massive MIMO به زبان ساده؛ آنچه 5G را سریع‌تر و توان‌مندتر می‌کند

چهارشنبه ۲۸ تیر ایرانسل در مراسم افتتاح فاز سوم شبکه ملی اطلاعات از یک خبر خوب برای مشترکین پرده برداشت. ایرانسل موفق شده که به زیرساخت‌های فناوری نسل پنجم شبکه‌های مخابراتی یعنی 5G دست پیدا کند. این بدان معناست که هر زمان استانداردهای جهانی شبکه‌های 5G نهایی شوند، ایرانسل آمادگی دارد تا این شبکه را در ایران راه‌اندازی کرده و به بهره‌برداری تجاری برساند. 

در پایان مراسم مذکور آزمایش شبکه 5G در حضور وزیر ارتباطات و همچنین خبرنگاران انجام شد. علی قهرمانی مدیرکل طراحی و بهینه‌سازی شبکه رادیویی ایرانسل، اعلام کرد که تکنیک‌های نسل پنجمی مورد استفاده در این آزمایش، فناوری Massive MIMO و Beam Forming هستند که با تخصیص یک پرتو رادیویی اختصاصی به هر مشترک تحت پوشش یک آنتن، بازدهی فرکانسی و نهایتا ظرفیت هر سلول رادیویی را تا چندین برابر افزایش می دهد. 

اما Massive MIMO چیست؟ در ادامه مطلب نگاهی به جزئیات این فناوری می‌اندازیم.

کاربران موبایل همواره خواهان سرعت بیشتر و خدمات اطمینان‌پذیرتر هستند. نسل پنجم فناوری شبکه‌های بی‌سیم موسوم به 5G می‌تواند چنین خواسته‌هایی و حتی فراتر از آن را تامین کند. البته در حال حاضر 5G مراحل طراحی را سپری می‌کند و شرکت‌ها و گروه‌های صنعتی با همکاری هم درصدد تبیین ماهیت آن هستند، اما دست‌کم بر سر یک موضوع توافق نظر دارند: هرچه شمار کاربران موبایل و درخواست آنان برای داده افزایش می‌یابد، 5G نیز باید بتواند ترافیک بسیار بیشتری را بسیار سریع‌تر از پایگاه‌های فرستنده و گیرنده‌ای که شبکه‌های سلولی امروزی را شکل داده‌اند، سامان‌دهی کند.  

پایگاه‌های فرستنده و گیرنده (بیس‌ استیشن‌های) 4G امروزی به ازای هر آنتن، 12 پورت دارند که تمام ترافیک شبکه سلولی از طریق آن‌ها سامان‌دهی می‌شود: 8 پورت به فرستنده‌ها و 4 پورت به گیرنده‌ها اختصاص دارد. اما پایگاه‌های فرستنده و گیرنده 5G از حدود یکصد پورت پشتیبانی می‌کنند و این یعنی می‌توان روی هر آرایه تعداد آنتن‌های بسیار بیشتری جای داد. با چنین قابلیتی، پایگاه فرستنده و گیرنده می‌تواند همزمان سیگنال‌های بسیار بیشتری را از کاربران دریافت و برای آن‌ها ارسال کند. و این، ظرفیت پاسخ‌گویی شبکه‌های موبایل را تا 22 برابر و حتی بیشتر افزایش می‌دهد.   

فناوری مذکور، «ورودی و خروجی‌ انبوه» یا massive MIMO نام دارد. ماجرا نیز از همین‌‌جا آغاز می‌شود. MIMO (میمو یا مایمو) سرنام Multiple-Input-Multiple-Output به معنای «چند ورودی، چند خروجی» است و به سامانه‌هایی اشاره دارد که با بهره‌ گرفتن از دو یا بیش از دو فرستنده و گیرنده، ظرفیت ارسال و دریافت هم‌زمان داده را افزایش می‌دهند. ایده موجود در پس میمو، این است که بتوان در هر آرایه ده‌ها آنتن تعبیه کرد.

میمو (غیر انبوه) همین حالا هم در پایگاه‌های فرستنده و گیرنده نسل چهارم (4G) به‌کار گرفته می‌شود. اما میمو انبوه تنها در آزمایشگاه‌ها تست شده و در چند مورد انگشت‌شمار، در حوزه‌های آزمایشی، مورد استفاده قرار گرفته است. میمو انبوه در آزمون‌های اولیه توانست از حیث بازده طیف (spectrum efficiency)، رکورد بزند. بازده طیف، یکی از معیارهای سنجش است که نشان می‌دهد در هر ثانیه چند بیت داده برای تعداد معینی از کاربران منتقل می‌شود.

میمو انبوه در خصوص 5G آینده امیدبخشی ترسیم کرده است. البته جا دارد به این چالش نیز اشاره شود که نصب تعداد بسیار بیشتری آنتن برای سامان‌بخشی به ترافیک شبکه‌های سلولی ممکن است به برخورد سیگنال‌ها و سپس بروز تداخل (interference) بیشتر منجر شود. به همین علت پایگاه‌های فرستنده و گیرنده 5G باید از فناوری‌های دیگری هم بهره ببرند تا بر چنین مشکلاتی فائق آیند. امواج میلی‌متری، سلول‌های کوچک، فول دوبلکس، و جهت‌دهی پرتو (beamforming)، از جمله این فناوری‌های تکمیلی است.  

مهندسان امیدوارند بتوانند با این فناوری‌های نسل پنجم، شبکه‌ بی‌سیمی بسازند که کاربران آتی تلفن‌های هوشمند، گیمرهای واقعیت مجازی و خودران‌ها در امور روزانه خود به آن‌ها تکیه کنند. در حال حاضر، پژوهشگران و شرکت‌ها از 5G انتظارات زیادی دارند زیرا معتقدند که 5G تاخیر بسیار کمی دارد و سرعت آن در انتقال داده به مصرف‌کننده‌، رکوردشکن است. اگر آن‌ها بتوانند چالش‌های به‌‌جای‌مانده را حل کنند و دریابند که تمام این سامانه‌ها چگونه باید با هم کار کنند، خدمات فوق‌سریع 5G شاید طی 5 سال آینده به دست مصرف‌کننده برسد.