Artigo Sistema MIMO

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Resumo: Nos sistemas de acesso sem fio um novo conceito é 
utilizado nos mais novos e modernos sistemas de comunicações. 
Trata-se de um conceito que utiliza múltiplas antenas receptoras e 
transmissoras, chamado MIMO (Multiple-input Multiple-output). 
Com essa nova técnica de acesso, pode-se melhorar a capacidade 
em termos de taxa de transmissão e confiabilidade do sistema. 
Nesse artigo serão evidenciados os princípios básicos do novo 
conceito MIMO, abordando suas diferenças em relação aos 
sistemas que usamos hoje e mostrando suas vantagens de forma 
clara e objetiva. Também serão abordados exemplos de utilização 
do MIMO, como a tecnologia LTE. 
 
Palavras Chave: MIMO, sistemas MIMO, Tecnologia MIMO, 
Propagação, Canal de Comunicação, Diversidade, LTE, 
Comunicações Móveis. 
I. INTRODUÇÃO 
As comunicações móveis estão em constante evolução, 
havendo uma grande rotatividade de novas ferramentas e 
tecnologias no mercado. 
Essa evolução promove um alto impacto na sociedade, que 
se torna dependente das novas tecnologias. Com a difusão das 
redes móveis, têm-se um aumento significativo da necessidade 
de dispositivos de comunicação sem fio de alto desempenho. 
Desta forma, surgem novas técnicas para suportar a crescente 
demanda, com o objetivo de prover acesso com altas taxas de 
download e upload aos usuários. [1] 
Para entender o contexto das comunicações móveis, faz-se 
necessário entender os primeiros sistemas criados para este 
fim. A primeira geração (1G) de telefonia móvel é 
caracterizada por sua transmissão analógica e com ênfase em 
serviços de voz. Na segunda geração (2G) ocorreu a mudança 
para transmissão digital, porém o foco continua em serviços de 
voz. Já a terceira geração (3G) apresenta um novo conceito de 
serviços com foco em dados e não somente em voz como nas 
gerações anteriores. Assim há uma rede com múltiplos 
serviços. A quarta geração (4G) foca em transmissão 
totalmente por pacotes, um sistema baseado completamente 
em IP e com ênfase em altas taxas de transmissão para 
suportar os novos serviços multimídia. [22] 
A Figura 1 mostra a evolução da telefonia móvel, além de 
mostrar as tecnologias presentes na rede para cada geração, 
desde (2G) a (4G), tais como: CDMA (Code Division Multiple 
Access), GSM (Global System for Mobile Communications), 
 
1 Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Nacional de 
Telecomunicações, como parte dos requisitos para a obtenção do Certificado 
de Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações. 
Orientador: Prof. Dr. Rausley A. A. de Souza (rausleyaas@gmail.com). 
Trabalho aprovado em Outubro de 2011. 
GPRS (General packet radio service), EDGE (Enhanced Data 
rates for GSM Evolution), EVDO (Evolution-Data 
Optimized), WCDMA (Wide-Band Code-Division Multiple 
Access) e HSPA (High Speed Packet Access). [1] 
 
 
Fig. 1. Evolução dos sistemas celulares. 
No Brasil os serviços de telecomunicações devem crescer 
6% ao ano até 2012, de acordo com a IDC, empresa de 
consultoria especializada no mercado de telecomunicações. [2] 
A Figura 2 apresenta o crescimento da telefonia móvel e, 
consequentemente, a exigência de novas técnicas. [3] 
 
 
Fig. 2. Telefonia Móvel x Fixa. 
Com as constantes mudanças no mercado das 
telecomunicações existe grande necessidade de 
desenvolvimento de novas técnicas relacionadas aos sistemas 
celulares, visto que a cada evolução da rede aumenta 
significantemente a demanda por novos serviços, tais como: 
Internet, televisão de alta definição e serviços de multimídia. 
Assim, para uma rede com suporte a múltiplos serviços, há um 
aumento da necessidade de maior largura de banda e maior 
flexibilidade de transmissão. 
Altas taxas de transmissão requerem maior largura de banda 
que pode ser obtida através de redes cabeadas. No entanto, tais 
taxas parecem ser inatingíveis nas redes sem fio devido às 
limitações do espectro de radiofrequência, considerando 
também as condições adversas de propagação em redes sem 
fio, o que torna um imenso desafio que envolve uma série de 
dificuldades a serem resolvidas. 
Dentre as dificuldades presentes nas comunicações sem fio 
há dois grandes desafios a serem solucionados: o 
desvanecimento e a interferência. Segundo Shannon [4], para 
aumentar a capacidade de um canal é necessário aumentar a 
largura de banda de transmissão ou então a relação sinal ruído. 
Sistema MIMO
1
 
