התפוצה המהירה של מכשירים ניידים והביקוש הבלתי-מסוגל לנתונים במהירות גבוהה בסביבות עירוניות הובילה להתקדמות משמעותית בתקשורת אלחוטית.בלב ההתקדמות הללו הן מערכות מרובות של אי-קטוט (MIMO) אשר משתמשות באנטנות מרובות הן במדר והן במקבל כדי להגביר את יכולת הרשת והאמינות שלהם.

הבנת מערכות MIMO

הטכנולוגיה MIMO היא אבן הפינה של תקני אלחוטיים מודרניים, כולל 4G LTE, 5G NR, ואת מסגרות 6G המתפתחות. על ידי פריסת אנטנה מרובים בתחנת הבסיס (למשל, gnodeB) ועל ציוד משתמשים, MIMO מנצל מגוון מרחבי ומספרי טווח מרחביים כדי לשפר את לוח הזמנים ללא צורך בספקטרום נוסף.

היתרונות העיקריים של MIMO נובעים משלושה מנגנונים:

  • (FLT:0)Beamforming:FLT:1 המערכת מכוונת אנרגיה להעביר למשתמשים ספציפיים, צמצום ההתערבות ושיפור יחס האות-לכאורה (SNR).
  • (FLT:0) מספר רב של מספר עצום של נתונים: 1.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ (ב"ה) מספר עותקים של אותו אות מועברים על פני נתיבים מתפתלים באופן עצמאי, מה שמפחית את ההסתברות של דוהמות עמוקות.

סביבות עירוניות – עם המבנים הגבוהים שלהן, כלי רכב נעים וריכוזי קהל צפופים – יוצרות נתיבים עשירים והפצתם ש-MIMO יכול למנף.

תפקיד המשתמש Clustering

איסוף משתמשים מתייחס לקבוצת המרחב וההתנהגות של משתמשים ניידים באזורים עירוניים. אשכולות אלה יכולים להיות סטטיים (למשל, קהל אצטדיון במהלך אירוע) או דינמי (למשל, נוסעים העוברים דרך מרכז מעבר) דפוסים קלוסטרינג מופיעים מפעילות עירונית טבעית - אזורים עסקיים רואים שיא במהלך שעות עבודה, בעוד אזורי בידור בערבים וסופי שבועיים הבנה אלה הם דפוסים חיוניים כי הם יכולים לטפל בכל התנאים המחולקים, כמו גם במדינות אחרות, כמו אלה, כמו אלה, אזורים עסקיים, כמו גם במצבים שונים, כמו גם במצבים שונים, כמו גם אם הם, כמו גם במצבים מסוימים, כמו גם במצבים של קבוצות מדידה, כמו גם במצבים של קבוצות מדידה, כמו גם אם הם, כמו גם אם הם, כמו גם, כמו אלה, כמו אלה, כמו גם, כמו גם, אזורים עסקיים, כמו גם, כמו גם, כמו גם, אזורים עסקיים, כמו גם אם כי הם, כמו גם, אזורים עסקיים, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, קבוצות מדידה של קבוצות מדידה של קבוצות מדידה של קבוצות מדידה של קבוצות מדידה של קבוצות מדידה של קבוצות מדידה של קבוצות מדידה, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, בכל מצבים מסווגות, כמו גם, כמו כל

דפוסי שימוש בסביבה עירונית

מחקרים באמצעות עקבות רשת אמיתיות מערים כמו ניו יורק, לונדון ושנחאי זיהו כמה סוגים חוזרים של אשכול:

  • (FLT:0) אשכולות של נקודות חמות: 1FLT:1 אזורים גיאוגרפיים קטנים (למשל, פארק, בית קפה) עם צפיפות משתמשים גבוהה; לעתים קרובות שנמשכים דקות עד שעות.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) שכונות שלמות (FLT:0) מקרו-קלוסטרים: FLT:1 שכונות שלמות שרואים שימוש גבוה בזמנים ספציפיים (למשל, מחוז פיננסי בשעות הצהריים).

