Antenas Inteligentes

43Comunicaciones de Telefónica I+D Número 21 · Junio 2001

Introducción a la tecnología de antenasinteligentes. Aplicación a UMTS

Los sistemas de comunicaciones móviles están experi-mentando un claro giro hacia la provisión de serviciosmultimedia a sus abonados. Uno de los aspectos máscaracterísticos de estos servicios son las altas tasasbinarias que demandan, lo cual, unido al hecho deque el número de usuarios no deja de crecer, provoca-rá a medio plazo un incremento espectacular en el trá-fico soportado por las redes móviles, haciendo nece-sario un incremento paralelo de su capacidad.

La capacidad de un sistema de comunicaciones móvi-les se puede definir como la tasa binaria que puedeofrecerse en el ancho de banda disponible y en un áreageográfica determinada [1]. En el sistema GSM se haconseguido aumentar la capacidad mediante el uso deceldas de menor tamaño (microceldas y picoceldas) y,recientemente, mediante la incorporación del sistemaGPRS (que permite asignar varios timeslots simultáneosa un mismo usuario). En los próximos meses entraráen funcionamiento el sistema de 3ª Generación (3G)UMTS, que presenta mayor capacidad, debido a su

INTRODUCCIÓN

Óscar Moreno Jiménez, Ignacio Javier Franco Martín

José Luis Miranda SierraTelefónica Móviles España

Telefónica Investigación y Desarrollo

Durante los últimos años, el crecimiento continuado del número de usuarios en lossistemas de comunicaciones móviles ha provocado una necesidad cada vez mayor deincrementar su capacidad. Con la llegada inminente de UMTS y la implantación denuevos servicios de tercera generación que requerirán altas tasas binarias, se haceimprescindible pensar en el uso de técnicas que permitan aumentar la capacidad delsistema hasta un nivel tan alto como sea posible.

En este aspecto, se ha planteado como una buena solución el uso de antenasinteligentes en los nodos B de la red UMTS. El empleo de esta novedosa tecnologíapermitirá no sólo aumentar la capacidad, sino también mejorar la calidad de la señal,incrementar el alcance, aumentar el nivel de seguridad e incluso introducir nuevosservicios aprovechando las características particulares de este tipo de antenas.

Sin embargo, la introducción de antenas inteligentes implicará realizar algunoscambios en la planificación y despliegue de la red, sin contar, además, con el aumentode la complejidad tanto de los transceptores como de la gestión de los recursosradioeléctricos y de la movilidad de los usuarios.

En este artículo se pretende dar una visión general acerca del estado del arte de estatecnología, así como de los distintos tipos y formas de implementarla. Se presentantambién los resultados de varias pruebas de campo realizadas sobre prototipos realesy las conclusiones preliminares que se han extraído de ellas.

Por último, se abordan los efectos causados por su introducción en una red UMTS, susbeneficios y sus desventajas.

44Número 21 · Junio 2001 Comunicaciones de Telefónica I+D

mayor ancho de banda y a la mejora en la eficienciaespectral respecto a GSM. Sin embargo, este incre-mento de la capacidad puede no ser suficiente enfuturas aplicaciones.

La capacidad no es la única limitación inherente a lossistemas móviles como GSM y UMTS, tambiénpodemos destacar las siguientes [2]:

1. El desvanecimiento por multitrayecto, que degradalas prestaciones del canal de comunicaciones. Esmenos importante en UMTS, debido a que es unsistema de banda ancha (por lo que está menosafectado por un desvanecimiento selectivo en fre-cuencia) y, además, el empleo de receptores Rakepermitirá combinar las componentes de multitra-yecto para mejorar la recepción de la señal deseada.

2. La interferencia cocanal, que empeora la relaciónC/I de la señal recibida, lo que afecta directamenteal buen funcionamiento del sistema. Este efecto esmucho más pronunciado en los sistemas CDMA(como UMTS), ya que la relación C/I está directa-mente relacionada con el grado de cobertura de unNodo B (cell breathing). Además, en los sistemasCDMA, el nivel de interferencias procedentes deotros usuarios es mucho mayor debido a que loscódigos de scrambling no son exactamente ortogo-nales entre sí.

3. La dispersión temporal de la señal recibida, debidade nuevo al multitrayecto, que provoca un aumen-to de la interferencia entre símbolos. De nuevo, enUMTS, el receptor Rake ayuda a mitigar este efec-to.

Estas tres limitaciones, sin embargo, tienen su origenen el hecho de que, en estos sistemas, los canales detráfico se transmiten a través de antenas omnidirec-cionales (o bien sectorizadas), a pesar de su caráctereminentemente punto a punto ([1], [2]). Por estemotivo, se está emitiendo señal a usuarios no desea-dos (lo que da lugar a la aparición de interferencias) y,a su vez, se reciben señales de diversas fuentes (deotros usuarios y de las componentes multitrayecto).

Desde hace ya varios años, en la literatura se ha pre-sentado la tecnología de antenas inteligentes comouna forma eficaz de solventar todos estos problemas.A continuación se describe en que consiste esta tec-nología, haciendo especial hincapié en las ventajas einconvenientes de su aplicación al sistema UMTS.

Una antena inteligente (en la Figura 1 se muestrandos prototipos) es aquella que, en vez de disponer deun diagrama de radiación fijo, es capaz de generar oseleccionar haces muy directivos enfocados hacia elusuario deseado, e incluso adaptarse a las condicionesradioeléctricas en cada momento. Existen varias for-mas de implementar un sistema radiante con estascaracterísticas, como se detalla a continuación.

La implantación de antenas inteligentes en una red decomunicaciones móviles se limita, en principio, a lasestaciones base (o Nodos B en UMTS), debido a que

Definición

ANTENAS INTELIGENTES

Figura 1. Prototipos de antena inteligente de la firma Allgon


necesariamente se deben emplear sistemas radiantesde mayor tamaño (arrays de varios elementos). Estotiene la ventaja añadida de que pueden introducirselas antenas inteligentes de forma transparente para losusuarios, que no tendrán que cambiar de terminalpara beneficiarse de esta tecnología. No obstante,algunos autores sí han contemplado la posibilidad deincorporar antenas inteligentes a los terminales móvi-les [6].

La característica de las antenas inteligentes de tenerunos haces de radiación con una mayor directividad(es decir, mayor ganancia y mayor selectividad angu-lar), hace pensar en las siguientes ventajas potencialesde estos sistemas (véase [1]-[4]):

Incremento de la zona de cobertura. Dado que laganancia es mayor que en el caso de antenas omni-direccionales o sectorizadas, para igual potenciatransmitida, la señal se podría recibir a una mayordistancia. Este hecho podría permitir reducir elnúmero de estaciones base necesarias para cubriruna zona, siempre y cuando no sea el tráfico el fac-tor limitante1.

