Massive MIMO transmission techniques

Next generation of mobile communication systems must support astounding data traffic increases, higher data rates and lower latency, among other requirements. These requirements should be met while assuring energy efficiency for mobile devices and base stations. Several technologies are being proposed for 5G, but a consensus begins to emerge. Most likely, the future core 5G technologies will include massive MIMO (Multiple Input Multiple Output) and beamforming schemes operating in the millimeter wave spectrum. As soon as the millimeter wave propagation difficulties are overcome, the full potential of massive MIMO structures can be tapped. The present work proposes a new transmission system with bi-dimensional antenna arrays working at millimeter wave frequencies, where the multiple antenna configurations can be used to obtain very high gain and directive transmission in point to point communications. A combination of beamforming with a constellation shaping scheme is proposed, that enables good user isolation and protection against eavesdropping, while simultaneously assuring power efficient amplification of multi-level constellations

Two Methods for Estimation of Amplifier Imbalances in Multi-Amplifier Transmission Structures

Energy efficient power amplification of multilevel constellations can be achieved by an amplification structure based on the constellation's as a sum of polar components, such as $M$ BPSK (Bi-Phase Shift Keying), that are separately amplified. By doing this one can define highly efficient transmitters based on multiple amplifiers. However, amplifiers' imbalances might lead to substantial constellation distortion since phase and gain imbalances cause rotations and translations of the symbols associated to each branch that are combined to generate the resulting constellation. Therefore, it becomes crucial the knowledge of the amplifiers' imbalances to overcome this problem at the receiver side. For that we propose and evaluate efficient two new methods for estimating amplifier imbalances. Simulation results demonstrate that the good performance attainable by the proposed estimate algorithms can be assured without significant increase in system and computational complexity

Implementação de códigos LDPC em OFDM e SC-FDE

Os desenvolvimentos dos sistemas de comunicação sem fios apontam para transmissões de alta velocidade e alta qualidade de serviço com um uso eficiente de energia. Eficiência espectral pode ser obtida por modulações multinível, enquanto que melhorias na eficiência de potência podem ser proporcionadas pelo uso de códigos corretores de erros. Os códigos Low-Density Parity-Check (LDPC), devido ao seu desempenho próximo do limite de Shannon e baixa complexidade na implementação e descodificação são apropriados para futuros sistemas de comunicações sem fios. Por outro lado, o uso de modulações multinível acarreta limitações na amplificação. Contudo, uma amplificação eficiente pode ser assegurada por estruturas de transmissão onde as modulações multinível são decompostas em submodulações com envolvente constante que podem ser amplificadas por amplificadores não lineares a operar na zona de saturação. Neste tipo de estruturas surgem desvios de fase e ganho, produzindo distorções na constelação resultante da soma de todos os sinais amplificados. O trabalho foca-se no uso dos códigos LDPC em esquemas multiportadora e monoportadora, com especial ênfase na performance de uma equalização iterativa implementada no domínio da frequência por um Iterative Block-Decision Feedback Equalizer (IB-DFE). São analisados aspectos como o impacto do número de iterações no processo de descodificação dentro das iterações do processo de equalização. Os códigos LDPC também serão utilizados para compensar os desvios de fase em recetores iterativos para sistemas baseados em transmissores com vários ramos de amplificação. É feito um estudo sobre o modo como estes códigos podem aumentar a tolerância a erros de fase que incluí uma análise da complexidade e um algoritmo para estimação dos desequilíbrios de fase

