WiMAX-, LTE- und WLAN-Signale unter der Lupe

Immer mehr Funkstandards wie WiMAX, 3GPP HSPA, 3GPP LTE und WLAN begegnen dem steigenden Bedarf an Übertragungskapazität mit dem Einsatz der MIMO-Technik. Mit einer speziellen Applikations-Firmware für Signalanalysatoren lassen sich auch TX-MIMO-Signale der entsprechenden Standards messen.

Immer mehr Funkstandards wie WiMAX, 3GPP HSPA, 3GPP LTE und WLAN begegnen dem steigenden Bedarf an Übertragungskapazität mit dem Einsatz der MIMO-Technik. Mit einer speziellen Applikations-Firmware für Signalanalysatoren lassen sich auch TX-MIMO-Signale der entsprechenden Standards messen.

Von Johan Nilsson und Dr. Wolfgang Wendler

Die MIMO-Technik (Multiple Input Multiple Output) – also die gleichzeitige Verwendung mehrerer Sende- und Empfangsantennen – verbessert Übertragungsrate und -qualität. Diese Technik nutzt die Mehrwegeausbreitung in Funkkanälen, die sich bei herkömmlichen Funkstandards als störende Interferenz bemerkbar macht. In MIMO-Systemen vergrößert jeder zusätzliche Pfad zwischen Sender und Empfänger den Signal-Rausch-Abstand. Speziell mobile Applikationen profitieren beträchtlich vom Mehrwegeempfang, weil der erforderliche Mindestempfangspegel niedriger sein kann. In den meisten Kommunikationsstandards sind MIMOBetriebsarten für zwei, drei oder vier Antennen definiert.

MIMO-Techniken im Überblick

Bei MIMO-Systemen unterscheidet man zwischen Sendediversität und Raummultiplex (Spatial Division Multiplex). Bei Verwendung der Sendediversität wird ein Bit-Strom gleichzeitig über zwei Antennen übertragen, allerdings mit jeweils unterschiedlicher Codierung. Das verbessert den Signal-Rausch-Abstand und damit auch die Kapazität an den Zellenrändern. Die Übertragungsrate vergrößert sich allerdings nur indirekt als Ergebnis der verbesserten Signalqualität.

Beim Raummultiplex werden gleichzeitig unterschiedliche Bit-Ströme an zwei Empfangsantennen übertragen. Das vergrößert den Datendurchsatz und verbessert die Bandbreitenausnutzung. In modernen Systemen passt die Basisstation kontinuierlich die Codierung des Signals an, um die Mehrwegeausbreitung optimal zu nutzen. Um die Korrelation zwischen den Ausbreitungspfaden zu reduzieren, kann der Sender alle Übertragungssignale – bis auf eines – verzögern. Dieses Verfahren wird als Cyclic Delay Diversity bezeichnet.

Bei allen beschriebenen Verfahren enthalten die Bit-Ströme an den jeweiligen Sendeantennen spezifische Pilot- und Referenz-Sequenzen, die jeweils auf unterschiedlichen Frequenzen oder Trägern gesendet werden, damit sie sich nicht gegenseitig beeinflussen. Anhand dieser Sequenzen kann der Empfänger später eindeutig die Signale von den unterschiedlichen Antennen unterscheiden.

Um den Platzbedarf und Leistungsverbrauch bei mobilen Endgeräten zu minimieren, verwenden diese für die Übertragung an das Mobilfunknetz normalerweise das Collaborative MIMO. Dieses Verfahren ähnelt dem Raummultiplexverfahren, allerdings werden nicht zwei Sendeantennen eingesetzt, vielmehr senden zwei Teilnehmer auf der gleichen Frequenz. Collaborative MIMO vergrößert zwar den Durchsatz des Gesamtsystems, nicht aber den Durchsatz für jeden Teilnehmer.