Dans les systèmes de réseau cellulaire, qu’il s’agisse de la 4G LTE ou de la 5G NR, les technologies MIMO (Multiple Input Multiple Output) et CA (Carrier Aggregation) sont des technologies clés, mais quelles sont les différences entre elles ?
L’agrégation de porteuses est une technologie très innovante introduite dans le réseau LTE Advanced, permettant au réseau mobile de combiner plusieurs porteuses de fréquences en une seule pour augmenter la bande passante globale de l’opérateur afin d’apporter un débit de données plus important augmentant pour les utilisateurs de téléphones mobiles. Au début, les réseaux LTE basés sur la version 8 du 3GPP ne prenaient pas en charge l’agrégation de porteuses, mais les réseaux LTE prennent en charge une configuration flexible de la bande passante, ce qui signifie qu’ils peuvent utiliser des porteuses de fréquences avec différentes bandes passantes telles que 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz et 20 MHz.
La version 10 de LTE-Advanced est la première version LTE à introduire l’agrégation de porteuses (continue intrabande et interbande), prenant 5×20 MHz comme CA standard, mais elle n’est destinée qu’à deux opérateurs. La version 12 de LTE-Advanced introduite en 2012 prend en charge l’agrégation de porteuses non contiguës dans la bande. Prend en charge l’agrégation d’un maximum de 5 porteuses de fréquence avec une bande passante flexible, jusqu’à une bande passante de 100 MHz. Même une bande passante de 100 MHz est déjà impressionnante, mais le réseau LTE-Advanced Pro a apporté une configuration d’agrégation de porteuses plus performante. Il vise à fournir un débit maximal allant jusqu’à 3 Gbit/s en liaison descendante, ce qui nécessite des porteuses de plus grande taille. La version 13 de 3GPP introduit le réseau LTE-Advanced Pro qui permet l’agrégation de porteuses jusqu’à 32 porteuses, atteignant une bande passante maximale jusqu’à 640 MHz.
Bien que l’agrégation de porteuses soit une technologie clé déjà présentée dans les réseaux LTE-Advanced, elle permet l’évolution de LTE pour atteindre un débit de données utilisateur supérieur à 1 Gbit/s, mais dans les réseaux 5G, l’agrégation de porteuses soutiendra l’évolution vers la 5G multi-gigabit, le débit de données utilisateur atteignant environ 4 Gbit/s et plus.
Après avoir parlé de l’agrégation de porteuses, voyons ce qu’est exactement le MIMO ?
Dans un réseau sans fil, deux nœuds sans fil communiquent pour envoyer et recevoir des données via un canal radio, ce canal utilise un certain spectre sans fil. Mais dans de nombreuses régions, le spectre approprié est rare, il n’est pas pratique d’utiliser plus de spectre.
MIMO est l’abréviation de Multiple Input Multiple Output, est une technologie d’antenne avancée qui peut augmenter la capacité mais sans augmenter le spectre, elle est donc largement adoptée par les réseaux 4G LTE, LTE-Advanced et LTE-Advanced Pro. MIMO améliore efficacement le débit de données et la qualité du signal grâce au multiplexage spatial, à la diversité d’antenne et à la formation de faisceaux.
MIMO se concentre sur le principe du multiplexage spatial dans la 4G LTE, c’est-à-dire que la communication se fait par le biais de plusieurs antennes séparées spatialement (multiplexage par répartition spatiale). Pendant ce temps, MIMO améliore également la qualité des signaux mobiles en minimisant les effets de l’évanouissement par trajets multiples grâce à la diversité de l’antenne.
De plus, MIMO bénéficie de la technologie de formation de faisceaux, plusieurs antennes transmettent des signaux au même récepteur afin que le récepteur puisse recevoir un signal plus fort. Les réseaux LTE utilisent différentes configurations MIMO pour la liaison descendante et la liaison montante, et les émetteurs et les récepteurs doivent prendre en charge ces configurations.
Selon la version 8 du 3GPP, le réseau LTE d’origine prend en charge les configurations MIMO 4×4 en liaison descendante et les configurations MIMO 2×2 en liaison montante. La configuration de liaison descendante 4×4 signifie que quatre éléments d’antenne dans l’émetteur de la station de base envoient le signal au téléphone portable, tandis que quatre éléments d’antenne dans le récepteur de téléphone mobile sont responsables de la réception du signal. La transmission de liaison montante se fait du téléphone portable à la station de base.
Les réseaux LTE-Advanced et LTE-Advanced Pro utilisent une configuration MIMO 8×8 en liaison descendante et une configuration MIMO 4×4 en liaison montante. En résumé, le MIMO et l’agrégation de porteuses jouent leur propre rôle unique et crucial dans les réseaux cellulaires modernes, apportant conjointement aux utilisateurs une expérience de communication plus rapide et plus stable. Dans les réseaux 5G (NR), un MIMO avancé appelé Massive MIMO est adopté, qui utilise une configuration plus élevée et un MIMO multi-utilisateurs. Le MIMO massif est devenu un élément clé et un composant fondamental de la 5G à ondes millimétriques ultra-rapides.
Il n’y a pas de définition fixe pour définir le nombre d’antennes qui doivent être considérées comme Massive MIMO, mais les systèmes avec plus de 8×8 antennes sont généralement considérés comme des systèmes Massive MIMO, le nombre 8×8 fait référence à 8 antennes d’émission et 8 antennes de réception. En général, MIMO agit comme une technologie d’antenne, a une emphase différente de l’agrégation de porteuses.
L’agrégation de porteuses se concentre sur la combinaison de porteuses de fréquence, MIMO augmente le débit de données pour les utilisateurs de téléphones mobiles en multiplexant spatialement plus efficacement les porteuses de fréquence existantes. L’agrégation de porteuses combine plusieurs porteuses de fréquences pour allouer une plus grande bande passante de porteuse aux téléphones mobiles. Mais le MIMO utilise un grand nombre d’éléments d’antenne au niveau de l’émetteur pour envoyer plusieurs flux de données parallèles au récepteur. Les récepteurs MIMO sont également équipés de plusieurs éléments d’antenne pour recevoir ces flux de données, la sortie de l’appareil de l’utilisateur est créée en combinant divers flux de données. De cette façon, chaque flux de données agit comme un canal virtuel entre la station de base et l’équipement de l’utilisateur.
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