אשכולות אלה יכולים לחפוף, ליצור מפות צפיפות heterogeneous.עבור MIMO, האתגר הוא כי מתאם מרחבי של ערוצים בתוך אשכול הוא גבוה, אשר יכול להפחית את הרווח מרובותxing אם לא מטופל כראוי.תחנת הבסיס חייבת לשרת בו זמנית משתמשים בתוך ומחוצה לו, הדורש אלגוריתמים הסתגלות שיכולים להבדיל בין אזורים מקובצים מקובצים ולא מלוטשים.

השפעה על איכות אותות והפרעה

למקבץ משתמשים יש השפעה כפולה על איכות האות. מצד אחד, beamforming הופך יעיל יותר כאשר משתמשים מרוכזים: תחנת הבסיס יכולה ליצור קרן צר המכסה את כל הריבוע, לספק כוח גבוה יותר לכל אחד בתוכו. מצד שני, התערבות בין-משתמש יכול להגדיל באופן דרמטי כי הדבורים המיועדות עבור אשכולות שונים עשויים לחפוף, במיוחד כאשר אשכולות קרובים זה לזה.

שקול כיכר עירונית צפופה עם שני אשכולות נפרדים רק 50 מטר. A beam מכוון אל המקבץ הראשון יהיה חזק צדדי-lobes אשר להפריע למקבץ השני. מתקדם MIMO precoding - כגון אפס-forcing או מינימום פירוש שגיאות מרובע (MMSE) precoding - יכול לדכא את ההתערבות הזו, אבל רק אם המידע של ערוץ (CSI) הוא מדויק.

השפעות על יכולת מערכת ויציבות ספקטרלית

היכולת במערכת MIMO היא פונקציה של מספר זרמים מרחביים שניתן לתמוך בהם.מקבץ משתמשים יכול לעזור ולעכב את זה:

  • (FLT:0) אפקט משכנע: FLT:1 בתוך אשכול, תחנת הבסיס יכולה לשרת משתמשים מרובים באותו זמן - משאבים באמצעות רב-משתמש MIMO (MU-MIMO) כי המשתמשים קרובים פיזית, הערוצים שלהם הם לעתים קרובות חצי-אוטוקונים, המאפשר לוח הזמנים לצמד אותם ביעילות.
  • אפקט FLT:0 (Negative effect): צפיפות גבוהה של אשכול יכול לגרום למערכת להיות מצטמצם-מוגבל.הדרגות המרחביות של החופש נצרכות על ידי הצורך לבטל התערבות בין-קלסטר, ולהשאיר פחות זרמים עבור נתונים בפועל יותר, אם המקבץ הוא צפוף מדי (למשל, אלפי משתמשים באצטדיון), תחנת הבסיס לא יכול להיות מספיק אנטנה לשרת את כל המשתמשים בו-זמנית, זה מצמצם את הזמן באמצעות לוח זמנים של המשתמש.

סימלציה מראה כי בתא מאקרו עירוני טיפוסי עם ארבעה אשכולות של 20 משתמשים כל אחד, MU-MIMO יכול להגיע עד FLT:03x ספקטרום יעילות ספקטרום 1LT לעומת קו בסיס יחיד למשתמש MIMO, בתנאי שהקידוד מותאם לגיאומטריה.

אסטרטגיות לאופטימיזציה של ביצועי MIMO

מפעילי רשת פיתחו חבילת טכניקות להפוך את המשתמש מקבץ מאתגר להזדמנות.אסטרטגיות אלה משתרעות על השכבה הפיזית, ניהול משאבים וחיזוי אינטליגנטי.

עקבו אחרי Beamforming and Precoding

תבניות בטאאם קבועות אינן יעילות בפני אשכולות נעים.מערכות MIMO מודרניות משתמשות (FLT:0adaptive beamformingFLT:1 המעדינות את המשקל של הדבורים כל מילימטר השני מבוסס על בזמן אמת CSI. Digital beamforming (זמין ב- MIMO מסיבי) מאפשר השידור ליצור מספר רב של דבורים בו-זמנית, כל אחד למשתמש ספציפי או מקבץ.

