The development of information and communication technologies (ICT) provides the means for reaching global connectivity that can help humanity progress and prosper. This comes with high demands on data traffic and number of connected devices which are rapidly growing and need to be met by technological development. Massive MIMO, where MIMO stands for multiple-input multiple-output, is envisioned as a fundamental component of next generation wireless communications for its ability to provide high spectral and energy efficiency, SE and EE, respectively. The key feature of this technology is the use of a large number of antennas at the base stations (BS) to spatially multiplex several user equipments (UEs).In the development of new technologies like Massive MIMO, many design alternatives need to be evaluated and compared in order to find the best operating point with a preferable tradeoff between high performance and low cost. In this thesis, two alternative designs for signal processing and hardware in Massive MIMO are studied and compared with the baseline operation in terms of SE, EE, and power consumption. The first design is called superimposed pilot (SP) transmission and is based on superimposing pilot and data symbols to remove the overhead from pilot transmission and reduce pilot contamination. The second design is mixed analog-to-digital converters (ADCs) and it aims at balancing high performance and low complexity by allowing different ADC bit resolutions across the BS antennas.The results show that the baseline operation of Massive MIMO, properly optimized, is the preferred choice. However, SP and mixed ADCs still have room for improvement and further study is needed to ascertain the full capabilities of these alternative designs.iii iv
ResumenEl desarrollo en tecnologías de información y comunicación (en inglés, ICT) provee los medios para alcanzar la conectividad global que puede ayudar a la humanidad a progresar y prosperar. Esto implica que el avance tecnológico debe satisfacer la alta demanda de tráfico de data y número de equipos conectados que se encuentra en rápido crecimiento. La tecnología de múltiple-entrada múltiple-salida masiva, en inglés Massive MIMO, se considera una pieza fundamental de la nueva generación de comunicaciones inalámbricas debido a su capacidad de proveer una alta eficiencia espectral y energética (en inglés, SE y EE, respectivamente). Esta tecnología está caracterizada fundamentalmente por el uso de un alto número de antenas en la estación base (en inglés, BS) para multiplexar a varios usuarios en el espacio.En el desarrollo de nuevas tecnologías como Massive MIMO, muchas alternativas de diseño necesitan ser evaluadas y comparadas para encontrar el mejor punto de operación con un balance conveniente entre alto desempeño y bajo costo. En esta tesis, dos alternativas de diseño para el procesamiento de señales y el hardware de Massive MIMO son estudiadas y comparadas con la operación del diseño base en términos de SE, EE y consumo de potencia. El primer diseño se deno...