35
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03
/
201
8 |
A
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p
t
a
d
o
:
0
5
/
201
8
MIMO Masivo
Antenas
Estación base
La demanda de altas velocidades y capacidades en comunicación inalámbrica de da-
tos, con trá
f
ico c
r
eciente de se
r
vicios como el video de alta de
f
inición, la
s
video lla-
madas y la sinc
r
onización de
f
otos y videos del móvil, plantea un
r
eto que se con
s
ide-
ra resuelto con el t
r
abajo que se está llevando a cabo en las
r
edes inalámbricas de 5ta
para este nuevo pa
r
adigma. El p
r
esente a
r
tículo desc
r
ibe la tecnología denominada
Múltiples Ent
r
adas Múltiples Salidas
(
M
I
M
O
Masivo
)
y tiene como objetivo mo
s
trar
la aplicabilidad de esta gene
r
ación. Muest
r
a como
r
esultados las ganancia
s
s
igni
f
i-
cativas que o
fr
ece la capacidad de acomoda
r
más usua
r
ios a mayo
r
es velocidades de
datos con mayo
r
con
f
iabilidad y consumiendo menos ene
r
gía.
A
l utilizar la arquitec-
tura de soft
w
a
r
e
NI
M
I
M
O
Masivo, los investigado
r
es pueden const
r
uir bancos de
pruebas M
I
M
O
Masivo pa
r
a p
r
ototipos de sistemas de antenas a g
r
an escala, utilizan-
do el galardonado so
f
t
w
a
r
e de diseño de sistemas Lab
VI
EW y Radios De
f
inido
s
por
Software
(
S
D
R
)
de vangua
r
dia.
PALABRA
S
CLAVE
RE
S
UMEN
Estación móvil
Generación
(
5
G)
.
U
na est
r
ategia que se p
r
esenta en este ma
r
co, es el uso de un gran
5G
número de antenas, po
r
lo que es necesa
r
io cuanto antes, conoce
r
y estar preparado
Ma
s
sive MIMO
antennas
Ba
s
e
s
tation
The demand
f
o
r
high speeds and capacities in
w
i
r
eless data communication,
w
ith
increasing t
r
a
f
f
ic o
f
se
r
vices such as high de
f
inition video, video calls and the
s
y-
nchronization o
f
photos and videos o
f
the mobile phone, poses a challenge that i
s
understood to be solved
w
ith the
w
o
r
k that is taking place in the 5th
G
eneration
prepared
f
o
r
this ne
w
pa
r
adigm. This a
r
ticle desc
r
ibes one o
f
the technologie
s
that
have the focus o
f
attention today and that a
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amed in the M
I
M
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Massive deno-
mination:
(
Multiple
I
nput Multiple
O
utput
)
.
I
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r
omises signi
f
icant gain
s
that offer
the ability to accommodate mo
r
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r
s at highe
r
data speeds
w
ith g
r
eater reliability
and consuming less ene
r
gy.
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sing the
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M
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Massive so
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chitecture, re-
searchers can build massive M
I
M
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benchma
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p
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ototype la
r
ge
-
scale antenna
systems using a
w
a
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d
-w
inning Lab
VI
EW system design so
f
t
w
a
r
e and state-of-the-art
software-de
f
ined
r
adios
(
S
D
Rs
)
.
KEYWORD
S
AB
S
TRACT
Mobile
s
tation
wireless net
w
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ks
(
5
G)
.