Reducción de la potencia transmitida. La mayorganancia de la antena permitirá incrementar la sen-sibilidad de la estación base, por lo que los móvilespodrán transmitir con menor potencia, ahorrandobatería. De igual modo, gracias a la ganancia delarray, es posible que la estación base transmita igualpotencia, pese a que cada elemento del array estéradiando una potencia muy inferior. Así, se relaja-rían las especificaciones sobre los amplificadores depotencia utilizados, que podrían resultar más bara-tos.

Reducción de la propagación multitrayecto. Debido ala menor dispersión angular de la potencia radiadapor la estación base, se reducirá el número de tra-yectos múltiples que alcanzarán al móvil (mejoran-do así las características de dispersión de retardo delcanal). Esto permitiría relajar los requisitos exigidosal ecualizador del terminal móvil. En UMTS, sibien se puede aprovechar la recepción multitrayec-to mediante el uso de receptores Rake, cuando losmóviles se desplacen a gran velocidad esta ventajapuede ser muy significativa.

En el caso del enlace ascendente, la antena inteli-gente de la estación base podría discriminar lascomponentes multitrayecto de la señal recibidadesde el móvil, o incluso explotarlas (mediantereceptores 2D-Rake, por ejemplo). Esto dependeráde la configuración de antena escogida.

Reducción del nivel de interferencia. La mejor selec-tividad espacial de la antena permitirá a la estaciónbase discriminar las señales de usuarios interfe-rentes en favor de la señal del móvil deseado (en elcaso del enlace ascendente), y también reducir elnivel de potencia transmitida en las direcciones deesos otros usuarios (en el caso del enlace descen-dente). De cualquier modo, se conseguiría aumen-tar la relación C/I, lo cual tiene dos consecuenciasfundamentales:

a) Una mejora en la C/I implica directamente unamejora en la tasa de error (BER), lo que haceque la calidad del servicio aumente.

b) La reducción de la C/I puede explotarse directa-mente (mediante técnicas de multiplexaciónespacial) o indirectamente (realizando un plande frecuencias más ajustado, en el caso de GSM)para aumentar la capacidad del sistema.

Mejora de la seguridad. Gracias a que la transmisiónentre la estación base y el terminal móvil es direc-cional, no será posible que un equipo ajeno inter-cepte la comunicación, a menos que se sitúe en lamisma dirección en la que apunta la antena.

Además, sería posible una localización precisa deusuarios que estuvieran realizando un uso fraudu-lento de los servicios ofertados por la red.

Introducción de nuevos servicios. Puesto que la redpodría tener acceso a información acerca de la posi-ción de los móviles 2, es posible pensar en serviciostales como radiolocalización en llamadas de emer-gencia, tarificación geográfica, publicidad de servi-cios cercanos, información en lugares turísticos,gestión avanzada de flotas, etc.

No obstante, la implantación de estas antenas en lared móvil no está exenta de inconvenientes, como losque se detallan a continuación:

1 Esta afirmación ha de utilizarse con cuidado, ya que, aunque se

introdujeran antenas inteligentes en el sistema, seguiría siendo

imprescindible utilizar antenas tradicionales para transmitir los canales

de difusión (BCCH en GSM o BCH en UMTS), tal y como se apunta en [10].

2 Dependiendo del tipo de técnica que se emplee en la conformación

del diagrama de radiación de la antena, como se verá en el apartado

dedicado a algoritmos de conformación de haz.

Mayor complejidad de los transceptores. En compara-ción con los sistemas radiantes convencionales, lossistemas de antenas inteligentes son mucho máscomplejos y difíciles de diseñar. Será necesaria unacadena de transmisión/recepción independientepara cada elemento del array, y todas ellas deberánestar balanceadas y calibradas en tiempo real. Ade-más, es imprescindible el uso de potentes procesa-dores (DSPs, por ejemplo) para ejecutar los algorit-mos de optimización, conformación de haz, detec-ción del ángulo de llegada, etc. En definitiva, sellega a la conclusión de que no será posible diseñarindependientemente el sistema radiante y la propiaestación base.

Mayor complejidad de los procedimientos de gestión.El hecho de que exista un haz de radiación enfoca-do hacia cada usuario implica que las funciones dered deben revisarse, en particular, las que afectan ala gestión de recursos radio (RRC) y a la gestión demovilidad (MM). Por ejemplo, algunos procedi-mientos que pueden verse afectados son los deselección y reselección de celda, establecimiento deconexiones, handover, paging, etc.

Cambios en los métodos de planificación. La intro-ducción de un sistema de antena inteligente impli-cará tener muy en cuenta sus características, a lahora de realizar la planificación de la red celular. Enparticular, habrá que contar con el aumento dealcance, la eliminación de fuentes de interferencia,el seguimiento angular de los usuarios, etc. (véase[1]).

Como se ha mencionado, la característica básica quese busca en el diseño de un sistema de antena inteli-gente es la capacidad de seleccionar espacialmente alos distintos usuarios. Existen varias formas de imple-mentar un sistema con esta capacidad, las cuales sedescriben a continuación por orden de complejidad([1]-[3]):

Haz conmutado. Es la técnica más simple. El siste-ma radiante genera varios haces fijos, cada uno deellos apuntando en una dirección distinta, de modoque entre todos se cubre toda la zona deseada (unsector o una celda). La inteligencia del sistema seencarga de seleccionar el haz que mejor servicio daa cada usuario en particular, en función de algúnparámetro de control (mayor nivel de potencia reci-bida, mejor SNR y mejor C/I).

Esta técnica no garantiza que el móvil se encuentreen la dirección de máxima radiación del haz que leda servicio, ni que las señales interferentes se veannotablemente reducidas (ya que siempre es posibleque alguna entre por uno de los lóbulos secunda-rios). De hecho, sería posible recibir una señalinterferente por un punto del diagrama de radia-ción con mayor ganancia que la señal deseada,empeorando apreciablemente las prestaciones delsistema.

Una versión más avanzada de esta técnica consisti-ría en seleccionar con un haz la señal deseada y conotros algunas de sus componentes multitrayecto, deforma que puedan procesarse todas con un receptor

Implementación de un sistema de antena inteli-gente


Figura 2. Antena de haz conmutado

Usuario deseado

Usuario interferente

Figura 3. Antena de haz de seguimiento

Usuario deseado


Rake.

En la Figura 2 se muestra un esquema de esta téc-nica.

Haz de seguimiento. Esta técnica es más complejaque la anterior. Requiere el uso de un array progre-sivo (phased array); es decir, un array en el que sepueden controlar electrónicamente las fases con lasque se alimentan los distintos elementos, de modoque puede modificarse a voluntad la dirección en laque apunta el lóbulo principal de la antena. A suvez, es necesario utilizar algún algoritmo de detec-ción de la dirección de llegada (DoA), de modo quepueda reorientarse dinámicamente el haz paraapuntar al usuario deseado.

