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マルチユーザー MIMO ( MU-MIMO ) は、マルチパス無線通信用の MIMO (複数入力複数出力) 技術のセットです。複数のユーザーまたは端末がそれぞれ 1 つ以上のアンテナを介して無線接続し、相互に通信します。対照的に、シングルユーザー MIMO (SU-MIMO) では、マルチアンテナを装備した単一のユーザーまたは端末が、同様に装備した他の 1 つのノードと通信します。セルラー通信の領域でOFDMA がOFDMにマルチアクセス機能を追加するのと同様に、MU-MIMO はワイヤレスの領域で MIMO にマルチユーザー機能を追加します。
SDMA、[1] [2] [3]大規模MIMO、[4] [5]協調マルチポイント（CoMP）、[6]およびアドホックMIMOはすべてMU-MIMOに関連しており、これらの技術はそれぞれ、空間の自由度を活用してユーザーを分離することがよくあります。
テクノロジー
MU-MIMO は、複数のユーザーを空間的に分散された伝送リソースとして活用しますが、信号処理が多少高価になります。これと比較して、従来のシングルユーザーMIMO (SU-MIMO) では、ローカル デバイスの複数のアンテナ次元のみが使用されます。MU-MIMO アルゴリズムは、ユーザー間の接続が 1 を超える MIMO システムを強化します。MU-MIMO は、ダウンリンクとアップリンクの状況に応じて、MIMO ブロードキャスト チャネル (MIMO BC) と MIMO マルチアクセス チャネル (MIMO MAC) の 2 つのカテゴリに一般化できます。これとの比較では、SU-MIMO はポイントツーポイントのペアワイズ MIMO として表すことができます。
受信機と送信機という用語の曖昧さをなくすために、アクセス ポイント(AP) またはベース ステーション、およびユーザーという用語を採用することができます。ダウンリンク接続の場合、AP は送信機で、ユーザーは受信機であり、アップリンク接続の場合、その逆になります。同種ネットワークは双方向である傾向があるため、この区別は不要です。
MIMO ブロードキャスト (MIMO BC)
MIMO BC は、単一の送信者がワイヤレス ネットワーク内の複数の受信者に送信する MIMO ダウンリンクのケースを表します。MIMO BC の高度な送信処理の例としては、干渉を考慮したプリコーディングや SDMA ベースのダウンリンク ユーザー スケジューリングがあります。高度な送信処理では、送信機 (CSIT) で qfz がわかっている必要があります。つまり、CSIT がわかっているとスループットが向上し、CSIT を取得する方法が非常に重要になります。MIMO BC システムは、特に送信機 (AP) のアンテナ数が各受信機 (ユーザー) のアンテナ数より多い場合に、ポイントツーポイント SU-MIMO システムよりも優れた利点があります。MIMO BC で使用できるプリコーディング技術のカテゴリには、1 つにダーティ ペーパー コーディング (DPC) と線形技術を使用するもの[7]、2 つにハイブリッド (アナログとデジタル) 技術があります[8] 。プリコーディングは、複数の構成に適用できる 、いわゆるステアリング マトリックス[9]によって実現することもできます。
MIMO MAC
逆に、MIMO マルチアクセス チャネル ( MIMO MAC) は、複数の送信者から単一の受信者へのワイヤレス ネットワークにおける MIMO アップリンクのケースを表します。MIMO MAC の高度な受信処理の例としては、ジョイント干渉キャンセルや SDMA ベースのアップリンク ユーザー スケジューリングがあります。高度な受信処理では、受信機は受信機のチャネル状態情報(CSIR) を知っている必要があります。CSIR を知ることは、通常、CSIT を知ることよりも簡単です。ただし、CSIR を知ることは、各ユーザーから AP に専用パイロットを送信するために多くのアップリンク リソースを消費します。MIMO MAC システムは、特に AP の受信アンテナの数が各ユーザーの送信アンテナの数より多い場合に、ポイントツーポイント MIMO システムよりも優れています。
クロスレイヤーMIMO
クロスレイヤー MIMO は、システムで MIMO 構成が採用されているときに発生する可能性のある特定のクロスレイヤー問題を解決することで、MIMO リンクのパフォーマンスを向上させます。クロスレイヤー技術は、SISO リンクのパフォーマンスを向上させるためにも使用できます。クロスレイヤー技術の例としては、ジョイント ソース チャネル コーディング、適応変調およびコーディング (AMC、または「リンク適応」)、ハイブリッド ARQ (HARQ)、およびユーザー スケジューリングなどがあります。
マルチユーザーからマルチユーザーへ
高度に相互接続された無線アドホック ネットワークは、マルチユーザー干渉の増加を犠牲にして、無線ネットワークの柔軟性を高めます。干渉耐性を向上させるために、PHY/MAC 層プロトコルは、競合ベースから協調ベースの送受信に進化しました。協調型無線通信は、実際に干渉を利用することができます。干渉には、自己干渉と他のユーザー干渉が含まれます。協調型無線通信では、各ノードが自己干渉と他のユーザー干渉を使用して、データのエンコードとデコードのパフォーマンスを向上させることができますが、従来のノードは一般に干渉を回避するように指示されます。たとえば、強い干渉がデコード可能になると、ノードは強い干渉をデコードしてキャンセルしてから、自己信号をデコードします。低いキャリアオーバー干渉 (CoI) 比の緩和は、協調型システムの PHY/MAC/アプリケーション ネットワーク層全体で実装できます。
- 協調型複数アンテナ研究 -隣接する無線端末間にアンテナが分散されている状況で
複数アンテナ技術を適用します。
- 協調ダイバーシティ-各独立ノードに属する分散アンテナの協調によりアンテナダイバーシティゲインを実現します。