Carlos Alberto Martins Júnior 
 
A partir da utilização do sistema MIMO pode-se aumentar a 
taxa de transmissão e a confiabilidade do sistema de 
comunicação, como será mostrado posteriormente. Sendo 
assim pode-se dizer que o sistema MIMO traz muitos 
benefícios. 
Nos últimos anos, existe um intenso estudo de técnicas de 
camada física que podem trazer melhorias em termos de taxa 
de transmissão e qualidade dos enlaces. Dentre estes estudos 
nasceu o sistema com múltiplas antenas de transmissão e 
recepção que é denominado MIMO (Multiple-input Multiple-
output). 
Sendo assim, pode-se entender que sistemas com múltiplas 
antenas são apontados como uma das soluções para o aumento 
da capacidade dos sistemas sem fio. Este artigo apresenta uma 
visão geral sobre o sistema MIMO, além dos benefícios e 
desvantagens do mesmo. 
II. SISTEMA MIMO 
Os sistemas de comunicações sem fio tradicionais utilizam 
apenas uma antena tanto na transmissão quanto na recepção, 
conhecido como sistemas SISO (Single-input Single-output), 
permitindo a exploração dos domínios do tempo, da frequência 
e da codificação. Porém com o aumento de serviços 
multimídia é necessário aumentar a taxa de transmissão de 
dados e garantir maior confiabilidade aos sistemas. 
Assim, uma das dificuldades dos sistemas sem fio atuais 
para prover altas taxas é o aumento da largura de banda, que é 
uma questão complexa por diversos motivos, tais como a 
limitação do espectro de frequência e a necessidade de maior 
potência de transmissão. Esses pontos não são fáceis de 
solucionar devido a limitações de hardware dos dispositivos 
móveis e dos limites de potência e espectro definidos pelos 
órgãos regulatórios, como a ANATEL (Agência Nacional de 
Telecomunicações). 
A técnica de utilizar múltiplas antenas no sistema de enlace 
sem fio permite descrever os sistemas SIMO (Single-input 
Multiple-output), MISO (Multiple-input Single-output), e 
MIMO (Multiple-input Multiple-output). 
O sistema SISO mostrado na Figura 3(a) utiliza apenas uma 
antena na recepção/transmissão, o SIMO mostrado na Figura 
3(b) utiliza uma antena na transmissão e múltiplas antenas na 
recepção, o sistema MISO mostrado na Figura 3(c) utiliza 
múltiplas antenas na transmissão e apenas uma antena na 
recepção e o sistema MIMO mostrado na Figura 3(d) utiliza 
múltiplas antenas na recepção/transmissão. 
O sistema MIMO permite diferentes ganhos, combate o 
desvanecimento e melhora a confiabilidade do sistema [6], 
além de permitir o aumento das taxas de transmissão sem 
precisar aumentar a potência de transmissão e a largura de 
banda. 
 
 
Fig. 3. Sistemas SISO, SIMO, MISO e MIMO. 
A. CAPACIDADE DO CANAL 
A tecnologia sem fio MIMO (Multiple-input Multiple-
output) provê um aumento significativo na capacidade do 
sistema quando comparado ao SISO (Single-input Single-
output), usando a mesma potência de transmissão e a mesma 
largura de banda. [6] 
Antes de explanar sobre a capacidade do sistema MIMO, é 
importante definir o que é um canal de comunicação. O canal 
de comunicação é o meio físico no qual a informação é 
transmitida, e este é de suma importância nos sistemas de 
comunicação. Tal importânciafaz com que os projetos dos 
sistemas de transmissão e recepção sejam desenvolvidos de 
acordo com o canal em questão. [4] 
A transmissão de sinais como os de telefonia fixa, telefonia 
móvel e sinais de televisão, é realizada através de diversas 
maneiras, tais como: via satélite, por cabo coaxial, por fibras 
ópticas, via rádio enlaces terrestres, entre outros. Cada um 
destes sistemas utiliza canais de comunicação distintos. Os 
sistemas de comunicação podem ser modelados de forma 
básica conforme a Figura 4. [4] 
 
 
 
Fig. 4 – Elementos básicos de um sistema de comunicação 
 
Como o canal é um componente chave de qualquer sistema 
de comunicação, é de extrema importância compreender como 
sua capacidade é determinada. A partir disto poderemos 
demonstrar o aumento significativo na capacidade do canal 
promovido pelo sistema MIMO. 
Todo tipo de canal pode ser descrito como um modelo 
matemático, desenvolvido por Shannon [4], conforme abaixo: 
 







N
S
BC 1log2
 (1) 
 
 
Onde 
NS
 é a relação sinal ruído (SNR) e B é Banda e C 
corresponde à máxima taxa de transmissão sem erros 
suportada pelo canal. 
 
Para aumentar a capacidade do canal sem aumentar a banda, 
basta trabalhar a relação sinal ruído da forma desejada. 
 
