Conociendo las posibles Modulaciones y el Acceso en 5G
Características de 5G
Los sistemas de comunicaciones móviles 5G deben ser capaces de afrontar una gran variedad de tipos de trafico de datos , desde aplicaciones de banda ancha y elevada tasa binaria ( para tener automóviles autónomos no conducidos por personas y aplicaciones de realidad virtual) a otras que involucran multitud de terminales de baja velocidad, como es el caso del relativo a sensores y, en general, a comunicaciones entre máquinas MTC (Machine Type Communications) que se dará en la Internet delas Cosas IoT, (Internet of Things) ( Control remoto y comunicaciones con bases de datos y usuarios de electrodomésticos,electrónicos, maquinas, puertas, luces, dispositivos en general en el hogar y en las oficinas para automatizar y optimizar múltiples tareas).
Por ello, se están investigando nuevos métodos de multiacceso y modulación y formas de onda para los diversos casos de uso.
La selección de esas formas de onda se considera como una de las decisiones más críticas en el desarrollo de la 5G.
Idealmente se desea contar con una sola forma de onda flexible, capaz de ser re configurada para múltiples aplicaciones y que pudiera definirse por programación (software defined waveform) y generarse en una plataforma hardware.
En la evaluación de la idoneidad de estas formas de onda, se han de considerar numerosos factores, como son la eficiencia espectral, latencia, complejidad computacional, eficiencia energética, emisiones fuera de banda, tasa de errores y costes de implementación.
Naturalmente se pretendería mejorar la Modulacion de 4G LTE actual en la primera fase de 5G, para ahorrar en costos de implementacion y facilitar la migracion. Ahora veremos hasta que punto esto es posible
La Modulación OFDM :
Son las siglas de Multiplexacion por Division de Frecuencias Ortogonales
Se caracteriza por utilizar sub-portadoras ortogonales en el dominio de la frecuencia para enviar los datos, por lo que idealmente cada usuario recibe sus datos en una frecuencia distinta, no accesible a los demás usuarios.
Ventajas de OFDM
1era Parte: Derivadas de OFDM
Generalized Frequency Division Multiplex (GFDM)
Multiplexacion por Division de Frecuencias Generalizado
* Es una modulación multiportadora no ortogonal con filtrado individual de cada subportadora, mediante un filtro flexible, (configurable individualmente para cada subportadora)
* La duracion del bloque o trama GFDM se puede adaptar, y es util para servicios de muy baja latencia, tal como los automoviles autonomos y la realidad virtual.
* No utiliza la transformada rapida de Fourier FFT.
* Tiene prefijo ciclico CP de Grupo K*M, no por subportadora como OFDM.
Una de las soluciones que aparecen de forma natural al intentar solucionar el problema de la interferencia entre portadoras es la de utilizar un filtro para cada una de ellas, que evite el desbordamiento de la señal de cada subportadora hacia las demás. Es lo que se hace por ejemplo en la opción GFDM.
Los datos a transmitir son símbolos de modulación complejos procedentes de una constelación. La transmisión se realiza por bloques. Un bloque es una unidad funcional constituida por K subportadoras y M intervalos de tiempo.
Esto supone que, a diferencia de OFDM, no se genera un CP para cada símbolo, sino que se utiliza uno común para el bloque. Por ese motivo, la señal moduladora toma la forma de un ciclo de una señal periódica de periodo K*M.
Mediante el ajuste de los filtros ( son impulsos de duración variable ) puede conseguirse una emisión fuera de banda prácticamente nula para cada subportadora (es decir, se logra una buena localización de las frecuencias de las subportadoras).
Además, se aplica convolución circular en el dominio del tiempo, evitando la pérdida
de tasa binaria que se produciría por las colas de la respuesta temporal del filtro en escenarios de transmisión de señales en ráfagas
Modulador GFDM
FBMC- Filter Bank Multicarrier
( Multiportadora con Banco de Filtros)
* Es una modulación multiportadora ortogonal con filtrado individual de cada subportadora, mediante un filtro especializado de banda estrecha
* Al ser un filtrado de banda estrecha en el dominio de la frecuencia, naturalmente produce ensanchamiento en el tiempo, por lo cual no es útil para servicios de baja latencia y transmisiones en rafaga
* Utiliza QAM desplasado (0FSET QAM) para mantener la ortoganilidad en el dominio del tiempo y de la frecuencia.
