Proceedings of the Second International Mobile Satellite Conference (IMSC 1990)

Presented here are the proceedings of the Second International Mobile Satellite Conference (IMSC), held June 17-20, 1990 in Ottawa, Canada. Topics covered include future mobile satellite communications concepts, aeronautical applications, modulation and coding, propagation and experimental systems, mobile terminal equipment, network architecture and control, regulatory and policy considerations, vehicle antennas, and speech compression

Performance characterization of long-distance digital microwave radio systems

Imperial Users onl

Bit error rate estimation in WiMAX communications at vehicular speeds using Nakagami-m fading model

The wireless communication industry has experienced a rapid technological evolution from its basic first generation (1G) wireless systems to the latest fourth generation (4G) wireless broadband systems. Wireless broadband systems are becoming increasingly popular with consumers and the technological strength of 4G has played a major role behind the success of wireless broadband systems. The IEEE 802.16m standard of the Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) has been accepted as a 4G standard by the Institute of Electrical and Electronics Engineers in 2011. The IEEE 802.16m is fully optimised for wireless communications in fixed environments and can deliver very high throughput and excellent quality of service. In mobile communication environments however, WiMAX consumers experience a graceful degradation of service as a direct function of vehicular speeds. At high vehicular speeds, the throughput drops in WiMAX systems and unless proactive measures such as forward error control and packet size optimisation are adopted and properly adjusted, many applications cannot be facilitated at high vehicular speeds in WiMAX communications. For any proactive measure, bit error rate estimation as a function of vehicular speed, serves as a useful tool. In this thesis, we present an analytical model for bit error rate estimation in WiMAX communications using the Nakagami-m fading model. We also show, through an analysis of the data collected from a practical WiMAX system, that the Nakagami-m model can be made adaptive as a function of speed, to represent fading in fixed environments as well as mobile environments

Proceedings of the Third International Mobile Satellite Conference (IMSC 1993)

Satellite-based mobile communications systems provide voice and data communications to users over a vast geographic area. The users may communicate via mobile or hand-held terminals, which may also provide access to terrestrial cellular communications services. While the first and second International Mobile Satellite Conferences (IMSC) mostly concentrated on technical advances, this Third IMSC also focuses on the increasing worldwide commercial activities in Mobile Satellite Services. Because of the large service areas provided by such systems, it is important to consider political and regulatory issues in addition to technical and user requirements issues. Topics covered include: the direct broadcast of audio programming from satellites; spacecraft technology; regulatory and policy considerations; advanced system concepts and analysis; propagation; and user requirements and applications

Soundings of the ionospheric HF radio link between Antarctica and Spain

Aquest treball ha estat realitzat sota el context del projecte Antàrtic del Grup d’Investigació en Electromagnetisme i Comunicacions de La Salle (Universitat Ramon Llull). L’objectiu d’aquest projecte és l’estudi del canal ionosfèric com a canal de comunicacions digitals i el disseny de modulacions avançades adaptades. Aquest treball de tesi es centra en el sondeig del canal HF al llarg de tres campanyes consecutives des de 2009 fins 2012 entre la Base Antártica Española (BAE) i l’Observatorio de l’Ebre (OE). En primer lloc, a partir del sondeig en banda estreta s’han obtingut la disponibilitat i la freqüència de màxima disponibilitat (FLA) entre la BAE i OE en el període 2009-2012. En segon lloc, el sondeig en banda ampla ens ha permès estimar la relació senyal-soroll en banda ampla, la dispersió temporal (composite multipath spread), la dispersió freqüencial (composite Doppler spread and Doppler frequency shift) i el temps de propagació. En tercer lloc, s’ha investigat la variació intra-diària i inter-diària d’alguns paràmetres (Densitat total d’electrons, freqüències crítiques i la MUF3000) que han estat mesurades en sondeig vertical en quatre estacions situades al llarg del camí entre la BAE i OE. Finalment, s’ha estudiat la correlació entre la FLA de l’enllaç oblic i la MUF300 de les estacions intermèdies properes als punts de reflexió.Este trabajo ha sido realizado en el contexto del proyecto Antártico del Grupo de Investigación en Electromagnetismo y Comunicaciones de La Salle (Universidad Ramon Llull). El objetivo de este proyecto es el estudio del canal ionosférico como canal de comunicaciones digitales además del diseño de modulaciones avanzadas adaptadas. Este trabajo se centra en el sondeo del canal HF a lo largo de tres campañas consecutivas desde 2009 hasta 2012 entre la Base Antártica Española (BAE) y el Observatorio del Ebro (OE). Primero, a partir del sondeo en banda estrecha se han obtenido la disponibilidad y la frecuencia de máxima disponibilidad (FLA) entre la BAE y OE en el periodo 2009-2012. En segundo lugar, el sondeo en banda ancha nos ha permitido estimar la relación señal-ruido en banda ancha, la dispersión temporal (composite multipath spread), la dispersión frecuencial (composite Doppler spread and Doppler frequency shift) y el tiempo de propagación. En tercer lugar, se ha investigado la variación intra-diaria y la inter-diaria de varios parámetros (Densidad total de electrones, frecuencias críticas y la MUF3000) que han sido medidas en sondeo vertical en cuatro estaciones situadas a lo largo del camino entre la BAE y OE.Finalmente, se ha estudiado la correlación entre la FLA del enlace oblicuo y la MUF300 de las estaciones intermedias cercanas a los puntos de reflexión.This work has been done in the context of the Antarctic Project of the Research Group in Electromagnetism and Communications of La Salle (Ramon Llull University). The aim of this project is to study the ionospheric channel as a digital communications channel as well as to design specific advanced modulations specially adapted to it. This work is devoted to the HF channel sounding throughout three consecutive surveys from 2009 to 2012 between the Spanish Antarctic Station (SAS) and the Ebro Observatory (OE). First, the availability and the Frequency of Largest Availability (FLA) of the SAS-OE link have been obtained from the narrowband sounding technique from 2009 to 2012. Second, wideband sounding of the SAS-OE link has been done to estimate the wideband Signal to Noise Ratio (SNR), the time dispersion (composite multipath spread), frequency dispersion (composite Doppler spread and Doppler frequency shift), and the propagation time. Third, there has been an investigation about the day-to-day and inter-day variations of various parameters (e.g., Total Electron Density, critical frequencies, and Maximum Usable Frequency for ground distance MUF(3000)) that have been measured at four Vertical Incidence Sounding (VIS) stations located over the SAS-OE link path throughout three consecutive surveys (from 2009 to 2012). Finally, the correlation between the FLA of the SAS-OE ionospheric link and the MUF(3000) obtained from VIS stations located close to the reflection points of the same link has been studied

