¿Que es MIMO?

Introducción

Las redes inalámbricas WLAN (Wireless Local Area Network) ya son parte de nuestro entorno dentro de las empresas y organizaciones. Los usuarios están siendo testigos de sus innumerables beneficios, pero también están siendo testigos de las desventajas de este tipo de redes. Los principales inconvenientes radican principalmente en la pobre capacidad de ancho de banda y la limitada cobertura de la señal.

El cambio repentino del nivel de fuerza la señal es un problema común que ocurre en los clientes de WLAN con IEEE 802.11a/b/g (una laptop, un PDA u otro dispositivo con una tarjeta inalámbrica). Si uno mueve el dispositivo unos cuantos centímetros, la fuerza de la señal que se recibe del punto de acceso (access point) fluctúa del máximo al mínimo, o viceversa. Ocasionando, en la mayoría de las veces, que el enlace se corte entre el punto de acceso y el dispositivo cliente.

En este artículo describiremos una nueva tecnología conocida como MIMO que permitirá aumentar las capacidades en ancho de banda, velocidad, la cobertura, y por ende, una mejora en la calidad de la señal de las redes inalámbricas Wi-Fi de la actualidad.

¿Qué es MIMO?
MIMO (multiple input multiple output) es una tecnología de radio comunicaciones que se refiere a enlaces de radio con múltiples antenas en el lado del transmisor y del receptor. Debido a las múltiples antenas, la dimensión espacial puede ser explotada para mejorar el desempeño del enlace inalámbrico, haciendo la señal más fuerte, más confiable y transmisiones más rápidas.

Según los fabricantes de esta tecnología, incrementa hasta mas de 6 veces la cobertura y hasta más de 4 veces la velocidad de las actuales redes IEEE 802.11g.

Uno de los principales fabricantes de chips MIMO es Atheros (www.atheros.com), quien suministra a los fabricantes de equipos WLAN con tecnología MIMO.

¿Cómo funciona MIMO?

La propagación multitrayectorias es una característica de todos los ambientes de comunicación inalámbricos. Usualmente existe una ruta o trayectoria principal desde un transmisor en el punto “A” al receptor en el punto “B”. Desafortunadamente, algunas de las señales transmitidas toman otras trayectorias, irrumpiendo objetos, la tierra o capas de la atmósfera. Aquellas señales con trayectorias menos directas, llegan al receptor desfasadas y atenuadas.

Una estrategia para negociar con señales débiles multitrayectoria es simplemente ignorarlas. Las señales multitrayectoria con mucha potencia pueden ser demasiado fuertes como para ignorarse, sin embargo, pueden degradar el desempeño de los equipos WLAN basados en los estándares actuales. MIMO toma ventaja de la propagación multitrayectorias para incrementar el caudal eficaz, cobertura y fiabilidad de las señales.

Más allá de combatir las señales multitrayectoria, MIMO pone señales multitrayectoria a trabajar acarreando y concentrando más información. Cada una de estas señales son moduladas y transmitidas por una serie antenas al mismo tiempo y en el mismo canal de frecuencia. El empleo de múltiples formas de onda constituye un nuevo tipo de radio comunicación, la cual es el único medio para mejorar los tres parámetros básicos del desempeño del enlace (cobertura, velocidad y calidad de la señal).

MIMO tiene la habilidad de multiplicar la capacidad, la cual es un sinónimo de velocidad. Una medida para medir la capacidad inalámbrica es conocida como la eficiencia espectral (EE). La EE es el número de unidades de información por unidad de tiempo por unidad de ancho de banda, denotada usualmente como bps/Hz (bits por segundo sobre Hertz). Si se transmiten múltiples señales, conteniendo diferentes ráfagas con información, sobre el mismo canal, se puede doblar o triplicar la eficiencia espectral. Más eficiencia espectral da como resultado más velocidad de información, más cobertura, más usuarios, una mejor calidad de la señal.

Los transmisores MIMO aprovechan las bondades de OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing). OFDM es una técnica de modulación digital que divide la señal en varios canales de banda angosta a diferentes frecuencias. Dentro de las bondades de OFDM incluyen: gran eficiencia espectral, resistencia en contra de interferencia por multitrayectorias, filtrado de ruido externo.

Los principales bloques de procesamiento de un transmisor utilizando MIMO incluyen dos antenas de transmisión con dos moduladores OFDM idénticos, convertidores analógico-digital (ADC), moduladores analógicos de radio frecuencia (RF), amplificadores de potencia (AMP POT) y antenas con patrón omnidireccional. Un transmisor MIMO con dos antenas es un modulador digital que alimenta dos cadenas analógicas idénticas (circuitería DAC & RF) y dos antenas idénticas omnidireccionales.

De esta manera, la transmisión MIMO-OFDM es exactamente la misma, como si dos transmisiones OFDM simultáneas ocurrieran en el mismo canal, pero con diferentes datos digitales.

Fig 2.- Bloques principales de un transmisor básico MIMO-OFDM con dos antenas

Guillermo Marconi, inventor de la radio, demostró el funcionamiento del primer sistema de comunicaciones inalámbricas en 1896. Desde ese día, los ingenieros vieron a las señales multitrayectorias como una molestia para las comunicaciones. En 1984 Jack Winters de los Laboratorios Bell patentó un sistema de comunicaciones inalámbricas utilizando antenas múltiples. Jack Salz, también de Laboratorios Bell publicó un artículo sobre MIMO en 1985, basado en el trabajo de Winters. Winters y muchos otros, publicaron artículos sobre MIMO en el periodo de 1986 a 1995. En 1996, Greg Raleigh y Gerald J. Foschini desarrollaron nuevas mejoras a la tecnología MIMO. Greg Raleigh es el fundador de Airgo Networks, quién reclama ser el inventor del MIMO-OFDM, ofreciendo un chip “pre-n” conocido como True MIMO.

Conclusiones

La redes inalámbricas WLAN están impactando las industrias, pequeños negocios y hasta en los hogares. En la actualidad, decenas de millones de unidades WLAN son vendidas anualmente. Con la incursion de la tecnología MIMO las ventas podrían aumentar en cientos de millones de unidades anualmente. Las aplicaciones de entretenimiento en el hogar serían las de más impacto, tales como televisión, sistemas de sonido, reproductores de Blue Ray, pantallas y bocinas remotas, dispositivos portátiles de reproducción de audio y video, video camaras, alarmas de seguridad en el hogar, entre otras aplicaciones.

Adaptado del articulo original de Evelio Martinez Martinez

Publicado en Revista RED