- MIMO کیا ہے؟
باہم ربط کے اس دور میں، موبائل فون، ہمارے لیے بیرونی دنیا سے رابطے کی کھڑکی کے طور پر، لگتا ہے کہ ہمارے جسم کا ایک حصہ بن گیا ہے۔
لیکن موبائل فون خود انٹرنیٹ پر سرفنگ نہیں کر سکتا، موبائل فون کمیونیکیشن نیٹ ورک انسانوں کے لیے پانی اور بجلی کی طرح اہم ہو گیا ہے۔جب آپ انٹرنیٹ پر سرفنگ کرتے ہیں، تو آپ کو ان پردے کے پیچھے کے ہیروز کی اہمیت محسوس نہیں ہوتی۔ایک بار جب آپ چلے گئے تو آپ کو لگتا ہے کہ آپ مزید زندہ نہیں رہ سکتے۔
ایک وقت تھا، موبائل فونز کا انٹرنیٹ ٹریفک سے چارج ہوتا تھا، اوسطاً ایک شخص کی آمدنی چند سو سکے ہیں، لیکن 1MHz کے لیے ایک سکہ خرچ کرنا پڑتا ہے۔لہذا، جب آپ Wi-Fi دیکھیں گے، تو آپ خود کو محفوظ محسوس کریں گے۔
آئیے دیکھتے ہیں کہ وائرلیس راؤٹر کیسا لگتا ہے۔
8 اینٹینا، یہ مکڑیوں کی طرح لگتا ہے۔
کیا سگنل دو یا زیادہ دیواروں سے گزر سکتا ہے؟یا انٹرنیٹ کی رفتار دوگنی ہو جائے گی؟
یہ اثرات ایک راؤٹر کے ذریعے حاصل کیے جا سکتے ہیں، اور یہ بہت سے اینٹینا، مشہور MIMO ٹیکنالوجی کے ساتھ حاصل کیے جاتے ہیں۔
MIMO، جو کہ ملٹی ان پٹ ملٹی آؤٹ پٹ ہے۔
یہ تصور کرنا مشکل ہے، ٹھیک ہے؟ملٹی ان پٹ ملٹی آؤٹ پٹ کیا ہے، انٹینا تمام اثرات کیسے حاصل کر سکتے ہیں؟جب آپ نیٹ ورک کیبل کے ذریعے انٹرنیٹ پر سرفنگ کرتے ہیں، تو ظاہر ہے کہ کمپیوٹر اور انٹرنیٹ کے درمیان کنکشن ایک فزیکل کیبل ہے۔اب تصور کریں کہ جب ہم برقی مقناطیسی لہروں کا استعمال کرتے ہوئے ہوا کے ذریعے سگنل بھیجنے کے لیے انٹینا استعمال کرتے ہیں۔ہوا ایک تار کی طرح کام کرتی ہے لیکن مجازی ہے، سگنل کی ترسیل کے لیے ایک چینل جسے وائرلیس چینل کہتے ہیں۔
تو، آپ انٹرنیٹ کو تیز کیسے بنا سکتے ہیں؟
ہاں تم صحیح ہو!ڈیٹا بھیجنے اور وصول کرنے کے لیے اسے کچھ اور اینٹینا، چند اور ورچوئل تاروں کے ذریعے حل کیا جا سکتا ہے۔MIMO وائرلیس چینل کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔
وائرلیس راؤٹرز کی طرح، 4G بیس اسٹیشن اور آپ کا موبائل فون بھی ایسا ہی کر رہا ہے۔
