Método de detecção massiva de sistemas LS-MIMO empregando o método de Richardson modificado em aceleradores gráficos

The evolution of wireless communications must support multiples devices and maintain high-speed data transmission. The emerging Large-Scale MIMO techniques allows improving the capacity for the next generations of communications systems. Although the benefit of multipath involves the spectral eff...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Costa, Haulisson Jody Batista da
Outros Autores: Roda, Valentin Obac
Formato: doctoralThesis
Idioma:por
Publicado em: Brasil
Assuntos:
Sistema LS-MIMO
Método de Richardson
Lei de Marchenko-Pastur
Detecção massiva
Comunicação sem fio
Aceleradores de algoritmos em GPU
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA E DE COMPUTAÇÃO
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/22517
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Costa, Haulisson Jody Batista da
Método de detecção massiva de sistemas LS-MIMO empregando o método de Richardson modificado em aceleradores gráficos
description The evolution of wireless communications must support multiples devices and maintain high-speed data transmission. The emerging Large-Scale MIMO techniques allows improving the capacity for the next generations of communications systems. Although the benefit of multipath involves the spectral efficiency, the computational complexity of LS-MIMO detection becomes prohibitive in large systems. Seeking to overcome it, we propose to adapt the Richardson iterative method to the LS-MIMO with random matrices theory by concepts of Marchenko-Pastur and parallel executions. This method requires restricted conditions for the linear resolution that limits its applications. However, the channel knowledge allows establishing adaptations that supply the requirements of the method. The channel effect explained by Marchenko-Pastur allows associating the stability of the process with an increase in the numbers of antennas that contributed to improved the convergence and reduction the iterations. Furthermore, the shared execution with decoding blocks provide a workload distribution that surpasses the throughput of others detections. The results achieved from the comparative analysis of other proposals showed an unprecedented way to increase capability on the large scale detection and provides an efficient parallel processing. Also, the proposal demonstrated a level of adaptability that allows diversifying the association between transmission rate and complexity. Therefore, the implementation of Richardson detection establishes that the transmission rate is comparable with other projects and the increasing of 1.74dB SNR improve 150% at throughput. Based on this approach, the execution shows a significant increase in parallel transmission capacity when implemented on GPU. Also, the implementation shows scalable aspects that allow increasing the performance to Gb/s by insertion of others parallels devices (GPUs) in the system.
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Although the benefit of multipath involves the spectral efficiency, the computational complexity of LS-MIMO detection becomes prohibitive in large systems. Seeking to overcome it, we propose to adapt the Richardson iterative method to the LS-MIMO with random matrices theory by concepts of Marchenko-Pastur and parallel executions. This method requires restricted conditions for the linear resolution that limits its applications. However, the channel knowledge allows establishing adaptations that supply the requirements of the method. The channel effect explained by Marchenko-Pastur allows associating the stability of the process with an increase in the numbers of antennas that contributed to improved the convergence and reduction the iterations. Furthermore, the shared execution with decoding blocks provide a workload distribution that surpasses the throughput of others detections. The results achieved from the comparative analysis of other proposals showed an unprecedented way to increase capability on the large scale detection and provides an efficient parallel processing. Also, the proposal demonstrated a level of adaptability that allows diversifying the association between transmission rate and complexity. Therefore, the implementation of Richardson detection establishes that the transmission rate is comparable with other projects and the increasing of 1.74dB SNR improve 150% at throughput. Based on this approach, the execution shows a significant increase in parallel transmission capacity when implemented on GPU. Also, the implementation shows scalable aspects that allow increasing the performance to Gb/s by insertion of others parallels devices (GPUs) in the system. A evolução da comunicação sem fio traz suporte a múltiplos dispositivos que, simultaneamente, transmitem altas taxas de dados. Técnicas emergentes de comunicação LSMIMO permitem explorar o aumento da capacidade para a modernização dos sistemas de transmissão. Apesar da própria característica do canal de multipercurso proporcionar eficiência espectral, a complexidade computacional dos métodos de detecção LS-MIMO tornam-se proibitivos em sistemas com elevada quantidades de antenas. Procurando aumentar a quantidade de antenas empregadas na detecção MIMO, este trabalho propõe adaptar o método iterativo de Richardson ao conceito de matrizes aleatórias estabelecido por Marchenko-Pastur e ao conceito de execução paralela de modo a adequá-lo à aplicação em sistema LS-MIMO. O método iterativo de Richardson exige condições para resolução linear que restringem sua ampla aplicação. Contudo, a compreensão do canal permite estabelecer adaptações que suprem as exigências do método. Os efeitos do canal conceituados por Marchenko-Pastur permitem modificar o método, atrelando a estabilidade à quantidade de antenas de maneira que o aumento dessa proporção contribui tanto para a melhoria da convergência quanto para a redução relativa das iterações. Adicionalmente, a execução compartilhada com o método de decodificação proporciona uma divisão de carga de trabalho, de modo a permitir uma taxa de transferência que supera outros métodos. Os resultados levantados a partir das análises comparativas entre outras propostas de execução paralela mostraram de forma inédita a capacidade de detecção em larga escala. Ainda, a proposta mostrou um nível de adaptabilidade que permite variar a relação entre taxa de transferência de dados e complexidade. Nesse sentido, o método mostrou que com taxas de transmissão equiparáveis com outras propostas permite aumentar seu desempenho em 150% abdicando 1,75 dB da relação sinal ruído. Baseando-se nessa abordagem, o sistema mostra um desempenho superior as outras estratégias executadas em GPU que apontam um incremento significativo na capacidade de transmissão paralela. A proposta, também, mostra aspectos escaláveis que permitem alcançar um desempenho na ordem de Gb=s pela inserção de outros dispositivos (GPUs) operando paralelamente no sistema. 2017-03-29T18:57:57Z 2017-03-29T18:57:57Z 2016-08-22 doctoralThesis COSTA, Haulisson Jody Batista da. Método de detecção massiva de sistemas LS-MIMO empregando o método de Richardson modificado em aceleradores gráficos. 2016. 112f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016. https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/22517 por Acesso Aberto application/pdf Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO

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