1) CAPACIDADE DO SISTEMA SISO 
 
A capacidade de um canal depende diretamente da 
quantidade de antenas na recepção e na transmissão. Para isso 
um sistema dito SISO, mostrado na Figura 3(a), a capacidade 
máxima descrita com base nas deduções de Shannon [5,6], 
pode ser descrita por: 
 
 





 1log||1log 2
2
2 Bh
N
P
BC TSISO
 (2) 
 
Onde 
N
 é a potência do ruído, B é a banda, 
TP
é a potência 
transmitida, h é a função de transferência do canal e  é a SNR 
na antena receptora. 
 
2) CAPACIDADE DO SISTEMA SIMO 
 
Em um sistema SIMO, mostrado na Figura 3(b), temos 
múltiplas antenas na recepção, portanto, pode-se dizer que 
existe diversidade na recepção com 
RN
 antenas. A capacidade 
máxima desse sistema é dada por [5,6]: 
 






 

RN
i
i
T
SIMO h
N
P
BC
1
2
2 ||1log
 (3) 
 
Onde 
ih
é o ganho do canal da antena de transmissão para a 
antena de recepção i. Pode-se notar facilmente que em 
SIMOC
basta aumentar o número de antenas na recepção para 
um aumento na capacidade do canal de comunicação. 
 
3) CAPACIDADE DO SISTEMA MISO 
 
Em um sistema MISO, mostrado na Figura 3(c) temos 
múltiplas antenas na transmissão, apresentando, portanto, 
diversidade na transmissão com 
TN
 antenas. Sendo assim, a 
capacidade máxima desse sistema é dada por [5,6]: 
 






 

RN
i
i
T
T
MISO h
NN
P
BC
1
2
2 ||1log
 (4) 
 
Onde 
ih
representa o ganho de canal de comunicação da 
antena de transmissão i para a antena de recepção. 
Através de (4) pode-se identificar com clareza que a razão 
de 
TT NP /
é a potência total transmitida pelo sistema, que é 
igual ao caso de uma única antena. 
Verifica-se também que com o aumento do número de 
antenas transmissoras ocorre um aumento significativo na 
capacidade do canal de comunicação. 
 
4) CAPACIDADE DO SISTEMA MIMO 
 
Considere um sistema MIMO com
RN
antenas de recepção e 
TN
 antenas de transmissão, mostrado com a Figura 3(d), para 
determinar a matriz de canal H e o vetor ruído n. 
No sistema MIMO, um transmissor envia múltiplos fluxos 
devido às múltiplas antenas de transmissão. Os fluxos de 
transmissão passam por uma matriz de canal, que consiste em 
n caminhos de acordo com o modelo do canal, conforme a 
Figura 5, entre o transmissor e o receptor. Com isso, o receptor 
recebe o sinal pelas múltiplas antenas de recepção e decodifica 
o sinal recebido. 
 
Fig. 5 - MIMO Modelo de canal 
 
Com o modelo de canal da Figura 5 pode-se definir o sinal 
recebido no domínio discreto como [7]: 
 
nHxy 
 (5) 
 
Onde y e x são vetores de transmissão e recepção, 
respectivamente, 
H
é a matriz de canal e 
n
é o vetor ruído. 
 Antes de determinar a capacidade do canal MIMO, deve-se 
considerar a matriz 
Q
 de covariância de vetor do sinal a 
transmitir, que é dada por: 
 
][ HssEQ 
 (6) 
 
Onde, 
[]E
representa a esperança matemática e H é a matriz 
transconjugada da matriz do canal H. 
 Desta forma pode-se dizer que um sistema MIMO com 
TN
antenas de transmissão e 
RN
antenas de recepção tem sua 
capacidade dada por [6]: 
 












 H
T
T
NMIMO HQH
NN
P
IBC
R
detlog2
 (7) 
 
Onde 
RN
I
é a matriz identidade de dimensão 
RRxNN
, H é a 
matriz do canal de dimensão
RRxNN
, 
H
H
é a matriz 
transconjugada do canal H e det (.) a função determinante. 
 
III. VANTAGENS DO SISTEMA MIMO 
Sabe-se que devido aos fenômenos físicos de difração, 
reflexão e espelhamento, o sinal transmitido propaga por 
diferentes trajetos, conforme ilustrado na Figura 6. 
Na recepção há um ganho obtido a partir da combinação da 
energia percebida nas antenas de recepção do sistema, 
utilizando uma técnica chamada ganho de arranjo (técnica na 
qual uma antena é composta por um grupo de elementos 
radiantes iguais, alimentados e dispostos de maneira tal a se 
obter uma combinação desejada de ganho / diagrama de 
radiação), que possibilita o aumento da SNR. 
Com a aplicação do ganho de arranjo as antenas percebem 
diferentes sinais provenientes de vários trajetos, possivelmente 
diferentes e independentes. Uma vez adequado o sinal em cada 
antena receptora, consequentemente ocorre o aumento da 
confiabilidade da transmissão. 
 
