Hva er Massive MIMO og hvordan det baner vei for 5G-adopsjon?

Et uoverstigelig antall enheter, det være seg smarttelefonen, VR-hodesettet eller sikkerhetskameraene utenfor huset ditt, kobler til telekom-nettverk samtidig. Dette gir en rask økning i datatrafikk over tid, med forbedringer i båndbredde som blir timens behov. Det vi alle trenger er høye datahastigheter, ikke sant? Som den kinesiske telegiganten Huawei spår, vil året 2021 være vitne til en syv ganger økning i global mobildatatrafikk sammenlignet med 2016. Det har videre lagt til at datakravet til et individ vil nå et gjennomsnitt på 15 GB per måned de neste fem årene. Vi er fortsatt vitne til adventen av 4G LTE-nettverk i land som India, men teleoperatører over hele verden har begynt å eksperimentere med enda mer komplekse og robuste teknologier for å maksimere signalstyrke, brukerkapasitet og datahastigheter. De bruker en smart antenneteknologi kalt Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output) som vil danne grunnlaget for vår femte generasjon (5G) mobilteknologi. Det er fremdeles i begynnende utviklingsstadier, men forventes snart å bli kjent. Så hvis du har lurt på hva som er massiv MIMO, er det alt du trenger å vite om massiv MIMO:

Hva er Massive MIMO og dets forhold til 5G?

Massiv MIMO (flere innganger, flere utganger), også kjent som storskala antennesystemer, er ryggraden for utviklingen av trådløs kommunikasjon. Det forventes at MIMO-teknologien vil vise seg å være veldig gunstig for å støtte flere mobile brukere, gi raskere hastigheter og mer pålitelige nettverkstjenester i det lange løp.

Foreløpig muliggjør de fleste 4G LTE-nettverksinfrastrukturer bare plassering av 8 antenner (sender + mottaker) på basestasjonen, noe som ikke viser seg å imøtekomme de voksende behovene til mobilbrukere. Dette gir en begrenset båndbredde, som påvirker datahastigheten og antall brukere som kan koble til denne stasjonen.

Det er her MIMO går inn og lar deg bruke to eller flere sendere og mottakere samtidig for å utveksle data over samme radiokanal. Teknologien har allerede implementert i noen avanserte 4G-nettstasjoner i form av 4 x 4 MIMO og blir for tiden utforsket av noen få operatører også i India.

Men å utvide det nevnte konseptet til å romme nærmere 100 antenner i en enkelt matrise på basestasjonen (mobilnett) er det som vil danne grunnlaget for kommende 5G-nettverk. Økningen i det totale antallet antenner legger opp til flere sendere / mottakere på et sted, noe som fører til en økning i mulige signalbaner og bedre ytelse når det gjelder både datahastigheter og koblingspålitelighet. Massiv MIMO kan indusere opptil fire ganger forbedring av hastigheter og flere ganger mer utvidelse av nettverkskapasiteten.

Samlingen av antennesystemer i et massivt MIMO-nettverk danner ikke eksakte ballonglignende bjelker sett i de fleste tidligere og nåværende nettverkssystemer. I stedet danner den ortogonale karakteren til signalene som sendes ut av samlingen av antenner individuelle stråler, og dekker en eller flere mobilstasjoner (brukerne) på et øyeblikk. Siden Massive MIMO bruker mange komplekse teknologier, er den enkleste måten å forklare funksjonen til antennesystemet sitt på, ved hjelp av diagrammet som er vedlagt under.

Dette betyr at det gjør det mulig for operatørene å betjene et større sett med mobile enheter i et område ved å distribuere Massive MIMO-teknologien. Og det samme er ytterligere skalerbart, ettersom operatører kan legge til enda flere antenner i det nåværende oppsettet for å øke mulige signalbaner og forbedre effektiviteten uten å hindre det eksisterende spekteret.

Fordeler med massiv MIMO over nåværende 4G-nettverk

Siden et større antall inngangs- og utgangsantenner brukes i Massive MIMO (5G) -systemet, vil det hjelpe teleoperatører i stor grad å forbedre dekning og datahastigheter. Dette vil bli gjort mulig på grunn av høy spektral- og energieffektivitet, som øker på grunn av stor multiplexing, samt antennearrayforsterkning kombinert. Her er de viktigste fordelene med Massive MIMO (M-MIMO) antennesystemer enn dagens 4G-systemer:

1. Forbedret dekning og høyere hastigheter

Takket være bruken av Massive MIMO-teknologi, muligens kombinert med høyere frekvensspekter, vil teleselskapene kunne imøtekomme behovene til et større utvalg av enheter i fremtiden. Ikke bare dette, den signalstyrken innendørs ville være ekstremt sterk og utenfor listene.

