बड़े पैमाने पर MIMO और यह कैसे 5G गोद लेने के लिए मार्ग प्रशस्त करता है?

• 2019

उपकरणों की एक दुर्गम संख्या, चाहे वह आपका स्मार्टफोन हो, वीआर हेडसेट हो, या आपके घर के बाहर सुरक्षा कैमरे हों, सभी एक साथ दूरसंचार नेटवर्क से जुड़ रहे हैं। यह समय के साथ डेटा ट्रैफ़िक में तेज़ी से वृद्धि करता है, बैंडविड्थ में सुधार घंटे की आवश्यकता बन जाता है। हम सभी की जरूरत है उच्च डेटा गति, है ना? जैसा कि चीनी दूरसंचार दिग्गज हुआवेई भविष्यवाणी करता है, वर्ष 2021 2016 की तुलना में वैश्विक मोबाइल डेटा ट्रैफ़िक में सात गुना वृद्धि का गवाह बनेगा। इसने आगे कहा है कि अगले पांच वर्षों में किसी व्यक्ति के लिए डेटा की मांग औसतन 15GB प्रति माह तक पहुंच जाएगी। हम अभी भी भारत जैसे देशों में 4 जी एलटीई नेटवर्क के आगमन के साक्षी हैं, लेकिन दुनिया भर में दूरसंचार ऑपरेटरों ने सिग्नल की शक्ति, उपयोगकर्ता क्षमता और डेटा गति को अधिकतम करने के लिए और भी अधिक जटिल और मजबूत तकनीकों के साथ प्रयोग करना शुरू कर दिया है। वे मैसिव MIMO (मल्टीपल इनपुट, मल्टीपल आउटपुट) नामक एक स्मार्ट एंटीना तकनीक का उपयोग कर रहे हैं, जो हमारी पांचवीं पीढ़ी (5G) सेल्युलर तकनीक का आधार बनेगी। यह अभी भी विकास के नवजात चरणों में है लेकिन जल्द ही प्रमुखता हासिल करने की उम्मीद है। तो, अगर आप सोच रहे हैं कि बड़े पैमाने पर MIMO क्या है, तो यहां आपको MIMO के बारे में जानने की जरूरत है:

बड़े पैमाने पर MIMO और इसका 5G से क्या संबंध है?

बड़े पैमाने पर MIMO (मल्टीपल इनपुट, मल्टीपल आउटपुट), जिसे लार्ज-स्केल एंटीना सिस्टम के रूप में भी जाना जाता है, वायरलेस संचार के विकास की रीढ़ है। MIMO तकनीक से अधिक मोबाइल उपयोगकर्ताओं का समर्थन करने, लंबे समय में तेज गति और अधिक विश्वसनीय नेटवर्क सेवाएं प्रदान करने के लिए बेहद फायदेमंद साबित होने की उम्मीद है।

वर्तमान में, अधिकांश 4 जी एलटीई नेटवर्क इन्फ्रास्ट्रक्चर केवल बेस स्टेशन पर 8 एंटेना (ट्रांसमीटर + रिसीवर) के प्लेसमेंट को सक्षम करते हैं, जो मोबाइल उपयोगकर्ताओं की बढ़ती जरूरतों को समायोजित करने के लिए पर्याप्त साबित नहीं हो रहा है। यह एक सीमित बैंडविड्थ प्रदान करता है, जो डेटा गति और उपयोगकर्ताओं की संख्या को प्रभावित करता है जो इस स्टेशन से जुड़ सकते हैं।

यहीं पर MIMO कदम रखता है और आपको एक ही रेडियो चैनल पर डेटा का आदान-प्रदान करने के लिए एक साथ दो या अधिक ट्रांसमीटर और रिसीवर का उपयोग करने की अनुमति देता है। प्रौद्योगिकी को पहले से ही 4 x 4 MIMO के रूप में कुछ उन्नत 4 जी नेटवर्क स्टेशनों में लागू किया गया है और वर्तमान में भारत में भी कुछ ऑपरेटरों द्वारा इसकी खोज की जा रही है।

बड़े पैमाने पर MIMO एंटीना प्रणाली प्रोटोटाइप (छवि सौजन्य: राष्ट्रीय उपकरण)

