MIMO технологиясының жұмыс істеу принципін түсіну үшін радиотолқындардың кеңістікте таралудың жалпы принциптерін қарастыру қажет. 100 МГц аса диапазонда сымсыз радиобайланыстың әр түрлі желілерімен шығарылатын толқындар көбінесе жарық сәулелері ретінде көрінеді. Радиотолқындар таралу кезінде қандай да бір жазықтық бетті кездестірген жағдайда, бөгеуілдің материалы мен өлшеміне байланысты энергияның бір бөлігі жұтылады, бір бөлігі өтеді, ал қалғаны – шағылысады (сурет 1). Жұтылған, өткен және шағылысқан энергиялардың қатынасына көптеген факторлар әсер етеді, соның ішінде сигнал жиілігі де әсер етеді. Сигналдың шағылысқан және өткен энергиясы өзінің ары қарай бағытын өзгерте алады, ал сигналдың өзі бірнеше толқындарға бөлінеді [1].
Сурет 1. Бөгеуілмен өзара әсерлесу кезінде сигнал энергиясының таралуы
Қаланың тығыз құрылысы жағдайында ғимарат, ағаштар, автокөліктер сияқты және т.б. көптеген бөгеуілдердің санына байланысты абоненттік жабдық (MS) пен базалық стансаның антенналары (BTS) арасында тікелей көріну болмайды. Бұл жағдайда, сигналдың қабылдағышқа жетудің бір ғана варианты ретінде шағылысқан толқындар қызмет етеді. Алайда, жоғарыда айтылып кеткендей, көр рет шағылысқан сигналдың бастапқы энергиясы болмайды да, кешігумен келеді. Ерекше күрделілікті келесі факт та жасайды, объектілер әрқашан қозғалусыз болмайды және жағдай уақыт өтуімен едәуір өзгереді. Осыған байланысты сигналдың көп сәулелік таралуының проблемасы пайда болады – сымсыз байланыс жүйелерінде ең күрделі проблемалардың бірі.
MIMO (Multiple Input Multiple Output – көптік кіріс көптік шығыс) – сымсыз байланыс (WIFI, WI-MAX, байланыстың ұтқырлық желілері) желілерінде пайдаланылатын және жүйенің спектралдық тиімділігін, деректерді таратудың максималды жылдамдығы мен желінің сыйымдылығын едәуір жақсартатын технология. Осы аталған артықшылықтарға жетудің басты әдісі болып деректерді шығу көзінен алушыға бірнеше радиожалғанулар арқылы тарату табылады [2].
Сигналдардың көпсәулелік таралуымен күресу үшін бірнеше әр түрлі шешімдер қолданылады. Технологиялардың ішіндеең таралғаны болып Receive Diversity – таралған қабылдау табылады. Оның мәні келесіде: сигналды қабылдау үшін бір уақытта бір-бірінен қашықтықта орналасқан бір емес бірнеше антенна (әдетте екі, сирек төртеу) пайдаланылады. Осылайша, алушы әр түрлі жолдармен келетін таралған сигналдың бір емес, екі көшірмесіне ие болады. Бұл бастапқы сигналдың энергиясын көбірек жинауға мүмкіндік береді, себебі бір антеннамен қабылданатын толқындар екінші антеннамен қабылданбауы және керісінше болуы мүмкін. Сондай-ақ бір антеннаға қарсы фазада келетін сигналдар басқа антеннаға синхронды фазада келеді. Радиоинтерфейсты ұйымдастырудың бұл схемасын Single Input Multiple Output (SIMO) деп, ал стандартты схемаға қарсы схеманы Single Input Single Output (SISO) деп атауға болады (сурет 2). Сондай-ақ кері әдіс те қолданылуы мүмкін: бірнеше антенналар таратуға және бір антенна қабылдауға пайданылатын жағдай. Осының арқасында қабылдағышпен қабылданған бастапқы сигналдың жалпы энергиясы ұлғаяды. Бұл схема Multiple Input Single Output (MISO) деп аталады. Екі схемада да (SIMO және MISO) бірнеше антенналар базалық станса жағында орналастырылады, себебі ұтқырлық құрылғысында антеннаның таралымын жеткілікті қашықтыққа іске асыру ақырғы жабдықтың габариттерін ұлғайтусыз қиын болады [2].
