1,721,241 research outputs found
Book Reviews
No full textBook review of: European Integration and Rural Development: Actors, Institutions and Power, Michael Kull, Surrey, Ashgate,
2014, 202 pp., ISBN 978-1-4094-6854-7.
Published in the journals 'Book Reviews' section:
"Vasconcelos-De-Lima, E. L., Juntti, M., Sparling, W., Ward, S. V., & Frank, A. I. (2016). Book Reviews. Town Planning Review, 87(1), 105–115. doi:10.3828/tpr.2016.8
MIMO-signaalien tunnistus- ja esikoodausarkkitehtuurit
No full textAbstractMultiple-input multiple-output (MIMO) techniques have been adopted since the third generation (3G) wireless communication standard to increase the spectral efficiency, data rate and reliability. The blessings of MIMO technologies for the baseband transceiver comes with the price of added complexity. Therefore, research on VLSI architectures for MIMO signal processing has generated a lot of interest over the past two decades. The advent of massive MIMO as a key technology for the fifth generation (5G) era also increased the interest in VLSI architectures related to MIMO communication research. In this thesis, we explored different VLSI architectures for MIMO detection and precoding algorithms. The detection and precoding are the most complex parts of a MIMO baseband transceiver. We focused on algorithm and architecture optimization and presented several VLSI architectures for MIMO detection and precoding.The thesis proposed an application specific instruction-set processor (ASIP) for a multimode small-scale MIMO detector. In a single design the detector supports minimum mean-square error (MMSE), selective spanning with fast enumeration (SSFE) and list sphere detection (LSD). In addition, a multiprocessor architecture is proposed in this thesis for a lattice reduction (LR) algorithm. A modified Lenstra-Lenstra-Lovasz (LLL) algorithm is proposed for LR to reduce the complexity of the original LLL algorithm. We also propose a massive MIMO detection algorithm based on alternating direction method of multipliers (ADMM). The algorithm is referred to as ADMM based infinity norm (ADMIN) constrained equalization. The ADMIN detection algorithm is implemented as an application-specific integrated circuit (ASIC) and for field programmable gate array (FPGA). A multimode precoder ASIP is also proposed in this thesis. In a single design, the ASIP supports norm-based scheduling, QR-decomposition, MMSE precoding and dirty paper coding (DPC) based precoding.Original papersOriginal papers are not included in the electronic version of the dissertation.Shahabuddin, S., Hautala, I., Juntti, M., & Studer, C. (2018). ADMM-based Infinity Norm Detection for Massive MIMO: Algorithm and VLSI Architecture. Manuscript in preparation.Shahabuddin, S., Silvén, O., & Juntti, M. (2018). Programmable ASIPs for Multimode MIMO Transceiver. Journal of Signal Processing Systems, 90(10), 1369–1381. https://doi.org/10.1007/s11265-018-1341-3Self-archived versionShahabuddin, S., Silvén, O., & Juntti, M. (2017). ASIP design for Multiuser MIMO Broadcast Precoding, European Conference on Networks and Communications (EUCNC). https://doi.org/10.1109/EuCNC.2017.7980691Self-archived versionShahabuddin, S., Juntti, M., & Studer, C. (2017). ADMM-based Infinity Norm Detection for Large-Scale MIMO: Algorithm and VLSI Architecture, IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Maryland, USA. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2017.8050311Shahabuddin, S., Janhunen, J., Ghazi, A., Khan, Z., & Juntti, M. (2015). A Customized Lattice Reduction Multiprocessor for MIMO Detection, IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Lisbon, Portugal. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2015.7169312Shahabuddin, S., Janhunen, J., Suikkanen, E., Steendam, H., & Juntti, M. (2014). An Adaptive Detector Implementation for MIMO-OFDM Downlink, International Conference on Cognitive Radio Oriented Wireless Networks (CROWNCOM), Oulu, Finland. https://doi.org/10.4108/icst.crowncom.2014.255419Shahabuddin, S., Janhunen, J., Juntti, M., Ghazi, A., & Silvén, O. (2013). Design of a transport triggered vector processor for turbo decoding. Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 78(3), 611–622. https://doi.org/10.1007/s10470-013-0183-yTiivistelmäMoni-tulo moni-lähtö (MIMO) -tekniikoita on sopeutettu kolmannen sukupolven (3G) langattomasta viestintästandardista alkaen spektritehokkuuden, tiedonsiirtonopeuden ja luotettavuuden parantamiseksi. MIMO-teknologioilla on useita hyviä puolia suhteessa peruskaistan vastaanottimeen, mutta samalla monimutkaisuus on lisääntynyt. VLSI-arkkitehtuurien tutkimus MIMO-signaalinkäsittelyssä on sen vuoksi herättänyt paljon kiinnostusta viimeisen kahden vuosikymmenen aikana. Myös MIMO:n saavuttama asema viidennen sukupolven (5G) viestintästandardin pääteknologiana on lisännyt kiinnostusta VLSI-arkkitehtuureihin MIMO-viestinnän tutkimuksessa. Tässä tutkielmassa on tutkittu erilaisia VLSI-arkkitehtuureja MIMO-signaalien tunnistus- ja esikoodausalgoritmeissa. Signaalien tunnistus ja esikoodaus ovat peruskaistaa käyttävän MIMO-vastaanottimen monimutkaisimmat osa-alueet. Tutkielmassa on keskitytty algoritmien ja arkkitehtuurien optimointiin ja esitetty useita VLSI-arkkitehtuureja MIMO-signaalien tunnistusta ja esikoodausta varten.Tutkielmassa on ehdotettu sovelluskohtaisen prosessorin (Application Specific Instruction-set Processor eli ASIP) käyttä pienen mittakaavan monimuotodetektorissa. Detektorin rakenne tukee samanaikaisesti keskineliöpoikkeaman minimointia (MMSE), SSFE (Selective Spanning with Fast Enumeration) -algoritmia ja LSD (List Sphere Detection) -algoritmia. Lisäksi tässä tutkielmassa ehdotetaan monisuoritinarkkitehtuuria hilan redusointialgoritmille (Lattice Reduction eli LR). LR-algoritmia varten ehdotetaan muokattua Lenstra-Lenstra-Lovasz (LLL) -algoritmia vähentämään alkuperäisen LLL-algoritmin monimutkaisuutta. Lisäksi MIMO-signaalien tunnistusalgoritmin perustaksi ehdotetaan vuorottelevaa kertoimien suuntaustapaa Alternating Direction Method of Multipliers eli ADMM). ADMM-perustaisesta taajuusvasteen rajoitetusta ääretön-normi-korjauksesta (infinity norm constrained equalization) käytetään nimitystä ADMIN-algoritmi. ADMIN-tunnistusalgoritmi toteutetaan sovelluskohtaisena integroituna piirinä (Application-Specific Integrated Circuit eli ASIC) ohjelmoitavaa porttimatriisia (Field Programmable Gate Array eli FPGA) varten. Lisäksi ehdotetaan ASIP-monimuotoesikooderin käyttöä. ASIP-esikooderin rakenne tukee normiperustaista aikataulutusta, QR-hajotelmaa, MMSE-esikoodausta ja likaisen paperin koodaukseen (Dirty Paper Coding eli DPC) perustuvaa esikoodausta.OsajulkaisutOsajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon.Shahabuddin, S., Hautala, I., Juntti, M., & Studer, C. (2018). ADMM-based Infinity Norm Detection for Massive MIMO: Algorithm and VLSI Architecture. Manuscript in preparation.Shahabuddin, S., Silvén, O., & Juntti, M. (2018). Programmable ASIPs for Multimode MIMO Transceiver. Journal of Signal Processing Systems, 90(10), 1369–1381. https://doi.org/10.1007/s11265-018-1341-3Rinnakkaistallennettu versioShahabuddin, S., Silvén, O., & Juntti, M. (2017). ASIP design for Multiuser MIMO Broadcast Precoding, European Conference on Networks and Communications (EUCNC). https://doi.org/10.1109/EuCNC.2017.7980691Rinnakkaistallennettu versioShahabuddin, S., Juntti, M., & Studer, C. (2017). ADMM-based Infinity Norm Detection for Large-Scale MIMO: Algorithm and VLSI Architecture, IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Maryland, USA. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2017.8050311Shahabuddin, S., Janhunen, J., Ghazi, A., Khan, Z., & Juntti, M. (2015). A Customized Lattice Reduction Multiprocessor for MIMO Detection, IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Lisbon, Portugal. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2015.7169312Shahabuddin, S., Janhunen, J., Suikkanen, E., Steendam, H., & Juntti, M. (2014). An Adaptive Detector Implementation for MIMO-OFDM Downlink, International Conference on Cognitive Radio Oriented Wireless Networks (CROWNCOM), Oulu, Finland. https://doi.org/10.4108/icst.crowncom.2014.255419Shahabuddin, S., Janhunen, J., Juntti, M., Ghazi, A., & Silvén, O. (2013). Design of a transport triggered vector processor for turbo decoding. Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 78(3), 611–622. https://doi.org/10.1007/s10470-013-0183-yAcademic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in the OP auditorium (L10), Linnanmaa, on 26 June 2019, at 12 noonAbstract
Multiple-input multiple-output (MIMO) techniques have been adopted since the third generation (3G) wireless communication standard to increase the spectral efficiency, data rate and reliability. The blessings of MIMO technologies for the baseband transceiver comes with the price of added complexity. Therefore, research on VLSI architectures for MIMO signal processing has generated a lot of interest over the past two decades. The advent of massive MIMO as a key technology for the fifth generation (5G) era also increased the interest in VLSI architectures related to MIMO communication research. In this thesis, we explored different VLSI architectures for MIMO detection and precoding algorithms. The detection and precoding are the most complex parts of a MIMO baseband transceiver. We focused on algorithm and architecture optimization and presented several VLSI architectures for MIMO detection and precoding.