* No usa el prefijo ciclico CP, por lo que es de Convolucion Lineal
* La ortogonalidad en FBMC es de canales contiguos, no de subportadoras como OFDM
En Ofset QAM, la parte real de los símbolos de la constelación modula las subportadoras pares en los instantes nT y la parte imaginaria las subportadoras impares en los instantes nT+T/2. De este modo, no hay interferencia entre los datos. En consecuencia, para transmitir N símbolos hacen falta 2N subportadoras.
Puede integrarse el procesado IFFT con la generación de las respuestas impulsivas de los filtros en la llamada red polifase (PPN-FFT, una técnica que permite mantener el tamaño de la FFT, pero añadiendo filtros digitales
Modulador FBMC ( Comparado con OFDM)
Universal Filtered Multicarrier
( Multiportadora con Filtrado Universal)
* Es una una modulacion multiportadora, que divide la banda en N en sub-bandas, con kb subportadoras en la banda b, a las que le aplica filtros especiales FIR
* No utiliza Prefijo Ciclico CP, por lo cual es Convolucion Lineal
* Utiliza une transformada rapida de fourier FFT mas compleja
UFMC por su mejor respuesta impulsiva resulta idónea para aplicaciones que implican transmisión de datos en forma de ráfagas cortas y con baja latencia. Tampoco requiere CP, y por tanto utiliza
convolución lineal. Sin embargo, requiere de una FFT de mayor tamaño, lo que puede complicar los
receptores. Asimismo, dado que se pierde parte de la ortogonalidad compleja, podría plantear
problemas en aplicaciones de alta tasa de bits.
La elección de B depende del escenario de aplicación y el tipo de espectro. Si se trata de un escenario con espectro fragmentado, B elegirá de conformidad con el número de sub-bandas disponibles,pudiendo incluso variar con el tiempo.
Puede elegirse B igual a un bloque de recursos RB o a un número entero de RBs de LTE, lo cual facilita la compatibilidad con LTE. También es posible seleccionar el tipo y características de los filtros. Se han ensayado y evaluado filtros FIR con coeficientes definidos por ventanas (Dolph-Chebychev) que son parametrizables en su forma y atenuación de los lóbulos laterales.
2da Parte: No derivadas de OFDM
Bi-Ortogonal Frequency Division Multiplexing
(Multiplexacion por División de Frecuencia Biortogonal)
Es una modulacion que tienen una ortogonalidad diferente en transmison y en recepcion, por lo que se llama una bi-ortogonalidad. Permite usar disitintos filtros en transmisión y en recepcion, pero las señales de transmisión y recepcion deben ser ortogonales.
En BFDM se aplica un procesado que transforma la ortogonalidad del conjunto de impulsos
transmitidos y recibidos en una bi-ortogonalidad, en la cual las representaciones tiempo-frecuencia de esos impulsos son ortogonales por parejas, no individualmente. Esto es, se utilizan impulsos diferentes en emisión y en recepción, en lugar del mismo, como en el caso de OFDM, lo que proporciona mayor flexibilidad en lo relativo a supresión de lóbulos laterales, respuesta impulsiva de los filtros y complejidad de realización práctica.
En definitiva, en lugar de basar la cadena de transmisión en un mismo tipo de filtro prototipo para conformar la señal en emisión y recepción, se adopta un enfoque más flexible, donde es posible utilizar diferentes filtros en cada parte, a condición de que ambos impulsos sean ortogonales. Se ha comprobado que gracias a esta flexibilidad puede configurarse la BFDM para que resulte adecuada para tráficos esporádicos como los que en 5G aparecerán, y serán importantes, en comunicaciones entre máquinas MTC (Machine Type Communications).
NOMA ( No- ortogonal Multiple Acces)
( Multiplexacion del Acceso No Ortogonal)
Es una tecnica de multiplexacion en el dominio de la potencia ( en ves de la ortogonalidad en frecuencia y tiempo) conjugada una con una separación de usuarios en el receptor, basada en la cancelación sucesiva de interferencia, SIC (Successive Interference Cancellation).
