Analys och Design av MIMO-BICM

Forskningsprojekt, 2012 – 2015

Information kan i de allra flesta fall representeras i digital form med ettor och nollor. Digital kommunikation innebär att ettorna och nollorna överförs från en sändare till en mottagare genom en kanal. Kanalen kan vara en kabel (trådbunden kommunikation) eller helt enkelt luften (trådlös kommunikation). I trådbunden kommunikation skickar sändaren information i form av en elektrisk spänning och i trådlös kommunikation används i stället radiovågor. I båda fallen är mottagarens uppgift att tolka informationen i det mottagna meddelandet med hög tillförlitlighet. Om det inte är för mycket störningar i kanalen så tolkas meddelandet korrekt och det är inga (eller få) fel i överföringen. Två viktiga parametrar i ett kommunikationssystem är utsänd effekt och bandbredd på den sända signalen. Är bandbredden liten så ryms fler användare i det tillgängliga frekvensspektrumet. Låg effektförbrukning är bättre mot miljön och medför också mindre/lättare mottagare och/eller bättre batteritid. Prestandan av ett kommunikationssystem mäts ofta i hur många bitar man kan överföra per sekund (bithastighet) och hur stor andel av bitarna som har tolkats fel i mottagaren (bitfelssannolikhet). Bandbredden är proportionell mot hur många meddelanden som skickas per sekund och bithastigheten är dessutom proportionell mot hur många bitar som varje meddelande kan innehålla. Ett effektivt kommunikationssystem har hög bithastighet och låg bitfelssannolikhet, samtidigt som sändareffekten är låg och den utnyttjade bandbredden är liten. ?Bit-interleaved coded modulation? (BICM) är en effektiv teknik att överföra information där varje meddelande innehåller flera bitar, vilket ökar bithastigheten och/eller minskar bandbredden. ?Multiple-input multiple-output? (MIMO) är en annan teknik som innebär att sändaren och mottagaren har mer än en antenn var. Det betyder att fler meddelanden kan skickas samtidigt vilket höjer bithastigheten och/eller minskar bitfelssannolikheten. BICM och MIMO-BICM används redan i dag i flera förekommande standarder för trådlöst Internet, bredbandskommunikation, digitala TV-sändningar och mobiltelefoni. Tekniken är så populär och effektiv att den med största sannolikhet kommer att användas även i framtida kommunikationsstandarder. Det här forskningsprojektet handlar om att optimera BICM-systemet för att förbättra dess effektivitet. Trots det stora intresset av att använda BICM i praktiken, så saknas i stort sett teoretiska verktyg för denna systemoptimering. De BICM-system som används i praktiken idag är inte optimala och det är dessutom inte helt känt hur de kan förbättras. Ett BICM-system består av flera komponenter, där man idag ganska väl känner till hur de individuella komponenterna ska optimeras var för sig. Målet med det här projektet är konstruera MIMO-BICM-system där alla komponenterna är optimerade tillsammans. Metoden som kommer att användas i optimering är baserad mer på teoretiska verktyg än på numeriska simuleringar. Det kommer att leda till att vi i framtiden har mer effektiva system för digital kommunikation.