Medida, simulación y análisis de eficiencia espectral para canales MIMO en entornos indoor en la banda de 2GHz

The space-time wireless communication systems will use the advantages of the MIMO (Multiple Input Multiple Output) channels. Precedent studies have focused less attention on the capacity analysis considering correlated indoor channels under different frequency bands and polarizations. In practice, there is certain correlation degree between the different propagation sub-channels, which makes interesting to evaluate the impact that this correlation has on the system performance under different frequency bands and polarizations. The paper shows a detail study around of real MIMO channel and its spectral efficiency behavior when change both the number of antenna elements and SNR (Signal to Noise Ratio). The results showed in the paper demonstrate that to increase the diversity order could not be a good technique to improve the performance of the MIMO systems in some highly correlated cases when picocells or indoor environments are considered. Besides, increasing the number of array antenna elements, both in the transmitter and receiver side, does not offer linear capacity increases under correlated cases. The results derived from a frequency measurement campaigns performed between 2 and 2.6 GHz show polarization dependence and less frequency band dependence in the MIMO channel correlation matrix for indoor environments. In other hand, under the WSS (Wide Sense Stationary) channel condition and guaranteeing a minimum SNR level, remarkable changes on the capacity probability distribution function shape, and on the cumulative distribution function of the MIMO system eigenvalues, were observed in different correlated cases.Los futuros sistemas inalámbricos de comunicaciones digitales emplearán técnicas de procesado espacio-tiempo, como por ejemplo la transmisión a través de múltiples canales de propagación, para aumentar la capacidad frente a los sistemas tradicionales, en lo que se ha denominado sistemas MIMO (Múltiple Input Múltiple Output). Aunque existen numerosas publicaciones sobre las posibilidades de mejora introducidas por los sistemas MIMO, en la mayor parte de los estudios se asumen canales incorrelados. En la práctica, existe cierta correlación entre los diferentes subcanales de propagación, por lo que resulta interesante evaluar el impacto de la correlación sobre las prestaciones del sistema en función de la banda de frecuencia y la polarización utilizada en entornos indoor. En este documento se presenta un estudio detallado de un canal MIMO real, analizando además, de forma simulada y referenciado a medidas, su eficiencia espectral cuando se modifica el número de elementos de antena y el nivel de SNR (Signal to Noise Ratio). Se muestra que el incremento del orden diversidad del sistema podría no suponer una mejora significativa en la ganancia de los valores propios del sistema, en el caso de tener subcanales con un alto grado de correlación, afectando así las prestaciones del sistema MIMO. También se muestra que un aumento en el número de antenas, en lo que conforma el sistema radiante del transmisor y/o receptor, no necesariamente supone un incremento lineal de la capacidad si los subcanales están correlados. Con base en una campaña de medidas realizada en el dominio de la frecuencia entre 2 y 2.6 GHz, en un entorno indoor, se ha observado una dependencia de la matriz de correlación que caracteriza el sistema MIMO con el tipo de polarización utilizado, y un menor grado de dependencia con la banda de frecuencia. Además, por medio de un análisis detallado de los valores propios del sistema se ha encontrado que un simulador basado en la transformada inversa de Fourier, utilizado para incluir la variabilidad temporal de los subcanales de propagación aleatorios, presenta mejores prestaciones que su contraparte IIR (Infinite Impulse Response). Por último, bajo la hipótesis de canal WSS (Wide Sense Stationary), garantizando un nivel mínimo de SNR, y para diferentes grados de correlación, se han observado cambios significativos tanto en la función de distribución de probabilidad que caracteriza la capacidad, como en la función de distribución acumulativa que caracteriza los valores propios del sistema MIMO