1. Dos tipos de clasificación de capacidad de canal.

El entorno de transmisión inalámbrica varía en el tiempo y se ve afectado por efectos de trayectorias múltiples. Dado que el canal cambia en tiempo real, la capacidad del canal del sistema MIMO también cambia aleatoriamente y no es cuantitativa. Por lo tanto, para lograr una descripción precisa del canal, el rendimiento del canal se determina utilizando la capacidad promedio del canal y la capacidad de interrupción del canal.

1.1 Capacidad media

Debido a la naturaleza del canal que varía en el tiempo, la capacidad promedio se puede utilizar para juzgar el rendimiento general de la capacidad del canal del sistema MIMO.

1.2 Capacidad de interrupción

La capacidad de interrupción requiere capacidad de canal para garantizar que los sistemas MIMO puedan transmitir señales de manera confiable. Bajo ciertas condiciones de probabilidad, el sistema MIMO puede garantizar que la velocidad de transmisión de información sea confiable. La probabilidad de corte de una señal se puede expresar de la siguiente manera:

$P_salida=P_r\lbrace C\leq C_{salida}\rbrace$

En la fórmula anterior $C_ {fuera}$ está la capacidad de interrupción del canal.

Por tanto, la probabilidad de que un canal pueda transmitir información de forma fiable se puede definir de la siguiente manera:

$(100-P_{salida})%$

Dado que la información del estado del canal que varía en el tiempo se desconoce cuando el extremo transmisor del sistema MIMO envía señales, cuando el canal inalámbrico es un canal aleatorio cuasiestático, el rendimiento del canal se puede juzgar definiendo la velocidad de transmisión de la información de interrupción. . Cuando el remitente envía información, debido a que no conoce la información del estado del canal inalámbrico, la velocidad de información enviada es mayor que la capacidad del canal y la información no se puede transmitir normalmente, lo que provoca la interrupción de la comunicación. Aquí también se puede implicar una relación entre la probabilidad de interrupción y la capacidad de interrupción.

2. Cuando el CSI es desconocido en el remitente, la capacidad del canal del sistema MIMO

Si se puede conocer el CSI en el extremo transmisor, la señal transmitida se puede procesar y a los subcanales espaciales con mejores condiciones de canal se les asignará más potencia, y a los subcanales espaciales con malas condiciones de canal se les asignará menos o ninguna potencia. potencia, para alcanzar el valor máximo de capacidad del canal.

En el proceso de comunicación inalámbrica, el sistema MIMO no puede determinar el estado del canal complejo que varía en el tiempo en más casos al enviar señales, y el CSI se desconoce al enviar señales, pero el CSI durante la transmisión de la señal se puede analizar en el extremo receptor. Para mejorar la capacidad del canal del sistema MIMO, es muy importante estudiar la capacidad del canal bajo la condición de CSI desconocido.

Bajo la condición de CSI desconocido, el extremo transmisor distribuye la potencia de transmisión equitativamente y el extremo receptor puede obtener CSI. Los subcanales espaciales son independientes en el entorno de desvanecimiento de Rayleigh. Por lo tanto, la capacidad del canal del sistema MIMO se puede expresar como sigue:
$C=log_2[det(I_{min}+\frac{\rho}{N_T}HH^H)]$

En la fórmula anterior, $Estoy dentro}$ es la matriz identidad de orden min✖️min, $NUEVO TESTAMENTO$ que es el número de antenas en el extremo transmisor, det representa el determinante de la matriz, ρ representa la relación señal-ruido promedio del extremo receptor, y H representa la matriz del canal.

Si se realiza una descomposición de valor singular en la matriz del canal $HH^T$ , la capacidad del canal se puede cambiar de la siguiente manera:

$C=\sum_{i=1}^m log_2(1+\frac{\rho}{N_R}\lambda_i)$

En la fórmula anterior, $N_R$ es el número de antenas en el extremo receptor $\lambda_i$ y es el valor propio de la matriz de canales.

2.1 El número de antenas receptoras y transmisoras es igual

Si se utiliza tecnología de detección y combinación coherente en el extremo receptor para realizar el procesamiento de la misma frecuencia y la misma fase en cada antena, es decir, la matriz de canales del sistema MIMO es todo 1, entonces el sistema MIMO con transmisión múltiple y múltiples La recepción puede ser equivalente al uso de $NUEVO TESTAMENTO$ un $N_R$ sistema SISO, a través de cada sistema SISO equivalente que existe de forma independiente, la ganancia de diversidad obtenida es $N_TN_R$ 2 veces y la capacidad adicional del canal es la siguiente:

$C=log_2(1+N_T N_R\rho)$

2.2 Combinación de detección no coherente en el extremo receptor

Si el extremo receptor utiliza tecnología de detección y combinación no coherente para el procesamiento, debido a la interferencia y el ruido en el canal, las señales de los subcanales espaciales serán diferentes y la relación señal-ruido obtenida por cada antena receptora en el extremo receptor sigue siendo ρ, y la relación SNR total recibida es $N_R\rho$ , en comparación con el sistema SISO equivalente bajo la tecnología de combinación de detección coherente en 2.1, la ganancia de diversidad del sistema MIMO equivalente en este momento es $N_R$ 1 veces, por lo que el canal La capacidad bajo la detección no coherente se expresa de la siguiente manera:

$C=log_2(1+N_R\rho)$

2.3 Resumen de la fórmula general

Debido a que la tecnología MIMO adopta diversidad espacial, los subcanales espaciales paralelos que pueden formarse mediante el sistema MIMO pueden transmitirse en el canal ortogonal entre sí sin interferir entre sí. Si el número de antenas en el extremo transmisor y en el extremo receptor es igual, ambas son L. La matriz del canal se expresa como la matriz identidad de L✖️L $ILLINOIS$ , y la capacidad del canal se puede obtener de la siguiente manera:

$C=log_2[det(I_L+\frac{\rho}{L}HH^H)]=Llog_2[1+\rho]$

Se puede ver en la fórmula anterior que cuando el número de antenas en el extremo transmisor y en el extremo receptor es igual, el sistema MIMO puede obtener una ganancia de L veces en comparación con el sistema SISO.

Información del estado del canal CSI (inglés: información del estado del canal, abreviado como CSI)

SISO entrada única salida única (inglés: entrada simple salida simple, abreviado como SISO)

Análisis de capacidad de canal del sistema MIMO