High-SNR analytical performance of spatial multiplexing MIMO systems with CSI

In this paper, we investigate the average andoutage performance of spatial multiplexing multiple-input multiple-output (MIMO) systems with channel state information at both sides of the link. Such systems result, for example, from exploiting the channel eigenmodes in multiantenna systems. Dueto the complexity of obtaining the exact expression for the average bit error rate (BER) and the outage probability, we deriveapproximations in the high signal-to-noise ratio (SNR) regime assuming an uncorrelated Rayleigh flat-fading channel. Moreexactly, capitalizing on previous work by Wang and Giannakis, the average BER and outage probability versus SNR curves ofspatial multiplexing MIMO systems are characterized in terms of two key parameters: the array gain and the diversity gain. Finally, these results are applied to analyze the performance of a variety of linear MIMO transceiver designs available in the literature.

Practical algorithms for a family of waterfilling solutions

Many engineering problems that can be formulatedas constrained optimization problems result in solutionsgiven by a waterfilling structure; the classical example is thecapacity-achieving solution for a frequency-selective channel.For simple waterfilling solutions with a single waterlevel and asingle constraint (typically, a power constraint), some algorithmshave been proposed in the literature to compute the solutionsnumerically. However, some other optimization problems result insignificantly more complicated waterfilling solutions that includemultiple waterlevels and multiple constraints. For such cases, itmay still be possible to obtain practical algorithms to evaluate thesolutions numerically but only after a painstaking inspection ofthe specific waterfilling structure. In addition, a unified view ofthe different types of waterfilling solutions and the correspondingpractical algorithms is missing.The purpose of this paper is twofold. On the one hand, itoverviews the waterfilling results existing in the literature from aunified viewpoint. On the other hand, it bridges the gap betweena wide family of waterfilling solutions and their efficient implementationin practice; to be more precise, it provides a practicalalgorithm to evaluate numerically a general waterfilling solution,which includes the currently existing waterfilling solutions andothers that may possibly appear in future problems.

Robust power allocation algorithms for MIMO OFDM systems with imperfect CSI

This paper presents a Bayesian approach to the design of transmit prefiltering matrices in closed-loop schemes robust to channel estimation errors. The algorithms are derived for a multiple-input multiple-output (MIMO) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system. Two different optimizationcriteria are analyzed: the minimization of the mean square error and the minimization of the bit error rate. In both cases, the transmitter design is based on the singular value decomposition (SVD) of the conditional mean of the channel response, given the channel estimate. The performance of the proposed algorithms is analyzed,and their relationship with existing algorithms is indicated. As withother previously proposed solutions, the minimum bit error rate algorithmconverges to the open-loop transmission scheme for very poor CSI estimates.

Linear transceiver design in nonregenerative relays with channel state information

This paper deals with the design of nonregenerativerelaying transceivers in cooperative systems where channel stateinformation (CSI) is available at the relay station. The conventionalnonregenerative approach is the amplify and forward(A&F) approach, where the signal received at the relay is simplyamplified and retransmitted. In this paper, we propose an alternativelinear transceiver design for nonregenerative relaying(including pure relaying and the cooperative transmission cases),making proper use of CSI at the relay station. Specifically, wedesign the optimum linear filtering performed on the data to beforwarded at the relay. As optimization criteria, we have consideredthe maximization of mutual information (that provides aninformation rate for which reliable communication is possible) fora given available transmission power at the relay station. Threedifferent levels of CSI can be considered at the relay station: onlyfirst hop channel information (between the source and relay);first hop channel and second hop channel (between relay anddestination) information, or a third situation where the relaymay have complete cooperative channel information includingall the links: first and second hop channels and also the directchannel between source and destination. Despite the latter beinga more unrealistic situation, since it requires the destination toinform the relay station about the direct channel, it is useful as anupper benchmark. In this paper, we consider the last two casesrelating to CSI.We compare the performance so obtained with theperformance for the conventional A&F approach, and also withthe performance of regenerative relays and direct noncooperativetransmission for two particular cases: narrowband multiple-inputmultiple-output transceivers and wideband single input singleoutput orthogonal frequency division multiplex transmissions.

