Co je Massive MIMO a jak připravuje cestu pro přijetí 5G?

Nepřekonatelný počet zařízení, ať už je to váš smartphone, náhlavní souprava VR nebo bezpečnostní kamery mimo váš dům, se připojuje k telekomunikačním sítím najednou. To přispívá k rychlému nárůstu datového provozu v průběhu času, přičemž vylepšení šířky pásma se stává potřebou hodiny. Všichni potřebujeme vysoké rychlosti dat, že? Jak předpovídá čínský telekomunikační gigant Huawei, rok 2021 bude svědkem sedminásobného nárůstu globálního mobilního datového provozu ve srovnání s rokem 2016. Dále dodal, že požadavky na data pro jednotlivce dosáhnou v příštích pěti letech průměrně 15 GB měsíčně. Stále jsme svědky příchodu sítí 4G LTE v zemích, jako je 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 inteligentní anténní technologii nazvanou Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output), která vytvoří základ pro naši mobilní technologii páté generace (5G). Je stále v rodící se fázi vývoje, ale brzy se očekává, že se dostane do popředí. Pokud vás tedy zajímalo, co je masivní MIMO, zde je vše, co potřebujete o masivním MIMO vědět:

Co je Massive MIMO a jeho vztah k 5G?

Masivní MIMO (více vstupů, více výstupů), taky známé jako rozsáhlé anténní systémy, je páteří vývoje bezdrátové komunikace. Očekává se, že technologie MIMO bude nesmírně výhodná pro podporu většího počtu mobilních uživatelů, protože v dlouhodobém horizontu poskytuje vyšší rychlosti a spolehlivější síťové služby.

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

Zde vstupuje MIMO a umožňuje vám používat dva nebo více vysílačů a přijímačů současně k výměně dat přes stejný rádiový kanál. Tato technologie má již byly implementovány v některých pokročilých stanicích 4G sítě v podobě 4 x 4 MIMO a v současné době jej zkoumá několik operátorů také v Indii.

Základem pro nadcházející 5G sítě však bude rozšíření zmíněné koncepce tak, aby pojala téměř 100 antén v jednom poli na základnové stanici (mobilní věž). Zvýšení celkového počtu antén zvyšuje na jednom místě více vysílačů / přijímačů, což vede ke zvýšení možných signálních cest a lepšímu výkonu, pokud jde o rychlost dat a spolehlivost spojení. Masivní MIMO může vyvolat až čtyřnásobné zlepšení rychlostí a několikanásobné větší rozšíření kapacity sítě.

Shromažďování anténních systémů v masivní síti MIMO netvoří přesné paprsky podobné balónu, které jsou vidět ve většině předchozích a současných síťových systémů. Místo toho ortogonální povaha signálů vyzařovaných sběrem antén tvoří jednotlivé paprsky, které okamžitě zajišťují jednu nebo více mobilních stanic (uživatelů). Protože Massive MIMO využívá řadu složitých technologií, nejjednodušší způsob, jak vysvětlit fungování jeho anténního systému, je diagram připojený pod.

To znamená, že umožňuje operátorům obsluhovat větší sadu mobilních zařízení v oblasti nasazením technologie Massive MIMO. A totéž je dále škálovatelné, protože operátoři mohou do aktuálního nastavení přidat ještě více antén, aby zvýšili možné signální cesty a zlepšili účinnost bez omezení stávajícího spektra.

Výhody masivního MIMO oproti současným 4G sítím

Jelikož se v systému Massive MIMO (5G) používá větší počet vstupních a výstupních antén, pomůže telekomunikačním operátorům do značné míry zlepšit pokrytí a rychlost dat. To bude možné díky vysoké spektrální a energetické účinnosti, která se zvyšuje díky velkému multiplexování, a také kombinovanému zisku anténního pole. Zde jsou hlavní výhody anténních systémů Massive MIMO (M-MIMO) oproti současným systémům 4G:

1. Vylepšené pokrytí a vyšší rychlosti

Díky použití technologie Massive MIMO, případně v kombinaci s vysokofrekvenčním spektrem, budou telekomunikační společnosti v budoucnu schopny uspokojit potřeby většího počtu zařízení. Nejen to síla signálu uvnitř by byla extrémně silná a mimo grafy.

