SGD Frequency-Domain Space-Frequency Semiblind Multiuser Receiver with an Adaptive Optimal Mixing Parameter

A novel stochastic gradient descent frequency-domain (FD) space-frequency (SF) semiblind multiuser receiver with an adaptive optimal mixing parameter is proposed to improve performance of FD semiblind multiuser receivers with a fixed mixing parameters and reduces computational complexity of suboptimal FD semiblind multiuser receivers in SFBC downlink MIMO MC-CDMA systems where various numbers of users exist. The receiver exploits an adaptive mixing parameter to mix information ratio between the training-based mode and the blind-based mode. Analytical results prove that the optimal mixing parameter value relies on power and number of active loaded users existing in the system. Computer simulation results show that when the mixing parameter is adapted closely to the optimal mixing parameter value, the performance of the receiver outperforms existing FD SF adaptive step-size (AS) LMS semiblind based with a fixed mixing parameter and conventional FD SF AS-LMS training-based multiuser receivers in the MSE, SER and signal to interference plus noise ratio in both static and dynamic environments

Coherent and Differential Downlink Space-Time Steering Aided Generalised Multicarrier DS-CDMA

This paper presents a generalised MultiCarrier Direct Sequence Code Division Multiple Access (MC DS-CDMA) system invoking smart antennas for improving the achievable performance in the downlink. In this contribution, the MC DSCDMA transmitter employs an Antenna Array (AA) and Steered Space-Time Spreading (SSTS). Furthermore, the proposed system employs both Time and Frequency (TF) domain spreading for extending the capacity of the system, which is combined with a user-grouping technique for reducing the effects of Multi-User Interference (MUI). Moreover, to eliminate the high complexity Multiple Input Multiple Output (MIMO) channel estimation required for coherent detection, we also propose a Differential SSTS (DSSTS) scheme. More explicitly, for coherent SSTS detection MVNr number of channel estimates have to be generated, where M is the number of transmit AAs, V is the number of subcarriers and Nr is the number of receive antennas. This is a challenging task, which renders the low-complexity DSSTS scheme attractive. Index Terms—MIMO, MC DS-CDMA, beamforming, spacetime spreading, differential space-time spreading

Multicarrier CDMA: A very promissing multiple access scheme for future wideband wireless networks

International audienceIn this paper, multicarrier techniques are studied in the context of the future wideband wireless networks. After a brief presentation of the third generation mobile networks, MC-CDMA systems are considered for the downlink of the future high rate cellular networks. The performance of different mono-user and multi-user detection techniques are compared with the help of Monte Carlo simulations over a frequency selective Rayleigh channel. Thus, the efficiency of MC-CDMA as a very promising multiple access and robust modulation scheme is successfully demonstrated for the downlink of the future wideband mobile networks. Finally, the first results concerning the performance of Multicarrier CDMA technique combined with space-time block coding in order to build a Multiple Input Multiple Output/MC-CDMA system are presented over a Rayleigh channel

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

MC-DS-CDMA System based on DWT and STBC in ITU Multipath Fading Channels Model

 في هذه الورقة، تم تحسين أداء النفوذ المتعدد بالتقسيم لرمز السلسلة المباشر متعدد الموجات (MC-DS-CDMA) في تطبيقات MC-DS-CDMA الثابتة والتطبيقات MC-DS-CDMA  المتنقلة باستعمال تعويضات التشفير الزمنية الفضائية وتحويل فورير السريعة المنفصلة (FFT) أو تحويل المويجات المنفصلة DWT. وقد تمت محاكاة أنظمة MC-DS-CDMA  باستخدام ماتلاب 2015a. من خلال محاكاة النظام المقترح، يمكن تغيير المعالم المختلفة واختبارها. ويتم الحصول على معدل خطأ البيانات (BER) لهذه الأنظمة على مدى واسع من نسبة الإشارة إلى الضوضاء. وقد قورنت جميع نتائج المحاكاة مع بعضها البعض باستخدام حجم الموجة الحاملة الفرعية المختلفة FFT أو DWT مع ل STBC 1،2،3 و 4 هوائيات في المرسل وفي مختلف قنوات الخبو في متعددة الممرات ITU ومختلف ترددات دوبلر (fd).In this paper, the performance of multicarrier direct sequence code division multiple access (MC-DS-CDMA) in fixed MC-DS-CDMA and Mobile MC-DS-CDMA applications have been improved by using the compensations of space time block coding and Discrete Fast Fourier transforms (FFT) or Discrete Wavelets transform DWT. These MC-DS-CDMA systems had been simulated using MATLAB 2015a. Through simulation of the proposed system, various parameters can be changed and tested. The Bit Error Rate (BERs) of these systems are obtained over wide range of signal to noise ratio. All simulation results had been compared with each other using different subcarrier size of FFT or DWT with STBC for 1,2,3 and 4 antennas in transmitter and under different ITU multipath fading channels and different Doppler frequencies (fd). The proposed structures of STBC-MC-DS-CDMA system based on (DWT) batter than based on (FFT) in varies Doppler frequencies and subcarrier size. Also, proposed system with STBC based on 4 transmitters better than other systems based on 1 or 2 or 3 transmitters in all Doppler frequencies and subcarrier size in all simulation results

Performance of STBC MC-CDMA systems over outdoor realistic MIMO channels

The paper deals with orthogonal space-time block coded MC-CDMA systems in outdoor realistic downlink scenarios with up to two transmit and receive antennas. Assuming no channel state information at the transmitter, we compare several linear single-user detection and spreading schemes, with or without channel coding, achieving a spectral efficiency of 1-2 bits/s/Hz. The different results obtained demonstrate that spatial diversity significantly improves the performance of MC-CDMA systems, and allows different chip-mapping without notably decreasing performance. Moreover, the global system exhibits a good trade-off between complexity at mobile stations and performance. Then, Alamouti's STBC MC-CDMA schemes derive full benefit from the frequency and spatial diversities and can be considered as a very realistic and promising candidate for the air interface downlink of the 4/sup th/ generation mobile radio systems

Multiuser MIMO-OFDM for Next-Generation Wireless Systems

This overview portrays the 40-year evolution of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) research. The amelioration of powerful multicarrier OFDM arrangements with multiple-input multiple-output (MIMO) systems has numerous benefits, which are detailed in this treatise. We continue by highlighting the limitations of conventional detection and channel estimation techniques designed for multiuser MIMO OFDM systems in the so-called rank-deficient scenarios, where the number of users supported or the number of transmit antennas employed exceeds the number of receiver antennas. This is often encountered in practice, unless we limit the number of users granted access in the base station’s or radio port’s coverage area. Following a historical perspective on the associated design problems and their state-of-the-art solutions, the second half of this treatise details a range of classic multiuser detectors (MUDs) designed for MIMO-OFDM systems and characterizes their achievable performance. A further section aims for identifying novel cutting-edge genetic algorithm (GA)-aided detector solutions, which have found numerous applications in wireless communications in recent years. In an effort to stimulate the cross pollination of ideas across the machine learning, optimization, signal processing, and wireless communications research communities, we will review the broadly applicable principles of various GA-assisted optimization techniques, which were recently proposed also for employment inmultiuser MIMO OFDM. In order to stimulate new research, we demonstrate that the family of GA-aided MUDs is capable of achieving a near-optimum performance at the cost of a significantly lower computational complexity than that imposed by their optimum maximum-likelihood (ML) MUD aided counterparts. The paper is concluded by outlining a range of future research options that may find their way into next-generation wireless systems