5G бааз станцын RF антенны шинэчлэл: Асар том MIMO технологи нь харилцаа холбооны сүлжээний хамрах хүрээг хэрхэн өөрчилж байна вэ?

Хөдөлгөөнт холбооны технологийн хувьслын түүхэнд технологийн давталт бүр нь сүлжээний гүйцэтгэлд мэдэгдэхүйц сайжруулалтыг дагалдаж, 5G технологи гарч ирснээр хорлон сүйтгэх өөрчлөлтүүдийг авчирсан. 5G сүлжээ нь өгөгдлийн хэт өндөр хурд, хэт бага хоцролт, төхөөрөмжийн асар их холболт зэрэг олон төрлийн хэрэгцээг хангах зорилготой. Эдгээр зорилгод хүрэх нь хэд хэдэн үндсэн технологид тулгуурладаг бөгөөд тэдгээрийн дотроос Massive MIMO (Massive Multiple-Input Multiple-Output) технологи нь 5G үндсэн станцын радио давтамжийн антеннуудыг шинэчлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэж, харилцаа холбооны сүлжээний хамрах хүрээг урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй байдлаар өөрчлөн шинэчилдэг.

Уламжлалт холбооны сүлжээнд үндсэн станцын антеннууд нь ихэвчлэн нэг оролттой нэг гаралт (SISO) эсвэл олон оролттой олон гаралт (MIMO) технологийг ашигладаг. SISO системүүд нь өгөгдөл дамжуулах хязгаарлагдмал хүчин чадалтай, зөвхөн нэг дамжуулагч, нэг хүлээн авагч антен ашигладаг тул өсөн нэмэгдэж буй харилцаа холбооны хэрэгцээг хангахад хэцүү болгодог. 2G сүлжээг жишээ болгон авч үзье. SISO технологийн дагуу сүлжээний өгөгдөл дамжуулах хурд нь зөвхөн хэдэн арван кбит/т хүрэх боломжтой бөгөөд энэ нь өндөр нягтралтай зураг, видео зэрэг том багтаамжтай өгөгдлийг хурдан дамжуулахыг дэмжих боломжгүй юм. Харин MIMO технологи нь үндсэн станц болон терминалын аль алинд нь олон антеннуудыг тоноглож, орон зайн олон талт, олон талт технологийг ашигласнаар спектрийн нөөцийг нэмэгдүүлэхгүйгээр системийн хүчин чадал, найдвартай байдлыг эрс сайжруулдаг. Жишээлбэл, 4G сүлжээнд нийтлэг 2×2 MIMO эсвэл 4×4 MIMO технологиуд нь сүлжээний өгөгдөл дамжуулах хурдыг зуун мегабитийн түвшинд хүргэж, хэрэглэгчдийн онлайн туршлагыг ихээхэн сайжруулсан. Гэсэн хэдий ч гар утасны интернет хурдацтай хөгжихийн хэрээр хэрэглэгчдийн дата траффикийн эрэлт хэрэгцээ асар хурдацтай өсч, уламжлалт MIMO технологийн гүйцэтгэл нь 5G сүлжээний хатуу шаардлагыг хангаж чадахгүйд хүрэхэд аажмаар дөхөж байна. Томоохон хэмжээний арга хэмжээ зохион байгуулагдах газар эсвэл хот суурин газрын нягтаршил зэрэг тохиолдолд 4G сүлжээ нь ихэвчлэн түгжрэл, хурдны бууралтаас болж зовж шаналж байгаа нь олон тооны хэрэглэгчдийг өндөр нарийвчлалтай видео тоглуулах, онлайн тоглоом зэрэг өндөр зурвасын өргөн шаардлагын дагуу нэгэн зэрэг ашиглахад хүндрэл учруулдаг.

MIMO технологийн цаашдын хувьслын хувьд Massive MIMO технологи нь үндсэн станцын антеннуудын тоог мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлж, уламжлалт MIMO-ийн цөөн хэдэн арван антенаас хэдэн зуу, бүр мянга мянган антен хүртэл өргөжсөн. Энэхүү антенны тоо мэдэгдэхүйц нэмэгдэж байгаа нь техникийн олон давуу талыг бий болгож, улмаар холбооны сүлжээний хамрах хүрээг өөрчилдөг. Зарчмын хувьд Massive MIMO нь сувгуудын орон зайн бие даасан байдлыг ашигладаг. Суурь станцад олон тооны антеннуудыг суурилуулснаар олон хэрэглэгчтэй зэрэг холбогдож, орон зайн хэмжээсийг олон талт болгох боломжтой. Уламжлалт холбооны системд антенны тоо хязгаарлагдмал байдаг тул мэдээллийг зөвхөн цөөн хэдэн хэрэглэгчдэд нэгэн зэрэг дамжуулах боломжтой. Гэсэн хэдий ч Massive MIMO системүүд нь антенны тоог нэмэгдүүлснээр ижил давтамжийн нөөц дээр илүү олон хэрэглэгчийг дэмжиж, системийн хүчин чадал, спектрийн үр ашгийг эрс сайжруулдаг. Онолын судалгаагаар үндсэн станцын антенны тоо хязгааргүй байх үед Массив MIMO системийн спектрийн үр ашиг, эрчим хүчний үр ашиг эрс сайжирна.

