Mimo'nun Enhancing Kablosuz Backhaul Networks'teki Rolü 5g ve Beyond için

Kablosuz Backhaul Evrimi

Mobil verilerin trafikteki sürekli genişleme, kablosuz ağlarda daha önce görülmemiş bir şekilde suratmıştır. 5G dağıtımları hızlanır ve endüstri 6G'ye doğru bakar, arka segment - özellikle mikrodalga, milimetre-yoğunları kullanarak, yüksek güvenilirlik.Bu dönüşümden sonra, çok sayıda girişten (MIMO) sonra tekrarlanabilir.Bu tür bir altyapı için kablosuz arka planlayıcı, özellikle mikrodalga, milimetre-yoğuklama (mmWave) ve alt-6 GHz bandı kullanarak, temel bir şekilde hareket ettirilir.

Kablosuz backhaul tarihsel olarak tek anten kullanan basit nokta bağlantılarına dayanıyor. MIMO'ya geçiş, 5G'nin ve ötesindeki performans gereksinimlerine karşı ölçeklenebilir bir yol sunuyor.

MIMO Teknolojisini Anlamak

MIMO Temel İlkeleri

MIMO hem de alıcının çoklu sempati yayılımını kullanması için birden çok anten kullanır - geleneksel olarak bir problem olarak görülür. Multipath, MIMO aynı anda birden fazla bağımsız veri akışını göndermek için kullanır.Her anten farklı bir sinyal gönderir ve alıcılar onları ayrı ve kodlayabilirler.Bu uzaysal çokluxing çift sayısını, kanalda yeterli bir şekilde azaltır.

MIMO'nun birkaç çeşidi vardır, her biri farklı geri dönüş senaryolarına uygundur. Seçim, uç noktaların bağlantı mesafe, frekans grubu ve hareketliliği gibi faktörlere bağlıdır.

SU-MIMO (Single-User MIMO)

SU-MIMO'da, tüm uzaysal akışlar tek bir kullanıcı veya düğüme yönlendirilir. Bu, tek bir kutuplaşma ve frekans kanalı üzerinden bağlantının bulunduğu noktada yaygındır. Örneğin, 4×4 MIMO kullanarak bir mikrodalga bağlantı dört ayrı veri akışı taşıyabilir, tek bir kutuplaşma ve frekans kanalı üzerinde etkili bir şekilde dört ayrı veri akışı taşıyabilir. SU-MIMO, bir hücre sitesi ve bir bağlantı için erişilebilir olduğu için oldukça basittir.

MU-MIMO (Multi-User MIMO)

MU-MIMO aynı zaman-freze kaynakları kullanarak birden çok kullanıcıya hizmet vermektedir. Bir backhaul context, bu, bir tane daha yakın olmayan arka plan yapılandırmaları için kullanılan bir doğal ayardır.

Massive MIMO

Massive MIMO, anten elementlerinin küçük olduğu onlarca veya yüzlerce numaralı antenleri ölçeklendirir, uzaktan sitelerde birçok anten daha az anten sağlar.Instance bağlantıları için geliştirilmiş olsa da, büyük MIMO, özellikle de küçük olan mmWave frekanslarında, yüksek yönlü kirişler yaratarak, çok yönlü ışınlayıcılar ortaya koyarken, yüksek kapasiteli bağlantılar da mükemmel ⁇ verimliliği ile çok fazla mesafeye ulaşır.

MIMO Backhaul Performansı Nasıl Dönüştürüyor

Artan Kapasiteli Kapasite

MIMO'nun arkadaki en belirgin avantajı, kapasitede çok açık bir artıştır. 4×4 MIMO bağlantı, tek yönlü bir bağlantının verilerinin dört katına kadar sürebilir (NLoS) tekrarlama, örneğin yoğun kentsel kanallarda, MIMO'nun gelişimi hala kanal koşullarından geçmektedir.

Çiğ throughput'un ötesinde, MIMO, operatörlerin parçalanmış spektrumu daha iyi kullanmasına olanak sağlar. Mobil veriler trafik her yıl% 25'te büyümeye devam ediyor.

Geliştirilmiş Güvenilirlik ve Link Robustness

MIMO, çeşitliliği ile, derin solu olasılığını azaltır ve bir bağlantıyı kırabilir. Bir arka bağlamda, güvenilirlik çok sayıda hücre bölgesini bozabilir, çünkü uzay-zaman kodlaması (örneğin, Alamouti planı) ile, MIMO, bir yol deneyimi ağırlayan bir şekilde kesintiye uğratır, diğer yollar bağlantı sağlar. Bu özellikle de yağmur ve atmosferik absürtücükler tarafından rahatsız edilebilir.

Ek olarak, MIMO, uzaktan sitenin hareketini takip edebilir (örneğin, bir kule rüzgarda yukarı doğru) veya çevresel koşulları değiştirmek için adapte edilebilir. Adaptif MIMO sistemleri dinamik olarak sabit bir bağlantı kurmak için akış ve modulation sayısını ayarlar, güvenilirlik olmadan azami ölçüde maksimumlama.

