dc.creator |
GASPAR, Danilo Simões |
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dc.date.issued |
2024-12-10 |
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dc.identifier.citation |
GASPAR, Danilo Simões. Implementation of a low complexity structure for MIMO-GFDM receivers based on the interference cancellation technique. 2024. 141 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2024. |
pt_BR |
dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4227 |
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dc.description.abstract |
The emerging mobile communication systems towards an unprecedented evolution in
terms of flexibility, data rate, and latency, enabling wireless networks to support applications
that are typically backed by wired technologies. The next generation of mobile
communication is already being discussed by the scientific community, standardization
institutes, and players in the mobile communication market. The foreseen scenarios are
already beginning to be outlined, anticipating that they might be even harder to achieve
considering the expected increase in flexibility while supporting conflicting requirements
across several applications in different verticals, besides higher data rates, broader coverage,
wider frequency bands, and extreme low latency. It is clear that future mobile
networks cannot rely on a single radio access network to meet all these demands. Different
approaches are needed to address all requirements, but SM (Spatial Multiplexing)-
MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) schemes represent a key technology for most
future wireless systems. SM-MIMO can provide the necessary bandwidth, reducing the
frame duration and increasing the robustness for data with a very short life span. Furthermore,
integrating SM-MIMO systems with advanced detection schemes, that leverage
both diversity and multiplexing gains, can substantially boost throughput and extend
coverage area. Usually, MIMO schemes are combined with OFDM (Orthogonal Frequency
Division Multiplexing) to deal with double-dispersive channels, assuming that the channel
coherence time is larger than the duration of the OFDM block and the channel coherence
bandwidth is larger than the subcarrier bandwidth. However, OFDM presents limitations
that could hinder its applications in future mobile systems. High OOB (Out-of-Band)
emissions, low flexibility in terms of parameterization, and low spectral and energy efficiencies
for channels with large delay profiles are some examples of these restrictions.
In this sense, GFDM (Generalized Frequency Division Multiplexing) can be considered a
feasible alternative. However, a challenge arises when considering non-orthogonal MIMOGFDM
since conventional linear detectors exhibit higher complexity and inferior performance
compared to MIMO-OFDM systems. Consequently, there is a compelling need
to explore non-conventional detectors that simultaneously reduce complexity while aiming
for performance enhancement. For this end, this thesis reviews fundamental concepts
in linear estimation and detection techniques, providing a straightforward algorithmic
description that enables complexity comparison and performance simulation. This work
adapts the low complexity and low latency iterative MMSE (Minimum Mean Squared Error)-
PIC (Parallel Interference Cancelation) introduced in [1], designing and simulating
its performance in a practical 6G (Sixth Generation) transceiver for the eRAC (Enhanced
Remote Area Communications) scenario, a challenging task assuming a non-orthogonal
GFDM waveform. The final results, presented in this work, show that MIMO-GFDM is
an interesting approach to deal with very contrasting and challenging requirements in
mobile networks. As a result, the pragmatic assessment of theoretical concepts, validated
through simulations, is interesting to the scientific community, as it demonstrates the
potential improvements that the adoption of a new technology can achieve. Furthermore,
this work provides a versatile computational model, which is an essential tool and also a
reliable reference for hardware development and performance evaluation. |
pt_BR |
dc.language |
eng |
pt_BR |
dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
pt_BR |
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.subject |
SM-MIMO |
pt_BR |
dc.subject |
Linear estimation |
pt_BR |
dc.subject |
Detection |
pt_BR |
dc.subject |
Interference cancelation |
pt_BR |
dc.subject |
Non-orthogonal waveform |
pt_BR |
dc.subject |
GFDM |
pt_BR |
dc.title |
Implementation of a low complexity structure for MIMO-GFDM receivers based on the interference cancellation technique |
