Equalization and precoding techniques for future MC-CDMA systems

Abstract

O número de dispositivos com ligações e aplicações sem fios está a aumentar exponencialmente, causando problemas de interferência e diminuindo a capacidade do sistema. Isto desencadeou uma procura por uma eficiência espectral superior e, consequentemente, tornou-se necessário desenvolver novas arquitecturas celulares que suportem estas novas exigências. Coordenação ou cooperação multicelular é uma arquitectura promissora para sistemas celulares sem fios. Esta ajuda a mitigar a interferência entre células, melhorando a equidade e a capacidade do sistema. É, portanto, uma arquitectura já em estudo ao abrigo da tecnologia LTE-Advanced sob o conceito de coordenação multiponto (CoMP). Nesta dissertação, considerámos um sistema coordenado MC-CDMA com pré-codificação e equalização iterativas. Uma das técnicas mais eficientes de pré-codificação é o alinhamento de interferências (IA). Este é um conceito relativamente novo que permite aumentar a capacidade do sistema em canais de elevada interferência. Sabe-se que, para os sistemas MC-CDMA, os equalizadores lineares convencionais não são os mais eficientes, devido à interferência residual entre portadoras (ICI). No entanto, a equalização iterativa no domínio da frequência (FDE) foi identificada como sendo uma das técnicas mais eficientes para lidar com ICI e explorar a diversidade oferecida pelos sistemas MIMO MC-CDMA. Esta técnica é baseada no conceito Iterative Block Decision Feedback Equalization (IB-DFE). Nesta dissertação, é proposto um sistema MC-CDMA que une a pré-codificação iterativa do alinhamento de interferências no transmissor ao equalizador baseado no IB-DFE, com cancelamento sucessivo de interferências (SIC) no receptor. Este é construído por dois blocos: um filtro linear, que mitiga a interferência inter-utilizador, seguido por um bloco iterativo no domínio da frequência, que separa eficientemente os fluxos de dados espaciais na presença de interferência residual inter-utilizador alinhada. Este esquema permite atingir o número máximo de graus de liberdade e permite simultaneamente um ganho óptimo de diversidade espacial. O desempenho deste esquema está perto do filtro adaptado- Matched Filter Bound (MFB).

The number of devices with wireless connections and applications is increasing exponentially, causing interference problems and reducing the system’s capacity gain. This initiated a search for a higher spectral efficiency and therefore it became necessary to develop new cellular architectures that support these new requirements. Multicell cooperation or coordination is a promising architecture for cellular wireless systems to mitigate intercell interference, improving system fairness and increasing capacity, and thus is already under study in LTE-Advanced under the coordinated multipoint (CoMP) concept. In this thesis, efficient iterative precoding and equalization is considered for coordinated MC-CDMA based systems. One of the most efficient precoding techniques is interference alignment (IA), which is a relatively new concept that allows high capacity gains in interfering channels. It is well known that for MC-CDMA systems standard linear equalizers are not the most efficient due to residual inter carrier interference (ICI). However, iterative frequency-domain equalization (FDE) has been identified as one of the most efficient technique to deal with ICI and exploit the inherent space-frequency diversity of the MIMO MC-CDMA systems, namely the one based on Iterative Block Decision Feedback Equalization (IB-DFE) concept. In this thesis, it is proposed a MC-CDMA system that joins iterative IA precoding at the transmitter with IB-DFE successive interference cancellation (SIC) based receiver structure. The receiver is implemented in two steps: a linear filter, which mitigates the inter-user aligned interference, followed by an iterative frequency-domain receiver, which efficiently separates the spatial streams in the presence of residual inter-user aligned interference. This scheme provides the maximum degrees of freedom (DoF) and allows almost the optimum space-diversity gain. The scheme performance is close to the matched filter bound (MFB).