Download or read book Syst mes multi antennes pour diversit et MIMO written by Aliou Diallo and published by . This book was released on 2007 with total page 266 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Pour répondre aux demandes de haut débit exigées par les communications mobiles de dernières générations, une solution consiste à augmenter le nombre d'antennes à l'émission et à la réception de la liaison sans fil. On parle alors de technique MIMO (Multiple Input, Multiple Output). De même, pour réduire les évanouissements des signaux provoqués par l'environnement de propagation multi-trajets, la technique de diversité qui consiste à placer une antenne à l'émission et plusieurs antennes à la réception peut être utilisée. Cependant, l'intégration de plusieurs antennes sur le plan de masse d'un même téléphone portable est un challenge délicat. En effet, à cause du volume restreint de l'appareil, une forte isolation entre antennes doit être atteinte afin de maximiser le gain de diversité et/ou d'accroître la capacité de transmission du système global. Le travail de cette thèse a consisté à montrer qu'il était possible à l'aide d'un effet de neutralisation, d'intégrer deux résonateurs quart d'onde étroitement proches sur un PCB, tout en les maintenant fortement isolés du point de vue électromagnétique et présenter ainsi des efficacités totales très satisfaisantes. Ces résultats étaient cependant obtenus pour deux antennes PIFAs n'opérant pas dans la même bande de fréquence (DCS et UMTS). Ce travail a ensuite été étendu avec la mise en œuvre de la technique de neutralisation pour des systèmes multi-antennes opérant dans la même bande de fréquence UMTS. Plusieurs structures sont réalisées. Leurs performances en diversité et en MIMO sont mesurées dans une chambre réverbérante à Göteborg et dans un environnement réel à Helsinki.

Download or read book Multiantenna Systems for MIMO Communications written by Franco De Flaviis and published by Morgan & Claypool Publishers. This book was released on 2013-08-01 with total page 266 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Advanced communication scenarios demand the development of new systemswhere antenna theory, channel propagation and communication models are seen from a common perspective as a way to understand and optimize the system as a whole. In this context, a comprehensive multiantenna formulation for multiple-input multiple-output systems is presented with a special emphasis on the connection of the electromagnetic and communication principles. Starting from the capacity for amultiantenna system, the book reviews radiation, propagation, and communicationmechanisms, paying particular attention to the vectorial, directional, and timefrequency characteristics of the wireless communication equation for low- and high-scattering environments. Based on the previous concepts, different space—time methods for diversity and multiplexing applications are discussed, multiantenna modeling is studied, and specific tools are introduced to analyze the antenna coupling mechanisms and formulate appropriate decorrelation techniques.Miniaturization techniques for closely spaced antennas are studied, and its fundamental limits and optimization strategies are reviewed. Finally, different practical multiantenna topologies for new communication applications are presented, and its main parameters discussed. A relevant feature is a collection of synthesis exercises that review the main topics of the book and introduces state-of-the art system architectures and parameters, facilitating its use either as a text book or as a support tool for multiantenna systems design. Table of Contents: Principles of Multiantenna Communication Systems / The Radio Channel for MIMO Communication Systems / Coding Theory for MIMO Communication Systems / Antenna Modeling for MIMO Communication Systems / Design of MPAs for MIMO Communication Systems / Design Examples and Performance Analysis of Different MPAs / References / List of Acronyms / List of Symbols / Operators and Mathematical Symbols

Download or read book Mod lisation et tude de la capacit du canal pour un syst me multi antennes avanc exploitant la diversit de polarisation written by Nuttapol Prayongpun and published by . This book was released on 2009 with total page 150 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Depuis quelques années, il y a une exigence accrue quant à la rapidité de transferts d'information, notamment, en raison de la généralisation des applications multimédia sur le système de communication sans fil. Pour y remédier, les chercheurs du laboratoire Bell en 1996 ont proposé une technique d'emploi simultané de réseaux d'antennes en émission et en réception (MIMO). Le canal MIMO est alors constitué par un ensemble de sous-canaux. Grâce à cette technique, le débit et la qualité de transmission peuvent être améliores sans augmenter la puissance de transmission et la bande passante supplémentaires. Cependant, les gains obtenus par ce système peuvent se diminuer en raison de la corrélation entre les sous-canaux du canal MIMO, en particulier, si la séparation entre antennes est limitée et l'étalement angulaire est étroit. Donc, l'objectif des travaux réalisés dans le cadre de cette thèse est de proposer un système MIMO à diversité de polarisation qui permet de réduire la corrélation entre les sous-canaux et en même temps de miniaturiser la taille des réseaux d'antennes. Le travail présenté dans cette thèse est d'abord consacré à la caractérisation et à la modélisation du canal de transmission compte tenu des diverses composantes de polarisation des antennes à trois dimensions. Est traitée également l'étude comparative de la capacité de deux types de systèmes de communication multi-antennes. D'une part, il s'agit du système de communication multi-antennes à polarisation unique : dans ce système, sont exploités des antennes ayant les mêmes polarisations. D'autre part, sont examinés les systèmes à polarisation multiple, à savoir, les systèmes MIMO à double polarisation, à triple polarisation et à sextuple polarisation.