MIMO ٹیکنالوجی کی بدولت، جو 4G کے ساتھ مضبوطی سے مربوط ہے، ہم انٹرنیٹ کی تیز رفتار کا تجربہ کر سکتے ہیں۔اس کے ساتھ ہی، موبائل فون آپریٹرز کی لاگت میں نمایاں کمی آئی ہے۔ہم تیز اور لامحدود انٹرنیٹ کی رفتار کا تجربہ کرنے کے لیے کم خرچ کر سکتے ہیں۔اب ہم آخر کار وائی فائی پر انحصار سے چھٹکارا حاصل کر سکتے ہیں اور ہر وقت انٹرنیٹ پر سرفنگ کر سکتے ہیں۔
اب، میں متعارف کراؤں MIMO کیا ہے؟
2.MIMO درجہ بندی
سب سے پہلے، MIMO جس کا ہم نے پہلے ذکر کیا ہے اس سے مراد ڈاؤن لوڈ میں نیٹ ورک کی رفتار میں نمایاں اضافہ ہے۔اس کی وجہ یہ ہے کہ، ابھی ہمارے پاس ڈاؤن لوڈز کی بہت زیادہ مانگ ہے۔اس کے بارے میں سوچیں، آپ درجنوں GHz ویڈیوز ڈاؤن لوڈ کر سکتے ہیں لیکن زیادہ تر صرف چند MHz اپ لوڈ کرتے ہیں۔
چونکہ MIMO کو ایک سے زیادہ ان پٹ اور ایک سے زیادہ آؤٹ پٹ کہا جاتا ہے، اس لیے ایک سے زیادہ ٹرانسمیشن راستے ایک سے زیادہ اینٹینا کے ذریعے بنائے جاتے ہیں۔یقینا، نہ صرف بیس اسٹیشن ایک سے زیادہ اینٹینا ٹرانسمیشن کو سپورٹ کرتا ہے، بلکہ موبائل فون کو بھی ایک سے زیادہ اینٹینا ریسیپشن سے ملنے کی ضرورت ہوتی ہے۔
آئیے درج ذیل سادہ ڈرائنگ کو چیک کریں: (درحقیقت، بیس اسٹیشن کا اینٹینا بہت بڑا ہے، اور موبائل فون کا اینٹینا چھوٹا اور چھپا ہوا ہے۔ لیکن مختلف صلاحیتوں کے باوجود، وہ ایک ہی مواصلاتی پوزیشن میں ہیں۔)
بیس سٹیشن اور موبائل فونز کے اینٹینا کی تعداد کے مطابق اسے چار اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: SISO، SIMO، MISO اور MIMO۔
SISO: سنگل ان پٹ اور سنگل آؤٹ پٹ
SIMO: سنگل ان پٹ اور ایک سے زیادہ آؤٹ پٹ
MISO: ایک سے زیادہ ان پٹ اور سنگل آؤٹ پٹ
MIMO: ایک سے زیادہ آؤٹ پٹ اور ایک سے زیادہ آؤٹ پٹ
آئیے SISO کے ساتھ شروع کریں:
سب سے آسان شکل کو MIMO اصطلاحات میں SISO – سنگل ان پٹ سنگل آؤٹ پٹ کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے۔یہ ٹرانسمیٹر ایک اینٹینا کے ساتھ ریسیور کے طور پر کام کرتا ہے۔کوئی تنوع نہیں ہے، اور کوئی اضافی پروسیسنگ کی ضرورت نہیں ہے۔
بیس اسٹیشن کے لیے ایک اینٹینا ہے اور ایک موبائل فون کے لیے؛وہ ایک دوسرے کے ساتھ مداخلت نہیں کرتے ہیں - ان کے درمیان ٹرانسمیشن کا راستہ واحد کنکشن ہے.
