• Author / Uploaded
• Viviana QV

• Categories
• Acceso a paquetes de alta velocidad
• Multiplexación por división de frecuencia ortogonal
• Antena (Radio)
• Wi Max
• Inalámbrico

Citation preview

UNIVERSIDAD CATOLICA ANDRES BELLO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES

MIMO vs. SISO

Integrantes: Pinto, Alba Moura, Juliennys García, Pablo

Caracas, 24 de octubre de 2012

INDICE INTRODUCCIÓN....……………………………………………………………………………………….2 SISO, MISO, SIMO..………………………………….…………………………………………………….3-4 MIMO………………………………………………………………………………………………….……….5-6 Funcionamiento MIMO……………………………………………………………………………..…..7 Aplicaciones MIMO……………………………………………………………………………………….8 Presencia en diferentes estándares………………………………...…………………………......9-11 Modos de los sistemas MIMO………………….……………………………………………………..12-13 Ejemplo MIMO……………………………………………………………………………………………...13-16 Diferencias entre MIMO y SISO………………………………………………………………………17 CONCLUSIÓN………………………………………………………………………………………………..18 BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………...19

1

INTRODUCCION Las nuevas tecnologías se encuentran cada vez más presentes en nuestro día a día, las redes van evolucionan hacia formas más modernas y prácticas. Para habilitar esta revolución tecnológica, nuevas técnicas deben ser desarrolladas y las existentes necesitan ser mejoradas. Ha pasado mucho tiempo desde que se realizó la primera transmisión vía radio, y a lo largo de este tiempo todo lo concerniente a comunicaciones inalámbricas ha sufrido una notable evolución. Todas las mejoras introducidas tienen un denominador común, el afán de transmitir mayor cantidad de información, lo más lejos posible, en el menor tiempo, con la mejor calidad y desde el punto de vista económico, con el menor costo. En esta era actual se demandan altas velocidades de transmisión y mayor calidad de comunicación. En este sentido, se han realizado grandes avances en el campo de la modulación, la codificación y el procesado de señal para lograr trasmitir la mayor cantidad de información en el menor tiempo posible, los sistemas de control provechan las propiedades espaciales del lugar y obtienen un alto rendimiento, por lo que, para conocer el comportamiento estos es necesario interpretar y entender conceptos como SISO, MISO, SIMO y MIMO

2

SISO-MISO-SIMO Corresponden a diferentes tipos de uso de un canal de radio. Es decir, se refieren a los modos de acceso del canal de radio, un sistema para transmitir y recibir. SISO - "una sola entrada, salida única", el modelo más intuitivo. Como su nombre indica, sólo tenemos una entrada en el canal de radio, y sólo una salida. En la siguiente figura tenemos el transmisor de la transmisión de datos (TX) a través de una sola antena, y su recepción en el receptor (RX), también a través de una sola antena.

Cuando el sistema tiene varias entradas y una salida, MISO - "entrada múltiple, salida única".

En este caso tenemos varias entradas, y sólo una salida. Nota: en la práctica, podemos tener más de una antena. Sólo para simplificar las demostraciones se limitará a un máximo de dos antenas en las ilustraciones. Así que más o menos frente a MISO, SIMO también - "una sola entrada, salida múltiple". 3

Sistema con diferentes tipos de diversidad espacial

4

MIMO Es una tecnología de radio comunicaciones que se refiere a enlaces de radio con múltiples antenas en el lado del transmisor y del receptor. Debido a las múltiples antenas, la dimensión espacial puede ser explotada para mejorar el desempeño del enlace inalámbrico, haciendo la señal más fuerte, más confiable y transmisiones más rápidas. Mimo se refiere específicamente a la forma como son manejadas las ondas de transmisión y recepción en antenas en comunicaciones de radio. La tecnología MIMO aprovecha las ventajas de un fenómeno ondas de radio denominado multiruta o multitrayecto, donde la información transmitida rebota en paredes, techos y otros objetos, llega a la antena receptora varias veces por distintos ángulos y en tiempos ligeramente diferentes. La multiruta es un fenómeno natural para todas las fuentes de radio, las señales de radio rebotan en los objetos y se mueven a velocidades diferentes hacia el receptor. En el pasado las llamadas multiruta causaban interferencias y ralentizaban las señales inalámbricas. MIMO aprovecha las ventajas de los múltiples trayectos para combinar la información de varias señales, mejorando tanto la velocidad e integridad de los datos.

A primera vista, y comparando con el acceso anterior, MIMO parece simple, pero desafortunadamente no lo es.

