Otimização fim-a-fim de sistemas MIMO multiusuário usando autoencoders com estimação de canal bidirecional
| Ano de defesa: | 2024 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil UFRN Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e de Computação Centro de Tecnologia |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60367 |
Resumo: | The spectral efficiency gains introduced by multiuser MIMO systems render them relevant schemes for current and upcoming generations of mobile communication networks. Due to the intrinsic complexity of the mathematical models of these systems under realistic conditions and the interdependence between the processing steps of the transmitters and receivers, machine learning is an option that allows the complete system to be designed by training a noisy autoencoder. This paper proposes a neural network architecture for end-to-end optimization of a multiuser MIMO system. The performance of the system, measured in terms of symbol error rate, was compared to an M-PSK baseline with zero-forcing equalization and least-squares channel estimation. Simulations were performed using a Rayleigh fading channel model and the realistic 3GPP TR 38.901 model. A bidirectional channel estimator, based on the interpolation of sparse pilots, is proposed, reducing the control signaling to less than 3% in exchange for a fixed 10 ms delay. The results show that signicant gains can be achieved by applying the proposed model, but these vary with respect to the estimation errors during the pilot transmission times |
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Otimização fim-a-fim de sistemas MIMO multiusuário usando autoencoders com estimação de canal bidirecionalAprendizado de máquinaMultiple-Input Multiple-Output (MIMO)Detecção de sinaisEstimação de canal.Machine learningMultiple-Inputs Multiple-Outputs (MIMO)Signal detectionChannel estimationThe spectral efficiency gains introduced by multiuser MIMO systems render them relevant schemes for current and upcoming generations of mobile communication networks. Due to the intrinsic complexity of the mathematical models of these systems under realistic conditions and the interdependence between the processing steps of the transmitters and receivers, machine learning is an option that allows the complete system to be designed by training a noisy autoencoder. This paper proposes a neural network architecture for end-to-end optimization of a multiuser MIMO system. The performance of the system, measured in terms of symbol error rate, was compared to an M-PSK baseline with zero-forcing equalization and least-squares channel estimation. Simulations were performed using a Rayleigh fading channel model and the realistic 3GPP TR 38.901 model. A bidirectional channel estimator, based on the interpolation of sparse pilots, is proposed, reducing the control signaling to less than 3% in exchange for a fixed 10 ms delay. The results show that signicant gains can be achieved by applying the proposed model, but these vary with respect to the estimation errors during the pilot transmission timesOs ganhos de eficiência espectral introduzidos pelos sistemas MIMO multiusuário os tornam esquemas relevantes para a atual e para as próximas gerações de redes de comunicação móvel. Devido à complexidade intrínseca aos modelos matemáticos desses sistemas em condições realistas e à interdependência entre as etapas de processamento dos transmissores e receptores, o aprendizado de máquina é uma opção que permite projetar o sistema completo por meio do treinamento de um autoencoder ruidoso. Esse trabalho apresenta uma proposta de arquitetura de rede neural para otimização fim-a-fim de um sistema MIMO multiusuário. O desempenho do sistema, medido em termos de taxa de erro de símbolo, foi comparado a uma referência M-PSK com equalização zero-forçado e estimação por mínimos quadrados. As simulações foram feitas considerando um modelo de canal com desvanecimento Rayleigh, assim como usando o modelo 3GPP TR 38.901. Um estimador de canal bidirecional, baseado na interpolação de pilotos esparsos, foi proposto, reduzindo a sinalização de controle para menos de 3% em troca de um pequeno atraso fixo de 10 ms. Os resultados revelam que é possível obter ganhos significativos ao aplicar o modelo proposto, mas que estes variam conforme os erros de estimação nos instantes de transmissão de pilotosUniversidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e de ComputaçãoCentro de TecnologiaSilveira, Luiz Felipe de Queirozhttps://orcid.org/0000-0002-9668-5547http://lattes.cnpq.br/7673330596328097https://orcid.org/0000-0002-7146-4916http://lattes.cnpq.br/4139452169580807Martins, Allan de Medeiroshttps://orcid.org/0000-0002-9486-4509http://lattes.cnpq.br/4402694969508077Alencar, Marcelo Sampaio dehttps://orcid.org/0000-0002-2849-1644http://lattes.cnpq.br/0946722048975388Lopes., Waslon Terllizzie Araújohttps://orcid.org/0000-0003-2486-9950http://lattes.cnpq.br/5041048659000127Velloso, Eduardo Nunes2024-10-15T16:13:29Z2024-10-15T16:13:29Z2024-03-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfVELLOSO, Eduardo Nunes. Otimização fim-a-fim de sistemas MIMO multiusuário usando autoencoders com estimação de canal bidirecional. 2024. 68 f. Orientador: Luiz Felipe de Queiroz Silveira. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60367info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2024-10-15T16:54:18Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/60367Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2024-10-15T16:54:18Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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