The thesis proposed an application specific instruction-set processor (ASIP) for a multimode small-scale MIMO detector. In a single design the detector supports minimum mean-square error (MMSE), selective spanning with fast enumeration (SSFE) and list sphere detection (LSD). In addition, a multiprocessor architecture is proposed in this thesis for a lattice reduction (LR) algorithm. A modified Lenstra-Lenstra-Lovasz (LLL) algorithm is proposed for LR to reduce the complexity of the original LLL algorithm. We also propose a massive MIMO detection algorithm based on alternating direction method of multipliers (ADMM). The algorithm is referred to as ADMM based infinity norm (ADMIN) constrained equalization. The ADMIN detection algorithm is implemented as an application-specific integrated circuit (ASIC) and for field programmable gate array (FPGA). A multimode precoder ASIP is also proposed in this thesis. In a single design, the ASIP supports norm-based scheduling, QR-decomposition, MMSE precoding and dirty paper coding (DPC) based precoding.Tiivistelmä
Moni-tulo moni-lähtö (MIMO) -tekniikoita on sopeutettu kolmannen sukupolven (3G) langattomasta viestintästandardista alkaen spektritehokkuuden, tiedonsiirtonopeuden ja luotettavuuden parantamiseksi. MIMO-teknologioilla on useita hyviä puolia suhteessa peruskaistan vastaanottimeen, mutta samalla monimutkaisuus on lisääntynyt. VLSI-arkkitehtuurien tutkimus MIMO-signaalinkäsittelyssä on sen vuoksi herättänyt paljon kiinnostusta viimeisen kahden vuosikymmenen aikana. Myös MIMO:n saavuttama asema viidennen sukupolven (5G) viestintästandardin pääteknologiana on lisännyt kiinnostusta VLSI-arkkitehtuureihin MIMO-viestinnän tutkimuksessa. Tässä tutkielmassa on tutkittu erilaisia VLSI-arkkitehtuureja MIMO-signaalien tunnistus- ja esikoodausalgoritmeissa. Signaalien tunnistus ja esikoodaus ovat peruskaistaa käyttävän MIMO-vastaanottimen monimutkaisimmat osa-alueet. Tutkielmassa on keskitytty algoritmien ja arkkitehtuurien optimointiin ja esitetty useita VLSI-arkkitehtuureja MIMO-signaalien tunnistusta ja esikoodausta varten.
Tutkielmassa on ehdotettu sovelluskohtaisen prosessorin (Application Specific Instruction-set Processor eli ASIP) käyttä pienen mittakaavan monimuotodetektorissa. Detektorin rakenne tukee samanaikaisesti keskineliöpoikkeaman minimointia (MMSE), SSFE (Selective Spanning with Fast Enumeration) -algoritmia ja LSD (List Sphere Detection) -algoritmia. Lisäksi tässä tutkielmassa ehdotetaan monisuoritinarkkitehtuuria hilan redusointialgoritmille (Lattice Reduction eli LR). LR-algoritmia varten ehdotetaan muokattua Lenstra-Lenstra-Lovasz (LLL) -algoritmia vähentämään alkuperäisen LLL-algoritmin monimutkaisuutta. Lisäksi MIMO-signaalien tunnistusalgoritmin perustaksi ehdotetaan vuorottelevaa kertoimien suuntaustapaa Alternating Direction Method of Multipliers eli ADMM). ADMM-perustaisesta taajuusvasteen rajoitetusta ääretön-normi-korjauksesta (infinity norm constrained equalization) käytetään nimitystä ADMIN-algoritmi. ADMIN-tunnistusalgoritmi toteutetaan sovelluskohtaisena integroituna piirinä (Application-Specific Integrated Circuit eli ASIC) ohjelmoitavaa porttimatriisia (Field Programmable Gate Array eli FPGA) varten. Lisäksi ehdotetaan ASIP-monimuotoesikooderin käyttöä. ASIP-esikooderin rakenne tukee normiperustaista aikataulutusta, QR-hajotelmaa, MMSE-esikoodausta ja likaisen paperin koodaukseen (Dirty Paper Coding eli DPC) perustuvaa esikoodausta
Beamforming designs for low-power transceiver structures in large-scale MIMO systems
Get PDFAbstract
This dissertation investigates efficient beamforming techniques for low-power transceiver architectures in large-scale multiple-input multiple-output (MIMO) systems, a key technology in millimeter-wave (mmWave) and terahertz (THz) wireless communications. While these systems enable extremely high data rates, they are often associated with significant power consumption. Digital beamforming (DBF) and hybrid beamforming (HBF) approaches, combined with low-resolution analog-to-digital converters (ADCs), offer promising solutions to these challenges.
The study begins by exploring phase shifter-based HBF transceiver architectures, which are vulnerable to beam squint effects that significantly degrade spectral efficiency (SE) in wideband systems. Analyses reveal that beam squint severity depends on the antenna array structure and fractional bandwidth. To mitigate the beam squint, efficient beamforming designs are proposed to maximize the SE. Switch-based HBF architectures are extensively studied, demonstrating greater robustness to beam squint, superior SE and energy efficiency (EE) than phase shifter-based designs.
