Planificación de cobertura en Redes WiMax II con antenas MIMO para ambientes urbanos

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Planificación de cobertura en Redes WiMax II con antenas MIMO para ambientes urbanos Francisco Reveco Vásquez estudiante de Ingeniería Ejecución Eléctrica mención Electrónica y Telecomunicaciones, Santiago Mayo del 2011.  Abstract- debido a la alta demanda por el acceso a internet y más específicamente a la  gran demanda de mejor calidad de acceso y mayor velocidades de navegación es que se han ido desarrollando tecnologías inalámbricas más confiables y de mayor capacidad, de la cual WiMax, con su sistema MIMO, porta gran importancia en el ámbito de las WMAN y las tecnologías de 4G.  Key Words- WiMax, Multiple-Inputs Multiples- Outputs, WMAN, 4G. Objetivo general   Analizar aspectos técnicos de cobertura y tipo de antena para la implementación de una red inalámbrica WiMax II. Objetivos específicos.   Describir una Red inalámbrica de tipo WiMax II.   Analizar el funcionamiento y características de antenas MIMO.   Estudio de cobertura para ambientes urbanos.   Identificar los aspectos geográficos que debe  poseer un ambiente urbano para lograr una  buena cobertura mediante WiMax II . Introducción n el transcurso de este último tiempo, las tecnologías en el área de telecomunicaciones han ido creciendo y masificando su demanda a nivel mundial, en el cual, día a día las necesidades de los clientes son mayores. Por esta razón, se han ido desarrollando nuevas tecnologías que permiten una mayor capacidad de navegación en lo que respecta al acceso de la información y la intercomunicación a nivel mundial. Éstas tecnologías son las denominadas de cuarta generación, en la cual, las tecnologías de tipo inalámbricas han conseguido un auge importante. Dentro de este tipo de tecnología se encuentra la denominada WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Ésta tecnología desarrollada a partir del protocolo generado por el instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos (IEEE) 802.16 aprobado en el año 2005, el cual está dedicado a las Redes de Áreas Metropolitanas o WMAN de banda ancha, este tipo de redes poseen una cobertura hasta de 10 Km de radio, entregando una tasa de transferencia de datos de 75 Mbps, utilizando un rango de frecuencia de 2 a 11 Ghz y modulación Single Carrier (SC), éstas características recaen solo para el acceso fijo y a  partir de éste se han desarrollado los siguiente estándares del IEEE: y IEEE 802.16: Delimita redes de área metropolitana inalámbricas en bandas de frecuencia superiores a 10 GHz. y  IEEE 802.16a: D elimita redes de área metropolitana inalámbricas en bandas de frecuencia desde 2 GHz a 11 GHz. y IEEE 802.16b: Delimita redes de área metropolitana inalámbricas en bandas de frecuencia desde 10 GHz a 60 GHz. y IEEE 802.16c: Delimita perfiles para redes de área metropolitana inalámbricas en  bandas de frecuencia sin licencia. y IEEE 802.16d: revisión que incorporó los estándares anteriores. y IEEE 802.16e: estándar que permite el acceso móvil a este tipo de tecnología. y IEEE 802.16f: estándar que permite la utilización de las redes en malla. E ----------------------------------- Fco. Reveco estudia en el Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Santiago de Chile, Santiago, Chile. (e-mail: [email protected]).

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Planificación de cobertura en Redes WiMax II con antenas MIMO paraambientes urbanos

Francisco Reveco Vásquez estudiante de Ingeniería Ejecución Eléctrica mención Electrónica yTelecomunicaciones, Santiago Mayo del 2011.

  Abstract- debido a la alta demanda por el 

acceso a internet y más específicamente a la

  gran demanda de mejor calidad de acceso y

mayor velocidades de navegación es que se han

ido desarrollando tecnologías inalámbricas más

confiables y de mayor capacidad, de la cual 

WiMax, con su sistema MIMO, porta gran

importancia en el ámbito de las WMAN y las

tecnologías de 4G. Key Words- WiMax, Multiple-Inputs Multiples-

Outputs, WMAN, 4G.

