Um número insuperável de dispositivos, seja seu smartphone, fone de ouvido de realidade virtual ou as câmeras de segurança fora de sua casa, estão se conectando a redes de telecomunicações de uma só vez. Isso resulta em um aumento rápido no tráfego de dados ao longo do tempo, com melhorias na largura de banda se tornando a necessidade da hora. O que todos nós precisamos é de alta velocidade de dados, não é? Como prevê a gigante de telecomunicações chinesa Huawei, o ano de 2021 testemunhará um aumento de sete vezes no tráfego global de dados móveis em comparação com 2016. Acrescentou que as demandas de dados por um indivíduo atingirão uma média de 15 GB por mês nos próximos cinco anos. Ainda estamos testemunhando o advento das redes 4G LTE em países como a Índia, mas as operadoras de telecomunicações de todo o mundo começaram a experimentar tecnologias ainda mais complexas e robustas para maximizar a força do sinal, a capacidade do usuário e as velocidades de dados. Eles estão usando uma tecnologia de antena inteligente chamada Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output) que formará a base para nossa tecnologia celular de quinta geração (5G). Ainda está em estágios iniciais de desenvolvimento, mas espera-se que em breve ganhe destaque. Então, se você está se perguntando o que é MIMO massivo, aqui está tudo o que você precisa saber sobre o MIMO massivo:
O que é maciço MIMO e sua relação com 5G?
MIMO massiva (Múltipla entrada, saída múltipla), também conhecida como sistemas de antenas de grande escala, é a espinha dorsal para a evolução da comunicação sem fio. Espera-se que a tecnologia MIMO seja imensamente benéfica para suportar mais usuários móveis, oferecendo velocidades mais rápidas e serviços de rede mais confiáveis a longo prazo.
Atualmente, a maioria das infraestruturas de rede 4G LTE permite a colocação de apenas 8 antenas (transmissor + receptor) na estação base, o que não é suficiente para atender às crescentes necessidades dos usuários móveis. Isso fornece uma largura de banda limitada, afetando a velocidade dos dados e o número de usuários que podem se conectar a essa estação.
É onde o MIMO entra e permite que você use dois ou mais transmissores e receptores simultaneamente para trocar dados pelo mesmo canal de rádio. A tecnologia já foi implementada em algumas estações de rede 4G avançadas na forma de 4 x 4 MIMO e atualmente está sendo explorada por alguns operadores na Índia também.
Mas, expandir o conceito para acomodar cerca de 100 antenas em uma única matriz na estação base (torre de celular) é o que formará a base para as próximas redes 5G. O aumento no número total de antenas soma-se a mais transmissores / receptores em um local, levando a um aumento nos possíveis caminhos de sinal e a um melhor desempenho em termos de velocidade de dados e confiabilidade de link. O MIMO massivo pode induzir até quatro vezes a melhoria nas velocidades e várias vezes mais expansão da capacidade da rede.
A coleção de sistemas de antenas em uma rede MIMO Massive não forma feixes exatos semelhantes a balões vistos na maioria dos sistemas de rede anteriores e atuais. Em vez disso, a natureza ortogonal dos sinais emitidos pela coleção de antenas formam feixes individuais, atendendo a uma ou mais estações móveis (os usuários) em um instante. Como o Massive MIMO faz uso de inúmeras tecnologias complexas, a maneira mais simples de explicar o funcionamento de seu sistema de antenas é através do diagrama anexado abaixo.
Isso significa que os operadores podem atender a um conjunto maior de dispositivos móveis em uma área, implantando a tecnologia MIMO em massa. E o mesmo é mais escalável, pois os operadores podem adicionar ainda mais antenas à configuração atual para aumentar possíveis caminhos de sinal e melhorar a eficiência sem prejudicar o espectro existente.
Benefícios do MIMO massivo sobre redes 4G atuais
Como um número maior de antenas de entrada e saída é usado no sistema Massive MIMO (5G), ajudará as operadoras de telecomunicações a melhorar em grande parte a cobertura e as velocidades de dados. Isso será possível devido à alta eficiência espectral e de energia, que aumenta devido a uma grande multiplexação, bem como ao ganho da matriz de antenas combinado. Aqui estão os principais benefícios dos sistemas de antena Massive MIMO (M-MIMO) nos sistemas 4G atuais:
1. Cobertura Melhorada e Velocidades Maiores
Graças ao uso da tecnologia Massive MIMO, possivelmente combinada com espectros de frequência mais alta, as empresas de telecomunicações poderão atender às necessidades de uma variedade maior de dispositivos no futuro. Não só isso, a intensidade do sinal dentro de casa seria extremamente forte e fora das cartas.
