Dans cette thèse, nous avons développé de nouveaux cadres d'analyse pour analyser et optimiser les futurs réseaux cellulaires à l'aide de la géométrie stochastique et des processus ponctuels. Cette thèse fournit quatre contributions techniques principales.Nous analysons d’abord les réseaux émergents capables de communiquer en utilisant la lumière plutôt que les ondes radio. Dans ce contexte, nous proposons un cadre analytique innovant qui nous permet d’estimer la probabilité de couverture et le débit moyen des réseaux distribués dans l’espace, qui sont utilisés pour mieux comprendre l’optimisation du système.Deuxièmement, nous proposons une méthodologie innovante pour modéliser des réseaux cellulaires spatialement corrélés en utilisant des processus ponctuels non homogènes. L'approche proposée est testée par rapport au déploiement pratique de réseaux cellulaires et s'est révélée pratique et précise. Il est appliqué à l'analyse des réseaux de communication à lumière visible et l'impact de la corrélation spatiale est étudié.Troisièmement, nous abordons le problème ouvert de la modélisation de réseaux cellulaires MIMO massifs. Nous étudions les réseaux cellulaires montants et descendants et proposons de nouvelles limites supérieures et inférieures pour l'efficacité spectrale moyenne, ce qui nous permet d'identifier le nombre optimal d'utilisateurs à desservir dans chaque cellule du réseau et l'impact de plusieurs paramètres clés du système.Quatrièmement, nous présentons et analysons les performances d'un nouvel algorithme de planification prenant en compte les interférences pour une application sur la liaison montante des réseaux cellulaires. L’approche proposée consiste à assourdir certains utilisateurs afin de réduire le niveau d’interférence. La performance réalisable et l'équité utilisateur de l'approche proposée sont discutées et quantifiées analytiquement. / In this thesis, we have developed new analytical frameworks for analyzing and optimizing future cellular networks with the aid of stochastic geometry and point processes. This thesis provides four main technical contributions.First, we analyze emerging networks that can communicate by using light instead of radio waves. In this context, we propose an innovative analytical framework that allows us to estimate the coverage probability and the average rate of spatially distributed networks, which are used to gain insight for system optimization.Second, we propose an innovative methodology for modeling spatially correlated cellular networks by using inhomogeneous point processes. The proposed approach is tested against practical deployment of cellular networks and found to be tractable and accurate. It is applied to the analysis of visible light communication networks, and the impact of spatial correlation is studied.Third, we tackle the open problem of modeling Massive MIMO cellular networks. We study uplink and downlink cellular networks and propose new upper and lower bounds for the average spectral efficiency, which allow us to identify the optimal number of user to serve in each cell of the network and the impact of several key system parameters.Fourth, we introduce and analyze the performance of a new interference-aware scheduling algorithm for application to the uplink of cellular networks. The proposed approach is based on muting some users in order to reduce the level of interference. The achievable performance and the user-fairness of the proposed approach are discussed and quantified analytically.

