UNIVERSIDAD CATLICA ANDRS BELLOFacultad de IngenieraEscuela de TelecomunicacionesRadiocomunicaciones

MIMO vs. SISO

Integrantes:Arias, Kelly.

Jovez, Roslyn.

Prof.:Nicola Buonanno.

Caracas, Julio de 2015.

ndiceIntroduccin......3MIMO (Multiple Input, Multiple Output)....4Antecedentes. Diversidad...........4Definicin de MIMO..........6 Funcionamiento..........6Aplicaciones............8 Presencia en diferentes estndares..8SISO (Single Input, Single Output)......9Diferencias entre SISO y MIMO......9Conclusin.11Bibliografa...12

IntroduccinLas nuevas tecnologas se encuentran cada vez ms presentes en nuestro da a da, las redes evolucionan hacia formas ms modernas y prcticas. Para habilitar esta revolucin tecnolgica, nuevas tcnicas deben ser desarrolladas y las existentes necesitan ser mejoradas.

Ha pasado mucho tiempo desde que se realiz la primera transmisin va radio, y a lo largo de este tiempo todo lo concerniente a comunicaciones inalmbricas ha sufrido una notable evolucin. Todas las mejoras introducidas tienen un denominador comn, el afn de transmitir mayor cantidad de informacin, lo ms lejos posible, en el menor tiempo, con la mejor calidad y desde el punto de vista econmico, con el menor costo.

En esta era actual se demandan altas velocidades de transmisin y mayor calidad de comunicacin. En este sentido, se han realizado grandes avances en el campo de la modulacin, la codificacin y el procesado de seal para lograr trasmitir la mayor cantidad de informacin en el menor tiempo posible, los sistemas de control aprovechan las propiedades espaciales del lugar y obtienen un alto rendimiento, por lo que, para conocer el comportamiento estos es necesario interpretar y entender conceptos como SISO, MISO, SIMO y MIMO.

MIMO (Multiple Input, Multiple Output)

Antecedentes. DiversidadDiversidad se refiere a cuando se tiene mltiples copias de la seal transmitida, y segn dnde se produzca esta diversidad, se distinguen las siguientes clases:

Diversidad en el tiempo, se transmiten varias versiones de la misma seal en instantes diferentes. Diversidad en la frecuencia, cuando la seal es transmitida usando distintos canales de frecuencia. Diversidad en el espacio, cuando se utilizan caminos de propagacin diferentes para transmitir la seal. En comunicaciones inalmbricas esto se consigue mediante diversidad de antenas, es decir, usando varias antenas transmisoras (diversidad en transmisin) y/o varias antenas receptoras (diversidad en recepcin). Diversidad de polarizacin, cuando mltiples copias de la seal son transmitidas con polarizaciones distintas. Diversidad de usuarios, cuando el transmisor elige el mejor usuario entre varios candidatos de acuerdo con la calidad existente en cada canal.

MIMO se enfoca en la diversidad espacial a travs de la diversidad de antenas. Segn el nmero de antenas que encontramos en ambos extremos de la comunicacin podemos distinguir los siguientes sistemas, los cuales podemos considerar puntos de partida de la tecnologa MIMO:

SISO (Single Input, Single Output): sistema de comunicaciones que utiliza una sola antena transmisora y una sola antena receptora.

Figura 1. Sistema SISO.Fuente: http://www.telecomhall.com/es/que-es-mimo.aspxRecuperado: 29/7/2015

MISO (Multiple Input, Single Output): sistema de comunicaciones que utiliza dos o ms antenas transmisoras pero slo una antena receptora. Tambin se le conoce como diversidad en transmisin.

Figura 2. Sistema MISO. Fuente: http://www.telecomhall.com/es/que-es-mimo.aspx Recuperado: 29/7/2015

SIMO (Single Input, Multiple Output): sistema de comunicaciones que utiliza una sola antena de emisin y dos o ms antenas receptoras. Se le conoce como diversidad en recepcin.