Con esta técnica sí se puede garantizar que el usua-rio se encuentra iluminado en todo momento porel lóbulo principal y con máxima ganancia (dentrode las limitaciones de los algoritmos que se emple-en). Sin embargo, tampoco puede evitarse que lasinterferencias entren por algún lóbulo secundariodel diagrama de radiación.

Para aprovechar las señales multitrayecto sería nece-sario detectar y seguir con otros haces dichas com-ponentes y luego procesarlas con un receptor Rake.

Véase un esquema de esta técnica en la Figura 3.

Haz adaptativo. Este sería el máximo nivel de inte-ligencia con que se podría dotar al sistema. En estecaso, la salida de cada elemento del array se ponde-ra con un factor de peso cuyo valor se asigna diná-micamente, de modo que se conforma el diagramade radiación para maximizar algún parámetro de laseñal (por ejemplo, la SINR). De este modo, el dia-

grama sintetizado habitualmente presentará unlóbulo principal en la dirección del usuario desea-do, lóbulos secundarios en las direcciones de lascomponentes multitrayecto (si se quieren procesarcon un receptor Rake) y mínimos (e incluso nulos)de radiación en las direcciones de las fuentes deinterferencia.

Puede verse un esquema simple en la Figura 4.

No siempre será posible eliminar toda la interfe-rencia, ya que el número de fuentes interferentesque se pueden suprimir está directamente relacio-nado con el número de elementos de la antena.

Esta técnica requiere el uso de complicados algorit-mos, tanto para la detección de las señales deseadae interferente como para la optimización de lospesos que conforman el haz. Estos algoritmos sue-len conllevar una gran carga computacional, mien-tras que deben procesarse en tiempo real, por loque suponen una seria limitación. Por ser el casomás interesante, algunos de los algoritmos utiliza-dos se comentan más adelante.

Una vez conocidos los tipos de antenas inteligentes, esnecesario estudiar los modos de introducción de estatecnología en una red de comunicaciones móviles.Existen tres modos de aplicarla, en función del gradode aprovechamiento de la selectividad espacial queofrece ([1]-[3]):

1) Receptor de alta sensibilidad (HSR). Esta configura-ción consiste en utilizar antenas inteligentes sóloen el enlace ascendente. De este modo, gracias a lamayor directividad de la antena, se consigue mejo-rar la sensibilidad global de la cadena de recepciónde la estación base. Esto supone varias ventajas:

En primer lugar, al mejorar la sensibilidad en elenlace ascendente, aumentará la extensión de lazona de cobertura. Esta mejora podría llegar aser tan grande como para que fuera el enlace des-cendente el más restrictivo a la hora de calcularla cobertura de una estación base.

En segundo lugar, la mayor ganancia de la ante-na significa también que los móviles más cerca-nos podrían emitir con menor potencia mante-niendo la calidad del enlace, con el consiguienteahorro de baterías.

Por último, se lograría una mejora de la relaciónC/I, lo que implicaría menores tasas de error y


Figura 4. Antena de haz adaptativo

Usuario deseado


una mejor calidad. No podría emplearse lamejora en la C/I para incrementar la capacidadde un sistema CDMA, ya que dicha mejora sóloestá presente en el enlace de subida y no en el debajada.

2) Rechazo de interferencias por filtrado espacial(SFIR). En esta configuración se emplean antenasinteligentes tanto en el enlace ascendente como enel descendente, con lo cual se consigue aprovecharla mejora por selectividad espacial en ambas direc-ciones.

En este caso, la mejora que se experimenta en laC/I, además de reducir la BER del sistema, puedeexplotarse directamente para aumentar la capaci-dad de un sistema CDMA como es UMTS. Estotambién podría lograrse indirectamente en GSM,si se hace un plan de frecuencias más ajustado: alser menor la distancia de reutilización, puedeaumentar el número de portadoras por estaciónbase.

3) Acceso múltiple por división espacial (SDMA). Estasería la configuración más compleja, pues consisteen aprovechar al máximo las propiedades de selec-tividad espacial de las antenas de ambos enlacespara ubicar simultáneamente a varios usuarios en elmismo canal. Es decir, que podría haber variosusuarios utilizando al mismo tiempo la misma fre-cuencia y el mismo código de scrambling (o elmismo timeslot en GSM), estando discriminadosúnicamente por su posición angular respecto de laestación base.

En este caso, el aumento en la capacidad se produ-ce de forma directa, debido a que se ha añadidouna nueva dimensión para la gestión del espectro.

La introducción de SDMA supondría la necesidadde contar también con complicados sistemas degestión de usuarios, de asignación de canales, etc.

La aplicación de SDMA a UMTS es bastantedudosa: al ser un sistema CDMA existen gran can-tidad de usuarios compartiendo simultáneamentela misma frecuencia y que se distinguen sólo por sucódigo de scrambling. Por tanto, sería muy com-plejo implementar un sistema capaz de diferenciara cada usuario por su situación espacial, además depoco necesario, ya que los códigos de scramblingproducen una separación suficiente y existen códi-gos de sobra para todos los usuarios.

A continuación se describen brevemente los algorit-mos que deben implementarse a la hora de diseñar unsistema de antenas inteligentes basado en haces adap-tativos, que son los más complejos y, a la vez, los másinteresantes3.

En primer lugar, supongamos que existen K usuarios,cada uno de los cuales transmite una señal sk(t). Laseñal del usuario k-ésimo sufre varias reflexiones yllega a la estación base a través de Lk trayectos distin-tos, cada uno de los cuales tiene una amplitud y unafase distintas (aki·ejϕϕki ≡≡ ααki), y llega con un retardo(ττki) y una dirección φφki diferentes. En la estación basetenemos un array 4 de N antenas, que, para simplifi-car, supondremos que están alineadas y equiespacia-das. En estas condiciones, la señal recibida en el ele-mento n-ésimo del array es:

Donde:

an(φφki) = exp(jknd·cos(φφki)) es la fase con laque llega la señal al elemento n-ésimo.

k=2ππ//λλ es el número de onda para la frecuenciade trabajo, cuya longitud de onda es λλ.

d es la distancia entre los elementos del array.

nn(t) es el ruido captado por el elemento n-ésimodel array.

Para sintetizar un diagrama de radiación con una cier-ta distribución de lóbulos, es necesario multiplicar lasalida de cada uno de los elementos por un peso com-plejo wn(t) y luego sumarlas todas. Utilizando unanotación vectorial, la señal a la salida del array será:

Donde los vectores , y son vectores columna, rn

ra

rw

y t t t t s t tH H

kii

L

k

K

k ki

k

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )= ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ − +

==

∑∑r r r r rw u w a nα τ

11

u t a s t n tn n ki kii

L

k

K

k ki n

k

( ) ( ) ( ) ( )= ⋅ ⋅ − +==∑∑ φ α τ

11

Algoritmos de conformación de haz


3 Por otro lado, en antenas de haz conmutado es bastante corriente

emplear matrices de Butler o de Blass para obtener la distribución de

haces deseada [6]; mientras que en antenas de haz de seguimiento han

de emplearse algoritmos basados en la detección de la DoA [5].4 El lector interesado en la teoría de arrays de antenas puede comenzar

consultando algún libro básico de antenas como, por ejemplo: C. A.

