Teknik rapor: 5G çoklu anten teknolojisi, muazzam MIMO hüzmeleme
NTT DOCOMO, ultra yüksek hızlı, ultra geniş kapasiteli kablosuz iletişim hizmetleri sağlamak ve mevcut frekans bandından daha yüksek bir frekans bandı kullanarak iletim sinyallerinin bant genişliğini genişletmek için 5G geliştirir.
Bununla birlikte, yüksek frekanslı radyo yayılma kaybının artmasıyla, anten yönünü uyarlamalı olarak kontrol etme amacına ulaşmak için bir 5G çoklu anten teknolojisi olarak büyük ölçekli bir dizi anteni benimseyerek bu kaybın telafi edilmesi gerekmektedir. Bu makale 5G çoklu anten teknolojisini tanıtıyor ve 10 Gbps üzerindeki ultra yüksek hızların uygulanabilirliğini tartışıyor.
01. Büyük ölçekli bir dizi anten tanıtın
Geleneksel bir makro hücre, kapsama konfigürasyonunda çok sayıda küçük hücre (veya yarı makro hücre) içerir. Bu çözümde, makro hücre mevcut sistem tarafından kullanılan ultra yüksek frekans (UHF) frekans bandını (0.3 ~ 3 GHz) kullanırken, kapsanan küçük hücre daha yüksek bir frekans bandı, yani düşük ultra yüksek frekans (SHF) frekans bandı (3 ~ 6 GHz), yüksek SHF bandı (6 30 GHz) ve çok yüksek frekans (EHF) bandı (30 300 GHz).
Çözüm ayrıca, makro hücre aracılığıyla kontrol sinyallerini işleyen kontrol düzlemi (C düzlemi) için bir bağlantı bağlantısı kurar ve özellikle kullanıcı verilerini kaplama ünitesi (yani C / U ayırma bağlantısı) aracılığıyla işleyen kullanıcı düzlemi (U düzlemi) için bir bağlantı kurar. bağlantı. Makro hücre, iş alanını korumak için UHF frekans bandını kullanır ve kapsama hücresi, sinyal bant genişliğini genişletmek ve ultra yüksek bit hızları elde etmek için yüksek frekans frekans bandını kullanır.
02. Büyük ölçekli dizi antenin hüzmelendirilmesi
Düzgün aralıklı düz anten dizisi, 20 GHz bandında büyük ölçekli bir dizi anten olarak kullanıldığında ve dizi elemanı aralığı dalga boyunun (7,5 mm) yarısına ayarlandığında, yaklaşık 12 santimetre kare alana 256 eleman takılabilir. Alan.
Aynı alan için, daha yüksek bir frekans bandı (daha kısa dalga boyu) kullanıldığında, kurulabilecek birimlerin sayısı önemli ölçüde artacaktır. Büyük ölçekli dizi antenler, her bir birimden gönderilen (alınan) sinyallerin genliğini ve fazını kontrol ederek dar ışınlar (anten yönlendirmesi) oluşturabilir.
Yukarıdaki şekil, tüm anten elemanlarının toplam iletim gücü 3.5GHz, 10GHz ve 20GHz bantlarında 33dbm olduğunda hüzmeleme etkisini göstermektedir. Spesifik olarak, şekil bu frekans bantlarının her birinin ışın erişimini ve 20, 40 ve 80 santimetrekarelik büyük ölçekli dizi antenlerini göstermektedir.
Bu sonuçları aynı sayıda birimle karşılaştırarak, şu görülebilir: Erişim mesafesi, frekans arttıkça kısalır, ancak aynı anten boyutu için 20 GHz durumunda bile erişim mesafesi önemli ölçüde azalmayacaktır. Bununla birlikte, 10 GHz bandındaki 100 (10 × 10) elemanlı antenler için erişim mesafesi 490 m'ye çıkmaktadır.
Ancak 20 GHz'lik bir anten için, aynı anten boyutu için, yaklaşık olarak aynı erişimi elde etmek için 400'den (20 × 20) fazla birim gereklidir. Diğer bir deyişle frekans arttıkça bileşen sayısı ve maliyeti de artacaktır. Bu nedenle, büyük ölçekli dizili antenlerde bu tür maliyetleri düşürmek için önlemler bulmak, 5G çoklu anten teknolojisinde bir sorun haline geldi.
