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MIMO beamforming, multiplexación espacial y diversidad en InSite inalámbrico

Wireless InSite proporciona características para modelar las siguientes técnicas habituales de MIMO:

  • Diversidad de antenas

  • Multiplexación espacial

  • Beamforming

Diversidad de antenas

Comparación de SINR utilizando diferentes técnicas de diversidad de receptores MIMO con 4 antenas RX. La combinación de selección (roja) reduce el desvanecimiento y mejora moderadamente el SINR, mientras que la combinación de ganancia igual (naranja) y la combinación máxima (verde) aumentan el SINR por varios dB.

En un receptor, los métodos de diversidad de antenas proporcionan una señal más robusta con menos desvanecimiento aprovechando las diferencias en la señal recibida por las antenas espaciadas media longitud de onda o más separadas entre sí.  Wireless InSite soporta tres enfoques para la diversidad de receptores:

  • Combinación de la selección: elija la señal de la antena de recepción con el SNR más fuerte

  • Combinación de ganancia igual: suma magnitudes de tensión de cada antena de recepción

  • Combinación máxima de la relación: Aplique los pesos a cada canal para alinear la fase para el voltaje de cada antena, mientras que también ajusta la magnitud (normalizando por el SNR para aumentar los canales más débiles)

En un transmisor, las técnicas de diversidad utilizan la precodificación de los elementos de la antena transmisora para aumentar las posibilidades de que las señales recibidas no se correlacionen, mejorando el éxito de las técnicas de diversidad en el receptor.  Wireless InSite admite transmitir diversidad al permitir al usuario definir tablas de precodificación personalizadas en las que se puede definir cualquier conjunto de códigos.  Esto permite al usuario especificar cualquiera de un número de métodos de precodificación comunes, tales como el uso de códigos Alamouti o pseudo códigos.

Cuando las técnicas de diversidad de transmisión y receptor están habilitadas, Wireless InSite utilizará estos juntos para combinar las señales, resultando en una recepción mejorada en general para una sola corriente de datos entre el transmisor y cada punto receptor.

Multiplexación espacial

InSite inalámbrico modelos de multiplexación espacial utilizando la descomposición del valor singular (SVD).  La multiplexación espacial aprovecha las diferencias en los canales entre la transmisión y recepción de pares de antenas para proporcionar múltiples flujos independientes entre las antenas transmisoras y receptoras, aumentando el rendimiento enviando datos sobre flujos paralelos.  SVD descompone el canal en múltiples secuencias, donde el número es el más pequeño del número de antenas de transmisión o de recepción.  Para escenarios como 2x2 o 4x2 MIMO, por ejemplo, SVD puede generar dos secuencias independientes, mientras que para 4x4 (cuatro antenas de transmisión y cuatro antenas de recepción), puede generar cuatro flujos, potencialmente cuadruplicando el rendimiento.  

En la práctica, el rendimiento real dependerá de cuán alto se puede lograr un SINR en cada uno de los flujos.  Utilizando la técnica SVD, Wireless InSite divide la potencia de transmisión sobre las secuencias y calcula el SINR para cada uno, lo que le permite predecir el rendimiento para cada secuencia paralela, que luego suma para determinar el rendimiento total de todas las secuencias.

Beamforming

El objetivo de beamforming es utilizar múltiples antenas para formar vigas, aumentando el SINR, y por lo tanto el rendimiento, a un receptor.  Wireless InSite actualmente soporta dos métodos para beamforming:

  • Transmisión de relación máxima (MRT): maximiza la viga (adaptativamente) entre los puntos TX y RX

  • Tablas de precodificación: permite a un usuario definir vigas tabuladas, soportando una serie de enfoques (codebooks, etc.) que permiten la selección de vigas predefinidas

MRT utiliza la información sobre el canal entre las antenas del transmisor y del receptor para formar una viga óptima al receptor.  En la práctica, esta técnica se utilizaría típicamente para un sistema de división de tiempo-dúplex (TDD), en el cual el uplink y el enlace descendente comparten la misma venda, permitiendo que el receptor envíe una señal experimental que pueda ser utilizada por las estaciones de base para formar forma adaptativa esta viga óptima .

Las tablas de precodificación de InSite inalámbricas tienen un propósito más general en la naturaleza.  Un usuario puede definir varios conjuntos de pesos de beamforming predefinidos, y Wireless InSite evaluará las diferentes ponderaciones y elegirá el haz más fuerte para cada punto receptor.  Esto simula una estación base MIMO que tiene vigas predefinidas (p. ej., libros de códigos) y utiliza uno de varios métodos para determinar el mejor uso para un canal determinado.

 

Beamforming con MIMO masivo (derecha) muestra una mejora significativa en el rendimiento sobre los enlaces entre antenas individuales (izquierda)

 

Combinando beamforming con diversidad de receptores

El objetivo principal del beamforming es maximizar la energía en un punto del receptor, que se utiliza para representar la localización potencial del equipo del usuario (UE).  Cuando el UE tiene varias antenas de receptor, Wireless InSite le permite combinar el beamforming de transmisión con técnicas de diversidad de receptores, de modo que SINR se pueda mejorar aún más para proporcionar el flujo de datos más fuerte posible para el cálculo posterior del rendimiento métricas, como el rendimiento y la tasa de errores de bits (ver análisis de comunicaciones).