Esquema de redundancia espacial para aliviar la restricción de línea-de-vista inherente en sistemas de comunicaciones en 60 GHz utilizando dido en redes de área personal

Abstract

La búsqueda de un mayor ancho de banda para suplir las necesidades de tráfico de hoy y el futuro dirige sus esfuerzos a bandas de muy alta frecuencia, una de ellas es la de 60 GHz. Entre sus limitantes está el importante nivel de atenuación en la propagación y bloqueo prácticamente total por presencia de obstáculos en la línea-de-vista. Este trabajo tiene como objetivo analizar a nivel de capa física una arquitectura de radiotransmisores que provee redundancia espacial para mitigar el problema de línea-de-vista en 60 GHz y mejorar el área de cobertura. Usando Distributed Input Distributed Output (DIDO) se logra utilizar los recursos espectrales de forma simultánea por medio de la coordinación y transmisión conjunta de dispositivos transceptores dispuestos en el espacio estratégicamente. El esquema es modelado por un sistema de ecuaciones matricial entre las señales de usuarios y la respuesta al impulso que modela el canal de cada uno de los enlaces conformados. El sistema cuenta con un ente coordinador que procesa la información e indica a cada uno de los transceptores las señales que deben transmitir para suplir las necesidades de los usuarios. Para evaluar sistema se realizan simulaciones de la capa física en 60 GHz, teniendo en cuenta la propagación de ondas, interferencias, reflexiones y obstáculos. Se consideran diversos escenarios teniendo en cuenta una serie de supuestos que quedan fuera del alcance de este trabajo, como métodos de estimación del canal en tiempo real y dimensionamiento de hardware. Se calculan medidas de correlación espacial, Bit Error Rate (BER), potencia y Peak to Average Ratio (PAPR) para evaluar cuantitativamente el desempeño del sistema. Los resultados muestran que DIDO genera zonas de cobertura mayor. El sistema mejoró de un 92.12 % de potencia correlacionada normalizada percibida por un usuario solitario a un 98.55 % con un transmisor redundante, y a un 99.24 % con 4 transmisores. Según el BER, mejor es la estimación del canal, mejor es el desempeño del sistema. En el rango de Signal to Noise Ratio (SNR) que va de 0 a 10 dB, se alcanzaron velocidades que van desde los 990 Mb/s a 1 Gb/s, para cada usuario. Se verifica la factibilidad técnica de los niveles de emisión de las dispositivos según la normativa y se descubren ciertas limitantes técnicas. La amplitud de las señales emitidas es muy fluctuante, por lo que se obtienen magnitudes de PAPR mayores respecto al caso sin uso de DIDO. También, una cantidad mayor de transceptores por sobre la cantidad de usuarios servidos aseguró un buen desempeño del sistema. El principal aporte de este trabajo es una alternativa innovadora que utiliza transmisión conjunta para mejorar la cobertura de comunicaciones en 60 GHz, en escenarios sin línea-devista para redes de área personal. Además, este estudio sirve como base para el desarrollo otras investigaciones, y en el futuro, el desarrollo de un prototipo. Como trabajo futuro se proponen simulaciones con modelos de canal más complejos, estocásticos por ejemplo, y la adaptación del sistema propuesto a las tecnologías actuales existentes. También, un dimensionamiento del hardware necesario y el diseño de protocolos de capas superiores.