MIMO 和 载波聚合 有什么区别？

MIMO 和 载波聚合 有什么区别？

在蜂窝网络体系中，无论是4G LTE还是5G NR，MIMO（多输入多输出）与载波聚合（Carrier Aggregation）这两项技术堪称关键之选。从字面意思上来看，感觉意思差不多，那到底它们之间有什么不同呢？

谈到载波聚合，我们就得从LTE时代说起。载波聚合是LTE Advanced网络中引入的一项极具创新性的技术。允许移动网络将多个频率载波融合为一体，以此增加整体载波带宽，而为移动电话用户带来更为可观的数据速率提升。

例如，假设某移动运营商在同一基站（eNodeB – eNB）内拥有两个10 MHz的频率载波。在这种情况下，该运营商可以通过将两个10 MHz信道进行组合（10 MHz + 10 MHz = 20 MHz），将总带宽提升至20 MHz。随后，可以将这个组合后的“聚合”载波分配给移动用户的终端，进而实现更高的数据传输速率。

最初，依据3GPP Release 8版本的LTE网络，并不具备载波聚合功能。不过，LTE网络从一开始就支持灵活的带宽配置。即LTE网络能够运用不同带宽的频率载波，包括1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz和20 MHz。

LTE-Advanced的Release 10，是第一个引入载波聚合（带内连续和带间）的LTE版本，将5 x 20 MHz标准化CA，但实际上它仅限于两个运营商。在2012年，LTE-Advanced的Release 12引入了对带内非连续的载波聚合支持。支持多达5个具有灵活带宽的频率载波进行聚合，可以达到最大100 MHz的带宽。

尽管100 MHz的带宽已经相当出色，但LTE-Advanced Pro网络采用了更高规格的载波聚合配置。它的目标是在下行链路中提供高达3 Gbps的最大吞吐量，这就需要更大规模的载波。3GPP Release 13引入了LTE-Advanced Pro网络，可实现多达32个载波的载波聚合，实现高达640 MHz的最大带宽。

汇总如下：

从上面的描述来看，虽然载波聚合的数学计算看似相对简单，但在实际的载波聚合中，分配频带存在多种不同情况。这些情况取决于移动运营商用于载波聚合的频带。3GPP定义了三种载波分配方式

• 带内连续载波聚合
• 带内非连续载波聚合
• 带间载波聚合

虽然载波聚合是LTE-Advanced网络中已有的关键技术，它使LTE演进成为可能，实现了超过1 Gbps的用户数据速率。然而，在5G网络中，载波聚合将支持向多千兆位5G演进，达到约4 Gbps及以上的用户数据速率。

最初的商用5G网络依赖于无线接入中的LTE基础设施和核心网络。5G NSA允许MNO通过4G-5G双连接捆绑4G和5G运营商来增加最终用户可用的带宽。随着3GPP规范的修订，5G SA载波聚合频段组合的数量都在增加，支持FR1上三组件5G载波聚合的商用智能手机早已上市。

说完载波聚合，现在让我们来看看MIMO究竟是什么？

在无线网络中，两个无线节点通过在无线电信道上发送和接收数据进行通信。该频道使用一定量的无线频谱。但在许多地区，合适的频谱是稀缺的，因此使用更多频谱是不切实际的。

而MIMO代表多输入多输出，它是一种先进的天线技术，则可以用来在不增加其使用的频谱的情况下增加其容量。因此，被4G LTE、LTE-Advanced和LTE-Advanced Pro网络广泛采用。MIMO通过空间多路复用、天线分集以及波束成形等方式，有效提高数据速率和信号质量。

在4G LTE中，MIMO侧重于空间多路复用的原理，即通信通过多个空间分离的天线进行（空分多路复用）。同时，MIMO还通过天线分集最大限度地减少多径衰落的影响，进而提高移动信号的质量。

此外，MIMO还得益于波束成形技术，多个天线沿同一接收器的方向传输信号，使得接收器能够接收到更强大的信号。LTE网络对下行链路和上行链路采用不同的MIMO配置，并且发射器和接收器都必须支持这些配置。

根据3GPP Release 8，原始LTE网络在下行链路中支持4 x 4的MIMO配置，在上行链路中支持2 x 2的MIMO配置。

为了更好地理解这个概念，4 x 4的下行链路配置意味着基站发射器上的四个天线元件将信号发送至移动电话，而移动电话接收器中的四个天线元件则负责接收信号。上行传输则是从手机返回至基站。

LTE-Advanced和LTE-Advanced Pro网络在下行链路中使用8 x 8的MIMO配置，在上行链路中使用4 x 4的MIMO配置。综上所述，MIMO和载波聚合在现代蜂窝网络中各自发挥着独特且至关重要的作用，共同为用户带来更加高速、稳定的通信体验。

在5G（NR）网络中，则使用一种称为Massive MIMO的高级MIMO，它使用更高的配置和多用户MIMO。Massive MIMO已成为超高速毫米波5G的关键推动因素和基础组件。

目前没有固定的定义规定一个系统必须有多少个天线才能被视为Massive MIMO，但天线数量超过8×8个的系统通常被视为Massive MIMO系统。8×8数字是指8个发射天线和8个接收天线。

例如，华为、中兴已经演示了具有多达96到128根天线的Massive MIMO系统。

总的来说，MIMO作为一种天线技术，与载波聚合有着不同的侧重点。载波聚合主要聚焦于组合频率载波，而MIMO则通过更高效地利用现有频率载波进行空间多路复用，从而提升移动电话用户的数据速率。载波聚合将多个频率载波组合在一起，为移动电话分配更大的载波带宽。而MIMO在发射器上利用大量天线元件向接收器发送多个并行数据流。MIMO接收器同样配备了多个天线元件来接收这些数据流。用户设备的输出是通过组合各种数据流而创建的。如此一来，每个数据流都如同基站与用户设备之间的虚拟通道。