MIMO શું છે?

1.   MIMO શું છે?

પરસ્પર જોડાણના આ યુગમાં, મોબાઈલ ફોન, આપણા માટે બહારની દુનિયા સાથે વાતચીત કરવાની બારી તરીકે, આપણા શરીરનો એક ભાગ બની ગયો હોય તેવું લાગે છે.

પરંતુ મોબાઈલ ફોન પોતાની મેળે ઈન્ટરનેટ સર્ફ કરી શકતો નથી, મોબાઈલ ફોન કોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક મનુષ્ય માટે પાણી અને વીજળી જેટલું જ મહત્વનું બની ગયું છે.જ્યારે તમે ઇન્ટરનેટ સર્ફ કરો છો, ત્યારે તમને આ પડદા પાછળના હીરોનું મહત્વ નથી લાગતું.એકવાર તમે ગયા પછી, તમને લાગે છે કે તમે હવે જીવી શકશો નહીં.

એક સમય હતો, મોબાઈલ ફોનનું ઈન્ટરનેટ ટ્રાફિક દ્વારા ચાર્જ કરવામાં આવતું હતું, સરેરાશ વ્યક્તિની આવક કેટલાક સો સિક્કા છે, પરંતુ 1MHz માટે એક સિક્કો ખર્ચવાની જરૂર છે.તેથી, જ્યારે તમે Wi-Fi જોશો, ત્યારે તમે સુરક્ષિત અનુભવશો.

ચાલો જોઈએ કે વાયરલેસ રાઉટર કેવું દેખાય છે.

8 એન્ટેના, તે કરોળિયા જેવું લાગે છે.

શું સિગ્નલ બે કે તેથી વધુ દિવાલોમાંથી જઈ શકે છે?કે પછી ઇન્ટરનેટની સ્પીડ બમણી થશે?

આ અસરો રાઉટર દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, અને તે ઘણા એન્ટેના, પ્રખ્યાત MIMO તકનીક સાથે પ્રાપ્ત થાય છે.

MIMO, જે મલ્ટી-ઇનપુટ મલ્ટી આઉટપુટ છે.

તે કલ્પના કરવી મુશ્કેલ છે, બરાબર?મલ્ટિ-ઇનપુટ મલ્ટિ-આઉટપુટ શું છે, એન્ટેના બધી અસરો કેવી રીતે પ્રાપ્ત કરી શકે છે?જ્યારે તમે નેટવર્ક કેબલ દ્વારા ઇન્ટરનેટ સર્ફ કરો છો, ત્યારે દેખીતી રીતે, કમ્પ્યુટર અને ઇન્ટરનેટ વચ્ચેનું જોડાણ એક ભૌતિક કેબલ છે.હવે કલ્પના કરીએ કે જ્યારે આપણે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોનો ઉપયોગ કરીને હવા દ્વારા સિગ્નલ મોકલવા માટે એન્ટેનાનો ઉપયોગ કરીએ છીએ.હવા વાયરની જેમ કામ કરે છે પરંતુ વર્ચ્યુઅલ છે, સિગ્નલ ટ્રાન્સમિટ કરવા માટેની એક ચેનલ જેને વાયરલેસ ચેનલ કહેવાય છે.

તો, તમે ઇન્ટરનેટને ઝડપી કેવી રીતે બનાવી શકો?

હા. તમે સાચા છો!ડેટા મોકલવા અને પ્રાપ્ત કરવા માટે તેને થોડા વધુ એન્ટેના, થોડા વધુ વર્ચ્યુઅલ વાયર દ્વારા ઉકેલી શકાય છે.MIMO વાયરલેસ ચેનલ માટે રચાયેલ છે.

વાયરલેસ રાઉટર્સ, 4G બેઝ સ્ટેશન અને તમારો મોબાઇલ ફોન સમાન કામ કરે છે.

MIMO ટેક્નોલોજીનો આભાર, જે 4G સાથે ચુસ્તપણે સંકલિત છે, અમે ઇન્ટરનેટની ઝડપી ગતિનો અનુભવ કરી શકીએ છીએ.સાથોસાથ, મોબાઈલ ફોન ઓપરેટરોની કિંમતમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થયો છે;અમે ઝડપી અને અમર્યાદિત ઇન્ટરનેટ સ્પીડનો અનુભવ કરવા માટે ઓછો ખર્ચ કરી શકીએ છીએ.હવે આપણે આખરે Wi-Fi પરની આપણી નિર્ભરતામાંથી છુટકારો મેળવી શકીએ છીએ અને દરેક સમયે ઇન્ટરનેટ સર્ફ કરી શકીએ છીએ.

