Optimization of Spectrum Management in Massive Array Antenna Systems with MIMO

Fifth generation (5G), is being considered as a revolutionary technology in the telecommunication domain whose the challenges are mainly to achieve signal quality and great ability to work with free spectrum in the millimetre waves. Besides, other important innovations are the introduction of a more current architecture and the use of multiple antennas in transmission and reception. Digital communication using multiple input and multiple output (MIMO) wireless links has recently emerged as one of the most significant technical advances in modern communications. MIMO technology is able to offer a large increase in the capacity of these systems, without requiring a considerable increase in bandwidth or power required for transmission. This dissertation presents an overview of theoretical concepts of MIMO systems. With such a system a spatial diversity gain can be obtained by using space-time codes, which simultaneously exploit the spatial domain and the time domain. SISO, SIMO and MISO systems are differentiated by their channel capacity and their configuration in relation to the number of antennas in the transmitter/receiver. To verify the effectiveness of the MIMO systems a comparison between the capacity of SISO and MIMO systems has been performed using the Shannon’s principles. In the MIMO system some variations in the number of antennas arrays have been considered, and the superiority of transmission gains of the MIMO systems have been demonstrated. Combined with millimetre waves (mmWaves) technology, massive MIMO systems, where the number of antennas in the base station and the number of users are large, is a promising solution. SDR implementations have been performed considering a platform with Matlab code applied to MIMO 2x2 Radio and Universal Software Peripheral Radio (USRP). A detailed study was initially conducted to analyze the architecture of the USRP. Complex structures of MIMO systems can be simplified by using mathematical methods implemented in Matlab for the synchronization of the USRP in the receiver side. SISO transmission and reception techniques have been considered to refine the synchronization (with 16-QAM), thus facilitating the future implementation of the MIMO system. OpenAirInterface has been considered for 4G and 5G implementations of actual mobile radio communication systems. Together with the practical MIMO, this type of solution is the starting point for future hardware building blocks involving massive MIMO systems.A quinta geração (5G) está sendo considerada uma tecnologia revolucionária no setor de telecomunicações, cujos desafios são principalmente a obtenção de qualidade de sinal e grande capacidade de trabalhar com espectro livre nas ondas milimétricas. Além disso, outras inovações importantes são a introdução de uma arquitetura mais atual e o uso de múltiplas antenas em transmissão e recepção. A comunicação digital usando ligaçõe sem fio de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO) emergiu recentemente como um dos avanços técnicos mais significativos nas comunicações modernas. A tecnologia MIMO é capaz de oferecer um elevado aumento na capacidade, sem exigir um aumento considerável na largura de banda ou potência transmitida. Esta dissertação apresenta uma visão geral dos conceitos teóricos dos sistemas MIMO. Com esses sistemas, um ganho de diversidade espacial pode ser obtido utilizando códigos espaço-tempo reais. Os sistemas SISO, SIMO e MISO são diferenciados pela capacidade de seus canais e a sua configuração em relação ao número de antenas no emissor/receptor. Para verificar a eficiência dos sistemas MIMO, realizou-se uma comparação entre a capacidade dos sistemas SISO e MIMO utilizado os princípios de Shannon. Nos sistemas MIMO condecideraram-se algumas variações no número de agregados de antenas, e a superioridade dos ganhos de transmissão dos sistemas MIMO foi demonstrada. Combinado com a tecnologia de ondas milimétricas (mmWaves), os sistemas massivos MIMO, onde o número de antenas na estação base e o número de usuários são grandes, são uma solução promissora. As implementações do SDR foram realizadas considerando uma plataforma com código Matlab aplicado aos rádios MIMO 2x2 e Universal Software Peripheral Radio (USRP). Um estudo detalhado foi inicialmente conduzido para analisar a arquitetura da USRP. Estruturas complexas de sistemas MIMO podem ser simplificadas usando métodos matemáticos implementados no Matlab para a sincronização do USRP no lado do receptor. Consideraram-se técnicas de transmissão e recepção SISO para refinar a sincronização (com 16-QAM), facilitando assim a implementação futura do sistema MIMO . Considerou-se o OpenAirInterface para implementações 4G e 5G de sistemas reais de comunicações móveis. Juntamente com o MIMO na pratica, este tipo de solução é o ponto de partida para futuros blocos de construção de hardware envolvendo sistemas MIMO massivos

MIMO demonstrator using FMCOMMS5-EBZ evaluation board

The world is evolving, and globalization has allowed everyone to be connected to everything around us and to be able to communicate over long distances. This means that communication devices need more and more capacity and speed of data transmission. New technologies are emerging, and one of them is MIMO transmission. This transmission allows us to divide a transmission channel between several transmitting antennas and several receiving antennas. Expanding the capacity of the channel and allowing many more transmissions than we could do before.This project will present the methodology for designing the creation of an antenna array in order to create this transmission. At the same time checking that this division of the channel can be done and what limitations it has

On the capacity of printed planar rectangular patch antenna arrays in the MIMO channel: Analysis and measurements

Printed arrays of rectangular patch antennas are analyzed in terms of their MIMO performance using a full-wave channel model. These antennas are designed and manufactured in various array configurations, and their MIMO performance is measured in an indoor environment. Good agreement is achieved between the measurements and simulations performed using the full-wave channel model. Effects on the MIMO capacity of the mutual coupling and the electrical properties of the printed patches, such as the relative permittivity and thickness of the dielectric material, are explored. © 2006 IEEE