Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/23611
Title: Iterative equalization techniques for sub-connected hybrid architectures in the millimeter waveband
Other Titles: Técnicas de equalização iterativa para arquiteturas híbridas sub-conectadas na banda de ondas milimétricas
Author: Mendes, Vasco Manuel Nunes
Advisor: Silva, Adão Paulo Soares da
Castanheira, Daniel Filipe Marques
Keywords: Ondas milimétricas
Sistemas de comunicação móveis
Aplicações móveis
Defense Date: 2017
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: The millimeter wave communications and the use of a massive number of antennas are two promising technologies that being combined allow to achieve the multi Gb/s required by future 5G wireless systems. As this type of systems has a high number of antennas it is impossible to use a fully digital architecture, due to hardware limitations. Therefore, the design of signal processing techniques for hybrid analog-digital architectures is a requirement. Depending on the structure of the analog part the hybrid analog-digital architectures may be fully connected or sub-connected. Although the fully connected hybrid architectures allow to connect all RF chains to any antenna element, they involve a high cost due to its structural and computational complexity. As such, the sub-connected hybrid architectures become more attractive, since either at the hardware level or from the computational point of view they are less demanding. In this dissertation, we propose a hybrid iterative block multiuser equalizer for sub-connected millimeter wave massive MIMO systems. The user terminal transceiver has low-complexity and as such employ a pure analog random precoder, with a single RF chain. For the base station, a sub-connected hybrid analog-digital equalizer is designed to remove the multiuser interference. The hybrid equalizer is optimized using the average bit-error-rate as a metric. Due to the coupling between the RF chains in the optimization problem the computation of the optimal solution is way too complex. To address this problem, we compute the analog part of the equalizer sequentially over the RF chains using a dictionary built from the array response vectors. The proposed sub-connected hybrid iterative multiuser equalizer is compared with a recently proposed fully connected hybrid analog-digital approach and with the fully digital architecture. The results show that the performance of the proposed scheme is close to the fully connected hybrid approach after just a few iterations.
As comunicações na banda das ondas milimétricas e o uso massivo de antenas são duas tecnologias promissoras que, sendo combinadas permitem alcançar elevadas taxas de transmissão, na ordem dos multi Gb/s, exigidas pelos futuros sistemas sem fios da 5G. Como estes sistemas possuem um número elevado de antenas, torna-se impossível o uso de uma arquitetura totalmente digital devido às limitações de hardware. Desta forma, é necessário projetar técnicas de processamento de sinal para arquiteturas híbridas analógico-digitais. Dentro das arquiteturas híbridas, foram propostas duas formas de lidar com a parte analógica, que são, a forma totalmente conectada e a forma sub-conectada. Embora as arquiteturas híbridas totalmente conectadas permitam interligar todas as cadeias RF a qualquer elemento de antena, estas envolvem um elevado custo devido à sua complexidade estrutural e computacional. Assim sendo, as arquiteturas híbridas sub-conectadas tornam-se mais atraentes pois são menos exigentes do ponto de vista computacional, bem como ao nível do hardware. Nesta dissertação, é proposto um equalizador iterativo para um sistema com uma arquitetura hibrida sub-conectada, com múltiplos utilizadores e um número massivo de antenas a operar na banda das ondas milimétricas. Os terminais dos utilizadores têm baixa complexidade e utilizam pré-codificadores aleatórios analógicos puros, cada um com uma única cadeia RF. Para a estação base, projetou-se um equalizador híbrido analógico-digital de arquitectura sub-conectada, para remover a interferência multiutilizador. O equalizador híbrido é otimizado usando a taxa média de erro de bit como métrica. Devido ao acoplamento entre as cadeias de RF no problema de otimização, o cálculo das soluções ótimas possui elevada complexidade. Para ultrapassar este problema, calculou-se a parte analógica de cada cadeia de RF do equalizador de forma sequencial, usando um dicionário construído a partir da resposta do agregado de antenas. Compara-se o equalizador iterativo híbrido para sistemas multiutilizador de arquitectura sub-conectada proposto com uma abordagem híbrida analógica/digital totalmente conectada, recentemente proposta na literatura e com uma arquitetura totalmente digital. Os resultados mostram que o desempenho do esquema proposto aproximasse da abordagem híbrida totalmente conectada após apenas algumas iterações.
Description: Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações
URI: http://hdl.handle.net/10773/23611
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UA - Dissertações de mestrado

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