В системе сотовой сети, будь то 4G LTE или 5G NR, и Multiple-input multiple output (MIMO), и Carrier Aggregation (CA) являются ключевыми технологиями, но в чем между ними различия?

Агрегация несущих — это высокоинновационная технология, представленная в сети LTE Advanced, которая позволяет мобильной сети объединять несколько частотных несущих в одну, чтобы увеличить общую полосу пропускания и обеспечить более значительное повышение скорости передачи данных для пользователей мобильных телефонов. Изначально сети LTE на основе 3GPP Release 8 не поддерживали агрегацию несущих, но сети LTE поддерживают гибкую настройку полосы пропускания, что означает возможность использования частотных несущих с различной полосой пропускания, например 1,4 МГц, 3 МГц, 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц и 20 МГц.

Релиз 10 LTE-Advanced стал первой версией LTE, в которой была представлена агрегация несущих (внутриполосная непрерывная и межполосная), где конфигурация 5×20 МГц принята в качестве стандартной CA, но она предназначена только для двух операторов. Релиз 12 LTE-Advanced, представленный в 2012 году, добавил поддержку внутриполосной несплошной агрегации несущих. Поддерживается агрегация до 5 частотных несущих с гибкой полосой пропускания, вплоть до 100 МГц. Даже 100 МГц уже впечатляет, но сеть LTE-Advanced Pro предложила конфигурацию агрегации несущих с более высокими характеристиками. Она направлена на обеспечение максимальной пропускной способности до 3 Гбит/с в нисходящем канале, что требует более крупных несущих. Релиз 13 3GPP представляет сеть LTE-Advanced Pro, которая поддерживает агрегацию до 32 несущих и достигает максимальной полосы пропускания до 640 МГц.

Хотя агрегация несущих является ключевой технологией, уже представленной в сетях LTE-Advanced, и она обеспечивает эволюцию LTE для достижения скорости передачи данных пользователя свыше 1 Гбит/с, в сетях 5G агрегация несущих будет поддерживать эволюцию к мультигигабитному 5G, при этом скорость передачи данных достигнет примерно 4 Гбит/с и выше.

Поговорив об агрегации несущих, давайте посмотрим, что такое MIMO на самом деле.

В беспроводной сети два беспроводных узла взаимодействуют для отправки и приема данных по радиоканалу; этот канал использует определенный беспроводной спектр. Но во многих регионах подходящий спектр ограничен, и использование большего спектра непрактично.

MIMO расшифровывается как Multiple Input Multiple Output; это передовая антенная технология, которая позволяет увеличить пропускную способность без расширения спектра, поэтому она широко применяется 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 в сетях 4G LTE основан на принципе пространственного мультиплексирования, то есть связь осуществляется через несколько пространственно разнесенных антенн (мультиплексирование с пространственным разделением). Кроме того, MIMO повышает качество мобильных сигналов, минимизируя эффекты многолучевого затухания за счет разнесения антенн.

Кроме того, MIMO использует технологию формирования луча: несколько антенн передают сигналы одному приемнику, что позволяет приемнику получать более сильный сигнал. В сетях LTE применяются разные конфигурации MIMO для нисходящей и восходящей линии связи, и как передатчики, так и приемники должны поддерживать эти конфигурации.

Согласно 3GPP Release 8, исходная сеть LTE поддерживает конфигурации 4×4 MIMO в нисходящей линии связи и 2×2 MIMO в восходящей. Конфигурация 4×4 для нисходящей линии означает, что четыре антенных элемента передатчика базовой станции отправляют сигнал на мобильный телефон, а четыре антенных элемента приемника мобильного телефона отвечают за прием сигнала. Передача по восходящей линии осуществляется от мобильного телефона обратно к базовой станции.

Сети LTE-Advanced и LTE-Advanced Pro используют конфигурацию 8×8 MIMO в нисходящей линии и 4×4 MIMO в восходящей. Подводя итог, MIMO и агрегация несущих играют свою уникальную и решающую роль в современных сотовых сетях, совместно обеспечивая пользователям более высокоскоростной и стабильный опыт связи. В сетях 5G (NR) применяется продвинутая MIMO под названием Massive MIMO, которая использует более высокую конфигурацию и multi-user MIMO. Massive MIMO стал ключевым фактором и основополагающим компонентом сверхбыстрого 5G миллиметрового диапазона.

Не существует фиксированного определения, сколько антенн должно быть для того, чтобы считаться Massive MIMO, но системы с более чем 8×8 антенн обычно считаются системами Massive MIMO; число 8×8 означает 8 передающих и 8 приемных антенн. В целом MIMO как антенная технология имеет иной акцент, чем агрегация несущих.

Агрегация несущих направлена на объединение частотных несущих, а MIMO повышает скорость передачи данных для пользователей мобильных телефонов за счет более эффективного пространственного мультиплексирования существующих частотных несущих. Агрегация несущих объединяет несколько частотных несущих вместе, чтобы выделить мобильным телефонам более широкую полосу пропускания. MIMO же использует большое количество антенных элементов на передатчике для отправки нескольких параллельных потоков данных приемнику. Приемники MIMO также оснащены множеством антенных элементов для приема этих потоков данных, а выходной сигнал пользовательского устройства формируется путем объединения различных потоков данных. Таким образом, каждый поток данных действует как виртуальный канал между базовой станцией и пользовательским оборудованием.