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大规模移动天线技术引领互联网的未来

2019-03-04 18:08:10 | 来源: 网络

奥尔堡大学电子信息系统实验室(theDepartment of Electronic Systems at Aalborg University)的Elisabeth De Carvalho和她的团队正在研究一种大规模的多输入多输出系统(multiple-input and multiple-output ,MIMO-system)。未来将会有上百根天线用于移动数据的传输,这会使得数据传输更加高效和安全。

用于5G解决方案的移动基站将由数百个小型天线组成。其优点是更快速的数据传输、更低的能量消耗、更高的安全性和广泛的覆盖。奥尔堡大学的研究人员处于新型天线技术研究的前沿。

在未来的年,随着5G络的推行,我们将逐渐走向一个由5G络互连的世界。在这个时候,一个功能齐全的移动络变得尤为重要。这个移动络需要拥有足够空间,可以接入更多设备并且能够承载更多数据流量。

奥尔堡大学电子系统系副教授ElisabethDe Carvalho说:“随着物联的兴起,越来越多的设备需要进行互联。”在中国科技巨头——华为的资金支持下,ElisabethDe Carvalho和她的同事PatrickEggers副教授, Jesper Oslash;dum Nielsen和Anders Karstensen博士一起,研究一种新型的数据库系统,以满足对数据传输近乎无休止增长的需求。

这个系统仍处在早期阶段,被称为“大规模MIMO”。MIMO是“Multiple-Input Multiple-Output(多输入多输出)”无线技术的缩写。这种无线技术用于同时在大量设备和用户之间传输数据。

架设在高楼或者屋顶的移动通信基站,多可以有八个指向不同方向的天线以覆盖大范围区域的数据传输。然而,奥尔堡的研究小组正在研制一个能容纳几百个天线的基站,使其能够更精确地连接每个移动单元。

Elisabeth De Carvalho说:“我们不知道它到底会变成什么样子。可能是在一座建筑物的墙的外面覆盖着天线,也可能在墙的里面。

大规模移动天线技术引领互联网的未来

这个我们还不是很确定。”

在一个基站中增加数百个天线会使能量更加集中,从而大大提高数据传输速率。并且使信号传播地更远,提高移动覆盖率。

与此同时,在现有的系统下,基站的能耗也将下降。

Patrick Eggers解释说:“增设大量的天线,更像是一条高压的细软管将水直接输送到你需要的地方。而不是一条粗壮的漏水消防管,将水飞溅得到处都是。”

“基于这项技术,我们不再简单地像无线电发射机那样将信号向四面八方传播,而希望能够在基站和连接单元之间创建一条集中且狭窄的虚拟电缆。通过缩窄信号传输空间,我们能够提供更快更好的连接。”

安全性升级

缩窄信号传输空间不仅是一个性能问题。设置大量天线的另一个好处就是它提高了数据传输的安全性。

“传输空间越窄,就越难被监听。”PatrickEggers说,“假设你是中央情报局,克格勃或者其他情报机构的成员。当有一个广播信号,你可以随时竖起天线来接收这个信号。而且如果你有足够强大的设备,你还可以解码这个信号。但如果一开始就没有捕获到这个信号,监听将变得异常困难。这就是这一系统在行业及私人应用中的主要优势。你越是缩窄空间,入侵者就越难侵入。”

然而,MIMO系统的众多效益在未来一段时间中仍将是一种假设。目前为止,研究小组已经在实验室中建立了一个大规模MIMO阵列的一部分模型,以便进行信道测试,并弄清楚以后如何建设基站。

Elisabeth De Carvalho说:“现在,我们正在研究从大规模MIMO中可以得到什么类型的性能指标。这些性能很大程度取决于设备与基站之间的环境。我们希望基于这些测量量来建立信道模型。这些模型对于工程师测试算法来说至关重要。但在原型建立之前,我们仍有许多研究需要做。”

目前,几乎没有任何关于大规模MIMO如何工作、无线信道是什么样的实际信息,而这些信息对建立系统来说至关重要。

Jesper Oslash;dum Nielsen说:“虽然有很多假设和理论,但都设想信号在空气中以某种方式传播。至少现在,没有人真正知道信号到底是以什么样的方式传播。”

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翻译:贾文铎

审校:王舟

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