この項目 こうもく 通信 つうしん 技術 ぎじゅつ 一種 いっしゅ 説明 せつめい 茨城 いばらき 県 けん 水戸 みと 市 し MIMO (水戸 みと 市 し 」をご覧 らん
MIMO (multiple-input and multiple-output 、マイモ)とは、無線 むせん 通信 つうしん 送信 そうしん 機 き 受信 じゅしん 機 き 双方 そうほう 複数 ふくすう 使 つか 通信 つうしん 品質 ひんしつ 向上 こうじょう スマートアンテナ 技術 ぎじゅつ 一 ひと 方 いかた 装備 そうび 機器 きき 基準 きじゅん 信号 しんごう 伝送 でんそう 無線 むせん 伝送 でんそう 路 ろ 基準 きじゅん 伝送 でんそう 路 ろ 見 み 入力 にゅうりょく 送信 そうしん 側 がわ 伝送 でんそう 路 ろ 見 み 出力 しゅつりょく 受信 じゅしん 側 がわ
SISO, SIMO, MISO, MIMO 帯域 たいいき 幅 はば 送信 そうしん 出力 しゅつりょく 強化 きょうか 距離 きょり 劇的 げきてき 改善 かいぜん 無線 むせん 通信 つうしん 業界 ぎょうかい 注目 ちゅうもく 周波数 しゅうはすう 帯域 たいいき 利用 りよう 効率 こうりつ 高 たか 帯域 たいいき 幅 はば 当 あ 高 たか 信頼 しんらい 性 せい 多様 たよう 性 せい 高 たか フェージング を低減 ていげん 以上 いじょう IEEE 802.11n (Wifi)、4G 、3GPP Long Term Evolution 、WiMAX 、HSPA+ といった最近 さいきん 無線 むせん 通信 つうしん 規格 きかく 重要 じゅうよう 一部 いちぶ
この分野 ぶんや 最初 さいしょ 期 き 年 ねん 年 ねん 年 ねん 遡 さかのぼ ベル研究所 けんきゅうじょ の Jack Winters と Jack Salz は1984年 ねん 年 ねん ビームフォーミング に関 かん 応用 おうよう 論文 ろんぶん 発表 はっぴょう [1]
Arogyaswami Paulraj と Thomas Kailath は1993年 ねん 使 つか 空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か 概念 がいねん 提唱 ていしょう 年 ねん 空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か 関 かん 特許 とっきょ アメリカ合衆国 あめりかがっしゅうこく 特許 とっきょ 第 だい 号 ごう 申請 しんせい [2] 特 とく 無線 むせん 放送 ほうそう 応用 おうよう 強調 きょうちょう
1996年 ねん Gerard J. Foschini はMIMOテクノロジーの新 あら 考案 こうあん 効果 こうか 的 てき 改善 かいぜん 一 ひと 送信 そうしん 機 き 複数 ふくすう 設置 せっち 構成 こうせい 検討 けんとう [3] [4]
1998年 ねん 研究所 けんきゅうじょ 通信 つうしん 性能 せいのう 改善 かいぜん 主要 しゅよう 空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か 実験 じっけん 室 しつ 開発 かいはつ 成功 せいこう [5]
世界 せかい 初 はつ 実用 じつよう 化 か 年 ねん 直交 ちょっこう 周波数 しゅうはすう 分割 ぶんかつ 多元 たげん 接続 せつぞく 使 つか 開発 かいはつ 技術 ぎじゅつ 空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か 両方 りょうほう 年 ねん Airgo Networks はMIMOに関 かん 特許 とっきょ 基 もと 規格 きかく 策定 さくてい 中 ちゅう IEEE 802.11n をいち早 はや 実装 じっそう 翌 よく 年 ねん 数社 すうしゃ ブロードコム 、インテル 、マーベル 他 た 採用 さいよう 規格 きかく 確定 かくてい 実装 じっそう 行 おこな 同 おな 年 ねん 数社 すうしゃ サムスン電子 でんし 、Runcom Technologies 他 た 採用 さいよう WiMAX （IEEE 802.16e）の実装 じっそう 行 おこな 今後 こんご 4G システムもMIMOテクノロジーを採用 さいよう 予定 よてい 研究 けんきゅう 登場 とうじょう
