Sub-graph based joint sparse graph for sparse code multiple access systems

Sparse code multiple access (SCMA) is a promising air interface candidate technique for next generation mobile networks, especially for massive machine type communications (mMTC). In this paper, we design a LDPC coded SCMA detector by combining the sparse graphs of LDPC and SCMA into one joint sparse graph (JSG). In our proposed scheme, SCMA sparse graph (SSG) defined by small size indicator matrix is utilized to construct the JSG, which is termed as sub-graph based joint sparse graph of SCMA (SG-JSG-SCMA). In this paper, we first study the binary-LDPC (B-LDPC) coded SGJSG- SCMA system. To combine the SCMA variable node (SVN) and LDPC variable node (LVN) into one joint variable node (JVN), a non-binary LDPC (NB-LDPC) coded SG-JSG-SCMA is also proposed. Furthermore, to reduce the complexity of NBLDPC coded SG-JSG-SCMA, a joint trellis representation (JTR) is introduced to represent the search space of NB-LDPC coded SG-JSG-SCMA. Based on JTR, a low complexity joint trellis based detection and decoding (JTDD) algorithm is proposed to reduce the computational complexity of NB-LDPC coded SGJSG- SCMA system. According to the simulation results, SG-JSGSCMA brings significant performance improvement compare to the conventional receiver using the disjoint approach, and it can also outperform a Turbo-structured receiver with comparable complexity. Moreover, the joint approach also has advantages in terms of processing latency compare to the Turbo approaches

Συγκριτική παρουσίαση των τεχνολογιών 5G και WiFi 6.0

Τα τελευταία χρόνια, μεγάλη σημασία έχει δοθεί στην πέμπτη γενιά ασύρματης ευρυζωνικής συνδεσιμότητας γνωστής ως 5G, η οποία υπόσχεται μια σημαντική αναβάθμιση στη ποιότητα και στη χωρητικότητα των κινητών ευρυζωνικών υπηρεσιών αλλά και ένα γενικότερο τεχνολογικό άλμα με τη παροχή μιας πληθώρας νέων δυνατοτήτων. Παραδόξως, έχει δοθεί λιγότερη προσοχή στο Wi-Fi 6, το νέο πρότυπο 802.11ax της IEEE στην οικογένεια τεχνολογιών ασύρματου τοπικού δικτύου, με χαρακτηριστικά που στοχεύουν στα ιδιωτικά, ακραία δίκτυα, υποστηρίζοντας υψηλές ταχύτητες, χαμηλή καθυστέρηση και χαμηλή ενεργειακή κατανάλωση. Αυτή η εργασία εξετάζει την καταλληλότητα των κυψελωτών και των Wi-Fi δικτύων στην παροχή υψηλής ταχύτητας ασύρματης σύνδεσης στο διαδίκτυο. Και οι δύο τεχνολογίες φιλοδοξούν να προσφέρουν σημαντικά βελτιωμένη απόδοση, πολύ πιο γρήγορη ασύρματη ευρυζωνική σύνδεση και περαιτέρω υποστήριξη για το διαδίκτυο των πραγμάτων (IoT) και τις επικοινωνίες τύπου μηχανής, τοποθετώντας τις ως τεχνικά υποκατάστατες σε πολλά σενάρια χρήσης. Και οι δύο είναι πιθανό να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στο μέλλον και ταυτόχρονα να αξιοποιηθούν ως ανταγωνιστικές και συμπληρωματικές τεχνολογίες. Το 5G αναμένεται να παραμείνει η προτιμώμενη τεχνολογία για την κάλυψη μιας ευρείας περιοχής, ενώ η τεχνολογία Wi-Fi θα παραμείνει κυρίαρχη για εσωτερική χρήση, χάρη στο πολύ χαμηλότερο κόστος ανάπτυξης. Ωστόσο, τα παραδοσιακά όρια που διέκριναν τις προηγούμενες γενιές κινητών και Wi-Fi δικτύων θολώνουν, με τη παρουσία πλέον αυτών των δυο τεχνολογιών να συμβάλει στην επίτευξη του στόχου της παροχής προσιτών, αξιόπιστων, και αδιάλειπτων ασύρματων ευρυζωνικών συνδέσεων υψηλής χωρητικότητας.In recent years, significant attention has been directed toward the fifth generation of wireless broadband connectivity known as ‘5G’, currently being deployed by Mobile Network Operators. 5G promises a significant upgrade in the quality and capacity of mobile broadband services but also a more general technological leap by providing a plethora of new capabilities Surprisingly, there has been considerably less attention paid to ‘Wi-Fi 6’, the new IEEE 802.1ax standard in the family of Wireless Local Area Network technologies with features targeting private, edge-networks, supporting high speeds, low latency and low energy consumption. This work revisits the suitability of cellular and Wi-Fi in delivering high-speed wireless Internet connectivity. Both technologies aspire to deliver significantly enhanced performance, enabling each to deliver much faster wireless broadband connectivity, and provide further support for the Internet of Things and Machine-toMachine communications, positioning the two technologies as technical substitutes in many usage scenarios. We conclude that both are likely to play important roles in the future, and simultaneously serve as competitors and complements. 5G is anticipated to remain the preferred technology for wide-area coverage, while Wi-Fi 6 will remain the preferred technology for indoor use, thanks to its much lower deployment costs. However, the traditional boundaries that differentiated earlier generations of cellular and Wi-Fi are blurring. The presence of both technologies should contribute to achieving the goal of providing affordable, reliable, and seamless high-bandwidth wireless broadband connections

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

Advanced Trends in Wireless Communications

Physical limitations on wireless communication channels impose huge challenges to reliable communication. Bandwidth limitations, propagation loss, noise and interference make the wireless channel a narrow pipe that does not readily accommodate rapid flow of data. Thus, researches aim to design systems that are suitable to operate in such channels, in order to have high performance quality of service. Also, the mobility of the communication systems requires further investigations to reduce the complexity and the power consumption of the receiver. This book aims to provide highlights of the current research in the field of wireless communications. The subjects discussed are very valuable to communication researchers rather than researchers in the wireless related areas. The book chapters cover a wide range of wireless communication topics