Сурет 2. Радиоинтерфейсты ұйымдастырудың схемасы
Талқылау нәтижесінде Multiple Input Multiple Output (MIMO) схемасына келеміз. Бұл жағдайда бірнеше антенналар тарату мен қабылдауға орнатылады. Алайда басқа схемаларға қарағанда таратудың бұл схемасы сигналдың көпсәулелік таралуымен ғана күреспейді, сонымен қатар бірқатар артықшылықтарды алуға көмектеседі. Таратушы/қабылдаушы антеннаны пайдалану арқасында ақпаратты тарату үшін жеке трактты теңестіруге болады. Бұл кезде таралған қабылдау қалған антенналармен орындалады, ал берілген антенна таратудың басқа трактілері үшін қосымша антеннаның функциясын орындайды. Нәтижесінде, теория жүзінде, деректерді таратудың жылдамдығын қосымша антенналар санына байланысты ұлғайтуға болады. Алайда едәуір шектеу әр радиотрактінің сапасымен анықталады. MIMO технологиясын ұйымдастыру үшін таратушы және қабылдаушы жақта бірнеше антенналарды орнату қажет.
MIMO технологиясының жұмысы үшінкәдімгі жүйелермен салыстырғанда таратқыштың құрылымында кейбір өзгертулер қажет. МІМО технологиясын ұйымдастырудың мүмкін болатын, едәуір қарапайым әдістерін қарастырайық (сурет 4). Ең бірінші, таратушы жақта антенналар санына байланысты бірнеше төмен жылдамдықты ішкі ағындарға таратуға арналған деректерді бөлетін ағындарды бөлгіш қажет. Мысалы, MIMO үшін 4х4 және кірістік деректердің келу жылдамдығы 200 Мбит/сек кезінде бөлгіш әрқайсысы 50 Мбит/сек болатын 4 ағынды жасайды. Ары қарай ағындар деректерінің әрқайсысы өз антеннасы арқылы таратылуы қажет. Әдетте, таратудағы антенналар кейбір кеңістікті таратылыммен орнатылады, себебі, қайта шағылысу нәтижесінде пайда болатын жағымсыз сигналдардың көптеген санын қамтамасыз ету үшін. MIMO технологиясын ұйымдастырудың мүмкін болатын әдістерінің бірінде сигнал әр антеннадан әр түрлі поляризациямен таратылады, бұл оны қабылдауда идентифицирлеуге мүмкіндік береді. Алайда қарапайым жағдайда таратылатын сигналдардың әрқайсысы тарату ортасының өзімен белгіленеді (уақыт бойынша кешігу, өшу және басқа да бұзылулармен).
Қабылдау жағында бірнеше антенналар сигналды радиоэфирден қабылдайды. Қабылдау жағындағы антенналар кейбір кеңістікті таратылыммен орнатылады. Қабылданған сигналдар қабылдағышқа келіп түседі, олардың саны антенналар мен тарату трактісінің санына сәйкес болады. Қабылдағыштардың әрқайсысына жүйенің барлық антенналарынан сигналдар келіп түседі. Осындай сумматорлардың әрқайсысы жалпы ағыннан өзі жауап беретін трактінің сигнал энергиясын бөледі. Сумматор мұны алдын-ала қарастырылған сигналдың әрқайсысы жабдықталған қандай да бір белгі бойынша жасайды, немесе кешігу, өшу, фазаның ығысуын талдау арқасында, яғни тарату ортасының бұзу жиынтығына байланысты жасайды. Жүйенің жұмыс істеу принципіне байланысты таратылатын сигнал белгілі-бір уақыттан кейін қайталануы мүмкін, немесе басқа антенналар арқылы кішігірім кешігумен таратылуы мүмкін.
Сурет 4. МІМО технологиясын ұйымдастыру
Әдебиет:
- Закиров З.Г., Надеев А.Ф. Сотовая связь стандарта GSM. – М: Эко-Трендз, 2004.
- Закиров З.Г., Надеев А.Ф., Фазуллин Р.Р. Сотовая связь стандарта GSM. – М.: Эко-Трендз,2004. – 264 с.
