מערכות מרובות של Input מרובות Output (MIMO) הפכו לטכנולוגיה בסיסית לתקשורת אלחוטית מודרנית, תוך התבססות על שיעורי הנתונים הגבוהים והאמינות הנדרשים על ידי 4G LTE, 5G NR, ותקני 6G המתעוררים. על ידי מינוף תחנות בסיס עם מאות או אפילו אלפי אלמנטים אנטנה, תמיכה מסיבית של MIMO מנצלת מספרx מרחבי כדי לשרת משתמשים רבים בו זמנית על אותם משאבים חד-פעמיים של תופעות לוואי של ערוץ מרכזי, כך שהופך את האנטרטיבי יותר ויותר יעיל יותר ויותר יעיל יותר ויותר ל-מיטיבי של רשתות מגנטיות:

יסודות ערוץ Harding

במערכות MIMO קונבנציונליות עם מספר קטן של אנטנה, הערוץ האלחוטי מציג קידוד קטן משמעותי.הטבעה זו נגרמת על ידי ריבוי-פתים propagation, שבו אותות מגיעים למקלט דרך מסלולים מרובים, חווים התערבות קונסטרוקטיבית והרסנית.הערוץ המתקבל לצבור פלוגות במהירות לאורך זמן, תדירות, ומרחב, ביצוע הסתגלות וחלוקת משאבים מאתגר.

(ב) ,התדרות (ב) היא מספר האנטנות (המספר) של האנטנות (המספרים) של האנטנות (המכונה: ⁇ ) על ידי ה[[המאה ה-20]], ו[[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]

מידת ההקשה היא בדרך כלל כפיית היחס של השחלות של ⁇ FLT:0hhhFLT:1 ⁇ 2 לפירושו ריבוע: עבור התפלגות עצמאית וזהה (i.d) Rayleighing fading ערוץ, יחס זה מתכווץ כמו 1 / FLT:2MFLT 3) סביבות פרקטיות עם fading או uni-id; עשוי להוביל יותר יציב יותר.

השפעה על ביצועי מערכת

לקשחת ערוצים יש השלכות עמוקות על העיצוב וההפעלה של מערכות MIMO מסיביות.היתרונות העיקריים כוללים:

  • (FLT:0) אמינות הנפתחת:FLT:1roughd תנודות מופחתות בכוח אות אומר כי משתמשים חווים פחות דוענים עמוקים, המוביל לאמינות קישורים גבוהה יותר והסתברות להורדת גיל.זה חשוב במיוחד עבור תקשורת אולטרה-סבירה נמוכה (URC) ב 5G ומעבר לכך.
  • (FLT:0Simplified Identity processing:FLT:1 עם ערוץ קשיח, הצורך באלגוריתמים אדפטיים מורכבים - כגון estimation ערוצים מתקדמים, השוואתיות ו precoding - מקטין את טכניקות עיבוד ליניאריות פשוטות כמו מקסימום-ratio שילוב (MRC) או אפס-forcing (ZF) להיות קרוב ל-אופטימלי, צמצום עומס חישובי וצריכת כוח.
  • (FLT:0) שיפור יעילות האנרגיה:FLT:1 ערוצים אפשריים מאפשרים למערכת לפעול בעוצמה שידור נמוכה יותר תוך שמירה על איכות היעד של השירות.הראש מופחת להעלאת התפוצה והחזרה גם תורם לחיסכון באנרגיה הכולל.
  • (FLT:0) פיילוט ממוחזר מעל ראש: FLT:1 כי הערוץ נשאר קבוע כמעט על פני מרווחי כפירה גדולים יותר, פחות סמלים של טייס נדרשים עבור הערכת ערוץ.זה משחרר יותר משאבים להעברת נתונים, הגדלת יעילות ספקטרלית.
  • (FLT:0Simplifiedתזמון: FLT:1, האופי הדטרמיוני של ערוצים קשיחים הופך את לוח הזמנים של המשתמש ואת הקצאת המשאבים הצפויים יותר. Algorithms כי מסתמכים על סטטיסטיקות ערוצים מבצעים היטב גם ללא מידע מיידי של מצב ערוצים (CSI), המאפשר עיצובי בקרת גישה בינונית פשוטים יותר.
  • (FLT:0) תמיכה טובה יותר עבור קישוריות מסיבית:FLT:1eur בתרחישים עם מספר גדול של מכשירים (למשל, אינטרנט של דברים), התקשות ערוץ מאפשר תחנת הבסיס להעריך את הערוץ המצטבר של משתמשים רבים עם מינימום overhead, המאפשרת תוכניות גישה אקראיות ללא תשלום.

