effects of channel estimation and implementation on the performance of mimo wireless systems 2008...

8/8/2019 Effects of Channel Estimation and Implementation on the Performance of MIMO Wireless Systems 2008 Thesis 123

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E e c t s o f C h a n n e l E s t i m a t i o n a n d

I m p l e m e n t a t i o n o n t h e P e r f o r m a n c e o f M I M O

W i r e l e s s S y s t e m s

M i k e l M e n d i c u t e E r r a s t i

S u p e r v i s o r s :

J o n A l t u n a I r a o l a

a n d

V i c e n t e A t x a U r i b e

M O N D R A G O N

U N I B E R T S I T A T E A

A t h e s i s s u b m i t t e d f o r t h e d e g r e e o f

D o c t o r p o r M o n d r a g o n U n i b e r t s i t a t e a

D e p a r t m e n t o f E l e c t r o n i c s a n d C o m p u t e r S c i e n c e

M o n d r a g o n G o i E s k o l a P o l i t e k n i k o a

M o n d r a g o n U n i b e r t s i t a t e a

S e p t e m b e r 2 0 0 8


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E e c t s o f C h a n n e l E s t i m a t i o n a n d

I m p l e m e n t a t i o n o n t h e P e r f o r m a n c e o f M I M O

W i r e l e s s S y s t e m s


S u p e r v i s o r s :

J o n A l t u n a I r a o l a

a n d

V i c e n t e A t x a U r i b e

M O N D R A G O N

U N I B E R T S I T A T E A

A t h e s i s s u b m i t t e d f o r t h e d e g r e e o f

D o c t o r p o r M o n d r a g o n U n i b e r t s i t a t e a




S e p t e m b e r 2 0 0 8


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A u t o r i z a c i n d e l D i r e c t o r d e l D e p a r t a m e n t o

D r . D . J o s u G a l a r z a I b a r r o n d o

, e n c a l i d a d d e D i r e c t o r d e l D e p a r t a m e n t o d e E l e c t r n i c a

e I n f o r m t i c a d e l a E s c u e l a P o l i t c n i c a S u p e r i o r d e M o n d r a g o n U n i b e r t s i t a t e a , a u t o r i z a e l

d e p s i t o y l a t r a m i t a c i n d e l a p r e s e n t e t e s i s d o c t o r a l , t i t u l a d a

E e c t s o f C h a n n e l

E s t i m a t i o n a n d I m p l e m e n t a t i o n o n t h e P e r f o r m a n c e o f M I M O W i r e l e s s S y s t e m " , r e a l i z a d a

p o r e l D o c t o r a n d o D . M i k e l M e n d i c u t e E r r a s t i

.

E n A r r a s a t e - M o n d r a g n , a 1 2 d e S e t i e m b r e d e 2 0 0 8 .

E l D i r e c t o r d e l D e p a r t a m e n t o

F d o :

i


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A u t o r i z a c i n d e l o s D i r e c t o r e s d e T e s i s

D r . D . J o n A l t u n a I r a o l a

y D r . D . V i c e n t e A t x a U r i b e

, e n c a l i d a d d e D i r e c t o r y

C o d i r e c t o r r e s p e c t i v a m e n t e d e l a t e s i s d o c t o r a l E e c t s o f C h a n n e l E s t i m a t i o n a n d I m p l e -

m e n t a t i o n o n t h e P e r f o r m a n c e o f M I M O W i r e l e s s S y s t e m " r e a l i z a d a p o r e l D o c t o r a n d o

D .

M i k e l M e n d i c u t e E r r a s t i , a u t o r i z a n s u d e p s i t o y t r a m i t a c i n .

E n A r r a s a t e - M o n d r a g n , a 1 2 d e S e t i e m b r e d e 2 0 0 8 .

E l D i r e c t o r d e l a T e s i s E l C o d i r e c t o r d e l a T e s i s

F d o : F d o :

i i


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A b s t r a c t

B i t - r a t e a n d q u a l i t y o f s e r v i c e d e m a n d s o f n e w w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r d s a r e p u s h i n g

s i g n a l t h e o r y a n d a l g o r i t h m i m p l e m e n t a t i o n t o t h e i r l i m i t s . O n e o f t h e m a i n s t r a t e g i e s w h i c h

a r e b e i n g u s e d t o a c h i e v e t h e d e m a n d e d r a t e s i s t h e m u l t i p l e i n p u t - m u l t i p l e o u t p u t ( M I M O )

t e c h n i q u e , w h i c h e m p l o y s m u l t i p l e a n t e n n a s , b o t h a t t r a n s m i s s i o n a n d r e c e p t i o n .

T h i s P h D d i s s e r t a t i o n c o n c e n t r a t e s o n t h e a n a l y s i s o f t h e e e c t s o f c h a n n e l e s t i m a t i o n ,

s p e c i a l l y c o m p l e x d u e t o t h e n u m b e r o f p a r a m e t e r s t o e s t i m a t e , o n t h e p e r f o r m a n c e o f M I M O

d e t e c t o r s , f o c u s i n g o n b o t h p r a c t i c a l a n d t h e o r e t i c a l a s p e c t s .

T h e p r a c t i c a l a n a l y s i s h a s b e e n a d d r e s s e d b y d e s i g n i n g a n d d e v e l o p i n g a r e a l - t i m e w i r e l e s s

M I M O c o m m u n i c a t i o n p l a t f o r m . A w h o l e 2 2

s y s t e m h a s b e e n i m p l e m e n t e d w h i c h h a s

a l l o w e d t o e v a l u a t e t h e e e c t s o f a r e a l h a r d w a r e i m p l e m e n t a t i o n o n t h e p e r f o r m a n c e o f

t h e M I M O r e c e i v e r . A z e r o - f o r c i n g ( Z F ) d e t e c t o r a n d a s p h e r e d e c o d e r ( S D ) h a v e b e e n

i m p l e m e n t e d i n o r d e r t o e v a l u a t e t h e i r d e g r a d a t i o n i n b i t e r r o r r a t e ( B E R ) p e r f o r m a n c e i n a

r e a l i s t i c e n v i r o n m e n t i n c l u d i n g s y n c h r o n i z a t i o n , c h a n n e l e s t i m a t i o n o r q u a n t i z a t i o n e e c t s .

O n t h e o t h e r h a n d , a s i m u l a t i o n - b a s e d a n a l y s i s h a s b e e n c a r r i e d o u t t o e v a l u a t e t h e e e c t s

o f c h a n n e l e s t i m a t i o n o n t h e c o m p a r a t i v e p e r f o r m a n c e o f t h e m a i n d e t e c t o r s i n f u n d a m e n t a l

M I M O s y s t e m s , i n c l u d i n g n a r r o w b a n d , o r t h o g o n a l f r e q u e n c y - d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ( O F D M )

a n d s i n g l e - c a r r i e r w i t h f r e q u e n c y - d o m a i n e q u a l i z a t i o n ( S C F D E ) s c h e m e s . T h e e e c t s o f

c h a n n e l e s t i m a t i o n o n i t e r a t i v e T u r b o - M I M O s y s t e m s h a v e a l s o b e e n a n a l y z e d , p r o p o s i n g

a p e r f o r m a n c e p r e d i c t i o n t o o l b a s e d o n a n a l y t i c a l e x t r i n s i c i n f o r m a t i o n t r a n s f e r ( E X I T )

f u n c t i o n s .

F i n a l l y , a p a r a l l e l d e c i s i o n - d i r e c t e d s e m i - i t e r a t i v e c h a n n e l e s t i m a t i o n a r c h i t e c t u r e h a s

b e e n p r o p o s e d w h i c h i s s p e c i a l l y d e s i g n e d t o t i n e l d - p r o g r a m m a b l e g a t e a r r a y ( F P G A )

d e v i c e s a n d s o l v e s s o m e o f t h e p r o b l e m s o f o t h e r i t e r a t i v e a p p r o a c h e s w i t h a m o d e r a t e

c o m p l e x i t y .

i i i


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R e s u m e n

L a s e x p e c t a t i v a s , t a n t o d e c a l i d a d d e s e r v i c i o c o m o d e t a s a d e b i t s , d e l o s n u e v o s e s t n d a r e s

d e c o m u n i c a c i o n e s i n a l m b r i c a s e s t n l l e v a n d o l a t e o r a d e l a s e a l y l a i m p l e m e n t a c i n

h a r d w a r e d e a l g o r i t m o s a s u s l m i t e s . U n a d e l a s t c n i c a s q u e s e e s t n e m p l e a n d o p a r a

c o n s e g u i r l a s t a s a s d e m a n d a d a s e s l a d e n o m i n a d a M I M O ( m u l t i p l e i n p u t - m u l t i p l e o u t p u t ) , l a

c u a l c o n s i s t e e n l a u t i l i z a c i n d e m l t i p l e s a n t e n a s , t a n t o e n t r a n s m i s i n c o m o e n r e c e p c i n .

E s t a t e s i s s e c e n t r a e n e l a n l i s i s d e l e f e c t o d e l a e s t i m a c i n d e c a n a l M I M O , e s p e c i a l m e n t e

c o m p l e j a d e b i d o a l n m e r o d e p a r m e t r o s a e s t i m a r , s o b r e e l r e n d i m i e n t o d e l o s d e t e c t o r e s

m u l t i a n t e n a , c e n t r n d o s e t a n t o e n a s p e c t o s p r c t i c o s c o m o t e r i c o s .

E l a n l i s i s p r c t i c o h a c o n s i s t i d o e n e l d e s a r r o l l o d e u n a p l a t a f o r m a d e p r o t o t i p a d o d e

t i e m p o r e a l p a r a c o m u n i c a c i o n e s M I M O , a s c o m o e n l a i m p l e m e n t a c i n d e u n s i s t e m a

c o m p l e t o

2 2, e l c u a l h a s e r v i d o p a r a e v a l u a r e l e f e c t o d e l a i m p l e m e n t a c i n h a r d w a r e s o b r e e l r e n d i m i e n t o d e l r e c e p t o r M I M O . S e h a n i n c l u i d o e l d e t e c t o r Z F (

z e r o - f o r c i n g ) y e l

d e c o d i c a d o r e s f r i c o d e n t r o d e u n s i s t e m a h a r d w a r e c o m p l e t o , p e r m i t i e n d o l a e v a l u a c i n

d e l a d e g r a d a c i n d e l a s t a s a s B E R ( b i t e r r o r r a t e

) e n e n t o r n o s r e a l i s t a s d o n d e s e a p r e c i a n

l o s e f e c t o s d e l o s e r r o r e s d e s i n c r o n i z a c i n , e s t i m a c i n d e c a n a l , c u a n t i c a c i n , e t c .

P o r o t r o l a d o , s e h a d e s a r r o l l a d o u n e s t u d i o d e l e f e c t o d e l a e s t i m a c i n d e c a n a l s o b r e e l

r e n d i m i e n t o c o m p a r a t i v o d e l a s p r i n c i p a l e s t c n i c a s d e d e t e c c i n M I M O . E s t e a n l i s i s h a s i d o

r e a l i z a d o t a n t o p a r a s i s t e m a s d e c o m u n i c a c i o n e s d e b a n d a e s t r e c h a c o m o p a r a s i s t e m a s d e

b a n d a a n c h a b a s a d o s e n O F D M ( o r t h o g o n a l f r e q u e n c y - d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g

) y S C F D E ( s i n -

g l e c a r r i e r w i t h f r e q u e n c y - d o m a i n e q u a l i z a t i o n ) . D e l m i s m o m o d o , s e h a e s t u d i a d o e l e f e c t o

d e l e r r o r d e e s t i m a c i n d e c a n a l e n s i s t e m a s i t e r a t i v o s T u r b o - M I M O b s i c o s , p r o p o n i n d o s e

u n a h e r r a m i e n t a d e p r e d i c c i n d e t a s a s B E R b a s a d a e n f u n c i o n e s E X I T ( e x t r i n s i c i n f o r m a -

t i o n t r a n s f e r ) a n a l t i c a s .