હવે, ચાલો હું પરિચય આપું કે MIMO શું છે?

2.MIMO વર્ગીકરણ

સૌ પ્રથમ, અમે અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તે MIMO ડાઉનલોડમાં નેટવર્ક ઝડપમાં નોંધપાત્ર વધારો દર્શાવે છે.તે એટલા માટે કારણ કે, હમણાં માટે, અમારી પાસે ડાઉનલોડ્સ માટે ઘણી મજબૂત માંગ છે.તેના વિશે વિચારો, તમે ગીગાહર્ટ્ઝના ડઝનેક વીડિયો ડાઉનલોડ કરી શકો છો પરંતુ મોટાભાગે માત્ર થોડા મેગાહર્ટ્ઝ અપલોડ કરો છો.

MIMO ને બહુવિધ ઇનપુટ અને બહુવિધ આઉટપુટ કહેવામાં આવતું હોવાથી, બહુવિધ એન્ટેના દ્વારા બહુવિધ ટ્રાન્સમિશન પાથ બનાવવામાં આવે છે.અલબત્ત, માત્ર બેઝ સ્ટેશન બહુવિધ એન્ટેના ટ્રાન્સમિશનને સપોર્ટ કરતું નથી, પરંતુ મોબાઇલ ફોનને પણ બહુવિધ એન્ટેના રિસેપ્શન સાથે મળવાની જરૂર છે.

ચાલો નીચેના સરળ ચિત્રને તપાસીએ: (હકીકતમાં, બેઝ સ્ટેશન એન્ટેના વિશાળ છે, અને મોબાઇલ ફોન એન્ટેના નાના અને છુપાયેલા છે. પરંતુ વિવિધ ક્ષમતાઓ હોવા છતાં, તેઓ સમાન સંચાર સ્થિતિમાં છે.)

બેઝ સ્ટેશન અને મોબાઇલ ફોનના એન્ટેનાની સંખ્યા અનુસાર, તેને ચાર પ્રકારોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: SISO, SIMO, MISO અને MIMO.

SISO: સિંગલ ઇનપુટ અને સિંગલ આઉટપુટ

SIMO: સિંગલ ઇનપુટ અને બહુવિધ આઉટપુટ

MISO: બહુવિધ ઇનપુટ અને સિંગલ આઉટપુટ

MIMO: બહુવિધ આઉટપુટ અને બહુવિધ આઉટપુટ

ચાલો SISO થી શરૂઆત કરીએ:

સૌથી સરળ સ્વરૂપને MIMO શબ્દોમાં SISO – સિંગલ ઇનપુટ સિંગલ આઉટપુટ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે.આ ટ્રાન્સમીટર ડીસ ધ રીસીવર તરીકે એક એન્ટેના સાથે કામ કરે છે.ત્યાં કોઈ વિવિધતા નથી, અને કોઈ વધારાની પ્રક્રિયાની જરૂર નથી.

બેઝ સ્ટેશન માટે એક એન્ટેના છે અને એક મોબાઈલ ફોન માટે;તેઓ એકબીજા સાથે દખલ કરતા નથી - તેમની વચ્ચેનો ટ્રાન્સમિશન પાથ એકમાત્ર જોડાણ છે.

તેમાં કોઈ શંકા નથી કે આવી વ્યવસ્થા ખૂબ જ નાજુક છે, એક નાનો રસ્તો છે.કોઈપણ અણધારી પરિસ્થિતિઓ સીધી સંચાર માટે ખતરો પેદા કરશે.

SIMO વધુ સારું છે કારણ કે ફોનનું રિસેપ્શન વધારે છે.

જેમ તમે જોઈ શકો છો, મોબાઈલ ફોન વાયરલેસ વાતાવરણને બદલી શકતું નથી, તેથી તે પોતાની જાતને બદલી શકે છે - મોબાઈલ ફોન પોતાનામાં એન્ટેના ઉમેરે છે.

