Cancelamento de interferência em sistemas celulares distribuídos

Doutoramento em Engenharia ElectrotécnicaO tema principal desta tese é o problema de cancelamento de interferência para sistemas multi-utilizador, com antenas distribuídas. Como tal, ao iniciar, uma visão geral das principais propriedades de um sistema de antenas distribuídas é apresentada. Esta descrição inclui o estudo analítico do impacto da ligação, dos utilizadores do sistema, a mais antenas distribuídas. Durante essa análise é demonstrado que a propriedade mais importante do sistema para obtenção do ganho máximo, através da ligação de mais antenas de transmissão, é a simetria espacial e que os utilizadores nas fronteiras das células são os mais bene ciados. Tais resultados são comprovados através de simulação. O problema de cancelamento de interferência multi-utilizador é considerado tanto para o caso unidimensional (i.e. sem codi cação) como para o multidimensional (i.e. com codi cação). Para o caso unidimensional um algoritmo de pré-codi cação não-linear é proposto e avaliado, tendo como objectivo a minimização da taxa de erro de bit. Tanto o caso de portadora única como o de multipla-portadora são abordados, bem como o cenário de antenas colocadas e distribuidas. É demonstrado que o esquema proposto pode ser visto como uma extensão do bem conhecido esquema de zeros forçados, cuja desempenho é provado ser um limite inferior para o esquema generalizado. O algoritmo é avaliado, para diferentes cenários, através de simulação, a qual indica desempenho perto do óptimo, com baixa complexidade. Para o caso multi-dimensional um esquema para efectuar "dirty paper coding" binário, tendo como base códigos de dupla camada é proposto. No desenvolvimento deste esquema, a compressão com perdas de informação, é considerada como um subproblema. Resultados de simulação indicam transmissão dedigna proxima do limite de Shannon.This thesis focus on the interference cancellation problem for multiuser distributed antenna systems. As such it starts by giving an overview of the main properties of a distributed antenna system. This overview includes, an analytical investigation of the impact of the connection of additional distributed antennas, to the system users. That analysis shows that the most important system property to reach the maximum gain, with the connection of additional transmit antennas, is spatial symmetry and that the users at the cell borders are the most bene ted. The multiuser interference problem has been considered for both the one dimensional (i.e. without coding) and multidimensional (i.e. with coding) cases. In the unidimensional case, we propose and evaluate a nonlinear precoding algorithm for the minimization of the bit-error-rate, of a multiuser MIMO system. Both the single-carrier and multi-carrier cases are tackled as well as the co-located and distributed scenarios. It is demonstrated that the proposed scheme can be viewed as an extension of the well-known zero-forcing, whose performance is proven to be a lower bound for the generalized scheme. The algorithm was validated extensively through numerical simulations, which indicate a performance close to the optimal, with reduced complexity. For the multi-dimensional case, a binary dirty paper coding scheme, base on bilayer codes, is proposed. In the development of this scheme, we consider the lossy compression of a binary source as a sub-problem. Simulation results indicate reliable transmission close to the Shannon limit

Minimum bit error rate nonlinear precoding for multiuser MIMO and high SNR

This manuscript focuses on the minimization of the bit-error-rate in the high signal to noise ratio regime, for the downlink of a multiuser MIMO channel with N transmit antennas and K single antenna users. In the design of such a precoder the knowledge of the transmitted data and full channel state information at the transmitter are assumed. It is shown that, in the high signal to noise regime, the problem simplifies from a constrained quadratic nonlinear optimization to a single quadratic program, allowing to reduce the complexity. This quadratic problem is equivalent to maximize the minimum distance between the user received symbols and corresponding decision boundaries. The proposed algorithm selects and inverts part of the correlation matrix, unlike the zero-forcing where full inversion is required. This leads to a better performance as the selection allows us to get a better conditioned matrix. Also, this allows us to treat zero-forcing as a special case of the algorithm. The results show that the algorithm achieves a performance close to the optimum, with much lower complexity. © 2011 Elsevier B.V. All rights reserved