Iterative space-frequency equalization techniques for LTE

Abstract

Mobile communications had a huge leap on its evolution in the last decade due to the constant increase of the user requirements. The Long Term Evolution is the new technology developed to give proper answer to the needs of a growing mobile communications community, offering much higher data rates, better spectral efficiency and lower latency when compared to previous technologies, along with scalable bandwidth, interoperability and easy roaming. All these advantages are possible due to the implementation of new network architectures like the E-UTRAN access network and the EPC core network, the use of MIMO systems, and new multiple access schemes: OFDMA for downlink and SC-FDMA for uplink. This thesis focuses on the uplink communication of this technology with SC-FDMA, specifically on the use of Iterative Block Decision Feedback Equalizers (IB-DFE) where both the feedback and the feedforward equalizer matrices are applied on the frequency domain. Two IB-DFE schemes were implemented using both Parallel Interference Cancellation (PIC) and Serial Interference Cancellation (SIC) based processing. We considered the uplink scenario where some users share the same physical channel to transmit its own information to the Base Station (BS). Also, we consider that the BS is equipped with multiple antennas and the user terminals (UT) with a single antenna. The aim of the studied iterative schemes is to efficiently remove both the multi-user and inter-carrier interferences, while allowing a close-to-optimum space-diversity gain. The results obtained showed that both PIC and SIC implementations presented better performance than the conventional used linear multi-user sub optimal equalizers ZF and MMSE. Both solutions efficiently eliminate the multi-user interference, although the SIC based scheme slightly outperforms the PIC approach, with a performance close to the one achieved by the Matched Filter Bound (MFB).

As comunicações móveis tiveram um grande avanço na sua evolução na última década devido ao constante aumento dos requisitos dos utilizadores. O Long Term Evolution é a nova tecnologia desenvolvida para dar resposta às necessidades de uma crescente comunidade de comunicações móveis, oferecendo taxas de transmissão de dados muito mais elevadas, melhor eficiência espectral e menor latência quando comparado a tecnologias anteriores, incluindo também largura de banda escalável, interoperabilidade e roaming simples. Todas estas vantagens são possíveis devido à implementação de novas arquiteturas de rede, como a rede de acesso E-UTRAN e a rede core EPC, o uso de sistemas MIMO, e novos esquemas de múltiplo acesso: OFDMA para o downlink e SC-FDMA para o uplink. Esta tese centra-se na comunicação no sentido ascendente desta tecnologia onde o esquema utilizado é o SC-FDMA, mais especificamente na aplicação de Iterative Block Decision Feedback Equalizers (IB-DFE) onde tanto a matriz de feedback como a de feedfoward do equalizador são aplicadas no domínio da frequência. Dois esquemas IB-DFE foram implementados utilizando processamento baseado em cancelamento de interferência em paralelo (PIC) e em serie (SIC). Foi considerado um cenário ascendente onde alguns utilizadores (UEs) partilham o mesmo canal físico para transmitir a sua informação para a Estação Base (BS). È também assumido que a BS está equipada com múltiplas antenas, e os terminais dos utilizadores com uma antena apenas. O objetivo dos esquemas iterativos estudados é remover eficientemente a interferência entre utilizadores e entre portadoras, permitindo entretanto um ganho de diversidade no espaço quase ótimo. Os resultados obtidos mostraram que tanto a implementação PIC como a SIC apresentam melhor eficiência do que os habituais equalizadores lineares sub ótimos ZF e MMSE. Ambas as soluções eliminam a interferência entre utilizadores, embora o esquema SIC apresente um melhor desempenho que o PIC, aproximando- se do atingido com o Matched Filter Bound (MFB).