આ રીતે બેઝ સ્ટેશનથી મોકલવામાં આવેલ મેસેજ મોબાઈલ ફોન સુધી બે રીતે પહોંચી શકે છે!તે માત્ર એટલું જ છે કે તે બંને બેઝ સ્ટેશન પર એક જ એન્ટેનાથી આવે છે અને માત્ર એક જ ડેટા મોકલી શકે છે.

પરિણામે, જો તમે દરેક રૂટ પર કેટલોક ડેટા ગુમાવશો તો કોઈ વાંધો નથી.જ્યાં સુધી ફોન કોઈપણ પાથમાંથી નકલ પ્રાપ્ત કરી શકે છે, તેમ છતાં દરેક માર્ગ પર મહત્તમ ક્ષમતા સમાન રહે છે, ડેટા પ્રાપ્ત કરવાની સંભાવના સફળતાપૂર્વક બમણી થઈ જાય છે.આને વિવિધતા પ્રાપ્ત પણ કહેવાય છે.

MISO શું છે?

બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, મોબાઇલ ફોનમાં હજી પણ એક એન્ટેના છે, અને બેઝ સ્ટેશનમાં એન્ટેનાની સંખ્યા બે થઈ ગઈ છે.આ કિસ્સામાં, સમાન ડેટા બે ટ્રાન્સમીટર એન્ટેનામાંથી પ્રસારિત થાય છે.અને રીસીવર એન્ટેના પછી મહત્તમ સિગ્નલ અને ચોક્કસ ડેટા પ્રાપ્ત કરવામાં સક્ષમ છે.

MISO નો ઉપયોગ કરવાનો ફાયદો એ છે કે બહુવિધ એન્ટેના અને ડેટા રીસીવરમાંથી ટ્રાન્સમીટરમાં ખસેડવામાં આવે છે.બેઝ સ્ટેશન હજુ પણ સમાન ડેટાને બે રીતે મોકલી શકે છે;જો તમે અમુક ડેટા ગુમાવો છો તો કોઈ વાંધો નથી;સંચાર સામાન્ય રીતે આગળ વધી શકે છે.

જો કે મહત્તમ ક્ષમતા એ જ રહે છે, સંદેશાવ્યવહારની સફળતાનો દર બમણો થયો છે.આ પદ્ધતિને ટ્રાન્સમિટ ડાયવર્સિટી પણ કહેવામાં આવે છે.

છેલ્લે, ચાલો MIMO વિશે વાત કરીએ.

રેડિયો લિંકના બંને છેડે એક કરતાં વધુ એન્ટેના છે, અને આને MIMO –Multiple Input Multiple Output કહેવાય છે.MIMO નો ઉપયોગ ચેનલની મજબૂતાઈ તેમજ ચેનલ થ્રુપુટ બંનેમાં સુધારાઓ પ્રદાન કરવા માટે થઈ શકે છે.બેઝ સ્ટેશન અને મોબાઇલ બાજુ બંને સ્વતંત્ર રીતે મોકલવા અને પ્રાપ્ત કરવા માટે બે એન્ટેનાનો ઉપયોગ કરી શકે છે, અને તેનો અર્થ એ છે કે ઝડપ બમણી છે?

આ રીતે, બેઝ સ્ટેશન અને મોબાઇલ ફોન વચ્ચે ચાર ટ્રાન્સમિશન રૂટ છે, જે ઘણા વધુ જટિલ લાગે છે.પરંતુ ખાતરી માટે, કારણ કે બેઝ સ્ટેશન અને મોબાઇલ ફોન બાજુ બંનેમાં 2 એન્ટેના છે, તે એક સાથે બે ડેટા મોકલી અને પ્રાપ્ત કરી શકે છે.તો એક પાથની સરખામણીમાં MIMO મહત્તમ ક્ષમતા કેટલી વધે છે?SIMO અને MISO ના અગાઉના વિશ્લેષણથી, એવું લાગે છે કે મહત્તમ ક્ષમતા બંને બાજુએ એન્ટેનાની સંખ્યા પર આધારિત છે.

MIMO સિસ્ટમો સામાન્ય રીતે A*B MIMO તરીકે હોય છે;A નો અર્થ બેઝ સ્ટેશનના એન્ટેનાની સંખ્યા, B નો અર્થ મોબાઈલ ફોન એન્ટેનાની સંખ્યા છે.4*4 MIMO અને 4*2 MIMO વિશે વિચારો.તમને શું લાગે છે કે કઈ ક્ષમતા મોટી છે?

