Técnicas com múltiplas antenas distribuídas para sistemas sem fios

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesTransmissão cooperativa, em que uma fonte e um relay cooperam para enviar uma mensagem para o destino, pode proporcionar diversidade espacial contra o desvanecimento nas comunicações sem fios. O objectivo deste projecto é estudar a performance de um sistema de transmissão cooperativo com dois relays equipados com duas antenas, entre o transmissor e o utilizador. Considera-se que a estação base está equipada com duas antenas e o terminal móvel apenas com uma. O sistema cooperativo foi implementado de acordo com as especificações do LTE e avaliado em diversos cenários de propagação, considerando canais com diferentes Relação Sinal Ruído (SNR). Verificou-se que o desempenho do sistema proposto é melhor, quando comparado com o sistema não cooperativo, na maior parte dos cenários estudados.Cooperative transmission, in which a source and relay cooperate to sent a mensage to destination, can provide spatial diversity against fading in wirless telecomunications. The goal of this project is to study the perfomance of a cooperative tranmition systems with two relays equiped with two antennas, between transmitter and user. It is considered that the base station is equipped with two antennas and the mobile terminal with only one. The cooperative system was implemented according to the specifications of the LTE and evaluated at several propagation scenarios, considering channels with diferents Signal to Noise Ratio (SNR). It was found that the perfomance of the proposed system is better when compared with the non-cooperative ones, in most scenarios considered.CODIV/FP7-ICT-200

Wireless multiuser communication systems: diversity receiver performance analysis, GSMuD design, and fading channel simulator

Multipath fading phenomenon is central to the design and analysis of wireless communication systems including multiuser systems. If untreated, the fading will corrupt the transmitted signal and often cause performance degradations such as increased communication error and decreased data rate, as compared to wireline channels with little or no multipath fading. On the other hand, this multipath fading phenomenon, if fully utilized, can actually lead to system designs that provide additional gains in system performance as compared to systems that experience non-fading channels.;The central question this thesis tries to answer is how to design and analyze a wireless multiuser system that takes advantage of the benefits the diversity multipath fading channel provides. Two particular techniques are discussed and analyzed in the first part of the thesis: quadrature amplitude modulation (QAM) and diversity receivers, including maximal ratio combining (MRC) and generalized selection combining (GSC). We consider the practical case of imperfect channel estimation (ICE) and develop a new decision variable (DV) of MRC receiver output for M-QAM. By deriving its moment generating function (MGF), we obtain the exact bit error rate (BER) performance under arbitrary correlated Rayleigh and Rician channels, with ICE. GSC provides a tradeoff between receiver complexity and performance. We study the effect of ICE on the GSC output effective SNR under generalized fading channels and obtain the exact BER results for M-QAM systems. The significance of this part lies in that these results provide system designers means to evaluate how different practical channel estimators and their parameters can affect the system\u27s performance and help them distribute system resources that can most effectively improve performance.;In the second part of the thesis, we look at a new diversity technique unique to multiuser systems under multipath fading channels: the multiuser diversity. We devise a generalized selection multiuser diversity (GSMuD) scheme for the practical CDMA downlink systems, where users are selected for transmission based on their respective channel qualities. We include the effect of ICE in the design and analysis of GSMuD. Based on the marginal distribution of the ranked user signal-noise ratios (SNRs), we develop a practical adaptive modulation and coding (AMC) scheme and equal power allocation scheme and statistical optimal 1-D and 2-D power allocation schemes, to fully exploit the available multiuser diversity. We use the convex optimization procedures to obtain the 1-D and 2-D power allocation algorithms, which distribute the total system power in the waterfilling fashion alone the user (1-D) or both user and time (2-D) for the power-limited and energy-limited system respectively. We also propose a normalized SNR based GSMuD scheme where user access fairness issues are explicitly addressed. We address various fairness-related performance metrics such as the user\u27s average access probability (AAP), average access time (AAT), and average wait time (AWT) in the absolute- and normalized-SNR based GSMuD. These metrics are useful for system designers to determine parameters such as optimal packet size and delay constraints.;We observe that Nakakagami-m fading channel model is widely applied to model the real world multipath fading channels of different severity. In the last part of the thesis, we propose a Nakagami-m channel simulator that can generate accurate channel coefficients that follow the Nakagami-m model, with independent quadrature parts, accurate phase distribution and arbitrary auto-correlation property. We demonstrate that the proposed simulator can be extremely useful in simulations involving Nakagami-m fading channel models, evident from the numerous simulation results obtained in earlier parts of the thesis where the fading channel coefficients are generated using this proposed simulator

