הבנה של MIMO

מספר רב של Input מספר רב של חומר (Massive MIMO) מייצג שינוי יסודי בעיצוב רשת אלחוטית.בניגוד למערכות MIMO מסורתיות המשתמשות קומץ אנאנטנות, MIMO Massive מצייד תחנות בסיס עם מערך של עשרות עד מאות אנטנות - לעתים קרובות 64, 128 או אפילו 256 אלמנטים פעיל - הפעלה משותפת זה מערך אנטנה בקנה מידה גדול מאפשר מספר רב של עשרות משתמשים בו זמנית על ידי אותו זמן הוא גדל כוח (RG) הוא גדל יעילות של 5G).

איך MIMO עובד

Beamforming ו-ספאטי מרובותxing

בבסיסו, מנף MIMO Massive כדי להתמקד באנרגיה המועברת לתוך אמברגים צרים, כיוון בתחנה הבסיס משתמש במידע מצב ערוצים (CSI) - ידע כיצד ערוץ הרדיו משפיע על אותות - כדי למקד זרמי נתונים עבור כל משתמש.על ידי יישום משקולות מורכבות לכל רכיב אנטנה, המערכת יוצרת התערבות קונסטרוקטיבית בכיוון של המשתמש המיועד והתערבות הרסנית במקום אחר.

בפועל, Massive MIMO גם מאפשר שידור רב-שכבות למשתמש יחיד, הגדלת שיעורי נתונים שיא.לדוגמה, תחנת בסיס 64-antenna יכולה לתמוך עד 16 זרמי נתונים במקביל בתנאי ערוצים מועדפים, להכפיל את יכולתה פעמים רבות בהשוואה ל- 4×4 קונבנציונאלי.

ערוץ אסטימונס וקונסולת טייס

estimation ערוץ מאובטח הוא קריטי עבור Massive MIMO לעבוד. במערכות דיפלקס ויזואלי (TDD) - מצב מועדף עבור Massive MIMO - טייסי קישור שנשלחו על ידי משתמשים משמשים כדי להעריך את ערוץ הלינק בגלל ערוץ Reciprocity ערוץ (TDD) עם זאת, כאשר תאים מרובים reuses את אותם רצף טייסים, זיהום טייס מתרחשת: תחנת הבסיס לא יכול להבחין בין המשתמשים שלה לבין רמות הפעלה מינימליות של תאים ממותרפיים מתקדמים, כולל צמיגים של תאים שונים של תאים ממותרפיים (FoFightive) במיוחד.

אדריכלות: Antenna Array

מערכי MIMO מסיביים יכולים להיות מיושמים כמערכות אנטנה פאסיביות או פעילותיות. ⁇ Active אינטגרציה את קו החזית של רדיו- ⁇ (RF) - כולל מגברי חשמל, מגברי מגברות בעלות נמוכה ומיקסרים - ישירות עם כל אלמנט אנטנה, המאפשרים רכיבי begomified דיגיטליות גדולים יותר (Ggomified) להשתמש באדריכלות פשוטה יותר עם מספר קטן יותר של מעברים ושינויים אנרגמטיים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עבור מספר דיגיטלי של מספר נמוך יותר, עבור מספר GHz (GLCD) ו-GHz (ממדורג'יגה-GHz (ממדורג'יגה-GHz) תלוי בתדירות גבוהה יותר, כלומר: 4.

היתרונות העיקריים של MIMO Massive

  • (FLT:0) הגדלת יעילות ספקטרלית: ההרחבה 1 (ראה: ההרחבה 1) על ידי מתן משתמשים רבים בו זמנית, Massive MIMO יכול להשיג 5-10× את היעילות הקיבוצית של מערכות 4G מורשת, בטווח של 10-30 bps /Hz לתא בפריסה אמיתית.
  • (FLT:0) גבוה יותר נתונים למשתמש: FLT:1 עם beamforming מתן רווח מערך, יחס הסימון-to-interference-noise (SINR) משתפר באופן משמעותי, ומאפשר שיא למטה את שיעור הקישורים מעל 1 Gbps בתנאים מועדפים.
  • (FLT:0)Imrovated Coverage and Reliability:BuildFLT) 1 Narrow beams להפחית את אובדן הנתיב ואת טווח ההתרחבות, במיוחד בשוליים של התא.
  • (FLT:0)Enhanced Energy Efficiency:cioFLT:1 כי האנרגיה המועברת מתמקדת רק היכן שהיא נחוצה, תחנת הבסיס יכולה להשיג את אותו הדבר באמצעות כוח מוקרן נמוך יותר. מחקרים מראים כי Massive MIMO יכול להפחית את צריכת החשמל לפחות עד 50% בהשוואה ל- MIMO קונבנציונלי.
  • (FLT:0) support for Massive Connectivity: ההרחבה של Massive MIMO מאפשרת לה להבחין בין מכשירים רבים, מה שהופך אותו אידיאלי לסביבות עירוניות צפופות, אצטדיוןים, ופריסה של IoT עם אלפי חיישנים לכל המגזר.

