Macrodiversidad

En el campo de las comunicaciones inalámbricas, la macrodiversidad [1] [2] es un tipo de esquema de diversidad espacial que utiliza varias antenas receptoras o transmisoras para transferir la misma señal. La distancia entre los transmisores es mucho mayor que la longitud de onda , a diferencia de la microdiversidad, donde la distancia es del orden de la longitud de onda o más corta.

En una red celular o una LAN inalámbrica , la macrodiversidad implica que las antenas están situadas normalmente en diferentes sitios de estaciones base o puntos de acceso . La macrodiversidad de receptores es una forma de combinación de antenas y requiere una infraestructura que medie las señales desde las antenas o receptores locales hasta un receptor o decodificador central. La macrodiversidad de transmisores puede ser una forma de transmisión simultánea , donde la misma señal se envía desde varios nodos. Si las señales se envían a través del mismo canal físico (por ejemplo, la frecuencia del canal y la secuencia de propagación), se dice que los transmisores forman una red de frecuencia única , un término utilizado especialmente en el mundo de la radiodifusión.

El objetivo es combatir el desvanecimiento y aumentar la intensidad y la calidad de la señal recibida en posiciones expuestas entre las estaciones base o los puntos de acceso. La macrodiversidad también puede facilitar servicios de multidifusión eficientes , en los que se puede utilizar el mismo canal de frecuencia para todos los transmisores que envían la misma información. El esquema de diversidad puede basarse en la macrodiversidad del transmisor (enlace descendente) y/o la macrodiversidad del receptor (enlace ascendente).

Ejemplos

Formularios

La forma básica de macrodiversidad se denomina macrodiversidad de usuario único. En esta forma, un usuario único, que puede tener múltiples antenas, se comunica con varias estaciones base. Por lo tanto, dependiendo del grado de libertad espacial (DoF) del sistema, el usuario puede transmitir o recibir múltiples flujos de datos independientes hacia/desde estaciones base en el mismo recurso de tiempo y frecuencia.

  • Macrodiversidad de un solo usuario
    • Macrodiversidad de enlace ascendente
    • Macrodiversidad de enlace descendente

En la siguiente forma más avanzada de macrodiversidad, múltiples usuarios distribuidos se comunican con múltiples estaciones base distribuidas en el mismo recurso de tiempo y frecuencia. Se ha demostrado que esta forma de configuración utiliza la profundidad de campo espacial disponible de manera óptima y, por lo tanto, aumenta considerablemente la capacidad del sistema celular y la capacidad de los usuarios.

  • Macrodiversidad multiusuario
    • Canal de acceso múltiple de macrodiversidad (MAC) [2]
    • Canal de difusión de la macrodiversidad (BC) [3] [4]

Descripción matemática

Escenario típico de comunicación de enlace ascendente de macrodiversidad multiusuario con tres estaciones base (BS) y dos estaciones móviles (MS). Todas las BS están conectadas a una unidad de procesamiento de back-haul (BPU). [2]

El sistema de comunicación de enlace ascendente MIMO multiusuario de macrodiversidad considerado aquí consta de usuarios distribuidos de una sola antena y estaciones base (BS) distribuidas de una sola antena. Siguiendo el modelo de sistema MIMO de desvanecimiento plano de banda estrecha bien establecido , la relación de entrada-salida se puede dar como norte {\estilo de visualización \estilo de script N} norte R {\displaystyle \scriptstyle n_{R}}

y = yo incógnita + norte {\displaystyle \mathbf {y} =\mathbf {H} \mathbf {x} +\mathbf {n} }

donde y son los vectores de recepción y transmisión, respectivamente, y y son la matriz de canal de macrodiversidad y el vector de ruido AWGN espacialmente no correlacionado, respectivamente. Se supone que la densidad espectral de potencia del ruido AWGN es . El elemento n de , representa el coeficiente de desvanecimiento (ver Desvanecimiento ) del enlace constituyente n que, en este caso particular, es el enlace entre el usuario n y la estación base n. En el escenario de macrodiversidad, y {\displaystyle \scriptstyle \mathbf {y}} incógnita {\displaystyle \scriptstyle \mathbf {x}} yo {\estilo de visualización \estilo de script \mathbf {H} } norte {\displaystyle \scriptstyle \mathbf {n}} norte 0 {\displaystyle \scriptstyle N_{0}} i , yo {\displaystyle \scriptstyle i,j} yo {\estilo de visualización \estilo de script \mathbf {H} } yo i yo estilo de visualización h_ {ij}} i , yo {\displaystyle \scriptstyle i,j} yo {\estilo de visualización \estilo de script j} i {\estilo de visualización \estilo de script i}

