Contribucion a las tecnicas de diversidad en transmision para sistemas de comunicaciones moviles de tercera generacion

Resumen

La creciente demanda que experimentan las radiocomunicaciones móviles exige a los sistemas proveer comunicación cada vez a más usuarios, tasas de transmisión cada vez más altas y mejores calidades de servicios. Las limitaciones del espectro radioeléctrico y las condiciones adversas de propagación que caracterizan al radiocanal móvil son una fuerte limitación para el aumento de las capacidades de los sistemas, se requiere entonces desarrollar técnicas de transmisión de mayor eficiencia espectral y mejores prestaciones en tasas de error. El rendimiento de las técnicas de codificación prácticamente ha llegado a los límites teóricos de Shannon gracias a los Turbo Códigos, y los métodos de transmisión y acceso múltiple como OFDM y CDMA, respectivamente, son en combinación con modulaciones adaptativas técnicas muy eficientes, pero igualmente limitados a la capacidad de canal clásica de Shannon. Una técnica que permite aumentar significativamente la eficiencia de los sistemas de comunicaciones inalámbricos es el uso de la dimensión espacial en canales ricos en multitrayecto mediante el uso de múltiples antenas en transmisor y receptor, o sistemas MIMO. El canal MIMO tiene una relación teórica límite de intercambio entre multiplexación espacial y diversidad espacial. En un extremo están los esquemas que pueden aumentar extraordinariamente la eficiencia espectral, a decenas de bps/Hz, permitiendo transmitir varios canales paralelos a un mismo usuario separados mediante procesamiento espacial, como las técnicas BLAST, y por otro lado están los esquemas de codificación espacio temporal bloque, STBC, que explotan al máximo la diversidad combinada en transmisión y recepción disponible en el canal MIMO, con la importante simplificación y ventaja de no requerir conocer el estado del canal en el extremo transmisor, aplicable en sistemas de acceso FDD, pudiendo trasladar así la diversidad a este extremo en sistemas donde una estación base debe transmitir a numerosos terminales en lo posible simples y de bajo costo. Los esquemas STBC han sido propuestos como una opción en el estándar de sistemas de comunicaciones móviles de tercera generación, en su versión más simple de dos antenas transmisoras, sin embargo su rendimiento no ha sido evaluado detalladamente bajo consideraciones de transmisión realistas de canal MIMO, bajo diversos parámetros de transmisión del estándar, ni en otras aplicaciones que muestren la sensibilidad de estos códigos frente a características típicas de aplicaciones inalámbricas. Tampoco se ha evaluado y propuesto diversos esquemas con más de dos antenas transmisoras aplicados al estándar, que dado el potencial que estos esquemas ofrecen parece ser una alternativa muy conservadora limitar su aplicación a sólo dos antenas transmisoras. Los beneficios que en principio se pueden alcanzar justifican un incremento en complejidad de implementación que no es significativo. Los resultados y contribución de este trabajo de tesis han sido por una parte proponer, analizar y evaluar el rendimiento que ofrecen las técnicas de diversidad en transmisión en lazo abierto con múltiples antenas basadas en STBC, tomando en cuenta aspectos y consideraciones de aplicación en entornos de propagación y modelos de canal realistas, y las características de operación contempladas en un estándar como el de tercera generación UTRA FDD, y también aplicables a estándares posteriores. Por otra parte, se han estudiado también los esquemas STBC desde un punto de vista analítico, en rendimiento y sensibilidad a parámetros de canal, como correlación espacial MIMO, combinación de multicamino y línea de vista, y efectos del error de estimación del canal. También se ha evaluado el límite de la capacidad de canal teórica, en combinación con modulación adaptativa, y aplicados con un modelo de canal específico aeronáutico. Las evaluaciones se han realizado en forma analítica, semianalítica y por simulación Monte Carlo, según el caso. Algunas de las líneas de trabajo futuro que se visualizan en el tema de esta tesis, y derivadas del estudio realizado, son plantear técnicas de codificación espacio temporal no coherentes, ya que el uso de más antenas en transmisión mejora las prestaciones, pero aspectos como la estimación del canal para detección coherente se hacen más críticos y consumen más recursos. También una línea importante a investigar son esquemas STBC de mayor tasa, es decir con una utilización más eficiente del espectro, y a la vez que mantengan en lo posible la característica ortogonal, o quasi-ortogonal, de las matices de codificación.