Balanis: Antenna Theory. Analysis and Design., John Wiley & sons, New

York, 1982.

con los elementos wn, an y nn correspondientes(1 ≤≤ n ≤≤ N), y el operador H significa "hermítico"(transpuesto y conjugado).

El problema consiste entonces en encontrar un vectorde pesos capaz de sintetizar un diagrama de radia-ción que nos sea útil para apuntar a un usuario 5. Sinuestro sistema dispone de NR cadenas receptoras (esdecir, es capaz de establecer hasta NR comunicacionessimultáneas con otros tantos usuarios), habrá que cal-cular a la vez NR vectores de pesos, aplicarlos a las sali-das de los elementos del array y obtener así las NRsalidas (una para cada receptor).

El cálculo del vector que mejor se adapte a nues-tras necesidades (según queramos maximizar la SNR,aprovechar la diversidad de trayectos, etc.) puede rea-lizarse mediante algoritmos muy diversos. Una des-cripción más abundante y extensa puede encontrarseen [3], [5], [7]y [8].

Existen, básicamente, tres tipos de algoritmos para elcálculo del vector de pesos, los cuales se diferencian enel modo en que seleccionan al usuario deseado:

1. Técnicas con referencia temporal. En este caso, elreceptor genera localmente una estimación de laseñal del usuario que desea captar (obtenida usual-mente a partir de una secuencia de entrenamientoo de un código de scrambling). Entonces, el algo-ritmo encontrará el valor de que minimiza elerror ente la señal de salida del array, y(t), y la esti-mación, d(t). La solución óptima (véase, por ejem-plo, [3], [5]-[8]) es:

Donde es la matriz de autocorrelaciónde la señal de entrada y es la correla-ción cruzada entre la señal a la entrada y la señaldeseada.

No siempre es sencillo o viable obtener estas matri-ces de correlación, por lo que existen varias técni-

cas que tratan de aproximar este valor óptimo. Dossoluciones clásicas son la MMSE y la LS [7]. Ladiferencia entre ambas es que la MMSE encuentrael óptimo entre todo el conjunto de posiblesrealizaciones (para lo cual hay que suponer unentorno estacionario), mientras que la LS loencuentra en un número finito de muestras (snaps-hots), por lo que no necesita suponer estacionarie-dad.

La solución encontrada con estas técnicas maximi-za la SNR media (puede ser la media de conjuntoen MMSE o una media temporal en LS). Con estose consigue dirigir el haz hacia el usuario deseado,reduciéndose el nivel de ruido a la entrada. Ade-más, impone nulos de radiación en las señalesinterferentes y de multitrayecto que lleguen inco-rreladas con la señal deseada 6. Las señales interfe-rentes correladas entran por las antenas, pero sesuman en contrafase a la salida, y el multitrayectocorrelado se recibe por haces secundarios y puedeexplotarse con un receptor Rake convencional.

2. Técnicas con referencia espacial. Estas técnicas norequieren el uso de secuencias de entrenamiento,pero, en cambio, necesitan estimar la DoA delusuario deseado y de los interferentes (lo que supo-ne el uso de otros complejos algoritmos para hacerdicha estimación).

La ventaja de éstas frente a las anteriores es que nonecesitan conocer los estadísticos de la señal y con-vergen más deprisa, al no tener que invertir gran-des matrices 7. En cambio, son muy sensibles a losposibles errores de apuntamiento (debidos a unamala calibración de los elementos del array o a des-viaciones en los algoritmos de cálculo de DoA), yaque si la dirección en la que se dirige el haz nocoincide con la de la señal que se busca, ésta puedeser eliminada como una interferencia más.

rw

r rp u= ⋅[ ]Ε d t( )*

R u u= ⋅[ ]Ε r rH

r vw R popt = ⋅−1

rw

rw

rw


5 Por ejemplo, sería adecuado conseguir un haz principal en la dirección

del usuario deseado y nulos en las direcciones de los usuarios

interferentes. Adicionalmente, se puede exigir que se anulen las

componentes de multitrayecto o que sean aprovechadas (bien sólo las

correladas con la señal principal, receptores Rake, o bien todas,

receptores 2D-Rake).

Un array de N elementos puede tener como máximo N-1 nulos de

radiación en su diagrama.

6 Sólo se podrán anular, como mucho, N-1 señales, como ya se ha

mencionado. Si hubiera más señales, no se generarían nulos en ellas,

pero seguiría minimizándose el error.

Si se quieren aprovechar los multitrayectos incorrelados, habrá que

seguir a cada uno con un haz independiente (como si fueran usuarios

distintos) y luego combinar las señales de estos haces en un receptor de

tipo Rake, (que por utilizar el filtrado espacial se le conoce por 2D-Rake;

7 Lo que converge más deprisa es el algoritmo de conformación; sin

embargo, previamente se habrán tenido que calcular las DoAs

mediante otras técnicas (en las que no entraremos) que tendrán sus

propios inconvenientes.

Como ejemplo, cabe citar las técnicas MaxSNR(que maximiza la SNR a la salida del array, si seconocen ciertos estadísticos del ruido) y LCMV(que minimiza la varianza de la señal de salida,sujeta a algunas restricciones) [7].

3. Técnicas con referencia ciega. En este tipo de técnicas,más complejas, lo que se explota es alguna caracte-rística conocida de la señal deseada, como algunamodulación, algún tipo de ciloestacionariedad, etc.Por ejemplo, podemos citar la técnica CMA, en laque se fuerza una solución de envolvente constante(interesante cuando la señal deseada verifique estacaracterística, como es el caso de UMTS, que utilizamodulación QPSK).

Habitualmente, el algoritmo que se diseña para unaaplicación no se encuadra exactamente en uno de estostipos, sino que puede utilizar algún esquema híbridopara mejorar sus prestaciones. Algunos algoritmos inte-resantes ([3], [5]) en este sentido pueden ser:

Procesado haz-espacio. Consta de dos etapas, la pri-mera genera una serie de salidas asociadas a distintoshaces fijos, las cuales, en la segunda etapa, se proce-san según algún criterio establecido.

Conformador de banda ancha. Emplea una serie delíneas de retardo y de filtros FIR con los que sinteti-za la respuesta en frecuencia de cada haz.

Conformador en el dominio de la frecuencia. Realizauna FFT a la salida de cada antena, de modo que secalcula el vector de pesos óptimo para cada compo-nente espectral. Después se realiza una IFFT pararecuperar la señal de banda ancha.