P o r l t i m o , p a r t i e n d o d e l a s c o n c l u s i o n e s o b t e n i d a s e n l o s p u n t o s a n t e r i o r e s , s e h a p r o -

p u e s t o u n a a r q u i t e c t u r a p a r a l e l a p a r a e s t i m a c i n d e c a n a l i t e r a t i v a , e s p e c i a l m e n t e a p r o p i a d a

p a r a s e r i m p l e m e n t a d a e n d i s p o s i t i v o s l g i c o s F P G A ( e l d - p r o g r a m m a b l e g a t e a r r a y

) . D i c h a

a r q u i t e c t u r a s o l u c i o n a v a r i o s d e l o s p r o b l e m a s d e o t r o s e s q u e m a s i t e r a t i v o s i n t r o d u c i e n d o

u n a u m e n t o m o d e r a d o d e c o m p l e j i d a d .

i v


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L a b u r p e n a

H a r i r i k g a b e k o k o m u n i k a z i o e s t a n d a r b e r r i e n z e r b i t z u - k a l i t a t e e t a a b i a d u r a e s k a e r e k s e i n a l e a -

r e n t e o r i a e t a a l g o r i t m o e n h a r d w a r e i n p l e m e n t a z i o a e u r e n m u g e t a r a i n o d a r a m a t z a t e . A i p a t u -

t a k o a b i a d u r a k l o r t z e k o e r a b i l t z e n a r i d i r e n t e k n i k e t a k o b a t , g a r r a n t z i t s u e n a a g i a n , M I M O

( m u l t i p l e i n p u t - m u l t i p l e o u t p u t ) d e l a k o s i s t e m a d a , n o n a n t e n a a n i t z e r a b i l t z e n d i r e n , b a i

i g o r l e a n b a i t a h a r t z a i l e a n e r e .

D o k t o r e t z a - t e s i h o n e n g a i n a g u s i a M I M O k a n a l a r e n e s t i m a z i o a n d a t z a e t a h o n e k M I M O

h a r t z a i l e a n d u e n e f e k t u a i k e r t z e a d u h e l b u r u , b e r e z i k i g a r r a n t z i t s u a s u e r t a b a i t a i t e k e e s t i -

m a t u b e h a r r e k o p a r a m e t r o k o p u r u h a n d i a d e l a e t a . B i b i d e e z b e r d i n j a r r a i t u d i r a i k e r k e t a

j o r r a t z e k o : b a t a p r a k t i k a n o i n a r r i t u a e t a b e s t e a , a l d i z , t e o r i a n .

A t a l p r a k t i k o a n d e n b o r a e r r e a l e k o p r o t o t i p a i a p l a t a f o r m a b a t d i s e i n a t u e t a s o r t u d a .

H o n e t a z g a i n ,

2 2 M I M O s i s t e m a o s o b a t e r e g a u z a t u d a , b e n e t a k o i n p l e m e n t a z i o b a t e n e r a g i n a i k e r t z e k o b a l i o i z a n d u e l a r i k . D e k o d i k a t z a i l e e s f e r i k o a e t a Z F (

z e r o - f o r c i n g ) d e -

t e k t o r e a k g a u z a t u d i r a , s i s t e m a e r r e a l b a t e n o n d o r i o a k ( s i n k r o n i z a z i o a , e s t i m a z i o a , z e n -

b a k a p e n a , e . a ) k o n t u t a n h a r t u a h a l i z a t e k o .

B e s t a l d e , s i m u l a z i o e t a n o i n a r r i t u t a k o i k e r k e t a t e o r i k o a e r e j o r r a t u d a , k a n a l a r e n e s t i -

m a z i o a k M I M O h a r t z a i l e g a r r a n t z i t s u e n e t a n d a u k a n e r a g i n a a z t e r t u z . M I M O s i s t e m a m o t a

n a g u s i e n a k h a r t u d i r a k o n t u a n : b a n d a e s t u k o a , O F D M ( o r t h o g o n a l f r e q u e n c y - d i v i s o n m u l -

t i p l e x i n g ) e t a S C F D E (

s i n g l e c a r r i e r w i t h f r e q u e n c y - d o m a i n e q u a l i z a t i o n ) . E r a b e r e a n ,

k a n a l a r e n e s t i m a z i o a r e n e r r o r e a k T u r b o - M I M O d i r e l a k o s i s t e m a i t e r a t i b o e t a n d a u k a n e r a -

g i n a e r e a z t e r t u d a , E X I T ( e x t r i n s i c i n f o r m a t i o n t r a n s f e r

) f u n t z i o a n a l i t i k o e t a n o i n a r r i t u t a k o

e b a l u a k e t a t r e s n a p r o p o s a t u d e l a r i k .

A z k e n i k , a u r r e k o a t a l e t a t i k a t e r a t a k o o n d o r i o e t a n o i n a r r i t u z k a n a l a r e n e s t i m a z i o i t e r a -

t i b o r a k o a r k i t e k t u r a p a r a l e l o a p r o p o s a t u d a . P r o p o s a t u r i k o a r k i t e k t u r a h a u e r r a z g a u z a

d a i t e k e F P G A ( e l d - p r o g r a m m a b l e g a t e a r r a y

) g a i l u p r o g r a m a g a r r i b a t e a n e t a b e s t e e s t i -

m a z i o t e k n i k e n h a i n b a t a k a t s s a i h e s d i t z a k e k o n p l e x u t a s u n a n e u r r i z k a n p o g e h i t u g a b e .

v


9/197

D e c l a r a t i o n o f O r i g i n a l i t y

I h e r e b y d e c l a r e t h a t t h e r e s e a r c h r e c o r d e d i n t h i s t h e s i s a n d t h e t h e s i s i t s e l f w e r e d e v e l o p e d

e n t i r e l y b y m y s e l f a t t h e S i g n a l T h e o r y a n d C o m m u n i c a t i o n s A r e a , D e p a r t m e n t o f E l e c t r o n -

i c s a n d C o m p u t e r S c i e n c e , a t t h e U n i v e r s i t y o f M o n d r a g o n .

T h e s o f t w a r e u s e d t o p e r f o r m t h e s i m u l a t i o n s a n d t h e d i e r e n t r e a l - t i m e h a r d w a r e i m p l e -

m e n t a t i o n s o f t h e a l g o r i t h m s w e r e d e v e l o p e d e n t i r e l y b y m y s e l f , w i t h t h e f o l l o w i n g e x c e p t i o n :

T h e S y s t e m G e n e r a t o r i m p l e m e n t a t i o n o f t h e s p h e r e d e c o d e r , w h i c h w a s u s e d d u r i n g

a c o l l a b o r a t i o n p r o j e c t w i t h t h e U n i v e r s i t y o f E d i n b u r g h , h a s b e e n e n t i r e l y d e s i g n e d

b y L u i s G . B a r b e r o a n d J o h n S . T h o m p s o n , a s h a s b e e n c l e a r l y s t a t e d i n t h e t h e s i s .





S e p t e m b e r , 2 0 0 8

v i


10/197

E s k e r r a k

B o s t u r t e i g a r o d i r a t e s i h o n i e k i n n i o n e t i k . B i d e l u z e a i z a n d a , s e i n a l e a r e n t r a t a m e n d u a r e n

e t a h a r i r i k g a b e k o k o m u n i k a z i o e n m u n d u b i t x i a n z e h a r . J e n d e u g a r i e z a g u t z e k o a u k e r a i z a n

d u t e t a d e n e k l a g u n d u d i d a t e h o n a i n o i r i s t e n , b a k o i t z a k b e r e e r a r a . N i r e e s k e r o n a e r a k u t s i

n a h i d i e t b e r e z i k i :

N i r e t e s i z u z e n d a r i i z a n d i r e n

J o n A l t u n a e t a

V i c e n t e A t x a d o k t o r e j a u n e i , t e s i a

e g i t e k o a u k e r a , b a l i a b i d e a k e t a a h o l k u a k e m a t e a z g a i n , b e t i n i g a n e r a k u t s i t a k o k o n -

d a n t z a e t a f e d e a g a t i k .

E u s k o J a u r l a r i t z a

k oH e z k u n t z a , U n i b e r t s i t a t e e t a I k e r k e t a

s a i l a r i , I k e r t z a i l e e n

P r e s t a k e t a r a k o P r o g r a m a k o b e k a r e n b i t a r t e z e m a n d a k o l a g u n t z a g a t i k .

M o n d r a g o n U n i b e r t s i t a t e k o M o n d r a g o n G o i E s k o l a P o l i t e k n i k o a

r i , b e r t a n

t e s i a e g i t e k o a u k e r a e t a d i r u l a g u n t z a e m a t e a r r e n .

E d i n b u r g o k o U n i b e r s i t a t e k o I n s t i t u t e f o r D i g i t a l C o m m u n i c a t i o n s - e k o t a l d e a -

r i , b e r t a k o J o h n S . T h o m p s o n

- i e t a g a u r e g u n B e l f a s t e k o Q u e e n s U n i v e r s i t y

d e l a k o a n d a g o e n L u i s G . B a r b e r o

- r i , E d i n b u r g o n e g i n d a k o e g o n a l d i a n e m a n d a k o

l a g u n t z a g a t i k e t a d e k o d i k a g a i l u e s f e r i k o a r e n i n g u r u a n e g i n d a k o e l k a r l a n a g a t i k .

N i r e l a n k i d e d i r e n e d o i z a n d i r e n

A n e A n t i a ,

I m a n o l B i l b a o ,

A m a i a B i z k a r -

g u e n a g a ,

J a v i D e l S e r ,

U n a i G a r r o e t a

M i g u e l S a n M i g u e l - i , t e s i a k e r a g i n

d i t u e n m a r r o i a k

e t a n i r e d e s a g e r p e n a k j a s a t e a r r e n , e t a b e r e z i k i E g o i t z A r r u t i

,J a v i e r

O y a r z u n e t a J o s e M a r i Z a b a l e g i - r i , t e s i a a m a i t z e k o b e h a r n u e n d e n b o r a e m a t e a -

g a t i k .

T e s i a n z e h a r n i r e l a n k i d e i z a n d a k o

W i l f r e d o F a l c n ,

F i d e l H e r n n d e z ,

A i t z o l

I t u r r o s p e ,

I m a n o l M a r t n e z ,

I k e r S o b r n e t a b e r e z i k i h a r d w a r e k o n t u e t a n l a g u n

i z a n d u d a n G o r k a L a n d a b u r u

- r i .

J a s a n b e h a r i z a n n a u t e n A r r a s a t e k o p i s u k i d e e t a l a g u n e i :

B o r j a ,

C r i s t i n a ,

I k e r e t a

J a v i - r i .

v i i


11/197

A s t e b u r u e t a n n e r e f a l t a s u m a t u d u t e n

E i b a r k o k o a d r i l a k o a s t o k i l o e i . H a u i r a k u r r i k o

e z d u t e n e z , e z d u t u s t e i z e n a k j a r t z e a m e r e z i d u e n i k ; - ) .