اس میں کوئی شک نہیں کہ ایسا نظام بہت نازک ہے، ایک چھوٹی سی سڑک ہے۔کوئی بھی غیر متوقع صورتحال براہ راست مواصلات کے لیے خطرہ بن جائے گی۔
SIMO بہتر ہے کیونکہ فون کا ریسیپشن بڑھا ہوا ہے۔
جیسا کہ آپ دیکھ سکتے ہیں، موبائل فون وائرلیس ماحول کو تبدیل نہیں کر سکتا، اس لیے یہ خود کو بدلتا ہے – موبائل فون اپنے آپ میں ایک اینٹینا جوڑتا ہے۔
اس طرح بیس اسٹیشن سے بھیجا گیا پیغام موبائل فون تک دو طریقوں سے پہنچ سکتا ہے!یہ صرف اتنا ہے کہ وہ دونوں بیس اسٹیشن پر ایک ہی اینٹینا سے آتے ہیں اور صرف ایک ہی ڈیٹا بھیج سکتے ہیں۔
نتیجے کے طور پر، اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا کہ آپ ہر راستے پر کچھ ڈیٹا کھو دیتے ہیں۔جب تک فون کسی بھی راستے سے ایک کاپی وصول کر سکتا ہے، اگرچہ زیادہ سے زیادہ صلاحیت ہر راستے پر یکساں رہتی ہے، کامیابی سے ڈیٹا موصول ہونے کا امکان دوگنا ہو جاتا ہے۔اسے ریسیو ڈائیورسٹی بھی کہا جاتا ہے۔
MISO کیا ہے؟
دوسرے لفظوں میں، موبائل فون میں اب بھی ایک اینٹینا ہے، اور بیس اسٹیشن میں اینٹینا کی تعداد بڑھا کر دو کر دی گئی ہے۔اس صورت میں، ایک ہی ڈیٹا کو دو ٹرانسمیٹر اینٹینا سے منتقل کیا جاتا ہے.اور ریسیور اینٹینا پھر زیادہ سے زیادہ سگنل اور درست ڈیٹا حاصل کرنے کے قابل ہے۔
MISO استعمال کرنے کا فائدہ یہ ہے کہ ایک سے زیادہ اینٹینا اور ڈیٹا کو وصول کنندہ سے ٹرانسمیٹر میں منتقل کیا جاتا ہے۔بیس اسٹیشن اب بھی ایک ہی ڈیٹا کو دو طریقوں سے بھیج سکتا ہے۔اگر آپ کچھ ڈیٹا کھو دیتے ہیں تو اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے۔مواصلات عام طور پر آگے بڑھ سکتے ہیں.
اگرچہ زیادہ سے زیادہ صلاحیت ایک ہی ہے، مواصلات کی کامیابی کی شرح دوگنی ہوگئی ہے۔اس طریقہ کو ٹرانسمٹ ڈائیورسٹی بھی کہا جاتا ہے۔
آخر میں، آئیے MIMO کے بارے میں بات کرتے ہیں۔
ریڈیو لنک کے دونوں سرے پر ایک سے زیادہ اینٹینا ہے، اور اسے MIMO -Multiple Input Multiple Output کہا جاتا ہے۔MIMO کو چینل کی مضبوطی کے ساتھ ساتھ چینل تھرو پٹ دونوں میں بہتری فراہم کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔بیس اسٹیشن اور موبائل سائیڈ دونوں آزادانہ طور پر بھیجنے اور وصول کرنے کے لیے دو اینٹینا استعمال کر سکتے ہیں، اور اس کا مطلب ہے کہ رفتار دوگنی ہو گئی ہے؟