pt_BR |
dc.type |
Tese |
pt_BR |
dc.date.available |
2025-04-08 |
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dc.date.available |
2025-04-08T13:12:44Z |
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dc.date.accessioned |
2025-04-08T13:12:44Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/0802034725473887 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
PIMENTA, Tales Cleber |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/3321577431881283 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 |
MENDES, Luciano Leonel |
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dc.contributor.advisor-co1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/9119890339398363 |
pt_BR |
dc.description.resumo |
Os sistemas de comunicação móvel emergentes estão evoluindo de forma sem precedentes
em termos de flexibilidade, taxa de dados e latência, permitindo que as redes sem
fio suportem aplicações que normalmente são sustentadas por tecnologias cabeadas. A
próxima geração de comunicação móvel já está sendo discutida pela comunidade científica,
institutos de padronização e pelos atores do mercado de comunicação móvel. Os
cenários previstos já estão começando a ser delineados, antecipando que podem ser ainda
mais difíceis de alcançar, considerando o aumento esperado na flexibilidade, enquanto
suportam requisitos conflitantes em várias aplicações e em diferentes setores, além de taxas
de dados mais altas, maior cobertura, bandas de frequência mais amplas e latência
extremamente baixa. É claro que as futuras redes móveis não podem depender de uma
única rede de acesso sem fio para satisfazer a todas essas demandas. Abordagens diferentes
são necessárias para atender a todos os requisitos, mas os esquemas SM-MIMO
representam uma tecnologia chave para a maioria dos futuros sistemas sem fio. O SMMIMO
pode fornecer a vazão necessária, reduzindo a duração do quadro e aumentando
a robustez para informações com uma vida útil muito curta. Além disso, integrar sistemas
SM-MIMO com esquemas de detecção avançados, que aproveitam tanto o ganho de
diversidade quanto o de multiplexação, pode aumentar substancialmente a taxa de transferência
e estender a cobertura da rede móvel. Normalmente, os esquemas MIMO são
combinados com OFDM para lidar com canais duplamente dispersivos, assumindo que o
tempo de coerência do canal é maior que a duração do bloco OFDM e a largura de banda
de coerência do canal é maior que a largura de banda de uma subportadora. No entanto,
o OFDM apresenta limitações que podem dificultar suas aplicações em sistemas móveis
futuros. Altas emissões fora da banda, baixa flexibilidade em termos de parametrização e
baixa eficiência espectral e energética para canais com longos perfis de atraso são alguns
exemplos dessas restrições. Nesse sentido, o GFDM pode ser considerado uma alternativa
viável. Entretanto, há um grande desafio ao uso do MIMO GFDM não ortogonal uma vez
que os detectores lineares convencionais apresentam maior complexidade e desempenho
inferior em comparação com os sistemas MIMO OFDM. Como resultado, há uma necessidade
premente de explorar detectores não convencionais que reduzam a complexidade ao
mesmo tempo em que buscam melhorias de desempenho. Para esse fim, esta tese revisa
conceitos fundamentais sobre técnicas de estimação linear e detecção, fornecendo uma
descrição algorítmica direta que permite a comparação de complexidade e simulação de
desempenho. Este trabalho adapta o MMSE-PIC iterativo de baixa complexidade e baixa
latência introduzido em [1], projetando e simulando seu desempenho em um transceptor
6G prático para o cenário eRAC, uma tarefa desafiadora assumindo que a forma de onda
GFDM não é ortogonal. Os resultados finais apresentados neste trabalho mostram que o
MIMO-GFDM é uma abordagem interessante para lidar com os requisitos contrastantes e
desafiadores das futuras redes móveis. Logo, a avaliação pragmática de conceitos teóricos,
validada por meio de simulações, é de interesse da comunidade acadêmica, pois demonstra
as potenciais melhorias que a adoção de uma nova tecnologia pode alcançar. Além disso,
esta tese fornece um modelo computacional versátil, uma ferramenta essencial, e também
uma referência confiável, para o desenvolvimento de hardware e avaliação de desempenho. |
pt_BR |
dc.publisher.country |
Brasil |
pt_BR |
dc.publisher.department |
IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação |
pt_BR |
dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica |
pt_BR |
dc.publisher.initials |
UNIFEI |
pt_BR |
dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA |
pt_BR |