Многопользовательский MIMO ( MU-MIMO ) — это набор технологий множественного входа и множественного выхода (MIMO) для многолучевой беспроводной связи, в которой несколько пользователей или терминалов, каждый из которых передает данные через одну или несколько антенн, общаются друг с другом. Напротив, однопользовательский MIMO (SU-MIMO) включает одного пользователя или терминала, оснащенного несколькими антеннами, который общается только с одним другим узлом, оснащенным аналогичным образом. Аналогично тому, как OFDMA добавляет возможность множественного доступа к OFDM в сфере сотовой связи, MU-MIMO добавляет возможность множественного доступа к MIMO в сфере беспроводной связи.
SDMA, [1] [2] [3] Massive MIMO, [4] [5] CoMP (координированная многоточечная связь) [6] и ad hoc MIMO — все они связаны с MU-MIMO; каждая из этих технологий часто использует пространственные степени свободы для разделения пользователей.
MU-MIMO использует нескольких пользователей в качестве пространственно распределенных ресурсов передачи за счет несколько более дорогой обработки сигнала. Для сравнения, обычный однопользовательский MIMO (SU-MIMO) включает исключительно измерения нескольких антенн локального устройства. Алгоритмы MU-MIMO улучшают системы MIMO, где соединения между пользователями насчитывают больше одного. MU-MIMO можно обобщить на две категории: каналы вещания MIMO (MIMO BC) и каналы множественного доступа MIMO (MIMO MAC) для ситуаций нисходящей и восходящей линии связи соответственно. Опять же, для сравнения, SU-MIMO можно представить как MIMO точка-точка, попарно.
Чтобы устранить двусмысленность слов приемник и передатчик , мы можем принять термины точка доступа (AP) или базовая станция и пользователь . AP является передатчиком, а пользователь — приемником для нисходящих соединений, и наоборот для восходящих соединений. Однородные сети освобождены от этого различия, поскольку они, как правило, двунаправленные.
MIMO BC представляет собой случай нисходящего канала MIMO, когда один отправитель передает данные нескольким получателям в беспроводной сети. Примерами расширенной обработки передачи для MIMO BC являются предварительное кодирование с учетом помех и планирование пользователей нисходящего канала на основе SDMA. Для расширенной обработки передачи qfz должен быть известен на передатчике (CSIT). То есть знание CSIT позволяет улучшить пропускную способность, а методы получения CSIT становятся существенно важными. Системы MIMO BC имеют выдающееся преимущество перед системами SU-MIMO «точка-точка», особенно когда количество антенн на передатчике или AP больше количества антенн на каждом приемнике (пользователе). Категории методов предварительного кодирования, которые могут использоваться MIMO BC, включают, во-первых, те, которые используют кодирование на грязной бумаге (DPC) и линейные методы [7] , и во-вторых, гибридные (аналоговые и цифровые) методы. [8] Предварительное кодирование также может быть достигнуто с помощью так называемой управляющей матрицы [9] , которая может применяться в нескольких конфигурациях.
Напротив, MIMO multiple-access-channel или MIMO MAC представляет собой случай MIMO uplink в беспроводной сети с несколькими отправителями и одним приемником. Примерами расширенной обработки приема для MIMO MAC являются совместное подавление помех и планирование пользователей uplink на основе SDMA. Для расширенной обработки приема приемник должен знать информацию о состоянии канала на приемнике (CSIR). Знать CSIR, как правило, проще, чем знать CSIT. Однако знание CSIR требует больших ресурсов uplink для передачи выделенных пилот-сигналов от каждого пользователя к точке доступа. Системы MIMO MAC превосходят системы MIMO «точка-точка», особенно когда количество приемных антенн на точке доступа больше, чем количество передающих антенн у каждого пользователя.
Межуровневый MIMO повышает производительность каналов MIMO, решая определенные межуровневые проблемы, которые могут возникнуть при использовании конфигураций MIMO в системе. Межуровневые методы могут также использоваться для повышения производительности каналов SISO. Примерами межуровневых методов являются Joint Source-Channel Coding, Adaptive Modulation and Coding (AMC или «Link Adaptation»), Hybrid ARQ (HARQ) и планирование пользователей.
Высоковзаимосвязанная беспроводная ad hoc сеть повышает гибкость беспроводных сетей за счет увеличения многопользовательских помех. Для повышения помехоустойчивости протоколы уровня PHY/MAC эволюционировали от конкурентной к кооперативной передаче и приему. Кооперативная беспроводная связь фактически может использовать помехи, которые включают в себя собственные помехи и другие пользовательские помехи. В кооперативной беспроводной связи каждый узел может использовать собственные помехи и другие пользовательские помехи для повышения производительности кодирования и декодирования данных, тогда как обычные узлы, как правило, направлены на избежание помех. Например, как только сильные помехи становятся декодируемыми, узел декодирует и устраняет сильные помехи перед декодированием собственного сигнала. Смягчение низких отношений несущей к помехам (CoI) может быть реализовано на уровнях сети PHY/MAC/Application в кооперативных системах.
CO-MIMO , также известный как сетевой MIMO ( net-MIMO ) или ad hoc MIMO , использует распределенные антенны, которые принадлежат другим пользователям, в то время как обычный MIMO, т. е. однопользовательский MIMO, использует только антенны, принадлежащие локальному терминалу. CO-MIMO улучшает производительность беспроводной сети, внедряя преимущества многоантеннной связи, такие как разнесение, мультиплексирование и формирование луча . Если основной интерес зависит от усиления разнесения, это известно как кооперативное разнесение . Его можно описать как форму макроразнесения , используемого, например, при мягкой передаче обслуживания . Кооперативное MIMO соответствует макроразнесению передатчика или одновременной передаче . Простая форма, не требующая какой-либо расширенной обработки сигнала, — это одночастотные сети (SFN), используемые, в частности, в беспроводном вещании. SFN в сочетании с адаптивным планированием каналов или адаптивным планированием трафика называются динамическими одночастотными сетями (DSFN).
CO-MIMO — это метод, полезный для будущих сотовых сетей, которые рассматривают беспроводную ячеистую сеть или беспроводную сеть ad hoc. В беспроводных сетях ad hoc несколько передающих узлов взаимодействуют с несколькими принимающими узлами. Чтобы оптимизировать пропускную способность каналов ad hoc, концепции и методы MIMO могут применяться к нескольким связям между кластерами передающих и принимающих узлов. В отличие от нескольких антенн в однопользовательском приемопередатчике MIMO, участвующие узлы и их антенны расположены распределенным образом. Таким образом, для достижения пропускной способности этой сети необходимы методы управления распределенными радиоресурсами. Для оптимизации пропускной способности беспроводной сети были предложены такие стратегии, как автономное распознавание помех , кооперация узлов и сетевое кодирование с кодированием «грязной бумаги» .