ייצור היברידי - שילוב של אנלוגיה ודיגיטלי עיבוד - הוא אטרקטיבי במיוחד עבור פריסות עירוניות כי זה להפחית מורכבות חומרה תוך מתן עדיין גמישות לנווט דבורים לעבר אשכולות.לדוגמה, מערך 64-נטנה עם אדריכלות היברידית יכול ליצור 8 דבורים עצמאיות, כל אחד מכסה אשכול שונה. כאשר אשכולות מתמזגים או מפוצלים, המשקלים הם recomputed כדי לשמור על כיסוי.

תוכניות קדם-פרסום אשר מהוות במפורש את מבנה אשכול הוצעו, כגון אשכול-מודע אפס-השמדה וחסימת דיגונליזציה.טכניקות אלה מתייחסות לכל אשכול כקבוצת משתמשים וירטואלית, תכנון ה-Precoder לבטל את ההתערבות בין קבוצות תוך מתן מספר מרחבי בתוך כל קבוצה.

המונחים: rising and Resource Allocation

שידולינג ממלא תפקיד מרכזי בסביבות מקובצים. לוחות זמנים הוגנים פרוגרציונאליים, בשימוש נרחב ב LTE, ניתן להרחיב לגרסאות של קושרים-מודעים של אשכול.הלוח יכול לתעדף משתמשים בקבוצות פחות צפופות כדי לאזן, או שהוא יכול להשתמש בגודל של אשכול כגורם משקל כדי להבטיח שמשתמשים במקבץ קטן אינם מרעבים של משאבים.

כלי רב עוצמה נוסף הוא FLT:0 ,coתואמים רב-נקודה (CoMP) העברת 1:1 וקבלה. in CoMP, תחנות בסיס מרובות באזור לוחות זמנים משותף שידור למשתמש או אשכול.זה יעיל במיוחד באזורים עירוניים צפופים שבו אשכול יחיד עשוי להיות בטווח של כמה תאים קטנים.

Machine Learning for Predictive Clustering

ניתוח חיזוי מבוסס על למידת מכונה (ML) מתפתח כאפשר מפתח אופטימיזציה MIMO באזורים עירוניים.על ידי הכשרת מודלים על נתוני רשת היסטורית - עקבות מיקום המשתמש, הביקוש התנועה, זמן של יום - מפעילי יכולים לצפות היכן אשכולות ייווצרו וכיצד הם יעברו. Recurrent רשתות עצביות (RNs) והופכים את התחזיות יכולות לצפות צפיפות של 30-60 שניות קדימה, נותן את beamformer a time tocompenseer tocompense auper tocompenses מראש משקולות.

סוכני למידה מחדש (RL) יכולים ללמוד מדיניות עבור תזמון ו- beam מעבר להסתגל במהירות תצורה של אשכול משתנה.לדוגמה, לוח זמנים מבוסס RL שהוצב במשפט בסיאול הפחית את העיכוב ב- 40% במהלך מקבץ שעות העומס על ידי למידה להקצות משאבים למקבץ שהיו עומדים כדי להתפזר, ובכך להימנע מהתערבות מיותרת.

משאבים חיצוניים כגון FLT:0survey על למידת מכונה עבור beamformingFLT:1 לספק מבט עמוק יותר לתוך טכניקות אלה.

הכחשה מסיבית של MIMO ו- Cell Densification

מערכות עם 64, 128, או אפילו 256 אנטנה - היא תגובה טבעית למקבץ משתמשים.מערך האנטנה הגדול מספק דרגות מרחביות רבות של חופש, המאפשרת לתחנת הבסיס לשרת משתמשים רבים בתוך אשכול בו זמנית ולבטל התערבות של אשכולות אחרים. בפועל, תחנת בסיס מסיבי MIMO יכולה לתמוך עד 12-16 זרמים למגזר בסביבה עירונית, בהתאם לאומטריה.

