פרק חדש ב-Wiresh: Massive MIMO

רשתות אלחוטיות נמצאות תחת לחץ בלתי פוסק.מספר המכשירים המחוברים, התיאבון לסרטון אבטחה גבוה, והדרישות של יישומים בזמן אמת דחפו ארכיטקטורות תאיות מורשת למגבלותיהם.מספר רב של אי-קטוט (Masive MIMO) גדלות כתגובה מכרעת לאתגר זה, על ידי פריסת עשרות או אפילו מאות אנטנה בתחנת בסיס אחת, MIMO משרת את שכבת התקשורת הגופנית הקטנה, שלא כמו גם את אותה יעילות חשמלית.

מה זה MIMO Massive?

Massive MIMO מתייחס לטכנולוגיה רב-אנטנה שבה תחנת בסיס מצוידת במספר גדול של אלמנטים אנטנה - באופן חד-משמעי 64, 128, או אפילו 256 - יחד עם מערך קוהרנטי.המונח "מסיבי" מבחין בו ממערכות MIMO קונבנציונליות (למשל, 2×2 או 4× 4× 44) שהיו נפוצים ב-L LTEG הרעיון המרכזי הוא פשוט: מספר רחב של חומרים פשוטים של חומרים מדויקים אל מול מספר של חומרים מדויקים אל מול בסיס אנרגיה ישיר (למשל, לעומת מספר אנטים) של משתמשים (למשל, לעומת מספר אנטנות מרחבית-טווח גבוה יותר) עם מספר אנטנות).

המושג הוצג באופן רשמי על ידי תומאס מרזטה ועמיתיו ב Bell Labs בשנת 2010, אשר הראה כי עם מספר בלתי מוגבל של אנטנה, עיבוד אותות ליניארי פשוט (כגון סינון מותאם) הופך קרוב ל-optimal, רעש תרמי ו fading מהיר להיעלם ביעילות. מאז, Massive MIMO הפך חלק בלתי נפרד של 3GPP 5GPP 5G NR (R) (Release 15 ואילך), שם הוא נקרא לעתים קרובות "מימד" או "MI-" (MI-" (MO) או "MIDend) "MID-" (MID-MAD-MAD).

בפריסה טיפוסית, תחנת הבסיס משתמשת במערך של אלמנטים אנטנה מסודרים בלוח (או לוחות) שניתן להגדיר כדי לקרינה במספר דבורים בו זמנית.כל אלמנט אנטנה עשוי להיות בעל שרשרת רדיו משלו (RF) - מדג'ר, ערבוב, אנלוגי למגירה דיגיטלית - או עשוי לשתף שרשראות באמצעות ארכיטקטורות היברידית, בהתאם לתדירות ולמגבלות העלות.

איך עובד MIMO Massive?

(ב) ,ה-ה-מִמְתָּעָה: אִם-הִנְּתָּבְתָּבְתָּבְתָּתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתְתָּבְתָּבְתָּבְתוֹ" (ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב

Beamforming: Steering Energy with Precision

Beamforming הוא תהליך של התאמת השלב ו amplitude של האות על כל אלמנט אנטנה כך גלי המועבר להפריע קונסטרוקציה בכיוון של המשתמש המיועד ומפריע באופן הרסני במקום אחר.במערך Massive MIMO, זה נעשה דיגיטלית באמצעות בסיס precoding. תחנת הבסיס מקטנת את המריצה מבוססת על מידע המדינה (CSI) על ידי אותות מסחריים רבים אחרים, כי ניתן להפחית באופן דרסטי את ההפרעות האחרות.

ב 5G NR, Massive MIMO פועל בדרך כלל במצב דיפלקס זמן (TDD) מציע יתרון מכריע: חידוש ערוצים.מכיוון אותו תדירות משמש עבור uplink ו downlink, תחנת הבסיס יכולה להעריך את הערוץ למטה מטייסי הקישור מבלי לדרוש משוב מפורש מן ה- UE.

מספר עצום של משתמשים: לשרת משתמשים רבים באותו משאבים

(ב) ריבוי משימות מאפשר תחנת הבסיס לשדר זרמי נתונים עצמאיים רבים באותו זמן - בלוק ספארי, כל זרם מכוון למשתמש אחר:0KearFLT:1 אנטנה, תחנת הבסיס יכולה לתמוך באופן תיאורטי עד לחסום את ה-FLT:2KLT 3FLT: אבל בפועל המספר מוגבל על ידי ערוץ ומספר המשתמשים יכול להיות מוגבל ל-iOS (לעתים קרובות) ל-iOS (מספר זה הוא רק ל-iOS) 4.

