Introduction au Massive MIMO

Le Massive MIMO (massive multiple-input multiple-output) est un type de technologie des télécommunications où les stations de base sont équipées d'un très grand nombre d'antennes pour améliorer l'efficacité spectrale et énergétique.

Les systèmes Massive MIMO comportent généralement des dizaines, des centaines, voire des milliers d'antennes dans un seul réseau d'antennes.

D'autres technologies, comme le beamforming et le multiplexage spatial, font du Massive MIMO l'une des technologies clés des systèmes 5G NR.

Avantages du Massive MIMO

  • Une couverture améliorée en périphérie des cellules : dans le contexte des communications cellulaires, plus l'utilisateur final est proche de la station de base, plus le signal est puissant. Au fur et à mesure que l'utilisateur final s'éloigne de la station de base, il se rapproche de la zone périphérique de la cellule où le signal devient plus faible. Le Massive MIMO oriente spatialement les émissions pour concentrer l'énergie vers l'utilisateur final, ce qui permet d'améliorer les performances en périphérie des cellules.
  • Un meilleur débit : grâce au multiplexage spatial avec MU-MIMO, les systèmes de télécommunications peuvent communiquer simultanément avec plusieurs équipements utilisateur (UE) en utilisant les mêmes ressources temps-fréquence. Cette technologie est souvent utilisée conjointement avec le Massive MIMO pour améliorer considérablement l'efficacité spectrale et le débit global de la cellule.
  • Il fonctionne avec les ondes millimétriques (mmWave): quand on utilise les fréquences des ondes millimétriques (au-delà de 24 GHz), la puissance du signal chute rapidement en raison de son atténuation. Les émissions en ondes millimétriques permettent au Massive MIMO d'augmenter la puissance du signal. La nécessite de recourir au Massive MIMO est encore plus évidente dans les systèmes 5G où de nouvelles fréquences d'ondes millimétriques (jusqu'à 52 GHz) ont été introduites.

Défis liés au Massive MIMO

  • Modélisation, simulation, and tests : avec l'introduction de nouvelles technologies pour la 5G comme le Massive MIMO et les ondes millimétriques, les activités de modélisation, de simulation et de test présentent de nouveaux défis, surtout si les prototypes physiques des radios employant ces technologies ne sont pas encore disponibles. La configuration de ces systèmes peut nécessiter des résultats simulés plutôt que des résultats mesurés sur le terrain.
  • Consommation d'énergie : pour atteindre la portée requise pour les émissions en ondes millimétriques 5G, le Massive MIMO peut nécessiter un grand nombre d'antennes. Ce besoin accroît les exigences globales d'un système en termes de puissance et de coût, bien que des méthodes comme le beamforming hybride puissent être appliquées pour réduire sa consommation d'énergie. 
  • Réciprocité du canal : le Massive MIMO est conçu pour un système duplex par séparation temporelle (TDD), où l'émission et la réception se font à la même fréquence centrale. Toutefois, le TDD nécessite un calibrage supplémentaire par rapport à son homologue fréquentiel (FDD) afin de garantir la réciprocité du canal. Cette exigence est exacerbée par le déploiement de nombreuses antennes introduit par le Massive MIMO.

Des outils logiciels comme les produits de télécommunications MATLAB® permettent de relever ces défis.

Massive MIMO avec MATLAB et Simulink

En utilisant les produits de télécommunications MATLAB et Simulink®, vous pouvez :

  • Concevoir et synthétiser des antennes complexes et des réseaux et sous-réseaux d'antennes Massive MIMO
  • Construire et partitionner intelligemment des systèmes de beamforming hybride dans les domaines numérique et RF
  • Valider les algorithmes de traitement spatial du signal et les modèles du canal, notamment le modèle de canal spatial 5G NR CDL.
  • Vérifier les designs au niveau liaison avec des simulations normalisées de systèmes 5G.