1 |
[en] ON MIMO COMMUNICATIONS SYSTEMS WITH 1-BIT QUANTIZATION AND COMPARATOR NETWORKS AT THE RECEIVER / [pt] SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO MIMO COM QUANTIZAÇÃO DE 1-BIT E REDES COMPARADORAS NO RECEPTORANA BEATRIZ LOUREIRO B FERNANDES 09 August 2021 (has links)
[pt] Os sistemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO) empregam
um número crescente de antenas, o que leva a relevantes consumo de energia
e custo de hardware dos front-ends correspondentes. Nesse contexto,
o uso de conversores analógico-digitais (ADCs) de baixa resolução é promovido
como uma solução promissora para este problema. Neste estudo
consideramos um receptor MIMO de baixa resolução que implica que os
sinais recebidos são processados simultaneamente pelos 1-bit ADCs e pela
rede comparadora. Os sinais de entrada da rede comparadora podem vir
de antenas diferentes, de modo que a extensão da rede comparadora pode
ser interpretada como canais virtuais com saídas binárias. Com base nesses
receptores MIMO de baixa resolução, desenvolvemos um estimador de canal
e detector lineares de baixa resolução baseados no critério de mínimo erro
médio quadrático (LRA-LMMSE) de acordo com o teorema de Bussgang.
Duas redes de comparação são propostas, nomeadas, redes total e parcialmente
conectadas. Também desenvolvemos uma rede parcialmente conectada
baseada em busca gananciosa que usa muito menos comparadores para
obter um desempenho bem próximo ao da rede totalmente conectada. Os
resultados numéricos mostram que adicionar canais virtuais pode ser melhor
do que adicionar canais físicos extras que correspondem a antenas de
recepção adicionais em termos de taxa de erro de bit (BER). Além disso,
ao empregar o estimador de canal proposto e seu erro de estimativa correspondente,
construímos um limite inferior na taxa de soma ergódica para o
receptor LRA-MMSE. Os resultados de simulação mostram que os sistemas
com a proposta sistemas MIMO auxiliados por rede com quantização de
1-bit no receptor superam o convencional sistema MIMO de 1-bit em termos
de desempenho de BER e erro quadrático médio (MSE). Além disso,
as simulações numéricas confirmam uma vantagem significativa em termos
de taxa de soma para o sistema proposto. / [en] Multiple-input multiple-output (MIMO) systems employs an increasing
number of antennas, which leads to relevant energy consumption and hardware
cost of the corresponding front ends. In this context, the use of lowresolution
analog to digital converters (ADCs) is promoted as a promising
solution to this problem. In this study we consider a low-resolution MIMO
receiver which implies that the received signals simultaneously are processed
by the 1-bit ADCs and the comparator network. The input signals for the
comparator network can come from different antennas, such that the comparator
network extension can be interpreted as virtual channels with binary
outputs. Based on such low-resolution MIMO receivers, we develop
low-resolution aware linear minimum mean-squared error (LRA-LMMSE)
channel estimator and detector according to the Bussgang theorem. Two
comparator networks are proposed, namely, fully and partially connected
networks. We also devise a greedy search-based partially connected network
that can use much less comparators to approach the performance of the
fully connected network. Numerical results shows that adding virtual channels
can be better than adding extra physical channels which corresponds
to additional receive antennas in terms of bit error rate (BER). Furthermore,
by employing the proposed channel estimator and its corresponding
estimation error, we build up a lower bound on the ergodic sum rate for
the LRA-LMMSE receiver. Simulation results show that the systems with
the proposed network-aided MIMO systems with 1-bit quantization at the
receiver outperforms the conventional 1-bit MIMO system in terms of BER
and mean-square error (MSE) performances. Moreover, numerical simulations
confirm a significant advantage in terms of sum rate for the proposed
system.
|
2 |
[en] DISCRETE PRECODING AND ADJUSTED DETECTION FOR MULTIUSER MIMO SYSTEMS WITH PSK MODULATION / [pt] PRECODIFICAÇÃO DISCRETA E DETECÇÃO CORRESPONDENTE PARA SISTEMAS MIMO MULTIUSUÁRIO QUE UTILIZAM MODULAÇÃO PSKERICO DE SOUZA PRADO LOPES 10 September 2021 (has links)
[pt] Com um número crescente de antenas em sistemas MIMO, o consumo de
energia e os custos das interfaces de rádio correspondentes tornam-se relevantes.
Nesse contexto, uma abordagem promissora é a utilização de conversores
de dados de baixa resolução. Neste estudo, propomos dois novos
pré-codificadores ótimos para a sinais de envelope constante e quantização
de fase. O primeiro maximiza a distância mínima para o limite de decisão
(MMDDT) nos receptores, enquanto o segundo minimiza o erro médio
quadrático entre os símbolos dos usuários e o sinal de recepção. O design
MMDDT apresetado nesse estudo é uma generalização de designs anteriores
que baseiam-se em quantização de 1-bit. Além disso, ao contrário do
projeto MMSE anterior que se baseia na resolução de 1-bit, a abordagem
proposta emprega quantização de fase uniforme e a etapa de limite no método
branch-and-bound é diferente em termos de considerar o relaxamento
mais restritivo do problema não convexo, que é então utilizado para um
design sub ótimo também. Além disso, três métodos diferentes de detecção
suave e um esquema iterativo de detecção e decodificação que permite
a utilização de codificação de canal em conjunto com pré-codificação de
baixa resolução são propostos. Além de uma abordagem exata para calcular
a informação extrínseca, duas aproximações com reduzida complexidade
computacional são propostas. Os algoritmos propostos de pré-codificação
branch-and-bound são superiores aos métodos existentes em termos de taxa
de erro de bit. Resultados numéricos mostram que as abordagens propostas
têm complexidade significativamente menor do que a busca exaustiva.
Finalmente, os resultados baseados em um código de bloco LDPC indicam
que os esquemas de processamento de recepção geram uma taxa de erro de
bit menor em comparação com o projeto convencional. / [en] With an increasing number of antennas in multiple-input multiple-output (MIMO) systems, the energy consumption and costs of the corresponding front ends become relevant. In this context, a promising approach is the consideration of low-resolution data converters. In this study two novel optimal
precoding branch-and-bound algorithms constrained to constant envelope signals and phase quantization are proposed. The first maximizes the minimum distance to the decision threshold (MMDDT) at the receivers, while the second minimizes the MSE between the users data symbols and the receive signal. This MMDDT design presented in this study is a generalization of prior designs that rely on 1-bit quantization. Moreover, unlike the prior MMSE design that relies on 1-bit resolution, the proposed MMSE approach employs uniform phase quantization and the bounding step in the branch-and-bound method is different in terms of considering the most restrictive relaxation of the nonconvex problem, which is then utilized for
a suboptimal design also. Moreover, three different soft detection methods and an iterative detection and decoding scheme that allow the utilization of channel coding in conjunction with low-resolution precoding are proposed. Besides an exact approach for computing the extrinsic information, two approximations with reduced computational complexity are devised. The proposed branch-and-bound precoding algorithms are superior to the existing methods in terms of bit error rate. Numerical results show that the proposed approaches have significantly lower complexity than exhaustive search. Finally, results based on an LDPC block code indicate that the proposed receive processing schemes yield a lower bit-error-rate compared
to the conventional design.
|
Page generated in 0.022 seconds