Massiv MIMO ger obegränsad kapacitet i de trådlösa näten

Antenntekniken Massiv MIMO anses vara den mest lovande för framtidens supersnabba 5G-nät, även om forskarna hittills trott att det finns en övre gräns för hur mycket data det är möjligt att överföra. Någon sådan gräns finns inte, visar LiU-forskaren Emil Björnson.

Emil Björnson Foto: Thor Balkhed– Vi kan visa att Massiv MIMO har obegränsad kapacitet, matematiskt och med hjälp av simuleringar, säger Emil Björnson, biträdande professor i kommunikationssystem vid Linköpings universitet.

Pilotkontaminering

Tekniken med Massiv MIMO väckte tidigt 5G-forskarnas intresse. Under de senaste fem till tio åren har forskarvärlden dock varit ense om att det finns en övre gräns för hur mycket data som går att överföra trådlöst per sekund, med en viss bandbredd och inom ett visst område. Flaskhalsen har varit en typ av störningar som uppstår när man mäter hur de trådlösa signalerna färdas, forskarna kallar det pilotkontaminering.

– Den slutsatsen är en konsekvens av att vi använt en alltför tillrättalagd modell och en förenklad metod, säger Emil Björnson.

Genom att sätta upp fler antenner, och processa signalerna som skickas och tas emot från antennerna på rätt sätt, finns det ingen övre gräns för hur mycket data som kan överföras.

Bevisen har han tagit fram i samarbete med kollegor i Frankrike och Italien och deras artikel har nu publicerats såväl hos den öppna tjänsten Arxiv som i IEEE:s digitala tjänst Xplore. Även simuleringskoden finns öppet tillgänglig på Github för den som tvivlar och vill validera resultaten.

Massiv MIMO

MIMO står för Multiple Input, Multiple Output och tekniken innebär att man kopplar samman hundratals små antenner på kanske 10 mW vardera till något som antingen kan likna en stor datorskärm eller spridas över en husfasad.
De tre artikelförfattarna upptäckte lösningen på problemet med pilotkontaminering under arbetet med boken Massive MIMO Networks: Spectral, Energy and Hardware Efficiency.De tre artikelförfattarna upptäckte lösningen på problemet med pilotkontaminering under arbetet med boken Massive Mimo Networks: Spectral, Energy and Hardware Efficiency.Alla antennerna skickar tiotals signaler med väl valda tidsfördröjningar. Tidsfördröjningarna väljs så att kopiorna av en signal når fram exakt samtidigt till den mottagare som ska ha signalen, men utspritt över tid hos alla andra mottagare. Det ger en stark signal hos den tilltänkta mottagaren och en liten störning hos alla andra. Det är när man ska testa dessa tidsfördröjningar med testsignaler, så kallade piloter, som pilotkontaminering uppstår.

Hundra antenner med 10 mW blir 1 W som fördelas mellan användarna, väsentligt mindre än de 40 W som dagens antenner använder. Den låga effekten räcker eftersom varje signal har riktverkan. Massiv MIMO ger därför en kombination av låg uteffekt, hög energieffektivitet och en överlägsen kapacitet eftersom många mottagare kan få signaler samtidigt. Kapaciteten kan alltså, enligt de nya beräkningarna och simuleringarna, bli oändligt stor.

–  Konsekvensen blir att vi i takt med att folk förbrukar mer och mer trådlös data kan fortsätta och sätta upp fler och fler antenner för att tillgodose behoven, säger Emil Björnson.

The article: Massive MIMO has Unlimited Capacity, Emil Björnson, Jakob Hoydis and Luca Sanguinetti, IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 17, no. 1, pp. 574-590, Jan 2018. DOI 10.1109/TWC.2017.2768423

Kontakt

Fler nyheter från avdelningen

Senaste nytt från LiU