miércoles, 23 de abril de 2008

Una guía para MIMO y Beamforming

Por Shamik Mukherjee, de Motorola Networks & Enterprise

Los Operadores Inalambricos están cada vez más presionados para mejorar sus redes y capacidad de servicio a fin de seguir el ritmo de la aceleración del crecimiento en la utilización inalámbricas y el aumento de la demanda de conexiones de alto rendimiento. Como el ancho de banda intensivo, rich media se introducen aplicaciones, grandes volúmenes de suscriptores consumen cada vez mayor cantidades de paquetes de datos mientras se sigue a utilizar más minutos de voz. Basta con adquirir más espectro de canales y el despliegue de más sitios para resolver los problemas de capacidad puede ser decididamente ineficientes y costosos.

Revolucionario múltiples técnicas de la antena a la estación base y de usuario final dispositivo, junto con sofisticado procesamiento de señales, para mejorar el enlace de comunicaciones para los más exigentes escenarios de aplicación incluidos obstaculizado en gran medida la propagación de ambientes de alta velocidad y servicio de movilidad. Convencional En caso de que el diseño de redes inalámbricas desde hace mucho tiempo base utilizada sitio sectorización y único, omni-direccional de las antenas de los usuarios finales dispositivo para servir al enlace de comunicaciones, con un avanzado multi-antena implementaciones de los operadores de disponer de una nueva suite de herramientas para el desarrollo de potentes redes móviles del futuro.

Mobile WiMAX se ha ofrecido a la industria una plataforma capaz de entregar para que los exigentes requisitos de servicio de acceso inalámbrico de hoy y de mañana. Con el añadido soporte para una variedad de avanzada de multi-antena implementaciones, Mobile WiMAX ofrece el operador inalámbrico de socorro en el cumplimiento de sus red cada vez mayor demanda con mayor rendimiento, menor número de sitios, menos del espectro, y la reducción de costes.

Los Retos de Múltiples

Uno de los mayores desafíos para los sistemas inalámbricos tradicionales ha sido la gestión de múltiples entornos camino desapareciendo. Multi-path desvanecimiento es la resultante degradación de la señal debido a obstrucciones entre un transmisor inalámbrico y su destino. En una no Línea de visión (RNE) el medio ambiente, una señal puede transmitirse rebote de un sinnúmero de obstáculos como edificios, caminos y estructuras artificiales, así como árboles, colinas, y los impedimentos naturales. Con cada rebote, un ejemplo de la señal hace su camino al destino receptor con una variación en el tiempo. Estas múltiples, "rebotados" señales pueden interferir el uno con el otro resultando en una degradación de señal en el receptor.

Tal vez un poco contra-intuitiva, donde múltiples y difíciles entornos de propagación una vez que se considera un adversario para los sistemas inalámbricos, con antena multi-aplicaciones, el sistema inalámbrico en realidad los beneficios de las múltiples fenómeno - la movilización de múltiples a crear un marco más robusto canal de comunicaciones.

Tecnologías de Antena Múltiple

Industria proveedores y las fuentes han creado una serie de convenciones de nombres para referirse a multi-antena implementaciones. En pocas palabras, el término MIMO (entrada múltiple salida múltiple) puede utilizarse para hacer referencia a cualquier antena multi-tecnologías.

Libros de Texto MIMO configuraciones están representados como "Open Loop" o "Closed Loop". En aplicación, el uso común MIMO terminología ha sido más a menudo en referencia a Open Loop técnicas MIMO. WiMAX La norma incluye dos versiones de Open Loop MIMO se refiere a las técnicas como la matriz de la matriz A y B.

Circuito cerrado de técnicas MIMO, también conocido como transmisor Adaptive Antenna (TX-AA) técnicas, son simplemente citados por la industria como "beamforming".

WiMAX infraestructura emitido hoy carteras de los principales proveedores de la industria a considerar enfoques MIMO Matrix A, Matrix B MIMO y beamforming como un medio para aprovechar el tremendo rendimiento de estas técnicas.

