La tecnología MIMO multiusuario ( MU-MIMO ) es un conjunto de tecnologías de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) para comunicaciones inalámbricas multitrayecto , en las que varios usuarios o terminales, cada uno de ellos transmitiendo señales de radio a través de una o más antenas, se comunican entre sí. Por el contrario, la tecnología MIMO de un solo usuario (SU-MIMO) implica que un solo usuario o terminal equipado con múltiples antenas se comunique con exactamente otro 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, MU-MIMO agrega capacidad de múltiples usuarios a MIMO en el ámbito inalámbrico.
SDMA, [1] [2] [3] MIMO masivo, [4] [5] multipunto coordinado (CoMP) [6] y MIMO ad hoc están todos relacionados con MU-MIMO; cada una de esas tecnologías a menudo aprovecha los grados espaciales de libertad para separar a los usuarios.
MU-MIMO aprovecha a múltiples usuarios como recursos de transmisión distribuidos espacialmente, a costa de un procesamiento de señales algo más costoso. En comparación, el MIMO de un solo usuario convencional (SU-MIMO) implica únicamente dimensiones de múltiples antenas de dispositivos locales. Los algoritmos MU-MIMO mejoran los sistemas MIMO donde las conexiones entre usuarios cuentan más que uno. MU-MIMO se puede generalizar en dos categorías: canales de transmisión MIMO (MIMO BC) y canales de acceso múltiple MIMO (MIMO MAC) para situaciones de enlace descendente y ascendente, respectivamente. Nuevamente en comparación, SU-MIMO se puede representar como un MIMO punto a punto, por pares.
Para eliminar 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 de enlace descendente, y viceversa para conexiones de enlace ascendente. Las redes homogéneas se liberan de esta distinción ya que tienden a ser bidireccionales.
MIMO BC representa un caso de enlace descendente MIMO en el que un único transmisor transmite a múltiples receptores dentro de la red inalámbrica. Ejemplos de procesamiento de transmisión avanzado para MIMO BC son la precodificación consciente de interferencias y la programación de usuarios de enlace descendente basada en SDMA. Para el procesamiento de transmisión avanzado, qfz debe conocerse en el transmisor (CSIT). Es decir, el conocimiento de CSIT permite mejorar el rendimiento y los métodos para obtener CSIT adquieren una importancia significativa. 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 en MIMO BC incluyen, una, las que utilizan codificación de papel sucio (DPC) y técnicas lineales [7] y dos, técnicas híbridas (analógicas y digitales). [8] La precodificación también puede lograrse mediante una denominada matriz de dirección, [9] que puede aplicarse en múltiples configuraciones.
Por el contrario, el canal de acceso múltiple MIMO o MAC MIMO representa un caso de enlace ascendente MIMO en la red inalámbrica de múltiples transmisores a un solo receptor. Algunos ejemplos de procesamiento de recepción avanzado para MAC MIMO son la cancelación de interferencia conjunta y la programación de usuarios de enlace ascendente basada en SDMA. Para el procesamiento de recepción avanzado, el receptor debe conocer la información de estado del canal en el receptor (CSIR). Conocer CSIR es generalmente más fácil que conocer CSIT. Sin embargo, conocer CSIR consume muchos recursos de enlace ascendente para transmitir pilotos dedicados desde cada usuario al AP. Los sistemas MAC MIMO superan a los sistemas MIMO punto a punto, especialmente cuando la cantidad de antenas receptoras en un AP es mayor que la cantidad de antenas de transmisión en cada usuario.
La tecnología MIMO entre capas mejora el rendimiento de los enlaces MIMO al resolver ciertos problemas entre capas que pueden surgir cuando se emplean configuraciones MIMO en un sistema. Las técnicas entre capas también se pueden utilizar para mejorar el rendimiento de los enlaces SISO. Algunos ejemplos de técnicas entre capas son la codificación conjunta de canal de origen, la modulación y codificación adaptativas (AMC, o "adaptación de enlace"), la ARQ híbrida (HARQ) y la programación de usuarios.
La red ad hoc inalámbrica altamente interconectada aumenta la flexibilidad de las redes inalámbricas a costa de una mayor interferencia de múltiples usuarios. Para mejorar la inmunidad a la interferencia, los protocolos de capa PHY/MAC han evolucionado desde una transmisión y recepción basada en la competencia a una basada en la cooperación. Las comunicaciones inalámbricas cooperativas pueden realmente explotar la interferencia, que incluye la autointerferencia y otras interferencias del usuario. En las comunicaciones inalámbricas cooperativas, cada nodo puede utilizar la autointerferencia y otras interferencias del usuario 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 se puede decodificar una fuerte interferencia, un nodo decodifica y cancela la fuerte interferencia antes de decodificar la señal propia. La mitigación de las bajas relaciones de portadora sobre interferencia (CoI) se puede implementar en las capas de red PHY/MAC/Aplicación en sistemas cooperativos.
CO-MIMO , también conocido como MIMO de red ( net-MIMO ), o MIMO ad hoc , utiliza antenas distribuidas que pertenecen a otros usuarios, mientras que MIMO convencional, es decir, MIMO de usuario único, solo emplea antenas que pertenecen al terminal local. CO-MIMO mejora el rendimiento de una red inalámbrica al introducir ventajas de múltiples antenas, como diversidad, multiplexación y formación de haces . Si el interés principal depende de la ganancia de diversidad, se conoce como diversidad cooperativa . Puede describirse como una forma de macrodiversidad , utilizada por ejemplo en soft handover . MIMO cooperativo corresponde a la macrodiversidad de transmisor o simulcasting . Una forma simple que no requiere ningún procesamiento avanzado de señal son las redes de frecuencia única (SFN), utilizadas especialmente en la radiodifusión inalámbrica. Las SFN combinadas con programación adaptativa de canal o de tráfico se denominan redes de frecuencia única dinámicas (DSFN).
CO-MIMO es una técnica útil para futuras redes celulares que consideren redes de malla inalámbricas o redes inalámbricas ad hoc. En las redes inalámbricas ad hoc , 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 se pueden aplicar a múltiples enlaces entre los clústeres de nodos de transmisión y recepción. A diferencia de las múltiples antenas en un transceptor MIMO de un solo usuario, los nodos participantes y sus antenas se ubican de manera distribuida. Por lo tanto, para lograr la capacidad de esta red, las técnicas para administrar los recursos de radio distribuidos son esenciales. Se han sugerido estrategias como la cognición autónoma de interferencias , la cooperación de nodos y la codificación de red con codificación de papel sucio para optimizar la capacidad de la red inalámbrica.
