Quando a computação se aproxima dos limites físicos da velocidade de clock, recorremos a arquiteturas multinúcleo. Quando as comunicações se aproximam dos limites físicos da velocidade de transmissão, recorremos a sistemas multiantenas. Quais são os benefícios que levaram cientistas e engenheiros a escolher múltiplas antenas como base para o 5G e outras comunicações sem fio? Embora a diversidade espacial tenha sido a motivação inicial para a adição de antenas em estações base, descobriu-se em meados da década de 1990 que a instalação de múltiplas antenas no lado Tx e/ou Rx abriu outras possibilidades imprevisíveis com sistemas de antena única. Vamos agora descrever três técnicas principais neste contexto.
**Formação de feixes**
A formação de feixes é a principal tecnologia na qual se baseia a camada física das redes celulares 5G. Existem dois tipos diferentes de formação de feixes:
Formação de feixe clássica, também conhecida como linha de visão (LoS) ou formação de feixe física
Formação de feixe generalizada, também conhecida como Non-Line-of-Sight (NLoS) ou formação de feixe virtual
A ideia por trás de ambos os tipos de formação de feixe é usar múltiplas antenas para aumentar a intensidade do sinal para um usuário específico, enquanto suprime sinais de fontes interferentes. Como analogia, os filtros digitais alteram o conteúdo do sinal no domínio da frequência em um processo chamado filtragem espectral. De forma semelhante, a formação de feixe altera o conteúdo do sinal no domínio espacial. É por isso que também é chamada de filtragem espacial.
A formação de feixes física tem uma longa história em algoritmos de processamento de sinais para sistemas de sonar e radar. Ela produz feixes reais no espaço para transmissão ou recepção e, portanto, está intimamente relacionada ao ângulo de chegada (AoA) ou ângulo de partida (AoD) do sinal. Semelhante à forma como o OFDM cria fluxos paralelos no domínio da frequência, a formação de feixes clássica ou física cria feixes paralelos no domínio angular.
Por outro lado, em sua forma mais simples, a formação de feixe generalizada ou virtual significa transmitir (ou receber) os mesmos sinais de cada antena Tx (ou Rx) com ponderações de fase e ganho apropriadas, de modo que a potência do sinal seja maximizada para um usuário específico. Ao contrário do direcionamento físico de um feixe em uma determinada direção, a transmissão ou recepção ocorre em todas as direções, mas a chave é adicionar construtivamente múltiplas cópias do sinal no lado do receptor para mitigar os efeitos de desvanecimento multipercurso.
**Multiplexação Espacial**
No modo de multiplexação espacial, o fluxo de dados de entrada é dividido em múltiplos fluxos paralelos no domínio espacial, com cada fluxo então transmitido por diferentes cadeias de transmissão. Desde que os caminhos do canal cheguem de ângulos suficientemente diferentes às antenas de recepção, com quase nenhuma correlação, as técnicas de processamento digital de sinais (DSP) podem converter um meio sem fio em canais paralelos independentes. Este modo MIMO tem sido o principal fator para aumentos de ordem de magnitude na taxa de dados dos sistemas sem fio modernos, uma vez que informações independentes são transmitidas simultaneamente por múltiplas antenas na mesma largura de banda. Algoritmos de detecção como o forçamento zero (ZF) separam os símbolos de modulação da interferência de outras antenas.
Conforme mostrado na figura, no WiFi MU-MIMO, vários fluxos de dados são transmitidos simultaneamente para vários usuários a partir de várias antenas de transmissão.
**Codificação Espaço-Temporal**
Neste modo, esquemas de codificação especiais são empregados ao longo do tempo e das antenas, em comparação com sistemas de antena única, para aumentar a diversidade do sinal de recepção sem qualquer perda na taxa de dados no receptor. Códigos espaço-temporais aumentam a diversidade espacial sem a necessidade de estimativa de canal no transmissor com múltiplas antenas.
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Horário da publicação: 29 de fevereiro de 2024