MIMO multiusuario - Enciclopedia

El MU-MIMO (Multi-user MIMO) es un conjunto de tecnologías de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) para la comunicación inalámbrica de múltiples vías, en el que múltiples usuarios o terminales, cada uno radiando a través de una o más antenas, se comunican entre sí. Por el contrario, el MIMO de usuario único (SU-MIMO) implica un solo usuario o terminal equipado con múltiples antenas que se comunica con exactamente un 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, el MU-MIMO agrega capacidad de múltiples usuarios al MIMO en el ámbito inalámbrico.

SDMA, MIMO masivo, multipunto coordinado (CoMP) y MIMO ad hoc son todas tecnologías relacionadas con el MU-MIMO; cada una de esas tecnologías a menudo aprovecha la libertad espacial para separar usuarios.


Tecnología
El MU-MIMO aprovecha a múltiples usuarios como recursos de transmisión distribuidos espacialmente, a cambio de un procesamiento de señales algo más costoso. En comparación, el MIMO de usuario único convencional (SU-MIMO) implica únicamente las dimensiones de múltiples antenas de un dispositivo local. Los algoritmos MU-MIMO mejoran los sistemas MIMO donde las conexiones entre usuarios son mayores de uno. El MU-MIMO puede generalizarse en dos categorías: canales de difusión MIMO (MIMO BC) y canales de acceso múltiple MIMO (MIMO MAC) para situaciones de enlace descendente y ascendente, respectivamente. De nuevo, en comparación, el SU-MIMO puede representarse como un MIMO punto a punto, par a par.

Para evitar 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 conexiones descendentes, y viceversa para conexiones ascendentes. Las redes homogéneas están exentas de esta distinción ya que tienden a ser bidireccionales.


Difusión MIMO (MIMO BC)

El MIMO BC representa un caso de enlace descendente MIMO donde un solo emisor transmite a múltiples receptores dentro de la red inalámbrica. Ejemplos de procesamiento de transmisión avanzado para MIMO BC incluyen precodificación consciente de la interferencia y programación de usuarios descendente basada en SDMA. Para el procesamiento de transmisión avanzado, qfz debe conocerse en el transmisor (CSIT). Es decir, el conocimiento de CSIT permite la mejora del ancho de banda, y los métodos para obtener CSIT se vuelven de gran importancia. Los sistemas MIMO BC tienen una ventaja destacada 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 pueden utilizarse por MIMO BC incluyen, por un lado, aquellas que utilizan codificación de papel sucio (DPC) y técnicas lineales y, por otro lado, técnicas híbridas (analógicas y digitales). La precodificación también puede lograrse mediante un llamado matiz de dirección, que puede aplicarse en múltiples configuraciones.


MIMO MAC
Por el contrario, el canal de acceso múltiple MIMO o MIMO MAC representa un caso de enlace ascendente MIMO en la red inalámbrica de múltiples emisoras a un solo receptor. Ejemplos de procesamiento de recepción avanzado para MIMO MAC incluyen cancelación conjunta de interferencias y programación de usuarios ascendente basada en SDMA. Para el procesamiento de recepción avanzado, el receptor debe conocer la información del estado del canal en el receptor (CSIR). Saber CSIR generalmente es más fácil que saber CSIT. Sin embargo, saber CSIR cuesta muchos recursos ascendentes para transmitir pilotos dedicados desde cada usuario al AP. Los sistemas MIMO MAC superan 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 en cada usuario.


MIMO de capa cruzada
El MIMO de capa cruzada mejora el rendimiento de los enlaces MIMO solucionando ciertos problemas de capa cruzada que pueden ocurrir cuando se utilizan configuraciones MIMO en un sistema. Las técnicas de capa cruzada también pueden utilizarse para mejorar el rendimiento de enlaces SISO. Ejemplos de técnicas de capa cruzada son la codificación fuente-canal conjunta, la modulación y codificación adaptativa (AMC, o "Adaptación de Enlace"), el ARQ híbrido (HARQ) y la programación de usuarios.


