5G mit massivem MIMO aktivieren

Zusammenfassung:

In diesem Interview mit The Mobile Network diskutiert Remcom, wie ein neuer Ansatz zur massiven MIMO-Kanalmodellierung der Schlüssel zum Erfolg von 5G-Netzwerk-Rollouts und -Anwendungen sein wird.

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Obwohl 5G-Standards noch festgelegt werden und die vollständige Übernahme der Standards erst 2020 geplant ist, ist der Prozess weiter fortgeschritten, als es der Zeitplan vermuten lässt. Ein Großteil der Forschung und Entwicklung konzentrierte sich auf die Ausbreitungseigenschaften von Funktechnologien, aus denen die 5G-Luftschnittstelle bestehen wird, und die Untersuchung von Massives MIMO in mmWellenbändern einen großen Teil dieses Antriebs ausmacht. In diesem Artikel aus dem Magazin The Mobile Network diskutieren Remcom-Experten, wie ein neuer Ansatz für die Massive MIMO-Kanalmodellierung wird der Schlüssel zum Erfolg von 5G-Netzwerk-Rollouts und -Anwendungen sein.

1. 5G ist näher, als Sie vielleicht denken.

Obwohl 5G-Normen werden noch festgelegt und die vollständige Übernahme der IMT-2020-Standards durch die ITU ist erst für 2020 geplant, der Prozess ist weiter fortgeschritten, als es der Zeitplan vermuten lässt. 3GPP strebt die erste Einfrierung der New Radio-Standards noch in diesem Jahr an, und es wurde ein großer Teil der Forschung und Entwicklung im Bereich der neuen Funksysteme durchgeführt.

Ein Großteil dieser Forschung und Entwicklung wurde in der Untersuchung der Ausbreitungseigenschaften von Funktechnologien, aus denen sich die 5G-Luftschnittstelle zusammensetzen wird, durchgeführt, und die Untersuchung von Massive MIMO in mmWave-Bändern hat einen großen Teil dieses Antriebs ausgemacht.

2. Massives 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. Das erfordert eine Erhöhung der Gesamtkapazität um das 1000fache oder mehr. Es besteht auch der Wunsch, einer immer vielfältigeren Palette von Anwendungsfällen gerecht zu werden, von mobilen Geräten, die sich in dichten Stadtgebieten bewegen, bis hin zum Einsatz von IoT-Geräten wie Sensoren und vernetzten Autos.

Obwohl eine Reihe von Basistechnologien eingesetzt werden, wird Massive MIMO eine wichtige Rolle spielen, da es durch räumliches Multiplexing und Beamforming spektrale Wirkungsgrade erreicht. Durch den Einsatz von Hunderten von Elementen, die zusammenwirken können, um Strahlen auf mehrere einzelne Benutzer in der gleichen Frequenz zu richten, sind Massive MIMO-Antennen in der Lage, eine Größenordnung von Kapazitätssteigerungen und der Anzahl der angeschlossenen Geräte zu erreichen. Für den Durchsatz und das Kapazitätswachstum sowie für die Gerätedichte, die das IoT bringt, wird Massive MIMO der Schlüssel sein.

3. Massive MIMO bringt aber auch mehr Komplexität mit sich.

Durch die Verwendung von Beamforming, um Signale in bestimmte Richtungen zu lenken, anstatt über eine ganze Zelle zu strahlen, erhöht Massive MIMO die spektrale Effizienz und reduziert Störungen, führt aber auch zu einer erhöhten Komplexität.

Die Kleinzellenverdichtung führt dazu, dass Basisstationen zunehmend in komplexen städtischen Umgebungen platziert werden, die reich an Mehrwegeverbindungen sind, wobei Signale von einer Reihe von Oberflächen reflektiert und gebeugt werden. Die Strahlformung erfordert die Charakterisierung des Kanals zwischen jeder Antenne an jedem Ende der Kommunikationsverbindung und erfordert wesentlich mehr Kanalzustandsinformationen, wenn die Anzahl der Antennen wächst. Und während Massive MIMO bei jeder Frequenz effektiv eingesetzt werden kann, bringt 5G neue Millimeterwellenbänder mit sich, deren kleine Wellenlängen es einfacher machen, immer mehr Antennenelemente auf einem Gerät zu platzieren. Daher erfordert die Vorhersage, wie sich gesendete und empfangene Signale über eng beieinander liegende Antennen unterscheiden, eine viel detailliertere Simulation.

