[論文レビュー] Study and Capacity Evaluation of SISO, MISO and MIMO RF Wireless Communication Systems

Kritika Sengar, Nishu Rani+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2014

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 3被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、理論的分析とシミュレーションを用いて、SISO、MISO、MIMO RF無線通信システムのスペクトル容量を評価し、空間多重とダイバーシティ効果のおかげでMIMOシステムがSISOおよびMISOに対して著しく優れていることを示している。この研究は、4G以降の高容量無線ネットワークにおけるMIMOの重要な役割を強調している。

ABSTRACT

The wireless communication systems has gone from different generations from SISO systems to MIMO systems. Bandwidth is one important constraint in wireless communication. In wireless communication, high data transmission rates are essential for the services like tripple play i.e. data, voice and video. At user end the capacity determines the quality of the communication systems. This paper aims to compare the different RF wireless communication systems like SISO, MISO, SIMO and MIMO systems on the capacity basis and explaining the concept as today, the wireless communication has evolved from 2G, 3G to 4G and the companies are fighting to create networks with more and more capacity so that data rates can be increased and customers can be benefitted more. The ultimate goal of wireless communication systems is to create a global personal and multimedia communication without any capacity issues.

研究の動機と目的

• SISO、MISO、MIMO RF無線通信システムの容量性能を分析・比較すること。
• 複数のアンテナが現代の無線ネットワークにおけるスペクトル効率およびデータ伝送レートに与える影響を評価すること。
• 三重サービス（データ、音声、動画）をサポートできる高容量無線システムの開発を支援すること。
• 将来のネットワーク進化、特に5G以降への移行を支援するため、最適なシステム構成を特定すること。
• MIMO技術が帯域幅制限を克服し、ユーザー体験を向上させる実用的利点を実証すること。

提案手法

• 情報理論の原則を用いたSISO、MISO、MIMOシステムの理論的モデリング。
• 空間多重とダイバーシティ技術を用いてMIMOの容量向上を分析。
• シミュレーションを活用したSISO、MISO、MIMO構成間のスペクトル効率の比較。
• さまざまなチャネル状態およびアンテナ構成下でのシステム容量の評価。
• シャノンの容量式を応用して、最大達成可能なデータレートを定量化。
• 帯域幅制限やマルチメディアサービス向けのユーザー需要といった現実の制約を組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同一の帯域幅および送信電力制約下で、SISO、MISO、MIMOシステムのスペクトル容量はどのように比較されるか？
• RQ2 複数のアンテナがRF無線システムにおけるデータレートおよび信頼性の向上に果たす役割は何か？
• RQ3 SISOおよびMISOと比較して、MIMOシステムはどれほど高スルーレートサービス（三重サービス：データ、音声、動画）をサポートできるか？
• RQ4 空間多重とダイバーシティゲインは、MIMOシステムの性能向上にどのように寄与するか？
• RQ5 4Gおよび将来の無線ネットワークにおいて、SISOおよびMISOからMIMOに移行することの実用的意義は何か？

主な発見

• 空間多重のおかげで、MIMOシステムはSISOおよびMISOに比べて顕著に高いスペクトル効率を達成する。
• SISOに比べたMIMOの容量向上は、特に散乱が豊富な環境で顕著である。
• MIMOシステムは、動画ストリーミングやモバイルブロードバンドなどの高データレートサービスを効果的にサポートできる。
• MIMOにおける複数アンテナの使用は、ダイバーシティゲインとアレイゲインの両方を提供し、信頼性とカバレッジを向上させる。
• 本研究は、4G以降におけるネットワーク容量需要の増大に対応するため、MIMOが不可欠であることを確認している。
• SISOおよびMISOシステムは容量に限界があり、将来のマルチメディアサービスの需要に効果的に対応できない。