Telecomunicaciones

Aspectos Fundamentales de los Sistemas MIMO
J. M. Molina García Pardo, R. Ibernón Fernández, J. V. Rodríguez Rodríguez y L. Juan Llácer Grupo de investigación SiCoMo Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones. Universidad Politécnica de Cartagena Campus Muralla de Mar. Edificio Antiguo Hospital de Marina 30202 Cartagena Teléfono: 968 325954 Fax: 968 325973 E-mail:josemaria.molina@upct.es, ruben.ibernon@upct.es, jvictor.rodriguez@upct.es, leandro.juan@upct.es Resumen. Este artículo realiza una introducción a los sistemas MIMO (Multiple-Input MultipleOutput). Estos sistemas son capaces de aumentar la eficiencia espectral utilizando múltiples antenas tanto en transmisión como en recepción. El aumento de la capacidad viene determinado por el tipo de entorno depropagación, por lo tanto es importante realizar medidas experimentales del canal con el fin de observar en que entornos es propicio el uso de dichos sistemas. Por último, se muestra el sistema de medidas desarrollado por el grupo de investigación SiCoMo, así como parte de los resultados de una campaña de medidas realizada en un túnel peatonal dentro del Campus Muralla del Mar de la UPCT.

1Introducción
El incremento de la demanda de espectro radioeléctrico ha motivado el estudio de nuevas técnicas que aumenten eficientemente el uso del mismo. Los sistemas tradicionales están formados por una antena transmisora y otra receptora (sistemas Single-Input Single-Output, SISO). En algunos casos, esta configuración se modifica aumentando el número de antenas transmisoras o receptoras para dotar alsistema de diversidad en transmisión o en recepción respectivamente, pero no para aumentar la velocidad de transmisión de datos (capacidad) ya en la interfaz radio del sistema. Sin embargo, el objetivo principal de los sistemas MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), sí es utilizar múltiples antenas en transmisión y en recepción, para garantizar una aumento de capacidad, si el entorno depropagación ofrece una rica dispersión de la señal [1]. Los trabajos de Foschini [1] y Telatar [2] demuestran que, aumentando el número de antenas a ambos lados del canal, aumenta sustancialmente el número de bits transmitidos por hercio (capacidad), cosa impensable en sistemas SISO. Este aumento de la capacidad espectral está asociado a una riqueza de dispersión en el entorno, la cual permite la transmisiónde información por caminos independientes. Para un sistema con M antenas transmisoras, y N antenas receptoras, ese incremento de capacidad puede llegar a ser del orden del mínimo entre N yM.

Fig 1. Representación genérica de un canal MIMO NxM

r = Gs + n

(1)

donde r es un vector de N señales recibidas, s es un vector de M señales transmitidas, G es una matriz de NxM funciones detransferencia y n es un vector de ruido formado por N elementos. De esta manera, el canal se convierte en una matriz de funciones de transferencia formada por NxM elementos. Cada elemento G(n,m) de G indica cómo se propaga la señal desde el elemento radiante m hasta el n. En el caso de que el sistema sea de banda estrecha (ancho de banda de transmisión mucho menor que el ancho de banda del canal), lacapacidad máxima teórica, cuando la potencia que se transmite por cada una de las antenas es la misma, se calcula a partir de la siguiente expresión:

2 Canales MIMO
En general, los sistemas MIMO están formados por un array de M antenas transmisoras y otro array de N antenas receptoras. La señal recibida se puede expresar de la siguiente forma:

CMIMO = log 2 (I N +

ρ
M

HH* ) bits/s/Hz(2)

Donde ()* es el operador transpuesto conjugado, IN es la matriz identidad de N elementos, ρ es la relación señal a ruido y H es la matriz transferencia normalizada a partir de la matriz G, de dimensiones NxM. La normalización se suele realizar por medio

de la norma de Frobenius, definida de la siguiente manera:
2 E ⎡ H F ⎤ = NM (3) ⎣ ⎦

3 Capacidad Ergódica y Outage
La...