De stråledannende mulighetene til Massive MIMO-systemer vil gjøre det mulig for teleoperatører å raskt spre høyhastighetsdekning til landlige områder også. En direkte siktlinje fungerer bra med høyere frekvenser, og gir dermed enda større hastigheter.

Hovedmålet med en oppgradering er også å øke datahastigheten, og eksperter forventer minimumshastigheter på 1 Gbps, og når opp til 10 Gbps. Dette har allerede blitt bevist i noen eksperimenter med Gigabit LTE-demoer vist av den kinesiske nettverksgiganten ZTE på CES tidligere i år.

2. Lave infrastruktur- og komponentkostnader

Siden de fleste globale telekomgigantene kontinuerlig oppgraderer infrastrukturen for nå å støtte høyhastighets 4G-nettverk (med pre-5G-hastigheter), vil den komplette oppgraderingen til 5G være en jevn tur. De eksisterende 4G-systemene bruker allerede MIMO-teknikker som skaleres når en sannsynlig 5G-teknologi blir oppfylt.

De nye Massive MIMO-antennesystemene vil ikke bare ha et stort antall antenner, men det vil også være skalerbart. Det blir det enklere for telegiganter å legge til nye antenner i dette systemet for å legge til eksisterende hastigheter og brukerbase. Dessuten vil det store antallet antenner resultere i dannelsen av et robust nettverk, som ikke vil bli påvirket av en individuell feil i antennesystemet..

3. Støtte for tidsbegrensede tilkoblinger

Mens Massive MIMO-aktiverte 5G-nettverk gir forbedret dekning og datahastighet, reduserer det tiden det tar for signalene å reise mellom senderen og mottakeren. Dette er kjent som ventetid, og kommende 5G-nettverk vil bidra til å redusere det samme for å lette bruken av disse nettverkene ytterligere VR / AR, selvkjøring og andre AI- eller ML-kontrollerte tjenester.

Utfordringer i massiv distribusjon av MIMO-antenner

Mens forskere har eksperimentert med Massive MIMO-antennetester de siste årene, har systemene som har gjort det til markedet fortsatt mindre antenner enn teleselskapene ønsker for adventen av 5G-nettverk. Dette skyldes begrensningene vi har opplevd i implementeringen av teknologien. Her er utfordringene som står overfor i den utbredte distribusjonen:

1. Kompleksitet for signalbehandling

Dette er en av de mest fremtredende problemene med å sette opp Massive MIMO-basestasjoner. De økt antall antenner og frekvensene på et enkelt sted fører til økte sjanser for interferens. Dette problemet kan imidlertid løses ved å ta i bruk et bredere spekter og presisjonsfri teknologi med nullfeil som vil kutte mellom interferens med kanalinterferens. Mens det store antallet antenner vil øke kompleksiteten over hele linja, gjør det nettverket enda mer motstandsdyktig mot feil. 

2. Begrenset spektrumtilgjengelighet

Som du kanskje allerede har hørt, blir distribusjonen av et frekvensspekter kontrollert av styrende organ, og teleoperatørene må legge inn bud for å sikre en del av det spesifikke spekteret..

Nå ligger det grunnleggende problemet i det faktum at 3GHz-spekteret som er utbredt i nåværende tider allerede er rotete på grunn av overbelastning av nye dataforbindelser. Og det viser seg utfordrende å bruke millimeterbølger med høyere frekvens (3 GHz - 300 GHz) til å bygge massive MIMO-basestasjoner ettersom bølgene ikke trenger gjennom faste materialer og absorberes av trær eller regnskyer.

Men teknologigiganter og teleoperatører jobber hånd i hånd for å øke signalforsterkningen ved å gjøre flere antenner (MIMO) til å konsentrere radiosignaler i en smal retningsstråle uten å øke overføringskraften. Samsung FoU og Huawei har smakt suksess i eksperimentene, men disse smale bjelkene er ekstremt følsomme for justeringsendringer.

Pågående forskning og implementering av massive MIMO-nettverk

Det nevnte nettverkssystemet er ikke en prototype, men er allerede implementert i mindre skala i det eksisterende 4G-scenariet. Huawei har jobbet med lokale teleoperatører som China Mobile og Japans SoftBank i over et par år for å eksperimentere sine Massive MIMO-oppsett kommersielt.

Etter streng eksperimentering, SoftBank har nå blitt kåret til selve teleoperatøren som har debutert kommersielt Massive MIMO-nettverk mot slutten av 2016. Andre operatører som China Mobile, Vodafone og T-Mobile har også begynt å rulle ut denne teknologien til et begrenset sett av brukere over sine respektive land..