O
ne st
r
ategy that is p
r
esented in this
fr
ame
w
ork is the u
s
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5G
of a large numbe
r
o
f
antennas, so it is necessa
r
y to kno
w
as soon as po
ss
ible and be
M
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, 2018,
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35 - 44
36
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n
t
r
odu
cc
i
ón
Con velocidades de datos mucho más alta
s
que
Con la carrera hacia la 5G ahora en cu
r
so, la co
-
los sistemas de comunicación inalámb
r
icos actuales,
munidad de investigación inalámbrica se ha emba
r
ca
-
5
G
lanza
r
á una g
r
an cantidad de nuevas aplicaciones
do en un viaje para crear las tecnologías que o
fr
ece
r
ány se
r
vicios que p
r
opo
r
ciona
r
án a los consumidores
mejoras sin precedentes en rendimiento y capacidad deexpe
r
iencias multimedia nunca antes posibles, in-
la red, en la e
f
iciencia espectral y en la latencia ext
r
e
-
cluida la t
r
ansmisión de video de 4
K
, 8
K
y 3D de ultra
mo a extremo, lo que garantiza mayor con
f
iabilidad.alta de
f
inición. Las
r
edes 5
G
de muy baja latencia y
Estas mejoras están impulsadas por los requisitos claveult
r
a alta
f
iabilidad, pe
r
miti
r
án nuevas aplicacione
s
de
de rendimiento, de
f
inidos por la Unión Inte
r
nacionalmisión c
r
ítica como la segu
r
idad del t
r
á
f
ico, el con-
de Telecomunicaciones (UIT) resumidos en la
f
igu
r
a 1.t
r
ol de la in
fr
aest
r
uctu
r
a c
r
ítica y los p
r
ocesos de la
Como se muestra, las mejoras en el rendimiento deindust
r
ia que
r
equie
r
en una latencia mucho menor en
IMT-2020 (5G), en comparación con IMT-
A
dvanced,compa
r
ación con los sistemas de comunicación móvil
son signi
f
icativas con una mejora de 20 veces en la ve
-
actuales
(
Chockalingam,
A
. 2010
)
. Las mejo
r
a
s
en la
locidad de datos máxima de 1 Gb / sa 20
G
b / s.
D
ee
f
iciencia espect
r
al de 1
X
a 3
X
también se
r
án crítica
s
manera similar, la velocidad de datos expe
r
imentadapa
r
a atende
r
la explosión p
r
evista, no solo de produc-
por el usuario aumenta 10 veces desde 10 Mb / s hastatos elect
r
ónicos de consumo, sino también de sen
s
ore
s
,
100 Mb / s y la latencia se reduce en un facto
r
de 10dispositivos de
r
ende
r
izado y actuado
r
es asociados con
desde 10 ms hasta 1 ms.el
I
nternet of Things ―
(I
oT
)
I
nte
r
net de las Co
s
a
s
―
F
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sc
u
s
i
ón
Dada la limitada disponibilidad de espect
r
o y el
potencial de p
r
oduci
r
g
r
andes ganancias en e
f
iciencia
número masivo proyectado de dispositivos
I
oT pa
r
a
espect
r
al.
conectarse, las redes 5G tendrán que hace
r
un uso
Tales condiciones pe
r
miten que se si
r
van mucho
s
del espectro mucho más e
f
iciente que el de las
r
edes
más dispositivos
con los mismos
r
ecu
r
sos de
frecuen-
inalámbricas actuales. (Larsson, E.
G
., Ed
f
o
r
s,
O
.,
cia y tiempo, dent
r
o de una celda dada en compara-
Tufvesson,
F
., y Marzetta, T. L. 2014)
ción con los sistemas 4
G
mode
r
nos
(
Lu, L., Li,
G
.,
S
w
indlehu
r
st,
A
.,
A
shikhmin,
A
., y Rui, Z. 2014).
La
f
igu
r
a 2 muest
r
a una compa
r
ación de una célula
En esta investigación se realizó un e
s
tudio de
M
I
M
O
4
G
típica, con la de una célula M
I
M
O
Ma
s
iva
carácter descriptivo, con el empleo de una meto
-
5
G
que está equipada con muchas más antena
s
de
dología mixta para la búsqueda y recupe
r
ación de
estación base. La estación base M
I
M
O
Ma
s
iva 5
G
,
información relevante sobre la tecnología M
IM
O
equipada con muchas más antenas, pod
r
ía
s
ervir a más
Ma
s
ivo en las redes inalámbricas de 5ta Gene
r
ación
dispositivos según lo p
r
evisto po
r
el caso de u
s
o de
(5G). El método utilizado se adecua al de la bú
s
que
-
5
G
,
I
oT y ot
r
os.
