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大規模MIMOとは何ですか?また、それが5G導入への道を切り開くものとなっていますか?

あなたのスマートフォン、VRヘッドセット、あるいはあなたの家の外にある防犯カメラなど、数えきれないほどの数のデバイスが、一度にテレコムネットワークに接続しています。 これは時間の経過とともにデータトラフィックの急激な増加をもたらし、帯域幅の改善は時間の必要性になります。 私たち全員が必要としているのは高速データ速度ですね。 中国の通信大手Huaweiが予測しているように、2021年は2016年と比較して世界のモバイルデータトラフィックが7倍に増加することを目の当たりにするでしょう。 インドのような国々ではまだ4G LTEネットワークの出現を目の当たりにしていますが、世界中の電気通信事業者は、信号強度、ユーザー容量、およびデータ速度を最大化するために、さらに複雑で堅牢な技術を試し始めています。 彼らは、Massive MIMO(Multiple Input、Multiple Output)と呼ばれるスマートアンテナ技術を使用しており、それが私たちの第5世代(5G)セルラー技術の基礎を形成するでしょう。 まだ開発の初期段階にありますが、間もなく注目を集めると予想されます。 ですから、大規模MIMOとは何かを疑問に思っているのであれば、大規模MIMOについて知っておく必要があるのは次のとおりです。

Massive MIMOとは何ですか?5Gとの関係は?

規模アンテナシステム 呼ばれる Massive MIMO(Multiple Input、Multiple Output)は、ワイヤレス通信の進化のバックボーンです。 MIMOテクノロジは、より多くのモバイルユーザーをサポートし、長期的にはより高速で信頼性の高いネットワークサービスを提供するために非常に有益であることが証明されています。

現在、ほとんどの4G LTEネットワークインフラストラクチャでは、基地局に8つのアンテナ(トランスミッタ+レシーバ)を配置することしかできません。これは、モバイルユーザのニーズの高まりに対応するのに十分ではないことを証明しています。 これは限られた帯域幅を提供し、データ速度とこのステーションに接続できるユーザーの数に影響します。

これはMIMOが入り込む場所であり、同じ無線チャネル上でデータを交換するために2つ以上の送信機と受信機を同時に使用することを可能にします。 この技術はすでに 4 x 4 MIMOの形でいくつかの高度な4Gネットワ​​ークステーション実装されおり 、現在インドでも少数の通信事業者によって調査されています。

大規模MIMOアンテナシステムのプロトタイプ(画像提供:National Instruments)

しかし、基地局(セルラータワー)の単一アレイに100本近くのアンテナを収容するように上記の概念を拡張することは、今後の5Gネットワ​​ークの基礎を形成するものです。 アンテナの総数を増やすと、その場所の送信機/受信機の数が増え、可能な信号経路が増え、データ速度とリンクの信頼性の両面でパフォーマンスが向上します。 大規模MIMOは、最大4倍の速度向上と数倍のネットワーク容量の拡大をもたらすことができます。

Massive MIMOネットワークにおけるアンテナシステムの集まりは、大部分の以前および現在のネットワークシステムに見られる正確なバルーンのようなビームを形成しない。 その代わりに、アンテナの集まりによって放射される信号の直交性は個々のビームを形成し、瞬時に1つまたは複数の移動局(ユーザ)に対応する。 Massive MIMOは多数の複雑な技術を利用しているため、そのアンテナシステムの機能を説明する最も簡単な方法は、下に添付されている図を使用することです。

4Gネットワ​​ークの5G MAssive MIMOネットワークへの進化(画像提供:Mitsubshi)

つまり、Massive MIMOテクノロジを導入することで、通信事業者はある地域でより多くのモバイルデバイスにサービスを提供できます。 また、既存のスペクトラムを妨げることなく、可能な信号経路を増やし、効率を向上させるために、オペレータが現在の設定にさらに多くのアンテナを追加できるため、同じことがさらにスケーラブルになります。

現在の4Gネットワ​​ークを超える大規模MIMOの利点

Massive MIMO(5G)システムでは、より多数の入出力アンテナが使用されるため、通信事業者はカバレッジとデータ速度を大幅に向上させることができます。 これは、高いスペクトル効率およびエネルギー効率によって可能になり、これは、大きな多重化、ならびに組み合わされたアンテナアレイ利得によって増加する。 現在の4Gシステムに対するMassive MIMO(M-MIMO)アンテナシステムの主な利点は次のとおりです。

