MIMO అంటే ఏమిటి?

1.   MIMO అంటే ఏమిటి?

ఒకదానికొకటి అనుసంధానించబడిన ఈ యుగంలో, మొబైల్ ఫోన్‌లు, బాహ్య ప్రపంచంతో కమ్యూనికేట్ చేయడానికి మనకు విండోగా, మన శరీరంలో ఒక భాగమైనట్లు అనిపిస్తుంది.

కానీ మొబైల్ ఫోన్ తనంతట తానుగా ఇంటర్నెట్‌లో సర్ఫ్ చేయలేకపోతుంది, మొబైల్ ఫోన్ కమ్యూనికేషన్ నెట్‌వర్క్ మానవులకు నీరు మరియు విద్యుత్తుతో సమానంగా మారింది.మీరు ఇంటర్నెట్‌లో సర్ఫ్ చేసినప్పుడు, ఈ తెరవెనుక హీరోల ప్రాముఖ్యత మీకు అనిపించదు.ఒక్కసారి వెళ్లిపోతే ఇక బతకలేను అనిపిస్తుంది.

ఒక సమయం ఉంది, మొబైల్ ఫోన్ల ఇంటర్నెట్ ట్రాఫిక్ ద్వారా వసూలు చేయబడుతుంది, సగటు వ్యక్తి యొక్క ఆదాయం కొన్ని వందల నాణేలు, కానీ 1MHz నాణెం ఖర్చు చేయాలి.కాబట్టి, మీరు Wi-Fiని చూసినప్పుడు, మీరు సురక్షితంగా ఉంటారు.

వైర్‌లెస్ రూటర్ ఎలా ఉంటుందో చూద్దాం.

8 యాంటెనాలు, ఇది సాలెపురుగుల వలె కనిపిస్తుంది.

సిగ్నల్ రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ గోడల గుండా వెళ్లగలదా?లేక ఇంటర్నెట్ స్పీడ్ రెట్టింపు అవుతుందా?

ఈ ప్రభావాలను రౌటర్ ద్వారా సాధించవచ్చు మరియు ఇది అనేక యాంటెన్నాలు, ప్రసిద్ధ MIMO సాంకేతికతతో సాధించబడుతుంది.

MIMO, ఇది మల్టీ-ఇన్‌పుట్ మల్టీ అవుట్‌పుట్.

ఇది ఊహించడం కష్టం, సరియైనదా?మల్టీ-ఇన్‌పుట్ మల్టీ-అవుట్‌పుట్ అంటే ఏమిటి, యాంటెనాలు అన్ని ప్రభావాలను ఎలా సాధించగలవు?మీరు నెట్‌వర్క్ కేబుల్ ద్వారా ఇంటర్నెట్‌ను సర్ఫ్ చేసినప్పుడు, కంప్యూటర్ మరియు ఇంటర్నెట్ మధ్య కనెక్షన్ భౌతిక కేబుల్, స్పష్టంగా ఉంటుంది.ఇప్పుడు మనం విద్యుదయస్కాంత తరంగాలను ఉపయోగించి గాలి ద్వారా సంకేతాలను పంపడానికి యాంటెన్నాలను ఉపయోగించినప్పుడు ఊహించుకుందాం.గాలి వైర్ లాగా పనిచేస్తుంది కానీ వర్చువల్, వైర్‌లెస్ ఛానెల్ అని పిలువబడే సిగ్నల్‌లను ప్రసారం చేయడానికి ఒక ఛానెల్.

కాబట్టి, మీరు ఇంటర్నెట్‌ను ఎలా వేగవంతం చేయవచ్చు?

అవును మీరు సరిగ్గా చెప్పారు!డేటాను పంపడానికి మరియు స్వీకరించడానికి మరికొన్ని యాంటెన్నాలు, మరికొన్ని వర్చువల్ వైర్లు కలిసి దీనిని పరిష్కరించవచ్చు.MIMO వైర్‌లెస్ ఛానెల్ కోసం రూపొందించబడింది.