Low-Complexity Equalisers for Offset Constellations in Massive MIMO Schemes

This work was supported in part by the European Regional Development Fund (FEDER), through the Competitiveness and Internationalization Operational Program of the Portugal 2020 Framework, in part by the Regional OP Centro under Grant POCI-01-0145-FEDER-030588, in part by the Regional OP Lisboa under Grant Lisboa-01-0145-FEDER-03058, in part by the FCT/MEC through national funds of MASSIVE5G Project under Grant SAICT-45-2017-02 and PES3N Project under Grant 2018-SAICT-45-2017-POCI-01-0145-FEDER-030629, in part by the UID/EEE/50008/2019 Project, and in part by the FCT Ph.D. under Grant SFRH/BD/108522/2015.Massive multi-input-multi-output (m-MIMO) schemes require low-complexity implementations at both the transmitter and the receiver side, especially for systems operation at millimeter wave (mmWave) bands. In this paper, we consider the use of offset constellations in m-MIMO systems operating at mmWave frequencies. These signals are designed to have either an almost constant envelope or be decomposed as the sum of constant-envelope signals, making them compatible with strongly nonlinear power amplifiers, which can have low-implementation complexity and high amplification efficient, making them particularly interesting for mmWave communications. We design and evaluate low-complexity frequency-domain receivers for offset signals. It is shown that the proposed receivers can have excellent performance/complexity trade-offs in m-MIMO scenarios, making them particularly interesting for future wireless systems operating at mmWave bands.publishersversionpublishe

Segurança no nível físico em sistemas multi-antena com diretividade na informação

Os sistemas de comunicação sem fios são sistemas de difusão por natureza. Devido a essa sua natureza, um dos problemas inerentes à mesma deve-se à segurança e ao secretismo, pois se o canal é partilhado a informação facilmente é obtida por um utilizador não autorizado, ao contrário dos sistemas de comunicação com fios. Tradicionalmente, a introdução de segurança em sistemas de comunicação, resulta na encriptação da informação, resultante de protocolos de encriptação. No entanto, a segurança através da criptografia baseia-se na premissa de que o utilizador não autorizado tem uma capacidade de processamento limitada, pois senão poderia simplesmente tentar todas as combinações possíveis e obter a chave de encriptação. Como a capacidade de processamento tem crescido exponencialmente, este tipo de sistemas tem se tornado cada vez mais complexos para não se tornarem obsoletos. A introdução de segurança na camada física torna-se então uma opção apelativa pois pode servir como um complemento, visto que os sistemas de criptografia funcionam em camadas superiores independentes da camada fisica, apresentando assim uma abordagem multi-camada em termos de segurança. Tipicamente as técnicas de segurança no nível físico podem se agrupar em 2 tipos: técnicas que se baseiam em códigos, ou técnicas que exploram variações temporais e espaciais do canal. As primeiras diminuem a eficiência espectral do sistema, e as segundas apresentam bons resultados em ambientes dinâmicos, mas em ambientes estáticos não são muito promissores. Há também a necessidade de aumentar as taxas de transmissão nos próximos sistemas de comunicação. Devido a estes requisitos, uma das tecnologias propostas para a nova geração de comunicações, é uma tecnologia baseada numa arquitectura Multiple-Input-Multiple-Output(MIMO). Esta tecnologia é promissora e consegue atingir taxas de transferências que correspondem aos requisitos propostos. Apresenta-se assim uma nova técnica de segurança no nível físico, que explora as caracteristicas físicas do sistema, como um complemento a outras medidas de segurança em camadas mais altas. Esta técnica não provoca diminuição da eficiência espectral e é independente do canal, o que tenta solucionar os problemas das restantes técnicas já existentes

