Was ist Massive MIMO?
Bei MIMO (Massive Multiple Input Multiple Output) handelt es sich um eine Technologie der drahtlosen Kommunikation, bei der die Basisstationen mit einer großen Anzahl Antennen ausgestattet sind, um die Spektral- und Energieeffizienz zu verbessern.
Die Antennengruppe von MIMO-Anlagen verfügt in der Regel über Antennen im zwei-, drei oder gar vierstelligen Bereich.
Andere Technologien wie Beamforming und räumliches Multiplexing ermöglichen MIMO als eine der Schlüsseltechnologien für 5G-NR-Systeme.
Vorteile von MIMO
- Verbesserte Abdeckung am Funkzellenrand: Bei der Mobilfunkkommunikation ist das Signal stärker, je näher sich der Endbenutzer an der Basisstation befindet. Je weiter er sich von ihr entfernt, desto näher kommt er dem Rand der Funkzelle, wo das Signal schwächer wird. Bei MIMO werden die Übertragungen räumlich gelenkt, um die Energie auf den Endbenutzer zu konzentrieren und so eine bessere Leistung am Funkzellenrand zu ermöglichen.
- Verbesserter Durchsatz: Mithilfe des räumlichen Multiplexing mit MU-MIMO können drahtlose Kommunikationsanlagen gleichzeitig mit mehreren Benutzergeräten über dieselben Zeit-Frequenz-Ressourcen kommunizieren. Die Technologie wird oft in Zusammenhang mit MIMO genutzt, um die spektrale Effizienz erheblich zu verbessern und den Durchsatz für die Funkzelle zu aggregieren.
- Ermöglicht durch die Millimeterwelle: Bei der Verwendung von Millimeterwellen-Frequenzen (über 24 GHz) fällt die Signalstärke schnell aufgrund des Pfadverlustes ab. Dadurch kann MIMO mithilfe von Millimeterwellenübertragungen die Signalstärke erhöhen. Der Bedarf an MIMO ist in 5G-Systemen offensichtlicher, da hier neue Frequenzen im Millimeterwellenbereich (bis zu 52 GHz) eingeführt wurden.
Herausforderungen bei MIMO
- Modellierung, Simulation und Tests: Durch die Einführung von 5G-Basistechnologien wie MIMO und Millimeterwellen treten die Herausforderungen bei Modellierung, Simulation und Tests stärker in den Vordergrund, insbesondere, wenn noch keine realen Prototypen für Funkanlagen mit diesen Technologien verfügbar sind. Das Konfigurieren dieser Systeme erfordert u. U. simulierte Ergebnisse statt im Feld gemessene Werte.
- Stromverbrauch: Um den erforderlichen Bereich für 5G-Millimeterwellenübertragungen zu erreichen, ist für MIMO möglicherweise eine große Anzahl Antennenelemente nötig. Dadurch erhöht sich insgesamt der Strom- und Kostenbedarf einer Anlage, auch wenn mit Methoden wie hybridem Beamforming der Energieaufwand gesenkt werden kann.
- Kanalreziprozität: MIMO ist auf ein Time Domain Duplex-System (TDD) ausgelegt, in der Übertragung und Empfang auf derselben Mittenfrequenz erfolgen. Bei TDD ist jedoch im Vergleich zum Gegenstück, dem Frequence Domain Duplex (FDD), eine zusätzliche Kalibrierung erforderlich, um Kanalreziprozität zu erreichen. Diese Notwendigkeit wird durch die Bereitstellung vieler durch MIMO eingeführter Antennen verschärft.
Mit Software-Tools wie den MATLAB® Produkten zur drahtlosen Kommunikation können Sie diese Herausforderungen erfolgreich meistern.
MIMO mit MATLAB und Simulink
Mithilfe von MATLAB und Simulink® Produkten zur drahtlosen Kommunikation können Sie Folgendes tun:
- Komplexe Antennenelemente sowie MIMO-Phased-Arrays und -Teilgruppen entwerfen und synthetisieren
- Anlagen mit hybridem Beamforming erstellen und intelligent in Digital- und Mobilfunkdomänen partitionieren
- Algorithmen zur räumlichen Signalverarbeitung und Kanalmodelle wie das räumliche Kanalmodell „5G NR CDL“ validieren
- Entwürfe auf Verbindungsebene mithilfe standardbasierter Simulationen von 5G-Anlagen verifizieren
Beispiele und Anleitungen
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Häufig gestellte Fragen zu Massive MIMO
MIMO (Massive Multiple Input Multiple Output) ist eine Funkkommunikationstechnologie, bei der Basisstationen eine sehr große Anzahl von Antennenelementen — Dutzende, Hunderte oder sogar Tausende in einem einzelnen Array — verwenden, um die Spektral- und Energieeffizienz zu verbessern.
Massive MIMO verwendet eine viel größere Anzahl von Antennen im Vergleich zu traditionellen MIMO-Systemen und ermöglicht durch fortgeschrittene räumliche Multiplexing- und Beamforming-Techniken eine deutlich verbesserte Spektraleffizienz, höheren Durchsatz und größere Abdeckung.
Massive MIMO verbessert die Abdeckung an den Zellrändern, indem Übertragungen räumlich gelenkt werden, erhöht den Durchsatz, indem es die gleichzeitige Kommunikation mit mehreren Nutzern auf denselben Zeit-Frequenz-Ressourcen erlaubt, und ist besonders wirksam in Kombination mit Millimeterwellen.
Massive MIMO ist eine Schlüsseltechnologie für 5G NR-Systeme und arbeitet zusammen mit Beamforming und räumlichem Multiplexing, um die für 5G erforderlichen höheren Datenraten und Kapazitäten bereitzustellen, insbesondere bei Millimeterwellenfrequenzen bis zu 52 GHz.
Massive MIMO richtet Übertragungen räumlich aus, um die Energie auf die Endnutzer zu fokussieren, wodurch die Signale für Nutzer, die weiter von der Basisstation entfernt sind und bei denen die Signalqualität typischerweise abnimmt, gestärkt werden.
Beamforming ist eine der Schlüsseltechnologien, die Massive MIMO ermöglicht, indem Übertragungen räumlich gelenkt werden, um die Energie auf Endnutzer zu konzentrieren, was die Signalstärke und die Gesamtleistung des Systems verbessert.
Wesentliche Herausforderungen sind die Komplexität von Modellierung, Simulation und Tests; der erhöhte Energieverbrauch durch große Antennenarrays; sowie der Bedarf an zusätzlicher Kalibrierung, um Kanalreziprozität in TDD-Systemen zu erreichen.
Ja. Die Wireless-Communications-Produkte von MATLAB und Simulink ermöglichen es Anwendern, Antennenarrays zu entwerfen, hybride Beamforming-Systeme zu konstruieren, Signalverarbeitungsalgorithmen zu validieren und Link-Level-Designs mittels standardbasierter 5G-Simulationen zu verifizieren.
Siehe auch: Kommunikationstechnik, Drahtlose Kommunikation, drahtlose Kommunikation, LTE Toolbox, WLAN Toolbox, Communications Toolbox, Phased Array System Toolbox, Antenna Toolbox, RF system, software-defined radio, Kanalmodell, 5G-Drahtlostechnologie, beamforming, Einführung in mmWave, Leistungsübertragungsbilanz, drahtlose Netzwerke
