Aanbevolen, 2021

Editor'S Choice

Wat is Massive MIMO en hoe maakt het de weg vrij voor 5G-adoptie?

Een onoverkomelijk aantal apparaten, of het nu uw smartphone, VR-headset of beveiligingscamera's buiten uw huis zijn, maakt ooit een verbinding met telecomnetwerken. Dit komt neer op een snelle toename van gegevensverkeer in de loop van de tijd, waarbij verbeteringen in bandbreedte de behoefte aan het uur worden. Wat we allemaal nodig hebben, zijn hoge datasnelheden, toch? Zoals de Chinese telecomgigant Huawei voorspelt, zal het jaar 2021 een zevenvoudige toename van het wereldwijde mobiele dataverkeer zien in vergelijking met 2016. Het heeft verder toegevoegd dat de data-eisen voor een persoon de komende vijf jaar gemiddeld 15GB per maand zullen bedragen. We zijn nog steeds getuige van de komst van 4G LTE-netwerken in landen als India, maar telecomoperators over de hele wereld zijn begonnen te experimenteren met nog complexere en robuustere technologieën om de signaalsterkte, gebruikerscapaciteit en datasnelheden te maximaliseren. Ze gebruiken een slimme antennetechnologie genaamd Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output) die de basis zal vormen voor onze vijfde generatie (5G) cellulaire technologie. Het is nog steeds in ontluikende stadia van ontwikkeling, maar er wordt snel verwacht dat het bekendheid zal krijgen. Dus, als je je hebt afgevraagd wat massieve MIMO is, hier is alles wat je moet weten over massieve MIMO:

Wat is Massive MIMO en zijn relatie tot 5G?

Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output), ook bekend als Large-Scale Antenna Systems, is de ruggengraat voor de evolutie van draadloze communicatie. Verwacht wordt dat de MIMO-technologie enorm nuttig zal zijn voor het ondersteunen van meer mobiele gebruikers, waardoor ze op de lange termijn hogere snelheden en betrouwbaardere netwerkdiensten kunnen bieden.

Op dit moment maken de meeste 4G LTE-netwerkinfrastructuren alleen de plaatsing mogelijk van 8 antennes (zender + ontvanger) op het basisstation, wat niet voldoende is om tegemoet te komen aan de groeiende behoeften van mobiele gebruikers. Dit biedt een beperkte bandbreedte, die de gegevenssnelheid en het aantal gebruikers dat verbinding met dit station kan maken, beïnvloedt.

Dit is waar MIMO ingrijpt en u in staat stelt om twee of meer zenders en ontvangers tegelijkertijd te gebruiken om gegevens uit te wisselen via hetzelfde radiokanaal. De technologie is al geïmplementeerd in sommige geavanceerde 4G-netwerkstations in de vorm van 4 x 4 MIMO en wordt momenteel ook door een aantal operators in India verkend.

Massief prototype van het MIMO-antennesysteem (met dank aan: National Instruments)

Maar het uitbreiden van het genoemde concept om bijna 100 antennes in een enkele array bij het basisstation (cellulaire toren) te plaatsen, is wat de basis zal vormen voor de komende 5G-netwerken. D e toename van het totale aantal antennes komt op een aantal zenders / ontvangers op een plaats, wat leidt tot een toename van mogelijke signaalpaden en betere prestaties in termen van zowel datasnelheden als linkbetrouwbaarheid. Massive MIMO kan tot vier keer hogere snelheden en een aantal keer meer netwerkcapaciteit genereren.

De verzameling antennesystemen in een massief MIMO-netwerk vormen geen exacte ballonachtige balken zoals gezien in de meeste vorige en huidige netwerksystemen. In plaats daarvan vormen de orthogonale aard van de signalen die worden uitgezonden door de verzameling antennes individuele bundels, die zich op een moment richten op één of meer mobiele stations (de gebruikers). Omdat Massive MIMO gebruik maakt van een groot aantal complexe technologieën, is de eenvoudigste manier om de werking van het antennesysteem uit te leggen het diagram hieronder.