da e investigación cientí
f
ica sobre un tipo e
s
pecí
f
icoLo
s
hallazgo
s
r
eciente
s
de la
s
univer
s
idade
s
de tecnología a implementar, en aras de p
r
o
f
undiza
r
de B
r
i
s
tol y Lund
,
mue
s
t
r
an que
s
e pueden lograr
s
obre
s
us características distintivas y da
r
a conoce
r
g
r
ande
s
ganancia
s
en e
f
iciencia e
s
pect
r
al en en
s
a-
la
s
nuevas tecnologías aplicadas en
f
a
s
e con el e
s-
yo
s
en tiempo
r
eal, en el ai
r
e. Al utiliza
r
el
s
i
s
tema
tado del arte sobre estos tópicos en el ámbito de la
s
de p
r
ototipo
s
MIM
O que
s
e mue
s
t
r
a en la
f
igura 3,
Telecomunicaciones.lo
s
inve
s
tigado
r
e
s
log
r
a
r
on una e
f
iciencia e
s
pectral
r
éco
r
d de 145,6 bit
s
/
s
/ Hz con 128 antena
s
en la
e
s
tación ba
s
e y 22 e
s
tacione
s
móvile
s
de antena
La tecnología MIMO Masivo es identi
f
icada como
única en un
r
adio canal de 20
M
Hz que equivale a
una tecnología candidata clave para log
r
a
r
una mayo
r
un inc
r
emento de 22 vece
s
en la e
f
iciencia e
s
pectral
e
f
icacia espectral. Algunas veces denominado M
I
M
O
s
ob
r
e la
s
r
ede
s
4G exi
s
tente
s
de hoy en día.
de gran escala, es una forma de MIMO multiusua
r
io
A
unque los log
r
os de las unive
r
sidades han lleva-
en la que el número de antenas en la estación base esdo a M
I
M
O
masivo un paso más ce
r
ca de la realidad
mucho mayor que el número de estaciones móvilesal demost
r
a
r
que las eno
r
mes ganancias en e
f
iciencia
por recurso de señalización. Esto da como
r
esultadoespect
r
al son
r
ealmente alcanzables no solo en simu-
una respuesta de canal que es casi ortogonal y tiene ellaciones basadas en computado
r
a, sino también en el
F
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g
u
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o
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i
po
s
M
I
M
O
• Movilidad: ¿funcionará MIMO Masivo en condi
-
ciones de canal rápidamente cambiantes, a medida que
mundo real, en los senderos todavía hay mucho po
r
Como las secuencias piloto limitadas se
r
eutilizan en las
hacer y muchos más problemas que resolve
r
antes deestaciones base M
I
M
O
Masivas adyacentes, lo
s
usua-
que se desplieguen las redes MIMO Masivas come
r
cia
-r
ios de bo
r
de de celda esta
r
án en
r
iesgo de contaminar a
les. (Boccardi, F., Heath, R., Lozano, A., Ma
r
zetta, T. ylos pilotos de las células vecinas. Todavía se de
s
conoce
Popovski, P. 2014). Algunos problemas pendientes quequé tan bien
f
unciona
r
á M
I
M
O
a medida que lo
s
u
s
ua-
aún no se han resuelto incluyen los siguientes:
r
ios se ace
r
can al bo
r
de de las celdas vecinas.
los terminales móviles se muevan a gran velocidad?
La necesidad de c
r
ea
r
p
r
ototipos de MIM
O
• Dúplex por división de frecuencia (F
DD)
: g
r
an
Masivo y ot
r
as tecnologías es
f
undamental para rea-
parte
de
la
investigación
Masiva
actual
de
M
I
M
O
utili
-
liza
r
la visión 5
G
y cumpli
r
con los
r
equisito
s
clave
za modos de transmisión dúplex por división de tiempo
de
r
endimiento en cuanto a la e
f
iciencia e
s
pectral.
(TDD) y reciprocidad de canal, para superar p
r
oblemas
Pa
r
a comp
r
ende
r
completamente las ca
r
acterísticas
relacionados con las limitaciones en el núme
r
o de se
-
de p
r
opagación del canal M
I
M
O
Masivo, los inve
s
ti-
cuencias piloto para la cantidad masiva de antenas de
gado
r
es también deben comp
r
ende
r
los e
f
ecto
s
de la
s
estaciones base.
S
in embargo, muchas de las bandas
impe
rf
ecciones
del
ci
r
cuito
de Radio F
r
ecuencia (RF)
celulares globales actuales están asignadas est
r
icta
-
y ot
r
as
limitaciones de
ha
r
d
w
a
r
e de
los sistema
s
mul-
mente para FDD. Por lo tanto, aún está po
r
ve
r
se si
ticanal que a
f
ectan la sinc
r
onización y la coherencia
la MIMO Masiva recibirá una adopción gene
r
alizada.
de las señales en la banda base. Las limitaciones de
•
Operació
n
multiceld
a y
rendimient
o
d
e
límit
e
d
e
p
r
ocesamiento en tiempo
r
eal en todas las capas del
celda: ¿funcionará el MIMO Masivo cuando los usua
-
sistema de comunicación, desde P
HY
hasta la aplica-
rios se encuentren en el límite de las celdas adyacentes?
ción, también deben se
r
bien comp
r
endidas y contabi-
F
i
g
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3
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W
problema se agrava aún más, ya que las he
rr
amientas
necesarias para crear dichos sistemas, aba
r
can p
r
ovee
-
dores di
f
erentes que requieren habilidades altamente
lizadas, para garantizar que se puedan ent
r
ega
r
a loscomponentes p
r
incipales del Sistema de Prototipo
s
usuarios servicios sin
f
isuras, de alta calidad y alta
-
M
I
M
O
que incluyen:
(
1
)
ha
r
d
w
a
r
e de Radio
s
mente con
f
iables.
