Conception de récepteurs et estimation de canal pour le MIMO massif distribué

Cell-Free massive MIMO receiver design and channel estimation

• Auteur / Autrice : Roya Gholamipourfard
• Direction : Dirk T. M. Slock, Laura Cottatellucci
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut EURECOM (Sophia-Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Marios Kountouris
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mérouane Debbah
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Constantinos B. Papadias, Pascal Chevalier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence

Systèmes de communication sans fil

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Mots clés libres

Mimo massif distribué

Propagation favorable

Estimation du canal

Décontamination pilote

Estimation semi-aveugle

Propagation par anticipation

Cell-free massive Mimo

Favorable propagation

Pilot decontamin

Résumé

Les systèmes sans fil de la prochaine génération doivent répondre à la demande croissante de débits de données de plus en plus élevés à des prix très compétitifs et être capables de s'adapter efficacement à une vaste gamme dynamique de services, d'applications et de types de dispositifs attendus dans un avenir proche. Les systèmes sans fil ultra-denses envisagent des UD-DAS basés sur des antennes distribuées à distance. Toutefois, ni les systèmes d'antennes distribuées ni la technologie MIMO massive ne permettront de répondre aux demandes de débit de données croissantes de la prochaine génération de communications sans fil, en raison des interférences intercellulaires et des grandes variations de qualité de service. Pour faire face à ces limitations, les réseaux au-delà de la 5G doivent entrer dans le paradigme sans cellule, où l'absence de limites de cellules atténue les interférences intercellulaires et les problèmes de transfert, mais pose également de nouveaux défis. La première partie de cette thèse est consacrée à l'analyse des propriétés de propagation favorables des systèmes MIMO massifs CF dans des conditions asymptotiques. L'information sur l'état du canal dans les systèmes MIMO massifs, tant cellulaires que CF, joue un rôle majeur dans l'amélioration des performances du système. Par conséquent, dans la deuxième partie de cette thèse, nous abordons le problème de la contamination des pilotes dans les systèmes MIMO massifs CF. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous proposons un algorithme MP basé sur le principe EP pour conduire itérativement la méthode semi-aveugle bayésienne pour l'estimation du canal et la détection des données.

Next generation wireless systems shall satisfy the increasing demand of higher and higher data rates at very competitive prices as well as be able to efficiently accommodate for and adapt to a huge dynamic range of services, applications, and types of devices expected in the near. Appealing architectural solutions have been leveraged on ultra-densification of antennas. Ultra-dense wireless systems envision ultra-dense distributed antenna systems (UD-DAS) based on remote distributed antennas empowered by the e-cloud. However, neither DAS nor massive MIMO technology will meet the increasing data rate demands of the next generation wireless communications due to the inter-cell interference and large quality of service (QoS) variations. To address these limitations, beyond-5G networks need to enter the cell-free (CF) paradigm, where the absence of cell boundaries mitigates the inter-cell interference and handover issues but also causes new challenges. One of the major issues in the large-scale networks such as CF massive MIMO systems is complexity at the receivers. In this regard, first part of this thesis is devoted to analyzing the favorable propagation properties of CF massive MIMO systems in asymptotic conditions. Channel state information (CSI) in massive MIMO systems, both cellular and CF, plays a major role in improving the system performance. Therefore, in the second part of this thesis, we address the pilot contamination problem in CF massive MIMO systems. Finally, in the last part of this thesis, we propose an MP algorithm based on the EP principle to iteratively conduct the Bayesian semi-blind method for channel estimation and data detection in CF massive systems.