Page 76 - Revista BIT nº 209 - Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicación

TENDENCIAS. MIMO (Multiple Input Multiple Output)
Figura 4. Desempeño de MMSE, ZF y MRT (fuente: Referencia [1])
Estimación de canal
Se ha procurado insistir en la idea de que es necesaria una buena estimación del canal radio CSI. La obtención del valor de la CSI requiere el uso de señales piloto y ocupación de recursos radio y es diferente para los sistemas TDD y FDD.
La estimación en TDD requiere menos recursos ya que se basa en la hipótesis razonable de la reciprocidad del canal radio, al ser la frecuencia la misma en transmisión y en recepción, es decir el canal se comporta igual en senti- do ascendente y descendente.
descendente. Suponiendo que los tiempos de coherencia del canal radio para ambos enlaces son iguales a T , deberá cumplirse M +K <T.
Se observa que con TDD el número de recursos para CSI no depende de M , por lo que el funcionamiento TDD sería preferible cuando M es grande. Por ello se ha a rmado que MU-MIMO funcionaría mejor con TDD, lo cual podría “rehabilitar” este método de duplexión, hasta ahora poco utilizado en 3G y 4G.
MIMO masivo
Sobre la base de las prestaciones de MU-MIMO se ha pensado en la ampliación de esta técnica para ofrecer un drástico incremento de la capacidad de los canales radio y atender la demanda que no para de crecer. Se trata de incrementar notablemente tanto el número de antenas de las BS como el de terminales.
Considerando, las transmisiones ascendentes, en con- diciones de propagación favorables, si los vectores de ga- nancias del canal radio entre terminales y BS son ortogo- nales, la capacidad teórica global del canal ascendente para M antenas y K usuarios, es
Ctotal =K.log2(1+M. ) (20) Ctotal = K.log2 (D1o+nMde. )es la sinr media del enlace ascendente. Se
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En el enlace ascendente, los K usuarios envían K pi- lotos ortogonales por el enlace ascendente y la BS realiza la estimación a partir de esas señales piloto. En el descen- dente, la BS necesita el CSI para calcular la matriz de pre- codi cación y los usuarios requieren conocer las ganan- cias del canal para detectar las señales deseadas. La BS para ello envía otros K pilotos direccionales, uno a cada usuario. El proceso total requiere 2K usos del canal. Si el canal es constante durante un periodo de T símbolos, debe cumplirse que 2K <T.
En el caso de FDD, en los enlaces ascendente y des- cendente se utilizan frecuencias portadoras diferentes, por lo que el canal deja de ser reciproco.
Para la transmisión descendente la BS transmite M se- cuencias ortogonales a los (una por cada antena) K usua- rios, cada uno de los cuales retorna M estimaciones del canal. Esto consume M recursos.
En el enlace ascendente, los usuarios transmiten K secuencias piloto ortogonales, a partir de las cuales la BS estimará el canal. Se necesitan, al menos, K recursos. En consecuencia, el proceso de estimación requiere, al me- nos, M + K recursos en el enlace ascendente y M en el
desprende de esta expresión que puede obtenerse una ga- nancia de con guración de antenas (array gain) igual a M y una ganancia de multiplexación espacial igual a K . La primera puede traducirse en una reducción de potencia; así duplicando el número de antenas podría reducirse la potencia media de transmisión a la mitad. En principio, bajo estas condiciones favorables de propagación y con un procesado óptimo en la BS, puede conseguirse una ca- pacidad todo lo grande que se quiera.
También hay gran disponibilidad de grados de libertad. Por ejemplo, con 200 antenas en la BS y 20 terminales, se dispone de 180 grados de libertad no utilizados que pueden emplearse para la con guración de las señales, por ejemplo para reducir la relación potencia de cresta a potencia media PAPR (Peak-to-Average Power Ratio).
La hipótesis de canal radio favorable no es muy extraña en MIMO masivo, ya que cuando el número de antenas es muy alto (centenares o más), el canal se acerca a esas con- diciones debido a la ley de los grandes números y la matriz del canal está bien condicionada. Además se promedian los efectos del ruido, desvanecimiento, interferencias e im- perfecciones de los circuitos físicos (hardware) cuando se combinan las señales de gran número de antenas.