Massive MIMO med lågprecisionsomvandlare
- Diarienummer
- ID14-0022
- Start- och slutdatum
- 150101-191231
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Väldigt stora MIMO system (Massive MIMO), det vill säga att utrusta cellulära basstationer med ett stort antal antenner i förhållande till antalet aktiva användare, är en lovande framtida teknologi i nästa generations mobilnät. För att kunna skala upp antalet antenner men samtidigt hålla nere kostnaderna måste lågprecisionskomponenter användas, vilket kan påverka systemets prestanda markant. Huvudsyftet med forskningsprojektet är att karaktärisera avvägningen mellan prestanda och kostnad i väldigt stora MIMO system. Fokus kommer att ligga på hårdvarubegränsningar till följd av användningen av lågupplösta analog-till-digital- och digital-till-analog-omvandlare. De huvudsakliga målen med projektet är i) att karaktärisera den maximala möjliga datahastigheten i upplänk och nedlänk i väldigt stora MIMO system som använder lågprecisionsomvandlare ii) att utveckla sändar- och mottagaralgoritmer som närmar sig de fundamentala datahastighetsgränserna iii) att kunna rekommendera tillräcklig omvandlarupplösning för att nyttja de fördelar som väldigt stora MIMO system medför. Ytterligare mål med det föreslagna projektet är att stärka samarbetet mellan Chalmers och Ericsson i ett område (utveckligen av framtida mobilsystem) som är viktigt för den svenska industrin, att publicera vetenskapliga artiklar och patent samt att främja kunskapsutbytet mellan Chalmers och Ericsson.
Populärvetenskaplig beskrivning
Visionen för radioåtkomst i 5G är att allt som skulle kunna dra nytta av att vara uppkopplat skall kunna kopplas upp. Detta innebär att nästa generations mobilnät inte bara måste stödja en mycket större mängd data utan också en mycket större mängd olika användningsscenarier, som till exempel innefattar trafiksäkerhetsapplikationer och omfattande maskin-till-maskin kommunikation. En konsekvens av denna proliferation av olika scenarier är att faktorer såsom energikonsumtion och enhetskostnad kan komma att spela lika stor roll som maximal datahastighet. För att 5G ska bli verklighet krävs stora förändringar i både access-och backhaul-nätet. Avancerade antennlösningar kommer också att spela en mer betydande roll i framtida system. Den tilltänkta användningen av högre frekvensband att kommunicera över, för att nyttja enorma oanvända spektrumresurser, fordrar effektiva lobformningstekniker för att förbättra länkbudget och begränsa störningar i täta nätverksinstallationer. Det är att förvänta att antalet antenner hos de cellulära basstationerna kommer att öka drastiskt i nästa generations trådlösa kommunikationssystem. Ett sådant paradigmskifte, som allmänt vedertaget kallas “Massive MIMO” förebådar stora förbättringar i datahastighet och energieffektivitet (till följd av möjligheten att noga kunna fokusera strålningseffekt till önskad plats), tillsammans med förenklad resursallokering och användarschemaläggning. Från ett industriellt perspektiv så kommer ett skifte till Massive MIMO bara att inträffa om de nödvändigt stora antennuppställningarna kan konstrueras till rimlig kostnad, det vill säga genom användningen av lågprecisionskomponenter. Motiverad av detta övervägande är den centrala frågan i det tilltänkta forskningsprojektet; huruvida fördelarna med Massive MIMO som är teoretiskt framtagna under ideala hårdvaruförhållanden står sig under användningen av lågprecisionskomponenter. Av särskilt intresse är användningen av lågupplösta analog-till-digital- och digital-till-analog-omvandlare. Högupplösta omvandlare är ofta kostsamma och drar mycket ström, att minska deras upplösning kan därför leda till stora kostnadsbesparingar och ökad energieffektivitet. Syftet med forskningsprojektet är att bedöma en nödvändig avvägning mellan omvandlarupplösning och prestanda i väldigt stora MIMO system. Detta kommer att leda till en realistisk uppskattning av kostnad och energikonsumtion i cellulära basstationer i olika distributionsscenarier.