Objetivo general       Analizar aspectos técnicos de cobertura y

tipo de antena para la implementación de unared inalámbrica WiMax II.

Objetivos específicos.       Describir una Red inalámbrica de tipoWiMax II.

       Analizar el funcionamiento y característicasde antenas MIMO.

       Estudio de cobertura para ambientes urbanos.

       Identificar los aspectos geográficos que debe poseer un ambiente urbano para lograr una

 buena cobertura mediante WiMax II.

Introducciónn el transcurso de este último tiempo, lastecnologías en el área de telecomunicaciones han

ido creciendo y masificando su demanda a nivelmundial, en el cual, día a día las necesidades de losclientes son mayores. Por esta razón, se han idodesarrollando nuevas tecnologías que permiten unamayor capacidad de navegación en lo que respecta alacceso de la información y la intercomunicación a

nivel mundial. Éstas tecnologías son las denominadasde cuarta generación, en la cual, las tecnologías detipo inalámbricas han conseguido un augeimportante. Dentro de este tipo de tecnología seencuentra la denominada WiMax (WorldwideInteroperability for Microwave Access). Éstatecnología desarrollada a partir del protocologenerado por el instituto de ingenieros eléctricos yelectrónicos (IEEE) 802.16 aprobado en el año 2005,

el cual está dedicado a las Redes de ÁreasMetropolitanas o WMAN de banda ancha, este tipode redes poseen una cobertura hasta de 10 Km deradio, entregando una tasa de transferencia de datosde 75 Mbps, utilizando un rango de frecuencia de 2 a11 Ghz y modulación Single Carrier (SC), éstascaracterísticas recaen solo para el acceso fijo y a  partir de éste se han desarrollado los siguienteestándares del IEEE:

y  IEEE 802.16: Delimita redes de áreametropolitana inalámbricas en bandas defrecuencia superiores a 10 GHz.

y  IEEE 802.16a: Delimita redes de áreametropolitana inalámbricas en bandas defrecuencia desde 2 GHz a 11 GHz.

y  IEEE 802.16b: Delimita redes de áreametropolitana inalámbricas en bandas defrecuencia desde 10 GHz a 60 GHz.

y  IEEE 802.16c: Delimita perfiles para redesde área metropolitana inalámbricas en bandas de frecuencia sin licencia.

y  IEEE 802.16d: revisión que incorporó losestándares anteriores.

y  IEEE 802.16e: estándar que permite elacceso móvil a este tipo de tecnología.

y  IEEE 802.16f: estándar que permite lautilización de las redes en malla.

E

-----------------------------------Fco. Reveco estudia en el Departamento de

Ingeniería Eléctrica, Universidad de Santiago de Chile,

Santiago, Chile. (e-mail: [email protected]).

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IEEE 802.16mDentro de éste estándar se define el protocolo para

la tecnología de Redes Inalámbricas de ÁreaMetropolitanas de Acceso Móvil, denominadasWiMax II, la cual, se enfoca en las tecnologías decuarta generación 4G, cuyos requisitos previamenteestipulados por el IEEE son:

y  Transmisión del tipo OFDMA (OrthogonalFrecuency Division Multiple Access).

y  Tasa de transferencia de datos mayor a 100Mbps.

y  Conexión basada en IP y en conmutación de paquetes.

El estándar IEEE 802.16m es una adaptación delya aprobado estándar 802.16e (2005) denominado³Mobile Wimax´, ésta última norma comprendediferentes opciones para la aplicación de la capafísica, sin embargo el principal foco de 802.16e en lacapa física, es OFDMA. Al comparar con la 802.16dla 802.16e soporta transformada de Fourier másrápida y de mayor longitud siendo esta longitudvariable (OFDMA escalable).

