Power allocation algorithms in point-to point and interference channels for BIC-OFDM systems

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technology, in combination with advanced features such as bit-interleaved coded modulation (BICM) \cite{cai98} and link resource adaptation (LRA) \cite{gold97} and resource allocation techniques (RA), have been identified as the building blocks for future wireless communication systems, in that they can meet the strict quality of service (i.e. high data rate, reliable communications) requirements of the users in the harsh propagation environment of the wireless multipath channel. Due to the proliferation of advanced mobile devices (i.e., smartphones, tablets), a 20-fold increase in data traffic is expected over the next few years, compelling mobile operators to find new ways to significantly boost their network capacity, provide better coverage, and reduce network congestion. In this context, the idea of heterogeneous networks (HetNets), consisting of a mix of short-range and low-cost small cell base stations (SBSs) underlaying the existing macrocellular network, has recently emerged as a key solution for solving this capacity crunch problem. The surest way to increase the system capacity of a wireless link is by getting the transmitter and receiver closer to each other, which creates the dual benefits of higher-quality links and more spatial reuse. In a network with nomadic users, this inevitably involves deploying more infrastructure, typically in the form of microcells, hot spots, distributed antennas, or relays. The enormous gains reaped from smaller cell sizes arise from efficient spatial reuse of spectrum or, alternatively, higher area spectral efficiency and also from mitigate fading and reduce time dispersion on urban mobile radio channels

