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Was ist 5G-Massive-MIMO und wie erhöht es die Bandbreite?

Mit einem großen Array von kleinen Antennen sowie Zeitduplex-Kommunikation soll 5G-Massiv-MIMO mehr Bandbreite und Benutzer mit geringerer Latenzzeit unterstützen.

Mobilfunk ist abhängig von Antennen für Senden und Empfangen. Ursprünglich verwendeten die Systeme an jedem Ende eine einzige Antenne, aber letztendlich wurden sie zur besseren Unterstützung auf mehrere Antennen umgestellt.

In der heutigen Wi-Fi-, 3G- und 4G-Mobilfunktechnologie kombiniert MIMO (Multiple Input, Multiple Output) diese Antennen so an, dass sie die Übertragung verbessern. Mit 5G-Mobilfunk wird ein neues massives MIMO die Bandbreite für die Nutzer erhöhen und mehr Nutzer pro Antenne unterstützen, indem es ein größeres Array von kleineren Antennen integriert.

4G-MIMO verwendet Frequency Division Duplex (FDD) zur Unterstützung mehrerer Geräte, während 5G-Massive-MIMO mit Time Division Duplex (TDD) ein anderes Verfahren einsetzt.

Bei FDD werden verschiedene Frequenzen für das Senden und Empfangen gepaart. Dazwischen ist ein reservierter Bereich für ein Schutzband, ein ungenutzter Teil des Frequenzspektrums, der zwei Bänder trennt, um Störungen zu vermeiden. TDD verwendet die selbe Frequenz für das Senden und Empfangen, teilt diese Übertragungen jedoch im Laufe der Zeit auf, was eine höhere Bandbreite und mehr Benutzer ermöglicht.

Wie vom Wort Multiple in Multiple Input, Multiple Output zu erwarten, setzt MIMO auf mehrere Antennen sowohl in der Basisstation als auch bei den mobilen Benutzern, um die Leistung zu maximieren. Diese Antennenanordnungen werden mit Massive MIMO noch weiter vervielfacht, da eine viel größere Anzahl kleinerer Antennen verwendet wird, um eine bessere Client-Unterstützung zu ermöglichen.

Abbildung 1: Frequency Division Duplex (FDD) und Time Division Duplex (TDD) im Vergleich.
Abbildung 1: Frequency Division Duplex (FDD) und Time Division Duplex (TDD) im Vergleich.

Der daraus entstehende Vorteil von 5G-Massive-MIMO sind eine höhere Bandbreite und mehr Nutzer im gleichen physischen Bereich. Aufgrund der kleineren Sendewellenlängen wird sich das 5G-Signal jedoch nicht so weit ausbreiten, weshalb mehr Antennen benötigt werden, um die selbe physische Umgebung abzudecken.

Abbildung 2: So unterscheiden sich SISO, MIMO und Massive MIMO.
Abbildung 2: So unterscheiden sich SISO, MIMO und Massive MIMO.

Das Nettoergebnis dieser neuen 5G-Massive-MIMO-Technologie sind eine höhere Bandbreite und geringere Latenzzeiten bei gleichzeitiger Unterstützung von größeren Nutzerzahlen. Außerdem ist ein geringerer Stromverbrauch bei mobilen Geräten aufgrund einer besseren Antennenabdeckung zu erwarten.

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