Zusammenfassung:
In diesem Interview von The Mobile Network erörtert Remcom, wie ein neuer Ansatz zur Modellierung von Massive-MIMO-Kanälen der Schlüssel zum Erfolg von 5G-Netzeinführungen und -Anwendungen sein wird.
Obwohl die 5G-Normen noch festgelegt werden und die vollständige Annahme der Normen nicht vor 2020 geplant ist, ist der Prozess weiter fortgeschritten, als es dieser Zeitplan vermuten lässt. Ein Großteil der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten konzentrierte sich auf die Ausbreitungseigenschaften der Funktechnologien, die die 5G-Luftschnittstelle bilden werden, und die Untersuchung von Massive MIMO in mmWave-Bändern war ein wichtiger Teil dieser Bemühungen. In diesem Artikel des Magazins The Mobile Network erörtern Remcom-Experten, wie ein neuer Ansatz zur Modellierung von Massive-MIMO-Kanälen der Schlüssel zum Erfolg von 5G-Netzeinführungen und -Anwendungen sein wird.
1. 5G ist näher, als Sie vielleicht denken
Obwohl die 5G-Normen noch festgelegt werden und die vollständige Verabschiedung der IMT-2020-Normen durch die ITU nicht vor 2020 geplant ist, ist der Prozess weiter fortgeschritten, als dieser Zeitplan vermuten lässt. Das 3GPP strebt das erste Einfrieren von New-Radio-Normen noch in diesem Jahr an, und im Bereich der neuen Funksysteme wurde eine enorme Forschungs- und Entwicklungsarbeit geleistet.
Ein Großteil dieser Forschung und Entwicklung betraf die Untersuchung der Ausbreitungseigenschaften von Funktechnologien, die die 5G-Luftschnittstelle bilden werden, und die Untersuchung von Massive MIMO in mmWave-Bändern war ein wichtiger Bestandteil dieser Bemühungen.
2. Massive MIMO wird für 5G massiv sein
Mit 5G strebt die Branche die Möglichkeit an, 10-100 mal mehr Geräte mit 10-100 mal höheren Datenraten zu verbinden. Dies erfordert eine Steigerung der Gesamtkapazität um das 1000-fache oder mehr. Es besteht auch der Wunsch, eine immer größere Vielfalt von Anwendungsfällen zu erfüllen, von mobilen Geräten, die sich in dichten städtischen Gebieten bewegen, bis hin zum Einsatz von IoT-Geräten wie Sensoren und vernetzten Autos.
Obwohl eine Reihe von Grundlagentechnologien zum Einsatz kommen werden, wird Massive MIMO eine wichtige Rolle spielen, da durch räumliches Multiplexing und Strahlformung eine höhere Spektraleffizienz erreicht wird. Durch den Einsatz von Hunderten von Elementen, die zusammenarbeiten können, um Strahlen auf mehrere einzelne Nutzer auf derselben Frequenz zu richten, können Massive-MIMO-Antennen die Kapazitäten und die Anzahl der angeschlossenen Geräte um eine Größenordnung steigern. Für die Steigerung des Durchsatzes und der Kapazität sowie für die Gerätedichte, die das IoT mit sich bringt, wird Massive MIMO der Schlüssel sein.
3. Massive MIMO führt aber auch zu mehr Komplexität
Durch die Verwendung von Beamforming, um Signale in bestimmte Richtungen zu lenken, anstatt sie über eine ganze Zelle abzustrahlen, erhöht Massive MIMO die spektrale Effizienz und reduziert Interferenzen, führt aber auch zu einer höheren Komplexität.
Die Verdichtung von Kleinzellen bringt es mit sich, dass Basisstationen zunehmend in komplexen städtischen Umgebungen platziert werden, die reich an Mehrwegeffekten sind, wobei die Signale von einer Reihe von Oberflächen reflektiert und gebeugt werden. Beamforming erfordert eine Charakterisierung des Kanals zwischen jeder Antenne an jedem Ende der Kommunikationsverbindung, was mit zunehmender Anzahl von Antennen wesentlich mehr Informationen über den Kanalzustand erfordert. Und während Massive MIMO bei jeder Frequenz effektiv eingesetzt werden kann, bringt 5G neue Millimeterwellenbänder mit sich, deren kleine Wellenlängen es einfacher machen, eine zunehmende Anzahl von Antennenelementen auf einem Gerät zu platzieren. Daher erfordert die Vorhersage, wie sich gesendete und empfangene Signale über eng beieinander liegende Antennen verändern, eine viel detailliertere Simulation.