Figura 3. Sistema SIMO. Fuente: http://www.telecomhall.com/es/que-es-mimo.aspx Recuperado: 29/7/2015

Segn esta clasificacin MIMO representar entonces un sistema de comunicaciones que utiliza dos o ms antenas en el extremo transmisor, y dos o ms antenas en el extremo receptor.

Figura 4. Sistema MIMO. Fuente: http://www.telecomhall.com/es/que-es-mimo.aspx Recuperado: 29/7/2015

Definicin de MIMOMIMO o Multiple Input Multiple Output es una tecnologa que se refiere especficamente al uso de mltiples seales que viajan simultneamente y a la misma frecuencia por un solo canal de radiofrecuencia, y que aprovecha la propagacin multicamino para incrementar la eficiencia espectral de nuestro sistema de comunicaciones inalmbrico. Esto lo consigue a travs del uso de diversidad de antenas, distintas tcnicas y complejos algoritmos de tratamiento digital de seales en ambos extremos del enlace: extremo transmisor y extremo receptor.Existen dos tipos principales de MIMO:

Multiplexado espacial (SM): Es la emisin a travs de mltiples antenas de flujos diferentes de seales codificadas individualmente (lo que se conoce como corriente espacial) en paralelo; en esencia, esta tcnica permite multiplexar las seales para conseguir transportar ms datos en un canal determinado. En el extremo receptor, cada antena decodifica cada corriente de seales haciendo la operacin inversa a la que se efecta en la transmisin (demultiplexacin). Este caso permite lograr aumentar la velocidad de datos.

Codificacin bloque de tiempo espacial (STBC): Es una tcnica que transmite mltiples copias de un flujo de datos a travs de dos o ms antenas y combina las versiones recibidas para mejorar la fiabilidad y la calidad de la trasmisin. En este caso no se consigue un aumento de velocidad de datos, pero ayuda en la ampliacin de la cobertura o alcance.

FuncionamientoEntre un transmisor situado en un punto A y un receptor situado en un punto B hay un camino primario, que definiremos como el ms directo entre ambos. Inevitablemente no todas las seales que transmitimos entre estos puntos siguen este camino, sino que debido a las numerosas reflexiones y/o refracciones que sufren con los diversos obstculos que encuentran a su paso, como montaas, edificios o incluso las mismas capas de la atmsfera, tomarn mltiples caminos distintos para alcanzar al receptor. A esto se le llama propagacin multicamino o multitrayecto.

Las seales que recorren estos caminos no primarios llegarn al receptor en tiempos diferentes (siempre ms tarde), ya que cada una de stas ha seguido una ruta diferente al resto. Decimos entonces que tienen un desfase con respecto a la seal primaria. Segn este desfase se producirn interferencias constructivas o destructivas provocando sumas o degradaciones de la seal original. La seal vista por el receptor, que no es ms que una combinacin lineal de las seales multicamino con la seal primaria, sufrir interferencias constructivas o destructivas que se traducirn en sumas o degradaciones de la seal final.

Figura 5. Distorsiones presentes en el canal inalmbrico. Fuente: http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/11579/fichero/g.+Cap%EDtulo+3+-+Tecnolog%EDa+MIMO.pdf Recuperado: 29/7/2015

Un sistema MIMO dispondr de un transmisor con NT antenas transmisoras espacialmente distribuidas. El transmisor tambin contendr un DSP (Digital Signal Processor, procesador digital de seales) que codificar un flujo de datos de un solo usuario con velocidad R, en NT subflujos de velocidad R/NT cada uno. Cada subflujo ser modulado y enviado en paralelo hacia el canal inalmbrico por una antena diferente.

Es importante destacar que todos los subflujos se envan en el mismo intervalo de tiempo y a la misma frecuencia y como ya se mencion por antenas diferentes. En otras palabras, se enviarn mltiples seales simultneamente por el mismo radiocanal.

MIMO saca ventaja del multicamino de la siguiente forma: cada ruta multicamino ser tratada como un canal diferente, creando as una especie de cable virtual sobre el cual se transmite la seal. Cada ruta ser un cable virtual, y el canal inalmbrico se comportar como un manojo de cables virtuales.

