En (Lee et al., 2012) se realizó un estudio sobre el desempeño de un esquema de transmisión híbrido que combina tanto la formación de haz como la multiplexación espacial. Específicamente, se evaluó la capacidad del canal en el esquema híbrido y se comparó con la del esquema de conformación de haz en cuanto a la línea de visión y los canales multitrayectos. Se consideraron dos tipos de esquemas mixtos en la publicación: la arquitectura de antena compartida, donde cada antena procesa todo el flujo de datos y la arquitectura de la antena dividida, donde cada antena procesa sólo un flujo de datos. Se examinaron los efectos de los parámetros del canal, tales como la separación de las antenas y la existencia de trayectorias reflejadas, en la capacidad y la formación óptima del haz y potencia. También se analizaron la propiedad de selectividad de frecuencia del haz óptimo y la potencia.
antenas, así como el efecto de reflexiones sobre la capacidad en canales de trayectos múltiples.
En el referido artículo se calculó la matriz de canal H utilizando el método de trazado de rayos. Se decidió que tanto los elementos de antena TX como los elementos de antena RX están dispuestos linealmente. El espaciamiento entre los elementos de antena adyacentes se denotó como r. La distancia entre el centro del arreglo de antenas TX y el centro de la matriz de antenas RX se denotó como d.
También se prestó especial atención a la arquitectura compartida del esquema híbrido y su interés se centró en estudiar el potencial de rendimiento máximo logrado mediante la combinación de la formación de haz y la multiplexación espacial.
Se consideró, como se muestra en la figura 2.5, el canal de línea de vista (LOS). Se supuso que tanto el arreglo de antenas transmisoras (definido como la línea recta que conecta todos los elementos de antena dispuestos linealmente) y la línea del arreglo de antenas de recepción son perpendiculares a la línea que conecta los centros de las redes de antenas TX y RX.
Figura 2.5. Arreglo de antenas transmisoras y receptoras en un canal línea de vista (Lee et al., 2012).
También se consideró un canal de trayectorias múltiples con reflexiones, como se representa en la figura 2.6. Se supuso que los elementos de la antena eran ideales y la polarización vertical. Para el análisis se colocaron dos paredes en ambos lados de la trayectoria de LoS.
Figura 2.6. Arreglo de antenas transmisoras y receptoras en un canal multitrayecto (con reflexiones) (Lee et al., 2012).
En el artículo realizado por (Torkildson et al., 2010) se investiga el multiplexado espacial en el entorno de múltiples característica en interiores utilizando banda milimétrica. Si bien las tasas de intercambio de datos que ofrecen los estándares de onda milimétrica actuales y emergentes ya superan las tasas de transmisión por enlaces a baja frecuencia, estas velocidades se pueden aumentar aún más por la aplicación de técnicas de varias salidas de procesamiento (MIMO) de múltiples entradas.
Se considera un enlace MIMO el que consta de Nt antenas de transmisión y Nr antenas de recepción.
Se propone una arquitectura de transceptor basado en una serie de subconjuntos, que proporciona tanto ganancia de orientación del haz (lo que reduce la potencia por un elemento de antena y simplifica el receptor) como ganancia espacial de multiplexado. Después se considera un esquema con una constelación limitada, transmitir con un haz orientado y una recepción MMSE, que refleja más de cerca el hardware práctico.
Se presenta un modelo de propagación de ambiente interior que nos permite evaluar el impacto de la propagación de múltiples rutas, las variaciones del rango enlace, y las obstrucciones en condiciones de visual directa entre las antenas transmisoras y receptoras. El entorno de propagación, que se muestra en la Figura 2.7 es una sala de dimensiones w × l × h. La posición del receptor se fija en el centro de la pared frontal en las coordenadas (w / 2,0, h / 2). La posición del transmisor es variable, y dada por las coordenadas (X, Y, h / 2), donde 0≤x≤w y 0≤y≤l. Dada la naturaleza especular de las reflexiones de onda mm, se modela el medio ambiente utilizando el método de la óptica geométrica (Smulders, 1994).
Figura 2.7. Entorno de propagación propuesto (Torkildson et al., 2010).
Los caminos desde el transmisor al receptor en condiciones de visual directa, así como de un solo rebote se reflejan fuera de las paredes laterales y el techo. Se tienen en cuenta en las simulaciones las pérdidas debido a trayectorias adicionales y pérdidas por reflexión que incurren en el modelo.
En el artículo de (Phan-Huy et al., 2014), se desarrolla una propuesta de baja complejidad que utiliza la transformada discreta de Fourier basada en el multiplexado espacial (DFT- SM), con la máxima razón transmisión (DFT-SM-MRT).