Optimization of Spectrum Management in Massive Array Antenna Systems with MIMO

Fifth generation (5G), is being considered as a revolutionary technology in the telecommunication domain whose the challenges are mainly to achieve signal quality and great ability to work with free spectrum in the millimetre waves. Besides, other important innovations are the introduction of a more current architecture and the use of multiple antennas in transmission and reception. Digital communication using multiple input and multiple output (MIMO) wireless links has recently emerged as one of the most significant technical advances in modern communications. MIMO technology is able to offer a large increase in the capacity of these systems, without requiring a considerable increase in bandwidth or power required for transmission. This dissertation presents an overview of theoretical concepts of MIMO systems. With such a system a spatial diversity gain can be obtained by using space-time codes, which simultaneously exploit the spatial domain and the time domain. SISO, SIMO and MISO systems are differentiated by their channel capacity and their configuration in relation to the number of antennas in the transmitter/receiver. To verify the effectiveness of the MIMO systems a comparison between the capacity of SISO and MIMO systems has been performed using the Shannon’s principles. In the MIMO system some variations in the number of antennas arrays have been considered, and the superiority of transmission gains of the MIMO systems have been demonstrated. Combined with millimetre waves (mmWaves) technology, massive MIMO systems, where the number of antennas in the base station and the number of users are large, is a promising solution. SDR implementations have been performed considering a platform with Matlab code applied to MIMO 2x2 Radio and Universal Software Peripheral Radio (USRP). A detailed study was initially conducted to analyze the architecture of the USRP. Complex structures of MIMO systems can be simplified by using mathematical methods implemented in Matlab for the synchronization of the USRP in the receiver side. SISO transmission and reception techniques have been considered to refine the synchronization (with 16-QAM), thus facilitating the future implementation of the MIMO system. OpenAirInterface has been considered for 4G and 5G implementations of actual mobile radio communication systems. Together with the practical MIMO, this type of solution is the starting point for future hardware building blocks involving massive MIMO systems.A quinta geração (5G) está sendo considerada uma tecnologia revolucionária no setor de telecomunicações, cujos desafios são principalmente a obtenção de qualidade de sinal e grande capacidade de trabalhar com espectro livre nas ondas milimétricas. Além disso, outras inovações importantes são a introdução de uma arquitetura mais atual e o uso de múltiplas antenas em transmissão e recepção. A comunicação digital usando ligaçõe sem fio de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO) emergiu recentemente como um dos avanços técnicos mais significativos nas comunicações modernas. A tecnologia MIMO é capaz de oferecer um elevado aumento na capacidade, sem exigir um aumento considerável na largura de banda ou potência transmitida. Esta dissertação apresenta uma visão geral dos conceitos teóricos dos sistemas MIMO. Com esses sistemas, um ganho de diversidade espacial pode ser obtido utilizando códigos espaço-tempo reais. Os sistemas SISO, SIMO e MISO são diferenciados pela capacidade de seus canais e a sua configuração em relação ao número de antenas no emissor/receptor. Para verificar a eficiência dos sistemas MIMO, realizou-se uma comparação entre a capacidade dos sistemas SISO e MIMO utilizado os princípios de Shannon. Nos sistemas MIMO condecideraram-se algumas variações no número de agregados de antenas, e a superioridade dos ganhos de transmissão dos sistemas MIMO foi demonstrada. Combinado com a tecnologia de ondas milimétricas (mmWaves), os sistemas massivos MIMO, onde o número de antenas na estação base e o número de usuários são grandes, são uma solução promissora. As implementações do SDR foram realizadas considerando uma plataforma com código Matlab aplicado aos rádios MIMO 2x2 e Universal Software Peripheral Radio (USRP). Um estudo detalhado foi inicialmente conduzido para analisar a arquitetura da USRP. Estruturas complexas de sistemas MIMO podem ser simplificadas usando métodos matemáticos implementados no Matlab para a sincronização do USRP no lado do receptor. Consideraram-se técnicas de transmissão e recepção SISO para refinar a sincronização (com 16-QAM), facilitando assim a implementação futura do sistema MIMO . Considerou-se o OpenAirInterface para implementações 4G e 5G de sistemas reais de comunicações móveis. Juntamente com o MIMO na pratica, este tipo de solução é o ponto de partida para futuros blocos de construção de hardware envolvendo sistemas MIMO massivos