E t a a z k e n e n g o a k g a r r a n t z i t s u e n a k , h o n a i n o i r i t s i a h a l i z a t e k o a u k e r a , h e z k u n t z a e t a

i n d a r r a e m a n d i d a n s e n d i a r i : a i t a

,a m a

e t aa n a i a

r i , t e s i a o s o g a r r a n t z i t s u a d e l a ( e t a

b a t e z e r e , e z d e l a ) g o g o r a t z e a g a t i k . E t a n o l a e z , t e s i h a u b i r r i t a n i r a k u r r i b e h a r i z a n

d u e n n i r e n e s k a l a g u n k o t x a u a r i

, b i h o t z - b i h o t z e z .

E S K E R R I K A S K O !

v i i i


12/197

A c k n o w l e d g m e n t s

I t i s v e y e a r s s i n c e I b e g a n t o w o r k o n t h i s P h D t h e s i s . I t h a s b e e n a l o n g j o u r n e y t h r o u g h

t h e b i z a r r e w o r l d o f s i g n a l p r o c e s s i n g a n d w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n s . I h a v e h a d t h e c h a n c e

t o m e e t m a n y i n t e r e s t i n g p e o p l e a n d a l l o f t h e m h a v e h e l p e d m e i n m a n y d i e r e n t w a y s . I

w o u l d l i k e t o e x p r e s s m y d e e p e s t g r a t i t u d e t o :

M y s u p e r v i s o r s D r . J o n A l t u n a a n d D r . V i c e n t e A t x a f o r g i v i n g m e t h e s u p p o r t

a n d a l l t h e m e a n s t o d o t h i s P h D , a s w e l l a s f o r t h e c o n d e n c e a n d f a i t h t h e y h a v e

s h o w n o n m e .

T h e

D e p a r t m e n t o f E d u c a t i o n , U n i v e r s i t i e s a n d R e s e a r c h o f t h e

B a s q u e G o v -

e r n m e n t , f o r t h e f u n d i n g r e c e i v e d t h r o u g h a

R e s e a r c h e r T r a i n i n g g r a n t .

T h e

H i g h P o l y t e c h n i c a l S c h o o l o f t h e

U n i v e r s i t y o f M o n d r a g o n , f o r t h e c h a n c e

a n d f u n d i n g t o d e v e l o p t h e P h D .

T h e

I n s t i t u t e f o r D i g i t a l C o m m u n i c a t i o n s o f t h e

U n i v e r s i t y o f E d i n b u r g h ,

s p e c i a l l y t o D r . J o h n S . T h o m p s o n

a n dD r . L u i s G . B a r b e r o

, c u r r e n t l y a t

Q u e e n s U n i v e r s i t y B e l f a s t , f o r t h e i r h e l p d u r i n g m y i n t e r n s h i p i n E d i b u r g h a n d f o r t h e

c o l l a b o r a t i o n p r o j e c t o n t h e s p h e r e d e c o d e r .

T o m y c u r r e n t a n d p a s t c o l l e a g u e s

A n e A n t i a ,

I m a n o l B i l b a o ,

A m a i a B i z k a r g u e -

n a g a ,

J a v i D e l S e r ,

U n a i G a r r o a n d

M i g u e l S a n M i g u e l , f o r s t a n d i n g t h e

b r o w n s

d e r i v e d f r o m m y P h D a n d a l l m y d i s a p p e a r a n c e s . V e r y s p e c i a l l y t o E g o i t z A r r u t i

,

J a v i e r O y a r z u n a n d

J o s e M a r i Z a b a l e g i , f o r g i v i n g m e t h e t i m e I n e e d e d t o n i s h

t h i s w o r k .

T o m y f o r m e r P h D o c e m a t e s

W i l f r e d o F a l c n ,

F i d e l H e r n n d e z ,

A i t z o l I t u r -

r o s p e ,

I m a n o l M a r t n e z ,

I k e r S o b r n a n d s p e c i a l l y

G o r k a L a n d a b u r u , w h o h a s

f o u g h t b e s i d e m e a g a i n s t h a r d w a r e i m p l e m e n t a t i o n .

M y a t m a t e s a n d f r i e n d s i n A r r a s a t e : B o r j a , C r i s t i n a , I k e r a n d J a v i e r .

i x


13/197

M y f r i e n d s f r o m E i b a r

, w h o h a v e m i s s e d m e a l l t h e w e e k e n d s I h a v e d e d i c a t e d t o

t h e P h D . T h e y w i l l n e v e r r e a d t h i s , s o I w i l l n o t e n u m e r a t e a l l o f t h e m . ; - )

A n d l a s t , t h e m o s t i m p o r t a n t o n e s , t h o s e w h o h a v e g i v e n m e a l l t h e o p p o r t u n i t i e s ,

e d u c a t i o n , s u p p o r t a n d s t r e n g t h t o b e w h a t I a m : m y f a t h e r , m o t h e r a n d b r o t h e r

,

f o r r e m i n d i n g m e h o w i m p o r t a n t t h i s t h e s i s i s ( a n d i s n o t ) . A n d h o w n o t , v e r y s p e c i a l l y

t o m y p o o r g i r l f r i e n d

, w h o h a s h a d t o r e a d t h i s P h D d i s s e r t a t i o n s e v e r a l t i m e s .

T H A N K S !

x


14/197

A i t a , a m a e t a X a b i r e n t z a t .

T a M a r l e t a r e n t z a t .

. . .

W h a t m i g h t h a v e b e e n i s a n a b s t r a c t i o n

R e m a i n i n g a p e r p e t u a l p o s s i b i l i t y

O n l y i n a w o r l d o f s p e c u l a t i o n

W h a t m i g h t h a v e b e e n a n d w h a t h a s b e e n

P o i n t t o o n e e n d , w h i c h i s a l w a y s p r e s e n t .

F o o t f a l l s e c h o i n t h e m e m o r y

D o w n t h e p a s s a g e w h i c h w e d i d n o t t a k e

T o w a r d s t h e d o o r w e n e v e r o p e n e d

. . .

T . S . E l i o t ,

B u r n t N o r t o n


15/197

C o n t e n t s

A b s t r a c t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i i i

D e c l a r a t i o n o f O r i g i n a l i t y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v i

A c k n o w l e d g m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v i i

C o n t e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i i

L i s t o f F i g u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x v

L i s t o f T a b l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i x

L i s t o f S y m b o l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x x v

1 I n t r o d u c c i n 1

1 . 1 I n t r o d u c c i n y E s t a d o d e l A r t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1 . 1 . 1 S i s t e m a s I n a l m b r i c o s M I M O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1 . 1 . 2 E s t i m a c i n d e C a n a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1 . 1 . 3 D e m o s t r a d o r e s y S i s t e m a s d e P r o t o t i p a d o M I M O . . . . . . . . . . . 4

1 . 2 M o t i v a c i n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1 . 3 O b j e t i v o s y M e t o d o l o g a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1 . 3 . 1 O b j e t i v o s d e l E s t u d i o T e r i c o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1 . 3 . 2 O b j e t i v o s d e l a I m p l e m e n t a c i n P r c t i c a . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1 . 3 . 3 M e t o d o l o g a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1 . 3 . 3 . 1 T e o r a y S i m u l a c i o n e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1 . 3 . 3 . 2 I m p l e m e n t a c i n P r c t i c a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1 . 4 C o n t r i b u c i o n e s d e l a T e s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1 . 5 E s t r u c t u r a d e l a T e s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0

2 M I M O S y s t e m s i n W i r e l e s s C o m m u n i c a t i o n s 1 1

2 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1

2 . 2 N a r r o w b a n d M I M O W i r e l e s s S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2

2 . 2 . 1 S y s t e m M o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2

2 . 2 . 2 C a p a c i t y o f M I M O C h a n n e l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3

2 . 2 . 2 . 1 D e t e r m i n i s t i c M I M O C h a n n e l . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3

x i i


16/197

2 . 2 . 2 . 2 R a n d o m M I M O C h a n n e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5

2 . 2 . 3 S p a c e - T i m e C o d i n g T e c h n i q u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5

2 . 2 . 3 . 1 S p a t i a l M u l t i p l e x i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6

2 . 2 . 3 . 2 S p a c e - T i m e B l o c k C o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7

2 . 2 . 3 . 3 S p a c e - T i m e T r e l l i s C o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9

2 . 2 . 4 S u m m a r y o f M I M O D e t e c t i o n A l g o r i t h m s . . . . . . . . . . . . . . . 2 0

2 . 2 . 4 . 1 T h e S p h e r e D e c o d e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2

2 . 2 . 5 P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f M I M O D e t e c t i o n S c h e m e s . . . . . . . . 2 4

2 . 3 M I M O - O F D M S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5

2 . 3 . 1 O F D M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5

2 . 3 . 2 M I M O - O F D M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7

2 . 3 . 3 M I M O - B a s e d W L A N S t a n d a r d : I E E E 8 0 2 . 1 1 n . . . . . . . . . . . . . 2 8

2 . 3 . 4 P e r f o r m a n c e R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9

2 . 4 M I M O - S C F D E S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9

2 . 4 . 1 S C F D E M o d u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0

2 . 4 . 2 M I M O - S C F D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1

2 . 4 . 3 P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f M I M O - S C F D E a n d M I M O - O F D M . . . 3 2

2 . 5 I t e r a t i v e M I M O R e c e i v e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2

2 . 5 . 1 F u n d a m e n t a l S y s t e m M o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3

2 . 5 . 2 P e r f o r m a n c e E v a l u a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

2 . 5 . 3 E X I T C h a r t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

2 . 5 . 4 E X I T F u n c t i o n - B a s e d P e r f o r m a n c e P r e d i c t i o n . . . . . . . . . . . . . 3 7

2 . 6 C h a p t e r S u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7

3 M I M O P r o t o t y p i n g P l a t f o r m a n d I m p l e m e n t a t i o n s 3 9

3 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9

3 . 2 A l g o r i t h m P r o t o t y p i n g M e t h o d o l o g y a n d T o o l s . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0

3 . 2 . 1 X i l i n x D e s i g n , S y n t h e s i s a n d I m p l e m e n t a t i o n T o o l s . . . . . . . . . . 4 1

3 . 2 . 2 S i m u l i n k - B a s e d D e s i g n o f R e a l - T i m e A l g o r i t h m s . . . . . . . . . . . . 4 2

3 . 3 O - l i n e T r a n s m i s s i o n P l a t f o r m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4

3 . 4 R e a l - t i m e A l g o r i t h m P r o t o t y p i n g P l a t f o r m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7

3 . 4 . 1 R a p i d P r o t o t y p i n g B o a r d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7

3 . 4 . 2 R F T r a n s c e i v e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8

3 . 5 H a r d w a r e i n t h e L o o p A p p r o a c h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8

3 . 5 . 1 S y n c h r o n i z a t i o n b e t w e e n M a t l a b / S i m u l i n k a n d R e a l - T i m e H a r d w a r e 4 9

3 . 5 . 2 A p p l i c a t i o n E x a m p l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0

3 . 6 I m p l e m e n t a t i o n o f a B a s i c 2 x 2 M I M O S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1

3 . 6 . 1 T r a n s m i t t e r A l g o r i t h m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2


17/197

3 . 6 . 2 R e c e i v e r A l g o r i t h m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3

3 . 6 . 3 D e s i g n P a r t i t i o n i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4

3 . 6 . 3 . 1 R F C h a i n P a r t i t i o n i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5

3 . 6 . 4 C o m p l e x i t y a n d R e s o u r c e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5

