• ECC
• MULTIPLEXING
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La recente introduzione della tecnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output) in molti standard di comunicazione ha dato la possibilità, da parte dell'operatore di rete, di fornire data rate maggiori e una migliore BER (Bit Error Rate). Questi benefici fanno si che l'utente possa usufruire di un servizio migliore. La principale caratteristica della tecnologia MIMO, è la possibilità di sfruttare a proprio vantaggio la propagazione multi-cammino, che invece nei sistemi tradizionali viene vista come un ostacolo per le prestazioni dei collegamenti radio. Il MIMO è quindi un buon candidato per migliorare le prestazioni dei collegamenti radio a banda larga in ambienti di propagazione affetti da cammini multipli (multipath). Come è noto, è possibile utilizzare più antenne sia in trasmissione che in ricezione per introdurre diversità spaziale e migliorare l’affidabilità di un radiocollegamento soggetto a fenomeni di attenuazione aleatoria. Il principio sottostante è che, se i canali disponibili sono soggetti ad attenuazioni indipendenti, allora è possibile combinare vantaggiosamente le loro uscite in modo da ridurre sensibilmente la probabilità di fading profondo sul segnale ricevuto. Nel seguito viene discusso un modo nuovo di utilizzare antenne multiple. Il risultato più interessante è che, sotto determinate ipotesi sul fading, la disponibilità congiunta di più antenne in trasmissione e in ricezione (ovvero, la disponibilità di un canale MIMO) consente di sfruttare la dimensione spaziale in modo da produrre un incremento del numero dei canali disponibili per il sistema di comunicazione o, come anche si suol dire, un aumento dei suoi gradi di libertà. Questi ultimi possono in effetti essere sfruttati per effettuare il multiplexing spaziale di più flussi di dati sul canale MIMO e in definitiva ottenere un incremento della capacità complessiva la quale, come si vedrà, se si impiegano n antenne sia in trasmissione che in ricezione può risultare proporzionale a n. Tale incremento di capacità viene anche qualificato come guadagno di multiplexing. Quando l’ambiente nel quale avviene la propagazione è particolarmente ricco di ostacoli in grado di diffondere o riflettere il segnale trasmesso, sotto determinate ipotesi le antenne riceventi sono in grado di separare i segnali irradiati dalle antenne trasmittenti. In particolare si vedrà che le tecniche MIMO consentono di ottenere, oltre ad un guadagno di potenza e di diversità, anche un incremento dei gradi di libertà, ovvero del numero di canali disponibili. Quest’ultimo aspetto è particolarmente interessante: si osserva infatti che un guadagno di potenza è scontato nei sistemi impieganti tecniche tradizionali di beamforming, che quindi risultano particolarmente vantaggiosi in presenza di rapporto segnale-rumore (SNR) piccolo sui singoli canali ossia, come si suol dire, quando le prestazioni sono limitate dalla potenza a disposizione. Tali tecniche non consentono però miglioramenti sostanziali con regimi di SNR elevati, dato che la capacità dei canali, come è noto, varia asintoticamente in modo logaritmico con il SNR. In tali condizioni si assiste di fatto ad uno spreco di potenza, qualora si intenda aumentare la velocità di trasmissione, essendo il sistema limitato dalla banda disponibile. Come già menzionato, in determinati ambienti i sistemi MIMO consentono contemporaneamente un vantaggio in termini di potenza e di gradi di libertà ed in particolare rappresentano il metodo più efficace per incrementare in modo significativo la capacità di un sistema in condizioni di elevato SNR. Nel seguito si cercherà di identificare quali debbano essere le proprietà dell’ambiente fisico tali da consentire il suddetto multiplexing spaziale, e si mostrerà come tali proprietà possano essere incorporate in modo semplice in un modello statistico di canale MIMO. La presentazione degli argomenti è articolata come segue. Facendo ricorso a concetti sulla capacità di canale tratti dalla teoria dell’informazione, vengono dapprima identificati i parametri chiave che determinano la capacità di multiplexing di un canale MIMO di tipo deterministico. Successivamente si passano in rassegna alcune tipologie di canali fisici MIMO allo scopo di valutare la loro idoneità alla realizzazione di multiplex spaziali. Utilizzando le indicazioni provenienti da questi semplici esempi, si trova che è particolarmente conveniente modellare i canali MIMO nel dominio angolare, e si propone un modello statistico basato su tale approccio. Si supporrà dunque nel seguito che i canali MIMO siano affetti da fading piatto in frequenza (approssimazione valida per segnali a banda contenuta nella banda di coerenza).