תגיות: Influing Channel Harding

בעוד הגדלת מספר האנטנה בדרך כלל משפרת את הנוקשות, כמה פרמטרים פיזיים ומערכתיים משנה את ההשפעה הזו:

בסביבה הקרובה

פיזור סביבות - אלה עם הרבה אובייקטים רפלקטיביים לספק שפע של רב-פת - לקדם אנטנה-לאנטנה מגוון ולכן חזק יותר קשיחות. בניגוד, אזורים פתוחים עם מעט מפוזרים (למשל, תאי מאקרו כפריים) תוצאה של פחות מגוון וקשחת חלש יותר.נוכחות של קו חזק-of-of-of-sight (LoS) יכול גם להפחית את הנוקשות מכיוון ש-LS מוסיף נתיבים על פני אנטנות, עלייה של ערוצים.

אנטנה שחיתות

מתאם מרחבי גבוה בין אנטנה - הנגרמת על ידי קטן בין-לעבוד אגיאומטריה מערך לא מזיק - מפחית את הסדר הגיוון היעיל. כאשר אנטנות רואות התגשמות ערוץ דומה, חוק המספרים הגדולים חל פחות ביעילות, וקשוח הערוץ מופחת.לת.אם נמוך, מושגת על ידי מערך אנטנה מעוצב היטב עם חצי גלימה או יותר, חיוני למימוש היתרונות קשים.

מספר המשתמשים ועומס המערכת

הקשידות של ערוץ בולטת ביותר כאשר מספר אנטנות התחנה הבסיסית עולה על מספר המשתמשים (ראה:0) ⁇ MFLT:1 ⁇ FLT:2KirFLT 3: 3) כפי שספירת המשתמש ניגשת למספר האנאנטנות, ניהול ההתערבות הופך דומיננטי, והערוץ היעיל לאחר עיבוד מרובה משתמשים עשוי להציג תנודות גדולות יותר.

Array Geometry and Configuration

מערךים לינאריים אחידים (ULAs) ומערךים מלבניים אחידים (URAs) מציגים תכונות קורלציה שונות. URAs יכולים לנצל הן את המגוון האזותי והן את ההתעלות, לעתים קרובות מניבים קשיחות טובה יותר עבור מספר מסוים של אנטנה.בנוסף, מבוזר מערכות MIMO מסיביות, שבו אלמנטים אנטנה מופרדים פיזית על פני שטח כיסוי, נוטים להתאמץ מהר יותר מאשר ממערךים מהתנגשות עקב קורלציה מופחתת.

ניידות וערוץ Dynamics

תנועת משתמשים גורמת לריאציות זמניות בערוץ.במהירויות גבוהות (למשל, מהירויות vehicular), זמן ההשבתה מתכווץ, והערוץ משתנה באופן משמעותי בין עדכוני עיבוד אותות. בעוד שקשה להפחית את השחלות של הרווח הערוץ, הוא אינו מבטל את השינויים המושרה דופלר.

Frequency Band and Bandwidth

תדרי נושא גבוהים יותר (mmWave ו sub-THz) לעתים קרובות להציג מאפיינים שונים של פרופיל, כולל אובדן נתיב גבוה יותר והפחתה של דיפרציה.מספר התפזרים בתחום הזווית עשוי להיות מוגבל, המוביל למגוון יעיל יותר.עם זאת, השימוש בערכים גדולים מאוד בתדרים אלה (למשל, 256 אלמנטים או יותר) עדיין יכול להשיג קשה, אם כי עם זאת עם מבנים שונים בהשוואה ללהקות תת- 6 GHz.

לימודי אנליטית וסימציה

(המחקר החריף אישר את התחזיות התיאורטיות של התקשות ערוץ באמצעות מודלים אנליטיים וסימולציות מונטה קרלו.תוצאות אנליטיות לעתים קרובות להניח חישובים לא-קויים של ריילי רינג ולהראות כי הנורמה הריבועית של וקטור הערוץ היא נספח המפיץ תרחישים אקראיים עם ממוצע של ערוצים:0MFLT:1 ו- ceFLT2mLT3, כלומר, לדוגמה, 1 אנטנות מוגבלת ל-Facti) של מספר 1 (Facti) של אנטגוריות (FLT2Facti) ⁇ ).

מחקרים סימבוליים בדרך כלל להעריך מדדים כגון יחס הסימון-to-interference-noise (SINR) הפצה, הסתברות מחוץ לגיל, וקיבולת ארגוודית.עבור מערכת מסיבית MIMO עם 100 אנטנות תחנת בסיס ו -10 משתמשים, סימולציות מראות לעתים קרובות כי ה- SINR וריאציות על פני מימושי ערוצים שונים הוא פחות מ 1-2 dB - ניגוד כוכבים ל-MIMO רגיל שבו וריאציות של 10B הן מאפשרות התאמה מינימלית יותר מאשר להתאמה זוגית או יותר.

