מבוא

תקשורת ציבורית דורשת רשתות אלחוטיות כי הן גמישות, בעלות גבוהה, ומסוגלות לפעול בתנאים קיצוניים.מערכות סלולריות מסורתיות נאבקות לעתים קרובות כדי לעמוד במקרי חירום כאשר המשיבים הראשונים מתלכדים, רשתות הופכות לדחוסות, וכיסוי נדרש בסביבה מאתגרת.מספר רב של אי-קט (Masive Multiple Input) טכנולוגיה מציעה פתרון טרנספורמטיבי.

טכנולוגיית MIMO Massive

Massive MIMO הוא התפתחות של מערכות MIMO מסורתיות אשר בדרך כלל משתמשים שניים, ארבעה או שמונה אנטנה. במערכת MIMO מסיבית, תחנת בסיס יכולה להיות 64, 128, או אפילו יותר אלמנטים אנטנה אלה לעבוד יחד כדי לשרת משתמשים מרובים בו זמנית על אותו משאב זמן- ⁇ , טכניקה המכונה ריבוי אותות מתקדמים עיבוד אותות, כגון precoding precoding ו beamforming, בדיוק אנרגיה, כדי להפחית את כוח המניעה ולהפחית את עוצמת המשתמש.

טכנולוגיה זו היא אבן הפינה של 5G רדיו חדש (NR) והוא נחשב גם עבור מערכות 6G בעתיד.על פי תקני 3GPP, Massive MIMO חיוני להשגת שיעורי נתונים גבוהים וכבדות נמוכה הנדרשת עבור מערכות פס רחב יותר ניידים מוגברת ו תקשורת אולטרה-סבירה נמוכה.

שלא כמו מערכות קודמות שבהן אנטנות היו מעוקלות באופן נרחב כדי להשיג מגוון, Massive MIMO משתמש באלמנטים אנטנה ארוזים הדוק עם גורמי צורה קטנים יותר.זה מאפשר דרגות גדולות יותר של חופש במגרשציה.התוצאה היא רשת שיכולה להתאים בזמן אמת לשינויים במיקום המשתמש וביקוש התנועה.הטכנולוגיה גם מממנת את ההסתברות של הערוץ ב-Time Division (TDD) במערכות, ובכך להפחית את הצורך בכבדות על פני משוב.

יתרונות מרכזיים לבטיחות הציבור

MIMO מסיבי מספק חבילה של יתרונות אשר ישירות לטפל בדרישות הייחודיות של תקשורת בטיחות הציבור. היתרונות האלה להאריך מעבר לשיפורים מהירים פשוטים כדי לשנות את האמינות ואת היכולת של רשתות חירום.

כיסוי משופר בסביבה קשה

אנשי ביטחון הציבור פועלים לעתים קרובות באזורים עם הפצת רדיו ירודה, כגון בניית פנים, מנהרות, רכבות ושטח סלעי.המגש של Massive MIMO יכול להתמקד באנרגיה לתוך דבורים צרות ש חודרות מכשולים ביעילות יותר מאשר שידורים אטומיים רחבים.זה מרחיב את הטווח היעיל של תחנת הבסיס וממלא בכיסוי.

יתר על כן, היכולת ליצור מספר דבורים בו זמנית פירושה שתחנת בסיס אחת יכולה לכסות הן שטח רחב בחוץ והן נקודות חמות ספציפיות בתוך הבית מבלי לפרוס תשתיות נוספות.זה קריטי במהלך אירועים בקנה מידה גדול שבו פוסטים ניידים מוצבים במקומות זמניים.

יכולת מופרזת לתגובת אירועים

במהלך אירועים גדולים - אסונות טבע, פיגועי טרור או אסיפות ציבוריות גדולות - הביקוש לקישוריות אלחוטית עולה באופן דרמטי.התגובה הראשונה, אכיפת החוק, צוותים רפואיים ואפילו קורבנות שמנסים להגיע לאוהבים כולם מתחרים על משאבי רשת. Massive MIMO מספקת עלייה של מספר פעמים על פני מערכות מסורתיות על ידי מתן משתמשים רבים באותו ערוץ 5G, MIMO כבר הוכח שיפור על ידי יכולת של עד 10G בהשוואה ל- LTEG.