El concepto es que se usa mejor el espectro eliminado los gastos necesarios para mantener la ortogonalidad y elevando la tasa de bits en un 30% y la velocidad de desplazamiento de los moviles en un 25% respecto a las técnicas OMA
Requieren tecnicas de transmisor y receptor avanzadas
En cierto modo, NOMA guarda similitud con el concepto de radio cognitiva, conforme la
denominada estrategia “underlay” de funcionamiento. En ella se asume que unos usuarios primarios, que tienen prioridad, utilizan el espectro en convivencia con otros usuarios secundarios, de manera que ello no impide a los usuarios primarios disfrutar de conexiones con una calidad mínima. NOMA se basaría en simultanear las transmisiones de varios usuarios, de forma que exista cierta interferencia entre ellos, asegurando que los más desfavorecidos dispongan de una calidad mínima de recepción, tal y como se hace en la radio cognitiva, pero, a diferencia de esta, en lugar de adaptar la recepción a un entorno que viene impuesto, es el sistema el que define dicho entorno, asignando convenientemente las potencias a cada usuario, de manera que la convivencia en un mismo espectro sea posible y se maximice la tasa global de bits en el espectro utilizado
Se están estudiando aspectos prácticos de esta tecnología como son la asignación de potencias, tasa de señalización, propagación de los errores de cancelación de interferencia (SIC), desempeño (performance) en escenarios de alta movilidad, compatibilidad con MIMO e incidencia de la programación (scheduling) de usuarios. Se han obtenido en simulaciones valores de mejora del caudal en NOMA respecto de la técnica ortogonal OMA del orden del 30% para diversas variantes de asignaciones de potencia y programaciones.
En lo relativo a la incidencia de la propagación de los errores de la SIC, no parece que sea muysignificativa. Asimismo, los análisis realizados para valorar la influencia de la velocidad de desplazamiento del terminal de usuario, muestran que las ganancias de NOMA sobre OMA se mantienen en torno al 24% para una grama de velocidades de 20 a 100 km/h.
Sparse Code Multiple Access (SCMA)
(MultiAcceso por Codigos Expandidos)
En esta tecnología de acceso múltiple con códigos dispersos, con los bits procedentes del codificador de canal (FEC) del transmisor, se efectúa un procesado conjunto de expansión-modulación que transforma bloques de aquellos bits en palabras-código (codewords) extraídas de un repertorio de códigos (codebook), cuyos elementos son símbolos de una constelación multidimensional.
La señal SCMA a la salida del procesador se lleva un modulador OFDM convencional
Los codigos son especificos y contienen gran numero de ceros a diferencia de CDMA
La expansión, aunque similar en concepto a la que se realiza en CDMA, difiere de ella en la constitución de los códigos empleados. En CDMA, los códigos son “compactos” o densos con todos sus elementos no nulos. (Valores ±1).
En SCMA, sin embargo, las palabras-código contienen un gran número de ceros. Por ello se habla decódigos de baja densidad y de expansión dispersa (sparse spreading). Además, estos códigos dispersos están contenidos, como se ha dicho, en un repertorio de códigos diseñados convenientemente, cada uno de los cuales define una capa (layer) y contiene K=2m símbolos, siendo m el número de bits del bloque entrante al módulo expansor.
De estos K símbolos N son no nulos y se toman de una constelación multidimensional. La elección de este tipo de constelación se debe a que ofrece mayores posibilidades de distancia mínima entre los puntos de la constelación, lo cual implica en una reducción de la probabilidad de error.
Cuadro Resumen de Modulaciones para 5G y compatibilidad
Los sistemas de comunicaciones móviles 5G deben ser capaces de afrontar una gran variedad de tipos de trafico de datos , desde aplicaciones de banda ancha y elevada tasa binaria ( para tener automóviles autónomos no conducidos por personas y aplicaciones de realidad virtual) a otras que involucran multitud de terminales de baja velocidad, como es el caso del relativo a sensores y, en general, a comunicaciones entre máquinas MTC (Machine Type Communications) que se dará en la Internet delas Cosas IoT, (Internet of Things) ( Control remoto y comunicaciones con bases de datos y usuarios de electrodomésticos,electrónicos, maquinas, puertas, luces, dispositivos en general en el hogar y en las oficinas para automatizar y optimizar múltiples tareas).
Por ello, se están investigando nuevos métodos de multiacceso y modulación y formas de onda para los diversos casos de uso.
La selección de esas formas de onda se considera como una de las decisiones más críticas en el desarrollo de la 5G.
Idealmente se desea contar con una sola forma de onda flexible, capaz de ser re configurada para múltiples aplicaciones y que pudiera definirse por programación (software defined waveform) y generarse en una plataforma hardware.
