В еволюційній історії мобільних комунікаційних технологій кожне покоління технологічної ітерації супроводжувалося значними вдосконаленнями в галузі роботи мережі, і поява технології 5G навіть спричинила підривні зміни. Мережі 5G мають на меті задовольнити різноманітні потреби, такі як ультра-високі швидкості передачі даних, наднизька затримка та масштабні з'єднання пристроїв. Досягнення цих цілей спирається на низку ключових технологій, серед яких масивна технологія MIMO (масивна множинна множина) відіграє основну роль у оновленні антени радіочастотної базової станції 5G, що переробляє охоплення мережі зв'язку безпрецедентно.
У традиційних мережах комунікацій антени базової станції зазвичай приймають одноразові однопроводні (SISO) або багаторазові багатопродуктивні (MIMO) технології. SISO Systems використовує лише одну антену, що передає та єдину антену, що приймає, з обмеженою здатністю передачі даних, що ускладнює задоволення зростаючих потреб у зв'язку. Візьмемо як приклад мережу початку 2G. Відповідно до технології SISO, швидкість передачі даних мережі може досягти лише десятків KBPS, що не в змозі підтримувати швидку передачу даних великої ємності, таких як зображення та відео високої чіткості. З іншого боку, технологія MIMO, оснащуючи кілька антен як на базовій станції, так і на терміналі, а також використовуючи просторові технології мультиплексування та різноманітності, значно покращує потужність та надійність системного без збільшення ресурсів спектру. Наприклад, у мережах 4G загальні MIMO або 4 × 4 MIMO Technologies збільшили швидкість передачі даних мережі до стоматового рівня, значно покращуючи досвід роботи користувачів. Однак завдяки швидкому розвитку мобільного Інтернету попит користувачів на трафік даних зростав експоненціально, а продуктивність традиційної технології MIMO поступово наближалася до вузького місця, не в змозі задовольнити суворі вимоги мереж 5G. Статистика показує, що в таких сценаріях, як масштабні місця події або щільні міські райони, мережі 4G часто страждають від перевантаженості та зменшують швидкість, що ускладнює підтримку великої кількості користувачів одночасно залучатись до додатків з високими вимогами пропускної здатності, такими як відтворення відео та онлайн-онлайн.
В якості подальшої еволюції технології MIMO, масивна технологія MIMO значно збільшила кількість антен базової станції, що розширюється від кількох або десятків антен у традиційних мімо до сотень або навіть тисяч антен. Це значне збільшення кількості антен приносить кілька технічних переваг, тим самим переробляючи покриття комунікаційних мереж. В принципі, MASIVE MIMO використовує просторову незалежність каналів. Оснащуючи велику кількість антен на базовій станції, вона може одночасно спілкуватися з кількома користувачами, досягаючи мультиплексування просторового виміру. У традиційних системах зв'язку, завдяки обмеженій кількості антен, дані можуть передаватися лише кільком користувачам одночасно. Однак масивні системи MIMO, збільшуючи кількість антен, можуть підтримувати більше користувачів на однакових часових ресурсах, значно покращуючи потужність системи та ефективність спектру. Теоретичні дослідження показали, що коли кількість антен базової станції має тенденцію до нескінченної, ефективність спектру та енергоефективність масивних систем MIMO будуть значно вдосконалені.
Що стосується покриття мережі, масивна технологія MIMO значно покращила діапазон покриття та якість сигналів за допомогою технології формування променів. Формування променя стосується зважування сигналів, що передаються антенами базової станції відповідно до інформації про стан каналу, так що енергія сигналу зосереджена в певному напрямку, утворюючи промінь. У масивних системах MIMO, завдяки великій кількості антен, можна досягти більш точного управління променями, що може точно спрямовувати енергію сигналу для націлювання користувачів, зменшити втрату сигналу в інших напрямках і, таким чином, покращити діапазон покриття та міцність сигналів. Особливо в складних міських умовах, де будівлі блокують та відображають сигнали, що призводять до згасання сигналів та перешкод, масивна технологія формування променів MIMO може ефективно подолати ці проблеми, гарантуючи, що користувачі можуть отримати стабільні та швидкісні послуги зв'язку в різних сценаріях.