El estándar 802.16e fue el primer en utilizar antenas MIMO (muliple-input multiple-output), que principalmente son múltiples antenas transmisoras yreceptoras que utilizan multiplexado espacial(además de transmitir con la pre codificación deAlamouti incorporada en la 802.16d), aumentandoasí la máxima eficiencia espectral, esto es, que la  banda de frecuencia es utilizada y aprovechada demanera optima en la transmisión de datos, definida por:

 

Donde R es la tasa de transmisión en bits/s y Bes el ancho de banda utilizado en el canal. Cuanmayor sea este valor, mejor esta aprovechada dicha banda.

El uso de múltiples antenas junto con la reaccióndel canal hace posible el uso de la formación de unhaz como un medio de centrar la atención a usuariosespecíficos. Esta capacidad se espera que se utilicemás en el futuro para evitar interferencias, no sólo enuna celda específica, sino también entre los usuarios  pertenecientes a diferentes células. Por otra parteincorpora Hybrid ARQ. Éstas mejoras aumentan la

 

capacidad de los sistemas en términos de usuarios,también permiten el uso de los sistemas 802.16e paraapoyar a usuarios móviles que se desplazan avelocidades de hasta 120 km / h.

La norma 802.16e es ahora el sexto estándaraprobado de IMT-2000 de la UIT. Con el fin desatisfacer los IMT-Avanzados, hay varias mejoras ynuevas capacidades que están siendo estudiadas parasu inclusión en la capa física de 802.16m. El objetivo

es la utilización más eficientemente los recursos,aumentar la capacidad, mejorar la fiabilidad enentornos móviles, y adaptarse a los usuarios condiferentes necesidades. Uno de los cambios que estásiendo estudiado es el desacoplamiento del sub canalde permutaciones de transmisión, y también el uso deuna unidad básica de las permutaciones.

Por otra parte, IEEE 802.16m se centra en elapoyo de otro tipo de normativas principalmente entres documentos: System Requirements Document(SR D), System Description Document (SDD),

Evaluation Methodology Document (EMD). Comosu nombre indica, este documento deRequerimientos del Sistema contiene altos requisitosa nivel de sistemas 802.16m, incluidos, entre otros,tarifas, rendimiento, cobertura, la movilidad apoyooperativo, anchos de banda, frecuencias, entrega yseguridad. El principal objetivo es cumplir lasdemandas de IMT-avanzado (International MobileComunications), Una lista de algunos de los  principales requisitos para IEEE 802.16m encuentran en la figura 1. Estos requisitos secomparan con IEEE 802.16e, el legado del estándar

 para Mobile WiMAX.

El documento de descripción del Sistemacontiene todos los detalles sobre la aplicación de802.16m. El SDD especifica la capa física (PHY) yla capa de control de acceso al medio, actualmenteestá en una etapa preliminar. Un nuevo elementointroducido en la 802.16m en comparación conmodificaciones anteriores es el documento de lametodología de evaluación. El EMD fue introducidoa fin de ofrecer una base común que permitirá a laevaluación y la comparación de diferentes

tecnologías propuestas.

A.  Requerimientos de Sistema para 802.16mEl protocolo de las redes Wimax II en sus

requerimientos incluyen compatibilidad con lascaracterísticas y funciones de todos los protocolosanteriores a ésta versión; todos los sistemas basados

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en ésta norma deben ser capaz de operar en la misma  portadora de RF con el ancho de banda del mismocanal y también operar en la misma portadora de RF  pero con anchos de banda de canales diferentes, laincorporación de una estación móvil adscrita a unaestación base, utilizando la misma portadora de RF,

debería mejorar el rendimiento del sistema, laestación base apoyara a una estación móvil en unrendimiento equivalente a la transferencia de dosveces la importancia de la estación base, Unaestación base deberá ser capaz de apoyar un legadode Estación Móvil al mismo tiempo compatibles laestación móvil en la misma portadora de RF, a unnivel de rendimiento equivalente que un legadoestación base proporciona a un legado de estaciónmóvil. En la tabla n° 1 se especifican losrequerimientos tanto para enlaces de bajada comoenlaces de subida.