5

Su funcionamiento es mucho más complejo que los otros: ahora contamos con múltiples entradas y múltiples salidas. El mayor desafío es cómo recuperar la información original correctamente. Véase la descripción de un escenario más realista, mostrando lo que sucede en la práctica.

En otras palabras, cualquier cosa que interfiera con la ruta de señal, tales como edificios, vehículos, personas, etc. están contribuyendo a la eficiencia general del sistema, y la eficacia de las aplicaciones MIMO. La diversidad de la señal - que no tiene una ruta directa entre el transmisor una vez visto como un problema, está haciendo posible que los flujos de datos se combinen y se recuperen. MIMO permite el envío de más de un flujo de datos en un solo canal. Se duplica la velocidad que tiene ese canal - por ejemplo, se utilizan dos antenas.

6

Funcionamiento MIMO La propagación multitrayectoria es una característica de todos los ambientes de comunicación inalámbricos. Usualmente existe una ruta o trayectoria principal desde un transmisor en el punto “A” al receptor en el punto “B”. Desafortunadamente, algunas de las señales transmitidas toman otras trayectorias, irrumpiendo objetos, la tierra o capas de la atmósfera. Aquellas señales con trayectorias menos directas, llegan al receptor desfasadas y atenuadas. MIMO toma ventaja de la propagación multitrayectoria para incrementar el caudal eficaz, cobertura y fiabilidad de las señales. MIMO pone señales multitrayectoria a trabajar acarreando y concentrando más información. Cada una de estas señales son moduladas y transmitidas por una serie antenas al mismo tiempo y en el mismo canal de frecuencia. El empleo de múltiples formas de onda constituye un nuevo tipo de radio comunicación, la cual es el único medio para mejorar los tres parámetros básicos del desempeño del enlace (cobertura, velocidad y calidad de la señal). Los transmisores MIMO aprovechan las bondades de OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing). OFDM es una técnica de modulación digital que divide la señal en varios canales de banda angosta a diferentes frecuencias. Dentro de las bondades de OFDM incluyen: gran eficiencia espectral, resistencia en contra de interferencia por multitrayectoria, filtrado de ruido externo. Los principales bloques de procesamiento de un transmisor utilizando MIMO, incluyen dos antenas de transmisión con dos moduladores OFDM idénticos, convertidores analógico-digital (ADC), moduladores analógicos de radio frecuencia (RF), amplificadores de potencia (AMP POT) y antenas con patrón omnidireccional. Un transmisor MIMO con dos antenas es un modulador digital que alimenta dos 7

cadenas analógicas idénticas (circuitería DAC & RF) y dos antenas idénticas omnidireccionales. De esta manera, la transmisión MIMO-OFDM es exactamente la misma, como si dos transmisiones OFDM simultáneas ocurrieran en el mismo canal, pero con diferentes datos digitales.

Bloques principales de un transmisor básico MIMO-OFDM con dos antenas.

Aplicaciones MIMO 

Televisión Digital



Comunicaciones móviles



Redes inalámbricas de área metropolitana (WIMAX)



Redes inalámbricas de Área Local

8

Presencia en diferentes estandares El potencial de los sistemas MIMO es muy significativo y supone un gran avance en el campo de las radiocomunicaciones. Tal es su importancia que los sistemas MIMO están presentes en múltiples estándares actuales y en desarrollo. MIMO en Wimax (IEE 802.16): El estándar de Wimax solo asocia el término MIMO únicamente al multiplexado espacial. Los perfiles de Wimax móvil permiten conmutar entre las diferentes técnicas para aprovechar al máximo el potencial aportado por cada esquema. Así en condiciones favorables de funcionamiento busca maximizar la tasa de transmisión de datos utilizando multiplexación espacial, mientras que si la calidad del canal baja se busca usar técnicas de diversidad STC que consiste en tener dos antenas transmisoras y dos o más antenas receptoras. MIMO en WIFI (IEE 802.11):

La ventaja de este estándar es que

usa bandas de frecuencias que no necesitan licencia lo cual ha facilitado su penetración en el mercado. Sin embargo, los reducidos anchos de banda junto con la necesidad de aplicar técnicas para combatir las interferencias de otras tecnologías con las que comparte la banda, solo consigue obtener velocidades brutas de transmisión limitadas, con valores máximos de 54Mbps. Para incrementar la velocidad de transmisión es necesario aumentar el ancho de banda o para aumentar la eficiencia espectral. Entonces los desarrolladores del estándar proponen el uso de múltiples antenas con multiplexación espacial combinados con la posibilidad de uso de canales de doble ancho. Las primeras versiones complementan el uso de dos antenas transmisoras que permitan velocidades máximas de 300Mbps. Y versiones posteriores utilizaran 3 y 4 antenas.

