En el sistema de red celular, no importa si es 4G LTE o 5G NR, tanto la entrada múltiple y la salida múltiple (MIMO) como la agregación de portadoras (CA) son tecnología clave, pero ¿cuáles son las diferencias entre ellas?

La agregación de portadoras es una tecnología altamente innovadora introducida en la red LTE Advanced, que permite que la red móvil combine múltiples portadoras de frecuencia en una para aumentar el ancho de banda general de la portadora y brindar un aumento más significativo de la velocidad de datos para los usuarios de teléfonos móviles. Al principio, las redes LTE basadas en la versión 8 del 3GPP no admitían la agregación de portadoras, pero las redes LTE admiten una configuración de ancho de banda flexible, lo que significa que pueden usar portadoras de frecuencia con diferentes anchos de banda, como 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz y 20 MHz.

La versión 10 de LTE-Advanced es la primera versión LTE que introduce la agregación de portadoras (continua intrabanda e interbanda), toma 5×20 MHz como CA estándar, pero es solo para dos operadores. La versión 12 de LTE-Advanced se introdujo en 2012, soporte para la agregación de portadoras no contiguas en banda. Admite la agregación de hasta 5 portadoras de frecuencia con ancho de banda flexible, ancho de banda de hasta 100 MHz. Incluso el ancho de banda de 100MHz ya es impresionante, pero la red LTE-Advanced Pro trajo una configuración de agregación de portadoras de mayor especificación. Su objetivo es proporcionar un rendimiento máximo de hasta 3 Gbps en el enlace descendente, lo que requiere tamaños de operador más grandes. La versión 13 de 3GPP presenta la red LTE-Advanced Pro que permite la agregación de portadoras de hasta 32 portadoras, alcanza un ancho de banda máximo de hasta 640MHz.

Aunque la agregación de portadoras es una tecnología clave ya presentada en las redes LTE-Advanced, permite la evolución de LTE para lograr una velocidad de datos de usuario superior a 1 Gbps, pero en las redes 5G, la agregación de portadoras admitirá la evolución a 5G multigigabit, la velocidad de datos de usuario alcanzará aproximadamente 4 Gbps y más.

Después de hablar de la agregación de portadores, echemos un vistazo a qué es exactamente MIMO.

En la red inalámbrica, dos nodos inalámbricos se comunican para enviar y recibir datos a través del canal de radio, este canal utiliza un espectro inalámbrico. Pero en muchas áreas el espectro adecuado es escaso, usar más espectro no es práctico.

MIMO significa Multiple Input Multiple Output, es una tecnología de antena avanzada que puede aumentar la capacidad pero sin aumentar el espectro, por lo que es ampliamente adoptada por las redes 4G LTE, LTE-Advanced y LTE-Advanced Pro. MIMO mejora eficazmente la velocidad de datos y la calidad de la señal a través de la multiplexación espacial, la diversidad de antenas y la formación de haces.

MIMO se centra en el principio de multiplexación espacial en 4G LTE, lo que significa que la comunicación se produce a través de múltiples antenas separadas espacialmente (multiplexación por división espacial). Mientras tanto, MIMO también mejora la calidad de las señales móviles al minimizar los efectos del desvanecimiento por trayectos múltiples a través de la diversidad de antenas.

Además, MIMO se beneficia de la tecnología de formación de haces, múltiples antenas transmiten señales al mismo receptor para que el receptor pueda recibir una señal más fuerte. Las redes LTE utilizan diferentes configuraciones MIMO para el enlace descendente y ascendente, y tanto los transmisores como los receptores deben admitir estas configuraciones.

De acuerdo con la versión 8 de 3GPP, la red LTE original admite configuraciones MIMO 4×4 en enlace descendente y configuraciones MIMO 2×2 en enlace ascendente. La configuración de enlace descendente 4×4 significa que cuatro elementos de antena en el transmisor de la estación base envían la señal al teléfono móvil, mientras que cuatro elementos de antena en el receptor del teléfono móvil son responsables de recibir la señal. La transmisión de enlace ascendente es desde el teléfono móvil a la estación base.

Las redes LTE-Advanced y LTE-Advanced Pro utilizan la configuración MIMO 8×8 en el enlace descendente y la configuración MIMO 4×4 en el enlace ascendente. En resumen, MIMO y la agregación de operadores juegan su propio papel único y crucial en las redes celulares modernas, brindando conjuntamente a los usuarios una experiencia de comunicación más estable y de mayor velocidad. En las redes 5G (NR), se adopta un MIMO avanzado llamado Massive MIMO, que utiliza una configuración más alta y MIMO multiusuario. El MIMO masivo se ha convertido en un habilitador clave y un componente fundamental del 5G de ondas milimétricas ultrarrápidas.

No existe una definición fija para definir cuántas antenas deben considerarse como MIMO masivo, pero los sistemas con más de 8×8 antenas generalmente se consideran sistemas MIMO masivos, el número 8×8 se refiere a 8 antenas transmisoras y 8 antenas receptoras. En general, MIMO actúa como una tecnología de antena, tiene un énfasis diferente al de la agregación de portadoras. 

La agregación de portadoras se centra en la combinación de portadoras de frecuencia, MIMO aumenta la velocidad de datos para los usuarios de teléfonos móviles al multiplexar espacialmente las portadoras de frecuencia existentes de manera más eficiente. La agregación de portadoras combina múltiples portadoras de frecuencia para asignar un mayor ancho de banda de portadora a los teléfonos móviles. Pero MIMO utiliza una gran cantidad de elementos de antena en el transmisor para enviar múltiples flujos de datos paralelos al receptor. Los receptores MIMO también están equipados con múltiples elementos de antena para recibir estos flujos de datos, la salida del dispositivo del usuario se crea combinando varios flujos de datos. De esta manera, cada flujo de datos actúa como un canal virtual entre la estación base y el equipo del usuario.