వైర్‌లెస్ రూటర్‌లు, 4G బేస్ స్టేషన్ మరియు మీ మొబైల్ ఫోన్ కూడా అదే పని చేస్తోంది.

MIMO టెక్నాలజీకి ధన్యవాదాలు, ఇది 4Gతో గట్టిగా అనుసంధానించబడి ఉంది, మేము ఇంటర్నెట్ వేగవంతమైన వేగాన్ని అనుభవించగలము.అదే సమయంలో, మొబైల్ ఫోన్ ఆపరేటర్ల ఖర్చు గణనీయంగా తగ్గింది;మేము వేగవంతమైన మరియు అపరిమిత ఇంటర్నెట్ వేగాన్ని అనుభవించడానికి తక్కువ ఖర్చు చేయవచ్చు.ఇప్పుడు మనం చివరకు Wi-Fiపై ఆధారపడటాన్ని వదిలించుకోవచ్చు మరియు ఇంటర్నెట్‌లో ఎప్పటికప్పుడు సర్ఫ్ చేయవచ్చు.

ఇప్పుడు, MIMO అంటే ఏమిటో పరిచయం చేస్తాను?

2.MIMO వర్గీకరణ

అన్నింటిలో మొదటిది, మేము ముందుగా పేర్కొన్న MIMO డౌన్‌లోడ్‌లో నెట్‌వర్క్ వేగం గణనీయంగా పెరగడాన్ని సూచిస్తుంది.ఎందుకంటే, ప్రస్తుతానికి, డౌన్‌లోడ్‌ల కోసం మాకు చాలా బలమైన డిమాండ్ ఉంది.దాని గురించి ఆలోచించండి, మీరు డజన్ల కొద్దీ GHz వీడియోలను డౌన్‌లోడ్ చేసుకోవచ్చు కానీ ఎక్కువగా కొన్ని MHzలను మాత్రమే అప్‌లోడ్ చేయవచ్చు.

MIMOని బహుళ ఇన్‌పుట్ మరియు బహుళ అవుట్‌పుట్‌లు అని పిలుస్తారు కాబట్టి, బహుళ యాంటెన్నాల ద్వారా బహుళ ప్రసార మార్గాలు సృష్టించబడతాయి.వాస్తవానికి, బేస్ స్టేషన్ బహుళ యాంటెన్నా ప్రసారానికి మద్దతు ఇవ్వడమే కాకుండా, మొబైల్ ఫోన్ బహుళ యాంటెన్నా రిసెప్షన్‌ను కూడా కలిగి ఉండాలి.

కింది సాధారణ డ్రాయింగ్‌ను తనిఖీ చేద్దాం: (వాస్తవానికి, బేస్ స్టేషన్ యాంటెన్నా భారీగా ఉంటుంది మరియు మొబైల్ ఫోన్ యాంటెన్నా చిన్నది మరియు దాచబడింది. కానీ వివిధ సామర్థ్యాలతో కూడా, అవి ఒకే విధమైన కమ్యూనికేషన్ స్థానాల్లో ఉన్నాయి.)

బేస్ స్టేషన్ మరియు మొబైల్ ఫోన్‌ల యాంటెన్నాల సంఖ్య ప్రకారం, దీనిని నాలుగు రకాలుగా విభజించవచ్చు: SISO, SIMO, MISO మరియు MIMO.

