Giriş: The Scale of the Synchronization and Kalibration Problem in Massive MIMO

Birden çok giriş Birden fazla Çıkış (MIMO) teknolojisi, 6G sistemlerinde daha büyük bir rol oynaması bekleniyor. büyük MIMO-yükseklik verimliliği, gelişmiş kirişli kazanımları ve daha sıkı iki ön koşullu önbellek üzerinde kritik bir şekilde incelenir: Tüm anten elementleri ve doğru kalibrasyonlar.

Büyük MIMO Dizilerinde senkronizasyon: Neden Bu Önemli

Büyük bir MIMO bağlamında senkronizasyon, her transceiver zincirine hükmeden zaman zaman ayarlı dubleks (TD) sistemlerin hizalanması anlamına gelir, ancak bu karşılıklılık sadece donanım zincirlerini azaltıp her iki tarafta da iyileşmiştir.

Timing Synchronization

Büyük dizilerdeki Timing hataları, işaret yanlışlığı, hangi veyatogonal frekans-division multiplexing (OF) sistemler inter-carrier müdahaleye yol açar (ICI) ve inter-symbol müdahaleye (ISI) meydan okuma, dizi ile artar, çünkü referans saat dağıtım ağı her radyo başına sabit, düşük maliyetli bir sinyal vermelidir. uzun dağıtım yolları gecikme varyasyonu ve ısı sürüklenme sistemleri - MIMO mimarlıkları - her yerde antenler birden çok yerde yayılır - problem daha şiddetlidir, çünkü referans saat dağıtım ağı daha sert, düşük seviyeli bir senkronizasyon standartları 15.

Aşama senkronizasyon

CoherentInfo, aynı taşıyıcı fazı iletilen tüm anten elementlerinin (veya bilinen bir faz dengesi) yerel osilatörlerden (LOs) farklı bir bozukluk olduğunu gerektirir. Büyük dizilerde, kullanıcı ekipmanlarından ortak bir LO dağıtma, ancak geç saatlere ve doğru kanal tahminlerine güvendikleri ölçeklendirme ve doğru kanal tahminlerine güvenebilmeleri için ölçeklendirme işlemlerini sağlar.

Kalibrasyon: Tekilleyicili Eleman Yanıtı

Kalibrasyon, her anten elemanının ve ilişkili analog cephenin değişkenlerini ele alır ve devre dışı bırakma (zamanlama ve taşıyıcı aşaması, elementler arasındaki yanlış eşleştirmeler ve faz yanlış eşleşmeleri ayarlarsa). İki ana kalibrasyon stratejileri vardır: iç (tabiya testi yolları) ve dışsal (örneğin aşırı yükleme sinyalleri).

İç Kalibrasyon ve Sınırları

İç kalibrasyon çiftler, belirli bir kalibrasyon ağı aracılığıyla her transceiver zincirine bilinen bir referans sinyalini uygularlar.Bu ağ kendi frekansına ve zaman alıcı yanlış uyum sağlar, ancak elementlerin sayısı arttıkça, kalibrasyon ağı karmaşık ve kaybı olur. Kalibrasyon doğrulukları da sıcaklık değişiklikleri ve bileşen yaşlanmasıyla değişir.

Over-the-Air (OTA) Calibration

OTA kalibrasyonu, dış referans vericilerden sinyalleri kullanır - büyük diziler için özel bir kalibrasyon istasyonu veya bir UE'yi bilinen bir yerde - ölçmek ve doğru element yanıtları ölçmek için. Doğrudan anten karşılıklı darbe ve dizi çevre etkileşimleri dahil olmak üzere son uç uçlu davranışları yakalar.

  • [FONT:0)Measurement ambiguity: Referans kaynağı arasındaki kanal ve her elementin bilinme veya ayırt edilebilir olması gerekir. Multipath ve bu zorlaştırmayı.
  • [FONT:0)C ⁇ yükü:[Dönetici:[Dönetici:0)[Döneticiler için kalibrasyon katlarını gerçek zamanlı olarak binlerce element için büyük işlem gücü gerektirir.
  • [FONT=0)Recalibration frekansı:[Dönetici:[Dönetici: 0,4, s.) Çevre değişiklikleri (sıcak, rüzgar kaynaklı yapısal hareket) sık tekrarlama, hava zaman kaynaklarını tüketebilecek.

Ortak bir yaklaşım, bilinen bir referans UE ile planlanan “kalibrasyon yuvaları” kullanarak, [[Ücretsizleştirilmiş bazı gelişmiş kiriş bilgilendirme algoritmalarında belirtilen şekilde OTA kalibrasyonunu gerçekleştirmektir.0)Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü (ETSI)[FLT] ve IEEE literatürde büyük MIMO testlerinde.

