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Theses Year : 2018

Multiple Antenna Communications for 5G

Communications à antennes multiples pour la 5G

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Abstract

Time Division Duplexing (TDD) Massive Multiple Input Multiple Output (MaMIMO) with a massive number of base station (BS) antennas relies on channel reciprocity to obtain Channel State Information at Transmitter (CSIT). However the overall end to end digital channel is not reciprocal due to the presence of Transmit (Tx) and Receive (Rx) chains which need to be corrected using calibration factors. Our work provides a simple and elegant expression of the Cramer Rao Bound (CRB) for calibration parameter estimation. We provide analysis for the existing least squares approaches and propose optimal algorithms to estimate the calibration parameters. We also consider beamforming for a rapidly time-varying point to point MIMO link. In an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) sytem, this results in inter-carrier interference (ICI). With an assumption of linear channel variation across the OFDM symbol, it is observed that the beamformer design problem is similar to that of a MIMO Interfering Broadcast Channel (IBC) beamforming design. The beamformer design takes into account receive windowing using the excess cyclic prefix and the window is jointly designed with the Tx beamformer. In addition to full CSIT, we also investigate partial CSIT approaches that maximize Expected Weighted Sum Rate (EWSR) where the Tx has only partial knowledge of the channel. First, we use a large system approximation that also works well for a small number of Tx and Rx antennas to derive the beamformers. In our work, we also analyze the possibility of using the Expected-signal- expected-interference-WSR metric instead of the EWSR. Finally, experimental results on the Eurecom MaMIMO testbed are presented.
Duplexage par division dans le temps (TDD) Massive Multiple Input Multiple Output (MaMIMO) dépend de la réciprocité de canal pour obtenir des informations d'état de canal au niveau de l'émetteur (CSIT). Toutefois, le canal numérique global de bout en bout n’est pas réciproque en raison de la présence de chaînes de transmission (Tx) et de réception (Rx), qui doivent être corrigées à l’aide de facteurs de calibration. Nous fournissons une expression simple et élégante du Cramér-Rao Bound (CRB) pour l’estimation des paramètres de calibration. Nous analysons des approches des moindres carrés existants et proposons des algorithmes optimaux. Nous considérons également la beamforming pour une liaison MIMO point à point variant rapidement dans le temps. Dans un système Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), il en résulte une interférence entre porteuses (ICI). Avec une hypothèse de variation linéaire de canal à travers le symbole OFDM, il a été observé que le problème est similaire à celui d'une conception de beamformer MIMO par canal de diffusion à interférence (IBC). Le design du beamformer prend en compte le fenêtrage de réception en utilisant le préfixe cyclique en excès. En plus de la CSIT complète, nous étudions également des approches qui maximisent le Expected Weighted Sum Rate (EWSR) lorsque la Tx n’a qu’une connaissance partielle du canal. Premièrement, nous utilisons une approximation de système large qui fonctionne également bien pour un petit nombre d’antennes Tx et Rx. Nous analysons également la possibilité d’utiliser la métrique Expected-signal-expected-interference-WSR de signal EWSR. Enfin, les résultats expérimentaux sont présentés.
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  • HAL Id : tel-02865497 , version 1

Cite

Kalyana Gopala. Multiple Antenna Communications for 5G. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Sorbonne Université, 2018. English. ⟨NNT : 2018SORUS352⟩. ⟨tel-02865497⟩
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