SISO: సింగిల్ ఇన్‌పుట్ మరియు సింగిల్ అవుట్‌పుట్

SIMO: సింగిల్ ఇన్‌పుట్ మరియు మల్టిపుల్ అవుట్‌పుట్

MISO: బహుళ ఇన్‌పుట్ మరియు సింగిల్ అవుట్‌పుట్

MIMO: మల్టిపుల్ అవుట్‌పుట్ మరియు మల్టిపుల్ అవుట్‌పుట్

SISOతో ప్రారంభిద్దాం:

సరళమైన రూపాన్ని MIMO పరంగా SISO - సింగిల్ ఇన్‌పుట్ సింగిల్ అవుట్‌పుట్‌గా నిర్వచించవచ్చు.ఈ ట్రాన్స్‌మిటర్ ఒక యాంటెన్నాతో డెస్ ద రిసీవర్‌గా పనిచేస్తుంది.వైవిధ్యం లేదు మరియు అదనపు ప్రాసెసింగ్ అవసరం లేదు.

బేస్ స్టేషన్ కోసం ఒక యాంటెన్నా మరియు మొబైల్ ఫోన్ కోసం ఒకటి;అవి ఒకదానితో ఒకటి జోక్యం చేసుకోవు-వాటి మధ్య ప్రసార మార్గం మాత్రమే అనుసంధానం.

అటువంటి వ్యవస్థ చాలా పెళుసుగా ఉందని ఎటువంటి సందేహం లేదు, ఇది ఒక చిన్న రహదారి.ఏదైనా ఊహించని పరిస్థితులు నేరుగా కమ్యూనికేషన్లకు ముప్పు కలిగిస్తాయి.

ఫోన్ యొక్క రిసెప్షన్ మెరుగుపరచబడినందున SIMO ఉత్తమం.

మీరు చూడగలిగినట్లుగా, మొబైల్ ఫోన్ వైర్‌లెస్ వాతావరణాన్ని మార్చదు, కాబట్టి అది స్వయంగా మారుతుంది - మొబైల్ ఫోన్ దానికదే యాంటెన్నాను జోడిస్తుంది.

ఇలా బేస్ స్టేషన్ నుంచి పంపిన మెసేజ్ మొబైల్ ఫోన్ కు రెండు మార్గాల్లో చేరుతుంది!వారిద్దరూ బేస్ స్టేషన్‌లో ఒకే యాంటెన్నా నుండి వచ్చారు మరియు ఒకే డేటాను మాత్రమే పంపగలరు.

ఫలితంగా, మీరు ప్రతి మార్గంలో కొంత డేటాను కోల్పోయినా పర్వాలేదు.ఫోన్ ఏదైనా మార్గం నుండి కాపీని అందుకోగలిగినంత కాలం, ప్రతి మార్గంలో గరిష్ట సామర్థ్యం ఒకే విధంగా ఉన్నప్పటికీ, డేటాను స్వీకరించే సంభావ్యత విజయవంతంగా రెట్టింపు అవుతుంది.దీనిని స్వీకరించే వైవిధ్యం అని కూడా అంటారు.

MISO అంటే ఏమిటి?

మరో మాటలో చెప్పాలంటే, మొబైల్ ఫోన్‌లో ఇప్పటికీ ఒక యాంటెన్నా ఉంది మరియు బేస్ స్టేషన్‌లోని యాంటెన్నాల సంఖ్య రెండుకి పెరిగింది.ఈ సందర్భంలో, రెండు ట్రాన్స్మిటర్ యాంటెన్నాల నుండి ఒకే డేటా ప్రసారం చేయబడుతుంది.మరియు రిసీవర్ యాంటెన్నా వాంఛనీయ సిగ్నల్ మరియు ఖచ్చితమైన డేటాను స్వీకరించగలదు.

MISOని ఉపయోగించడం వల్ల కలిగే ప్రయోజనం ఏమిటంటే, బహుళ యాంటెనాలు మరియు డేటా రిసీవర్ నుండి ట్రాన్స్‌మిటర్‌కు తరలించబడతాయి.బేస్ స్టేషన్ ఇప్పటికీ ఒకే డేటాను రెండు మార్గాల్లో పంపగలదు;మీరు కొంత డేటాను పోగొట్టుకున్నా పర్వాలేదు;కమ్యూనికేషన్ సాధారణంగా కొనసాగవచ్చు.