Um Verbindungen zu Benutzern in einer kleinen Zelle aufrechtzuerhalten, aktualisiert eine Basisstation kontinuierlich Informationen über den Kanal und berechnet den besten Weg, um jedem Benutzer ein Signal zu liefern. MIMO Beamforming basiert auf "Pilotsignalen", die es einer Basisstation ermöglichen, einen Kanal zu charakterisieren und mit ihren großen Antennenarrays einen Strahl auf einen einzelnen Benutzer zu richten. Pilotsignale von benachbarten Zellen können Störungen im Netzwerk oder Pilotverunreinigungen verursachen, die die Leistung von Massive MIMO Beamforming stark beeinträchtigen können.

4. Eine genaue Kanalmodellierung 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 man die Leistung von Massive MIMO beurteilt, benötigen Betreiber und Anbieter eine sehr genaue Modellierung, wie Signale die Benutzer erreichen, während sie sich in einer Umgebung bewegen, einschließlich komplexer Faktoren wie hoher Multipath, Signal- und Antennenpolarisationen und Details der Phase über eine Reihe von Antennen. Die Vorhersage, welches Signal in jedem Anwendungsfall empfangen wird, dient dann zur Beurteilung der Effektivität der Strahlformung. Sie müssen die Strahlformung simulieren, indem Sie Daten aufnehmen, die Baustoffe, Gelände, Vegetation und andere Strukturen definieren, damit Sie diese verschiedenen Variablen detailliert simulieren können.

5. Aktuelle Planungstechniken werden nicht ausreichen.

In der Vergangenheit sind Bediener und Systementwickler vielleicht mit vereinfachten statistischen oder 2D-Kanalmodellen ausgekommen, aber für Massive MIMO sprechen wir jetzt von einem sehr detaillierten Modell, um zu bestimmen, wo und wie sich Signale ausbreiten und wie man einen tatsächlichen Strahl an ein einzelnes Gerät abgibt.

Die Suche nach einem Mehrweg kann sehr komplex werden. In einem städtischen Gebiet können Sie eine Sichtlinie zu einem Gerät mit einem direkten Weg und auch viele andere Wege haben, die Signale zurücklegen werden, um von einem zum anderen zu gelangen, wobei jede verschiedene Kopien des Signals präsentiert. Darüber hinaus ist die Phase jedes Pfades und seine Variation zwischen den einzelnen Elementen des MIMO-Systems auch sehr wichtig, um die Leistung eines MIMO-Systems zu verstehen. Um diesem Bedürfnis gerecht zu werden, verwendet 3D Ray Tracing Simulationen, um all diese Effekte vorherzusagen, um zu verstehen, wie Kanäle für verschiedene Szenarien aussehen.

6. Die Simulation der tatsächlichen 3D-Strahlformung erfordert hohe Detailgenauigkeit.

Massive MIMO prädiktive Kanalmodellierung erfordert einen neuen Detaillierungsgrad, mit einem vollständigen 3D-Raytracing-Modell, das alle laufenden 3D-Effekte erfasst. Die meisten Raytracing-Modelle sind jedoch nicht in der Lage, den Mehrweg für Massive MIMO im Detail zu berechnen, da sie eine Simulation für jede Sendeantenne im Array benötigen, die bei massiven MIMO zu rechenintensiv wird. Die meisten Lösungen versuchen, dies zu handhaben, indem sie vereinfachte Annahmen treffen, während wir stattdessen versuchen, die Details zu behalten, 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-Kanalmodellierung. In Bezug auf die Fähigkeit, massive MIMO zu modellieren, ist unser Kabellose InSite Lösung ist einzigartig und dem Markt voraus. Es beinhaltet die volle Genauigkeit seiner 3D-Raytracing-Funktionen, aber mit erweiterten 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 können genaue Ergebnisse erzielen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

Betreiber und Gerätehersteller, die ihre 5G-Tests vorantreiben, können dies nun mit einem Modellierungstool tun, das eine schnelle und genaue Vorhersage der Modellierung eines wichtigen 5G-Technologie-Enabler ermöglicht.

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