יכולת זו אינה רק שיחות קוליות.פעילות בטיחות הציבור המודרנית מסתמכת על יישומים בעלי פס גבוה: סטרימינג וידאו בזמן אמת ממצלמות גוף, רחפנים, התייעצות טלפונית, ושיתוף תוכניות בנייה או נתוני האזמט. Massive MIMO מבטיח כי יישומים אלה יכולים לרוץ במקביל ללא ביצועים משפילים.הרשת יכולה גם להבטיח משאבים קריטיים, אחריות חיונית לתקשורת חיונית.

שיפור אמינות ו Ultra-Low Latency

אמינות היא בראש סדר העדיפויות של רשתות בטיחות הציבור. MIMO מסיבי משפר את האמינות המקשרת באמצעות רווחי מגוון - אנטנה של רב-לשונית לספק נתיבים מרובים עבור האות, צמצום הסיכוי של יציאה מלאה.אם אדם אחד חסם, אחרים יכולים עדיין לשאת את השידור.הטכנולוגיה גם לחימה חדורה בהתערבות כי הדבורים הצרות מצמצם את המגע בין המשתמשים.

Latency הוא גורם קריטי נוסף.תגובה חירום דורש לעתים קרובות תקשורת כמעט בלתי שפויה, במיוחד כאשר שליטה בציוד מרוחק או תיאום הצלה רגישים לזמן. MIMO Massive מאפשר תזמון מהיר יותר ומפחית את העיכוב ביצירת קשרים.עם שילוב של מחשוב קצה נייד (MEC) ו- 5GLC תכונות, קצה-to-end-end-al-tency יכול לרדת פחות מ 5 מ- מילימטרים, המאפשרים של רובוטים של שליטה מרחוק או רובוטים מרחוק.

אנרגיה יעילה ופעולות בר קיימא

סוכנויות בטיחות ציבוריות פועלות עם תקציבים מוגבלים, ועלויות אנרגיה הן דאגה משמעותית עבור מפעילי רשת. Massive MIMO משפר את יעילות האנרגיה באמצעות קרן כיפת מאוד לכיוון כי בזבז פחות כוח על שטח ריק.הכוח האות ניתן להעביר עם כוח שידור נמוך יותר בהשוואה אנאנטנות קונבנציונליות.בנוסף, היכולת לשרת יותר משתמשים בתחנת בסיס מפחיתה את מספר האתרים הדרושים, חיתוך ההון התפעולי.

יישום MIMO מסיבי חדש גם משלב מצבי שינה מתקדמים והסתגלות של קרן דינאמית כדי להפחית עוד יותר את צריכת החשמל במהלך תקופות קצר-טראפיות.עבור רשת ביטחון הציבור של העיר, זה יכול לתרגם לחסכון ארוך טווח משמעותי וטביעת רגל פחמן קטנה יותר.

אתגרים ופתרונות

למרות הבטחתו, פריסת MIMO Massive לבטיחות הציבור אינה ללא מכשולים.יש לטפל באתגרים אלה באמצעות שיתוף פעולה בין ספקים טכנולוגיים, מפעילי רשת, סוכנויות ממשלתיות, ארגונים מגיבים ראשונים.

עלויות תשתית גבוהות

תחנות בסיס Massive MIMO דורשות חומרה מתוחכמת יותר: רשתות רדיו מרובות, מעבדי בסיס ביצועים גבוהים, ומערך אנטנה מתקדם.ההשקעה הראשונית יכולה להיות גבוהה משמעותית יותר מזה עבור MIMO מסורתי או פתרונות תאים קטנים.עם זאת, העלות הכוללת של בעלות עשוי להיות נמוך יותר בשל צפיפות האתר מופחתת מחזורי חיים ארוכים יותר.

אפשרויות ל- Legacy Systems

ארגונים ציבוריים פועלים לעתים קרובות מערכות רדיו סלולריות (LMR) כמו P25 או Tetra, אשר אינם מתאימים ל-5G Massive MIMO. Transition דורשות שערים ומכשירים כפולים שיכולים לגשר על הרשתות הישנות והחדשות.3GPP התייחסה לכך באמצעות שירותי המשימה הקריטיים (MCX) המגדירים כיצד תכונות בטיחות ציבוריות - קבוצות, לדחוף אל-לדבר, עדיפות שיכולה לעבור על פני 5GV, ו-S, החל מתקני העברת מידע על פני ה-Gual, החל מ-Extra, החל מ-Extra, החל מ-Extra, החל מ-Extra, החל מ-Extra, החל מ-Extra, החל מ-Extra, החל מ-Extra, החל מ-Extra, החל מ-Extra, החל מ-Extrad.

