Page 69 - Revista BIT nº 209 - Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicación

to. Es bien sabido que este mecanismo es esencial para conseguir una buena cobertura en comunicaciones móviles. Si la cobertura solo fuera posible con trayec- tos LOS de visibilidad directa, es obvio que resultaría muy precaria. Gracias al multitrayecto, se logran cubrir multitud de ubicaciones, pero con el inconveniente del desvanecimiento asociado a esta modalidad de la pro- pagación. Tradicionalmente, se ha combatido este efec- to no deseado del multitrayecto mediante técnicas de recepción por diversidad, ecualización y codi cación de canal. Sin embargo, a partir de la 3G se cambia de perspectiva y se pretende no combatir, sino aprovechar el multitrayecto ya sea mediante la recepción con dis- positivos Rake (que obtienen las señales de los princi- pales trayectos y las suman) o, más recientemente, con tecnologías MIMO. En el primer caso, se desea mejorar la cobertura ya que con el Rake se incrementa la re- lación señal/ruido. En el segundo, lo que se busca es aumentar la capacidad, transmitiendo simultáneamente varios canales diferentes; con ello lo que se logra es introducir un multiplicador del logaritmo en la fórmula de Shannon. Algo mucho más efectivo que hacerlo en la SNR que va dentro de aquel.
En este artículo, pretendemos ofrecer una visión ele- mental, pero básica, de la tecnología MIMO que se ha incorporado a la estandarización de los sistemas de co- municaciones móviles a partir de la 3,5G con HSPA; se ha desarrollado en 4G y 4,5G con LTE y LTE-A y está previsto un notable incremento en la 5G en forma de MIMO masi- vo, que se espera sea uno de los puntales que asegure las altas prestaciones de 5G en capacidad.
Como todos los sistemas MIMO requieren el uso de múltiples antenas, comenzaremos presentando breve- mente esta tecnología.
Tecnología de multiantenas y capacidad
En la tecnología de multiantenas, cabe distinguir dos aspectos:
i. Con guración física (hardware), esto es, número y tipo de antenas (lineales, crosspolares), y separación mutua. Se trata de una característica muy importante, porque una vez realizado un montaje determinado es difícil y oneroso modi carlo.
ii. Procesamiento (software) que se aplicará a las seña- les entregadas a las antenas o recibidas de éstas. Aquí hay más exibilidad operativa. El procesamiento (que también puede incluir circuitos físicos), dependerá del objetivo deseado, como puede ser la conformación del haz de radiación o recepción, el aprovechamiento de
la diversidad con combinación MRC (Maximal Ratio Combining), o la obtención de diversidad espacial con MIMO. Incluso, manteniendo la con guración de las antenas podrá cambiarse el diseño inicial por otro si lo requieren los objetivos operativos.
La diversidad espacial proporciona un incremento de la capacidad y de la calidad, ya que genera una ganancia y reduce los efectos del desvanecimiento. Según la ya citada fórmula de Shannon la e ciencia espectral en un sistema con diversidad y ganancia del conjunto de ante- nas (array gain) igual a g , es:
(bit/s/Hz)=log2(1+g snr) (1)
De la ecuación anterior se desprende que esta relación tiene una cota inferior que depende de la e ciencia espec- tral, como sigue:
TENDENCIAS. MIMO (Multiple Input Multiple Output)
snr
21
g
(2)
Por ejemplo, para η =5 bit/s/Hz, valor especi cado por el 3gpp para el enlace descendente en LTE, resulta, en dB:
► Sin diversidad ( g =1), SNR =15 dB
► Con diversidad MRC y dos antenas
Y para LTE-A, en la que se exige η =10, resulta, sin di- versidad SNR =30 dB (potencia 32 veces mayor que LTE). Este notable incremento es consecuencia de la dependen- cia exponencial de la relación snr con η como se ve en la fórmula (2).
Si se desea una e ciencia espectral elevada ( >>1) como en el caso de los nuevos sistemas de comunicacio- nes móviles (4,5G o LTE-A y 5G), la ley exponencial in- dica que la relación snr necesaria puede ser demasiado alta para su consecución en la práctica, ya que o bien el alcance sería pequeño o la potencia necesaria muy alta, lo que incrementaría la interferencia. De aquí se deduce que la diversidad espacial o la conformación de haz por si solas no son su cientes para conseguir las elevadas e - ciencias espectrales deseadas.
Por ello, se ha explorado una tecnología alternativa que trata de aprovechar también la propagación multitrayecto, para crear trayectos simultáneos desacoplados (indepen- dientes) por los que pueden enviarse señales diferentes, compartiendo los mismos recursos físicos de tiempo y fre- cuencia. Se trata, pues, de una multiplexación en el domi- nio espacial, con un aumento del rendimiento espectral.
( g =2), SNR =12 dB
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