En la evaluación de la idoneidad de estas formas de onda, se han de considerar numerosos factores, como son la eficiencia espectral, latencia, complejidad computacional, eficiencia energética, emisiones fuera de banda, tasa de errores y costes de implementación.
Naturalmente se pretendería mejorar la Modulacion de 4G LTE actual en la primera fase de 5G, para ahorrar en costos de implementacion y facilitar la migracion. Ahora veremos hasta que punto esto es posible
Las Modulación en 4G LTE
La Modulación OFDM :
Son las siglas de Multiplexacion por Division de Frecuencias Ortogonales
Se caracteriza por utilizar sub-portadoras ortogonales en el dominio de la frecuencia para enviar los datos, por lo que idealmente cada usuario recibe sus datos en una frecuencia distinta, no accesible a los demás usuarios.
Ventajas de OFDM
- Eliminación de la interferencia intracelular, por el uso de subportadoras ortogonales. Esta ortogonalidad supone que aquellos valores de frecuencia a los que se evalúa la señal de cada subportadora coinciden con los ceros de los de las demás. Esto es, aunque las subportadoras no presentan un ancho de banda de guarda entre ellas, ello no es teóricamente un problema (siempre que no haya efectos de propagación multitrayecto)
- Facilidad de ecualización en el dominio de la frecuencia, que permite combatir el desvanecimiento selectivo en frecuencia, consecuencia de la propagación multitrayecto.
- Protección contra la interferencia entre símbolos (como por ejemplo la causada por el multitrayecto) mediante el uso del prefijo cíclico (CP), que supone copiar parte de los bits finales de un símbolo al inicio de este.
- Facilidad de integración en sistemas de multiantenas y MIMO.
- Facilidad para la aplicación de saltos de frecuencia, FH (Frequency Hopping).
- Facilidad de implementación mediante transformadas discretas de Fourier (IFFT-FFT). Dado que cada símbolo repite cíclicamente un conjunto de bits al inicio y al final, dichas transformadas utilizan una convolución circular o cíclica, para poder manejar este tipo de señal.
Desventajas de OFDM
* Lóbulos laterales de las subportadoras de gran amplitud, debidos a la utilización de filtrado rectangular en el dominio del tiempo.
* Valor elevado de la PAPR (relación potencia de cresta a potencia media), que afecta a la linealidad de la amplificación de RF y requiere el uso de técnicas que reducen la eficiencia de dichos amplificadores. De hecho, por este motivo se eligió para el enlace ascendente de LTE una variante de OFDM (la SC-FDMA), que no adolece de este problema, especialmente costoso y complicado de resolver en los transmisores de los terminales móviles.
* Eficiencia limitada en capacidad y potencia por el uso -necesario- del prefijo cíclico, que supone volver a transmitir la parte final de un símbolo, como parte inicial de otro.
* Necesidad de bandas de guarda en los bordes del espectro, debida a la lenta caída de la
atenuación con la frecuencia en esas zonas; ello limita la eficiencia espectral
* La pobre respuesta en frecuencia del filtrado de las subportadoras motiva que otros usuarios reciban ruido fuera de banda de un usuario concreto, así como que este lo reciba de ellos. Esta situación complica el uso de OFDMA en bandas no contiguas, así como en aplicaciones de radio cognitiva, destinadas a aprovechar huecos espectrales. Las técnicas para reducir estas emisiones, como por ejemplo la supresión de lóbulos laterales, proporcionan mejoras de carácter limitado.
* Requerimiento de una estricta sincronización, lo que supone una importante carga de
señalización en detrimento de la capacidad, y resulta especialmente complicada en el enlace de subida, donde es difícil predecir los desplazamientos de tiempo por efecto Doppler.
* Sensibilidad a los desplazamientos (offsets) de frecuencias y al ruido de fase de los
transmisores. Dado que tanto la sincronización en tiempo como en frecuencia resultan
cruciales en OFDMA, se han implementado en LTE y LTE-A procedimientos de control en lazo cerrado que por otra parte son exigentes en cuanto a recursos de procesamiento. O
* El filtrado con respuesta impulsiva rectangular utilizado en OFDM, produce señales con mala localización en tiempo y frecuencia y por ello sensibles a desajustes en la temporización y desplazamientos de frecuencia.
