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    Die Vorteile von Massive MIMO für die 5G-Mobilfunk-Infrastruktur

    August 24, 2017

    Big Tex

    Redaktioneller Bildnachweis: PureRadiancePhoto / Shutterstock.com

    Auch wenn ich schließlich in Südkalifornien gelandet bin, komme ich ursprünglich aus Texas. Dort haben wir eine Redensart, die Sie vielleicht schon einmal gehört haben: „In Texas ist alles größer.“ Für mich selbst trifft das auf jeden Fall zu, denn ich bin das größte Mitglied meiner erweiterten Familie. Gern würde ich glauben, dass die Köpfe hinter Massive-MIMO-Antennen-Arrays (Multiple Input Multiple Output) ebenfalls gebürtig aus Texas stammen. Die MIMO-Technologie gibt es bereits seit Jahren. Jedoch nimmt Massive MIMO erst jetzt richtig Fahrt auf, und dies vor allem im 5G-Bereich. 5G soll uns rasante Übertragungsraten und geringe Latenz bescheren. Hierfür muss die Technologie jedoch die einzigartigen Vorteile von Massive MIMO nutzen. Diese Vorteile umfassen Aspekte wie eine hervorragende spektrale Effizienz und ein großartiges Nutzer-Tracking. Mit dieser Technologie wird 5G endlich Wirklichkeit.

    Was ist Massive MIMO?

    Eine Menge Menschen sind erst einmal eingeschüchtert, wenn Sie Texas zum ersten Mal so richtig kennenlernen. So zum Beispiel, wenn man sich auf die Texas State Fair begibt und dort von der riesigen Statue „Big Tex“ begrüßt wird. Auf die gleiche Art und Weise kann auch Massive MIMO auf den ersten Blick ein bisschen viel auf einmal sein. Lassen Sie uns daher mit der normalen MIMO-Technologie beginnen und uns dann zum „massiven“ Maßstab vorarbeiten.

    MIMO steht für „Multiple Input Multiple Output“. Das bedeutet, dass ein Antennen-Array zur gleichen Zeit Daten von mehreren Geräten empfangen und an sie senden kann. Um dies zu erreichen, nutzt jedes Array mehrere Antennen. Mit all diesen Antennen und einer komplexen Signalverarbeitung können Funktürme verschiedene Verbreitungsmodi nutzen, um mehr Daten mit einer verbesserten Zuverlässigkeit zu versenden.

    Massive MIMO ist das gleiche Konzept, jedoch mit weitaus mehr Antennen. MIMO-Systeme können etwa vier Sender verwenden, wohingegen Massive-MIMO-Systeme mit mehr als 100 Antennen aufwarten. Weiterhin kann festgehalten werden, dass Massive MIMO eine übermäßige Anzahl von Antennen verwendet, sodass es hier mehr Sender als Nutzer gibt. Alle diese Antennen statten Massive MIMO mit noch mehr Vorteilen aus, als sie von der MIMO-Technik geboten werden.

    Antennen-Array

    Diese Antennen werden schon bald der Vergangenheit angehören.

    Vorteile von Massive MIMO

    Massive-MIMO-Systeme sind äußerst komplex, und ihre Implementierung wird härter als das Reiten eines wilden Pferdes in einem texanischen Rodeo sein. Jedoch sind die Vorzüge von Massive MIMO es durchaus wert, ein paar Mal von diesem Pferd abgeworfen zu werden.

    • Spektrale Effizienz – Dies wird zu einem sehr wichtigen Thema, da ein immer größerer Teil des elektromagnetischen Spektrums für verschiedene Kommunikationsprotokolle eingesetzt wird. Regierungen haben einen großen Bereich der Frequenzen für 5G reserviert, wobei aber auch diese Spektren nicht unbegrenzt sind. Massive MIMO kann seine Antennen-Arrays nutzen, um Strahlen bis auf die einzelnen Benutzer zu fokussieren. Dies erlaubt es dem System, eine spektrale Effizienz zu erzielen, die zehnmal besser  als die der für 4G genutzten MIMO-Systeme ist.
    • Energieeffizienz – Texas wird nicht für immer und ewig Öl produzieren. Von daher wird es Zeit, sich über Energieeffizienz elektronischer Systeme Gedanken zu machen. Bei Massive MIMO können miteinander verbundene Antennen genutzt werden, um so den Antennengewinn für die übertragenen Signale zu erhöhen. Das bedeutet, dass sie bei der Datenübertragung weniger Energie abstrahlen und damit ein energieeffizienteres System ergeben.
    • Nutzer-Tracking – Der gleiche Faktor, der Massive MIMO so energieeffizient macht, ermöglicht der Technologie auch, einzelne Benutzer genau zu verfolgen. Da die Antennenstrahlen mit dem Ziel eines höheren Gewinns konzentriert werden, verringert sich deren Strahlbreite. Somit muss der Funkturm jeden Nutzer mit einem schmalen Signalstrahl verfolgen. Dieses Tracking wird dem Nutzer eine bessere und verlässlichere Verbindung als die bis jetzt verwendeten breit gestreuten Signale verleihen.

