5G Techniques Proof-of-concept Testbed

Abstract

The exponential increase of the data traffic in the next years and the limitations of the wireless spectrum shared by multiusers have challenged the design of the coming 5G radio access technology. In the last decade, multiple-input multiple-output (MIMO) systems have become one of the key technologies offering a higher spectral efficiency. Nevertheless, the advantages provided by MIMO systems come to the detriment of an increase in the cost to deploy multiple antennas and also in the receiver complexity. Thus, a pre-equalization stage called precoding is applied at the transmitter in order to improve the coverage and range of the network in fading environments. This thesis investigates performance aspects of such MIMO channel matrix precoding techniques. On the one hand, a digital communication system testbed based on USRP radio hardware is implemented by means of the software defined radio (SDR) LabVIEW. On the other hand, the effective potential of precoding techniques in boosting the network throughput is addressed in a real world scenario testbed. Our results reveal that the spatial diversity provided by multiple antennas is exploited by precoding and thus achieving higher channel capacity.

El aumento exponencial del tráfico de datos en los próximos años y las limitaciones del espectro inalámbrico compartido por múltiples usuarios han puesto en desafío el diseño de la próxima tecnología de acceso de radio, 5G. En la última década, los systemas multi- antenna MIMO) se han convertido en una de las tecnologías clave que ofrecen una eficiencia espectral superior. Sin embargo, las ventajas proporcionadas por los dichos sistemas vienen en detrimento de un aumento en el costo de despliege de múltiples antenas y también en la complejidad de los receptores. Por lo tanto, una etapa de pre-equalización llamada de precodificación se aplica en el transmisor con el fin de mejorar la cobertura y el alcance de la red en entornos de desvanecimiento (fading). Esta tesis investiga aspectos del rendimiento de tales técnicas de precodificación para canales MIMO. Por un lado, se implementa una plataforma de pruebas para sistemas de comunicación digital basado en los hardware de radio USRP y el software de radio definido (SDR) LabVIEW. Por otro lado, el potencial efectivo de técnicas de precodificación se aborda con el fin de mejorar el rendimiento de la red por medio de la plataforma de pruebas en un escenario del real. Nuestros resultados revelan que la diversidad espacial proporcionada por múltiples antenas es explotada mediante técnicas de precodificación y así mismo se lograr una mayor capacidad del canal.

L'augment exponencial del tràfic de dades en els pròxims anys i les limitacions de l'espectre sense fil compartit per múltiples usuaris han desafiat el disseny de la propera tecnologia d'accés de telefonia mòbil 5G. En l'última dècada, els sistemes multi-antena (MIMO) s'han convertit en una de les tecnologies clau que ofereixen una eficiència espectral superior. No obstant això, les avantatges proporcionades pels sistemes MIMO vénen en detriment d'un augment en el cost de desplegar múltiples antenes i també en la complexitat dels dispositius receptors. Per tant, una etapa de pre-equalització coneguda com precodificació s'aplica en el transmissor per tal de millorar la cobertura i l'abast de la xarxa en entorns d'esvaïment (fading). Aquesta tesi investiga aspectes del rendiment d'aquestes tècniques de precodificació per canals MIMO. D'una banda, s'implementa una plataforma de proves per un sistema de comunicació digital basat en els equips de ràdio USRP i del software de ràdio definit (SDR) LabVIEW. D'altra banda, s'aborda el potencial efectiu de les tècniques de precodificació per impulsar el rendiment de la xarxa en un escenari de proves real. Els nostres resultats revelen que la diversitat espacial proporcionada per múltiples antenes és explotada per les tècniques de precodificació i així mateix s'aconsegueix una major capacitat en el canal.