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Coleção Digital
Título: PRECODING, COMBINING AND POWER ALLOCATION TECHNIQUES FOR RATE-SPLITTING-BASED MULTIUSER MIMO SYSTEMS Autor: ANDRÉ ROBERT FLORES MANRIQUE
Instituição: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO - PUC-RIO
Colaborador(es):
RODRIGO CAIADO DE LAMARE - ADVISOR
Nº do Conteudo: 53557
Catalogação: 06/07/2021 Idioma(s): ENGLISH - UNITED STATES
Tipo: TEXT Subtipo: THESIS
Natureza: SCHOLARLY PUBLICATION
Nota: Todos os dados constantes dos documentos são de inteira responsabilidade de seus autores. Os dados utilizados nas descrições dos documentos estão em conformidade com os sistemas da administração da PUC-Rio.
Referência [pt]: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=53557@1
Referência [en]: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=53557@2
Referência DOI: https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.53557
Resumo:
Título: PRECODING, COMBINING AND POWER ALLOCATION TECHNIQUES FOR RATE-SPLITTING-BASED MULTIUSER MIMO SYSTEMS Autor: ANDRÉ ROBERT FLORES MANRIQUE
Nº do Conteudo: 53557
Catalogação: 06/07/2021 Idioma(s): ENGLISH - UNITED STATES
Tipo: TEXT Subtipo: THESIS
Natureza: SCHOLARLY PUBLICATION
Nota: Todos os dados constantes dos documentos são de inteira responsabilidade de seus autores. Os dados utilizados nas descrições dos documentos estão em conformidade com os sistemas da administração da PUC-Rio.
Referência [pt]: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=53557@1
Referência [en]: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=53557@2
Referência DOI: https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.53557
Resumo:
Multiple-antenna systems employ different signal processing techniques
at both ends of the communication to exploit the spatial dimensions and serve
multiple users simultaneously in the same time-frequency domain. In this way,
high spectral efficiency can be reached without the need of extra bandwidth.
However, such gain depends on a highly accurate channel state information at
the transmitter (CSIT). Perfect CSIT allows the system to suppress the multi
user interference (MUI), which is the main responsible of the performance
degradation. Nonetheless, assuming perfect CSIT is rather optimistic since
the estimation procedure, quantization errors and delays of real system lead
to CSIT uncertainties. In this context, rate splitting (RS) has arisen as a
promising technique to deal with CSIT imperfections. Basically, RS splits the
data into a common stream and private streams and then superimposes the
common stream on top of the private streams. This thesis proposes several
processing techniques which further enhance the benefits of RS systems.
We consider the downlink (DL) of a wireless communications system,
where the transmitter sends independent messages to each receiver. The ergodic
sum rate (ESR) is adopted as the main metric to evaluate the performance
of the system. Different from conventional RS works, we consider that the
users are equipped with multiple antennas. This allows us to implement stream
combiners for the common stream at the receivers. The implementations of the
stream combiners improves the common rate performance, which is a major
problem of RS systems since the common rate is limited by the performance
of the worst user and can be heavily degraded. In this work, three different
stream combiners are proposed along with analytical expressions to compute
their sum rate performance. Specifically, the combiners are derived employing
the min-max, maximum ratio combining (MRC), and minimum mean square
error (MMSE) criteria. The min-max criterion selects at each user the best
receive antenna to decode the common symbol. The MRC criterion aims at
maximizing the SNR when decoding the common symbol. Finally, the MMSE
criterion minimizes the squared difference between the common symbol and
the received signal.
So far, RS has been predominantly considered with channel inversiontype
linear precoders. Therefore, this motivates us to investigate the performance
of RS with non-linear precoders. For this purpose, we employ different
architectures of the Tomlinson-Harashima precoder (THP) which are based on
the zero-forcing (ZF) and MMSE precoders. We then propose a multi-branch
(MB) algorithm for the proposed RS-THP, which creates several transmit patterns
and selects the best for transmission. This pre-processing techniques
further enhance the sum rate obtained since the performance of THP is dependent
on the symbol ordering but also increases the computational complexity.
Analytical expressions to calculate the sum rate of the proposed techniques
are derived through statistical evaluation of key parameters.
Finally, we propose four different adaptive power allocation techniques,
which are characterized by their low computational complexity. Two of them
are designed for conventional SDMA systems whereas the other two are
intended for RS systems. One major objective of the proposed algorithms is
to perform robust power allocation capable of dealing with the detrimental
effects of imperfect CSIT. It is important to mention that power allocation in
RS systems is one of the critical tasks that should be carefully performed. If
the power is not properly allocated the performance of RS systems is heavily
degraded and conventional architectures such as SDMA and NOMA could
perform better. However, RS rely on solving complex optimization problems
to perform power allocation, increasing the time and effort dedicated to
signal processing. The proposed adaptive power allocation algorithms reduce
the computational complexity and are an attractive solution for practical
applications with large-scale systems.
Descrição | Arquivo |
COMPLETE |