MIMOの主 おも 機能 きのう 空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か ダイバーシティ コーディングの3つに分類 ぶんるい
プリコーディング (en )
プリコーディングとは狭義 きょうぎ ビームフォーミング を意味 いみ 広義 こうぎ 送信 そうしん 空間 くうかん 処理 しょり 意味 いみ 単一 たんいつ 層 そう 同 おな 信号 しんごう 送信 そうしん 適当 てきとう 位相 いそう 時 とき 適当 てきとう 利得 りとく 重 おも 付 づ 送信 そうしん 受信 じゅしん 側 がわ 信号 しんごう 最大 さいだい 利点 りてん 受信 じゅしん 側 がわ 信号 しんごう 利得 りとく 増大 ぞうだい 異 こと 放射 ほうしゃ 信号 しんごう 構築 こうちく 的 てき 加算 かさん 多重 たじゅう 伝送 でんそう フェージング の影響 えいきょう 低減 ていげん 散乱 さんらん 良 よ 指向 しこう 性 せい 示 しめ 典型 てんけい 的 てき 携帯 けいたい 電話 でんわ 異 こと 受信 じゅしん 側 がわ 複数 ふくすう 持 も 場合 ばあい 送信 そうしん 側 がわ 全 ぜん 受信 じゅしん 信号 しんごう 同時 どうじ 最大 さいだい 化 か 使 つか 行 おこな 送信 そうしん 側 がわ チャネル状態 じょうたい 情報 じょうほう (CSI) についての知識 ちしき 持 も 要求 ようきゅう
空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か en )空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か 型 がた 構成 こうせい 必要 ひつよう 高 こう 転送 てんそう 信号 しんごう 低 てい 転送 てんそう 複数 ふくすう 分割 ぶんかつ 送信 そうしん 同 おな 周波数 しゅうはすう 発信 はっしん 受信 じゅしん 側 がわ 個々 ここ 空間 くうかん 特性 とくせい 十分 じゅうぶん 異 こと 信号 しんごう 受信 じゅしん 並列 へいれつ 分離 ぶんり 空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か 高 たか SN比 ひ で通信 つうしん 路 ろ 容量 ようりょう 増大 ぞうだい 非常 ひじょう 強力 きょうりょく 技法 ぎほう 空間 くうかん 最大 さいだい 数 すう 送信 そうしん 側 がわ 受信 じゅしん 側 がわ 数 すう 少 すく 制限 せいげん 空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か 伝送 でんそう 路 ろ 知識 ちしき 必 かなら 必須 ひっす 空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か 複数 ふくすう 受信 じゅしん 機 き 同時 どうじ 送信 そうしん 使 つか 空間 くうかん 分割 ぶんかつ 多元 たげん 接続 せつぞく 呼 よ ダイバーシティコーディング (en )
送信 そうしん 側 がわ 状態 じょうたい 情報 じょうほう 知識 ちしき 全 まった 場合 ばあい 技法 ぎほう 空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か 異 こと 単一 たんいつ 送信 そうしん 信号 しんごう 時空 じくう 間 あいだ 符号 ふごう 化 か 技法 ぎほう 符号 ふごう 化 か 信号 しんごう 完全 かんぜん 直交 ちょっこう 符号 ふごう 送信 そうしん 発信 はっしん 複数 ふくすう 個々 ここ 利用 りよう 信号 しんごう ダイバーシティ を強化 きょうか 知識 ちしき 行 おこな 送信 そうしん 側 がわ 知識 ちしき 空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か 組合 くみあ 復号 ふくごう 信頼 しんらい 性 せい 空間 くうかん 多重 たじゅう 化 か 組合 くみあ