Al emplear mltiples antenas separadas espacialmente, podremos aprovechar estos cables virtuales para transmitir ms datos, multiplicando de esta manera el caudal efectivo. La tasa mxima por canal crecer linealmente con el nmero de subflujos de datos diferentes que son transmitidos en el mismo canal. Adems, debido a la diversidad de antenas, se incrementar tambin la distancia de cobertura.

AplicacionesMIMO es una tecnologa que ha sido creada para la mejora de comunicaciones inalmbricas, por ello, su aplicacin est en el campo de lo inalmbrico; y especficamente est enfocada en tres grandes reas: sistemas de comunicaciones mviles de 4G, sistemas WMAN y WLANs.

Con respecto a los sistemas de comunicaciones mviles de 4G. Una de las propuestas para aumentar la tasa binaria en UMTS fue la utilizacin de mltiples antenas tanto en el Nodo-B (o estacin base) como en los terminales mviles de usuario. Es por eso que MIMO emerge para satisfacer las necesidades de 4G: alta tasa de datos, alta fiabilidad y gran alcance.

Tambin ha surgido un gran inters para aplicar MIMO en WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) como as muestra la norma 802.16e, Mobile WiMAX. Esta es una evolucin de WiMax para dar soporte a la movilidad del usuario. Por ltimo, en el caso de WLAN, MIMO ofrece velocidades mucho mayores que los estndares anteriores, ya que permite alcanzar altas tasas de 300 a 600 Mbps, adems de permitir mayor capacidad y ms fiabilidad.

Presencia en diferentes estndares

El potencial de los sistemas MIMO es muy significativo y supone un gran avance en el campo de las radiocomunicaciones. Tal es su importancia que los sistemas MIMO estn presentes en mltiples estndares actuales y en desarrollo.

MIMO en Wimax (IEE 802.16): El estndar de Wimax solo asocia el trmino MIMO nicamente al multiplexado espacial. Los perfiles de Wimax mvil permiten conmutar entre las diferentes tcnicas para aprovechar al mximo el potencial aportado por cada esquema.

MIMO en WIFI (IEE 802.11): La ventaja de este estndar es que usa bandas de frecuencias que no necesitan licencia lo cual ha facilitado su penetracin en el mercado. Sin embargo, los reducidos anchos de banda junto con la necesidad de aplicar tcnicas para combatir las interferencias de otras tecnologas con las que comparte la banda, solo consigue obtener velocidades brutas de transmisin limitadas, con valores mximos de 54Mbps.

MIMO en MBWA (IEE 802.20): El desarrollo de redes de acceso inalmbrico de banda ancha mviles (MBWA), este estndar usa MIMO para realizar una transmisin eficiente de paquetes optimizada para servicios IP.

MIMO en 3GPP: Una de las caractersticas ms importantes del 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ha sido HSDPA (High Speed downlink packet Access). HSDPA permite lanzar servicios de alta velocidad con un mnimo de inversin. El 3GGP identifica 3 fases en la evolucin de HSDPA. En primer lugar, HSDPA bsica permite tasas de datos de 10.8Mbit/seg. La segunda incorpora antenas inteligentes y HSUPA y la tercera fase ya contempla la combinacin de OFDM y MIMO, esta fase pronostica tasas de transmisin de datos de 100Mbps en el enlace descendente mediante el uso de mltiples antenas con multiplexado espacial.

SISO (Single Input, Single Output)

Una sola entrada, salida nica", el modelo ms intuitivo. Como su nombre lo indica, slo tenemos una entrada en el canal de radio, y slo una salida.

Figura 6. Sistema SISO.Fuente: http://www.telecomhall.com/es/que-es-mimo.aspxRecuperado: 29/7/2015

Como se observa en la figura anterior se tiene el transmisor de datos (TX) a travs de una sola antena,y su recepcin en el receptor (RX), tambin a travs de una sola antena.

