Massive MIMO

Abstract

Com a chegada da quinta geração de comunicações móveis (5G) espera-se que os sistemas de comunicação sem fios possam oferecer novos e melhores serviços com ritmos de transmissão elevadíssimos. O aumento significativo do bit rate que se prevê com o incremento dos utilizadores e dos dispositivos a ligar a rede, a entrada da IoT e outas tecnologias, isto sem perder de vista as inúmeras dificuldades da elevada dispersão associada à propagação multipercurso dos sinais, as elevadas taxas de eficiência e potência exigidas e a grande capacidade e flexibilidade esperadas nos novos sistemas, são fatores que contribuem para um aumento significativo da complexidade do sistema. A solução de todas estas prolemáticas torna possível o desenvolvimento destas novas tecnologias. A tecnologia massive MIMO apresenta-se como um forte candidato com potencial para satisfazer todas as necessidades exigidas pela nova quinta geração de comunicações móveis e para lidar com todas as futuras tecnologias de forma eficiente, segura, fiável. Contudo, todos estes benefícios trazem consigo um enorme aumento da complexidade devido aos múltiplos sinais envolvidos na transmissão de dezenas de antenas. Por outro lado, existem técnicas que implementam ambientes de enorme complexidade utilizando esquemas de recepção OFDM, SC-FDE e IB-DFE e que oferecem ótimos resultados em termos de eficiência mas que resultam numa enorme complexidade devido a operações matriciais envolvidas na sua lógica. Existem também algoritmos de processamento como MRC e EGC que por não incluir operações demasiado complexas na sua lógica contribuem para uma diminuição significativa da complexidade embora, a custa de uma perda de eficiência considerável. Este trabalho científico traz como proposta a implementação dum receptor de má- ximo desempenho do tipo IB-DFE combinado com técnicas MRC/EGC, capaz de operar em ambientes Massive MIMO, no sentido uplink da ligação, e no domínio da frequência. Desta forma será possível tirar o máximo partido de ambas as abordagens de maneira a garantir o máximo desempenho do sistema e uma redução da complexidade de implementação.

As the 5th Generation of wireless comunications approaches we antecipate the provision of better services with much higher transmission speeds. This leads inevitably to an increase of the devices and users of the network, due to new technologies, such as the IoT. On the other hand there are numerous difficulties associated with high signal dispersion due to its multipath propagation, highth rates and high power efficiency as well as the expection of larger capacity and flexibility in this new system. In a nutshell: the growth of the complexity of these systems is the great challenge of the 5G. The answer for all this issues is essencial for the development of these wireless technologies. The massive MIMO technology presents itself as a strong candidate for the requirements demanded by 5G and it promises to be efficient, safe and reliable. However, all these benefits bring a huge increase of complexity due to the multiple signals involved in the transmission of a large number of antennas. On the other hand, there are techniques that implement very complex environments employing OFDM, SC-FDE and IB-DFE reception schemes, which offer great performance in terms of efficiency at the expense of an increase of complexity due to matrix opperations involved. Besides, there are algorithms that employ MRC and EGC techniques that help to significantly reduce the complexity of the system since they do not include matrix operations. Notwithstanding, these techniques lose performance to the other ones. Having said that, our proposal is the implementation of an optimal performance frequency-domain IB-DFE receiver, combined with MRC/EGC techniques, that is able to perform in massive MIMO environment and uplink transmission. Therefore we will be able to get the best of both approaches, ensuring the optimal performance of the system and a reduction of the complexity of the implementation.