WiMAX MIMO se refiere al uso de la tecnología de comunicaciones de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) en WiMAX , que es el nombre comercial de la tecnología para la implementación del estándar IEEE 802.16 .
Fondo
WiMAX
WiMAX es la marca de tecnología para la implementación del estándar IEEE 802.16 , que especifica la interfaz aérea en la PHY (capa física) y en la MAC (capa de control de acceso medio). Además de especificar el soporte de varios anchos de banda de canal y la modulación y codificación adaptativas, también especifica el soporte para antenas MIMO para proporcionar buenas características sin línea de visión (NLOS) .
Ver también : Foro WiMax
MIMO
MIMO significa Multiple Input y Multiple Output , y se refiere a la tecnología en la que hay múltiples antenas en la estación base y múltiples antenas en el dispositivo móvil. El uso típico de la tecnología de múltiples antenas incluye teléfonos celulares con dos antenas, computadoras portátiles con dos antenas (por ejemplo, integradas en el lado izquierdo y derecho de la pantalla), así como dispositivos CPE con múltiples antenas emergentes.
La implementación de la red celular predominante es tener múltiples antenas en la estación base y una sola antena en el dispositivo móvil . Esto minimiza el costo de la radio móvil. A medida que bajan los costos de los componentes de radiofrecuencia (RF) en los dispositivos móviles, las segundas antenas en los dispositivos móviles pueden volverse más comunes. Actualmente, en la tecnología Wi-Fi se utilizan varias antenas de dispositivos móviles (por ejemplo, IEEE 802.11n), donde los teléfonos móviles, portátiles y otros dispositivos habilitados para WiFi suelen tener dos o más antenas.
Tecnología MIMO en WiMAX
Las implementaciones de WiMAX que utilizan la tecnología MIMO se han vuelto importantes. El uso de la tecnología MIMO mejora la recepción y permite un mejor alcance y velocidad de transmisión. La implementación de MIMO también le da a WiMAX un aumento significativo en la eficiencia espectral . [1]
Negociación automática MIMO
La configuración MIMO definida por 802.16 se negocia dinámicamente entre cada estación base individual y estación móvil. La especificación 802.16 admite la capacidad de admitir una combinación de estaciones móviles con diferentes capacidades MIMO. Esto ayuda a maximizar el rendimiento del sector al aprovechar las diferentes capacidades de un conjunto diverso de estaciones móviles de proveedores.
Código de espacio-tiempo
La especificación 802.16 admite la técnica de múltiples entradas y salidas únicas (MISO) de la diversidad de transmisión , que comúnmente se conoce como código de espacio-tiempo (STC) . Con este método, se emplean dos o más antenas en el transmisor y una antena en el receptor. El uso de múltiples antenas de recepción (por lo tanto, MIMO) puede mejorar aún más la recepción de las señales transmitidas por STC.
Con una tasa de diversidad de transmisión = 1 (también conocida como "Matriz A" en el estándar 802.16), se transfieren diferentes constelaciones de bits de datos en dos antenas diferentes durante el mismo símbolo. El conjugado y / o inverso de las mismas dos constelaciones se transfieren nuevamente en las mismas antenas durante el siguiente símbolo. La tasa de transferencia de datos con STC sigue siendo la misma que en el caso de referencia. La señal recibida es más robusta con este método debido a la redundancia de transmisión. Esta configuración ofrece un rendimiento similar al caso de dos antenas receptoras y una antena transmisora.
Multiplexación espacial
La especificación 802.16 también admite la técnica MIMO de multiplexación espacial (SMX) , también conocida como tasa de diversidad de transmisión = 2 (también conocida como "Matriz B" en el estándar 802.16). En lugar de transmitir el mismo bit a través de dos antenas, este método transmite un bit de datos desde la primera antena y otro bit desde la segunda antena simultáneamente, por símbolo. Siempre que el receptor tenga más de una antena y la señal sea de calidad suficiente, el receptor puede separar las señales. Este método implica una complejidad y un gasto adicionales tanto para el transmisor como para el receptor. Sin embargo, con dos antenas de transmisión y dos antenas de recepción, los datos se pueden transmitir dos veces más rápido que los sistemas comparados que utilizan códigos de espacio-tiempo con una sola antena de recepción.