Técnicas de pré-codificação para sistemas multicelulares coordenados

Doutoramento em TelecomunicaçõesCoordenação Multicélula é um tópico de investigação em rápido crescimento e uma solução promissora para controlar a interferência entre células em sistemas celulares, melhorando a equidade do sistema e aumentando a sua capacidade. Esta tecnologia já está em estudo no LTEAdvanced sob o conceito de coordenação multiponto (COMP). Existem várias abordagens sobre coordenação multicélula, dependendo da quantidade e do tipo de informação partilhada pelas estações base, através da rede de suporte (backhaul network), e do local onde essa informação é processada, i.e., numa unidade de processamento central ou de uma forma distribuída em cada estação base. Nesta tese, são propostas técnicas de pré-codificação e alocação de potência considerando várias estratégias: centralizada, todo o processamento é feito na unidade de processamento central; semidistribuída, neste caso apenas parte do processamento é executado na unidade de processamento central, nomeadamente a potência alocada a cada utilizador servido por cada estação base; e distribuída em que o processamento é feito localmente em cada estação base. Os esquemas propostos são projectados em duas fases: primeiro são propostas soluções de pré-codificação para mitigar ou eliminar a interferência entre células, de seguida o sistema é melhorado através do desenvolvimento de vários esquemas de alocação de potência. São propostas três esquemas de alocação de potência centralizada condicionada a cada estação base e com diferentes relações entre desempenho e complexidade. São também derivados esquemas de alocação distribuídos, assumindo que um sistema multicelular pode ser visto como a sobreposição de vários sistemas com uma única célula. Com base neste conceito foi definido uma taxa de erro média virtual para cada um desses sistemas de célula única que compõem o sistema multicelular, permitindo assim projectar esquemas de alocação de potência completamente distribuídos. Todos os esquemas propostos foram avaliados em cenários realistas, bastante próximos dos considerados no LTE. Os resultados mostram que os esquemas propostos são eficientes a remover a interferência entre células e que o desempenho das técnicas de alocação de potência propostas é claramente superior ao caso de não alocação de potência. O desempenho dos sistemas completamente distribuídos é inferior aos baseados num processamento centralizado, mas em contrapartida podem ser usados em sistemas em que a rede de suporte não permita a troca de grandes quantidades de informação.Multicell coordination is a promising solution for cellular wireless systems to mitigate inter-cell interference, improving system fairness and increasing capacity and thus is already under study in LTE-A under the coordinated multipoint (CoMP) concept. There are several coordinated transmission approaches depending on the amount of information shared by the transmitters through the backhaul network and where the processing takes place i.e. in a central processing unit or in a distributed way on each base station. In this thesis, we propose joint precoding and power allocation techniques considering different strategies: Full-centralized, where all the processing takes place at the central unit; Semi-distributed, in this case only some process related with power allocation is done at the central unit; and Fulldistributed, where all the processing is done locally at each base station. The methods are designed in two phases: first the inter-cell interference is removed by applying a set of centralized or distributed precoding vectors; then the system is further optimized by centralized or distributed power allocation schemes. Three centralized power allocation algorithms with per-BS power constraint and different complexity tradeoffs are proposed. Also distributed power allocation schemes are proposed by considering the multicell system as superposition of single cell systems, where we define the average virtual bit error rate (BER) of interference-free single cell system, allowing us to compute the power allocation coefficients in a distributed manner at each BS. All proposed schemes are evaluated in realistic scenarios considering LTE specifications. The numerical evaluations show that the proposed schemes are efficient in removing inter-cell interference and improve system performance comparing to equal power allocation. Furthermore, fulldistributed schemes can be used when the amounts of information to be exchanged over the backhaul is restricted, although system performance is slightly degraded from semi-distributed and full-centralized schemes, but the complexity is considerably lower. Besides that for high degrees of freedom distributed schemes show similar behaviour to centralized ones

Performance Evaluation of LTE and LTE advanced standards for next generation mobile networks

Nel corso della trattazione sono analizzati gli standard 3GPP LTE e LTE-Advanced per la prossima generazione delle reti mobili cellulari. L'algoritmo OptiMOS, che può essere impiegato dalla Stazione Base per servire in modo efficiente connessioni VoIP, è descritto nel capitolo [8]. L’algoritmo di link scheduling Relay, finalizzato a ottimizzare le reti LTE avanzate in presenza di nodi relay è descritto nel capitolo [9]. Questo lavoro è stato presentato in adempimento parziale dei requisiti per la Laurea di Dottore di Ricerca in Ingegneria dell'Informazione presso l'ufficio informazioni Dipartimento di Ingegneria dell'Università degli Studi di Pisa, Italia

Mobile and Wireless Communications

Mobile and Wireless Communications have been one of the major revolutions of the late twentieth century. We are witnessing a very fast growth in these technologies where mobile and wireless communications have become so ubiquitous in our society and indispensable for our daily lives. The relentless demand for higher data rates with better quality of services to comply with state-of-the art applications has revolutionized the wireless communication field and led to the emergence of new technologies such as Bluetooth, WiFi, Wimax, Ultra wideband, OFDMA. Moreover, the market tendency confirms that this revolution is not ready to stop in the foreseen future. Mobile and wireless communications applications cover diverse areas including entertainment, industrialist, biomedical, medicine, safety and security, and others, which definitely are improving our daily life. Wireless communication network is a multidisciplinary field addressing different aspects raging from theoretical analysis, system architecture design, and hardware and software implementations. While different new applications are requiring higher data rates and better quality of service and prolonging the mobile battery life, new development and advanced research studies and systems and circuits designs are necessary to keep pace with the market requirements. This book covers the most advanced research and development topics in mobile and wireless communication networks. It is divided into two parts with a total of thirty-four stand-alone chapters covering various areas of wireless communications of special topics including: physical layer and network layer, access methods and scheduling, techniques and technologies, antenna and amplifier design, integrated circuit design, applications and systems. These chapters present advanced novel and cutting-edge results and development related to wireless communication offering the readers the opportunity to enrich their knowledge in specific topics as well as to explore the whole field of rapidly emerging mobile and wireless networks. We hope that this book will be useful for students, researchers and practitioners in their research studies