Next, the focus shifts to low-resolution ADCs, where quantization distortion (QD) complicates performance optimization. An efficient joint transmit-receive beamforming and bit allocation scheme is proposed for DBF architectures, achieving significant SE and EE improvements over traditional beamforming schemes. Additionally, novel digital and hybrid precoding designs are introduced to maximize the SE given low-resolution receivers. The results highlight the potential of the partially connected HBF architecture in achieving comparable SE to the DBF and fully connected HBF schemes while requiring significantly less power consumption.
Extending to wideband systems, the joint effects of oversampling, signal-to-noise ratio (SNR) and ADC resolutions for SE are examined, showing that oversampling can effectively mitigate QD at high SNRs. With sufficiently large oversampling ratios and SNR, QD becomes negligible. Building on these insights, a hybrid receiver design with oversampling is proposed for low-resolution systems. The design demonstrates more resilience to the beam squint than in full-resolution systems. It showcases improved EE over the digital receiver when slightly more quantization bits (≥4) per radio-frequency chain are employed. Original papers Ma, M., Nguyen, N. T., & Juntti, M. (2025). Switch-based hybrid beamforming transceiver design for wideband communications with beam squint. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 74(2), 2840–2855. https://doi.org/10.1109/TVT.2024.3470530 https://doi.org/10.1109/TVT.2024.3470530 Self-archived version Ma, M., Nguyen, N. T., & Juntti, M. (2023). Beam squint analysis and mitigation via hybrid beamforming design in THz communications. ICC 2023 - IEEE International Conference on Communications, 6486–6491. https://doi.org/10.1109/ICC45041.2023.10279725 https://doi.org/10.1109/ICC45041.2023.10279725 Self-archived version Ma, M., Nguyen, N. T., Atzeni, I., & Juntti, M. (2025). Joint beamforming design and bit allocation in massive MIMO with resolution-adaptive ADCs. IEEE Transactions on Wireless Communications. Advance online publication. https://doi.org/10.48550/ARXIV.2407.03796 https://doi.org/10.48550/ARXIV.2407.03796 Ma, M., Nguyen, N. T., Atzeni, I., Swindlehurst, A. L., & Juntti, M. (2024). Digital and hybrid precoding designs in massive MIMO with low-resolution ADC. Manuscript submitted for publication. Ma, M., Nguyen, N. T., Atzeni, I., & Juntti, M. (2023). Analysis of oversampling in uplink massive MIMO-OFDM with low-resolution ADCs. 2023 IEEE 24th International Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications (SPAWC), 626–630. https://doi.org/10.1109/SPAWC53906.2023.10304436 https://doi.org/10.1109/SPAWC53906.2023.10304436 Self-archived version Ma, M., Nguyen, N. T., Atzeni, I., & Juntti, M. (in press). Hybrid receiver design for massive MIMO-OFDM with low-resolution ADCs and oversampling. IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC). Tiivistelmä
Tässä väitöskirjassa tutkitaan tehokkaita keilanmuodostustekniikoita matalatehoisille lähetin-vastaanotinarkkitehtuureille suurissa monitulo-monilähtöjärjestelmissä (multiple-input multiple-output, MIMO), joiden teknologia on keskeisessä asemassa millimetriaaltojen (mmWave) ja terahertsitaajuuksien hyödyntämisessä langattomassa tietoliikenteessä. Vaikka nämä järjestelmät mahdollistavat erittäin suuret tiedonsiirtonopeudet, niihin liittyy usein merkittävää virrankulutusta. Digitaaliset keilanmuodostus- (digital beamforming, DBF) ja hybridikeilanmuodostusratkaisut (hybrid beamforming, HBF) yhdistettynä matalaresoluutioisiin analogi-digitaalimuuntimiin (ADC) tarjoavat lupaavia ratkaisuja näihin haasteisiin.
Työ alkaa tarkastelemalla vaiheensiirtimiin perustuvien HBF-lähetin-vastaanottimien arkkitehtuureja, jotka ovat laajakaistajärjestelmissä alttiita spektrin käytön tehokkuutta (spectral efficiency, SE) merkittävästi heikentävälle keilan vinoutumalle (beam squint). Analyysit osoittavat, että keilan vinoutuman vakavuus riippuu antenniryhmän rakenteesta ja murtokaistanleveydestä. Tämän ilmiön lieventämiseksi ehdotetaan tehokkaita keilanmuodostusmenetelmiä SE:n maksimoimiseksi. Kytkimiin perustuvia HBF-arkkitehtuureja on tutkittu laajasti, ja ne osoittavat parempaa sietokykyä keilan vinoutumaa vastaan sekä parempaa SE:tä ja energiatehokkuutta (energy efficiency, EE) verrattuna vaiheensiirtimiin perustuviin ratkaisuihin.
Seuraavaksi keskitytään matalaresoluutioisiin analogi-digitaalimuuntimiin (ADC), joissa kvantisointisärö (quantization distortion, QD) vaikeuttaa suorituskyvyn optimointia. Työssä ehdotetaan DBF-arkkitehtuureille tehokasta lähetin-vastaanottimen keilanmuodostus- ja bittijaon yhteissuunnittelua, jolla saavutetaan merkittäviä SE- ja EE-parannuksia perinteisiin menetelmiin verrattuna. Lisäksi uusia digitaalisia ja hybridiesikoodausmenetelmiä kehitetään SE:n maksimoimiseksi matalaresoluutioisilla vastaanottimilla. Tulokset korostavat osittain kytketyn HBF-arkkitehtuurin potentiaalia saavuttaa DBF-ratkaisuihin ja täysin kytkettyihin HBF-ratkaisuihin verrattavissa oleva SE, mutta huomattavasti pienemmällä virrankulutuksella.