Die vorliegende Arbeit ist der analytischen Untersuchung und Weiterentwicklung von Methoden und Schaltungen zur Einstellung der Signalphase und -amplitude gewidmet. Hierbei wird zum Ziel gesetzt, die Leistungsfähigkeit dieser Schaltungen als analoge Hochfrequenz-Baugruppen in Empfangs- und Sendeschaltkreisen mit einem vergleichbaren oder geringerem schaltungstechnischen Aufwand und Strombedarf zu verbessern und dies anhand von Implementierungsbeispielen zu bestätigen. Die Dämpfungsglied-Topologien , T, überbrücktes T und X werden modelliert und hinsichtlich der Phasenbeeinflussung analysiert, sodass eine Bewertung ihrer Eignung durchgeführt werden kann. Weiterhin wird ein innovativer Ansatz zur Linearisierung der Steuerkennlinie vorgestellt und mit Hilfe einer Beispielschaltung mit einem Phasenfehler von 3 ° und einem Steuerlinearitätsfehler von 0,35 dB innerhalb der 1 dB Grenzfrequenz und einem Steuerbereich von 20 dB nachgewiesen. Die Arbeit bietet darüber hinaus eine analytische Betrachtung zu aktiven steuerbaren Verstärkern, welche die besondere Eignung der Gilbert-Zelle aufzeigt und eine geeignete Ansteuerschaltung ableitet. Am Beispiel nach diesem Prinzip entworfener Schaltkreise werden Phasenfehler von nur 0,4 ° innerhalb eines besonders hohen Stellbereichs von 36 dB demonstriert, wodurch eine Vergrößerung des Stellbereichs um den Faktor 4 und eine Verbesserung des Phasenfehlers um den Faktor 2 im Vergleich zum Stand der Technik erreicht wurde. Es wird der Zirkulator-Phasenschieber maßgeblich durch eine neuartige geeignete Ansteuerung verbessert. Damit werden die sonst für die Amplitudenbeeinflussung im Wesentlichen verantwortlichen Varaktoren überflüssig, ohne dabei den schaltungstechnischen Aufwand zu erhöhen. Eine Messung der entsprechenden Schaltung bestätigt dies mit einem Amplitudenfehler von nur 0,9 dB für einen Phasenstellbereich von 360 °, was einer Verringerung des Fehlers um den Faktor 3 im Vergleich zu herkömmlichen Zirkulator-Phasenschiebern entspricht. Abschließend wird der Funktionsnachweis mehrerer entworfener Vektor-Modulatoren mit einer effektiven Genauigkeit von bis zu 6 bit in Einzelschaltungen, Hybridaufbauten und schließlich im Rahmen eines vollständig integrierten Empfängerschaltkreises erbracht. Dieser erzielt eine Verdopplung der Reichweite bei einer um nur 35% höheren Leistungsaufnahme gegenüber einem herkömmlichen Kommunikationsverfahren (SISO). / The present work is dedicated to the investigation and enhancement of amplitude and phase control methods and circuits. The aim is to enhance the performance of these circuits in modern radio frequency transceivers with a comparable or even lower effort and power consumption. A prove of concept will be delivered with implementation examples. By means of models of the passive attenuator topologies , T, bridged-T and X, a thorough analysis is performed in order to compare them regarding their impact on the signal phase. Additionally, a novel approach to increase the control linearity of the attenuators is proposed and verified by measurements, showing a phase error of 3 ° and a control linearity error of 0,35 dB at the 1 dB corner frequency, successfully. The work also presents an investigation on variable gain amplifiers and reveals the superior performance of the Gilbert cell with respect to low phase variations. A cascode biasing circuit that supports these properties is proposed. Measurements prove this concept with relative phase errors of 0,4 ° over a wide attenuation control range of 36 dB thus cutting the error by half in a four times wider control range. The circulator based phase shifting approach is chosen and improved significantly by means of tuning the transconductor instead of the varactors thus removing their impact on signal amplitude. The approach is supported by measurements yielding an amplitude error of only 0,9 dB within a phase control range of 360 ° which corresponds to an improvement by a factor of three compared to recent circulator phase shifters. Finally, the design of several vector modulator topologies is shown with hardware examples of single chips, hybrid printed circuit boards and highly integrated system level ICs demonstrating a full receiver. By using improved variable gain amplifiers, an effective vector modulator resolution of 6 bit without calibration is achieved. Furthermore, a multiple-input multiple-output system is demonstrated that doubles the coverage range of common SISO systems with only 35% of additional power consumption.