Conformador digital. Se toman muestras a la salida decada elemento del array, que luego se procesan(mediante pesos y retardos) para generar los hacesdeseados. Si se desea conseguir precisión en el apun-tamiento del haz, es necesario muestrear mucho másallá del criterio de Nyquist.

Método de la autoestructura. Separa los subespacios deseñal deseada y ruido utilizando los autovectores dela matriz de autocorrelación de la señal recibida.

A la hora de utilizar alguno de estos algoritmos, ha detenerse en cuenta que no es muy eficiente calcular lasolución completa del problema cada vez que se deseeactualizar el valor de (normalmente, cada trama: 10ms en UMTS). En lugar de eso, es más razonable limi-tarse a calcular únicamente la diferencia entre el valor

que tenía en el instante anterior y el valor que se supo-ne que debería tener en el actual (algoritmos adaptati-vos) 8. Un algoritmo así permitiría, además, capturar anuevos usuarios y seguir a aquellos que se desplazan.Entre los más interesantes ([3], [5] y [7]) destacan elmétodo del gradiente conjugado, la regla III de Mada-line (basado en redes neuronales), el RLS (que necesitasecuencia de entrenamiento) y el LS-CMA (una exten-sión no lineal del LS que aprovecha las característicasdel algoritmo CMA).

Existen algunos algoritmos diseñados explícitamentepara sistemas CDMA [7]. Estos algoritmos deben seradaptativos y multiusuario; es decir, deben extraer laseñal de todos los usuarios simultáneamente (por lotanto, calcularán uno distinto para cada usuario). Unosson con referencia ciega, pero los más sofisticados utili-zan como referencia temporal los propios códigos descrambling de cada usuario, para distinguirlos.

La aplicación de un algoritmo u otro en el diseño deuna antena inteligente depende del compromiso al quese desee llegar entre la funcionalidad del método(robustez, flexibilidad, etc.) y su eficiencia computacio-nal (sobre todo, teniendo en cuenta que se desea conse-guir que funcione en tiempo real). Esto es cierto cuan-do hablamos del enlace ascendente, sin embargo, en elcaso del enlace descendente, existen, además, ciertasconsideraciones que hay que tener en cuenta ([1]-[2]).

En efecto, en el enlace descendente es la estación basela que transmite y, por tanto, debe conocer de algúnmodo la dirección en la que se encuentran los usua-rios para poder iluminarlos con los haces. Puesto queen el enlace ascendente ya se han calculado los pesosque apuntan los haces hacia los usuarios, podríaparecer razonable utilizar esos mismos pesos paraconformar el diagrama de radiación en el enlace debajada. Sin embargo, en general esto no será así, dadoque las bandas de frecuencias para uplink y downlinkestán lo bastante separadas como para que la respues-ta del canal sea distinta en cada caso y, por tanto,cambie la distribución espacial, temporal y espectro-

rw


8 Otro motivo importante para utilizar algoritmos adaptativos, en el

caso de las técnicas con referencia temporal, es que normalmente no se

conocen las matrices de autocorrelación ni de la señal, ni del ruido. Los

algoritmos adaptativos son capaces de hacer una estimación de dichas

matrices que se va acercando al valor real con cada iteración.

En las técnicas con referencia espacial tampoco haría falta calcular las

DoAs en cada iteración, sino que, suponiendo que los móviles no

pueden desplazarse angularmente demasiado rápidamente, solamente

calculamos la variación de la dirección de llegada cada vez que se realice

una actualización.

de los multitrayectos y de las interferencias 9.

En estos casos es más razonable utilizar algún algoritmopara calcular la DoA del usuario deseado y de los inter-ferentes en el enlace ascendente, de modo que luegopueda sintetizarse un diagrama de radiación atendiendoa las posiciones calculadas de los usuarios. Esta síntesispuede hacerse entonces utilizando las técnicas clásicasde síntesis de diagramas de radiación.

En torno a los años 96-97 se llevaron a cabo por todoel mundo una serie de pruebas con antenas inteligentespara los estándares GSM, DCS y DECT. Varias de estaspruebas fueron llevadas a cabo por empresas y labora-torios privados (Ericsson, Mannesmann, AT&T, BellLabs, etc.), pero los experimentos más importantes seengloban dentro del proyecto europeo ACTS TSUNA-MI II.

Este proyecto incluyó el desarrollo de una serie de ban-cos de pruebas para los sistemas móviles de segundageneración, destinados a evaluar la viabilidad de variosprototipos de antenas (incluyendo aspectos de imple-mentación, de eficiencia computacional y de red), asícomo intentar establecer modelos espaciales del canalradio (es decir, modelos que incluyen una descripciónde la dispersión angular de las señales). Entre las con-clusiones más importantes que se obtuvieron (y quepueden extrapolarse a UMTS), destacan [13]:

El diseño de la etapa de radiofrecuencia de la estaciónbase es fundamental. Constará de una red de confor-mación de haz (implementada en tecnología de RF,mediante DSPs o con alguna técnica híbrida) y deuna serie de cadenas receptoras y transmisoras inde-pendientes, en las cuales hay que cuidar su calibra-ción y su linealidad (características que obligarán autilizar algún sistema de medida y calibrado en tiem-po real).

En la etapa de banda base se situarían (en los diseños

más convencionales) los conversores A/D y los DSPsque se encargarían del procesado del array mediantealguna de las técnicas esbozadas más arriba, si bien lacaracterística más deseable es la de que funcione entiempo real.

El modelo espacial para el canal radio que se aceptópredice una dispersión angular del espectro de poten-cia que sigue una ley Laplaciana centrada en el azi-mut del usuario deseado, mientras que la distribu-ción angular de las distintas señales que llegan a laantena tiene una función densidad de probabilidadGaussiana. Este es el modelo que se recomienda parala realización de simulaciones.

Puede encontrarse más información acerca del proyec-to en [13].

Entre los años 1998 y 1999, y continuando en el puntodonde había terminado TSUNAMI II, el programaACTS se embarcó en otro proyecto (SUNBEAM) rela-cionado con el estudio de la viabilidad de las antenasinteligentes en UMTS y con el desarrollo de algoritmosde conformación de haz eficientes. Las conclusiones deeste proyecto (para una información más completavéase [15]) han sido la base para la elaboración de laespecificación técnica sobre antenas inteligentes que el3GPP tiene en fase de borrador [14]. De estas conclu-siones, podemos citar algunas:

Se recomienda el uso de arrays lineales para darcobertura en las celdas en las que hay antenas secto-riales para los canales de difusión y arrays circularespara las celdas de cobertura omnidireccional.

La operativa que se recomienda es digitalizar directa-mente la señal en banda base a la salida de cada ante-na (las dos componentes I-Q para no perder la infor-mación de fase), antes de aplicar el algoritmo de con-formación del haz. Esto supone hacer gran cantidadde operaciones a muy alta velocidad (la tasa de chipes de 3,84 Mchip/s y hay que muestrear muy porencima de ella, siguiendo al menos el criterio deNyquist). Una solución sería trabajar en el modo debaja tasa de chip (1,28 Mchip(s) existente en las reco-mendaciones del 3GPP.

