[논문 리뷰] Massive MIMO is a Reality -- What is Next? Five Promising Research Directions for Antenna Arrays

Emil Björnson, Luca Sanguinetti외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 02. 11.

Antenna Design and Analysis참고 문헌 172인용 수 96

한 줄 요약

이 논문은 Massive MIMO가 이제 현실이 되었음을 주장하고 Beyond-5G 애플리케이션을 위한 다섯 가지 유망한 연구 방향—Extremely Large Aperture Arrays, Holographic Massive MIMO, Six-dimensional positioning, Large-scale MIMO radar, 그리고 Intelligent Massive MIMO—를 제시합니다.

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.

연구 동기 및 목표

• Massive MIMO가 실용 기술로 성숙하여 실제 배치에 적용되고 있음을 선언합니다.
• 대형 안테나 어레이를 활용한 다섯 가지 전향적 연구 방향을 식별하고 정의합니다.
• 전통적인 모바일 광대역을 넘어선 배치 전략, 도전 과제 및 잠재적 적용에 대해 논의합니다.
• 이론과 실무를 연결하여 학문적 모델과 산업 구현 간의 차이를 강조합니다.

제안 방법

• 현재 Massive MIMO의 성숙도와 실제 구현(예: 시장에서의 64-안테나 기지국)을 검토합니다.
• ELAA 우산 아래의 다섯 가지 연구 방향과 관련 홀로그램 개념을 소개하고 정의합니다.
• 분산 안테나 및 라디오 스트라이프와 같은 배치 아키텍처 및 이들이 처리 및 프런트홀에 미치는 영향을 논의합니다.
• 대규모 어레이를 위한 채널 모델링, 분산 처리 및 간섭 관리의 미해결 문제를 개괄합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 극히 큰 개구 부(call)들 및 분산 안테이너 배치를 통해 가능해지는 다음 주요 연구 방향은 무엇인가요?
• RQ2 홀로그램 Massive MIMO와 연속 개구를 어떻게 모형화하고 통신 및 센싱에 활용할 수 있나요?
• RQ3 미래 네트워크를 위한 Six-dimensional positioning, Large-scale MIMO radar, Intelligent Massive MIMO의 주요 도전 과제는 무엇인가요?
• RQ4 컴팩트 어레이 아키텍처를 넘어설 때 어떤 배치, 처리 및 규제 고려사항이 필요한가요?

주요 결과

• Massive MIMO가 실용 기술로 성숙하여 상용 배치 및 표준화에 통합되었습니다.
• 다섯 가지 전향적 연구 방향이 제안됩니다: Extremely Large Aperture Arrays, Holographic Massive MIMO, Six-dimensional positioning, Large-scale MIMO radar, 그리고 Intelligent Massive MIMO.
• Extremely Large Aperture Arrays는 분산형, 근전 영역의 안테나와 radio stripes 및 cell-free 아키텍처와 같은 새로운 배치 개념을 포함합니다.
• Holographic Massive MIMO는 연속 개구와 홀로그램 빔포밍을 활용한 거의 이상적인 공간 처리에 대해 탐구합니다.
• 본 논문은 대규모, 협력 안테나 시스템의 분산 처리, 채널 모델링 및 동기화의 미해결 문제를 다룹니다.
• mmWave fully digital arrays가 진행 중이며 초기 64-안테나 제품이 sub-6 GHz 대역에서 상용 배치되고 있음을 주목합니다.