Världsmarknaden för bussar växer ständigt och under 2012 har fler än 500 000 bussar producerats globalt. Utöver den växande bussmarknaden så drivs efterfrågan av internet ombord, fleetmanegment tjänster, TV, GPS, olika typer av radio och behovet av robusta tillförlitliga antenner för trådlös dataöverföring till och från bussar. Tillverkarna av bussar vill kunna erbjuda sina kunder dessa funktioner och bussoperatörerna satsar mer och mer på att kunna erbjuda trådlösa tjänster till sina kunder. Antennföretaget Smarteq Wireless ser en stor potential i denna marknad eftersom det idag inte finns något företag som uttalat satsar på antenner specifikt framtagen för bussar som kan möta kundernas krav på funktionalitet och robusthet. Utöver den potentiella marknaden så existerar också en eftermarknad som består av bussar som ständigt behöver uppdatera deras antenner. Smarteq ser här en möjlighet att utveckla en unik antennplattform anpassad till bussindustrin. Syftet med examensarbetet är att förse Smarteq med ett underlag som kan användas inför utvecklingen av den nya antennplattformen. Underlaget består av en omfattande marknadsundersökning, kravspecifikationer och en konkurrentanalys. Undersökningen syftar till att besvara vilka tekniska funktionaliteter en antennplattform för bussar bör innehålla för att attrahera tillverkare och operatörer på bussmarknaden. Arbetet har visat att det finns goda möjligheter på bussmarknaden för en ny antennplattform. Antennplattormen bör ha stöd för 4G, WiFi och GPS eftersom det har visat sig att dessa funktioner är mest efterfrågade. Den mest uppenbara delen av marknaden att fokusera på utifrån undersökningen är telematikleverantörerna. Detta eftersom de har en stark koppling till bussmarknaden där de flesta av deras system säljs dit. Att sälja en antenn tillsammans som del av ett system är enklare än att sälja antennenseparat. / The global market for buses is constantly growing and in 2012, more than 500,000 buses were produced globally. In addition to the growing bus market, the demand is driven by the Internet on board, fleetmanegment services, TV, GPS, various types of radio and the need for robust reliable antennas for wireless data transfer to and from buses. Bus manufacturers want to provide their customers with these functions and bus operators are investing more and more in order to offer wireless services to their customers. The antenna company Smarteq Wireless sees a great potential in this market because there are currently no other companies that produces antennas specifically designed for buses that can meet customer requirements for functionality and robustness. In addition to the potential market there is also an existing aftermarket consisting of buses that constantly need to update their antennas. Smarteq sees an opportunity to develop a unique antenna platform adapted to the bus industry. The aim of the project is to provide Smarteq with a theoretical basis that can be used for the development of the new antenna platform. The theoretical basis consists of an extensive market research, antenna specifications and competitor analysis. The study aims to answer which technical functionalities an antenna platform for buses should contain in order to attract manufacturers and operators in the bus market. The work has shown that there is great potential in the bus market with a new antenna platform. The antenna platform should have support for 4G, WiFi and GPS because it has been shown that these functionalities are the most requested ones. The most obvious part of the market to focus on, based on the survey is via suppliers of telematics. This is because they have a strong connection to the bus market, where most of their systems are sold. To sell an antenna together as part of a system is easier than selling an antenna individually.

[pt] Esta dissertação enfoca a combinação de duas conhecidas e eficazes tecnologias usadas em muitas redes de comunicação atuais, as técnicas de transmissão Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) e Multiple-Input Multiple-Output (MIMO). Sistemas MIMO-OFDM unem as vantagens conhecidas da comunicação MIMO, como altas taxas de dados e ampliação da confiabilidade do link, com as características marcantes da transmissão OFDM, como comunicação livre de interferência entre símbolos e a equalização simples no domínio da frequência. Este trabalho apresenta em detalhes a modelagem de sinais do sistema MIMO-OFDM e o processamento adequado no receptor para realizar detecções desacopladas dos sub-símbolos OFDM. Além disso, estratégias de seleção de antenas são propostas para aumentar o desempenho do sistema, explorando cenários em que o transmissor ou receptor está equipado com mais antenas do que o número de cadeias de radiofrequência (RF). Esses procedimentos são baseados em métricas específicas propostas para cada cenário. A avaliação de desempenho inclui sistemas equipados com técnicas de equalização linear e sistemas com pré-codificadores, como Zero-Forcing (ZF) e Minimum Mean Square Error (MMSE). Os resultados de simulação evidenciam que as estratégias de seleção da antena resultam em uma melhoria significativa no desempenho do sistema. / [en] This thesis focuses on the combination of two well-known effective technologies used in many of today s communication networks, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) and Multiple-Input Multiple- Output (MIMO). It unites the well-known advantages of MIMO communication, such as high data rates and improved link reliability to the characteristics of OFDM, known as intersymbol-interference-free communication and simple frequency-domain equalization. This work presents in detail the signal modelling of MIMO-OFDM system and the adequate processing at the receiver to perform decoupled detections per OFDM subsymbol. In addition, antenna selection strategies are proposed to increase system performance by exploiting some scenarios when the transmitter or receiver is equipped with more antennas than the number of radiofrequency (RF) chains. These procedures are based on the specific metric for the current scenario. The performance of the system is evaluated employing linear equalization or precoding techniques, such as Zero-Forcing (ZF) and Minimum Mean Square Error (MMSE). Simulation results evidence that antenna selection strategies result in significant system performance improvement.

