Doporučená, 2022

Redakce Choice

Co je to masivní MIMO a jak to dělá cestu pro 5G přijetí?

Nepřekonatelný počet zařízení, ať už se jedná o chytrý telefon, náhlavní soupravu VR nebo bezpečnostní kamery mimo váš dům, se připojují k telekomunikačním sítím vůbec jednou. To přispívá k rychlému nárůstu datového provozu v čase, přičemž zlepšení šířky pásma se stává potřebou hodiny. To, co všichni potřebujeme, jsou vysoké rychlosti dat, ne? Jak čínský telekomunikační gigant Huawei předpovídá, rok 2021 bude svědkem sedminásobného zvýšení globálního mobilního datového provozu ve srovnání s rokem 2016. Dále dodal, že požadavky na údaje pro jednotlivce v průměru v příštích pěti letech dosáhnou v průměru 15 GB měsíčně. Jsme stále svědky nástupu 4G LTE sítí v zemích jako Indie, ale telekomunikační operátoři po celém světě začali experimentovat s ještě složitějšími a robustnějšími technologiemi, aby maximalizovali sílu signálu, kapacitu uživatele a rychlost dat. Používají technologii inteligentní antény zvanou Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output), která bude základem pro naši pátou generaci (5G) mobilní technologie. To je ještě v vznikajících stádiích vývoje, ale brzy se očekává, že získá význam. Pokud jste tedy přemýšleli, co je to masivní MIMO, zde je vše, co potřebujete vědět o masivním MIMO:

Co je masivní MIMO a jeho vztah k 5G?

Masivní MIMO (Multiple Input, Multiple Output), také známý jako Large-Scale Antenna Systems, je páteří pro vývoj bezdrátové komunikace. Očekává se, že technologie MIMO bude nesmírně přínosná pro podporu více mobilních uživatelů, což z dlouhodobého hlediska zajistí rychlejší rychlost a spolehlivější síťové služby.

V současné době většina síťových infrastruktur 4G LTE umožňuje pouze umístění 8 antén (vysílač + přijímač) na základnové stanici, což není dostatečné pro uspokojení rostoucí potřeby mobilních uživatelů. To poskytuje omezenou šířku pásma, což ovlivňuje rychlost dat a počet uživatelů, kteří se k této stanici mohou připojit.

Toto je místo, kde MIMO vstupuje dovnitř a umožňuje používat současně dva nebo více vysílačů a přijímačů pro výměnu dat přes stejný rádiový kanál. Tato technologie již byla implementována v některých pokročilých 4G stanicích v podobě 4 x 4 MIMO a v současné době je zkoumána i několika provozovateli v Indii.

Prototyp masivního anténního systému MIMO (Foto s laskavým svolením: National Instruments)

Rozšiřování tohoto konceptu o téměř 100 antén v jediném poli na základnové stanici (mobilní věž) však představuje základ pro nadcházející 5G sítě. Zvýšení celkového počtu antén přidává na místě více vysílačů / přijímačů, což vede ke zvýšení možných cest signálu a lepšímu výkonu jak z hlediska rychlosti dat, tak spolehlivosti spojení. Masivní MIMO může navýšit až čtyřnásobné zvýšení rychlosti a několikanásobné rozšíření kapacity sítě.

Sbírka anténních systémů v masivní MIMO síti nevytváří přesné balónkové paprsky, které jsou vidět ve většině předchozích a současných síťových systémů. Místo toho, ortogonální charakter signálů vysílaných sbírkou antén tvoří jednotlivé paprsky, které v jednom okamžiku zajišťují jednu nebo více mobilních stanic (uživatelů). Protože Massive MIMO využívá mnoho složitých technologií, nejjednodušším způsobem, jak vysvětlit fungování svého anténního systému, je schéma připojené pod ním.

Vývoj 4G sítě do 5G MAssive MIMO sítě (Image Zdvořilost: Mitsubshi)

To znamená, že umožňuje operátorům obsluhovat větší sadu mobilních zařízení v oblasti nasazením technologie Massive MIMO. A to samé je dále škálovatelné, protože operátoři mohou do stávajícího nastavení přidat ještě více antén, aby se zvýšili možné signálové cesty a zvýšila efektivita bez omezení stávajícího spektra.

Výhody masivního MIMO přes Current 4G Networks

Vzhledem k tomu, že v systému Massive MIMO (5G) je používán větší počet vstupních a výstupních antén, pomůže to telekomunikačním operátorům výrazně zlepšit pokrytí a rychlost dat. To bude možné díky vysoké spektrální a energetické účinnosti, která se zvyšuje v důsledku velkého multiplexování, jakož i zesílení anténního pole dohromady. Zde jsou hlavní výhody anténních systémů Massive MIMO (M-MIMO) oproti současným 4G systémům:

1. Vylepšené pokrytí a vyšší rychlosti

Díky použití technologie Massive MIMO, případně v kombinaci s vyššími frekvenčními spektry, budou telekomunikační společnosti schopny v budoucnu uspokojit potřeby většího množství zařízení. Nejen toto, síla signálu uvnitř by byla extrémně silná a mimo grafy.