Si se trabaja en el modo TDD, es necesario utilizarcódigos de midámbulo distintos para cada usuario,no sólo en el enlace ascendente, sino también en el des-cendente.

Más recientemente, en enero de 2001, TelefónicaMóviles ha realizado una serie de pruebas de campo

Pruebas realizadas


9 Las bandas uplink y downlink están separadas en el caso de GSM y del

modo FDD de UMTS; mientras que en el modo TDD ambos enlaces

comparten la misma frecuencia. No obstante, en este caso y en ciertas

ocasiones tampoco se podrán aplicar los mismos pesos que en el enlace

ascendente, dado que la respuesta del canal podría cambiar en el

tiempo que tarda el sistema en pasar de recepción a transmisión (en

particular, esto sucederá cuando los terminales móviles se desplacen

muy deprisa, reduciéndose el tiempo de coherencia del canal).

con un prototipo de antena inteligente de la firmaEricsson para telefonía GSM(ver la Figura 5). Estaantena dispone de 8 haces conmutados de 30º deanchura que cubren un sector de 120º, más un hazestándar de 90º para emitir el canal de difusiónBCCH. La antena se ha dispuesto en configuraciónSFIR; es decir, que se hace uso de ella tanto en trans-misión como en recepción. El control del haz elegidoen cada instante para el downlink se hace atendiendoal nivel de potencia recibido, a la calidad de la señal,a las posiciones anteriores del móvil, etc. En el enlaceascendente se escoge el mismo haz que se esté usandosimultáneamente en recepción para el usuario queesté comunicando.

El experimento se realizó en una celda de la ciudad deMurcia, caracterizada por producir un alto nivel deinterferencia en las celdas adyacentes, al tiempo quecursa un tráfico bastante alto. De este modo se pudie-ron hacer pruebas concernientes tanto a la reducciónen el nivel de interferencia en la red, como al funcio-namiento de la propia antena en un entorno compli-cado.

Los resultados obtenidos apuntan a una disminuciónglobal en el nivel de interferencias, lo cual repercutedirectamente en una mejora de la calidad en ambosenlaces 10. Esta mejora de la calidad se ha evaluadomediante histogramas del RxQual, observándose unamejora importante en la celda bajo estudio (de 0,6puntos en media, habiendo un notable incremento en

el número de medidas con calidad óptima) y unamejora aceptable en las celdas adyacentes que com-parten frecuencias en la secuencia de hopping (de 0,2puntos). En ambos casos, la calidad es ligeramentemejor en el enlace descendente.

También se ha comprobado que la celda bajo estudioha experimentado una enorme reducción en el núme-ro de handovers intracélula, demostrándose que estacelda se ha hecho más inmune a las interferencias. Deigual modo, se observa que este parámetro apenas hacambiado en las celdas adyacentes; es decir, que no sehan visto afectadas por la introducción de la nuevaantena.

Por último, se ha evaluado también el número de lla-madas caídas en la zona, detectándose una reducciónnotable de éstas en las celdas cercanas; si bien, en elcaso de la celda bajo estudio, se experimenta unaumento importante, en particular, en las llamadasdesviadas a la celda paraguas.

Recapitulando, a continuación se va a evaluar elmodo en que podría incorporarse un sistema de ante-na inteligente a UMTS.

En primer lugar, hay que recordar que, de las tresposibles configuraciones del sistema, la menos reco-mendable en un sistema CDMA es precisamente laconfiguración SDMA. En efecto, en un entornoUMTS se tendrá un número muy alto de usuariosque utilizarán la misma frecuencia al mismo tiempo,de modo que los usuarios se distinguirán unos deotros mediante sus códigos de scrambling. La incorpo-ración de la solución SDMA supondría entonces aña-dir una complejidad enorme e innecesaria en la ges-tión de los usuarios, ya que los propios códigos sonsuficientes para garantizar una separación satisfactoriade las señales.

En cuanto a las configuraciones HSR y SFIR, estáclaro que es más beneficiosa esta última, dado que esla que realmente puede proporcionar un aumento enla capacidad del sistema por la mejora en la C/I (ade-más de las mejoras en la calidad, seguridad, etc., aso-ciadas al uso de antenas inteligentes).

La configuración SFIR puede implementarse con

Descripción de una posible implementación

APLICACIÓN DE ANTENAS INTELIGENTES AUMTS


Figura 5. Prototipo de antena inteligente de Ericsson

10 Aunque la prueba responde a una configuración SFIR, no se puede

conseguir una mejora en la capacidad del sistema, ya que para ello, en

GSM hubiera sido necesario realizar un nuevo plan de frecuencias (más

ajustado, aprovechando la reducción de las interferencias

proporcionadas por SFIR).

cualquiera de los tres esquemas de antena planteadosmás arriba. No obstante, las prestaciones conseguidascon esquemas de haz conmutado y haz de seguimien-to son muy inferiores a las que se lograrían utilizandoarrays adaptativos, como ya se ha comentado. Es más,dado que UMTS hará un uso intensivo de receptoresRake para aprovechar la diversidad por multitrayecto,son más interesantes las soluciones basadas en hacesadaptativos, ya que sería posible recibir las compo-nentes de multitrayecto a través de los lóbulos secun-darios del haz sintetizado para cada usuario. En elcaso de haces conmutados o de seguimiento, seríanecesario generar un haz distinto para extraer cadacomponente multitrayecto de cada usuario y enviarlaal receptor Rake correspondiente (básicamente, éstaes la estrategia utilizada en los llamados receptores2D-Rake [9], [10], los cuales también pueden imple-mentarse con haces adaptativos, si se desea aprovecharla diversidad ofrecida por los multitrayectos incorrela-dos con la señal deseada).

La elección del algoritmo que gobierna la conforma-ción de los haces depende mucho de las prestacionesque se le quieran dar al sistema, debiéndose alcanzarun compromiso entre las mejoras que se pretendenobtener y la complejidad añadida. Ha de tenerse encuenta que un requisito imprescindible en el diseño esel funcionamiento en tiempo real, por lo que no sonaconsejables algoritmos que impongan una fuertecarga computacional a los procesadores. En este sen-tido, lo más adecuado sería utilizar algoritmos adap-tativos, ya que, una vez inicializados, sólo requierencálculos de menor envergadura para ir actualizando laconformación del haz.

Al ser UMTS un sistema CDMA, hace uso de códi-gos de scrambling, los cuales pueden muy bien utili-zarse como secuencias de entrenamiento en algorit-mos con referencia temporal. Teniendo en cuenta quela modulación empleada en los canales dedicados esQPSK, el algoritmo que se utilice puede mejorarse sise basa de alguna manera en la técnica CMA. Porejemplo, en [7] se describen varios algoritmos de con-formación de haz específicamente diseñados paraCDMA, de los cuales, el más avanzado es un algorit-mo de detección multiusuario basado en LS y CMA,y que emplea los códigos de scrambling como referen-cia (LS-DRMTCMA, Least Squares De-spread Re-spread Multitarget Constant Modulus Algorithm).

