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)

Esquemas de pré-codificação IA com IB-DFE para sistemas MC-CDMA

Mestrado em Engenharia Eletrónica e TelecomunicaçõesTo achieve high bit rates, needed to meet the quality of service requirements of future multimedia applications, multi-carrier code division multiple access (MC-CDMA) has been considered as a candidate air-interface. Interference alignment (IA) is a promising technique that allows high capacity gains in interfering channels. On the other hand, iterative block decision feedback equalization (IB-DFE) based receivers can efficiently exploit the inherent space-frequency diversity of the MIMO MC-CDMA systems. In this thesis we proposed an IA precoding at the transmitter with IB-DFE based processing at the receiver for MC-CDMA systems. The IA precoding is applied at chip level instead of the data symbols level, as in the conventional IA based systems. The receiver is designed in two steps: first the equalizers based on zero forcing (ZF) or minimum mean square error (MMSE) are used to remove the aligned users´ interference. Then and after a whitening noise process, an IB-DFE based equalizer is designed to remove both the residual inter-user aligned and inter-carrier interferences. The results have shown that the obtained performance is very close to the one obtained by the optimal matched filter, with few iterations at the receiver side.Para atingir maiores ritmos de transmissão, as futures aplicações multimédia necessitam de atingir a qualidade de serviço necessária. Para isso, o multi-carrier code division multiple access (MC-CDMA) tem sido apontado como um forte candidato para interface ar dos futuros sistemas celulares. O Interference Alignment (IA) ou alinhamento de interferência é uma técnica promissora que permite ter altos ganhos de capacidade em canais com interferência. Por outro lado, temos receptores baseados no conceito iterative block decision feedback equalization(IB-DFE) que conseguem tirar partido, de uma forma eficiente, da inerente diversidade espaço-frequência dos sistemas MIMO MC-CDMA. Nesta dissertação é implementada uma pré-codificação baseada no conceito de IA considerando três transmissores (ou estações base) juntamente, com um processamento IB-DFE no receptor para sistemas MC-CDMA.A pré-codificação é aplicada ao nível de chip em vez de ser aplicado ao nível dos dados. O receptor é projectado em dois passos: em primeiro lugar equalizadores baseados em ZF ou em MMSE são utilizados para remover a interferência alinhada dos restantes utilizadores. De seguida, e após aplicar um processo de branqueamento do ruído ao sinal à saída do primeiro equalizador, um segundo equalizador baseado em IB-DFE é projectado para remover a interferência inter-utilizador residual e também a interferência residual entre portadoras. Os resultados obtidos mostraram-se satisfatórios na remoção da interferência obtendo-se um desempenho muito próximo do obtido considerando um filtro adaptado

Técnicas de equalização iterativas no espaço-frequência para o LTE

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesMobile communications had a huge leap on its evolution in the last decade due to the constant increase of the user requirements. The Long Term Evolution is the new technology developed to give proper answer to the needs of a growing mobile communications community, offering much higher data rates, better spectral efficiency and lower latency when compared to previous technologies, along with scalable bandwidth, interoperability and easy roaming. All these advantages are possible due to the implementation of new network architectures like the E-UTRAN access network and the EPC core network, the use of MIMO systems, and new multiple access schemes: OFDMA for downlink and SC-FDMA for uplink. This thesis focuses on the uplink communication of this technology with SC-FDMA, specifically on the use of Iterative Block Decision Feedback Equalizers (IB-DFE) where both the feedback and the feedforward equalizer matrices are applied on the frequency domain. Two IB-DFE schemes were implemented using both Parallel Interference Cancellation (PIC) and Serial Interference Cancellation (SIC) based processing. We considered the uplink scenario where some users share the same physical channel to transmit its own information to the Base Station (BS). Also, we consider that the BS is equipped with multiple antennas and the user terminals (UT) with a single antenna. The aim of the studied iterative schemes is to efficiently remove both the multi-user and inter-carrier interferences, while allowing a close-to-optimum space-diversity gain. The results obtained showed that both PIC and SIC implementations presented better performance than the conventional used linear multi-user sub optimal equalizers ZF and MMSE. Both solutions efficiently eliminate the multi-user interference, although the SIC based scheme slightly outperforms the PIC approach, with a performance close to the one achieved by the Matched Filter Bound (MFB).As comunicações móveis tiveram um grande avanço na sua evolução na última década devido ao constante aumento dos requisitos dos utilizadores. O Long Term Evolution é a nova tecnologia desenvolvida para dar resposta às necessidades de uma crescente comunidade de comunicações móveis, oferecendo taxas de transmissão de dados muito mais elevadas, melhor eficiência espectral e menor latência quando comparado a tecnologias anteriores, incluindo também largura de banda escalável, interoperabilidade e roaming simples. Todas estas vantagens são possíveis devido à implementação de novas arquiteturas de rede, como a rede de acesso E-UTRAN e a rede core EPC, o uso de sistemas MIMO, e novos esquemas de múltiplo acesso: OFDMA para o downlink e SC-FDMA para o uplink. Esta tese centra-se na comunicação no sentido ascendente desta tecnologia onde o esquema utilizado é o SC-FDMA, mais especificamente na aplicação de Iterative Block Decision Feedback Equalizers (IB-DFE) onde tanto a matriz de feedback como a de feedfoward do equalizador são aplicadas no domínio da frequência. Dois esquemas IB-DFE foram implementados utilizando processamento baseado em cancelamento de interferência em paralelo (PIC) e em serie (SIC). Foi considerado um cenário ascendente onde alguns utilizadores (UEs) partilham o mesmo canal físico para transmitir a sua informação para a Estação Base (BS). È também assumido que a BS está equipada com múltiplas antenas, e os terminais dos utilizadores com uma antena apenas. O objetivo dos esquemas iterativos estudados é remover eficientemente a interferência entre utilizadores e entre portadoras, permitindo entretanto um ganho de diversidade no espaço quase ótimo. Os resultados obtidos mostraram que tanto a implementação PIC como a SIC apresentam melhor eficiência do que os habituais equalizadores lineares sub ótimos ZF e MMSE. Ambas as soluções eliminam a interferência entre utilizadores, embora o esquema SIC apresente um melhor desempenho que o PIC, aproximando- se do atingido com o Matched Filter Bound (MFB)

NOVEL OFDM SYSTEM BASED ON DUAL-TREE COMPLEX WAVELET TRANSFORM

The demand for higher and higher capacity in wireless networks, such as cellular, mobile and local area network etc, is driving the development of new signaling techniques with improved spectral and power efficiencies. At all stages of a transceiver, from the bandwidth efficiency of the modulation schemes through highly nonlinear power amplifier of the transmitters to the channel sharing between different users, the problems relating to power usage and spectrum are aplenty. In the coming future, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technology promises to be a ready solution to achieving the high data capacity and better spectral efficiency in wireless communication systems by virtue of its well-known and desirable characteristics. Towards these ends, this dissertation investigates a novel OFDM system based on dual-tree complex wavelet transform (D