De nouveaux usages des systèmes de communications sans fils, tels que les réseaux de capteurs ou les voitures autonomes, ont émergé au cours des dernières années. Ces usages sont fondamentalement différents des applications haut-débit actuelles des réseaux cellulaires. La future technologie mobile, la 5G New Radio, introduit donc le concept de numérologie du signal afin de pouvoir satisfaire aux besoin hétérogènes des multiples applications supportées. En effet en supportant différentes numérologies de signaux, l'allocation temps/fréquence des signaux devient plus flexible et le signal transmis peut être adapté en conséquence. Cependant, supporte simultanément différentes numérologies génère de l'interférence et donc distord les signaux. Les filtrages spatiaux, comme la formation de faisceaux, est envisagée en 5G pour limiter l'interférence générée mais pour les communications au-dessus de 6 GHz. Il n'y a cependant pas de solutions proposées pour mes communications en-dessous de 6 GHz. Dans ce travail, des techniques d'atténuation des lobes secondaires sont étudiées pour faciliter le multiplexage des services pour les communications sous 6 GHz. L’interférence entre-utilisateurs est alors contrôlée mais la bande est également mieux utilisée. Une solution innovante, combinant bancs de filtres et orthogonalité complexe, est proposée. L'orthogonalité complexe est garanti grâce à un précodage OFDM qui remplace le précodage OQAM communément utilisé. De plus, le système développé, le Block-Filtered OFDM, utilise un récepteur 5G classique ce qui garantit la retro-compatibilité avec les techniques déjà déployée. Le modèle du BF-OFDM est entièrement décrit et adapté aux normes des réseaux mobiles. De plus, de multiples méthodes de conception des filtres prototypes sont proposées afin de mieux répondre aux besoins des systèmes. La forme d'onde étudiée est également comparée avec les autres solutions de l'état de l'art sur des scénarios d'étude classiques mais également adaptés aux nouveaux enjeux des technologies sans fils. / New use cases for wireless communications recently emerged ranging from massive sensor networks to connected cars. These applications highly differ from typical signals supported by already deployed mobile technologies, which are mainly high data rate pipes. The forthcoming generation of mobile technology, 5G New Radio, introduces the concept of signal numerology so as to properly serve the requirements of the diverse applications it will support. Indeed by considering different numerologies, the time/frequency signal allocation is made more flexible which allows to shape the transmitted signal according to its needs. However, multiplexing signals with different numerologies generates interference and therefore signal distortion. Spatial filtering, such as beamforming, is envisioned for 5G above 6-GHz communications to limit inter-user interference. However, this issue still holds for sub-6 GHz systems where spatial filtering is not considered in 5G.In this work, we consider side lobe rejection techniques to ease service multiplexing in sub-6 GHz bands. Not only it provides inter-user interference mitigation but it also improves the bandwidth use efficiency in bands where frequency is a scarce resource. A novel solution, mixing filter-bank for confined spectrum and complex orthogonality for a straightforward re-use of known-how 4G/5G techniques, is proposed. The complex orthogonality is restored thanks to an OFDM precoding substituting the commonly used Offset-QAM signaling which limits the orthogonality to the real field. Moreover, the proposed solution, named Block-Filtered Orthogonal Frequency Division Multiplexing (BFOFDM), relies on a simple 5G receiver scheme which makes it backward compatible with already deployed technologies.The BF-OFDM system model is fully described and adapted to cellular standards. Besides, different prototype filter designs methods are proposed to either improve the intrinsic interference attenuation or to better confined the spectrum of the transmitted signal. Last but not least, the proposed waveform will be compared with state-of-the-art solutions for both typical and 5G oriented evaluation scenarios such as multi-service coexistence.