9

MIMO en MBWA (IEE 802.20): El desarrollo de redes de acceso inalámbrico de banda ancha móviles (MBWA), este estándar usa MIMO para realizar una transmisión eficiente de paquetes optimizada para servicios IP. MIMO en 3GPP: Una de las características más importantes del 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ha sido HSDPA (High Speed downlink packet Access). HSDPA permite lanzar servicios de alta velocidad con un mínimo de inversión. El 3GGP identifica 3 fases en la evolución de HSDPA. En primer lugar, “HSDPA básica” permite tasas de datos de 10.8Mbit/seg. La segunda incorpora antenas inteligentes y HSUPA y la tercera fase ya contempla la combinación de OFDM y MIMO, esta fase pronostica tasas de transmisión de datos de 100Mbps en el enlace descendente mediante el uso de múltiples antenas con multiplexado espacial. La teoría y la práctica de los sistemas MIMO se centra en torno al concepto de matriz de transmisión o matriz de transferencia del canal. En un enlace de radio donde se utiliza una única pareja de antenas, una transmisora y otra receptora, la relación entre lo que se transmite por una antena y se recibe por la otra se puede expresar en el dominio de la frecuencia como: y(w) = h(w) . x(w) Donde x(w) es el fasor de la tensión a la entrada de la antena transmisora, y(w) es la tensión a la salida de la antena receptora y h(w) la función de transferencia compleja del canal de radio. En un sistema de varias antenas, la propagación puede ser en principio diferente entre cada una de las antenas transmisoras y receptoras. Para poder caracterizarla no es suficiente emplear una ecuación sencilla como la anterior sino más bien es necesario un juego de tantas ecuaciones como parejas de antenas haya. 10

En este sentido para el caso de las antenas mostradas en la figura 2, se tiene que:

Ecuación 1 Matriz de Transferencia Del Canal

Fig 2.- Propagación entre Antenas.

11

Modos de los Sistemas MIMO Beamforming: Es una técnica de procesamiento de señales que permite controlar la direccionalidad de la transmisión o la recepción de una señal en un arreglo de antenas. Si múltiples antenas transmisoras se colocan una al lado de la otra se producirá un patrón de interferencia entre ellas, pero si se ubican a una distancia adecuada y transmiten con cierto retardo predeterminado, es posible lograr que dicha interferencia sea del tipo constructiva. Sus ventajas son una mayor ganancia de señal además de una menor atenuación con la distancia. Hay que tener en cuenta que esta técnica requiere el conocimiento previo del canal a utilizar en la transmisión. Spatial Multiplexing (Multiplexación Espacial): Es una técnica que consiste en dividir la señal a transmitir en varios flujos de datos, pero de menor velocidad, es decir, se multiplexa una señal de gran ancho de banda, en señales de menor ancho de banda pero iguales entre sí. Dichos flujos se transmitirán a la misma frecuencia, pero de forma separada e individual en cada una de las múltiples antenas del transmisor. Si llegan con suficiente separación en tiempo al receptor, él será capaz de distinguirlas creando así múltiples canales en ancho de banda mínimo. Esta técnica es muy buena para aumentar la tasa de transmisión, sobretodo en ambientes con relaciones señal a ruido muy pobres. Diversidad de Código: En este caso a diferencia del anterior, se transmite un único flujo de datos, pero la señal se codifica utilizando códigos espacio-temporales y se transmite por las múltiples antenas. Esta técnica puede aplicarse en entornos en los que sólo se pueda usar un único canal y sin la necesidad de conocer las propiedades del mismo. La emisión desde varias antenas basándose en los principios de ortogonalidad es aprovechada para aumentar la diversidad de la señal. La mejora de la señal por diversidad se 12

debe a que los desvanecimientos ocurren de forma relativamente independiente en cada uno de los enlaces individuales, por lo tanto, en el receptor se escoge la mejor señal recibida.

Ejemplo MIMO En conclusión, se muestra un ejemplo de lo que es una decodificación de paquetes por un receptor MIMO. Volviendo a nuestro ejemplo inicial, supongamos que un transmisor con dos antenas. Utilizando la nomenclatura 'hij' para el canal 'h' de la antena del transmisor 'i' a la antena del receptor 'j'.

Es decir, cuando un 'p1' paquete se transmite desde la antena de un transmisor, el receptor recibe 'h11*p1' en su primera antena, y también recibe 'h12*p2' en su segunda antena. En otras palabras, el receptor recibe un vector cuya dirección está determinada por el canal.

