Was ist 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