Сүлжээний хамрах хүрээний хувьд Massive MIMO технологи нь цацраг үүсгэх технологиор дамжуулж дохионы хамрах хүрээ болон чанарыг эрс сайжруулсан. Цацраг үүсгэх гэдэг нь үндсэн станцын антенаар дамжуулж буй дохиог сувгийн төлөвийн мэдээллийн дагуу жинлэхийг хэлдэг бөгөөд ингэснээр дохионы энерги нь тодорхой чиглэлд төвлөрч цацраг үүсгэдэг. Массив MIMO системүүдэд олон тооны антеннуудын улмаас илүү нарийвчлалтай цацрагийн хяналтыг бий болгож, дохионы энергийг зорилтот хэрэглэгчдэд үнэн зөв чиглүүлж, бусад чиглэлд дохионы алдагдлыг бууруулж, дохионы хамрах хүрээ, хүчийг сайжруулдаг. Ялангуяа барилга байгууламж нь дохиог хааж, дохио тусгаж, дохио бүдгэрч, хөндлөнгөөс оролцдог хот суурин газрын нарийн төвөгтэй орчинд Massive MIMO-ийн цацраг үүсгэх технологи нь эдгээр асуудлыг үр дүнтэй даван туулж, хэрэглэгчид янз бүрийн хувилбарт тогтвортой, өндөр хурдны холбооны үйлчилгээг авах боломжийг олгодог.

Нэмж дурдахад Massive MIMO технологи нь олон талт технологиор дамжуулан харилцаа холбооны системийн найдвартай байдлыг сайжруулж чадна. Диверситет технологи нь дохио дамжуулахад сувгийн бүдгэрэлтийн нөлөөллийг багасгахын тулд олон бие даасан сувгаар ижил мэдээллийг дамжуулахыг хэлнэ. Массив MIMO системүүдэд олон тооны антеннуудаас шалтгаалан дохио дамжуулах найдвартай байдлыг сайжруулахын тулд орон зайн олон янз байдал, цаг хугацааны олон янз байдал, давтамжийн олон янз байдал зэрэг олон янзын аргуудыг ашиглаж болно. Тодорхой суваг бүдгэрч, хөндлөнгийн нөлөөлөлд өртсөн тохиолдолд бусад сувгууд дохиог хэвийн дамжуулж чаддаг тул харилцааны тасралтгүй, тогтвортой байдлыг хангадаг. Энэхүү өндөр найдвартай байдал нь бие даасан жолоодлого, телемедицин зэрэг харилцаа холбооны чанарт өндөр шаардлага тавьдаг 5G хэрэглээнд онцгой ач холбогдолтой юм. Автономит жолоодлогын хувилбарт тээврийн хэрэгсэл нь сүлжээний найдвартай байдал, хоцролт бага зэрэг маш өндөр шаардлага бүхий их хэмжээний өгөгдөл бүхий үүлэн болон хүрээлэн буй тээврийн хэрэгсэлтэй бодит цаг хугацаанд харьцах шаардлагатай болдог. Их хэмжээний MIMO технологи нь олон янзын технологиор дамжуулан дохио дамжуулах явцад битийн алдааны хурдыг үр дүнтэй бууруулж, тээврийн хэрэгслийн удирдлагын командыг үнэн зөв, цаг тухайд нь дамжуулж, жолоодлогын аюулгүй байдлыг хангаж чадна. Алсын анагаах ухаанд эмч нар өндөр нарийвчлалтай видео бичлэгээр дамжуулан өвчтөнд зайн оношлогоо, мэс заслын хагалгаа хийх үед Massive MIMO технологиор хангагдсан тогтвортой, найдвартай сүлжээ нь видео дүрсийг жигд дамжуулж, оношилгооны алдаа, сүлжээний асуудлаас үүдэлтэй мэс заслын эрсдэлээс зайлсхийх боломжийг олгодог.

