Активные антенны и Massive MIMO для 5G

Сети 5G будут отличаться от сетей предыдущих поколений, прежде всего, тем, что в зоне действия каждой соты окажется гораздо больше терминалов различных типов (в т.ч., IoT), чем в традиционной сети (3G/4G).

В течение последних лет архитектура сайтов базовых станций мобильных сетей значительно эволюционировала от традиционной архитектуры, в которой радиоблоки приёмопередатчиков радиосигнала были расположены близко к антенне. Разделение базовых блоков цифровой обработки сигналов BBU (Base Band Unit) от блоков аналоговых радиопередатчиков RRH или RRU (Remote Radio Head/Unit) позволяло снизить количество оборудования на сайте и обеспечить более эффективное управление сетью.

Следующий этап эволюции архитектуры сайтов базовых станций – интеграция радиочасти базовой станции непосредственно в самой антенне и распределение функционала приемопередатчика радиосигнала по элементам антенны. Такое решение называется активной антенной (active antenna) [1].

Эволюция архитектуры базовой станции от традиционной BTS в прошлом (к решению удалённой радиочасти RRH (Remote Radio Head), применяемому в настоящее время, и далее к решению активной антенны для сетей 5G в будущем, показана рисунок ниже.

Рис. 1. Эволюция антенн от пассивных к активным (источник: http://www.commscope.com).

Massive MIMO

С решением активных антенн тесно связано решение Massive MIMO, массированного режима MIMO (Multiple In, Multiple Out), то есть использование нескольких антенн на передачу и на приём, как в передатчике, так и в приёмнике).  Иногда Massive MIMO называют также Large Scale MIMO (широкомасштабный режим MIMO).

Спектр применений MIMO содержит следующие режимы:

  • Однопользовательский режим SU-MIMO (Single User);
  • Многопользовательский режим MU-MIMO (Multiple User);
  • Массированный режим Massive MIMO.[2]
Рис. 2. SU-MIMO и MU-MIMO (источник: National Instruments).

Примеры некоторых конфигураций различных режимов MIMO базовой станции (BS) и мобильных терминалов (MS) показаны в таблице ниже (в таблице показаны не все возможные конфигурации)[3].

Таблица 1. Примеры некоторых возможных конфигураций MIMO (источник: National Instruments)

Конфигурация MIMOЧисло антенн на базовой станцииЧисло мобильных терминаловЧисло антенн на мобильном терминале
SU-MIMOДо 1281До 12
MU-MIMOДо 12828 для MS1, 4 для MS2
Massive MIMOДо 12854 для MS1, 4 для MS2, 2 для MS3, 1 для MS4, 1 для MS5

Massive MIMO – режим, когда число антенн на базовой станции много больше, чем число антенн на мобильном терминале, при использовании единого тракта сигнализации. В таком режиме использование частотного ресурса гораздо более эффективно. При этом также значительно повышается число устройств, которые могут быть обслужены на одном частотном и временнóм канале внутри одной соты, по сравнению с современными системами 4G, как показано на рисунке ниже[4]. Базовые станции 5G будут оснащены гораздо большим количеством маленьких антенн (Small Cells), чем традиционные базовые станции 3/4G, чтобы иметь возможность поддерживать различные применения IoT и другие в сети 5G.

Рис. 3. Сравнение решения Massive MIMO в сетях 5G) с антеннами для сетей Current 4G (источник: Mitsubishi Electric).


[1] http://www.commscope.com/Blog/fiber-to-the-antenna

[2] http://www.ni.com/white-paper/52382/en/#ref1

[3] http://www.ni.com/white-paper/52382/en/#ref1

[4] http://www.mitsubishielectric.com/news/2016/0121.html

About Алексей Шалагинов

Независимый эксперт
This entry was posted in 5G, Ликбез and tagged , , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.