В эволюционной истории технологий мобильной связи каждое поколение технологической итерации сопровождается значительным улучшением производительности сети, а появление технологий 5G даже привело к подрывным изменениям. Сети 5G направлены на удовлетворение различных потребностей, таких как сверхвысокие показатели передачи данных, ультра-низкая задержка и массивные подключения к устройствам. Достижение этих целей опирается на серию ключевых технологий, среди которых массовая технология MIMO (массивная с несколькими входными выходами) играет основную роль в обновлении радиочастотных антенн базовой станции 5G, беспрецедентно изменяя покрытие сети связи.
В традиционных сетях связи антенны базовой станции обычно используют технологии с одним выходом (SISO) или с несколькими входами (MIMO). SISO Systems использует только одну передавающую антенну и одну приемную антенну с ограниченной способностью передачи данных, что затрудняет удовлетворение растущих потребностей в связи. Возьмите раннюю сеть 2G в качестве примера. В рамках технологии SISO скорость передачи сетевых данных может достигать только десятков KBPS, что не может поддержать быструю передачу данных большой способности, таких как изображения высокой четкости и видео. Технология MIMO, с другой стороны, путем оснащения нескольких антенн как на базовой станции, так и на терминале, и используя технологии пространственного мультиплексирования и разнообразия, значительно повышает способность системы и надежность без увеличения ресурсов спектра. Например, в сетях 4G общие технологии MIMO 2 × 2 или 4 × 4 увеличили скорость передачи сетевых данных до уровня сотни мегабитов, значительно улучшив его онлайн-опыт пользователей. Однако с помощью быстрой разработки мобильного Интернета спрос пользователей на трафик данных вырос в геометрической прогрессии, и производительность традиционной технологии MIMO постепенно приближается к узкому месту, не в состоянии удовлетворить строгие требования 5G сетей. Статистические данные показывают, что в таких сценариях, как крупномасштабные места мероприятий или плотные городские районы, сети 4G часто страдают от заторов и снижения скорости, что затрудняет поддержку большого количества пользователей для одновременного участия в приложениях с высокой пропускной способностью, такими как воспроизведение видео с высокой четкой и онлайн-игры.
В качестве дальнейшей эволюции технологии MIMO массивная технология MIMO значительно увеличила количество антенн базовых станций, расширяясь с нескольких или десятков антенн в традиционных мимо мимо до сотен или даже тысяч антенн. Это значительное увеличение количества антенн приносит несколько технических преимуществ, тем самым изменив охват сетей связи. В принципе, массивный MIMO использует пространственную независимость каналов. Оснащая большое количество антенн на базовой станции, он может общаться с несколькими пользователями одновременно, достигая мультиплексирования пространственного измерения. В традиционных системах связи, из -за ограниченного количества антенн, данные могут передаваться только нескольким пользователям одновременно. Тем не менее, массовые системы MIMO, увеличивая количество антенн, могут поддерживать больше пользователей в одних и тех же частотных ресурсах, значительно повышая способность системы и эффективность спектра. Теоретические исследования показали, что когда количество антенн базовых станций имеет тенденцию быть бесконечными, эффективность спектра и энергоэффективность массивных систем MIMO будет значительно улучшена.
С точки зрения охвата сети, массивная технология MIMO значительно улучшила диапазон покрытий и качество сигналов с помощью технологии формирования луча. Формирование луча относится к взвешиванию сигналов, передаваемых антеннами базовой станции в соответствии с информацией о состоянии канала, так что энергия сигнала концентрируется в определенном направлении, чтобы сформировать луч. В массивных системах MIMO, из -за большого количества антенн, может быть достигнуто более точное управление пучком, что может точно направлять энергию сигнала для целевых пользователей, уменьшить потерю сигнала в других направлениях и, таким образом, улучшить диапазон покрытия и прочность сигналов. Особенно в сложных городских средах, где здания блокируют и отражают сигналы, что приводит к выцветанию сигнала и помехи, технология массивной формирования луча Mimo может эффективно преодолеть эти проблемы, гарантируя, что пользователи могут получить стабильные и высокоскоростные услуги связи в разных сценариях.
