Optimal antenna array spacing in the uplink for different small cell scenarios

The anticipated growth in mobile data traffic represents a challenge for network operators. It is generally agreed that the increase of the existing cell sites by means of small cells is an effective way to improve capacity. Small cells are expected to be located mainly outdoors at spacing around 50-300 m apart and at about 3-6 m above street level. Since the environment seen from user equipment (UE) is similar to that seen from the base station (BS), the techniques to mitigate multipath are different to that seen in macro sites. Moreover, for the small cell scenario, [ANGLÈS] In this thesis, a testbed for MIMO channel measurements is designed, implemented and operated in different scenarios with line-of-sight (LOS) and non-line-of-sight (NLOS) propgation characteristics. We consider a 2x4 MIMO system with space and polarization diversity. Channel capacity for particular locations and antenna spacings is obtained using the eigenvalue decomposition of the measured MIMO channel matrix. This method estimates the number of independent channels between the transmitter and the receiver. This is particularly interesting in a rich scattering environment where fading may considerably degrade the performance of the system and as a result diversity techniques are employed. However, space diversity, where antennas are physically separated to obtain independent propagation paths, may be limited due to space constraints. This is the case of communication equipment for small cells. Thus the use of polarization diversity may be a more promising solution to obtain more compact antenna arrays. Finally, we demonstrate that for static channels even small changes in antenna spacings result in a change on capacity. [CASTELLÀ] En esta tesis, se ha diseñado, implementado y operado en diferentes escenarios una plataforma de pruebas capaz de tomar medidas de canal MIMO. Se considera un sistema MIMO 2x4 con diversidad en espacio y polarización. La capacidad del canal es obtenida para unas localizaciones concretas a partir de la descomposición en valores singulares de la matrix de canal MIMO. Este método estima el numbre de canales independientes entre el transmisor y el receptor. Esto es especialmente interesante en un entorno con muchas reflexiones donde los desvanecimientos pueden degradar considerablemente el sistema y como resultado se emplean técnicas de diversidad. No obstante, diversidad en espacio, donde las antenas se encuentran físicamente separadas para obtener caminos de propagación independientes, puede verse limitada por restricciones de espacio. Este es el caso de los equipos de comunicación para small cells. Como resultado el uso de diversidad en polarización puede ser una solución más interesante para obtener arrays de antenas más compactas. Finalmente, se demuestra que para canales estáticos pequeños cambios en el espaciado entre antennas modifican la capacidad. [CATALÀ] En aquesta tesi, s’ha dissenyat, implementat i operat en diferents escenaris una plataforma de proves per prendre mesures de canal MIMO. Es considera un sistema MIMO 2x4 amb diversitat en espai i polarització. La capacitat del canal és obtinguda per a unes localitzacions concretes a partir de la descomposició en valors singulars de la matriu de canal MIMO mesurada. Aquest mètode estima el nombre de canals independents entre el transmissor i el receptor. Això és especialment interessant en un entorn amb moltes reflexions on els esvaïments poden degradar considerablement el sistema i com a resultat s’utilitzen tècniques de diversitat. No obstant, la diversitat en espai, a on les antenes es troben físicament separades per obtenir camins de propagació independents, es pot veure limitada per restriccions d’espai. Aquest és el cas dels equips de comunicacions per a small cells. Com a resultat, l’ús de diversitat en polarització pot ser una solució més interessant per a obtenir arrays d’antenes més compactes. Finalment, es demostra que per a canals estàtics petits canvis en l’espaïat entre antenes modifiquen la capacitat.