Evolutie van een 4G-netwerk in 5G MAssive MIMO-netwerk (met dank aan Mitsubshi)

Dit betekent dat het de operatoren in staat stelt om een ​​groter aantal mobiele apparaten in een gebied te bedienen door de Massive MIMO-technologie in te zetten. En hetzelfde is verder schaalbaar omdat operators nog meer antennes aan de huidige setup kunnen toevoegen om mogelijke signaalpaden te vergroten en de efficiëntie te verbeteren zonder het bestaande spectrum te belemmeren.

Voordelen van Massive MIMO via huidige 4G-netwerken

Omdat er een groter aantal invoer- en uitvoerantennes wordt gebruikt in het Massive MIMO (5G) -systeem, zal dit telecomaanbieders helpen de dekking en gegevenssnelheden grotendeels te verbeteren. Dit wordt mogelijk gemaakt door hoge spectrale en energie-efficiëntie, die wordt verhoogd door een grote multiplexing, evenals door antennematrixversterking gecombineerd. Dit zijn de belangrijkste voordelen van massieve MIMO (M-MIMO) -antennesystemen ten opzichte van huidige 4G-systemen:

1. Verbeterde dekking en hogere snelheden

Dankzij het gebruik van Massive MIMO-technologie, mogelijk in combinatie met hogere frequentiespectra, kunnen telecombedrijven in de toekomst tegemoet komen aan de behoeften van een groter aantal apparaten. Niet alleen dit, de signaalsterkte binnenshuis zou extreem sterk zijn en buiten de hitlijsten vallen.

De bundelvormingsmogelijkheden van Massive MIMO-systemen stellen telecomaanbieders in staat snel snel ook hoge snelheden naar landelijke gebieden te verspreiden . Een directe zichtlijn werkt goed met hogere frequenties, en biedt dus nog hogere snelheden.

Het primaire doel van een upgrade is ook om de datasnelheid te verhogen en experts verwachten minimale snelheden van 1 Gbps, met een bereik tot 10 Gbps. Dit is al bewezen in sommige experimenten met Gigabit LTE-demo's die eerder dit jaar door Chinese netwerkgigant ZTE op CES werden getoond.

2. Lage infrastructuur- en componentkosten

Aangezien de meeste wereldwijde telecomreuzen hun infrastructuur gestaag uitbreiden om nu 4G-netwerken met hoge snelheden te ondersteunen (met pre-5G-snelheden), zou de volledige upgrade naar 5G een probleemloze rit zijn. De bestaande 4G-systemen maken al gebruik van MIMO-technieken die moeten worden geschaald wanneer een plausibele 5G-technologie tot wasdom komt.

De nieuwe Massive MIMO-antennesystemen zullen niet alleen een groot aantal antennes hebben, maar ook schaalbaar zijn. Het zal voor telecomreuzen eenvoudiger zijn om nieuwe antennes aan dit systeem toe te voegen om bestaande snelheden en gebruikersbasis toe te voegen. Ook zal het grote aantal antennes resulteren in de vorming van een robuust netwerk, dat niet zal worden beïnvloed door een individuele storing in hun antennesysteem.

3. Ondersteuning voor tijd beperkte verbindingen

Terwijl Massive MIMO-enabled 5G-netwerken een betere dekking en datasnelheid bieden, vermindert het de tijd die de signalen nodig hebben om te reizen tussen zender en ontvanger. Dit staat bekend als latency en aankomende 5G-netwerken zullen hetzelfde helpen verminderen om het gebruik van deze netwerken voor VR / AR, zelfrijdende en andere door AI of ML bestuurde services verder te vergemakkelijken.

