XIMENES, L. R. MIMO channel modeling and estimation: application of spherical harmonics and tensor decompositions. 2011. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-06-19T11:58:27Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_lrximenes.pdf: 12068413 bytes, checksum: 9ff78e05c1f1f9478195c9613fd207ed (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-06-23T17:54:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_lrximenes.pdf: 12068413 bytes, checksum: 9ff78e05c1f1f9478195c9613fd207ed (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-23T17:54:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_lrximenes.pdf: 12068413 bytes, checksum: 9ff78e05c1f1f9478195c9613fd207ed (MD5) Previous issue date: 2011-10-27 / In the last two decades, multiple input multiple output (MIMO) wireless systems have been subject of intense research due to the theoretical promise of the proportional increase of the communications channel capacity as the number of antennas increases. This outstanding property supposes an efficient use of spatial diversity at both the transmitter and receiver. An important and not well explored path towards improving MIMO system performance using spatial diversity takes into account the interactions among the antennas and the (physical) propagation medium. By understanding these interactions, the transmit and receive antenna arrays can be designed to best “match” the propagation medium so that the link quality and capacity can be further improved in a MIMO system. In this work, we consider the use of spherical harmonics and tensor decompositions in the problem of MIMO channel modeling and estimation. The use of spherical harmonics allows to represent the radiation patterns of antennas in terms of coefficients of an expansion, thus decoupling the transmit and receive antenna array responses from the physical propagation medium. By translating simple propagation-motivated channel models with polarization information into the spherical harmonics domain, we study how propagation parameters themselves and antenna configurations affect MIMO performance in terms of capacity and correlation. A second part of this work addresses the problem of estimating directional MIMO channels in the spherical harmonics domain using tensor decompositions. Considering both single-scattering and double-scattering propagation scenarios, we make use of the parallel factor (PARAFAC) and PARATUCK-2 decompositions, respectively, to estimate the propagating spherical modes, from which the directions of arrival (DoA) and directions of departure (DoD) can be extracted. Finally, we propose and compare two methods for optimizing the coefficients of the spherical harmonics expansion of an antenna array for a prespecified MIMO channel response / Nas últimas décadas, sistemas de comunicação sem fio de múltiplas antenas (MIMO - Multiple Input Multiple Output) têm sido objetos de intensas pesquisas devido à promessa teórica do aumento proporcional da capacidade com o aumento do número de antenas. Esta propriedade excepcional supõe um uso eficiente da diversidade espacial no transmissor e receptor. Um caminho importante e não bem explorado no sentido de melhorar o desempenho de sistemas MIMO usando diversidade espacial leva em conta a interação entre as antenas e meio de propagação (físico). Através da compreensão dessas interações, arranjos de antenas de recepção e transmissão podem ser projetados para melhor "casar" com o meio de propagação, tal que a qualidade do link de comunicação e capacidade possam ser melhoradas em um sistema MIMO. Neste trabalho, consideramos o uso de harmônicos esféricos e decomposições tensoriais no problema de modelagem de canal MIMO e estimação. O uso de harmônicos esféricos permite representar os padrões de radiação de antenas em termos de coeficientes de uma expansão, assim desacoplando as respostas dos arranjos de antenas (transmissoras e receptoras) do meio de propagação física. Traduzindo modelos simples de canais baseados em propagação, com informações de polarização, para o domínio dos harmônicos esféricos, estudamos como os parâmetros de propagação si e configurações específicas de antenas afetam o desempenho do sistema MIMO em termos de capacidade e de correlação. A segunda parte deste trabalho aborda o problema de estimar canais direcionais MIMO no domínio dos harmônicos esféricos usando decomposições por tensores. Considerando tanto cenos de espalhamento simples e de duplo espalhamento, fazemos uso das decomposições PARAFAC e PARATUCK2, respectivamente, para estimar os modos esféricos propagantes, a partir das quais as direções de chegada (DoA) e as direções de saída (DoD) podem ser extraídas. Finalmente, propomos e comparamos dois métodos de otimização dos coeficientes da expansão em harmônicos esféricos de arranjos de antenas para respostas de canais MIMO pré-especificados