MIMO Matriz A & MIMO Matriz B

Open Loop MIMO

Con Open Loop MIMO, el canal de comunicaciones no utilizar la información explícita con respecto a la propagación canal. Common Open Loop MIMO técnicas incluyen Space Time Block Coding (STBC), Spatial Multiplexing (SM-MIMO) y el enlace ascendente de Colaboración MIMO. WiMAX En los sistemas MIMO Matriz A se refiere a la técnica y STBC MIMO Matriz B se refiere a la SM-MIMO técnica.

Beamforming

Circuito cerrado MIMO

Con circuito cerrado MIMO, el transmisor recoge información sobre el canal para optimizar las comunicaciones destinadas a la del receptor. Closed Loop MIMO utiliza normalmente la Tasa Máxima de Transmisión (MRT) o Eigen Beamforming de Estadística (FBE), las técnicas que conduzcan a la denominación abreviada de este planteamiento - beamforming.


MIMO Matriz A & Matriz de B

MIMO Matrix A (STBC) y MIMO Matrix B (SM-MIMO) aprovecha multi-antena operaciones a la estación base y el usuario final dispositivo. Matrix y Matrix A B con dos receptores de antena es un Wave 2 WiMAX Forum para la certificación característica Y los dispositivos WiMAX será una capacidad apoyado en el amplio grupo de equipos certificados.

Aumento de Cobertura

MIMO Matriz A (STBC)

Con MIMO matriz A, un único flujo de datos se replica y transmitidos a través de múltiples antenas. Redundante El flujos de datos son cada codificados utilizando un algoritmo matemático conocido como Space Time Block Codes. Con este tipo de codificación, cada señal transmitida es ortogonal al resto la reducción de la libre la injerencia y la mejora de la capacidad del receptor para distinguir entre las múltiples señales. Con las múltiples transmisiones de los datos codificados arroyo, hay una mayor oportunidad para que el receptor para identificar una señal inequívoca de que es menos afectada negativamente por la vía física. El receptor, además, puede utilizar Maximal Ratio-Combinar (MRC) técnicas para combinar las múltiples señales para la recepción más robusta. MIMO matriz A se utilizan fundamentalmente para mejorar la cobertura del sistema.

Lo Mejor de Ambas Técnicas

Adaptive Modo de Selección

En los entornos en los que la relación señal / ruido (SNR) es baja, como el borde de la celda o donde la señal es débil, MIMO A supera a Matrix Matrix MIMO B. En relación señal ruido superior, donde el sistema es más propenso a ser el ancho de banda limitado en lugar de la fuerza de la señal limitada, MIMO B supera a Matrix Matrix MIMO A. Un sistema ideal WiMAX que emplean técnicas MIMO apoyará tanto la matriz A y B. Matrix El sistema calculará un óptimo punto de conmutación y dinámico de cambio entre los dos enfoques para ofrecer la necesaria la cobertura o la capacidad de ganancias exigió a partir de la red en cualquier momento o lugar.



Colaboración de Enlace Ascendente MIMO


Colaboración enlace ascendente MIMO es otro de bucle abierto MIMO técnica considerada por los proveedores de WiMAX para incrementar la eficiencia espectral y la capacidad de enlace ascendente de la vía de comunicación. Una aplicación práctica de esta técnica permitiría a dos usuarios finales dispositivos WiMAX, cada uno con un solo transmitir línea, a utilizar la misma asignación de frecuencias para comunicarse con los productos de doble antena estación base WiMAX. Esta técnica puede doblar de forma efectiva la capacidad de enlace ascendente del sistema WiMAX.

Beamforming

WiMAX sistemas que utilizan beamforming como un medio para aumentar aún más la cobertura del sistema y la capacidad puede superar las capacidades de técnicas MIMO. Beamforming técnicas como la de Estadística Eigen Beamforming (FBE) y la Tasa Máxima de Transmisión (MRT) son opcionales en el estándar WiMAX 802.16e, proveedores líderes, pero se están aprovechando de su firme características de funcionamiento.

