{"id":111338,"date":"2011-10-10T00:00:00","date_gmt":"2011-10-10T00:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/sin-categoria\/diseno-de-beamformers-para-arquitecturas-rf-mimo-simplificadas\/"},"modified":"2011-10-10T00:00:00","modified_gmt":"2011-10-10T00:00:00","slug":"diseno-de-beamformers-para-arquitecturas-rf-mimo-simplificadas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/tecnologia-de-las-telecomunicaciones\/diseno-de-beamformers-para-arquitecturas-rf-mimo-simplificadas\/","title":{"rendered":"Dise\u00f1o de beamformers para arquitecturas rf-mimo simplificadas"},"content":{"rendered":"

Tesis doctoral de Fouad Gholam <\/strong><\/h2>\n

Los sistemas multiantena en comunicaciones inal\u00e1mbricas han recibido enorme atenci\u00f3n por parte de la comunidad cient\u00edfica en la \u00faltima d\u00e9cada, existiendo ya en la actualidad m\u00faltiples est\u00e1ndares y productos comerciales que incorporan estas t\u00e9cnicas tanto en redes de \u00e1rea local (802.11n), como metropolitanas (wimax) o celulares (lte-a). En los sistemas multiantena convencionales, a menudo llamados sistemas mimo (multiple-input multiple-output), las se\u00f1ales recibidas por cada antena tienen que ser demoduladas a banda base y adquiridas de forma independiente. En consecuencia, los costes del hardware, el tama\u00f1o y el consumo de energ\u00eda de los sistemas mimo convencionales aumentan proporcionalmente al n\u00famero de antenas, lo que explica en parte su todav\u00eda limitado despliegue comercial, especialmente en terminales m\u00f3viles de bajo coste. Para reducir estos problemas, recientemente se ha propuesto y desarrollado dentro del proyecto mimax, financiado por la ue, una nueva arquitectura denominada rf-mrb (radio-frequency maximum-ratio beamforming) en la que parte del procesado espacial se realiza directamente en el dominio de radio-frecuencia. Esencialmente, esta nueva arquitectura consigue reducir significativamente el coste, consumo y tama\u00f1o del transceptor mimo mediante la combinaci\u00f3n lineal (beamforming) directamente en el frontal de rf de las se\u00f1ales recibidas por las distintas antenas. Una arquitectura similar puede emplearse en el transmisor. Aunque estas arquitecturas de combinaci\u00f3n anal\u00f3gica s\u00f3lo pueden procesar un \u00fanico flujo de datos y, por lo tanto, su ganacia de multiplexado est\u00e1 limitada, todav\u00eda pueden aprovechar toda la diversidad espacial y la ganancia de array del canal mimo. continuando con esta l\u00ednea de investigaci\u00f3n, en esta tesis se proponen y estudian tres nuevas arquitecturas rf-mimo con el fin de reducir a\u00fan m\u00e1s la complejidad de los sistemas mimo sin tener por ello un alto impacto en su rendimiento. En la primera arquitectura, denominada rf-rwb (real-weight beamforming), se aplica en cada rama de rf un sign switch seguido por un amplificador de ganancia variable (variable gain amplifier o vga). Esencialmente, esta arquitectura equivale a aplicar un beamformer con coeficientes reales (en lugar de coeficientes complejos como en la arquitectura rf-mrb y en los algoritmos de conformaci\u00f3n banda base habituales) directamente en rf. El segundo esquema, denominado rf-epb (equal-phase beamforming), s\u00f3lo aplica un vga en cada rama de rf. Desde el punto de vista del dise\u00f1o del beamformer, esta estructura se traduce en que los coeficientes del conformador est\u00e1n restringidos a ser reales y no negativos. Por \u00faltimo, la tercera arquitectura, que hemos denominado rf-egb (equal-gain beamforming), s\u00f3lo permite modificar las fases de las se\u00f1ales de rf mediante desfasadores anal\u00f3gicos. desde el punto de vista banda base, cada arquitectura plantea un problema diferente de beamforming, en el que los coeficientes de los combinadores en transmisi\u00f3n\/recepci\u00f3n han de tener pesos reales (rf-rwb), pesos reales no negativos (rf-epb) o pesos complejos con m\u00f3dulos constantes (rf-egb). Asumiendo un conocimiento perfecto del canal en transmisi\u00f3n y recepci\u00f3n, en la tesis consideramos el problema de dise\u00f1o de los beamformers con restricciones adicionales en los coeficientes. El dise\u00f1o de los mismos se