Implementación y validación de un sistema multiantena no coherente para entornos de ultra alta movilidad

Abstract

Las comunicaciones inalámbricas en entornos de ultra-alta movilidad llevan a que en muchos casos sea impráctico o imposible la obtención de información de canal (CSI). Tradicionalmente las comunicaciones no-coherentes eran aquellas en las que no se recuperaba ni la fase ni la frecuencia de la señal. Con el paso del tiempo y la necesidad de comunicarse en entornos de ultra-alta movilidad, el término comunicaciones no-coherentes obtuvo un nuevo significado: comunicaciones en las que ningún nodo tiene acceso a información de canal (CSI). En este proyecto implementamos un sistema de comunicaciones no coherente MIMO utilizando señalización grasmaniana, para ello empleamos radio definida por software (SDR). Además, desarrollamos una técnica de emulación de canal over the air sin la necesidad de obtener CSI. Para la experimentación se empleo un esquema OFDM sobre el cual montamos los símbolos grasmanianos. En la primera parte de este proyecto revisamos las comunicaciones inalámbricas tradicionales y los retos a la hora de adquirir CSI. Tras ello, presentamos las comunicaciones no-coherentes sobre la variedad grasmaniana y en particular las constelaciones generadas con el algoritmo ManOpt. En la segunda parte del proyecto explicamos el hardware empleado. La construcción de la trama OFDM-grasmaniana así como el desarrollo del transmisor y el receptor. Explicamos el algoritmo de demodulación de señal desarrollado. Finalmente, explicamos el esquema de emulación de canal desarrollado e implementado. En la última parte del proyecto evaluamos los resultados obtenidos, los comparamos con los resultados teóricos y proponemos las futuras líneas de trabajo para continuar con el proyecto.

Wireless communications in ultra-high mobility scenarios make, in many cases, impractical or impossible to obtain channel state information (CSI). Traditionally, non-coherent communications were those in which neither the phase or the frequency of the signal was recovered. As time goes by and with the need to communicate in ultra-high mobility scenarios, the term non-coherent communications gained a new meaning: communications in which there is no CSI. In this project we implement a non-coherent communications MIMO system using Grassmannian signaling, to do so we use software-defined radio (SDR). We also developed a channel emulation technique over the air without the need to obtain CSI. For the experimentation we use an OFDM scheme on which we send the Grasmanian symbols. In the first part of this project we reviewed traditional wireless communications and the cost of acquiring CSI. After that, we present the non-coherent communications about the Grasmanian manifold and in particular the constellations generated with the ManOpt algorithm. In the second part of the project, we present the hardware used. The construction of the OFDM-Grasmanian frame as well as the development of the transmitter and receiver. We also explain the developed signal demodulation algorithm. Finally, we explain the channel emulation scheme developed and implemented. In the last part of the project we evaluate the results obtained, compare them with the theoretical results and propose future lines of work to continue with the project.