* Para el funcionamiento correcto de los procesos IFFT (en transmisión) y FFT (en recepción), los símbolos deben estar perfectamente alineados en el tiempo. Sin embargo, debido a lapropagación multitrayecto, si el retardo es mayor que el prefijo cíclico, los símbolos recibidosse solapan a la entrada del receptor (interferencia entre símbolos) y se pierde la característicade ortogonalidad, por lo que no es posible la simple aplicación de la FFT en recepción pararecuperar los datos transmitidos.
* Valor elevado de la PAPR (relación potencia de cresta a potencia media), que afecta a la linealidad de la amplificación de RF y requiere el uso de técnicas que reducen la eficiencia de dichos amplificadores. De hecho, por este motivo se eligió para el enlace ascendente de LTE una variante de OFDM (la SC-FDMA), que no adolece de este problema, especialmente costoso y complicado de resolver en los transmisores de los terminales móviles.
* Eficiencia limitada en capacidad y potencia por el uso -necesario- del prefijo cíclico, que supone volver a transmitir la parte final de un símbolo, como parte inicial de otro.
* Necesidad de bandas de guarda en los bordes del espectro, debida a la lenta caída de la
atenuación con la frecuencia en esas zonas; ello limita la eficiencia espectral
* La pobre respuesta en frecuencia del filtrado de las subportadoras motiva que otros usuarios reciban ruido fuera de banda de un usuario concreto, así como que este lo reciba de ellos. Esta situación complica el uso de OFDMA en bandas no contiguas, así como en aplicaciones de radio cognitiva, destinadas a aprovechar huecos espectrales. Las técnicas para reducir estas emisiones, como por ejemplo la supresión de lóbulos laterales, proporcionan mejoras de carácter limitado.
* Requerimiento de una estricta sincronización, lo que supone una importante carga de
señalización en detrimento de la capacidad, y resulta especialmente complicada en el enlace de subida, donde es difícil predecir los desplazamientos de tiempo por efecto Doppler.
* Sensibilidad a los desplazamientos (offsets) de frecuencias y al ruido de fase de los
transmisores. Dado que tanto la sincronización en tiempo como en frecuencia resultan
cruciales en OFDMA, se han implementado en LTE y LTE-A procedimientos de control en lazo cerrado que por otra parte son exigentes en cuanto a recursos de procesamiento. O
* El filtrado con respuesta impulsiva rectangular utilizado en OFDM, produce señales con mala localización en tiempo y frecuencia y por ello sensibles a desajustes en la temporización y desplazamientos de frecuencia.
* Para el funcionamiento correcto de los procesos IFFT (en transmisión) y FFT (en recepción), los símbolos deben estar perfectamente alineados en el tiempo. Sin embargo, debido a lapropagación multitrayecto, si el retardo es mayor que el prefijo cíclico, los símbolos recibidosse solapan a la entrada del receptor (interferencia entre símbolos) y se pierde la característicade ortogonalidad, por lo que no es posible la simple aplicación de la FFT en recepción pararecuperar los datos transmitidos.
Las modulaciones candidatas de 5G
1era Parte: Derivadas de OFDM
Generalized Frequency Division Multiplex (GFDM)
Multiplexacion por Division de Frecuencias Generalizado
* Es una modulación multiportadora no ortogonal con filtrado individual de cada subportadora, mediante un filtro flexible, (configurable individualmente para cada subportadora)
* La duracion del bloque o trama GFDM se puede adaptar, y es util para servicios de muy baja latencia, tal como los automoviles autonomos y la realidad virtual.
* No utiliza la transformada rapida de Fourier FFT.
* Tiene prefijo ciclico CP de Grupo K*M, no por subportadora como OFDM.
Una de las soluciones que aparecen de forma natural al intentar solucionar el problema de la interferencia entre portadoras es la de utilizar un filtro para cada una de ellas, que evite el desbordamiento de la señal de cada subportadora hacia las demás. Es lo que se hace por ejemplo en la opción GFDM.
Los datos a transmitir son símbolos de modulación complejos procedentes de una constelación. La transmisión se realiza por bloques. Un bloque es una unidad funcional constituida por K subportadoras y M intervalos de tiempo.
Esto supone que, a diferencia de OFDM, no se genera un CP para cada símbolo, sino que se utiliza uno común para el bloque. Por ese motivo, la señal moduladora toma la forma de un ciclo de una señal periódica de periodo K*M.