D
e
f
inidos po
r
So
f
t
w
a
r
e
(
S
D
R
)
de vanguardia, (2)
La c
r
eación de prototipos de sistemas de comuni
-
un único ento
r
no de diseño de so
f
t
w
a
r
e uni
f
icado y
cación inalámbrica en tiempo real, ha presentado t
r
adi
-(
3
)
p
r
otocolo de
I
nte
r
net
(I
P
)
de la mat
r
iz de puerta
s
cionalmente una serie de desafíos que han limitado enp
r
og
r
amables FP
GA
en tiempo
r
eal, como parte de
gran medida la velocidad a la que se pueden desa
rr
o
-
un diseño de
r
e
f
e
r
encia de so
f
t
w
a
r
e M
I
M
O
.
J
unto
s
,
llar las pruebas pilotos en estas tecnologías. El p
r
oce
-
lo
s
t
r
e
s
componente
s
de
l
Sistem
a
d
e
Prototipo
s
so de llevar conceptos modelados en simulaciones de
M
I
M
O
r
educe
n
signi
f
icativament
e
lo
s
de
s
afío
s
e
n
l
a
escritorio a un prototipo funcional que p
r
ocesa datos a
c
r
eació
n
d
e
p
r
ototipo
s
d
e
sistema
s
d
e
comunicació
n
velocidades superiores a 1 Gb / s ha reque
r
ido g
r
andes
inalámb
r
ic
a
e
n
tiemp
o
r
ea
l
e
n
compa
r
ació
n
co
n
lo
s
equipos de ingeniería con habilidades altamente espe
-
método
s
t
r
adicionale
s
d
e
p
r
ototipo
s
pa
r
a
acelera
r
cializadas en desarrollo de hardware de RF y banda
e
l
desa
rr
oll
o
d
e
lo
s
sistema
s
d
e
comunicació
n
d
e
base, desarrollo de controladores, realidades tiempo
p
r
óxima gene
r
ación.
en la programación de software integrado, diseño de
Las
f
otog
r
a
f
ías de la estación base y el hard
w
are
circuitos digitales, procesamiento de señales, etc. El
de la estación móvil se muest
r
an en la
f
igu
r
a 5.
especializadas, no solo en el desarrollo de ha
r
d
w
a
r
e o
E
l
so
f
t
w
a
r
e
d
e
diseñ
o y
expe
r
imentació
n
par
a
software, sino también en el uso de la he
rr
amienta de
comunicacione
s
inalámb
r
ica
s
(
Lab
VI
EW
)
e
s
u
n
en
-
un proveedor determinado.
to
r
n
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d
e
diseñ
o
d
e
so
f
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a
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complet
o
qu
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uni
f
ic
a
A la luz de estos desafíos, National
I
nst
r
uments
e
l
desa
rr
oll
o
d
e
aplicacione
s
qu
e
r
equiere
n
proce
-
(NI) ofrece una solución de creación de p
r
ototipos
samient
o
inc
r
ustad
o
d
e
alt
a
velocida
d y
baj
a
laten
-
completa para la investigación MIMO multiusua
r
io,
ci
a
e
n
obj
e
ti
v
o
s
d
e
mic
r
op
r
ocesado
r
y
F
PGA
,
com
o
que incluye MIMO Masivo. El sistema de c
r
eación
M
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M
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mul
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iusu
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s
sist
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ica
-
de prototipos MIMO de National Inst
r
uments inclu
-
ció
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desa
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oll
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p
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otoc
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cap
a
M
A
C
ye todo lo que se necesita para poner en ma
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cha un
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tiemp
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le la p
r
og
r
amació
n
d
e
sistema MIMO multiusuario de aire en tiempo
r
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s
pa
r
a
usua
r
io
s
d
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r
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u
n
proce
s
ado
r
inmediatamente sin necesidad de desa
rr
olla
r
ningúninteg
r
ado
o
una
capa
M
I
M
O
P
HY
de
alto
rendi-
código adicional. En la
f
igura 4 se muest
r
an los t
r
esmiento en el FP
GA
, Lab
VI
EW p
r
opo
r
ciona todas
F
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: 1813-5056, R
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P
S: 0514,
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14,
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2 ,
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c
i
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b
r
e
, 2018,
pp
.
