התפתחות Wireless Backhaul

ההתרחבות הבלתי פוסקת של תעבורת נתונים סלולרית הציבה מתח חסר תקדים ברשתות אלחוטיות.As 5G פריסות להאיץ והתעשייה מביטה לעבר 6G, המגזר האחורי-החלי – חיבור אתרי תאים קריטיים לרשת הליבה – חייב להתפתח כדי להתמודד עם יכולת מסיבית, עצלות אולטרה-נמוכת, ואמינות גבוהה של סיבים מסורתיים לאחור, בעוד אידיאלי, לא תמיד אפשרי עקב עלויות, או פריסה זמן זה הוא מעמוד השדרה (ב) בתוך רשתות אלחוטיות-מחץ-ב-ב-ב-ב-ב-מקלט-ב-בקרוב) ו-בבסיס אלחוטיות (מקלט) ו-ב- מילימטר) הוא מ-בבסיס אלחוטיות-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-בצורה (מקלט-בבסיס אלחוטית) ב-בבסיס אלחוטית-ב-ב-מקלט-ב-ב-ב-בבסיס אלחוטית (מקלט-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-בבסיס אלחוטית) ב-בבסיס אלחוטית-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב-ב

Wireless backhaul הסתמך היסטורית על קישורים פשוטים נקודה לנקודה-לנקודה באמצעות אנאנטנות בודדות.השינוי ל- MIMO מאפשר זרמי נתונים מרובים על אותו ערוץ תדר, ביעילות מתרבים באמצעות חישוב מבלי לדרוש ספקטרום נוסף.עבור מפעילי ניהול תאים קטנים עירוניים צפופים, אתרי מאקרו כפריים, ומרכזי העלאה בקיבולת גבוהה, MIMO מציעה נתיב מדרגי כדי לענות על הביצועים של 5G ומעבר.

טכנולוגיית MIMO

עקרונות יסוד של MIMO

MIMO משתמש באנטנות מרובות הן במדר והן במקבל כדי לנצל ריבוי רב-אופטי – אפקט שנראה באופן מסורתי כבעיה.במקום לבטל רב-פתאט, MIMO מנף אותו לשלוח מספר זרמי נתונים עצמאיים בו-זמנית.כל אנטנה משדרת אות שונה, והמקבל משתמש בעיבוד אותות מתקדם כדי להפריד ולפענוח אותם.מספר המרחבי זה מגבירים את שיעור הנתונים באופן יחסי למספר האנטנות, בהנחה שהספקו של זוגות, בהנחה שהספק בפיזור מספיק בתקשור.

ישנם מספר גרסאות של MIMO, כל אחד מתאים לתרחישים שונים של backhaul.הבחירה תלויה בגורמים כגון מרחק קישור, להקה תדירות, וניידות של נקודות הקצה.

SU-MIMO (Single- MIuser)

ב-SU-MIMO, כל זרמי המרחב מכוונים למשתמש יחיד או לצומת. זה נפוץ בקישורים של גב נקודה לנקודה לנקודה שבה קיים קשר ייעודי בין אתר תא לבין מרכז. לדוגמה, קישור מיקרוגל באמצעות 4×4 MIMO עשוי לשאת ארבעה זרמי נתונים נפרדים, ובכך למעשה קרע את הסימון על קוטל יחיד ותדירות.

MU-MIMO (Multi-MIUser)

MU-MIMO משרת משתמשים מרובים בו זמנית באמצעות משאבים באותו זמן- ⁇ . בהקשר אחורי, זה יכול לשמש בתצורה נקודה-to-multipoint שבו חד-פעמי אחד מתקשר עם כמה אתרי תאים מרוחקים.תחנת הבסיס משתמשת בזיהוי זרמים ישירים לכל אתר, שיפור יכולת כוללת וצמצום ההתערבות. MU-MI דורש יותר מתוחכמת ו- CSI, אך היא מתאימה לרכזת טבעית ל-Respulgies.

MIMO

Massive MIMO מקנה את מספר האנאנטנות לעשרות או מאות בתחנה הבסיס, עם הרבה פחות אנאנטנות באתרים המרוחקים.בעוד שבמקור מפותח עבור קישורים גישה, MIMO מסיבי יותר אטרקטיבי עבור backhaul, במיוחד בתדרים מ"מ ו-MMWve, כאשר מרכיבים אנטנה הם קטנים.על ידי יצירת סמנים צרים, מאוד כיוון, מסיבי מאפשר שפע של מרחק רב, גבוה, עלייה מהירה עם כמה קילומטרים של ספקטרום גדול עם קיבולת אחורית עם קיבולת גדולה כמו גם עם קיבולת גדולה של נוגדנים רחבת של נוגדנים.

