Cuando la computación se acerca a los límites físicos de la velocidad del reloj, recurrimos a arquitecturas multinúcleo.Cuando las comunicaciones se acercan a los límites físicos de la velocidad de transmisión, recurrimos a sistemas de múltiples antenas.¿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 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 que eran impredecibles con sistemas de antena única.Describamos ahora tres técnicas principales en este contexto.
**Formación de haces**
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 haces:
Formación de haces clásica, también conocida como línea de visión (LoS) o formación de haces física
Formación de haz generalizada, también conocida como formación de haz sin línea de visión (NLoS) o virtual
La idea detrás de ambos tipos de formación de haces es utilizar múltiples antenas para mejorar la intensidad de la señal hacia un usuario en particular, mientras se suprimen las señales de fuentes de interferencia.Como analogía, los filtros digitales alteran el contenido de la señal en el dominio de la frecuencia en un proceso llamado filtrado espectral.De manera similar, la formación de haces altera el contenido de la señal en el dominio espacial.Por eso también se le conoce como filtrado espacial.
La formación de haces físicos tiene una larga historia en los algoritmos de procesamiento de señales para sistemas de sonar y radar.Produce haces reales en el espacio para 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.De manera similar a cómo OFDM crea flujos paralelos en el dominio de la frecuencia, la formación de haces clásica o física crea haces paralelos 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 desde cada antena Tx (o Rx) con ponderaciones de fase y ganancia apropiadas, de modo que la potencia de la señal se maximice hacia un usuario en particular.A diferencia de dirigir físicamente un haz en una dirección determinada, la transmisión o recepción ocurre en todas las direcciones, pero la clave es agregar constructivamente múltiples copias de la señal en el lado de recepción 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, y cada flujo se transmite a través de diferentes cadenas de Tx.Siempre que las rutas de los canales lleguen desde ángulos suficientemente diferentes a las antenas Rx, casi sin correlación, las técnicas de procesamiento de señales digitales (DSP) pueden convertir un medio inalámbrico en canales paralelos independientes.Este modo MIMO ha sido el factor principal para aumentos de orden de magnitud en la velocidad de datos de los sistemas inalámbricos modernos, ya que información independiente se transmite simultáneamente desde múltiples antenas sobre el 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, se transmiten simultáneamente múltiples flujos de datos 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 ninguna pérdida de velocidad de datos en el receptor.Los códigos espacio-temporales mejoran la diversidad espacial sin necesidad de realizar una estimación de canal en el transmisor con múltiples antenas.
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Hora de publicación: 29 de febrero de 2024