Schopnosti systému Massive MIMO pro vytváření paprsků umožní telekomunikačním operátorům rychle rozšířit vysokorychlostní pokrytí i do venkovských oblastí . Přímé vedení vidění funguje dobře s vyššími frekvencemi, čímž poskytuje ještě větší rychlosti.

Hlavním cílem upgrade je také zvýšení rychlosti dat a odborníci očekávají minimální rychlosti 1 Gbps, dosahující až 10 Gbps. To již bylo prokázáno v některých experimentech s ukázkami Gigabit LTE ukázanými čínským síťovým gigantem ZTE na letošním CESu.

2. Nízké náklady na infrastrukturu a součásti

Vzhledem k tomu, že většina globálních telekomunikačních gigantů neustále modernizuje svou infrastrukturu, aby nyní podporovala vysokorychlostní 4G sítě (s rychlostí před 5G), úplná modernizace na 5G by byla hladká jízda. Existující 4G systémy již používají MIMO techniky, které mají být zmenšeny, když přijde věrohodná 5G technologie.

Nové anténní systémy Massive MIMO budou mít nejen velký počet antén, ale budou také škálovatelné. Telekomunikačním gigantům bude pro tento systém snazší přidat nové antény pro připojení stávajících rychlostí a uživatelské základny. Také velký počet antén povede k vytvoření robustní sítě, která nebude ovlivněna individuálním selháním v anténním systému.

3. Podpora časově omezených připojení

Zatímco masivní 5G sítě s podporou MIMO poskytují zvýšené pokrytí a rychlost dat, zkracuje dobu potřebnou k přenosu signálů mezi vysílačem a přijímačem. Toto je známé jako latence a nadcházející 5G sítě pomohou snížit to samé, aby dále usnadnily používání těchto sítí pro VR / AR, vlastní řízení a další služby řízené pomocí AI nebo ML .

Výzvy v masivním nasazení antény MIMO

Zatímco výzkumníci experimentovali s masivními MIMO anténními testy za posledních několik let, systémy, které se dostaly na trh, mají stále menší antény, než si telekomunikační společnosti přejí pro nástup 5G sítí. To je způsobeno omezeními, se kterými jsme se setkali při zavádění této technologie. Zde jsou výzvy, kterým čelí jejich rozsáhlé nasazení:

1. Složitost zpracování signálů

To je jedna z nejvýznamnějších obtíží, se kterými se setkáváme při nastavování základnových stanic Massive MIMO. Zvýšený počet antén a frekvencí v jednotném umístění vede ke zvýšeným možnostem rušení . Tato otázka však může být vyřešena přijetím širšího spektra a technologie s nulovou chybou, která omezí rušení mezi jednotlivými kanály. Zatímco velký počet antén přispěje ke složitosti napříč celou strukturou, činí síť ještě odolnější vůči poruchám.

2. Omezená dostupnost spektra

Jak jste možná již slyšeli, distribuce kmitočtového spektra je řízena řídícím orgánem a telekomunikační operátoři musí umístit nabídky, aby zajistili část daného spektra.

Základní problém spočívá v tom, že spektrum 3GHz převládající v současných časech je již přeplněné kvůli přetížení nových datových spojení. A je to výzva k využití vysokofrekvenčních milimetrových vln (3 GHz - 300 GHz) k vybudování masivních základnových stanic MIMO, protože vlny nepronikají pevnými materiály a pohlcují stromy nebo dešťové mraky.

Frekvenční spektrum (Zdvořilost: UT Austin)

Ale technologičtí giganti a telekomunikační operátoři pracují ručně, aby zvýšili zisk signálu tím, že několik antén (MIMO) soustředí rádiové signály v úzkém směrovém paprsku bez zvýšení jejich přenosového výkonu. Samsung R&D a Huawei v experimentech ochutnaly úspěch, ale tyto úzké paprsky jsou extrémně citlivé na změny nastavení.

Průběžný výzkum a nasazení masivních MIMO sítí

Uvedený síťový systém není prototypem, ale ve stávajícím scénáři 4G byl již implementován v menším měřítku. Huawei spolupracuje s místními telekomunikačními operátory, jako je China Mobile a japonská SoftBank, již více než pár let, aby komerčně experimentovali s masivním nastavením MIMO.

