Dos tipos de modelos de canal, llamados Modelos Estocásticos Basados en Correlaciones (CBSMs) y Modelos Estocásticos Basados en Geometrías (GBSMs) son ampliamente
usados para evaluar el desempeño de los sistemas de comunicaciones inalámbricas. La complejidad de estos modelos de canal para el análisis teórico del desempeño de los sistemas MIMO es baja. Sin embargo, la exactitud para el análisis de sistemas MIMO reales está limitada, pues resulta difícil modelar canales inalámbricos considerando el fenómeno no estacionario (antenas diferentes en el eNB pueden observar conjuntos diferentes de clusters en ranuras de tiempo diferentes, lo que da como resultado un desvanecimiento por ensombrecimiento).
2.2.6.1 Modelos Estocásticos Basados en Correlaciones (CBSMs)
Los CBSMs son principalmente usados como modelos teóricos para evaluar el rendimiento de los sistemas Massive MIMO. El análisis actual generalmente asume que el equipo de usuario emplea una sola antena en consideración con la complejidad y el espaciamiento para el equipo terminal con una portadora de frecuencia baja. Por consiguiente los CBSMs son discutidos teniendo en cuenta que el equipo de usuario emplea una sola antena. Además, Massive MIMO emplea con mayor probabilidad sistemas TDD mientras que la información del estado del canal del enlace descendente puede ser adquirida mediante la reciprocidad del modo de operación TDD. Por consiguiente, solamente es tomado el canal ascendente como ejemplo de estudio. Las expresiones para representar el modelo de canal se pueden encontrar en “Massive MIMO Channel Models: A Survey” (Zheng et al., 2014). Los CBSMs pueden estar simplificados en tres clases, llamados, modelos de desvanecimiento de Rayleigh, modelo de correlación y modelo de acoplamiento mutuo. 2.2.6.1.1 Modelo de desvanecimiento de Rayleigh
El modelo de desvanecimiento de Rayleigh es ampliamente adoptado para el análisis teórico de los sistemas Massive MIMO, el cual asume que no hay correlación ni acoplamiento mutuo entre antenas transmisoras y antenas receptoras.
La propagación favorable es la más importante propiedad del modelo de desvanecimiento de Rayleigh en el sistema Massive MIMO. Propagación favorable quiere decir que las respuestas del canal de propagación de la estación base para terminales diferentes son suficientemente diferentes. Las expresiones para representar la matriz de propagación se pueden encontrar en “Massive MIMO Channel Models: A Survey ” (Zheng et al., 2014).
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i favorable puede no solo mejorar el desempeño, sino que también puede simplificar el algoritmo de diseño de los sistemas Massive MIMO.
2.2.6.1.2 Modelo de correlación
Con el objetivo de reflejar la correlación de la antena causada fundamentalmente por el espaciamiento insuficiente de la misma, el modelo de correlación es establecido para evaluar el rendimiento de sistemas Massive MIMO. El vector del canal de desvanecimiento rápido para cada uno de los equipos de usuario puede ser formado por la matriz de correlación multiplicada por el vector gaussiano complejo estándar. Las expresiones para representar el vector de canal de desvanecimiento rápido pueden ser encontradas en “Massive MIMO Channel Models: A Survey ” (Zheng et al., 2014).
El modelo de correlación introduce los ángulos de arribo, lo cual puede ser utilizado para distinguir al equipo de usuario y mejorar la exactitud de la estimación del canal. Cuando el equipo de usuario es localizado en diferentes orientaciones, los canales del equipo de usuario pueden ser separados por la información de ángulo, aliviando así la contaminación piloto. Esto también ayuda a analizar la interferencia intercelda o interusuario y desarrollar la planificación de recursos del equipo de usuario o la cooperación entre celdas para aliviar la interferencia.
2.2.6.1.3 Modelo de acoplamiento mutuo
Mientras el número de antenas incrementa en el sistema Massive MIMO, la impedancia mutua tiene que ser considerada. Además la impedancia de la carga y la impedancia de la antena deberían también ser caracterizadas con el objetivo de reflejar el modelo real del canal. Las expresiones para representar el vector del canal para el k equipo de usuario teniendo en cuenta la impedancia y correlación pueden ser encontradas en “Massive MIMO Channel Models: A Survey ” (Zheng et al., 2014).
El modelo de acoplamiento mutuo es más práctico para Massive MIMO. Permite analizar el efecto del espaciamiento de la antena sobre el desempeño de Massive MIMO, lo cual es significativo para el diseño de configuraciones de arreglos de antena.
2.2.6.2 Modelos Estocásticos Basados en Geometrías (GBSMs)
Los GBSMs son principalmente usados para evaluar el rendimiento de sistemas de comunicaciones inalámbricos en la práctica. Considerando la elevación o no, los GBSMs de Massive MIMO pueden ser clasificados en dos tipos, llamados, modelos 2D y modelos 3D. Cuando el arreglo de antena lineal es empleado en el eNB, el ángulo de inclinación es fijo y el modelo de canal 2D es precisamente suficiente para evaluar el rendimiento. Sin embargo, si la configuración del arreglo de antena en el eNB es esférica, cilíndrica o rectangular, el modelo de canal 3D, en consideración del ángulo de elevación y el azimut, debería ser establecido para la evaluación.
2.2.6.2.1 Modelo 2D
Con el objetivo de probar el desempeño de los algoritmos propuestos para un sistema práctico Massive MIMO, se ha trabajado en el modelado del canal Massive MIMO reflejando el fenómeno no estacionario. Teniendo en cuenta el fenómeno no estacionario y los efectos esféricos de la onda, un GBSM elíptico fue establecido para Massive MIMO con arreglo de antena lineal, cuyos resultados numéricos coinciden con resultados de medidas en ambientes reales.
2.2.6.2.2 Modelo 3D
El modelo 3D ha sido investigado en el ambiente académico por varios años. Varios proyectos han sido establecidos especialmente para modelos 3D de canal, entre los cuales es destacable WINNER+Project.
Sin embargo, la mayor parte de estos modelos principalmente dependen de la literatura en vez de medidas reales. Así, son considerados insuficientes u obviamente dudosos para las propiedades reales del canal. Por consiguiente, los modelos 3D existentes necesitan ser mejorados a través de medidas reales.
En WINNER+Project los principales parámetros del modelo 3D contiene desvanecimientos por ensombrecimiento (SF), azimut de partida (AoD), y elevación de partida (EoD). En la versión 12 del 3GPP, tres escenarios han sido definidos: microcelda urbana con alta densidad de equipos de usuario, macrocelda urbana con alta densidad de equipos de usuario
y macrocelda urbana con un high-rise por sector y 300 metros de distancia entre sitios. Basados en el procedimiento propuesto por WINNER+Project, el modelo 3D para el arreglo de antena rectangular se ha obtenido basado en medidas. La expresión para el cálculo de las pérdidas se halla en “Massive MIMO Channel Models: A Survey ” (Zheng et al., 2014).
El modelo 3D del canal para el arreglo de antena rectangular ha sido propuesto por el 3GPP con el objetivo de evaluar tres tipos de escenarios. Sin embargo, los modelos de canal de otras configuraciones de arreglos de antena y otros escenarios tienen que ser suplementados y la propiedad no estacionaria para arreglos de antenas rectangulares, esféricas y cilíndricas necesita más medidas.