Emulación de entornos multicamino y estudio de parámetros que limitan los sistemas MIMO empleando cámara de reverberación

Resumen

Los sistemas inalámbricos que plantean múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) de la señal se basan en convertir la propagación multicamino, inicialmente considerada un problema, en la solución a las limitadas capacidades de transmisión. De esta forma se posibilita el empleo de canales de transmisión en paralelo aumentando el número de antenas de transmisión y/o recepción. Así se pueden obtener altas eficiencias espectrales sobre el canal radio constituyendo, por tanto, una vía muy prometedora para satisfacer los altos requerimientos de la futura Cuarta Generación (4G) de sistemas de comunicaciones móviles. En este trabajo se presentan distintas técnicas encaminadas a facilitar el diseño del futuro terminal móvil un uso efectivo de los canales MIMO. En esta tesis se abordan dos aspectos distintos de los sistemas MIMO: la realización de medidas en la cámara de reverberación (RC) y el estudio de los efectos que limitan a los sistemas MIMO en el terminal móvil. Hasta ahora solo se podían realizar medidas de entornos Rayleigh isotrópicos en la RC. Sin embargo se han extendido las capacidades de emulación de la RC, creando la posibilidad de emular entornos no-isotrópicos y entornos Rician. Esta extensión de capacidades permite con una sola medida en un entorno de propagación Rayleigh emular cualquier entorno Rician. Además se validó la posibilidad de realizar medidas con un maniquí relleno del líquido "Head Simulating Liquid" (HSL) estandarizado por CENELEC que permitiría investigar los efectos que produce la cabeza del usuario en el terminal móvil. De esta manera se han podido caracterizar más de 10.000 sistemas MIMO distinto. Con el sustento de poder realizar medidas en la RC de múltiples sistemas MIMO, se afrontó el segundo reto de esta tesis. Se obtuvieron resultados novedosos en los efectos que limitan la capacidad MIMO en el terminal móvil. Se investigó la eficiencia de radiación de las antenas en el terminal MIMO, demostrando que en los casos de antenas de baja eficiencia puede ser muy rentable, en términos de capacidad, incrementar el número de antenas en recepción más allá del número de antenas en transmisión. Asimismo se han introducido tres términos inéditos en la literatura científica, sirviendo éstos para entender el complejo e importante rol de la eficiencia de radiación en los sistemas MIMO en la práctica. Íntimamente relacionado con la eficiencia de radiación, se encuentra la presencia del usuario cerca del terminal móvil. En este caso se han dado claves para entender el comportamiento del terminal móvil en presencia del usuario. Se ha demostrado que el hecho que el usuario absorba parte de la potencia de transmisión juega un papel importante en los cambios que ocurren con los coeficientes de correlación, dependiendo estos de la frecuencia. También se desarrolló la auténtica diversidad de polarización (ADP) que es una novedosa técnica para el empleo de múltiples polarizaciones en los sistemas MIMO. Esta técnica es ideal para mejorar las prestaciones de aquellos sistemas MIMO instalados en volúmenes reducidos de más de 2 antenas sobre los sistemas que utilicen antenas con polarizaciones ortogonales. Durante la investigación de la ADP, se desarrolló una novedosa técnica de estimación de la función de correlación para dipolos que utilicen ADP. Esta técnica fue mejorada mediante la aplicación de algoritmos genéticos. Por tanto, se han caracterizado de forma novedosa en la RC todo tipo de escenarios de comunicaciones, al tiempo que se han estudiado en profundidad los factores que influencian a los sistemas MIMO en el terminal. Se han aportado las claves para facilitar el diseño óptimo de los sistemas MIMO, teniendo en cuenta todos los factores y todos los escenarios en los que debe de trabajar el futuro terminal MIMO.