Beamforming Techniques for Optimizing Channel Capacity in Wireless Communications
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2018-02-13
Department
Major/Subject
Mathematics
Mcode
SCI3054
Degree programme
Master’s Programme in Mathematics and Operations Research
Language
en
Pages
84 + 12
Series
Abstract
Many modern devices rely on wireless Internet connection. This has increased the demand for high performance wireless networks. However, the traditional single-transmitting single-receiving antenna systems cannot provide the desired data rates and latencies in the future. The capacity of wireless communication systems can be increased by using more than one transmitting and receiving antennas. These multiple-input multiple-output (MIMO) systems allow the use of advanced signal precoding methods including beamforming. This method enables transmission of several concurrent data streams by controlling the electromagnetic wave interference. In this thesis, we review various beamforming techniques for single user and multi-user MIMO systems. In the single user case, the well-known eigen-beamforming method is derived, which achieves the optimal channel capacity. In the multi-user MIMO context, we focus on zero-forcing techniques that are based on a zero inter-user interference constraint. Finally, we define a new geometry-based MIMO channel model that is used for beamforming simulations. Results indicate that using beamforming can yield substantial increase in performance compared to the traditional communication systems.Monet nykyajan laitteet vaativat toimiakseen langattoman internet-yhteyden. Lisääntyvä älylaitteiden määrä on kasvattanut tarvetta korkean suorituskyvyn langattomille tietoverkoille. Perinteiset yhden lähetys- ja vastaanottoantennin viestintäsysteemit eivät kuitenkaan pysty tulevaisuudessa tuottamaan tarvittavia datansiirtonopeuksia ja viiveaikoja. Langattomassa viestinnässä kapasiteettia voidaan kasvattaa käyttämällä useita lähetys- ja vastaanottoantenneja. Nämä niin kutsutut MIMO-systeemit mahdollistavat edistyneiden koodaustekniikoiden käyttämisen. Yksi näistä tekniikoista on keilanmuodostus, jonka avulla voidaan lähettää useita datapaketteja samanaikaisesti. Menetelmä perustuu sähkömagneettisten aaltojen superpositioperiaatteen hyödyntämiseen. Tässä diplomityössä tarkastellaan useita keilanmuodostustekniikoita sekä yhden että monen käyttäjän MIMO-systeemeissä. Yhden käyttäjän tapauksessa johdetaan tunnettu menetelmä, joka saavuttaa optimaalisen kanavakapasiteetin. Usean käyttäjän MIMO-systeemien yhteydessä taas keskitytään tekniikoihin, joissa käyttäjien väliset häiriöt minimoidaan. Lopuksi määritellään uusi geometriaperusteinen kanavamalli, jota käytetään keilanmuodostussimulaatioissa. Tulokset osoittavat, että keilanmuodostusta käyttämällä voidaan parantaa merkittävästi langattomien viestintäsysteemien suorituskykyä.Description
Supervisor
Hollanti, CamillaThesis advisor
Salmi, JussiKeywords
beamforming, channel capacity, channel model, MIMO, eigen-beamforming, zero-forcing beamforming