Download or read book MIMO Antenna Systems for 5G and Beyond written by Xiaoming Chen and published by John Wiley & Sons. This book was released on 2024-10-29 with total page 404 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Discover current design practices and performance metrics in this comprehensive guide to the latest methods of developing MIMO antenna systems Multiple-input multiple-output (MIMO) antenna systems use multiple sets of antennas to increase the capacity of a radio link, or to send and receive multiple simultaneous data signals over the same radio channel. It’s become an increasingly integral part of wireless and mobile data networks, from the earliest generations of wireless internet to cutting-edge 5G systems. The coming 6G networks will also rely on 6G antenna systems, making it all the more critical for the next generation of engineers and antenna designers to have a firm grasp of this foundational technology. MIMO Antenna Systems for 5G and Beyond offers a timely introduction to these systems and their design principles. Incorporating the latest designs and a comprehensive overview of current system configurations, it provides complete design procedures and performance metrics for MIMO systems. The result is a one-stop shop for all MIMO applications and wireless standards. MIMO Antenna Systems for 5G and Beyond readers will also find: The first book ever to cover MIMO design practices specific to 5G wireless communications—and beyond Detailed discussion of MIMO configurations including passive, reconfigurable, beamforming, and more Detailed illustrations and design files MIMO Antenna Systems for 5G and Beyond is ideal for practicing engineers, as well as researchers in wireless and radio engineering sectors.

Download or read book MIMO Systems written by Hossein Khaleghi Bizaki and published by BoD – Books on Demand. This book was released on 2011-04-04 with total page 504 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: In recent years, it was realized that the MIMO communication systems seems to be inevitable in accelerated evolution of high data rates applications due to their potential to dramatically increase the spectral efficiency and simultaneously sending individual information to the corresponding users in wireless systems. This book, intends to provide highlights of the current research topics in the field of MIMO system, to offer a snapshot of the recent advances and major issues faced today by the researchers in the MIMO related areas. The book is written by specialists working in universities and research centers all over the world to cover the fundamental principles and main advanced topics on high data rates wireless communications systems over MIMO channels. Moreover, the book has the advantage of providing a collection of applications that are completely independent and self-contained; thus, the interested reader can choose any chapter and skip to another without losing continuity.

Download or read book Conception de syst mes multi antennaires pour techniques de diversit et MIMO written by Ibra Dioum and published by . This book was released on 2013 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La demande de transmissions à débits de plus en plus élevés s'accentue davantage avec l'essor de nouveaux services dans les réseaux de communication sans fils. Pour répondre à cette demande, une solution consiste à augmenter la capacité de transmission du canal radiofréquence entre la station de base et le terminal portatif. Ceci peut être réalisé en augmentant le nombre d'éléments rayonnant impliqués à l'émission et à la réception de cette liaison radiofréquence : on parle alors de technique MIMO (Multiple Input, Multiple Output). Cette thèse porte principalement sur la conception, l'optimisation et la caractérisation de systèmes multi-antennaires pour techniques de diversité et MIMO en bandes LTE (Long Term Evolution). Trois prototypes multi-bandes sont proposés dont deux systèmes planaires et un système d'antennes IFAs compactes. De nouvelles solutions multi-bandes et l'influence de la position de l'antenne sur le plan de masse sont étudiées pour réaliser de la diversité spatiale, de polarisation et de diagramme de rayonnement avec une faible corrélation entre les signaux reçus sur chaque antenne mais surtout une bonne efficacité totale. Une ligne de neutralisation est utilisée pour isoler les antennes et un fonctionnement multi-bande est réalisé. L'impédance d'entrée des antennes est étudiée avec la méthode de Youla & Carlin afin d'améliorer la bande passante de la structure compacte de type IFA. Les performances en diversité et en MIMO de ces systèmes sont évaluées dans différents environnements de propagation. Elles montrent que ces systèmes peuvent être utilisés efficacement pour des applications en diversité et MIMO.

Download or read book Spatial Diversity in MIMO Communication Systems with Distributed Or Co located Antennas written by Jan Mietzner and published by . This book was released on 2007 with total page 338 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt:

