Ubegrænset kapacitet i trådløse netværk med massiv MIMO

Massive MIMO er en antenneteknologi, der betragtes som den mest lovende for fremtidige superhurtige 5G -netværk, selvom forskere indtil nu har troet, at der er en øvre grænse for, hvor meget data der kan overføres. Emil Björnson, lektor ved Linköpings universitet, har sammen med kolleger, vist, at der ikke er en sådan grænse.

"Vi kan vise, at massiv MIMO har ubegrænset kapacitet, både matematisk og ved hjælp af simuleringer, ”siger Emil Björnson, lektor i kommunikationssystemer ved Linköpings universitet.

Den massive MIMO -teknologi vakte interesse for 5G -forskere på et tidligt tidspunkt. Imidlertid, i løbet af de sidste fem til ti år har forskningsmiljøet aftalt, at der er en øvre grænse for, hvor meget data der kan overføres trådløst pr. sekund, givet en bestemt båndbredde og inden for et bestemt område. Den begrænsende faktor har været en form for forstyrrelse, der opstår, når man måler, hvordan de trådløse signaler bevæger sig, kendt af forskere som "pilotforurening".

"Denne konklusion er resultatet af, at vi brugte en model, der var alt for fokuseret på at nå frem til transportbarhed og en metode, der var for simpel, ”siger Emil Björnson.

Ved at implementere flere antenner og behandle de signaler, der transmitteres og modtages fra dem på den rigtige måde, vi kan oprette et system, hvor der ikke er nogen øvre grænse for, hvor meget data der kan overføres.

Han har fremlagt beviserne for dette i samarbejde med kolleger i Frankrig og Italien i en artikel, der er blevet offentliggjort både i den åbne tjeneste Arxiv og i IEEE digital service Xplore. Simuleringskoden er også frit tilgængelig på Github for alle, der tvivler på resultaterne og ønsker at validere dem.

MIMO er et akronym for "Multiple Input, Multiple Output "og teknologien indebærer tilslutning af hundredvis af små antenner, hver med en effekt på omkring 10 mW, enten i noget, der kan ligne en stor computerskærm eller fordeles på tværs af facaden på en bygning.

Alle antenner sender et par snesevis af signaler med omhyggeligt bestemte forsinkelser. Forsinkelserne vælges således, at kopierne af et signal når frem til de påtænkte modtagere på nøjagtig samme tidspunkt, men på lidt forskellige tidspunkter på alle andre modtagere. Dette giver et stærkt signal ved den påtænkte modtager og kun en lille forstyrrelse hos alle de andre. Pilotforurening opstår, når forsinkelserne skal estimeres ved hjælp af signaler kendt som "piloter".

Et hundrede antenner hver på 10 mW giver en effekt på 1 W, som fordeles mellem brugerne. Dette er betydeligt mindre end de 40 W, som nuværende antenner bruger. Den lave effekt er nok, da hvert signal er givet i en bestemt retning. Massiv MIMO giver således en kombination af lav udgangseffekt, høj energieffektivitet og overlegen kapacitet, da mange modtagere kan modtage signaler på samme tid. Hvad de nye beregninger og simuleringer har vist, er, at kapaciteten er uendelig.

"Konsekvensen er, at vi kan fortsætte med at implementere et stigende antal antenner, efterhånden som folk forbruger stadig større mængder trådløse data, og på denne måde tilfredsstille efterspørgslen, ”siger Emil Björnson.