802.11n, MIMO y entornos de múltiples rutas

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En dos publicaciones anteriores: entornos de múltiples rutas y cómo afectan a la propagación de Wi-Fi y Cómo aprovechar al máximo los entornos de múltiples rutas 802.11, examiné el tema algo nebuloso de desvanecimiento de múltiples rutas y tecnologías que minimizan los efectos negativos en las redes de Wi-Fi. Ahora voy a sacar un 180 y hablar sobre lo importante que es la propagación por trayectos múltiples.

Un investigador y pionero de la tecnología inalámbrica, el Dr. Greg Raleigh, fue especialmente instrumental en la determinación de cómo utilizar los entornos de múltiples rutas para obtener una ventaja. Uno de los desarrollos más conocidos resultantes de la investigación es la tecnología de antena inteligente de entrada múltiple / salida múltiple (MIMO).

Cómo funciona MIMO

Qualcomm, un desarrollador de chipset inalámbrico que adquirió Airgo, la compañía fundada por el Dr. Raleigh, tiene la mejor definición de cómo funciona MIMO:

Los sistemas MIMO dividen un flujo de datos en múltiples flujos únicos, cada uno de los cuales se modula y transmite a través de una cadena de antena de radio diferente al mismo tiempo en el mismo canal de frecuencia. Una técnica revolucionaria que invierte 100 años de pensamiento sobre cómo se transmiten las señales de radio, MIMO aprovecha las estructuras ambientales y aprovecha las reflexiones de señales de múltiples rutas para mejorar realmente el rendimiento de la transmisión de radio..

Mediante el uso de rutas múltiples, cada cadena de antena-radio de recepción MIMO es una combinación lineal de los múltiples flujos de datos transmitidos. Los flujos de datos se separan en el receptor utilizando algoritmos MIMO que se basan en estimaciones de todos los canales entre cada transmisor y cada receptor. Cada ruta de múltiples rutas se puede tratar como un canal separado que crea múltiples "cables virtuales" sobre los cuales transmitir señales. MIMO emplea múltiples antenas separadas espacialmente para aprovechar estos "cables virtuales" y transferir más datos. Además de multiplicar el rendimiento, el alcance aumenta debido a una ventaja de diversidad de antena, ya que cada antena receptora tiene una medición de cada flujo de datos transmitido. Con MIMO, la velocidad máxima de datos por canal crece linealmente con el número de diferentes flujos de datos que se transmiten en el mismo canal.

Eso describe en pocas palabras los inquilinos básicos detrás de los sistemas de antena MIMO.

Dos condiciones ambientales distintas

Para evitar confusiones cuando se habla de MIMO y la propagación por trayectos múltiples, es importante definir las dos condiciones ambientales diferentes pero relacionadas que encuentra la propagación de RF de MIMO: RF Línea de visión, y RF sin línea de visión.

Línea de visión RF (LoS): En esta condición, la propagación de la señal de RF, independientemente de si la tecnología de entrada única / salida única (SISO) o MIMO, no encontrará ninguna interferencia física a lo largo de la ruta del enlace. Esto elimina cualquier ventaja de trayectoria múltiple obtenida por la tecnología MIMO y cualquier desventaja de desvanecimiento por trayectoria múltiple vista por la tecnología SISO.

Incluso con un campo de juego nivelado, la tecnología MIMO todavía tiene una clara ventaja, ya que utiliza un proceso llamado multiplexación espacial. En explicación, si un sistema SISO y un sistema MIMO reciben un flujo de datos idéntico, la velocidad de datos del sistema MIMO será X veces la velocidad de datos del sistema SISO, donde X es el número de pares de antenas de recepción / transmisión. Incluso la duplicación mínima de la velocidad de datos es bastante significativa cuando se consideran las aplicaciones intensivas de ancho de banda de hoy.

RF sin línea de visión NLoS): Esta es una condición en la que la señal de RF encuentra una interferencia física significativa a lo largo de la ruta del enlace y solo las señales de RF alteradas llegan a la antena receptora. Estas señales de RF alteradas tienden a interferir entre sí, a menudo de manera destructiva, lo que resulta en un desvanecimiento por trayectos múltiples, la ruina de las radios convencionales que utilizan la tecnología SISO.

Los pioneros inalámbricos como el Dr. Raleigh decidieron aprovechar los fenómenos de trayectos múltiples específicos en los que las señales recibidas de una antena transmisora ​​tendrán características de fase, temporización o intensidad de señal diferentes de las señales recibidas transmitidas por una antena diferente. Esta línea de pensamiento provocó uno de esos muy raramente "¡Ah, ja!" momentos El uso de múltiples pares de antenas de transmisión / recepción para superar el desvanecimiento por trayectos múltiples también complementa el concepto de velocidades de datos más altas derivadas de tener múltiples flujos de RF.

La última pieza del rompecabezas y donde finalmente se unió la tecnología MIMO fue el advenimiento de una nueva y, en mi opinión, increíble tecnología de receptor. Mediante el uso de hardware avanzado de procesamiento de señal digital y algoritmos muy sofisticados que se ocupan de la codificación de espacio-tiempo, es posible descifrar las señales de RF diferenciadas por trayectos múltiples a pesar de que todas están en la misma frecuencia.

Conclusión

Estoy sorprendido de cómo los plazos de desarrollo de tecnología continúan acortándose, con los desarrollos recientes en 802.11n, especialmente la tecnología MIMO, como un ejemplo. Aún más importante es el hecho de que estos avances cambiarán efectivamente la forma en que todos acceden a las redes de datos e Internet.

El estándar 802.11n tiene características adicionales y avances técnicos que no son tan publicitados como MIMO. Veré esos atributos en mi próxima publicación.




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