Como resultado de las simulaciones realizadas, se pudo constatar que se logra una gran eficiencia espectral y robustez a la desalineación y la reflexión empleando el esquema DFT-SM-MRT a pesar de tener una menor complejidad que el esquema SVD. El esquema DFT-SM-MRT, no es más que una combinación de dos técnicas, la primera es la DFT basada en el multiplexado espacial y la segunda se basa en la formación del haz con máxima razón de transmisión. Utilizándose la transformada de Fourier discreta inversa (IDFT), en el dominio espacial en el transmisor, y la Transformada Discreta de Fourier (DFT) también en el dominio espacial, pero en el receptor. Cuando el esquema de DFT- SM, se utiliza con arreglos de antenas lineales, los flujos de datos son mapeados desde varios ángulos de salida, que son detectados en el lado receptor desde varios ángulos de llegada, figura 2.8.
Figura 2.8. DFT-SM para arreglo lineal (Phan-Huy et al., 2014).
Cuando se utiliza DFT-SM con un arreglo de antenas circular, entonces el flujo de datos se mapea en varios momentos angulares, figura 2.9.
Figura 2.9 DFT-SM para arreglo circular (Phan-Huy et al., 2014).
Se ha demostrado que la DFT-SM logra el rendimiento SVD, si los arreglos circulares están perfectamente alineados. Además, sobre la base de un modelo de canal de onda esférica, donde la alineación de los arreglos lineales de antenas proporcionan mejores condiciones para la multiplexación espacial en condiciones LOS. En la práctica los desalineamientos leves no pueden ser evitados (se espera una reducción del número de flujos con la multiplexación espacial), por lo que se emplea un pre-codificador MRT basado en CSIT para comprobar el estado del canal y compensar los desajustes.
Para la obtención de los resultados, el análisis se realizó, para una transmisión de una sola portadora de banda estrecha, por lo que se considera el canal como bloque principal, en el dominio de la frecuencia. No obstante dichos resultados pueden ser extendidos a escenarios de banda ancha con sistemas multi-portadoras, considerando cada sub-portadora, de forma independiente como lo trata el estándar WiFi de 60 GHz que se basa en la multiplexación por códigos ortogonales.
En el artículo (Phan-Huy et al., 2014) se presentó una propuesta de baja complejidad que puede ser utilizado para la comunicación en los sistemas MIMO de ondas milimétricas, donde los arreglos de antenas presentan problemas debido a la separación entre estas al no
propuesto permite ubicar los arreglos de antenas de los sistemas MIMO con separaciones arbitrarias entre las antenas. La DFT basado en multiplexación espacial con máxima razón de transmisión, combina IDFT y pre-codificadores MRT en el transmisor y DFT en el decodificador del receptor. A primera vista, el sistema tiene una complejidad mucho menor que el esquema SVD, que es la solución de referencia elegida para un sistema MIMO mal acondicionado. Mediante simulaciones se demuestra que la propuesta logra una alta eficiencia espectral siendo robusto a la desalineación, también se ha demostrado que el arreglo circular, supera a la disposición lineal de antenas.
En el artículo elaborado por (Zhang et al., 2013) se propone un nuevo esquema de transmisión para los sistemas MIMO, denominado Generalización de Pre-codificación basada en modulación espacial (GPSM), donde la idea clave es que un subconjunto de antenas receptoras son activadas siendo este patrón de activación el portador de información útil. Además se plantea el diseño de una matriz de refuerzo para la obtención de mejoras en el rendimiento del esquema GPSM propuesto. Cuantitativamente, GPSM es capaz de soportar un rendimiento similar a los arreglos de antenas MIMO basados en multiplexación convencional, con una ganancia de 1 dB y el mismo grado de complejidad en el receptor. Además, el esquema de GPSM asistido por matriz de refuerzo alcanza una mejora aún mayor en el rendimiento entre 3 y 4 dB más en comparación con el esquema de GPSM convencional. La idea del esquema GPSM se basa en el esquema PSM, el cual no es más que la activación de una de las Nr antenas receptoras con la ayuda de del transmisor de pre-codificación donde la información extra de cual antena activar, es transmitida junto con la información modulada, es decir en el esquema PSM solo una de las antenas Nr de recepción se activa por cada símbolo espacial, con el fin de evitar la amplificación de potencia durante el pre-procesamiento en el canal MIMO. La limitación del esquema PSM mencionado anteriormente, es que solo una antena receptora es activada a la vez, lo que limita en flexibilidad, por lo que se generaliza este esquema para permitir la activación de múltiples antenas receptoras surgiendo GPSM “Generalised Pre-coding Aided Spatial Modulation” como ya se mencionó, facilitando la transmisión simultaneas de varios flujos de datos, donde cada símbolo espacial en GPSM corresponde a un patrón de activación en un subconjunto de antenas receptoras. El nivel complejidad del esquema GPSM en el