Fig. 6 – Múltiplos percursos em sistemas de comunicação sem fio 
 
No sistema proposto de acordo com a Figura 6 o ganho 
pode ser definido em função do número de antenas receptoras 
no sistema. 
Tem-se, em um sistema com uma antena de recepção, ou 
seja, 
Nr1
, a Equação (8): 
 
ynhxnxhy iiiii 
 (8) 
 
Onde 
hhi 
 representa o parâmetro do canal entre o 
receptor e transmissor, 
yyi 
corresponde ao sinal recebido, 
xxi 
 corresponde ao sinal enviado, assumindo que os canais 
estejam corretamente correlacionados. 
A. Diversidade 
Nos sistemas de comunicações sem fio os sinais recebidos 
sofrem algumas alterações aleatórias. Essas alterações são 
conhecidas como desvanecimento. 
O objetivo das técnicas de diversidade é melhorar o sinal 
recebido, para aumentar a confiabilidade do sistema de 
comunicação. 
Tais técnicas combatem os efeitos do desvanecimento, 
sendo as mais conhecidas: diversidade espacial, diversidade 
temporal, diversidade de frequência e diversidade de 
polarização. 
 
1) Diversidade Espacial 
 
A técnica de diversidade espacial normalmente é empregada 
para aumentar o ganho de confiabilidade do sistema. 
Um canal MIMO pode ser comparado a N canais SISO 
dispostos paralelamente, onde todos os canais SISO são 
usados para melhorar o sistema de recuperação da informação 
transmitida. 
Nesta técnica de diversidade espacial a informação é 
transmitida em realizações distintas do canal e é disposta de 
forma a minimizar a probabilidade de erro do sistema na 
recuperação da informação. [5] 
Na diversidade espacial as antenas receptoras são 
fisicamente separadas de forma que os sinais recebidos 
estejam descorrelacionados, conforme a Figura 7. 
Isso possibilita que o sinal enviado para as antenas 
receptoras tenha diferentes formas de desvanecimentos. O 
ganho resultanteda técnica será definido pelo produto entre o 
número de antenas transmissoras e receptoras, cujo 
desempenho ideal ocorre quando estão separadas por uma 
distância de aproximadamente 38% do comprimento de onda. 
[8] 
 
 
 
Fig. 7 – Diversidade Espacial 
 
2) Diversidade Temporal 
 
Nesse tipo de diversidade, réplicas do sinal são enviadas em 
diferentes instantes de tempo, sendo que o intervalo de 
separação entre as réplicas do sinal deve ser superiores ao 
tempo de coerência do canal para que os sinais não estejam 
correlacionados, ou seja, provocando desvanecimentos 
independentes entre as palavras-código. Desta forma, caso 
ocorra um erro na recepção, existe outro sinal com diversidade 
temporal em outro instante de tempo para ser utilizado. [21] 
 
3) Diversidade de Frequência 
 
A diversidade de frequência utiliza o mesmo princípio da 
diversidade temporal, ou seja, réplicas da informação são 
levadas por portadoras distintas e separadas em frequência por 
um valor superior à largura de faixa como mostra a Figura 8, 
para que o sinal não esteja correlacionado entre as réplicas 
obtidas na recepção. Essa técnica se torna interessante quando 
a banda de coerência do canal tem a largura equivalente à 
largura de banda do sinal transmitido. 
Analisando a Figura 8 visualiza-se que o sinal transmitido 
por duas ou mais frequências separadas por certa largura de 
banda f de tal forma que os dois sinais de diversidade 
recebidos não estão correlacionados. Desta maneira, o sistema 
de recepção poderá decidir qual sinal recebido é o menos 
degradado e com isso tem-se aumento na confiabilidade do 
sistema. [21] 
 
 
Fig. 8 – Diversidade de Frequencia 
 
4) Diversidade de Polarização 
 
Nas comunicações sem fio as ondas eletromagnéticas 
podem ser polarizadas de forma horizontal, vertical ou 
circular, ou seja, adotando as polarizações na forma vertical e 
horizontal, os sinais transmitidos com os campos 
eletromagnéticos dessa forma produzem sinais não 
correlacionados entre si. 
Os sinais transmitidos usando antenas com diversidade de 
polarização em ambos os extremos, transmissão e recepção ou 
em ambas as antenas, proveem ganho de confiabilidade ao 
sistema de comunicação, pois desta maneira o sistema de 
recepção poderá decidir entre os sinais recebidos optando pelo 
sinal menos degradado. [21] 
A Figura 9 mostra a disposição das antenas utilizando a 
diversidade de polarização. 
 
 
Fig. 9– Diversidade de Polarização 
B. Multiplexação Espacial 
A Multiplexação Espacial (ME) busca uma visão diferente 
das técnicas de diversidade citadas anteriormente, que visavam 
aumentar confiabilidade do sistema. A ME busca aumentar a 
taxa de transmissão do sistema. Como abordado 
anteriormente, existem vários canais de comunicação SISO 
paralelos formando um sistema MIMO, sendo assim, a ME 
reutiliza os recursos de forma a viabilizar a transmissão de 
elementos distintos no mesmo tempo e na mesma faixa de 
frequência. 
Basicamente, a multiplexação espacial pode ser dividida em 
duas classes diferentes: multiplexação multiusuário, onde os 
fluxos de dados transmitidos por diferentes antenas podem ser 
recebidos por diferentes usuários, conforme a Figura 10(a); e 
multiplexação usuário único, onde diferentes antenas 
transmitem para apenas um único usuário, conforme a Figura 
10(b). 
 