35 - 44
40
las herramientas necesarias para hacerlo en un solola CP
U
y FP
GA
o el cont
r
ol de la inte
rf
az RF inte-
entorno de diseño. Además, como todos los cont
r
o
-
g
r
ado a la pe
rf
ección en la ejecución de las diversas
ladores de hardware para el sistema de p
r
ototiposcapas en toda la pila de comunicación como se ob-
MIMO también son accesibles en LabVIEW a t
r
avésse
r
va en la
f
igu
r
a 6.
de una API simple e intuitiva, las tareas relacionadas
A
lguna
s
de la
s
ca
r
acte
r
í
s
tica
s
de de
s
a
rr
ollo de
con el hardware, como la transferencia de datos ent
r
e
s
o
f
twa
r
e en LabV
I
EW
s
on:
F
i
g
u
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a
6
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: 1813-5056, R
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S: 0514,
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r
e
, 2018,
pp
.
35 - 44
41
integ
r
ación de ha
r
d
w
a
r
e y so
f
t
w
a
r
e puede
r
ealizarse de
mane
r
a con
f
iable y consistente, asegu
r
ando que todo el
sistema se compo
r
te de mane
r
a p
r
edecible y cada vez.
C
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r
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ct
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r
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c
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c
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c
i
ó
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M
I
M
O
El ma
r
co de
A
plicación M
I
M
O
es una implemen-
tación completamente en tiempo
r
eal, multi-FP
GA
de una capa M
I
M
O
P
HY
multiusua
r
io escalable que
admite la t
r
ansmisión de enlace ascendente y de en-
lace descendente en la estación base y las estacione
s
móviles.
D
iseñado pa
r
a se
r
utilizado en una variedad
de aplicaciones basadas en M
I
M
O
, el ma
r
co de aplica-
ción M
I
M
O
incluye las siguientes ca
r
acte
r
í
s
tica
s
re
s
u-
midas a continuación:
A
dmite S
U-
M
I
M
O
, M
U-
M
I
M
O
y M
I
M
O
Ma
s
ivo.
D
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s
a
rr
o
ll
o
d
e
c
ó
d
i
g
o
d
e
C
P
U
LabVIEW incluye herramientas de desa
rr
ollo de
software para crear aplicaciones basadas en CP
U
pa
r
a
sistemas de comunicación inalámbricos en tiempo
r
eal.
Con un sistema operativo basado en Linux en tiem
-
po real, LabVIEW incluye capacidades tales como:
construcciones integradas para multip
r
ocesamiento,
programación de hilos en tiempo real pa
r
a ayuda
r
a
los usuarios a escribir código robusto y dete
r
minista,
para asegurar que las operaciones de tiempo c
r
ítico se
ejecuten de manera consistente y con
f
iable sin pé
r
dida
de datos para funciones relacionadas con el M
A
C y
otras capas superiores de la pila de comunicaciones.
Al comprender la importancia de la reutilización de
códigos, LabVIEW también admite otros lenguajes de
programación, incluidos C y C ++, de modo que los
usuarios puedan importar y reutilizar la
I
P existente.
50 M
H
z
-
cobe
r
tu
r
a de
fr
ecuencia de 6
GH
z
N
úme
r
o escalable de antenas de estación base de 2 a 128
N
úme
r
o escalable de antenas de estación móvil de
hasta 12 antenas
Sopo
r
te pa
r
a hasta 12
f
lujos espaciales
Est
r
uctu
r
a de cuad
r
o totalmente
r
econ
f
igurable
basada en LTE
Para las aplicaciones basadas en FP
GA
, que
r
e
-
quieren un determinismo de tiempo estricto a nivel de
circuito, como procesamiento de señal digital intensivo
computacional u operaciones de capa M
A
C de tiempo
crítico, LabVIEW proporciona todas las he
rr
amientas
de desarrollo de software necesarias pa
r
a c
r
ea
r
FP
GA
IP para aplicaciones de comunicación inalámb
r
ica.