Geliştirilmiş Spectral Verimliliği

Spektral verimlilik, onuntz başına ikinci olarak ölçüldü (bps/Hz), spektrumu için en pahalı ve sonlu bir MIMO sistemi için, zengin bir saç kurutma ortamında 10-15 Gbps /Hz ile, yaklaşık 5 bps /Hz ile kıyaslanmış bir SISO bağlantı için bir arka planlayıcı için bir kanalda lisanslı 28 GHz bandında 500 MHz ile 10-15 Gbps kapasiteye tercüme eden bir sistem.

MU-MIMO bunu birden çok kullanıcı arasındaki aynı frekans zamanlı kaynakları yeniden kullanarak daha da ileri götürüyor, aynı kanaldan birçok uzaktan siteye hizmet etmek için etkili bir şekilde gerçekleştirildi.In backhaul aggregators, this allows a single hub to service many far the same kanal, significantly costs.

Genişletilmiş Kapak ve Ulaş

MIMO, enerjiyi dar bir kirişe yönlendirebilir, alıcının toplam maliyetinin artırılmasına olanak sağlar. Bu, operatörlerin aynı aktarma gücü ile daha uzun mesafeleri kapsamasına izin verir.Köpekli veya uzaktan alanlar için, bu aynı güvenilirlik miktarına ulaşmak için daha yüksek bir güç gerekir. Örneğin, 4×4 MIMO mikrodalga bağlantısını 18 GHz'de % 99.999'a kadar uzatabilir.

mmWave gruplarında, yol kaybının yüksek olduğu yerlerde, büyük MIMO kirişi, yararlı bağlantı mesafelerini elde etmek için gereklidir. 64 veya 128 anten elementle, büyük MIMO 20 dBi'yi aşan kazanımlarla kirişler üretebilir, kentsel dağıtımlarda 5G geri yükleme sağlar.

Backhaul Optimizasyonu için Anahtar MIMO Teknikleri

Beam Açıklama

BeamInfo, bu sinyali belirli bir yöne yönlendirmek, SNR'yi geliştirmek ve diğer bağlantılara müdahale etmek için anten dizilerini kullanır.In backhaul, kirişformating can be applied at both end (analog, dijital, or hybrid) to improve the link. Tam dijital kirişler aynı anda MU-MIMO için oluşturulmasına izin verir. Ancak, analog faz değiştiricilerini dijital önleyen analog faz geçişlerini bir araya getirerek analog faz geçişlerini daha yoğundur.

Sıfır yük (ZF) gibi gelişmiş ışınlama algoritmaları ve minimum anlamı kare hatası (MMSE), uzaysal akışlar arasında müdahale iptal etmek için kullanılır. Mobil backhaul (e.g., küçük hücreleri hareket eden araçlar veya uçaklar) için bağlantıyı gerçek zamanlı olarak bağlar, operatör müdahale etmeden.

Spasal Multixing

Spasal çokluxing, MIMO'nun kapasiteyi artırdığı temel mekanizmadır.Rehaul'da, uzaysal akışların sayısı genellikle anten konfigürasyonu ve kanalın sıralaması ile sınırlıdır.LoS'de sıralamada iki kutuplu bağlantı (horizontal ve dikey) oldukça korelasyona yol açar.Bu nedenle, gelişmiş MIMO sistemleri kutuplaşmalı ve çift-polarize antenler gibi teknikleri kullanarak bağımsız kanallar oluşturmak için daha iyi bir şekilde basitleştirebilir.

Interference Management

Yoğun arkahaul ağlarında, yakın bağlantılardan gelen müdahale performansı azaltabilir. Atrome ve koordineli kirişler bunu hafifletebilir.Sorbest bir alt alanda veyatogonal'da istenen sinyale müdahale etme sinyalleri, birden fazla backhaul bağlantısı, aynı spektrumu önemli bir bozulma olmaksızın paylaşabilir. Bu, koordinasyonun sınırlı olduğu sınırlı olduğu radikalleştirilmiş gruplarda veya hafif lisanslı spektrumda kritiktir.

Network-MIMO (ayrıca kooperatif MIMO) bu kavramı, birden fazla geri dönüş düğümünün ortak süreç sinyallerine izin vererek genişletmektedir. Bu, düğümler arasında yüksek bant genişliğine sahip olmak, ancak yüksek çözünürlükteki spektral dağıtımlarında derinlemesine bir şekilde verimli bir şekilde artırabilir.

5G ve Ötesinde MIMO

5G Yeni Radyo (NR) Backhaul

5G NR özellikleri hem erişim hem de arkahaul için MIMO için gelişmiş destek içerir.For backhaul, 5G NR, tümleşik Access ve Backhaul (IAB) mimarisine sahiptir, 5G spektrumunun bir kısmı hem erişim hem de kablosuz backhaul bağlantıları için standarttır. IAB, özellikle de erişim ve geri yükleme bağlantıları olmadan küçük hücrelerin daha düşük maliyetli dağıtımını sağlar.