(התרומות האפשריות כוללות את העבודה הנשנית של מרזטה (2010) על אלחוטי לא-קואופרטיבי עם מספר בלתי מוגבל של אנטנה בתחנת בסיס, ומאוחר יותר סקרים כגון " MIMO מסיבי: Ten Myths ו- One Critical Question" של Björnson et al. (2016), אשר מבהיר את התנאים שבהם קשה יותר לחקור מחקרים אחרונים בתרחישים של פריסה מעשית, בהתחשב בחסרי חומרה, נמוך, אנלוגיה של ALT2: FEECligicive-Fal Relive) ניתן להמיר סקירה מקיפה: ALT2Falizing (Fal Relive-FLT2, כולל ALT)

השלכות מעשיות עבור עיצוב מערכת

קשיחות ערוץ משפיעה על מספר היבטים של עיצוב מערכת, מהשכבה הפיזית ועד אדריכלות הרשת.

להיות אמין ופרסום

עם ערוץ קשיח, אסטרטגיות מחשוב פשוטות כמו שידור מקסימלי (MRT) להיות קרוב ל-optimal.תחנת הבסיס יכול למקם וקטורים precoding המבוססים רק על סטטיסטיקות לטווח ארוך (למשל, רווח ממוצע וזווית של ההגעה) ולא CSI מיידיות ידידותיות.זה מפחית באופן דרסטי את העומס ואת פני, ומאפשר גמישות נמוכה של מערכות DIDD (D) שבו לא ניתן לתדירות גבוהה (DAPI).

ערוץ אסטנס ו- Feedback

בזמן דיפלקס (TDD) מסיבי MIMO, העברת הטייסים של Uplink משמשת לרכישת CSI.Harding פירושה כי פחות טייסים נדרשים עבור הערכה מדויקת, כי הערוץ הוא כמעט קבוע על בלוק קוהרנטיות. כתוצאה מכך, מערכת overhead יורדת, ועוד משאבים זמינים עבור נתונים. ב- FDD, שבו נדרשת משוב, הפחתת הפחתת הקיבולת של הערוץ מאפשרת למשתמשים הממוצע לאינדקסים (C) לעתים קרובות יותר לפשטת משוב.

המונחים: Allocation and Scheduling

תנאי ערוץ יציב מאפשרים אלגוריתמים תזמון פרופורציונלי ו ⁇ סטיים לפעול ביעילות עם ידע ערוץ קורקזה.החיזוי של שיעורי המשתמש מפשט את איכות הערבויות של שירות, אשר קריטי עבור שירותים בזמן אמת כגון הזרמת וידאו ואוטומציה תעשייתית יתר על כן, הצורך מופחת הסתגלות דינמי מוריד את העומס חישובי על לוח הזמנים.

מצבי חירום ו-שלב Noise

מערכות MIMO מסיביות סובלות מחוסרי חומרה כגון רעש שלב, חוסר איזון I / Q, ו- non-Liנארי כוח מגבר.מעניין, ערוץ קשיחות מציע כמה עמידות: כי הרווח הערוץ יציב, עיוות יעיל שנגרם על ידי ליקויים אלה סאקורטים במקום גדל עם גודל מערך.אפקט זה, לפעמים נקרא "הפצה מזיקה" בנוכחות ליקויים, מרגיעה דרישות לינאריות לשימוש נמוך יותר של רכיבים מסחריים.

רשת SynSyncization

ב- Multi-cell מסיבי MIMO, הפרעה בין תאית היא גורם מגביל.ערוץ קשיח בתוך כל תא הופך את הסטטיסטיקות לחיזוי יותר, ומאפשר תוכניות תיאום פשוטות (למשל, תדירות שברירית reuse reuse) שאינן דורשות מחזורי מיידיות-תא CSI.התוצאה היא סביבת התערבות נקייה, במיוחד פריסות עירוניות צפופות.

ערוץ הארדינג 5G NR ומעבר

תקן 3GPP 5G רדיו חדש (NR) תומך במפורש ב- MIMO מסיבי עם עד 256 אלמנטים אנטנה בתחנה הבסיס. רבים מהבחירות העיצוב ב 5G NR - כגון הדגש על ניתוח TDD, נומרולוגיה גמישה, ותמיכה ב-Extras נושא רחב - מתואמים את היתרונות של התקשות ערוץ.