Beamforming técnicas de apalancamiento arrays de transmitir y recibir antenas para controlar la direccionalidad y la forma del patrón de radiación. La antena espacial elementos de separación dictada por la longitud de onda de transmisión y cuentan con el apoyo de sofisticados de procesamiento de señales.

Canalizar la información se comunica de la WiMAX abonado a la estación base WiMAX utilizando el "uplink sondeo respuesta" - un mandato dispositivo incluye una función de certificación WiMAX. Sobre la base de la comprensión de las características del canal, la estación base WiMAX utiliza técnicas de procesamiento de señales para calcular los pesos a se asignará a cada transmisor de control de fase y la amplitud relativa de las señales. Al aprovechar constructiva y destructiva interferencia, el patrón de radiación es dirigida y creada para proporcionar un óptimo patrón de radiación se centró en la dirección de comunicación.

Cuando se transmite una señal, beamforming puede aumentar la potencia en la dirección que la señal ha de ser enviada. Al recibir una señal, beamforming puede aumentar la sensibilidad del receptor en la dirección de las señales y quería disminuir la sensibilidad en la dirección de la interferencia y el ruido. Si bien el procesamiento de los requisitos para beamforming puede ser bastante sofisticada y recursos en función de la complejidad del canal y el número de abonados en el sistema, las implementaciones de hoy puede resolver el haz de pesos dentro de 5 a 10 ms que permite en la práctica las soluciones WiMAX.

Beamforming técnicas permiten el sistema de WiMAX para obtener una mayor gama de antenas con mayor ganancia en la dirección deseada de las comunicaciones y una mejor conectividad entre la estación base y el dispositivo. Al mismo tiempo, el más estrecho ancho de haz y la reducción de la interferencia aumenta la capacidad y rendimiento que ofrece el sistema.

Mientras tanto, MRT y la Federación Bancaria Europea son similares a las técnicas principales, el apoyo a cada uno de los algoritmos ofrecen ventajas en diversos escenarios de aplicación. MRT Para emitir fuerte sistema de ganancias, la técnica requiere una medición más exacta y la comprensión de las condiciones de canal. Como tal, es un MRT más oportuno, cuando la técnica de comunicación con los receptores estática. receptores para móviles, la demora entre la medición de la condición de canal y que forman la viga se convierte en un factor significativo para la entrega de los beneficios del sistema necesarias. En estos entornos móviles, la Federación Bancaria Europea ofrece una técnica más sólida. Idealmente, WiMAX beamforming adoptar soluciones, tanto MRT FBE y técnicas para ofrecer una perspectiva más holística beamforming solución capaz que aborda tanto fijas como móviles.

Requisitos del Dispositivo WiMAX

Multi-antena implementaciones de WiMAX en los sistemas son más eficaces cuando el abonado WiMAX también tiene varias antenas y las capacidades necesarias receptor. Si bien las técnicas tales como MIMO matriz A y beamforming puede demostrar algunas mejoras en el enlace de comunicaciones, incluso con una sola antena de abonado, multi - antena aplicación entregará todas las ventajas de las técnicas avanzadas de antena.

Por otra parte, Matrix B MIMO aplicación exige la paridad en el número de antenas de la estación base y el abonado. El beneficio completo de MIMO Matriz B se limita a la menor el número de transmitir y recibir a las cadenas de la estación base o dispositivo .

Dos sistemas de recibir la antena tienen el mandato para WiMAX Wave 2 dispositivo de certificación y esta capacidad es probable que sea más fácilmente el apoyo de chipset y fabricantes de dispositivos. Por lo tanto, dos transmitir y recibir dos MIMO aplicación a la estación base es un medio eficaz para el diseño de un WiMAX sistema.

Cuando un abonado WiMAX registros en una red WiMAX, el suscriptor informa a la estación base WiMAX lo que sus capacidades son. Esta información puede incluir el apoyo a MIMO Matrix A, Matrix B MIMO, o beamforming. Basándose en esta información, la estación base WiMAX reconocerá la mejor manera de comunicarse con los abonados que WiMAX para administrar de manera óptima la el enlace de comunicaciones.