Кроме того, массовая технология MIMO может также повысить надежность систем связи с помощью технологии разнообразия. Технология разнообразия относится к передаче одной и той же информации через несколько независимых каналов, чтобы уменьшить влияние выцветания канала на передачу сигнала. В массивных системах MIMO, благодаря большому количеству антенн, различные методы разнообразия, такие как пространственное разнообразие, разнообразие времени и частотное разнообразие, могут использоваться для повышения надежности передачи сигнала. Когда на определенный канал влияет замирание или помехи, другие каналы могут нормально передавать сигналы, что обеспечивает непрерывность и стабильность связи. Эта высокая надежность особенно важна для приложений 5G с высокими требованиями к качеству связи, такими как автономное вождение и телемедицина. В сценарии автономного вождения транспортные средства должны взаимодействовать с облаком и окружающими транспортными средствами в режиме реального времени с большим количеством данных, что имеет чрезвычайно высокие требования к надежности сети и низкой задержки. Массовая технология MIMO может эффективно снизить частоту ошибок битов во время передачи сигнала с помощью технологии разнообразия, обеспечить точную и своевременную передачу команд управления транспортными средствами и гарантировать безопасность вождения. В телемедицине, когда врачи проводят дистанционную диагностику и хирургические операции у пациентов с помощью видео с высокой четкой, стабильная и надежная сеть, обеспечиваемая массивной технологией MIMO, может обеспечить плавную передачу видеоизображений, избегая ошибок диагностики или хирургических рисков, вызванных проблемами сети.
С точки зрения фактического развертывания, применение массивной технологии MIMO при обновлении радиочастотных антенн базовой станции 5G также сталкивается со многими проблемами. Во -первых, использование большого количества антенн увеличит стоимость оборудования и энергопотребление базовой станции. Каждая антенна должна быть оснащена соответствующим радиочастотным оборудованием, включая усилители мощности, усилители с низким шумом, фильтры и т. Д. С увеличением количества антенн, число этих устройств также значительно увеличится, что приведет к значительному росту стоимости оборудования базовой станции. В то же время работа большого количества антенн будет потреблять больше электрической энергии, увеличивая эксплуатационные расходы операторов. Во -вторых, из -за большого количества антенн среда канала является более сложной, что затрудняет точную оценку информации о состоянии канала, которая требует более продвинутых алгоритмов и технологий. Кроме того, обработка сигналов, передаваемых и полученных большим количеством антенн, требует сильной вычислительной мощности, которая выдвигает более высокие требования в единицу обработки сигналов базовой станции.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи и коммуникационные предприятия приложили большие усилия в области технологических исследований, а также оптимизации оборудования и оптимизации оборудования. С точки зрения аппаратного обеспечения, благодаря принятию новых материалов и технологий интеграции, стоимость и энергопотребление антенн и радиочастотное оборудование для фронтального оборудования непрерывно снижаются. Например, использование полосы частот миллиметровой волны для связи, которая имеет многочисленные ресурсы спектра и может удовлетворить потребности сетей 5G для высокоскоростной передачи данных. В то же время антенны миллиметровых волн имеют размеры малы, что удобно для интеграции большого количества антенн на базовой станции. В настоящее время некоторые производители разработали массивные антенные массивы MIMO на основе миллиметровых волн, что эффективно снижает объем и стоимость устройства с помощью высокотехногированной конструкции. С точки зрения обработки сигналов, алгоритмы оценки канала и обнаружения сигналов непрерывно изучаются и улучшаются для повышения точности и эффективности алгоритмов. Например, использование технологий искусственного интеллекта, таких как глубокое обучение для прогнозирования и оценки информации о состоянии канала, повышение точности и скорости оценки канала.
Благодаря непрерывной разработке и зрелости технологий применение массовой технологии MIMO в сети 5G станет более обширным и глубоким. В будущем массовая технология MIMO будет применяться не только к макро -базовым станциям, но и будет продвигаться на небольших базовых станциях, таких как микро -базовые станции и базовые станции PICO, еще больше оптимизируют охват сети. В то же время масштабная технология MIMO также будет сочетаться с другими ключевыми технологиями 5G, такими как коммуникация в миллиметровой волне и сетевой нарезку, чтобы предоставить пользователям лучшие и более диверсифицированные услуги связи. В исследовании технологии 6G массивная технология MIMO будет продолжать играть важную роль, стремясь к более высоким целям производительности и закладывая прочную основу для развития будущих сетей связи.
