Massive MIMO är en antennteknik som anses vara den mest lovande för framtida supersnabba 5G-nätverk, även om forskare hittills har trott att det finns en övre gräns för hur mycket data som kan överföras. Emil Björnson, docent vid Linköpings universitet, har tillsammans med kollegor, visat att det inte finns någon sådan gräns.

"Vi kan visa att massiva MIMO har obegränsad kapacitet, både matematiskt och med hjälp av simuleringar, säger Emil Björnson, docent i kommunikationssystem vid Linköpings universitet.

Den massiva MIMO-tekniken väckte tidigt 5G-forskares intresse. Dock, Under de senaste fem till tio åren har forskarvärlden kommit överens om att det finns en övre gräns för hur mycket data som kan överföras trådlöst per sekund, givet en viss bandbredd och inom ett visst område. Den begränsande faktorn har varit en typ av störning som uppstår när man mäter hur de trådlösa signalerna färdas, känd av forskare som "pilotkontaminering".

"Denna slutsats är resultatet av att vi använde en modell som var alldeles för fokuserad på forskningens följsamhet och en metod som var för enkel, säger Emil Björnson.

Genom att installera fler antenner och bearbeta signalerna som sänds och tas emot från dem på rätt sätt, vi kan skapa ett system där det inte finns någon övre gräns för hur mycket data som kan överföras.

Han har presenterat bevisen för detta i samarbete med kollegor i Frankrike och Italien i en artikel som har publicerats både i den öppna tjänsten Arxiv och i den digitala IEEE-tjänsten Xplore. Simuleringskoden är också fritt tillgänglig på Github för alla som tvivlar på resultaten och vill validera dem.

MIMO är en akronym för "Multiple Input, Multiple Output" och tekniken involverar anslutning av hundratals små antenner, var och en med en effekt på cirka 10 mW, antingen i något som kan likna en stor datorskärm eller fördelat över en byggnads fasad.

Alla antenner skickar några tiotals signaler med noggrant bestämda fördröjningar. Fördröjningarna är valda så att kopiorna av en signal kommer till de avsedda mottagarna i exakt samma ögonblick, men vid lite olika tidpunkter på alla andra mottagare. Detta ger en stark signal vid den avsedda mottagaren och endast en liten störning vid alla andra. Pilotkontamination uppstår när förseningarna ska uppskattas med hjälp av signaler som kallas "piloter".

Hundra antenner på vardera 10 mW ger en effekt på 1 W, som fördelas bland användarna. Detta är betydligt mindre än de 40 W som nuvarande antenner använder. Den låga effekten räcker, eftersom varje signal ges i en specificerad riktning. Massive MIMO ger alltså en kombination av låg uteffekt, hög energieffektivitet och överlägsen kapacitet, eftersom många mottagare kan ta emot signaler samtidigt. Vad de nya beräkningarna och simuleringarna har visat är att kapaciteten är oändlig.

"Konsekvensen är att vi kan fortsätta att distribuera ett ökande antal antenner, när människor konsumerar allt större mängder trådlös data, och på så sätt tillgodose efterfrågan, säger Emil Björnson.