Massive Mimo: weniger Basisstationen, weniger Mietkosten (Technik)

H. Lamarr , München, Dienstag, 04.12.2018, 19:03 (vor 2128 Tagen) @ H. Lamarr

Auszug aus 5G-OTA-/Massive-MIMO-Tests von Rohde&Schwarz:

5G-Netze sollen mehr Kapazität und Flexibilität bieten, allerdings zu möglichst niedrigen Betriebskosten. Die naheliegendste Methode zur Steigerung der Kapazität wäre die Erhöhung der Anzahl der Basisstationen im Netzwerk. Da diese Strategie jedoch mit hohen Miet- und Energiekosten verbunden wäre, ist sie für die Netzbetreiber wenig attraktiv. Ein vielversprechenderer Ansatz ist die Verwendung einer großen Zahl von Sende- und Empfangsantennenelementen mit Amplituden- und Phasensteuerung. Diese werden als Massive-MIMO-Systeme bezeichnet. Solche Systeme können auf verschiedene Weise betrieben werden. Sie können eingesetzt werden, um über Raummultiplexbetrieb mehrere vorcodierte Datenströme zuzulassen, um die Verstärkung mittels Strahlformung zu erhöhen oder für eine Kombination beider Techniken.

In dem etablierten Sub-6-GHz-Frequenzspektrum verwenden die Basisstationen in der Regel eine große Zahl von Sende-/Empfangsantennenelementen, um mit parallelen Datenströmen mehrere Benutzer zu versorgen. Diese Technologie wird als Multi-User MIMO (MU-MIMO) bezeichnet. Demgegenüber macht die hohe Funkfelddämpfung im Zentimeterwellen- und Millimeterwellenspektrum hohe Antennengewinne notwendig, die durch dynamische Strahlformung realisiert werden. Indem einzelne Endgeräte mittels speziell zugeordneter Signale adressiert werden, reduziert sich der Energieverbrauch erheblich. Sowohl MU-MIMO als auch Beamforming erhöhen die Zellkapazität, ohne dass dazu zusätzliche Basisstationen installiert werden müssen.

Bildtext: Die Absorption durch Sauerstoff und Wasser in der Atmosphäre führt im Millimeterwellenbereich zu einer wesentlich stärkeren Signaldämpfung. Bild: Rohde&Schwarz

[...] Bei der Entwicklung eines aktiven Massive-MIMO-Antennensystems stehen die Ingenieure neuen Herausforderungen gegenüber – beispielsweise Phasenschiebertoleranzen, thermische Effekte der Leistungsverstärker und Frequenzdrift zwischen verschiedenen Modulen – die das gewünschte Strahlungsmuster beeinträchtigen können. In einem aktiven Antennensystem sind die Transceiver-Frontends in die Gruppenantenne integriert, was bedeutet, dass die herkömmlichen HF-Ausgänge nicht mehr erreichbar sind. Darüber hinaus ersetzt eine Glasfaserschnittstelle die herkömmlichen HF-Eingänge für digitale I/Q-Daten. Folglich werden Funktests (OTA, Over-the-Air) bei Massive-MIMO-Systemen zum Regelfall, auch für die Modellierung der räumlichen Eigenschaften des Übertragungskanals. Aufgrund der unterschiedlichen Größen von Massive-MIMO-Systemen sind für Tests unter Fernfeldbedingungen verschiedene Abschirmumgebungen notwendig.
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Hintergrund
Millimeter-Wave Beamforming: Antenna Array Design Choices & Characterization (White Paper)

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Jedes komplexe Problem hat eine Lösung, die einfach, naheliegend, plausibel – und falsch ist.
– Frei nach Henry Louis Mencken (1880–1956) –

Tags:
Energieverbrauch, Millimeter-Wellen