As capacidades de formação de feixe dos sistemas Massive MIMO permitirão que as operadoras de telecomunicações espalhem rapidamente a cobertura de alta velocidade para as áreas rurais também. Uma linha direta de visão funciona bem com freqüências mais altas, proporcionando velocidades ainda maiores.
O principal objetivo de uma atualização também é aumentar a velocidade dos dados e os especialistas esperam velocidades mínimas de 1 Gbps, chegando a 10 Gbps. Isso já foi comprovado em alguns experimentos com demos Gigabit LTE mostrados pela gigante chinesa de redes ZTE na CES no início deste ano.
2. Baixa Infraestrutura e Custos de Componentes
Como a maioria das gigantes das telecomunicações globais está constantemente atualizando sua infraestrutura para agora suportar redes 4G de alta velocidade (com velocidades pré-5G), a atualização completa para 5G seria um bom andamento. Os sistemas 4G existentes já estão empregando técnicas MIMO que devem ser escalonadas quando uma tecnologia 5G plausível se concretizar.
Os novos sistemas de antenas Massive MIMO terão não apenas um grande número de antenas, mas também serão escalonáveis. Será mais fácil para os gigantes das telecomunicações adicionar novas antenas a este sistema para acrescentar velocidades e base de usuários existentes. Além disso, o grande número de antenas resultará na formação de uma rede robusta, que não será afetada por uma falha individual em seu sistema de antenas.
3. Suporte para Conexões com Limite de Tempo
Enquanto as redes 5G habilitadas por MIMO fornecem uma cobertura e velocidade de dados aprimoradas, ela reduz o tempo que leva para os sinais trafegarem entre o transmissor e o receptor. Isto é conhecido como latência e as próximas redes 5G ajudarão a reduzir o mesmo para facilitar ainda mais o uso dessas redes para VR / AR, auto-condução e outros serviços controlados por IA ou ML .
Desafios na implantação massiva de antenas MIMO
Enquanto os pesquisadores têm experimentado com testes de antena MIMO Massive nos últimos anos, os sistemas que chegaram ao mercado ainda têm antenas menores do que as empresas de telecomunicações desejam para o advento das redes 5G. Isto é devido às limitações que encontramos na implementação da tecnologia. Aqui estão os desafios que estão sendo enfrentados em sua implantação generalizada:
1. Complexidade de Processamento de Sinal
Esta é uma das dificuldades mais importantes encontradas na configuração das estações base MIMO Massive. O aumento do número de antenas e as freqüências em um local singular leva a maiores chances de interferência . Esta questão pode, no entanto, ser resolvida com a adoção de uma tecnologia de espectro mais amplo e precisão zero, que cortará a interferência do canal entre sites. Embora o grande número de antenas aumente a complexidade em toda a placa, isso torna a rede ainda mais resistente a falhas.
2. Disponibilidade Limitada de Espectro
Como você já deve ter ouvido, a distribuição de um espectro de freqüência é controlada pelo corpo diretivo e as operadoras de telecomunicações precisam fazer lances para garantir uma seção desse espectro em particular.
Agora, o problema básico está no fato de que o espectro de 3GHz predominante nos tempos atuais já está desordenado devido à sobrecarga de novas conexões de dados. E está se mostrando desafiador utilizar ondas milimétricas de frequência mais alta (3 GHz - 300 GHz) para construir estações base Massimo MIMO, pois as ondas não penetram materiais sólidos e são absorvidas por árvores ou nuvens de chuva.
Mas os gigantes da tecnologia e as operadoras de telecomunicações estão trabalhando lado a lado para aumentar o ganho do sinal, fazendo com que múltiplas antenas (MIMO) concentrem os sinais de rádio em um feixe direcional estreito, sem aumentar sua potência de transmissão. A Samsung R & D e a Huawei provaram o sucesso nos experimentos, mas esses feixes estreitos são extremamente sensíveis às mudanças de alinhamento.
Pesquisa e implantação contínuas de redes MIMO massivas
O sistema de rede acima mencionado não é um protótipo, mas já foi implementado em menor escala no cenário 4G existente. A Huawei tem trabalhado com operadoras de telecomunicações locais, como a China Mobile e o SoftBank, do Japão, há mais de dois anos, para experimentar comercialmente suas configurações Massive MIMO.