13

Pero recuerde que nuestro ejemplo tiene dos antenas transmisoras, es decir, si bien podemos enviar otro paquete P2 a través de su antena. El receptor recibe 'h21p2' en su primera antena, y 'h22p2' en su segunda antena.

14

Con esto, tenemos un vector en el extremo receptor, definida por la suma de todos los vectores.

Claro, pero el receptor puede decodificar estos dos paquetes? Una vez que los dos paquetes se envían al mismo tiempo, representan interferencias entre sí. Para descifrar un paquete, el diseño del receptor una dirección ortogonal a la interferencia de otro paquete. Para eliminar la interferencia de la 'p2' paquete, y así ser capaz de decodificar los paquetes 'p1', el diseño del receptor una dirección ortogonal a la misma (paquete 'p2').

15

Del mismo modo, para decodificar el paquete 'p2', el receptor elimina la interferencia de la otro paquete 'p1', la proyección de una dirección ortogonal a la interferencia del mismo.

Luego, con dos antenas se puede decodificar dos paquetes de la competencia! Siguiendo el mismo razonamiento, podemos entender que la decodificación MIMO permite a los competidores y el número de paquetes como el número de antenas.

16

Diferencias entre MIMO y SISO 

MIMO emplea múltiples antenas para transmitir datos y múltiples antenas para recibirlos, mientras que SISO emplea una sola antena para transmitir y otra antena para recibir información.



MIMO envía mayor cantidad de datos en intervalos de tiempo más cortos.



MIMO se basa en la interferencia con la línea de visión directa (LOS), es decir, la ruta de señal entre la estación y móvil.



MIMO se beneficia del multitrayecto y desvanecimientos, mientras que en los sistemas SISO se generan perdidas de información. La ganancia por diversidad se da en el hecho de transmitir y recibir por varias antenas simultáneamente. Esto mejora la fiabilidad del enlace, mitigando los desvanecimientos y disminuyendo la probabilidad de error. Si los distintos enlaces del canal MIMO sufren desvanecimientos de manera independiente y la señal transmitida se construye de una manera adecuada, el receptor puede combinar las señales recibidas tal que la resultante compense en gran medida las que ha tenido el canal SISO, mejorando así la relación señal a ruido (SNR) de la señal recibida.



Los sistemas SISO son más económicos de implementar, ya que requieren menor cantidad de equipos y tiempo de instalación.

17

CONCLUSION Dado el gran interés que suscitan los sistemas inalámbricos en ámbitos de uso cotidiano, y motivado por su capacidad para mejorar la eficiencia en la transmisión de datos, se ha realizado un trabajo de análisis y performance del estándar IEEE 802.11n, el cual a su vez, hace uso de la tecnología de radio denominada MIMO. Dicho trabajo ha consistido en la capacidad de transmisión de datos en diferentes escenarios y condiciones de conectividad entre punto de acceso y clientes. Los lugares estudiados han sido interiores, exteriores mixtos. En el caso de interiores, el despliegue de redes inalámbricas de área local es una realidad hoy en día pero con unas velocidades de transmisión netas muy por debajo de las ofrecidas por las redes cableadas. El estándar 802.11n junto a los sistemas de radio MIMO permitirán que las WLAN redes inalámbricas de área local, sean una tecnología más competitiva y adaptada a las necesidades de comunicación. Los casos de exteriores mixtos están más enfocados a diferentes tipos de comunicaciones, punto multipunto o punto a punto de redes que hoy en día tienen un despliegue de áreas más extensas que las LAN tradicionales.

18

BIBLIOGRAFIA Alfonso Rosagro Escámez. Rediseño y optimización de un receptor de alta frecuencia para

sondeo

de

canales

MIMO.Julio

2007.

Escuela

Técnica

Superior

de

Ingeniería de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Cartagena. IVAN SANTIAGO y MIGUEL HINOJOSA. Estudio de tecnología MIMO y sus aplicaciones en las telecomunicaciones. Julio 2009. Escuela politécnica nacional facultad de ingeniería eléctrica Oscar Fernández Fernández. Caracterización Experimental y Modelado de Canal MIMO para aplicaciones WLAN y WMAN. Mayo 2007. Universidad de Cantabria. Departamento de Ingeniería de Comunicaciones. Santander. Yang, H.; Alcatel Shanghai Bell Co. Ltd. 2005. A Road to future Broadband Wireless Access: MIMO-OFDM-Based Air Interface. IEEE Communications Magazine, January. Flores, Cirlymar Iraida. Sistema de Transmisión con Mimo Acústico, 2012. Presentada ante la Universidad Católica Andrés Bello para la obtención del grado Ingeniero en Telecomunicaciones.

19