[論文レビュー] Massive MIMO is a Reality -- What is Next? Five Promising Research Directions for Antenna Arrays

Emil Björnson, Luca Sanguinetti+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2019

Antenna Design and Analysis参考文献 172被引用数 96

ひとこと要約

本論文は Massive MIMO が現実の技術となったと主張し、Beyond-5G アプリケーションへの道筋として、Extremely Large Aperture Arrays、Holographic Massive MIMO、Six-dimensional positioning、Large-scale MIMO radar、Intelligent Massive MIMO の5つの有望な研究方向を概説する。

ABSTRACT

Massive MIMO (multiple-input multiple-output) is no longer a "wild" or "promising" concept for future cellular networks - in 2018 it became a reality. Base stations (BSs) with 64 fully digital transceiver chains were commercially deployed in several countries, the key ingredients of Massive MIMO have made it into the 5G standard, the signal processing methods required to achieve unprecedented spectral efficiency have been developed, and the limitation due to pilot contamination has been resolved. Even the development of fully digital Massive MIMO arrays for mmWave frequencies - once viewed prohibitively complicated and costly - is well underway. In a few years, Massive MIMO with fully digital transceivers will be a mainstream feature at both sub-6 GHz and mmWave frequencies. In this paper, we explain how the first chapter of the Massive MIMO research saga has come to an end, while the story has just begun. The coming wide-scale deployment of BSs with massive antenna arrays opens the door to a brand new world where spatial processing capabilities are omnipresent. In addition to mobile broadband services, the antennas can be used for other communication applications, such as low-power machine-type or ultra-reliable communications, as well as non-communication applications such as radar, sensing and positioning. We outline five new Massive MIMO related research directions: Extremely large aperture arrays, Holographic Massive MIMO, Six-dimensional positioning, Large-scale MIMO radar, and Intelligent Massive MIMO.

研究の動機と目的

• Massive MIMO が現実の技術として成熟し、実際の展開があることを宣言する。
• 大規模アンテナアレイを活用した5つの前向きな研究方向を特定し定義する。
• 従来のモバイルブロードバンドを超えた展開戦略、課題、および潜在的な応用について論じる。
• 学術的モデルと産業実装のギャップを強調することで理論と実践を橋渡しする。

提案手法

• 現在の Massive MIMO の成熟度と実世界の展開をレビューする（例：市場での64アンテナ基地局）。
• ELAA umbrella の下での5つの研究方向と関連するホログラフィック概念を導入・定義する。
• 分散アンテナやラジオストライプなどの展開アーキテクチャと、それらが処理および fronthaul に与える影響について論じる。
• 大規模アレイ向けのチャネルモデリング、分散処理、および干渉管理に関する未解決の問題を列挙する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 極端に大きな開口アレイと分散アンテナの展開によって次に有効となる主要な研究方向は何か？
• RQ2 ホログラフィック Massive MIMO と連続開口は、通信とセンシングのためにどのようにモデル化し、活用できるか？
• RQ3 将来のネットワークにおける六次元位置決め、Large-scale MIMO レーダ、インテリジェント Massive MIMO の主要な課題は何か？
• RQ4 コンパクトなアレイアーキテクチャを超えた場合に生じる展開、処理、および規制上の考慮事項は何か？

主な発見

• Massive MIMO は商用展開と規格への統合を伴う実用的な技術へと成熟した。
• Five forward-looking research directions are proposed: Extremely Large Aperture Arrays、Holographic Massive MIMO、Six-dimensional positioning、Large-scale MIMO radar、and Intelligent Massive MIMO.
• Extremely Large Aperture Arrays は distributed, near-field capable antennas および radio stripes や cell-free アーキテクチャのような新しい展開概念を含む。
• Holographic Massive MIMO は連続開口とホログラフィックビームフォーミングを近似的理想的な空間処理のために探求する。
• The paper discusses open problems in distributed processing, channel modeling, and synchronization for large-scale, coordinated antenna systems.
• mmWave の完全デジタルアレイが進展しており、初期の64アンテナ製品がsub-6 GHz帯で商用展開されていることに留意している。