Download or read book Recherche des caract ristiques optimales d antennes multi capteurs pour les syst mes MIMO Multiple Input Multiple Output written by Sophie Vergerio and published by . This book was released on 2007 with total page 136 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La technologie MIMO est une solution intéressante pour répondre à l'augmentation des débits liée au développement des services multimédia dans les systèmes de communications sans fil. Elle promet une augmentation linéaire des débits en fonction du nombre d'antennes à l'émission et à la réception en exploitant la diversité du réseau d'antennes et en tirant parti de la propagation multi-trajets. Cette technologie, déjà utilisée dans les réseaux WLAN, rencontre quelques problèmes en téléphonie mobile. En effet, il n'est pas évident d'implanter plusieurs capteurs sur un terminal de taille compatible avec un téléphone mobile tout en conservant de bonnes performances. La proximité des éléments engendre des couplages provoquant des pertes de puissance émise et des déformations de diagramme. Cette thèse présente la conception d'une antenne à deux éléments rayonnants pour téléphone portable suivie d'une étude sur les performances des systèmes MIMO pour la téléphonie mobile dans des conditions réalistes. La conception d'un simulateur de capacité basé sur un modèle de propagation complet a permis de comparer les antennes et leurs caractéristiques en environnement cellulaire urbain dans la bande UMTS

Download or read book Multi antenna Transceiver Techniques for 3G and Beyond written by Ari Hottinen and published by John Wiley & Sons. This book was released on 2004-08-13 with total page 342 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Multi-antenna techniques are widely considered to be the most promising avenue for significantly increasing the bandwidth efficiency of wireless data transmission systems. In so called MIMO (multiple input multiple output) systems, multiple antennas are deployed both at the transmitter and the receiver. In MISO (multiple input single output) systems, the receiver has only one antenna, and the multiple transmit antennas are used for transmit diversity. The key aspects of multiple antenna transceiver techniques for evolving 3G systems and beyond are presented. MIMO and MISO (transmit diversity) techniques are explained in a common setting. In particular, the book covers linear processing transmit diversity methods with and without side information at the transmitter (feedback), including the current transmit diversity concepts in the WCDMA standards, as well as promising MIMO concepts, crucial for future high data rate systems. As an example, MIMO and MISO aspects of 3GPP HSDPA (high speed downlink packet access) will be considered. Furthermore, examples of high throughput, low complexity space-time codes will be provided, when signalling without side information (open loop concepts). The theory of linear space-time block codes will be developed, and optimal non-orthogonal high throughput codes will be constructed, both for MIMO and MISO systems. Performance may be further improved by feedback from receiver to transmitter. The corresponding closed loop modes in the current 3GPP specifications will be discussed, along with their extensions for more than two transmit antennas. In addition, feedback signalling for MIMO channels will be addressed. Optimal quantisation methods of the feedback messages will be discussed. Finally, hybrid schemes are constructed, where the amount of feedback is reduced using partly open, partly closed loop signalling. * Provides a concise and up-to-date description of perhaps the most active area of research in wireless communications * Unique in presenting recent developments in both WCDMA and MIMO * MIMO and MISO techniques are explained in a common setting * Special emphasis is placed on combining theoretical understanding with engineering applicability For Research engineers in academia and industry, and development engineers in 3G system design as well as research students.

Download or read book Architectures de syst mes multi antennes et estimation de canal written by Ahmed Dooguy Kora and published by . This book was released on 2007 with total page 203 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ces travaux portent sur l’étude des systèmes multi-antennes solution fort probable des réseaux sans fil de nouvelle génération. Deux aspects essentiels y sont abordés : le codage spatio-temporel et l’estimation de canal. Après une présentation du décodage STBC, du décodage STTC ainsi que les systèmes en couches en supposant le canal parfaitement connu par le récepteur, différentes méthodes d’estimation de canal sont présentées. Un nouvel algorithme EM d’estimation de canal et de décodage de système turbo Blast OFDM est proposé. Des techniques semi aveugle d’estimation de canal à savoir la méthode des sous espaces et ses variantes puis une nouvelle approche générale d’estimation de canal pour les systèmes MIMO OFDM sont considérées. La diversité coopérative est une alternative des systèmes MIMO. Une introduction aux techniques d’estimation de canal de ces systèmes dits distribués est intégrée dans ce document. Les résultats des diverses simulations permettent d’apprécier les performances de ces algorithmes.

Download or read book Syst me de Transmission Mimo Associ Une Modulation Ofdm written by Dridi-B and published by Omn.Univ.Europ.. This book was released on 2018-02-28 with total page 104 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les systèmes multi antennes MIMO, et notamment les systèmes basés sur le multiplexage spatial, telle l'architecture BLAST doivent cependant respecter bon nombre de contraintes, dont la bande étroite reste la principale. Afin de surmonter ce handicap et d'étendre les possibilités de BLAST, nous avons étudié l'association avec la modulation OFDM. Cette modulation multi porteuses permet en effet de diviser une grande bande de fréquence en de multiples sous bandes contiguës et orthogonales entre elles, évitant ainsi l'interférence entre symboles et autorisant l'utilisation de l'algorithme BLAST initial dans chaque sous-porteuse. L'architecture d'un tel système est largement détaillée, et pour valider le procédé, des simulations sont réalisés sous le logiciel ADS. L'association MIMO-OFDM devrait plaire à nombre d'industriels, qui pourraient y voir entre autre le moyen de supplanter les technologies d'accès multiples actuelles, essentiellement basées sur le CDMA.