כיצד MIMO Transforms Backhaul Performance

יכולת מוגברת

היתרון הברורה ביותר של MIMO בגבהאול הוא העלייה הרב-תכליתית ביכולת. A 4×4 MIMO הקישור יכול לשאת עד ארבע פעמים את הנתונים של קישור יחיד-input יחיד (SISO) על אותו רוחב פס.בפריסות מעשיות, הרווח בפועל תלוי בתנאי ערוצים, אך שיפורים של 3-4× הם טיפוסיים בקו-of-of-sight (LoS) לסביבות שאינן ראווה (מעבר למרחב) עדיין, כמו גם באמצעות מגוון רחב יותר, כמו גם דרך רוחבי-MA-(MO) ו-S) באופן משמעותי (מעבר לסביבות מהירות (מעבר) כמו גם דרך רוחבי) ורחבהטווח קצר יותר, כמו גם דרך מספר עצום (מעבר למרחבי (מעבר) ורחבהטווח קצר יותר, כמו גם דרך מספר עצום (מעבר) ו-(MA) ו-(MA) באופן קבוע (מעבר) באופן קבוע (מעבר) (מעבר לסביבות (מעבר לסביבות קבוע) באופן קבוע (מעבר למרחבי) כמו גם באמצעות מספר עצום, כמו גם דרך מספר עצום, כמו גם דרך מספר עצום (מעבר לסביבות (מעבר לסביבות (מעבר לסביבות (מעבר לסביבות (מעבר למרחב) ורחבהטווח רוחבי) ורחבהטווח רוחבי) ו

מעבר לפלט גלם, MIMO מאפשר למפעילים לנצל טוב יותר את הספקטרום המפרק.על ידי להקות מרובות תדר באמצעות הדבקה של נושאת יחד עם MIMO, קישורים אחוריים יכולים להשיג יכולות העולה על 10 Gbps - מסוגל עבור תאים קטנים 5G ואפילו מוקדם 6G ניסויים. זה חדר כושר קריטי כמו תעבורת נתונים נייד ממשיכה לגדול ב -25%.

שיפור אמינות וקישור Robustness

MIMO מספק שידור ולקבל מגוון, צמצום ההסתברות של דוענים עמוקים שיכולים לשבור לרגע קישור. בהקשר של backhaul, האמינות היא רבת ערך כי קישור כושל אחד יכול לשבש אתרי תאים רבים.עם קידוד זמן בחלל (למשל, Alamouti Program), MIMO מבטיח שגם אם דרך אחת חוויות חמורות תבוסה, הנתיבים האחרים לשמור על ערך במיוחד ב mmWaaba, שבו ניתן לספוג להקות גשם וגלוטיות.

בנוסף, MIMO עם beamforming יכול לעקוב אחר התנועה של האתר המרוחק (למשל, על מגדל swaying ברוח) או להסתגל לשינוי תנאי הסביבה.מערכות MIMO הסתגלות באופן דינמי את מספר הזרמים והמודולציה כדי לשמור על קשר יציב, למקסם את דרךput ללא להקריב אמינות.

יעילות ספציפית

יעילות ספציפית, נמדדת ב ביט לשנייה עבור הרץ (bps/Hz), היא מדד מפתח עבור backhaul שכן ספקטרום הוא יקר וסופי MIMO משפר באופן דרמטי את יעילות הספקטרום (מערכת 8×8 MIMO בסביבה מפוזרת עשירה יכול להשיג 20-30 bps/Hz, בהשוואה ל- 5 bps/Hz עבור קישור SISO קונבנציונלי.

MU-MIMO לוקח את זה עוד על ידי שימוש חוזר באותם משאבים בתדירות על פני משתמשים מרובים, ביעילות להכפיל את היעילות ספקטרלית על ידי מספר המשתמשים שירת בו זמנית. in backhaul aggregators, זה מאפשר מרכז אחד לשרת אתרים מרוחקים רבים מאותו ערוץ, להפחית באופן משמעותי את עלויות הספקטרום.

כיסוי מורחב והגעה

MIMO עם beamforming יכול להתמקד אנרגיה מועבר לתוך קרן צר, להגדיל את יחס אות-ל-אין (SNR) ב המקלט.רווח זה מרחיב את טווח הקישורים אחוריים, המאפשר למפעילים לכסות מרחקים ארוכים יותר עם אותו כוח שידור.עבור אזורים כפריים או מרוחקים, זה מקטין את מספר הממסרים ביניים הדרושים, מוריד את העלות הכוללת של הבעלות.

