Vad är Massive MIMO och hur det banar väg för 5G-antagande?

Ett oöverstigligt antal enheter, vare sig det är din smartphone, VR-headsetet eller säkerhetskamerorna utanför ditt hus, ansluter till telekomnät samtidigt. Detta bidrar till en snabb ökning av datatrafik över tid, med förbättringar av bandbredd blir timens behov. Vad vi alla behöver är höga datahastigheter, eller hur? Som den kinesiska telekomjätten Huawei förutspår kommer år 2021 att sju gånger öka den globala mobildatatrafiken jämfört med 2016. Det har vidare lagt till att datakravet för en enskild person kommer att nå i genomsnitt 15 GB per månad de närmaste fem åren. Vi bevittnar fortfarande tillkomsten av 4G LTE-nätverk i länder som Indien, men teleoperatörer över hela världen har börjat experimentera med ännu mer komplexa och robusta tekniker för att maximera signalstyrka, användarkapacitet och datahastigheter. De använder en smart antenneteknik som heter Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output) som kommer att ligga till grund för vår femte generationens (5G) cellulära teknik. Det är fortfarande i början av utvecklingsstadier men förväntas snart bli framträdande. Så om du har undrat vad som är massivt MIMO, här är allt du behöver veta om massiv MIMO:

Vad är Massive MIMO och dess relation till 5G?

Massiv MIMO (flera ingångar, flera utgångar), också känd som storskaliga antennsystem, är ryggraden för utvecklingen av trådlös kommunikation. MIMO-tekniken förväntas vara oerhört fördelaktig för att stödja fler mobilanvändare, ge snabbare hastigheter och mer tillförlitliga nättjänster på lång sikt.

För närvarande möjliggör de flesta 4G LTE-nätverksinfrastrukturer bara placering av åtta antenner (sändare + mottagare) vid basstationen, vilket inte visar sig vara tillräckligt för att tillgodose de växande behoven hos mobilanvändare. Detta ger en begränsad bandbredd, vilket påverkar datahastigheten och antalet användare som kan ansluta till denna station.

Det är här MIMO går in och låter dig använda två eller flera sändare och mottagare samtidigt för att utbyta data över samma radiokanal. Tekniken har har redan implementerats i vissa avancerade 4G-nätverksstationer i form av 4 x 4 MIMO och utforskar för närvarande också av några operatörer i Indien.

Men att utöka nämnda koncept för att rymma nära 100 antenner i en enda grupp vid basstationen (mobiltornet) är det som kommer att ligga till grund för kommande 5G-nätverk. Ökningen av det totala antalet antenner lägger till fler sändare / mottagare på en plats, vilket leder till en ökning av möjliga signalvägar och bättre prestanda när det gäller både datahastigheter och länkens tillförlitlighet. Massiv MIMO kan inducera upp till fyra gånger snabbare förbättring och flera gånger mer expansion av nätverkskapacitet.

Samlingen av antennsystem i ett massivt MIMO-nätverk bildar inte exakta ballongliknande strålar som ses i de flesta tidigare och nuvarande nätverkssystem. Istället bildar den ortogonala karaktären hos signalerna som sänds ut av insamlingen av antenner enskilda strålar och tillgodoser en eller flera mobilstationer (användarna) i ett ögonblick. Eftersom Massive MIMO använder sig av många komplexa tekniker är det enklaste sättet att förklara hur antennsystemet fungerar genom diagrammet som bifogas nedan..

Detta innebär att det gör att operatörerna kan betjäna en större uppsättning mobila enheter i ett område genom att använda Massive MIMO-tekniken. Och detsamma är ytterligare skalbart eftersom operatörer kan lägga till ännu fler antenner i den aktuella installationen för att öka möjliga signalvägar och förbättra effektiviteten utan att hämma det befintliga spektrumet.

Fördelar med massiv MIMO jämfört med nuvarande 4G-nätverk

Eftersom ett större antal ingångs- och utgångsantenner används i Massive MIMO (5G) -systemet, kommer det att hjälpa teleoperatörer till stor del att förbättra täckningen och datahastigheterna. Detta kommer att möjliggöras på grund av hög spektral- och energieffektivitet, vilket ökar på grund av en stor multiplexing, samt kombinerad antennmatrisförstärkning. Här är de främsta fördelarna med massiva MIMO (M-MIMO) antennsystem jämfört med nuvarande 4G-system:

1. Förbättrad täckning och högre hastigheter

Tack vare användningen av Massive MIMO-teknik, möjligen i kombination med högre frekvensspektrum, kommer telekomföretagen att kunna tillgodose behoven hos ett större antal enheter i framtiden. Inte bara detta, den signalstyrkan inomhus skulle vara extremt stark och utanför diagrammen.