Además de desarrollar aplicaciones de FP
GA
g
r
an
-
funciones de procesamiento de señal y también pe
r
mi
-
te importar y reutilizar otras fuentes de código
HD
L
para mejorar la productividad. Asimismo, Lab
VI
EW
incluye herramientas integradas de simulación y depu
-
ración de ciclo para eliminar errores en el código antes
de una compilación larga.
D
e
s
a
rr
o
ll
o
d
e
c
ó
d
i
g
o
FP
G
A
A
ncho de banda de 20 M
H
z T
DD
U
L y
D
L
des y complejas basadas en primitiva
s
de ci
r
cuitos,128x12 MMSE, ZF y MRC
O
p
r
ecodi
f
icador /
LabVIEW también incluye Xilinx I
P
pa
r
a una se
r
ie deecualizado
r
FP
GA
I
P
A
dmite 4
QA
M, 16
QA
M, 64
QA
M, 256
QA
M
Calib
r
ación de
r
ecip
r
ocidad del canal que permite
la p
r
ecodi
f
icación basada en la
r
ecip
r
ocidad
AG
C y cont
r
ol de potencia de bucle abierto
Sinc
r
onización aé
r
ea
La
f
uncionalidad M
A
C básica admite la tran
s
mi-
sión de datos de usua
r
io basada en paquetes en
D
L y
U
L pa
r
a habilita
r
aplicaciones de t
r
ansmisión de datos,
como la t
r
ansmisión de video
I
n
t
e
gr
a
c
i
ó
n
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st
a
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h
a
r
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w
a
r
e
y
d
e
l
s
of
t
w
a
r
e
Además de mejorar el proceso de desa
rr
ollo de
código de aplicación de comunicación inalámb
r
ica
en tiempo real para objetivos de hard
w
a
r
e hete
r
ogé
-
neos, LabVIEW simpli
f
ica el proceso de integ
r
ación
N
ú
m
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r
o
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sc
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l
a
b
l
e
d
e
a
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t
e
n
a
s
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e
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st
a
c
i
ó
n
del código de la aplicación con el hard
w
a
r
e ci
r
cundan
-
b
a
s
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y
e
st
a
c
i
ó
n
m
ó
v
il
te, asegurando que tanto el software como el ha
r
d
w
a
-
La estación base M
I
M
O
y las estaciones móviles
re funcionen juntos sin problemas. Además, a medidase pueden con
f
igu
r
a
r
con un núme
r
o va
r
iable de ante-
que NI desarrolla hardware y software pa
r
a el sistemanas según los
r
equisitos de una aplicación (Björnson,
de prototipos MIMO, a diferencia de ot
r
os sistemasE., Sanguinetti, L.,
H
oydis, J. y
D
ebbah, M. 2014).
que combinan hardware de diferentes p
r
oveedo
r
es, laEl ma
r
co de aplicación M
I
M
O
admite hasta 12 capa
s
M
I
M
O
M
a
s
iv
o
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5
G
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SS
N
: 1813-5056, R
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S: 0514,
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b
r
e
, 2018,
pp
.
35 - 44
42
Esta experiencia de software de primer nivel, p
r
o
-
porciona a los usuarios un alto grado de
f
lexibilidad
para simpli
f
icar el proceso general de con
f
igu
r
ación y
realización de experimentos MIMO. (Huh,
H
., Cai
r
e,
G., Papadopoulos, H. y Ramprashad, S. 2012
)
.
espaciales en las direcciones de enlace ascendente y debase M
I
M
O
Masivo. El Ma
r
co de
A
plicación MIM
O
enlace descendente, y puede modi
f
icarse pa
r
a admiti
r
emplea una est
r
uctu
r
a de t
r
ama Time
-D
ivisión
D
úplex
capas adicionales si es necesario. Con tales capacida
-(
T
DD)
pa
r
a explota
r
la
r
ecip
r
ocidad del canal. Las es-
des, se puede realizar una amplia gama de di
f
e
r
entestimaciones de canal obtenidas en
U
L se utilizan para
con
f
iguraciones MIMO en todas las estaciones móvilescalcula
r
el p
r
ecodi
f
icado
r
D
LM
I
M
O
antes de la trans-
y estaciones base dentro de una red. En la tabla 1 semisión.
D
ependiendo de las condiciones del canal, la
enumeran algunos ejemplos de diferentes con
f
igu
r
acio
-
señal
D
L M
I
M
O
p
r
ecodi
f
icada es luego
r
ecibida por
nes de MIMO que ilustran cómo se puede utiliza
r
elcada una de las estaciones móviles sin inte
r
ferencia.