Tutkimus siirtyy lopuksi laajakaistajärjestelmiin, joissa tarkastellaan ylinäytteistyksen, signaali-kohinasuhteen (signal-to-noise ratio, SNR) ja ADC-resoluutioiden yhteisvaikutuksia SE:hen. Tulokset osoittavat, että ylinäytteistyksellä voidaan tehokkaasti vähentää QD:tä korkeilla SNR-arvoilla. Riittävän suurilla ylinäytteistyssuhteilla ja SNR-arvoilla QD muuttuu merkityksettömäksi. Näiden havaintojen pohjalta matalaresoluutioisille järjestelmille ehdotetaan hybridivastaanotinarkkitehtuuria ylinäytteistyksellä. Ehdotettu malli osoittaa parempaa sietokykyä keilan vinoutumaa vastaan kuin täyden resoluution järjestelmissä. Lisäksi malli tarjoaa parannetun EE:n digitaaliseen vastaanottimeen verrattuna, kun radiotaajuusketjun kvantisointitarkkuus ylittää nimenomaisen kynnyksen (≥4 bittiä). Osajulkaisut Ma, M., Nguyen, N. T., & Juntti, M. (2025). Switch-based hybrid beamforming transceiver design for wideband communications with beam squint. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 74(2), 2840–2855. https://doi.org/10.1109/TVT.2024.3470530 https://doi.org/10.1109/TVT.2024.3470530 Rinnakkaistallennettu versio Ma, M., Nguyen, N. T., & Juntti, M. (2023). Beam squint analysis and mitigation via hybrid beamforming design in THz communications. ICC 2023 - IEEE International Conference on Communications, 6486–6491. https://doi.org/10.1109/ICC45041.2023.10279725 https://doi.org/10.1109/ICC45041.2023.10279725 Rinnakkaistallennettu versio Ma, M., Nguyen, N. T., Atzeni, I., & Juntti, M. (2025). Joint beamforming design and bit allocation in massive MIMO with resolution-adaptive ADCs. IEEE Transactions on Wireless Communications. Advance online publication. https://doi.org/10.48550/ARXIV.2407.03796 https://doi.org/10.48550/ARXIV.2407.03796 Ma, M., Nguyen, N. T., Atzeni, I., Swindlehurst, A. L., & Juntti, M. (2024). Digital and hybrid precoding designs in massive MIMO with low-resolution ADC. Manuscript submitted for publication. Ma, M., Nguyen, N. T., Atzeni, I., & Juntti, M. (2023). Analysis of oversampling in uplink massive MIMO-OFDM with low-resolution ADCs. 2023 IEEE 24th International Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications (SPAWC), 626–630. https://doi.org/10.1109/SPAWC53906.2023.10304436 https://doi.org/10.1109/SPAWC53906.2023.10304436 Rinnakkaistallennettu versio Ma, M., Nguyen, N. T., Atzeni, I., & Juntti, M. (in press). Hybrid receiver design for massive MIMO-OFDM with low-resolution ADCs and oversampling. IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC). Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Programme Committee of Information Technology and Electrical Engineering of the University of Oulu for public defence in the OP auditorium (L10), Linnanmaa, on 18 June 2025, at 12 noonAbstract
This dissertation investigates efficient beamforming techniques for low-power transceiver architectures in large-scale multiple-input multiple-output (MIMO) systems, a key technology in millimeter-wave (mmWave) and terahertz (THz) wireless communications. While these systems enable extremely high data rates, they are often associated with significant power consumption. Digital beamforming (DBF) and hybrid beamforming (HBF) approaches, combined with low-resolution analog-to-digital converters (ADCs), offer promising solutions to these challenges.
The study begins by exploring phase shifter-based HBF transceiver architectures, which are vulnerable to beam squint effects that significantly degrade spectral efficiency (SE) in wideband systems. Analyses reveal that beam squint severity depends on the antenna array structure and fractional bandwidth. To mitigate the beam squint, efficient beamforming designs are proposed to maximize the SE. Switch-based HBF architectures are extensively studied, demonstrating greater robustness to beam squint, superior SE and energy efficiency (EE) than phase shifter-based designs.
Next, the focus shifts to low-resolution ADCs, where quantization distortion (QD) complicates performance optimization. An efficient joint transmit-receive beamforming and bit allocation scheme is proposed for DBF architectures, achieving significant SE and EE improvements over traditional beamforming schemes. Additionally, novel digital and hybrid precoding designs are introduced to maximize the SE given low-resolution receivers. The results highlight the potential of the partially connected HBF architecture in achieving comparable SE to the DBF and fully connected HBF schemes while requiring significantly less power consumption.