802.11n 製品 せいひん 型 がた 実装 じっそう 縮退 しゅくたい 受信 じゅしん 側 がわ 単一 たんいつ 縮退 しゅくたい 状態 じょうたい 送信 そうしん 側 がわ 単一 たんいつ 縮退 しゅくたい 状態 じょうたい 送信 そうしん 側 がわ 受信 じゅしん 側 がわ 単一 たんいつ 通常 つうじょう 無線 むせん 通信 つうしん 意味 いみ
シングルユーザーMIMOの基本 きほん 技法 ぎほう 次 つぎ 具体 ぐたい 例 れい
アンテナの配置 はいち 間隔 かんかく 広 ひろ 方 ほう 望 のぞ 基地 きち 局 きょく 波長 はちょう 何 なん 倍 ばい 値 ね 配置 はいち 携帯 けいたい 型 がた 送受信 そうじゅしん 機 き 重大 じゅうだい 問題 もんだい 設計 せっけい 対策 たいさく 両面 りょうめん 検討 けんとう 進 すす
近年 きんねん 技術 ぎじゅつ 研究 けんきゅう 盛 さか 完全 かんぜん 型 がた 高 たか 可能 かのう 性 せい 秘 ひ 部分 ぶぶん 的 てき 実用 じつよう 化 か 研究 けんきゅう 盛 さか
マルチユーザーMIMO (MU-MIMO, en )
MU-MIMOは高 たか 能力 のうりょく 実現 じつげん 受信 じゅしん 数 すう 少 すく 機器 きき 複雑 ふくざつ 性 せい 小 ちい 済 す 3GPP とWiMAX の最近 さいきん 規格 きかく 多 おお 企業 きぎょう 仕様 しよう 実現 じつげん 技術 ぎじゅつ 候補 こうほ 挙 あ
シングルユーザーMIMOのスケジューリングが単独 たんどく 割 わ 当 あ 対 たい PU2 RC (Per-User Unitary Rate Control) ではネットワークがそれぞれのアンテナを異 こと 割 わ 当 あ 可能 かのう 空間 くうかん 仮想 かそう 通 とお 送信 そうしん 空間 くうかん 的 てき 識別 しきべつ 可能 かのう 空間 くうかん 効率 こうりつ 的 てき 無線 むせん 単純 たんじゅん 化 か 観点 かんてん 議論 ぎろん 進 すす 2 RC は IEEE 802.16m (WiMAX2) の system description documentation (SDD) に含 ふく
協調 きょうちょう 分散 ぶんさん 存在 そんざい 異 こと 群 ぐん 利用 りよう MIMO ルーティング
MIMOルーティングとはクラスター単位 たんい 各 かく 以上 いじょう 従来 じゅうらい 対 たい 単位 たんい 点 てん 異 こと [6]
MIMO伝送 でんそう 路 ろ MIMOシステムでは、送信 そうしん 機 き 複数 ふくすう 送信 そうしん 使 つか 複数 ふくすう 送信 そうしん 送信 そうしん 送信 そうしん 機 き 側 がわ
N
t
{\displaystyle N_{t}}
個 こ 送信 そうしん 受信 じゅしん 機 き 側 がわ
N
r
{\displaystyle N_{r}}
個 こ 受信 じゅしん 間 あいだ 全部 ぜんぶ
N
t
N
r
{\displaystyle N_{t}N_{r}}
個 こ 伝送 でんそう 路 ろ 成 な 行列 ぎょうれつ 通 とお 受信 じゅしん 機 き 複数 ふくすう 受信 じゅしん 信号 しんごう ベクトル を受信 じゅしん 信号 しんごう 復号 ふくごう 元 もと 情報 じょうほう 得 え ナローバンド のフラットフェージング 型 かた 次 つぎ 式 しき 化 か
y
=
H
x
+
n
{\displaystyle \mathbf {y} =\mathbf {H} \mathbf {x} +\mathbf {n} }
ここで
y
{\displaystyle \scriptstyle \mathbf {y} }
x
{\displaystyle \scriptstyle \mathbf {x} }
受信 じゅしん 送信 そうしん
H
{\displaystyle \scriptstyle \mathbf {H} }
n
{\displaystyle \scriptstyle \mathbf {n} }
行列 ぎょうれつ
情報 じょうほう 理論 りろん 送信 そうしん 側 がわ 受信 じゅしん 側 がわ チャネル状態 じょうたい 情報 じょうほう (CSI) を完全 かんぜん 即時 そくじ 把握 はあく エルゴード的 てき 通信 つうしん 路 ろ 容量 ようりょう 次 つぎ 式 しき 表 あらわ [7]