De usuario a usuario
La red ad hoc inalámbrica altamente interconectada aumenta la flexibilidad de la red inalámbrica a cambio de una mayor interferencia de múltiples usuarios. Para mejorar la inmunidad a la interferencia, los protocolos de nivel PHY/MAC han evolucionado de una base competitiva a una base cooperativa en la transmisión y recepción. Las comunicaciones inalámbricas cooperativas pueden realmente explotar la interferencia, que incluye interferencia propia y otra interferencia de usuarios. En las comunicaciones inalámbricas cooperativas, cada nodo podría usar interferencia propia y otra interferencia de usuarios 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 la interferencia fuerte es decodable, un nodo decodifica y cancela la interferencia fuerte antes de decodificar la señal propia. La mitigación de ratios de portadora sobre interferencia (CoI) bajos puede implementarse a través de las capas de red PHY/MAC/App en sistemas cooperativos.

Investigación en múltiples antenas cooperativas – Aplicar tecnologías de múltiples antenas en situaciones con antenas distribuidas entre terminales inalámbricos vecinos.
Diversidad cooperativa – Lograr una ganancia de diversidad de antenas mediante la cooperación de antenas distribuidas que pertenecen a cada nodo independiente.
MIMO cooperativo – Lograr ventajas MIMO, incluyendo la ganancia de multiplexación espacial, utilizando la cooperación de transmisión o recepción de antenas distribuidas que pertenecen a muchos nodos diferentes.
Repetición cooperativa – Aplicar conceptos cooperativos a las técnicas de repetición, que es similar a la diversidad cooperativa en términos de señalización cooperativa. Sin embargo, el criterio principal de la repetición cooperativa es mejorar el régimen de compensación entre retraso y rendimiento, mientras que para la diversidad cooperativa y el MIMO es mejorar el rendimiento del enlace y del sistema a cambio de la pérdida de cooperación mínima.
Técnicas de repetición para la cooperación
Almacenamiento y转发 (S&F), amplificar y转发 (A&F), decodificar y转发 (D&F), cooperación codificada, cooperación codificada espacial, comprimir y转发 (C&F), métodos no ortogonales


= MIMO cooperativo (CO-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 el MIMO convencional, es decir, el MIMO de usuario único, solo emplea antenas pertenecientes al terminal local. CO-MIMO mejora el rendimiento de una red inalámbrica introduciendo ventajas de múltiples antenas, como la diversidad, el multiplexado y el formado de haz. Si el interés principal se centra en la ganancia de diversidad, se conoce como diversidad cooperativa. Puede describirse como una forma de diversidad macro, utilizada, por ejemplo, en el cambio suave. El MIMO cooperativo corresponde a la diversidad macro del transmisor o al simulcasting. Una forma simple que no requiere ningún procesamiento de señales avanzado es la red de frecuencia única (SFN), utilizada especialmente en la difusión inalámbrica. Las SFNs combinadas con programación adaptativa de canal o de tráfico se denominan redes de frecuencia única dinámicas (DSFN).

CO-MIMO es una técnica útil para las redes celulares futuras que consideran la red de malla inalámbrica o la red ad hoc inalámbrica. En las redes ad hoc inalámbricas, múltiples nodos de transmisión se comunican con múltiples nodos de recepción. Para optimizar la capacidad de los canales ad hoc, los conceptos y técnicas MIMO pueden aplicarse a múltiples enlaces entre los grupos de nodos de transmisión y recepción. Contrastado con las múltiples antenas en un transceptor MIMO de usuario único, los nodos participantes y sus antenas se sitúan de manera distribuida. Por lo tanto, para alcanzar la capacidad de esta red, son esenciales técnicas para gestionar recursos de radio distribuidos. Estrategias como el conocimiento autónomo de interferencia, 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.


Véase también

Sistema de antenas distribuidas
Red de malla
Red ad hoc móvil
Arreglo de antenas
Acceso múltiple por división de espacio
Codificación/Procesamiento espacio-temps


Referencias


Enlaces externos
MU-MIMO Beamforming by Constructive Interference, Wolfram Demonstrations Project
Peel, C. B., Spencer, Q. H., Swindlehurst, A. L., & Haardt, M. (2004). An introduction to the multi-user MIMO downlink. IEEE communications Magazine, 61.