The Fifth Generation (5G) mobile communication system is the latest technology in wireless communications. This technique brings several advantages, in particular by using multiple receiver antennas that serve multiple transmitters. This configuration used in 5G is called Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO), and it increases link reliability and information throughput. However, MIMO systems face two challenges at link layer: channel estimation and MIMO detection. In this work, the focus is only on the MIMO detection problem. It consists in retrieving the original messages, sent by the transmitters, at the receiver side when the received message is a noisy signal. The optimal technique to solve the problem is called Maximum Likelihood (ML), but it does not scale and therefore with MIMO systems it cannot be used. Several sub-optimal techniques have been tested during years in order to solve MIMO detection problem, trying to balance the complexity-performance trade-off. In recent years, Approximate Message Passing (AMP) based techniques brought interesting results. Moreover, deep learning (DL) is spreading in several and different fields, and also in MIMO detection, it has been tested with promising results. A neural network called MMNet brought the most interesting results, but new techniques have been developed. These new techniques, despite they are promising, have not been compared with MMNet. In this thesis, two new techniques AMP and DL based, called Ortoghonal AMP Network Second (OAMP-Net2) and Learnable Vector AMP (LVAMP), have been tested and compared with the state of art. The aim of the thesis is to discover if one or both the techniques can provide better results than MMNet, in order to discover a valid alternative solution while dealing with MIMO detection problem. OAMP-Net2 and LVAMP have been developed and tested on different channel models (i.i.d. Gaussian and Kronecker) and on MIMO systems of different sizes (small and medium-large). OAMP-Net2 revealed to be a consistent technique that can be used in solving MIMO detection problem. It provides interesting results on both i.i.d Gaussian and Kronecker channel models and with different sizes matrices. Moreover, OAMP-Net2 has good adaptability, in fact it provides good results on Kronecker channel models also when it is trained with i.i.d. Gaussian matrices. LVAMP instead has performances that are similar to MMSE, but with a lower complexity. It adapts well to complex channels such as OAMP-Net2. / Femte generationens (5G) mobila kommunikationssystem är den senaste tekniken inom trådlös kommunikation. Denna teknik ger flera fördelar, i synnerhet genom att använda flera mottagarantenner som betjänar flera sändare. Denna konfiguration som används i 5G kallas Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO), och den ökar länktillförlitligheten och informationsgenomströmningen. MIMO-system står dock inför två utmaningar i länkskiktet: kanaluppskattning och MIMO-detektering. I detta arbete ligger fokus endast på MIMO-detekteringsproblemet. Den består i att hämta de ursprungliga meddelandena, skickade av sändarna, på mottagarsidan när det mottagna meddelandet är en brusig signal. Den optimala tekniken för att lösa problemet kallas Maximum Likelihood (ML), men den skalas inte och därför kan den inte användas med MIMO-system. Flera suboptimala tekniker har testats under flera år för att lösa MIMO-detekteringsproblem och försöka balansera komplexitet-prestanda-avvägningen. Under de senaste åren har Approximate Message Passing (AMP)-baserade tekniker gett intressanta resultat. Dessutom sprids djupinlärning (DL) inom flera och olika områden, och även inom MIMO-detektering har det testats med lovande resultat. Ett neuralt nätverk kallat MMNet gav de mest intressanta resultaten, men nya tekniker har utvecklats. Dessa nya tekniker, trots att de är lovande, har inte jämförts med MMNet. I detta examensarbete har två nya tekniker AMP- och DL-baserade, kallade Ortoghonal AMP Network Second (OAMP-Net2) och Learnable Vector AMP (LVAMP), testats och jämförts med den senaste tekniken. Syftet med avhandlingen är att ta reda på om en eller båda teknikerna kan ge bättre resultat än MMNet, för att upptäcka en giltig alternativ lösning samtidigt som man hanterar MIMO-detekteringsproblem. OAMP-Net2 och LVAMP har utvecklats och testats på olika kanalmodeller (i.i.d. Gaussian och Kronecker) och på MIMO-system av olika storlekar (small och medium-large).OAMP-Net2 visade sig vara en konsekvent teknik som kan användas för att lösa MIMO-detekteringsproblem. Det ger riktigt intressanta resultat på både i.i.d Gaussian och Kronecker kanalmodeller och med matriser i olika storlekar. Dessutom har OAMP-Net2 god anpassningsförmåga, faktiskt ger den bra resultat på Kronecker kanalmodeller även när den tränas med i.i.d. Gaussiska matriser. LVAMP har istället prestanda som liknar MMSE, men med lägre komplexitet. Den anpassar sig väl till komplexa kanaler somOAMPNet2.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-313073 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Pozzoli, Andrea |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2022:93 |
Page generated in 0.003 seconds