בלהקות מ"מ וייב, שבו אובדן הנתיב גבוה, מסיבי MIMO beamforming חיוני כדי להשיג מרחקי קישור שימושיים. עם 64 או 128 אלמנטים אנטנה, MIMO מסיבי יכול ליצור דבורים עם עלייה של 20 dBi, המאפשר 5G בחזרה לגל מעל 2-3 ק"מ פריסות עירוניות.

טכניקות מפתח MIMO עבור backhaul Optimization

Beamforming

Beamforming משתמשת במערך האנטנה כדי לנווט את האות המועבר בכיוון מסוים, שיפור SNR וצמצום ההתערבות קישורים אחרים. in backhaul, beamforming ניתן ליישם בשני הקצוות (analog, דיגיטלי או היברידי) כדי לייעל את הקישור. Fully Digital beamforming מציעה את הגמישות ביותר, המאפשרת מספר beams להיות נוצר בו זמנית עבור MU-MO. עם זאת, זה יותר כוח-רגיש עם קידוד דיגיטלי.

אלגוריתמים מתקדמים, כגון אפס-forcing (ZF) ומינימום פירוש טעות מרובע (MMSE), משמשים כדי לבטל את ההתערבות בין זרמים מרחביים.עבור backhaul (למשל, חיבור תאים קטנים על כלי רכב נעים או מזל"טים), מחלחלים מתאימים עוקב אחר התנועה בזמן אמת, שמירה על הקישור ללא התערבות.

מספר עצום

ריבוי ספארי הוא מנגנון הליבה של אשר MIMO מגביר את יכולת.ב backhaul, מספר זרמים מרחביים הוא בדרך כלל מוגבל על ידי תצורת האנטנה ואת הדירוג של הערוץ.בערוצי LoS, הדירוג נמוך כי האותות נוטים להיות מתואמות מאוד. כדי להתגבר על זה, מערכות MIMO מתקדמות להשתמש בטכניקות כמו מכפלת מקוטב ואנטנות דו קוטבית כדי ליצור ערוצים עצמאיים, לדוגמה, 2x2x יעיל יותר (MO) באמצעות זרם יעיל יותר יעיל יותר (MO) באמצעות פשטות יעילה יותר (L) באופן יעיל יותר) או יותר (LS) באמצעות פשטות (LS) באופן יעיל יותר (LS).

ניהול השוואתי

ברשתות אחוריות צפופות, הפרעה מקישורים סמוכים יכולה לגוון ביצועים. MIMO עם היערכות ומדורגת מתואמת יכולה להפחית את זה.על ידי אותות precoding כדי להתאים את ההתערבות בתוך תת-מרחב או thogonal לסימן הרצוי, קישורים אחוריים מרובים יכולים לשתף את אותו ספקטרום ללא השפלה משמעותית.זה קריטי בלהקות ללא רישיון או ספקטרום מורשה בהיר שבו התיאום מוגבל.

Network-MIMO (נקרא גם שיתוף פעולה MIMO) מרחיב את הרעיון הזה על ידי מתן מספר רב של צמתים אחוריים לסיגות תהליכים משותפים.זה דורש קישוריות בין פסים גבוה, אך יכול לשפר באופן דרמטי את יעילות הספקטרלית בפריסה של שקיפות גבוהה.

MIMO ב-5G ומעבר

רדיו חדש (NR) Backhaul

מפרט 5G NR כולל תמיכה משופרת עבור MIMO הן גישה והן backhaul. עבור backhaul, 5G NR מציג את אדריכלות ה- Integrated Access ו-Backhaul (IAB) אדריכלות, שבו חלק של ספקטרום 5G משמש הן גישה והן קישורים אחוריים אלחוטיים.IAB מסתמך במידה רבה על MIMO, במיוחד ממוטב, כדי לנהל הפרעה בין הגישה וקישורים אחוריים.

מפעילי כגון Verizon ו-T-Mobile פרסמו 5G mmWave backhaul באמצעות MIMO מסיבי בזירות עירוניות צפופות, אצטדיוןים ואזורים עסקיים.מערכות אלה להשיג 1-2 Gbps לקשר עם latencies מתחת 1 מ', לעמוד בדרישות המחמירות של תקשורת נמוכה יחסית של 5G (URC) יישומים כמו ניתוח אוטונומי ומניעה מרחוק.

מבט לאחור 6G

מחקר 6G חוקר אפילו יותר טכניקות מתקדמות MIMO. Terahertz (THz) להקות (100 GHz-3 THz) מבטיח רוחב פס מסיבי אבל סובל מאובדן נתיב קיצוני וקליטת אטמוספרית. Massive MIMO עם מאות עד אלפי אלמנטים אנטנה יהיה צורך לייצר את ההתאמה הגבוהה הנדרשת כדי להתגבר על הפסדים אלה. Reconurable Intelligent Surfaces (RIS) - חסמים פסיביים שיכולים לשקף אותות עבודה יחד עם קיבולת מדומה.