Extending to wideband systems, the joint effects of oversampling, signal-to-noise ratio (SNR) and ADC resolutions for SE are examined, showing that oversampling can effectively mitigate QD at high SNRs. With sufficiently large oversampling ratios and SNR, QD becomes negligible. Building on these insights, a hybrid receiver design with oversampling is proposed for low-resolution systems. The design demonstrates more resilience to the beam squint than in full-resolution systems. It showcases improved EE over the digital receiver when slightly more quantization bits (≥4) per radio-frequency chain are employed.Tiivistelmä
Tässä väitöskirjassa tutkitaan tehokkaita keilanmuodostustekniikoita matalatehoisille lähetin-vastaanotinarkkitehtuureille suurissa monitulo-monilähtöjärjestelmissä (multiple-input multiple-output, MIMO), joiden teknologia on keskeisessä asemassa millimetriaaltojen (mmWave) ja terahertsitaajuuksien hyödyntämisessä langattomassa tietoliikenteessä. Vaikka nämä järjestelmät mahdollistavat erittäin suuret tiedonsiirtonopeudet, niihin liittyy usein merkittävää virrankulutusta. Digitaaliset keilanmuodostus- (digital beamforming, DBF) ja hybridikeilanmuodostusratkaisut (hybrid beamforming, HBF) yhdistettynä matalaresoluutioisiin analogi-digitaalimuuntimiin (ADC) tarjoavat lupaavia ratkaisuja näihin haasteisiin.
Työ alkaa tarkastelemalla vaiheensiirtimiin perustuvien HBF-lähetin-vastaanottimien arkkitehtuureja, jotka ovat laajakaistajärjestelmissä alttiita spektrin käytön tehokkuutta (spectral efficiency, SE) merkittävästi heikentävälle keilan vinoutumalle (beam squint). Analyysit osoittavat, että keilan vinoutuman vakavuus riippuu antenniryhmän rakenteesta ja murtokaistanleveydestä. Tämän ilmiön lieventämiseksi ehdotetaan tehokkaita keilanmuodostusmenetelmiä SE:n maksimoimiseksi. Kytkimiin perustuvia HBF-arkkitehtuureja on tutkittu laajasti, ja ne osoittavat parempaa sietokykyä keilan vinoutumaa vastaan sekä parempaa SE:tä ja energiatehokkuutta (energy efficiency, EE) verrattuna vaiheensiirtimiin perustuviin ratkaisuihin.
Seuraavaksi keskitytään matalaresoluutioisiin analogi-digitaalimuuntimiin (ADC), joissa kvantisointisärö (quantization distortion, QD) vaikeuttaa suorituskyvyn optimointia. Työssä ehdotetaan DBF-arkkitehtuureille tehokasta lähetin-vastaanottimen keilanmuodostus- ja bittijaon yhteissuunnittelua, jolla saavutetaan merkittäviä SE- ja EE-parannuksia perinteisiin menetelmiin verrattuna. Lisäksi uusia digitaalisia ja hybridiesikoodausmenetelmiä kehitetään SE:n maksimoimiseksi matalaresoluutioisilla vastaanottimilla. Tulokset korostavat osittain kytketyn HBF-arkkitehtuurin potentiaalia saavuttaa DBF-ratkaisuihin ja täysin kytkettyihin HBF-ratkaisuihin verrattavissa oleva SE, mutta huomattavasti pienemmällä virrankulutuksella.
Tutkimus siirtyy lopuksi laajakaistajärjestelmiin, joissa tarkastellaan ylinäytteistyksen, signaali-kohinasuhteen (signal-to-noise ratio, SNR) ja ADC-resoluutioiden yhteisvaikutuksia SE:hen. Tulokset osoittavat, että ylinäytteistyksellä voidaan tehokkaasti vähentää QD:tä korkeilla SNR-arvoilla. Riittävän suurilla ylinäytteistyssuhteilla ja SNR-arvoilla QD muuttuu merkityksettömäksi. Näiden havaintojen pohjalta matalaresoluutioisille järjestelmille ehdotetaan hybridivastaanotinarkkitehtuuria ylinäytteistyksellä. Ehdotettu malli osoittaa parempaa sietokykyä keilan vinoutumaa vastaan kuin täyden resoluution järjestelmissä. Lisäksi malli tarjoaa parannetun EE:n digitaaliseen vastaanottimeen verrattuna, kun radiotaajuusketjun kvantisointitarkkuus ylittää nimenomaisen kynnyksen (≥4 bittiä)
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Get PDFWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
Itseishäiriön poisto full-duplex lähetinvastaanottimissa
No full textAbstractIn in-band full-duplex (FD) systems, the self-interference (SI) power can be more than 100 dB higher than the power of the received data signal. In order to enable FD transmissions, several SI cancellation stages are required in an FD transceiver. By combining the cancellation at the radio frequency (RF) with a specially designed antenna and cancellation circuitry, and SI cancellation at the digital baseband, the required level of SI cancellation can be achieved. In this thesis, an FD transceiver architecture is modelled with simulation tools that allow one to use realistic antenna and analog transceiver models and at the same time enable algorithm studies. The analog SI cancellation at the RF is controlled by the baseband digital processing unit, and the tuning of the RF canceller is performed with an automatic gain control enhanced iterative algorithm. When a power amplifier is the only non-linear component at the SI channel, the digital baseband SI cancellation is based on the Hammerstein model in order to take the power amplifier non-linearity into account. When realistic