Adaptive Communications for Next Generation Broadband Wireless Access Systems

Un dels aspectes claus en el disseny i gestió de les xarxes sense fils d'accés de banda ampla és l'ús eficient dels recursos radio. Des del punt de vista de l'operador, l'ample de banda és un bé escàs i preuat que s´ha d'explotar i gestionar de la forma més eficient possible tot garantint la qualitat del servei que es vol proporcionar. Per altra banda, des del punt de vista del usuari, la qualitat del servei ofert ha de ser comparable al de les xarxes fixes, requerint així un baix retard i una baixa pèrdua de paquets per cadascun dels fluxos de dades entre la xarxa i l'usuari. Durant els darrers anys s´han desenvolupat nombroses tècniques i algoritmes amb l'objectiu d'incrementar l'eficiència espectral. Entre aquestes tècniques destaca l'ús de múltiples antenes al transmissor i al receptor amb l'objectiu de transmetre diferents fluxos de dades simultaneament sense necessitat d'augmentar l'ample de banda. Per altra banda, la optimizació conjunta de la capa d'accés al medi i la capa física (fent ús de l'estat del canal per tal de gestionar de manera optima els recursos) també permet incrementar sensiblement l'eficiència espectral del sistema.L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi i desenvolupament de noves tècniques d'adaptació de l'enllaç i gestió dels recursos ràdio aplicades sobre sistemes d'accés ràdio de propera generació (Beyond 3G). Els estudis realitzats parteixen de la premissa que el transmisor coneix (parcialment) l'estat del canal i que la transmissió es realitza fent servir un esquema multiportadora amb múltiples antenes al transmisor i al receptor. En aquesta tesi es presenten dues línies d'investigació, la primera per casos d'una sola antenna a cada banda de l'enllaç, i la segona en cas de múltiples antenes. En el cas d'una sola antena al transmissor i al receptor, un nou esquema d'assignació de recursos ràdio i priorització dels paquets (scheduling) és proposat i analitzat integrant totes dues funcions sobre una mateixa entitat (cross-layer). L'esquema proposat té com a principal característica la seva baixa complexitat i que permet operar amb transmissions multimedia. Alhora, posteriors millores realitzades per l'autor sobre l'esquema proposat han permès també reduir els requeriments de senyalització i combinar de forma óptima usuaris d'alta i baixa mobilitat sobre el mateix accés ràdio, millorant encara més l'eficiència espectral del sistema. En cas d'enllaços amb múltiples antenes es proposa un nou esquema que combina la selecció del conjunt optim d'antenes transmissores amb la selecció de la codificació espai- (frequència-) temps. Finalment es donen una sèrie de recomanacions per tal de combinar totes dues línies d'investigació, així con un estat de l'art de les tècniques proposades per altres autors que combinen en part la gestió dels recursos ràdio i els esquemes de transmissió amb múltiples antenes.Uno de los aspectos claves en el diseño y gestión de las redes inalámbricas de banda ancha es el uso eficiente de los recursos radio. Desde el punto de vista del operador, el ancho de banda es un bien escaso y valioso que se debe explotar y gestionar de la forma más eficiente posible sin afectar a la calidad del servicio ofrecido. Por otro lado, desde el punto de vista del usuario, la calidad del servicio ha de ser comparable al ofrecido por las redes fijas, requiriendo así un bajo retardo y una baja tasa de perdida de paquetes para cada uno de los flujos de datos entre la red y el usuario. Durante los últimos años el número de técnicas y algoritmos que tratan de incrementar la eficiencia espectral en dichas redes es bastante amplio. Entre estas técnicas destaca el uso de múltiples antenas en el transmisor y en el receptor con el objetivo de poder transmitir simultáneamente diferentes flujos de datos sin necesidad de incrementar el ancho de banda. Por otro lado, la optimización conjunta de la capa de acceso al medio y la capa física (utilizando información de estado del canal para gestionar de manera óptima los recursos) también permite incrementar sensiblemente la eficiencia espectral del sistema.El objetivo de esta tesis es el estudio y desarrollo de nuevas técnicas de adaptación del enlace y la gestión de los recursos radio, y su posterior aplicación sobre los sistemas de acceso radio de próxima generación (Beyond 3G). Los estudios realizados parten de la premisa de que el transmisor conoce (parcialmente) el estado del canal a la vez que se considera que la transmisión se realiza sobre un sistema de transmisión multiportadora con múltiple antenas en el transmisor y el receptor. La tesis se centra sobre dos líneas de investigación, la primera para casos de una única antena en cada lado del enlace, y la segunda en caso de múltiples antenas en cada lado. Para el caso de una única antena en el transmisor y en el receptor, se ha desarrollado un nuevo esquema de asignación de los recursos radio así como de priorización de los paquetes de datos (scheduling) integrando ambas funciones sobre una misma entidad (cross-layer). El esquema propuesto tiene como principal característica su bajo coste computacional a la vez que se puede aplicar en caso de transmisiones multimedia. Posteriores mejoras realizadas por el autor sobre el esquema propuesto han permitido también reducir los requisitos de señalización así como combinar de forma óptima usuarios de alta y baja movilidad. Por otro lado, en caso de enlaces con múltiples antenas en transmisión y recepción, se presenta un nuevo esquema de adaptación en el cual se combina la selección de la(s) antena(s) transmisora(s) con la selección del esquema de codificación espacio-(frecuencia-) tiempo. Para finalizar, se dan una serie de recomendaciones con el objetivo de combinar ambas líneas de investigación, así como un estado del arte de las técnicas propuestas por otros autores que combinan en parte la gestión de los recursos radio y los esquemas de transmisión con múltiples antenas.In Broadband Wireless Access systems the efficient use of the resources is crucial from many points of views. From the operator point of view, the bandwidth is a scarce, valuable, and expensive resource which must be exploited in an efficient manner while the Quality of Service (QoS) provided to the users is guaranteed. On the other hand, a tight delay and link quality constraints are imposed on each data flow hence the user experiences the same quality as in fixed networks. During the last few years many techniques have been developed in order to increase the spectral efficiency and the throughput. Among them, the use of multiple antennas at the transmitter and the receiver (exploiting spatial multiplexing) with the joint optimization of the medium access control layer and the physical layer parameters.In this Ph.D. thesis, different adaptive techniques for B3G multicarrier wireless systems are developed and proposed focusing on the SS-MC-MA and the OFDM(A) (IEEE 802.16a/e/m standards) communication schemes. The research lines emphasize into the adaptation of the transmission having (Partial) knowledge of the Channel State Information for both; single antenna and multiple antenna links. For single antenna links, the implementation of a joint resource allocation and scheduling strategy by including adaptive modulation and coding is investigated. A low complexity resource allocation and scheduling algorithm is proposed with the objective to cope with real- and/or non-real- time requirements and constraints. A special attention is also devoted in reducing the required signalling. However, for multiple antenna links, the performance of a proposed adaptive transmit antenna selection scheme jointly with space-time block coding selection is investigated and compared with conventional structures. In this research line, mainly two optimizations criteria are proposed for spatial link adaptation, one based on the minimum error rate for fixed throughput, and the second focused on the maximisation of the rate for fixed error rate. Finally, some indications are given on how to include the spatial adaptation into the investigated and proposed resource allocation and scheduling process developed for single antenna transmission