S/MIMO MC-CDMA Heuristic Multiuser Detectors Based on Single-Objective Optimization

This paper analyzes the complexity-performance trade-off of several heuristic near-optimum multiuser detection (MuD) approaches applied to the uplink of synchronous single/multiple-input multiple-output multicarrier code division multiple access (S/MIMO MC-CDMA) systems. Genetic algorithm (GA), short term tabu search (STTS) and reactive tabu search (RTS), simulated annealing (SA), particle swarm optimization (PSO), and 1-opt local search (1-LS) heuristic multiuser detection algorithms (Heur-MuDs) are analyzed in details, using a single-objective antenna-diversity-aided optimization approach. Monte- Carlo simulations show that, after convergence, the performances reached by all near-optimum Heur-MuDs are similar. However, the computational complexities may differ substantially, depending on the system operation conditions. Their complexities are carefully analyzed in order to obtain a general complexity-performance framework comparison and to show that unitary Hamming distance search MuD (uH-ds) approaches (1-LS, SA, RTS and STTS) reach the best convergence rates, and among them, the 1-LS-MuD provides the best trade-off between implementation complexity and bit error rate (BER) performance.

Comunicações Não-coerentes em Sistemas MIMO: Desenho do Receptor e Construção de Códigos

Este trabalho aborda o problema do desenho de códigos espácio-temporais para sistemas de comunicação multiple-input multiple-output (MIMO) sem fios. Considera-se o contexto realista e desafiante da recepção não-coerente (a realização do canal é desconhecida no receptor). O detector conhecido como generalized likelihood ratio test (GLRT)é implementado no receptor e, ao contrário da maioria das abordagens actuais, permite-se uma estrutura de correlação arbitrária para o ruído gaussiano de observação. Apresenta-se uma análise teórica para a probabilidade de erro do detector, em ambos os regimes assimptóticos de relação sinal-ruído (SNR) alta e baixa. Essa análise conduz a um critério de optimalidade para desenho de códigos e permite uma re-interpretação geométrica do problema abordado como um problema de empacotamento óptimo num producto Cartesiano de espaço projectivos. A construção dos códigos implica a resolução de um problema de optimização não-linear, não-diferenciável e de dimensão elevada, o qual foi abordado aqui em duas fases. A primeira fase explora uma relaxação convexa do problema original para obter uma estimativa inicial. A segunda fase, refina essa estimativa através de um algoritmo iterativo de descida do gradiente ao longo de geodésicas, explorando-se assim a geometria Riemanniana imposta pelas restricões de potência sobre os códigos espáciotemporais. Mostra-se que o desempenho dos novos códigos obtidos por este método excede o das soluções previamente conhecidas. De facto, para algumas configurações particulares, estas novas constelações atingem o limiar de Rankin e são por isso garantidamente óptimas.

Capacity Enhancement Using MIMO Antenna Arrays in Realistic Macro-Cellular Urban Environment

In MIMO systems the antenna array configuration in the BS and MS has a large influence on the available channel capacity. In this paper, we first introduce a new Frequency Selective (FS) MIMO framework for macro-cells in a realistic urban environment. The MIMO channel is built over a previously developed directional channel model, which considers the terrain and clutter information in the cluster, line-of-sight and link loss calculations. Next, MIMO configuration characteristics are investigated in order to maximize capacity, mainly the number of antennas, inter-antenna spacing and SNR impact. Channel and capacity simulation results are presented for the city of Lisbon, Portugal, using different antenna configurations. Two power allocations schemes are considered, uniform distribution and FS spatial water-filling. The results suggest optimized MIMO configurations, considering the antenna array size limitations, specially at the MS side.