Marco de aplicación MIMO para realizar expe
r
imentosEl Ma
r
co de aplicación M
I
M
O
incluye las siguientes
para SU-MIMO, MU-MIMO y MIMO Masivo. Tengat
r
es opciones inco
r
po
r
adas de ecualizado
r
M
I
M
O
que
en cuenta que el uso del Marco de aplicación M
I
M
O
notambién son seleccionables po
r
so
f
t
w
a
r
e: e
rr
or cuadrá-
se limita a estos tres ejemplos, sino que se puede usa
r
tico medio mínimo
(
MMSE
)
,
f
o
r
zamiento ce
r
o (ZF) y
para muchos otros.combinación de p
r
opo
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ción máxima
(
MRC
)
.
C
ali
b
r
a
c
i
ón
d
e
R
e
c
i
p
r
o
c
i
d
a
d
d
e
C
a
n
al
e
s
matriz de hasta 128x12,
donde 128 corresponde al
número máximo de ante-
nas de estación base y 12
corresponde al número
les. La
f
igura 7 muestra un
diagrama de bloques de la
cadena de procesamiento
Pa
r
a hace
r
uso de la
r
ecip
r
ocidad del canal,
s
e de-
ben cumpli
r
va
r
ias condiciones, incluida la estimación
p
r
ecisa de la
r
espuesta del canal
U
L, excluyendo la
s
cont
r
ibuciones del ci
r
cuito de RF pa
r
a cada uno de lo
s
Pr
e
c
o
d
i
f
ic
a
c
i
ó
n
y
e
c
u
a
li
z
a
c
i
ó
n
M
I
M
O
canales de antena en la estación base y las estacione
s
El marco de aplicación MIMO incluye
F
P
GA
I
P enmóviles. Con este
f
in, el Ma
r
co de
A
plicación MIM
O
tiempo real para realizar la codi
f
icación previa M
I
M
O
incluye
r
utinas automatizadas pa
r
a
r
ealiza
r
la calibra-
en el enlace descendente (DL) y la ecualización M
I
M
O
ción de los dive
r
sos ext
r
emos
fr
ontales de RF de la
en el enlace ascendente (UL) para dimensiones deestación base, po
r
lo que la
r
espuesta de
fr
ecuencia de
E
je
m
p
l
o
s
d
e
va
r
ia
s c
on
f
i
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A
n
t
e
n
a
s
p
o
r
E
st
a
c
i
ó
n
M
ó
v
il
máximo de
f
lujos espacia-
S
U
-
M
I
M
O
U
p
t
o
1281
U
p
t
o
12
M
U
-
M
I
M
O
U
p
t
o
1282
8
fo
r
M
S
1
,
4
fo
r
M
S
2
M
I
M
O
M
a
s
i
v
o
U
p
t
o
1285
12
4
fo
r
M
S ,
4
fo
r
M
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de señal para la estación
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, 2018,
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.
35 - 44
43
cada cadena de R
F
se estima tanto en la di
r
ección
U
LCont
r
ol automático de ganancia y control de po-
como DL. Las estimaciones de los extremos
fr
ontalestencia de bucle abie
r
to.
de RF se aplican luego al proceso de estimación del
A
l comp
r
ende
r
la impo
r
tancia del control de po-
canal UL para garantizar que se alcance una medidatencia, el Ma
r
co de aplicación M
I
M
O
incluye rutinas
precisa de solo el canal por aire (Roh W., Seol, J.
-Y
.,de so
f
t
w
a
r
e que ajustan automáticamente los nivele
s
Park, J., Lee, B., Lee, J., Kim, Y. y Aryan
f
a
r
, F. 2014
)
.de potencia. Esto incluye tanto la lógica de control au-
tomático de ganancia
(AG
C
)
en los
r
eceptores de las
estaciones móviles y la estación base, como también
el cont
r
ol de potencia de bucle abie
r
to en los trans-
miso
r
es de enlace ascendente de la estación móvil.
A
l
hace
r
lo, se asegu
r
a que las señales se
r
eciban en ambos
ext
r
emos del enlace a niveles de potencia que aumen-
tan la p
r
obabilidad de demodula
r
se adecuadamente
con e
rr
o
r
es mínimos.
A
demás, debido a que el proce-
so de ajuste de niveles de potencia es completamente
F
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g
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LT
E
El Marco de Aplicación MIMO hace uso de una
estructura de trama de radio 3GP
P
LTE como T
DD
.
