[pt] As comunicações de ondas milimétricas (mmWave) são consideradas
uma tecnologia essencial para os sistemas celulares de próxima geração, dado
que a enorme largura de banda disponível pode potencialmente fornecer
as taxas de vários gigabits por segundo. As técnicas convencionais de
pré-codificação e combinação são impraticáveis nos cenários da mmWave
devido ao custo de fabricação e ao consumo de energia. As alternativas
híbridas foram consideradas uma tecnologia promissora para fornecer um
compromisso entre a complexidade do hardware e o desempenho do sistema.
Um grande número de projetos de pré-codificadores híbridos têm sido
proposto com diferentes abordagens. Uma abordagem possível é procurar
minimizar a distância euclidiana entre o pré-decodificador híbrido e o
pré-decodificador totalmente digital. No entanto, essa abordagem torna o
projeto do pré-codificador híbrido um problema de fatoração da matrices
difícil de lidar devido às restrições de hardware dos componentes analógicos.
Esta tese de doutorado propõe alguns projetos de pré-codificadores e combinadores
híbridos por meio de uma estratégia hierárquica. O problema
híbrido de pré-codificação / combinação é dividido em partes analógicas e
digitais. Primeiro, o pré-codificador / combinador analógico é projetado.
Em seguida, com o pré-codificador / combinador analógico fixo, o précodificador
/ combinador digital é calculado para melhorar o desempenho
do sistema. Além disso, métodos de otimização linear e não linear são empregados
para projetar a parte analógica do pré-codificador / combinador.
A viabilidade dessas propostas é avaliada usando diferentes técnicas de
detecção de dados e analisando o desempenho do sistema em termos de taxa
de erros de bits (BER), sum–rate e outras métricas, em cenários internos
do mmWave, considerando enlace diretos massivo do MU–MIMO.
Além disso, este trabalho propõe um método para encontrar aproximações
analíticas bastante restritas ao desempenho obtido no BER. A metodologia
proposta exigiria o conhecimento da função densidade de probabilidade
(fdp) das variáveis relacionadas que são desconhecidas para os cenários
mmWave. Para resolver este problema, são utilizadas as aproximações fdp
Gamma. As aproximações analíticas do BER resultaram em diferenças não
superiores a 0,5 dB em relação aos resultados da simulação em alto SNR. / [en] Millimeter–wave (mmWave) communications have been regarded as a
key technology for the next–generation cellular systems since the huge available
bandwidth can potentially provide the rates of multiple gigabits per
second. Conventional precoding and combining techniques are impractical
at mmWave scenarios due to manufacturing cost and power consumption.
Hybrid alternatives have been considered as a promising technology to provide
a compromise between hardware complexity and system performance.
A large number of hybrid precoder designs have been proposed with
different approaches. One possible approach is to search for minimizing the
Euclidean distance between hybrid precoder and the full-digital precoder.
However, this approach makes the hybrid precoder design becomes a matrix
factorization problem difficult to deal due to the hardware constraints of
analog components.
This doctoral thesis proposes some hybrid precoder and combiners designs
through a hierarchical strategy. The hybrid precoding/combining problem
is divided into analog and digital parts. First, the analog precoder/combiner
is designed. Then, with the analog precoder/combiner fixed, the digital precoder/
combiner is computed to improve the system performance. Furthermore,
linear and no-linear optimization methods are employed to design the
analog part of the precoder/combiner. The viability of these proposals is evaluated using different data detection techniques and analyzing the system performance in terms of bit error
rate (BER), sum rate, and other metrics, in indoor mmWave scenarios
considering massive MU-MIMO downlink. Also, this work proposes a method to find fairly tight analytic approximations to the obtained BER performance. The methodology proposed would
require the knowledge of the probability density function (pdf) of the variables
involved, which are unknown for mmWave scenarios. In order to solve
this problem, Gamma pdf approximations are used. The analytic BER
approximations resulted in differences no larger than 0.5 dB with respect
to the simulation results in high SNR.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:50309 |
| Date | 12 November 2020 |
| Contributors | RAIMUNDO SAMPAIO NETO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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