Бодит ашиглалтын үүднээс авч үзвэл 5G үндсэн станцын радио давтамжийн антенныг шинэчлэхэд Massive MIMO технологийг ашиглах нь олон бэрхшээлтэй тулгардаг. Нэгдүгээрт, олон тооны антен ашиглах нь үндсэн станцын техник хангамжийн зардал, эрчим хүчний хэрэглээг нэмэгдүүлэх болно. Антен бүрийг цахилгаан өсгөгч, дуу чимээ багатай өсгөгч, шүүлтүүр гэх мэт холбогдох радио давтамжийн урд талын тоног төхөөрөмжөөр тоноглох шаардлагатай. Антенны тоо нэмэгдэхийн хэрээр эдгээр төхөөрөмжүүдийн тоо мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, суурь станцын тоног төхөөрөмжийн өртөг мэдэгдэхүйц нэмэгдэх болно. Үүний зэрэгцээ олон тооны антеныг ажиллуулах нь илүү их цахилгаан эрчим хүч зарцуулж, операторуудын үйл ажиллагааны зардлыг нэмэгдүүлнэ. Хоёрдугаарт, олон тооны антеннуудаас шалтгаалан сувгийн орчин илүү төвөгтэй тул сувгийн төлөвийн мэдээллийг үнэн зөв тооцоолоход илүү төвөгтэй байдаг бөгөөд энэ нь илүү дэвшилтэт алгоритм, технологи шаарддаг. Нэмж дурдахад олон тооны антенаар дамжуулж, хүлээн авсан дохиог боловсруулахад хүчирхэг тооцоолох хүч шаардагддаг бөгөөд энэ нь үндсэн станцын дохио боловсруулах нэгжид илүү өндөр шаардлага тавьдаг.

Эдгээр бэрхшээлийг шийдвэрлэхийн тулд судлаачид, харилцаа холбооны аж ахуйн нэгжүүд технологийн судалгаа, хөгжүүлэлт, тоног төхөөрөмжийг оновчтой болгох чиглэлээр ихээхэн хүчин чармайлт гаргасан. Техник хангамжийн хувьд шинэ материал, интеграцийн технологийг нэвтрүүлснээр антенн болон радио давтамжийн урд талын төхөөрөмжийн өртөг, эрчим хүчний хэрэглээ тасралтгүй буурч байна. Жишээлбэл, 5G сүлжээний өндөр хурдны өгөгдөл дамжуулах хэрэгцээг хангах спектрийн нөөц ихтэй, миллиметр долгионы давтамжийн зурвасыг харилцаа холбооны зориулалтаар ашиглах. Үүний зэрэгцээ миллиметр долгионы антенууд нь жижиг хэмжээтэй байдаг бөгөөд энэ нь үндсэн станц дээр олон тооны антеннуудыг нэгтгэхэд тохиромжтой. Одоогийн байдлаар зарим үйлдвэрлэгчид миллиметрийн долгион дээр суурилсан Massive MIMO антенны массивыг бүтээсэн бөгөөд энэ нь өндөр нэгдсэн дизайнаар төхөөрөмжийн хэмжээ, зардлыг үр дүнтэй бууруулдаг. Дохионы боловсруулалтын хувьд сувгийн тооцоолол, дохиог илрүүлэх алгоритмуудыг тасралтгүй судалж, алгоритмын нарийвчлал, үр ашгийг дээшлүүлэхийн тулд сайжруулдаг. Жишээлбэл, сувгийн төлөвийн мэдээллийг урьдчилан таамаглах, тооцоолоход гүнзгий суралцах зэрэг хиймэл оюун ухааны технологийг ашиглах, сувгийн тооцооллын нарийвчлал, хурдыг сайжруулах.

Технологийн тасралтгүй хөгжил, төлөвшлийн дагуу 5G сүлжээнд Massive MIMO технологийг ашиглах нь илүү өргөн цар хүрээтэй, гүнзгийрэх болно. Цаашид Массив MIMO технологийг зөвхөн макро суурь станцуудад ашиглаад зогсохгүй микро суурь станц, пико суурь станц зэрэг жижиг суурь станцуудад сурталчилж, сүлжээний хамрах хүрээ, хүчин чадлыг улам сайжруулах болно. Үүний зэрэгцээ Массив MIMO технологийг миллиметр долгионы холболт, сүлжээний зүсэлт зэрэг бусад 5G гол технологитой хослуулан хэрэглэгчдэд илүү сайн, олон төрлийн харилцаа холбооны үйлчилгээг үзүүлэх болно. 6G технологийн судалгаанд Massive MIMO технологи нь чухал үүрэг гүйцэтгэсээр байж, илүү өндөр гүйцэтгэлийн зорилгод хүрч, ирээдүйн харилцаа холбооны сүлжээг хөгжүүлэх бат бөх суурийг тавих болно.