values for the phase noise and imbalance between the in-phase and quadrature branches of the transceiver (IQ imbalance) are taken into account, the SI after all the cancellation stages can decrease the signal-to-interference-and-noise-ratio. In order to further enhance the SI cancellation, the Hammerstein based SI canceller is extended to cancel also the effect of the receiver IQ imbalance. With the extended baseband canceller, the cancellation performance is mainly limited by the phase noise. When the non-linear operation of a low noise amplifier at the receiver is also considered, the SI channel is modelled with the Hammerstein-Wiener model. In this case, the best SI cancellation performance at the digital baseband processing is achieved with a neural network type SI canceller.Original papersOriginal papers are not included in the electronic version of the dissertation.Tapio, V., Alves, H., & Juntti, M. (2017). Joint analog and digital self-interference cancellation and full-duplex system performance. 2017 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 6553–6557. https://doi.org/10.1109/ICASSP.2017.7953419Self-archived versionTapio, V., Sonkki, M., & Juntti, M. (2018). Performance of a full-duplex system in non-linear and time-varying self-interference channel. 2018 IEEE 29th Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), 1–5. https://doi.org/10.1109/PIMRC.2018.8580927Self-archived versionTapio, V., Sonkki, M., & Juntti, M. (2018). Analog self-interference cancellation with automatic gain control for full-duplex transceivers. 2018 IEEE 87th Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 1–5. https://doi.org/10.1109/VTCSpring.2018.8417518Self-archived versionTapio, V., Juntti, M., Pärssinen, A., & Rikkinen, K. (2016). Real time adaptive RF and digital self-interference cancellation for full-duplex transceivers. 2016 50th Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, 1558–1562. https://doi.org/10.1109/ACSSC.2016.7869640Self-archived versionTapio, V., Sonkki, M., & Juntti, M. (2020). Self-interference cancelation in the presence of non-linear power amplifier and receiver IQ imbalance. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2020(1), 127. https://doi.org/10.1186/s13638-020-01743-zSelf-archived version
Tapio, V., & Juntti, M. (2021). Non-linear self-interference cancelation for full-duplex transceivers based on Hammerstein-Wiener model. IEEE Communications Letters, 25(11), 3684–3688. https://doi.org/10.1109/LCOMM.2021.3109669
Self-archived versionTiivistelmäFull duplex (FD) järjestelmissä itseishäiriön teho voi olla yli 100 dB voimakkaampi kuin vastaanotetun hyötysignaalin teho. FD-lähetysten käyttö edellyttää itseishäiriön vaimentamista FD-lähetinvastaanottimessa useilla eri menetelmillä. Yhdistämällä antennisuunnittelu ja aktiivinen häiriönvaimennus radiotaajuudella sekä digitaalinen häiriönpoisto lähetinvastaanottimen kantataajuusosissa, vaadittava häiriönvaimennus voidaan saavuttaa. Väitöskirjassa FD-lähetinvastaanotin on mallinnettu sellaisilla simulaatiotyökaluilla, jotka mahdollistavat antennien ja analogisten osien tarkan mallintamisen ja samalla mahdollistavat algoritmitutkimuksen samassa ympäristössä. Analogista radiotaajuista häiriönvaimennusta kontrolloidaan kantatajuisella, digitaalisella prosessoinnilla. Analogisen häiriönvaimennuksen ohjauksessa käytetään digitaalista, iteratiivista algoritmia hyödyntäen samalla automaattista vahvistuksen säätöä vastaanottimen analogiaosissa. Kun lähetinvastaanottimen ainoa epälineaarinen osa on tehovahvistin, digitaalinen häiriönvaimennus perustuu Hammerstein-malliin. Kun realistiset vaihekohina- ja lähetinvastaanottimen kvadratuurikanavien epätasapainoarvot (IQ-epätasapaino) huomioidaan mallissa, häiriönpoiston suorituskyky heikkenee. Laajentamalla Hammersteinin mallia, IQ-epätasapainon vaikutus voidaan kuitenkin kompensoida. Tällöin suorituskykyä rajoittavaksi tekijäksi jää vaihekohina. Kun myös vastaanottimen vahvistimen epälineaarisuus huomioidaan, itseishäiriökanava mallinnetaan Hammerstein-Wiener-mallilla. Tässä tapauksessa paras häiriönpoiston suorituskyky saavutetaan käyttämällä neuroverkkotyyppistä häiriönvaimennusta.OsajulkaisutOsajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon.Tapio, V., Alves, H., & Juntti, M. (2017). Joint analog and digital self-interference cancellation and full-duplex system performance. 2017 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 6553–6557. https://doi.org/10.1109/ICASSP.2017.7953419Rinnakkaistallennettu versioTapio, V., Sonkki, M., & Juntti, M. (2018). Performance of a full-duplex system in non-linear and time-varying self-interference channel. 2018 IEEE 29th Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), 1–5. https://doi.org/10.1109/PIMRC.2018.8580927Rinnakkaistallennettu versioTapio, V., Sonkki, M., & Juntti, M. (2018). Analog self-interference cancellation with automatic gain control for full-duplex transceivers. 