The multiple-input multiple-output systems in slow and fast varying radio channels

Abstract

In this thesis, the performance of the MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) systems in slow and fast varying radio channels is discussed. In the chapter 1, the general issues of MIMO systems are considered. The tradeoff between the spatial multiplexing and the diversity is explained. The importance of the channel knowledge is discussed. Also, the telecommunication standards concerning the MIMO systems are described. The chapter 2 is devoted to the channel aspects of MIMO systems. Then, the most important MIMO channel models are presented. The issues of the channel estimation and the time variations are included. In the last two chapters, the research results of the author of this thesis are presented. The broad analysis of the wireless MIMO indoor network in slow varying radio channel is performed in the chapter 3. The directivity of the access point antennas and their location are carefully studied. The MIMO system with adaptive antennas is also considered. Ali the calculations are made on the basis of the deterministic ray tracing model. In the chapter 4, the new algorithm for channel estimation in fast varying radio channels is introduced and verified. It is shown that bit error rate can be decreased without frequent transmissions of pilot symbols. The thesis closed with the general conclusions about the author's research and the MIMO systems in time-varying channels. Rozprawa doktorska poświęcona jest zagadnieniom wolnozmiennych i szybkozmiennych kanałów radiowych w systemach wieloantenowych MIMO. W pierwszym rozdziale rozprawy, zaprezentowano ogólny przegląd tematyki dotyczącej systemów wieloantenowych, wskazując na ich możliwości w zakresie zwiększania przepustowości i poprawy bitowej stopy błędów. Omówiono również problem estymacji kanału radiowego. Rozdział drugi rozprawy poświęcono zagadnieniom dotyczącym analizy i modelowania kanału radiowego MIMO. Zaprezentowano najważniejsze modele kanałów radiowych MIMO. Omówiono też kwestie czasowych zmian kanału radiowego. W dalszej części pracy, przedstawiono oryginalne badania autora. Zaprezentowano analizę systemu MIMO działającego w środowisku wewnątrz budynków w wolnozmiennym kanale radiowym opartą na algorytmie ray tracing. Wskazano optymalne lokalizacje, rozmieszczenie i charakterystyki anten punktu dostępowego, które pozwalają nawet dwukrotnie zwiększyć przepustowość systemu. Zademonstrowano również nowe możliwości systemów MIMO z antenami adaptacyjnymi. W ostatnim rozdziale omówiono problem estymacji szybkozmiennego kanału radiowego MIMO. Zaproponowano i zweryfikowano nowy algorytm ICE, który umożliwia jednoczesną transmisję danych i estymację kanału radiowego Pokazano, że dzięki jego zastosowaniu można zmniejszyć bitową stopę błędów prawie o dwa rzędy wielkości.