Precoding and relaying algorithms for multiuser mimo downlink channels

En los ultimos anos, la investigacion se ha centrado en la tecnologia inalambrica MIMO gracias a la mejora en cuanto a capacidad y rendimiento, ofreciendo una mayor eficiencia espectral. Ademas, cuando multiples usuarios forman la red, el escenario es mucho mas realista, ya que estos tienen que compartir recursos como el ancho de banda, potencia o tiempo. Debido al ruido introducido y a las interferencias multiusuario, el rendimiento del sistema es degradado. Cuando la transmision se lleva a cabo desde una estacion base (BS) hacia multiples usuarios, debido a la falta de cooperacion de estos, se ha de establecer un proceso de pre-ecualizacion conocido como precoding o precodificacion. Como consecuencia del mismo, la senal podra ser interpretada por cada usuario de manera independiente, sin la necesidad por parte de estos de conocer la senal. Las tecnicas de precodificacion se clasifican en lineales y no lineales. De hecho, THP y VP corresponden a tecnicas no lineales para la adquisicion no cooperativa de la senal en canales broadcast. Estas tecnicas, mejoran el rendimiento de las lineales de manera considerable. Sin embargo, la complejidad computacional tambien se ve incrementada debido a la cancelacion sucesiva de interferencias en THP y la busqueda del punto mas cercano en un lattice o reticulado infinito en VP. El ultimo se considera un problema de complejidad no deterministica no polinomial (NP-hard). Con el objetivo de aumentar el rango y cobertura de la red en entornos hostiles, ademas de para mitigar el efecto de las interferencias, un retransmisor o relay puede ser introducido entre transmisor y receptor, pudiendo ser la senal modificada de manera regenerativa o no. Por consiguiente, aparte de incorporar una etapa de precoding en la estacion base para adquisicion no cooperativa de la senal, una etapa de procesamiento en el relay es necesaria. Esta etapa, conocida como relaying, proporcionara a la senal las caracteristicas necesarias para alcanzar al destino. A lo largo de esta tesis se realiza el diseno de transceptores o transceivers para redes MIMO multiusuario con retransmisores no regenerativos, donde el mayor reto reside en el diseno optimo o suboptimo conjunto del precodificador en la estacion base y el procesador en el relay. Se propone el uso de tecnicas lineales y no lineales de precodificacion como THP y VP en el canal de bajada. Aparte del diseno optimo y suboptimo lineal y no lineal de trasceivers, la diagonalizacion por bloques (BD) es propuesta combinada con el precoding lineal y no lineal VP. BD, que mapea la senal de cada usuario en el espacio nulo de los canales interferentes, es aplicado en el relay para la cancelacion de interferencias, mientras que el procesamiento lineal y VP seran los encargados de separar la senal de los usuarios y minimizar el error total. Las contribuciones de este trabajo de investigacion corresponden al diseno optimo basado en tecnicas de precodificacion no lineal y la consideracion de BD para el diseno conjunto de los filtros. Ademas soluciones suboptimas simples y computacionalmente eficientes para precodificacion lineal y no lineal son propuestas en esta tesis por primera vez. Adicionalmente, la descomposicion BD-GMD, del ingles block diagonal geometric mean decomposition, se combina junto a VP para el diseno optimo y suboptimo de las matrices de relaying y precoding. Para finalizar, se realiza un analisis complete de complejidad para demostrar la efectividad de los sistemas propuestos.