3 . 7 I m p l e m e n t a t i o n o f a S p h e r e D e c o d e r - B a s e d M I M O S y s t e m . . . . . . . . . . 5 6

3 . 7 . 1 I n t e g r a t i o n o f t h e S D M o d e l i n t o t h e M I M O I m p l e m e n t a t i o n . . . . . 5 6

3 . 7 . 2 C o m p l e x i t y a n d R e s o u r c e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8

3 . 8 C h a p t e r S u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 9

4 M I M O C h a n n e l E s t i m a t i o n 6 0

4 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0

4 . 2 N a r r o w b a n d M I M O c h a n n e l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1

4 . 2 . 1 T r a i n i n g - B a s e d C h a n n e l E s t i m a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2

4 . 2 . 1 . 1 L e a s t - S q u a r e s C h a n n e l E s t i m a t i o n . . . . . . . . . . . . . . 6 2

4 . 2 . 1 . 2 L i n e a r M i n i m u m M e a n S q u a r e d E r r o r C h a n n e l E s t i m a t i o n . 6 4

4 . 2 . 1 . 3 O t h e r T r a i n i n g - B a s e d T e c h n i q u e s . . . . . . . . . . . . . . . 6 5

4 . 2 . 2 S e m i - B l i n d T e c h n i q u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6

4 . 2 . 2 . 1 I t e r a t i v e C h a n n e l E s t i m a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6

4 . 2 . 2 . 2 S e c o n d a n d H i g h e r - O r d e r S t a t i s t i c s - B a s e d A p p r o a c h e s . . . 6 7

4 . 3 M I M O - O F D M a n d M I M O - S C F D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2

4 . 3 . 1 T i m e - D o m a i n L S - M L C h a n n e l E s t i m a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . 7 2

4 . 3 . 2 F r e q u e n c y - D o m a i n L S C h a n n e l E s t i m a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . 7 6

4 . 3 . 3 O p t i m a l T r a i n i n g S t r u c t u r e s f o r M I M O - O F D M . . . . . . . . . . . . 7 7

4 . 4 C h a n n e l E s t i m a t i o n i n I t e r a t i v e M I M O S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9

4 . 4 . 1 E M C h a n n e l E s t i m a t i o n i n T u r b o - M I M O S y s t e m s . . . . . . . . . . . 7 9

4 . 4 . 2 A n a l y t i c a l E X I T F u n c t i o n s w i t h C h a n n e l E s t i m a t i o n E r r o r s . . . . . 8 1

4 . 4 . 2 . 1 A d a p t a t i o n o f t h e P e r f o r m a n c e E v a l u a t i o n A l g o r i t h m . . . . 8 3

4 . 4 . 3 C h a n n e l E s t i m a t i o n E r r o r M o d e l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3

4 . 4 . 3 . 1 T r a i n i n g - B a s e d l e a s t - s q u a r e s ( L S ) C h a n n e l E s t i m a t i o n . . . 8 4

4 . 4 . 3 . 2 I t e r a t i v e E M C h a n n e l E s t i m a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . 8 4

4 . 4 . 4 S i m u l a t i o n R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4

4 . 5 C h a p t e r S u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 5

5 I m p a c t o f C h a n n e l E s t i m a t i o n o n t h e P e r f o r m a n c e o f M I M O D e t e c t o r s 8 7

5 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 7

5 . 2 S c e n a r i o s f o r t h e A n a l y s i s o f C h a n n e l E s t i m a t i o n I m p l e m e n t a t i o n . . . . . . 8 7

5 . 2 . 1 L S E s t i m a t o r i n F u l l y I m p l e m e n t e d M I M O S c e n a r i o . . . . . . . . . . 8 8

5 . 2 . 2 F l e x i b l e M a t l a b - B a s e d C h a n n e l E s t i m a t o r I m p l e m e n t a t i o n E v a l u a t i o n 9 1

5 . 3 N a r r o w b a n d M I M O C h a n n e l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2


18/197

5 . 3 . 1 E v a l u a t i o n o f C h a n n e l E s t i m a t i o n o n t h e R e a l - T i m e M I M O P l a t f o r m 9 2

5 . 3 . 1 . 1 Z e r o - F o r c i n g R e c e i v e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3

5 . 3 . 1 . 2 O p t i m a l S p h e r e D e c o d e r - B a s e d M I M O S y s t e m . . . . . . . 9 3

5 . 3 . 2 S i m u l a t i o n - B a s e d E v a l u a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 5

5 . 3 . 2 . 1 U n c o d e d 4 x 4 S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6

5 . 3 . 2 . 2 C o d e d 4 x 4 S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 9

5 . 3 . 2 . 3 4 x 6 S e t u p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 9

5 . 3 . 2 . 4 S u m m a r y o f M a i n R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 1

5 . 4 M I M O - O F D M a n d M I M O - S C F D E S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 1

5 . 4 . 1 M I M O - O F D M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 1

5 . 4 . 1 . 1 U n c o d e d 4 x 4 S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2

5 . 4 . 1 . 2 C o d e d 4 x 4 S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 3

5 . 4 . 2 M I M O - S C F D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4

5 . 4 . 2 . 1 U n c o d e d 4 x 4 S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4

5 . 4 . 2 . 2 C o d e d 4 x 4 S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 5

5 . 4 . 3 C o m p a r a t i v e P e r f o r m a n c e a n d C o n s i d e r a t i o n s . . . . . . . . . . . . . 1 0 5

5 . 5 D e s i g n o f a P a r a l l e l D e c i s i o n - D i r e c t e d C h a n n e l E s t i m a t i o n A r c h i t e c t u r e . . . 1 0 7

5 . 5 . 1 N a r r o w b a n d S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 8

5 . 5 . 2 E x t e n s i o n t o M I M O - O F D M a n d M I M O - S C F D E S y s t e m s . . . . . . . 1 1 0

5 . 6 C h a p t e r S u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 3

6 C o n c l u s i o n a n d F u r t h e r R e s e a r c h 1 1 5

6 . 1 S u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 5

6 . 2 T h e s i s C o n t r i b u t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 6

6 . 3 S u g g e s t i o n s f o r F u r t h e r R e s e a r c h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 7

A P u b l i c a t i o n s 1 1 9

R e f e r e n c e s 1 5 6


19/197

L i s t o f F i g u r e s

1 . 1 B l o q u e s p r i n c i p a l e s y p a r m e t r o s d e l s i s t e m a e v a l u a d o . . . . . . . . . . . . . 6

2 . 1 B a s i c d i a g r a m o f a w i r e l e s s M I M O s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2

2 . 210%

- o u t a g e c a p a c i t y o f r a n d o m M I M O c h a n n e l s w i t h M = N

. . . . . . . . . 1 6

2 . 3 D i a g r a m o f a n u n c o d e d N M

s p a t i a l m u l t i p l e x i n g M I M O s y s t e m . . . . . . 1 7

2 . 4 D i a g r a m s o f h o r i z o n t a l l y ( a ) a n d v e r t i c a l l y ( b ) e n c o d e d s p a t i a l m u l t i p l e x i n g

t r a n s m i t t e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7

2 . 5 T r e l l i s d i a g r a m f o r a 4 - Q A M , 4 - s t a t e S T T C c o d e w i t h M = 2

. . . . . . . . . 2 0

2 . 6 S t r u c t u r e o f a g e n e r i c d e t e c t o r w i t h s u c c e s s i v e i n t e r f e r e n c e c a n c e l l a t i o n . . . . 2 2

2 . 7 S c h e m a t i c o f t h e s p h e r e d e c o d e r s e a r c h p r i n c i p l e f o r t h e 2 - d i m e n s i o n a l c a s e . . 2 2

2 . 8 B E R p e r f o r m a n c e o f b a s i c M I M O d e t e c t o r s f o r u n c o d e d 4 4 ( a ) a n d 2 3( b ) Q P S K t r a n s m i s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4

2 . 9 D i a g r a m o f O F D M t r a n s m i s s i o n a n d r e c e p t i o n c h a i n s f o r a S I S O c h a n n e l . . . 2 6

2 . 1 0 O r t h o g o n a l s u b c a r r i e r s o f a n O F D M w i r e l e s s s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . 2 7

2 . 1 1 D i a g r a m o f a g e n e r a l M I M O - O F D M s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8

2 . 1 2 D i a g r a m o f a g e n e r i c 4 4

I E E E 8 0 2 . 1 1 n M I M O - O F D M t r a n s m i t t e r [ E W C 0 5 ] . 2 9

2 . 1 3 B E R p e r f o r m a n c e c u r v e s o f b a s i c M I M O d e t e c t o r s f o r u n c o d e d ( a ) a n d r a t e -

1/2c o d e d ( b )

4 4Q P S K O F D M t r a n s m i s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0

2 . 1 4 D i a g r a m o f t r a n s m i s s i o n a n d r e c e p t i o n c h a i n s f o r a S I S O - S C F D E s y s t e m . . . 3 0

2 . 1 5 S c h e m a t i c o f a M I M O - S C F D E s p a t i a l m u l t i p l e x i n g t r a n s m i s s i o n a n d r e c e p t i o n

s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1

2 . 1 6 B E R p e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f b a s i c M I M O d e t e c t o r s f o r u n c o d e d ( a ) a n d

r a t e - 1/2

c o d e d ( b ) 4 4

S C F D E ( s o l i d l i n e ) a n d O F D M ( d a s h e d l i n e ) t r a n s -

m i s s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2

2 . 1 7 D i a g r a m o f a M I M O t r a n s m i t t e r w i t h c o d i n g a n d i n t e r l e a v i n g . . . . . . . . . 3 3

2 . 1 8 D i a g r a m o f a g e n e r i c i n t e r f e r e n c e c a n c e l l a t i o n - b a s e d i t e r a t i v e T u r b o - M I M O

r e c e i v e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4

x v i


20/197

2 . 1 9 B E R p e r f o r m a n c e c u r v e s f o r a n i t e r a t i v e M I M O r e c e i v e r i n a 44

s y s t e m w i t h

x e d ( a ) a n d R a y l e i g h f a d i n g ( b ) w i r e l e s s c h a n n e l s w i t h 0

,1

a n d2

i t e r a t i o n s . 3 5

2 . 2 0 E X I T t r a j e c t o r y f o r a M M S E - P I C r e c e i v e r w i t h Eb/N0 = 3 d B . . . . . . . . 3 6

3 . 1 M a i n s t a g e s o f t h e s i m u l a t i o n a n d i m p l e m e n t a t i o n o w . . . . . . . . . . . . . 4 0

3 . 2 R e a l - t i m e M I M O a l g o r i t h m d e s i g n a n d v a l i d a t i o n o w w i t h r e a l t r a n s m i s s i o n . 4 1

3 . 3 C o m b i n e d u s e o f M a t l a b , S i m u l i n k a n d S y s t e m G e n e r a t o r m o d e l s . . . . . . . 4 3

3 . 4 B l o c k d i a g r a m o f t h e o - l i n e M I M O t r a n s m i s s i o n p l a t f o r m ( 2 2

s e t u p ) . . . 4 4

3 . 5 M a i n h a r d w a r e e l e m e n t s o f t h e o - l i n e t r a n s m i s s i o n p l a t f o r m . . . . . . . . . 4 6

3 . 6 M a i n e l e m e n t s o f t h e r e a l - t i m e M I M O a l g o r i t h m p r o t o t y p i n g p l a t f o r m : a n -

t e n n a s e t s ( 1 ) , H e r o n b o a r d ( 2 ) a n d R F t r a n s c e i v e r s ( 3 ) . . . . . . . . . . . . 4 8