2018 IEEE 87th Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 1–5. https://doi.org/10.1109/VTCSpring.2018.8417518Rinnakkaistallennettu versioTapio, V., Juntti, M., Pärssinen, A., & Rikkinen, K. (2016). Real time adaptive RF and digital self-interference cancellation for full-duplex transceivers. 2016 50th Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, 1558–1562. https://doi.org/10.1109/ACSSC.2016.7869640Rinnakkaistallennettu versioTapio, V., Sonkki, M., & Juntti, M. (2020). Self-interference cancelation in the presence of non-linear power amplifier and receiver IQ imbalance. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2020(1), 127. https://doi.org/10.1186/s13638-020-01743-zRinnakkaistallennettu versio
Tapio, V., & Juntti, M. (2021). Non-linear self-interference cancelation for full-duplex transceivers based on Hammerstein-Wiener model. IEEE Communications Letters, 25(11), 3684–3688. https://doi.org/10.1109/LCOMM.2021.3109669
Rinnakkaistallennettu versioAcademic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Programme Committee of Information Technology and Electrical Engineering of the University of Oulu for public defence in the OP auditorium (L10), Linnanmaa, on 8 December 2023, at 12 noonAbstract
In in-band full-duplex (FD) systems, the self-interference (SI) power can be more than 100 dB higher than the power of the received data signal. In order to enable FD transmissions, several SI cancellation stages are required in an FD transceiver. By combining the cancellation at the radio frequency (RF) with a specially designed antenna and cancellation circuitry, and SI cancellation at the digital baseband, the required level of SI cancellation can be achieved. In this thesis, an FD transceiver architecture is modelled with simulation tools that allow one to use realistic antenna and analog transceiver models and at the same time enable algorithm studies. The analog SI cancellation at the RF is controlled by the baseband digital processing unit, and the tuning of the RF canceller is performed with an automatic gain control enhanced iterative algorithm. When a power amplifier is the only non-linear component at the SI channel, the digital baseband SI cancellation is based on the Hammerstein model in order to take the power amplifier non-linearity into account. When realistic values for the phase noise and imbalance between the in-phase and quadrature branches of the transceiver (IQ imbalance) are taken into account, the SI after all the cancellation stages can decrease the signal-to-interference-and-noise-ratio. In order to further enhance the SI cancellation, the Hammerstein based SI canceller is extended to cancel also the effect of the receiver IQ imbalance. With the extended baseband canceller, the cancellation performance is mainly limited by the phase noise. When the non-linear operation of a low noise amplifier at the receiver is also considered, the SI channel is modelled with the Hammerstein-Wiener model. In this case, the best SI cancellation performance at the digital baseband processing is achieved with a neural network type SI canceller.Tiivistelmä
Full duplex (FD) järjestelmissä itseishäiriön teho voi olla yli 100 dB voimakkaampi kuin vastaanotetun hyötysignaalin teho. FD-lähetysten käyttö edellyttää itseishäiriön vaimentamista FD-lähetinvastaanottimessa useilla eri menetelmillä. Yhdistämällä antennisuunnittelu ja aktiivinen häiriönvaimennus radiotaajuudella sekä digitaalinen häiriönpoisto lähetinvastaanottimen kantataajuusosissa, vaadittava häiriönvaimennus voidaan saavuttaa. Väitöskirjassa FD-lähetinvastaanotin on mallinnettu sellaisilla simulaatiotyökaluilla, jotka mahdollistavat antennien ja analogisten osien tarkan mallintamisen ja samalla mahdollistavat algoritmitutkimuksen samassa ympäristössä. Analogista radiotaajuista häiriönvaimennusta kontrolloidaan kantatajuisella, digitaalisella prosessoinnilla. Analogisen häiriönvaimennuksen ohjauksessa käytetään digitaalista, iteratiivista algoritmia hyödyntäen samalla automaattista vahvistuksen säätöä vastaanottimen analogiaosissa. Kun lähetinvastaanottimen ainoa epälineaarinen osa on tehovahvistin, digitaalinen häiriönvaimennus perustuu Hammerstein-malliin. Kun realistiset vaihekohina- ja lähetinvastaanottimen kvadratuurikanavien epätasapainoarvot (IQ-epätasapaino) huomioidaan mallissa, häiriönpoiston suorituskyky heikkenee. Laajentamalla Hammersteinin mallia, IQ-epätasapainon vaikutus voidaan kuitenkin kompensoida. Tällöin suorituskykyä rajoittavaksi tekijäksi jää vaihekohina. Kun myös vastaanottimen vahvistimen epälineaarisuus huomioidaan, itseishäiriökanava mallinnetaan Hammerstein-Wiener-mallilla. Tässä tapauksessa paras häiriönpoiston suorituskyky saavutetaan käyttämällä neuroverkkotyyppistä häiriönvaimennusta
- …
