MIMO multiusuario
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MIMO multiusuario ( MU-MIMO ) es un conjunto de tecnologías de entrada y salida múltiples (MIMO) para la comunicación inalámbrica de múltiples rutas , en el que varios usuarios o terminales, cada uno de los cuales se comunica por radio a través de una o más antenas, se comunican entre sí. Por el contrario, MIMO de usuario único (SU-MIMO) implica un solo usuario o terminal equipado con múltiples antenas que se comunica con precisamente otro nodo equipado de manera similar. De manera análoga a cómo OFDMA agrega capacidad de acceso múltiple a OFDM en el ámbito de las comunicaciones celulares, MU-MIMO agrega la capacidad de múltiples usuarios a MIMO en el ámbito inalámbrico.

SDMA, [1] [2] [3] MIMO masivo, [4] [5] multipunto coordinado (CoMP), [6] y MIMO ad hoc están todos relacionados con MU-MIMO; cada una de esas tecnologías a menudo aprovecha los grados de libertad espacial para separar a los usuarios.

Tecnología

MU-MIMO aprovecha a múltiples usuarios como recursos de transmisión distribuidos espacialmente, a costa de un procesamiento de señales algo más caro. En comparación, el MIMO convencional de un solo usuario (SU-MIMO) implica únicamente dimensiones de múltiples antenas de dispositivos locales. Los algoritmos MU-MIMO mejoran los sistemas MIMO donde las conexiones entre usuarios cuentan más de uno. MU-MIMO se puede generalizar en dos categorías: canales de transmisión MIMO (MIMO BC) y canales de acceso múltiple MIMO (MIMO MAC) para situaciones de enlace descendente y ascendente, respectivamente. De nuevo, en comparación, SU-MIMO puede representarse como un MIMO de punto a punto, por pares.

Para eliminar la ambigüedad de las palabras receptor y transmisor , podemos adoptar los términos punto de acceso (AP) o estación base y usuario . Un AP es el transmisor y un usuario el receptor para las conexiones de enlace descendente y viceversa para las conexiones de enlace ascendente. Las redes homogéneas se liberan de esta distinción ya que tienden a ser bidireccionales.

Transmisión MIMO (MIMO BC)

Sistema MIMO multiusuario: carcasa MIMO BC
Ejemplo de matriz de canales de valor real diagonalizados en bloque (8 antenas transmisoras en la estación base, 3 equipos de usuario).

MIMO BC representa un caso de enlace descendente MIMO donde un solo remitente transmite a múltiples receptores dentro de la red inalámbrica. Ejemplos de procesamiento de transmisión avanzado para MIMO BC son la precodificación con reconocimiento de interferencias y la programación de usuario de enlace descendente basada en SDMA. Para el procesamiento de transmisión avanzada, qfz debe conocerse en el transmisor (CSIT). Es decir, el conocimiento de CSIT permite mejorar el rendimiento y los métodos para obtener CSIT adquieren una importancia significativa. Los sistemas MIMO BC tienen una ventaja sobresaliente sobre los sistemas SU-MIMO punto a punto, especialmente cuando el número de antenas en el transmisor, o AP, es mayor que el número de antenas en cada receptor (usuario). Las categorías de técnicas de precodificación que puede utilizar MIMO BC incluyen, una, las que utilizan codificación de papel sucio (DPC) y técnicas lineales [7]y dos, técnicas híbridas (analógicas y digitales). [8]

MAC MIMO

A la inversa, el canal de acceso múltiple MIMO o MIMO MAC representa un caso de enlace ascendente MIMO en la red inalámbrica de múltiples emisores a receptores únicos. Ejemplos de procesamiento de recepción avanzado para MIMO MAC son la cancelación de interferencia conjunta y la programación de usuarios de enlace ascendente basada en SDMA. Para el procesamiento de recepción avanzado, el receptor debe conocer la información del estado del canal en el receptor (CSIR). Conocer CSIR es generalmente más fácil que conocer CSIT. Sin embargo, conocer CSIR cuesta muchos recursos de enlace ascendente para transmitir pilotos dedicados de cada usuario al AP. Los sistemas MIMO MAC superan en rendimiento a los sistemas MIMO punto a punto, especialmente cuando el número de antenas receptoras en un AP es mayor que el número de antenas transmisoras de cada usuario.