Download or read book Massive MIMO written by Hien Quoc Ngo and published by Linköping University Electronic Press. This book was released on 2015-01-16 with total page 69 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: The last ten years have seen a massive growth in the number of connected wireless devices. Billions of devices are connected and managed by wireless networks. At the same time, each device needs a high throughput to support applications such as voice, real-time video, movies, and games. Demands for wireless throughput and the number of wireless devices will always increase. In addition, there is a growing concern about energy consumption of wireless communication systems. Thus, future wireless systems have to satisfy three main requirements: i) having a high throughput; ii) simultaneously serving many users; and iii) having less energy consumption. Massive multiple-input multiple-output (MIMO) technology, where a base station (BS) equipped with very large number of antennas (collocated or distributed) serves many users in the same time-frequency resource, can meet the above requirements, and hence, it is a promising candidate technology for next generations of wireless systems. With massive antenna arrays at the BS, for most propagation environments, the channels become favorable, i.e., the channel vectors between the users and the BS are (nearly) pairwisely orthogonal, and hence, linear processing is nearly optimal. A huge throughput and energy efficiency can be achieved due to the multiplexing gain and the array gain. In particular, with a simple power control scheme, Massive MIMO can offer uniformly good service for all users. In this dissertation, we focus on the performance of Massive MIMO. The dissertation consists of two main parts: fundamentals and system designs of Massive MIMO. In the first part, we focus on fundamental limits of the system performance under practical constraints such as low complexity processing, limited length of each coherence interval, intercell interference, and finite-dimensional channels. We first study the potential for power savings of the Massive MIMO uplink with maximum-ratio combining (MRC), zero-forcing, and minimum mean-square error receivers, under perfect and imperfect channels. The energy and spectral efficiency tradeoff is investigated. Secondly, we consider a physical channel model where the angular domain is divided into a finite number of distinct directions. A lower bound on the capacity is derived, and the effect of pilot contamination in this finite-dimensional channel model is analyzed. Finally, some aspects of favorable propagation in Massive MIMO under Rayleigh fading and line-of-sight (LoS) channels are investigated. We show that both Rayleigh fading and LoS environments offer favorable propagation. In the second part, based on the fundamental analysis in the first part, we propose some system designs for Massive MIMO. The acquisition of channel state information (CSI) is very importantin Massive MIMO. Typically, the channels are estimated at the BS through uplink training. Owing to the limited length of the coherence interval, the system performance is limited by pilot contamination. To reduce the pilot contamination effect, we propose an eigenvalue-decomposition-based scheme to estimate the channel directly from the received data. The proposed scheme results in better performance compared with the conventional training schemes due to the reduced pilot contamination. Another important issue of CSI acquisition in Massive MIMO is how to acquire CSI at the users. To address this issue, we propose two channel estimation schemes at the users: i) a downlink "beamforming training" scheme, and ii) a method for blind estimation of the effective downlink channel gains. In both schemes, the channel estimation overhead is independent of the number of BS antennas. We also derive the optimal pilot and data powers as well as the training duration allocation to maximize the sum spectral efficiency of the Massive MIMO uplink with MRC receivers, for a given total energy budget spent in a coherence interval. Finally, applications of Massive MIMO in relay channels are proposed and analyzed. Specifically, we consider multipair relaying systems where many sources simultaneously communicate with many destinations in the same time-frequency resource with the help of a massive MIMO relay. A massive MIMO relay is equipped with many collocated or distributed antennas. We consider different duplexing modes (full-duplex and half-duplex) and different relaying protocols (amplify-and-forward, decode-and-forward, two-way relaying, and one-way relaying) at the relay. The potential benefits of massive MIMO technology in these relaying systems are explored in terms of spectral efficiency and power efficiency.

Download or read book Wideband Multiband and Smart Antenna Systems written by Mohammad Abdul Matin and published by Springer Nature. This book was released on 2021-09-21 with total page 448 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This book provides current R&D trends and novel approaches in design and analysis of broadband, multiband, and smart antennas for 5G and B5G mobile and wireless applications, as well as the identification of integration techniques of these antennas in a diverse range of devices. The book presents theoretical and experimental approaches to help the reader in understanding the unique design issues and more advanced research. Moreover, the book includes chapters on the fundamentals of antenna theory. The book is pertinent to professionals and researchers working in the field of antenna engineering; it is written for graduate students, researchers, academics, and industry practitioners who want to improve their understanding in the current research trends in design analysis of broadband, multiband, and smart antennas for wireless applications.