Además, en el modo FDD de UMTS, si se deseahacer conformación de haz también en el enlace des-cendente, será necesario utilizar, como se ha dicho,algoritmos de detección de la DoA de los usuarios. En

este caso, ya que se han calculado las DoAs, podríanutilizarse éstas como apoyo a los algoritmos adaptati-vos del enlace ascendente. En cambio, en el modoTDD, pueden utilizarse para conformar el haz en elenlace descendente los mismos pesos que se hayanutilizado en el ascendente (como se ha probado en elproyecto SUNBEAM [15]).

Son varios los investigadores que se han lanzadorecientemente a realizar simulaciones de sistemas deantena inteligente en entornos UMTS; por ejemplo,podemos señalar:

En [11] se ha simulado el enlace ascendente en unentorno con usuarios de alta movilidad y utilizan-do ciertos modelos de canal caracterizados tanto enel dominio temporal como en el angular. Tambiénse ha simulado el uso tanto de antenas de lóbulosconmutados (4 antenas de 30º por sector) comoantenas adaptativas (de 10 y 12 elementos, utili-zando el algoritmo LS). En ambos casos se demues-tra una mejora evidente tanto en la C/I como en laSINR, sobre todo cuando el número de usuarios enla red es elevado.

En [15] se simula también el enlace ascendente, eneste caso para una sola celda y calculando la res-puesta del canal mediante técnicas de trazado derayos. Las antenas que se han comparado han sidode nuevo las de haces conmutados (una de 13 hacesde 10º y otra de 9 haces de 15º) y las adaptativas(basadas en varios algoritmos tradicionales y paradistinto número de elementos). También examinasu comportamiento cuando los usuarios empleantasas binarias distintas en su conexión. En este artí-culo el autor plantea un problema de los algoritmosadaptativos, al aplicarlos a UMTS, que se comen-tará más adelante.

En la documentación generada en [15], se reco-mienda utilizar como referencia temporal los códi-gos de midámbulo de los canales de tráfico cuandose trabaje en el modo TDD, siempre que éstos seestén utilizando en el enlace descendente.

De toda la estructura de canales de transporte defini-da en UMTS, no todos ellos admiten ser transmitidoso recibidos a través de una antena de haz conforma-do, sino que obligatoriamente deben hacer uso de unaantena omnidireccional o sectorial (es el caso de loscanales de difusión, paging, acceso aleatorio, etc.). De

Canales involucrados


hecho, los únicos canales que admiten conformaciónde haz son el canal dedicado (DCH) y el canal deacceso dirigido (FACH):

El DCH es el canal bidireccional que lleva los datosy la señalización asociada a un usuario cuando éstese encuentra en modo circuitos (a veces también enmodo paquetes).

El FACH es un canal downlink que lleva los avisos(pages) para los terminales móviles cuya situación esconocida por la red.

Nos centraremos principalmente en el DCH, que esel que tiene una componente uplink, ya que hemosvisto que en el caso del enlace descendente se consi-gue apuntar al usuario deseado haciendo uso de algo-ritmos de detección de la DoA y de una síntesis clási-ca del haz.

El DCH se soporta sobre un canal físico de control(DPCCH) y de uno a seis canales físicos de datos(DPDCH), los cuales van multiplexados en las ramasI y Q de la modulación. Con la solución propuesta en[11], puede obtenerse una referencia espacial para elalgoritmo adaptativo a partir del código de scramblingrecuperado del primer bit del slot 0 del DPCCH. Elalgoritmo se actualizaría recogiendo ese primer bitcada vez que comience una trama (es decir, cada 10ms). En la solución descrita en [12], la referenciaespacial se obtiene a partir del código de canalizacióndel DPCCH (que puede obtenerse igualmente delprimer bit del slot 0 de cada trama DPCCH), perocomo el código de canalización es distinto para elDPCCH y para el DPDCH, puede aparecer unadegradación apreciable en el funcionamiento del algo-ritmo adaptativo, ya que éste trataría al DPDCHcomo una señal interferente a eliminar.

Otra posible solución sería aprovechar la secuenciapiloto transmitida en los primeros bits de cada slotDPCCH, la cual, si se multiplica por los códigos decanalización y de scrambling, puede servir como señalde referencia para el algoritmo adaptativo. La actuali-zación es más razonable hacerla trama a trama que slota slot, para aliviar la carga computacional de los pro-cesadores.

Algunos de los procedimientos de las capas inferioresde UMTS pueden verse modificados en parte, debidoa la utilización de estaciones base con antenas inteli-

gentes. El organismo 3GPP tiene en fase de borradoruna especificación técnica [14] en la que se describi-rán con detalle estos cambios en los procedimientosde capa física, así como cambios en los protocolosradio, en las interfaces Iur e Iub, en los requisitos, enlas medidas, etc.

Mientras se publica una primera versión de esta espe-cificación, podemos mencionar cómo afectan lasantenas inteligentes a alguno de los procedimientossiguientes:

Sincronización y búsqueda de celda. En principio, nodeberían verse especialmente modificados, ya quese realizan a través de los canales de difusión, acce-so aleatorio, etc., que son los que se seguirán trans-mitiendo a través de antenas convencionales. Lomismo podría decirse del procedimiento de reselec-ción de celda, ya que también se realiza cuando elmóvil se encuentra en modo de espera.

Control de potencia. El uso de antenas directivasdebería mejorar las prestaciones del control depotencia, ya que se debería conseguir una reduc-ción en la potencia transmitida por ambas partes.No obstante, el algoritmo en sí no tendría que verseafectado en exceso, ya que se basa en medidas quese hacen sobre la potencia recibida.

Establecimiento de llamadas. Este procedimientocomenzaría como es habitual, cuando el móvil haceuso del canal de acceso aleatorio para solicitar elestablecimiento de una comunicación. En estemomento, el Nodo B podría utilizar estas señalesque recibe para estimar la DoA de este usuario, demodo que, a continuación, puede generar un dia-grama de radiación apuntado hacia él. Este diagra-ma, debidamente modificado en cada trama, seráutilizado por el canal dedicado durante toda la lla-mada.

Diversidad. Habría que estudiar en detalle la com-patibilidad de los distintos procedimientos dediversidad con un sistema de antena inteligente.Probablemente, el procedimiento de diversidad detransmisión y el empleo de diversidad de recepciónserán menos decisivos; sin embargo, en la docu-mentación disponible en [15], se demuestra que lautilización conjunta de diversidad de polarización yantenas inteligentes es más beneficiosa que el usoaislado de éstas.