3 . 7 S c h e m e o f a 2 x 2 r e a l - t i m e H a L o M I M O s y s t e m c o n t r o l l e d f r o m S i m u l i n k . . . 5 0

3 . 8 M a t l a b - e m u l a t e d c h a n n e l i n a r e a l - t i m e r u n n i n g r a p i d p r o t o t y p i n g p l a t f o r m . 5 1

3 . 9 D i a g r a m o f t h e i m p l e m e n t e d 2 x 2 M I M O w i r e l e s s s y s t e m . . . . . . . . . . . . 5 2

3 . 1 0 S y s t e m G e n e r a t o r i m p l e m e n t a t i o n o f t h e 2 x 2 M I M O t r a n s m i t t e r . . . . . . . 5 3

3 . 1 1 S c h e m a t i c o f t h e p a r t i t i o n e d d e s i g n w h i c h c o m p r i s e s 4

F P G A d e v i c e s . . . . . 5 4

3 . 1 2 S t r u c t u r e o f t h e S y s t e m G e n e r a t o r i m p l e m e n t a t i o n o f t h e S D d e c o d e r , d e v e l -

o p e d a t t h e U n i v e r s i t y o f E d i n b u r g h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 7

3 . 1 3 B E R ( a ) a n d t h r o u g h p u t ( b ) p e r f o r m a n c e c u r v e s f o r t h e F P G A i m p l e m e n t a -

t i o n o f t h e S D a l g o r i t h m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8

4 . 1 S t r u c t u r e o f t h e t r a n s m i t t e d s y m b o l m a t r i x

S. . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2

4 . 2 N M S E ( a ) a n d B E R ( b ) p e r f o r m a n c e c u r v e s o f L S c h a n n e l e s t i m a t i o n f o r a

4 4s p a t i a l m u l t i p l e x i n g s y s t e m w i t h M M S E d e t e c t i o n . . . . . . . . . . . . 6 4

4 . 3 N M S E ( a ) a n d B E R ( b ) p e r f o r m a n c e c u r v e s o f L S a n d L M M S E c h a n n e l e s t i -

m a t i o n f o r a 4 4

s p a t i a l m u l t i p l e x i n g s y s t e m w i t h M M S E d e t e c t i o n . . . . . 6 5

4 . 4 N M S E a n d B E R c u r v e s o f i t e r a t i v e L S c h a n n e l e s t i m a t i o n f o r a 4 4

s p a t i a l

m u l t i p l e x i n g s y s t e m w i t h M M S E d e t e c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8

4 . 5 N M S E ( a ) a n d B E R ( b ) c u r v e s o f t r a i n i n g - b a s e d , i t e r a t i v e L S a n d W R c h a n n e l

e s t i m a t i o n t e c h n i q u e s f o r a 4

4

B P S K t r a n s m i s s i o n o f 1 0 0 b i t s p e r a n t e n n a . 6 9

4 . 6 c d f o f o u t p u t S I N R f o r d i e r e n t c h a n n e l e s t i m a t o r s a n d Eb/N0 v a l u e s . . . . . 7 0

4 . 7 B E R p e r f o r m a n c e o f A C M A - b a s e d c h a n n e l e s t i m a t i o n w i t h d i e r e n t t r a i n i n g

l e n g t h s a n d Eb/N0 v a l u e s o f 0 , 10 a n d 20 d B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1

4 . 8 N M S E ( a ) a n d B E R ( b ) p e r f o r m a n c e o f M L c h a n n e l e s t i m a t i o n f o r a 4 4

H I P E R L A N / 2 A c h a n n e l m o d e l ( L = 11

t a p s ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4

4 . 9 N M S E ( a ) a n d B E R ( b ) p e r f o r m a n c e o f M L c h a n n e l e s t i m a t i o n f o r a 4 4

H I P E R L A N / 2 C c h a n n e l m o d e l ( L = 31

t a p s ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4

4 . 1 0 S t r u c t u r e o f t h e 8 0 2 . 1 1 a p r e a m b l e , s h o w i n g a d o u b l e - l e n g t h s y m b o l f o r c h a n n e l

e s t i m a t i o n [ I E E E 9 9 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5


21/197


22/197

5 . 1 0 B E R p e r f o r m a n c e o f u n c o d e d ( a ) a n d c o d e d ( b ) 4 6

s p a t i a l m u l t i p l e x i n g

s y s t e m w i t h L S c h a n n e l e s t i m a t i o n w i t h LT = 4 ( s o l i d l i n e ) a n d LT = 12

( d a s h e d l i n e ) f o r Q P S K m o d u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 0

5 . 1 1 B E R p e r f o r m a n c e o f a n u n c o d e d M I M O - O F D M s p a t i a l m u l t i p l e x i n g s y s t e m

w i t h L S c h a n n e l e s t i m a t i o n w i t h LT = 1 ( s o l i d l i n e ) a n d LT = 4 ( d a s h e d l i n e )

f o r Q P S K ( a ) a n d 1 6 - Q A M ( b ) m o d u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2

5 . 1 2 B E R p e r f o r m a n c e o f a n c o d e d M I M O - O F D M s p a t i a l m u l t i p l e x i n g s y s t e m w i t h

L S c h a n n e l e s t i m a t i o n w i t h LT = 1 ( s o l i d l i n e ) a n d LT = 4 ( d a s h e d l i n e ) f o r

Q P S K ( a ) a n d 1 6 - Q A M ( b ) m o d u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 3

5 . 1 3 B E R p e r f o r m a n c e o f a n u n c o d e d M I M O - S C F D E s p a t i a l m u l t i p l e x i n g s y s t e m

w i t h L S c h a n n e l e s t i m a t i o n w i t h LT = 1 ( s o l i d l i n e ) a n d LT = 4 ( d a s h e d l i n e )

f o r Q P S K ( a ) a n d 1 6 - Q A M ( b ) m o d u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4

5 . 1 4 B E R p e r f o r m a n c e o f a c o d e d M I M O - S C F D E s p a t i a l m u l t i p l e x i n g s y s t e m w i t h

L S c h a n n e l e s t i m a t i o n w i t h LT = 1 ( s o l i d l i n e ) a n d LT = 4 ( d a s h e d l i n e ) f o r

Q P S K ( a ) a n d 1 6 - Q A M ( b ) m o d u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 5

5 . 1 5 E e c t s o f c h a n n e l e s t i m a t i o n o n t h e p e r f o r m a n c e o f a c o d e d 1 6 - Q A M s p a t i a l

m u l t i p l e x i n g s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 6

5 . 1 6 A r c h i t e c t u r e o f P D D r e c e i v e r w i t h P = 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 8

5 . 1 7 M e a n N M S E f o r e v e r y r e c e i v e d s y m b o l i n a f r a m e f o r M M S E - V - B L A S T d e -

t e c t i o n w i t h LT = 4 Q P S K ( a ) a n d LT = 8 1 6 Q A M ( b ) s y s t e m s . . . . . . . . 1 1 0

5 . 1 8 B E R p e r f o r m a n c e c u r v e s o f d i e r e n t i t e r a t i v e c h a n n e l e s t i m a t o r s a n d t h e P D D

a r c h i t e c t u r e f o r Q P S K M M S E ( a ) a n d 1 6 Q A M Z F ( b ) s c e n a r i o s . . . . . . . . 1 1 0

5 . 1 9 B E R o f a 4 4

Q P S K Z F s y s t e m w i t h d i e r e n t c h a n n e l e s t i m a t o r s i n c l u d i n g

t h e P D D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1

5 . 2 0 E v o l u t i o n o f c h a n n e l e s t i m a t e o f a s a m p l e Hnm s u b c h a n n e l f o r Eb/N0 v a l u e s

o f12

d B ( a ) a n d 4

d B ( b ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1

5 . 2 1 B E R c o m p a r i s o n o f P D D c h a n n e l e s t i m a t i o n a r c h i t e c t u r e a n d t h e d e c i s i o n -

d i r e c t e d ( D D ) a p p r o a c h f o r a 4 4

M I M O - O F D M s y s t e m w i t h M M S E ( a )

a n d M M S E - V - B L A S T ( b ) d e t e c t i o n a l g o r i t h m s . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 2

5 . 2 2 B E R c o m p a r i s o n o f P D D c h a n n e l e s t i m a t i o n a r c h i t e c t u r e a n d t h e d e c i s i o n -

d i r e c t e d ( D D ) a p p r o a c h f o r a 4 4

M I M O - S C F D E s y s t e m w i t h M M S E ( a )

a n d M M S E - V - B L A S T ( b ) d e t e c t i o n a l g o r i t h m s . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 3


23/197

L i s t o f T a b l e s

2 . 1 B E R p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n a l g o r i t h m f o r e a c h c h a n n e l r e a l i z a t i o n o f a n i t -

e r a t i v e M I M O r e c e i v e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8

3 . 1 F P G A r e s o u r c e s u s e d b y t h e Z F - b a s e d r e a l - t i m e i m p l e m e n t a t i o n . . . . . . . 5 5

3 . 2 F P G A r e s o u r c e s u s e d b y t h e S D - b a s e d r e a l - t i m e i m p l e m e n t a t i o n . . . . . . . 5 8

4 . 1 E x a m p l e s o f o p t i m a l M I M O - O F D M p r e a m b l e s f o r T = 8

s u b c a r r i e r s , M = 4

a n t e n n a s a n d a c h a n n e l l e n g t h o f L = 2

t a p s [ M i n n 0 6 ] . . . . . . . . . . . . . 7 9

4 . 2 B E R p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n a l g o r i t h m f o r e a c h c h a n n e l r e a l i z a t i o n o f a n i t -

e r a t i v e M I M O r e c e i v e r w i t h c h a n n e l e s t i m a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3

x x


24/197

A c r o n y m s

A D Ca n a l o g t o d i g i t a l c o n v e r t e r

A Ma m p l i t u d e m o d u l a t i o n

A P Ia p p l i c a t i o n p r o g r a m m e r i n t e r f a c e

A P Pa p o s t e r i o r i p r o b a b i l i t y

A W G N a d d i t i v e w h i t e G a u s s i a n n o i s e

B E Rb i t e r r o r r a t e

B I C M b i t - i n t e r l e a v e d c o d e d m o d u l a t i o n

B P S K b i n a r y p h a s e s h i f t k e y i n g

B S Sb l i n d s o u r c e s e p a r a t i o n

c d fc u m u l a t i v e d i s t r i b u t i o n f u n c t i o n

C D Mc o d e d i v i s o n m u l t i p l e x i n g

C D M A c o d e d i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s

C Pc y c l i c p r e x

C S Ic h a n n e l s t a t e i n f o r m a t i o n

D - B L A S T d i a g o n a l B e l l - L a b s l a y e r e d s p a c e - t i m e