Depois de uma rigorosa experimentação, a SoftBank foi nomeada a primeira operadora de telecomunicações a estrear sua rede comercial Massive MIMO no final de 2016 . Outras operadoras, como a China Mobile, a Vodafone e a T-Mobile, também começaram a implantar essa tecnologia em um conjunto limitado de usuários em seus respectivos países.
Se a maior questão é irritante no fundo da sua mente, será que os nossos smartphones atuais serão compatíveis com essas redes Massive MIMO? Então, a resposta direta é principalmente sim . Um grande número de dispositivos existentes pode aproveitar as redes 4G MIMO, oferecendo velocidades Gigabit sem qualquer falha.
Primeiras implantações com capacidade para 5G na Índia
Enquanto inúmeros players globais de telecomunicações, em conjunto com gigantes do hardware, já experimentaram o Massive MIMO em suas redes, a Índia recentemente também se juntou ao drive futurista 5G com a implantação de sua primeira rede.
A principal empresa de telecomunicações do país, a Airtel, ganhou as manchetes quando anunciou que se tornou a única a conseguir esse feito. O lançamento da primeira tecnologia M-MIMO da Índia (Massive Multiple-Input Multiple-Output) foi iniciada com Bengaluru e Kolkata. Espera-se, no entanto, que o julgamento se expanda para outras partes do país nos próximos meses.
Airtel implantou a nova tecnologia 5G como parte de seu programa de transformação de rede chamado Project Leap . Espera que a tecnologia Massive MIMO melhore sete vezes a capacidade de rede existente, usando o mesmo espectro que já possui. Ele acredita que o mesmo vai fornecer duas vezes mais velocidade em sua implantação 4G existente.
Além disso, a gigante de redes chinesas ZTE anunciou que participará dos experimentos Massive MIMO pré-5G em colaboração com operadoras conhecidas como Vodafone e Reliance Jio. Considerando que a Huawei é o rosto por trás da implantação da Airtel no país, como disse em um comunicado oficial.
Se visto do ponto de vista do estado atual da indústria de telecomunicações na Índia, esta é uma tentativa em partes do gigante das telecomunicações para manter uma fortaleza no país. Eles foram recentemente acordados com um choque surpreendente por seu novo concorrente mais feroz, ou seja, Reliance Jio, que agora conseguiu atropelá-los com o lançamento de sua rede 4G LTE dentro de um ano.
Implantação generalizada esperada
A maioria dos relatórios divulgados por gigantes da rede, como a Ericsson ou a Nokia, atualmente sugere que a tecnologia de rede 5G testemunhará um avanço e alcançará as massas na década de 2020 . Este não é um cronograma rígido, mas está alinhado com o padrão operacional da indústria, que vê uma tecnologia atualizada sendo lançada em uma década.
A tecnologia da rede 3G foi lançada pela primeira vez em outubro de 2001, enquanto a 4G LTE foi amplamente adotada depois de uma década em torno de 2011. Assim, é possível especular que os esforços contínuos do Massimo MIMO se concretizarão até o final desta década. Pode-se ver implementações pré-5G da tecnologia, tanto no consumidor quanto no final do operador nos próximos dois anos. A multidão nos Jogos Olímpicos de Inverno de 2018 poderia ser a primeira a testemunhar a referida inovação, seguida pela Copa do Mundo FIFA 2018 . Até mesmo a fabricante de chips Qualcomm declarou que planeja lançar dispositivos compatíveis com 5G (Gigabit) ao longo de um cronograma similar.
Podemos ter testemunhado um prolongado lançamento de serviços 4G LTE na Índia, algo que ainda está em processo. Mas os gigantes das telecomunicações do país não querem mais se arrastar na corrida para adotar as mais recentes tecnologias por causa da iminente competição e consolidação dentro do próprio país.
MIMO maciça: uma corrida tecnológica para a adoção de 5G
Uma visão geral dos desenvolvimentos maciços do MIMO também mostra que a Índia está construindo sua imagem transformadora de ser uma potência tecnológica. O governo agora está empreendendo as etapas necessárias para iniciar a evolução da tecnologia celular.
O governo já montou um fórum de alto nível para avaliar o cenário atual e aprovar planos de ação para o lançamento oportuno de serviços 5G. Ele alocou um enorme corpus de 500 milhões de dólares para fins de pesquisa e desenvolvimento de 5G, o que nos coloca no mapa global, juntamente com os países que lideram a adoção de tais avanços tecnológicos. Não existe uma verdadeira rede “5G” definida no momento e teremos que estar atentos para o mesmo nos próximos anos.
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