Kablosuz Bir Yeni Bölüm: Massive MIMO

Kablosuz ağ sürekli baskı altında. Bağlantılı cihazlar, yüksek çözünürlüklü video için iştah ve gerçek zamanlı uygulamalardaki talepler, hücresel iletişimin fiziksel katmanını, dinamik olarak artırmakta ve geç MIMO nesillerin sadece birkaç antene karşı belirleyici bir yanıt olarak ortaya çıkmıştır.Bu teknoloji, aynı anda çok sayıda radyo kanalına hizmet etmek için çok sayıda antenden faydalanır, Massive MIMOG'nin fiziksel katmanını dramatik bir şekilde artırmakta ve verimliliği artırmakta ve gecikmeli bir şekilde azaltmaktadır.

Massive MIMO nedir?

Massive MIMO, bir temel istasyonun 4G LTE'de yaygın olan çok sayıda anten elementiyle donatılmış çok sayıda teknolojiyle veya 256'ye atıfta bulunuyor - eşanlı bir dizi kullanıcıdan daha fazla bir araya geliyor.The term “massive”, her bir kullanıcıya karşı yüksek hassasiyetle enerjiyi dışlamaktan ayırt edebilir (UE)

Kavram, 2010 yılında Thomas Marzetta ve meslektaşları tarafından resmen tanıtıldı, bu da sınırsız sayıda antenle, basit doğrusal sinyal işleme (örneğin, tam M Dimension) veya “Extended MIMO” olarak adlandırıldığı yer.

Tipik bir dağıtımda, temel istasyon, birden fazla kirişde yayılabilir bir panelde (veya panel) ayarlanan bir dizi anten elementini kullanır.Her anten elemanının kendi radyo frekansı (RF) zincirine sahip olabilir - analog-dijital dönüştürücü-veya analog-kantal dönüştürücü-veya zincirleme sistemleri ile paylaşabilirsiniz.

Massive MIMO Nasıl Çalışıyor?

Massive MIMO, iki tamamlayıcı teknik aracılığıyla elde eder: 03.Örnek:0) ve ) ve )) çok sayıdaxing).

Kirişleme: Hassasiyetle Enerji

BeamInfo, her anten elemanına sinyalin düzeltilmesi ve amplitüdünün düzeltilmesi sürecidir, böylece bu tür dalgalar, amaçlanan kullanıcının yönünde yapıcı bir şekilde müdahale eder ve başka yerlerde yıkıcı bir şekilde müdahale eder. Massive MIMO'da, bu, bazı kentsel dağıtımlarda dijital olarak yapılır - diğer kullanıcılara büyük ölçüde azalır.

5G NR'de, Massive MIMO tipik olarak UE'den açık geri bildirim gerektirmeden zaman ayarlı motorlarda çalışır: kanal yeniden merkezi. Aynı frekans her iki bağlantı için de kullanılır ve altlink için, temel istasyon UE.'den açık geri bildirim talep etmeden bağlantı pilotlarından aşağı bağlantı kanalı tahmin edebilir.This simplify CSI satın alma ve sistemi kanal koşullarını değiştirmek için hızlı bir şekilde adapte etmesine izin verir.

Spasal Multixing: Aynı Kaynakta Birçok Kullanıcıya Hizmet Etmek

Spatial multiplexing, aynı anda birden fazla bağımsız veri akışını iletmek için temel istasyonu sağlar – frekans bloku, her akış farklı bir kullanıcı tarafından yönetilir.)K) antenler, baz istasyonu teorik olarak aynı anda 0'a kadar destek verebilir:2K) Bu, genellikle kanal sıralaması ile sınırlıdır.

Darform ve uzaysal çokluxing'in kombinasyonu, ek spektrum gerektiren veya artan aktarma gücü olmadan bölgedeki doğrusal bir artıştır.Bu, Massive MIMO dağıtımının arkasındaki temel ekonomik sürücüdür.

Kanal Estimation ve Pilot Overhead

Doğru kanal tahminleri kritiktir. Her UE, kanal boyunca bilinen bir pilot dizisi gönderir. Temel istasyon her kullanıcı için kanalı tahmin etmek için bu pilotları kullanır.Ancak, ortogonal pilot diziler kanalın kanal genişliği ile sınırlıdır, aynı pilot diziler farklı hücrelerde yeniden kullanılmalıdır.Bu, pilot atama algoritmaların optimizasyonu veya optimizasyonun koordinatörlüğü (% 0) ile koordineli bir problem yaratır.