लेकिन, बेस स्टेशन (सेल्युलर टॉवर) में एकल सरणी में करीब 100 एंटेना को समायोजित करने के लिए उक्त अवधारणा का विस्तार करना है जो आगामी 5 जी नेटवर्क के लिए आधार तैयार करेगा। T वह एंटेना की कुल संख्या में वृद्धि करता है, एक स्थान पर अधिक ट्रांसमीटर / रिसीवर को जोड़ता है, जिससे संभव सिग्नल पथों में वृद्धि होती है और डेटा गति और लिंक विश्वसनीयता दोनों के संदर्भ में बेहतर प्रदर्शन होता है। बड़े पैमाने पर MIMO गति में चार गुना सुधार और नेटवर्क क्षमता के कई गुना अधिक विस्तार के लिए प्रेरित कर सकता है।

एक बड़े MIMO नेटवर्क में एंटीना सिस्टम का संग्रह सटीक बैलून जैसा नहीं है, जो कि पिछले और वर्तमान नेटवर्क सिस्टम में देखा गया है। इसके बजाय, एंटेना के संग्रह के द्वारा उत्सर्जित संकेतों की ऑर्थोगोनल प्रकृति एक पल में एक या अधिक मोबाइल स्टेशन (उपयोगकर्ताओं) के लिए खानपान, व्यक्तिगत बीम बनाती है। चूंकि मैसिव MIMO कई जटिल तकनीकों का उपयोग करता है, इसके एंटीना सिस्टम की कार्यप्रणाली को समझाने का सबसे सरल तरीका नीचे दिए गए आरेख के माध्यम से है।

5G MAssive MIMO नेटवर्क में 4 जी नेटवर्क का विकास (छवि सौजन्य: मित्सुबिशी)

इसका मतलब है कि यह सक्षम बनाता है ऑपरेटरों बड़े पैमाने पर MIMO प्रौद्योगिकी को तैनात करके एक क्षेत्र में मोबाइल उपकरणों का एक बड़ा सेट प्रदान कर सकता है। और यह आगे बढ़ने योग्य है क्योंकि ऑपरेटर मौजूदा सिग्नल पथ को बढ़ाने और मौजूदा स्पेक्ट्रम को बाधित किए बिना दक्षता में सुधार करने के लिए वर्तमान सेटअप में और भी एंटेना जोड़ सकते हैं।

करंट 4G नेटवर्क पर भारी MIMO के लाभ

चूंकि मैसिव MIMO (5G) सिस्टम में बड़ी संख्या में इनपुट और आउटपुट एंटेना का उपयोग किया जाता है, यह टेलीकॉम ऑपरेटरों को काफी हद तक कवरेज और डेटा गति में सुधार करने में मदद करेगा। यह उच्च वर्णक्रमीय और ऊर्जा दक्षता के कारण संभव हो जाएगा, जो एक बड़े मल्टीप्लेक्सिंग के साथ-साथ एंटीना सरणी लाभ के कारण बढ़ता है। वर्तमान में 4 जी सिस्टम पर बड़े पैमाने पर MIMO (M-MIMO) एंटीना सिस्टम के प्राथमिक लाभ हैं:

1. बेहतर कवरेज और उच्च गति

बड़े पैमाने पर MIMO प्रौद्योगिकी के उपयोग के लिए धन्यवाद, संभवतः उच्च आवृत्ति स्पेक्ट्रोमीटर के साथ संयुक्त, दूरसंचार कंपनियां भविष्य में बड़ी विविधता वाले उपकरणों की जरूरतों को पूरा करने में सक्षम होंगी। यही नहीं, सिग्नल की ताकत घर के अंदर और चार्ट से बहुत मजबूत होगी ।

बड़े पैमाने पर MIMO प्रणालियों की बीम बनाने की क्षमता टेलीकॉम ऑपरेटरों को तेजी से ग्रामीण क्षेत्रों में भी उच्च गति कवरेज फैलाने में सक्षम करेगी। दृष्टि की एक सीधी रेखा उच्च आवृत्तियों के साथ अच्छी तरह से काम करती है, इस प्रकार, और भी अधिक गति प्रदान करती है।

अपग्रेड का प्राथमिक उद्देश्य डेटा की गति को बढ़ाना भी है और विशेषज्ञ 1 जीबीपीएस की न्यूनतम गति, 10 जीबीपीएस तक पहुंचने की उम्मीद कर रहे हैं। यह पहले से ही इस साल के शुरू में सीईएस में चीनी नेटवर्किंग दिग्गज जेडटीई द्वारा दिखाए गए गीगाबिट एलटीई डेमो के साथ कुछ प्रयोगों में साबित हो चुका है।

