I den evolutionære historie af mobilkommunikationsteknologier er hver generation af teknologisk iteration blevet ledsaget af betydelige forbedringer i netværkets ydeevne, og fremkomsten af 5G-teknologi har endda medført subversive ændringer. 5G-netværk sigter mod at opfylde forskellige behov såsom ultrahøje datahastigheder, ultralav latenstid og massive enhedsforbindelser. Opnåelsen af disse mål er afhængig af en række nøgleteknologier, hvoriblandt Massive MIMO (Massive Multiple-Input Multiple-Output) teknologi spiller en central rolle i opgraderingen af 5G basestations radiofrekvensantenner, og omformer kommunikationsnetværkets dækning på en hidtil uset måde.
I traditionelle kommunikationsnetværk anvender basestationsantenner normalt Single-Input Single-Output (SISO) eller Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) teknologier. SISO-systemer bruger kun en enkelt sendeantenne og en enkelt modtageantenne med begrænset datatransmissionskapacitet, hvilket gør det vanskeligt at opfylde de voksende kommunikationsbehov. Tag det tidlige 2G-netværk som eksempel. Under SISO-teknologi kan netværksdatatransmissionshastigheden kun nå op på snesevis af kbps, hvilket ikke er i stand til at understøtte hurtig transmission af data med stor kapacitet, såsom billeder og videoer i høj opløsning. MIMO-teknologi på den anden side, ved at udstyre flere antenner på både basestationen og terminalen og bruge spatial multipleksing og diversitetsteknologier, forbedrer systemets kapacitet og pålidelighed markant uden at øge spektrumressourcerne. For eksempel i 4G-netværk har almindelige 2×2 MIMO- eller 4×4 MIMO-teknologier øget netværksdatatransmissionshastigheden til hundrede megabit-niveauet, hvilket i høj grad forbedrer brugernes onlineoplevelse. Men med den hurtige udvikling af det mobile internet er brugernes efterspørgsel efter datatrafik vokset eksponentielt, og ydeevnen af traditionel MIMO-teknologi har gradvist nærmet sig flaskehalsen, ude af stand til at opfylde de strenge krav til 5G-netværk. Statistikker viser, at i scenarier som store begivenhedssteder eller tætte byområder lider 4G-netværk ofte af overbelastning og reduceret hastighed, hvilket gør det vanskeligt at støtte et stort antal brugere til samtidigt at engagere sig i applikationer med høje båndbreddekrav, såsom high-definition videoafspilning og onlinespil.
Som en yderligere udvikling af MIMO-teknologien har Massive MIMO-teknologien markant øget antallet af basestationsantenner og udvidet fra nogle få eller dusinvis af antenner i traditionel MIMO til hundredvis eller endda tusindvis af antenner. Denne betydelige stigning i antallet af antenner medfører flere tekniske fordele og omformer derved dækningen af kommunikationsnetværk. I princippet udnytter Massive MIMO kanalernes rumlige uafhængighed. Ved at udstyre et stort antal antenner på basestationen, kan den kommunikere med flere brugere samtidigt og opnå rumlig dimensionsmultipleksing. I traditionelle kommunikationssystemer kan data på grund af det begrænsede antal antenner kun transmitteres til få brugere på samme tid. Massive MIMO-systemer kan dog ved at øge antallet af antenner understøtte flere brugere på samme tidsfrekvensressourcer, hvilket i høj grad forbedrer systemkapaciteten og spektrumeffektiviteten. Teoretiske undersøgelser har vist, at når antallet af basestationsantenner har en tendens til at være uendeligt, vil spektrumeffektiviteten og energieffektiviteten af Massive MIMO-systemer blive væsentligt forbedret.
Med hensyn til netværksdækning har Massive MIMO-teknologien væsentligt forbedret dækningsområdet og kvaliteten af signaler gennem beamforming-teknologi. Beamforming refererer til vægtning af de signaler, der transmitteres af basestationsantenner i henhold til information om kanaltilstand, således at signalenergien koncentreres i en bestemt retning for at danne en stråle. I Massive MIMO-systemer kan der på grund af det store antal antenner opnås mere præcis strålestyring, som præcist kan dirigere signalenergi til målbrugere, reducere signaltab i andre retninger og dermed forbedre signalernes dækningsområde og styrke. Især i komplekse bymiljøer, hvor bygninger blokerer og reflekterer signaler, hvilket fører til signalfading o disse problemer og sikre, at brugerne kan opnå stabile og højhastighedskommunikationstjenester i forskellige scenarier.