Um die Verbindungen zu den Nutzern in einer kleinen Zelle aufrechtzuerhalten, aktualisiert eine Basisstation ständig die Informationen über den Kanal und berechnet den besten Weg, um ein Signal zu jedem Nutzer zu erhalten. MIMO-Beamforming basiert auf "Pilotsignalen", die es einer Basisstation ermöglichen, einen Kanal zu charakterisieren und ihre großen Antennengruppen zu nutzen, um einen Strahl auf einen einzelnen Benutzer zu richten. Pilotsignale von benachbarten Zellen können Interferenzen in das Netz einbringen, die die Leistung des Massive MIMO-Beamforming stark beeinträchtigen können.
4. Eine genaue Modellierung der Kanäle ist entscheidend für das Verständnis dieser Komplexität
Die Kanalmodellierung ermöglicht es Ihnen, die Ausbreitungsumgebung zwischen verschiedenen Geräten vorherzusagen oder zu verstehen. Um zu verstehen, wie die Leistung von Massive MIMO zu bewerten ist, müssen Betreiber und Anbieter sehr genau modellieren, wie die Signale die Nutzer erreichen, wenn sie sich in der Umgebung bewegen, einschließlich komplexer Faktoren wie starke Mehrwegeffekte, Signal- und Antennenpolarisationen und Details der Phase über eine Antennengruppe. Die Vorhersage, welches Signal in jedem Anwendungsfall empfangen wird, dient dann zur Bewertung der Wirksamkeit des Beamforming. Bei der Simulation der Strahlformung müssen Daten berücksichtigt werden, die Baumaterialien, Gelände, Vegetation und andere Strukturen definieren, damit diese verschiedenen Variablen detailliert simuliert werden können.
5. Die derzeitigen Planungstechniken werden nicht ausreichen
In der Vergangenheit sind Betreiber und Systementwickler vielleicht mit vereinfachten statistischen oder 2D-Kanalmodellen ausgekommen, aber bei Massive MIMO geht es jetzt um ein sehr detailliertes Modell, um zu bestimmen, wo und wie sich Signale ausbreiten und wie ein tatsächlicher Strahl an ein einzelnes Gerät geliefert werden kann.
Die Suche nach Mehrwegeffekten kann sehr komplex werden. In einem städtischen Gebiet kann es eine direkte Sichtverbindung zu einem Gerät geben, aber auch viele andere Pfade, die die Signale durchlaufen, um von einem zum anderen zu gelangen, und die jeweils unterschiedliche Kopien des Signals darstellen. Darüber hinaus ist die Phase jedes Pfades und ihre Variation zwischen den einzelnen Elementen des MIMO-Systems ebenfalls sehr wichtig für das Verständnis der Leistung eines MIMO-Systems. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, werden beim 3D-Raytracing Simulationen zur Vorhersage all dieser Effekte verwendet, um zu verstehen, wie die Kanäle in verschiedenen Szenarien aussehen.
6. Die Simulation der tatsächlichen 3D-Strahlformung erfordert eine hohe Detailgenauigkeit
Die prädiktive Kanalmodellierung für Massive MIMO erfordert einen neuen Detaillierungsgrad mit einem vollständigen 3D-Raytracing-Modell, das alle auftretenden 3D-Effekte erfasst. Die meisten Raytracing-Modelle sind jedoch nicht in der Lage, Mehrwegeffekte für Massive MIMO detailliert zu berechnen, da dies eine Simulation für jede Sendeantenne im Array erfordert, was im Falle von Massive MIMO zu rechenintensiv ist. Die meisten Lösungen versuchen, dies durch vereinfachende Annahmen zu umgehen, während wir stattdessen versuchen, die Details beizubehalten, aber die Berechnungen zu optimieren, um ihre Auswirkungen auf die Laufzeiten zu minimieren.
7. Wie Remcom diesen Bedarf deckt
Remcom war der erste Anbieter von MIMO-Kanalmodellen auf dem Markt. Was die Fähigkeit zur Modellierung von massivem MIMO anbelangt, ist unsere Wireless InSite-Lösung einzigartig und dem Markt weit voraus. Sie bietet die volle Genauigkeit der 3D-Raytracing-Funktionen, aber mit fortschrittlichen Optimierungen, die sofort einsatzbereit sind. Bei der Simulation ist es allgemein anerkannt, dass es einen Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit gibt. Mit unserem Ansatz für MIMO müssen Sie keine Kompromisse eingehen - Sie erhalten genaue Ergebnisse, ohne Abstriche bei der Leistung machen zu müssen.
Betreiber und Gerätehersteller, die ihre 5G-Versuche vorantreiben, können dies nun mit einem Modellierungstool tun, das eine schnelle und genaue Vorhersage eines wichtigen 5G-Technologie-Enablers ermöglicht.
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