Sobre a capacidade-soma e a probabilidade de bloqueio em canais de múltiplos usuários equipados com múltiplas antenas

Orientadores: Gustavo Fraidenraich, Behnaam AazhangTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: O uso de múltiplas antenas em comunicações sem fio permitiu, inicialmente, garantir que um sinal transmitido fosse recebido com maior energia, o que diretamente aumenta a probabilidade de sucesso na recuperação dos dados transmitidos. Posteriormente, foi possível aumentar a capacidade de uma comunicação sem fio utilizando múltiplas antenas transmitindo e recebendo ao mesmo tempo. Atualmente, os dispositivos móveis como telefones celulares e computadores pessoais já são equipados com múltiplas antenas garantindo uma flexibilidade entre taxas maiores, quando as condições são favoráveis, ou aumento da confiabilidade de recepção, em condições menos favoráveis. Além dos graus de liberdade trazidos com a utilização de múltiplas antenas para uma comunicação ponto-a-ponto, os benefícios para uma rede onde um ou mais elementos façam uso destas é notável. Neste trabalho, apresentamos um estudo sobre o impacto do uso de múltiplas antenas em diversos tipos de redes compostas por múltiplos usuários fazendo uso do canal sem fio ao mesmo tempo. Como será visto, em algumas situações o objetivo será reduzir a probabilidade de que ocorra uma falha na comunicação, havendo ou não interferência. Em outras situações, faremos um estudo da capacidade soma de vários usuários ao transmitirem ao mesmo tempo. Em todos os casos, o conhecimento ou não do canal no transmissor é fator determinante para decidir como os sinais serão distribuídos nas múltiplas antenas do transmissor e se estes estarão sujeitos a uma probabilidade de bloqueio ou uma determinada capacidade. Em todos os casos, para uma dada configuração da rede (número de transmissores, receptores), iremos obter a métrica adequada em função da relação sinal ruído e apresentaremos uma modelagem teórica do problema comparando os resultados propostos com simulações de forma a validar estes resultadosAbstract: The first use of multiple antennas in wireless communications aimed to the improvement of the reliability of a transmission by improving the signal to noise ratio at receiver. More energy of the desired signal means that the receiver has higher probability to correctly decode the transmitted signal. Later, it was possible to increase the capacity of a wireless communication by the use of multiple antennas to transmit and receive at the same time. Nowadays, even the inexpensive mobile devices such as smartphones and personal computers are equipped with multiple antennas that provide flexibility between more data rate in favourable channel situations and more reliability in poor channel conditions. Besides the degrees of freedom that multiple antennas provide in single user communication, it dramatically increases the network data rate. In this work, we study the impact of multiple antennas in several multi-user scenarios with concurrent transmission. Whenever is possible, we provide closed-form expressions or approximations for outage probability or sum capacity depending on the type of network. The derived expressions allow us to quantify the impact of the number of users and number of antennas in the performance of the network. We quantify either outage or sum capacity in terms of signal-to-noise ratio for channels under fading conditionsDoutoradoTelecomunicações e TelemáticaDoutor em Engenharia Elétrica10714/14-6CAPESBE