Performance Analysis of Non-Ideal MIMO Systems in Fading Channels

En esta tesis se aborda el análisis de prestaciones de sistemas MIMO bajo ciertas condiciones no ideales. Se han considerado limitaciones realistas como son las interferencias co-canal, el canal de retorno con velocidad limitada, y la correlación espacial entre antenas. Bajo estas condiciones, se han analizado las probabilidades de error y de outage para sistemas MIMO que incluyen técnicas de conformación de haz en el transmisor y/o distintas técnicas de diversidad espacial en el receptor. Con el fin de obtener expresiones cerradas y exactas par los indicadores de rendimiento mencionados, se han desarrollo nuevos métodos o herramientas matemáticas que facilitan o, en algunos casos, hacen posible el análisis. En primer lugar, se han obtenido nuevas expresiones cerradas para las integrales del tipo Lipschitz-Hankel y para la distribución de los elementos de la diagonal de matrices Wishart complejas. Posteriormente, estos resultados han sido aplicados al análisis de prestaciones de distintos sistemas MIMO en condiciones no-ideales. Concretamente, se han obtenido nuevas expresiones cerrradas de la probabilidad de outage para: sistemas MRC con interferencia co-canal, sistemas MIMO con correlación espacial entre antenas, y sistemas MIMO MRC con un canal de retorno limitado en velocidad. Además, se han obtenido expresiones cerradas para la probabilidad de error en sistemas de diversidad en recepción que emplean modulaciones no coherentes y no ortogonales

Secure Multiuser Communications in Wireless Sensor Networks with TAS and Cooperative Jamming

In this paper, we investigate the secure transmission in wireless sensor networks (WSNs) consisting of one multiple-antenna base station (BS), multiple single-antenna legitimate users, one single-antenna eavesdropper and one multiple-antenna cooperative jammer. In an effort to reduce the scheduling complexity and extend the battery lifetime of the sensor nodes, the switch-and-stay combining (SSC) scheduling scheme is exploited over the sensor nodes. Meanwhile, transmit antenna selection (TAS) is employed at the BS and cooperative jamming (CJ) is adopted at the jammer node, aiming at achieving a satisfactory secrecy performance. Moreover, depending on whether the jammer node has the global channel state information (CSI) of both the legitimate channel and the eavesdropper's channel, it explores a zero-forcing beamforming (ZFB) scheme or a null-space artificial noise (NAN) scheme to confound the eavesdropper while avoiding the interference to the legitimate user. Building on this, we propose two novel hybrid secure transmission schemes, termed TAS-SSC-ZFB and TAS-SSC-NAN, for WSNs. We then derive the exact closed-form expressions for the secrecy outage probability and the effective secrecy throughput of both schemes to characterize the secrecy performance. Using these closed-form expressions, we further determine the optimal switching threshold and obtain the optimal power allocation factor between the BS and jammer node for both schemes to minimize the secrecy outage probability, while the optimal secrecy rate is decided to maximize the effective secrecy throughput for both schemes. Numerical results are provided to verify the theoretical analysis and illustrate the impact of key system parameters on the secrecy performance.This work was supported by the National Science Foundation of China (No. 61501507), and the Jiangsu Provincial Natural Science Foundation of China (No. BK20150719). The work of Nan Yang is supported by the Australian Research Council Discovery Project (DP150103905)