B.  Ampliación del uso de MIMO

Móvil WiMAX incluye soporte para hasta dosantenas de transmisión, aunque el estándar IEEE802.16e no limita el número de antenas, y permitehasta 4 transferencias espaciales. El objetivo actualde próxima generación de sistemas WiMAX esapoyar a por lo menos hasta 8 antenas de transmisiónen la estación base, 4 transferencias espaciales yCodificación espacio-tiempo.

En los sistemas de 802.11, así como en elestándar 802.16e, la transmisión MIMO se utiliza para aumentar la velocidad de datos de comunicaciónentre un par determinado emisor-receptor y/o mejorarla fiabilidad del enlace. Se espera que 802.16m yfuturos sistemas MIMO 3GPP ampliará el apoyo a

múltiples usuarios (MU) MIMO. Más concretamente,el uso de múltiples antenas puede mejorar las tasasalcanzables de los usuarios en una red con recursosde frecuencias dado.

Una visión más general de la arquitecturaMIMO proyectado para el enlace descendente de802.16m se ve en la figura 1.

WiMAX y las redes 3GPP que emplean MU-MIMO tendrán que calcular que los usuarios debentransmitir y recibir en cada instante; también elnúmero de usuarios en cada celda y su posición. Paraello serán necesarios algoritmos eficientes en laestación base para la selección de usuario, determinarlos filtros de la formación de haz para el enlacedescendente, en el receptor los filtros para el enlaceascendente y la asignación de potencia requerida enla estación base y cada estación móvil.

Los resultados de MU-MIMO también dependende lo que se conoce como el canal transmisor.Cuando las velocidades son altas aparece el efectoDoppler, los canales pueden estar cambiando másrápido que la velocidad con la que el emisor puedeseguir el canal.

Aún en bajas velocidades, la obtención deconocimiento del canal no puede ser perfecta desde el punto de vista práctico, especialmente en los sistemas

Tabla n° 1

Figura n° 1

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MIMO. Por ejemplo, una estación base con  Ntantenas que deseen obtener información de loscanales correspondientes a las estaciones móviles K,cada una con  Nr antenas tendrán que recoger información destinada a los coeficientes de canales,quedando especificado en la siguiente ecuación.

 Esto consume parte del ancho de banda que, de

otra manera, serían asignados a la comunicación dedatos. Por otra parte, como se mencionóanteriormente, la estructura piloto debe ser tal que lamedida del canal se obtiene con la suficientefiabilidad. Por lo tanto, además de los patronesexperimentales bien diseñados, es muy probable quelas estaciones base de los futuros sistemas se tenganque confiar en la información del canal imperfecta y

 parcial.

La figura 2 muestra un esquema básico para unsistema MIMO, donde se observa el Tx, canal y Rx.

Propagación en espacio libre (LOS)Se denomina propagación en espacio libre a la  propagación cuando no existen obstáculos en elcamino entre el transmisor y el receptor. La perdidade señal que se produce está en función

  principalmente de la distancia que les separa,interviniendo igualmente otros factores como el tipoy diseño de las antenas, su patrón de radiación, etc.La transmisión se ve afectada también por posiblesreflexiones de la señal que se agregan a la señaldirecta produciendo variaciones considerables.

Todo sistema de comunicación debe poseer elementos o características de RF básicas de gran

importancia, para el diseño de redes de telefoníacelular o redes de transmisión de datos. Existenelementos fundamentales que controlan elfuncionamiento de cada enlace individual, estos  parámetros son la potencia de la señal recibida, eruido que acompaña a la señal recibida y deterioros

  por atenuaciones en el canal, estos pueden ser detrayectoria múltiple o interferencia.

Esta planificación se realiza basándose en eltransmisor de potencia de radiación isotrópicaefectiva (EIRP) y las pérdidas de enlace antes delreceptor, todos estos valores se expresan en dBsiendo la potencia expresada en dBm.

Un aspecto importante es el margen del enlace

que nos permite conocer cuanta capacidad posee elenlace de comunicación entre el punto de transmisióny donde el enlace no se puede cerrar este enlacecuenta con.

 L path: son las pérdidas de trayectoria.THRx: mínimo nivel de señal recibida que ofrezca unfuncionamiento confiable.

