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Desvanecimiento en el Entorno Móvil

MIMO multiusuario MIMO

extiende el concepto básico de MIMO a múltiples puntos finales, cada uno con múltiples antenas. La ventaja de MU-MIMO en comparación con la MIMO de un solo usuario es que la capacidad disponible se puede compartir para satisfacer las demandas que varían con el tiempo. Las técnicas MU-MIMO se utilizan tanto en Wi-Fi como en Redes celulares 4G.

Técnicas de diversidad y MIMO

Antenas de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO)

Los sistemas MIMO se caracterizan por el número de antenas en cada extremo de el canal inalámbrico. Por lo tanto, un sistema MIMO de 8 * 4 tiene ocho antenas en un extremo de el canal y cuatro en el otro extremo.

En un esquema MIMO, el transmisor y el receptor emplean múltiples antenas. El flujo de datos de la fuente se divide en n sub corrientes, una para cada una de las n antenas de transmisión. Las sub-s corrientes individuales son la entrada de las antenas de transmisión (entrada múltiple). En el extremo receptor, m antenas reciben las transmisiones de las n antenas fuente a través de una combinación de transmisión de línea de vista y multitrayectoria . Las señales de salida de todas las antenas receptoras m (múltiples salidas) se combina

La arquitectura de la antena MIMO se ha convertido en una tecnología clave en la evolución de las redes inalámbricas de alta velocidad, incluyendo IEEE 802.11 Wi-Fi LANs y LTE. MIMO explota la dimensión espacial para mejorar los sistemas inalámbricos en términos de capacidad, alcance y fiabilidad. Juntas, las tecnologías MIMO y OFDM son la piedra angular de redes inalámbricas de banda ancha emergentes

Si un transmisor y un receptor implementan un sistema con m últiples antenas, esto se denomina sistema de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO)

Diversidad

Por lo tanto, podemos compensar los efectos de los errores proporcionando múltiples canales lógicos entre el transmisor y el receptor y enviando parte de la señal por cada canal. Esta técnica no elimina los errores, pero sí reduce la tasa de error, porque hemos extendido la transmisión para evitar que se someta a la mayor tasa de error que pueda ocurri

La diversidad se basa en el hecho de que los canales individuales experimentan eventos independientes de desvanecimiento. Por ejemplo, múltiples antenas que están espaciadas lo suficientemente lejos tendrán desvanecimientos independiente

Modulación y codificación adaptativa

Esencialmente crean señales que envían tanta información como sea posible (dentro de una restricción de probabilidad de error de bits) para una determinada intensidad de señal y ruido recibidos, y luego detectan y corrigen los errores. Para adaptarse 100s de veces por segundo, dos características deben estar presentes en los protocolos de un sistem

Propagación multitrayecto

Por ejemplo, supongamos que se recibe una onda reflejada en el suelo cerca de la unidad móvil. Debido a que la onda reflejada en el suelo tiene un cambio de fase de 180° después de la reflexión, la onda terrestre y la onda LOS pueden tender para cancelar, lo que resulta en una alta pérdida de señal.3 Además, debido a que la antena móvil es más baja que la mayoría de las estructuras hechas por el hombre en la zona, se produce una interferencia multitrayecto.

Los efectos de la propagación multitrayectoria

Pueden llegar múltiples copias de una señal a diferentes fases de la misma. Si estas fases se suman de forma destructiva, la potencia de la señal resultante puede ser inferior en un factor de 100 o 1000 (20 o 30 dB). El nivel de la señal en relación con el ruido disminuye, haciendo que la detección de la señal en el receptor sea más difícil.

Un segundo fenómeno, de particular importancia para la transmisión digital, es la interferencia entre símbolos (ISI).

Tipos de desvanecimiento

Los efectos del desvanecimiento en un entorno móvil pueden clasificarse como a pequeña o gran escala, a medida que la unidad móvil se mueve hacia abajo a calle en un entorno urbano, ya que el usuario móvil cubre distancias muy superiores a una longitud de onda, el entorno urbano cambia a medida que el usuario pasa por edificios de diferentes alturas, terrenos baldíos, intersecciones, etc

Desvanecimiento a gran escala: A lo largo de estas distancias más largas, hay un cambio en la potencia media recibida. Este cambio se debe principalmente a las sombras y a las diferencias de distancia del transmisor. Esto se indica por la lenta forma de onda cambiante.

Desvanecimiento a pequeña escala se producen rápidas variaciones en la intensidad de la señal a distancias de aproximadamente media longitud de onda.

