Tecniche ad antenne multiple per sistemi Wimax basati sullo standard IEEE 802.16 d/e
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Collaborazione con Ente Privato
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Data inizio: 01/01/2005
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Sommario
Questo progetto racchiude le attività di ricerca svolte nell’ambito di diversi contratti di collaborazione con Nokia-Siemens-Networks. Le attività sono finalizzate allo sviluppo di tecniche avanzate di trattamento dei segnali per sistemi WiMax ad antenne multiple con terminali fissi/mobili basati sugli standard di comunicazione IEEE 802.16 d/e. Questi sistemi sono progettati per supportare servizi ad alto bit-rate con stringenti requisiti di qualità e prevedono, quindi, l’utilizzo di tecnologie innovative quali antenne multiple in trasmissione ed in ricezione (MIMO) e sottocanalizzazione della trasmissione OFDMA.
Nell’ambito del progetto sono state proposte tecniche avanzate di trattamento dei segnali finalizzate ad uno sfruttamento efficiente delle risorse radio dei sistemi WiMax MIMO-OFDMA. I sistemi ad antenne multiple possono essere utilizzati per migliorare la robustezza contro il fading multi-percorso (diversità spaziale), ridurre l’interferenza co-canale (beamforming), o aumentare il rate di trasmissione attraverso tecniche di multiplexing spaziale (SDMA).
Il guadagno in prestazioni prodotto dall'uso di antenne multiple dipende dalla spaziatura delle antenne (in relazione con la tipologia dell’ambiente di propagazione) e dal tipo di precodifica/decodifica spazio-frequenza eseguito al lato trasmettitore/ricevitore. Un prima parte della ricerca ha avuto come obiettivo l’ottimizzazione della disposizione geometrica delle antenne e l’analisi delle prestazioni ottenute attraverso la schiera di antenne ottimizzata.
Sono state inoltre sviluppate tecniche per la stima di canale e la reiezione di interferenza non-stazionaria. I sistemi WiMax offrono numerosi gradi di libertà nell’allocazione delle risorse in quanto è possibile suddividere i vari utenti nei domini spazio (SDMA), frequenze (FDMA) e tempo (TDMA), sfruttando la diversità multiutente. In tale contesto sono state sviluppate strategie Cross-Layer basate sull’ottimizzazione congiunta della precodifica/decodifica a livello fisico (PHY) e dello scheduling a livello Medium Access Control (MAC), al fine di massimizzare il throughput medio del sistema. Infine, per rendere più efficiente la simulazione dei sistemi in analisi, sono stati messi a punto modelli semi-analitici per la valutazione delle prestazioni di sistemi MIMO-OFDM/OFDMA codificati, in presenza di canale con fading selettivo in frequenza e/o interferenza non stazionaria. Il progetto è concluso.
Nell’ambito del progetto sono state proposte tecniche avanzate di trattamento dei segnali finalizzate ad uno sfruttamento efficiente delle risorse radio dei sistemi WiMax MIMO-OFDMA. I sistemi ad antenne multiple possono essere utilizzati per migliorare la robustezza contro il fading multi-percorso (diversità spaziale), ridurre l’interferenza co-canale (beamforming), o aumentare il rate di trasmissione attraverso tecniche di multiplexing spaziale (SDMA).
Il guadagno in prestazioni prodotto dall'uso di antenne multiple dipende dalla spaziatura delle antenne (in relazione con la tipologia dell’ambiente di propagazione) e dal tipo di precodifica/decodifica spazio-frequenza eseguito al lato trasmettitore/ricevitore. Un prima parte della ricerca ha avuto come obiettivo l’ottimizzazione della disposizione geometrica delle antenne e l’analisi delle prestazioni ottenute attraverso la schiera di antenne ottimizzata.
Sono state inoltre sviluppate tecniche per la stima di canale e la reiezione di interferenza non-stazionaria. I sistemi WiMax offrono numerosi gradi di libertà nell’allocazione delle risorse in quanto è possibile suddividere i vari utenti nei domini spazio (SDMA), frequenze (FDMA) e tempo (TDMA), sfruttando la diversità multiutente. In tale contesto sono state sviluppate strategie Cross-Layer basate sull’ottimizzazione congiunta della precodifica/decodifica a livello fisico (PHY) e dello scheduling a livello Medium Access Control (MAC), al fine di massimizzare il throughput medio del sistema. Infine, per rendere più efficiente la simulazione dei sistemi in analisi, sono stati messi a punto modelli semi-analitici per la valutazione delle prestazioni di sistemi MIMO-OFDM/OFDMA codificati, in presenza di canale con fading selettivo in frequenza e/o interferenza non stazionaria. Il progetto è concluso.
Risultati del progetto ed eventuali pubblicazioni scientifiche/brevetti
Analisi e ottimizzazione della disposizione geometrica delle antenne in sistemi MIMO-OFDM; sviluppo e analisi delle prestazioni di tecniche di trasmissione/ricezione con precodifica/decodifica spaziale per sistemi MIMO-OFDM/OFDMA (codifica spazio-tempo, spatial multiplexing, tecniche per diversità); realizzazione di un simulatore del livello fisico IEEE 802.16; sviluppo di metodi semi-analitici per la valutazione delle prestazioni al variare della sotto-canalizzazione e delle caratteristiche di canale/interferenza (selettività in frequenza del canale, non-stazionarietà dell’interferenza, etc.); sviluppo di tecniche di multiplexing spaziale per sistemi broadcast MIMO-OFDMA.