Otro aspecto considerar son las pérdidas por

trayectoria, estas pérdidas incluyen las pérdidas deespacio libre, perdidas de la atmosfera debido a laabsorción de gases y vapor de agua. Si la ruta deacceso principal se rige por la pérdida de espaciolibre, se calcula usando la ecuación de Friis en las  pérdidas en el espacio libre, que se puede expresarcomo.

L corresponde a un aumento en lugar de una pérdida,donde la ecuación de Friis incluye transmitir y recibirganancia de la antena, el exponente indica lageometría del medio ambiente, que puede variar.

La ganancia de la antena está dada por ladirectividad y la eficiencia donde la longitud de ondaes un elemento que utiliza la antena receptora comoganancia en la ecuación más el área de la antena, esta

ecuación queda dada de la siguiente manera en dB.

Los signos negativos diferencian las pérdidas delas ganancias, además si las ganancias de la antena seexcluyen obtendremos la siguiente opresión.

Figura n° 2

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Otro aspecto importante en la modelación desistemas de propagación es el Ruido, este consiste encualquier señal, aleatoria o determinística, queinterfiera con la reproducción fiel de una señaldeseada en un sistema. Estas señales indeseables  provienen de diversas fuentes y pueden clasificarse

en artificiales o naturales donde el ruido térmico esaditivo en la naturaleza (es decir, independiente de laseñal de reales en cuestión). Así que el ruido térmicose modela como ruido blanco gaussiano aditivo(AWG N).La potencia teórica ruido térmico a disposición deuna carga emparejada es.

Donde k es la constante de Boltzman, To es latemperatura estándar de ruido (290°K) y B es elancho de banda de ruido (Hz).

Otro aspecto importante dentro de la modelaciónde sistemas de propagación es la interferencia,donde la interferencia de símbolos (ISI) puede causar gran degradación en la señal generando, a veces,  productos de intermodulación debido a la nolinealidad de los sistemas. Otro tipo de interferenciaes la Co-canal que sucede cuando la frecuencia deinterferencia está en la misma frecuencia del canalutilizado siendo los armónicos la causa de estainterferencia incluyéndose dentro del ancho de bandadel receptor, como se muestra en el grafico.

Donde la interferencia del canal adyacente  puede provocar problemas serios según las  propiedades del filtro y si su base no essuficientemente atenuada. Esta imagen muestra larespuesta del receptor del filtro normalizado y suancho de banda en 3 dB junto a los espectros de co-canal y la interferencia de canales adyacentes.

Un término de margen en la interferencia estáincluido en el presupuesto del enlace. Este plazo

 proporciona un margen para la degradación de ruidode fondo debido a la interferencia externa. unmargen de interferencia de 1 dB significa que la basede ruido (ruido más interferencia) será hasta 1 dBmás alta que en un análisis de medio ambiente. Laclara interferencia a continuación, se puede realizar

en un enlace con la condición de que la interferenciano debe degradar el nivel de ruido por cualquier dBmás de 1 menos que el margen de interferencia esmayor en el presupuesto del enlace.

Por lo tanto definiremos ruido de la siguientemanera.

 

 

Donde n es la potencia de ruido en mili watts,  Nes la potencia de ruido en dBm, i es la potencia deinterferencia en mili watts, I es la interferencia en

dBm, cuando.  

Modelos de Propagación Inalámbrico paraSistemas MIMO

Dentro de los modelos de propagación parasistemas MIMO se encuentran los modelos físicos ylos modelos analíticos. Los modelos físicos secentran en los mecanismos de propagación de dobledirección entre la ubicación del transmisor y elreceptor sin tener la configuración de la antena encuenta. Modelos de análisis de captura de propagación de la onda física y la configuración de laantena al mismo tiempo mediante la descripción de larespuesta al impulso (que es equivalente a la funciónde transferencia) entre los arreglos de antenas, tantoen extremos de los brazos. Realizamos una revisiónde algunos modelos MIMO que se incluyen en lasactividades de normalización actual del propósito delas evaluaciones del sistema reproducibles ycomparables para MIMO.