Download or read book Etude des syst mes de communication multi antennes written by Mohammad Ali Khalighi and published by . This book was released on 2002 with total page 149 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les systèmes MIMO (Multiple-Inputs Multiple-Outputs) sont connus pour pouvoir fournir des efficacités spectrales très importantes dans un milieu de propagation riche en diffuseurs. Ils peuvent donc être une solution pour la demande croissante de débit dans les systèmes de communication. D'autre part, les techniques de détection itérative sont très prometteuses pour la réduction de l'interférence entre symboles, et font un bon compromis entre complexité et performances. Le travail de recherche présenté dans cette thèse est dédié à l'étude de la capacité des systémes de communication multi-antennes, et en particulier les systèmes MIMO (Multiple-Inputs Multiple-Outputs), ainsi que les techniques de détection itérative. Dans un premier temps nous présentons une étude comparative de la capacité des systèmes multi-antennes dans les conditions de fading de Rayleigh. Nous étudions ensuite la capacité des systèmes MIMO dans les conditions de canal sélectif en fréquence. Puis, nous considérons la répartition optimale de puissance à l'émetteur, la solution Water Filling, et étudions le gain obtenu en capacité par rapport à la répartition uniforme de puissance sur les antennes émettrices. Ensuite, nous étudions la capacité des canaux MIMO avec fading de Rice, et les comparons avec ceux avec fading de Rayleigh. Nous nous intéressons ensuite aux techniques de turbo-détection et turbo-égalisation, et présentons une étude des performances (au sens du taux d'erreur binaire) quand les paramètres tels que le rapport signal à bruit (RSB) et la réponse impulsionnelle du canal ne sont pas parfaitement connus au récepteur. Ces cas sont rencontrés en pratique pour un canal variable en temps. Nous étudions dans un premier temps la sensibilité de différents turbo-détecteurs et turbo-égaliseurs pour un RSB biaisé. Nous proposons également une méthode d'estimation en ligne du RSB au récepteur et montrons la performance obtenue avec cette méthode. Enfin, dans une dernière partie, nous étudions la sensibilité de différents turbo-détecteurs et turbo-égaliseurs aux erreurs d'estimation de canal, et les comparons en terme de dégradation de performance due à ces erreurs.