Proceedings of the Mobile Satellite Conference

A satellite-based mobile communications system provides voice and data communications to mobile users over a vast geographic area. The technical and service characteristics of mobile satellite systems (MSSs) are presented and form an in-depth view of the current MSS status at the system and subsystem levels. Major emphasis is placed on developments, current and future, in the following critical MSS technology areas: vehicle antennas, networking, modulation and coding, speech compression, channel characterization, space segment technology and MSS experiments. Also, the mobile satellite communications needs of government agencies are addressed, as is the MSS potential to fulfill them

On geometry-base statistical channel models for MIMO wireles communications

El uso de sistemas de comunicación de banda ancha de múltiple entradamúltiple salida (Multiple Input Multiple Output MIMO) es actualmente objeto de un interés considerable. Una razón para esto es el reciente desarrollo de sistemas de comunicación móvil de tercera generación (3G) y superiores, tales como la tecnología de banda ancha Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA, por sus siglas en inglés), la cual proporciona canales de radio de 5 MHz de ancho de banda. Para el diseño y la simulación de estos sistemas de radio móviles que usan propagación inalámbrica MIMO (como Wideband-CDMA por ejemplo), necesitamos modelos de canal que provean la requerida información espacial y temporal necesaria para el estudio de tales sistemas, esto es, los parámetros básicos de modelado en los dominios del espacio y el tiempo. Como ejemplo podemos mencionar, el valor cuadrático medio de la dispersión del retardo (Delay spread DS) el cual está directamente relacionado a la capacidad de un sistema de comunicación específico y nos da una idea aproximada de la complejidad del receptor. En esta tesis, se propone un modelo basado en geometría con enfoque en grupos (clusters) y es utilizado para el análisis en los dominios del espacio y el tiempo para condiciones estacionarias, y para representar los perfiles de potencia-angulo-retardo (Power Delay Angle Profiles PDAPs) de los componentes multi-trayectoria en ambientes urbanos. Además, se han derivado soluciones en formas cerradas para las expresiones en el dominio del ángulo (espacial) y del tiempo. La investigación previa sobre el modelado de canales cubre una amplia variedad de aspectos en varios niveles de detalle, incluyendo análisis para condiciones no estacionarias. Sin embargo el trabajo presentado en la literatura no incluye las relaciones entre los grupos (cluster) físicos y los PDAPs. El modelo propuesto basado en grupos (clusters) puede ser usado para mejorar aún más el desempeño en condiciones estacionarias de los sistemas de comunicaciones móviles actuales y futuros tales como los sistemas de comunicación MIMO de banda ancha. En la tesis también se presenta un análisis en el dominio del ángulo (espacial) y del tiempo respectivamente, a través de las funciones densidad de probabilidad (PDF) de la dirección de llegada (Direction of Arrival DOA) y el tiempo de llegada (Time of Arrival TOA) para el modelo basado en grupos. A fin de evaluar las funciones de probabilidad teóricas derivadas, éstas han sido comparadas con resultados experimentales publicados en la literatura. La comparación con estos resultados experimentales muestran una buena concordancia, no obstante la técnica de modelado presentada en esta tesis se encuentra limitada a condiciones estacionarias del canal. La condición de no estacionariedad se ubica más allá del alcance de esta tesis, es decir, el modelo propuesto no incorpora el efecto Doppler en los análisis

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