Inicialmente el modelo más usado que seimplemento es el llamado spatially II.d flat-fadingchannel, pero con la demanda de banda anchacomenzaron a incorporar en los sistemas MIMO laselectividad de frecuencia. Con ello se dio el paso  para la creación de más modelos y de mayocomplejidad para canales MIMO.

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Propagación de Radio Doble-DireccionalEn las comunicaciones inalámbricas, los

mecanismos de propagación de radio se subsumen enla respuesta al impulso del canal entre R TX, posicióndel transmisor (Tx) y la posición R R X del receptor (Rx). Con la asunción de antenas idealesomnidireccionales, la respuesta de impulso consistede las contribuciones de todos los componentesindividuales múltiples (MPC¶s). Sin tener en cuentala polarización por el momento, los efectos temporaly angular de la dispersión de una estática (time-invariant) en el canal son descritos por el canal doble-direccional de respuesta al impulso.

Donde , y denotan la demora en exceso, la

dirección de de salida (DoD) y la dirección de llegada(DoA), respectivamente. Por otra parte, L es elnúmero total de MPCs (por lo general los quesobrepasen el nivel de ruido del sistemaconsiderado). Para las ondas planas, la contribuciónde la primera MPC, denotado h1 (RTX, RR X, , ,), es igual a:

Con a1, 1, 1 y 1 denotan la amplitudcompleja, retraso, DoD y DoA respectivamente

relacionado con el primer MPC. Donde las ondas no  planas se pueden modelar mediante la sustitución dela Dirac en los deltas con otras funciones de elegir adecuadamente. Para los canales de variación-tiempo(no estático), los parámetros de MPC en la ecuación(2) (a1, 1, 1 y 1), la posición de Tx y Rx (R TX,R R X) y el número de MPCs (L) pueden ser funcionesdel tiempo t. ahora reemplazamos la ecuación (1) para obtener una expresión más general de variación-tiempo para la respuesta de impulso del canal doble-direccional.

La polarización puede ser tomada en cuentamediante la ampliación de la respuesta de impulso auna polarización (2 × 2) de la matriz que describe elacoplamiento entre la vertical (V) y horizontal (H) delas polarizaciones.

Tomamos nota de que, incluso para los sistemasde antenas individuales, los resultados de doble polarización en un sistema MIMO 2 × 2. En términosde onda plana MPCs, tenemos:

 

Con:

En la figura 3 se muestra un sistema MIMO conmúltiples antenas transmisoras y receptoras.

Canal MIMODentro de un sistema MU-MIMO como se

aprecia en la figura 3, donde se debe considerar elnúmero de antenas transmisoras y receptoras en unamatriz como modelo analítico, siendo este n X m

 MIMO, donde n y m son el número de antenas en eltransmisor y en el receptor respectivamente. Desde la perspectiva del nivel-sistema un canal lineal varianteen el tiempo se representa por esta matriz.

Figura n° 3

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Donde hij(t,) denota la respuesta al impulso dela variación-tiempo entre el numero de antenas en eltransmisor y el receptor, no existe una distinción(espacial) que separe la antena y las diferentes  polarizaciones de la misma, si se utilizan diversasantenas de polarización, cada elemento de la matriztiene que ser sustituido por una submatriz eincrementando el número de antenas utilizadas.

El canal matriz (6) incluye los efectos deconfiguración, tipo, etc. y la frecuencia de filtradocomo ancho de banda dependiente. Puede ser utilizada como un sistema MIMO general,contemplando una relación que se define como y(t), yn(t) se designa a las interferencias y ruido.

En este caso si el canal es invariante en eltiempo, la dependencia del canal matriz sobre tdesaparece, por lo tanto queda de la siguiente formaH()=H(t,), además el canal de frecuencia es plano  por lo tanto lo dejamos H, donde la ecuación sesimplifica a.

Con la visión de propagación físico y la matrizMIMO que describe al canal a nivel de sistema eincorporando el patrón de la antena y el pulso deformación de la respuesta al impulso de dobledirección tenemos la siguiente relación.

