WiMAX MIMO se refiere al uso de la tecnología de comunicaciones de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) en WiMAX , que es la marca tecnológica para la implementación del estándar IEEE 802.16 .
WiMAX es la marca tecnológica para la implementación del estándar IEEE 802.16 , que especifica la interfaz aérea en la capa física (PHY) y en la capa de control de acceso al medio (MAC). Además de especificar el soporte de varios anchos de banda de canal y modulación y codificación adaptativas, también especifica el soporte para antenas MIMO para proporcionar buenas características sin línea de visión (NLOS) .
Ver también : Foro WiMax
MIMO significa Multiple Input and Multiple Output (entrada múltiple y salida múltiple ) y se refiere a la tecnología en la que hay varias antenas en la estación base y varias antenas en el dispositivo móvil. El uso típico de la tecnología de antenas múltiples incluye teléfonos celulares con dos antenas, computadoras portátiles con dos antenas (por ejemplo, incorporadas en el lado izquierdo y derecho de la pantalla), así como dispositivos CPE con múltiples antenas emergentes.
La implementación predominante de la red celular es tener múltiples antenas en la estación base y una sola antena en el dispositivo móvil . Esto minimiza el costo de la radio móvil. A medida que los costos de los componentes de radiofrecuencia (RF) en los dispositivos móviles disminuyen, las segundas antenas en los dispositivos móviles pueden volverse más comunes. Actualmente, se utilizan múltiples antenas de dispositivos móviles en la tecnología Wi-Fi (por ejemplo, IEEE 802.11n), donde los teléfonos celulares, las computadoras portátiles y otros dispositivos habilitados para Wi-Fi a menudo tienen dos o más antenas.
Las implementaciones de WiMAX que utilizan tecnología MIMO han cobrado importancia. El uso de la tecnología MIMO mejora la recepción y permite un mejor alcance y velocidad de transmisión. La implementación de MIMO también proporciona a WiMAX un aumento significativo en la eficiencia espectral . [1]
La configuración MIMO definida por 802.16 se negocia de forma dinámica entre cada estación base y estación móvil individual. La especificación 802.16 admite la capacidad de admitir una combinación de estaciones móviles con diferentes capacidades MIMO. Esto ayuda a maximizar el rendimiento del sector aprovechando las diferentes capacidades de un conjunto diverso de estaciones móviles de distintos proveedores.
La especificación 802.16 admite la técnica de Diversidad de transmisión de entrada múltiple y salida única (MISO) , que comúnmente se conoce como Código de espacio-tiempo (STC) . Con este método, se emplean dos o más antenas en el transmisor y una antena en el receptor. El uso de múltiples antenas receptoras (es decir, MIMO) puede mejorar aún más la recepción de las señales transmitidas mediante STC.
Con una tasa de diversidad de transmisión = 1 (también conocida como "Matriz A" en el estándar 802.16), se transfieren constelaciones de bits de datos diferentes en dos antenas diferentes durante el mismo símbolo. La conjugación y/o la inversa de las mismas dos constelaciones se transfieren nuevamente en las mismas antenas durante el siguiente símbolo. La tasa de transferencia de datos con STC sigue siendo la misma que en el caso base. La señal recibida es más robusta con este método debido a la redundancia de transmisión. Esta configuración ofrece un rendimiento similar al del caso de dos antenas receptoras y una antena transmisora.
La especificación 802.16 también admite la técnica MIMO de multiplexación espacial (SMX) , también conocida como tasa de diversidad de transmisión = 2 (también conocida como "Matriz B" en el estándar 802.16). En lugar de transmitir el mismo bit por dos antenas, este método transmite un bit de datos desde la primera antena y otro bit desde la segunda antena simultáneamente, por símbolo. Siempre que el receptor tenga más de una antena y la señal sea de suficiente calidad, el receptor puede separar las señales. Este método implica una complejidad y un gasto adicionales tanto en el transmisor como en el receptor. Sin embargo, con dos antenas de transmisión y dos antenas de recepción, los datos se pueden transmitir el doble de rápido que en sistemas en comparación con los que utilizan códigos de espacio-tiempo con una sola antena de recepción.