Hvis det største spørsmålet som gnager i bakhodet ditt er, vil våre nåværende smarttelefoner være kompatible med disse Massive MIMO-nettverkene? Og så grei svar er stort sett ja. Et stort antall eksisterende enheter kan dra nytte av 4G MIMO-nettverk, og gir Gigabit-hastigheter uten hikke.

Den første 5G-kompatible distribusjonen i India

Mens mange globale telekom-spillere, i forbindelse med maskinvaregiganter, allerede har eksperimentert med Massive MIMO på deres nettverk, har India nylig også sluttet seg til 5G futuristisk stasjon med distribusjonen av sitt første slike nettverk..

Landets ledende telegigant, Airtel, fikk overskrifter da de kunngjorde at det er blitt den som oppnår denne bragden. Utrullingen av Indias første M-MIMO (Massive Multiple-Input Multiple-Output-teknologi er startet med Bengaluru og Kolkata. Rettsaken forventes imidlertid å utvide seg til andre deler av landet de neste månedene.

Airtel har distribuert den nye 5G-teknologien som en del av sitt pågående nettverkstransformasjonsprogram Prosjekthopp. Det forventer at Massive MIMO-teknologien vil forbedre eksisterende nettverkskapasitet sju ganger mens den bruker det samme spekteret det allerede eier. Det mener det samme til og med vil gi to ganger bedre hastigheter på deres eksisterende 4G-distribusjon.

I tillegg har den kinesiske nettverksgiganten ZTE kunngjort at de deltar i pre-5G Massive MIMO-eksperimenter i samarbeid med velkjente operatører som Vodafone og Reliance Jio. Mens Huawei er ansiktet bak Airtels distribusjon i landet, som sagt i en offisiell uttalelse.

Sett fra perspektivet til den nåværende tilstanden i telekomindustrien i India, er dette et forsøk på disse telekomgigantens deler for å opprettholde et høyborg i landet. De har nylig blitt vekket med en overraskende støt av sin hardeste nye konkurrent, det vil si Reliance Jio, som nå har klart å tråkke dem med sin 4G LTE-nettverksutrulling innen et år.

Forventet utbredt utrulling

De fleste rapporter utgitt av nettverksgiganter som Ericsson eller Nokia antyder for tiden at 5G-nettverksteknologi vil være vitne til et gjennombrudd og nå massene innen 2020-tallet. Dette er ikke en stiv tidslinje, men faller i tråd med driftsmønsteret i bransjen, som ser at en oppgradert teknologi blir debutert i løpet av et tiår.

3G-nettverksteknologien ble første gang debutert i oktober 2001, mens 4G LTE så bred adopsjon etter et tiår rundt 2011. Dermed er det mulig å spekulere i at den pågående Massive MIMO-innsatsen vil bli oppfylt innen slutten av dette tiåret. Man kan se pre-5G-implementeringer av teknologien, både hos forbruker og operatør i de neste par årene. Publikum på Vinter-OL 2018 kan være den aller første som blir vitne til den nevnte innovasjonen, etterfulgt av FIFA-verdensmesterskapet i 2018. Selv chipmaker Qualcomm har uttalt at den planlegger å rulle ut 5G-kompatible (Gigabit) enheter langs en lignende tidslinje.

Vi kan ha vært vitne til en langvarig utrulling av 4G LTE-tjenester i India, noe som fortsatt er under prosess. Men landets telekommunikasjon vil ikke lenger trekke bakover i løpet av å ta i bruk de nyeste teknologiene på grunn av den truende konkurransen og konsolideringen i selve landet..

SE OGSÅ: Hva er Bluetooth Mesh Networking og hvordan det fungerer

Massiv MIMO: Et teknologisk løp for 5G adopsjon

Et fugleperspektiv av massiv MIMO-utvikling viser også at India bygger videre på sitt transformerende bilde av å være et teknologisk kraftverk. Regjeringen gjennomfører nå de nødvendige trinnene for å sette i gang utviklingen av mobilteknologi.

Regjeringen har allerede opprettet et forum på høyt nivå for å evaluere dagens scenario og godkjenne handlingsplaner for rettidig utrulling av 5G-tjenester. Det har tildelt et massivt crore-korps på 500 kr for 5G-forsknings- og utviklingsformål, noe som setter oss på det globale kartet, sammen med landene som leder vedtaket av slike teknologiske fremskritt. Det er ikke noe sant “5G” -nett definert for øyeblikket, og vi må være på utkikk etter det samme de neste årene.