La tecnologia di comunicazione wireless continua il suo progresso incessante, i sistemi di output multipli (MIMO) di Multiple Input si sono evoluti da un miglioramento di nicchia nella roccia delle reti wireless moderne. Dai router Wi‐Fi più recenti alle stazioni di base 5G, MIMO è responsabile per gli aumenti drammatici dei tassi di dati, l'efficienza spettrale e la capacità di rete che gli utenti e gli operatori ora aspettano.

Panoramica della tecnologia MIMO

La tecnologia MIMO cambia fondamentalmente come i segnali wireless vengono trasmessi e ricevuti utilizzando antenne multiple sia al trasmettitore che al ricevitore. In un collegamento monoantenna convenzionale, un singolo flusso di dati viene inviato su un unico percorso, rendendo il collegamento vulnerabile alla dissolvenza e al limite del throughput. MIMO sfrutta la dimensione spaziale: trasmettendo più flussi di dati simultaneamente sopra lo stesso canale di frequenza, moltiplica la velocità di dati senza richiedere un ulteriore larghezza di banda.

Le implementazioni MIMO moderne rientrano in diverse categorie. I singoli MIMO (SU‐MIMO) servono un utente alla volta con più flussi. Multi‐User MIMO (MU‐MIMO) permette una stazione di base o un punto di accesso per comunicare con più utenti sulle stesse risorse di frequenza, aumentando notevolmente la capacità di sistema.

Le organizzazioni principali di standard che modellano il dispiegamento MIMO

Molte organizzazioni di rilievo guidano la standardizzazione della tecnologia MIMO, comprendendo i loro ruoli è essenziale per chiunque sia coinvolto nella pianificazione della rete, nella progettazione dei dispositivi o nella realizzazione di politiche.

IEEE (Istituto di ingegneri elettrici ed elettronici)

I sistemi di controllo IEEE 802.11 sono stati utilizzati per migliorare l’accesso a Internet wireless a MIMO per le reti wireless locali (WLAN).

3GPP (3 ° progetto di partenariato di generazione)

Per le reti cellulari, 3GPP è l'organismo di standard primario. Le sue specifiche 4G LTE-Advanced e 5G NR incorporano MIMO come caratteristica principale. Lo standard 5G NR, in particolare, è stato progettato da terra fino a supportare il sistema di trasmissione massivo MIMO, con la multisalatura spaziale integrata nel livello fisico.

ITU (Unione internazionale delle telecomunicazioni)

L’ITU, attraverso il suo settore di radiocomunicazione (ITU‐R), sviluppa le normative e le raccomandazioni radio che regolano l’uso dello spettro radio-frequenza a livello globale. Le conferenze ITU (World Radiocomunication Conferences) distribuiscono lo spettro per vari servizi, tra cui la banda larga mobile.

ETSI (Istituto europeo di normalizzazione delle telecomunicazioni)

ETSI sviluppa standard europei per le telecomunicazioni, compresi gli standard armonizzati per le apparecchiature radio ai sensi della direttiva sulle apparecchiature radio (RED). I comitati tecnici di ETSI, come ETSI TC BRAN (Broadband Radio Access Networks) e ETSI TC MTS (Methods for Testing & Specification), producono standard che coprono la misurazione delle prestazioni MIMO, la compatibilità elettromagnetica e l’esposizione umana.

Standard emergenti per la distribuzione MIMO

Mentre i concetti fondamentali MIMO sono maturi, i dettagli su come MIMO viene implementato continuano ad evolversi in risposta a nuovi casi di utilizzo, bande di frequenza più elevate e obiettivi di performance migliorati.

EIE 802.11be (Wi‐Fi 7)

Wi‐Fi 7 rappresenta il prossimo salto in WLAN MIMO. Presenta il supporto per 16 flussi spaziali, 4096-QAM modulazione e multi-link operazione (MLO) che consente ai dispositivi di utilizzare più bande di frequenza contemporaneamente. Lo standard migliora anche le capacità MU‐MIMO per servire più utenti contemporaneamente, e adotta tecniche di teletrasformazione migliorate.

3GPP 5G NR Avanzato (Release 18 e Oltre)

3GPP’s Release 18, noto come 5G Advanced, include diversi miglioramenti MIMO. Le caratteristiche principali includono un’ulteriore ottimizzazione di Massive MIMO per entrambe le bande sub‐7 GHz e millimetro-wave, una migliore gestione del fascio per scenari di elevata mobilità (ad esempio, treni ad alta velocità), e il supporto per una trasmissione congiunta coerente da più punti di trasmissione.

ITU-R IMT‐2030 Framework

L’ITU‐R sta attualmente sviluppando il framework IMT‐2030 per 6G, che includerà scenari di utilizzo come le comunicazioni immersive, la comunicazione massiccia e la telepresenza olografica. Gli obiettivi di performance del framework (ad esempio, 100 Gbps di picco dei dati, 0,1 ms di latenza) richiedono ancora più aggressivi implementazioni MIMO.

Considerazioni regolamentari per la distribuzione MIMO

Oltre agli standard tecnici, i regolatori governativi impongono regole che regolano come i sistemi MIMO sono implementati e gestiti.Queste normative variano per paese e regione, ma temi comuni includono allocazione dello spettro, limiti di potenza, gestione delle interferenze e esposizione umana ai campi elettromagnetici.