D Ed i a g o n a l e n c o d i n g

D F Td i s c r e t e F o u r i e r t r a n s f o r m

D S Pd i g i t a l s i g n a l p r o c e s s o r

x x i


25/197

E Me x p e c t a t i o n m a x i m i z a t i o n

E W C E n h a n c e d W i r e l e s s C o n s o r t i u m

E X I T e x t r i n s i c i n f o r m a t i o n t r a n s f e r

F D Ef r e q u e n c y - d o m a i n e q u a l i z a t i o n

F D Mf r e q u e n c y - d i v i s o n m u l t i p l e x i n g

F Ef r o n t - e n d

F E Cf o r w a r d e r r o r c o r r e c t i n g

F E Rf r a m e e r r o r r a t e

F I F O r s t i n - r s t o u t

F F Tf a s t F o u r i e r t r a n s f o r m

F P G A e l d p r o g r a m m a b l e g a t e a r r a y

G U Ig r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e

H a L o h a r d w a r e i n t h e l o o p

H Eh o r i z o n t a l e n c o d i n g

I Fi n t e r m e d i a t e f r e q u e n c y

I F F T i n v e r s e f a s t F o u r i e r t r a n s f o r m

i . i . d . i n d e p e n d e n t a n d i d e n t i c a l l y d i s t r i b u t e d

I L Si t e r a t i v e l e a s t s q u a r e s

I S Ii n t e r - s y m b o l i n t e r f e r e n c e

L Cl i n e a r c o m b i n e r

L D P C l o w - d e n s i t y p a r i t y c h e c k

L L Rl o g - l i k e l i h o o d r a t i o

L M M S E l i n e a r m i n i m u m m e a n s q u a r e d e r r o r

L Sl e a s t - s q u a r e s

M b p s m e g a b i t s p e r s e c o n d


26/197


27/197

S Ds p h e r e d e c o d e r

S E S c h n o r r - E u c h n e r

S I N R s i g n a l t o i n t e r f e r e n c e a n d n o i s e r a t i o

S I Ps u p e r i m p o s e d p i l o t

S I S O s i n g l e i n p u t - s i n g l e o u t p u t

S I S O * s o f t i n p u t - s o f t o u t p u t

S Ms p a t i a l m u l t i p l e x i n g

S N Rs i g n a l t o n o i s e r a t i o

S Ts p a c e - t i m e

S T B C s p a c e - t i m e b l o c k c o d i n g

S T Cs p a c e - t i m e c o d i n g

S T T C s p a c e - t i m e t r e l l i s c o d e s

V - B L A S T v e r t i c a l B e l l - L a b s l a y e r e d s p a c e - t i m e

V Ev e r t i c a l e n c o d i n g

V H D L v e r y h i g h - l e v e l d e s i g n l a n g u a g e

W L A N w i r e l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k

W M A N w i r e l e s s m e t r o p o l i t a n a r e a n e t w o r k

W Rw h i t e n i n g - r o t a t i o n

Z Fz e r o - f o r c i n g

Z M C S C G z e r o m e a n c i r c u l a r l y s y m m e t r i c c o m p l e x G a u s s i a n


28/197

L i s t o f S y m b o l s

m S I N R v a l u e a t t h e m - t h o u t p u t b r a n c h o f t h e s o f t M I M O d e t e c t o r

a

cA p r i o r i l o g - l i k e l i h o o d r a t i o o f b i t

c

ec E x t r i n s i c l o g - l i k e l i h o o d r a t i o o f b i t c

S i g n a l t o n o i s e r a t i o

bU n c o d e d d a t a b i t

b V e c t o r o f u n c o d e d d a t a b i t s

BN u m b e r o f p o i n t s o f a c o n s t e l l a t i o n

Bw B a n d w i d t h o f t h e c o m m u n i c a t i o n c h a n n e l

CC a p a c i t y o f a w i r e l e s s c h a n n e l

det(A)D e t e r m i n a n t o f m a t r i x A

D T T d i s c r e t e F o u r i e r t r a n s f o r m m a t r i x

Eb A v e r a g e e n e r g y p e r b i t

Es A v e r a g e e n e r g y p e r s y m b o l

E(x)

E x p e c t a t i o n o f x

f(x)P r o b a b i l t y d e n s i t y f u n c t i o n o f

x

Fm() T r a n s f e r f u n c t i o n f o r t h e m - t h o u t p u t b r a n c h o f t h e s o f t M I M O d e t e c t o r

hj j - t h c o l u m n o f t h e c h a n n e l m a t r i x H

hnmC h a n n e l g a i n b e t w e e n t r a n s m i t a n t e n n a

ma n d r e c e i v e a n t e n n a

n

x x v


29/197

h[]C h a n n e l i m p u l s e r e s p o n s e a t d e l a y

H N M c h a n n e l m a t r i x

H+ P s e u d o i n v e r s e o f m a t r i x H

HH H e r m i t i a n o f m a t r i x H

IDin I n p u t m u t u a l i n f o r m a t i o n a t t h e d e c o d e r

IRin I n p u t m u t u a l i n f o r m a t i o n a t t h e M I M O d e t e c t o r

IM M M i d e n t i t y m a t r i x

IDout O u t p u t m u t u a l i n f o r m a t i o n f r o m t h e d e c o d e r

IRout O u t p u t m u t u a l i n f o r m a t i o n f r o m t h e M I M O d e t e c t o r

I(x; y) M u t u a l i n f o r m a t i o n o f v e c t o r s x a n d y

jI t e r a t i o n n u m b e r a t t h e i t e r a t i v e M I M O r e c e i v e r

kS a m p l e d s y m b o l p e r i o d i n d e x

KN u m b e r o f s y m b o l s i n a f r a m e

lU n c o d e d b i t i n d e x

lb c o d e d b i t i n d e x

ld c o d e d a n d d e m u l t i p l e x e d b i t i n d e x

LM a x i m u m d e l a y o f t h e c h a n n e l i m p u l s e r e s p o n s e

Lb N u m b e r o f u n c o d e d t r a n s m i t t e d b i t s

Lc N u m b e r o f c o d e d t r a n s m i t t e d b i t s

LCP L e n g t h o f t h e c y c l i c p r e x

MN u m b e r o f t r a n s m i t a n t e n n a s

nN - v e c t o r o f n o i s e s a m p l e s a t t h e r e c e i v e r a n t e n n a s

NN u m b e r o f r e c e i v e a n t e n n a s

N0 N o i s e p o w e r s p e c t r a l d e n s i t y a t r e c e p t i o n

P(a)P r o b a b i l i t y o f e v e n t a


30/197

r N - v e c t o r o f r e c e i v e d s y m b o l s

rs S p a t i a l c o d e r a t e

rt T e m p o r a l c o d e r a t e

R N K m a t r i x o f r e c e i v e d s y m b o l s

Rss M M c o v a r i a n c e m a t r i x o f s

s M - v e c t o r o f t r a n s m i t t e d s y m b o l s

sS o f t e s t i m a t e o f s y m b o l

s

sH a r d e s t i m a t e o f s y m b o l

s

S M K m a t r i x o f t r a n s m i t t e d s y m b o l s

TN u m b e r o f f r e q u e n c y b i n s o r s u b c a r r i e r s

T r(A) T r a c e o f m a t r i x A


31/197

C a p t u l o 1

I n t r o d u c c i n

1 . 1 I n t r o d u c c i n y E s t a d o d e l A r t e

G r a c i a s a l a e v o l u c i n d e l a e l e c t r n i c a y d e l a t e o r a d e l a s e a l , l o s s i s t e m a s d e c o m u n i c a c i n

i n a l m b r i c o s s e h a n v u e l t o o m n i p r e s e n t e s , d e s t a c n d o s e s e r v i c i o s c o m o l a t e l e f o n a m v i l , l a

d i f u s i n d e t e l e v i s i n y r a d i o , l a s r e d e s m e t r o p o l i t a n a s W M A N ( w i r e l e s s m e t r o p o l i t a n a r e a

n e t w o r k ) o l a s r e d e s i n a l m b r i c a s l o c a l e s W L A N (

w i r e l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k ) . A m o d o d e

e j e m p l o , l a s t a s a s d e b i t s d e e s t a s l t i m a s h a n p a s a d o e n 8

a o s d e l o s 11

m e g a b i t s p o r

s e g u n d o ( M b p s ) d e l a n o r m a I E E E 8 0 2 . 1 1 b a l o s c e r c a d e 300

M b p s p r o p u e s t o s p a r a e l

n u e v o e s t n d a r I E E E 8 0 2 . 1 1 n [ E W C 0 5 , I E E E 0 7 ] .

L a s n e c e s i d a d e s d e l m e r c a d o , t a n t o d e t a s a d e b i t s c o m o d e a b i l i d a d , a s c o m o l a s

l i m i t a c i o n e s d e a n c h o d e b a n d a , h a n o b l i g a d o a l a c o m u n i d a d c i e n t c a a e x p r i m i r l a t e o r a

d e l a i n f o r m a c i n y c o m u n i c a c i n l l e v a n d o h a s t a s u s l m i t e s a s p e c t o s c o m o l a m o d u l a c i n ,

l a c o d i c a c i n y , e n e s p e c i a l , l a m a t e r i a l i z a c i n h a r d w a r e ( e n c h i p ) d e l o s a l g o r i t m o s d e

p r o c e s a d o d e l a s e a l [ R u p p 0 3 , B u r g 0 6 ] . L a m a y o r a d e l a s a p l i c a c i o n e s d e l a s c o m u n i c a c i o n e s

i n a l m b r i c a s e x i g e n u n t a m a o r e d u c i d o y u n c o n s u m o m n i m o d e p o t e n c i a , j u n t o a e l e v a d a s

p r e s t a c i o n e s .

S o n v a r i o s l o s c a m i n o s a d o p t a d o s p a r a m a x i m i z a r l a s t a s a s d e b i t s d e l o s s i s t e m a s d e

c o m u n i c a c i o n e s i n a l m b r i c a s : a u m e n t o d e l t a m a o d e l a s c o n s t e l a c i o n e s , c d i g o s m s e -

c i e n t e s , o p t i m i z a c i n d e l o s a l g o r i t m o s d e r e c e p c i n , e t c . S i n e m b a r g o , h a y u n a t c n i c a q u e

d e s t a c a p o r e n c i m a d e l r e s t o : l a u t i l i z a c i n d e v a r i a s a n t e n a s , t a n t o e n t r a n s m i s i n c o m o e n

r e c e p c i n . E s t a t c n i c a , d e n o m i n a d a M I M O ( m u l t i p l e i n p u t - m u l t i p l e o u t p u t

) p e r m i t e m u l -

t i p l i c a r e l l m i t e d e l a c a p a c i d a d d e c a n a l e s t a b l e c i d a p o r S h a n n o n [ F o s c h i n i 9 8 , T e l a t a r 9 9 ] .

D e b i d o a e s t e i n c r e m e n t o d e c a p a c i d a d , e s t a t c n i c a h a s i d o i n c l u i d a p r c t i c a m e n t e e n t o -

d o s l o s n u e v o s e s t n d a r e s d e c o m u n i c a c i o n e s i n a l m b r i c a s , i n c l u y e n d o e l b o r r a d o r d e l I E E E

8 0 2 . 1 1 n p a r a r e d e s W L A N [ E W C 0 5 , I E E E 0 7 ] .

L a d e t e c c i n d e u n a s e a l M I M O e x i g e e l c o n o c i m i e n t o d e l o s p a r m e t r o s q u e d e -

n e n e l c a n a l m u l t i a n t e n a , l o s c u a l e s s e m u l t i p l i c a n d e b i d o a l n m e r o d e a n t e n a s d e t r a n s -

m i s i n y r e c e p c i n . L a e s t i m a c i n d e e s t o s p a r m e t r o s d e c a n a l r e s u l t a u n a t a r e a c o m -

1


32/197

C a p t u l o 1 . I n t r o d u c c i n

p l e j a y p r i m o r d i a l p a r a e l r e n d i m i e n t o y l a e c i e n c i a e s p e c t r a l d e l s i s t e m a d e c o m u n i c a c i n

[ H a s s i b i 0 0 , B i g u e s h 0 6 ] .