Uso de la red WiMAX de multiplexación espacial
Un uso específico de Spatial Multiplexing es aplicarlo a los usuarios que tienen la mejor calidad de señal, para que se pierda menos tiempo transmitiéndoles. Los usuarios cuya calidad de señal es demasiado baja para permitir que se resuelvan las señales multiplexadas espacialmente se quedan con la transmisión convencional. Esto permite que un operador ofrezca velocidades de datos más altas a algunos usuarios y / o sirva a más usuarios. El mecanismo de negociación dinámica de la especificación WiMAX ayuda a habilitar este uso.
WiMAX MISO / MIMO con cuatro antenas
La especificación 802.16 también admite el uso de cuatro antenas. Se admiten tres configuraciones.
Modo de cuatro antenas WiMAX 1
Con tasa = 1 usando cuatro antenas, los datos se transmiten cuatro veces por símbolo, donde cada vez los datos se conjugan y / o se invierten. Esto no cambia la tasa de datos, pero le da a la señal más robustez y evita aumentos repentinos en las tasas de error.
Modo de cuatro antenas WiMAX 2
Con tasa = 2 usando cuatro antenas, la tasa de datos solo se duplica, pero aumenta en robustez ya que los mismos datos se transmiten dos veces en comparación con solo una vez con el uso de dos antenas.
Modo Matriz C de cuatro antenas WiMAX
La tercera configuración que solo está disponible usando cuatro antenas es Matrix C, donde se transmite un bit de datos diferente desde las cuatro antenas por símbolo, lo que le da cuatro veces la tasa de datos de referencia.
Velocidad de datos | |||||
1x | 2x | 4x | |||
4 | STC (Matriz A) | STC y SMX (Matriz B) | Solo SMX (Matriz C) | ||
Número de antenas de transmisión | 2 | STC (Matriz A) | SMX (Matriz B) | imposible | |
1 | Caso de referencia | imposible | imposible |
Rx | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | ||
4 | STC (Matriz A) | 2xSMX (Matriz B) STC + 2xMRC (Matriz A) | 2xSMX (Matriz B) STC + 3xMRC (Matriz A) | 4xSMX (Matriz C) | |
Tx | 2 | STC (Matriz A) | 2xSMX (Matriz B) STC + 2xMRC (Matriz A) | 2xSMX (Matriz B) STC + 3xMRC (Matriz A) | STC + 4xMRC (Matriz A) |
1 | Caso de referencia | Enlace ascendente: Enlace ascendente MIMO colaborativo Enlace descendente: MRC | MRC | MRC |
Nota: MRC (combinación de relación máxima) es discrecional del proveedor y mejora la velocidad y el rango. En WiMAX, MRC en la estación base a veces también se denomina formación de haz de recepción.
Ver también : Codificación espacio-temporal y multiplexación espacial
Otras técnicas avanzadas de MIMO aplicadas a WiMAX
MIMO colaborativo de enlace ascendente
Una técnica relacionada se llama Uplink Collaborative MIMO, donde los usuarios transmiten al mismo tiempo en la misma frecuencia. Este tipo de multiplexación espacial mejora el rendimiento del sector sin requerir múltiples antenas de transmisión en el dispositivo móvil. El método común no MIMO para esto en OFDMA es programar diferentes estaciones móviles en diferentes puntos en un mapa de frecuencia de tiempo de OFDMA. La multiplexación espacial colaborativa (MIMO colaborativa) es comparable a la multiplexación espacial normal, en la que se transmiten múltiples flujos de datos desde múltiples antenas en el mismo dispositivo.
