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多入力多出力 (MIMO)

多入力多出力 (MIMO) 手法の利用により、無線通信システムは、送信側と受信側の通信システムの両方で複数のアンテナを使用する際に潜在的なキャパシティ ゲインを達成するという画期的な進歩を遂げました。別の空間次元をもたらすこの新しい手法は、新しいシステムと既存のシステムでこれらのゲインを実現するために採用されました。

MIMO 技術は Wi-Fi、WiMAX、LTE、LTE-Advanced などの複数の無線システムで採用されています。

Communications System Toolbox™ 製品には、モデルを作成するためのコンポーネントが用意されています。

  • OSTBC (直交空間時間ブロック符号化手法)

  • MIMO フェージング チャネル

  • 球面復号化

また、アプリケーションでこれらのコンポーネントの使用を取り上げたデモも用意されています。

MIMO システムの内容に関する参考文献は、MIMO システムの参考文献にある文献を参照してください。

直交空間時間ブロック符号 (OSTBC)

Communications System Toolbox 製品には、OSTBC (直交空間時間ブロック符号化) のモデルを作成するためのコンポーネントが用意されています。これは、非常にシンプルな単一シンボル最尤復号化 [4,6,8] で完全な空間ダイバーシティ ゲインを提供する MIMO 手法です。

Simulink® では、MIMO ブロック ライブラリにある OSTBC Encoder および OSTBC Combiner ブロックは、直交空間時間ブロック符号化手法を実装します。これらの 2 つのブロックには、最高 4 つの送信アンテナと 8 つの受信アンテナ システム用にさまざまな特定の (異なる符号化率の) 符号が用意されています。符号化器ブロックは受信側でシンボルを複数のアンテナにマップするために使用され、コンバイナー ブロックは送信側で受信信号とチャネル状態情報を使用してシンボルあたりのソフト情報を抽出するために使用されます。MIMO ライブラリにアクセスするには、主な Communications System Toolbox ブロック ライブラリでアイコンをダブルクリックします。または、MATLAB コマンド ラインで commmimo と入力することもできます。

OSTBC 手法は完全な (最大) 空間ダイバーシティ次数を実現でき、シンボル単位で最尤推定 (ML) 復号化を行うため、便利です。実装したアルゴリズムの詳細と特定のコードの詳細は、OSTBC Combiner ブロックのヘルプ ページのOSTBC の結合アルゴリズムOSTBC Encoder ブロックのヘルプ ページのOSTBC の符号化アルゴリズムを参照してください。 comm.OSTBCCombiner System object と comm.OSTBCEncoder System object を使用すると、MATLAB® で同様の機能が利用できます。

MIMO フェージング チャネル

Communications System Toolbox ソフトウェアには MIMO フェージング チャネルが含まれています。このオブジェクトを使用すれば、MIMO リンクのフェージング チャネル特性のモデルを作成できます。オブジェクトはレイリーとライスの両方のフェージング チャネルを使用し、リンク [1] 間の空間相関にはクロネッカー モデルを使用します。

詳細は、comm.MIMOChannel および comm.LTEMIMOChannel のリファレンス ページを参照してください。

球面復号化

Communications System Toolbox ソフトウェアには球面復号化器 System object™ が含まれています。このオブジェクトを使用することにより、任意の数の送信アンテナと受信アンテナを使用して MIMO チャネル経由で受信された一連のシンボルの最尤解を求めることができます。

詳細については、comm.SphereDecoder のリファレンス ページを参照してください。

MIMO の例

以下の例では、MIMO 手法、つまり MIMO コンポーネントの使用について説明します。

MATLAB

MIMO システムの紹介: MRC と OSTBC 手法の比較

空間多重化: 多重化ゲインを提供する手法

OSTBC と TCM の連結: OSTBC System object

IEEE 802.16 チャネル モデル: comm.MIMOChannel System object

WINNER II チャネル モデルを使用した複数のフェージング チャネルの同時シミュレーション: comm.WINNER2Channel System object

WINNER II チャネル モデルを使用した 802.11ac マルチユーザー MIMO のプリコーディング: comm.WINNER2Channel System object、および WLAN System Toolbox

Simulink

OSTBC を用いた適応 MIMO システム: Simulink での OSTBC と MIMO チャネル

OSTBC と TCM の連結: ブロックを用いた OSTBC

MIMO システムの内容に関する参考文献

[1] C. Oestges and B. Clerckx, MIMO Wireless Communications: From Real-World Propagation to Space-Time Code Design, Academic Press, 2007.

[2] George Tsoulos, Ed., "MIMO System Technology for Wireless Communications", CRC Press, Boca Raton, FL, 2006.

[3] L. M. Correira, Ed., Mobile Broadband Multimedia Networks: Techniques, Models and Tools for 4G, Academic Press, 2006.

[4] M. Jankiraman, "Space-time codes and MIMO systems", Artech House, Boston, 2004.

[5] G. J. Foschini, M. J. Gans, "On the limits of wireless communications in a fading environment when using multiple antennas", IEEE Wireless Personal Communications, Vol. 6, Mar. 1998, pp. 311-335.

[6] S. M. Alamouti, “A simple transmit diversity technique for wireless communications,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 16, no. 8, pp. 1451–1458, Oct. 1998.

[7] V. Tarokh, N. Seshadri, and A. R. Calderbank, “Space–time codes for high data rate wireless communication: Performance analysis and code construction,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. 44, no. 2, pp. 744–765, Mar. 1998.

[8] V. Tarokh, H. Jafarkhani, and A. R. Calderbank, “Space-time block codes from orthogonal designs,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. 45, no. 5, pp. 1456–1467, Jul. 1999.

[9] 3rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Radio Access Network, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), Base Station (BS) radio transmission and reception, Release 10, 3GPP TS 36.104, v10.0.0, 2010-09.

[10] 3rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Radio Access Network, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), User Equipment (UE) radio transmission and reception, Release 10, 3GPP TS 36.101, v10.0.0, 2010-10.