1.カバレッジの向上と高速化

おそらくより高い周波数スペクトルと組み合わされたMassive MIMO技術の使用のおかげで、電気通信会社は将来、より多様なデバイスのニーズに応えることができるでしょう。 これだけでなく、 屋内での信号強度は非常に強くなり、チャートから外れます。

Massive MIMOシステムのビームフォーミング機能により、通信事業者は高速カバレッジを農村地域にも迅速に広めることができます。 直接視線は、より高い周波数でうまく機能し、したがって、さらに大きな速度を提供します。

アップグレードの主な目的はデータの速度を上げることでもあり、専門家は1 Gbpsの最低速度から最大10 Gbpsに達することを期待しています。 これは、今年の初めにCESで行われた中国のネットワーキング大手ZTEによって示されたギガビットLTEデモでのいくつかの実験ですでに証明されています。

2.低いインフラストラクチャおよびコンポーネントコスト

世界中の大手通信会社は、高速4Gネットワ​​ーク(5Gより前の速度をサポート)をサポートするようにインフラストラクチャを着実にアップグレードしているため、5Gへの完全なアップグレードはスムーズです。 既存の4Gシステムでは、もっともらしい5Gテクノロジが実現したときに拡張が必要な​​MIMO技術をすでに採用しています。

新しいMassive MIMOアンテナシステムは、多数のアンテナを搭載するだけでなく、拡張性もあります。 通信大手が既存の速度とユーザーベースを追加するためにこのシステム新しいアンテナを追加することはより簡単です 。 また、アンテナの数が多いと堅牢なネットワークが形成されますが、これはアンテナシステムの個々の障害の影響を受けません。

時間制限のある接続のサポート

Massive MIMO対応5Gネットワ​​ークは、カバレッジとデータ速度を向上させますが、信号が送信機と受信機の間を移動するのにかかる時間を短縮します。 これは待ち時間として知られており、今後の5Gネットワ​​ークは、 VR / AR、自動運転、および他のAIまたはML制御サービスのためのこれらのネットワークの使用をさらに容易にするために、これを減らすのに役立ちます

大規模MIMOアンテナ配置における課題

研究者が過去数年間Massive MIMOアンテナテストを実験している間、市場にそれを作ったシステムはまだ通信会社が5Gネットワ​​ークの出現を望むより少ないアンテナを持っています。 これは、このテクノロジの実装で発生した制限によるものです。 これらが広く展開されているときに直面している課題は次のとおりです。

信号処理の複雑さ

これは、Massive MIMO基地局を設定する際に発生する最も顕著な問題の1つです。 アンテナの数が増え、単一の場所での周波数が増えると、干渉の可能性が高まります。 ただし、この問題は、サイト間チャネル干渉を削減する、より広いスペクトラムとゼロフォルトの高精度技術を採用することで解決できます。 アンテナの数が多いとボード全体で複雑さが増しますが、ネットワークは障害に対してさらに耐性があります。

限られたスペクトル可用性

あなたがすでに聞いたことがあるように、周波数スペクトルの分布は統治体によって制御されていて、電気通信事業者はその特定のスペクトルのセクションを確保するために入札を出す必要があります。

今、基本的な問題は、現在の時代に普及している3GHzスペクトルが、新しいデータ接続の過負荷のためにすでに雑然としているという事実にある。 また、波が固体材料を透過せず、木や雨の雲に吸収されないため、Massive MIMO基地局を構築するために、より高い周波数のミリ波(3 GHz - 300 GHz)を利用するの困難です

周波数スペクトル(画像提供:UT Austin)

しかし、テクノロジの巨人や電気通信事業者は、送信電力を増やすことなく、複数のアンテナ(MIMO)が無線信号を狭い指向性ビームに集中させることによって、信号の利得を増やすために協力して取り組んでいます。 Samsung R&DとHuaweiは実験で成功を収めていますが、これらの狭いビームはアライメントの変化に非常に敏感です。

大規模MIMOネットワークの継続的な研究と展開

前述のネットワークシステムはプロトタイプではありませんが、既存の4Gシナリオではすでに小規模で実装されています。 ファーウェイは、チャイナモバイルや日本のソフトバンクなどの地元の通信事業者と、2年以上にわたってMassive MIMOのセットアップを商業的に試してきました。