היתרונות האלה ישירות לטפל באינדיקטורים ביצועי המפתח המוגדרים על ידי ITU עבור 5G: 20 Gbps שיא נתונים, 10-20 × שיפור יעילות ספקטרלית, ותמיכה עבור 1 מיליון מכשירים לק"מ.

ראשי תיבות של Next-Generation Wireless Networks

MIMO Massive 5G NR

Massive MIMO הוא מרכיב בסיסי של 5G רדיו חדש, במיוחד בלהקות תת-6 GHz (למשל, n78 ב 3.5 GHz) זה מאפשר מפעילי רשת להגדיל את יכולת הגדלה ללא רכישת ספקטרום חדש.רבים מוקדם 5G הפריסות להשתמש 64-elements (32, 32RC) עם עד 16 זרמי נתונים בפועל, מערכות אלה לספק 3-5x מוקדם יותר פונקציות מתקדמות של LTE (MO) כמו גם תכונות מתקדמות) כמו גם כן, כמו גם כן, 32 מקבל) עם דחיית ביצועים מתקדמים יותר.

שילוב עם מילימטר-וייב ומעבר

בתדרים מ"מ וייב, שבהם אובדן הנתיב גבוה, MIMO מסיבי הופך חשוב יותר. ⁇ גדול (128-1024 אלמנטים) לספק את הרווח המרוויח הדרוש כדי להתגבר על ספיגת אטמוספרית והפסדים דיפרנציות.כאן, ניהול באם הופך לאתגר קריטי: המערכת חייבת לבחור במהירות את זוג האגמים הטוב ביותר בין תחנת הבסיס וציוד המשתמש כצעדים או הסביבה 5G מגדירה של מסילות לחץ גבוה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, קבוצות אבטחה של מחסנים של להקות מהירות גבוהה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, להקות ממרחקים של מחסנים של מחסנים של מחסנים של 6 מחסנים סבירים של צמיגים (כלומר, 000 מחסנים של מחסנים סבירים), יש צורך, 000 צמיגים של צמיגים של מחסנים סבירים של מחסנים של מחסנים של מחסנים (כלומר, כאשר הם צריכים לבחור במהירות, 000 מחסנים סבירים מתקדמים יותר, 000 מחסנים סבירים של מחסנים של מחסנים של מחסנים סבירים), יש צורך במהירות, 000 מחסנים סבירים, 000

MIMO ו- Network Densification

מאסיבי MIMO dovetails עם הסמכת רשת - פריסת תחנות בסיס נוספות - כי זה יכול להפחית את צפיפות הנדרשת. במקום תאים קטנים רבים כל אחד המשרת כמה משתמשים, תא מאקרו יחיד עם מערך אנטנה גדול יכול לכסות שטח גדול עם יכולת גבוהה, צמצום דרישות גב לאחור ומורכבות תפעולית.זה אטרקטיבי במיוחד עבור פרברי ופריסה כפרית שבו סיביר יכול להיות בקושי יש כמה מפעילי עלות המאפשרות דומות.

אתגרים ושיקולים מעשיים

מורכבות חומרה וקאליברציה

יישום מאות רשתות transceiver על תחנת בסיס אחת הוא אתגר הנדסי לא-טריוויאלי.כל רכיב אנטנה דורש רשת RF משלה, כולל מגבר חשמל, מגבר נמוך, מערבב, אנלוגי-ל-ל-על-ידי המרתר (ADC) ב- mmWave, העלות הגבוהה של גליום Niride (GaN) מגבר, וצורך של שלב אנלוגי חייב לכלול גם חומרים אנרגטיים (Ficial) באופן משמעותי.

המונחים: power contion

העומס החישובי לעיבוד אותות MIMO מסיבי הוא משמעותי.מעבדים של Baseband חייב לבצע הערכת ערוץ בזמן אמת, חישוב מטריקס מראש (למשל, קבוע אפס-forcing או MMSE), ותזמון המשתמש עבור עשרות עד מאות זרמים.זה דורש גם מעבדים דיגיטליים בעלי ביצועים גבוהים (DSPs) או מערך השערים הניתנים להתאמה (GA) אשר דורש פחות מ-41x4 GHz) של חשמל נמוך יותר מ- 30.

טייסת Contamination Revisited

כפי שהוזכר קודם לכן, זיהום הטייס נשאר צוואר הבקבוק הבסיסי.בפריסות צפופות, תאים שכנים לא יכולים להשתמש טייסים אוטוקונים כי מספר הטייסים הזמינים מוגבל על ידי זמן קוהרנטיות ערוץ. המדינה- of-the-art פתרונות כוללים הקצאה פיילוט חכמה המבוססת על מיקום גיאוגרפי, שימוש רצף פיילוטים שונים על פני תאים (למשל, רצף Zdoff-Chus עם שורשים שונים), ומקלטים מתקדמים יותר מקבצי SGFG ללא כל כך שברשותם, כולל תאים שונים.

