Che cos’è il massive MIMO?

Massive MIMO (massive multiple-input multiple-output) è un tipo di tecnologia applicata alle comunicazioni wireless in cui delle stazioni base vengono dotate di un numero elevato di elementi di antenna per aumentare l’efficienza energetica e spettrale.

In genere i sistemi massive MIMO presentano decine, centinaia o addirittura migliaia di antenne in un unico array di antenne.

Altre tecnologie, come il beamforming e il multiplexing spaziale, consentono al massive MIMO di essere una delle tecnologie chiave per i sistemi 5G NR.

Vantaggi del massive MIMO

• Copertura migliorata a bordo cella: nel contesto della comunicazione cellulare, più l’utente finale si avvicina alla stazione base, più il segnale è forte. Man mano che l’utente si allontana dalla stazione base, si avvicina al bordo cella, dove il segnale diventa più debole. Il massive MIMO direziona le trasmissioni a livello spaziale per focalizzare l’energia verso l’utente finale, garantendo migliori prestazioni a bordo cella.
• Throughput migliorato: usando il multiplexing spaziale con MU-MIMO, i sistemi di comunicazione wireless possono comunicare contemporaneamente con più dispositivi utente (UE) usando le stesse risorse di tempo-frequenza. Questa tecnologia viene spesso usata insieme al massive MIMO per ottenere un aumento significativo in termini di efficienza spettrale e di throughput aggregato della cella.
• Abilitato dalle onde millimetriche: usando le frequenze delle onde millimetriche (superiori a 24 GHz), la potenza del segnale cala rapidamente a causa del path loss. Ne consegue che le trasmissioni a onda millimetrica consentono al massive MIMO di aumentare notevolmente la potenza del segnale. La necessità di ricorrere al massive MIMO è ancora più evidente nei sistemi 5G, dove sono state introdotte delle nuove frequenze in onda millimetrica (fino a 52 GHz).

Sfide per il massive MIMO

• Modellazione, simulazione e test: con l’introduzione delle tecnologie abilitanti per il 5G, come il massive MIMO e l’onda millimetrica, le sfide nel campo della modellazione, della simulazione e dei test stanno diventando più evidenti, soprattutto se i prototipi fisici delle radio che usano queste tecnologie non sono ancora disponibili. La configurazione di questi sistemi potrebbe necessitare di risultati simulati invece che di risultati misurati sul campo.
• Consumo energetico: per raggiungere il range necessario per le trasmissioni a onda millimetrica in 5G, il massive MIMO potrebbe avere bisogno di un elevato numero di elementi di antenna. Ciò aumenta i requisiti di un sistema in termini di energia e costi complessivi, sebbene sia possibile implementare dei metodi come il beamforming ibrido per ridurre l’uso dell’energia.
• Reciprocità del canale: il massive MIMO è progettato per un sistema TDD (Time Domain Duplex), in cui la trasmissione e la ricezione si verificano alla stessa frequenza centrale. Tuttavia, il sistema TDD necessita di una calibrazione maggiore rispetto alla sua controparte FDD (Frequency Division Duplex) per ottenere la reciprocità del canale. Questo requisito è amplificato dal fatto che il massive MIMO ha introdotto l’utilizzo di un numero elevato di antenne.

Gli strumenti software come i prodotti per le comunicazioni wireless MATLAB^® offrono funzionalità che aiutano ad affrontare queste problematiche.

Massive MIMO con MATLAB e Simulink

Usando i prodotti per le comunicazioni wireless MATLAB e Simulink^®, è possibile:

• Progettare e sintetizzare elementi di antenna complessi oltre a phased array e subarray di massive MIMO
• Costruire e suddividere sistemi di beamforming ibrido in modo intelligente in domini digitali e RF
• Convalidare algoritmi di elaborazione spaziale dei segnali e modelli di canale, compreso il modello di canale spaziale 5G NR CDL
• Verificare i progetti a livello di collegamento usando simulazioni basate su standard dei sistemi 5G