Donde y

son las coordenadas de las

antenas, por otro lado,

y representan

los patrones de transmisión y recepción de la antena,  es la respuesta al impulso de Tx y Rx y filtrosde frecuencia.

Con el correr del tiempo se han idodesarrollando una variedad de modelos de canalMIMO, muchos de ellos basados en mediciones. La  propuesta de los modelos se pueden clasificar devarias maneras. Una posible manera de distinguir los

modelos individuales es lo que se refiere al tipo decanal que se está considerando, es decir, de bandaestrecha (plana desvanecimiento) frente a bandaancha (selector de frecuencia) modelos, variables enel tiempo frente a los modelos invariantes en eltiempo, y así sucesivamente. Canales MIMO de banda estrecha son completamente caracterizados entérminos de su estructura espacial. En Por elcontrario, de banda ancha (selector de frecuencia)requieren canales modelos adicionales de lascaracterísticas del canal múltiple. Con los canales devariación de tiempo, además, requiere un modelo

  para el canal de evolución temporal de acuerdo aciertas características del efecto Doppler.

Estos modelos se clasifican en físicos yanalíticos y quedan clasificados en la siguiente tabla.

Propagación en Sistemas MIMOLa propagación de señales inalámbricas es  principalmente por propagación de señaelectromagnéticas desde el transmisor hacia elreceptor, este tipo de transmisión se diferencia de latransmisión por cable según:

-  Transmisión por múltiples rutas(transiciones en el tiempo).

-  Interferencias.

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La propagación multitrayecto provocadispersión angular donde los mecanismos de granimportancia en la propagación son:

-  Reflexión por dispersores lejanos.-  Techos de casas.-  Ondas guiadas por calles en ciudades.

La figura 4 muestra la propagación por sistemasMIMO.

La dispersión angular es de gran importanciadebido a que determina la correlación entre lasseñales y los elementos de la antena, esta correlacióndetermina la capacidad de la antena MIMO de nofrecuencia selectiva y está dada por:

Donde I es la unidad de la matriz, P es la potencia detransmisión, n

2 es la potencia de ruido. El canal dematrices HF es determinado por   NF que es el puntode mayor rapidez de la transformada de Fourier.

Para sistemas MIMO de frecuencia selectiva seemplea la siguiente relación.

Donde es la proporción media de la señal de

ruido (S NR) y esta expresado por 

. En la

comparación de distintos canales MIMO basado en elmismo S NR tenemos la siguiente relación:

Para poder comparar los diferentes canales  basados en la misma perdida, el sistema se debeajustar a la siguiente relación.

Se puede demostrar que la capacidad del canalMIMO crece con en función de la antena y

aumento de la señal-ruido-cociente, como se observaen el siguiente grafico para diferentes cantidades deantenas en el sistema MIMO.

Modelo rayo-ópticoEste modelo proporciona la información exacta

del sitio específico y fácilmente reproducible y hacerfrente a esos efectos como sombras detrás de las paredes, guía de onda en los cañones de la calle queofrecen una excelente precisión y son capaces de  proporcionar parámetros adicionales tales como ladecoloración de pequeña escala, y los ángulos desalida (AOD), así como los ángulos de llegada(AoA), que son relevantes para el análisis del canalMIMO.

La figura 5 muestra el trazado rayo óptico paraun sector urbano, la figura 6 muestra el trazadoóptico para un sector urbano en la disposicióncercana al suelo, y una disposición por sobre el nivelde techumbres.

Figura n° 4

Figura n° 5

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Para antenas de estación base montada debajodel techo, los efectos de reflexión de alto nivel sirvende guía en la calle por los cañones urbanos queaparecen, lo que podría reducir la propagaciónangular en las estaciones de recepción móvil y por lotanto la capacidad del canal MIMO también. En losentornos con una gran cantidad de dispersores de

 propagación se considera una ruta multitrayecto. 