Karşılıklı Coupling ve Dizi Deformities

Yoğun dizilerde, bitişik elementler arasındaki elektromanyetik darbe her elementin etkili radyasyon paternini değiştirir ve bozulmamalıdır. Kalibrasyon bu darbe etkileri için dikkate almalıdır.

Scaling Challenges: Yüzlerce ila Binlerce Elements of Elements

Anten elementlerinin sayısı arttıkça, senkronizasyon ve kalibrasyon görevleri, veri yığınlarından dolayı üst düzeye yükseldi ve tüm dizi boyunca yüksek hassasiyete ihtiyaç duyuyor.

Dağıtılmış Mimarlıklar ve Faz Coherence

Future deployments, diziyi birden coğrafi olarak ayrı sub-arraylara ayırabilir (Görünmüş MIMO) Bu alt havalimanları, tek katlı çözümlerin elde edebileceği bir ağ seviyesi ve faz hizasını gerektirir.[Dönemli ve jitter of fronthaul bağlantıları kritik hale gelir. O-RAN Alliance, radyo birimlerinde (RUs) sıkı senkronizasyon için özellikler belirledi.

C ⁇ Burden of Calibration Algorithms

Kalibrasyon algoritmaları genellikle tüm anten yolları için matrix invers veya en az-squares tahminlerini içerir.N-element array, the complexity scales as O(N^3) veya tam haçlı kapalı olarak daha kötü kabul edilir. Verimli recursive veya latti- bazlı algoritmaları gereklidir. Machine learning methods, özellikle yapay sinir ağları, sıcaklık, güç ve yaşlanma tarihine dayanan hesaplamalar tahmin etmek için önerilir.

Stratejiler ve Gelişen Çözümleri

Araştırmacılar ve mühendisler, büyük MIMO dizilerinde senkronizasyon ve kalibrasyon zorluklarını ele almak için bir dizi teknik geliştirdiler. En umut verici bazıları aşağıda tarif edilir.

Dağıtılmış Local Oscillator Synchronization

Tek bir LO'yi dağıtmak yerine, her alt-array veya her elementin bile kendi PLL'ye sahip olabilir (fazlı döngü) ortak bir GPS-disciplined oscillator veya IEEE 1588 ağ referansı. Düşük-faz-noise frekansı sentezleri, birkaç osilatörün milimetrede faz koherensini milimetresi ile birkaç derece içinde korumalarına izin verir.

UL/DL Geri Bildirim ile Yeniden Tanımlama

TDD sistemlerinde, kanal reciprocity sadece donanım yanıtlarının kalibre edilmesi durumundadır. İyi bilinen bir yöntem, her elementten bilinen bir kalibrasyon sinyalini ve alınan sinyali bir referans elemanında ölçmektedir (veya UE).[Physical kanalları ve modulation)[FONT=FONT=SRS) ve kalibrasyon katlarının kullanımı ile ilgili olarak, bu yaklaşım birçok büyük MIMO prototipine ve 3GPP'nin 3GPP'nin 3.

Gerçek Zaman Kalibrasyon için Makine Öğrenme

Derin öğrenme modelleri, çevresel koşullar (sıcak, nem, güç seviyeleri) ve kalibrasyon hataları ile ilgili karmaşık ilişkiyi öğrenebilir.Bir kez eğitilmiş olarak, model normal işlem yapmadan sürüklenebilir ve telafi edilebilir otomatik kodlayıcılar ve jeneratif adversarial ağlar da model hataları sınırlı ölçümlerden ayırt edilir.

Donanım İyileştirmeleri

Daha iyi analog bileşenler – yüksek kaliteli kristaller, sıcaklık-kompensated oscillators ve yapay zekanın çip geçişlileri – gelecekteki senkronizasyon ve kalibrasyon hatalarının boyutunu azaltabilir. Silikon bazlı kirişler ile entegre kalibrasyon ağları artık 64 elementle diziler için ticari olarak kullanılabilir.

Sonuç: Büyük MIMO Dizileri için Yol İleri

Synchronization ve kalibrasyon, tüm senaryolara uygun olsa da, gelişmiş donanım, akıllı algoritmaların birleşimi ve standartlar tabanlı senkronizasyon çerçevelerinin ticari ağlarda büyük MIMO dizilerini dağıtmanın teknik olarak zor yönleri arasındadır. Sorunlar analog donanım tasarımı, dijital sinyal işleme ve ağ düzeyinde protokolleri ile ilgili olarak, tek bir çözüm uygun olmayan tüm senaryolar, gelişmiş donanım, akıllı algoritmaların birleşimi ve standartlar tabanlı senkronizasyon çerçevelerinin birleşimi sürekli olarak 5Ghronizasyon çerçevelerinin daha pratik hale getirilmesi gerekir.