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21.2 Il canale MIMO

In presenza di nT antenne in trasmissione ed nR in ricezione ogni coppia i, j di esse (i = 1, 2, ⋯, nR; j = 1, 2, ⋯, nT) vede un differente canale radio, che in condizioni di fading piatto (pag. 1) ovvero di segnale a banda stretta (§ 13.1.2.4) ossia con banda inferiore alla banda di coerenza (pag. 1), viene descritto da un unico coefficiente complesso hij, pari alla H(f) valutata alla f = f0 di modulazione.
figure f138.5.png
Il valore esatto di hij dipende dai fenomeni di cammini multipli tipici delle comunicazioni wireless, sia rurali che urbane che indoor, ed in tal senso può variare nel tempo qualora la trasmissione sia da associare ad un contesto di mobilità. Il valore hij della risposta in frequenza tra le antenne j ed i ad un dato istante viene quindi messo in corrispondenza all’elemento i, j di una matrice H di dimensioni nR × nT, indicata anche come CSI ovvero channel state information.
La trasmissione da parte della antenna j di un segnale x(t) ottenuto mediante modulazione numerica psk o qam a partire da una sequenza simbolica[1185]  [1185] I valori reale e immaginario di sk rappresentano le coordinate nel piano dell’inviluppo complesso di un punto appartenente alla costellazione A scelta per la trasmissione, vedi ad es. la figura a pag. 1. {skj} produce agli istanti di simbolo t = kTs la ricezione presso l’antenna i di un inviluppo complesso[1186]  [1186] In virtù della (14.67) scriviamo y(t) = 12 h(t) * x(t) = 12 hx(t) dato che per fading piatto si ha h(t) = hδ(t); a sua volta (eq. (14.21)) h = H(f) = 2H+(f + f0) = 2H(f0) e dunque y(t) = 12 ⋅ 2H(f0)x(t) ovvero, ponendo x(tk) = sk si ottiene rk = y(tk) = H(f0)sk.
(21.209) rki = hijskj + ni
con ni v.a. gaussiana complessa a media nulla, parti reale ed immaginaria incorrelate, e varianza[1187]  [1187] Essendo n una v.a. complessa n = nc + jns, otteniamo σ2n = E{nn*} = E{n2c + n2s} = 2σ2nc = 2σ2ns, in accordo con i risultati del § 14.1.3. σ2n = E{nn*}, condizione indicata anche come ni ∈ CN{0, σ2n}. Indicando ora con s il vettore nT − dimensionale trasmesso ad un generico istante di simbolo[1188]  [1188] Di qui in poi sarà possibile riferirsi agli istanti di simbolo come all’“uso del canale”, ovvero pensando alla trasmissione di un simbolo s nT − dimensionale come ad un singolo uso del canale. da tutta la schiera di nT antenne, presso le nR antenne in ricezione otterremo al medesimo istante il vettore complesso di dimensione nR
(21.210) r = Hs + n
con n vettore gaussiano complesso ad nR elementi. Come discusso al § 20.4.4 se ciascun valore hij = ρe jφ è una v.a. gaussiana complessa a media nulla con parti reale ed immaginaria incorrelate e varianza σ2h ([1189]  [1189] σ2h dipende dalla somma delle intensità con cui le repliche del segnale trasmesso dall’antenna j giungono all’antenna i.) il valore ρ = |hij| del modulo di hij ha d.d.p. di Rayleigh
p(ρ) = ρσ2h exp(− ρ22σ2h)
mentre φ si distribuisce uniformemente tra ± π, come avviene per collegamenti in assenza di visibilità e con molteplici cammini multipli statisticamente indipendenti.
Come scopriremo strada facendo, molti risultati si basano sulla conoscenza dei valori di H, stimati al ricevitore (§ 21.7.3.2) e la cui stima si ritiene valida per un periodo comparabile con il tempo di coerenza (pag. 1) del collegamento. In base a tali valori scopriremo come le proprietà di H possano condizionare il livello di prestazione conseguibile. Ma iniziamo la trattazione con un caso relativamente semplice.
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