Verizon ve T-Mobile gibi operatörler, 5G ultra-reliable düşük ücretli iletişim (URLLC) uygulamaları ile otonom sürüş ve uzaktan ameliyat gibi bağlantıya ulaşırlar.

6G'ye doğru bakmak

6G araştırma, daha gelişmiş MIMO tekniklerini araştırıyor. Terahertz (THz) gruplar (100 GHz-3 THz) büyük bant genişliği vaat ediyor, ancak aşırı yol kaybı ve atmosferik absorpsiyonlar ile yüzlerce ila binlerce anten elementi oluşturmak için gerekli olan yüksek doğrudanliği üretmek için gerekli olacaktır.

Tam-duplex MIMO, aynı frekansta eşzamanlı olarak iletim ve resepsiyona izin veren başka bir umut verici alandır.Rehaul için bu, ayrı aktarma ve zaman dilimleri almak için ihtiyaçtan çift ⁇ verimliliğini ikiye katlayabilir.Kendi-interference iptalleri ile mücadele etmek gelişmiş analog ve dijital devreler yoluyla ele alınacaktır ve erken prototipler feabilite göstermiştir.

Ek olarak, makine öğrenimi (ML) MIMO backhaul optimizasyonunda büyüyen bir rol oynamaktadır. ML algoritmaları kanal koşullarını tahmin edebilir, gerçek zamanlı olarak kirişli bilgilendiriciyi optimize edebilir ve MU-MIMO için kullanıcı zamanlamasını optimize eder, geleneksel CSI tahminlerini azaltır.

İşbirlikleri Meydana Çıkıyor ve Deprement Challenges and Thinkations

Donanım Kompleksi ve Maliyet

MIMO sistemleri, her biri kendi güç yükselticisi ADC/DAC ve anten gerektirir. Bu, kapasitenin daha yüksek yatırım talep ettiği, daha yüksek sipariş MIMO'yu 64 veya daha fazla antenle satın alması, silikon teknolojilerde (CMOS, SiGe) ve modüler tasarımdaki gelişmelerin maliyetinin düşürülmesini sağlar.For backhaul, kapasitenin daha yüksek yatırım talep ettiği yüksek sipariş MIMO yapılandırmalarını daha yüksek oranda kabul eder.

Line-of-Sight ve Çevre Faktörleri

MIMO performans kanal koşullarına çok bağlıdır. İdeal LoS, uzaysal çokluxing kazanımlar ikili-polarize antenler kullanılmadığı sürece sınırlıdır. -LoS senaryoları zengin saçılma ile en iyi çoklu parmaklama kazanımı sağlar, ancak daha yüksek yol kaybı ve blokaj ile engeller.For backhaul, dikkatli site seçimi ve anten hizalamaları gereklidir.

Spectrum Availability and Licensing

MIMO'nun mevcut bant genişliği ile ölçeklendirmesi. Birçok bölgede, lisanslı spektrumu geri dönüş için (örneğin, 18 GHz, 23 GHz, 28 GHz) MIMO geri yükleme için yetersiz olabilecek bloklarda tahsis edilir, ancak çok karmaşık müdahale avantajları gerektirir. Operatörler birden fazla kanal veya sınırsız bant kullanmak zorunda kalabilirler (60, 5 GHz) ABD CBRS grubu gibi, MIMO geri yükleme sistemleri gibi, MIMO geri yüklemeleri için yeni fırsatlar sunar.

Mevcut Altyapı ile entegrasyon

Birçok arkahaul ağı, fiber, mikrodalga ve milimetre- dalga bağlantılarının karışımıdır. MIMO yükseltmeleri, daha eski tek-antenna sistemleri ile uyumlu ve interoperable olmalıdır. ETSI ve IEC gibi Standartlar, MIMO için çalışma içi profiller geliştiriyor. Operatörler ayrıca MIMO bağlantılarından daha fazla kontrol verileri işlemek için ağ yönetim sistemlerinin geliştirilmesi gerekir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

MIMO teknolojisi, modern kablosuz arkahaul ağlarının vazgeçilmez bir elemanına dönüştü. Daha yüksek kapasiteye, geliştirilmiş güvenilirlike, gelişmiş ⁇ verimliliğine ve genişletilmiş kapsamaya izin vererek, MIMO'nun hem maliyetle hem de gelecekteki 6G sistemlerinin tahminlerini doğrudan ele alır.

Endüstri, 35G'ye kadar terahertz bandları ve akıllı ortamlarla hareket ettiğinde, MIMO yalnızca bu teknolojilerin erken benimsenmesi – maliyet, site seçimi ve spektrum gibi dağıtım zorluklarının belirlenmesi gibi dikkatli bir planlama ile – bir sonraki nesil kablosuz ağların başarısını belirleyecektir. herhangi bir operatör için kullanıcıların konserve hızlarını ve düşük latencieslarını sağlamak için, MIMO-enhanced backhaul'a yatırım yapmak sadece bir seçenek değildir - bir zorunluluktur.