Diversidad

Técnicas de diversidad

Las técnicas de diversidad son métodos que garantizan o buscan mejorar la calidad de la comunicación en las antenas considerando que el desvanecimiento puede deformar y reducir la intensidad de las señales recibidas y disminuir asi la calidad de funcionamientos de los sistemas

Tipos de diversidad La clasificación de los sistemas de diversidad depende del tipo de parámetro de interés. De esta forma, las siguientes clasificaciones son usadas en la literatura:

• De acuerdo al extremo del sistema en que se implemente: Diversidad en recepción y diversidad en transmisión.

• De acuerdo al fenómeno físico usado para lograr diferenciar las réplicas de la señal: diversidad de espacio o de antena, diversidad de frecuencia, diversidad de tiempo y diversidad de polarización.

• De acuerdo a la forma en que se utilizan las diferentes réplicas: diversidad por selección, diversidad por realimentación, diversidad por combinación de razón máxima (MRC) y diversidad por ganancia constante (EGC).2.2.1

Diversidad de antena

La diversidad de antena, también conocida como diversidad espacial, puede obtenerse instalando múltiples antenas, tanto en el lado del transmisor como en el lado del receptor. Si las antenas se instalan suficientemente apartadas entre sí, las señales sufrirán desvanecimiento de una manera más o menos independiente, y por tanto se crean caminos de señal diferenciados. La separación de antena requerida depende de la dispersión local del medio así como de la frecuencia de la portadora. Por ejemplo en un sistema de telefonía móvil en el que el terminal está cerca del suelo y en el que existen mucha dispersión, el canal varía sobre pequeñas distancias en el espacio, y por tanto una separación de antena típica puede ser la mitad del ancho de banda de la portadora. Sin embargo para estaciones bases o sistemas instalados en torres, esta separación debe ser del orden de diez veces el ancho de banda. Como se ha comentado anteriormente esta diversidad de antena puede darse tanto en el lado del transmisor, usando varias antenas transmisoras (conocido como sistemas MISO: multiple input single output), como en el lado de recepción, en el que se utilizarán múltiples antenas receptoras (hablamos entonces de sistemas SIMO). Cada vez más se están implementando sistemas que hacen uso de estos dos tipos de diversidad, y es lo que se conoce como sistemas MIMO. Estos sistemas además de conseguir la diversidad añaden distintos grados de libertad para la comunicación. Estos grados se tratarán con más detalle en el apartado posterior.

Diversidad de espacio

Diversidad hibrida

Diversidad combimada

Diversidad de frecuencia

Cuando se usa diversidad de frecuencia, la información se transmite en más de una portadora, de tal forma que señales con una separación de frecuencia mayor que determinado valor no experimenten el mismo desvanecimiento, siendo la separación en frecuencia necesaria para que los canales estén parcial o totalmente decorrelados una función del ancho de banda de coherencia del canal. Este valor puede corresponder a una fracción importante del ancho de banda total utilizado, y por lo tanto, esta técnica tiene la desventaja de necesitar generalmente un ancho de banda significativamente mayor, con un número igual de receptores que de canales de diversidad. Sin embargo, la diversidad en frecuencia se emplea usualmente en enlaces por línea de vista que usan FDM y para rutas críticas. En sistemas de diversidad en transmisión es posible utilizar la diversidad de frecuencia a través de códigos espacio-frecuencia, con la misma metodología empleada por los códigos espacio-tiempo que se verán en apartados siguientes.

Diversidad de tiempo

La diversidad de tiempo puede conseguirse promediando el desvanecimiento del canal a través del tiempo. Normalmente, el tiempo de coherencia del canal es entre diez y cien veces el tiempo de símbolo, por lo tanto el canal está altamente correlado a través de símbolos consecutivos. Por consiguiente la información se transmite repetidamente a espacios de tiempo, de forma que la repetición se haga en condiciones independientes de desvanecimiento. Una manera adecuada de obtener estas premisas es mediante el uso del entrelazado en los codificadores. Por ejemplo, supongamos que transmitimos una señal x = [x1,…, xL] de longitud L símbolos y que la señal recibida viene dada por la expresión

yi = hi xi + wi, i = 1, … , L.

Asumiendo un entrelazado ideal en el que los símbolos xi son transmitidos con suficiente separación entre ellos, puede asumirse que los hi son independientes. El parámetro L se conoce como el número de ramas de diversidad.

Este tipo de diversidad tiene un inconveniente que hace que su uso esté poco generalizado, y es que se reduce la velocidad de transmisión efectiva, y aparte, debido a que

la separación temporal entre transmisiones de las réplicas debe ser mayor que la duración media de los desvanecimientos, se produce una considerable latencia.

Diversidad de polarización

Se ha comprobado experimentalmente que las señales polarizadas horizontal y verticalmente presentan un grado significativo de decorrelación. Esta decorrelación es debida a las múltiples reflexiones en el canal entre el transmisor y el receptor con un coeficiente de reflexión distinto para cada tipo de polarización, lo que resulta en diferentes amplitudes y fases para cada señal. Tras suficientes reflexiones aleatorias, las señales pueden mostrar un alto grado de decorrelación, haciendo posible la ganancia de diversidad.

Diversidad de ángulo

Las diferentes réplicas de la señal pueden experimentar también diferentes canales de acuerdo a la dirección en que apunten los lóbulos principales de la(s) antena(s), tanto en el transmisor como en el receptor. De esta forma, al incidir sobre diferentes superficies de dispersión (‘scatterers’), se pueden obtener canales con bajas correlaciones.

Diversidad por selección

Al clasificar las técnicas de diversidad de acuerdo al procesamiento aplicado a las señales recibidas o transmitidas, una de las técnicas más sencillas es la de selección.

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