Massive MIMO'nun Anahtar Faydaları

Massive MIMO'nun avantajları ham kapasitenin çok ötesine uzanır. Her fayda doğrudan ağ performansını, son kullanıcı deneyimini ve operasyonel verimliliği etkiler.

1. Dramatically Artan Kapasite

Birden fazla kullanıcıya aynı anda hizmet ederek, Massive MIMO üssü istasyonu, 3.5 GHz bandında 100 MHz'lik spektrum kullanarak sektöre 5× artış sağlayabilir.Bu kapasite yoğun kentsel ortamlar, stadyumlar ve Ericsson tarafından yapılan iş bölgeleri için gereklidir.

2. Narrow Beams ile gelişmiş Kapaklar

Dar kirişler hücre kenarlarında ve zorlu kapalı ortamlarda kapsama alanı oluşturma yeteneği. Binalar, foliage ve arazi sinyale işaret ediyor[Platformasyon ve çoklu empatik uyarılar), bu engelleri gerektiğinden dinamik olarak faydalanarak, Massive MIMO'nun yüksek Binanın farklı katlarına hizmet etmesini sağlıyor.

3. Yüksek Spetral Verimlilik

Spektral verimlilik, onuntz başına ikinci olarak ölçüldü (bps/Hz), lisanslı spektrum için prim ödeyen ağ operatörleri için önemli bir ölçümdür. Massive MIMO'nun uzaysal çokluxing, 3-6× göreceli olarak LTE ile elde edebilir. Örneğin, 64 anten ve 16 katmanlar, 5G NR hücresi teorik olarak 30 bps /Hz aşağılinkA verimliliğini sağlayabilir.This make 5G economic effective even with limited spektrum tahsisleri.

4. Geliştirilmiş Enerji Verimliliği

Temel istasyon sadece ihtiyaç duyduğu enerjiyi yönlendirebilir, özellikle de CMOS teknolojisi ölçekleri için toplam radiated gücü geleneksel sistemlerde daha düşük olduğunu gösterir.Ayrıca, gerekli olan (örneğin, sıfır-forum veya MMSE precoding) 10 × kapasiteyi teslim ederken, özellikle de CMOS teknolojisi ölçekleri ile uygulanabilir. Birçok çalışma, 64 anten kullanan bir Massive MIMO serisini yalnızca 20-30% daha fazla güçle tüketiyor.

5. Fading ve Interference'a Robustness

Büyük sayılar yasası faydalı bir rol oynar. Birçok antenle, kanal vektörleri neredeyse ortogonal hale gelir ve küçük ölçekli fading ortalamalarının etkileri.Bu, hızlı bir şekilde uyarlanabilir modülasyon ve kodlama ihtiyacını azaltır, alıcı tasarımını basitleştirir ve bağlantı bütçesini daha öngörülebilir hale getirir. Ayrıca, geleneksel MU-MIMO'nun geleneksel rahatsız edici müdahaleleri, dizinin özgürlük dereceleri tarafından büyük ölçüde bastırılır.

İşbirlikleri ve Mühendislik Çözümleri

Teorik zarafetine rağmen, Massive MIMO'yu ölçeklendirmek gerçek dünya mühendisliği zorluklarını sunar. 5G ekosisteminde araştırma ve geliştirmenin önemli bir odağı olmuştur.

Pilot Contamination

Daha önce de belirtildiği gibi, pilot kontraseprasyonu Achilles'in Kitlesel MIMO'nun heelidir. Aynı pilot dizi, UEs tarafından bitişik hücrelerde kullanılıyorsa, kanal tahminleri ankete alındı ve temel istasyon bu kullanıcılara müdahaleyi devre dışı bırakabilir.

  • [FONT:0)Pilot atama optimizasyonu: [Dönetici: [Dönetici: 0] Algoritmalar, uzaysal konumlarına ve yarattığı müdahale kalıplarına dayanan pilotlar tayin ederler.
  • [FONT:0) Zaman veya frekans değişimi: Hücreler arasında denge sağlayan pilot yeniden desenleri uyguluyor.
  • [FONT:0)Enhanced alıcı işleme: Kör veya yarı-kör olmayan tahmin tekniklerini kullanarak, non-orthogonal pilotlardan sinyalleri ayırabilecektir.
  • [FONT:0)Koord koordineli planlama:[Dönetici:[Döncük İstasyonları aynı kaynakta aynı pilot kullanıcıları planlamaktan kaçınmayı koordine ediyor.