03. Büyük MIMO
Büyük dizi antenler kullanan çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) iletimi "büyük MIMO" olarak adlandırılır. Şekilde gösterildiği gibi, yayılma kaybı telafisi yoluyla büyük MIMO'daki büyük ölçekli dizi antenini uygun şekilde kontrol ederek, iletişim alanı genişletilebilir ve yüksek bantlı bir hücrenin sistem kapasitesi, birden çok kullanıcıyı aynı anda çoklayarak da geliştirilebilir. Massive MIMO, birden fazla veri akışının uzamsal çoğullaması yoluyla tek bir kullanıcının iletişim bit hızını da artırabilir.
Bu yetenekleri gerçekleştirmek için, vericide kullanıcılar ve veri akışları arasındaki girişimi önlemek için ön kodlama gereklidir. Ek olarak, yüksek hassasiyetli ön kodlama elde etmek için, vericinin ayrıca kablosuz yayılma kanalı durumunun kanal durum bilgilerini (CSI) iletmesi gerekir, bu nedenle terminal tarafında tahmin edilen CSI, baz istasyonuna geri beslenmelidir. Bu CSI'yı, zaman bölmeli dupleks (TDD) bazında kanal karşılıklılığı yoluyla elde edilen CSI ile birleştirme yöntemi de düşünülebilir.
04. Tüm dijital devasa MIMO
Aşağıdaki şekil, ortogonal frekans bölmeli çoklama (OFDM) kullanan tipik bir büyük MIMO vericisinin yapılandırmasını göstermektedir. . Bu tür bir verici, bir dijitalden analoğa dönüştürücü (DAC) ve verici anten elemanları ile aynı sayıda üst dönüştürücü gerektirir. Benzer şekilde, temel bant işleme devresinin bir ters hızlı Fourier dönüşümü (IFFT) gerçekleştirmesini ve sinyale sinyal işleme olarak döngüsel bir önek (CP) eklemesini gerektirir, bunun sayısı verici anten elemanlarının sayısı ile tam olarak aynıdır.
Bu konfigürasyonda, frekans alanında CSI kullanan dijital ön kodlama mümkün hale gelecektir; bu, yüksek performanslı işlemede "tamamen dijital masif MIMO" olarak adlandırılır. Bununla birlikte, SHF yüksek frekans bandında ve EHF bandında tamamen dijital masif MIMO gerçekleştirmek sorunsuz değildir. Örneğin, ihtiyaç duyduğu DAC ve analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) pahalıdır ve geniş sinyal bant genişliği nedeniyle nispeten daha fazla güç tüketir ve ayrıca çok sayıda birim radyo frekansı devresi gerektirir, bu nedenle yüksek performans gerçekleştirmek zordur. İşleme.
05. Hibrit hüzmeleme
Hüzmeleme, ışının radyo sinyali yayılımı (varış) yönünde yönlendirilmesini ifade eder, bu nedenle belirli bir derecede performans bozulmasına izin verdikten sonra, tüm frekans bandı boyunca toplam huzme oluşturma düşünülebilir. Bu durumda, huzme oluşturma işleminin tüm alt taşıyıcılar üzerinde genelleştirilmesi, huzme oluşturmayı IFFT işleminden sonraki bir konuma hareket ettirecek ve yalnızca dijital ön kodlamadaki hüzmeleme, zaman alanı durumuna hareket edecektir.
Düşük maliyetli büyük MIMO vericilerini gerçekleştirmek için, şekilde gösterildiği gibi, dijital ön kodlamayı ve analog hüzmelemeyi birleştiren hibrit bir hüzmeleme konfigürasyonu üzerinde araştırma yapılmıştır. Bu konfigürasyon, yalnızca tüm dijital konfigürasyondaki huzme oluşturma sürecini zaman alanına taşır ve bunu, radyo frekansı devresinde bir değişken faz kaydırıcı tarafından uygulanan analog huzme oluşturma ile değiştirir. Bu hibrit hüzmeleme konfigürasyonunda, sadece DAC ve yukarı dönüştürücünün ışın numarası L değerinin ön işlenmesi IFFT işlemlerinin sayısını azaltabilir.
