Mimo System Performansı Üzerine Anten Karşılıklı Coupling Etkisi

Giriş: MIMO ve Karşılıklı Coupling Challenge

Birden çok giriş Birden fazla Çıkış (MIMO) teknolojisi, modern kablosuz iletişimin temel bir ayağı haline geldi, Wi-Fi ve 4G LTE'den en son 5G'ye ve 6G ağlarına kadar. Hem de verici hem de alıcıda birden çok anten kullanıyorsa, MIMO sistemleri, verileri önemli ölçüde artırmak için uzaysal çoklu doğrusal olmayan çoklu baskı ve çeşitlilikten yararlandı.

Karşılıklı darbe, bitişik anten elemanları arasındaki elektromanyetik etkileşime işaret eder. Antenler birbirine yakınlaştırılırken -bir dalganın bir kısmı ayrı bir dalgadır - ilgili alanlarda mevcutları bir başkasında değiştirir, bireysel antenin imkansızlığını değiştirir ve modüllerdeki antenlerin sayısını azaltır.

Bu makale, anten karşılıklı darbenin MIMO sistemini nasıl etkilediğine dair ayrıntılı bir görünüm sağlar, temel fiziksel mekanizmaları keşfedin, kanal kapasitesi ve sinyal kalitesi gibi temel ölçümleri analiz eder ve devlet-of-sanat mitigation stratejileri sunar.Eğer bir anten tasarımcısı, bir sistem mühendisi, ya da bir araştırmacı, bu etkileşimlerin sağlam bir kavrayış daha güvenilir ve verimli kablosuz bağlantılar kurmanıza yardımcı olacaktır.

Anten Karşılıklı Coupling

Fiziksel Mechanisms

Karşılıklı darbe üç temel elektromanyetik mekanizmadan ortaya çıkıyor:

Bu etkileşimler, karşılıklı dürtülü matrix (Zmatrix) veya S-parametre anten ağının S12'nin eşleme katsayısı ile tanımlanır. dB'de S12'yi sık sık sık sık ifade eder.MIMO uygulamaları için tipik bir kabul edilebilir değer aşağıdadır -15 dB -20 dB.

Etkileyici Güçlü Güçleri Etkileyen Faktörler

MIMO System Performansı Üzerine Karşılıklı Coupling Etkisi

Kanal Kapasitesi ve Spatial Multixing

MIMO'nun yüksek kapasite vaatleri birden fazla bağımsız uzaysal kanal yaratma yeteneğinden gelir. kanal kapasitesi (Suçta ikinci başına biraz daha fazla MIMO bağlantı Nt ile Nr alma antenleri verilir ve Nr alma antenleri verilir.

C = log2 det (I)Nr) · H H H [DFLT:2).

H kanalı matrix. verici veya alıcının sütunlarda (veya sıralarda) korelasyonunu ortaya koyduğunu, kanalın sırasını etkili bir şekilde sınırlandırır. Araştırma, bağlantı katlarını bir 2×2 sistemi için - 10 dB, kapasite kaybının% 20'yi yüksek bir çift dizi ile karşılaştırabileceğini göstermiştir.

Ayrıca, karşılıklı darbeler antenlerin uzaysal imzalarını bozar. Kanalın eigenvectorları daha az ortogonal hale gelir ve tekil değer artışlar, yani en zayıf eigenmode çok az enerji taşır.Bu doğrudan MIMO'yu tanımlayan uzaysal çokluxing kazanır.

Signalto-Noise Oran ve Çeşitlilik Kazandı

Çeşitlilik şemalarında (örneğin, Alamouti veya maksimum oran kombinasyonu), karşılıklı darbe, düşük çözünürlükte alınan sinyal gücünü azaltır, olay gücünün bazıları komşu elementler tarafından dağınık veya absorbe edilir. Aynı zamanda, darbeleme çift antenler mevcut yanlış eşleştirilmiş boşlukları düşük çözünürlük yükseltebilirse, genel sinyal yükselteçli yükselteçleri azaltır.