La estructura del cuadro de radio es completamente
modi
f
icable a través del software, no
r
equie
r
e cam
-
bios adicionales en el diseño del
F
PG
A
, y pe
r
mite a
los usuarios ajustar rápidamente el compo
r
tamiento
del sistema por estación móvil para cumpli
r
sus obje
-
tivos y
r
equisitos de investigación. Dichas modi
f
ica
-
Designación del tipo de símbolo
O
F
D
M: piloto
UL, datos UL, DL
P
ilot, DL Data, tiempo de p
r
otec
-
ción del interruptor UL / DL.
Orden de modulación QAM de 4
QA
M a 256
QAM por capa espacial.
En la
f
igura 8 se muestra un diagrama de la es
-
tructura de trama de radio, que incluye in
f
o
r
mación
en el nivel de trama hasta el nivel de símbolo
O
F
D
M
(Karjalainen, J., Nekovee, M., Benn,
H
.,
K
im, W.,
Park, J. y Sungsoo, H. 2014). La info
r
mación adi
-
cional sobre otros parámetros del sistema también se
enumera en la tabla 2, se debe tener en cuenta las si
-
militudes con el estándar LTE para el modo de t
r
ans
-
ciones a la estructura de trama incluyen la capacidad
P
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á
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s
de cambiar parámetros tales como los siguientes.
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misión de 20 MHz.
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44
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s
automático, los usuarios no necesitan realiza
r
ajustes
y consumiendo menos ene
r
gía.
U
tilizando la arquitec-
manuales a los muchos transceptores de RF en las esta
-
tu
r
a de so
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N
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M
I
M
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Masivo, los investigadores
ciones móviles, lo que puede ser un proceso lento pa
r
a
pueden const
r
ui
r
bancos de p
r
uebas M
I
M
O
Masivo para
redes grandes, permitiendo a los usuarios pone
r
se en
p
r
ototipos de antenas a g
r
an escala utilizando el galardo-
marcha rápidamente. Nada más sacarlo de la caja.
nado so
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r
e de diseño de sistemas Lab
VI
EW y radios
de
f
inidas po
r
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(
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de vangua
r
dia. Con un
f
lu-
jo de diseño simpli
f
icado pa
r
a c
r
ea
r
una lógica ba
s
ada en
La búsqueda de soluciones para atende
r
la cada vezFP
GA
y una implementación optimizada pa
r
a el proce-
más creciente demanda de velocidad en la
s
r
edes mó
-
samiento de alto
r
endimiento, los investigado
r
es en e
s
te
viles actuales y las proyecciones hacia 5
G
ha tenidocampo pueden satis
f
ace
r
las demandas de c
r
eación de
que propender por formas de hacer viable la teo
r
ía dep
r
ototipos de estos sistemas altamente complejos con un
MIMO Ma
s
ivo por las ventajas que esta o
fr
ece, a pe
-
f
lujo de diseño de ha
r
d
w
a
r
e y so
f
t
w
a
r
e uni
f
icado.
sar de sus grandes di
f
icultades de realización p
r
áctica
El
MIM
O ma
s
ivo de
s
empeña un papel impor-
y es interesante cómo esto a su vez se ha conve
r
tido en
tante en la evolución actual de la comunicación mó-
un impulsor del estudio de la operación de sistemas en
vil al
f
acilita
r
el camino hacia la 5G. A t
r
avé
s
de
bandas que inicialmente habían sido desca
r
tadas pa
r
a
la
r
eutilización inteligente de lo
s
r
ecu
rs
o
s
del
s
i
s
te-
aplicación al mundo móvil celular.
ma,
MI
MO
M
a
s
ivo mejo
r
a la capacidad mediante
MIMO Masivo es un área interesante de investiga
-
la t
r
an
s
mi
s
ión de dato
s
a múltiple
s
di
s
po
s
itivo
s
de
ción inalámbrica 5G.
P
romete ganancias signi
f
icativas
u
s
ua
r
io utilizando lo
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mi
s
mo
s
r
ecu
rs
o
s
de tiempo y
que ofrecen la capacidad de acomodar a más usua
r
ios a
fr
ecuencia con la
f
o
r
mación coo
r
dinada del haz y la
mayores velocidades de datos con mayor con
f
iabilidad
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r
ección del haz
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on, E.,
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anguinetti, L., Hoydi
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,
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iciency: When i
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o-Large Number of Antenna
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