4*4 MIMO એકસાથે 4 ચેનલો મોકલી અને પ્રાપ્ત કરી શકે છે અને તેની મહત્તમ ક્ષમતા SISO સિસ્ટમ કરતા 4 ગણી સુધી પહોંચી શકે છે.4*2 MIMO માત્ર SISO સિસ્ટમના 2 ગણા સુધી પહોંચી શકે છે.

ક્ષમતા વધારવા માટે સમાંતર વિવિધ ડેટાની બહુવિધ નકલો મોકલવા માટે મલ્ટિપ્લેક્સિંગ સ્પેસમાં બહુવિધ એન્ટેના અને વિવિધ ટ્રાન્સમિશન પાથનો ઉપયોગ કરીને તેને સ્પેસ ડિવિઝન મલ્ટિપ્લેક્સ કહેવામાં આવે છે.

તેથી, MIMO સિસ્ટમમાં મહત્તમ ટ્રાન્સમિશન ક્ષમતા હોઈ શકે છે?ચાલો ટેસ્ટ પર આવીએ.

અમે હજુ પણ બેઝ સ્ટેશન અને મોબાઇલ ફોનને 2 એન્ટેના સાથે ઉદાહરણ તરીકે લઈએ છીએ.તેમની વચ્ચે ટ્રાન્સમિશન પાથ શું હશે?

જેમ તમે જોઈ શકો છો, ચાર રસ્તાઓ એક જ વિલીન અને હસ્તક્ષેપમાંથી પસાર થાય છે, અને જ્યારે ડેટા મોબાઇલ ફોન સુધી પહોંચે છે, ત્યારે તેઓ એકબીજાને અલગ કરી શકતા નથી.શું આ એક જ રસ્તો નથી?આ સમયે, 2*2 MIMO સિસ્ટમ SISO સિસ્ટમ જેવી નથી?

એ જ રીતે, 2*2 MIMO સિસ્ટમ SIMO, MISO અને અન્ય સિસ્ટમ્સમાં ડિજનરેટ થઈ શકે છે, જેનો અર્થ થાય છે કે સ્પેસ ડિવિઝન મલ્ટિપ્લેક્સને ટ્રાન્સમિશન ડાયવર્સિટી અથવા રિસિવ ડાયવર્સિટી સુધી ઘટાડવામાં આવે છે, બેઝ સ્ટેશનની અપેક્ષા પણ હાઈ સ્પીડને અનુસરવાથી ઘટી ગઈ છે. પ્રાપ્તિની સફળતા દરની ખાતરી કરવી.

અને MIMO સિસ્ટમોનો ગણિતના પ્રતીકોનો ઉપયોગ કરીને કેવી રીતે અભ્યાસ કરવામાં આવે છે?

3.MIMO ચેનલનું રહસ્ય

એન્જિનિયરોને ગણિતના પ્રતીકોનો ઉપયોગ કરવાનું પસંદ છે.

એન્જિનિયરોએ બેઝ સ્ટેશન પરના બે એન્ટેનામાંથી ડેટાને X1 અને X2 તરીકે ચિહ્નિત કર્યો, મોબાઇલ ફોન એન્ટેનામાંથી ડેટાને Y1 અને Y2 તરીકે, ચાર ટ્રાન્સમિશન પાથને H11, H12, H21, H22 તરીકે ચિહ્નિત કર્યા.

આ રીતે Y1 અને Y2 ની ગણતરી કરવી સરળ છે.પરંતુ કેટલીકવાર, 2*2 MIMO ની ક્ષમતા SISO ના બમણા સુધી પહોંચી શકે છે, કેટલીકવાર તે SISO જેટલી પણ બની શકતી નથી.તમે તેને કેવી રીતે સમજાવશો?

આ સમસ્યા ચેનલ સહસંબંધ દ્વારા સમજાવી શકાય છે જેનો અમે હમણાં જ ઉલ્લેખ કર્યો છે - સહસંબંધ જેટલો ઊંચો છે, તેટલું વધુ મુશ્કેલ દરેક ટ્રાન્સમિશન પાથ અને મોબાઇલ બાજુને અલગ પાડવું.જો ચેનલ સમાન હોય, તો પછી બે સમીકરણો એક બની જાય છે, તેથી તેને પ્રસારિત કરવાનો એક જ રસ્તો છે.