2. कम अवसंरचना और घटक लागत

चूंकि अधिकांश वैश्विक टेलीकॉम दिग्गज लगातार अपने बुनियादी ढांचे को उन्नत कर रहे हैं, इसलिए अब उच्च गति वाले 4 जी नेटवर्क (पूर्व 5 जी गति के साथ) का समर्थन करते हैं, 5 जी के लिए पूर्ण उन्नयन एक सुगम सवारी होगी। मौजूदा 4 जी सिस्टम पहले से ही एमआईएमओ तकनीकों को नियोजित कर रहे हैं जिन्हें 5 जी तकनीक के अनुकूल होने के बाद बढ़ाया जाना है।

नए मैसिव MIMO एंटीना सिस्टम में न केवल बड़ी संख्या में एंटेना होंगे, बल्कि यह स्केलेबल भी होगा। मौजूदा गति और उपयोगकर्ता आधार को जोड़ने के लिए टेलीकॉम दिग्गजों के लिए इस प्रणाली में नए एंटेना जोड़ना आसान होगा। इसके अलावा, बड़ी संख्या में एंटेना एक मजबूत नेटवर्क के गठन का परिणाम होगा, जो उनके एंटीना सिस्टम में एक व्यक्तिगत विफलता से प्रभावित नहीं होगा।

3. समय-संकुचित कनेक्शन के लिए समर्थन

जबकि मैसिव MIMO- सक्षम 5G नेटवर्क एक विस्तारित कवरेज और डेटा गति प्रदान करते हैं, यह ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच यात्रा करने के लिए संकेतों के लिए लगने वाले समय को कम करता है। इसे विलंबता के रूप में जाना जाता है और आगामी 5G नेटवर्क वीआर / एआर, स्व-ड्राइविंग और अन्य एआई या एमएल-नियंत्रित सेवाओं के लिए इन नेटवर्क के उपयोग को और अधिक सुविधाजनक बनाने में मदद करेगा।

बड़े पैमाने पर MIMO एंटीना की तैनाती में चुनौतियां

जबकि शोधकर्ता पिछले कुछ वर्षों से बड़े पैमाने पर MIMO एंटीना परीक्षणों के साथ प्रयोग कर रहे हैं, लेकिन जिन प्रणालियों ने इसे बाजार में बनाया है उनमें अभी भी 5 जी नेटवर्क के आगमन के लिए दूरसंचार कंपनियों की इच्छाओं की तुलना में कम एंटेना हैं। यह उन सीमाओं के कारण है जो हमने प्रौद्योगिकी के कार्यान्वयन में सामना किया है। यहां उनकी व्यापक तैनाती में चुनौतियों का सामना किया जा रहा है:

1. सिग्नल प्रोसेसिंग जटिलता

यह मैसिव MIMO बेस स्टेशनों की स्थापना में सबसे प्रमुख कठिनाइयों में से एक है। एंटेना की बढ़ती संख्या और एक विलक्षण स्थान पर आवृत्तियों के हस्तक्षेप की संभावना बढ़ जाती है । हालाँकि, इस मुद्दे को एक व्यापक स्पेक्ट्रम और शून्य-दोष परिशुद्धता प्रौद्योगिकी को अपनाने से हल किया जा सकता है जो अंतर-साइट चैनल हस्तक्षेप को हटा देगा। जबकि बड़ी संख्या में एंटेना बोर्ड में जटिलता को जोड़ देंगे, यह नेटवर्क को विफलताओं के लिए और भी अधिक प्रतिरोधी बनाता है।

2. सीमित स्पेक्ट्रम की उपलब्धता

जैसा कि आपने पहले ही सुना होगा, एक फ्रिक्वेंसी स्पेक्ट्रम का वितरण गवर्निंग बॉडी द्वारा नियंत्रित किया जाता है और टेलीकॉम ऑपरेटरों को उस विशेष स्पेक्ट्रम के एक सेक्शन को सुरक्षित करने के लिए बोलियां लगाने की आवश्यकता होती है।

अब, मूल समस्या इस तथ्य में निहित है कि वर्तमान समय में प्रचलित 3GHz स्पेक्ट्रम नए डेटा कनेक्शन के अधिभार के कारण पहले से ही अव्यवस्थित है। और यह बड़े पैमाने पर MIMO बेस स्टेशनों के निर्माण के लिए उच्च आवृत्ति मिलीमीटर तरंगों (3 GHz - 300 GHz) का उपयोग करने के लिए चुनौतीपूर्ण साबित हो रहा है क्योंकि लहरें ठोस पदार्थों में प्रवेश नहीं करती हैं और पेड़ों या वर्षा बादलों द्वारा अवशोषित होती हैं।