Schopnosti Massive MIMO tvořit paprsek umožní telekomunikačním operátorům rychle rozšířit vysokorychlostní pokrytí do venkovských oblastí také. Přímá viditelnost dobře funguje s vyššími frekvencemi, takže poskytuje ještě vyšší rychlosti.

Primárním cílem upgradu je také zvýšit rychlost dat a odborníci očekávají minimální rychlosti 1 Gb / s, dosahující až 10 Gb / s. To již bylo prokázáno v některých experimentech s ukázkami Gigabit LTE ukázanými čínským síťovým gigantem ZTE na CES počátkem tohoto roku.

2. Nízké náklady na infrastrukturu a komponenty

Jelikož většina globálních telekomunikačních gigantů neustále zdokonaluje svoji infrastrukturu, aby nyní podporovala vysokorychlostní sítě 4G (s rychlostmi staršími než 5G), byla by úplná aktualizace na 5G hladkou jízdou. Stávající 4G systémy již využívají techniky MIMO, které je třeba škálovat, až dojde k uskutečnění věrohodné technologie 5G.

Nové masivní MIMO anténní systémy budou mít nejen velké množství antén, ale budou také škálovatelné. Bude to pro telekomunikační obry je snazší přidat do tohoto systému nové antény přidat stávající rychlosti a uživatelskou základnu. Velký počet antén také povede k vytvoření robustní sítě, která nebude ovlivněna individuálním selháním jejich anténního systému.

3. Podpora časově omezených připojení

I když masivní 5G sítě s podporou MIMO poskytují vylepšené pokrytí a rychlost dat, snižuje čas potřebný k přenosu signálů mezi vysílačem a přijímačem. Toto se označuje jako latence a nadcházející 5G sítě to pomohou snížit, aby se dále usnadnilo používání těchto sítí pro VR / AR, řízení s vlastním pohonem a další služby řízené AI nebo ML.

Výzvy v masivním nasazení antény MIMO

Zatímco vědci v posledních letech experimentovali s testy masivních MIMO antén, systémy, které se dostaly na trh, mají stále méně antén, než si telekomunikační společnosti přejí po příchodu sítí 5G. Důvodem je omezení, se kterými jsme se při implementaci technologie setkali. Tady jsou výzvy, jimž čelí jejich široké nasazení:

1. Složitost zpracování signálu

To je jeden z nejvýznamnějších problémů, se kterými se setkáváme při zřizování základnových stanic Massive MIMO. The zvýšený počet antén a frekvence v jednotném umístění vede ke zvýšeným šancím na rušení. Tento problém však může být vyřešen přijetím širšího spektra a technologie přesnosti s nulovou chybou, která sníží interference mezi místy. I když velký počet antén plošně přispěje ke složitosti, činí síť ještě odolnější vůči poruchám. 

2. Omezená dostupnost spektra

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

Nyní základní problém spočívá ve skutečnosti, že spektrum 3GHz převládající v současné době je již přeplněné kvůli přetížení nových datových připojení. A to se dokazuje náročné využívat milimetrové vlny vyšších frekvencí (3 GHz - 300 GHz) k budování masivních základnových stanic MIMO protože vlny nepronikají pevnými materiály a nejsou absorbovány stromy nebo dešťovými mraky.

Technologičtí giganti a telekomunikační operátoři však ruku v ruce pracují na zvýšení zisku signálu tím, že více antén (MIMO) koncentrují rádiové signály v úzkém směrovém paprsku, aniž by zvýšili svůj vysílací výkon. Společnosti Samsung R&D a Huawei zažily v experimentech úspěch, ale tyto úzké paprsky jsou extrémně citlivé na změny zarovnání.

Probíhající výzkum a nasazování masivních sítí MIMO

Výše uvedený síťový systém není prototypem, ale již byl implementován v menším měřítku ve stávajícím 4G scénáři. Společnost Huawei již několik let spolupracuje s místními telekomunikačními operátory, jako jsou China Mobile a japonská SoftBank, na komerčních experimentech s jejich masivními nastaveními MIMO..

Po důkladném experimentování, SoftBank byl nyní jmenován samotným telekomunikačním operátorem, který debutoval komerční masivní síť MIMO na konci roku 2016. Ostatní operátoři, jako jsou China Mobile, Vodafone a T-Mobile, také začali tuto technologii zavádět omezené skupině svých uživatelů v příslušných zemích.