C
p
e
r
f
e
c
t
−
C
S
I
=
E
[
max
Q
;
tr
(
Q
)
≤
1
log
2
det
(
I
+
ρ ろー
H
Q
H
H
)
]
=
E
[
log
2
det
(
I
+
ρ ろー
D
S
D
)
]
{\displaystyle C_{\mathrm {perfect-CSI} }=E\left[\max _{\mathbf {Q} ;\,{\mbox{tr}}(\mathbf {Q} )\leq 1}\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\rho \mathbf {H} \mathbf {Q} \mathbf {H} ^{H}\right)\right]=E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\rho \mathbf {D} \mathbf {S} \mathbf {D} \right)\right]}
ここで
(
)
H
{\displaystyle ()^{H}}
随伴 ずいはん 作用素 さようそ 意味 いみ
ρ ろー
{\displaystyle \rho }
送信 そうしん 出力 しゅつりょく 出力 しゅつりょく 比 ひ 送信 そうしん 側 がわ SN比 ひ ）である。最適 さいてき 信号 しんごう 共 ども 分散 ぶんさん
Q
=
V
S
V
H
{\displaystyle \scriptstyle \mathbf {Q} =\mathbf {VSV} ^{H}}
行列 ぎょうれつ
U
D
V
H
=
H
{\displaystyle \scriptstyle \mathbf {UDV} ^{H}\,=\,\mathbf {H} }
最適 さいてき 対角線 たいかくせん 出力 しゅつりょく 配分 はいぶん 行列 ぎょうれつ
S
=
diag
(
s
1
,
…
,
s
min
(
N
t
,
N
r
)
,
0
,
…
,
0
)
{\displaystyle \scriptstyle \mathbf {S} ={\textrm {diag}}(s_{1},\ldots ,s_{\min(N_{t},N_{r})},0,\ldots ,0)}
特異 とくい 値 ち 分解 ぶんかい 得 え 最適 さいてき 出力 しゅつりょく 配分 はいぶん 注水 ちゅうすい 定理 ていり 得 え [8]
s
i
=
(
μ みゅー −
1
ρ ろー
d
i
2
)
+
,
for
i
=
1
,
…
,
min
(
N
t
,
N
r
)
,
{\displaystyle s_{i}=\left(\mu -{\frac {1}{\rho d_{i}^{2}}}\right)^{+},\quad {\textrm {for}}\,\,i=1,\ldots ,\min(N_{t},N_{r}),}
ここで
d
1
,
…
,
d
min
(
N
t
,
N
r
)
{\displaystyle d_{1},\ldots ,d_{\min(N_{t},N_{r})}}
D
{\displaystyle \scriptstyle \mathbf {D} }
対角線 たいかくせん 要素 ようそ
(
⋅
)
+
{\displaystyle (\cdot )^{+}}
引数 ひきすう 負 まけ 意味 いみ
μ みゅー
{\displaystyle \mu }
s
1
+
…
+
s
min
(
N
t
,
N
r
)
=
N
t
{\displaystyle s_{1}+\ldots +s_{\min(N_{t},N_{r})}=N_{t}}
選択 せんたく
送信 そうしん 機 き 統計 とうけい 的 てき チャネル状態 じょうたい 情報 じょうほう しか持 も 場合 ばあい 信号 しんごう 共 ども 分散 ぶんさん
Q
{\displaystyle \scriptstyle \mathbf {Q} }
次 つぎ 平均 へいきん 相互 そうご 情報 じょうほう 量 りょう 最適 さいてき 化 か 的 てき 通信 つうしん 路 ろ 容量 ようりょう 減少 げんしょう [7]
C
s
t
a
t
i
s
t
i
c
a
l
−
C
S
I
=
max
Q
E
[
log
2
det
(
I
+
ρ ろー
H
Q
H
H
)
]
.