E s t a t e s i s d o c t o r a l a n a l i z a e l e f e c t o d e l a e s t i m a c i n d e c a n a l s o b r e e l r e n d i m i e n t o d e

l o s d e t e c t o r e s M I M O b s i c o s , c e n t r n d o s e e n s u e s t u d i o m e d i a n t e s i m u l a c i n y a t r a v s

d e u n a i m p l e m e n t a c i n h a r d w a r e d e t i e m p o r e a l . C o m o s e d e m o s t r a r m s a d e l a n t e , e s t a

i m p l e m e n t a c i n h a p e r m i t i d o c o t e j a r l o s r e s u l t a d o s d e s i m u l a c i n c o n d a t o s r e a l e s o b t e n i d o s

e n l a p l a t a f o r m a h a r d w a r e , a s c o m o c o n o c e r e n d e t a l l e l o s a s p e c t o s r e l a c i o n a d o s c o n l a

m a t e r i a l i z a c i n d e l o s a l g o r i t m o s .

L o s s i g u i e n t e s a p a r t a d o s r e s u m e n d e f o r m a i n t r o d u c t o r i a l o s t r e s e j e s s o b r e l o s q u e s e

h a d e s a r r o l l a d o e s t a t e s i s : l o s s i s t e m a s M I M O , l a e s t i m a c i n d e c a n a l y l a i m p l e m e n t a c i n

h a r d w a r e d e a l g o r i t m o s d e t i e m p o r e a l .

1 . 1 . 1 S i s t e m a s I n a l m b r i c o s M I M O

L o s s i s t e m a s M I M O r e p r e s e n t a n u n o d e l o s m a y o r e s a v a n c e s e n e l c a m p o d e l a s c o m u n i c a -

c i o n e s i n a l m b r i c a s [ F o s c h i n i 9 8 , T e l a t a r 9 9 ] . L a p r i n c i p a l c a r a c t e r s t i c a d e e s t o s s i s t e m a s e s

l a u t i l i z a c i n d e v a r i a s a n t e n a s t a n t o e n r e c e p c i n c o m o e n t r a n s m i s i n , d o n d e s e t r a n s m i t e n

v a r i o s s m b o l o s i n d e p e n d i e n t e s d e f o r m a s i m u l t n e a , m s a l l d e l c o n c e p t o t r a d i c i o n a l d e l

c o n f o r m a d o d e h a z y l a s a n t e n a s i n t e l i g e n t e s . L o s s m b o l o s t r a n s m i t i d o s p o r l a s d i f e r e n t e s

a n t e n a s p u e d e n c o r r e s p o n d e r a i n f o r m a c i n i n d e p e n d i e n t e ( m u l t i p l e x a d o e s p a c i a l ) o a u n a

c o d i c a c i n e s p a c i o - t e m p o r a l d e l o s s m b o l o s d e i n f o r m a c i n . E n f u n c i n d e l a e s t r a t e g i a

e m p l e a d a , l a u t i l i z a c i n d e m l t i p l e s a n t e n a s p u e d e p r o p o r c i o n a r u n i n c r e m e n t o e n l a t a s a d e

b i t s , m a y o r a b i l i d a d d e l a c o m u n i c a c i n o u n a c o m b i n a c i n d e a m b a s v e n t a j a s [ P a u l r a j 0 3 ] .

L a u t i l i z a c i n d e m l t i p l e s a n t e n a s p e r m i t e m u l t i p l i c a r l a c a p a c i d a d d e c a n a l e s t a b l e c i d a

p o r S h a n n o n p a r a c a n a l e s d e a n t e n a n i c a [ F o s c h i n i 9 8 , T e l a t a r 9 9 ] , g r a c i a s a l c o n c e p t o d e

d i v e r s i d a d e s p a c i a l , e l c u a l c o n s i s t e e n a s u m i r i n d e p e n d e n c i a o d e c o r r e l a c i n e n t r e l o s s u b -

c a n a l e s q u e s e f o r m a n e n t r e l a s d i f e r e n t e s a n t e n a s d e t r a n s m i s i n y r e c e p c i n . S i n e m b a r g o ,

l a i n c l u s i n d e m l t i p l e s a n t e n a s n o e s n i n g u n a p a n a c e a : p o r u n l a d o , s e m u l t i p l i c a e l n m e r o

d e c a d e n a s d e t r a n s m i s i n y r e c e p c i n r e q u e r i d a s , i n c l u y e n d o m o d u l a d o r e s , c o n v e r s o r e s d e

f r e c u e n c i a i n t e r m e d i a a r a d i o f r e c u e n c i a , a n t e n a s , e t c . P o r o t r o l a d o , e l c o s t e c o m p u t a c i o n a l

s e d i s p a r a , s o b r e t o d o e n r e c e p c i n , d e b i d o a l a u m e n t o d e l a c o m p l e j i d a d d e l o s a l g o r i t m o s

d e s i n c r o n i z a c i n , e s t i m a c i n d e c a n a l y , e s p e c i a l m e n t e , l a d e t e c c i n m u l t i a n t e n a [ B u r g 0 6 ] .

P o r l o t a n t o , l a i m p l e m e n t a c i n d e l o s a l g o r i t m o s a s o c i a d o s a M I M O e s v i t a l d e c a r a a l

d e s a r r o l l o d e s i s t e m a s r e a l i s t a s c u y o o b j e t i v o c o n s i s t e e n u n e q u i l i b r i o e n t r e e l r e n d i m i e n t o

y e l c o s t e .

2


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1 . 1 . 2 E s t i m a c i n d e C a n a l

L a r e c e p c i n y d e t e c c i n d e u n a s e a l M I M O r e q u i e r e e l c o n o c i m i e n t o d e l c a n a l d e c o m u -

n i c a c i n , e l c u a l a d q u i e r e u n a e s t r u c t u r a m a t r i c i a l d e b i d o a l a m u l t i p l i c i d a d d e a n t e n a s e n

t r a n s m i s i n y e n r e c e p c i n . A m o d o d e e j e m p l o , s i s e s u p o n e u n c a n a l c o n u n a r e s p u e s t a i m -

p u l s i o n a l d e 11

i n s t a n t e s d e m u e s t r e o o t a p s

, e l n m e r o d e p a r m e t r o s c o m p l e j o s ( a m p l i t u d

y f a s e ) a e s t i m a r p u e d e p a s a r d e 11

( e s q u e m a 1 1

) a176

( c o n g u r a c i n 4 4

) . E s t e i n -

c r e m e n t o d e l n m e r o d e p a r m e t r o s i m p l i c a e l r e d i s e o d e l a s s e c u e n c i a s d e a p r e n d i z a j e , a s

c o m o u n a o p t i m i z a c i n d e l o s a l g o r i t m o s d e e s t i m a c i n d e c a n a l [ H a s s i b i 0 0 , L i 0 3 , L a n g 0 4 ] .

L a e s t i m a c i n d e c a n a l M I M O p u e d e r e a l i z a r s e s i g u i e n d o t r e s e s t r a t e g i a s d i f e r e n t e s :

1 .E s t i m a c i n s u p e r v i s a d a

: E l t r a n s m i s o r t r a n s m i t e u n a s e c u e n c i a d e s m b o l o s c o n o -

c i d a p o r e l r e c e p t o r , p e r m i t i e n d o q u e e s t e l t i m o p u e d a i d e n t i c a r e l c a n a l d e u n a

f o r m a s e n c i l l a [ H a s s i b i 0 0 , B i g u e s h 0 6 ] .

2 .T c n i c a s c i e g a s

: L o s p a r m e t r o s d e c a n a l s o n c a l c u l a d o s ( h a s t a c i e r t o g r a d o d e

a m b i g e d a d ) e m p l e a n d o n i c a m e n t e l o s s m b o l o s d e i n f o r m a c i n [ T o n g 9 4 , T o n g 9 8 ,

B l c k s k e i 0 2 , L a r s s o n 0 3 ] . P o r l o t a n t o , n o s e t r a n s m i t e n i n g n p r e m b u l o q u e p u e d a

f a c i l i t a r l a t a r e a d e l r e c e p t o r .

3 . E s t i m a c i n s e m i - c i e g a : S e t r a n s m i t e u n p r e m b u l o q u e p e r m i t e o b t e n e r u n a e s t i -

m a c i n i n i c i a l q u e e s p o s t e r i o r m e n t e m e j o r a d a e m p l e a n d o l o s s m b o l o s d e i n f o r m a c i n

[ M u q u e t 9 9 , M g u e z 0 2 , W a n g 0 3 , J a g a n n a t h a m 0 6 ] . E s d e c i r , e s t o s m t o d o s s o n u n a

c o m b i n a c i n d e l a s t c n i c a s s u p e r v i s a d a s y c i e g a s .

D i v e r s o s e s t u d i o s t e r i c o s h a n e v a l u a d o l a m e d i d a e n q u e l a i n f o r m a c i n d e c a n a l p u e d e

l i m i t a r l a c a p a c i d a d t e r i c a d e u n s i s t e m a M I M O [ H a s s i b i 0 0 , Y o n g 0 4 , C o s o v i c 0 7 ] , a s c o m o

l a s p r o p i e d a d e s p t i m a s d e l o s a l g o r i t m o s d e e s t i m a c i n p a r a l a s c o n g u r a c i o n e s m s h a b i -

t u a l e s [ M a r z e t t a 9 9 a , B a r h u m i 0 3 , B i g u e s h 0 6 ] . S i n e m b a r g o , r e s u l t a p r c t i c a m e n t e i m p o s i b l e

r e l a c i o n a r e s t o s r e s u l t a d o s t e r i c o s ( c a p a c i d a d e s m x i m a s , l m i t e s s u p e r i o r e s , e t c . ) c o n e l

r e n d i m i e n t o d e s i s t e m a s r e a l e s .

S e h a n p u b l i c a d o n u m e r o s o s t r a b a j o s q u e h a n a n a l i z a d o e l e f e c t o d e l a e s t i m a c i n d e

c a n a l s o b r e l a s t a s a s d e e r r o r e s d e b i t ( B E R , b i t e r r o r r a t e

) d e v a r i o s t i p o s d e s i s t e m a s :

m u l t i p l e x a c i n e s p a c i a l c o n D F E ( d e c i s s i o n f e e d b a c k e q u a l i z e r

) [ Z h u 0 3 b ] , s i s t e m a s i t e r a t i v o s

T u r b o - M I M O [ M y s o r e 0 5 ] , s i s t e m a s M I M O m u l t i p o r t a d o r a e n c a n a l e s e s p a c i a l m e n t e c o r r e l a -

d o s [ C h u n g 0 6 ] , s i s t e m a s d e p r e c o d i c a c i n M I M O [ E d w a r d 0 8 ] , e t c . E s t o s t r a b a j o s s e c e n t r a n

e n e l a n l i s i s d e l e f e c t o d e u n c o n j u n t o d e e s t i m a d o r e s d e c a n a l s o b r e u n s i s t e m a M I M O e n

c o n c r e t o . S i n e m b a r g o , n o s e h a n p u b l i c a d o r e s u l t a d o s q u e m u e s t r e n e l r e n d i m i e n t o c o m -

p a r a t i v o d e l o s d e t e c t o r e s M I M O e m p l e a n d o d i f e r e n t e s e s t i m a d o r e s d e c a n a l , e l c u a l e s e l

o b j e t i v o p r i n c i p a l d e e s t a t e s i s d o c t o r a l . A s i m i s m o , n o s e h a p r e s e n t a d o n i n g u n a m e t o d o l o g a

3


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s e n c i l l a q u e p e r m i t a e s c o g e r l a m e j o r c o m b i n a c i n e s t i m a d o r - d e t e c t o r p a r a u n d e t e r m i n a d o

s i s t e m a .

