Investigation of novel filtered multi-carrier waveforms in the context of massive MIMO systems
Étude de nouvelles formes d'ondes multiporteuses filtrées dans le contexte des systèmes MIMO massifs
Résumé
The applications and services envisioned for the 6G wireless communication systems will place different requirements on the system design. The current 5G waveform, OFDM, suffers from a list of drawbacks that question its ability to fulfill these prerequisites. Filtered multi-carrier waveforms, such as FBMC/OQAM, provide viable alternatives for future mobile networks. While recent years have seen some advancements in FBMC/OQAM waveform technology at the transmitter and receiver sides, there are still critical challenges to consider. The first challenge involves ensuring compatibility with massive Multiple-Input Multiple-Output (mMIMO) technology, which is essential for the next generation of wireless data networks. The second is related to improving spectral efficiency (SE), and the last challenge pertains to ensuring a robust channel estimation technique despite various impairments. The main goal of this thesis is to address these challenges. The work carried out has resulted in the following contributions: (1) Proposal of a novel transmission technique targeting SE enhancement for multi-carrier single-input-single output transmissions. It showed higher SE gain when augmented with FBMC than that with OFDM, added to its proven efficiency even in the presence of timing offset impairments. (2) To further enhance the SE, some recent advances related to the FBMC/OQAM waveform has been extended to the context of MU-mMIMO systems notably supporting asynchronous communications and outperforming state of the art solutions. (3) The efficiency of the aforementioned proposals highly relies on the accuracy of channel estimation, therefore, a novel pilot structure design has been proposed targeting the FBMC/OQAM waveform. It outperforms state of the art techniques while enhancing SE and enabling conventional channel estimation techniques.
Les applications et les services envisagés pour les systèmes de communication sans fil de la 6G imposeront des contraintes diverses à la conception du système. La forme d'onde actuelle de la 5G, OFDM, souffre d'une liste d'inconvénients qui remettent en question son adéquation et sa capacité à remplir ces exigences. Les formes d'onde multiporteuses filtrées, telles que FBMC/OQAM, constituent des alternatives prometteuses pour les futurs réseaux mobiles. Malgré les progrès réalisés ces dernières années concernant cette forme d'onde au niveau de l'émetteur et du récepteur, il reste encore des défis importants à relever. Le premier défi consiste à assurer la compatibilité avec la technologie MIMO massive, qui est essentielle pour la prochaine génération de réseaux de données sans fil. Le deuxième est lié à l'amélioration de l'efficacité spectrale, et le dernier défi concerne la garantie d'une technique d'estimation de canal robuste en dépit de diverses perturbations. L'objectif principal de cette thèse est de proposer des solutions à ces défis. Les travaux réalisés ont abouti aux contributions suivantes : (1) Proposition d'une nouvelle technique de transmission ayant pour objectif l'amélioration de l'efficacité spectrale pour les systèmes à une antenne de transmission. La technique proposée offre un gain en efficacité spectrale plus élevé lorsqu'elle est combinée à la FBMC qu'à l'OFDM. S’ajoute à cela, son efficacité prouvée avec la FBMC en présence de décalages temporels. (2) Pour améliorer encore l'efficacité spectrale, certaines avancées récentes liées à la forme d'onde FBMC/OQAM ont été étendues au contexte des systèmes multi-utilisateurs massifs mMIMO, notamment en prenant en charge les communications asynchrones et en surpassant les solutions actuelles. (3) L'efficacité des propositions précitées dépend fortement de la précision de l'estimation du canal, par conséquent, une nouvelle conception de la structure des pilotes a été proposée. L’estimation qui en résulte surpasse les performances des techniques actuelles tout en réduisant la part de la signalisation et en permettant l'utilisation de techniques conventionnelles d'estimation du canal.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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