Pokud největší otázkou naštvanou na vaši mysl je, budou naše současné smartphony kompatibilní s těmito masivními sítěmi MIMO? Poté přímá odpověď je většinou ano. Velké množství stávajících zařízení může využívat výhod sítí 4G MIMO, které poskytují gigabitové rychlosti bez jakéhokoli škytání.

První nasazení s podporou 5G v Indii

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

Přední telekomunikační gigant v zemi, Airtel, se dostal na titulní stránky, když oznámil, že se tohoto cíle dosáhl. Zavedení Byla zahájena první indická technologie M-MIMO (Massive Multiple-Input Multiple-Output technology) s Bengaluru a Kalkatou. Očekává se však, že se soud v nadcházejících měsících rozšíří do dalších částí země.

Airtel nasadil novou technologii 5G jako součást svého probíhajícího programu transformace sítě s názvem Projekt Leap. Očekává, že technologie Massive MIMO sedmkrát zlepší stávající kapacitu sítě při použití stejného spektra, které již vlastní. Věří, že totéž bude dokonce poskytovat dvojnásobně vyšší rychlosti při jejich stávajícím nasazení 4G.

Čínský síťový gigant ZTE navíc oznámil, že se účastní experimentů Massive MIMO před 5G ve spolupráci s široce známými operátory, jako jsou Vodafone a Reliance Jio. Zatímco Huawei je tváří v pozadí nasazení Airtel v zemi, jak uvádí oficiální prohlášení.

Z pohledu současného stavu telekomunikačního průmyslu v Indii se jedná o pokus částí tohoto telekomunikačního giganta udržet si pevnost v zemi. Nedávno je probudil překvapivý úder jejich nejdivočejšího nového konkurenta, tj. Reliance Jio, kterému se nyní během roku podařilo rozjet jejich 4G LTE síť.

Očekávané rozšíření

Většina zpráv vydaných síťovými giganty, jako je Ericsson nebo Nokia, v současné době naznačuje síťovou technologii 5G bude svědkem průlomu a dosáhne masy do 20. let 20. století. Nejedná se o rigidní časovou osu, ale je v souladu s provozním vzorem odvětví, které vidí deklarovanou upgradovanou technologii během deseti let.

Síťová technologie 3G byla poprvé představena v říjnu 2001, zatímco 4G LTE se rozšířila po deseti letech kolem roku 2011. Je tedy možné spekulovat, že pokračující úsilí Massive MIMO bude uskutečněno do konce tohoto desetiletí. V příštích několika letech lze vidět implementaci této technologie před 5G, a to jak na straně spotřebitele, tak na straně operátora. Dav v Zimní olympijské hry v roce 2018 by mohly být vůbec prvními svědky zmíněné inovace, následované světovým pohárem FIFA 2018. Dokonce i výrobce čipů Qualcomm uvedl, že plánuje zavést zařízení kompatibilní s 5G (Gigabit) podél podobné časové osy.

Možná jsme byli svědky prodlouženého zavádění služeb 4G LTE v Indii, což je stále ještě v procesu. Telekomunikační velmocové země však již nechtějí zaostávat v závodech o přijetí nejnovějších technologií kvůli hrozící konkurenci a konsolidaci v samotné zemi..

VIZ TÉŽ: Co je Bluetooth Mesh Networking a jak to funguje

Massive MIMO: A Technological Race for 5G Adoption

Pohled z masivního vývoje MIMO z ptačí perspektivy také ukazuje, že Indie dále staví na svém transformačním obrazu technologické elektrárny. Vláda nyní podniká kroky nezbytné k nastartování vývoje buněčné technologie.

Vláda již zřídila fórum na vysoké úrovni, aby vyhodnotila současný scénář a schválila akční plány pro včasné zavedení služeb 5G. Přidělil masivní korpus ₹ 500 pro účely výzkumu a vývoje 5G, což nás staví na globální mapu, spolu se zeměmi, které vedou k přijetí takového technologického pokroku. V tuto chvíli není definována žádná skutečná „5G“ síť a v příštích letech ji budeme muset hledat stejně.