Institutional Repository
Technical University of Crete
Technical University of Crete
EN
|
EL
| URI | http://purl.tuc.gr/dl/dias/AA6B1F27-842D-4B34-8649-B54AA6724EA3 | - |
| Identifier | https://doi.org/10.26233/heallink.tuc.104079 | - |
| Language | en | - |
| Extent | 91 pages | en |
| Title | 5G Wireless communication systems: Channel sparsity in the time and the angular domains | en |
| Title | Συστήματα ασύρματης επικοινωνίας 5ης Γενιάς: Αραιότητα καναλιών στο Πεδίο του Χρόνου και της Γωνίας | el |
| Creator | Xynogala Georgia-Nefeli | en |
| Creator | Ξυνογαλα Γεωργια-Νεφελη | el |
| Contributor [Thesis Supervisor] | Liavas Athanasios | en |
| Contributor [Thesis Supervisor] | Λιαβας Αθανασιος | el |
| Contributor [Committee Member] | Spyropoulos Thrasyvoulos | en |
| Contributor [Committee Member] | Σπυροπουλος Θρασυβουλος | el |
| Contributor [Committee Member] | Karystinos Georgios | en |
| Contributor [Committee Member] | Καρυστινος Γεωργιος | el |
| Publisher | Πολυτεχνείο Κρήτης | el |
| Publisher | Technical University of Crete | en |
| Academic Unit | Technical University of Crete::School of Electrical and Computer Engineering | en |
| Academic Unit | Πολυτεχνείο Κρήτης::Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών | el |
| Description | Διπλωματική εργασία που υποβλήθηκε στη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Πολυτεχνείου Κρήτης για την ολοκλήρωση των σπουδών στο πλαίσιο του Διπλώματος Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και Μηχανικού Υπολογιστών. | el |
| Content Summary | In this Diploma Thesis, we examine two sparsity-driven downlink channel estimation algorithms for Frequency Division Multiplexing (FDD) massive MIMO systems in 5G networks. Although the Base Station's (BS) massive antenna arrays offer significant improvements in spectral efficiency, capacity, and reliability, they also significantly increase the overhead of downlink Channel State Information (CSI) acquisition. To address this challenge, we explore algorithms that exploit channel sparsity in both the time and angular domains to enable more efficient and accurate CSI estimation. First, we present the fundamentals of compressive sensing and block sparse modelling in the time domain, and detail the algorithm of Cirik et al. (2016), which we reformulate as a convex optimization problem solved via CVX to retain the channel's block structure with improved convergence and complexity. Using the Orthogonal Matching Pursuit-based method of Alkhateeb et al. (2016), we then revisit angular-domain sparsity in millimetre-wave and hybrid MIMO channels and present a custom matching-pursuit variant that is adapted to realistic hybrid architectures and dictionary constraints. We apply both techniques in a MATLAB simulation framework using standardized 5G channel models, assessing computational load, convergence speed, and normalized mean-squared error (NMSE) at different Signal-to-Noise Ratio (SNR) and sparsity levels. The comparative analysis demonstrates how each approach strikes a balance between computational efficiency and estimation accuracy in various deployment scenarios. We conclude by outlining future research directions on adaptive dictionary learning and pilot-matrix optimization, as well as recommendations for choosing and fine-tuning these estimators in practical systems. | en |
| Content Summary | Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία, εξετάζονται δύο αλγόριθμοι εκτίμησης του downlink καναλιού βασισμένοι στην αραιότητα, για συστήματα massive MIMO με Frequency Division Duplexing (FDD) σε δίκτυα 5G. Αν και τα massive MIMO συστήματα βελτιώνουν τη φασματική αποδοτικότητα, τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων και την αξιοπιστία, εισάγουν επίσης προκλήσεις στην απόκτηση ακριβούς Channel State Information (CSI) για το downlink κανάλι, ιδιαίτερα σε FDD αρχιτεκτονικές, όπου απαιτείται η επιστροφή της εκτιμώμενης πληροφορίας καναλιού από τον χρήστη προς τον σταθμό βάσης, γεγονός που μπορεί να επιφέρει σημαντική επιβάρυνση στο σύστημα, τόσο σε επίπεδο δεδομένων όσο και σε υπολογιστικό κόστος. Για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης, μελετώνται αλγόριθμοι που εκμεταλλεύονται την αραιότητα του καναλιού σε διαφορετικούς τομείς. Η πρώτη μέθοδος, βασισμένη στο έργο των A. C. Cirik, N. M. Balasubramanya και L. Lampe, μοντελοποιεί το κανάλι ως block-sparse στον χρονικό τομέα και διατυπώνει το πρόβλημα εκτίμησης ως κυρτό πρόβλημα βελτιστοποίησης, το οποίο επιλύεται μέσω του εργαλείου CVX. Η δεύτερη τεχνική, η οποία αξιοποιεί την αραιότητα των κυρίαρχων διαδρομών διάδοσης σε hybrid και millimeter-wave MIMO συστήματα, εφαρμόζεται στον γωνιακό τομέα και είναι εμπνευσμένη από το έργο των A. Alkhateeb, O. E. Ayach, G. Leus και R. W. Heath. Αντί της χρήσης του OMP, η εκτίμηση υλοποιείται μέσω κυρτής βελτιστοποίησης, λόγω της δομής και των περιορισμών που παρουσιάζουν τα hybrid MIMO συστήματα. Οι δύο αλγόριθμοι υλοποιούνται και αξιολογούνται μέσω προσομοιώσεων με ρεαλιστικά μοντέλα καναλιών 5G. Η σύγκριση των επιδόσεών τους βασίζεται στην ακρίβεια εκτίμησης, στη συμπεριφορά σύγκλισης και στην υπολογιστική πολυπλοκότητα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι τεχνικές που βασίζονται στην αραιότητα μπορούν να μειώσουν σημαντικά το πλήθος και τον όγκο των δεδομένων που απαιτούνται για την επιστροφή της πληροφορίας καναλιού από τον χρήστη προς τον σταθμό βάσης, βελτιώνοντας παράλληλα την αποδοτικότητα και την πρακτική εφαρμογή της εκτίμησης σε μελλοντικά ασύρματα δίκτυα. | el |
| Type of Item | Διπλωματική Εργασία | el |
| Type of Item | Diploma Work | en |
| License | http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ | en |
| Date of Item | 2025-07-21 | - |
| Date of Publication | 2025 | - |
| Subject | Channel estimation | en |
| Subject | 5G Networks | en |
| Bibliographic Citation | Georgia-Nefeli Xynogala, "5G Wireless communication systems: Channel sparsity in the time and the angular domains", Diploma Work, School of Electrical and Computer Engineering, Technical University of Crete, Chania, Greece, 2025 | en |
| Bibliographic Citation | Γεωργία-Νεφέλη Ξυνογαλά, "Συστήματα ασύρματης επικοινωνίας 5ης Γενιάς: Αραιότητα καναλιών στο Πεδίο του Χρόνου και της Γωνίας", Διπλωματική Εργασία, Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Πολυτεχνείο Κρήτης, Χανιά, Ελλάς, 2025 | el |
Copyright © DIAS 2013