Expansión del ancho de banda

Las bandas de ondas milimétricas (mmOnda) son frecuencias más altas en las bandas de 30 a 300 GHz que tienen más ancho de banda disponible en canales de ancho de banda más amplio. Recordemos que l = c/f, por lo que 30 a 300 GHz tiene longitudes de onda de 10 a 1 mm

Las células lo suficientemente alejadas pueden reutilizar las frecuencias. Pero ahora las células pequeñas con potencia y alcance limitados se están utilizando para los mismos objetivos de reutilización de frecuencia

La reutilización de frecuencias permite que las mismas frecuencias portadoras sean reutilizadas cuando los dispositivos están lo suficientemente lejos como para que la relación señal-interferencia sea lo suficientemente baja. Tradicionalmente esto se ha conseguido dividiendo un área de cobertura celular en grandes células, llamadas macrocélulas, de varios kilómetros de diámetr

La agregación de portadoras combina múltiples canales. Por ejemplo, 802.11n y 802.11ac combinan los canales de 20 MHz de las normas 802.11 anteriores en canales de 40, 80 o 160 MHz.

OFDM y espectro ensanchado

El espectro de extensión hace que una señal utilice 100 veces o más ancho de banda, con menor densidad de energía en cada frecuencia. Esto puede superar las situaciones selectivas de frecuencia; incluso si algunas frecuencias son pobres, se logra un buen rendimiento promedio general

La multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM) divide una señal en muchos flujos de menor velocidad de bits que se transmiten a través de frecuencias precisamente espaciadas. Esto puede superar el desvanecimiento selectivo de la frecuencia utilizando un ancho de banda significativamente menor por corriente con tiempos de bits más largos. Cada una de estas frecuencias puede entonces ser amplificada por separado.

El Canal de desvanecimiento

El desvanecimiento de Rayleigh ocurre cuando hay múltiples caminos indirectos entre el transmisor y el receptor y no hay un camino dominante distinto, como un camino LOS.

El desvanecimiento de Rician caracteriza mejor una situación donde hay una trayectoria LOS directa en además de una serie de señales indirectas multitrayecto.

Al diseñar un sistema de comunicaciones, el ingeniero de comunicaciones necesita estimar los efectos del desvanecimiento multitrayecto y el ruido en el canal móvil. El modelo de canal más simple, desde el punto de vista del análisis, es el canal de ruido blanco gaussiano aditivo (AWGN).

En este canal, la señal deseada se degrada por el ruido térmico asociado al propio canal físico, así como por la electrónica del transmisor y el receptor (y cualquier amplificador intermedio o repetidores). Este modelo es bastante preciso en algunos casos, como las comunicaciones espaciales y algunas transmisiones por cable, como el cable coaxial

Corrección de errores de avance

En las comunicaciones móviles, las tasas de error son a menudo tan alto que hay una alta probabilidad de que el bloque de bits retransmitido también contienen errores. En estas aplicaciones, se requiere la corrección de errores en avance.

Si los códigos entrantes y los calculados no coinciden, entonces uno o más bits son por error. Si el número de errores de bits está por debajo de un umbral que depende de la longitud del código y la naturaleza del algoritmo, es posible que el receptor para determinar las posiciones de los bits en el error y corregir todos los errores.

Este está en contraste con la corrección de errores al revés, en la que el receptor sólo detecta el presencia de errores y luego envía una solicitud al transmisor para retransmitir los datos en error. La corrección de errores hacia atrás no es práctica en muchas aplicaciones inalámbricas. Por ejemplo, en las comunicaciones por satélite, la cantidad de retraso que se produce hace que la retransmisión sea indeseable.

Para cada bloque de bits entrante (datos más código de corrección de errores), el receptor calcula un nuevo código de corrección de errores a partir de los bits de datos entrantes. Si el código calculado coincide con el código entrante, entonces el receptor asume que no se ha producido ningún error en este bloque de bits.

se refiere a los procedimientos por los que un receptor, utilizando sólo información contenida en la transmisión digital entrante, corrige los errores de bits en los datos.

Utilizando un algoritmo de codificación, el transmisor añade un número de bits adicionales y redundantes a cada bloque de datos transmitido. Estos bits forman un código de corrección de errores y se calculan en función de los bits de datos.

Ecualización adaptativa

Puede aplicarse a las transmisiones que llevan información analógica (por ejemplo, voz o vídeo analógicos) o digital (por ejemplo, datos digitales, voz o vídeo digitalizados) y se utiliza para combatir la interferencia entre símbolos. El proceso de ecualización supone algún método de reunir la energía de los símbolos dispersos de nuevo en su intervalo de tiempo original