Pubblicazioni:
Patents:
Pubblicazioni:
- R. Bosisio, J.L. Vicario, U. Spagnolini, C. Anton-Haro, “Enhanced opportunistic beamforming scheme for practical broadcast systems,” Eur. Trans on Telecomms, vol.18, n.6, pp.605-615, Oct. 2007.
- J. L. Vicario, R. Bosisio, C. Anton-Haro and U. Spagnolini, “Beam Selection Strategies for Orthogonal Random Beamforming in Sparse Networks,” IEEE Trans. Wireless Commun. vol.7, n.9, pp.3385-3396, Sept.2008.
- M. Nicoli, S. Savazzi, O. Simeone, R. Bosisio, G. Primolevo, C. Santacesaria, U. Spagnolini, Deployment and design of multi-antenna WiMax systems in a non-stationary interference environment, in Current Technology Developments of Wimax Systems, edited by Maode Ma, Springer Publications, expected 2008.
- S. Savazzi, M. Nicoli, M. Sternad, “A comparative analysis of spatial multiplexing techniques for outdoor MIMO-OFDM systems with limited feedback constraints, ” IEEE Trans. Vehicular Technology, expected 2008 (see forthcoming articles on ieeexplore).
- M. Nicoli, L. Sampietro, C. Santacesaria, S. Savazzi, O. Simeone, U. Spagnolini, “Throughput optimization for non-uniform linear antenna arrays in multicell WiMAX systems,” Proc. IEEE Workshop on Smart Antennas (WSA’06), Ulm, 13-14 March 2006.
- S. Savazzi, M. Nicoli, M. Sternad, “Spatial multiplexing for outdoor MIMO-OFDM systems with limited feedback costraint,” Proc. IEEE International Conference on Communications (ICC’06), Istanbul, 11-15 June 2006.
- M. Nicoli, M. Sala, L. Sampietro, C. Santacesaria, O. Simeone, “Adaptive array processing for time-varying interference mitigation in IEEE 802.16,” presentato alla conferenza IEEE Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC’06), Helsinki, 11-14 Settembre 2006.
- M. Nicoli, L. Sampietro, C. Santacesaria, U. Spagnolini, D. Archetti, A. Bonfanti, M. Sala, “Deployment and design of multiantenna solutions for fixed WiMax systems,” Proc. 8th European Conference on Fixed Wireless Networks and Technologies (ECRR 2007), Paris, April 2007.
- D. Molteni, M. Nicoli, R. Bosisio, L. Sampietro, “Performance analysis of multiantenna WiMax systems over frequency-selective fading channels,” Proc. IEEE Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC’07), Athens, 3-4 Semptember 2007.
- R.Bosisio, U.Spagnolini, “On the sum-rate of opportunistic beamforming scheme with multiple antennas at the receiver,” Proc. IEEE International Conference on Communications (ICC07), Glasgow 24-27 June 2007, pp.1048-1053.
- R.Bosisio, U.Spagnolini, “Collision model for the bit error rate analysis of multicell multiantenna OFDMA systems (WiMAX),” Proc. IEEE International Conference on Communications (ICC07), Glasgow 24-27 June 2007, pp.5732-5737.
- S.Sorrentino, U.Spagnolini, L.Moretti, “A Distributed Scheduling Algorithm for Multiuser MIMO Systems with 1-bit Feedback,” Proc. IEEE International Conference on Communications (ICC07), Glasgow 24-27 June 2007, pp.5885-5890.
- R. Bosisio, U. Spagnolini, “Efficient feedback quantization for orthogonal random beamforming schemes,” in Proc. IEEE Signal Processing Advances on Wireless Communications (SPAWC 2007), June 17-20, Helsinki (Finland).
- S.Sorrentino, U.Spagnolini, “A predictive opportunistic scheduler for 4G wireless systems,” 16th IST Mobile & Wireless Communication Summit (IST Summit-2007), Budapest (Hungary), July 1-5, 2007.
- S.Sorrentino, U.Spagnolini, “A Predictive Scheduler for FDD Systems Based on the Windowed Empirical CDF,” 4th IEEE International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS'07), Trondheim, Norway, Oct. 16-19, 2007.
- D. Molteni, R. Bosisio, M. Nicoli, “Analytic framework for performance evaluation of multi-antenna WiMax systems over fading channel,” Proc. IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP’08).
- M. Rossi, S. Sorrentino, U. Spagnolini, L. Moretti, Convex Optimization Strategies for Precoding of Broadcast Channels, Proc. International ITG Workshop on Smart Antennas 2008 (WSA 2008), Darmstadt Feb.26-27.
Patents:
- L. Moretti, M. Nicoli, O. Simeone, U. Spagnolini, “Method for the estimation and tracking of channel modes in multicarrier communication systems,” European Patent, n. EP 03425721.2, May 2003.
- M. Nicoli, L. Sampietro, C. Santacesaria, S. Savazzi, O. Simeone, U. Spagnolini, “Method for optimizing the spacing between receiving antennas of an array usable for counteracting both interference and fading in cellular systems”, European Patent.
- M. Nicoli, L. Sampietro, C. Santacesaria, O. Simeone, U. Spagnolini, “Method to improve the channel estimate in broadband SIMO/MIMO cellular radio networks during abrupt interference variations”, European Patent.
- L. Moretti, S. Sorrentino, U. Spagnolini, “Method and apparatus for scheduling communication resources, corresponding communication system and computer program product”, European Patent, n. EP 07425145.5, Mar. 2007.