עלויות הפרדה ואינטגרציה

בעוד שמיסה MIMO מציעה ביצועים משכנעים, המפעילים חייבים להצדיק את ההוצאות ההון.העלות של מודול רדיו 64-element גבוהה יותר מאשר של ראשי רדיו מרוחקים 4-port מסורתיים.בנוסף, אתרי תחנת בסיס קיימים עשויים לדרוש חיזוק מבני כדי לתמוך במשקל (לעתים קרובות 20-40 ק"ג עבור פאנל מודרני) ועומס רוחי קרבה.Mobile, קירור, ותוכנית רשת גם להוסיף עלות כוללת.

כיוונים עתידיים: 6G ומעבר

MIMO

מחקר 6G דוחף לעבר "Extreme Massive MIMO" עם מערך של 1024 אנטנה או יותר בתדרים תת-טרחרץ (למשל, 100-300 GHz) בתדרים אלה, אורך הגל הוא בטווח מילימטר או תת-מילימטרימטר, המאפשר ייצור של מערךי תוכניות אולטרה-חושיות על גורמים קטנים.

ניהול AI-Driven Beam Management

למידת מכונה מיועדת למהפכת פעולות MIMO מסיביות.רשתות עצביות יכולות לחזות את זוג הדבורים האופטימלי למשתמש המבוסס על נתוני מיקום היסטורי, תדר רדיו (RF) טביעות אצבע, ומפות סביבתיות.זה מקטין את פני של beam טאטא ותאפשר מהיר יותר beam-failure התאוששות. Reinforcement Learning יכול גם להתאים את רמות המשתמש ואת הקצאת החשמל לאורך תאים אמיתיים.

מקור: free Massive MIMO

אדריכלות מבטיחה מעבר לפרדיגמה התאית המסורתית היא מעבורת ללא תאים MIMO. במקום תחנת בסיס אחת עם אנאנטנות רבות, מאות או אלפי נקודות גישה מבוזרות (APs) מתפשטות על פני שטח רחב, כל אחת עם כמה אנטנה, כל מחוברת יחידת עיבוד מרכזית באמצעות אנטנות מהירות גבוהה של תאים, מספק כיסוי אחיד, ומונעת זיהום אווירי לחלוטין, כי מספר מעשי יכול לספק את זה פתוח 10 אנטנות.

אינטגרציה עם משטחים חכמים Reconfigurable

משטחים אינטליגנטיים הניתנים להגדרה (RIS) הם מנגנונים פסיביים או סמי-סגנית של אלמנטים שניתן להעלות, לספוג או להיגמל גלים אלקטרומגנטיים.כאשר בשילוב עם Massive MIMO, RIS פועל כסיומת וירטואלית של תחנת הבסיס, יצירת סביבות רדיו חכמות אשר מתגברות על חסימת ושיפור הכיסוי באזורים צלפים.לדוגמה, תחנת בסיס על מגדל יכול להשתמש ב-RIS על בניין שנועד לשרת מכשולים עמוקים של סטרג'ר.

מסקנה

Massive MIMO כבר שינתה תקשורת אלחוטית על ידי מתן יעילות ספקטרלית חסרת תקדים, יכולת ואמינות ברשתות 5G. עקרונות הליבה שלה - ניצול דרגות מרחביות של חופש באמצעות מערך אנטנה גדול - יישאר מרכזי ככל שהתעשייה נעה לעבר 6G ומעבר לכך, בעוד אתגרים בעלות חומרה, קיטור, עיבוד אותות, ושילוב פיילוט, התקדמות מתמדת בטכנולוגיה מוליכים למחצה, AI, אלגוריתמים וחידושים כגון מערכות מחשוביות יכולות להמשיך את פני השטח של מערכות ההפעלה המהירות, אשר ימשיכו להתגבר על פני השטח של מערכות מחשוב, אשר יהיו לפחות, אשר יהיו יציבות, אשר יהיו מקיפים של מערכות מחשוב מתקדמות, אשר יהיו למערכות טכנולוגיות מורכבות, כמו אלה, כמו מערכות מחשוב מתקדמות יותר, כמו אלה, כמו מערכות מחשוב מתקדמות יותר, כמו גם על פני השטח של מערכות מחשוביות, עבור מערכות מחשוב יציבות, אשר יהיו למערכות טכנולוגיות מורכבות, עבור מערכות מחשוב מהירות גבוהה יותר, ופתרונות מתקדמים, אשר יהיו למערכות פיתוח טכנולוגיות מורכבות, אשר יהיו למערכות פיתוח טכנולוגיות מורכבות, אשר יהיו למערכות פיתוח טכנולוגיות מורכבות, אשר יהיו למערכות טכנולוגיות מורכבות, מערכות מחשוב מהירות גבוהה יותר, אשר יהיו, אשר יהיו למערכות פיתוח מערכות מחשוב מתקדמות, כמו גם על פני השטח של מערכות מחשוב מהירות גבוהה יותר, אשר יהיו, אשר יהיו למערכות פיתוח טכנולוגיות