Cuando el cálculo se acerca a los límites físicos de la velocidad del reloj, recurrimos a las arquitecturas de múltiples núcleos. Cuando las comunicaciones se acercan a los límites físicos de la velocidad de transmisión, recurrimos a los sistemas de antena múltiple. ¿Cuáles son los beneficios que llevaron a los científicos e ingenieros a elegir múltiples antenas como base para 5G y otras comunicaciones inalámbricas? Si bien la diversidad espacial fue la motivación inicial para agregar antenas a las estaciones base, se descubrió a mediados de la década de 1990 que la instalación de múltiples antenas en el lado TX y/o RX abrió otras posibilidades que eran imprevisibles con sistemas de antena única. Describamos ahora tres técnicas principales en este contexto.
** Beamforming **
BeamForming es la tecnología principal en la que se basa la capa física de las redes celulares 5G. Hay dos tipos diferentes de formación de haz:
Formación de vigas clásicas, también conocida como línea de visión (LOS) o formación de haz físico
Formación de haz generalizada, también conocida como no línea de visión (NLOS) o formación de haz virtual
La idea detrás de ambos tipos de formación de haz es usar múltiples antenas para mejorar la intensidad de la señal hacia un usuario en particular, mientras suprime las señales de las fuentes interferentes. Como analogía, los filtros digitales alteran el contenido de la señal en el dominio de frecuencia en un proceso llamado filtrado espectral. De manera similar, la formación de haz altera el contenido de la señal en el dominio espacial. Es por eso que también se conoce como filtrado espacial.
La formación de haz físico tiene una larga historia en los algoritmos de procesamiento de señales para los sistemas de sonar y radar. Produce vigas reales en el espacio para la transmisión o recepción y, por lo tanto, está estrechamente relacionado con el ángulo de llegada (AOA) o el ángulo de salida (AOD) de la señal. Similar a cómo OFDM crea corrientes paralelas en el dominio de frecuencia, la formación de haz clásica o física crea vigas paralelas en el dominio angular.
Por otro lado, en su encarnación más simple, la formación de haz generalizada o virtual significa transmitir (o recibir) las mismas señales de cada antena TX (o RX) con fase apropiada y ponderaciones de ganancia de modo que la potencia de la señal se maximice hacia un usuario en particular. A diferencia de la dirección física de una viga en una determinada dirección, la transmisión o la recepción ocurre en todas las direcciones, pero la clave está agregando constructivamente múltiples copias de la señal en el lado de recepción para mitigar los efectos de desvanecimiento múltiple.
** Multiplexación espacial **
En el modo de multiplexación espacial, el flujo de datos de entrada se divide en múltiples secuencias paralelas en el dominio espacial, con cada flujo transmitida sobre diferentes cadenas TX. Mientras las rutas del canal lleguen desde ángulos suficientemente diferentes en las antenas RX, casi sin correlación, las técnicas de procesamiento de señal digital (DSP) pueden convertir un medio inalámbrico en canales paralelos independientes. Este modo MIMO ha sido el factor principal para los aumentos de la magnitud del orden de la magnitud en la velocidad de datos de los sistemas inalámbricos modernos, ya que la información independiente se transmite simultáneamente desde múltiples antenas sobre el mismo ancho de banda. Los algoritmos de detección como el forzamiento cero (ZF) separan los símbolos de modulación de la interferencia de otras antenas.
Como se muestra en la figura, en WiFi Mu-MIMO, múltiples flujos de datos se transmiten simultáneamente a múltiples usuarios de múltiples antenas de transmisión.
** Codificación de espacio-tiempo **
En este modo, se emplean esquemas de codificación especiales a través del tiempo y las antenas en comparación con los sistemas de antena única, para mejorar la diversidad de señal de recepción sin ninguna pérdida de velocidad de datos en el receptor. Los códigos espaciales mejoran la diversidad espacial sin la necesidad de estimación de canales en el transmisor con múltiples antenas.
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Tiempo de publicación: Febrero 29-2024