{\displaystyle C_{\mathrm {statistical-CSI} }=\max _{\mathbf {Q} }E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\rho \mathbf {H} \mathbf {Q} \mathbf {H} ^{H}\right)\right].}
チャネルの空間 くうかん 相関 そうかん 統計 とうけい 情報 じょうほう 基 もと 的 てき 通信 つうしん 路 ろ 容量 ようりょう 重大 じゅうだい 影響 えいきょう 与 あた
送信 そうしん 機 き チャネル状態 じょうたい 情報 じょうほう を全 まった 持 も 場合 ばあい 最悪 さいあく 統計 とうけい 量 りょう 通信 つうしん 路 ろ 容量 ようりょう 最大 さいだい 化 か 信号 しんごう 共 ども 分散 ぶんさん
Q
{\displaystyle \scriptstyle \mathbf {Q} }
選択 せんたく 結局 けっきょく
Q
=
1
/
N
t
I
{\displaystyle \scriptstyle \mathbf {Q} =1/N_{t}\mathbf {I} }
次 つぎ 式 しき 表 あらわ
C
n
o
−
C
S
I
=
E
[
log
2
det
(
I
+
ρ ろー
N
t
H
H
H
)
]
.
{\displaystyle C_{\mathrm {no-CSI} }=E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +{\frac {\rho }{N_{t}}}\mathbf {H} \mathbf {H} ^{H}\right)\right].}
チャネルの統計 とうけい 的 てき 特性 とくせい 依存 いぞん 的 てき 容量 ようりょう 比 くら 大抵 たいてい 場合 ばあい
min
(
N
t
,
N
r
)
{\displaystyle \scriptstyle \min(N_{t},N_{r})}
倍 ばい
MIMO信号 しんごう 第 だい 一 いち 送信 そうしん 機 き 受信 じゅしん 機 き 対象 たいしょう 副 ふく 搬送波 はんそうは 信号 しんごう 無作為 むさくい 位相 いそう 瞬時 しゅんじ 様々 さまざま 作 つく 出 だ 信号 しんごう 圧縮 あっしゅく 瞬間 しゅんかん 的 てき 歪 ゆが 生 う 出 だ 最終 さいしゅう 的 てき 引 ひ 起 お PAR （ピーク対 たい 平均 へいきん 値 ち 比 ひ 大 おお 信号 しんごう 送信 そうしん 機 き 処理 しょり 過程 かてい 信号 しんごう 圧縮 あっしゅく 予測 よそく 信号 しんごう 非常 ひじょう 性質 せいしつ 圧縮 あっしゅく 問題 もんだい 検出 けんしゅつ 困難 こんなん
信号 しんごう 品質 ひんしつ 知 し 重要 じゅうよう 機器 きき 振 ふ 舞 ま 追加 ついか 転送 てんそう 速度 そくど 変化 へんか 受信 じゅしん 機 き 性能 せいのう 完全 かんぜん 評価 ひょうか 場合 ばあい 信号 しんごう 発生 はっせい 器 き 較正 こうせい 送信 そうしん 機 き 使 つか 様々 さまざま 条件 じょうけん 受信 じゅしん 機 き 逆 ぎゃく 様々 さまざま 条件下 じょうけんか 送信 そうしん 機 き 性能 せいのう 評価 ひょうか 信号 しんごう 較正 こうせい 受信 じゅしん 機 き 使 つか
チャネルを理解 りかい 個々 ここ 送信 そうしん 機 き 位相 いそう 振幅 しんぷく 操作 そうさ 形成 けいせい 正 まさ 形成 けいせい 送信 そうしん 機 き 特性 とくせい 理解 りかい 必要 ひつよう 過程 かてい 推定 すいてい 呼 よ 環境 かんきょう 像 ぞう 描 えが 機器 きき 既知 きち 信号 しんごう 送 おく 機器 きき 送信 そうしん 機 き 側 がわ 特性 とくせい 情報 じょうほう 送 おく 返 かえ 送信 そうしん 機 き 情報 じょうほう 使 つか 位相 いそう 振幅 しんぷく 調整 ちょうせい 形成 けいせい 閉 へい 呼 よ 場合 ばあい 個々 ここ 送信 そうしん 機 き 位相 いそう 振幅 しんぷく 調整 ちょうせい 必要 ひつよう
Gerard J. Foschini と Michael J. Gans の論文 ろんぶん [9] 論文 ろんぶん [10] 論文 ろんぶん [11] 通信 つうしん 路 ろ 容量 ようりょう 理論 りろん 的 てき 上限 じょうげん 数 すう 増 ふ 共 とも 向上 こうじょう 送信 そうしん 受信 じゅしん 少 すく 方 ほう 数 かず 比例 ひれい 示 しめ 情報 じょうほう 理論 りろん 発見 はっけん 実用 じつよう 化 か 研究 けんきゅう 爆発 ばくはつ 的 てき 発展 はってん 生 しょう 分野 ぶんや 入門 にゅうもん 書 しょ 著書 ちょしょ [12]
多重 たじゅう 化 か
編集 へんしゅう
MIMOシステムのダイバーシティ と多重 たじゅう 化 か 根本 こんぽん 的 てき 関係 かんけい [13]