השילוב של מספריים צרים ומרחביים מרובים של הצטברות מניב עלייה ליניארית באזור באמצעות מספר האנטנה, מבלי לדרוש ספקטרום נוסף או כוח שידור מוגבר.זהו הנהג הכלכלי הבסיסי מאחורי פריסת MIMO Massive.

ערוץ אסטנס וטייס Overhead

הערכת ערוץ היא קריטית.כל UE שולח רצף טייס ידוע בשלב ההכשרה של uplink.תחנת הבסיס משתמשת בטייסים אלה כדי להעריך את הערוץ עבור כל משתמש.עם זאת, כי מספר רצף הטייס אוטגוני מוגבל על ידי זמן קוהרנטיות ורוחב הפס של התא, אותם רצף הטייס חייב להיות בשימוש מחדש על פני תאים שונים.

היתרונות העיקריים של MIMO Massive

היתרונות של Massive MIMO מרחיבים הרבה מעבר ליכולת הגלם.כל תועלת משפיעה ישירות על ביצועי הרשת, ניסיון קצה קצה קצה קצה ויעילות תפעולית.

1.יכולת מוגברת דרמטית

על ידי הפעלת משתמשים מרובים בו זמנית, תחנת בסיס Massive MIMO יכולה להשיג 5× עד 10 × עלייה בתא באמצעות ערכת מחשב בהשוואה למערכת 4×4 MIMO המקובלת. בניסויים בשטח של Nokia ו- Ericsson, 64-antennas סיפקו יותר מ 1 Gbps שיא downlink באמצעות מחשב לפי נפח של 100 מ"הרץ ב-3.5GHz.קיבולת זו חיונית לאצטדיון העירוני, סביבות, ומחוזות, שם הביקושים של משתמשים בביקוש גבוה.

2.התחרפות עם Narrow Beams

[ה] היכולת ליצור דבורים צרות משפרות את הכיסוי בקצה התא ובסביבות מאתגרות בתוך מבנים, איוולת וקרקע גורמים לאותתות ולעיוות רב-אופטימי, אך אות מגובשת יכול להתגבר על המכשולים הללו על ידי התמקדות באנרגיה שבה יש צורך.

3.יעילות גבוהה יותר

יעילות ספציפית, נמדדת ביט לשנייה עבור הרץ (bps /Hz), היא מדד מפתח עבור מפעילי רשת משלמים פרמיה עבור ספקטרום מורשה.מספר המרחבי של Massive MIMO יכול להגביר את היעילות ספקטרלית על ידי 3-6× יחסית ל LTE. לדוגמה, עם 64 אנאנטנות ו 16 שכבות, תא 5G NR יכול להשיג באופן תיאורטי 30 bps / ירידה ספקטרום יעיל זה 5G אפילו עושה את הפחתת יעילות יעילה.

שיפור היעילות של האנרגיה

מכיוון שתחנת הבסיס יכולה לכוון אנרגיה רק היכן שהיא נחוצה, ניתן ליישם את הכוח המואר הכולל של שיעור נתונים נתון נמוך יותר מאשר במערכות קונבנציונליות.בנוסף, עיבוד ליניארי הנדרש (למשל, אפס-forcing או MMSE precoding) עם לוגיקה דיגיטלית בעוצמה נמוכה, במיוחד כמו CMOS בקנה מידה. מחקרים רבים מראים כי מערך Massive MIMO באמצעות צריכת חשמל של 64 קיבולת של פחות מ × 46% לעומת זאת, לעומת 10% קיבולת חשמל מופחתת באופן משמעותי יותר מ קיבולת של LTE.

5.רובוט ל Fading and Interference

החוק של מספרים גדולים ממלא תפקיד מועיל.עם אנטנות רבות, וקטורים הערוץ הופכים כמעט אוטגוני, ואת ההשפעות של בקנה מידה קטן צצים בממוצע.זה מפחית את הצורך של הסתגלות מהירה וקידוד, עיצוב מקלט סימולטור, ועושה את הקשר תקציב יותר צפוי.

אתגרים ופתרונות הנדסה

למרות האלגנטיות התיאורטית שלו, פריסת MIMO מסיבית בקנה מידה מציגה אתגרים הנדסיים בעולם האמיתי.כתובתם הייתה מוקד מרכזי במחקר ופיתוח במערכת האקולוגית של 5G.