Download or read book Cell Free Massive MIMO written by Giovanni Interdonato and published by Linköping University Electronic Press. This book was released on 2020-09-09 with total page 75 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: The fifth generation of mobile communication systems (5G) is nowadays a reality. 5G networks are been deployed all over the world, and the first 5G-capable devices (e.g., smartphones, tablets, wearable, etc.) are already commercially available. 5G systems provide unprecedented levels of connectivity and quality of service (QoS) to cope with the incessant growth in the number of connected devices and the huge increase in data-rate demand. Massive MIMO (multiple-input multiple-output) technology plays a key role in 5G systems. The underlying principle of this technology is the use of a large number of co-located antennas at the base station, which coherently transmit/receive signals to/from multiple users. This signal co-processing at multiple antennas leads to manifold benefits: array gain, spatial diversity and spatial user multiplexing. These elements enable to meet the QoS requirements established for the 5G systems. The major bottleneck of massive MIMO systems as well as of any cellular network is the inter-cell interference, which affects significantly the cell-edge users, whose performance is already degraded by the path attenuation. To overcome these limitations and provide uniformly excellent service to all the users we need a more radical approach: we need to challenge the cellular paradigm. In this regard, cell-free massive MIMO constitutes the paradigm shift. In the cell-free paradigm, it is not the base station surrounded by the users, but rather it is each user being surrounded by smaller, simpler, serving base stations referred to as access points (APs). In such a system, each user experiences being in the cell-center, and it does not experience any cell boundaries. Hence, the terminology cell-free. As a result, users are not affected by inter-cell interference, and the path attenuation is significantly reduced due to the presence of many APs in their proximity. This leads to impressive performance. Although appealing from the performance viewpoint, the designing and implementation of such a distributed massive MIMO system is a challenging task, and it is the object of this thesis. More specifically, in this thesis we study: Paper A) The large potential of this promising technology in realistic indoor/outdoor scenarios while also addressing practical deployment issues, such as clock synchronization among APs, and cost-efficient implementations. We provide an extensive description of a cell-free massive MIMO system, emphasizing strengths and weaknesses, and pointing out differences and similarities with existing distributed multiple antenna systems, such as Coordinated MultiPoint (CoMP). Paper B) How to preserve the scalability of the system, by proposing a solution related to data processing, network topology and power control. We consider a realistic scenario where multiple central processing units serve disjoint subsets of APs, and compare the spectral efficiency provided by the proposed scalable framework with the canonical cell-free massive MIMO and CoMP. Paper C) How to improve the spectral efficiency (SE) in the downlink (DL), by devising two distributed precoding schemes, referred to as local partial zero-forcing (ZF) and local protective partial ZF, that provide an adaptable trade-off between interference cancelation and boosting of the desired signal, with no additional front-haul overhead, and that are implementable by APs with very few antennas. We derive closed-form expressions for the achievable SE under the assumption of independent Rayleigh fading channel, channel estimation error and pilot contamination. These closed-form expressions are then used to devise optimal max-min fairness power control. Paper D) How to further improve the SE by letting the user estimate the DL channel from DL pilots, instead of relying solely on the knowledge of the channel statistics. We derive an approximate closed-form expression of the DL SE for conjugate beamforming (CB), and assuming independent Rayleigh fading. This expression accounts for beamformed DL pilots, estimation errors and pilot contamination at both the AP and the user side. We devise a sequential convex approximation algorithm to globally solve the max-min fairness power control optimization problem, and a greedy algorithm for uplink (UL) and DL pilot assignment. The latter consists in jointly selecting the UL and DL pilot pair, for each user, that maximizes the smallest SE in the network. Paper E) A precoding scheme that is more suitable when only the channel statistics are available at the users, referred to as enhanced normalized CB. It consists in normalizing the precoding vector by its squared norm in order to reduce the fluctuations of the effective channel seen at the user, and thereby to boost the channel hardening. The performance achieved by this scheme is compared with the CB scheme with DL training (described in Paper D). Paper F) A maximum-likelihood-based method to estimate the channel statistics in the UL, along with an accompanying pilot transmission scheme, that is particularly useful in line-of-sight operation and in scenarios with resource constraints. Pilots are structurally phase-rotated over different coherence blocks to create an effective statistical distribution of the received pilot signal that can be efficiently exploited by the AP when performing the proposed estimation method. The overall conclusion is that cell-free massive MIMO is not a utopia, and a practical, distributed, scalable, high-performance system can be implemented. Today it represents a hot research topic, but tomorrow it might represent a key enabler for beyond-5G technology, as massive MIMO has been for 5G. La quinta generazione dei sistemi radiomobili cellulari (5G) è oggi una realtà. Le reti 5G si stanno diffondendo in tutto il mondo e i dispositivi 5G (ad esempio smartphones, tablets, indossabili, ecc.) sono già disponibili sul mercato. I sistemi 5G garantiscono livelli di connettività e di qualità di servizio senza precedenti, per fronteggiare l’incessante crescita del numero di dispositivi connessi alla rete e della domanda di dati ad alta velocità. La tecnologia Massive MIMO (multiple-input multiple-output) riveste un ruolo fondamentale nei sistemi 5G. Il principio alla base di questa tecnologia è l’impiego di un elevato numero di antenne collocate nella base station (stazione radio base) le quali trasmettono/ricevono segnali, in maniere coerente, a/da più terminali utente. Questo co-processamento del segnale da parte di più antenne apporta molteplici benefici: guadagno di array, diversità spaziale e multiplazione degli utenti nel dominio spaziale. Questi elementi consentono di raggiungere i requisiti di servizio stabiliti per i sistemi 5G. Tuttavia, il limite principale dei sistemi massive MIMO, così come di ogni rete cellulare, è rappresentato dalla interferenza inter-cella (ovvero l’interferenza tra aree di copertura gestite da diverse base stations), la quale riduce in modo significativo le performance degli utenti a bordo cella, già degradate dalle attenuazioni del segnale dovute alla considerevole distanza dalla base station. Per superare queste limitazioni e fornire una qualità del servizio uniformemente eccellente a tutti gli utenti, è necessario un approccio più radicale e guardare oltre il classico paradigma cellulare che caratterizza le attuali architetture di rete. A tal proposito, cell-free massive MIMO (massive MIMO senza celle) costituisce un cambio di paradigma: ogni utente è circondato e servito contemporaneamente da numerose, semplici e di dimensioni ridotte base stations, denominate access points (punti di accesso alla rete). Gli access points cooperano per servire tutti gli utenti nella loro area di copertura congiunta, eliminando l’interferenza inter-cella e il concetto stesso di cella. Non risentendo più dell’effetto “bordo-cella”, gli utenti possono usufruire di qualità di servizio e velocità dati eccellenti. Sebbene attraente dal punto di vista delle performance, l’implementazione di un tale sistema distribuito è una operazione impegnativa ed è oggetto di questa tesi. Piu specificatamente, questa tesi di dottorato tratta: Articolo A) L’enorme potenziale di questa promettente tecnologia in scenari realistici sia indoor che outdoor, proponendo anche delle soluzioni di implementazione flessibili ed a basso costo. Articolo B) Come preservare la scalabilità del sistema, proponendo soluzioni distribuite riguardanti il processamento e la condivisione dei dati, l’architettura di rete e l’allocazione di potenza, ovvero come ottimizzare i livelli di potenza trasmessa dagli access points per ridurre l’interferenza tra utenti e migliorare le performance. Articolo C) Come migliorare l’efficienza spettrale in downlink (da access point verso utente) proponendo due schemi di pre-codifica dei dati di trasmissione, denominati local partial zero-forcing (ZF) e local protective partial ZF, che forniscono un perfetto compromesso tra cancellazione dell’interferenza tra utenti ed amplificazione del segnale desiderato. Articolo D) Come migliorare l’efficienza spettrale in downlink permettendo al terminale utente di stimare le informazioni sulle condizioni istantanee del canale da sequenze pilota, piuttosto che basarsi su informazioni statistiche ed a lungo termine, come convenzionalmente previsto. Articolo E) In alternativa alla soluzione precedente, uno schema di pre-codifica che è più adatto al caso in cui gli utenti hanno a disposizione esclusivamente informazioni statistiche sul canale per poter effettuare la decodifica dei dati. Articolo F) Un metodo per permettere agli access points di stimare, in maniera rapida, le condizioni di canale su base statistica, favorito da uno schema di trasmissione delle sequenze pilota basato su rotazione di fase. Realizzare un sistema cell-free massive MIMO pratico, distribuito, scalabile e performante non è una utopia. Oggi questo concept rappresenta un argomento di ricerca interessante, attraente e stimolante ma in futuro potrebbe costituire un fattore chiave per le tecnologie post-5G, proprio come massive MIMO lo è stato per il 5G. Den femte generationens mobilkommunikationssystem (5G) är numera en verklighet. 5G-nätverk är utplacerade på ett flertal platser världen över och de första 5G-kapabla terminalerna (såsom smarta telefoner, surfplattor, kroppsburna apparater, etc.) är redan kommersiellt tillgängliga. 5G-systemen kan tillhandahålla tidigare oöverträffade nivåer av uppkoppling och servicekvalitet och är designade för en fortsatt oavbruten tillväxt i antalet uppkopplade apparater och ökande datataktskrav. Massiv MIMO-teknologi (eng: multiple-input multiple-output) spelar en nyckelroll i dagens 5G-system. Principen bakom denna teknik är användningen av ett stort antal samlokaliserade antenner vid basstationen, där alla antennerna sänder och tar emot signaler faskoherent till och från flera användare. Gemensam signalbehandling av många antennsignaler ger ett flertal fördelar, såsom hög riktverkan via lobformning, vilket leder till högre datatakter samt möjliggör att flera användare utnyttjar samma radioresurser via rumslig användarmultiplexering. Eftersom en signal kan gå genom flera olika, möjligen oberoende kanaler, så utsätts den för flera olika förändringar samtidigt. Denna mångfald ökar kvaliteten på signalen vid mottagaren och förbättrar radiolänkens robusthet och tillförlitlighet. Detta gör det möjligt att uppfylla de höga kraven på servicekvalitet som fastställts för 5G-systemen. Den största begränsningen för massiva MIMO-system såväl som för alla cellulära mobilnätverk, är störningar från andra celler som påverkar användare på cellkanten väsentligt, vars prestanda redan begränsas av sträckdämpningen på radiokanalen. För att övervinna dessa begränsningar och för att kunna tillhandahålla samma utmärkta servicekvalitet till alla användare behöver vi ett mer radikalt angreppssätt: vi måste utmana cellparadigmet. I detta avseende utgör cellfri massiv-MIMO teknik ett paradigmskifte. I cellfri massive-MIMO är utgångspunkten inte att basstationen är omgiven av användare som den betjänar, utan snarare att varje användare omges av basstationer som de betjänas av. Dessa basstationer, ofta mindre och enklare, kallas accesspunkter (AP). I ett sådant system upplever varje användare att den befinner sig i centrum av systemet och ingen användare upplever några cellgränser. Därav terminologin cellfri. Som ett resultat av detta påverkas inte användarna av inter-cellstörningar och sträckdämpningen reduceras kraftigt på grund av närvaron av många accesspunkter i varje användares närhet. Detta leder till imponerande prestanda. Även om det är tilltalande ur ett prestandaperspektiv så är utformningen och implementeringen av ett sådant distribuerat massivt MIMO-system en utmanande uppgift, och det är syftet med denna avhandling att studera detta. Mer specifikt studerar vi i denna avhandling: A) den mycket stora potentialen med denna teknik i realistiska inomhus- såväl som utomhusscenarier, samt hur man hanterar praktiska implementeringsproblem, såsom klocksynkronisering bland accesspunkter och kostnadseffektiva implementeringar; B) hur man ska uppnå skalbarhet i systemet genom att föreslå lösningar relaterade till databehandling, nätverkstopologi och effektkontroll; C) hur man ökar datahastigheten i nedlänken med hjälp av två nyutvecklade distribuerade överföringsmetoder som tillhandahåller en avvägning mellan störningsundertryckning och förstärkning av önskade signaler, utan att öka mängden intern signalering till de distribuerade accesspunkterna, och som kan implementeras i accesspunkter med mycket få antenner; D) hur man kan förbättra prestandan ytterligare genom att låta användaren estimera nedlänkskanalen med hjälp av nedlänkspiloter, istället för att bara förlita sig på kunskap om kanalstatistik; E) en överföringsmetod för nedlänk som är mer lämpligt när endast kanalstatistiken är tillgänglig för användarna. Prestandan som uppnås genom detta schema jämförs med en utökad variant av den nedlänk-pilotbaserade metoden (beskrivet i föregående punkt); F) en metod för att uppskatta kanalstatistiken i upplänken, samt en åtföljande pilotsändningsmetod, som är särskilt användbart vid direktvägsutbredning (line-of-sight) och i scenarier med resursbegränsningar. Den övergripande slutsatsen är att cellfri massiv MIMO inte är en utopi, och att ett distribuerat, skalbart, samt högpresterande system kan implementeras praktiskt. Idag representerar detta ett hett forskningsämne, men snart kan det visa sig vara en viktig möjliggörare för teknik bortom dagens system, på samma sätt som centraliserad massiv MIMO har varit för de nya 5G-systemen.

