Algoritmos e Arquiteturas VLSI para Detectores MIMO com Decisão Suave

The use of Multiple Input Multiple Output (MIMO) systems has permitted the recent evolution of wireless communication standards. The Spatial Multiplexing MIMO technique, in particular, provides a linear gain at the transmission capacity with the minimum between the numbers of transmit and receive antennas. To obtain a near capacity performance in SM-MIMO systems a soft decision Maximum A Posteriori Probability MIMO detector is necessary. However, such detector is too complex for practical solutions. Hence, the goal of a MIMO detector algorithm aimed for implementation is to get a good approximation of the ideal detector while keeping an acceptable complexity. Moreover, the algorithm needs to be mapped to a VLSI architecture with small area and high data rate. Since Spatial Multiplexing is a recent technique, it is argued that there is still much room for development of related algorithms and architectures. Therefore, this thesis focused on the study of sub optimum algorithms and VLSI architectures for broadband MIMO detector with soft decision. As a result, novel algorithms have been developed starting from proposals of optimizations for already established algorithms. Based on these results, new MIMO detector architectures with configurable modulation and competitive area, performance and data rate parameters are here proposed. The developed algorithms have been extensively simulated and the architectures were synthesized so that the results can serve as a reference for other works in the area

O uso de sistemas de Múltiplas Entradas e Múltiplas Saídas (Multiple Input Multiple Output - MIMO) tem permitido a recente evolução dos novos padrões de comunicação móvel. A técnica MIMO da Multiplexação Espacial, em particular, provê um aumento linear na capacidade de transmissão com o mínimo entre número de antenas transmissoras e antenas receptoras. Para se obter um desempenho próximo a capacidade em sistemas com Multiplexação Espacial faz-se necessário o uso de um detector MIMO com decisão suave do tipo Maximum A Posteriori Probability. Entretanto, tal detector e muito complexo para soluções práticas. Assim, o objetivo dos algoritmos de detecção MIMO voltados para implementação e obter uma boa aproximação do detector ideal mantendo um nível de complexidade aceitável. Além disso, o algoritmo precisa ser mapeado para uma arquitetura VLSI de área pequena e que atenda a taxa de transmissão exigida pelos padrões de comunicações móveis. Sendo a multiplexação espacial uma técnica recente, defende-se que ainda há muito espaço para evolução dos algoritmos e arquiteturas relacionadas. Por isso, esta tese se focou no estudo de algoritmos sub-ótimos e arquiteturas VLSI para detectores MIMO de banda larga com decisão suave. Como resultado, algoritmos inéditos foram desenvolvidos partindo de propostas de otimizações para algoritmos já estabelecidos. Baseado nesses resultados, novas arquiteturas de detectores MIMO com modulação configurável e competitivos parâmetros de área, desempenho e taxa de processamento são aqui propostas. Os algoritmos desenvolvidos foram extensivamente simulados e as arquiteturas sintetizadas para que os resultados pudessem servir como referência para outros trabalhos na área.