Po důkladném experimentování je nyní SoftBank jmenován telekomunikačním operátorem, který na konci roku 2016 uvedl na trh svou komerční síť Massive MIMO . Jiní operátoři jako China Mobile, Vodafone a T-Mobile také začali tuto technologii zavádět do omezeného počtu svých uživatelů napříč svými zeměmi.

Je-li největší otázkou nagging v zadní části vaší mysli je, budou naše současné smartphony kompatibilní s těmito masivní MIMO sítě? Pak je přímočará odpověď většinou ano . Velké množství stávajících zařízení může využít 4G MIMO sítí, které poskytují gigabitové rychlosti bez jakýchkoliv škytavek.

První nasazení v Indii

Zatímco mnoho globálních telekomunikačních hráčů ve spolupráci s hardwarovými giganty již experimentovalo s Massive MIMO na svých sítích, Indie se nedávno připojila k futuristickému pohonu 5G s nasazením své první takové sítě.

Největší telekomunikační gigant, Airtel, učinil titulky, když oznámil, že se stal tím, kdo tohoto cíle dosáhl. Zavedení první indické M-MIMO (masivní technologie s více vstupy a výstupy bylo zahájeno s Bengaluru a Kolkata. Očekává se však, že v následujících měsících se tento proces rozšíří do dalších částí země).

Airtel nasadil novou technologii 5G jako součást svého programu transformace sítě nazvaného Project Leap . Očekává, že technologie Massive MIMO zvýší kapacitu stávající sítě o sedminásobek, přičemž bude využívat stejné spektrum, které již vlastní. Domnívá se, že to samé dokonce zajistí dvakrát vyšší rychlost jejich stávajícího nasazení 4G.

Kromě toho čínský síťový gigant ZTE oznámil, že se podílí na experimentech před-5G Massive MIMO ve spolupráci se široce známými operátory jako Vodafone a Reliance Jio. Zatímco Huawei je tváří v tvář nasazení společnosti Airtel v zemi, jak bylo uvedeno v oficiálním prohlášení.

Pokud se díváme z pohledu současného stavu telekomunikačního průmyslu v Indii, je to pokus o tyto telekomunikační gigantické části, aby si zachovaly pevnost v zemi. Nedávno se probudili s překvapivým otřesem jejich nejtvrdšího nového konkurenta, tj. Společnosti Reliance Jio, která se jim nyní podařilo v průběhu jednoho roku rozbít svou síť 4G LTE.

Očekávaná rozsáhlá implementace

Většina zpráv vydaných síťovými giganty, jako je Ericsson nebo Nokia, v současné době naznačuje, že síťová technologie 5G bude svědkem průlomu a osloví masy do roku 2020 . Nejedná se o tuhou časovou linii, ale spadá do souladu s provozním vzorem průmyslu, který vidí modernizovanou technologii debutovanou v průběhu deseti let.

Obrázek se svolením: Sam churchill / Flickr

Technologie 3G sítě byla poprvé debutována v říjnu 2001, zatímco 4G LTE bylo po desetiletí kolem roku 2011 široce rozšířeno. Je tedy možné spekulovat, že pokračující snaha masivního MIMO se uskuteční do konce tohoto desetiletí. Je možné vidět implementaci technologie před 5G, a to jak na straně spotřebitele, tak na straně operátora v příštích několika letech. Dav na zimních olympijských hrách v roce 2018 by mohl být první, kdo by byl svědkem zmíněné inovace, následovaný Světovým pohárem FIFA 2018 . Dokonce i výrobce čipů Qualcomm uvedl, že plánuje zavést 5G-kompatibilní (Gigabit) zařízení na podobné časové ose.

Možná jsme byli svědky dlouhodobého rozšiřování služeb 4G LTE v Indii, což je stále v procesu. Telekomunikační monitoři v zemi však již nechtějí v závodě táhnout za závody, aby přijali nejnovější technologie kvůli hrozící konkurenci a konsolidaci v rámci samotné země.

Masivní MIMO: Technologický závod pro přijetí 5G

Pohled z masivního vývoje MIMO na ptačí perspektivy také ukazuje, že Indie dále staví na svém transformačním obrazu, že je technologickou elektrárnou. Vláda nyní podniká nezbytné kroky, aby zahájila vývoj mobilní technologie.

Vláda již zřídila fórum na vysoké úrovni pro hodnocení současného scénáře a schvalování akčních plánů pro včasné zavedení služeb 5G. Pro výzkumné a vývojové účely 5G přidělil masivní korporační korekci ve výši 500 EUR, což nás staví na globální mapu, spolu se zeměmi vedoucími k přijetí takového technologického pokroku. V tuto chvíli neexistuje žádná skutečná „5G“ síť a v nadcházejících letech budeme muset hledat totéž.

Top