اس طرح، بیس اسٹیشن اور موبائل فون کے درمیان چار ٹرانسمیشن روٹس ہیں، جو بہت زیادہ پیچیدہ معلوم ہوتے ہیں۔لیکن یقینی طور پر، کیونکہ بیس اسٹیشن اور موبائل فون سائیڈ دونوں میں 2 اینٹینا ہیں، یہ بیک وقت دو ڈیٹا بھیج اور وصول کر سکتا ہے۔تو MIMO زیادہ سے زیادہ صلاحیت میں ایک راستے کے مقابلے میں کتنا اضافہ ہوتا ہے؟SIMO اور MISO کے پچھلے تجزیے سے ایسا لگتا ہے کہ زیادہ سے زیادہ صلاحیت کا انحصار دونوں اطراف کے اینٹینا کی تعداد پر ہے۔
MIMO سسٹمز عام طور پر A*B MIMO کے ہوتے ہیں۔A کا مطلب ہے بیس اسٹیشن کے اینٹینا کی تعداد، B کا مطلب ہے موبائل فون کے اینٹینا کی تعداد۔4*4 MIMO اور 4*2 MIMO کے بارے میں سوچیں۔آپ کے خیال میں کون سی صلاحیت بڑی ہے؟
4*4 MIMO بیک وقت 4 چینلز بھیج اور وصول کر سکتا ہے، اور اس کی زیادہ سے زیادہ صلاحیت SISO سسٹم سے 4 گنا تک پہنچ سکتی ہے۔4*2 MIMO SISO سسٹم سے صرف 2 گنا تک پہنچ سکتا ہے۔
یہ متعدد اینٹینا اور مختلف ٹرانسمیشن راستوں کا استعمال کرتے ہوئے ملٹی پلیکسنگ اسپیس میں مختلف ڈیٹا کی متعدد کاپیاں متوازی طور پر بھیجنے کی صلاحیت کو بڑھانے کے لیے اسپیس ڈویژن ملٹی پلیکس کہلاتا ہے۔
تو، کیا MIMO سسٹم میں زیادہ سے زیادہ ٹرانسمیشن کی گنجائش ہو سکتی ہے؟آئیے ٹیسٹ کی طرف آتے ہیں۔
ہم اب بھی بیس اسٹیشن اور موبائل فون کو 2 انٹینا کے ساتھ مثال کے طور پر لیتے ہیں۔ان کے درمیان ترسیل کا راستہ کیا ہوگا؟
جیسا کہ آپ دیکھ سکتے ہیں، چار راستے ایک ہی دھندلاہٹ اور مداخلت سے گزرتے ہیں، اور جب ڈیٹا موبائل فون تک پہنچ جاتا ہے، تو وہ ایک دوسرے میں فرق نہیں کر سکتے۔کیا یہ ایک ہی راستہ نہیں ہے؟اس وقت، 2*2 MIMO سسٹم SISO سسٹم جیسا نہیں ہے؟
اسی طرح، 2*2 MIMO سسٹم SIMO، MISO، اور دیگر سسٹمز میں انحطاط پذیر ہو سکتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ خلائی ڈویژن ملٹی پلیکس کو ٹرانسمیشن ڈائیورسٹی یا ریسیو ڈائیورسٹی تک کم کر دیا گیا ہے، بیس سٹیشن کی توقع بھی تیز رفتاری کا تعاقب کرنے سے انحطاط پذیر ہو گئی ہے۔ کامیابی کی شرح کو یقینی بنانا۔
اور ریاضی کی علامتوں کا استعمال کرتے ہوئے MIMO سسٹمز کا مطالعہ کیسے کیا جاتا ہے؟
3.MIMO چینل کا راز
انجینئرز ریاضی کی علامتیں استعمال کرنا پسند کرتے ہیں۔
انجینئرز نے بیس سٹیشن پر موجود دو اینٹینا کے ڈیٹا کو X1 اور X2 کے طور پر نشان زد کیا، موبائل فون کے اینٹینا سے ڈیٹا کو Y1 اور Y2، چار ٹرانسمیشن راستوں کو H11، H12، H21، H22 کے طور پر نشان زد کیا گیا۔
اس طرح Y1 اور Y2 کا حساب لگانا آسان ہے۔لیکن بعض اوقات، 2*2 MIMO کی گنجائش SISO کے دگنی تک پہنچ سکتی ہے، کبھی کبھی نہیں، کبھی کبھی SISO جیسی بھی ہو جاتی ہے۔آپ اس کی وضاحت کیسے کریں گے؟
