Channel estimation for large MIMO systems under hardware impairments

In this thesis, we study the problem of channel estimation under hardware impairments for Large MIMO systems. Large MIMO are systems with tens to hundreds of antennas at the base station which offer numerous advantages over conventional MIMO, such as improved performance and energy efficiency \cite{1}. Large MIMO are often built with low-cost components, which may lead to hardware imperfections and cause distortion at the base station and the users. In order to develop an accurate system model we take into consideration the noise caused by hardware impairments when performing channel estimation.For this system model, we extend the Linear Minimum Mean Square Error (LMMSE) estimator for Large MIMO systems proposed in \cite{20} for a multi-user system. The proposed LMMSE estimator considers the distortion at both ends and achieves better performance in terms of relative estimation error per antenna over Signal-to-Noise ratio (SNR) compared to estimators used for conventional MIMO systems, such as the LMMSE and the Least Squares (LS) estimator. Furthermore, the Cramer-Rao bound (CRB) of the system is calculated.Dans cette thèse, nous étudions le problème d'estimation des canaux en cas de défaillances matérielles sur les grands systèmes MIMO. Les grands systèmes MIMO sont équipés de dizaines à centaines d'antennes sur la station de base, offrant de nombreux avantages par rapport aux systèmes MIMO traditionnels, tels que de meilleures performances et une efficacité énergétique accrue. Les grands systèmes MIMO sont souvent fabriqués à partir de composants à faible coût, ce qui peut conduire à des imperfections matérielles et se solder par du bruit de distorsion au niveau de la station de base et des utilisateurs. Afin d'élaborer un modèle plus fidèle pour ce type de système, nous prenons en considération le bruit causé par les défaillances matérielles durant le processus d'estimation des canaux. Pour ce modèle de système, nous étendons l'estimateur à erreur quadratique moyenne minimale linéaire (LMMSE) aux grands systèmes MIMO; cet estimateur est proposé ici pour un système multi-utilisateurs. L'estimateur LMMSE présenté prend en compte le bruit de distorsion aux deux extrémités et offre de meilleures performances en termes d'erreur d'estimation relative du rapport signal-bruit (SNR) par antenne comparé aux estimateurs utilisés pour les systèmes MIMO classiques, tels que les estimateurs LMMSE et à méthode des moindres carrés (LS). En outre, un calcul est effectué de la borne Cramer-Rao (CRB) du système