फ़्रिक्वेंसी स्पेक्ट्रम (छवि सौजन्य: यूटी ऑस्टिन)

लेकिन, प्रौद्योगिकी दिग्गज और टेलीकॉम ऑपरेटर अपने ट्रांसमिशन पॉवर को बढ़ाए बिना संकीर्ण दिशात्मक बीम में रेडियो सिग्नल को केंद्रित करने के लिए कई एंटेना (एमआईएमओ) बनाकर सिग्नल लाभ बढ़ाने के लिए हाथ से काम कर रहे हैं। सैमसंग आरएंडडी और हुआवेई ने प्रयोगों में सफलता का स्वाद चखा है, लेकिन ये संकीर्ण बीम संरेखण परिवर्तनों के लिए बेहद संवेदनशील हैं।

बड़े पैमाने पर MIMO नेटवर्क के अनुसंधान और परिनियोजन

उपर्युक्त नेटवर्क प्रणाली एक प्रोटोटाइप नहीं है, लेकिन पहले से ही मौजूदा 4 जी परिदृश्य में छोटे पैमाने पर लागू किया गया है। हुआवेई अपने मैसिव MIMO सेटअप को व्यावसायिक रूप से प्रयोग करने के लिए कुछ वर्षों से चीन मोबाइल और जापान के सॉफ्टबैंक जैसे स्थानीय दूरसंचार ऑपरेटरों के साथ काम कर रही है।

कठोर प्रयोग के बाद, सॉफ्टबैंक को अब 2016 के अंत में अपने वाणिज्यिक मैसिव MIMO नेटवर्क को शुरू करने के लिए बहुत ही दूरसंचार ऑपरेटर का नाम दिया गया है। अन्य ऑपरेटरों जैसे चाइना मोबाइल, वोडाफोन, और टी-मोबाइल ने भी अपने संबंधित देशों में अपने उपयोगकर्ताओं के सीमित सेट में इस तकनीक को रोल आउट करना शुरू कर दिया है।

यदि आपके दिमाग में सबसे बड़ा सवाल यह है कि क्या हमारा मौजूदा स्मार्टफोन इन मैसिव MIMO नेटवर्क के साथ संगत होगा? फिर, सीधा जवाब ज्यादातर हाँ है । बड़ी संख्या में मौजूदा डिवाइस 4G MIMO नेटवर्क का लाभ उठा सकते हैं, बिना किसी हिचकी के गीगाबिट गति प्रदान करते हैं।

भारत में पहली बार 5G- सक्षम तैनाती

जबकि कई वैश्विक टेलीकॉम खिलाड़ी, हार्डवेयर दिग्गजों के साथ मिलकर, पहले ही अपने नेटवर्क पर मैसिव MIMO के साथ प्रयोग कर चुके हैं, भारत अभी हाल ही में अपने पहले ऐसे नेटवर्क की तैनाती के साथ 5G फ्यूचरिस्टिक ड्राइव में भी शामिल हुआ है।

देश की प्रमुख टेलीकॉम दिग्गज एयरटेल ने उस समय सुर्खियां बटोरीं, जब उसने घोषणा की कि वह यह उपलब्धि हासिल करने वाली बन गई है। भारत के पहले M-MIMO (बड़े पैमाने पर मल्टीपल-इनपुट मल्टीपल-आउटपुट तकनीक को बेंगलुरु और कोलकाता के साथ जोड़ दिया गया है । हालांकि, ट्रायल आने वाले महीनों में देश के अन्य हिस्सों में फैलने की उम्मीद है।

एयरटेल ने अपने चल रहे नेटवर्क परिवर्तन कार्यक्रम के हिस्से के रूप में नई 5 जी तकनीक को तैनात किया है जिसे प्रोजेक्ट लीप कहा जाता है। यह उम्मीद करता है कि बड़े पैमाने पर MIMO तकनीक मौजूदा नेटवर्क क्षमता को सात गुना बेहतर करेगी, जबकि यह उसी स्पेक्ट्रम का उपयोग करती है जो पहले से इसका मालिक है। यह वही मानता है जो यहां तक ​​कि उनकी मौजूदा 4 जी तैनाती पर दो गुना बेहतर गति प्रदान करने वाला है।