గరిష్ట సామర్థ్యం అలాగే ఉన్నప్పటికీ, కమ్యూనికేషన్ విజయవంతమైన రేటు రెండింతలు పెరిగింది.ఈ పద్ధతిని ట్రాన్స్మిట్ డైవర్సిటీ అని కూడా అంటారు.

చివరగా, MIMO గురించి మాట్లాడుకుందాం.

రేడియో లింక్‌కి ఇరువైపులా ఒకటి కంటే ఎక్కువ యాంటెన్నాలు ఉన్నాయి మరియు దీనిని MIMO -మల్టిపుల్ ఇన్‌పుట్ మల్టిపుల్ అవుట్‌పుట్ అంటారు.ఛానెల్ పటిష్టత మరియు ఛానెల్ నిర్గమాంశ రెండింటిలోనూ మెరుగుదలలను అందించడానికి MIMO ఉపయోగించబడుతుంది.బేస్ స్టేషన్ మరియు మొబైల్ వైపు రెండూ స్వతంత్రంగా పంపడానికి మరియు స్వీకరించడానికి రెండు యాంటెన్నాలను ఉపయోగించగలవు మరియు దీని అర్థం వేగం రెట్టింపు అవుతుందా?

ఈ విధంగా, బేస్ స్టేషన్ మరియు మొబైల్ ఫోన్ మధ్య నాలుగు ప్రసార మార్గాలు ఉన్నాయి, ఇది చాలా క్లిష్టంగా కనిపిస్తుంది.కానీ ఖచ్చితంగా చెప్పాలంటే, బేస్ స్టేషన్ మరియు మొబైల్ ఫోన్ సైడ్ రెండూ 2 యాంటెన్నాలను కలిగి ఉన్నందున, ఇది ఏకకాలంలో రెండు డేటాను పంపగలదు మరియు స్వీకరించగలదు.కాబట్టి ఒక మార్గంతో పోల్చితే MIMO గరిష్ట సామర్థ్యం ఎంత పెరుగుతుంది?SIMO మరియు MISO యొక్క మునుపటి విశ్లేషణ నుండి, గరిష్ట సామర్థ్యం రెండు వైపులా యాంటెన్నాల సంఖ్యపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

MIMO వ్యవస్థలు సాధారణంగా A*B MIMOగా ఉంటాయి;A అంటే బేస్ స్టేషన్ యొక్క యాంటెన్నాల సంఖ్య, B అంటే మొబైల్ ఫోన్ యాంటెన్నాల సంఖ్య.4*4 MIMO మరియు 4*2 MIMO గురించి ఆలోచించండి.ఏ సామర్థ్యం పెద్దదని మీరు అనుకుంటున్నారు?

4*4 MIMO ఏకకాలంలో 4 ఛానెల్‌లను పంపగలదు మరియు స్వీకరించగలదు మరియు దాని గరిష్ట సామర్థ్యం SISO సిస్టమ్ కంటే 4 రెట్లు చేరుకోగలదు.4*2 MIMO SISO సిస్టమ్ కంటే 2 రెట్లు మాత్రమే చేరుకోగలదు.

మల్టీప్లెక్సింగ్ స్పేస్‌లో బహుళ యాంటెన్నా మరియు విభిన్న ప్రసార మార్గాలను ఉపయోగించి, సామర్థ్యాన్ని పెంచడానికి సమాంతరంగా విభిన్న డేటా యొక్క బహుళ కాపీలను పంపడాన్ని స్పేస్ డివిజన్ మల్టీప్లెక్స్ అంటారు.

కాబట్టి, MIMO సిస్టమ్‌లో గరిష్ట ప్రసార సామర్థ్యాన్ని పొందగలరా?పరీక్షకు వద్దాం.