Escenarios Flexibles de Despliegue

WiMAX es una tecnología versátil de mayor relevancia para una gran variedad de escenarios de aplicación que abarca desde puntos fijos, nómadas, móviles, interiores y exteriores de comunicación. Al diseñar un sistema de WiMAX, incluida la capacidad factores o requisitos en materia de cobertura, fijos o móviles, sectorización y los sistemas de reutilización todos contribuyen a determinar el derecho conjunto de características y requisitos de capacidades a la estación base WiMAX.

MIMO Matriz B se convierte en una opción atractiva en entornos urbanos donde hay una rica múltiples condiciones. Además, las comunicaciones interiores, donde las señales es probable que rebote contra las paredes, techo, piso y también proporciona un buen ambiente para la matriz B. Con dos antenas aplicación , La matriz de B MIMO puede duplicar el rendimiento sobre una antena sencilla aplicación.

MIMO A Matrix es una buena opción para zonas suburbanas y rurales las zonas geográficas donde hay menos probabilidad de fuertes múltiples y la relación señal / ruido podría ser más débil. Además, la matriz A MIMO puede ser una opción eficaz para la movilidad de alta velocidad, aplicaciones en las que, una vez más, el relación señal / ruido podría reducirse. En estos escenarios MIMO matriz A con dos antenas aplicación puede duplicar el sistema de enlace de presupuesto más de una sola antena aplicación impulsar sustancialmente el área de cobertura.

Si bien la matriz A se utiliza principalmente para darse cuenta de ganancias y cobertura de la matriz B se utiliza para aumentar la capacidad de oferta, un sistema ideal va a cambiar dinámicamente entre Matrix y Matrix A B dependiendo de la aplicación específica, geografía, enlace o condición.

Para aquellos entornos en los que más ganancias en la cobertura o la capacidad son necesarios más allá de lo que puede ser emitido por la matriz A y B implementaciones de Matrix, beamforming soluciones deben ser tenidas en cuenta. Con una antena de cuatro aplicación, el sistema WiMAX puede darse cuenta de hasta un 12 a 16dB ganancia en enlace presupuesto a través de un solo sistema de antena - que asciende a más de dieciséis veces mejora.

Por supuesto, el rendimiento y la capacidad de cobertura de los sistemas de WiMAX son altamente influenciados por la radio el medio ambiente, el perfil de voz y datos de tráfico en la red, planificación de frecuencias, y suscriptor de carga. Cuidadoso de perfiles de los requisitos de servicio para la red WiMAX en combinación con sofisticados RF modelado utilizando información detallada topológica de la geografía de servicios son un componente fundamental para la planificación de un enfoque de despliegue. Experimentados análisis puede proporcionar la información necesaria en cuanto a la óptima combinación de soluciones de RF y antena multi-técnicas en un sitio por sitio - en última instancia, que dio lugar a un modelo de negocio optimizados.

Conclusión

Un WiMAX optimizado el diseño del sistema deben tener en cuenta el operador del mercado-incluidos los requisitos específicos de planificación de frecuencias, la geografía y el despliegue previsto oferta de servicios. Además, estos requisitos pueden variar a lo largo de un operador de servicios perímetro y puede evolucionar con el tiempo.

Los operadores pueden diseñar el ajuste óptimo de red - la mezcla y se pongan en venta a través de una serie de tipos de estaciones base - cuando tienen acceso a una gama de opciones de infraestructura con capacidades diferentes que abordan diversos escenarios de despliegue y operar bajo una misma gestión y los controles.

WiMAX los operadores pueden seleccionar la estación base de derecho para servir a un sitio determinado requisito y configurarlo para apoyar una amplia variedad de cobertura, capacidad y escenarios de aplicación. Con una amplia cartera de opciones de infraestructura incluidos macro / micro, al aire libre o bajo techo, sectorized / omni , Torre-top electrónica / distribuidos electrónica, MIMO y beamforming técnicas, WiMAX los operadores pueden desplegar rápidamente una red optimizada para sintonizar los diferentes requisitos en su servicio huella hoy y crecer con facilidad y la escala para satisfacer las crecientes demandas del mañana.

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