Introducción a MIMO

La entrada múltiple y la salida múltiple, o MIMO, es un conjunto de técnicas que ha llamado mucho la atención en los últimos años. Entonces, ¿qué es MIMO? Antes de entrar en detalles de los principios de MIMO, veremos algunos conceptos básicos de la propagación de ondas de RF. En este breve blog aprenderás sobre:

Fenómenos de propagación de RF
Principios de diversidad de los enlaces de RF
Beneficios MIMO

Fenómenos de propagación de RF

Considere un ejemplo simple de un enlace de entrada única y salida única con una radio de un canal conectada a una antena de polarización única que transmite una señal de RF a la misma configuración en el lado receptor.

Enlace de entrada única y salida única (SISO): cada radio tiene un canal y las antenas tienen polarización simple.

La señal recibida no es sólo la que llega a través de la línea de visión. Fluctúa debido a todo tipo de atenuación o adición aleatoria de señales que llegan al receptor debido a:

Reflexiones: cuando la señal se refleja en objetos mucho más grandes que la longitud de onda
Difracción: desde los bordes de las obstrucciones mucho más grandes que la longitud de onda
Dispersión: de objetos con un tamaño similar a la longitud de onda de la señal
Desvanecimiento plano o selectivo de frecuencia: afecta a todas o solo a ciertas frecuencias de las señales de banda ancha, respectivamente.
O desvanecimiento Doppler, que provoca un cambio de frecuencia de la señal cuando el receptor se está moviendo.

Ejemplos de causas de desvanecimiento: reflejos, difracción, dispersión, desvanecimiento plano o selectivo de frecuencia y desvanecimiento Doppler.

Todos estos componentes que se desvanecen pueden afectar severamente la calidad y confiabilidad de un enlace de comunicación inalámbrica. MIMO es un conjunto de técnicas utilizadas para disminuir los efectos de desvanecimiento y mejorar la capacidad de rendimiento, la cobertura y la confiabilidad de un enlace inalámbrico.

Principios de diversidad de los enlaces de RF

Esta es una ecuación simple de capacidad de enlace inalámbrico:

C = N . B . log (1 + S/N)

Además del mayor ancho de banda (B), o el aumento de la relación señal/ruido (S/N), aumentar la cantidad de canales (N) a cada lado de un enlace también es una forma de aumentar la capacidad de rendimiento, que es donde entra MIMO. etc. MIMO es una de las muchas técnicas que se incluyen en los llamados principios de diversidad o redundancia utilizados en la ingeniería de RF.

La introducción de la redundancia en un enlace inalámbrico proporciona una operación más confiable, efectiva y a prueba de fallas y un rendimiento potencialmente mayor de una red al aprovechar varios canales de propagación y principios físicos. La palabra clave aquí es "potencialmente", porque la promesa es una mejora estadística en lugar de inmediata. Hoy en día, existen algunos principios de diversidad en la comunicación de RF que son una parte estándar de las tecnologías utilizadas:

El tiempo - ya es una característica principal de los sistemas ISP inalámbricos, es un gran ejemplo de la transmisión/recepción sincronizada por GPS.
Frecuencia - uno de los principios más antiguos de operar en diferentes canales de frecuencia, separando a los usuarios mediante el uso de diferentes canales dentro del espectro disponible.
Polarización - las antenas pueden tener polarización horizontal, vertical, circular o elíptica. El MIMO común de la industria WISP aprovecha las polarizaciones verticales y horizontales.
Espacial - aprovechando una serie de rutas de propagación, ya sea a través de la formación de haces o utilizando múltiples canales receptores y/o transceptores con antenas directivas.

La aplicación de técnicas particulares no significa necesariamente que verá rendimientos de datos constantes, dobles o triples. MIMO no es un hechizo mágico, pero puede ayudar a mitigar los problemas experimentados en los enlaces inalámbricos.

Beneficios MIMO

Aumentar la cantidad de antenas en uno o ambos lados de un enlace inalámbrico crea múltiples caminos posibles para que la señal llegue a un receptor. Hay una serie de beneficios que esto trae:

1. Ganancia de matriz, que es un aumento de la SNR de la señal recibida al combinar las señales que llegan de diferentes direcciones. La ganancia de matriz mejora la resistencia al ruido y, por lo tanto, la cobertura y el alcance máximo de un enlace inalámbrico.

El uso de múltiples antenas hace que la señal llegue al receptor desde diferentes direcciones. La combinación de estos mejora la SNR.

2. Confiabilidad: las múltiples rutas a través de las cuales la señal puede llegar al receptor aumentan la probabilidad de una transmisión de datos exitosa.

Más caminos de propagación aumentan la probabilidad de una transmisión exitosa gracias al uso de múltiples antenas.

3. Capacidad de enlace: varios flujos de datos independientes en el mismo canal de frecuencia permiten una mayor capacidad de enlace. El mínimo de M y N en un sistema M x N nos indica el número mínimo de flujos de datos operables de forma fiable.

El menor número de antenas de los lados Tx y Rx dicta cuál puede ser la mejora de la capacidad de rendimiento.

En las redes de proveedores de servicios de Internet inalámbricos (WISP) para exteriores, es común aprovechar dos flujos de datos independientes en cada extremo de un enlace separados por la polarización de la antena. Esto duplica efectivamente la capacidad del enlace a pesar de que se utiliza una antena polarizada dual. Aprovechar diferentes canales de frecuencia es suficiente para proporcionar la relación señal/ruido para una transferencia de datos exitosa.

Las antenas doble polarizadas son un estándar en la industria WISP que efectivamente duplica la capacidad del enlace ya que los dos canales están separados por polarización.

Si es una persona más visual o desea compartir las explicaciones con alguien rápidamente, consulte nuestra versión en video de este blog a continuación o consulte nuestra serie Inside Wireless sobre todo tipo de temas de ingeniería de RF AQUÍ.

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