Cuando la computación se acerca a los límites físicos de la velocidad de reloj, recurrimos a arquitecturas multinúcleo. Cuando las comunicaciones se acercan a los límites físicos de la velocidad de transmisión, recurrimos a sistemas multiantena. ¿Cuáles son los beneficios que llevaron a científicos e ingenieros a elegir múltiples antenas como base para el 5G y otras comunicaciones inalámbricas? Si bien la diversidad espacial fue la motivación inicial para añadir antenas en las estaciones base, a mediados de la década de 1990 se descubrió que la instalación de múltiples antenas en el lado Tx y/o Rx abría otras posibilidades imprevisibles con los sistemas de una sola antena. Describamos ahora tres técnicas principales en este contexto.
**Formación de haz**
La conformación de haces es la tecnología principal en la que se basa la capa física de las redes celulares 5G. Existen dos tipos de conformación de haces:
Formación de haz clásica, también conocida como formación de haz de línea de visión (LoS) o formación de haz física
Formación de haz generalizada, también conocida como formación de haz sin línea de visión (NLoS) o formación de haz virtual
La idea detrás de ambos tipos de formación de haz es utilizar múltiples antenas para mejorar la intensidad de la señal dirigida a un usuario específico, a la vez que se suprimen las señales de fuentes interferentes. Como analogía, los filtros digitales alteran el contenido de la señal en el dominio de la frecuencia mediante un proceso denominado filtrado espectral. De forma similar, la formación de haz altera el contenido de la señal en el dominio espacial. Por eso también se le conoce como filtrado espacial.
La formación de haz física tiene una larga trayectoria en los algoritmos de procesamiento de señales para sistemas de sonar y radar. Produce haces reales en el espacio para su transmisión o recepción y, por lo tanto, está estrechamente relacionada con el ángulo de llegada (AoA) o el ángulo de salida (AoD) de la señal. De forma similar a cómo OFDM crea flujos paralelos en el dominio de la frecuencia, la formación de haz clásica o física crea haces paralelos en el dominio angular.
Por otro lado, en su forma más simple, la formación de haz generalizada o virtual implica transmitir (o recibir) las mismas señales desde cada antena Tx (o Rx) con la fase y la ponderación de ganancia adecuadas, de modo que la potencia de la señal se maximice hacia un usuario específico. A diferencia de dirigir físicamente un haz en una dirección específica, la transmisión o recepción ocurre en todas las direcciones, pero la clave reside en agregar constructivamente múltiples copias de la señal en el lado receptor para mitigar los efectos del desvanecimiento por trayectos múltiples.
**Multiplexación espacial**
En el modo de multiplexación espacial, el flujo de datos de entrada se divide en múltiples flujos paralelos en el dominio espacial, cada uno de los cuales se transmite a través de diferentes cadenas de transmisión. Siempre que las trayectorias del canal lleguen desde ángulos suficientemente diferentes a las antenas de recepción, con una correlación prácticamente nula, las técnicas de procesamiento digital de señales (DSP) pueden convertir un medio inalámbrico en canales paralelos independientes. Este modo MIMO ha sido el principal factor en los aumentos de orden de magnitud en la velocidad de datos de los sistemas inalámbricos modernos, ya que la información independiente se transmite simultáneamente desde múltiples antenas a través del mismo ancho de banda. Algoritmos de detección como el forzado 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 hacia múltiples usuarios desde múltiples antenas de transmisión.
**Codificación espacio-temporal**
En este modo, se emplean esquemas de codificación especiales en el tiempo y las antenas, en comparación con los sistemas de antena única, para mejorar la diversidad de la señal de recepción sin pérdida de velocidad de datos en el receptor. Los códigos espacio-temporales mejoran la diversidad espacial sin necesidad de estimación de canal en el transmisor con múltiples antenas.
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Hora de publicación: 29 de febrero de 2024