في نظام الشبكة الخلوية ، بغض النظر عن كونها 4G LTE أو 5G NR ، فإن كل من الإخراج المتعدد متعدد المدخلات (MIMO) وتجميع الناقل (CA) هما تقنية رئيسية ، ولكن ما هي الاختلافات بينهما؟

تجميع الناقل هو تقنية مبتكرة للغاية تم تقديمها في شبكة LTE Advanced ، مما يسمح لشبكة الهاتف المحمول بدمج ناقلات تردد متعددة في واحد لزيادة عرض النطاق الترددي الإجمالي للناقل لتحقيق زيادة أكبر في معدل البيانات لمستخدمي الهاتف المحمول. في البداية ، لم تدعم شبكات LTE المستندة إلى الإصدار 8 من 3GPP تجميع الموجة الحاملة ، لكن شبكات LTE تدعم تكوين النطاق الترددي المرن ، مما يعني أنه يمكنها استخدام ناقلات التردد بعرض نطاق ترددي مختلف مثل 1.4 ميجاهرتز و 3 ميجاهرتز و 5 ميجاهرتز و 10 ميجاهرتز و 15 ميجاهرتز و 20 ميجاهرتز.

الإصدار 10 من LTE-Advanced هو أول إصدار LTE يقدم تجميع الموجة الحاملة (المستمر داخل النطاق وبين النطاقات) ، ويأخذ 5×20 ميجاهرتز كمرجع مصدق قياسي ، ولكنه مخصص لمشغلين فقط. الإصدار 12 من LTE-Advanced الذي تم تقديمه في عام 2012 ، وهو دعم لتجميع الموجات الحاملة غير المتجاورة داخل النطاق. يدعم تجميع ما يصل إلى 5 ناقلات تردد بعرض نطاق ترددي مرن ، وعرض نطاق ترددي يصل إلى 100 ميجاهرتز. حتى عرض النطاق الترددي 100 ميجاهرتز مثير للإعجاب بالفعل ، لكن شبكة LTE-Advanced Pro جلبت تكوين تجميع ناقل عالي المواصفات. يهدف إلى توفير إنتاجية قصوى تصل إلى 3 جيجابت في الثانية في الوصلة الهابطة ، الأمر الذي يتطلب أحجام حاملة أكبر. يقدم الإصدار 13 من 3GPP شبكة LTE-Advanced Pro التي تتيح تجميع شركات الاتصالات حتى 32 شركة اتصالات، وتصل إلى أقصى عرض نطاق ترددي يصل إلى 640 ميجاهرتز.

على الرغم من أن تجميع الناقل هو تقنية رئيسية تم تقديمها بالفعل في شبكات LTE-Advanced ، إلا أنها تمكن من تطور LTE لتحقيق معدل بيانات مستخدم يزيد عن 1 جيجابت في الثانية ، ولكن في شبكات 5G ، سيدعم تجميع الناقل التطور إلى 5G متعدد الجيجابت ، ويصل معدل بيانات المستخدم إلى حوالي 4 جيجابت في الثانية وما فوق.

بعد الحديث عن تجميع الناقل ، دعنا نلقي نظرة على ما هو MIMO بالضبط؟

في الشبكة اللاسلكية ، تتصل عقدتان لاسلكيتان لإرسال واستقبال البيانات عبر قناة الراديو ، وتستخدم هذه القناة بعض الطيف اللاسلكي. ولكن في العديد من المجالات يكون الطيف المناسب نادرا ، واستخدام المزيد من الطيف غير عملي.

MIMO تعني المدخلات المتعددة المخرجات ، وهي تقنية هوائي متقدمة يمكنها زيادة السعة ولكن دون زيادة الطيف ، لذلك يتم اعتمادها على نطاق واسع من قبل شبكات 4G LTE و LTE-Advanced و LTE-Advanced Pro. يعمل MIMO على تحسين معدل البيانات وجودة الإشارة بشكل فعال من خلال تعدد الإرسال المكاني وتنوع الهوائي وتشكيل الحزمة.

