У еволуционој историји мобилних комуникационих технологија, свака генерација технолошке итерације била је праћена значајним побољшањима мрежних перформанси, а појава 5Г технологије је чак донела субверзивне промене. 5Г мреже имају за циљ да задовоље различите потребе као што су ултра-високе брзине преноса података, ултра-ниска латенција и масивне везе уређаја. Постизање ових циљева ослања се на низ кључних технологија, међу којима Массиве МИМО (Массиве Мултипле-Инпут Мултипле-Оутпут) технологија игра кључну улогу у надоградњи радио фреквенцијских антена базне станице 5Г, преобликујући покривеност комуникационе мреже на начин без преседана.
У традиционалним комуникационим мрежама, антене базних станица обично усвајају технологије са једним улазом и једним излазом (СИСО) или вишеструким улазом и више излаза (МИМО). СИСО системи користе само једну антену за одашиљање и једну антену за пријем, са ограниченим капацитетом преноса података, што отежава испуњавање растућих комуникационих потреба. Узмимо рану 2Г мрежу као пример. Под СИСО технологијом, брзина преноса података мреже може да достигне само десетине кбпс, што није у стању да подржи брзи пренос података великог капацитета као што су слике и видео записи високе дефиниције. МИМО технологија, са друге стране, опремањем више антена и на базној станици и на терминалу, и коришћењем технологија просторног мултиплексирања и диверзитета, значајно побољшава капацитет и поузданост система без повећања ресурса спектра. На пример, у 4Г мрежама, уобичајене 2×2 МИМО или 4×4 МИМО технологије су повећале брзину преноса података на мрежи на ниво од сто мегабита, што је значајно побољшало искуство корисника на мрежи. Међутим, са брзим развојем мобилног интернета, потражња корисника за саобраћајем података је експоненцијално порасла, а перформансе традиционалне МИМО технологије постепено су се приближиле уском грлу, неспособном да испуни строге захтеве 5Г мрежа. Статистике показују да у сценаријима као што су простори за велике догађаје или густа урбана подручја, 4Г мреже често пате од загушења и смањене брзине, што отежава подршку великом броју корисника да се истовремено ангажују у апликацијама са високим захтевима за пропусни опсег као што су репродукција видео записа високе дефиниције и онлајн игре.
Као даља еволуција МИМО технологије, Массиве МИМО технологија је значајно повећала број антена базних станица, проширивши се са неколико или десетина антена у традиционалном МИМО-у на стотине или чак хиљаде антена. Ово значајно повећање броја антена доноси вишеструке техничке предности, чиме се преобликује покривеност комуникационих мрежа. У принципу, Массиве МИМО користи просторну независност канала. Опремањем великог броја антена на базној станици, може да комуницира са више корисника истовремено, постижући мултиплексирање просторне димензије. У традиционалним комуникационим системима, због ограниченог броја антена, подаци се могу пренети само на неколико корисника истовремено. Међутим, Массиве МИМО системи, повећањем броја антена, могу да подрже више корисника на истим временско-фреквентним ресурсима, значајно побољшавајући капацитет система и ефикасност спектра. Теоријске студије су показале да када број антена базних станица тежи да буде бесконачан, ефикасност спектра и енергетска ефикасност система Массиве МИМО ће бити знатно побољшани.
У погледу покривености мреже, Массиве МИМО технологија је значајно побољшала опсег покривености и квалитет сигнала кроз технологију формирања снопа. Обликовање снопа се односи на пондерисање сигнала које емитују антене базне станице према информацијама о стању канала, тако да се енергија сигнала концентрише у одређеном правцу да би се формирао сноп. У системима Массиве МИМО, због великог броја антена, може се постићи прецизнија контрола снопа, која може прецизно усмерити енергију сигнала ка циљним корисницима, смањити губитак сигнала у другим правцима, а самим тим и побољшати опсег покривености и јачину сигнала. Нарочито у сложеним урбаним срединама, где зграде блокирају и рефлектују сигнале, што доводи до слабљења сигнала и сметњи, Массиве МИМО-ова технологија формирања снопа може ефикасно да превазиђе ове проблеме, осигуравајући да корисници могу да добију стабилне и брзе комуникационе услуге у различитим сценаријима.