 
Fig. 10 – (a) Multiusuário, (b) Único usuário. 
 
Na multiplexação espacial o sinal que será transmitido é 
dividido em feixes menores nos N canais SISO, formando 
sinais totalmente independentes entre si e desta maneira 
ocupando uma banda menor à que seria utilizada se o mesmo 
sinal tivesse que ser enviado em um único canal. 
As técnicas de multiplexação espacial nos permitem maiores 
taxas de transmissão com a mesma banda, pois utilizam 
múltiplas antenas presentes no sistema. Essas antenas 
proporcionam diferentes canais de propagação, que podem ser 
utilizados em paralelo conforme a Figura 11. [21] 
 
 
Fig. 11 – Multiplexação MIMO. 
 
Com a análise da estrutura da Figura 11 monta-se a matriz H 
que é comparada a um fluxo x, onde 
sHx 
. 
 TNSSSS ...21
, (9) 
 
 

















Rtt
R
NNN
N
HH
HH
H
...
.
.
.
...
1
111
, 
(10) 
 
Sendo assim: 
 TNxxxX ...21
 (11) 
 
De acordo com a Figura 11, supondo um sistema MIMO na 
configuração 
22x
(duas antenas na transmissão e duas antenas 
na recepção) pode-se criar a matriz H (matriz do canal, onde é 
possível identificar os caminhos de propagação criados pelas 
múltiplas antenas do sistema). 
 Dessa forma, é criado o fluxo de bits, que será 
multiplexado e demultiplexado em dois sub-ramos, ou seja, 
utiliza-se apenas a metade da taxa se comparada à de um 
sistema SISO, onde a informação é transmitida 
simultaneamente em cada antena de transmissão. 
Agora podemos afirmar que um sistema MIMO, se 
comparado a um sistema SISO, terá a informação transmitida 
em duas antenas, em dois símbolos diferentes, no mesmo 
instante no tempo. Sendo assim, é possível obter maior taxa de 
transmissão. 
IV. COMPARATIVO ENTRE GANHO DE DIVERSIDADE E GANHO 
DE CAPACIDADE 
O sistema MIMO é capaz de aumentar a confiabilidade com 
as técnicas de diversidade e a capacidade do sistema com os 
ganhos da multiplexação, tornando-se assim um sistema muito 
robusto e confiável, sem qualquer incremento na largura de 
banda e na potência de transmissão do sistema. Entretanto, 
ainda não é possível obter o máximo do ganho de capacidade e 
 
de confiabilidade simultaneamente, necessitando a escolha 
entre estas duas vantagens de acordo com o sistema projetado. 
Assim, existem muitos estudos a fim de conseguir combinar 
a capacidade e a confiabilidade de forma a obter o máximo 
ganho. 
De acordo com Zheng e Tse [9], pode-se tratar o 
compromisso entre a capacidade e a confiabilidade em um 
sistema MIMO. 
Para tratar o compromisso entre capacidade e 
confiabilidade, basta relacionar o ganho de diversidade dado 
por d(r) em função do ganho de capacidade designado por (r), 
em que (
)min(,...,0 , RT NNr 
), onde 
TN
 é o número de 
antenas de transmissão e 
RN
 o número de antenas na 
recepção, sendo assim pode-se determinar a relação entre d(r) 
e r, dada por [9]: 
 
))(()( rNrNrd RT 
 (12) 
 
A Figura 12 ilustra esse compromisso entre o ganho de 
diversidade e o ganho de capacidade considerando a situação 
onde todos os canais estão descorrelacionados. Analisando a 
equação 12 constata-se que para a ausência de ganho de 
capacidade do sistema, o MIMO mostra um ganho de 
diversidade máximo de RT NN , tratando apenas do ganho de 
capacidade este é dado pelo valor 
)min( RT NN
. [9] 
A equação 12 mostra também a dualidade entre os dois 
ganhos. Para serviços de alta confiabilidade, como por 
exemplo, transações bancárias, a ordem de diversidade será 
considerada como prioridade em comparação ao ganho de 
multiplexação. Entretanto, em sistemas que não necessitam de 
tanta confiabilidade, como as WLANs domésticas, 
desconsidera-se a ordem de diversidade, priorizando uma 
maior multiplexação e aumentando a capacidade do sistema 
MIMO, como mostra a Figura 12. [9] 
 
