¿Qué es MIMO?

Escrito por leopedrini jueves, 08 de septiembre de 2011 17:02:00 Categories: Curso
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Las nuevas tecnologías están cada vez más presente en nuestro día a día, las redes van evolucionar hacia formas más modernas - y prácticas!

Para habilitar esta revolución tecnológica, nuevas técnicas deben ser desarrolladas y las existentes necesitan ser  mejoradas.

Vamos a hablar aquí en telecomHall algunas de estas técnicas, como siempre tratando de establecer una explicación de la manera más simple posible, para que comprenda cómo estas innovaciones lograron convertirse en realidad.

 

 

Comenzamos hoy con: MIMO. ¿Has oído?

Incluso si usted ya posee conocimiento al respecto, te invitamos a leer este breve resumen a su disposición.

 

  • Traducido por: Raymond El Principe
    • Analista de tendencias sociales y Futuro Ing En Telecomunicaciones
    • Más información sobre Raymond en: @RaymondElPrincp.

 

SISO, MISO, SIMO

Antes de hablar específicamente sobre MIMO, lo sabemos, o recordar lo que también significa SISO, SIMO y MISO.

Aunque pueda sonar como una especie de bloqueo de lenguas, de hecho, estas letras se 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.

Vamos a empezar con el 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 es más fácil de entender: 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 la demostración nos vamos a limitar a un máximo de dos antenas en las ilustraciones.

 

Recuerde que estamos hablando del canal de radio, la siguiente figura ayuda a entender mejor esta nomenclatura.

 

Así que más o menos frente a MISO, SIMO también - "una sola entrada, salida múltiple".

 

MIMO

Entendida de esta nomenclatura, podemos hablar de MIMO.

Como se mencionó, aunque en la práctica puede tener múltiples antenas en el transmisor y las antenas múltiples en el receptor, que representan nuestro sistema con dos antenas en cada lado.

 

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

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.

 

Aunque más complejo, que conlleva, es una ganancia de rendimiento enorme, o la eficiencia del uso del espectro, como veremos a continuación.

Y de nuevo, hay un gran complejo de cómo funciona MIMO, y sus variaciones. Vamos a tratar de mostrar aquí simplemente como funciona, es decir, como es posible.

Una buena analogía para fijar el concepto de MIMO es imaginar que tenemos dos bocas y el uso de los dos que preguntar a alguien:

"¿HOW OLD ARE YOU?"

Tenga en cuenta que se utilizan cuatro palabras. Como tenemos dos bocas, se puede utilizar para "¿HOW OLD", y otro - al mismo tiempo - a "ARE YOU?".

Con dos bocas hablando al mismo tiempo, si los oídos de la otra persona están muy limpias, y lo mismo es inteligente, capaz de entender.

Es decir, se habla cuatro palabras en el mismo tiempo que hablaba dos palabras.

¿Qué significa esto? En términos de datos, suponemos que cada palabra tiene 100 KB. Así que estamos enviando a 400 KB. Pero ya que estamos transmitiendo dos flujos en paralelo, cada uno con una pieza de información. Es decir, pasamos de los 400 KB en la mitad del tiempo que tomaría para transmitir por lo general con un arroyo.

 

En pocas palabras, esto es lo que hace MIMO, y permite alcanzar altas tasas de 300 a 600 Mbps!

Por lo tanto, la tecnología MIMO se utiliza para mejorar el acceso inalámbrico en un gran número de aplicaciones. Varias normas de acceso tales como LTE, WiMax, WiFi y HSPA utilizar esta ganancia para lograr las mejoras significativas que cada uno posee.

Y ahora tenemos un concepto que parece estar en contra de todo lo que hemos aprendido: MIMO se basa en la interferencia con la línea de visión directa (LOS), es decir, la ruta de señal entre la estación y móvil.

Para presentar la ventaja de MIMO es que necesitamos una buena diversidad de la señal.

 

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 combinan y se recuperó!

Como se ve en la analogía anterior, 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.

Pero bueno, ¿cómo funciona?

En el pasado, DSP, o procesadores digitales de señales no se desarrollaron como. Actualmente, sin embargo, han evolucionado mucho - y aún en evolución. Los procesadores son muy potentes, capaces de recuperar nuestra señal transmitida cuando se llega al receptor a diferentes intervalos de tiempo.

El DSP de entonces tienen la responsabilidad de tomar los datos, "separado" en diferentes partes, cada parte envía a través de antenas diferentes al mismo tiempo, el mismo canal. Y hacer el proceso inverso en el receptor.

 

El resultado es obvio: estamos en condiciones de enviar una cierta cantidad de datos en la mitad del tiempo que normalmente tomaría.

Cada antena tiene su propio flujo de datos, tanto en transmisión y recepción. Al final, entonces tenemos los datos recibidos.