MIMO colaborativo de enlace ascendente WiMAX
En el caso de WiMAX , Uplink Collaborative MIMO es multiplexación espacial con dos dispositivos diferentes, cada uno con una antena. Estos dispositivos de transmisión están colaborando en el sentido de que ambos dispositivos deben estar sincronizados en tiempo y frecuencia para que la superposición intencional se produzca en circunstancias controladas. Entonces, los dos flujos de datos interferirán entre sí. Siempre que la calidad de la señal sea suficientemente buena y el receptor de la estación base tenga al menos dos antenas, los dos flujos de datos se pueden volver a separar. Esta técnica a veces también se denomina multiplexación espacial virtual.
Dirección de antena adaptable (AAS), también conocida como Beamforming
Una técnica relacionada con MIMO que se puede utilizar con WiMAX se llama AAS o Beamforming . Se emplean múltiples antenas y múltiples señales, que luego dan forma al haz con la intención de mejorar la transmisión a la estación deseada. El resultado es una interferencia reducida porque la señal que llega al usuario deseado aumenta y la señal que llega a otros usuarios se reduce.
Diversidad de retardo cíclico
Otra técnica relacionada con MIMO que se puede utilizar en sistemas WiMAX, pero que está fuera del alcance de la especificación 802.16, se conoce como Cyclic Delay Diversity . En esta técnica, una o más de las señales se retrasan antes de la transmisión. Debido a que las señales provienen de dos antenas, sus espectros de recepción difieren ya que cada espectro se caracteriza por protuberancias y muescas debido al desvanecimiento de múltiples rutas. En el receptor, las señales se combinan, lo que mejora la recepción porque la recepción conjunta da como resultado jorobas espectrales menos profundas y menos muescas espectrales. Cuanto más se acerque la señal a un canal plano a un cierto nivel de potencia, mayor será el rendimiento que se puede obtener.
Prueba de conformidad de radio de WiMAX MIMO
El WiMax Forum tiene un conjunto de procedimientos de prueba de conformidad estandarizados para el cumplimiento de las especificaciones PHY y MAC llamado Prueba de conformidad de radio (RCT). Cualquier aspecto tecnológico de una implementación particular de una interfaz radioeléctrica debe someterse primero al RCT. En general, se puede suponer que cualquier aspecto del estándar IEEE 802.16 que no tenga un procedimiento de prueba en el RCT aún no esté ampliamente implementado.
Implementaciones de silicio de WiMAX MIMO
Las empresas que fabrican RFIC que admiten WiMAX MIMO incluyen Intel , Beceem [1] , NXP Semiconductors y PMC-Sierra .
Ver también
Referencias
- Louay MA Jalloul y Sam. P. Alex, "Metodología de evaluación y rendimiento de un sistema IEEE 802.16e", presentado a la Sociedad de procesamiento de señales y comunicaciones de IEEE, Capítulo conjunto del condado de Orange (ComSig), 7 de diciembre de 2006. Disponible en: http: //chapters.comsoc .org / comsig / meet.html
- Alex, SP; Jalloul, LMA; "Evaluación del rendimiento de MIMO en IEEE802.16e / WiMAX", IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, vol.2, no.2, pp. 181-190, abril de 2008
- ^ "2.7.1 Rendimiento y eficiencia espectral" . wimax.com . Consultado el 3 de marzo de 2008 .
enlaces externos
- El Foro WiMAX
- Sitio web de IEEE para 802.16
- Productos PMC-Sierra WiMAX
- Evolución de WiMAX: tecnologías y aplicaciones emergentes, editado por M. Katz y F. Fitzek, 2009. Capítulo 16, Tecnologías MIMO para sistemas WiMAX: presente y futuro, por C.-B. Chae, K. Huang y T. Inoue
- GEDOMIS (DemOnstrator de hardware genérico para sistemas MIMO): implementación de capa PHY de MIMO mobile WiMAX