La recherche dans le domaine des communications sur fibres optiques avance à un rythme rapide afin de satisfaire des demandes croissantes de communications à débits élevés. Les principaux moteurs de ces avancements sont la multitude de degrés de liberté offerts par la fibre permettant ainsi la transmission de plus de données: l'amplitude, la phase et l'état de polarisation du champ optique, ainsi que le temps et la longueur d'onde sont déjà utilisés dans les systèmes de transmission optique déployés. Pourtant, ces systèmes s'approchent de leur limite fondamentale de capacité et un degré supplémentaire: "la dimension spatiale" est étudié pour réaliser un saut qualitatif majeur en termes de capacité de transmission. Cependant, l'insertion de plusieurs flux de données dans le même canal de propagation induit également des pertes différentielles et de la diaphonie entre les flux, ce qui peut fortement réduire la qualité du système de transmission. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les systèmes de transmission optique de type MIMO basés sur un multiplexage en polarisation ou en modes de propagation. Dans les deux cas, nous évaluons la dégradation de la performance provoquée par une interférence inter-canaux non-unitaire et des disparités de gain entre les canaux engendrées par des imperfections dans les composants optiques utilisés (fibres, amplificateurs, multiplexeurs...), et proposons pour les combattre, de nouvelles techniques de codage pour les systèmes MIMO nommées "codes Spatio-Temporels" (ST), préalablement conçues pour les systèmes radios multi-antennaires. / Research in the field of optical fiber communications is advancing at a rapid pace in order to meet the growing needs for higher data rates. The main driving forces behind these advancements are the availability of multiple degrees of freedom in the optical fiber allowing for multiplexing more data: amplitude, phase and polarization state of the optical field, along with time and wavelength are already used in the deployed optical transmission systems. Yet, these systems are approaching their theoretical capacity limits and an extra dimension "space" is investigated to achieve the next capacity leap. However, packing several data channels in the same medium brings with it differential impairments and crosstalk that can seriously deteriorate the performance of the system. In this thesis, we focus on recent optical MIMO schemes based on polarization division multiplexing (PDM) and space division multiplexing (SDM). In both, we assess the performance penalties induced by non-unitary crosstalk and loss disparities among the channels arising from imperfections in the used optical components (fibers, amplifiers, multiplexers...), and suggest novel MIMO coding techniques known as Space-Time (ST) codes, initially designed for wireless multi-antenna channels, to mitigate them.

La coopération des émetteurs est considérée comme une approche prometteuse pour limiter les interférences dans les réseaux sans fil ayant une réutilisation des ressources spectrales très agressive. La coopération des émetteurs permet l'optimisation conjointe de certains paramètres de transmission. Bien que la coopération des émetteurs existe sous différentes formes, une hypothèse commune est le besoin pour les émetteurs entrant en coopération (i) d’acquérir et de partager des informations concernant le canal de propagation ainsi que (ii) d’effectuer une coopération fondée sur les informations diffusées à l'étape précédente. La conception coordonnée des matrices de précodage et, d’une manière encore plus marquée, la transmission conjointe à différents émetteurs sont des exemples importants de méthodes de coopérations présentant ces propriétés. L’acquisition et l'échange de l’information de canal étant strictement limités, il se pose deux questions importantes: (i) Quelle information doit être renvoyée ou échangée de manière à permettre la coopération la plus efficace? (ii) Quelles méthodes permettent de réaliser les gains de la coopération dans ce contexte de partage limité et imparfait d’information? Dans cette thèse, nous abordons les deux questions précédentes. Dans un premier temps, nous considérons que chaque émetteur acquiert une estimée de canal imparfaite. Dans un second temps, nous étudions la conception de techniques de coopération efficaces dans une configuration d’information de canal imparfaitement partagée entre les émetteurs. Enfin, les futures directions de recherche découlant de ces travaux sont présentées et discutées. / Transmitter cooperation is considered a promising tool for dealing with interference in wireless networks with an aggressive reuse policy of spectral resources. Although transmitter cooperation comes in many flavors, a recurrent assumption behind proposed methods lies in the need for cooperating devices to (i) acquire, share information pertaining to the propagation channel toward the multiple receivers and (ii) perform cooperation based on the disseminated information in the previous step. This holds true for instance for coordinated beamforming methods and, to an even greater extent, for network-MIMO (Joint Processing coordinated multi-point (JP CoMP) in the long term evolution (LTE) terminology). As feedback and exchange of channel state information (CSI) come at a price in terms of signaling overhead, there arise two important questions: (i) What information should be fed back or exchanged such that the CSI acquired at each transmitter is most informative to perform cooperation? (ii) Which techniques can reap the benefits of cooperation while living with an imperfect channel representation that varies from transmitter to transmitter ? In this thesis, we address both aforementioned questions. We consider first each transmitter acquires an initial imperfect CSI based on limited receivers feedback. For the design of efficient cooperation techniques that copes with the imperfect and non-identical CSI configuration at each transmitter, we investigate specifically a regularized zero forcing (RZF) precoder design in large system scenario. Finally, interesting and challenging research directions and open problems are discussed.

