Modulation-mode assignment for SVD-assisted and iteratively detected downlink multiuser MIMO transmission schemes

In this contribution we jointly optimize the number of multiple-input multiple-output (MIMO) layers and the number of bits per symbol within an iteratively-detected multiuser MIMO downlink (DL) transmission scheme under the constraint of a given fixed data throughput and integrity. Instead of treating all the users jointly as in zero-forcing (ZF) multiuser transmission techniques, the investigated singular value decomposition (SVD) assisted DL multiuser MIMO system takes the individual user's channel characteristics into account. In analogy to bit-interleaved coded irregular modulation, we introduce a MIMO-BICM scheme, where different user-specific signal constellations and mapping arrangement were used within a single codeword. Extrinsic information transfer (EXIT) charts are used for analyzing and optimizing the convergence behaviour of the iterative demapping and decoding. Our results show that in order to achieve the best bit-error rate, not necessarily all user-specific MIMO layers have to be activate

EXIT chart analysis of iteratively detected and SVD-assisted broadband MIMO-BICM schemes

In this contribution the number of activated MIMO layers and the number of bits per symbol are jointly optimized under the constraint of a given fixed data throughput and integrity. In general, non-frequency selective MIMO links have attracted a lot of research and have reached a state of maturity. By contrast, frequency selective MIMO links require substantial further research, where spatio-temporal vector coding (STVC) introduced by Raleigh seems to be an appropriate candidate for broadband transmission channels. In analogy to bit-interleaved coded irregular modulation, a broadband MIMO-BICM scheme is introduced, where different signal constellations and mappings are used within a single codeword. Extrinsic Information Transfer (EXIT) charts are used for analyzing and optimizing the convergence behaviour of the iterative demapping and decoding. Our results show that in order to achieve the best bit-error rate, not necessarily all MIMO layers have to be activated

Study of phase noise in optical coherent systems

Le bruit de phase est un problème important dans la conception de systèmes cohérents optiques. Bien que le bruit de phase soit étudié énormément dans les communications sans fil, certains aspects de bruit de phase sont nouveaux dans des systèmes cohérents optiques. Dans cette thèse, nous explorons les statistiques de bruit de phase dans les systèmes optiques cohérentes et proposons une nouvelle technique pour améliorer la robustesse du système envers le bruit de phase. Notre première contribution traite de l’étude des statistiques de bruit de phase en présence de compensation électronique de la dispersion chromatique (CD) dans des systèmes cohérents. Nous montrons que le modèle proposé précédemment pour l’interaction de CD avec bruit de phase doit être modifié à cause d’un modèle trop simple pour la récupération de phase. Nous dérivons une expression plus précise pour le bruit de phase estimé par la récupération de phase avec décision dirigée (DD), et utilisons cette expression pour modifier les statistiques de décision pour les symboles reçus. Nous calculons le taux d’erreur binaire (BER) pour le format de transmission DQPSK semi-analytiquement en utilisant nos statistiques de décision modifiées et montrons que pour la récupération de phase idéale, le BER semi-analytique est bien assorti avec le BER simulé avec la technique Monte-Carlo (MC). Notre deuxième contribution est l’adaptation d’une technique de codage MLCM pour les systèmes cohérents limités par le bruit de phase et le bruit blanc additif Gaussien (AWGN). Nous montrons que la combinaison d’une constellation optimisée pour le bruit de phase avec MLCM offre un système robuste à complexité modérée. Nous vérifions que la performance de MLCM dans des systèmes cohérents avec constellations 16-aires se détériorés par le bruit de phase non-linéaire et de Wiener. Pour le bruit de phase non-linéaire, notre conception de MLCM démontre une performance supérieure par rapport àune conception de MLCM déjà présente dans la littérature. Pour le bruit de phase de Wiener, nous comparons deux format de transmission, constellations carrées et optimisée pour bruit de phase, et deux techniques de codage, MLCM et codage à débit uniforme. Nos résultats expérimentaux pour BER après codage suivent les mêmes tendances que le BER simulé et confirment notre conception.Phase noise is an important issue in designing today’s optical coherent systems. Although phase noise is studied heavily in wireless communications, some aspects of phase noise are novel in optical coherent systems. In this thesis we explore phase noise statistics in optical coherent systems and propose a novel technique to increase system robustness toward phase noise. Our first contribution deals with the study of phase noise statistics in the presence of electronic chromatic dispersion (CD) compensation in coherent systems. We show that previously proposed model for phase noise and CD interaction must be modified due to an overly simple model of carrier phase recovery. We derive a more accurate expression for the estimated phase noise of decision directed (DD) carrier phase recovery, and use this expression to modify the decision statistics of received symbols. We calculate bit error rate (BER) of a differential quadrature phase shift keying (DQPSK) system semi-analytically using our modified decision statistics and show that for ideal DD carrier phase recovery the semi-analytical BER matches the BER simulated via Monte-Carlo (MC) technique. We show that the semi-analytical BER is a lower bound of simulated BER from Viterbi-Viterbi (VV) carrier phase recovery for a wide range of practical system parameters. Our second contribution is concerned with adapting a multi-level coded modulation (MLCM) technique for phase noise and additive white Gaussian noise (AWGN) limited coherent system. We show that the combination of a phase noise optimized constellation with MLCM offers a phase-noise robust system at moderate complexity. We propose a numerical method to design set-partitioning (mapping bits to symbols) and optimizing code rates for minimum block error rate (BLER).We verify MLCM performance in coherent systems of 16-ary constellations impaired by nonlinear and Wiener phase noise. For nonlinear phase noise, superior performance of our MLCM design over a previously designed MLCM system is demonstrated in terms of BLER. For Wiener phase noise, we compare optimized and square 16-QAM constellations assuming either MLCM or uniform rate coding. We compare post forward error correction (FEC) BER in addition to BLER by both simulation and experiment and show that superior BLER performance is translated into post FEC BER. Our experimental post FEC BER results follow the same trends as simulated BER, validating our design

Advanced constellation and demapper schemes for next generation digital terrestrial television broadcasting systems

206 p.Esta tesis presenta un nuevo tipo de constelaciones llamadas no uniformes. Estos esquemas presentan una eficacia de hasta 1,8 dB superior a las utilizadas en los últimos sistemas de comunicaciones de televisión digital terrestre y son extrapolables a cualquier otro sistema de comunicaciones (satélite, móvil, cable¿). Además, este trabajo contribuye al diseño de constelaciones con una nueva metodología que reduce el tiempo de optimización de días/horas (metodologías actuales) a horas/minutos con la misma eficiencia. Todas las constelaciones diseñadas se testean bajo una plataforma creada en esta tesis que simula el estándar de radiodifusión terrestre más avanzado hasta la fecha (ATSC 3.0) bajo condiciones reales de funcionamiento.Por otro lado, para disminuir la latencia de decodificación de estas constelaciones esta tesis propone dos técnicas de detección/demapeo. Una es para constelaciones no uniformes de dos dimensiones la cual disminuye hasta en un 99,7% la complejidad del demapeo sin empeorar el funcionamiento del sistema. La segunda técnica de detección se centra en las constelaciones no uniformes de una dimensión y presenta hasta un 87,5% de reducción de la complejidad del receptor sin pérdidas en el rendimiento.Por último, este trabajo expone un completo estado del arte sobre tipos de constelaciones, modelos de sistema, y diseño/demapeo de constelaciones. Este estudio es el primero realizado en este campo