Distributed Massive MIMO with Low-Precision Components
- Reference number
- ID19-0036
- Project leader
- Durisi, Giuseppe
- Start and end dates
- 200101-241231
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
The objective of this project is to characterize the theoretical and real-world performance of distributed massive multi-user (MU) multiple-input multiple-output (MIMO) architectures that rely on low-precision components and on 1-bit direct sampling of the radio-frequency signal. The specific objectives of the projects are as follows: 1)"By characterizing the rate achievable over a bi-directional, distributed massive MU-MIMO link, we will determine a hardware architecture that operates at a suitable trade-off between complexity and performance. 2)"For the selected architecture, we will design low-complexity channel-estimation, data-detection, and precoding algorithms operating close to the limits unveiled in Objective 1. 3)"We will demonstrate the feasibility of the proposed architecture on a distributed massive MU-MIMO testbed, and use the insights obtained through real-world experiments to refine the theoretical models used to achieve Objectives 2 and 3. The project has the additional objectives of strengthening the collaboration between Chalmers and Ericsson within an area (radio access in 5G and beyond) 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
Vi lever i ett informationssamhälle där behovet av att kommunicera och utbyta information ständigt ökar. Till en ökande del, så sker denna kommunikation trådlöst. Tillsammans med behovet av snabb dataöverföring finns en stor medvetenhet kring att energiåtgången för att åstadkomma detta måste minimeras. I näten för mobil kommunikation så har kraven på ökad kapacitet och minskad energiförbrukning lett till att man nu börjar undersöka hur framtidens mobila kommunikationssystem skall utformas. Genom teoretisk forskning har man kommit fram till att mycket stora kapacitets och energibesparingsvinster kan åstadkommas om varje basstation, till skillnad från dagens enstaka antenner och låga frekvenser, i framtiden utrustas med 100-1000tals oberoende radiosändare med låg uteffekt. Men, faktum är att det i dagsläget inte finns några kostnads- eller energieffektiva lösningar på hur man med tillgängliga tekniker skall kunna realisera ett så stort antal oberoende radiosändare, som alla dessutom måste vara noggrant synkroniserade till varandra. Detta har inspirerat oss och andra att forska på radikalt nya tekniska lösningar. Genom teoretisk forskning har vi visat att kraven på hårdvaran kan drastiskt sänkas i massiva multi-antenn-system. Faktum är att de teoretiska resultaten visar att fullgod kommunikation kan upprätthållas även om radioelektroniken endast arbetar i två lägen: av eller på. Denna heldigitala radio drar full nytta av den stadiga utvecklingen mot lägre energiförbrukning i digitala kretsar. Detta industridoktoranprojekt utgår från de tidigare teoretiska och delvis idealiserade undersökningarna och syftar till att bättre förstå de praktiska begränsningarna och möjligheterna som heldigital, lågprecision-radio för massiva multi-antennsystem erbjuder i en verklig tillämpning. Det övergripande målet är att lägga grunden för realisering av framtidens energieffektiva kommunikationssystem. Projektet är tvärdisciplinärt och drar nytta av synergier mellan Ericssons kunnande inom kommunikationssystem med Chalmers forskning kring såväl informationsteori, hårdvarunära signalbehandling och radiokretsar. Genom den gemensamma industridoktoranden så väntas projektet därför resultera i ökad samverkan mellan forskare inom olika discipliner och mellan forskare och ingenjörer i industrin och akademin.