אימון ופיתוח כוח העבודה

מהנדסי רשת ומטפלים ראשונים זקוקים למיומנויות חדשות כדי לנהל ולהשתמש ב-Masive MIMO ביעילות. צוותי התפעול חייבים להבין אופטימיזציה של אופטימיזציה, ניהול התערבות ורשת מוגדרת תוכנה. תוכניות הכשרה מיצרנים וארגונים כמו המועצה הלאומית לבטיחות הציבור (NPSTC) יכול לסגור את הפער הזה.בנוסף, יש להגדיר את המכשירים של המשתמש כדי לנצל את Massive MIMO, אשר עשוי לדרוש עדכונים קושחה או חדשות עבור אמצעי בטיחות.

אתר אינטרנט Constraints

התקנת מערך אנטנה גדול יכול להיות מאתגר על מגדלים קיימים או בניית גגות בשל משקל, עומס רוח ואפקט חזותי.עם זאת, אנטנות MIMO מודרנית נועדו עם גורמים משולבים, קומפקטיים המתאימים למתחרים חיצוניים סטנדרטיים. חומרי משקל אור ומערכות קירור פעיל לעזור להפחית את הבעיות הללו. באזורים עירוניים, מתקנים ברמת רחוב משולבים באורות רחוב או חזיתות בנייה משולבים כדי להיות נחקר ללא תוספות.

Massive MIMO ו-5G: מערכת יחסים סינרגטית

רשתות ה-MIMO המוניות אינן רק תכונה של 5G; הוא מאפשר של רבים מהבטחות הביצועים של 5G. רשתות 5G המסחריות הראשונות לפרוס MIMO בספקטרום הפס (למשל, 3.5 GHz) כדי לאזן כיסוי וקיבולת. עבור בטיחות ציבורית, 5G עם Massive MIMO מציע רשת ייעודית המבודדת חירום מתנועה מסחרית, הבטחת משאבים תמיד זמינים שילוב של מילימטרים (כלומר, כלומר, ללא קיבולת מוגבלת) עם ספקטרום רחב יותר של ספקטרום נמוך יותר של ספקטרום (MMO מציע ספקטרום גבוה יותר) ו- ספקטרום רחב יותר, כולל ספקטרום רחב יותר, כאשר מציע ספקטרום רחב יותר, 000 ספקטרום רחב יותר, 000 ספקטרום גבוה יותר, 000) עם ספקטרום רחב יותר, 000 קיבולת רשת ייעודי של רשת ייעודי של קיבולת מכני) ללא קיבולת רשת ייעודי של רשת ייעודי של קיבולת מכני) עם קיבולת נמוכה יותר, 000 קיבולת נמוכה יותר, 000 קיבולת נמוכה יותר, 000 קיבולת רשת ייעודי של רשת ייעודית (מספק ספקטרום גבוה יותר מאשר ספקטרום גבוה יותר מאשר מציע כי מ-מ"מ"מ"מ"מ"מציע ספקטרום רחב יותר של רשת ייעודי של רשת ייעודי של רשת ייעודי של רשת ייעודית

רשת האינטרנט של ארה"ב לבטיחות הציבור הרחב, החלה לשלב יכולות 5G כולל Massive MIMO. במדינות אחרות, יוזמות דומות נמצאות בדרך.הסינרגיה פירושה שסוכנויות בטיחות ציבוריות יכולות למנף השקעות ברשת מסחריות תוך שמירה על השליטה על סדר העדיפויות שלהן.As 5G מתפתח לקראת 5G-מתקדמים ובסופו של דבר 6G, MIMO Massive ימשיך להיות מעודן עם עוד יותר ויותר מובנים ולמידה מונעת.

שיפור אבטחה עבור תקשורת ביקורתית

אבטחה היא רבת חשיבות ברשתות בטיחות הציבור.Masive MIMO תורמת לביטחון פנים פיזי על ידי הדבורים הצרות שלה: זה הופך הרבה יותר קשה עבור אפריק כדי ליירט אות כי הוא ממוקד בחוזקה על הנמען המיועד שלה.בנוסף, המספר הגדול של אנטנה מאפשר הזרקת רעש מלאכותית לתקשורת ממאזינים לא רצויים.