- 協調型 MIMO –多数の異なるノードに属する分散アンテナの送信または受信の協調により、空間多重化ゲインなどのMIMO の利点を実現します。
- 協調リレー – リレー技術に協調の概念を適用します。これは、協調シグナリングの点で協調ダイバーシティに似ています。ただし、協調リレーの主な基準は、遅延とパフォーマンスのトレードオフ領域を改善することです。一方、協調ダイバーシティと MIMO の主な基準は、最小限の協調損失を犠牲にしてリンクとシステムのパフォーマンスを改善することです。
- 協力のための中継技術
- 保存転送 (S&F)、増幅転送 (A&F)、復号転送 (D&F)、符号化協力、空間符号化協力、圧縮転送 (C&F)、非直交方式
協調型MIMO（CO-MIMO）
CO-MIMO は、ネットワーク MIMO (ネット MIMO ) またはアドホック MIMOとも呼ばれ、他のユーザーに属する分散アンテナを使用しますが、従来の MIMO、つまりシングルユーザー MIMO では、ローカル端末に属するアンテナのみを使用します。 CO-MIMO は、ダイバーシティ、多重化、ビームフォーミングなどの複数アンテナの利点を導入することで、ワイヤレスネットワークのパフォーマンスを向上させます。主な関心がダイバーシティゲインにかかっている場合、それは協調ダイバーシティとして知られています。 これは、たとえばソフトハンドオーバーで使用されるマクロダイバーシティの一形態として説明できます。 協調 MIMO は、送信機マクロダイバーシティまたはサイマルキャストに対応します。 高度な信号処理を必要としない単純な形式は、特にワイヤレスブロードキャストで使用される単一周波数ネットワーク(SFN) です。 チャネル適応型またはトラフィック適応型スケジューリングと組み合わせた SFN は、動的単一周波数ネットワーク(DSFN)と呼ばれます。
CO-MIMO は、無線メッシュ ネットワーキングや無線アドホック ネットワーキングを考慮した将来のセルラー ネットワークに役立つ技術です。無線アドホック ネットワークでは、複数の送信ノードが複数の受信ノードと通信します。アドホック チャネルの容量を最適化するために、MIMO の概念と技術を送信ノード クラスターと受信ノード クラスター間の複数のリンクに適用できます。シングル ユーザー MIMO トランシーバーの複数のアンテナとは対照的に、参加ノードとそのアンテナは分散して配置されます。そのため、このネットワークの容量を実現するには、分散無線リソースを管理する技術が不可欠です。無線ネットワークの容量を最適化するために、自律干渉認識、ノード協力、ダーティ ペーパー コーディングによるネットワーク コーディングなどの戦略が提案されています。
参照
参考文献
- ^ N. Jindal、「有限レートフィードバックを備えたMIMOブロードキャストチャネル」、IEEE Transactions on Information Theory、vol. 52、no. 11、pp. 5045–5059、2006年。
- ^ D. Gesbert、M. Kountouris、RW Heath Jr.、C.-B. Chae、および T. Sälzer、「MIMO パラダイムのシフト」、IEEE Signal Processing Magazine、vol. 24、no. 5、pp. 36-46、2007 年。
- ^ R. Tweg、R. Alpert、H. Leizerovich、A. Steiner、E. Levitan、E. Offir-Arad、AB Guy、B. Zickel、A. Aviram、A. Frieman、M. Wax、「WiFi メトロポリタン エリア展開のためのビームフォーミングと SDMA の ASIC 実装」、Global Telecommunications Conference、2006 年。GLOBECOM '06。IEEE。
- ^ TL Marzetta、「無制限の数の基地局アンテナを備えた非協力セルラーワイヤレス」、IEEE Transactions on Wireless Communications、vol. 9、no. 11、pp. 56-61、3590-3600、2010 年 11 月。
- ^ J. Hoydis、S. ten Brink、M. Debbah、「セルラーネットワークの UL/DL における大規模 MIMO: 必要なアンテナ数は?」IEEE Journal on Selected Areas in Communications、vol. 31、no. 2、pp. 160-171、2013 年 2 月。
- ^ E. Björnson および E. Jorswieck、「協調型マルチセルシステムにおける最適なリソース割り当て」、通信情報理論の基礎と動向、第 9 巻、第 2-3 号、pp. 113-381、2013 年。
- ^ Q. Spencer、M. Haardt、AL Swindlehurst (2004 年 2 月)。「マルチユーザー MIMO チャネルにおけるダウンリンク空間多重化のためのゼロフォーシング法」IEEE Trans. Signal Process . 52 (2): 461. Bibcode :2004ITSP...52..461S. doi :10.1109/TSP.2003.821107. S2CID 616082.
- ^ Vizziello, A., Savazzi, P., Chowdhury, KR (2018). マルチユーザーミリ波MIMOシステム向けカルマンベースハイブリッドプリコーディング。IEEE Access, 6, 55712-55722.
- ^ 「Meilhac、Lisa、Ahmad Bazzi。「MU-MIMO通信システム用のプリコーディングステアリングマトリックス。」米国特許10,686,500、2020年6月16日発行」。
外部リンク
- 建設的干渉による MU-MIMO ビームフォーミング、Wolfram デモンストレーション プロジェクト
- Peel, CB, Spencer, QH, Swindlehurst, AL, & Haardt, M. (2004). 「マルチユーザー MIMO ダウンリンクの紹介」IEEE コミュニケーション マガジン、61 ページ。