Segurança a Nível Físico em Sistemas MIMO

Os sistemas de comunicação móveis estão em constante evolução e a sua utilização é cada vez maior. Para além disso, são sistemas do tipo broadcast, ou seja, a informação pode ser partilhada com utilizadores não autorizados. Assim sendo, torna-se prioritário garantir que haja segurança nestes sistemas. Já existem esquemas de segurança nas camadas mais superiores que dependem da encriptação de chaves, mas que com a evolução na capacidade de processamento podem não ser suficientes no futuro próximo. Nesta tese propomos a implementação de esquemas de segurança na camada física. Estes esquemas de segurança utilizam a decomposição dos símbolos enviados, ou da envolvente do sinal, em vários componentes ou sub-portadoras, permitindo manipular a fase e amplitude de uma dada constelação. No caso dos sistemas multi portadora é usada uma estrutura de transmissão baseada no QDA (Quantized Digital Amplification) que tal como o primeiro também consegue elevada eficiência energética na amplificação, mesmo com PAPRs (Peak-to-Power Ratios) elevados. Em ambos os esquemas, mediante a manipulação das fases dos símbolos ou das fases das amostras da envolvente é garantido secretismo com uma baixa complexidade. Além das vantagens já mencionadas, estes dois esquemas permitem obter uma segurança na camada física que complementa esquemas já existentes noutras camadas, sem qualquer tipo de impacto negativo no sistema de comunicação móvel.Wireless communication systems are constantly evolving as there is an increase in demand for their usage. Also, these are broadcast systems which means the information can be shared with unauthorized users. Thus, it is essential to ensure there is security in these communication systems. Already some security systems exist in the higher layers of the system, and these depend on key encryption. However, with the evolution of pro- cessing capacity, these security systems might not be enough. In this thesis, we propose the implementation of a security scheme in the physical layer. These proposed security schemes decompose either the symbols that are sent or the signal's envelope into several components and manipulate the phase and amplitude of a given constellation or envelope. Multi-carrier systems use a structure based on QDA (Quantized Digital Amplification), that also allows achieving high energy efficiency, even with high PAPRs (Peak-to-Power Ratios). In both security schemes, secrecy is assured with low complexity through the manipulation of the symbol phases or phases of the envelope samples. Furthermore, both security schemes allow security in the physical layer that can complement the existing security schemes from other layers without any kind of negative impact on the wireless communication system

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

Abstracts on Radio Direction Finding (1899 - 1995)

The files on this record represent the various databases that originally composed the CD-ROM issue of "Abstracts on Radio Direction Finding" database, which is now part of the Dudley Knox Library's Abstracts and Selected Full Text Documents on Radio Direction Finding (1899 - 1995) Collection. (See Calhoun record https://calhoun.nps.edu/handle/10945/57364 for further information on this collection and the bibliography). Due to issues of technological obsolescence preventing current and future audiences from accessing the bibliography, DKL exported and converted into the three files on this record the various databases contained in the CD-ROM. The contents of these files are: 1) RDFA_CompleteBibliography_xls.zip [RDFA_CompleteBibliography.xls: Metadata for the complete bibliography, in Excel 97-2003 Workbook format; RDFA_Glossary.xls: Glossary of terms, in Excel 97-2003 Workbookformat; RDFA_Biographies.xls: Biographies of leading figures, in Excel 97-2003 Workbook format]; 2) RDFA_CompleteBibliography_csv.zip [RDFA_CompleteBibliography.TXT: Metadata for the complete bibliography, in CSV format; RDFA_Glossary.TXT: Glossary of terms, in CSV format; RDFA_Biographies.TXT: Biographies of leading figures, in CSV format]; 3) RDFA_CompleteBibliography.pdf: A human readable display of the bibliographic data, as a means of double-checking any possible deviations due to conversion

Bibliography of Lewis Research Center technical publications announced in 1992

This compilation of abstracts describes and indexes the technical reporting that resulted from the scientific and engineering work performed and managed by the Lewis Research Center in 1992. All the publications were announced in the 1992 issues of STAR (Scientific and Technical Aerospace Reports) and/or IAA (International Aerospace Abstracts). Included are research reports, journal articles, conference presentations, patents and patent applications, and theses

Bibliography of Lewis Research Center technical publications announced in 1993

This compilation of abstracts describes and indexes the technical reporting that resulted from the scientific and engineering work performed and managed by the Lewis Research Center in 1993. All the publications were announced in the 1993 issues of STAR (Scientific and Technical Aerospace Reports) and/or IAA (International Aerospace Abstracts). Included are research reports, journal articles, conference presentations, patents and patent applications, and theses