יתר על כן, היכולת לנווט במהירות דבורים יכול לעזור להפחית את הניסיונות של ג'ינג'ר אם הוא מזוהה, תחנת הבסיס יכולה להתאים את נקודות ה- beamforming שלה כדי לבטל את האות המפריע.

מחקרים וגילויים אמיתיים

כמה מאמצים מוקדמים הראו את היתרונות התפעוליים של MIMO Massive לבטיחות הציבור ביפן, NTT DOCOMO פרסמו את ה-MIMO ההמוני באיצטדיוןים ומקומות אירועים לתמיכה בקהלים גדולים תוך שמירה על פרוסה ייעודית לשירותי חירום במהלך אולימפיאדת טוקיו 2020, הגדרה זו הבטיחה כי צוותי רפואה ואנשי אבטחה לא עברו קטעי וידאו וקשרי נתונים.

בארצות הברית, רשות ה- FirstNet עבדה עם AT&T כדי לפרוס את MIMO המוניטרי באזורים עירוניים וכפריים נבחרים.ניסוי בעיר מיד-מערבית הראה שיפור של 50% בעומק הכיסוי בתוך מבנים ועלייה של 300% ביכולת במהלך תרחיש שריפה רב-צבאי סימולציה. מכבי האש הצליחו לייעל וידאו ממבנה למרכז הפיקוד, שהיה בלתי אפשרי בעבר עם 4G LTE.

סוכנויות אירופיות, כגון רשת שירותי החירום של בריטניה (ESN), גם להעריך שירותי מאסיבי MIMO כחלק מ-5G רולout שלהם.המטרה של ESN היא לספק פס רחב היקף גמיש למשטרה, אש ושירותי אמבולנס ברחבי המדינה, ו-Masive MIMO צפוי לשחק תפקיד מרכזי בכיסוי מטרות באזורים כפריים ופרוברים.

מחקרים אלה, בעודם עדיין מוקדם, מצביעים על כך שהטכנולוגיה מספקת את הבטחותיה כאשר הונדסה כראוי. לפרטים נוספים, המסמכים הסטנדרטיים של 3GPP [1] והמסמכים הלבנים של רשות האינטרנט הראשונה מספקים קריאה נוספת.

כיוונים עתידיים ואבולוציה

האבולוציה של Massive MIMO תמשיך לצד סטנדרטים אלחוטיים הדור הבא.ב 3GPP לשחרר 18 ומעבר (5G-מתקדמים), שיפורים כוללים תמיכה במערךי אנטנה גדולים מאוד (עד 1024 אלמנטים), ניהול באם מבוסס AI / ML וטכניקות חיסכון באנרגיה.לבטיחות ציבורית, שיפורים אלה מתכוונים אפילו יותר מדויק, שיפור מהיר יותר כדי לתמוך במשתמשים בעלי יכולת גבוהה (למשל מהירות גבוהה) עבור כלי רכב טובים יותר, תמיכה טובה יותר.

שילוב עם תקשורת לווינית הוא עוד גבול.כאשר רשתות ארציות נפגעות באסון, ניתן לשלב את ה-SEC עם מסיבי קרקע קרקע מכונים ליצור אזורי כיסוי אדים.

בנוסף, רשת גישה רדיו פתוחה (O-RAN) מאפשרת לסוכנויות ביטחון הציבור לערבב ולתאם בחומרה MIMO מסיבית ותוכנה ממוכרים שונים, לטפח תחרות וצמצום מנעול הספק ב.גמישות זו תהיה חיונית לפריסה במחוזות ובעירוניות קטנות יותר עם תקציבים מוגבלים.

מסקנה

MIMO מסיבי הוא לא רק שיפור מצטבר; זה שינוי פרדיגמטי עבור תקשורת אלחוטית לבטיחות הציבור. על ידי מתן כיסוי טוב יותר, יכולת, אמינות ויעילות אנרגיה, הוא מעצימה את המשיבים הראשונים עם הקישוריות שהם צריכים להציל חיים ולהגן על הקהילות.בעוד אתגרים כגון עלות, יכולת הדדית, ואימון, הדרך קדימה היא ברורה: פעולות משותפות בין התעשייה, הממשלה, שירותי חירום יהיה פוטנציאל של רשתות מתקדמות, כמו גם על בסיס 5Gient, ומאובטח, כמו רשתות ציבוריות, ו- 10.