Aumento de capacidade em sistemas MIMO coordenados para advanced LTE com utilização de repetidores fixos

Com vista a revolucionar o sector das comunicações móveis, muito à custa dos elevados débitos prometidos, a tecnologia LTE recorre a uma técnica que se prevê que seja bastante utilizada nas futuras redes de comunicações móveis: Relaying. Juntamente com esta técnica, o LTE recorre à técnica MIMO, para melhorar a qualidade da transmissão em ambientes hostis e oferecer elevados ritmos de transmissão. No planeamento das próximas redes LTE, o recurso à técnica Relaying é frequente. Esta técnica, tem como objectivo aumentar a cobertura e/ou capacidade da rede, e ainda melhorar o seu desempenho em condições de fronteira de célula. A performance de uma RS depende da sua localização, das condições de propagação do canal rádio a que tanto a RS como o EU estão sujeitos, e ainda da capacidade que a RS tem de receber, processar e reencaminhar a informação. O objectivo da tese é estudar a relação existente entre o posicionamento de uma RS e o seu desempenho. Desta forma, pretende-se concluir qual a posição ideal de uma RS (tanto do tipo AF como SDF). Para além deste estudo, é apresentado um comparativo do desempenho dos modos MIMO TD e OL-SM, onde se conclui em que condições deverão ser utilizados, numa rede LTE equipada com FRSs.

Receptor MIMO em FPGA baseado no esquema de Alamouti

A oferta de serviços baseados em comunicações sem fios tem vindo a crescer exponencialmente na última década. Cada vez mais são exigidas maiores taxas de transmissão assim como uma melhor QoS, sem comprometer a potência de transmissão ou argura de banda disponível. A tecnologia MIMO consegue oferecer um aumento da capacidade destes sistemas sem requerer aumento da largura de banda ou da potência transmitida. O trabalho desenvolvido nesta dissertação consistiu no estudo dos sistemas MIMO, caracterizados pela utilização de múltiplas antenas para transmitir e receber a informação. Com um sistema deste tipo consegue-se obter um ganho de diversidade espacial utilizando códigos espaço-temporais, que exploram simultaneamente o domínio espacial e o domínio do tempo. Nesta dissertação é dado especial ênfase à codificação por blocos no espaço-tempo de Alamouti, a qual será implementada em FPGA, nomeadamente a parte de recepção. Esta implementação é efectuada para uma configuração de antenas 2x1, utilizando vírgula flutuante e para três tipos de modulação: BPSK, QPSK e 16-QAM. Por fim será analisada a relação entre a precisão alcançada na representação numérica dos resultados e os recursos consumidos pela FPGA. Com a arquitectura adoptada conseguem se obter taxas de transferência na ordem dos 29,141 Msimb/s (sem pipelines) a 262,674 Msimb/s (com pipelines), para a modulação BPSK.

Nuevas formas de enseñanza en mimo corporal dramático: la técnica corporal y la experiencia somática más allá de la forma y la estética generadas

Planteamos el estudio y la sistematización del mimo corporal dramático, a partir de la experiencia en la práctica de dicha técnica y su enseñanza . Mas allá de inventar una nueva técnica o realizar un trabajo teórico sobre conceptos, intentaremos en base al trabajo práctico realizado en el ultimo año, a partir de las experiencias desarrolladas en las aulas de movimento del maestrado, referenciar sistematizar y poner por escrito los principios y bases del mimo corporal dramático, revisados desde nuevos planteamientos, mas allá de la estética que generó Decroux. Trabajamos en la recopilación y estudio de todos estos principios, desde la experiencia de los últimos cinco años dando clases de mimo corporal dramático en la Real Escuela Superior de Arte Dramático de Madrid y mas concretamente en el trabajo realizado en el ultimo año con un grupo de alumnos y ex-alumnos voluntarios con los que hemos estado investigando sobre la técnica del mimo corporal. No intentamos pues realizar un estudio teórico, basado en ideas, pensamientos, etc. sino exponer desde la experiencia real, desde ejercicios, improvisaciones, diálogos sobre la técnica en la práctica y desarrollo del movimiento. Recogemos aquí no los ejercicios trabajados o soluciones practicas, sino las conclusiones y las bases teóricas que las sustentan y sobre las que creemos que pueden arrojar luz sobre el conocimiento de esta técnica y facilitar tanto su comprensión como su practica, mas allá de la figura de Decroux o de un estilo concreto de movimiento.

