Resumo: MIMO massivo (M-MIMO) é uma das tecnologias mais promissoras para os sistemas sem fio de quinta geração (5G) e além. M-MIMO usa um grande número de antenas na estação radio base (BS), atendendo a vários aparelhos de usuário (UTs). Além disso, ele apresenta um desempenho excepcional em termos da capacidade ergódica e da taxa de erro de bit (BER) usando detectores lineares, como o combinador de razão máxima (MRC), forçamento de zero (ZF) ou erro quadrático médio mínimo (MMSE) devido à redução da interferência e ao mecanismo de propagação favorável. No entanto, esse desempenho excepcional é alcançado somente na presença de canais invariantes no tempo (TIC) e quando a informação de estado do canal (CSI) é perfeita. As deficiências introduzidas por canais variantes no tempo (TVC) e por uma estimação de canal imperfeita limitam o desempenho do M-MIMO. Alguns trabalhos avaliaram essas deficiências em termos da BER usando apenas simulações. Além disso, a técnica de estiamção de canal com pilotos multiplexados (MPE) em conjunto com o estimador de erro médio quadrático mínimo (MMSE) são amplamente empregadas. No entanto, outras técnicas de estimação de canal, como a de pilotos sobrepostos (SPE) e a híbrida (HPE), que apresentam desempenhos diferentes em TICs e TVCs, podem também ser usadas em M-MIMO. Em geral, este trabalho aborda o desempenho do enlace de subida de sistemas M-MIMO para uma única célula em termos do fator de redução de interferência (IRF) e da BER. Para isso, o IRF de arranjos de antenas lineares (unidimensionais) e planares em canais com linha de visada (LOS) e sem linha de visada (NLOS) é calculada. A seguir, o erro quadrático médio normalizado (NMSE) do estimador e a BER são avaliadas para os detectores lineares MRC, ZF e MMSE usando as técnicas de estimação MPE, SPE e HPE em canais TICs e TVCs. As contribuições desta dissertação são resumidas a seguir. Expressões em forma fechada são derivadas para o IRF em função do espaçamento entre antenas de arranjos lineares e planares. Além disso, as condições de propagação favorável são apresentadas. As técnicas de estimação de canal MPE, SPE e HPE são apresentadas a seguir. Essas técnicas são avaliadas em termor do NMSE para TICs e TVCs. Além disso, expressões em forma fechada da relação sinal ruido mais interferência (SNIR) e da BER são derivadas para os detectores lineares em TICs e TVCs. Também, limitantes inferiores e superiores da BER são derivados. Por último, uma análise comparativa entre os detectores e as técnicas de estimação é apresentada. Em todos os cenários, modulações multinível de amplitude em quadratura (M-QAM) são consideradas. Simulações de Monte Carlo corroboram a precisão das expressões apresentadas Ver menos

Abstract: MIMO massivo (M-MIMO) é uma das tecnologias mais promissoras para os sistemas sem fio de quinta geração (5G) e além. M-MIMO usa um grande número de antenas na estação radio base (BS), atendendo a vários aparelhos de usuário (UTs). Além disso, ele apresenta um desempenho excepcional em termos da capacidade ergódica e da taxa de erro de bit (BER) usando detectores lineares, como o combinador de razão máxima (MRC), forçamento de zero (ZF) ou erro quadrático médio mínimo (MMSE) devido à redução da interferência e ao mecanismo de propagação favorável. No entanto, esse desempenho excepcional é alcançado somente na presença de canais invariantes no tempo (TIC) e quando a informação de estado do canal (CSI) é perfeita. As deficiências introduzidas por canais variantes no tempo (TVC) e por uma estimação de canal imperfeita limitam o desempenho do M-MIMO. Alguns trabalhos avaliaram essas deficiências em termos da BER usando apenas simulações. Além disso, a técnica de estiamção de canal com pilotos multiplexados (MPE) em conjunto com o estimador de erro médio quadrático mínimo (MMSE) são amplamente empregadas. No entanto, outras técnicas de estimação de canal, como a de pilotos sobrepostos (SPE) e a híbrida (HPE), que apresentam desempenhos diferentes em TICs e TVCs, podem também ser usadas em M-MIMO. Em geral, este trabalho aborda o desempenho do enlace de subida de sistemas M-MIMO para uma única célula em termos do fator de redução de interferência (IRF) e da BER. Para isso, o IRF de arranjos de antenas lineares (unidimensionais) e planares em canais com linha de visada (LOS) e sem linha de visada (NLOS) é calculada. A seguir, o erro quadrático médio normalizado (NMSE) do estimador e a BER são avaliadas para os detectores lineares MRC, ZF e MMSE usando as técnicas de estimação MPE, SPE e HPE em canais TICs e TVCs. As contribuições desta dissertação são resumidas a seguir. Expressões em forma fechada são derivadas para o IRF em função do espaçamento entre antenas de arranjos lineares e planares. Além disso, as condições de propagação favorável são apresentadas. As técnicas de estimação de canal MPE, SPE e HPE são apresentadas a seguir. Essas técnicas são avaliadas em termor do NMSE para TICs e TVCs. Além disso, expressões em forma fechada da relação sinal ruido mais interferência (SNIR) e da BER são derivadas para os detectores lineares em TICs e TVCs. Também, limitantes inferiores e superiores da BER são derivados. Por último, uma análise comparativa entre os detectores e as técnicas de estimação é apresentada. Em todos os cenários, modulações multinível de amplitude em quadratura (M-QAM) são consideradas. Simulações de Monte Carlo corroboram a precisão das expressões apresentadas Ver menos