Download or read book tude et optimisation des syst mes multi antennes associ s des modulations multi porteuses written by Vincent Le Nir and published by . This book was released on 2004 with total page 212 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Depuis quelques années, les techniques multi-antennes sont envisagées comme solution potentielle pour augmenter le débit des futurs systèmes de communications sans fils. L'objectif de cette thèse est d'étudier et d'améliorer les techniques d'émission et de réception de ces systèmes MIMO (Multiple Input Multiple Output) dans un contexte multi-porteuses. En effet, l'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), qui permet de transformer un canal sélectif en fréquence en de multiples canaux non sélectifs, est particulièrement bien adapté à la conception de récepteurs MIMO peu complexes. D'autre part, deux techniques permettant d'améliorer l'exploitation de la diversité fréquentielle et/ou temporelle sont associées à l'OFDM, à savoir le précodage linéaire (LP-OFDM) et le CDMA dans un schéma de type MC-CDMA (Multicarrier-Code division Multiplex Access). Nous avons associé le LP-OFDM et le MC-CDMA à deux techniques MIMO ne nécessitant pas de connaissance du canal à l'émission, le codage espace-temps en blocs STBC (Space-Time Block Coding) et le multiplexage spatial. On montre que pour les deux systèmes MIMO MC-CDMA et MIMO LP-OFDM, les diversités spatiales, temporelles et fréquentielles sont efficacement exploitées. L'avantage de l'association avec les STBC orthogonaux est que des récepteurs particulièrement simples peuvent être mis en oeuvre. En effet, pour un système STBC LP-OFDM, un simple égaliseur linéaire MMSE fournit des performances proches de celles obtenues avec un récepteur à maximum de vraisemblance permettant l'utilisation de grandes matrices de précodage. En STBC MC-CDMA, des récepteurs mono-utilisateur conduisent, comme en SISO MC-CDMA, au meilleur compromis performances/complexité. Lorsque le LP-OFDM ou le MC-CDMA sont associés à du multiplexage spatial, le surplus de complexité des récepteurs est inhérent à la gestion de l'interférence multi-antennes. Nous avons démontré que la mise en oeuvre d'un simple récepteur de type MMSE nécessitant l'inversion de la matrice de canal MIMO conduit à de très bonnes performances. Un processus similaire peut également être appliqué pour des STBC non orthogonaux. Associés à un système itératif lors de l'insertion d'un codage de canal à l'émission, tous ces systèmes peuvent atteindre les performances de la borne du filtre adapté proche des performances de la courbe gaussienne en utilisant de simples opérations. Le gain en efficacité spectrale et en performances est à l'avantage des techniques à multiplexage spatial car elles profitent de l'augmentation linéaire de la capacité avec le minimum du nombre d'antennes d'émission et de réception. Le compromis débit/complexité indiquera le choix du système MIMO à associer au LP-OFDM ou au MC-CDMA. Les performances sont étudiées avec ou sans corrélation et sur des canaux théoriques et réalistes.

