Trendy rozwoju massive MIMO (mMIMO)

5G ma dwa nowe pasma częstotliwości: sub-6 GHz (3,5 - 7 GHz) i mmWave (24 - 100 GHz). 5G poniżej 6 GHz, a więc o częstotliwości stosunkowo zbliżonej do zakresu częstotliwości 4G, jest popularnym wyborem, ponieważ znajduje równowagę między doskonałą przepustowością danych a rozsądną ceną. Według raportu IDTechEx ‘5G Market 2023-2033: Technology, Trends, Forecasts, Players’, od 2022 53% komercyjnych i przedkomercyjnych usług 5G  jest opartych na paśmie poniżej 6 GHz, przy czym mmWave stanowi mniej niż 10% rynku.

Technologia Massive Multiple Input, Multiple Output (MIMO) została opracowana i szeroko przyjęta w erze 5G. Technologia Massive MIMO jest ważnym etapem rozwoju, ponieważ dzięki niej urządzenia radiowe mogą mieć 32 lub 64 kanały TRX, z maksymalnie 512 lub nawet więcej elementami antenowymi, co skutkuje znacznie lepszym przyrostem pojemności niż tradycyjne urządzenia z tylko dwoma, czterema lub co najwyżej ośmioma kanałami TRX .

Najważniejszą cechą Massive MIMO jest poprawa pokrycia w nowych, wyższych pasmach częstotliwości 5G poprzez formowanie wiązki, co pozwala na takie samo pokrycie w pasmach 5G, jak w przypadku 4G z wykorzystaniem starej siatki sieci. Oprócz tego, inne zalety massive MIMO obejmują:

• Zezwalanie użytkownikom podłączonym do tej samej stacji bazowej na współdzielenie zasobów czasu i częstotliwości, co znacznie zwiększa przepustowość sieci bez potrzeby zagęszczania stacji bazowych lub szerszej przepustowości.
• Zapewnienie większej ilości możliwych ścieżek sygnału i lepszej wydajności pod względem szybkości transmisji danych i niezawodności łącza
• Wykorzystanie technologii kształtowania wiązki, zwiększającej wydajność widma
• Massive MIMO zapewnia znacznie większą elastyczność pionową w porównaniu z tradycyjnym MIMO
• Zmniejszenie całkowitego kosztu posiadania (TCO) w przeliczeniu na pojemność w przypadkach dużego natężenia ruchu

Podsumowując, technologia massive MIMO jest kluczem do zwiększenia przepustowości 5G, zwiększenia zasięgu sieci, a tym samym poprawy komfortu użytkowania.

Zgodnie z oświadczeniem firmy Ericsson dotyczącego wdrożenia 5G sub-6 GHz w Chinach, dla widma 5G sub-6 GHz przy 3,5 GHz, stosunek radiotelefonów mMIMO na obszarach, 80% urządzeń posiadało technologię massive MIMO, a tylko 20% konwencjonalne rozwiązania RRU (remote radio unit). Wskaźnik ten różni się w zależności od środowiska wdrożenia: jest wyższy w gęsto zaludnionych obszarach metropolitalnych i niższy na obszarach podmiejskich. Przewiduje się, że z czasem dla danego scenariusza wdrożenia stosunek Massive MIMO do RRU będzie wzrastać.

Pomimo istnienia na rynku od 2-3 lat, urządzenia radiowe MIMO wciąż się rozwijają. Kluczowe trendy rozwojowe tych urządzeń obejmują

• zmniejszenie masy i rozmiaru,
• zmniejszenie zużycia energii,
• poprawę efektywnej mocy promieniowanej izotropowo (EIRP)
• poprawę zarządzanie termicznego.

Technologia krzemowa jest jednym z kluczowych elementów ciągłego zmniejszania rozmiaru i wagi ogromnego radia MIMO oraz zmniejszania zużycia energii. W systemach telekomunikacyjnych, 95% funkcjonalności płyty odbiornika radiowej stacji bazowej to przetwarzanie sygnału, które do wykonania opiera się na jednym lub kilku potężnych elementach krzemowych. Dlatego rozwój dobrze zaprojektowanych komponentów ma kluczowe znaczenie dla budowania lekkich, bardziej energooszczędnych stacji bazowych massive MIMO. Analiza  ‘5G Market 2023-2033: Technology, Trends, Forecasts, Players’ firmy IDTechEx zawiera dogłębną analizę zarządzania zużyciem energii przy wykorzystaniu innowacji komponentowych różnych firm. Wybór półprzewodników do wzmacniaczy mocy jest kolejnym ważnym czynnikiem niezbędnym dla dobrego projektu massive MIMO: szacuje się, że na tym etapie zużywa się ponad 60% energii elektrycznej nadajnika. W rezultacie posiadanie wysokowydajnego wzmacniacza mocy ma kluczowe znaczenie, a obecnie badania skupiają się na integracji w jednym pakiecie bardziej dyskretnych stopni oraz adopcji technologii GaN.