İlgili bir endişe çeşitlilik kazancının bozulmasıdır.Bir Rayleigh fading senaryosu için, Nr ile ilgili antenler ile ilgili bir sistemin çeşitliliği siparişi Nr. karşılıklı darbeler korelasyonunu, çeşitliliğin etkin bir şekilde daha düşük hale getirir. Örneğin, dört sıkı çift antenle (spacing ~0.2 ⁇ , S12 ⁇ –5 dB), etkili çeşitlilik düzeni 3 veya 2'ye düşebilir, bağlantı kurmak daha da derinlere daha savunmasız hale gelir.

Kirişme ve Dizi Üzerine Etkisi

BeamInfo dizileri kesin bir aşamaya ve elementler arasındaki amplitüd ilişkilerine güveniyor. Karşılıklı darbeleme, gömülü element kalıpları işaret ediyor - tüm diğerlerinin bulunduğu zaman bir antenin şekline doğrudan son veriyor. Bu model, kirişin yönünü değiştiriyor ve ana lob seviyelerini genişletiyor.

Adaptif bir kiriş için (örneğin, minimum değişkenlik bozulmaz yanıt), karşılıklı darbe, darbenin ağırlık hesaplamasında dikkate alınmazsa sinyal iptaline veya null dolumu dağıtmasına neden olabilir.

Correlation and Channel Estimation

Alıcıda kanal tahminleri genellikle antenlerin bağımsız olduğunu varsayıyor. Karşılıklı darbeci, sabit bir doğrusal dönüşüm (gösterici matrix C) etkin kanala absorbe edilen H eff = C · H. Eğer bu darbeci rahatsız değilse, estimator daha yüksek bir hata görür ve sonraki performans kaybı sembolü algılamada.

İki anten arasındaki zarf korelasyonu katsayısı karmaşık desenlerden hesaplanabilir. İyi MIMO performans için bir kural-of-James < 0,5; karşılıklı darbeleme, özellikle de desenler çakıldığında daha yüksek tutma eğilimindedir.

Mitigate Karşılıklı Coupling için Stratejiler

Anten Yeri ve Oryantasyon

En basit mitigation spacing artırmaktır -tip olarak 0,5 ⁇ veya daha fazla verim birçok uygulama için yeterince darbeci olabilir. ancak mobil eller, IoT cihazları ve büyük MIMO dizileri, fiziksel alan S12 < -25 dB sadece 0.3 ⁇ mesafe.

Decoupling Networks

Lumpedelement decoupling network (LC- ağlar) karşılıklı dürtüyü iptal etmek için anten limanları arasında yer almaktadır. Klasik bir yaklaşım, her çift anten için dikkatli bir şekilde ayarlanmalıdır.

Neutralizasyon Hatları

Mobil elze tasarımlarında, tarafsız birlaştırma hattı (NL) iki anten beslemesi birleştiren ince bir metal şerittir. NL'nin uzunluğu ve konumunu ayarlayarak, biri karşılıklı darbeyi iptal eden bir güncelleme hattının basit, düşük maliyetli olduğunu ve 10-15 dB'nin orta bir bant genişliğine ulaşabilmesini gerektirir.

Elektronya Bantgap (EBG) Yapılar

EBG yapıları - bir dielektrikte periyodik metalik desenler - yüksek hacimli yüzeylere yüzeysel dalga yayılımı ile baskı yapan yüzeylere uygundur.In etching a appropriate EBG pattern on the ground plane between elements, yüzey-wave coupling can be mitigate by 10-20 dB. Mushroom-type EBGs are common, ancak substrat kalınlığı ve üretim maliyetinin artırılmasına rağmen, ekstra değirmenleri basılabilir olan seriler için en uygun şekilde uygundur.

Tanımlanmış Ground Structures (DGS)

EBG'nin bir çeşidi, hatalı bir zemin yapısı, zemin uçaktaki kasıtlı yuvaları veya kusurları, bloklar darbe frekansının çizildiği bir filtre etkisi oluşturmak için tanıtmaktadır. DGS, titiz sinyalleri ve antenin imkansız bant genişliğini dikkatlice değiştirebilir.