ניתוק תאים משלים מסיבי MIMO. על ידי פריסת תאים קטנים רבים (מיקרו תאים, צינורות, או עוברי תאים) באזורים של חלקיקים, מפעילי מטיס תנועה מן השכבה המאקרו ולהפחית את המרחק בין משתמשים לבין מערך האנטנה. תא קטן ממוקם ישירות בתוך נקודה חמה אשכול יכול לספק משאבים ייעודיים וכבדות נמוכה דרמטית.

מחקרים אמיתיים

מספר ניסויים ממחישים את ההשפעה של אופטימיזציה של אשכול-aware MIMO. במרכז התחבורה של שנחאי HongChijiao, מערכת מסיבי MIMO המסוימת על ידי סין Mobile השיגה את FLT:0300% שיפור יכולת שיפור FLT:1 במהלך שעות שיא על ידי קיבוץ דינמי לתוך אשכולות וליישם דפוסי בטאאם ייעודיים.

בכיכר הניו יורק טיימס, Verizon בחנו אלגוריתם של beamforming של אשכול-מודע שהפחית את התערבות בין משתמשים ב-50% ב plaza הולכי הרגל הצפופה.האלגוריתם מינוף כיוון המשתמש של ההגעה (DoA) מהתנועה העדיפה וצפויה באמצעות מסנן קלמן, התאמת דבורים כל 10 ms.

דוגמאות אלה מדגישות כי היתרונות התיאורטיים של MIMO הם אמיתיים לחלוטין בהגדרות עירוניות רק כאשר הרשת מודלים פעיל להגיב על איסוף משתמשים.

כיוונים עתידיים ומחקר

בעודנו נעים לעבר 6G, איסוף משתמשים יהיה אפילו יותר השפעה. טרהארצ (THz) תקשורת, אשר מסתמכת על קרן עפרונות צר מאוד, רגישים מאוד לגיאומטריה של אשכול - אם קרן מפספסת את הצביר על ידי אפילו כמה מטרים, המשתמש עלול לאבד קישוריות. sensing ותקשורת משולבת (ISAC) יאפשר תחנות בסיס כדי "לראות" באמצעות יכולות מכ"ם, כמו גם אם לספק משוב מיידי של CSI.

גבול נוסף הוא השימוש של משטחים אינטליגנטיים הניתנים להגדרה מחדש (RIS) לשלוט בסביבה ה propagation. An RIS פרוס על חזית בניין יכול לשקף אותות לעבר אשכול משתמשים, ובכך להפוך את הנוף העירוני לתוך מהפך אמין של beam. Research from FLT:0IE Communications MagazineFLT:1 מראה כי RIS יכול לשפר את יכולת MIMO על ידי 20-30% בתרחישים עירוניים.

לבסוף, מבוזר MIMO (D-MIMO) - שבו אלמנטים אנטנה מתפשטים על פני מיקומים רבים ולא מרוכזים בתחנת בסיס אחת - ישבור את צווארי הבקבוק המתאם המגדירים את המערכות של היום עם D-MIMO, כל משתמש בקובץ רואה קבוצה ייחודית של אנטנה נפרדת גיאוגרפית, מה שהופך את MU-MI תזמון הרבה יותר יעיל.

מסקנה

איסוף משתמשים אינו בעיה להיפתר אלא תכונה של סביבות אלחוטיות עירוניות שניתן לרתום לביצועים טובים יותר MIMO. על ידי הבנת הדפוסים המרחביים והזמניים של אשכולות, מפעילי הרשת יכולים לפרוס מערכי הסתגלות, לוח זמנים אינטליגנטי, וחיזוי מונחה מכונה כדי להפוך את הדחיסות לתוך קיבולת.ה של אסטרטגיות המתוארות כאן - מ-MIMO מסיבי וקו MP ועד ניתוח חיזוי חיזוי ו-RIS - צורה מהירה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כמו גם שיטות מהירות גבוהה של חברות יכולות להיות בעלות עוצמה גבוהה, כמו גם כדי להגדיל את רוב הזמן, כמו גם את הרשתות האלחוטיות, כמו גם כדי להגדיל את רוב האנשים הבאים, כמו גם את ה-ידי מערכות אופטיות כדי להגדיל את ה-ידי פיתוח, כדי להגדיל את רוב האנשים הבאים.