Download or read book Contribution l tude des syst mes de transmission multi antennes codage spatio temporel et des turbo codes associ s des modulations haute efficacit spectrale written by Lei͏̈la Azizi and published by . This book was released on 2004 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce document de thèse s'attache d'abord à étudier les performances de schémas de codage de type turbo associés à des modulations à hautes efficacité spectrale (MDP8, MAQ16). Nous distinguons principalement les cas d'un entrelacement au niveau de bits et d'un entrelacement au niveau de symboles. Nous détaillons le principe de fonctionnement de chacun des schémas et comparons leurs performances pour des transmissions sur des canaux de Gauss et des canaux de Rayleigh non sélectifs en fréquence. Puis, nous abordons le contexte des transmissions multi-antennes. Un premier chapitre est consacré à l'étude de la capacité des systèmes MIMO et met bien en évidence l'accroissement potentiel très important apporté par ce type d'architecture. Cependant pour bien profiter de la diversité spatiale offerte par les systèmes MIMO, il faut pouvoir en réception éliminer les signaux interférents. Nous proposons et étudions plusieurs techniques depuis la plus simple architecture de type VBLAST jusqu'aux codes spatio-temporels de type STBC ou STTC. En particulier, dans le cadre des codes STBC, nous avons développé un calcul original de borne supérieure très précise, et dans le cadre de l'étude des codes STTC, nous avons proposé un nouveau type de code qui combine l'avantage en diversité des codes STBC avec le gain de codage STTC