Un uso específico de la multiplexación espacial es aplicarla a usuarios que tienen la mejor calidad de señal, de modo que se dedique menos tiempo a transmitirles. Los usuarios cuya calidad de señal es demasiado baja para permitir que las señales multiplexadas espacialmente se resuelvan se quedan con la transmisión convencional. Esto permite a un operador ofrecer velocidades de datos más altas a algunos usuarios y/o atender a más usuarios. El mecanismo de negociación dinámica de la especificación WiMAX ayuda a posibilitar este uso.
La especificación 802.16 también admite el uso de cuatro antenas. Se admiten tres configuraciones.
Con una tasa de transmisión de 1 y utilizando cuatro antenas, los datos se transmiten cuatro veces por símbolo, donde cada vez los datos se conjugan y/o invierten. Esto no cambia la tasa de transmisión de datos, pero sí le da a la señal más robustez y evita aumentos repentinos en las tasas de error.
Con una tasa de 2 utilizando cuatro antenas, la tasa de datos solo se duplica, pero aumenta en robustez ya que los mismos datos se transmiten dos veces en comparación con solo una vez utilizando dos antenas.
La tercera configuración que solo está disponible usando cuatro antenas es la Matriz C, donde se transmite un bit de datos diferente desde las cuatro antenas por símbolo, lo que proporciona cuatro veces la velocidad de datos de referencia.
Nota: La combinación de relación máxima (MRC) es una decisión del proveedor y mejora la velocidad y el alcance. En WiMAX, la combinación de relación máxima (MRC) en la estación base a veces también se denomina formación de haz de recepción.
Véase también : Codificación espacio-temporal y multiplexación espacial
Una técnica relacionada se denomina Uplink Collaborative MIMO, en la que los usuarios transmiten al mismo tiempo en la misma frecuencia. Este tipo de multiplexación espacial mejora el rendimiento del sector sin necesidad de múltiples antenas de transmisión en el dispositivo móvil. El método común no MIMO para esto en OFDMA es programar diferentes estaciones móviles en diferentes puntos en un mapa de tiempo-frecuencia OFDMA. La multiplexación espacial colaborativa (MIMO colaborativo) es comparable a la multiplexación espacial regular, en la que se transmiten múltiples flujos de datos desde múltiples antenas en el mismo dispositivo.
En el caso de WiMAX , Uplink Collaborative MIMO es una multiplexación espacial con dos dispositivos diferentes, cada uno con una antena. Estos dispositivos de transmisión colaboran en el sentido de que ambos dispositivos deben estar sincronizados en tiempo y frecuencia para que la superposición intencional se produzca en circunstancias controladas. Los dos flujos de datos interferirán entre sí. Siempre que la calidad de la señal sea suficientemente buena y el receptor de la estación base tenga al menos dos antenas, los dos flujos de datos se pueden separar de nuevo. Esta técnica a veces también se denomina multiplexación espacial virtual.
Una técnica relacionada con MIMO que se puede utilizar con WiMAX se denomina AAS o Beamforming . Se emplean múltiples antenas y múltiples señales, que luego dan forma al haz con la intención de mejorar la transmisión a la estación deseada. El resultado es una interferencia reducida porque la señal que va al usuario deseado aumenta y la señal que va a otros usuarios se reduce.
Otra técnica relacionada con MIMO que se puede utilizar en sistemas WiMAX, pero que está fuera del alcance de la especificación 802.16, se conoce como Diversidad de Retardo Cíclico . En esta técnica, una o más de las señales se retrasan antes de la transmisión. Debido a que las señales salen de dos antenas, sus espectros de recepción difieren ya que cada espectro se caracteriza por jorobas y muescas debido al desvanecimiento por trayectos múltiples. En el receptor, las señales se combinan, lo que mejora la recepción porque la recepción conjunta da como resultado jorobas espectrales menos profundas y menos muescas espectrales. Cuanto más se acerque la señal a un canal plano a un cierto nivel de potencia, mayor será el rendimiento que se puede obtener.
El Foro WiMax cuenta con un conjunto de procedimientos de prueba de conformidad estandarizados para el cumplimiento de las especificaciones PHY y MAC , denominado Prueba de conformidad de radio (RCT). Cualquier aspecto tecnológico de una implementación particular de una interfaz de radio debe someterse primero a la RCT. En general, se puede suponer que cualquier aspecto del estándar IEEE 802.16 que no tenga un procedimiento de prueba en la RCT aún no se ha implementado ampliamente.
Las empresas que fabrican RFIC que admiten WiMAX MIMO incluyen Intel , Beceem [1], NXP Semiconductors y PMC-Sierra .