MIMO de capa cruzada

MIMO entre capas mejora el rendimiento de los enlaces MIMO al resolver ciertos problemas entre capas que pueden ocurrir cuando se emplean configuraciones MIMO en un sistema. También se pueden utilizar técnicas de capas cruzadas para mejorar el rendimiento de los enlaces SISO. Ejemplos de técnicas de capas cruzadas son codificación conjunta de canal de origen, modulación y codificación adaptables (AMC o "Adaptación de enlace"), ARQ híbrido (HARQ) y programación de usuarios.

Multiusuario a multiusuario

La red ad hoc inalámbrica altamente interconectada aumenta la flexibilidad de las redes inalámbricas a costa de una mayor interferencia de múltiples usuarios. Para mejorar la inmunidad a la interferencia, los protocolos de capa PHY / MAC han evolucionado desde la transmisión basada en la competencia hasta la transmisión y recepción basada en la cooperación. Comunicaciones inalámbricas cooperativaspuede aprovechar la interferencia, que incluye la autointerferencia y otras interferencias del usuario. En las comunicaciones inalámbricas cooperativas, cada nodo puede utilizar la autointerferencia y otras interferencias del usuario para mejorar el rendimiento de la codificación y decodificación de datos, mientras que los nodos convencionales generalmente están dirigidos a evitar la interferencia. Por ejemplo, una vez que se puede decodificar una interferencia fuerte, un nodo decodifica y cancela la interferencia fuerte antes de decodificar la autoseñal. La mitigación de las relaciones de portadora sobre interferencia (CoI) bajas se puede implementar en las capas de red PHY / MAC / Aplicación en sistemas cooperativos.

  • Investigación cooperativa de múltiples antenas: aplique múltiples tecnologías de antenas en situaciones con antenas distribuidas entre terminales inalámbricos vecinos.
    • Diversidad cooperativa : logre una ganancia de diversidad de antenas mediante la cooperación de antenas distribuidas que pertenecen a cada nodo independiente.
    • MIMO cooperativo: logre las ventajas de MIMO , incluida la ganancia de multiplexación espacial , utilizando la cooperación de transmisión o recepción de antenas distribuidas que pertenecen a muchos nodos diferentes.
  • Relevo cooperativo: aplique conceptos cooperativos en técnicas de relevo, que es similar a la diversidad cooperativa en términos de señalización cooperativa. Sin embargo, el criterio principal de la retransmisión cooperativa es mejorar la región de compensación entre retraso y rendimiento, mientras que la diversidad cooperativa y MIMO es mejorar el rendimiento del enlace y del sistema a expensas de una pérdida mínima de cooperación.
  • Transmitir técnicas para la cooperación
    • Almacenar y reenviar (S&F), amplificar y reenviar (A&F), decodificar y reenviar (D&F), cooperación codificada, cooperación codificada espacial, comprimir y reenviar (C&F), métodos no ortogonales

Cooperativa MIMO (CO-MIMO)

Artículo principal: Cooperativa MIMO

CO-MIMO , también conocido como MIMO de red ( net-MIMO ), o MIMO ad hoc , utiliza antenas distribuidas que pertenecen a otros usuarios, mientras que MIMO convencional, es decir, MIMO monopuesto, solo emplea antenas pertenecientes al terminal local. CO-MIMO mejora el rendimiento de una red inalámbrica al introducir múltiples ventajas de antena, como diversidad, multiplexación y formación de haces . Si el interés principal gira en torno a la ganancia de diversidad, se conoce como diversidad cooperativa . Puede describirse como una forma de macro-diversidad , utilizada, por ejemplo, en el traspaso suave . MIMO cooperativo corresponde a la macro diversidad del transmisor oemisión simultánea . Una forma simple que no requiere ningún procesamiento de señal avanzado son las redes de frecuencia única (SFN), que se utilizan especialmente en la transmisión inalámbrica. Las SFN combinadas con la programación adaptativa de canal o de tráfico se denominan redes dinámicas de frecuencia única (DSFN).

