Técnicas basadas en decisión para sistemas MIMO

Resumen

En esta tesis veremos dos esquemas para sistemas de comunicaciones inalámbricas con múltiples antenas en el transmisor y en el receptor (MIMO, del inglés Multiple-Input Multiple-Output) que van a llevar gran parte del procesado de señal desde los receptores al transmisor: aquéllos que implementan técnicas de ecualización en transmisión (también conocidas como precodificación) y los que emplean codificación de canal. Puesto que en sistemas dúplex por división de frecuencia (FDD, del inglés Frequency Division Duplex) no es posible estimar el canal en el enlace ascendente, ya que no son recíprocos, éste debe ser estimado en el receptor durante el enlace descendente y enviado al transmisor a través de un canal de retorno, usualmente limitado en ancho de banda. La mayoría de los estándares de comunicaciones inalámbricas hacen uso de este canal de realimentación para enviar periódicamente información desde los receptores al transmisor. Sin embargo, ninguno de estos estándares, incluso los que se encuentran en desarrollo, hacen uso de esta información para decidir si el transmisor debe enviar o no símbolos piloto, de forma que estos símbolos son enviados por el transmisor sin tener en cuenta si el receptor realmente los necesita para realizar el seguimiento de las variaciones temporales del canal. Esta situación produce una fuerte degradación del sistema en cuanto a eficiencia espectral, energía transmitida y velocidad de transmisión. Los objetivos de las soluciones propuestas en los esquemas con precodificación tratarán de optimizar el uso de este canal de retorno a través del cual el transmisor obtiene la información del canal (CSI, del inglés Channel State Information), que necesita para construir los filtros del precodificador, de simplificar de esta forma el transmisor y evidentemente el receptor, además de reducir la cantidad de símbolos piloto enviada desde el transmisor al receptor. En el caso de las soluciones propuestas en los esquemas con codificación de canal, en particular, con codificación de Alamouti, la finalidad de las mismas es alcanzar los dos últimos objetivos que acabamos de mencionar. A lo largo de este trabajo nos referiremos a estas soluciones basadas en decisión como soluciones híbridas. Una cuestión importante es cómo determinar cuando el canal ha sufrido una variación significativa. Para ello, planteamos en esta tesis una regla de decisión sencilla la cual, en función de unos umbrales que se obtienen en una fase de entrenamiento previa a la transmisión, determinará si es necesario o no el envío de pilotos desde el transmisor y la estimación del canal en el receptor. Tal y como veremos en los resultados de simulación por ordenador que mostraremos en este trabajo, en el caso de canales MIMO con fluctuaciones de nivel no muy acusadas se consigue una reducción muy importante tanto en el número de símbolos piloto enviados desde el transmisor al receptor como en el coste computacional del receptor derivado de la estimación del canal.