Les réseaux de cinquième génération sont en cours de définition et leurs différentes composantes commencent à émerger: nouvelles technologies d'accès à la radio, convergence fixe et mobile des réseaux et virtualization.Le contrôle et la gestion de bout en bout (E2E) du réseau ont une importance particulière pour les performances du réseau. Cela étant, nous segmentons le travail de thèse en deux parties: le réseau d’accès radio (RAN) axé sur la technologie MIMO Massif (M-MIMO) et la connexion E2E du point de vue de la couche transport.Dans la première partie, nous considérons la formation de faisceaux focalisés avec un structure hiérarchique dans les réseaux sans fil. Pour un ensemble de flots donnée, nous proposons des algorithmes efficaces en terme de complexité pour une allocation avec alpha-équité. Nous proposons ensuite des formules exactes pour la performance au niveau du flot, à la fois pour le trafic élastique (avec une équité proportionnelle et équité max-min) et le trafic en continu. Nous validons les résultats analytiques par des simulations.La seconde partie de la thèse vise à développer une fonction de réseau auto-organisant (SON) qui améliore la qualité d'expérience (QoE) des connexions en bout-en-bout. Nous considérons un service de type vidéo streaming et développons une fonctionnalité SON qui adapte la QoE de bout-en-bout entre le serveur vidéo et l'utilisateur. La mémoire-tampon reçoit les données d'un serveur avec une connexion E2E en suivant le protocole TCP. Nous proposons un modèle qui décrit ce comportement et nous comparons les formules analytiques obtenues avec les simulations. Enfin, nous proposons un SON qui donne la qualité vidéo de sorte que la probabilité de famine soit égale à une valeur cible fixée au préalable. / Fifth generation networks are being defined and their different components are beginning to emerge: new technologies for access to radio, fixed and mobile convergence of networks and virtualization.End-to-end (E2E) control and management of the network have a particular importance for network performance. Having this in mind, we segment the work of the thesis in two parts: the radio access network (RAN) with a focus on Massive MIMO (M-MIMO) technology and the E2E connection from a point of view of the transport layer.In the first part, we consider hierarchical beamforming in wireless networks. For a given population of flows, we propose computationally efficient algorithms for fair rate allocation. We next propose closed-form formulas for flow level performance, for both elastic (with either proportional fairness and max-min fairness) and streaming traffic. We further assess the performance of hierarchical beamforming using numerical experiments.In the second part, we identify an application of SON namely the control of the starvation probability of video streaming service. The buffer receives data from a server with an E2E connection following the TCP protocol. We propose a model that describes the behavior of a buffer content and we compare the analytical formulas obtained with simulations. Finally, we propose a SON function that by adjusting the application video rate, achieves a target starvation probability.