lleva a cabo para canales con desvanecimiento plano (flat-fading) y canales selectivos en frecuencia con modulaci\u00f3n ofdm (orthogonal frequency division multiplexing). Para canales mimo flat-fading se considera en particular el problema de dise\u00f1ar los beamformers de transmisi\u00f3n y recepci\u00f3n que maximizan la relaci\u00f3n se\u00f1al a ruido. Para el caso de canales selectivos en frecuencia, se propone una funci\u00f3n de coste general que depende de un \u00fanico par\u00e1metro, . Este par\u00e1metro establece un compromiso entre la energ\u00eda y la selectividad frecuencial del canal siso (single-input single-output) equivalente (esto es, el canal resultante despu\u00e9s de la aplicaci\u00f3n de los beamformers anal\u00f3gicos). La funci\u00f3n de coste propuesta engloba otros criterios existentes para el dise\u00f1o de los beamformers. As\u00ed, para valores particulares del par\u00e1metro el criterio propuesto se reduce a la minimizaci\u00f3n del error cuadr\u00e1tico medio (criterio minmse), la maximizaci\u00f3n de la capacidad del sistema (criterio maxcap), o la maximizaci\u00f3n de la relaci\u00f3n se\u00f1al a ruido (criterio maxsnr). En general, la funci\u00f3n de coste propuesta conduce a problemas de optimizaci\u00f3n no convexos. Sin embargo, bajo el criterio maxsnr los casos simo (single-input multiple-output) y miso (multiple-input single-output), tienen soluci\u00f3n cerrada o pueden ser reformulados como problemas convexos. Explotando este hecho, se propone un procedimiento de optimizaci\u00f3n que alterna entre las soluciones de los casos simo y miso para encontrar una soluci\u00f3n (sub\u00f3ptima) para el caso mimo. Para los dem\u00e1s criterios, se propone un algoritmo sencillo y eficiente de descenso por gradiente. Una adecuada inicializaci\u00f3n del algoritmo de descenso de gradiente resulta esencial para acelerar la convergencia del mismo. En la tesis se propone emplear como punto inicial la soluci\u00f3n obtenida de un problema convexo relajado, demostr\u00e1ndose su efectividad. las prestaciones de los algoritmos de beamforming anal\u00f3gico propuestos han sido exhaustivamente evaluadas en comparaci\u00f3n a la arquitectura original rf-mrb y a un sistema mimo convencional. El estudio se ha realizado considerando el est\u00e1ndar ieee 802.11a para redes de \u00e1rea local, que emplea transmisiones ofdm en la banda de 5 ghz. Las conclusiones del estudio nos permiten afirmar que las arquitecturas propuestas representan una interesante alternativa a los sistemas mimo convencionales y a la arquitectura rf-mrb, ya que permiten reducir notablemente el coste y la complejidad con tan s\u00f3lo una reducci\u00f3n menor en sus prestaciones. Es tambi\u00e9n destacable que la arquitectura rf-egb, que optimiza s\u00f3lo la fase de las se\u00f1ales de entrada, obtiene mejores resultados que la rf-epb, la cual optimiza \u00fanicamente su amplitud.<\/p>\n

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Datos acad\u00e9micos de la tesis doctoral \u00abDise\u00f1o de beamformers para arquitecturas rf-mimo simplificadas<\/strong>\u00ab<\/h3>\n
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  • T\u00edtulo de la tesis:<\/strong>\u00a0 Dise\u00f1o de beamformers para arquitecturas rf-mimo simplificadas <\/li>\n
  • Autor:<\/strong>\u00a0 Fouad Gholam <\/li>\n
  • Universidad:<\/strong>\u00a0 Cantabria<\/li>\n
  • Fecha de lectura de la tesis:<\/strong>\u00a0 10\/10\/2011<\/li>\n<\/ul>\n

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    Direcci\u00f3n y tribunal<\/h3>\n
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    • Director de la tesis<\/strong>\n
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      • Javier V\u00eda Rodr\u00edguez<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n
      • Tribunal<\/strong>\n
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        • Presidente del tribunal: pedro Crespo bofill <\/li>\n
        • Rafael Gonz\u00e1lez ayestar\u00e1n (vocal)<\/li>\n
        • Jes\u00fas P\u00e9rez arriaga (vocal)<\/li>\n
        • Santiago Zazo bello (vocal)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n

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