Medida, simulación y análisis de eficiencia espectral para canales MIMO en entornos indoor en la banda de 2GHz

Resumen

Los futuros sistemas inalámbricos de comunicaciones digitales emplearán técnicas de procesado espacio-tiempo, como por ejemplo la transmisión a través de múltiples canales de propagación, para aumentar la capacidad frente a los sistemas tradicionales, en lo que se ha denominado sistemas MIMO (Múltiple Input Múltiple Output). Aunque existen numerosas publicaciones sobre las posibilidades de mejora introducidas por los sistemas MIMO, en la mayor parte de los estudios se asumen canales incorrelados. En la práctica, existe cierta correlación entre los diferentes subcanales de propagación, por lo que resulta interesante evaluar el impacto de la correlación sobre las prestaciones del sistema en función de la banda de frecuencia y la polarización utilizada en entornos indoor. En este documento se presenta un estudio detallado de un canal MIMO real, analizando además, de forma simulada y referenciado a medidas, su eficiencia espectral cuando se modifica el número de elementos de antena y el nivel de SNR (Signal to Noise Ratio). Se muestra que el incremento del orden diversidad del sistema podría no suponer una mejora significativa en la ganancia de los valores propios del sistema, en el caso de tener subcanales con un alto grado de correlación, afectando así las prestaciones del sistema MIMO. También se muestra que un aumento en el número de antenas, en lo que conforma el sistema radiante del transmisor y/o receptor, no necesariamente supone un incremento lineal de la capacidad si los subcanales están correlados. Con base en una campaña de medidas realizada en el dominio de la frecuencia entre 2 y 2.6 GHz, en un entorno indoor, se ha observado una dependencia de la matriz de correlación que caracteriza el sistema MIMO con el tipo de polarización utilizado, y un menor grado de dependencia con la banda de frecuencia. Además, por medio de un análisis detallado de los valores propios del sistema se ha encontrado que un simulador basado en la transformada inversa de Fourier, utilizado para incluir la variabilidad temporal de los subcanales de propagación aleatorios, presenta mejores prestaciones que su contraparte IIR (Infinite Impulse Response). Por último, bajo la hipótesis de canal WSS (Wide Sense Stationary), garantizando un nivel mínimo de SNR, y para diferentes grados de correlación, se han observado cambios significativos tanto en la función de distribución de probabilidad que caracteriza la capacidad, como en la función de  distribución acumulativa que caracteriza los valores propios del sistema MIMO.