Fig. 12 – Compromisso entre Diversidade e ganho de Capacidade 
V. APLICAÇÕES 
O sistema MIMO será cada vez mais usado em diversos 
setores das telecomunicações. A grande maioria dos sistemas 
que utilizam o MIMO ainda está em desenvolvimento e, em 
alguns casos como o LTE, já estãosendo implantados. 
Dentre todas as tecnologias que utilizam MIMO as 
principais são: Wi-Fi - 802.11n (Wireless Fidelity), WiMAX - 
802.16e (Worldwide Interoperability for Microwave Access), e 
LTE (Long Term Evolution). 
Com o uso do MIMO, o Wi-Fi - 802.11n será capaz de 
alcançar altas taxas de transmissão (por volta de 100 Mbps). 
Além disso, oferecerá maior alcance (por volta de 400 metros 
em ambientes fechados). Outra vantagem é que o MIMO 
mantém a compatibilidade com aparelhos de padrões 
anteriores. [13] 
Com o uso do MIMO na configuração 2x2 (duas antenas na 
transmissão e duas antenas na recepção) combinada com a 
diversidade espacial, o WiMAX - 802.16e, pode obter uma 
maior eficiência na transmissão do sinal. [13] 
O LTE (Long Term Evolution) é um padrão de redes de 
comunicações móveis que está em fase de teste nas operadoras 
no Brasil e já foi inserido nas redes de telecomunicações em 
alguns países. [12] 
A. MIMO-LTE 
O LTE foi priorizado pelas operadoras por manter a 
compatibilidade com o GSM (Global System for Mobile 
Communications) e com o HSDPA (High Speed Downlink 
Packet Access). Por isso, tem-se a expectativa de que será 
muito utilizado, como mostra a Figura 13. Por isto o LTE será 
o foco deste artigo como aplicação do sistema MIMO. [11,13] 
 
 
Fig. 13 – Relação de aceitação dos Sistemas. [13] 
 
 Com o LTE-MIMO tem-se alguns ganhos no sistema, tais 
como: menor latência (diferença de tempo entre o início de um 
evento e o momento em que seus efeitos tornam-se 
perceptíveis), maior taxa de transmissão e maior eficiência 
espectral (razão entre a taxa transmitida e a largura da banda 
ocupada) [13]. 
O LTE é um projeto ambicioso do 3GPP (3rd Generation 
Partnership Project) e é baseado fundamentalmente no 
protocolo TCP/IP. Por isso, oferece uma redução da latência 
[12]. A Figura 14 mostra como é muito menor a latência no 
sistema LTE comparado a outras tecnologias celulares. [13] 
 
Fig. 14 – Latência de diferentes tecnologias. [13] 
 
 O LTE promete altas taxas de downlink e uplink, conforme 
mostra a Tabela 1[13]: 
 
 
Tabela 1 - Categorias de equipamentos LTE 
 
 
A Tabela 1 mostra o ganho que o sistema MIMO 
proporciona ao LTE. Verifica-se que utilizando LTE-MIMO 
2x2 (duas antenas na transmissão e duas antenas na recepção) 
tem-se 70 Mbps, já utilizando o LTE-MIMO 4x4 (quatro 
antenas na transmissão e quatro antenas na recepção) tem-se 
326 Mbps, ou seja, 4,65 vezes maior que a taxa da 
configuração 2x2. 
Para que o LTE consiga alcançar elevadas taxa de downlink 
e uplink, como mostra a Tabela 1, é imprescindível empregar a 
tecnologia MIMO, ou seja, fazer o uso de múltiplas antenas. 
Para suprir o crescimento do consumo de múltiplos serviços 
é extremamente importante ter ótima eficiência espectral. As 
Figuras 15 e 16 mostram uma comparação entre a eficiência 
espectral de diferentes tecnologias sem fio. [13] 
 
 
Fig. 15 – Comparação da eficiência espectral de Downlink. [13] 
 
 
Fig. 16 – Comparação da eficiência espectral de Uplink. [13] 
 
A Figura 15 mostra a eficiência espectral de Downlink. 
Pode-se verificar que o ganho de eficiência para o LTE 
comparando as configurações (2x2 e 4x4) é de 1,6. A Figura 
16 mostra a eficiência espectral de Uplink, que é 1,53 vezes 
maior comparando as configurações (2x2 e 4x4). 
B. MIMO-OFDM 
Contudo, para entender porque a tecnologia LTE possui 
esses ganhos apresentados, é importante entender o conceito 
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) e 
MIMO-OFDM. 
O OFDM é uma técnica de modulação que utiliza a 
multiplexação por divisão de tempo FDM (Frequency 
Division Multiplexing), onde múltiplos sinais são enviados em 
canais de frequência diferentes. [20] 
Nos sistemas FDM as portadoras estão suficientemente 
separadas para poderem ser recebidas utilizando filtros 
convencionais e, por isso, permite-se transmitir vários sinais 
ao mesmo tempo, dentro do mesmo espaço físico, onde cada 
sinal possui uma banda espectral adequada e bem determinada. 
[17] 
OFDM é uma técnica de modulação onde múltiplas 
portadoras são ajustadas para transmitir numa forma paralela, 
resultando em altas taxas de transmissão, ou seja, a ideia 
consiste em dividir os bits em diversos streams (fluxos de 
dados de uma origem para um único receptor que é 
encaminhado por um canal) de taxa menor que serão 
transmitidos por subcanais paralelos. [20] 
Nesse tipo de modulação podem-se transmitir altas taxas de 
bits especialmente em ambientes de multi-percursos. A técnica 
de modulação OFDM é do tipo multiportadora e divide as 
sequências de dados em feixes paralelos de símbolos. Com 
isso cada feixe de símbolos modula uma subportadora. [14,18] 
Temos o sinal de acordo com a Figura 17, adotando um 
pulso gerado na modulação QAM (Quadrature Amplitude 
Modulation) da forma 
)( fTSa
, onde 
 
