Massive MIMO systems with low-resolution converters
- Reference number
- ID14-0022
- Start and end dates
- 150101-191231
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
Massive MIMO, i.e., equipping cellular base stations with a large number of antennas compared to the number of active users, is a promising technology for next-generation wireless systems. Low-precision hardware components will need to be used in massive MIMO base stations, to scale up the number of antenna arrays while keeping cost low. However, low-precision components may introduce significant hardware impairments, which may reduce considerably the performance of massive MIMO systems. The goal of this research project is to characterize the tradeoff between performance and hardware cost in massive MIMO systems. The focus will be on the hardware impairments resulting from low-resolution analog-to-digital and digital-to-analog converters. The main objectives of this project are i) to characterize the maximum uplink and downlink throughput achievable in a massive MIMO system in the presence of low-resolution converters; ii) to develop low-complexing signaling schemes and receiver algorithms approaching these throughput limits; iii) to provide recommendations on the converter resolution required to reap massive MIMO gains. The project has the additional objectives of strengthening the collaboration between Chalmers and Ericsson within an area (design of next-generation wireless cellular networks) that is important for the Swedish industry, of producing scientific publications and patents, and of enabling knowledge transfer between Chalmers and Ericsson.
Popular science description
Visionen för radioåtkomst i 5G är att allt som skulle kunna dra nytta av att vara uppkopplat skall kunna kopplas upp. Detta innebär att nästa generations mobilnät inte bara måste stödja en mycket större mängd data utan också en mycket större mängd olika användningsscenarier, som till exempel innefattar trafiksäkerhetsapplikationer och omfattande maskin-till-maskin kommunikation. En konsekvens av denna proliferation av olika scenarier är att faktorer såsom energikonsumtion och enhetskostnad kan komma att spela lika stor roll som maximal datahastighet. För att 5G ska bli verklighet krävs stora förändringar i både access-och backhaul-nätet. Avancerade antennlösningar kommer också att spela en mer betydande roll i framtida system. Den tilltänkta användningen av högre frekvensband att kommunicera över, för att nyttja enorma oanvända spektrumresurser, fordrar effektiva lobformningstekniker för att förbättra länkbudget och begränsa störningar i täta nätverksinstallationer. Det är att förvänta att antalet antenner hos de cellulära basstationerna kommer att öka drastiskt i nästa generations trådlösa kommunikationssystem. Ett sådant paradigmskifte, som allmänt vedertaget kallas “Massive MIMO” förebådar stora förbättringar i datahastighet och energieffektivitet (till följd av möjligheten att noga kunna fokusera strålningseffekt till önskad plats), tillsammans med förenklad resursallokering och användarschemaläggning. Från ett industriellt perspektiv så kommer ett skifte till Massive MIMO bara att inträffa om de nödvändigt stora antennuppställningarna kan konstrueras till rimlig kostnad, det vill säga genom användningen av lågprecisionskomponenter. Motiverad av detta övervägande är den centrala frågan i det tilltänkta forskningsprojektet; huruvida fördelarna med Massive MIMO som är teoretiskt framtagna under ideala hårdvaruförhållanden står sig under användningen av lågprecisionskomponenter. Av särskilt intresse är användningen av lågupplösta analog-till-digital- och digital-till-analog-omvandlare. Högupplösta omvandlare är ofta kostsamma och drar mycket ström, att minska deras upplösning kan därför leda till stora kostnadsbesparingar och ökad energieffektivitet. Syftet med forskningsprojektet är att bedöma en nödvändig avvägning mellan omvandlarupplösning och prestanda i väldigt stora MIMO system. Detta kommer att leda till en realistisk uppskattning av kostnad och energikonsumtion i cellulära basstationer i olika distributionsscenarier.