Quando a computação se aproxima dos limites físicos da velocidade do relógio, recorremos a arquiteturas multi-core. Quando as comunicações se aproximam dos limites físicos da velocidade de transmissão, nos transformamos em sistemas multi-antena. Quais são os benefícios que levaram cientistas e engenheiros a escolher várias antenas como base para 5G e outras comunicações sem fio? Embora a diversidade espacial tenha sido a motivação inicial para adicionar antenas nas estações base, foi descoberta em meados dos anos 90 que a instalação de várias antenas no lado TX e/ou RX abriu outras possibilidades que eram imprevisíveis com sistemas de antena única. Vamos agora descrever três principais técnicas nesse contexto.
** FormForming **
O Beamforming é a principal tecnologia na qual a camada física das redes celulares 5G se baseia. Existem dois tipos diferentes de formação de feixe:
Formação de feixe clássico, também conhecido como linha de visão (LOS) ou formação física de feixe
Formação de feixe generalizada, também conhecida como não-linha de visão (NLOS) ou formação virtual
A idéia por trás dos dois tipos de formação de feixe é usar várias antenas para melhorar a força do sinal em direção a um usuário específico, suprimindo 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 maneira semelhante, a formação de feixe altera o conteúdo do sinal no domínio espacial. É por isso que também é chamado de filtragem espacial.
A formação de feixe físico tem uma longa história em algoritmos de processamento de sinal para sistemas de sonar e radar. Produz vigas reais no espaço para transmissão ou recepção e, portanto, está intimamente relacionado ao ângulo de chegada (AOA) ou ângulo de partida (AOD) do sinal. Semelhante ao como o OFDM cria fluxos paralelos no domínio da frequência, a forma de feixe clássica ou física cria feixes paralelos no domínio angular.
Por outro lado, em sua encarnação mais simples, a formação de feixe generalizada ou virtual significa transmitir (ou receber) os mesmos sinais de cada antena TX (ou RX) com fases apropriadas e pesos de ganho, de modo que a potência do sinal seja maximizada em relação a um usuário específico. Ao contrário de dirigir fisicamente um feixe em uma certa direção, a transmissão ou recepção ocorre em todas as direções, mas a chave é adicionar construtivamente várias cópias do sinal no lado do recebimento para mitigar os efeitos de desbotamento do múltipla.
** multiplexação espacial **
No modo de multiplexação espacial, o fluxo de dados de entrada é dividido em vários fluxos paralelos no domínio espacial, com cada fluxo transmitido por diferentes cadeias TX. Enquanto os caminhos do canal chegarem de ângulos suficientemente diferentes nas antenas RX, com quase nenhuma correlação, as técnicas de processamento de sinal digital (DSP) podem converter um meio sem fio em canais paralelos independentes. Esse modo MIMO tem sido o principal fator para aumentos na ordem de magnitude na taxa de dados de sistemas sem fio modernos, uma vez que informações independentes são simultaneamente transmitidas de várias antenas pela mesma largura de banda. Algoritmos de detecção como forçar 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 de várias antenas de transmissão.
** Codificação do espaço-tempo **
Nesse modo, esquemas especiais de codificação são empregados ao longo do tempo e das antenas em comparação com os sistemas de antena única, para melhorar a diversidade de sinais de receber sem nenhuma perda de taxa de dados no receptor. Os códigos espaciais aumentam a diversidade espacial sem a necessidade de estimativa de canal no transmissor com várias antenas.
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Hora de postagem: 29-2024 de fevereiro