Parasitic Elements ve Resonators

Pasif parasitik elementler (örneğin, çeyrek dalga açık boşluklar) komşu limandan uzak çift alanları yönlendirebilir. Parasitic resonator, işletim frekansında bir grup duraklama merkezi olarak hareket eder.Bu teknik genellikle çok az ekstra emlak ile yakın boşluk antenleri bölmek için kullanılır.

Signal Processing Compensation

Sistem seviyesinde, karşılıklı darbeleme, dijital ön kodlama veya eşitleme kullanarak modellenebilir ve telafi edilebilir. Örneğin, bir temel istasyonda bilinen darbe matrix C ile ilgili olarak, bir tanesi hesaplama yüküne yol açabilir, ancak fiziksel dekole aynı şekilde kesintiye uğramak gibi kurtarma kapasiteleri azaltılabilir.

Gelişmiş Konular: Modern Sistemlerde Karşılıklı Coupling

Massive MIMO ve Karşılıklı Coupling

Massive MIMO (baş istasyondaki antenlerin yüzleri) her elementin küçük ölçekli fadingi ortalama olarak ortaya çıkarmak için büyük sayılara sahip olabilir. Karşılıklı darbeler hala korelasyona yol açan bazı yöntemleri ortaya çıkarırken, araştırmacılar, calibrasyona dikkatleri ile karşı karşıya kalabilirler.

5G mmWave ve Sub-6 GHz Dizileri

Per milimetre dalga frekansları (örneğin, 28 GHz, 39 GHz), anten dizileri genellikle tek bir paket veya çipe entegre edilir. Küçük üretim toleranslarının bile darbeyi değiştirebilir. Altstrate-in-ingrated dalga kılavuzu (SIW) antenleri ve yüksek çözünürlükte antenler, sadece sabit bir modüller içinde kapatılabilen güçlü bir darbe sergileyerek ve dekolman slotların kullanımı ile sınırlı tutmaları gerektiği anlamına gelir. 5G kullanıcı ekipmanlarında, trend çok sayıda antene karşı (örneğin, 5G FR2).

Yeniden yapılandırılabilir Akıllı Yüzeyler (RIS) ve MIMO

RIS teknolojisi, ayarlanan performansı genişletmek için büyük, pasif diziler kullanır. Coupling-aware ünitesi-seçmiş tasarım, çift kutuplu diziler arasında yeni bir özgürlük sunuyor.

Karşılıklı Coupling için makine Öğrenme

Son gelişmeler, anten geometri parametrelerinden darbe matrisi tahmin etmek veya araştırma aşamasından daha hızlı tasarlamak için sinir ağları kullanır. Tam dalga simülasyonu verileri, anteni azaltımı, decoup-line uzunlukları veya EBG ünitesi-telif devreleri daha hızlı tahmin etmek için bir şekilde kullanır. Bu yöntemler hala araştırma aşamasındadır, ancak anten tasarımcıları için önemli zaman tasarrufu sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Anten karşılıklı darbesi MIMO sistemlerinin teorik avantajlarını zayıflatabilecek kritik bir faktör olarak kalır ve kanal kapasitelerini azaltmak ve ölçüm hataları oluşturmak için çeşitli kazanımlar elde edilir, etkileri geniş kapsamlı ve sık incedir. Kablosuz sistemler her zamankinden daha yüksek antenler toplamaya devam eder ve frekanslar çalışır.

Neyse ki, zengin bir masyon stratejileri mevcut - metamalzeme ve polarizasyon çeşitliliğinden ileri teknoloji ağlarına kadar, EBG yapıları ve dijital tazminat. Hiç tek bir yaklaşım evrensel olarak en iyi şekilde değildir; en iyi çözüm, yüksek performanslı MIMO iletişim sistemlerine bağlıdır.

Daha fazla okuma için, örneğin, ►0)Balanis'nin [Döneticileri için [Döneticileri için) klasik ders kitaplarına danışın veya IEEE kağıtları için [[0)Referanslar: A Comprehensive Review”[FLT: A. Jensen ve J. W. Wallace, karşılıklı dürtüsel etkilere ilişkin ayrıntılı bir bakış için.