MIMO – Die Zukunft der Mobilfunksysteme

Was genau steckt hinter dem Begriff MIMO?

RF MIMO Transceiver

Mit dem Begriff MIMO kurz für: Multiple Input Multiple Output bezeichnet man die Nutzung mehrerer Sende- und Empfangsantennen zur drahtlosen Kommunikation. Dies ist die Grundlage für spezielle Codierungsverfahren, die nicht nur die zeitliche, sondern auch die räumliche Dimension zur Informationsübertragung nutzen (Space-Time Coding).

Dadurch lassen sich Qualität (Bitfehlerhäufigkeit) und Datenrate einer drahtlosen Verbindung deutlich erhöhen. MIMO-Systeme können wesentlich mehr bit/s pro genutztem Hz Bandbreite übertragen und haben somit eine höhere spektrale Effizienz als konventionelle SISO- oder SIMO-Systeme. Auf Grund dieser Eigenschaften werden MIMO-Systeme besonders gern in der Nachrichtentechnik eingesetzt.

Wichtig ist, dass man dabei zwischen der Übertragungsrichtung also ganz klar zwischen Sender und Empfänger unterscheidet – vom Mobilfunkgerät zur Basisstation oder in umgekehrter Richtung.

Skalierbares, adaptives MIMO-OFDM Funkübertragungssystem

Ziel des Projekts war die Entwicklung und Realisierung von Testbeds für die Evaluierung zukünftiger Mobilfunkstandards basierend auf der OFDM Übertragungstechnik.

Der im Rahmen des 3rd Generation Partnership Projects (3GPP) entwickelte 3GLTE-Standard sieht für den Downlink MIMO/OFDMA Übertragung vor. Im Uplink wird das SC/FDMA Übertragungsverfahren verwendet.

Das MIMO/OFDMA Verfahren ermöglicht eine optimale Ausnutzung der verfügbaren Frequenzressourcen durch ein hohes Maß an Skalierbarkeit und Flexibilität.

Das OFDMA-Verfahren bietet eine flexible Zuteilung der Frequenzressourcen auf viele verschiedene Nutzer. Dazu wird das zur Verfügung stehende Spektrum in sogenannte Ressource Blocks aufgeteilt. Ein Ressource Block beinhaltet 12 benachbarte Subträger in Frequenzrichtung für die Dauer eines Subframes (1 ms). Zehn Subframes bilden einen Radio Frame.

Jeder Ressource Block kann unterschiedlich moduliert und codiert werden und verschiedenen Usern zugeordnet werden. Das Scheduling der Ressourcen erfolgt anhand der von den UEs (User Equipment) übertragenen Kanalinformationen (CQI) in der Basisstation.

Geprüft und umgesetzt.

Die Basisband Signalverarbeitung wurde auf der hauseigenen FPGA Plattform FFP Basic+ implementiert. Die Programmierung erfolgte hauptsächlich in VHDL. Für Floating Point Rechenoperationen wurden zusätzlich Signalprozessoren (DSP) verwendet. Durch den Einsatz von programmierbarer Hardware ist die ständige Anpassung und Erweiterung des Testbeds sowie die Implementierung neuer Funktionen möglich.

Das Testbed wird sowohl für Messungen in realen Funkkanälen verwendet als auch für Demonstrationszwecke. IP-basierte Applikationen wie z.B. Video-Streaming mit hohen Datenraten können so mobil übertragen werden.

Eine speziell entwickelte Analysesoftware ermöglicht die Aufnahme von Messwerten und Realtime-Monitoring der wesentlichen Systemparameter. Die Microsoft Windows basierte Software liest die Messdaten periodisch über ein integriertes USB-Interface aus dem Testbed aus.

Ein Kunde:

„Was zuerst unglaublich klingt, wird höhere Kapazitäten für den drastisch steigenden mobilen Internetverkehr in unseren Mobilfunk-Netzwerken ermöglichen.“

Projektpartner:

Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut

Das Heinrich-Hertz-Institut in Berlin.