Processing techniques with multiple antennas for the LTE system

Abstract

Performance, mobilidade e partilha podem ser consideras como as três palavras-chave nas comunicações móveis de hoje em dia. Uma das necessidades fundamentais do ser humano é a partilha de experiencias e informação. Com a evolução ao nível do hardware móvel, a crescente popularidade de smartphones, tablets e outros dispositivos moveis, fez com que a exigência em termos de capacidade e taxa de transferência por parte das redes móveis não parasse de crescer. As limitações das redes 3G fizeram com que não conseguissem corresponder a tais exigências e como tal, a transição para uma tecnologia mais robusta e eficiente passou a ser inevitável. A resposta escolhida como solução a longo prazo é a rede designada por LTE, desenvolvida pela organização 3GPP é assumido que será a rede de telecomunicações predominante no futuro. As vantagens mais sonantes são, naturalmente, elevadas taxas de transmissão, maior eficiência espectral, redução da latência e de custos de operação. As principais tecnologias em que o LTE se baseia, são o OFDM e sua variante para múltiplo acesso, OFDMA, usado para o downlink e o SC-FDMA para o uplink. Além disso, usa sistemas com múltiplas antenas para impulsionar a eficiência espectral. Apesar de já implementado em alguns países por diversas operadoras, constantes pesquisas continuam a ser realizadas com o intuito de melhorar a sua performance. Nesta dissertação é proposto um esquema duplo de codificação na frequência e no espaço (D-SFBC) para um cenário baseado em OFDM com 4 antenas de transmissão e duas antenas de recepção (4 × 2 D-SFBC) para o downlink. No cenário considerado, 4 símbolos de dados são transmitidos utilizando unicamente 2 sub-portadoras, fazendo com que, este sistema seja limitado pela interferência. Para de forma eficiente descodificar os símbolos de dados transmitidos, foi desenvolvido um equalizador iterativo no domínio da frequência. Duas abordagens são consideradas: cancelamento da interferência em paralelo (PIC) e sucessivo cancelamento de interferência (SIC). Uma vez que apenas 2 sub-portadoras são usadas para transmitir quatro símbolos de dados em paralelo, o esquema desenvolvido duplica a taxa de dados quando comparado com o esquema 2 × 2 SFBC, especificado no standard do LTE. Os esquemas desenvolvidos foram avaliados sob as especificações para LTE e usando codificação de canal. Os resultados mostram que os esquemas implementados neste trabalho utilizando um equalizador iterativo supera os convencionais equalizadores lineares na eliminação da interferência adicional introduzida, em apenas 2 ou 3 iterações.

Performance, mobility and sharing can be assumed as the three keywords in the mobile communications nowadays. One of the fundamental needs of human beings is to share experiences and information. With the evolution of mobile hardware level, the growing popularity of smartphones, tablets and other mobile devices, has made that the demand in terms of capacity and throughput by mobile networks did not stop growing. Thus, the limitations of 3G stops it of being the answer of such demand, and a transition to a powerful technology has become unavoidable. The answer chosen is LTE, developed by the 3GPP organization is assumed to be the predominant telecommunications network in the future. The most relevant advantages are high transmission rates, higher spectral efficiency, reducing latency and operating costs. The key technologies in which LTE is based, are OFDM and its variant schemes for multiple access, OFDMA, used for downlink, and SC-FDMA for the uplink. It also uses multiple antennas systems in order to improve spectral efficiency. Although already implemented in some countries by several operators, continuous research is conducted in order to improve their performance. In this dissertation it is proposed a double space-frequency block coding (D-SFBC) scheme for an OFDM based scenario with 4 transmit antennas and 2 receive antennas (4×2 D-SFBC) for the downlink. In the considered scenario, 4 data symbols are transmitted by using only 2 subcarriers and thus the system is interference limited. To efficiently decode the transmitted data symbols an iterative equalizer designed in frequency domain is developed. Two approaches are considered: parallel interference cancellation (PIC) and successive interference cancellation (SIC). Since only 2 subcarriers are used to transmit 4 data symbols in parallel the developed scheme achieve the double data rate when compared with the 2×2 SFBC, specified in the LTE standard. The developed schemes were evaluated under the main LTE specifications and using channel coding. The results have show that the schemes implemented in this work using an interactive equalizer outperforms the conventional linear equalizers in the interference removal, just by using 2 or 3 iterations.