Unabhängig von 4G LTE oder 5G NR sind sowohl MIMO (Multiple-Input Multiple Output) als auch Carrier Aggregation (CA) in Mobilfunknetzen Schlüsseltechnologien, aber was sind die Unterschiede zwischen ihnen?
Carrier Aggregation ist eine hochinnovative Technologie, die im LTE Advanced-Netzwerk eingeführt wurde und es dem Mobilfunknetz ermöglicht, mehrere Frequenzträger zu einem zu kombinieren, um die Gesamtbandbreite des Trägers zu erhöhen und die Datenrate für Mobiltelefonbenutzer deutlich zu erhöhen. Zu Beginn unterstützten LTE-Netze, die auf 3GPP Release 8 basieren, keine Carrier-Aggregation, aber LTE-Netzwerke unterstützen eine flexible Bandbreitenkonfiguration, was bedeutet, dass sie Frequenzträger mit unterschiedlichen Bandbreiten wie 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz und 20 MHz verwenden können.
Release 10 von LTE-Advanced ist die erste LTE-Version, die Carrier Aggregation (Intra-Band Continuous und Inter-Band) einführt, 5×20 MHz als Standard-CA akzeptiert, aber nur für zwei Betreiber geeignet ist. Release 12 von LTE-Advanced, das 2012 eingeführt wurde und Unterstützung für In-Band-Aggregation von nicht zusammenhängenden Carriern bietet. Unterstützt die Aggregation von bis zu 5 Frequenzträgern mit flexibler Bandbreite, bis zu 100 MHz Bandbreite. Selbst eine Bandbreite von 100 MHz ist bereits beeindruckend, aber das LTE-Advanced Pro-Netzwerk bot eine höherwertige Carrier-Aggregation-Konfiguration. Ziel ist es, einen maximalen Durchsatz von bis zu 3 Gbit/s im Downlink zu erreichen, was größere Carrier-Größen erfordert. 3GPP Release 13 führt das LTE-Advanced Pro-Netzwerk ein, das die Carrier-Aggregation von bis zu 32 Carriern ermöglicht und eine maximale Bandbreite von bis zu 640 MHz erreicht.
Obwohl die Carrier-Aggregation eine Schlüsseltechnologie ist, die bereits in LTE-Advanced-Netzwerken vorgestellt wird, ermöglicht sie die Weiterentwicklung von LTE, um eine Datenrate von mehr als 1 Gbit/s zu erreichen, aber in 5G-Netzen wird die Carrier-Aggregation die Entwicklung zu Multi-Gigabit-5G unterstützen, wobei die Datenrate der Benutzer etwa 4 Gbit/s und mehr erreicht.
Nachdem wir über Carrier Aggregation gesprochen haben, werfen wir einen Blick darauf, was genau MIMO ist.
In einem drahtlosen Netzwerk kommunizieren zwei drahtlose Knoten, um Daten über einen Funkkanal zu senden und zu empfangen, wobei dieser Kanal ein gewisses drahtloses Spektrum verwendet. Aber in vielen Bereichen ist geeignetes Spektrum knapp, mehr Spektrum zu verwenden ist unpraktisch.
MIMO steht für Multiple Input Multiple Output und ist eine fortschrittliche Antennentechnologie, die die Kapazität erhöhen kann, ohne jedoch das Spektrum zu erhöhen, so dass sie von 4G LTE-, LTE-Advanced- und LTE-Advanced Pro-Netzwerken weit verbreitet ist. MIMO verbessert effektiv die Datenrate und Signalqualität durch räumliches Multiplexing, Antennendiversität und Beamforming.
MIMO konzentriert sich auf das Prinzip des räumlichen Multiplexings in 4G LTE, d.h. die Kommunikation erfolgt über mehrere räumlich getrennte Antennen (Spatial Division Multiplexing). Gleichzeitig verbessert MIMO auch die Qualität mobiler Signale, indem es die Auswirkungen von Multipath-Fading durch die Antennendiversität minimiert.
Darüber hinaus profitiert MIMO von der Beamforming-Technologie, bei der mehrere Antennen Signale an denselben Empfänger übertragen, sodass der Empfänger ein stärkeres Signal empfangen kann. LTE-Netzwerke verwenden unterschiedliche MIMO-Konfigurationen für Downlink und Uplink, und sowohl Sender als auch Empfänger müssen diese Konfigurationen unterstützen.
Gemäß 3GPP Release 8 unterstützt das ursprüngliche LTE-Netzwerk 4×4 MIMO-Konfigurationen im Downlink und 2×2 MIMO-Konfigurationen im Uplink. Die 4×4-Downlink-Konfiguration bedeutet, dass vier Antennenelemente im Sender der Basisstation ein Signal an das Mobiltelefon senden, während vier Antennenelemente im Mobilfunkempfänger für den Empfang des Signals verantwortlich sind. Die Uplink-Übertragung erfolgt vom Mobiltelefon zurück zur Basisstation.
LTE-Advanced- und LTE-Advanced Pro-Netzwerke verwenden eine 8×8-MIMO-Konfiguration im Downlink und eine 4×4-MIMO-Konfiguration im Uplink. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass MIMO und Carrier-Aggregation in modernen Mobilfunknetzen eine einzigartige und entscheidende Rolle spielen und den Nutzern gemeinsam eine höhere Geschwindigkeit und ein stabileres Kommunikationserlebnis bieten. In 5G (NR)-Netzen wird ein fortschrittliches MIMO namens Massive MIMO verwendet, das eine höhere Konfiguration und Multi-User-MIMO verwendet. Massive MIMO ist zu einem wichtigen Faktor und einer grundlegenden Komponente von ultraschnellem Millimeterwellen-5G geworden.
Es gibt keine feste Definition, um zu definieren, wie viele Antennen als Massive MIMO betrachtet werden müssen, aber Systeme mit mehr als 8×8 Antennen werden im Allgemeinen als Massive MIMO-Systeme betrachtet, die 8×8-Zahl bezieht sich auf 8 Sendeantennen und 8 Empfangsantennen. Im Allgemeinen fungiert MIMO als Antennentechnologie, hat einen anderen Schwerpunkt als die Trägeraggregation.
Carrier Aggregation Fokus auf die Kombination von Frequenzträgern, MIMO erhöhen die Datenrate für Mobilfunknutzer durch räumliches Multiplexen vorhandener Frequenzträger effizienter. Bei der Carrier-Aggregation werden mehrere Frequenzträger miteinander kombiniert, um Mobiltelefonen eine größere Carrier-Bandbreite zuzuweisen. MIMO verwendet jedoch eine große Anzahl von Antennenelementen am Sender, um mehrere parallele Datenströme an den Empfänger zu senden. MIMO-Empfänger sind auch mit mehreren Antennenelementen ausgestattet, um diese Datenströme zu empfangen, die Ausgabe vom Benutzergerät wird durch die Kombination verschiedener Datenströme erzeugt. Auf diese Weise fungiert jeder Datenfluss wie ein virtueller Kanal zwischen Basisstation und Benutzergerät.
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