اس مسئلے کی وضاحت اس چینل کے ارتباط سے کی جا سکتی ہے جس کا ہم نے ابھی ذکر کیا ہے — ارتباط جتنا زیادہ ہوگا، موبائل سائیڈ میں ہر ٹرانسمیشن پاتھ کو الگ کرنا اتنا ہی مشکل ہوگا۔اگر چینل ایک ہی ہے، تو دونوں مساوات ایک ہو جاتی ہیں، اس لیے اسے منتقل کرنے کا ایک ہی طریقہ ہے۔
ظاہر ہے، MIMO چینل کا راز ٹرانسمیشن پاتھ کی آزادی کے فیصلے میں مضمر ہے۔یعنی راز H11، H12، H21 اور H22 میں ہے۔انجینئرز مندرجہ ذیل مساوات کو آسان بناتے ہیں:
انجینئرز نے کچھ پیچیدہ تبدیلیوں، مساوات کے ذریعے H1، H12، H21، اور H22 کو آسان بنانے کی کوشش کی اور بالآخر فارمولے میں تبدیل ہو گئے۔
دو ان پٹ X'1 اور X'2، λ1 اور λ2 کو ضرب دیں، آپ Y'1 اور Y'2 حاصل کر سکتے ہیں۔λ1 اور λ2 کی قدروں کا کیا مطلب ہے؟
ایک نیا میٹرکس ہے۔ایک میٹرکس جس میں ڈیٹا صرف ایک اخترن پر ہوتا ہے اسے ڈائیگنل میٹرکس کہا جاتا ہے۔اخترن پر غیر صفر ڈیٹا کی تعداد کو میٹرکس کا درجہ کہا جاتا ہے۔2*2 MIMO میں، یہ λ1 اور λ2 کی غیر صفر اقدار سے مراد ہے۔
اگر رینک 1 ہے، تو اس کا مطلب ہے کہ 2*2 MIMO سسٹم ٹرانسمیشن اسپیس میں بہت زیادہ مربوط ہے، جس کا مطلب ہے کہ MIMO SISO یا SIMO میں انحطاط پذیر ہوتا ہے اور صرف ایک ہی وقت میں تمام ڈیٹا وصول اور منتقل کر سکتا ہے۔
اگر درجہ 2 ہے، تو نظام میں دو نسبتاً آزاد مقامی چینلز ہیں۔یہ ایک ہی وقت میں ڈیٹا بھیج اور وصول کر سکتا ہے۔
تو، اگر رینک 2 ہے، تو کیا ان دو ٹرانسمیشن چینلز کی گنجائش ایک سے دوگنی ہے؟جواب λ1 اور λ2 کے تناسب میں ہے، جسے مشروط نمبر بھی کہا جاتا ہے۔
اگر مشروط نمبر 1 ہے، تو اس کا مطلب ہے λ1 اور λ2 ایک جیسے ہیں۔ان کے پاس اعلیٰ آزادی ہے۔2*2 MIMO سسٹم کی گنجائش زیادہ سے زیادہ تک پہنچ سکتی ہے۔
اگر مشروط نمبر 1 سے زیادہ ہے، تو اس کا مطلب ہے کہ λ1 اور λ2 مختلف ہیں۔تاہم، دو مقامی چینلز ہیں، اور معیار مختلف ہے، پھر نظام بہتر معیار کے ساتھ چینل پر اہم وسائل ڈالے گا۔اس طرح، 2*2 MIMO سسٹم کی گنجائش SISO سسٹم کا 1 یا 2 گنا ہے۔
تاہم، بیس سٹیشن ڈیٹا بھیجنے کے بعد اسپیس ٹرانسمیشن کے دوران معلومات تیار کی جاتی ہے۔بیس اسٹیشن کو کیسے معلوم ہوتا ہے کہ ایک چینل یا دو چینل کب بھیجنا ہے؟
مت بھولنا، اور ان کے درمیان کوئی راز نہیں ہیں.موبائل فون اپنی پیمائش شدہ چینل کی حالت، ٹرانسمیشن میٹرکس کا درجہ، اور حوالہ کے لیے بیس اسٹیشن کو پری کوڈنگ کے لیے تجاویز بھیجے گا۔
اس وقت، مجھے لگتا ہے کہ ہم دیکھ سکتے ہیں کہ MIMO ایسی چیز نکلی ہے۔
پوسٹ ٹائم: اپریل 20-2021