1 . 1 . 3 D e m o s t r a d o r e s y S i s t e m a s d e P r o t o t i p a d o M I M O

U n o d e l o s o b j e t i v o s p r i n c i p a l e s d e e s t a t e s i s h a s i d o e l a n l i s i s d e l e f e c t o d e l a i m p l e m e n t a c i n

d e a l g o r i t m o s , e s p e c i a l m e n t e l a e s t i m a c i n d e c a n a l , s o b r e e l r e n d i m i e n t o d e u n s i s t e m a

M I M O c o m p l e t o . A t a l e f e c t o s e h a d i s e a d o y d e s a r r o l l a d o u n s i s t e m a M I M O 2 2

d e

t i e m p o r e a l p a r a e l c u a l s e h a n t e n i d o q u e i m p l e m e n t a r t o d o s l o s a l g o r i t m o s d e t r a n s m i s i n

y r e c e p c i n .

L a i m p l e m e n t a c i n d e a l g o r i t m o s d e t i e m p o r e a l d e p r o c e s a d o d e s e a l s e d e s a r r o l l a h a -

b i t u a l m e n t e s o b r e d o s c l a s e s d e d i s p o s i t i v o s : l o s d i s p o s i t i v o s l g i c o s p r o g r a m a b l e s F P G A

( e l d - p r o g r a m m a b l e g a t e a r r a y

) y l o s m i c r o p r o c e s a d o r e s c o n p r e s t a c i o n e s d e t r a t a m i e n t o d e

l a s e a l D S P ( d i g i t a l s i g n a l p r o c e s s o r

) [ R u p p 0 3 , K a i s e r 0 4 ] . G e n e r a l m e n t e , u n s i s t e m a c o m -

p l e j o c o n s t a d e u n o o v a r i o s d e e s t o s e l e m e n t o s . L o s d i s p o s i t i v o s F P G A , c u y a p r i n c i p a l

v i r t u d e s e l p a r a l e l i s m o d e l o s r e c u r s o s y l a v e l o c i d a d d e o p e r a c i n q u e p u e d e n a l c a n z a r , s u e -

l e n e m p l e a r s e p a r a l a i m p l e m e n t a c i n d e a l g o r i t m o s n o s e c u e n c i a l e s y c o n c i e r t a e s t r u c t u r a ,

t a l e s c o m o l t r o s d i g i t a l e s , m o d u l a d o r e s , e c u a l i z a d o r e s , e t c . L o s m i c r o p r o c e s a d o r e s D S P ,

e n c a m b i o , g r a c i a s a s u s c a p a c i d a d e s d e p r o c e s a d o m a t e m t i c o y a s u c a r c t e r s e c u e n c i a l ,

s e d e s t i n a n n o r m a l m e n t e a o p e r a c i o n e s c o m p l e j a s y d e f r e c u e n c i a s d e r e p e t i c i n r e d u c i d a s ,

t a l e s c o m o c l c u l o s d e t r a n s f o r m a d a s , i n v e r s a s d e m a t r i c e s , e t c .

D e b i d o a l a v e l o c i d a d d e p r o c e s a d o r e q u e r i d a , s e h a n e m p l e a d o d i s p o s i t i v o s F P G A p a r a

l a i m p l e m e n t a c i n d e t o d o s l o s a l g o r i t m o s q u e c o n f o r m a n e l s i s t e m a M I M O d e s c r i t o e n e s t a

m e m o r i a . D a d a l a c o m p l e j i d a d d e l d i s e o y l a d i c u l t a d q u e c o n l l e v a l a v a l i d a c i n d e l o s

s i s t e m a s d e c o m u n i c a c i o n e s , l a i m p l e m e n t a c i n h a r d w a r e d e e s t o s s i s t e m a s s u e l e r e a l i z a r s e

e m p l e a n d o h e r r a m i e n t a s d e a l t o n i v e l , q u e c o m b i n a n l a s p r e s t a c i o n e s d e l e n g u a j e s c o m o

M a t l a b

1

o C c o n l a c a p a c i d a d d e d e n i c i n d e h a r d w a r e d e l e n g u a j e s d e d i s e o t a l e s c o m o

V H D L o V e r i l o g , d e s t a c n d o s e l a s d o s s i g u i e n t e s :

S y s t e m G e n e r a t o r f o r D S P

d e X i l i n x [ X i l i n x 0 8 ] : P e r m i t e g e n e r a r c d i g o V H D L

s i n t e t i z a b l e d e s d e u n e n t o r n o b a s a d o e n M a t l a b / S i m u l i n k , a m p l i a m e n t e e x t e n d i d o e n

e l c a m p o d e l p r o c e s a d o d e l a s e a l . E x i s t e n m u c h a s o t r a s h e r r a m i e n t a s o r i e n t a d a s

a l a s F P G A d e s a r r o l l a d a s p o r o t r a s c o m p a a s , t a l e s c o m o A l t e r a o S i n p l i f y , c u y a s

p r e s t a c i o n e s s o n s i m i l a r e s [ S i n p l i c i t y ] .

S y s t e m C [ S y s t e m C ] : E s t n d a r d e r e c i e n t e c r e a c i n b a s a d o e n u n a v e r s i n s i n t e n t i -

z a b l e d e l l e n g u a j e C + + , e l c u a l p e r m i t e e x i b i l i z a r e l d i s e o d e a l g o r i t m o s h a r d w a r e a s

c o m o f a c i l i t a r s u p r o c e s o d e v a l i d a c i n . E x i s t e n o t r a s v a r i a n t e s , n o t a n e s t a n d a r i z a d a s

1

M a t l a b y S i m u l i n k s o n m a r c a s r e g i s t r a d a s d e T h e M a t h w o r k s , I n c . [ M a t h w o r k s ] .

4


35/197


p e r o p r o b a b l e m e n t e m s s o s t i c a d a s , b a s a d a s e n l e n g u a j e s d e r i v a d o s d e C / C + + , e n t r e

l o s q u e d e s t a c a H a n d e l C .

L a h e r r a m i e n t a S y s t e m G e n e r a t o r f o r D S P h a s i d o c o n s i d e r a d a l a m e j o r o p c i n d e b i d o

a s u i n t e r f a z b a s a d a e n M a t l a b y e l a m p l i o m e r c a d o a b a r c a d o p o r l a c a s a X i l i n x , t a n t o e n e l

c a m p o i n d u s t r i a l c o m o a c a d m i c o .

E x i s t e n n u m e r o s a s p l a t a f o r m a s d e p r o t o t i p a d o p a r a c o m u n i c a c i o n e s i n a l m b r i c a s , s o -

b r e t o d o e n e l m b i t o u n i v e r s i t a r i o , q u e c o m b i n a n v a r i o s d e l o s c i t a d o s d i s p o s i t i v o s c o n

e n t r a d a s y s a l i d a s a n a l g i c a s , p o s i b i l i t a n d o e l d e s a r r o l l o d e a p l i c a c i o n e s c o m p l e j a s . S e

h a n p r e s e n t a d o n u m e r o s a s p l a t a f o r m a s c o n t r a n s m i s o r e s y r e c e p t o r e s M I M O , t a n t o c o m -

p l e t a m e n t e i n t e g r a d o s e n h a r d w a r e d e t i e m p o r e a l [ A d j o u d a n i 0 3 , Z e l s t 0 4 , M e h l f h r e r 0 5 ]

c o m o c o n t r o l a d o s o - l i n e

( t r a n s m i s i n d e t i e m p o r e a l y p r o c e s a d o e n P C ) d e s d e M a t l a b

[ K a i s e r 0 4 , S t e g e 0 4 , C a b a n 0 6 ] . A l g u n a s d e e s t a s p l a t a f o r m a s M I M O h a n s i d o c o m e r c i a l -

i z a d a s p o r v a r i a s e m p r e s a s , e n t r e l a s q u e d e s t a c a l a c a s a S i g n a l i o n [ S i g n a l i o n ] .

1 . 2 M o t i v a c i n

T a l y c o m o s e h a c o m e n t a d o a n t e r i o r m e n t e , l a e s t i m a c i n d e c a n a l e s u n p r o c e s o e s p e c i a l -

m e n t e c o m p l e j o y c o s t o s o e n l o s s i s t e m a s M I M O , s o b r e t o d o e n t r m i n o s d e i m p l e m e n t a c i n

y e c i e n c i a d e a n c h o d e b a n d a . E l r e n d i m i e n t o d e l o s a l g o r i t m o s d e e s t i m a c i n d e c a n a l

s u e l e c o m p a r a r s e m i d i e n d o e l e r r o r c u a d r t i c o m e d i o n o r m a l i z a d o ( N M S E , n o r m a l i z e d m e a n

s q u a r e d e r r o r ) o , e n d e t e r m i n a d o s c a s o s , e v a l u a n d o l a s t a s a s B E R d e u n s i s t e m a c o n c r e t o

c o n d i f e r e n t e s e s t i m a d o r e s d e c a n a l .

D i v e r s o s e s t u d i o s t e r i c o s h a n d e t e r m i n a d o l a m e d i d a e n q u e l a i n f o r m a c i n d e c a n a l

p u e d e l i m i t a r l a c a p a c i d a d d e u n s i s t e m a M I M O [ M a r z e t t a 9 9 a , H a s s i b i 0 0 , Y o n g 0 4 , C o s o v i c 0 7 ] .

S i n e m b a r g o , n o e x i s t e n e s t u d i o s t e r i c o s o p r c t i c o s q u e e v a l e n l a i m p o r t a n c i a d e l a e s -

t i m a c i n d e c a n a l d e n t r o d e l d i s e o d e u n r e c e p t o r M I M O c o m p l e t o . E s d e c i r , n o s e h a n

p r e s e n t a d o r e s u l t a d o s o a n l i s i s q u e c o m p a r e n l a s t a s a s B E R d e v a r i o s d e t e c t o r e s M I M O

p r o v i s t o s d e a l g o r i t m o s d i f e r e n t e s d e e s t i m a c i n d e c a n a l .

E s t a t e s i s d o c t o r a l h a e v a l u a d o e l e f e c t o d e l a e s t i m a c i n d e c a n a l s o b r e e l r e n d i m i e n t o

c o m p a r a t i v o d e l a s t c n i c a s b s i c a s d e d e t e c c i n M I M O , e s t a b l e c i e n d o l a m e d i d a e n q u e

p u e d e l i m i t a r d i c h a e s t i m a c i n e l r e n d i m i e n t o d e u n r e c e p t o r , a s c o m o e v a l u a n d o l a p o s i b i -

l i d a d d e r e d u c i r l a c o m p l e j i d a d d e u n d e t e c t o r M I M O m e j o r a n d o l a c a l i d a d d e l a e s t i m a c i n

d e c a n a l .

1 . 3 O b j e t i v o s y M e t o d o l o g a

E s t e p r o y e c t o d e t e s i s h a a n a l i z a d o e l e f e c t o d e l a e s t i m a c i n d e c a n a l s o b r e l o s d e t e c t o r e s

M I M O s i g u i e n d o d o s v e r t i e n t e s , u n a t e r i c a y o t r a p r c t i c a . L a p r i m e r a h a t r a t a d o d e

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