セルラーネットワークシステムでは、4G LTEでも5G NRでも、MIMO(Multiple-Input Multiple Output)とCA(Carrier Aggregation)の両方が重要なテクノロジーですが、それらの違いは何ですか?
キャリアアグリゲーションは、LTE Advancedネットワークに導入された非常に革新的なテクノロジーであり、モバイルネットワークが複数の周波数キャリアを1つに組み合わせてキャリア帯域幅全体を増加させ、携帯電話ユーザーにデータレートをより大幅に向上させることができます。当初、3GPP リリース 8 に基づく LTE ネットワークはキャリア アグリゲーションをサポートしていませんでしたが、LTE ネットワークは柔軟な帯域幅構成をサポートしているため、1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz などのさまざまな帯域幅の周波数キャリアを使用できます。
LTE-Advancedのリリース10は、キャリアアグリゲーション(帯域内連続および帯域間)を導入した最初のLTEバージョンであり、5×20MHzを標準CAとして採用しますが、2つのオペレーターのみを対象としています。2012年に導入された LTE-Advanced のリリース 12 では、帯域内の非連続キャリア アグリゲーションがサポートされます。最大5MHzの帯域幅の柔軟な帯域幅で、最大100MHzの周波数キャリアの集約をサポートします。100MHzの帯域幅でもすでに印象的ですが、LTE-Advanced Proネットワークは、よりスペックなキャリアアグリゲーション構成をもたらしました。より大きなキャリアサイズを必要とするダウンリンクで最大3Gbpsのスループットを提供することを目指しています。3GPP リリース 13 では、最大32 のキャリア アグリゲーションを可能にし、最大640MHz の最大帯域幅に達する LTE-Advanced Pro ネットワークが導入されています。
キャリアアグリゲーションはLTE-Advancedネットワークですでに提示されているキーテクノロジーですが、LTEの進化により1Gbpsを超えるユーザーデータレートを実現できますが、5Gネットワークではキャリアアグリゲーションがマルチギガビット5Gへの進化をサポートし、ユーザーデータレートは約4Gbps以上に達します。
キャリアアグリゲーションについて話した後、MIMOとは一体何なのかを見てみましょう。
ワイヤレスネットワークでは、2つのワイヤレスノードが無線チャネルを介してデータを送受信するために通信し、このチャネルはいくつかのワイヤレススペクトルを使用します。しかし、多くの地域では適切なスペクトルが不足しており、より多くのスペクトルを使用することは現実的ではありません。
MIMOはMultiple Input Multiple Outputの略で、スペクトルを増やすことなく容量を増やすことができる高度なアンテナ技術であるため、4G LTE、LTE-Advanced、およびLTE-Advanced Proネットワークで広く採用されています。MIMOは、空間多重化、アンテナダイバーシティ、ビームフォーミングを通じて、データレートと信号品質を効果的に向上させます。
MIMOは、4G LTEにおける空間多重化の原理に焦点を当てており、空間的に分離された複数のアンテナを介して通信が行われることを意味します(空間分割多重)。一方、MIMOは、アンテナのダイバーシティによるマルチパスフェージングの影響を最小限に抑えることで、モバイル信号の品質も向上させます。
さらに、MIMOはビームフォーミング技術の恩恵を受けており、複数のアンテナが同じ受信機に信号を送信するため、受信機はより強い信号を受信できます。LTE ネットワークは、ダウンリンクとアップリンクに異なる MIMO構成を使用し、送信機と受信機の両方がこれらの構成をサポートする必要があります。
3GPP リリース 8 によると、元の LTE ネットワークはダウンリンクで 4×4 MIMO構成、アップリンクで 2×2 MIMO構成をサポートします。4×4ダウンリンク構成は、基地局送信機の4つのアンテナ要素が携帯電話に信号を送信し、携帯電話受信機の4つのアンテナ要素が信号の受信を担当することを意味します。アップリンク送信は、携帯電話から基地局に戻ります。
LTE-AdvancedおよびLTE-Advanced Proネットワークは、ダウンリンクで8×8 MIMO構成、アップリンクで4×4 MIMO構成を使用します。要約すると、MIMOとキャリアアグリゲーションは、現代のセルラーネットワークにおいて独自の重要な役割を果たし、共同でユーザーに高速で安定した通信体験をもたらします。5G(NR)ネットワークでは、Massive MIMOと呼ばれる高度なMIMOが採用されており、より高い構成とマルチユーザーMIMOを使用します。Massive MIMOは、超高速ミリ波5Gの重要なイネーブラーであり、基盤となるコンポーネントとなっています。
Massive MIMOと見なすために必要なアンテナの数を定義するための固定された定義はありませんが、8×8を超えるアンテナを持つシステムは一般的にMassive MIMOシステムと見なされ、8×8の数は8つの送信アンテナと8つの受信アンテナを指します。一般に、MIMOはアンテナ技術として機能し、キャリアアグリゲーションとは異なる重点を置きます。
キャリアアグリゲーションは周波数キャリアの組み合わせに焦点を当てており、MIMOは既存の周波数キャリアをより効率的に空間的に多重化することで、携帯電話ユーザーのデータレートを向上させます。キャリア アグリゲーションは、複数の周波数キャリアを組み合わせて、より大きなキャリア帯域幅を携帯電話に割り当てます。しかし、MIMOは送信機で多数のアンテナ素子を利用して、複数の並列データストリームを受信機に送信します。MIMO受信機には、これらのデータストリームを受信するための複数のアンテナ要素も装備されており、ユーザーデバイスからの出力は、さまざまなデータストリームを組み合わせることによって作成されます。このようにして、各データフローは基地局とユーザー機器の間の仮想チャネルのように機能します。
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