Ilmaisualgoritmit ja niiden ASIC-toteutukset MIMO-OFDM-alalinkin vastaanottimissa

Tulevaisuuden langattomien tietoliikennejärjestelmien vaatimuksina ovat suuri datanopeus ja laitteiden vähäinen tehonkulutus. Erityisesti mobiililaitteissa tehonkulutuksen minimointi on tärkeää, jotta akunkesto pystyttäisiin maksimoimaan. Langattomassa vastaanottimessa ilmaisin on yksi eniten tehoa kuluttavista laskentayksiköistä. Vastaanotin, joka kykenee mukautuvaan ilmaisuun eli vaihtamaan ilmaisinalgoritmia radiokanavan olosuhteisiin sopivaksi, on yksi ratkaisu tehonkulutuksen minimoimiseksi.

Väitöskirjassa tarkastellaan erilaisten ilmaisinalgoritmien sopivuutta mukautuvaan ilmaisuun vertaamalla niiden suorituskykyä toisiinsa sekä 4 x 4 että 8 x 8 moniantennijärjestelmissä. Vertailussa otetaan huomioon kanavaestimoinnin, vastaanottimen nopeuden, radiokanavan tilakorrelaation ja lähetyksen esikoodauksen ja uudelleenlähetyksen vaikutus ilmaisinalgoritmin valintaan. Tarkastelluista algoritmeista kaksi valitaan suorituskykytulosten perusteella toteutettavaksi ASIC-teknologialla. Valituista algoritmeista toinen edustaa laskennaltaan yksinkertaista toteutusta, jolla suorituskyky on matala ja tehonkulutus vähäistä. Toinen algoritmi on laskennaltaan monimutkaisempi ja siten myös kuluttaa enemmän energiaa, mutta tarjoaa paremman suorituskyvyn. Valittujen ilmaisinalgoritmien lopullisessa arvioinnissa otetaan huomioon sekä suorituskyky- että ASIC-toteutustulokset.

Tulosten perusteella voidaan yleisesti todeta, että haastavissa radiokanavaolosuhteissa vastaanottimen tulee käyttää laskennaltaan monimutkaista ilmaisinalgoritmia, jotta vaadittu suorituskyky saavutetaan. Yksinkertaista, tehonkulutukseltaan matalaa ilmaisinta voidaan käyttää pääasiassa silloin kun radiokanavan tilakorrelaatio on matala. Poikkeuksia näihin tilanteisiin kuitenkin esiintyy, ja työssä esitetään suositus milloin yksinkertaista ilmaisinta voidaan käyttää tehonkulutuksen minimoimiseksi ja milloin taas kompleksisempi ilmaisin on välttämätön luotettavan tiedonsiirron takaamiseksi.