Donanım Kompleksi ve Kalibrasyon

Her anten elemanı, güç yükselteçleri (PA) dahil olmak üzere kendi RF zincirini gerektirir, düşük çözünürlük yükselteçleri (LNAs), karıştırıcılar ve analog-enerji dönüştürücüleri (ADCs) 128-element için, bu, pahalı ve güçlendiricileri yönetmek için bir araya gelir.Bu, birçok ticari MIMO panellerini kullanır:0hybridal kirişler[Dönetici)[Döneticileri/Döneticileri) ve dijital devreleri içerir.

Daha Fazla Frequencies

Massive MIMO genellikle orta gruplarda (örneğin, 3.5 GHz) ve mmWave bantları (24-39 GHz) kullanılır, bu frekanslarda, yol kaybı daha yüksek ve büyük bir dizindeki kirişlerin kirişleri daha da önemli hale gelir. ancak, küçük form faktörü mmWave antenleri kompakt bir panelde 256 veya 1024 elementin dizilerine izin verir.

Maliyet ve Yatırıma Dönüş

Massive MIMO üssü istasyonunun yüksek maliyeti geleneksel 4G sektöründen daha yüksek bir gelirle bu harcamaları daha fazla site eklemeden daha fazla hizmet etme yeteneğiyle daha yüksek olmalıdır.In the upfront cost of a Massive MIMO base station is higher than a traditional 4G industry. Operators must correct this costs through higher Revenue from data services and the ability to serve more sites. aset price drop and integration improve (e.g., RFSoC devices), tüm yeni makro hücresel siteler için son 10 yıl boyunca standardize edilmesi bekleniyor.

Massive MIMO in 5G and Beyond

Massive MIMO statik bir teknoloji değildir; her 3GPP serbestliği ile gelişmeye devam eder ve araştırma 6G'ye doğru itir.

5G NR ve 3GPP Standartları

3GPP Bülteni 15, 64 anten portuna kadar destek verdi ve alt bağlantıdaki 16 uzaysal tabakaya kadar bunu çok panel konfigürasyonları, kiriş geçişi ve CSI geri bildirimini geliştirmeleri bekleniyor. 17 Ekim 1024 anten elementleri için destek ekledi (tekleyici kirişler ile) 52.6-71 GHz bandı.

5G NR'de önemli bir özellik, bağlantı tabanlı kanal tahminleri için geçerlidir.Bu sinyallerin temel istasyonun bir kod defterinden veya doğrudan bir precole işlemine izin vermesine izin verir.In advanced deployments, the base station can also useSRS (sounding reference signal)).

Massive MIMO in mmWave Bands

mmWave'de, anten sayısı kolayca 256 veya 512'ye ulaşabilir, çünkü dalga boyu küçük (örneğin, - 28 GHz'de 10 mm) olur. Bu diziler, 20-30. mmWave Massive MIMO'nun siparişini kullanarak, yüksek yol kaybının bir temel taşıdır (örneğin, Verizon 5G Ultraband) ve kullanıcı hareket ettiği gibi sürekli olarak kirişli erişimli erişimli ve çok bağlantı kullanılarak, yüksek çözünürlükte 5G'nin bir temel taşıdır.

6G için hazırlık

6G'ye (yaklaşık 2030'da ortaya çıkan) evrim, Massive MIMO'yu daha da ileri sürecektir. Araştırma sadece alt-THz frekanslarında (100-300 GHz) değil aynı zamanda çok geniş bantlarda bulunan binlerce antenle (ELAA) bir bina veya stadyumda dağıtılan bir yapı ile genişletecektir.

Gerçek Dünya İşbirlikleri ve Vaka Çalışmaları

Massive MIMO'nun etkisini takdir etmek için aşağıdaki örnekleri düşünün. 2022'de Kore Telecom, 64-antenna Massive MIMO'yu büyük şehirlerden oluşan yüksek trafiklere destek vermek ve 4K video akışı ve canlı spor gibi 5× daha fazla kapasite görmek için kullandı. Sonuç, ortalama kullanıcı tarafından ve paket gecikmeli bir şekilde% 50 azaltımı yaptı.

2023 Mobile World Congress'te Ericsson, 64 anten için temel bant işlemesini daha önceki nesillere kıyasla %85 oranında gösterdi.Bu ticari ürünler, Massive MIMO'nun laboratuvardan ölçülebilir performansla alana taşındı.

Teknik özelliklere daha derin bir şekilde atfedin, okuyucular Massive MIMO. Academic okuyucular Marzetta tarafından seminal kağıtta değer bulabilirler ).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Massive MIMO temel olarak hücresel ağların tasarımını değiştirdi. Antenlerin bolluğunu kullanarak, 5G için olgun ticari bir gerçek haline geldi. - Massive MIMO ilkeleri, her zaman daha fazla meşgul ve akıllı radyo sistemleri için temel olmaya devam edecek.