)(
sin
xSa
x
x

, com 
cruzamentos de zeros em pontos múltiplos de 1/T sendo T a 
duração de um símbolo QAM, mostrado na linda em azul da 
Figura 17 [14,19]: 
 
 
Fig. 17 – Espectro de um sinal QAM, com frequência 1/T. 
 
Adotando um sistema OFDM, temos os sinais entre 
subportadoras ortogonais conforme ilustra a Figura 18[14]: 
 
 
Fig. 18 – Subportadoras de um sinal OFDM. [14] 
 
Na Figura 19 pode-se verificar a diferença entre as 
multiplexações FDM e OFDM, que é o espaçamento entre as 
portadoras. No OFDM é menor, devido ao fato das portadoras 
serem ortogonais entre si. [18] 
 
 
Fig. 19 – Técnica de modulação FDM e OFDM. [18] 
 
A técnica de modulação baseada no conceito de 
multiplexação OFDM pode transformar o canal MIMO em um 
conjunto de subcanais tendo assim a combinação da 
modulação OFDM e MIMO chamado MIMO-OFDM que se 
torna uma poderosa e muito atrativa técnica de acesso, sendo a 
grande promessa dos sistemas de comunicação sem fio em 
estudo. 
As Figuras 20 e 21 apresentam um diagrama de blocos 
simplificado de um sistema de transmissão e recepção do 
MIMO-OFDM. [14,15] 
 
 
Fig. 20 – Sistema simplificado de transmissão MIMO-OFDM. [14] 
 
Na Figura 20 a primeira etapa de codificação de canal é 
aquela na qual os feixes de dados da fonte passam por um 
codificador FEC (Forward Error Correction). Posteriormente, 
os bits de dados codificados são modulados digitalmente 
sendo mapeados em uma constelação e depois irão para o 
codificador MIMO, que irá definir qual antena corresponde ao 
feixe de dados. [14,15] 
 
 
Fig. 21 – Sistema simplificado de recepção MIMO-OFDM. [14] 
 
Na Figura 21 as antenas recebem os símbolos, que passam 
pela primeira etapa que é a sincronização nos domínios da 
frequência e do tempo. Posteriormente, os símbolos OFDM 
serão demultiplexados pela transformada direta de Fourier. 
Em [15], é mostrada a estimativa de canais usando antenas 
em conjunto com o OFDM. Em [14], percebe-se de forma 
completa as diferentes abordagens da estimativa dos canais 
MIMO-OFDM com várias simulações. 
Em suma, o sistema MIMO está sendo usado nas 
tecnologias mais recentes devido aos ganhos de desempenho 
proporcionados, mostrados neste artigo. 
VI. LIMITAÇÕES DO SISTEMA MIMO 
Anteriormente foram mostradas as vantagens do sistema 
MIMO, como ganho de capacidade e confiabilidade. 
Entretanto, para alcançar os ganhos de capacidade ou 
confiabilidade dos sistemas, foram consideradas situações 
ideais. 
Nos sistemas reais dificilmente conseguiremos alcançar 
todos os ganhos mostrados no artigo e, desta forma, o sistema 
deverá ser ajustado de acordo com as dificuldades encontradas 
no projeto. 
A multiplexação espacial, como uma solução convenienteem termos de ganho de capacidade, considerando a somatória 
dos canais diversos independentes, também foi considerada em 
uma situação ideal, porém em uma solução real apresenta 
algumas dificuldades. 
Para este caso é extremamente necessário que as antenas 
estejam completamente descorrelacionadas, situação em que 
na prática é de difícil exercício, pois hoje em dia os 
dispositivos celulares são compactos, o que torna esta prática 
complicada devido à falta de espaço físico. 
Apesar do desenvolvimento de novas tecnologias de acesso 
para aumentar o desempenho do sistema e a capacidade da 
transferência de dados, um obstáculo para os dispositivos 
móveis é a capacidade da bateria, visto que um sistema mais 
robusto e com mais de uma antena precisa de mais energia 
elétrica para trabalhar corretamente. 
VII. CONCLUSÕES 
 Desde a década passada os estudos sobre as técnicas de 
acesso têm acontecido de forma intensa devido à crescente 
demanda por serviços multimídia, mobilidade e serviços 
multiusuários. Devido à mobilidade exigida pelos usuários, 
atualmente as redes sem fio são atrativas, entretanto, as altas 
taxas de transmissão de dados ainda estão disponíveis 
principalmente nas redes cabeadas. 
 
