A massive MIMO antennarendszerek beamforming technológia alkalmazásával növelhetik minda az adatátviteli sebességet mind a hálózati kapacitást. Ezenkívül a hálózati lefedettséget is javíthatják a cella szélén is. A masszív MIMO az 5G hálózatok kulcsfontosságú eleme a hálózati performance és lefedettség biztosítása érdekében. Ezért a hálózati eszköz gyártók jelentős erőforrásokat irányítanak a massive MIMO antennarendszerek fejlesztésébe. Ezek a fejlesztések mind a hardver mind a szoftverek terén jelentős változásokat igérnek. A hardverfrissítésekhez képest azonban a massive MIMO algoritmusokkal kapcsolatos innovációk az érdekesebbek a szolgáltatók számára hiszen ezek upgradelése kevesebb anyagi és egyébb erőforrást igényelnek a szolgáltatók részéről. Márpedig az 5G és az advanced 5G (5.5G) folyamatos hálózati fejlesztéseket igényel.
Adaptive High Resolution (AHR) Algoritmus
A massive MIMO rendszereket az antenna elemeken túl, összetett algoritmusok kombinációja alkotja. Ezek az összetett algoritmusok állnak a massive MIMO rendszer tervezés és optimalizálás középpontjában. A massive MIMO rendszer több olyan lényeges algoritmust alkalmaz, mint például:
- Channel estimation: a massive MIMO rendszer beamforming, moduláció és kódolás funkciói a csatornaparaméterek ismeretén alapulnak. A radio bázisállomás az uplinken visszacsatolt channel információk alapján becsüli meg radio csatorna jellemzőit és állíta be a megfelelő a paramétereket.
- Beamforming: a channel estimation eredménye alapján a bázisállomás meghatározza a radio beam-ek paramétereit, pl. a beam-ek vízszintes és függőleges iránya és szélessége.
- Adaptive modulation and coding: a bázisállomás a rádiókapcsolat pillanatnyi minősége szerint dönt a modulációs scheme-ről és coding rate-ről a rádióátvitel hatékonyságának javítása érdekében.
Az Adaptive High Resolution (AHR) algoritmusok mindhárom területen javítják a massive MIMO performance-át. Az AHR a nagy pontosságú channel estimation által javíthatja a beamforming pontosságát és csökkentheti a hálózat interferenciáját. Az olyan algoritmusok mint az adaptive modulation scheme és UE paraméterek alklamazása nagyban javítják a felhasználói élményt . A high resolution RF beam és a multi-user pairing fuknciók javítása növeli a hálózati kapacitást. Az algoritmusok akár 20-30%-kal is javíthatják az átlagos felhasználói adatsebességet és a cella kapacitást. Az AHR algoritmusok viszonylag egyszerűen, hardverupgrade nélkül telepíthetők.
Signal Direct Injection Feeding (SDIF)
A közvetlen jelbefecskendezéses táplálás (SDIF) egy olyan új technológia, ami csökkenti az antenna kábel okozta veszteséget. A Meta LEns technológia koncentrálja a RF Beam-eket az antennák nagyobb rádiófrekvenciás hatékonysága érdekében, ami javítja a jeltovábbítási hatékonyságot és energiahatékonyságot.
Egy antennához akár több méter kábelre is szükség lehet, ami akár 1 – 1,5dB jelveszteséget is okozhat. A közvetlen jelbefecskendezéses (SDIF) technológia nem használ kábelezést, így a kábel okozta jelveszteség csökkenthető. Az energiahatékonyság ezáltal akár 15 százalékkal is javítható.
A Meta Lens koncentrálja a RF Beam energiát az antennák nagyobb jeltovábbítási hatékonysága érdekében.
Ezek a technológiák együttesen akár 20-25 százalékkal is javíthatják az energiahatékonyságot.
MetaAAU
Az újgenerációs MetaAAU egy TDD Massive MIMO innováció amely új hardver és szoftver megoldásokat alkalmaz.
A hardver oldalról az extremely large antenna array (ELAA) megnöveli az AAU-ban alkalmazott antennaelemek számát, így már 384 antennaelemet alkalmaz, kétszer annyit, mint a hagyományos AAU (192). Az ELAA ultrakönnyű integrált antenna array-et a közvetlen jelbefecskendezéssel (SDIF) kombinálják a hatékonyság további javítása érdekében.
Szoftveres téren a MetaAAU az Adaptive High Resolution (AHR) Turbo algoritmust használja a precízebb és dinamikusabb beamforminghoz. Az AHR olyan funkciókkal rendelkezik, amelyek nemcsak növelik a sugárzott RF energia hatékonyságot, hanem zajcsökkentők is. Az AHR Turbo algoritmus lehetővé teszi a MetaAAU számára, hogy rendkívül keskeny beam-eket hozzon létre a felhasználók irányába. Az AHR javítja az RF beam-ek dinamikus alkalmazkodását a rádió csatorna minőségének változásaihoz.
MetaAAU Előnyei a Hagyományos AAU-hoz képest
Energiahatékonyság
Különösen az 5G hálózatokra jellemző, hogy a massive MIMO antenna rendszerek jelentik az egyik legjelentüsebb energiafogyasztást. Az ELAA technológiát a SDIF és AHR-vel kombináló MetaAAU jelentós mrtékben, akár 30%-kal is csökkentheti a hálózat energiafogyasztását egy hagyományos AAU-hoz képest, ugyanazt a lefedettséget biztosítva. A MetaAAU alacsonyabb átviteli teljesítménnyel is lehetővé teszi hasonló lefedettség elérését, ami akár 20-30%-kal is csökkentheti az energiafogyasztást a hagyományos AAU-khoz képest.
Lefedettség
Egy hagyományos masszív MIMO AAU-val összehasonlítva a MetaAAU akár 3-6 dB-lel javíthatja a lefedettséget.
Performance
Egy hagyományos masszív MIMO AAU-val összehasonlítva a MetaAAU átlagosan akár 30%-kal, a cella széleken akár 15%-al is javíthatja az adatsebességet.
RF Teljesítmény
Egy hagyományos masszív MIMO AAU-val összehasonlítva a MetaAAU-val a sugárzott RF teljesítmény felére csökkenthető a lefedettség csökkenése nélkül. Ezáltal a MetaAAU akár 20-30%-os energiamegtakarítást is elérhet a hagyományos masszív MIMO AAU-hoz képest.