codificación convencional, donde se ve una mejora es en el grado de complejidad de detección del receptor lado del receptor. Por lo que se realiza una comparación de los esquemas PSM / GPSM y el clásico SM / GSM llegando a la conclusión de que estas no pueden ser hechas en circunstancias iguales porque la complejidad del esquema PSM/GPSM no puede ser impuesta al esquema SM/GSM, debido a que el requisito de conocimiento del canal de PSM / GPSM es más exigente que el de SM / GSM, ya que el primero sufre más de un posible deterioro de retroalimentación, además de los errores de estimación de canal se encuentran en el receptor, que son comunes para ambos esquemas. En este trabajo, además se investiga, el impacto y la robustez de GPSM frente a los errores de la Transmisión de información de estado de canal (CSIT), suponiendo que el transmisor es capaz de rastrear con precisión la información de estado de canal (CSI) a largo plazo y sujeta a errores instantáneos. Siendo esta consideración práctica, pues en los sistemas LTE, los patrones piloto periódicos, generalmente están integrados en la carga útil. Se realiza una comparación entre los sistemas MIMO convencionales y los esquemas GPSM en cuanto a razón d error de bit (BER), correspondiente a Na= Nr, se logra demostrar que con el esquema GPSM se consigue una mejora sustancial en la BER sobre el esquema MIMO convencional, independientemente de su rendimiento en potencia, al aumentar el rendimiento de los esquemas GPSM (aumentando el número de antenas activadas) es que se logra la mejora en la BER. Además el esquema GPSM exhibe una ganancia de aproximadamente 1 dB SNR en la BER de Pe = 10-5, cuando se compara con el esquema de MIMO convencional correspondiente a Na = Nr y esto se consigue con el mismo rendimiento y grado de complejidad. También se realiza una comparación del esquema GPSM y GPSM con matriz de refuerzo donde en este último mediante simulaciones se demuestra que se consigue una mejora en la BER debido a que la matriz de refuerzo, es capaz de proporcionar ganancia de RSN entre 3 y 4dB. El esquema GPSM (generalización del esquema PSM) contribuye a la flexibilidad y baja complejidad en entornos tanto idealizados y realistas de los sistemas MIMO. Comprobándose que mediante el empleo de una matriz de refuerzo en el esquema GPSM aumenta más aun la eficiencia en cuanto a BER que los esquemas GPSM tradicionales.
significativa ventaja en cuanto a la relación señal-ruido (SNR) sobre los sistemas MIMO de modulación convencional multiusuario en gran escala. La contribución de este artículo radica en que se abordan aspectos importantes del procesamiento de larga dimensión de la señal en la estación base (BS) receptora en los sistemas multiusuario SM-MIMO de gran escala, donde cada usuario está equipado con múltiples antenas de transmisión pero sólo un canal de RF de transmisión y la BS está equipada con decenas o cientos de antenas de recepción.
En concreto, se proponen dos nuevos algoritmos para la detección de señales SM-MIMO de gran escala en la BS; uno se basa en el paso de mensajes (messagepassing) y el otro está basado en la búsqueda local. Los algoritmos propuestos logran buen rendimiento y escalabilidad. Se demuestra que para la misma eficiencia espectral, SM-MIMO supera al MIMO convencional por varios dB.
Los sistemas MIMO convencionales tienen como características típicas que habrá un canal de transmisión RF por cada antena transmisora (es decir, si nt es el número de antenas de transmisión, el número de canales de RF también será nt), y solo bits de información son contenidos en los símbolos de modulación (por ejemplo, QAM). Por otra parte, en los sistemas MIMO de modulación espacial (SM- MIMO) habrá múltiples antenas de transmisión, pero sólo un canal de RF de transmisión, y el índice de la antena de transmisión activa también se transmite en los bits de información a través de los símbolos de modulación. SM- MIMO ofrece las ventajas de reducir la complejidad del hardware RF, su tamaño y costo.
Se puede ver como en la figuras 2.10 ( a ) y 2.10 ( b ) ilustran la gran escala multiusuario a Sistema SM- MIMO (con K usuarios , N antenas BS , nt transmiten antenas por usuario ,y = NRF cadena de RF 1 de transmisión por usuario) y sistema MIMO masiva (con K usuarios , N antenas BS , 1antena de transmisión por usuario, y la cadena de transmisión RF 1 por usuario), respectivamente.
a)Sistema SM-MIMO. b) Sistema MIMO masivo.
Figura 2.10. Arquitectura gran escala sistema SM-MIMO multiusuario y Sistema MIMO masivo (Lakshmi et al., 2014).