Fixed point transformations in the adaptive control of fractional-order MIMO systems

Though the formal mathematical idea of introducing noninteger order derivatives can be traced from the 17th century in a letter by L’Hospital in which he asked Leibniz what the meaning of D n y if n = 1/2 would be in 1695 [1], it was better outlined only in the 19th century [2, 3, 4]. Due to the lack of clear physical interpretation their first applications in physics appeared only later, in the 20th century, in connection with visco-elastic phenomena [5, 6]. The topic later obtained quite general attention [7, 8, 9], and also found new applications in material science [10], analysis of earth-quake signals [11], control of robots [12], and in the description of diffusion [13], etc.

A high-rate mimo receiver in an FPGA

This paper describes the hardware implementation of a High-Rate MIMO Receiver in an FPGA for three modulations, namely BPSK, QPSK and 16-QAM based on the Alamouti scheme. The implementation with 16-QAM achieves more than 1.6 Gbps with 66% of the resources of a medium-sized Virtex-4 FPGA. This results indicate that the Alamouti scheme is a good design option for hardware implementation of a high-rate MIMO receiver. Also, using an FPGA, the modulation can be dynamically changed on demand.

Antena mimo para terminais imóveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

Controlo unfalsified em sistemas MIMO

Com o crescente progresso tecnológico, surgem sistemas mais eficientes, mas também mais complexos e não-lineares. Isto torna-se mais evidente em sistemas Multi-Input Multi-Output (MIMO), devido a diferentes efeitos que uma entrada possa ter sobre diversas saídas. Para estes sistemas, a obtenção de modelos matemáticos que capturem, com precisão aceitável, a dinâmica do sistema, torna-se cada vez mais complexa e custosa. Sendo que muitos dos sistemas utilizados hoje em dia são MIMO, a diminuição na precisão dos modelos matemáticos é uma adversidade à eficiência dos sistemas de controlo. Isto deve-se a grande parte dos métodos de projeto de controladores terem como base o modelo do sistema. O trabalho realizado nesta dissertação pretende desenvolver uma estrutura de supervisão para sistemas MIMO, com base em controlo Unfalsified, ou Unfalsified Control (UC). Este consiste numa abordagem de controlo adaptativo, cujo processo de adaptação se traduz na seleção de um controlador, de entre um conjunto pré-determinado. Em cada momento é selecionado o controlador que mais se adequa ao objetivo de controlo pretendido. A utilização de UC representa uma possível solução para o problema apresentado, pois utiliza apenas dados experimentais recolhidos do funcionamento do processo. Assim, contorna a necessidade da existência de modelos do processo. Existem, no entanto, dificuldades associadas à comutação de controladores, pelo que este trabalho pretende também desenvolver uma estrutura de Bumpless Transfer (BT), de forma a reduzir estes efeitos. Finalmente, a utilização de dados experimentais implica que a aplicação de UC a um processo está apenas limitada ao ajuste dos parâmetros do sistema de supervisão, e à existência de um conjunto de controladores adequados.

Transmit diversity vs. spatial multiplexing in modern MIMO systems

A contemporary perspective on the tradeoff between transmit antenna diversity andspatial multiplexing is provided. It is argued that, in the context of most modern wirelesssystems and for the operating points of interest, transmission techniques that utilizeall available spatial degrees of freedom for multiplexing outperform techniques that explicitlysacrifice spatial multiplexing for diversity. In the context of such systems, therefore,there essentially is no decision to be made between transmit antenna diversity and spatialmultiplexing in MIMO communication. Reaching this conclusion, however, requires thatthe channel and some key system features be adequately modeled and that suitable performancemetrics be adopted; failure to do so may bring about starkly different conclusions. Asa specific example, this contrast is illustrated using the 3GPP Long-Term Evolution systemdesign.