Baseband Processing in Analog Combining MIMO Systems: From Theoretical Design to FPGA Implementation

Abstract

In this thesis, we consider an analog antenna combining architecture for a MIMO wireless transceiver, while pointing out its advantages with respect to the traditional MIMO architectures. In the first part of this work, we focus on the transceiver design, especially the calculation of the beamformers that must be applied at the RF. This analysis is performed in an OFDM system under different assumptions on the channel state information. As a result, several criteria and algorithms for the selection of the beamformers are proposed. In the second part, we address the FPGA design and implementation of a baseband processor for this architecture. This baseband processor is based on the standard IEEE 802.11a. Finally, some real-time tests of the implemented baseband processor are carried out both in stand-alone configuration and also with the whole physical layer setup.

En esta tesis consideramos una arquitectura de combinación analógica de antenas para una estación inalámbrica MIMO, señalando las ventajas de ésta con respecto a la arquitectura tradicional MIMO. En la primera parte de este trabajo analizamos el cálculo de los pesos que se deben aplicar en RF. Este análisis es realizado para un sistema OFDM bajo diferentes suposiciones sobre el conocimiento del canal en el transmisor. Como resultado, se ofrecen varios criterios y algoritmos para el cálculo de los pesos. La segunda parte se centra en el diseño y la implementación FPGA de un procesador banda base para esta arquitectura. Este procesador está basando en el estándar IEEE 802.11a. Finalmente se llevan a cabo algunos experimentos en tiempo-real del procesador banda base. Estos experimentos se han realizado tanto con el procesador aislado como integrado en el resto de la capa física del sistema.