Measurement techniques enhancements for MIMO 4G mobile communication systems. extension of mode stirred reverberation chambers (MSRCs) emulation capabilities

摘要

[ENG] Mobile communications have experienced a brutal raise over the past 15 years. What started as a voice communication system (GSM or 2G) has finished yet as a data communication system of any kind, which in some cases has come to replace the conventional cabled data access infrastructure. This change in the use given to mobile devices necessarily entails a change in the underlying technology, which should be capable to provide the transmission speeds that these new applications require. This has emerged in recent years an increasing interest in multiple antenna techniques, usually referred as multiple-input multiple-output (MIMO) techniques, as they increase the spectral efficiency (and thus the transmission rate for a given bandwidth) of wireless systems. In this thesis, some of the factors limiting the ideal advantages of these multiantenna techniques are studied, in order to quantify the differences between the ideal behavior of 4G devices and behavior that users will experience in actual use conditions. The effect that the user has on the final performance of the devices is one of the main limitations that these devices are in daily use. Mobile phones are used almost all the time in the vicinity of the user, causing a decrease in the richness of the multipath electromagnetic environment (and thus a reduction of the MIMO benefits). As a result of this reduction, the number of signal paths that reach the user is also reduced. In this thesis both factors (user influence and influence of the number of signal paths) will be studied both for passive devices (antenna prototypes) and active devices (commercial phones). The second part of this thesis consist on the study of how to transfer some of these factors reducing the isotropicity of the environment, to one of the most promising measurement techniques, as it is the mode-stirred reverberation chamber (MSRC). This technique emulates naturally an isotropic rich multipath environment with the signal strength following a Rayleigh distribution. However, in this thesis two new techniques are proposed that allow the emulation of less isotropic environments without altering the basic operating principle of the MSRC. [SPA] Las comunicaciones móviles han experimentado un aumento brutal en los últimos 15 años. Lo que comenzó como un sistema de comunicación de voz (GSM o 2G) ha terminado todavía como un sistema de comunicación de datos de cualquier tipo, que en algunos casos ha llegado a sustituir la infraestructura de cableado convencional de acceso a datos. Este cambio en el uso que se da a los dispositivos móviles implica necesariamente un cambio en la tecnología subyacente, que debe ser capaz de proporcionar las velocidades de transmisión que estas nuevas aplicaciones requieren. Esto se ha convertido en los últimos años un creciente interés en las técnicas de múltiples antenas, normalmente se conoce como técnicas de múltiple entrada y múltiple salida (MIMO), ya que aumentan la eficiencia espectral (y por lo tanto la velocidad de transmisión para un ancho de banda dado) de los sistemas inalámbricos. En esta tesis, algunos de los factores que limitan las ventajas ideales de estas técnicas de múltiples antenas son estudiados, con el fin de cuantificar las diferencias entre el comportamiento ideal de dispositivos 4G y comportamiento que los usuarios experimentarán en condiciones reales de uso. El efecto que el usuario tiene sobre el rendimiento final de los dispositivos es una de las principales limitaciones que estos dispositivos son de uso diario. Los teléfonos móviles se utilizan en casi todo el tiempo en la proximidad del usuario, causando una disminución en la riqueza del entorno electromagnético trayectos múltiples (y por tanto una reducción de los beneficios MIMO). Como resultado de esta reducción, el número de trayectorias de señal que llegan al usuario también se reduce. En esta tesis ambos factores (la influencia del usuario y la influencia del número de caminos de señal) se estudió tanto para dispositivos pasivos (prototipos de antenas) y los dispositivos activos (los teléfonos comerciales). La segunda parte de esta tesis consisten en el estudio de cómo transferir algunos de estos factores que reducen la isotropicity del medio ambiente, a una de las técnicas de medición más prometedores, como es la cámara de agitación de modos (MSRC). Esta técnica emula naturalmente un entorno isotrópico multipath rico con la intensidad de la señal después de una distribución de Rayleigh. Sin embargo, en esta tesis, dos nuevas técnicas que se proponen permitir la emulación de entornos isotrópicos menos sin alterar el principio de funcionamiento básico del MSRC.