Strålformningsfunktionerna hos Massiva MIMO-system gör det möjligt för teleoperatörer att snabbt sprida höghastighetstäckning till landsbygdsområden också. En siktlinje fungerar bra med högre frekvenser, vilket ger ännu högre hastigheter.

Det främsta syftet med en uppgradering är också att öka datahastigheten och experter förväntar sig minsta hastigheter på 1 Gbps och upp till 10 Gbps. Detta har redan bevisats i vissa experiment med Gigabit LTE-demos som visats av den kinesiska nätverksjätten ZTE på CES tidigare i år.

2. Låga kostnader för infrastruktur och komponenter

Eftersom de flesta globala telekomjättar kontinuerligt uppgraderar sin infrastruktur för att nu stödja höghastighets 4G-nätverk (med pre-5G-hastigheter), skulle den fullständiga uppgraderingen till 5G vara en smidig resa. De befintliga 4G-systemen använder redan MIMO-tekniker som ska skalas när en trovärdig 5G-teknik kommer att realiseras.

De nya Massive MIMO-antennsystemen kommer inte bara att ha ett stort antal antenner utan det kommer också att vara skalbart. Det kommer att vara lättare för telekomjättar att lägga till nya antenner till detta system för att lägga till befintliga hastigheter och användarbas. Dessutom kommer det stora antalet antenner att resultera i bildandet av ett robust nätverk som inte påverkas av ett enskilt fel i deras antennsystem.

3. Stöd för tidsbegränsade anslutningar

Medan massiva MIMO-aktiverade 5G-nätverk ger förbättrad täckning och datahastighet, minskar det den tid det tar för signalerna att resa mellan sändaren och mottagaren. Detta kallas latens och kommande 5G-nätverk hjälper till att minska detsamma för att ytterligare underlätta användningen av dessa nätverk för VR / AR, självkörning och andra AI- eller ML-kontrollerade tjänster.

Utmaningar i massiv MIMO-antennedistribution

Medan forskare har experimenterat med massiva MIMO-antenntester de senaste åren, har de system som har gjort det till marknaden fortfarande mindre antenner än telekomföretagen önskar för tillkomsten av 5G-nätverk. Detta beror på de begränsningar vi har stött på vid implementeringen av tekniken. Här är de utmaningar som står inför i deras omfattande distribution:

1. Signalbehandlingskomplexitet

Detta är en av de mest framträdande svårigheterna med att installera Massive MIMO-basstationer. De ökat antal antenner och frekvenserna på en enstaka plats leder till ökade risker för störningar. Denna fråga kan dock lösas genom antagandet av ett bredare spektrum och precisionsteknologi med nollfel som kommer att sänka kanalstörningar mellan webbplatser. Medan det stora antalet antenner kommer att öka komplexiteten över hela linjen, gör det nätverket ännu mer motståndskraftigt mot fel. 

2. Begränsad spektrumtillgänglighet

Som du kanske redan har hört kontrolleras distributionen av ett frekvensspektrum av styrande organ och teleoperatörer måste lägga bud för att säkra en del av det specifika spektrumet.

Nu ligger det grundläggande problemet i det faktum att 3GHz-spektrum som förekommer i nuvarande tider redan är rörigt på grund av överbelastningen av nya dataanslutningar. Och det visar sig utmanande att använda millimetervågor med högre frekvens (3 GHz - 300 GHz) för att bygga massiva MIMO-basstationer eftersom vågorna inte tränger igenom fasta material och absorberas av träd eller regnmoln.

Men teknikjättar och teleoperatörer arbetar hand i hand för att öka signalförstärkningen genom att låta MIMO-antenner koncentrera radiosignaler i en smal riktningsstråle utan att öka deras överföringseffekt. Samsung FoU och Huawei har smakat framgång i experimenten, men dessa smala balkar är extremt känsliga för justeringsförändringar.

Pågående forskning och distribution av massiva MIMO-nätverk

Det ovannämnda nätverkssystemet är inte en prototyp men har redan implementerats i mindre skala i det befintliga 4G-scenariot. Huawei har arbetat med lokala teleoperatörer som China Mobile och Japans SoftBank i över ett par år för att experimentera sina massiva MIMO-inställningar kommersiellt.

