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Técnicas de pré-codificação para sistemas multicelulares coordenados
Doutoramento em TelecomunicaçõesCoordenação Multicélula é um tópico de investigação em rápido
crescimento e uma solução promissora para controlar a interferência entre
células em sistemas celulares, melhorando a equidade do sistema e
aumentando a sua capacidade. Esta tecnologia já está em estudo no LTEAdvanced
sob o conceito de coordenação multiponto (COMP). Existem
várias abordagens sobre coordenação multicélula, dependendo da
quantidade e do tipo de informação partilhada pelas estações base, através
da rede de suporte (backhaul network), e do local onde essa informação é
processada, i.e., numa unidade de processamento central ou de uma forma
distribuída em cada estação base.
Nesta tese, são propostas técnicas de pré-codificação e alocação de
potência considerando várias estratégias: centralizada, todo o
processamento é feito na unidade de processamento central; semidistribuída,
neste caso apenas parte do processamento é executado na
unidade de processamento central, nomeadamente a potência alocada a
cada utilizador servido por cada estação base; e distribuída em que o
processamento é feito localmente em cada estação base. Os esquemas
propostos são projectados em duas fases: primeiro são propostas soluções
de pré-codificação para mitigar ou eliminar a interferência entre células,
de seguida o sistema é melhorado através do desenvolvimento de vários
esquemas de alocação de potência. São propostas três esquemas de
alocação de potência centralizada condicionada a cada estação base e com
diferentes relações entre desempenho e complexidade. São também
derivados esquemas de alocação distribuídos, assumindo que um sistema
multicelular pode ser visto como a sobreposição de vários sistemas com
uma única célula. Com base neste conceito foi definido uma taxa de erro
média virtual para cada um desses sistemas de célula única que compõem
o sistema multicelular, permitindo assim projectar esquemas de alocação
de potência completamente distribuídos.
Todos os esquemas propostos foram avaliados em cenários realistas,
bastante próximos dos considerados no LTE. Os resultados mostram que
os esquemas propostos são eficientes a remover a interferência entre
células e que o desempenho das técnicas de alocação de potência
propostas é claramente superior ao caso de não alocação de potência. O
desempenho dos sistemas completamente distribuídos é inferior aos
baseados num processamento centralizado, mas em contrapartida podem
ser usados em sistemas em que a rede de suporte não permita a troca de
grandes quantidades de informação.Multicell coordination is a promising solution for cellular wireless systems
to mitigate inter-cell interference, improving system fairness and
increasing capacity and thus is already under study in LTE-A under the
coordinated multipoint (CoMP) concept. There are several coordinated
transmission approaches depending on the amount of information shared
by the transmitters through the backhaul network and where the
processing takes place i.e. in a central processing unit or in a distributed
way on each base station.
In this thesis, we propose joint precoding and power allocation techniques
considering different strategies: Full-centralized, where all the processing
takes place at the central unit; Semi-distributed, in this case only some
process related with power allocation is done at the central unit; and Fulldistributed,
where all the processing is done locally at each base station.
The methods are designed in two phases: first the inter-cell interference is
removed by applying a set of centralized or distributed precoding vectors;
then the system is further optimized by centralized or distributed power
allocation schemes. Three centralized power allocation algorithms with
per-BS power constraint and different complexity tradeoffs are proposed.
Also distributed power allocation schemes are proposed by considering
the multicell system as superposition of single cell systems, where we
define the average virtual bit error rate (BER) of interference-free single
cell system, allowing us to compute the power allocation coefficients in a
distributed manner at each BS.
All proposed schemes are evaluated in realistic scenarios considering LTE
specifications. The numerical evaluations show that the proposed schemes
are efficient in removing inter-cell interference and improve system
performance comparing to equal power allocation. Furthermore, fulldistributed
schemes can be used when the amounts of information to be
exchanged over the backhaul is restricted, although system performance is
slightly degraded from semi-distributed and full-centralized schemes, but
the complexity is considerably lower. Besides that for high degrees of
freedom distributed schemes show similar behaviour to centralized ones
An Overview of Massive MIMO Technology Components in METIS
As the standardization of full-dimension MIMO systems in the Third Generation Partnership Project progresses, the research community has started to explore the potential of very large arrays as an enabler technology for meeting the requirements of fifth generation systems. Indeed, in its final deliverable, the European 5G project METIS identifies massive MIMO as a key 5G enabler and proposes specific technology components that will allow the cost-efficient deployment of cellular systems taking advantage of hundreds of antennas at cellular base stations. These technology components include handling the inherent pilot-data resource allocation trade-off in a near optimal fashion, a novel random access scheme supporting a large number of users, coded channel state information for sparse channels in frequency-division duplexing systems, managing user grouping and multi-user beamforming, and a decentralized coordinated transceiver design. The aggregate effect of these components enables massive MIMO to contribute to the METIS objectives of delivering very high data rates and managing dense populations
Interference mitigation using group decoding in multiantenna systems
fi=vertaisarvioitu|en=peerReviewed
On the Total Energy Efficiency of Cell-Free Massive MIMO
We consider the cell-free massive multiple-input multiple-output (MIMO)
downlink, where a very large number of distributed multiple-antenna access
points (APs) serve many single-antenna users in the same time-frequency
resource. A simple (distributed) conjugate beamforming scheme is applied at
each AP via the use of local channel state information (CSI). This CSI is
acquired through time-division duplex operation and the reception of uplink
training signals transmitted by the users. We derive a closed-form expression
for the spectral efficiency taking into account the effects of channel
estimation errors and power control. This closed-form result enables us to
analyze the effects of backhaul power consumption, the number of APs, and the
number of antennas per AP on the total energy efficiency, as well as, to design
an optimal power allocation algorithm. The optimal power allocation algorithm
aims at maximizing the total energy efficiency, subject to a per-user spectral
efficiency constraint and a per-AP power constraint. Compared with the equal
power control, our proposed power allocation scheme can double the total energy
efficiency. Furthermore, we propose AP selections schemes, in which each user
chooses a subset of APs, to reduce the power consumption caused by the backhaul
links. With our proposed AP selection schemes, the total energy efficiency
increases significantly, especially for large numbers of APs. Moreover, under a
requirement of good quality-of-service for all users, cell-free massive MIMO
outperforms the colocated counterpart in terms of energy efficiency
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