Mediante el ajuste de los filtros ( son impulsos de duración variable ) puede conseguirse una emisión fuera de banda prácticamente nula para cada subportadora (es decir, se logra una buena localización de las frecuencias de las subportadoras).
Además, se aplica convolución circular en el dominio del tiempo, evitando la pérdida
de tasa binaria que se produciría por las colas de la respuesta temporal del filtro en escenarios de transmisión de señales en ráfagas
Modulador GFDM
FBMC- Filter Bank Multicarrier
( Multiportadora con Banco de Filtros)
* Es una modulación multiportadora ortogonal con filtrado individual de cada subportadora, mediante un filtro especializado de banda estrecha
* Al ser un filtrado de banda estrecha en el dominio de la frecuencia, naturalmente produce ensanchamiento en el tiempo, por lo cual no es útil para servicios de baja latencia y transmisiones en rafaga
* Utiliza QAM desplasado (0FSET QAM) para mantener la ortoganilidad en el dominio del tiempo y de la frecuencia.
* No usa el prefijo ciclico CP, por lo que es de Convolucion Lineal
* La ortogonalidad en FBMC es de canales contiguos, no de subportadoras como OFDM
En Ofset QAM, la parte real de los símbolos de la constelación modula las subportadoras pares en los instantes nT y la parte imaginaria las subportadoras impares en los instantes nT+T/2. De este modo, no hay interferencia entre los datos. En consecuencia, para transmitir N símbolos hacen falta 2N subportadoras.
Puede integrarse el procesado IFFT con la generación de las respuestas impulsivas de los filtros en la llamada red polifase (PPN-FFT, una técnica que permite mantener el tamaño de la FFT, pero añadiendo filtros digitales
Modulador FBMC ( Comparado con OFDM)
Universal Filtered Multicarrier
( Multiportadora con Filtrado Universal)
* Es una una modulacion multiportadora, que divide la banda en N en sub-bandas, con kb subportadoras en la banda b, a las que le aplica filtros especiales FIR
* No utiliza Prefijo Ciclico CP, por lo cual es Convolucion Lineal
* Utiliza une transformada rapida de fourier FFT mas compleja
UFMC por su mejor respuesta impulsiva resulta idónea para aplicaciones que implican transmisión de datos en forma de ráfagas cortas y con baja latencia. Tampoco requiere CP, y por tanto utiliza
convolución lineal. Sin embargo, requiere de una FFT de mayor tamaño, lo que puede complicar los
receptores. Asimismo, dado que se pierde parte de la ortogonalidad compleja, podría plantear
problemas en aplicaciones de alta tasa de bits.
La elección de B depende del escenario de aplicación y el tipo de espectro. Si se trata de un escenario con espectro fragmentado, B elegirá de conformidad con el número de sub-bandas disponibles,pudiendo incluso variar con el tiempo.
Puede elegirse B igual a un bloque de recursos RB o a un número entero de RBs de LTE, lo cual facilita la compatibilidad con LTE. También es posible seleccionar el tipo y características de los filtros. Se han ensayado y evaluado filtros FIR con coeficientes definidos por ventanas (Dolph-Chebychev) que son parametrizables en su forma y atenuación de los lóbulos laterales.
2da Parte: No derivadas de OFDM
Bi-Ortogonal Frequency Division Multiplexing
(Multiplexacion por División de Frecuencia Biortogonal)
Es una modulacion que tienen una ortogonalidad diferente en transmison y en recepcion, por lo que se llama una bi-ortogonalidad. Permite usar disitintos filtros en transmisión y en recepcion, pero las señales de transmisión y recepcion deben ser ortogonales.
En BFDM se aplica un procesado que transforma la ortogonalidad del conjunto de impulsos
transmitidos y recibidos en una bi-ortogonalidad, en la cual las representaciones tiempo-frecuencia de esos impulsos son ortogonales por parejas, no individualmente. Esto es, se utilizan impulsos diferentes en emisión y en recepción, en lugar del mismo, como en el caso de OFDM, lo que proporciona mayor flexibilidad en lo relativo a supresión de lóbulos laterales, respuesta impulsiva de los filtros y complejidad de realización práctica.