Efter rigorösa experiment, SoftBank har nu utsetts till den mycket teleoperatör som debuterar kommersiellt massivt MIMO-nätverk mot slutet av 2016. Andra operatörer som China Mobile, Vodafone och T-Mobile har också börjat rulla ut denna teknik för en begränsad uppsättning av sina användare i sina respektive länder.

Om den största frågan som tappar bakom dig är: Kommer våra nuvarande smartphones att vara kompatibla med dessa massiva MIMO-nätverk? Sedan enkelt svar är mestadels ja. Ett stort antal befintliga enheter kan dra nytta av 4G MIMO-nätverk, vilket ger Gigabit-hastigheter utan några hicka.

Första 5G-kapabla distributioner någonsin i Indien

Medan många globala telekomspelare, i kombination med hårdvarujättar, redan har experimenterat med Massive MIMO i sina nätverk, har Indien nyligen nyligen gått med i 5G futuristiska enhet med utplaceringen av sitt första sådana nätverk.

Landets ledande telekomjätt, Airtel, gjorde rubriker när det meddelade att det har blivit den som uppnår denna bedrift. Utbyggnaden av Indiens första M-MIMO (Massive Multiple-Input Multiple-Output-teknik har startats med Bengaluru och Kolkata. Rättegången förväntas dock utvidgas till andra delar av landet under de kommande månaderna.

Airtel har distribuerat den nya 5G-tekniken som en del av deras pågående nätverkstransformationsprogram Project Leap. Det förväntar sig att Massive MIMO-tekniken kommer att förbättra befintlig nätverkskapacitet sju gånger medan den använder samma spektrum som den redan äger. Det tror att detsamma till och med kommer att ge två gånger bättre hastigheter på deras befintliga 4G-distribution.

Dessutom har den kinesiska nätverksjätten ZTE meddelat att de deltar i massiva MIMO-experiment före 5G i samarbete med välkända operatörer som Vodafone och Reliance Jio. Medan Huawei är ansiktet bakom Airtels utplacering i landet, som sagt i ett officiellt uttalande.

Om man ser utifrån det nuvarande läget i telekomindustrin i Indien, är detta ett försök på dessa telekomjätters delar att upprätthålla ett fäste i landet. De har nyligen väckts med en överraskande skak av sin hårdaste nya konkurrent, dvs Reliance Jio, som nu har lyckats trampa dem med sin 4G LTE-nätverksutbyggnad inom ett år.

Förväntad utbredning

De flesta rapporter som släppts av nätverksjättar som Ericsson eller Nokia tyder för närvarande på 5G-nätverksteknik kommer att bevittna ett genombrott och nå massorna fram till 2020-talet. Detta är inte en styv tidslinje utan faller i linje med branschens driftsmönster, där en uppgraderad teknik debuteras inom ett decennium.

3G-nätverkstekniken debuterades första gången i oktober 2001, medan 4G LTE såg en omfattande användning efter ett decennium runt 2011. Det är således möjligt att spekulera i att de pågående massiva MIMO-ansträngningarna kommer att genomföras i slutet av detta decennium. Man kan se pre-5G-implementeringar av tekniken, både för konsumenten och för operatörens slut de närmaste åren. Publiken på Vinter-OS 2018 kan vara de allra första som bevittnar den nämnda innovationen, följt av FIFA World Cup 2018. Till och med chiptillverkaren Qualcomm har uppgett att den planerar att rulla ut 5G-kompatibla (Gigabit) enheter längs en liknande tidslinje.

Vi kan ha sett en långvarig lansering av 4G LTE-tjänster i Indien, något som fortfarande är under process. Men landets telekommunikationer vill inte längre dra sig bakom i loppet om att anta den senaste tekniken på grund av den hotande konkurrensen och konsolideringen inom landet självt.

SE OCH: Vad är Bluetooth Mesh Networking och hur det fungerar

Massiv MIMO: En teknologisk tävling för 5G-antagande

En fågelperspektiv på massiva MIMO-utvecklingar visar också att Indien bygger vidare på sin transformativa bild av att vara ett tekniskt kraftverk. Regeringen genomför nu de åtgärder som krävs för att starta utvecklingen av cellulär teknik.

Regeringen har redan inrättat ett forum på hög nivå för att utvärdera det aktuella scenariot och godkänna handlingsplaner för snabb lansering av 5G-tjänster. Den har tilldelat en massiv crore corpus på 500 kr för 5G-forsknings- och utvecklingsändamål, vilket sätter oss på den globala kartan, tillsammans med de länder som leder införandet av sådana tekniska framsteg. Det finns inget riktigt "5G" -nätverk definierat just nu och vi måste vara på utkik efter samma under de kommande åren.