Uitdagingen in massieve MIMO-antenne-implementatie

Terwijl onderzoekers de afgelopen jaren hebben geëxperimenteerd met massieve MIMO-antennetests, hebben de systemen die op de markt zijn gekomen nog steeds minder antennes dan de telecombedrijven wensen voor de komst van 5G-netwerken. Dit komt door de beperkingen die we hebben ondervonden bij de implementatie van de technologie. Dit zijn de uitdagingen voor hun wijdverbreide inzet:

1. Complexiteit van signaalverwerking

Dit is een van de meest opvallende problemen bij het opzetten van de Massive MIMO-basisstations. Het toegenomen aantal antennes en de frequenties op een enkele locatie leidt tot verhoogde interferentie . Dit probleem kan echter worden opgelost door de toepassing van een bredere spectrum- en zero-fault-precisietechnologie die de interlokale kanaalinterferentie zal verminderen. Hoewel het grote aantal antennes de complexiteit over de hele linie vergroot, is het netwerk nog beter bestand tegen storingen.

2. Beperkte beschikbaarheid van spectrum

Zoals je misschien al hebt gehoord, wordt de distributie van een frequentiespectrum gecontroleerd door het bestuursorgaan en moeten telecomaanbieders biedingen plaatsen om een ​​deel van dat specifieke spectrum te beveiligen.

Nu ligt het basisprobleem in het feit dat het 3GHz-spectrum dat in de huidige tijd heerst al onoverzichtelijk is vanwege de overbelasting van nieuwe gegevensverbindingen. En het is een uitdaging om hogere frequentie millimetergolven (3 GHz - 300 GHz) te gebruiken om Massive MIMO-basisstations te bouwen, omdat de golven geen vaste materialen binnendringen en geabsorbeerd worden door bomen of regenwolken.

Frequency Spectrum (Afbeelding afkomstig van: UT Austin)

Maar technologiegiganten en telecomoperators werken hand in hand samen om de signaalversterking te vergroten door meerdere antennes (MIMO) radiosignalen in een smalle richtingsbundel te concentreren zonder hun transmissievermogen te vergroten. Samsung R & D en Huawei hebben in de experimenten succes geproefd, maar deze smalle balken zijn extreem gevoelig voor uitlijningsveranderingen.

Lopend onderzoek en implementatie van massieve MIMO-netwerken

Het bovengenoemde netwerksysteem is geen prototype, maar is al op kleinere schaal geïmplementeerd in het bestaande 4G-scenario. Huawei werkt al meer dan een paar jaar samen met lokale telecomoperators, zoals China Mobile en Japan's SoftBank, om zijn Massive MIMO-setups commercieel te testen.

Na rigoureuze experimenten is SoftBank tegen het einde van 2016 de eigenlijke telecomoperator genoemd om zijn commerciële Massive MIMO-netwerk te debuteren. Andere operatoren zoals China Mobile, Vodafone en T-Mobile zijn ook begonnen met de introductie van deze technologie voor een beperkt aantal gebruikers in hun eigen land.

Als de grootste vraag bij je achterhoofd is, zullen onze huidige smartphones compatibel zijn met deze Massive MIMO-netwerken? Dan is het eenvoudige antwoord meestal ja . Een groot aantal bestaande apparaten kan profiteren van 4G MIMO-netwerken, waardoor Gigabit-snelheden zonder hik worden geleverd.

Eerste ooit 5G-geschikte implementaties in India

Hoewel talloze wereldwijde telecomspelers, in combinatie met hardwaregiganten, al met hun Massive MIMO op hun netwerken hebben geëxperimenteerd, heeft India onlangs ook deelgenomen aan de 5G-futuristische schijf met de inzet van zijn eerste dergelijke netwerk.

De grootste telecomgigant van het land, Airtel, maakte de krantenkoppen toen het aankondigde dat het degene was die deze prestatie behaalde. De uitrol van India's eerste M-MIMO (Massive Multiple-Input Multiple-Output-technologie is gestart met Bengaluru en Kolkata.) Het proces zal naar verwachting de komende maanden echter naar andere delen van het land uitbreiden.