En definitiva, en lugar de basar la cadena de transmisión en un mismo tipo de filtro prototipo para conformar la señal en emisión y recepción, se adopta un enfoque más flexible, donde es posible utilizar diferentes filtros en cada parte, a condición de que ambos impulsos sean ortogonales. Se ha comprobado que gracias a esta flexibilidad puede configurarse la BFDM para que resulte adecuada para tráficos esporádicos como los que en 5G aparecerán, y serán importantes, en comunicaciones entre máquinas MTC (Machine Type Communications).
NOMA ( No- ortogonal Multiple Acces)
( Multiplexacion del Acceso No Ortogonal)
Es una tecnica de multiplexacion en el dominio de la potencia ( en ves de la ortogonalidad en frecuencia y tiempo) conjugada una con una separación de usuarios en el receptor, basada en la cancelación sucesiva de interferencia, SIC (Successive Interference Cancellation).
El concepto es que se usa mejor el espectro eliminado los gastos necesarios para mantener la ortogonalidad y elevando la tasa de bits en un 30% y la velocidad de desplazamiento de los moviles en un 25% respecto a las técnicas OMA
Requieren tecnicas de transmisor y receptor avanzadas
En cierto modo, NOMA guarda similitud con el concepto de radio cognitiva, conforme la
denominada estrategia “underlay” de funcionamiento. En ella se asume que unos usuarios primarios, que tienen prioridad, utilizan el espectro en convivencia con otros usuarios secundarios, de manera que ello no impide a los usuarios primarios disfrutar de conexiones con una calidad mínima. NOMA se basaría en simultanear las transmisiones de varios usuarios, de forma que exista cierta interferencia entre ellos, asegurando que los más desfavorecidos dispongan de una calidad mínima de recepción, tal y como se hace en la radio cognitiva, pero, a diferencia de esta, en lugar de adaptar la recepción a un entorno que viene impuesto, es el sistema el que define dicho entorno, asignando convenientemente las potencias a cada usuario, de manera que la convivencia en un mismo espectro sea posible y se maximice la tasa global de bits en el espectro utilizado
Se están estudiando aspectos prácticos de esta tecnología como son la asignación de potencias, tasa de señalización, propagación de los errores de cancelación de interferencia (SIC), desempeño (performance) en escenarios de alta movilidad, compatibilidad con MIMO e incidencia de la programación (scheduling) de usuarios. Se han obtenido en simulaciones valores de mejora del caudal en NOMA respecto de la técnica ortogonal OMA del orden del 30% para diversas variantes de asignaciones de potencia y programaciones.
En lo relativo a la incidencia de la propagación de los errores de la SIC, no parece que sea muysignificativa. Asimismo, los análisis realizados para valorar la influencia de la velocidad de desplazamiento del terminal de usuario, muestran que las ganancias de NOMA sobre OMA se mantienen en torno al 24% para una grama de velocidades de 20 a 100 km/h.
Sparse Code Multiple Access (SCMA)
(MultiAcceso por Codigos Expandidos)
En esta tecnología de acceso múltiple con códigos dispersos, con los bits procedentes del codificador de canal (FEC) del transmisor, se efectúa un procesado conjunto de expansión-modulación que transforma bloques de aquellos bits en palabras-código (codewords) extraídas de un repertorio de códigos (codebook), cuyos elementos son símbolos de una constelación multidimensional.
La señal SCMA a la salida del procesador se lleva un modulador OFDM convencional
Los codigos son especificos y contienen gran numero de ceros a diferencia de CDMA
La expansión, aunque similar en concepto a la que se realiza en CDMA, difiere de ella en la constitución de los códigos empleados. En CDMA, los códigos son “compactos” o densos con todos sus elementos no nulos. (Valores ±1).
En SCMA, sin embargo, las palabras-código contienen un gran número de ceros. Por ello se habla decódigos de baja densidad y de expansión dispersa (sparse spreading). Además, estos códigos dispersos están contenidos, como se ha dicho, en un repertorio de códigos diseñados convenientemente, cada uno de los cuales define una capa (layer) y contiene K=2m símbolos, siendo m el número de bits del bloque entrante al módulo expansor.
De estos K símbolos N son no nulos y se toman de una constelación multidimensional. La elección de este tipo de constelación se debe a que ofrece mayores posibilidades de distancia mínima entre los puntos de la constelación, lo cual implica en una reducción de la probabilidad de error.
Cuadro Resumen de Modulaciones para 5G y compatibilidad
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