В системах сотовой связи, независимо от того, идет ли речь о 4G LTE или 5G NR, ключевыми технологиями являются как MIMO, так и агрегация несущих частот (CA), но в чем разница между ними?

Агрегация несущих частот - это инновационная технология, представленная в сети LTE Advanced, позволяющая мобильной сети объединять несколько частотных операторов в одну для увеличения общей пропускной способности несущей и значительного увеличения скорости передачи данных для пользователей мобильной связи. В начале сети LTE на базе 3GPP Release 8 не поддерживали агрегацию несущих, но сети LTE поддерживают гибкую настройку пропускной способности, что означает, что они могут использовать частотные несущие с различной пропускной способностью, такие как 1,4 МГц, 3 МГц, 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц и 20 МГц.

Релиз 10 LTE-Advanced является первой версией LTE, в которой введена агрегация несущих частот (внутридиапазонная непрерывная и междиапазонная), стандартная частота 5×20 МГц, но она доступна только для двух операторов. Версия 12 LTE-Advanced, представленная в 2012 году, поддерживает внутриполосную агрегацию несмежных несущих. Поддерживает агрегацию до 5 частотных несущих с гибкой полосой пропускания, до 100 МГц. Даже пропускная способность в 100 МГц уже впечатляет, но сеть LTE-Advanced Pro обеспечила более высокую конфигурацию агрегации несущих. Он нацелен на обеспечение максимальной пропускной способности до 3 Гбит/с в нисходящем канале, что требует больших размеров несущих. В 3GPP Release 13 представлена сеть LTE-Advanced Pro, которая позволяет агрегировать до 32 несущих, достигая максимальной пропускной способности до 640 МГц.

Несмотря на то, что агрегация несущих частот является ключевой технологией, уже представленной в сетях LTE-Advanced, она позволяет развивать LTE для достижения скорости передачи данных пользователей свыше 1 Гбит/с, но в сетях 5G агрегация несущих частот будет поддерживать эволюцию до мультигигабитного 5G, скорость передачи данных пользователей достигнет примерно 4 Гбит/с и выше.

После разговора об агрегации несущих частот давайте разберемся, что такое MIMO?

В беспроводной сети два беспроводных узла обмениваются данными для отправки и приема данных по радиоканалу, этот канал использует некоторый беспроводной спектр. Но во многих областях подходящего спектра не хватает, использовать больше спектра нецелесообразно.

MIMO расшифровывается как Multiple Input Multiple Output, это передовая антенная технология, которая может увеличить пропускную способность, но без увеличения спектра, поэтому она широко используется в сетях 4G LTE, LTE-Advanced и LTE-Advanced Pro. MIMO эффективно повышает скорость передачи данных и качество сигнала за счет пространственного мультиплексирования, разнесения антенн и формирования луча.

MIMO фокусируется на принципе пространственного мультиплексирования в 4G LTE, что означает, что связь происходит через несколько пространственно разнесенных антенн (мультиплексирование с пространственным разделением). Между тем, MIMO также улучшает качество мобильных сигналов, сводя к минимуму эффекты замирания многолучевости из-за разнесения антенны.

Кроме того, MIMO использует технологию формирования луча, несколько антенн передают сигнал на один и тот же приемник, чтобы приемник мог принимать более сильный сигнал. В сетях LTE используются различные конфигурации MIMO для нисходящей и восходящей связи, и как передатчики, так и приемники должны поддерживать эти конфигурации.

Согласно 3GPP Release 8, оригинальная сеть LTE поддерживает конфигурации 4×4 MIMO в нисходящем канале и конфигурации 2×2 MIMO в восходящем канале. Конфигурация нисходящей линии 4×4 означает, что четыре антенных элемента в передатчике базовой станции подают сигнал на мобильный телефон, в то время как четыре антенных элемента в приемнике мобильного телефона отвечают за прием сигнала. Передача по восходящему каналу осуществляется от мобильного телефона обратно к базовой станции.

Сети LTE-Advanced и LTE-Advanced Pro используют конфигурацию 8×8 MIMO в нисходящем канале и конфигурацию 4×4 MIMO в восходящем канале. Подводя итог, можно сказать, что MIMO и агрегация несущих частот играют свою уникальную и решающую роль в современных сотовых сетях, вместе обеспечивая пользователям более высокую скорость и стабильность связи. В сетях 5G (NR) используется усовершенствованная технология MIMO под названием Massive MIMO, которая использует более высокую конфигурацию и многопользовательскую технологию MIMO. Massive MIMO стал ключевым инструментом и основополагающим компонентом сверхбыстрой технологии 5G миллиметрового диапазона.

Не существует фиксированного определения, определяющего, сколько антенн должно считаться Massive MIMO, но системы с более чем 8×8 антеннами обычно рассматриваются как системы Massive MIMO, число 8×8 относится к 8 передающим антеннам и 8 приемным антеннам. В целом, MIMO выступает в роли антенной технологии, имеет иной акцент от агрегации несущих. 

Агрегация несущих направлена на объединение частотных несущих, MIMO увеличивает скорость передачи данных для пользователей мобильной связи за счет более эффективного пространственного мультиплексирования существующих частотных несущих. Агрегация несущих объединяет несколько частотных несущих для выделения более широкой полосы пропускания для мобильных телефонов. Но MIMO использует большое количество антенных элементов на передатчике для отправки нескольких параллельных потоков данных на приемник. Приемники MIMO также оснащены несколькими антенными элементами для приема этих потоков данных, выход с пользовательского устройства создается путем объединения различных потоков данных. Таким образом, каждый поток данных действует как виртуальный канал между базовой станцией и пользовательским оборудованием.