MIMO in WiMAX and LTE

MIMO (Multiple Input Multiple Output) es un conjunto de técnicas relacionadas con el uso de múltiples antenas en comunicaciones inalámbricas. Esto supone añadir una dimensión espacial adicional que puede aprovechar la formación de canales estadísticamente independientes originados por el multitrayecto y mitigar el efecto del mismo, consiguiendo un incremento sustancial de la eficiencia espectral. Esta mejora lleva a las modernas tecnología inalámbricas a contemplar el uso de MIMO para aumentar su tasa de transmisión.

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Imagen: http://www.sxc.hu/photo/609695

Existen diversas técnicas MIMO cuyo rendimiento dependerá del escenario. Se podrán combinar para lograr la mayor eficiencia posible. Indicar que no en todas las técnicas es necesario conocer el canal, pero cuanto mejor sea su estimación mejores prestaciones se podrán alcanzar. Por cuestiones de eficiencia algunas tecnologías como LTE utilizan un conjunto predeterminado de matrices para la caracterización del canal.

-Conformación de haz (beamforming). Teniendo información previa sobre el canal un transmisor con múltiples antenas realiza una precodificación de los datos a transmitir ajustando las ganancias y desfases de las señales transmitidas por cada antena. Se puede conseguir así que llegue la máxima potencia posible al receptor con la mínima interferencia sobre otros receptores. Se puede optimizar para varias antenas receptoras utilizando múltiples streams.

-Diversidad de código (Diversity coding). Se transmite un stream empleando técnicas de codificación de espaciado en el tiempo que permiten aprovechar el multitrayecto del canal para aumentar la robustez de la transmisión. No requieren un conocimiento previo del canal. Esta tecnología tiene especial importancia en el uso de relays (repetidores), elementos que jugarán un importante papel en LTE-Advanced.

-Multiplexación espacial (spatial multiplexing). Divide un stream de alta tasa en varios streams de menor tasa transmitidos por distintas antenas. Si el multitrayecto es suficiente las señales llegarán a cada antena con cierta firma espacial que el receptor podrá separar y con ello recuperar la señal de interés. El número de streams está limitado por la entidad que tiene menor número de antenas. Si se orienta a varios usuarios se convierte en un control de acceso al medio llamado Spatial Division Multiple Access (SDMA).

-Multi User-MIMO y Cooperative MIMO. Permite que varios usuarios puedan utilizar colaborativamente alguno de los métodos anteriores para mejorar la eficiencia espectral. Por el momento LTE contempla el uso de una antena por usuario, utilizando MU-MIMO para aumentar la capacidad de la celda, pero no se descarta el uso de múltiples antenas por usuario en un futuro. Existen además propuestas para la colaboración entre estaciones base. La coordinación de todos estos casos es compleja y está abierta a mejoras.

En el ámbito de las redes de área local inalámbricas MIMO ya está recogido en la última especificación del estándar utilizado en las redes Wi-Fi (IEEE 802.11n). También se utiliza en HSPA+ para ofrecer servicios 3G a alta velocidad, pero se espera que la explosión de las técnicas MIMO llegue con la cuarta generación de telefonía móvil (4G).

Las tecnologías candidatas a ofrecer servicios 4G deberán cumplir ciertos requisitos indicados por la recomendación IMT-Advanced. Entre ellos está una determinada eficiencia espectral, para lo que se prevé que las técnicas MIMO sean una herramienta fundamental. Tanto LTE como WiMAX en sus últimas especificaciones (3GPP Releases 8/9/10 e IEEE 802.16e/m respectivamente) contemplan el uso de diversas tecnologías MIMO. Será por tanto de vital importancia el conocimiento y dominio de estas técnicas a la hora de trabajar con tecnologías 4G. Para conocer en mayor profundidad estos estándares Gradiant está implicada en la búsqueda de tipos de medidas que se adapten a estos nuevos escenarios, así como en la implementación de las especificaciones más recientes de los principales estándares, necesarias para conocer en detalle las más modernas técnicas de comunicaciones digitales inalámbricas.

 

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