इसके अलावा, चीनी नेटवर्किंग दिग्गज ZTE ने घोषणा की है कि यह वोडाफोन और रिलायंस जियो जैसे व्यापक रूप से ज्ञात ऑपरेटरों के साथ मिलकर 5G पूर्व MIMO प्रयोगों में भागीदारी कर रहा है। जहां एक बयान में कहा गया है कि देश में एयरटेल की तैनाती के पीछे Huawei का चेहरा है।

अगर भारत में दूरसंचार उद्योग की वर्तमान स्थिति के परिप्रेक्ष्य से देखा जाए, तो यह देश में एक गढ़ बनाए रखने के लिए इन दूरसंचार दिग्गजों के कुछ हिस्सों पर एक प्रयास है। वे हाल ही में अपने नए प्रतिद्वंद्वी, यानी रिलायंस जियो, जो अब एक साल के भीतर अपने 4 जी एलटीई नेटवर्क रोलआउट के साथ रौंदने में कामयाब रहे हैं, द्वारा एक आश्चर्यजनक झटका के साथ जाग गए हैं।

अपेक्षित व्यापक रोलआउट

एरिक्सन या नोकिया जैसी नेटवर्किंग दिग्गजों द्वारा जारी अधिकांश रिपोर्ट्स वर्तमान में सुझाव देती हैं कि 5 जी नेटवर्क प्रौद्योगिकी एक सफलता का गवाह बनेगी और 2020 तक जनता तक पहुंच जाएगी । यह एक कठोर समयरेखा नहीं है, लेकिन उद्योग के ऑपरेटिंग पैटर्न के अनुरूप है, जो एक उन्नत तकनीक को एक दशक के भीतर पहली बार देखा जा रहा है।

छवि सौजन्य: सैम चर्चिल / फ़्लिकर

3 जी नेटवर्क प्रौद्योगिकी को पहली बार अक्टूबर 2001 में वापस शुरू किया गया था, जबकि 4 जी एलटीई ने 2011 के आसपास एक दशक के बाद व्यापक रूप से गोद लिया था। इस प्रकार, यह अनुमान लगाना संभव है कि बड़े पैमाने पर चल रहे एमआईएमओ के प्रयास इस दशक के अंत तक पूरे हो जाएंगे। अगले 5 वर्षों में उपभोक्ता और ऑपरेटर-अंत दोनों पर, प्रौद्योगिकी के पूर्व 5 जी कार्यान्वयन देख सकते हैं। 2018 शीतकालीन ओलंपिक में भीड़ उक्त नवाचार को देखने के लिए सबसे पहले हो सकती है, इसके बाद फीफा 2018 विश्व कप होगा । यहां तक ​​कि चिपमेकर क्वालकॉम ने कहा है कि यह 5 जी-संगत (गिगाबिट) उपकरणों को एक समान समयरेखा के साथ रोल आउट करने की योजना बना रहा है।

हमने भारत में 4 जी एलटीई सेवाओं में लंबे समय तक रोलआउट देखा है, जो अभी भी प्रक्रिया में है। लेकिन, देश की टेलिकॉम बीह्मॉथ अब देश के भीतर ही बढ़ती प्रतिस्पर्धा और समेकन के कारण नवीनतम तकनीकों को अपनाने की दौड़ में पीछे नहीं हटना चाहती हैं।

बड़े पैमाने पर MIMO: 5 जी गोद लेने के लिए एक तकनीकी दौड़

बड़े पैमाने पर MIMO के विकास के बारे में एक विहंगम दृश्य यह भी दर्शाता है कि भारत तकनीकी बिजलीघर होने की अपनी परिवर्तनकारी छवि पर और निर्माण कर रहा है। सरकार अब सेलुलर प्रौद्योगिकी के विकास को किक-स्टार्ट करने के लिए आवश्यक कदम उठा रही है।

सरकार ने वर्तमान परिदृश्य का मूल्यांकन करने और 5G सेवाओं के समयबद्ध रोलआउट के लिए कार्य योजनाओं को अनुमोदित करने के लिए एक उच्च-स्तरीय मंच पहले ही स्थापित कर लिया है। इसने 5 जी अनुसंधान और विकास उद्देश्यों के लिए बड़े पैमाने पर crore 500 करोड़ का कोष आवंटित किया है, जो हमें वैश्विक मानचित्र पर रखता है, साथ ही ऐसी तकनीकी प्रगति को अपनाने वाले देशों के साथ। इस समय कोई भी सही "5G" नेटवर्क परिभाषित नहीं है और आने वाले वर्षों में हमें इसकी तलाश जारी रखनी होगी।