మేము ఇప్పటికీ 2 యాంటెన్నాలతో బేస్ స్టేషన్ మరియు మొబైల్ ఫోన్‌ను ఉదాహరణగా తీసుకుంటాము.వాటి మధ్య ప్రసార మార్గం ఏమిటి?

మీరు చూడగలిగినట్లుగా, నాలుగు మార్గాలు ఒకే క్షీణత మరియు జోక్యం గుండా వెళతాయి మరియు డేటా మొబైల్ ఫోన్‌కు చేరుకున్నప్పుడు, అవి ఇకపై ఒకదానికొకటి వేరు చేయలేవు.ఇది ఒకే మార్గం కాదా?ఈ సమయంలో, 2*2 MIMO సిస్టమ్ SISO సిస్టమ్‌తో సమానం కాదా?

అదే విధంగా, 2*2 MIMO వ్యవస్థ SIMO, MISO మరియు ఇతర వ్యవస్థలుగా క్షీణించవచ్చు, అంటే స్పేస్ డివిజన్ మల్టీప్లెక్స్ ప్రసార వైవిధ్యం లేదా స్వీకరించే వైవిధ్యానికి తగ్గించబడింది, బేస్ స్టేషన్ యొక్క నిరీక్షణ కూడా అధిక వేగాన్ని అనుసరించకుండా క్షీణించింది. స్వీకరించే విజయ రేటును నిర్ధారించడం.

మరియు MIMO వ్యవస్థలు గణిత చిహ్నాలను ఉపయోగించి ఎలా అధ్యయనం చేయబడతాయి?

3.MIMO ఛానెల్ యొక్క రహస్యం

ఇంజనీర్లు గణిత చిహ్నాలను ఉపయోగించడానికి ఇష్టపడతారు.

ఇంజనీర్లు బేస్ స్టేషన్‌లోని రెండు యాంటెన్నాల నుండి డేటాను X1 మరియు X2గా గుర్తించారు, మొబైల్ ఫోన్ యాంటెన్నాల నుండి డేటాను Y1 మరియు Y2గా గుర్తించారు, నాలుగు ప్రసార మార్గాలను H11, H12, H21, H22గా గుర్తించారు.

ఈ విధంగా Y1 మరియు Y2లను లెక్కించడం సులభం.కానీ కొన్నిసార్లు, 2*2 MIMO సామర్థ్యం SISO కంటే రెండింతలు చేరవచ్చు, కొన్నిసార్లు సాధ్యం కాదు, కొన్నిసార్లు SISO వలె కూడా మారుతుంది.మీరు దానిని ఎలా వివరిస్తారు?

మేము ఇప్పుడే పేర్కొన్న ఛానెల్ సహసంబంధం ద్వారా ఈ సమస్యను వివరించవచ్చు-అధిక సహసంబంధం, మొబైల్ వైపు ప్రతి ప్రసార మార్గాన్ని వేరు చేయడం అంత కష్టం.ఛానెల్ ఒకేలా ఉంటే, రెండు సమీకరణాలు ఒకటిగా మారతాయి, కాబట్టి దానిని ప్రసారం చేయడానికి ఒకే ఒక మార్గం ఉంది.

సహజంగానే, MIMO ఛానెల్ యొక్క రహస్యం ప్రసార మార్గం యొక్క స్వాతంత్ర్యం యొక్క తీర్పులో ఉంది.అంటే, రహస్యం H11, H12, H21 మరియు H22లో ఉంది.ఇంజనీర్లు ఈ క్రింది విధంగా సమీకరణాన్ని సులభతరం చేస్తారు:

ఇంజనీర్లు H1, H12, H21 మరియు H22లను కొన్ని సంక్లిష్ట మార్పుల ద్వారా సరళీకరించడానికి ప్రయత్నించారు, సమీకరణం మరియు చివరికి ఫార్ములాకు మార్చబడింది.