Diferencias entre MIMO y SISO

Ambas tcnicas estn basadas en el nmero de antenas utilizadas en el receptor y transmisor. SISO, por su parte es un concepto que ha estado en uso desde la invencin de la comunicacin inalmbrica. Por otro lado, MIMO es un concepto reciente en el campo de las comunicaciones inalmbricas y el cual ha sido desarrollado por dos razones principales: aumentar la cobertura y aumentar las velocidades de datos. Como antes ha sido mencionado, en el sistema SISO se utiliza una sola antena en el transmisor y una antena en el receptor, mientras que en el MIMO se utilizan mltiples antenas.El sistema MIMO logra mejor tasa de error de bits en comparacin con el sistema SISO que lleva el mismo SNR. Esto se logra utilizando la tcnica llamada STBC (Codificacin bloque de tiempo espacial). Adems, mejora la cobertura con STBC.El sistema MIMO ofrece una mayor velocidad, debido a la transmisin de mltiples smbolos de datos utilizando simultneamente mltiples antenas, esta tcnica se llama Multiplexacin espacial (SM). Con SM, la velocidad de datos puede ser mejorada.MIMO con SM y la formacin de haz se puede emplear para obtener la mejora tanto a la cobertura y el requisito de velocidad de datos en un sistema inalmbrico.SISO se utiliza en radio, satlite, los sistemas GSM y CDMA, mientras MIMO se utiliza en las tecnologas inalmbricas de prxima generacin, como: 16e Mobile WiMAX, WLAN-11n.11ac, 11ad, LTE, 4G etc.

Conclusin

Dado el gran inters que suscitan los sistemas inalmbricos en mbitos de uso cotidiano, y motivado por su capacidad para mejorar la eficiencia en la transmisin de datos, se ha realizado un trabajo de anlisis y performance del estndar IEEE 802.11n, el cual a su vez, hace uso de la tecnologa de radio denominada MIMO. Dicho trabajo ha consistido en la capacidad de transmisin de datos en diferentes escenarios y condiciones de conectividad entre punto de acceso y clientes.

Los lugares estudiados han sido interiores, exteriores mixtos. En el caso de interiores, el despliegue de redes inalmbricas de rea local es una realidad hoy en da pero con unas velocidades de transmisin netas muy por debajo de las ofrecidas por las redes cableadas. El estndar 802.11n junto a los sistemas de radio MIMO permitirn que las WLAN redes inalmbricas de rea local, sean una tecnologa ms competitiva y adaptada a las necesidades de comunicacin. Los casos de exteriores mixtos estn ms enfocados a diferentes tipos de comunicaciones, punto multipunto o punto a punto de redes que hoy en da tienen un despliegue de reas ms extensas que las LAN tradicionales.

Bibliografa

Angus, J. (marzo 2008). Redes de rea Local Inalmbricas: Diseo de la WLAN de Wheelers Lane Technology College. Parte I: Estudio terico. Captulo 3: Tecnologa MIMO. Recuperado en: Julio 29, 2015. Disponible en: http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/11579/fichero/g.+Cap%EDtulo+3+-+Tecnolog%EDa+MIMO.pdf

Network World. Principios tecnolgicos. En clave de MIMO. Recuperado en: Julio 29, 2015. Disponible en: http://www.networkworld.es/archive/principios-tecnologicos

TelecomHall Es. Qu es MIMO? Recuperado en: Julio 29, 2015. Disponible en: http://www.telecomhall.com/es/que-es-mimo.aspx

Real Academia de Ingenieria. Codificacin de bloque espacio-tiempo. Recuperado en: Julio 29, 2015. Disponible en: http://diccionario.raing.es/es/lema/codificaci%C3%B3n-de-bloque-espacio-tiempo

RF Wireless World. MIMO vs SISO: Difference between SISO and MIMO techniques. Recuperado en: Julio 29, 2015. Disponible en: http://www.rfwireless-world.com/Articles/difference-between-SISO-and-MIMO.html

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