MGF Approach to the Analysis of Generalized Two-Ray Fading Models

We analyze a class of Generalized Two-Ray (GTR) fading channels that consist of two line of sight (LOS) components with random phase plus a diffuse component. We derive a closed form expression for the moment generating function (MGF) of the signal-to-noise ratio (SNR) for this model, which greatly simplifies its analysis. This expression arises from the observation that the GTR fading model can be expressed in terms of a conditional underlying Rician distribution. We illustrate the approach to derive simple expressions for statistics and performance metrics of interest such as the amount of fading, the level crossing rate, the symbol error rate, and the ergodic capacity in GTR fading channels. We also show that the effect of considering a more general distribution for the phase difference between the LOS components has an impact on the average SNR.Comment: 14 pages, 8 Figures and 2 Tables. This work has been accepted for publication at IEEE Transactions on Wireless Communications. Copyright (c) 2014 IEEE. Personal use of this material is permitted. However, permission to use this material for any other purposes must be obtained from the IEEE by sending a request to [email protected]

High-order statistics of the Kappa-Mu extreme fading

Orientador: Michel Daoud YacoubDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Estudos recentes têm mostrado a relevância da pesquisa de modelos de desvanecimento em condições severas. Um desses modelos mais recentes é conhecido como desvanecimento k-? Extreme. Esta dissertação apresenta algumas aproximações em fórmula fechada para as estatísticas de ordem superior do modelo de desvanecimento k-? Extreme. A razão para as aproximações surge do fato de que a formulação clássica para encontrar a taxa de cruzamento de nível possui limitações, que afetam sua aplicação no modelo de desvanecimento aqui estudado. A limitação básica diz respeito ao fato de a formulação clássica aplicar-se apenas a processos contínuos, o que não reflete o caso k-? Extreme. Com base nisso, e na análise de curvas empíricas, cujos diversos dados de campo enquadram-se nas estatísticas de primeira ordem do modelo k-? Extreme, as propostas de aproximações foram formuladas. As comparações com os dados de campo mostram que as aproximações propostas fornecem excelentes resultadosAbstract: Recent studies have shown the research relevance of fading models under severe fading conditions. One of these newest models is known as k-? Extreme fading. This dissertation presents some closed-form approximations to the high-order statistics of the k-? Extreme model. The reason for the approximations arises from the fact that the classical formulation to find the level crossing rate has limitations, which affect its applicability in the fading model studied here. The basic limitation of the classic formulation concerns the fact that it applies to continuous processes, which is not the case of the k-? Extreme. In light of this, and in the analysis of empirical curves, whose different field data closely follow the first-order statistics of the k-? Extreme model, the proposed approximations have been formulated. The comparisons with field data show that the proposed approximations yield excellent resultsMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestre em Engenharia Elétric

Wireless link performance under severe fading condititions and stastical modeling of correlated fading channels with arbitrary parameters

Orientador: Michel Daoud YacoubDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: Este trabalho avalia o desempenho de enlaces sem fio em condições muito severas de desvanecimento. Para isso, uma nova distribuição de probabilidade, a ?-µ Extrema, é investigada como modelo de desvanecimento para descrever o sinal propagado em tais condições. Ajustes a dados de campos publicados na literatura e coletados em um ambiente confinado e outros dados coletados pelo grupo de pesquisa do autor deste trabalho mostram que a distribuição ?-µ Extrema é flexível e apropriada para modelar ambientes severos. Medidas de desempenho de enlace são então obtidas para esquemas de modulação não-coerente, onde é mostrado que, devido a uma característica particular do canal de desvanecimento ?-µ Extremo, a taxa de erro de bit é limitada inferiormente por um valor assintótico não-nulo. Do mesmo modo, para qualquer uma das três técnicas de combinação por diversidade denominadas combinação por seleção, combinação por razão máxima e combinação por ganho igual, a taxa de erro de bit também é limitada inferiormente, embora o valor mínimo decresça com o aumento do número de ramos de diversidade. Formulações para a distribuição do sinal de saída e relação sinal-ruído média na saída dos combinadores também são obtidas. De forma bastante interessante, é mostrado que em condições extremas de desvanecimento, o desempenho do combinador por seleção pode superar o desempenho do combinador por ganho igual. Além disso, este trabalho também apresenta uma formulação inédita para a distribuição conjunta a-µ, que inclui como casos particulares as distribuições de desvanecimento largamente utilizadas Weibull, Nakagami-m e Rayleigh. Escrita em termos de funções já conhecidas na literatura, a formulação é facilmente computável e muito geral na medida em que permite um esquema de correlação e parâmetros arbitrários. Embora a formulação seja dada na forma de soma infinita, é mostrado que uma versão truncada também é uma distribuição válida. Finalmente, para demonstrar a aplicabilidade das novas formulações, a distribuição da envoltória na saída de um combinador por seleção é avaliada utilizando as abordagens exata e aproximada. Os resultados mostram que um número pequeno de termos na soma já é suficiente para prover um excelente ajuste entre os resultados exatos e aproximadosAbstract: This work evaluates the performance of a wireless link under severe fading conditions. To achieve this, a new probability distribution, the ?-µ Extreme, is investigated as a fading model to describe the propagated signal under such conditions. Adjustments to field data published elsewhere in the literature, collected in an enclosed environment, and other fading data collected by the author's team show that the ?-µ Extreme distribution is flexible and suitable to model these scenarios. Link performance measures are then obtained for non-coherent modulation schemes, where it is shown that, due to an intrinsic characteristic of the ?-µ Extreme fading channel, the bit error rate is lower-bounded by a non-nil minimum value. In the same way, for anyone of the M-branch basic diversity combining techniques, namely selection combining, maximal ratio combining, and equal gain combining, the bit error rate is still lower-bounded, although the minimum achievable value decreases exponentially with the increase in the number of diversity branches. Formulations for the outage probability as well as mean signal-to-noise ratio at the output of the combiners are also derived. Interestingly, it is shown that in extreme fading conditions, the selection combiner may outperform the equal gain combiner. In addition, this works also derives a new closed-form series-type formulation for the multivariate a-µ joint distribution, which includes as particular cases the largely used fading distributions Weibull, Nakagami-m, and Rayleigh. Written in terms of functions already available in literature, the formulation is easily computable and very general for it assumes arbitrary correlation scheme and parameters. Even though the new formulation is given in terms of an infinite series, it is shown that a truncated version is still a valid distribution. Finally, in order to demonstrate the applicability of the new results, the envelope cumulative distribution at the output of the selection combiner is evaluated using the approximate and exact approaches. The results show that that only a few terms is sufficient to provide an excellent fit between approximate and exact resultsMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestre em Engenharia Elétric