    Stadt mit kabellosem Netzwerk

    Um Milliarden von Geräten effektiv verbinden zu können, wird 5G auf Massive MIMO angewiesen sein.

    Anwendung für 5G

    Massive MIMO hört sich ziemlich cool an – so cool wie der riesige Cowboy-Hut von Big Tex auf der Texas State Fair. Jedoch habe ich mir selbst keinen solchen übergroßen Hut zugelegt. Warum sollte ich mich also für Massive MIMO begeistern? Die Welt des Mobilfunks beginnt tatsächlich auf Massive MIMO zu setzen. Der Grund ist, dass es für 5G benötigt wird. Für 5G steht nur eine begrenzte Bandbreite zur Verfügung, weshalb spektrale Effizienz sehr wichtig ist. 5G-Netzwerke werden zudem auch Milliarden von Geräten verbinden müssen. Um dies umzusetzen, werden sie die punktgenaue Präzision und die Energieeffizienz von Massive MIMO benötigen.

    Die US-Regierung hat kürzlich einen Teil des Hochfrequenz-Spektrums für die 5G-Technologie geöffnet. Dies wird in der Zukunft sehr hilfreich sein. Für die kurzfristige Übergangszeit werden jedoch Frequenzen unter 6 GHz für einen reibungsloseren Übergang von 4G/LTE sorgen. Rein zufällig funktioniert Massive MIMO am besten auf Frequenzen unter 6 GHz. Diese Bandbreite ist bereits ziemlich überfüllt, sodass die zusätzliche spektrale Effizienz Massive MIMO zu einem heißen Kandidaten macht.

    Mit dem technologischen Fortschritt wird auch unsere Welt immer vernetzter. Das Internet der Dinge kommt in Fahrt, selbstfahrende Autos sind nicht mehr weit entfernt und bereits jetzt gibt es Netzwerke für intelligente Städte. 5G ist im Begriff, eine Schlüsselrolle in all diesen Szenarien zu spielen und wird Milliarden von Geräten verbinden müssen. Um dies zu gewährleisten, benötigt die Technologie Massive MIMO, um so Daten von einzelnen Geräten zu empfangen und zu übertragen. Die Energieeffizienz von Massive MIMO bedeutet zudem, dass für den Betrieb dieser Netzwerke kein zweiter Öl-Boom benötigt werden wird.

    Massive MIMO ist eine Technologie, die fast so spannend ist wie ein Rodeo in Texas. Fast. Eine Vielzahl von Antennen wird es den Mobilfunknetzwerken ermöglichen, unzählige Nutzer effizient und verlässlich zu verbinden. Diese Eigenschaften sind auch zufällig genau das, was für die Implementierung von 5G notwendig ist. Mit Milliarden von Geräten, die in Zukunft online sein werden, und einem begrenzten Frequenzspektrum wird 5G auf Massive MIMO angewiesen sein, um uns beim Übergang in die Zukunft zu unterstützen.

    5G steht bereits vor der Tür. Und wenn Sie nicht bereits PCBs dafür konzipieren, ist es vielleicht an der Zeit, damit zu beginnen. CircuitStudio kann Sie dabei unterstützen. Es verfügt über eine breite Palette hervorragender Funktionen, die Ihnen bei der Entwicklung von Kommunikations-PCBs der nächsten Generation helfen werden.

    Haben Sie noch Fragen zum PCB-Design für 5G? Dann rufen Sie einen Experten bei Altium an.

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