厳格な実験の結果、 ソフトバンク2016年末にかけて商用Massive MIMOネットワークをデビューさせるために、現在は非常に通信事業者に選ばれています。 China Mobile、Vodafone、T-Mobileなどの他の通信事業者も、このテクノロジを各国の限られた数のユーザーに展開し始めています。

あなたの心の後ろに悩ませている最大の質問があるならば、私達の現在のスマートフォンはこれらの大規模MIMOネットワークと互換性がありますか? それで、 簡単な答えは大抵イエスです。 多数の既存のデバイスが4G MIMOネットワークを利用して、何の問題もなくギガビット速度を提供できます。

インドで初めての5G対応展開

ハードウェア大手と共同で、世界中の多くの電気通信会社がすでにネットワーク上でMassive MIMOを試していますが、インドは最近、このような最初のネットワークの導入で5Gの未来的なドライブにも加わりました。

それがこの偉業を達成するためのものになったと発表したときに国の大手通信大手、エアテルは、見出しを立てました。 インドで最初のM-MIMO(Massive Multiple-Input Multiple-Output)テクノロジのロールアウトは、BengaluruとKolkataによって開始されましたが、今後数カ月のうちにこの国の他の地域にも展開される予定です。

Airtelは、 Project Leapと呼ばれる進行中のネットワーク変換プログラムの一環として、新しい5Gテクノロジを採用しました。 Massive MIMOテクノロジは、既存のネットワークスペクトラムを使用しながら、既存のネットワーク容量を7倍に向上させることを期待しています。 それは、既存の4Gの導入においても同じことが2倍も速いスピードを提供することになると信じています。

さらに、中国のネットワーキング大手ZTEは、VodafoneやReliance Jioなどの広く知られている通信事業者と共同で、5G以前のMassive MIMO実験に参加していることを発表しました。 公式声明で述べられているように、Huawei社は国内でのAirtelの展開の背後にある顔です。

インドの電気通信産業の現状から見れば、これは国内の拠点を維持するためのこれらの電気通信大手の役割です。 彼らは最近、1年以内に4G LTEネットワークのロールアウトで彼らを奮い立たせることができた彼らの最も激しい新しい競争相手、すなわちReliance Jioによって驚くべき衝撃で目が覚めた。

予想される広範囲なロールアウト

EricssonやNokiaのようなネットワーキング大手が発表したほとんどのレポートは、5Gネットワ​​ーク技術が飛躍的な進歩を目の当たりにし、2020年代までに大衆に届くことを現在示唆しています。 これは厳格なスケジュールではありませんが、10年以内にアップグレードされた技術がデビューすると見ている業界の運用パターンと一致しています。

画像提供:サムチャーチル/フリッカー

3Gネットワ​​ーク技術は2001年10月に最初にデビューしましたが、4G LTEは2011年頃の10年後に広く採用されるようになりました。したがって、進行中のMassive MIMO努力はこの10年の終わりまでに実現すると推測できます。 今後数年間で、5G以前のテクノロジの実装が消費者とオペレータ側の両方で見られます。 2018年冬季オリンピックの観客は、この革新を目の当たりにする最初の人となり、続いてFIFA 2018年ワールドカップが開催されます。 チップメーカーのクアルコムでさえ、5G互換(ギガビット)デバイスを同様のスケジュールで展開する計画をしていると述べています。

インドでは4G LTEサービスの長期展開が目撃されている可能性がありますが、まだ進行中です。 しかし、国内では競争が激化し、統合が進んでいるため、この国の電気通信の大群はもはや最新の技術を採用するために競争に巻き込まれることを望んでいません。

大規模MIMO:5G導入のための技術的競争

Massive MIMOの発展を俯瞰的に見ると、インドは技術の原動力であるという変革のイメージをさらに強化していることがわかります。 政府は現在、携帯電話技術の進化を開始するために必要な措置を講じています。

政府は、現在のシナリオを評価し、5Gサービスをタイムリーに展開するための行動計画を承認するためのハイレベルフォーラムをすでに設置しています。 それは5Gの研究開発目的のためにそのような技術の進歩の採用を導く国と共に私たちを世界地図上に置くために500ポンドの大規模なコーパスを割り当てました。 現時点で定義されている本当の「5G」ネットワークはありません、そして今後数年間は同じように見張りをしている必要があります。

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