Evaluation of 3GPP Technology Candidate Towards Fourth Generation Mobile

[ES] LTE-Advanced es una de las tecnologías candidatas para convertirse en la próxima generación de comunicaciones móviles (4G). Es responsabilidad de la Unión Internacional de las Telecomunicaciones (UIT) evaluar esta tecnología a través de los Grupos de Evaluación Externos (GEE), entre los cuales se encuentra el consorcio WINNER+ (Wireless World Initiative New Radio +). El Grupo de Comunicaciones Móviles (GCM) del Instituto de Telecomunicaciones y Aplicaciones Multimedia, como socio de WINNER+, está analizando diferentes técnicas para optimizar la red de acceso radio LTEAdvanced. Esta tesina de máster se enmarca dentro de este trabajo, y especialmente, en la comparación de los turbo-códigos (TC) y Low Density Partity Check (LDPC) para anchos de banda de hasta 100 MHz. Los resultados obtenidos muestran que tanto los TC como los LDPC son buenos codificadores para esos tamaños de bloque. Los códigos LDPC representan una mejora de 0.5 dB como máximo respecto a los TC. Además, se ha realizado un estudio de prestaciones de la capa física de LTE en el enlace ascendente y descendente, junto con una propuesta de calibración de este tipo de simulaciones de enlace.[EN] LTE-Advanced is one promising candidate technology to become part of the next generation mobile (4G). It is up to the International Telecommunication Union (ITU) standardization body to assess this technology through the External Evaluation Groups (EEG), being one of them the WINNER+ project (Wireless World Initiative New Radio +). The Mobile Communications Group (MCG) of the Institute of Telecommunications and Multimedia Applications, as a partner of WINNER+, is currently analyzing and proposing different techniques with the aim of optimizing the LTE-Advanced radio access network. This Master Thesis is part of this activity and, especially, on the comparison of Turbo (TC) and Low Density Parity Check (LDPC) codes for bandwidths up to 100 MHz. Results prove that both TC and LDPC codes are good encoders for those block sizes. The LDPC codes only entail a maximum 0.5 dB improvement as compared with TC. In addition to this assessment, a performance study of LTE downlink/uplink (DL/ UL) physical layer together with a calibration proposal for link level simulations has been carried out.Cabrejas Peñuelas, J. (2009). Evaluation of 3GPP Technology Candidate Towards Fourth Generation Mobile. http://hdl.handle.net/10251/27347.Archivo delegad

D13.3 Overall assessment of selected techniques on energy- and bandwidth-efficient communications

Deliverable D13.3 del projecte europeu NEWCOM#The report presents the outcome of the Joint Research Activities (JRA) of WP1.3 in the last year of the Newcom# project. The activities focus on the investigation of bandwidth and energy efficient techniques for current and emerging wireless systems. The JRAs are categorized in three Tasks: (i) the first deals with techniques for power efficiency and minimization at the transceiver and network level; (ii) the second deals with the handling of interference by appropriate low interference transmission techniques; (iii) the third is concentrated on Radio Resource Management (RRM) and Interference Management (IM) in selected scenarios, including HetNets and multi-tier networks.Peer ReviewedPostprint (published version

Online learning of personalised human activity recognition models from user-provided annotations

PhD ThesisIn Human Activity Recognition (HAR), supervised and semi-supervised training are important tools for devising parametric activity models. For the best modelling performance, large amounts of annotated personalised sample data are typically required. Annotating often represents the bottleneck in the overall modelling process as it usually involves retrospective analysis of experimental ground truth, like video footage. These approaches typically neglect that prospective users of HAR systems are themselves key sources of ground truth for their own activities. This research therefore involves the users of HAR monitors in the annotation process. The process relies solely on users' short term memory and engages with them to parsimoniously provide annotations for their own activities as they unfold. E ects of user input are optimised by using Online Active Learning (OAL) to identify the most critical annotations which are expected to lead to highly optimal HAR model performance gains. Personalised HAR models are trained from user-provided annotations as part of the evaluation, focusing mainly on objective model accuracy. The OAL approach is contrasted with Random Selection (RS) { a naive method which makes uninformed annotation requests. A range of simulation-based annotation scenarios demonstrate that using OAL brings bene ts in terms of HAR model performance over RS. Additionally, a mobile application is implemented and deployed in a naturalistic context to collect annotations from a panel of human participants. The deployment is proof that the method can truly run in online mode and it also shows that considerable HAR model performance gains can be registered even under realistic conditions. The ndings from this research point to the conclusion that online learning from userprovided annotations is a valid solution to the problem of constructing personalised HAR models