CO-MIMO es una técnica útil para futuras redes celulares que consideren redes inalámbricas en malla o redes inalámbricas ad hoc. En las redes inalámbricas ad hoc , varios nodos de transmisión se comunican con varios nodos de recepción. Para optimizar la capacidad de los canales ad hoc, los conceptos y técnicas de MIMO se pueden aplicar a múltiples enlaces entre los grupos de nodos de transmisión y recepción. A diferencia de las antenas múltiples en un transceptor MIMO de un solo usuario, los nodos participantes y sus antenas se ubican de manera distribuida. Entonces, para lograr la capacidad de esta red, las técnicas para administrar los recursos de radio distribuidos son esenciales. Estrategias como la cognición de interferencia autónoma, la cooperación de nodos y la codificación de red con codificación de papel sucio se han sugerido para optimizar la capacidad de la red inalámbrica.

Ver también

  • Sistema de antena distribuida
  • Red de malla
  • Red ad hoc móvil
  • Matriz en fase
  • Acceso múltiple por división de espacio
  • Codificación / procesamiento espacio-temporal

Referencias

  1. ^ N. Jindal, Canales de transmisión MIMO con retroalimentación de tasa finita , Transacciones IEEE sobre teoría de la información, vol. 52, no. 11, págs. 5045–5059, 2006.
  2. ^ D. Gesbert, M. Kountouris, RW Heath Jr., C.-B. Chae y T. Sälzer, Cambiando el paradigma MIMO , Revista de procesamiento de señales IEEE, vol. 24, no. 5, págs. 36-46, 2007.
  3. ^ R. Tweg, R. Alpert, H. Leizerovich, A. Steiner, E. Levitan, E. Offir-Arad, AB Guy, B. Zickel, A. Aviram, A. Frieman, M. Wax, Implementación ASIC de formación de haces y SDMA para la implementación de WiFi en áreas metropolitanas , Conferencia Global de Telecomunicaciones, 2006. GLOBECOM '06. IEEE.
  4. ^ TL Marzetta, Inalámbrico celular no cooperativo con un número ilimitado de antenas de estación base Transacciones IEEE sobre comunicaciones inalámbricas, vol. 9, no. 11, págs.56-61, 3590-3600, noviembre de 2010.
  5. ^ J. Hoydis, S. ten Brink, M. Debbah, Massive MIMO en UL / DL de redes celulares: ¿Cuántas antenas necesitamos? Revista IEEE sobre áreas seleccionadas en comunicaciones, vol. 31, no. 2, págs. 160-171, febrero de 2013.
  6. ^ E. Björnson y E. Jorswieck, Asignación óptima de recursos en sistemas multicelulares coordinados , fundamentos y tendencias en la teoría de las comunicaciones y la información, vol. 9, no. 2-3, págs. 113-381, 2013.
  7. ^ Q. Spencer; M. Haardt & AL Swindlehurst (febrero de 2004). "Métodos de fuerza cero para la multiplexación espacial de enlace descendente en canales MIMO multiusuario". IEEE Trans. Proceso de señal . 52 (2): 461. Bibcode : 2004ITSP ... 52..461S . doi : 10.1109 / TSP.2003.821107 . S2CID  616082 .
  8. ^ Vizziello, A., Savazzi, P. y Chowdhury, KR (2018). Una precodificación híbrida basada en Kalman para sistemas MIMO de ondas milimétricas multiusuario. Acceso IEEE, 6, 55712-55722.

enlaces externos

  • Formación de haces MU-MIMO por interferencia constructiva , Proyecto de demostraciones Wolfram
  • Peel, CB, Spencer, QH, Swindlehurst, AL y Haardt, M. (2004). Una introducción al enlace descendente MIMO multiusuario. Revista de comunicaciones IEEE, 61.
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