Airtel heeft de nieuwe 5G-technologie ingezet als onderdeel van hun lopende netwerktransformatieprogramma Project Leap . Het verwacht dat de Massive MIMO-technologie de bestaande netwerkcapaciteit zevenvoudig zal verbeteren, terwijl hetzelfde spectrum wordt gebruikt dat het al in bezit heeft. Het gelooft dat hetzelfde zelfs twee keer betere snelheden zal bieden op hun bestaande 4G-inzet.

Daarnaast heeft de Chinese netwerkgigant ZTE aangekondigd dat hij deelneemt aan de pre-5G Massive MIMO-experimenten in samenwerking met bekende operators zoals Vodafone en Reliance Jio. Overwegende dat Huawei is het gezicht achter Airtel de inzet in het land, zoals gezegd in een officiële verklaring.

Indien bekeken vanuit het perspectief van de huidige staat van de telecomindustrie in India, is dit een poging om de delen van deze telecomgigant een bolwerk in het land te handhaven. Ze zijn onlangs met een verrassende schok wakker geschud door hun felste nieuwe concurrent, namelijk Reliance Jio, die het nu gelukt is hen binnen een jaar te vertrappen met de uitrol van het 4G LTE-netwerk.

Verwachte brede verspreiding

De meeste rapporten vrijgegeven door netwerkreuzen zoals Ericsson of Nokia suggereren momenteel dat 5G-netwerktechnologie in de jaren 2020 een doorbraak zal meemaken en de massa zal bereiken . Dit is geen strakke tijdlijn, maar komt overeen met het werkingspatroon van de industrie, die binnen tien jaar een geüpgradede technologie te zien krijgt.

Met dank aan: Sam churchill / Flickr

De 3G-netwerktechnologie werd voor het eerst debut gemaakt in oktober 2001, terwijl 4G LTE wijdverspreid werd toegepast na een decennium rond 2011. Het is dus mogelijk om te speculeren dat de aanhoudende Massive MIMO-inspanningen tegen het einde van dit decennium tot bloei zullen komen. In de komende jaren kunnen er pre-5G-implementaties van de technologie worden gezien, zowel voor de consument als voor de operator. De menigte op de Olympische Winterspelen van 2018 zou de allereerste kunnen zijn die getuige was van de genoemde innovatie, gevolgd door de FIFA 2018 World Cup . Zelfs chipmaker Qualcomm heeft verklaard dat het van plan is om 5G-compatibele (Gigabit) apparaten uit te rollen langs een vergelijkbare tijdlijn.

We zijn misschien getuige geweest van een langdurige uitrol van 4G LTE-services in India, iets wat nog steeds aan de gang is. Maar de telecombeesten van het land willen niet langer achterop raken in de race om de nieuwste technologieën toe te passen vanwege de dreigende concurrentie en consolidatie binnen het land zelf.

Massive MIMO: een technologische race voor 5G-adoptie

Een vogelvlucht van de massale MIMO-ontwikkelingen toont ook aan dat India verder bouwt aan zijn transformatieve imago van een technologische krachtpatser. De regering onderneemt nu de nodige stappen om de evolutie van cellulaire technologie een nieuwe impuls te geven.

De regering heeft al een forum op hoog niveau opgezet om het huidige scenario te evalueren en actieplannen voor de tijdige uitrol van 5G-services goed te keuren. Het heeft een gigantische ₹ 500 crore-corpus toegewezen voor 5G-onderzoeks- en ontwikkelingsdoeleinden, wat ons op de wereldkaart plaatst, naast de landen die de adoptie van dergelijke technologische vooruitgang leiden. Er is op dit moment geen echt "5G" -netwerk gedefinieerd en we zullen er de komende jaren op moeten letten.

Top