A demanda por altas taxas de dados requer maiores larguras 
de banda, que não são obtidas devido às limitações do espectro 
de frequência, junto às condições adversas de propagação sem 
fio. Sendo assim, as redes de alta transmissão de dados sem fio 
geram um imenso desafio que envolve uma série de problemas 
a serem resolvidos. 
O sistema MIMO apresenta as técnicas de multiplexação 
espacial conforme citado no artigo com o objetivo de 
maximizar a taxa de transmissão de dados através dos vários 
canais SISO que formam o canal MIMO, como mostram 
Zheng e Tse. [9] 
Utilizando o sistema MIMO pode-se obter ganho de 
capacidade, ganho de confiabilidade ou uma combinação de 
ambos conforme mostram as Figuras 12, 14, 15 e 16 e a 
Tabela. 
Os sistemas MIMO são utilizados para solucionar grandes 
problemas de transmissão sem fio devido às vantagens 
mostradas nesse artigo. Com a combinação da técnica de 
modulação OFDM e o MIMO, chamada de MIMO-OFDM, 
pode-se verificar os ganhos dos novos sistemas de transmissão, 
como o LTE. 
O presente artigo mostrou como é disposta a configuração 
das múltiplas antenas do sistema MIMO, suas principais 
vantagens e desvantagens do sistema, apresentando também 
onde está sendo usado o MIMO atualmente como foi mostrado 
para a tecnologia LTE. 
REFERÊNCIAS 
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diz consultoria, VINICIUS AGUIARI, (Agosto, 2001). Disponível: 
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Theory to Pratice: An Overview of MIMO Space-Time Coded Wireless 
Systems," IEEE Journal on Selected Areas On Communications, vol. 21. 
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Models for Wireless MIMO Systems," EURASIP Journal on Wireless 
Communications and Networking, 2007. 
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Folder Monopole Antennas. Departamento de Engenharia Elétrica e 
Eletrônica, Academia de Defesa Nacional, Yokosuka, Japão, 2008. 
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Cambridge University Press, 2005. 
[11] LTE (Long Term Evolution), Instituto Politécnico da Guarda – Redes de 
Computadores. Disponível em: http://lterc.wordpress.com/ 
[12] UMTS, HSDPA, HSUPA e LTE Engenharia de Computação e 
Informação, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), (Agosto, 
2011). Disponível em: 
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TermEvolution).html 
[13] Transition to 4G, 3GPP Broadband Evolution to IMT-Advanced, 
September 2010. 
[14] A Técnica de Transmissão MIMO-OFDM, Ernesto Leite Pinto e 
Claudio Penedo de Albuquerque, junho de 2002, pp. 3- 8. 
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OFDM System with Transmitter Diversity in Mobile Wireless Channels. 
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[16] STUBER, G L.;BARRY, J,; MCLAUGHLIN, S.; Li, Y. (G.); INGRAM, 
M. A.; PRATT, T,; Broadband MIMO-OFDM Wireless 
Communications. Proceedings of the IEEE, vol. 92, issue 2, pp 270- 
294. 
[17] Wikipédia, a enciclopédia livre. (Outubro, 2011). Disponível: 
http://pt.wikipedia.org/wiki/FDM 
[18] Projetos de rede, Seção Artigos. (Outubro, 2011). Disponível: 
http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_multiplexacao_ortogon
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[19] Séries de Fourier, Notas de aula compiladas no dia 6 de Maio de 2003, 
Computação, Engenharia Elétrica e Engenharia Civil. Professor Ulysses 
Sodré, pp 6 -7. 
[20] WPRASAD, R., e VAN NEE, R. – OFDM for Wireless Multimedia 
Communications. Artech House, 2000. 
[21] Haykin, S., “Communitcation Systems”, 3° Edition: John Wiley and 
Sons, Inc.New York, 1994. 
[22] Sistemas de Comunicação Móvel de Terceira Geração, Dayani Adionel 
Guimarães, INATEL. 
 
Carlos Alberto Martins Júnior, (carlos.inatel@gmail.com) nasceu em 
Alfenas, MG, em 25 de Março de 1986. Atualmente está cursando a Pós-
graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações no 
Instituto Nacional de Telecomunicações – INATEL. Possui o título: 
Engenheiro Elétrico com ênfase em Telecomunicações no Instituto Nacional 
de Telecomunicações – INATEL (dez 2009). De 2009 a 2011 trabalhou na 
empresa Vivo, nos setores: O&M de comutação, Engenharia de Transmissão, 
e Desempenho Core CS. Atualmente trabalha na empresa Oi, como Trainne 
Expert, no setor de Desempenho de Rede.