И.В. Свиридова1, Р.Н. Хорошайлов2, Д.В. Лялин3

1-3 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия)

Постановка проблемы. Исследование технологии беспроводного доступа, известной как массовая система множественного ввода/вывода (MIMO), обусловлено глобальной «нехваткой» полосы пропускания в секторе беспроводной связи. Массовая MIMO - одна из ключевых технологий для сетей следующего поколения - объединяет антенны как в передатчике, так и в приемнике, что обеспечивает высокие спектральную и энергетическую эффективность с использованием относительно простой обработки. В связи с этим актуальной задачей является изучение особенностей системы MIMO для преодоления основных недостатков этой технологии для успешного развертывания сетей 5G и выше для реализации различных приложений интеллектуальной системы датчиков.

Цель. Провести анализ основных технологий, необходимых для удовлетворения спроса на передачу данных, ожидаемого для сетей 5G и 6G, с выделением методов передачи, требуемых для реализации системы MIMO.

Результаты. Рассмотрены полностью цифровые, аналоговые и гибридные структуры построения системы MIMO. Приведено подробное описание метода многоуровневой массовой передачи MIMO. Выполнена оценка пропускной способности системы MIMO, ее аппаратной и вычислительной сложности, а также энергоэффективности. Показано, что массивные схемы MIMO могут полагаться на асимптотическую линейную независимость при проектировании обработки сигнала, учитывая большое число используемых антенн.

Практическая значимость. В результате проведенного анализа установлено, что классические методы MIMO не в состоянии удовлетворить техническим требованиям, поэтому в гибридных архитектурах должна применяться комбинация аналоговой и цифровой областей для использования пространственного разрешения, обеспечиваемого большим числом антенных элементов, но при этом число энергозатратных и дорогих радиочастотных цепей остается в «разумных пределах», а вычислительная сложность контролируется. Поскольку единой структуры/алгоритма, которые обеспечивали бы наилучший компромисс между сложностью и производительностью во всех возможных сценариях, не существует, необходимо адаптировать их к характеристикам приложения и канала при проектировании системы. Оптимизировать энергоэффективность радиочастотного источника питания можно с использованием таких решений, как массовая многослойная система MIMO.

Свиридова И.В., Хорошайлов Р.Н., Лялин Д.В. Анализ методов MIMO для 5G и последующих технологий: преимущества и недостатки // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 8. С. 100-104. DOI: https://doi.org/10.18127/ j00338486-202308-16

1. Хорошайлова М.В. Архитектура канального кодирования на основе ПЛИС для 5G беспроводной сети с использованием высокоуровневого синтеза // Вестник ВГТУ. 2018. Т. 14. № 2. С. 99-105.
2. Liu F., Kan X., Bai X., Du R., Zhang Y. Two-stage hybrid precoding algorithm based on switch network for millimeter wave MIMO systems // Prog. Electromagn. Res. 2019. № 77. Р. 103–113.
3. Boukharouba A., Dehemchi M., Bouhafer A. Low-complexity signal detection and precoding algorithms for multiuser massive MIMO systems // SN Appl. Sci. 2021. № 3. Р. 1–7.
4. Башкиров А.В., Питолин В.М., Свиридова И.В., Хорошайлова М.В. Стохастическое итеративное декодирование на факторных графах // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 6(8). С. 122-126.
5. Thi Bao Nguyen T., Nguyen Tan T., Lee H. Efficient QC-LDPC Encoder for 5G New Radio // Electronics. 2019. № 8. Р. 668.