Технические науки/ 6.Электротехника и радиоэлектроника

К.т.н., доц. Герасіна О.В., Варніцька В.В.

ДВНЗ «Національний гірничий університет», Україна

Дослідження пропускної спроможності MIMO систем з варіацією кількості передавальних і приймальних антен

Технологія Multiple-Input-Multiple-Output (MІMO) є одним з найбільш важливих шляхів розвитку широкосмугових бездротових систем. У таких системах використовують декілька передавальних і приймальних антен. Як критерій ефективності MIMO системи зручно розглядати її ефективну пропускну спроможність, що визначає число правильно переданих інформаційних біт в одиницю часу в одиничному інтервалі частот [1].

Пропускна спроможність MIMO-систем може бути збільшена пропорційно числу антенних елементів у порівнянні зі звичайними системами, при цьому не потрібно підвищення сумарної випромінюваної потужності передавача й розширення частотного спектра сигналу [2, 3].

Для забезпечення необхідної пропускної спроможності MІMO системи необхідно оптимальний вибір кількості прийомних й передавальних антен. Дослідження залежності пропускної спроможності MІMO системи від кількості передавальних та приймальних антен проводилось за допомогою стандартних та розроблених програм у середовищі Matlab.

На рис. 1 наведено графіки залежності пропускної спроможності від відношення сигнал/шум для МІМО системи з 2 передавальними (Tx) й різним числом приймальних антен (Rx). На рис.1 також наведено графік для SІSО системи (Tx=Rx=1). Встановлено, що перехід від SІSО до МIМО системи дає значне збільшення швидкості передачі інформації, й це збільшення тим більше, чим більше число приймальних антен. З рис. 1 також видно, що зростання пропускної спроможності залежить нелінійно від кількості приймальних антен.

Рис. 1. Залежність пропускної спроможності від відношення сигнал/шум для MIMO систем з різним числом передавальних (Tx) і приймальних (Rx) антен

На рис. 2 наведено залежності пропускної спроможності MIMO системи від кількості приймальних антен (Rx) при кількості передавальних антен (Tx) 2 і 4. Встановлено, що при зміні кількості приймальних антен від 2 до 20 спостерігається експоненціальне збільшення пропускної спроможності, яке при подальшому збільшенні антен стає практично лінійним. Згідно рис. 2 пропускна спроможність залежить більше від кількості передавальних антен: так, при невеликому їх збільшенні (від 2 до 4) можна отримати такий же виграш у пропускній спроможності, як при збільшенні кількості приймальних антен від 4 до 60.

Рис. 2. Залежності пропускної спроможності MIMO системи від кількості приймальних антен (Rx) при кількості передавальних антен (Tx) 2 і 4

Література:

1. Слюсар В.И. Системы MIMO: принципы построения и обработка сигналов / В.И. Слюсар. // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. – 2005. – № 8.– C. 52-58.

2. Shiu D.S. Fading Correlation and Its Effect on the Capacity of Multielement Antenna Systems / D.S. Shiu, G.J. Foschini, M.J. Gans, J.M. Kahn // IEEE Transactions On Communications. – 2000. – Vol. 48. – No. 3. – P. 502–513.

3. Ермолаев В.Т. Увеличение пропускной способности MIMO-системы радиосвязи с параллельной передачей данных по собственным подканалам / В.Т. Ермолаев, А.Г. Флаксман, Д.Н. Лысяков. // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2010. – № 3(1). – C. 79–86.