Поред тога, Массиве МИМО технологија такође може побољшати поузданост комуникационих система кроз технологију разноврсности. Технологија разноврсности се односи на преношење истих информација кроз више независних канала како би се смањио утицај бледења канала на пренос сигнала. У системима Массиве МИМО, због великог броја антена, могу се користити различите методе диверзитета као што су просторни диверзитет, временски диверзитет и фреквентни диверзитет да би се побољшала поузданост преноса сигнала. Када на одређени канал утиче бледење или сметње, други канали и даље могу нормално да преносе сигнале, чиме се обезбеђује континуитет и стабилност комуникације. Ова висока поузданост је посебно важна за 5Г апликације са високим захтевима за квалитет комуникације, као што су аутономна вожња и телемедицина. У сценарију аутономне вожње, возила морају да комуницирају са облаком и околним возилима у реалном времену са великом количином података, што има изузетно високе захтеве за поузданост мреже и ниско кашњење. Масивна МИМО технологија може ефикасно да смањи стопу грешке у битовима током преноса сигнала кроз технологију диверзитета, обезбеди тачан и благовремен пренос команди управљања возилом и гарантује безбедност вожње. У телемедицини, када лекари спроводе даљинску дијагнозу и хируршке операције на пацијентима путем видео записа високе дефиниције, стабилна и поуздана мрежа коју обезбеђује технологија Массиве МИМО може да обезбеди несметан пренос видео слика, избегавајући дијагностичке грешке или хируршке ризике узроковане проблемима на мрежи.
Из перспективе стварне примене, примена Массиве МИМО технологије у надоградњи радио фреквенцијских антена базних 5Г такође се суочава са многим изазовима. Прво, употреба великог броја антена ће повећати цену хардвера и потрошњу енергије базне станице. Свака антена треба да буде опремљена одговарајућом радио фреквенцијском фронт-енд опремом, укључујући појачиваче снаге, појачиваче са ниским нивоом шума, филтере, итд. Са повећањем броја антена, број ових уређаја ће се такође значајно повећати, што ће довести до значајног повећања цене опреме базних станица. Истовремено, рад великог броја антена ће трошити више електричне енергије, повећавајући оперативне трошкове оператера. Друго, због великог броја антена, окружење канала је сложеније, што отежава тачну процену информација о стању канала, што захтева напредније алгоритме и технологије. Поред тога, обрада сигнала које емитује и прима велики број антена захтева јаку рачунарску снагу, што поставља веће захтеве за јединицу за обраду сигнала базне станице.
Да би одговорили на ове изазове, истраживачи и комуникационе компаније су уложиле велике напоре у технолошко истраживање и развој и оптимизацију опреме. Што се тиче хардвера, усвајањем нових материјала и технологија интеграције, трошкови и потрошња енергије антена и радио фреквенцијске фронт-енд опреме се континуирано смањују. На пример, коришћење фреквентног опсега милиметарских таласа за комуникацију, који има богате ресурсе спектра и може да задовољи потребе 5Г мрежа за пренос података велике брзине. Истовремено, милиметарске антене су мале величине, што је погодно за интеграцију великог броја антена на базну станицу. Тренутно су неки произвођачи развили Массиве МИМО антенске низове засноване на милиметарским таласима, који ефикасно смањују запремину уређаја и трошкове кроз високо интегрисани дизајн. У погледу обраде сигнала, алгоритми за процену канала и детекцију сигнала се континуирано проучавају и побољшавају како би се побољшала тачност и ефикасност алгоритама. На пример, коришћење технологија вештачке интелигенције као што је дубоко учење за предвиђање и процену информација о стању канала, побољшавајући тачност и брзину процене канала.
Са континуираним развојем и зрелошћу технологије, примена Массиве МИМО технологије у 5Г мрежама ће постати опсежнија и дубља. У будућности, технологија Массиве МИМО неће се примењивати само на макро базним станицама, већ ће бити промовисана и у малим базним станицама као што су микро базне станице и пико базне станице, додатно оптимизујући покривеност мреже и капацитет. Истовремено, технологија Массиве МИМО ће такође бити комбинована са другим кључним технологијама 5Г, као што су комуникација милиметарским таласима и пресецање мреже, како би се корисницима пружиле боље и разноврсније комуникационе услуге. У истраживању 6Г технологије, Массиве МИМО технологија ће наставити да игра важну улогу, крећући се ка вишим циљевима перформанси и постављајући чврсту основу за развој будућих комуникационих мрежа.