Derudover kan Massive MIMO-teknologi også forbedre kommunikationssystemernes pålidelighed gennem diversitetsteknologi. Diversitetsteknologi refererer til at transmittere den samme information gennem flere uafhængige kanaler for at reducere virkningen af kanalfading på signaltransmission. I Massive MIMO-systemer kan der på grund af det store antal antenner forskellige diversitetsmetoder såsom rumlig diversitet, tidsdiversitet og frekvensdiversitet bruges til at forbedre pålideligheden af signaltransmission. Når en bestemt kanal er påvirket af fading eller interferens, kan andre kanaler stadig sende signaler normalt og dermed sikre kontinuiteten og stabiliteten i kommunikationen. Denne høje pålidelighed er især vigtig for 5G-applikationer med høje krav til kommunikationskvalitet, såsom autonom kørsel og telemedicin. I scenariet med autonom kørsel skal køretøjer interagere med skyen og omgivende køretøjer i realtid med en stor mængde data, som har ekstremt høje krav til netværkspålidelighed og lav latenstid. Massiv MIMO-teknologi kan effektivt reducere bitfejlfrekvensen under signaltransmission gennem diversitetsteknologi, sikre nøjagtig og rettidig transmission af køretøjskontrolkommandoer og garantere køresikkerhed. Inden for telemedicin, når læger udfører fjerndiagnosticering og kirurgiske operationer på patienter gennem high-definition videoer, kan det stabile og pålidelige netværk leveret af Massive MIMO-teknologi sikre en jævn transmission af videobilleder, undgå diagnostiske fejl eller kirurgiske risici forårsaget af netværksproblemer.
Ud fra den faktiske implementerings perspektiv står anvendelsen af Massive MIMO-teknologi i opgraderingen af 5G-basestations radiofrekvensantenner også over for mange udfordringer. For det første vil brugen af et stort antal antenner øge basestationens hardwareomkostninger og strømforbrug. Hver antenne skal være udstyret med tilsvarende radiofrekvens front-end udstyr, herunder effektforstærkere, støjsvage forstærkere, filtre osv. Med stigningen i antallet af antenner vil antallet af disse enheder også stige betydeligt, hvilket vil føre til en betydelig stigning i prisen på basestationsudstyr. Samtidig vil driften af et stort antal antenner forbruge mere elektrisk energi, hvilket øger operatørernes driftsomkostninger. For det andet, på grund af det store antal antenner, er kanalmiljøet mere komplekst, hvilket gør det vanskeligere at estimere kanaltilstandsinformation nøjagtigt, hvilket kræver mere avancerede algoritmer og teknologier. Derudover kræver behandling af de signaler, der transmitteres og modtages af et stort antal antenner, stærk computerkraft, hvilket stiller højere krav til basisstationens signalbehandlingsenhed.
For at løse disse udfordringer har forskere og kommunikationsvirksomheder gjort en stor indsats inden for teknologisk forskning og udvikling og udstyrsoptimering. Med hensyn til hardware bliver omkostningerne og strømforbruget for antenner og radiofrekvensfront-end-udstyr løbende reduceret gennem indførelse af nye materialer og integrationsteknologier. For eksempel at bruge millimeterbølgefrekvensbåndet til kommunikation, som har rigelige spektrumressourcer og kan opfylde behovene i 5G-netværk til højhastighedsdatatransmission. Samtidig er millimeterbølgeantenner små i størrelse, hvilket er praktisk til at integrere et stort antal antenner på basestationen. På nuværende tidspunkt har nogle producenter udviklet massive MIMO-antennesystemer baseret på millimeterbølger, som effektivt reducerer enhedens volumen og omkostninger gennem et stærkt integreret design. Med hensyn til signalbehandling bliver kanalestimering og signaldetektionsalgoritmer løbende studeret og forbedret for at forbedre nøjagtigheden og effektiviteten af algoritmerne. For eksempel ved at bruge kunstig intelligens-teknologier såsom deep learning til at forudsige og estimere information om kanaltilstand, hvilket forbedrer nøjagtigheden og hastigheden af kanalestimering.
Med den kontinuerlige udvikling og modenhed af teknologi vil anvendelsen af Massive MIMO-teknologi i 5G-netværk blive mere omfattende og dybdegående. I fremtiden vil Massive MIMO-teknologi ikke kun blive anvendt på makrobasestationer, men også fremmes i små basestationer såsom mikrobasestationer og pico-basestationer, hvilket yderligere optimerer netværksdækning og kapacitet. Samtidig vil Massive MIMO-teknologi også blive kombineret med andre 5G-nøgleteknologier, såsom millimeterbølgekommunikation og netværksslicing, for at give brugerne bedre og mere diversificerede kommunikationstjenester. I forskningen i 6G-teknologi vil Massive MIMO-teknologien fortsætte med at spille en vigtig rolle, bevæge sig mod højere ydeevnemål og lægge et solidt fundament for udviklingen af fremtidige kommunikationsnetværk.
Shenzhen Keesun Technology Co., Ltd blev grundlagt i august 2012, en højteknologisk virksomhed med speciale i forskellige typer antenne- og netværkskablerfremstilling.