દેખીતી રીતે, MIMO ચેનલનું રહસ્ય ટ્રાન્સમિશન પાથની સ્વતંત્રતાના ચુકાદામાં રહેલું છે.એટલે કે, રહસ્ય H11, H12, H21 અને H22 માં છે.ઇજનેરો નીચે પ્રમાણે સમીકરણને સરળ બનાવે છે:

ઇજનેરોએ H1, H12, H21, અને H22, કેટલાક જટિલ ફેરફારો, સમીકરણ દ્વારા સરળ બનાવવાનો પ્રયાસ કર્યો અને છેવટે ફોર્મ્યુલામાં રૂપાંતરિત કર્યું.

બે ઇનપુટ્સ X'1 અને X'2, λ1 અને λ2 નો ગુણાકાર કરો, તમે Y'1 અને Y'2 મેળવી શકો છો.λ1 અને λ2 ના મૂલ્યોનો અર્થ શું છે?

એક નવું મેટ્રિક્સ છે.માત્ર એક કર્ણ પરના ડેટાવાળા મેટ્રિક્સને કર્ણ મેટ્રિક્સ કહેવામાં આવે છે.કર્ણ પર બિન-શૂન્ય ડેટાની સંખ્યાને મેટ્રિક્સનો ક્રમ કહેવામાં આવે છે.2*2 MIMO માં, તે λ1 અને λ2 ના બિન-શૂન્ય મૂલ્યોનો ઉલ્લેખ કરે છે.

જો રેન્ક 1 છે, તો તેનો અર્થ એ છે કે 2*2 MIMO સિસ્ટમ ટ્રાન્સમિશન સ્પેસમાં ખૂબ જ સહસંબંધિત છે, જેનો અર્થ છે કે MIMO SISO અથવા SIMOમાં ડિજનરેટ થાય છે અને તે જ સમયે તમામ ડેટા પ્રાપ્ત અને ટ્રાન્સમિટ કરી શકે છે.

જો રેન્ક 2 છે, તો સિસ્ટમમાં બે પ્રમાણમાં સ્વતંત્ર અવકાશી ચેનલો છે.તે એક જ સમયે ડેટા મોકલી અને પ્રાપ્ત કરી શકે છે.

તેથી, જો રેન્ક 2 છે, તો શું આ બે ટ્રાન્સમિશન ચેનલોની ક્ષમતા એક કરતા બમણી છે?જવાબ λ1 અને λ2 ના ગુણોત્તરમાં આવેલો છે, જેને શરતી સંખ્યા પણ કહેવામાં આવે છે.

જો શરતી સંખ્યા 1 છે, તો તેનો અર્થ λ1 અને λ2 સમાન છે;તેઓ ઉચ્ચ સ્વતંત્રતા ધરાવે છે.2*2 MIMO સિસ્ટમની ક્ષમતા મહત્તમ સુધી પહોંચી શકે છે.

જો શરતી સંખ્યા 1 કરતા વધારે હોય, તો તેનો અર્થ એ છે કે λ1 અને λ2 અલગ છે.જો કે, ત્યાં બે અવકાશી ચેનલો છે, અને ગુણવત્તા અલગ છે, પછી સિસ્ટમ મુખ્ય સંસાધનો વધુ સારી ગુણવત્તા સાથે ચેનલ પર મૂકશે.આ રીતે, 2*2 MIMO સિસ્ટમની ક્ષમતા SISO સિસ્ટમના 1 અથવા 2 ગણી છે.

જો કે, બેઝ સ્ટેશન ડેટા મોકલે પછી સ્પેસ ટ્રાન્સમિશન દરમિયાન માહિતી જનરેટ થાય છે.એક ચેનલ કે બે ચેનલ ક્યારે મોકલવી તે બેઝ સ્ટેશનને કેવી રીતે ખબર પડે છે?

ભૂલશો નહીં, અને તેમની વચ્ચે કોઈ રહસ્યો નથી.મોબાઇલ ફોન તેની માપેલી ચેનલ સ્થિતિ, ટ્રાન્સમિશન મેટ્રિક્સનો રેન્ક અને સંદર્ભ માટે બેઝ સ્ટેશનને પ્રીકોડિંગ માટેના સૂચનો મોકલશે.

આ બિંદુએ, મને લાગે છે કે આપણે જોઈ શકીએ છીએ કે MIMO આવી વસ્તુ બની છે.