概要
The Mobile Networkのインタビューで、レムコムはMassive MIMOチャネルモデリングへの新しいアプローチが5Gネットワーク展開とアプリケーションの成功の鍵になることを論じている。
5Gの標準規格はまだ策定中であり、標準規格の完全採用は2020年まで予定されていないが、そのプロセスはそのタイムスケールが示すよりも進んでいる。 多くの研究開発は、5Gのエアインターフェースを構成する無線技術の伝搬特性に焦点を当てており、mmWave帯におけるMassive MIMOの研究は、その主要な部分を形成している。 The Mobile Network誌のこの記事では、Remcomの専門家が、Massive MIMOチャネルモデリングへの新しいアプローチが、5Gネットワーク展開とアプリケーションの成功の鍵となることを論じている。
1.5Gは意外と近い
5G標準はまだ策定中であり、IMT-2020標準のITUによる完全な採用は2020年まで予定されていないが、そのプロセスはそのタイムスケールが示すよりも進んでいる。3GPPは今年後半に新無線規格の最初の凍結を目指しており、新無線システムの分野では膨大な研究開発が行われている。
その研究開発の多くは、5Gエアインタフェースを構成する無線技術の伝搬特性の研究であり、mmWave帯におけるMassive MIMOの研究はその主要な部分を形成している。
2.マッシブMIMOは5Gで威力を発揮する
5Gでは、業界は10～100倍のデバイスを10～100倍のデータレートで接続する能力を目標としている。そのためには、全体の容量を1000倍以上に増やす必要がある。また、密集した都市部で動き回るモバイル・デバイスから、センサーやコネクテッド・カーなどのIoTデバイスの展開まで、ますます多様化するユースケースに対応できるようにしたいという要望もある。
数多くの実現技術が導入されるだろうが、マッシブMIMOが重要な役割を果たすのは、空間多重とビームフォーミングによってスペクトル効率が向上するからである。同じ周波数で複数の個別ユーザーにビームを向けるために連携できる数百の素子を配備することで、マッシブMIMOアンテナは、容量と接続機器数の桁違いの増加を達成する能力を持っている。スループットと容量の増加、そしてIoTがもたらすデバイス密度にとって、Massive MIMOは鍵となるだろう。
3.しかし、Massive MIMOはさらに複雑さをもたらす。
セル全体に信号を放射するのではなく、特定の方向に信号を向けるビームフォーミングを使用することで、Massive MIMOはスペクトル効率を高め、干渉を減らすが、複雑さも増す。
スモールセルの高密度化により、基地局はマルチパスに富んだ複雑な都市環境内に設置されることが多くなっている。ビームフォーミングでは、通信リンクの両端にある各アンテナ間のチャネルを特性評価する必要があり、アンテナの数が増えるにつれて、より多くのチャネル状態情報が必要となる。また、マッシブMIMOはどの周波数でも効果的に使用できるが、5Gでは新たにミリ波帯が登場し、その波長が小さいため、1つのデバイスに設置するアンテナ素子の数が増えやすくなる。そのため、間隔が狭いアンテナ間で送受信信号がどのように変化するかを予測するには、より詳細なシミュレーションが必要になります。
スモールセル内のユーザーとのリンクを維持するために、基地局はチャネルに関する情報を常に更新し、各ユーザーに信号を送る最適な方法を計算している。MIMOビームフォーミングは "パイロット信号 "に依存しており、これによって基地局はチャネルの特性を把握し、その大型アンテナアレイを使って単一のユーザーにビームを向けることができる。近隣のセルからのパイロット信号は、ネットワークに干渉をもたらす可能性があり、これはMassive MIMOビームフォーミングの性能を大幅に低下させる可能性がある。
4.チャネルを正確にモデリングすることは、その複雑性を理解する上で非常に重要である。
チャネルモデリングは、異なるデバイス間の伝搬環境を予測または理解することを可能にします。マッシブMIMOの性能を評価する方法を理解するために、事業者とベンダーは、高レベルのマルチパス、信号とアンテナの偏波、アンテナアレイ全体の位相の詳細などの複雑な要因を含む、環境内を移動するユーザーに信号がどのように到達するかを非常に正確にモデリングする必要があります。各ユースケースでどのような信号が受信されるかを予測し、ビームフォーミングの有効性を評価する。ビームフォーミングのシミュレーションを行うには、建材、地形、植生、その他の構造物を定義するデータを取り込む必要があります。
5.現在のプランニング手法では対応できない
以前は、通信事業者やシステム設計者は単純化された統計モデルや2Dチャネルモデルで済ませていたかもしれないが、マッシブMIMOでは、信号がどこでどのように伝搬しているのか、そして個々のデバイスに実際のビームをどのように送出するのかを決定するために、非常に詳細なモデルが必要になってきている。
マルチパスを探すのは非常に複雑になる。都市部では、あるデバイスに直接到達する見通し線と、そこから別のデバイスに到達するために信号が移動する他の多くの経路があり、それぞれが信号の異なるコピーを提示する場合があります。さらに、MIMOシステムの各要素間の各経路の位相とその変化も、MIMOシステムの性能を理解する上で非常に重要です。このようなニーズに応えるため、3Dレイトレーシングでは、さまざまなシナリオでチャネルがどのように見えるかを理解するために、シミュレーションを使用してこれらの効果をすべて予測します。
6.実際の3Dビームフォーミングをシミュレートするには、高い精度が要求される
マッシブMIMOの予測チャネルモデリングには、3D効果をすべてキャプチャするフル3Dレイトレーシング・モデルによる、新たなレベルの詳細が必要です。しかし、ほとんどのレイトレーシング・モデルは、マッシブMIMOのためにマルチパスを詳細に計算するタスクには対応していません。なぜなら、アレイ内の各送信アンテナについてシミュレーションを行う必要があり、マッシブMIMOの場合には計算量が多くなりすぎるからです。ほとんどのソリューションは、単純化した仮定を置くことでこれを処理しようとしますが、私たちはその代わりに、詳細を維持しつつ、実行時間への影響を最小限に抑えるように計算を最適化しようとします。
7.レムコムはどのようにそのニーズに応えるのか
レムコムはMIMOチャネルモデリングで最初に市場に出ました。マッシブMIMOのモデリング能力という点で、当社のWireless InSiteソリューションはユニークであり、市場をリードしています。このソリューションには、3Dレイトレーシング機能の完全な精度と、すぐに実行できる高度な最適化が含まれています。シミュレーションでは一般的に、速度と精度はトレードオフの関係にあると考えられています。MIMOに対する私たちのアプローチでは、妥協する必要はありません。パフォーマンスを犠牲にすることなく、正確な結果を得ることができます。
5Gの試験を進める通信事業者や機器メーカーは、主要な5G技術イネーブラーの予測モデリングを迅速かつ正確に行うことができるモデリング・ツールを使用できるようになった。
5G MIMOに関するその他のリソース