Altrazione dello spettro

I sistemi di controllo di frequenza specifici per vari servizi (mobile, fisso, satellite, broadcast, ecc.) Per MIMO essere implementati, le bande devono essere armonizzate a livello internazionale per consentire l'economia di scala per le apparecchiature. Ad esempio, la banda di frequenze di 3.5 GHz (C-band) è stata identificata a livello globale come una prima band per 5G Massive MIMO.

Limiti di potenza ed EIRP

I sistemi MIMO, in particolare quelli che utilizzano la teletrasformazione, possono concentrare la potenza in un raggio stretto, potenzialmente superando i limiti se non accuratamente controllati. I corpi standard e i regolatori definiscono i metodi di prova e i limiti di conformità. Ad esempio, nelle norme ENMO NR per i valori di base di EIRTS 30 GIR specificano le regole di base FCC per i valori di EIRTS 30.

Gestione delle interferenze

Il denso implementazione dei sistemi MIMO, soprattutto in ambienti urbani, crea potenziale di interferenze tra le celle, tra gli operatori e i servizi non mobili. I regolatori richiedono stazioni di base e punti di accesso per implementare tecniche di mitigazione delle interferenze come l’ascolto-prima-talk (in bande non autorizzate), il coordinamento inter-cellula delle interferenze (ICIC) e l’ICI (eICIC) potenziato) di massa.

Esposizione di campo elettromagnetico (EMF)

La preoccupazione pubblica per la radiofrequenza (RF) è stata quella di stabilire limiti rigorosi sulla quantità di energia RF che può essere assorbita dall’organismo umano. I sistemi MIMO, con la loro potenza superiore e con più antenne, possono potenzialmente aumentare l’esposizione locale se non progettato correttamente.

Variazioni regionali di regolamentazione

Mentre molte normative sono armonizzate attraverso ITU‐R, rimangono differenze significative. Ad esempio, i limiti EMF europei sono generalmente inferiori a quelli negli Stati Uniti, che possono influenzare la densità di distribuzione MIMO. Inoltre, l'allocazione dello spettro per 5G varia: gli Stati Uniti utilizzano la tensione millimetrica (24/28/39 GHz), mentre l'Europa si concentra più su 3.5 GHz e 26 GHz.

Impatto sulle strategie di distribuzione

Gli standard e le normative in evoluzione influenzano in modo significativo il modo in cui i fornitori di rete pianificano, dispiegano e gestiscono sistemi MIMO.

Compatibilità e interoperabilità

Gli operatori devono garantire che le loro apparecchiature MIMO siano conformi agli ultimi standard (ad esempio, 3GPP Release 18 per 5G) per garantire l'interoperabilità con i dispositivi utente e altri elementi di rete. Ciò è particolarmente critico quando si utilizzano Massive MIMO, dove i codebook e i protocolli di segnalazione di teletrasporto devono essere allineati.

Efficienza dello spettro e Ottimizzazione del throughput

I limiti di potenza e larghezza di banda permettono agli operatori di spremere ogni bit di performance dal loro spettro assegnato. Le tecniche MIMO come multiplexing spaziale di ordine superiore (ad esempio, 16×16 MIMO) e le informazioni avanzate dello stato di canale (CSI) sono essenziali. Tuttavia, i guadagni sono dotati di un costo: maggiore complessità di elaborazione e maggiore densità di antenna.

Pianificazione dei costi e dei siti

Le antenne MIMO sono fisicamente più grandi e pesanti delle antenne tradizionali, che richiedono torri più forti, più spazio e un’attenta ingegneria strutturale.Le normative sull’estetica, soprattutto nelle aree residenziali e storiche, possono limitare il posizionamento dell’antenna. Inoltre, ogni sito deve essere controllato per la conformità EMF, che spesso richiede simulazioni dettagliate utilizzando i modelli di antenna reali e le impostazioni di potenza.

Conformità di sicurezza e accettazione pubblica

Oltre alle normative tecniche, la percezione pubblica delle reti MIMO e 5G può influenzare la velocità di distribuzione. Le preoccupazioni sull’esposizione RF, soprattutto da massicci array MIMO, hanno portato all’opposizione locale in alcune aree. Gli operatori devono dimostrare trasparentemente la conformità ai limiti EMF e impegnarsi con le comunità.

Prospettive future: MIMO in 6G e oltre

L'esposizione di microrganismi e di altri sistemi di distribuzione di sistemi di radiotelevisiva, che si basano su sistemi di distribuzione di tipo ILT-M, è in fase di sviluppo, e si basano su una tecnologia di distribuzione di sistemi di radiocomunicazione, che è già in fase di sviluppo.

Un’altra tendenza emergente è l’integrazione dell’intelligenza artificiale (AI) nell’operazione MIMO. Il lavoro di 3GPP su AI/ML per le reti di accesso radio di nuova generazione include la gestione del fascio guidato dall’IA, la stima dei canali e la previsione delle interferenze.

La convergenza di MIMO con altre tecnologie come il rilevamento integrato e la comunicazione (ISAC) e reti non-terrestri (satelliti e droni) richiederà anche nuovi approcci normativi. I sistemi MIMO sulle piattaforme aeree, ad esempio, potrebbero avere bisogno di rispettare le normative di sicurezza aeronautica mentre condividono lo spettro con le reti di terra.

Conclusioni

L'interoperabilità dei MIMO nelle reti wireless è un complesso gioco di tecnologie potenti, standard in evoluzione e normative diverse. Dall'IEEE e 3GPP che impostano le specifiche tecniche all'ITU e ai regolatori nazionali che garantiscono un uso sicuro ed efficiente dello spettro, il paesaggio è in continuo cambiamento.