A plicacionesCon la teoría de las redes inalámbricas de 4G y

según los dispositivos utilizados para la transmisiónde estas señales electromagnéticas de información, es  por esta razón que citare y describiré brevemente unejemplo para éste tipo de tecnología.

Los sistemas MIMO tienen sus aplicaciones enredes 3GPP, LTE, y WiMax, canalización OFDMA:PUSC, FUSC, AMC. Modulación adaptativa yCodificación.

MIMO para sistemas de BandabaseOtros enfoques de sistemas de transmisión de multi-

carrier para los sistemas de banda ancha en el medio

ambiente complejos por sistemas de frecuencia

selectiva, se clasifican principalmente en doscategorías. Uno de ellos es la transmisión de  portadora única con el procesamiento de señal en eldominio de la frecuencia, y el otro es que con el  procesamiento de la señal del dominio de tiempo.Dado que existen grandes estudios sobre estastecnologías, me limitare a la introducción muy breve.

Para el funcionamiento conjunto de adaptación,se ha confirmado que la transmisión single-carrier con prefijo cíclico, y el procesamiento de dominio dela frecuencia del bloque de la señal, que se llama  procesamiento de señales subbanda, es un camino  prometedor. Con base en estos antecedentes,subbanda matriz de adaptación para el bloque deespacio-tiempo de codificación (STBC) en latransmisión single-carrier MIMO con prefijo cíclico

se ha propuesto. Una drástica reducción de costecomputacional se puede lograr sin sacrificar lareducción notable rendimiento de la transmisión encomparación con el dominio del tiempo la señal desímbolo por símbolo de procesamiento de señales.

Para la transmisión single-carrier en el dominio

del tiempo de procesamiento de señales para sistemasMIMO de bandabase, sistema de procesamiento deseñales de banda estrecha con el filtrado espacialúnica y sistemas de procesamiento de señales de banda ancha utilizando tapped delay lines (TDLs) sehan propuesto y analizado. Para superar lacomplejidad computacional, se debe profundizar enel necesario proceso de señal de dominio de tiempo.

Conclusión Dentro de las tecnologías inalámbricas, la

tecnología WiMax ha marcado un gran avance en lo

que corresponde a una alta tasa de transferencia dedatos y a áreas de cobertura extensas, siendo lossistemas de multiple-imput multiple-output MIMO elgran impulsador de ésta tecnología gracias a su  propiedad de dispersión angular la cual permite lallegada de señal a lugares donde la tecnologíacableada no llega y a la gran cantidad de usuarios quecompromete, pero dentro de un tiempo no muy lejanoserá reemplazada por otra tecnologías de redmetropolitana llamada LTE, la cual, posee lasmismas características que WiMax pero cuenta conmás confiabilidad a nivel usuario. Este tipo de redes

metropolitanas reemplazaran a las redes de área localen un par de años más.

Figura n° 6

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Acrónimos-  WiMax: Worldwide Interoperability for 

Microwave Access.-  MMO: multiple-imputs multiple-outputs.

-  WMAN: wireless metropolitan areanetwork.

-  OFDMA: Orthogonal Frecuency DivisionMultipleAccess.

-  IP: internet protocol.-  UIT: unión internacional de

telecomunicaciones.-  SR D: Orthogonal Frecuency Division

MultipleAccess.-  SDD: System DescriptionDocument. -  EMD: Evaluation Methodology Document.-  3GPP: 3rd Generation Partnership

Project. 

Referencias[1] Hindawi Publishing Corporation ³Survey of Channel and Radio Propagation Models for WirelessMIMO Systems´. 2007[2] AWE Communications GmbH ³An Introductionto the Simulation of MIMO Systems with WinProp´.2007[3] Yoshio K AR ASAWA, Member ³InnovativeAntennas and Propagation Studies for MIMO

Systems´. 2007[4] Alexis Paolo García Ariza ³Sistemas MIMOcomo Alternativa para el Control del Efecto Multi-trayectoria y de la Interferencia Co-Canal enSistemas de Radio Móvil Satelital y Terrestre´. 2004[5] John S. Seybold ³Introduction to RF propagation´.2005