No sistema de rede celular, não importa se é 4G LTE ou 5G NR, tanto a saída múltipla de múltiplas entradas (MIMO) quanto a agregação de operadora (CA) são tecnologias-chave, mas quais são as diferenças entre elas?

A agregação de operadora é uma tecnologia altamente inovadora introduzida na rede LTE Advanced, permite que a rede móvel combine várias operadoras de frequência em uma para aumentar a largura de banda geral da operadora para aumentar a taxa de dados mais significativa para usuários de telefones celulares. No início, as redes LTE baseadas no 3GPP Release 8 não suportavam agregação de operadora, mas as redes LTE suportam configuração de largura de banda flexível, o que significa que podem usar portadoras de frequência com diferentes larguras de banda, como 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz e 20 MHz.

A versão 10 do LTE-Advanced é a primeira versão LTE a introduzir a agregação de portadora (intra-banda contínua e interbanda), assumir 5×20 MHz como CA padrão, mas é apenas para duas operadoras. A versão 12 do LTE-Advanced introduzida em 2012, suporte para agregação de portadora não contígua em banda. Suporta agregação de até 5 portadoras de frequência com largura de banda flexível, largura de banda de até 100MHz. Mesmo a largura de banda de 100 MHz já é impressionante, mas a rede LTE-Advanced Pro trouxe uma configuração de agregação de operadora de especificações mais altas. O objetivo é fornecer uma taxa de transferência máxima de até 3 Gbps em downlink, o que requer portadoras maiores. O 3GPP Release 13 apresenta a rede LTE-Advanced Pro que permite a agregação de operadoras de até 32 operadoras, atingindo largura de banda máxima de até 640 MHz.

Embora a agregação de operadora seja uma tecnologia-chave já apresentada nas redes LTE-Advanced, ela permite a evolução do LTE para atingir uma taxa de dados do usuário superior a 1 Gbps, mas em redes 5G, a agregação de operadora suportará a evolução para 5G multigigabit, a taxa de dados do usuário atinge aproximadamente 4 Gbps e acima.

Depois de falar sobre agregação de operadora, vamos dar uma olhada no que exatamente é MIMO?

Na rede sem fio, dois nós sem fio se comunicam para enviar e receber dados via canal de rádio, este canal usa algum espectro sem fio. Mas em muitas áreas o espectro adequado é escasso, o uso de mais espectro é impraticável.

MIMO significa Multiple Input Multiple Output, é uma tecnologia de antena avançada que pode aumentar a capacidade, mas sem aumentar o espectro, por isso é amplamente adotada pelas redes 4G LTE, LTE-Advanced e LTE-Advanced Pro. O MIMO melhora efetivamente a taxa de dados e a qualidade do sinal por meio de multiplexação espacial, diversidade de antenas e formação de feixe.

O MIMO se concentra no princípio da multiplexação espacial em 4G LTE, o que significa que a comunicação ocorre por meio de várias antenas separadas espacialmente (multiplexação por divisão espacial). Enquanto isso, o MIMO também melhora a qualidade dos sinais móveis, minimizando os efeitos do desvanecimento de vários caminhos através da diversidade de antenas.

Além disso, o MIMO se beneficia da tecnologia beamforming, várias antenas transmitem sinais para o mesmo receptor para que o receptor possa receber um sinal mais forte. As redes LTE usam diferentes configurações MIMO para downlink e uplink, e tanto os transmissores quanto os receptores devem suportar essas configurações.

De acordo com o 3GPP Release 8, a rede LTE original suporta configurações 4×4 MIMO em downlink e configurações 2×2 MIMO em uplink. A configuração de downlink 4×4 significa que quatro elementos de antena no transmissor da estação base enviam sinal para o telefone celular, enquanto quatro elementos de antena no receptor do telefone celular são responsáveis por receber o sinal. A transmissão de uplink é do telefone celular de volta à estação base.

As redes LTE-Advanced e LTE-Advanced Pro usam a configuração 8×8 MIMO no downlink e a configuração 4×4 MIMO no uplink. Em resumo, o MIMO e a agregação de operadoras desempenham seu próprio papel único e crucial nas redes celulares modernas, trazendo aos usuários uma experiência de comunicação mais rápida e estável. Em redes 5G (NR), é adotado um MIMO avançado chamado Massive MIMO, que usa configuração superior e MIMO multiusuário. O MIMO massivo tornou-se um facilitador chave e um componente fundamental do 5G de ondas milimétricas ultrarrápidas.

Não existe uma definição fixa para definir quantas antenas devem ser consideradas como Massive MIMO, mas sistemas com mais de 8×8 antenas são geralmente considerados sistemas Massive MIMO, o número 8×8 refere-se a 8 antenas de transmissão e 8 antenas de recepção. Em geral, o MIMO atua como uma tecnologia de antena, tem ênfase diferente da agregação de portadoras. 

A agregação de operadoras se concentra na combinação de operadoras de frequência, o MIMO aumenta a taxa de dados para usuários de telefones celulares, multiplexando espacialmente as operadoras de frequência existentes com mais eficiência. A agregação de operadora combina várias operadoras de frequência para alocar maior largura de banda da operadora para telefones celulares. Mas o MIMO utiliza um grande número de elementos de antena no transmissor para enviar vários fluxos de dados paralelos ao receptor. Receptores MIMO também equipados com vários elementos de antena para receber esses fluxos de dados, a saída do dispositivo do usuário é criada combinando vários fluxos de dados. Dessa forma, cada fluxo de dados atua como um canal virtual entre a estação base e o equipamento do usuário.