Recuerde, la trayectoria múltiple varía según la ubicación, y esta variación es muy dinámico - difícil de predecir. Sin embargo, el múltiple hace posible que la antena de recepción para diferenciar entre los datos que se transmiten en el mismo canal al mismo tiempo.

 

OFDM

A continuación, introduzca el acceso a través de OFDM - 'Orthogonal Frequency Division Multiplexing'. Vamos a hablar más sobre este tipo de multiplexado / acceso en otro tutorial, pero OFDM es muy importante en el funcionamiento de los sistemas MIMO a las nuevas generaciones de tecnologías móviles.

 

Es más fácil si se hace una comparación.

En un sistema único transportista que los símbolos (las piezas de información) transmitida a través de banda ancha, cada uno transmite de forma secuencial, y un período de tiempo relativamente corto.

  • Símbolos Transmitidos en Serie
  • Banda Ancha
  • Período de Símbolo Corto

En los símbolos OFDM se transmiten en paralelo, cada uno con un espectro relativamente estrecho. Sin embargo, cada símbolo se transmite por un período mayor de tiempo!

  • Símbolos Transmitidos en Paralelo
  • La frecuencia de banda estrecha
  • Período de Símbolo Largo

Este escenario representa una ventaja en la recepción de la señal, ya que es mucho más fácil para el receptor para revisar cada uno de los símbolos - incluso en caso de sufrir alguna degradación, recuerde que se transmiten a través de un período mucho más largo.

En transmisión de banda ancha durante el breve intervalo de tiempo en el que se transmite a cada símbolo, podemos tener problemas con la pérdida de datos, lo que hace difícil recuperarlos. Si hay interferencia en la señal, una parte significativa del mismo pueden ser degradados y puede terminar por lo que es imposible recibir ciertos símbolos (con bits de información) correctamente.

 

En el OFDM, mientras que el ancho de banda es más estrecha, cada símbolo transmitido es sinónimo de mucho más tiempo, y las posibilidades de éxito la recuperación son mayores.

 

La siguiente secuencia nos ayuda a entender este concepto.

 

En comparación con una sola portadora OFDM, OFDM en la metodología de múltiples frecuencias que se transmiten en paralelo - los símbolos se transmiten en paralelo!

Y cada símbolo se transmite en un período de tiempo mucho más largo. Y aún cuando tenemos un problema de la decoloración en algún momento es probable que todavía pueda recuperar la información.

Por lo tanto, con la transmisión de los símbolos de forma paralela y por un período de tiempo más largo, mayores serán las probabilidades de éxito en la recepción!

Otro hecho nuevo con respecto a lo que entendemos acerca de la transmisión y recepción de datos: el escenario conocido y común para nosotros es tener una antena en el transmisor, transmitiendo en una frecuencia determinada, y otra antena en el receptor, recibir esta misma frecuencia.

MIMO introduce un nuevo concepto en términos de la operación que se conoce, y como hemos visto, en términos de eficiencia espectral a través de la utilización de dos o más antenas para transmitir y dos o más antenas para la recepción.

Y quizás el concepto más innovador: todas las antenas de transmisión a la misma frecuencia con diferentes datos transmitidos por cada uno de ellos!

Sin duda, esto es diferente de todo lo que aprendió en la escuela, porque hemos aprendido que las frecuencias sin duda interfieren entre sí, y terminan perdiendo todos nuestros datos.

Antenas que operan en la misma frecuencia de operación y transmisión de datos diferentes genera interferencia e interferencia genera pérdidas?

No más. Afortunadamente, el uso de nuevas tecnologías avanzadas de DSP tiene la misma frecuencia, la transmisión de datos diferentes en diferentes antenas - y al mismo tiempo. Y las antenas receptoras, podemos diferenciar entre los flujos de datos.

No es difícil entender que esto representa una enorme ventaja en términos de eficiencia del uso del espectro.

Si por ejemplo tenemos dos antenas, sólo duplicar la eficiencia. Si usamos más antenas, triplicado o cuadruplicado esa eficiencia. Pero es obvio que cuanto mayor sea el número de antenas, y cuanto mayor sea la complejidad del sistema.

 

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*p1' en su segunda antena. En otras palabras, el receptor recibe un vector cuya dirección está determinada por el canal.

 

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.

 

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').

 

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.

 

Conclusión

Hoy hemos tenido una breve introducción a la tecnología MIMO, que como se mencionó, es mucho más compleja de lo que muestran, porque estamos haciendo una introducción para permitir incluso a entender su funcionamiento básico.

Sin embargo, los beneficios que vale la pena respaldar los esfuerzos de su complejidad.

Espero que hayan disfrutado, y si te ha gustado, por favor comparta la telecomHall con tus amigos. A continuación tienes algunas maneras rápidas de hacer esto.