^ J. Salz, “Digital transmission over cross-coupled linear channels,” AT&T Technical Journal, vol. 64, no. 6, pp. 1147-1159, July–August 1985.
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GEDOMIS® (GEneric hardware DemOnstrator for MIMO Systems) NIST UWB-MIMO Channel Propagation Measurements in the 2-8 GHz Spectrum D. Gesbert, M. Kountouris, R. W. Heath, Jr., C.-B. Chae, and T. Salzer, Shifting the MIMO Paradigm: From Single User to Multiuser Communications , IEEE Signal Processing Magazine, vol. 24, no. 5, pp. 36–46, Oct., 2007
Links to suggested readings in MIMO - WCSP Group — University of South Florida (USF)Introduction to Wireless MIMO - Theory and Applications Introduction to Orthogonal Frequency Division Multiplexing (covers OFDM and MIMO radio configurations) Introduction to MIMO Computerworld QuickStudy MIMO
Developing Strategies for MIMO Testing Meeting The Test Challenges Of 4G LTE The Basics Of OFDM MIMO: The Future Of Wireless: Test Challenges For WiMAX, HSPA+, And LTE OFDM Will Soon Be Dominant Form Of Digital Modulation The challenges of moving to MIMO systems RF test system tackles 4 x 4 MIMO signals The Role Of EVM Measurements In Characterizing Amplifier Modulation Performance Industry Views: 4G Systems Bring New Design And Testing Challenges Test System Pushes MIMO Standards Into The Spotlight 
![{\displaystyle C_{\mathrm {perfect-CSI} }=E\left[\max _{\mathbf {Q} ;\,{\mbox{tr}}(\mathbf {Q} )\leq 1}\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\rho \mathbf {H} \mathbf {Q} \mathbf {H} ^{H}\right)\right]=E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\rho \mathbf {D} \mathbf {S} \mathbf {D} \right)\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/61e99ea16f52e40a9ed157108fb87ea4bfd6cc2d)
![{\displaystyle C_{\mathrm {statistical-CSI} }=\max _{\mathbf {Q} }E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +\rho \mathbf {H} \mathbf {Q} \mathbf {H} ^{H}\right)\right].}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cadccb3c5ee99f1c8737ee3fef39a6dc16215ec3)
![{\displaystyle C_{\mathrm {no-CSI} }=E\left[\log _{2}\det \left(\mathbf {I} +{\frac {\rho }{N_{t}}}\mathbf {H} \mathbf {H} ^{H}\right)\right].}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3e1039a8e7f4c294553d30856e8348dc5c6f0a79)