Theoretical and experimental contributions for modeling wireless channels

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2017.Este trabalho de conclusão de curso visa agregar contribuições teóricas e experimentais para a modelagem de redes sem fio à partir de quatro projetos realizados durante um estágio supervisionado entre a Universidade de Brasília e a escola francesa de engenharia ENSEIRB-MATMECA durante o ano de 2017. Todos os projetos desse trabalho giram em torno do tema "desafios atuais nas comunicações sem fio" e tem como objetivo a apresentação de tais desafios através de uma breve introdução teórica seguida da realização de simulações, análises estatísticas ou medições em campo. O primeiro projeto propõem um estudo teórico e a validação experimental da distribuição de desvanecimento α-μ/Γ generalizada, usada nesse trabalho para caracterizar ambientes realistas que experimentam desvanecimento composto. Ainda no escopo de análises estatísticas, o segundo projeto propõe uma caracterização da qualidade do sinal celular à partir de dados de potência medidos usando um aplicativo Android de analise de qualidade de redes móveis. As análises estatísticas realizadas poderão auxiliar operadoras de telefonia móvel à parametrizar suas redes e contribuir para o melhoramento da cobertura celular no pais. Em seguida, o terceiro projeto desenvolvido nesse trabalho de conclusão de curso propõe estudos práticos e teóricos de interferência entre os sistema LTE 700MHz e TV digital em Brasília na região da Asa Norte, um tema recente de grande importância dada a desconexão da TV analógica no Brasil até 2018. Por fim, o quarto projeto, realizado em parceria com a Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL) propõe contribuições para o desenvolvimento de um simulador de rede IMT para uso em estudos de compartilhamento e compatibilidade proposto para ajudar na identificação de novas faixas de frequência para o IMT-2020. Os projetos propostos nesse trabalho focam na caracterização e modelagem de canais sem fio à partir do levantamento de estatísticas de primeira ordem, na análise de qualidade das redes celulares no país com base nas informações sobre a cobertura celular experimentada pelos usuários de telefonia móvel e na análise da interferência entre sistemas à partir de estudos entre o LTE e a TV digital e da busca de novas possíveis frequências para o 5G. A realização do estágio supervisionado e desse trabalho de conclusão de curso é um requerimento oficial para a obtenção do título de "Engenheiro diplomado do Instituto politécnico de Bordeaux, especialidade Engenharia eletrônica" pela ENSEIRB-MATMECA e para a obtenção do titulo de "Engenheiro de redes de comunicação" pela Universidade de Brasília.This final course assignment aims to add theoretical and experimental contributions to the modeling of wireless networks from four different projects carried out over an supervised internship held between the University of Brasília and the french school of engineering ENSEIRB-MATMECA during the year of 2017. All projects revolve around the central theme "current challenges in wireless communications" and aims to present such challenges through a brief theoretical introduction followed by simulations, statistical analyzes or field measurements. The first project proposes a theoretical study and the experimental investigation of the α-μ/Γ generalized fading distribution, used in this work to characterize realistic environments that experience composite fading. A second project, also based on statistical analysis, proposes a characterization of the mobile phone signal quality from power data measured using an Android application of mobile network quality analysis. Statistical analyzes can help mobile operators to parameterize their network and contribute to the improvement of cellular coverage in the country. Next, the third project developed in the internship proposes practical and theoretical studies of interference between the LTE 700MHz system and digital TV in Brasília in the region of Asa Norte, a recent topic of great importance given the analogue TV disconnection in Brazil until 2018. Finally, the fourth project, carried out in partnership with the National Telecommunications Agency (ANATEL), proposes contributions for the development of an IMT network simulator for use in sharing and compatibility studies to help in the identification of new frequency bands for the IMT-2020. The projects proposed in this work focus on the characterization and modeling of wireless channels from first order statistics, on the analysis of the quality of cellular networks in the country based on the information collected from the App about the network coverage experienced by final users and on the analysis of interference between systems based on studies between LTE and digital TV and on the search for new possible frequencies for 5G. The realization of the supervised internship was an official requirement to obtain the title of "Licensed Engineer of the Polytechnic Institute of Bordeaux, specialized in Electronic Engineering" by ENSEIRB-MATMECA and to obtain the title of "Network Communications Engineer" by the University of Brasília