Localización. La localización de terminales podríamejorarse si se emplea la información de la direc-

Procedimientos afectados


ción de apuntamiento de las antenas. Ésta infor-mación no está siempre disponible (si no se hacecálculo de la DoA, habría que acudir directamentea los pesos aplicados a las salidas del array paraobtener la dirección de apuntamiento). Además,esta información podría dar lugar a conclusionesincorrectas en el caso de que no exista visión direc-ta entre el móvil y la base, ya que, en este caso, lacomunicación puede darse mediante rayos refleja-dos y la antena apunta a las direcciones en las quellegan estos rayos.

Llamadas. Como se ha mencionado, durante unallamada de voz se está ocupando un canal dedicadobidireccional, el cual puede ser transmitido y reci-bido mediante una antena inteligente. Es aquídonde los algoritmos de conformación de haz y dedetección de las DoAs deben ejecutarse con totalprecisión para que la llamada prospere.

Handover. Probablemente éste sea el procedimientomás afectado por el uso de antenas inteligentes. Enefecto, supongamos que un móvil está siendo enfo-cado por el haz directivo de una estación base (esdecir, está en mitad de una llamada) y, en unmomento dado, necesita cambiar de celda. Si lanueva estación base también está dotada de unaantena inteligente, en primer lugar, y a partir de losmensajes que se intercambie con el móvil, tendráque evaluar su DoA. Una vez conocida ésta, yapodrá generar el diagrama de radiación adecuadopara apuntar al móvil.

En el caso de que se implemente soft handover en lared, el procedimiento sería más sencillo: durante lallamada, el móvil se encuentra enfocado por lasantenas de dos o más estaciones base simultánea-mente, de modo que el cambio de una celda a otraes inmediato.

Por último, cabe comentar que los procedimientospueden verse afectados de distinta forma en el modoFDD y en el modo TDD, como se desprende de [14].Incluso se hace una distinción entre el modo TDDnormal y el modo de baja tasa de chip (que ya se men-cionó antes).

Se ha presentado en este artículo una detallada intro-ducción a los sistemas de antena inteligente, tema quees de esperar que tome un protagonismo creciente enlos próximos años, según vaya introduciéndose estatecnología en los sistemas de telefonía móvil de 2ª y3ª generación.

En el artículo se han descrito también los distintostipos de implementaciones posibles en sistemas deeste tipo, así como la algorítmica asociada (que es labase fundamental sobre la que se sustentan las antenasinteligentes).

Finalmente se ha hecho una somera descripción de laviabilidad y la posible forma de aplicar esta tecnologíaa UMTS, teniendo en cuenta las características inhe-rentes al propio sistema (modulación, canalización,procedimientos, etc.)

En cuanto a las líneas futuras de investigación en eltema de las antenas inteligentes, en el ámbito univer-sitario se observa una progresiva orientación hacia elestudio de la viabilidad y las prestaciones de los dis-tintos algoritmos de conformación de haz en entornosUMTS simulados. Estas simulaciones están adqui-riendo una complejidad cada vez mayor, al incluirselos distintos procedimientos de las capas superioresdel sistema UMTS (control de potencia, handover,etc.).

Cuando la red UMTS comience a desplegarse en lospróximos meses, será interesante emprender una serieexhaustiva de pruebas de campo con prototipos ymodelos comerciales de antenas inteligentes, orienta-das a analizar la idoneidad de fomentar el uso exten-sivo de esta tecnología en la red. Asociado a este tema,deberá iniciarse un estudio detallado que permitaestablecer modelos con los que actualizar y mejorar lasherramientas de planificación empleadas hoy en día.

En cualquier caso, la tecnología de antenas inteli-gentes se encuentra todavía en una etapa muy tem-prana de su desarrollo a nivel comercial, por lo queson necesarios aún más esfuerzos que hagan de ellauna tecnología deseable e, incluso, imprescindible.

CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS



3GACTS

A/D

BCCH

BCHBER

CDMA

CMA

C/I

DCHDCS

DECT)

DPCCH

DPDCH

DoADSP

FACH

FDD

FFT

FIR

HSR

3rd Generation (3ª Generación)Advanced Communications Technologies and Services (Tecnologías y Servicios Avanzados de Comunicaciones)Analog to Digital (Conversor Analógico a Digital)Broadcast Control Channel (Canal de Control de Difusión GSM)Broadcast Channel (Canal de Difusión UMTS)Bit Error Rate (Tasa Binaria de Error)Code Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División de Código)Constant Modulus Algorithm (Algoritmo de Módulo Constante)Carrier to Interference Ratio (Relación Portadora a Interferencia)Dedicated Channel (Canal Dedicado)Digital Communications System (Sistema Digital de Comunicaciones)Digital Enhanced Cordless Telephony (Telefonía Digital Inalámbrica Mejorada)Dedicated Physical Control Channel (Canal Físico Dedicado de Control) Dedicated Physical Data Channel (Canal Físico Dedicado de Datos)Direction of Arrival (Dirección de Llegada)Digital Signal Processor (Procesador Digital de Señal)Forward Access Channel (Canal de Acceso Dirigido)Frequency Division Duplex (Dúplex por División de Frecuencia)Fast Fourier Transform (Transformada Rápida de Fourier)Finite Impulse Response (Respuesta al Impulso Finita)High Sensitivity Receiver (Receptor de Alta Sensibilidad)

IFFT

GPRS

GSM

LCMV

LSMM

MMSE

QPSK

RFRLS

RRC

SDMA

SFIR

SINR

SNRSUNBEAM

TDD

TSUNAMI

UMTS

Inverse Fast Fourier Transform (Transformada Inversa Rápida de Fourier)General Packet Radio Service (Servicio General de Paquetes vía Radio)Global System for Mobile Communications (Sistema Global de Comunicaciones Móviles)Linearly Constrained Minimum Variance (Mínima Varianza con Restricción Lineal)Least Squares (Mínimos Cuadrados)Mobility Management (Gestión de Movilidad)Minimum Mean Square Error (Mínimo Error Cuadrático Medio)Quadrature Phase Shift Keying (Modulación Digital de Fase en Cuadratura)Radio Frequency (Radiofrecuencia)Recursive Least Squares ( Mínimos Cuadrados Recursivos)Radio Resources Control (Control de los Recursos Radio)Space Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División Espacial)Spatial Filtering Interference Rejection (Rechazo de Interferencias por Filtrado Espacial)Signal to Interference and Noise Ratio (Relación Señal a Ruido más Interferencia)Signal to Noise Ratio (Relación Señal a Ruido)Smart Universal Beamforming (Conformación Universal e Inteligente de Haz)Time Division Duplex (Dúplex por División de Tiempo)Technologies in Smart Antennas for Universal Advanced Mobile Infrastructure (Tecnología de Antenas Inteligentes para una Infraestructura Móvil Avanzada Universal)Universal Mobile Telecommunications System (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles)

Glosario de Acrónimos

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