يركز MIMO على مبدأ تعدد الإرسال المكاني في 4G LTE ، مما يعني أن الاتصال يحدث من خلال هوائيات متعددة منفصلة مكانيا (تعدد إرسال التقسيم المكاني). وفي الوقت نفسه ، يعمل MIMO أيضا على تحسين جودة الإشارات المتنقلة عن طريق تقليل تأثيرات الخبو متعدد المسارات من خلال تنوع الهوائي.

بالإضافة إلى ذلك ، يستفيد MIMO من تقنية تشكيل الحزمة ، حيث تنقل الهوائيات المتعددة الإشارات إلى نفس جهاز الاستقبال حتى يتمكن جهاز الاستقبال من تلقي إشارة أقوى. تستخدم شبكات LTE تكوينات MIMO مختلفة للوصلة الهابطة والوصلة الصاعدة ، ويجب أن تدعم كل من أجهزة الإرسال والاستقبال هذه التكوينات.

وفقا للإصدار 8 من 3GPP ، تدعم شبكة LTE الأصلية تكوينات 4×4 MIMO في الوصلة الهابطة وتكوينات 2×2 MIMO في الوصلة الصاعدة. 4×4 يعني تكوين الوصلة الهابطة أن أربعة عناصر هوائي في مرسل المحطة الأساسية ترسل إشارة إلى الهاتف المحمول، بينما تكون أربعة عناصر هوائي في مستقبل الهاتف النقال مسؤولة عن استقبال الإشارة. يتم نقل الوصلة الصاعدة من الهاتف المحمول إلى المحطة الرئيسية.

تستخدم شبكة LTE-Advanced وLTE-Advanced Pro تهيئة MIMO 8×8 في الوصلة الهابطة وتكوين 4×4 MIMO في الوصلة الصاعدة. باختصار ، يلعب MIMO وتجميع الناقل دورهما الفريد والحاسم في الشبكات الخلوية الحديثة ، حيث يجلبان بشكل مشترك تجربة اتصال أعلى سرعة وأكثر استقرارا للمستخدمين. في شبكات 5G (NR) ، يتم اعتماد MIMO متقدم يسمى Massive MIMO ، والذي يستخدم تكوينا أعلى وMIMO متعدد المستخدمين. أصبح MIMO الضخم عامل تمكين رئيسي ومكونا أساسيا للموجة المليمترية فائقة السرعة 5G.

لا يوجد تعريف ثابت لتحديد عدد الهوائيات التي يجب اعتبارها Massive MIMO ، ولكن الأنظمة التي تحتوي على أكثر من 8×8 هوائيات تعتبر عموما أنظمة MIMO ضخمة ، ويشير الرقم 8×8 إلى 8 هوائيات إرسال و 8 هوائيات استقبال. بشكل عام ، يعمل MIMO كتقنية هوائي ، وله تركيز مختلف عن تجميع الموجة الحاملة. 

يركز تجميع الموجة الحاملة على الجمع بين الموجات الحاملة للتردد ، ويزيد MIMO من معدل البيانات لمستخدمي الهواتف المحمولة عن طريق تعدد الإرسال المكاني لناقلات التردد الحالية بشكل أكثر كفاءة. يجمع تجميع الموجة الحاملة بين العديد من الموجات الحاملة معا لتخصيص عرض نطاق أكبر للناقل للهواتف المحمولة. لكن MIMO يستخدم عددا كبيرا من عناصر الهوائي في جهاز الإرسال لإرسال تدفقات بيانات متوازية متعددة إلى جهاز الاستقبال. أجهزة استقبال MIMO مجهزة أيضا بعناصر هوائي متعددة لاستقبال تدفقات البيانات هذه ، يتم إنشاء الإخراج من جهاز المستخدم من خلال الجمع بين تدفقات البيانات المختلفة. بهذه الطريقة ، يعمل كل تدفق بيانات كقناة افتراضية بين المحطة الأساسية ومعدات المستخدم.