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Massive multiple-input, multiple-output, or massive MIMO é uma extensão do MIMO, que essencialmente agrupa antenas no transmissor e receptor para fornecer melhor rendimento e melhor eficiência de espectro através de diversidade espacial e multiplexação espacial, como exemplificado na figura para MIMO 3X3 (três antenas de transmissão e três na recepção).
Figura 10: Exemplo de MIMO
As implementações iniciais de LTE usavam:
- MIMO 2X2 no downlink (duas antenas de transmissão na ERB e duas nos celulares)
- MINO 1X2 no uplink (uma antena no celular e duas antenas de recepção na ERB).
As implantações atuais de LTE usam até MIMO 4X4 no downlink
Massive MIMO
Massive MIMO é a extensão da tecnologia MIMO tradicional para uma quantidade maior (> 8) de antenas controláveis. As principais motivações para a utilização de Massive MIMO são aumento de capacidade e o Beamforming.
Beam forming é a aplicação de vários elementos irradiadores (pequenas antenas) que transmitem o mesmo sinal em um comprimento de onda e fase idênticos, que se combinam para criar uma única antena com um feixe mais longo e mais direcionado, que é formado reforçando as ondas em uma direção específica.
Massive MIMO é utilizado para direcionar feixes onde está o usuário. A configuração do Massive MIMO e dos feixes é controlada por software e técnicas de inteligência artificial.
Beam forming
Figura 11: Ilustração de Beamforming
A Tabela a seguir apresenta as configurações de massive MIMO encontradas comercialmente.
Tabela 6: Configurações de massive MIMO
| Tx/Rx |
Elementos radiantes da antena
(linha x coluna x polarização) |
Tx/Rx |
Número máximo de data layers |
| 64T64R |
128 (8x8x2) |
64 |
16 |
| 32T32R |
64 (8x4x2) |
32 |
8 |
| 16T16R |
32 (4x4x2) |
16 |
8 |
Fonte: 5G Americas White Paper: Advanced Antenna Systems for 5G – 2019
Considerações práticas, como tamanhos de antena proporcionais ao comprimento de onda, determinam as opções de MIMO para diferentes bandas.
FDD e TDD
Figura 12: FDD x TDD
Até a 4G, a maioria das redes móveis operava no modo Frequency Division Duplex (FDD), onde o uplink e o downlink usam diferentes bandas de frequência.
No Time Division Duplex (TDD) onde o uplink e o downlink utilizam a mesma banda e se alternam no tempo.
O FDD necessita medições adicionais para estimar o CSI ((Channel State Information) para ambas as bandas, criando uma penalidade de desempenho. No TDD o CSI é estimado por reciprocidade.
Esta desvantagem do FDD aumenta a medida que cresce a quantidade de antenas, como no caso do Massive MIMO.
Por este motivo, as bandas para 5G, como a de 3,5 GHz no Brasil, estão sendo licitadas como uma única faixa, para utilização em TDD, e não mais em duas faixas para FDD como aconteceu nas licitações anteriores.
Interferência entre redes vizinhas
A operação sincronizada entre redes 5G adjacentes evita interferências, permitindo a coexistência entre redes adjacentes sem a necessidade de faixas de proteção ou filtros adicionais. Para tanto é necessário que redes vizinhas utilizando a mesma frequência:
- Tenha uma referência de relógio de fase comum (por exemplo, UTC)
- Uma estrutura de quadro compatível com mesma taxa de transmissão DL / UL.
Redes não sincronizadas, ou semi-sincronizadas, exigirão uma banda de guarda entre as operadoras na região de fronteira. Este problema se agravará no Brasil quando as banda para 5G forem regionais e utilizadas por diferentes operadoras.
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