Page 74 - Revista BIT nº 209 - Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicación

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TENDENCIAS. MIMO (Multiple Input Multiple Output)
La información de rango se envía al transmisor me- diante la señal RI (Rank Indication). Si el rango no es 2 no resulta viable MIMO, por lo que el transmisor aplica otro procedimiento, por ejemplo diversidad de transmisión. El receptor debe enviar también mediante la señalización de retorno al transmisor la matriz de precodi cación V .
Dada la variabilidad del canal radio, V deberá enviarse cada T segundos, tiempo inferior al tiempo de coherencia del canal. Por ejemplo, para T=0,1 ms y MIMO 2x2 la ma- triz tiene 4 elementos. Supuesto que se codi can con 8 bits, la tasa de señalización será 4x8/0,1=320 kbit/s, que supone una carga de señalización excesiva para el canal de retor- no. Por ello, en LTE, el estándar ha especi cado un con- junto de matrices de precodi cación. En el transmisor hay una copia de estas matrices. El receptor evalúa la matriz V , busca y elige en el conjunto la más aproximada y envía al transmisor el número de la lista donde está esta matriz de forma que el transmisor pueda, a su vez, elegirla. Esta señal, breve, es la PMI (Precoding Matrix Indication). Obviamente al trabajar con una matriz V aproximada no se obtiene una matriz diagonal D perfecta, sino que quedara una cierta interferencia residual entre los trayectos de MIMO.
En la versión 10 de LTE se admite ya MIMO 4x4 y en los dos enlaces, ascendente y descendente. En versiones posteriores (LTE-Advanced) se llega ya a MIMO 16x16
Para MIMO 2x2 el repertorio de matrices tiene 3 ele- mentos y para MIMO 4x4, consta de 64 elementos.
MIMO multiusuario
Reconocidas las posibilidades de la multiplexación espacial, que aporta el MIMO convencional, la investiga- ción y el desarrollo se centran ahora en el MIMO multiu- suario (MU-MIMO) donde desde una estación base (BS) se da servicio a varios usuarios simultáneamente, utilizando los mismos recursos. Por ejemplo: si el caudal disponi- ble es de 4 Mbit/s puede darse servicio a un solo usuario con esta tasa (MIMO convencional), o a dos usuarios con 2Mbit/s cada uno (MIMO multiusuario). Puede conseguir- se ganancia de multiplexación incluso si cada terminal de usuario tiene una sola antena. Esto es interesante ya que muchos terminales usuales (tabletas, teléfonos inteligen- tes), no pueden acoger numerosas antenas por su redu- cido tamaño. Además MU-MIMO puede funcionar bien en canales con malas características de propagación y al revés, en los enlaces de visión directa (LOS) para los cua- les MIMO convencional pierde e ciencia, MU-MIMO no presenta este problema.
Ahora bien, hay que tener en cuenta que MU-MIMO requiere un procesamiento de las señales distinto del
MIMO convencional que, además, es diferente para los enlaces ascendente y descendente.
Enlace ascendente
En el enlace ascendente, cada terminal transmite con una sola antena y la estación base (BS) recibe con muchas. Por tanto, los terminales no pueden aplicar la matriz de pre- codi cación. Se trata de múltiples enlaces punto a punto. En la BS hay que tratar a cada enlace de forma individual. Como en cada antena de la BS se recibe no solo la señal de un usuario concreto, sino señales de todos los demás, existe interferencia múltiple. Esta interferencia es una caracterís- tica del MU-MIMO. En MIMO convencional se elimina mediante los procesos de pre y post-codi cación. Además, como en todo enlace hay perturbación por ruido térmico.
En recepción de la BS se utiliza un procesado con una matriz de* detección A (de forma análoga al uso de la matriz U en MIMO). Ello equivale a una estructura de receptor lineal. La elección de la matriz A depende del tipo de perturbación que se desee contrarrestar, interferen- cia o ruido:
1.
Si el objetivo es maximizar la relación señal/ruido, se aplica la combinación de relación máxima MRC (Maximun Ratio Combining), ignorándose la interfe- rencia multiusuario.
H
Si la snr del enlace es grande, la relación sinr =se- ñal/(ruido+interferencia), queda determinada por la in- terferencia. Si es pequeña, la MRC proporciona la mis- ma ganancia de conjunto (array gain) que en el caso de recepción de diversidad para el usuario en cuestión.
La MRC tiene la ventaja de que el procesado en recep- ción es simple, basta multiplicar el vector recibido con la traspuesta conjugada del canal, cuyo cálculo es rápido. Además, puede implementarse de forma distribuida. Su inconveniente es que no tiene en cuenta la interferencia multiusuario, por lo que su desempeño (performance) es mediocre en escenarios limitados por interferencia.
Si se desea contrarrestar la interferencia sin tener en cuenta el ruido térmico, el algoritmo que se implemen- ta es el de convergencia a cero ZF (Zero Forcing), el cual anula la interferencia, pero puede ocasionar un aumento importante del ruido.
La matriz de decodi cación A utilizada en este caso es la denominada “pseudo- inversa” de la matriz H
2.
En este caso la matriz es A = H
es decir, traspuesta conjugada de la matriz del canal).
(hermítica de H ,