Repeat-Accumulate構造に基づく直列連接信号符号

電気通信大学201

Spectral and Energy Efficient Communication Systems and Networks

In this thesis, design and analysis of energy- and spectral-efficient communication and cellular systems in micro wave and millimeter wave bands are considered using the following system performance metrics: i) Energy efficiency; ii) Spectral efficiency; iii) Spatial spectral efficiency; iv) Spatial energy efficiency, and v) Bit error rate. Statistical channel distributions, Nakagami-m and Generalized-K, and path loss models, Line of Sight (LOS) and Non-Line of Sight (NLOS), are used to represent the propagation environment in these systems. Adaptive M-QAM and M-CPFSK communication systems are proposed to enhance their efficiency metrics as a function of Signal-to-Noise Ratio (SNR) over the channel. It is observed that in the adaptive M-QAM system energy efficiency can be improved by 0.214 bits/J whereas its spectral efficiency can be enhanced by 40%, for wide range of SNR compared to that of conventional M-QAM system. In case of adaptive M-CPFSK system, spectral and energy efficiencies can be increased by 33% and 76%, respectively. A framework for design and analysis of a cellular system, with omni and sectorized antenna systems at Base Station (BS), using its efficiency metrics and coverage probability is presented assuming wireless channel is Nakagami-m fading coupled with path loss and co-channel interference. It is noted that sectorized antenna system at BS enhances energy and spectral efficiencies by nearly 109% and 1.5 bits/s/Hz, respectively, compared to conventional omni antenna system. A Multi-User MIMO cellular system is then investigated and closed-form expressions for its uplink efficiency metrics are derived for fading and shadowing wireless channel environment. It is observed that increasing number of antennas in MIMO system at BS can significantly improve efficiency metrics of cellular system. Finally, a framework for design and analysis of dense mmWave cellular system, in 28 and 73 GHz bands, is presented for efficient utilization of spectrum and power of the system. The efficiency metrics of the system are evaluated for LOS and NLOS links. It is observed that while 28 GHz band is expedient for indoor cellular systems, the 73 GHz band is appropriate for outdoor systems

Communication coopérative, codage distribué, réseaux sans fil de relais

With the rapid growth of wireless technologies, devices and mobile applications, the quest of high throughput and omnipresent connectivity in wireless networks increases rapidly as well. It is well known that cooperation increases significantly the spectral efficiency (coding gain) and the reliability (diversity gain) of the transmission between the nodes. The concept of cooperation in wireless relays network is still one of the most active research topics in wireless communication, scientists are still searching for the optimal cooperation strategies that make the possible gains at the maximum. Cooperation results when nodes in a network share their power and/or bandwidth resources to mutually enhance their transmissions and receptions. In wireless relay networks, the relays are special nodes that are used to improve the quality of communication between the source nodes and the destination nodes. In particular, the use of relays guarantees more efficient and reliable networks. In this work, we focus on a special wireless relay network where a set of sources (mobiles) want to communicate their messages to a common destination (base station) with the help of a set of relaysAt the beginning of this work, we focused on the cooperative scheme where the relay, after a fixed portion of time, tries to understand (decode) the source’s messages and forwards helpful signals for the correctly decoded ones. One of the limitations of the previous cooperative scheme is the fixe listening time of the relays, which cannot be adapted to the quality of the instantaneous sources-relays links. To solve this problem we propose a more advanced cooperative scheme where the listening time of each relay can be dynamic and not fixed in advanced. So the relay that has strong links with the sources can start cooperating earlier than the other relays with weak links. Currently, we are investigating other directions of possible improvements, for example, how can we use feedback signals to improve the efficiency of the network.Avec la croissance rapide des appareils et des applications mobiles, les besoins en débit et en connectivité dans les réseaux sans fil augmentent rapidement. Il est prouvé que les communications coopératives peuvent augmenter significativement l’efficacité spectrale et la fiabilité des transmissions entre les nœuds extrémaux. Le concept de coopération dans un réseau sans fil compte parmi les sujets de recherche les plus actifs en télécommunications, le but étant d'identifier les stratégies de coopération qui maximiseraient les gains en efficacité spectrale et en puissance d'émission. Pour coopérer, les nœuds du réseau partagent leurs ressources (énergie, bande de fréquence, etc. ...) pour améliorer mutuellement leurs transmissions et leurs réceptions. Dans les réseaux sans fil avec relais, les relais sont des nœuds dédiés à améliorer la qualité de la communication entre les nœuds sources et destination.Dans la première partie de la thèse, nous nous concentrons sur un réseau sans fil avec relais spécifique où l'ensemble de sources (mobiles) veulent communiquer leurs messages à une destination commune (station de base) avec l'aide d'un ensemble de relais (contexte cellulaire, sens montant). Nous étudions, sur les plans théorique et pratique, un schéma coopératif dans lequel les relais, après une durée d'écoute fixée a priori, essayent de décoder les messages des sources et commencent à transmettre des signaux utiles pour ceux qui sont décodés correctement. Ces signaux utiles sont le résultat d'un codage canal-réseau conjoint.Une des limitations du système coopératif précédent est précisément que le temps d'écoute des relais est figé et ne peut pas être adapté à la qualité fluctuante (aléatoire) des liens instantanés sources-relais. Pour pallier cette difficulté, nous proposons et analysons, dans une seconde partie de la thèse, un schéma de coopération plus avancé où le temps d'écoute de chaque relais peut être dynamique. Dans ces conditions, un relais bénéficiant d'une meilleure qualité de réception des sources peut commencer à coopérer plus tôt que d'autres relais ayant une qualité de réception moindre.Enfin, dans la troisième et dernière partie de la thèse, nous considérons la présence d'une information de retour limitée (limited feedback) entre la destination et les sources et les relais, et tentons de caractériser l'efficacité spectrale d'un tel système