Prediction of Satellite Shadowing in Smart Cities with Application to IoT

The combination of satellite direct reception and terrestrial 5G infrastructure is essential to guarantee coverage in satellite based-Internet of Things, mainly in smart cities where buildings can cause high power losses. In this paper, we propose an accurate and fast graphical method for predicting the satellite coverage in urban areas and SatCom on-the-move scenarios. The aim is to provide information that could be useful in the IoT network planning process, e.g., in the decision of how many terrestrial repeaters are really needed and where they should be placed. Experiments show that the shadowed areas predicted by the method correspond almost perfectly with experimental data measured from an Eutelsat satellite in the urban area of Barcelona.Ministerio de Industria, Turismo y Comercio de España TSI-020301-2009-3

Performance of SC-FDMA with diversity techniques over land mobile satellite channel

La demanda de la alta velocidad de datos resulta en una importante interferencia entre símbolos para los sistemas monoportadora en canales de ancho de banda y potencia limitada. Superar la selectividad en el tiempo y la frecuencia del canal de propagación requiere el uso de potentes técnicas de procesamiento de señales. Ejemplos recientes incluyen el uso de múltiples antenas en el transmisor / receptor, en la técnica conocida como Multiple-Input Multiple-Output (MIMO). En ciertos entornos (tales como el enlace ascendente de un enlace móvil) por lo general sólo una antena está disponible en la transmisión. Por lo tanto, sólo esquemas con entrada individual y salida única (Single Input Single Output, SISO) o transmisiones con entrada única y múltiples salidas (Single Input Multiple Output, SIMO) son factibles. La multiplexación por división ortogonal en frecuencia (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM) es una técnica de modulación ampliamente utilizada por su robustez frente a la selectividad en frecuencia de los canales, su escalabilidad y su compatibilidad con MIMO. Sin embargo, sufre de una alta relación de potencia de pico a promedio (Peak-to-Average Power Ratio, PAPR) que necesita amplificadores de alta potencia muy lineales, lo que resulta costoso energéticamente para la transmisión. La técnica monoportadora con acceso múltiple por división de frecuencia (Single Carrier Frequency-Division Multiple Access , SC-FDMA) se ha convertido en una alternativa a la técnica de OFDM que se utiliza específicamente en el enlace ascendente de LTE. SC-FDMA es capaz de reducir la PAPR en la transmisión, dando lugar a una relajación de las limitaciones en cuanto a la eficiencia de potencia necesaria en los terminales de usuario y las unidades satélite. SC-FDMA puede ser descrito como una versión de OFDMA en el que se incluyen una etapa de pre-codificación y de pre-codificación inversa en el transmisor y el receptor respectivamente. Así, los símbolos se transmiten en tiempo, pero después de ser procesados en la frecuencia. Incluso con el uso de OFDMA o SC-FDMA, la ISI tiene que ser compensada por la igualación, que normalmente se realiza en el dominio de frecuencia. El objetivo de esta tesis es proporcionar un análisis matemático del comportamiento de SC-FDMA en un canal móvil terrestre por satélite (Land Mobile Satellite, LMS). Para este propósito, el canal se modela como un canal Rice sombreado tal que la línea de visión (Line of Sight, LOS) sigue la distribución de Nakagami. En primer lugar, se describen las técnicas de modulación multiportadora OFDMA y SC-FDMA. A continuación, se lleva a cabo un análisis de OFDMA y SC-FDMA basado en el ruido complejo recibido a la entrada del detector. Se evalúa la probabilidad de error de bit (Bit Error Rate, BER) de SC-FDMA para diferentes profundidades del desvanecimiento y de la diversidad de antena en el receptor. También se evalúa la eficiencia espectral de SC-FDMA para el canal LMS. Por último, se abordan las técnicas de diversidad y se evalúan las técnicas conocidas como Maximal Ratio Combining (MRC) y Equal Gain Combining (EGC)

A Comprehensive Analysis of 5G Heterogeneous Cellular Systems operating over κ\kappa-μ\mu Shadowed Fading Channels

Emerging cellular technologies such as those proposed for use in 5G communications will accommodate a wide range of usage scenarios with diverse link requirements. This will include the necessity to operate over a versatile set of wireless channels ranging from indoor to outdoor, from line-of-sight (LOS) to non-LOS, and from circularly symmetric scattering to environments which promote the clustering of scattered multipath waves. Unfortunately, many of the conventional fading models adopted in the literature to develop network models lack the flexibility to account for such disparate signal propagation mechanisms. To bridge the gap between theory and practical channels, we consider $\kappa$-$\mu$ shadowed fading, which contains as special cases, the majority of the linear fading models proposed in the open literature, including Rayleigh, Rician, Nakagami-m, Nakagami-q, One-sided Gaussian, $\kappa$-$\mu$, $\eta$-$\mu$, and Rician shadowed to name but a few. In particular, we apply an orthogonal expansion to represent the $\kappa$-$\mu$ shadowed fading distribution as a simplified series expression. Then using the series expressions with stochastic geometry, we propose an analytic framework to evaluate the average of an arbitrary function of the SINR over $\kappa$-$\mu$ shadowed fading channels. Using the proposed method, we evaluate the spectral efficiency, moments of the SINR, bit error probability and outage probability of a $K$-tier HetNet with $K$ classes of BSs, differing in terms of the transmit power, BS density, shadowing characteristics and small-scale fading. Building upon these results, we provide important new insights into the network performance of these emerging wireless applications while considering a diverse range of fading conditions and link qualities

Wireless wideband DS-CDMA point-to-multipoint system for distance education services.

Thesis (M.Sc.Eng.)-University of Durban-Westville, 2001.A review of possible distance education services is given. These services range from narrowband to broadband, from real to non-real time and from broadcast to fully interactive services. The service target groups include the rural schools and communities who are scattered in remote areas. The performances of multiple access techniques, FDMA, TDMA and CDMA when in use for the provision of point-to-multipoint multimedia services is compared. A hybrid of the satellite and terrestrial access networks for the implementation of the distance education services is presented. The feasibility of implementing the proposed satellite network as part of the total network using the FDMA technique is presented. The rest of the work done in the thesis concentrates on the terrestrial network. The terrestrial part of the network is based on fixed cellular DS-CDMA techniques. The fixed cellular network's specifications, modeling and a discussion of the capacity, BER performance, bandwidth requirements and coverage are presented. The link budget estimation of the performance is given. Lastly a review of propagation characteristics for a terrestrial rural environment and a review of DS-CDMA concepts are presented in the appendix