טייסת Contamination

כפי שצוין קודם לכן, זיהום הטייס הוא העקב של Massive MIMO. כאשר אותו רצף הטייס משמש על ידי UEs בתאים הסמוכים, הערכות הערוץ הופכות מזוהמות, ואת תחנת הבסיס עשוי לשדר באופן לא מודע התערבות למשתמשים אלה. Solutions כוללים:

  • (ב) ⁇ :0) אופטימיזציה של הקצאת משימות: 1FLT:1 אלגוריתמים אשר להקצות טייסים ל-UEs על בסיס מיקומים מרחביים שלהם ואת דפוסי ההתערבות שהם יוצרים.
  • (ב) ,0)Time or Freverse Shifting: 1FLT:1 יישום תבניות שימוש טייסים כי הם מחלחלים על פני תאים.
  • עיבוד מקלט:0 (Enhanced המקלט: FLT:1) באמצעות טכניקות של estimation עיוור או סמי-עיוור שיכול להפריד אותות מטייסים שאינם אונקגוניים.
  • (FLT:0) לתאם את לוח הזמנים: 1.FLT:1 תחנות בסיס שכנות לתאם כדי למנוע תזמון של אותם טייסים על אותו משאב.

מורכבות חומרה וקאליברציה

כל רכיב אנטנה דורש שרשרת RF משלה, כולל מגברי חשמל (PAs), מגברי קצב נמוך (LNAs), מערבלים, וממירים אנלוגיים-ל-לספריים (ADCs) עבור מערך 128-התחילה, זה מתורגם ל- 128+שרשראות RF, אשר הוא גם יקר וכוח-החמורים אלה, רבים לשימוש מסיבי MIMO (Falericericericer) ב-Fericericer) כדי להיות חלק דיגיטלי, כולל מספר קטן יותר, כולל: 1 ליטרים (Cericial) של 16: 1 ליטרים).

תקציבים בתדירות גבוהה יותר

MIMO Massive הוא לעתים קרובות פרוס באמצע פסים (למשל, 3.5 GHz) ו mmWave להקות (24-39 GHz) בתדרים אלה, אובדן נתיב גבוה יותר, ואת הרווחים של beamforming ממערך גדול להיות אפילו יותר חשוב. עם זאת, הצורה הקטנה של אנזאנטנות ניהול מ"מ ואב מאפשר 256 אלמנטים בלוח קומפקטי הוא כי הם אותות חזקים מאוד, כמו גם מנגנונים של מערכות יחסים עם זאת, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000.

עלויות וחזרות על השקעות

העלות העליונה של תחנת בסיס Massive MIMO גבוהה יותר ממגזר 4G קונבנציונלי. המפעילים חייבים להצדיק את ההוצאה הזו באמצעות הכנסות גבוהות יותר משירותי נתונים ויכולת לשרת יותר משתמשים ללא הוספת אתרים נוספים.כפי שמחירי השבבים יורדים והאינטגרציה משתפרים (למשל, RFSoC מכשירים), העלות של אנטנה להפחתה.ב-2024, מפעילים רבים באסיה ובאירופה יש לפרוסת מחירים מסיביים כמו תכונה סטנדרטית של רשתות נורמטיביות של 5G עד סוף סוף סוף סוף סוף.

MIMO המוני ב-5G ומעבר

MIMO מסיבי הוא לא טכנולוגיה סטטית; הוא ממשיך להתפתח עם כל 3GPP, כמו מחקר דוחף לקראת 6G.

5G NR ו- 3GPP Standards

3GPP שחרר 15 הציג תמיכה עבור עד 64 נמלי אנטנה ועד 16 שכבות מרחביות בדלפק.שחרר 16 הרחיבו את זה עם שיפורים עבור תצורה רב-מרחב, beam מעבר, ושיפור משוב CSI. לשחרר 17 תוספת תמיכה עבור 1024 אלמנטים אנטנה (עם הדבקה היברידית) בהקשר של 52.6-71 GHz. לשחרר 18 ומעבר צפויים לחדד עוד להיות AI-I להציג חיזוי CSI מבוסס CSI.

(ב) NR (ב) הוא אות השוויון (CSI-RS) 1 עבור מדידה של קרן ו-FLT:2SRS (סימן חיזוי) 3 (סימן) עבור קידוד מבוסס קישורים (Timation) אשר מאפשר את תחנת הבסיס לבחור את הטוב ביותר מקוד או קיבולת ישירות קודקוד (FLT) ל-Timizeerateederederedered Channels) אשר ניתן גם כן להשתמש ב-Tlinked.