In a 5 Generation massive Multiple Input Multiple Output radio network, the Channel State Information is playing a central role in the algorithm design and system evaluation. However, Acquisition of Channel State Information consumes system resources (e.g. time, frequency) which in turn decrease the link utilization, i.e. fewer resources left for actual data transmission. This problem is more apparent in a scenario when User Equipment terminals have multi-antennas and it would be beneficial to obtain Channel State Information between Base Station and different User Equipment antennas e.g. for purpose of high rank (number of streams) transmission towards this User Equipment. Typically, in current industrial implementations, in order to not waste system resources, Channel State Information is obtained for only one of the User Equipment antennas which then limits the downlink transmission rank to 1. Hence, we purpose a method based on Deep learning technique. In this paper, multi-layer perception and convolutional neural network are implemented. Data are generated by MATLAB simulator using the parameters provided by Huawei Technologies Co., Ltd. Finally, the model proposed by this project provides the best performance compared to the baseline algorithms. / I ett 5-generationsmassivt massivt multipel-inmatningsradio-nätverk spelar kanalstatens information en central roll i algoritmdesignen och systemutvärderingen. Förvärv av Channel State Information konsumerar emellertid systemresurser (t.ex. tid, frekvens) som i sin tur minskar länkanvändningen, dvs färre resurser kvar för faktisk dataöverföring. Detta problem är mer uppenbart i ett scenario när användarutrustningsterminaler har flera antenner och det skulle vara fördelaktigt att erhålla kanalstatusinformation mellan basstationen och olika användarutrustningsantenner, t.ex. för överföring av hög rang (antal strömmar) till denna användarutrustning. I nuvarande industriella implementeringar erhålls kanalstatusinformation för endast en av användarutrustningens antenner för att inte slösa bort systemresurser, vilket sedan begränsar överföringsrankningen för nedlänkning till 1. Därför syftar vi på en metod baserad på Deep learning-teknik. I detta dokument implementeras flerskiktsuppfattning och inblandat neuralt nätverk. Data genereras av MATLAB-simulator med hjälp av parametrarna som tillhandahålls av Huawei Technologies Co., Ltd. Slutligen ger modellen som föreslås av detta projekt bästa prestanda jämfört med baslinjealgoritmerna.

The increasing demand for mobile data has placed significant strain on radio access networks (RANs), leading to a continuous need for increased network capacity. In keeping with that, a significant advancement in modern RANs is the ability to utilize several receivers and transmitters, to allow for beamforming. One way to increase the capacity of the network is therefore to optimize the resource allocation by preprocessing the transmitted signals, which involves several costly matrix multiplications (MMs). The aim of the project was to investigate the potential of accelerating Ericsson's RAN simulations by using AI based approximate matrix multiplication (AMM) algorithms. The main focus was on the multiply additionless (MADDNESS) algorithm, a product quantization technique that has achieved speedups of up to 100 times compared to exact MM, and 10 times faster than previous AMM methods. A complex matrix handling version of MADDNESS was implemented in Java and Python respectively, and its speed and accuracy were evaluated against Ericsson's current MM implementation. The proposed implementation did not beat the benchmark with respect to speed, instead resulting in a 4-10 times slowdown in runtime. However, this may largely be due to the fact that the used languages do not allow for complete control over memory resource allocation. As such, the implementations at hand do not incorporate all the crucial features of the algorithm. Particularly, the handicapped version does not fully leverage the vectorization potential, which is one of the key contributors to the speed of the algorithm. Consequently, further improvements are necessary before employing the techniques in an end-to-end implementation. / Den växande efterfrågan på mobildata har ökat belastningen på dagens radionätverk (RAN) och har medfört ett behov av att utvidga dess kapacitet. En betydande innovation inom RAN är beamforming, vilket är förmågan att fokusera digitala signaler mot mottagaren och på så vis öka singalstyrkan. En metod för att öka kapaciteten i ett nätverk är att optimera både kvaliteten av och resursallokeringen mellan nätverkets digitala kanaler, vilket medför tidskrävande matrismultiplikationer. Syftet med denna studie var att utforska om AI-baserade approximativa matrismultiplikationsalgoritmer har potentialen att accelerera Ericssons digitala tvilling-simuleringar. Studien fokuserade i huvudsak på produktkvantiseringsalgoritmen MADDNESS som påvisat potentialen att accelerera exakta matrismultiplikationer med en faktor 100, samt en faktor 10 snabbare än jämförbara approximativa metoder. En modifierad version av MADDNESS, som behandlar komplexa matriser, implementerades i Java samt Python, varefter precisionen och hastigheten utvärderades. Den föreslagna implementationen resulterade i en försämring med avseende på hastigheten med en faktor 4-10 jämfört med Ericssons nuvarande algoritmer. Den föreslagna implementationen saknar effektiv minnesallokering och misslyckas följaktligen att till fullo ta tillvara på vektoriseringspotentialen i MADDNESS. Detta indikerar att det är nödvändigt för ytterligare förbättringar innan algoritmen är användbar i den givna simuleringsmiljön.