రెండు ఇన్‌పుట్‌లు X'1 మరియు X'2, λ1 మరియు λ2ని గుణిస్తే, మీరు Y'1 మరియు Y'2ని పొందవచ్చు.λ1 మరియు λ2 విలువల అర్థం ఏమిటి?

కొత్త మాతృక ఉంది.ఒక వికర్ణంపై మాత్రమే డేటా ఉన్న మాతృకను వికర్ణ మాతృక అంటారు.వికర్ణంలో సున్నా కాని డేటా సంఖ్యను మాతృక యొక్క ర్యాంక్ అంటారు.2*2 MIMOలో, ఇది λ1 మరియు λ2 యొక్క నాన్-జీరో విలువలను సూచిస్తుంది.

ర్యాంక్ 1 అయితే, 2*2 MIMO సిస్టమ్ ట్రాన్స్‌మిషన్ స్పేస్‌లో చాలా పరస్పర సంబంధం కలిగి ఉందని అర్థం, అంటే MIMO SISO లేదా SIMOకి క్షీణిస్తుంది మరియు మొత్తం డేటాను ఒకే సమయంలో మాత్రమే స్వీకరించగలదు మరియు ప్రసారం చేయగలదు.

ర్యాంక్ 2 అయితే, సిస్టమ్ రెండు సాపేక్షంగా స్వతంత్ర ప్రాదేశిక ఛానెల్‌లను కలిగి ఉంటుంది.ఇది అదే సమయంలో డేటాను పంపగలదు మరియు స్వీకరించగలదు.

కాబట్టి, ర్యాంక్ 2 అయితే, ఈ రెండు ప్రసార ఛానెల్‌ల సామర్థ్యం ఒకటి కంటే రెట్టింపు అవుతుందా?సమాధానం λ1 మరియు λ2 నిష్పత్తిలో ఉంటుంది, దీనిని నియత సంఖ్య అని కూడా అంటారు.

షరతులతో కూడిన సంఖ్య 1 అయితే, λ1 మరియు λ2 ఒకటే అని అర్థం;వారు అధిక స్వతంత్రతను కలిగి ఉన్నారు.2*2 MIMO సిస్టమ్ సామర్థ్యం గరిష్ట స్థాయికి చేరుకోవచ్చు.

షరతులతో కూడిన సంఖ్య 1 కంటే ఎక్కువగా ఉంటే, λ1 మరియు λ2 వేర్వేరుగా ఉన్నాయని అర్థం.అయితే, రెండు ప్రాదేశిక ఛానెల్‌లు ఉన్నాయి మరియు నాణ్యత భిన్నంగా ఉంటుంది, అప్పుడు సిస్టమ్ మెరుగైన నాణ్యతతో ఛానెల్‌లోని ప్రధాన వనరులను ఉంచుతుంది.ఈ విధంగా, 2*2 MIMO సిస్టమ్ సామర్థ్యం SISO సిస్టమ్ కంటే 1 లేదా 2 రెట్లు.

అయితే, బేస్ స్టేషన్ డేటాను పంపిన తర్వాత స్పేస్ ట్రాన్స్‌మిషన్ సమయంలో సమాచారం రూపొందించబడుతుంది.ఒక ఛానెల్ లేదా రెండు ఛానెల్‌లను ఎప్పుడు పంపాలో బేస్ స్టేషన్‌కి ఎలా తెలుస్తుంది?

మర్చిపోవద్దు, మరియు వారి మధ్య రహస్యాలు లేవు.మొబైల్ ఫోన్ దాని కొలిచిన ఛానెల్ స్థితి, ట్రాన్స్‌మిషన్ మ్యాట్రిక్స్ ర్యాంక్ మరియు ప్రికోడింగ్ కోసం సూచనలను సూచన కోసం బేస్ స్టేషన్‌కు పంపుతుంది.

ఈ సమయంలో, MIMO అలాంటిదేనని మనం చూడగలమని నేను భావిస్తున్నాను.