מלא-דופלקס MIMO, המאפשר שידור וקבלה במקביל על אותו תדירות, הוא עוד אזור מבטיח.עבור backhaul, זה יכול להכפיל יעילות ספקטרלית על ידי חיסול הצורך לשדר בנפרד ולקבל חריצים זמן. אתגרים עם ביטול הפחתת הסימון העצמי מטופלים באמצעות מעגלים אנלוגיים ודיגיטליים מתקדמים, וטיפוסי אבטיפוס מוקדמים הראו תאימות.

בנוסף, למידת מכונה (ML) ממלאת תפקיד גובר באופטימיזציה של MIMO. אלגוריתמים של ML יכולים לחזות תנאי ערוצים, להתאים את beamforming בזמן אמת, וייעל את תזמון המשתמש עבור MU-MIMO, צמצום חישובי יתר של הערכת CSI המסורתית.

אתגרים ושיקולים

מורכבות חומרה ועלויות

מערכות MIMO דורשות רשתות רדיו מרובות, כל אחד עם מגבר כוח משלו, ADC / DAC, ואנטנה.זה מגדיל את הצעת החוק של חומרים (BOM) וצריכת חשמל. Massive MIMO עם 64 או יותר אנטנה דורש פתרונות פירוק חום ואינטגרציה קומפקטית. עם זאת, התקדמות בטכנולוגיות סיליקון (CMOS, SiGe) ועיצוב מודולרי הם נהיגה למטה.

קו-של-פוינט וגורמי הסביבה

ביצועי MIMO תלויים מאוד בתנאי ערוצים.ב-LoS אידיאליים, רווחי מרובות-מרחב מוגבלים אלא אם כן אנאנטנות דו-קוטבית בשימוש. תרחישים non-LoS עם פיזור עשיר מספקים את הרווח המכפלה הטוב ביותר, אך יכולים לסבול מאובדן נתיב גבוה יותר וחסימת.עבור backhaul, בחירת אתר זהה והיערכות אנטנה הם הכרחיים.עץ, השתקפות, ואפקטים אטמוספרימיים (in), חייב להיות מתואמים את הביצועים בפועל (שלומיים) עבור ביצועים מרובים על בסיס מערכת יחסים יעילה.

זמינות והכחשה

ההטבות של MIMO עם רוחב פס זמין. באזורים רבים, ספקטרום מורשה עבור backhaul (למשל, 18 GHz, 23 GHz, 28 GHz) מוקצה בלוקים כי ייתכן לא מספיק עבור רווחי MIMO מסיביים.אופרות עשויים להיות צריכים לאסוף ערוצים מרובים או להשתמש להקות ללא רישיון (60 GHz, 5GHz) עם מבחר תדר דינמי.

שילוב עם קיימות תשתיות

רשתות אחוריות רבות הן שילוב של סיבים, מיקרוגל, וקישורים של מילימטר-גלימות. MIMO השדרוגים חייבים להיות תואמים לאחור ומורכבים עם מערכות חד-נטיות ישנות יותר. ETSI ו- IEC מפתחים פרופילים עבור MIMO ב-Backhaul כדי להבטיח מערכות ניהול מרובות-vendor.

מסקנה

הטכנולוגיה MIMO התפתחה מתפיסת מעבדה לרכיב חיוני של רשתות אחוריות אלחוטיות מודרניות.על ידי מתן יכולת גבוהה יותר, שיפור האמינות, יעילות ספקטרלית מוגברת, וכיסוי מורחב, MIMO מתייחס ישירות לדרישות ההסלמה של 5G ומערכות 6G בעתיד.ההתקדמות מ 2×2 MIMO בסיסי ל-MIMO ומעבר, יחד עם מודרניזציה של להיות מארגן וניהול, מספק עם מפעילי מערכות פיתוח כדי לבנות כלי חסכוניים וחסכוניים, הן יכולות להיות יעילות.

בעוד התעשייה נעה לכיוון 6G עם להקות טרנץ וסביבות חכמות, MIMO רק יגדל בחשיבותו. אימוץ מוקדם של טכנולוגיות אלה - בשילוב עם תכנון זהיר סביב אתגרים פריסה כגון עלות, בחירת האתר וספקטרום - יקבע את ההצלחה של רשתות אלחוטיות הדור הבא.עבור כל מפעיל מחפש לספק את מהירויות הג'יגהביט ושפל כי משתמשים מצפים, השקעה ב-MI-MO-henance הוא רק אפשרות לא רק צורך.