Крім того, масивна технологія MIMO також може підвищити надійність систем зв'язку за допомогою технології різноманітності. Технологія різноманітності стосується передачі однієї інформації через кілька незалежних каналів для зменшення впливу вицвітання каналу на передачу сигналу. У масивних системах MIMO, завдяки великій кількості антен, для підвищення надійності передачі сигналу можуть використовуватися різні методи різноманітності, такі як просторове різноманіття, різноманітність часу та різноманітність частот. Коли на певний канал впливає вицвітання або перешкоди, інші канали все ще можуть нормально передавати сигнали, таким чином забезпечуючи безперервність та стабільність зв'язку. Ця висока надійність особливо важлива для 5G додатків з високими вимогами до якості комунікації, таких як автономне водіння та телемедицина. У сценарії автономного водіння транспортні засоби повинні взаємодіяти з хмарою та навколишніми транспортними засобами в режимі реального часу з великою кількістю даних, що має надзвичайно високі вимоги до надійності мережі та низької затримки. Масивна технологія MIMO може ефективно знизити швидкість помилок під час передачі сигналу за допомогою технології різноманітності, забезпечити точну та своєчасну передачу команд управління транспортними засобами та гарантувати безпеку водіння. У телемедицині, коли лікарі проводять віддалену діагностику та хірургічні операції щодо пацієнтів за допомогою відео високої чіткості, стабільна та надійна мережа, що надається масовою технологією MIMO, може забезпечити плавну передачу відеозображення, уникаючи діагностичних помилок або хірургічних ризиків, спричинених проблемами мережі.
З точки зору фактичного розгортання, застосування масової технології MIMO під час оновлення радіочастотних антен 5G базової станції також стикається з багатьма проблемами. По -перше, використання великої кількості антен збільшить витрати на апаратне забезпечення та енергоспоживання базової станції. Кожна антена повинна бути оснащена відповідним радіочастотним обладнанням, включаючи підсилювачі потужності, підсилювачі з низьким рівнем шуму, фільтри тощо. З збільшенням кількості антен кількість цих пристроїв також значно збільшиться, що призведе до значного зростання витрат обладнання базової станції. У той же час експлуатація великої кількості антен споживає більше електричної енергії, збільшуючи експлуатаційні витрати операторів. По -друге, завдяки великій кількості антен, середовище каналу є складнішим, що ускладнює точну оцінку інформації про стан каналу, яка вимагає більш досконалих алгоритмів та технологій. Крім того, для обробки сигналів, що передаються та отримують великою кількістю антен, потрібна сильна обчислювальна потужність, яка визначає більш високі вимоги до блоку обробки сигналів базової станції.
Для вирішення цих викликів дослідники та комунікаційні підприємства доклали великих зусиль у технологічних дослідженнях, розробці та оптимізації обладнання. З точки зору обладнання, завдяки прийняттю нових матеріалів та технологій інтеграції вартість та енергетичне споживання антен та радіочастотного фронтового обладнання постійно зменшуються. Наприклад, використання частотної смуги міліметрової хвилі для зв'язку, яка має великі ресурси спектру і може задовольнити потреби 5G мереж для швидкісної передачі даних. У той же час антени міліметрової хвилі мають невеликі розміри, що зручно для інтеграції великої кількості антен на базовій станції. В даний час деякі виробники розробили масивні мімо -антенні масиви на основі міліметрових хвиль, що ефективно зменшує об'єм та вартість пристрою за допомогою високо інтегрованої конструкції. З точки зору обробки сигналів, оцінка каналів та алгоритми виявлення сигналів постійно вивчаються та покращуються для підвищення точності та ефективності алгоритмів. Наприклад, використовуючи технології штучного інтелекту, такі як глибоке навчання для прогнозування та оцінки інформації про стан каналу, підвищення точності та швидкості оцінки каналів.
Завдяки постійному розвитку та зрілості технології застосування масових технологій MIMO в мережах 5G стане більш обширним та поглибленим. В майбутньому масивна технологія MIMO буде застосовуватися не лише до макро -базових станцій, але й буде просуватися на невеликих базових станціях, таких як мікро -базові станції та базові станції PICO, подальше оптимізація покриття мережі та ємності. У той же час, масивна технологія MIMO також буде поєднуватися з іншими ключовими технологіями 5G, такими як міліметрова хвильова комунікація та нарізка мережі, щоб забезпечити користувачам кращі та більш різноманітні послуги комунікації. У дослідженні технології 6G масивна технологія MIMO продовжуватиме відігравати важливу роль, рухаючись до вищих цілей продуктивності та закладаючи міцну основу для розвитку майбутніх комунікаційних мереж.