במבט לאחור 6G, התקשות ערוץ תישאר עיקרון יסוד.מערכות עתידיות צפויות לפעול בתדרים גבוהים יותר (מעל 100 GHz) ולשלב משטחים חכמים מאוד הניתנים להגדרה מחדש (RIS) ולהפיץ MIMO עם ראשי רדיו מרוחקים רבים.בסביבות אלה, התקשות תעזור לנהל את אובדן הנתיב המוגדל וחוסם דינמי על ידי מתן ביצועים צפויים של קישורים, שילוב של חישה ותקשורת באמצעות אותות תקשורת 6G) ו-ידי , באמצעות מנגנונים משותפים (עמיים ו- Dop) ו- Dofer (D) ו-D) ו-Doferatives (D) ו-DAPG, באמצעות , , , , , , , , , , , , , , , לעומת זאת, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

(ב) סקירה מעשית של יישום MIMO מסיבי ב 5G NR, המשאב המקוון (FLT:0reaFLT:1 "Massive MIMO Basics":203FLT 3) מציע מבוא נגיש למערך האנטנה וטכניקות מרשימות של מדפים 7.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות הרבים שלה, התקשות ערוץ אינה תרופת פלאה.תנאים מסוימים יכולים להחליש או אפילו לשלול את השפעותיה:

  • (FLT:0) ערוצים בעלי דרגה גבוהה: 1FLT בסביבות עם מעט מאוד מפוזרים (למשל, תאים נוכוכיים, המדבר הפתוח), ממטריקס הערוץ הופך נמוך.הדרגות היעילות של החופש אינן מספיקות לחוק המספרים הגדולים לפעול, וקשה היא מינימלית אפילו עם אנטנה רבים.
  • (FLT:0) הפצת משתמשים: FLT:1ir אם רק אחד או שניים משתמשים פעילים, הרווח הערוץ למשתמש עדיין עשוי להציג תנודות כי הבריכה המבשרת קטנה מנקודת מבטו של המשתמש.ההההרדינג היא תופעה רב-משתמשת; הוא מועיל לסטטיסטיקות המצטברות, אך כל רווח מיידי של כל משתמש יכול עדיין להשתנות באופן משמעותי כאשר משתמשים מעטים הם מרובים.
  • (FLT:0) מזהמים של פילוט: FLT:1 במערכות מרובות תאים עם שימוש פיילוט אוניברסלי, זיהום הטייס גורם התערבות לא ממוצע עם נמלים גדל.זה מוביל למרכיב לא מעצור ב SINR, הגבלת הביצועים האולטימטיביים. Solutions כוללים תזמון טייס, תצורה משופרת, ורדיו מורכבים מלאים.
  • (FLT:0) מגבלות חמורות: 1FLT:1 מרכיבים שאינם אידיאולוגיים יכולים להציג שגיאות מתואמים המונעות מהערוץ להתקשות.לדוגמה, הפיכה הדדית בין אנאנטנות או שלב נסחף על פני שרשרת רדיו- ⁇ מקטין את העצמאות האפקטיבית של אותות האנטנה.
  • (FLT:0Mobility במהירויות גבוהות מאוד:FLT:1 בעוד הנוקשות מפחיתה את השחלות המעטפה, זה לא מבטל במהירות מנוקבת על ידי שינויים דופלר מהירים. כאשר זמן ההקפה הוא קצר מאוד, הערוץ משתנה באופן משמעותי אפילו בתוך משבט יחיד, ואת היתרונות של קשיחות לתעלת ערוץ.

מהנדסים חייבים להעריך את מידת השפע של תרחיש פריסה נתון ולתאים את הפרמטרים של המערכת בהתאם.במקרים מעשיים רבים, שילוב של אנאנטנות מסיביות, מערךים מעוצבים היטב, עיבוד אותות מתקדם נותר הכרחי כדי להגיע לביצוע התיאורטי הטוב ביותר.

מסקנה

קשיחות ערוץ היא תופעה חיונית המתבססת על האמינות, הפשטות והיעילות של מערכות MIMO מסיביות.על ידי שילוב של קידוד בקנה מידה קטן על מערך גדול, היא הופכת את הערוץ האלחוטי ממשתנה אקראי לתוך קישור כמעט ⁇ סטי שניתן לנצל לעיבוד אותות פשוט, מופחתת יותר ויותר איכות של שירות. בעוד היתרונות הם ניכרים ביותר בשגשוג עם הרבה סביבות בסיס רחב יותר, ומעט מאוד יכול להרחיב את המצבים של עיצובים של משתמשים קשים.

ככל שרשתות אלחוטיות מתפתחות לקראת 6G, עם עוד מערךים גדולים יותר, תדרים גבוהים יותר, ותביעות יותר מקרים של שימוש, התקשות ערוץ תמשיך להיות גורם מפתח מחקר מתמשך מתמקד בהרחבה של מ"מ ולהקות תת-THz, תוך עמידה על ליקויי חומרה, ושילוב עקרונות קשיחים למערכת חדשה כמו אולטרה-מסיביות MIMO ופריסות.