MIMO Massive ב- mmWave Bands

ב mmWave, מספר האנטנה יכול להגיע בקלות 256 או 512 כי אורך הגל הוא זעיר (למשל, 10 מ"מ ב 28 GHz) ⁇ אלה מספקים רווחים ענקיים (על סדר 20-30 dB) שיכול להתגבר על אובדן הנתיב המהיר (כמו גם על ידי VG) הופך צר מאוד (כמה מעלות), מה שהופך את המעקב הביקורתי של תחנת הבסיס 5.

מתכוננים ל-6G

האבולוציה ל-6G (הצפויה סביב 2030) תדחוף את Massive MIMO עוד יותר.מחקר חוקר את עקרונות FLT:0extremely גדול מערךי צמצם 1 (ELAA) עם אלפי אנטנה המופץ על פני מבנה כמו בניין או אצטדיון, אלה יפעלו לא רק בתדרים תת-קרקעיים (100-300 GHz) אלא גם בלהקות נמוכות יותר עם רוחב פס רחב מאוד, אלא גם עם טווחי תיבות של תקשורת של AI, אך ורק עם טווחי תיבות של תאים מורכבים, אך ורק עם טווחי תיבות של AI, אשר יהיו למעשה, אלא גם כן, אשר יהיו קיימים, אלא גם כן, אשר יהיו קיימים, אלא גם כן, אשר יהיו קבועים, אלא גם בדרגות יותר, אשר יהיו, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו, אך ורק בדרגות יותר, ללא רוחביות, אשר יהיו, אך ורק בדרגות, אשר יהיו, אך ורק בדרגות של מערכות תקשורת של רשתות ההפעלה של רשתות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת יחסים של מערכת יחסים של מערכת יחסים של תאים של מערכת ההפעלה של מערכת יחסים של מערכת יחסים של מערכת יחסים של מערכת יחסים של מערכת יחסים של מערכת יחסים של מערכת יחסים של מערכת יחסים של מערכת יחסים של AI, אשר יהיו, אך ורק בדרגות-ידי

מחסומים אמיתיים ומקריות

כדי להעריך את ההשפעה של Massive MIMO, לשקול את הדוגמאות הבאות. בשנת 2022, קוריאה טלקום פרסה 64-antenna Massive MIMO בערים גדולות כדי לתמוך התנועה הגבוהה שנוצרת על ידי יישומים של נתונים-hungry כמו הזרמת וידאו 4K וספורט חי.התוצאה הייתה שיפור 40% בשימוש הממוצע באמצעות ספוט והפחתה של 50% במזלב בלונדון, Voafone השתמש ב-32K ו-MIan תחנות רכבת (ראו מוקדם יותר) כדי לצפות מתחנות רכבת מתוחכמות יותר מ- 5 שעות קודמות.

בקונגרס העולמי של 2023 Mobile World, אריקסון הדגים לוח 128-אנטנה שהשגת 2.5 Gbps ב- 100 MHz אחד באמצעות 16-layer מרחבי מספרקסינג, בדומה לכך, שבבים "ReefShark" של נוקיה משלבים את עיבוד הבסיס של 64 אנאנטות לתוך מודול קומפקטי, צמצום צריכת החשמל בהשוואה ל- 60% מהדורות המסחריות הקודמות.

(ב) ל[[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]] [[1924]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]

מסקנה

MIMO Massive שינתה את העיצוב של רשתות סלולריות.על ידי ניצול שפע של אנטנה, היא מספקת את היכולת, כיסוי ויעילות אנרגיה הדרושים כדי לתמוך בביקוש נתונים המתפתח של עולם מחובר.הטכנולוגיה אינה ללא האתגרים שלה - טייס זיהום, קובעי חומרה אלחוטיים, וניהול קרן בתדרים גבוהים דורש הנדסה זהירה - אבל ההתקדמות שנעשתה בעשור האחרון הפכה למציאות מתקדמת עבור מערכות רדיו-מחדשהמאה, כמו גם עבור מערכות תקשורתיות, כמו גם עבור מערכות רדיו-מחדשה, כמו גם עבור מערכות טכנולוגיות מתקדמות יותר, כמו גם עבור מערכות טכנולוגיות טכנולוגיות.