mi { | yo i yo | 2 } = gramo i yo i , yo {\displaystyle E\left\{\left|h_{ij}\right|^{2}\right\}=g_{ij}\quad \forall i,j} ,

donde se denomina ganancia de enlace promedio, lo que da como resultado una relación señal-ruido (SNR) de enlace promedio de . La matriz de perfil de potencia de macrodiversidad [2] se puede definir como gramo i , yo {\displaystyle \scriptstyle g_{i,j}} gramo i yo norte 0 {\displaystyle \scriptstyle {\frac {g_{ij}}{N_{0}}}}

GRAMO = ( gramo 11 gramo 1 norte gramo 21 gramo 2 norte gramo norte R 1 gramo norte R norte ) . {\displaystyle \mathbf {G} ={\begin{pmatrix}g_{11}&\puntos &g_{1N}\\g_{21}&\puntos &g_{2N}\\\puntos &\puntos &\puntos \\g_{n_{R}1}&\puntos &g_{n_{R}N}\\\end{pmatrix}}.}

La relación entrada-salida original puede reescribirse en términos del perfil de potencia de macrodiversidad y la llamada matriz de canal normalizada, como yo el {\displaystyle \mathbf {H} _ {w}}

y = ( ( GRAMO 1 2 ) yo el ) incógnita + norte {\displaystyle \mathbf {y} =\left(\left(\mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}\right)\circ \mathbf {H} _{w}\ derecha)\mathbf {x} +\mathbf {n} } .

donde es la raíz cuadrada de cada elemento de , y el operador, , representa la multiplicación de Hadamard (ver producto de Hadamard ). El elemento n de , , satisface la condición dada por GRAMO 1 2 {\displaystyle \mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}} GRAMO {\displaystyle \mathbf {G}} {\estilo de visualización \circ} i , yo {\displaystyle \scriptstyle i,j} yo el {\displaystyle \mathbf {H} _ {w}} yo el , i yo estilo de visualización h_{w,ij}}

mi { | yo el , i yo | 2 } = 1 i , yo {\displaystyle E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j} .

Se ha demostrado que existe un vínculo funcional entre la permanente matriz de perfil de potencia de macrodiversidad y el rendimiento de los sistemas de macrodiversidad multiusuario en el desvanecimiento. [2] Aunque parece como si la macrodiversidad solo se manifestara en el perfil de potencia, los sistemas que dependen de la macrodiversidad normalmente tendrán otros tipos de restricciones de potencia de transmisión (por ejemplo, cada elemento tiene una potencia promedio limitada) y diferentes conjuntos de transmisores/receptores de coordinación cuando se comunican con diferentes usuarios. [4] Tenga en cuenta que la relación de entrada-salida anterior se puede extender fácilmente al caso en el que cada transmisor y/o receptor tiene múltiples antenas. GRAMO {\displaystyle \mathbf {G}} incógnita {\displaystyle \mathbf {x}}

Véase también

Referencias

  1. ^ D. Gesbert, S. Hanly, H. Huang, S. Shamai, O. Simeone, W. Yu, Redes cooperativas MIMO multicelulares: una nueva mirada a la interferencia IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 28, no. 9, pp. 1380–1408, diciembre de 2010.
  2. ^ abcde DA Basnayaka, PJ Smith y PA Martin, Análisis del rendimiento de sistemas MIMO de macrodiversidad con receptores MMSE y ZF en desvanecimiento Rayleigh plano IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 12, no. 5, pp. 2240–2251, mayo de 2013.
  3. ^ MK Karakayali, GJ Foschini y RA Valenzuela, Coordinación de red para comunicaciones espectralmente eficientes en sistemas celulares IEEE Wireless Communication Magazine, vol. 13, no. 4, págs. 56–61, agosto de 2006.
  4. ^ ab E. Björnson y E. Jorswieck, Asignación óptima de recursos en sistemas multicelulares coordinados, Fundamentos y tendencias en la teoría de las comunicaciones y la información, vol. 9, núm. 2–3, págs. 113–381, 2013.
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