Estudi d'un emissor-receptor faster-than-Nyquist de baixa complexitat per a les comunicacions per satèl·lit

Transmissor/receiver for ACARS systemCapacity increase in satelite communications systems is nowadays a main concern. In order to increase the spectral efficiency of such systems, a research topic consists in specifying non-orthogonal modulations called faster-than-Nyquist (FTN). By means of this technique, a capacity increase could be obtained at the cost of more complexity at the receiver side. The FTN system design consists in using pulse shaping and equalizing techniques such that a good compromise is obtained between spectal efficiency, level of interference and complexity. Within the frame of Direct-to-Home (DTH) satellite broadcast or mobile terminals, complexity becomes the main limiting factor in order to ensure low cost user terminal integration.El aumento de la capacidad de los sistemas de transmisión por satélite se encuentra en el centro de las preocupaciones actuales. Con el objetivo de augmentar la eficacidad espectral de tales sistemas, un tema de estudio consiste en especificar modulaciones no ortogonales llamadas faster-than-Nyquist (FTN). Con el uso de esta técnica, se podria augmentar la capacidad de los sistemas de transmisión a cambio de aumentar la complejidad de los receptores. El diseño de un sistema FTN consiste en determinar una estrategia de filtrado y de ecualización permitiendo un buen compromiso entre eficacidad espectral, nivel de interferencia y complejidad. En el contexto de difusión por satélite Direct-to-Home (DTH) o en el caso de terminales móviles, la limitación de complejidad es fundamental para garantizar la integración a bajo coste en los terminales de usuario.L'augment de la capacitat dels sistemes de transmissió per satèl·lit es troba al centre de les preocupacions actuals. Amb l'objectiu d'augmentar l'eficacitat espectral d'aquests sistemes, un eix de recerca consisteix en especificar modulacions no ortogonals anomenades faster-than-Nyquist (FTN). Utilitzant aquesta tècnica, es podria augmentar la capacitat dels sistemes de transmissió a canvi d'augmentar la complexitat dels receptors. El disseny d'un sistema FTN consisteix en determinar una estratègia de filtratge i d'equalització permetent un bon compromis entre eficacitat espectral, nivell d'interferència i complexitat. En el contexte de difusió per satèl ·lit Direct-to-Home (DTH) o en el cas de terminals mòbils, la limitació de complexitat és fonamental per garantir l'integració a baix cost als terminals d'usuari

Blind Symbol Rate Estimation of Faster-than-Nyquist Signals Based on Higher-Order Statistics

Both faster-than-Nyquist (FTN) and cognitive radio go towards an efficient use of spectrum in radio communications systems at the cost of an added computational complexity at the receiver side. To gain the maximum potential from these techniques, non-data-aided receivers are of interest. In this paper, we use fourth-order statistics to perform blind symbol rate estimation of FTN signals. The estimator shows good performance results for moderate system's densities beyond the Nyquist rate and for a reasonable number of received samples

Closed-Form Expressions for Channel Shortening Receivers Using A Priori Information

Channel shortening has been studied in the context of ISI and MIMO channels as a means to compute a posteriori probabilities with a BCJR algorithm at a reduced computational complexity. This is done by considering an approximate channel response of reduced length. In a turbo receiver, soft a priori information can be linearly combined with the received sequence to form a new input to the BCJR trellis-based processing. In this letter, we provide closed-form expressions for the channel shortening filters using a generalized mutual information objective function. The proposed receiver allows a complexity reduction with respect to numerical optimization approaches which may also present stability, precision and convergence issues

On zero-forcing equalization for short-filtered multicarrier faster-than-Nyquist signaling

Within the context of faster-than-Nyquist signaling, a low-complexity multicarrier system based on short-length filters and zero-forcing turbo equalization is introduced. Short-length filters allow a reduced-size block processing while zero-forcing equalization allows a linear reduced-complexity implementation. Furthermore, rectangular and out-of-band energy minimization pulse shaping demonstrates competitive performance results over an additive white Gaussian noise channel while keeping a lower computational cost than other multicarrier faster-than-Nyquist systems

Faster-than-Nyquist Signaling: on Linear and Non-Linear Reduced-Complexity Turbo Equalization

In the framework of digital video broadcasting by satellite - second generation (DVB-S2), we analyze a faster-than-Nyquist (FTN) system based on turbo equalization and low-density parity-check (LDPC) codes. Truncated maximum a posteriori (MAP) and minimum mean square error (MMSE) equalizers provide a reduced-complexity implementation of the FTN system. On the other hand, LDPC codes allow us to demonstrate attractive performance results over an additive white Gaussian noise (AWGN) channel while increasing spectral efficiency beyond the Nyquist rate and keeping a complexity comparable to that of a current DVB-S2 mode

Performance Evaluation of a Faster-than-Nyquist System Based on Turbo Equalization and LDPC Codes

In the frame of digital video broadcasting by satellite - second generation (DVB-S2), a faster-than-Nyquist (FTN) system based on turbo equalization and low-density parity-check (LDPC) codes is proposed. Truncated maximum a posteriori (MAP) and minimum mean square error (MMSE) equalizers provide a reduced complexity implementation of the FTN system. On the other hand, LDPC codes allow us to demonstrate attractive performance results over an additive white Gaussian noise (AWGN) channel while increasing spectral efficiency beyond the Nyquist rate up to 60 % and keeping a complexity comparable to a current DVB-S2 modem

Transmission au-delà de la cadence de Nyquist pour les liaisons vidéo pour drones

Les techniques de transmission au-delà de la cadence de Nyquist ou Faster-Than-Nyquist (FTN) constituent une alternative prometteuse pour améliorer l'efficacité spectrale des systèmes de transmission au prix d'une augmentation de la complexité de décodage des données. Dans le contexte de la diffusion vidéo en temps réel pour drones, le FTN présente plusieurs avantages : (i) une augmentation de la capacité des systèmes proche de la limite de Shannon par rapport à des techniques de transmission orthogonales, (ii) une protection de la forme d'onde contre l'interception grâce à la rupture de la relation entre rythme symbole et bande occupée. Au cours de cet exposé, un schéma de réalisation efficace basé sur un turbo égaliseur (MMSE-MAP)/LDPC sera présenté. Afin de satisfaire la contrainte de délai imposée par l'application, les performances du système seront évaluées en utilisant des trames courtes. De plus, une mise en perspective du standard DVB-RCS2 permettra d'évaluer l'apport du système FTN dans un contexte de transmission à longue portée

High performance turbo equalisation for faster-than-Nyquist satellite communications

Le contexte de ces travaux de thèse est la transmission dite faster-than-Nyquist (FTN). Cette technique propose d’augmenter l’efficacité spectrale en augmentant lerythme de transmission au-delà de la bande occupée par le signal émis, indépendamment de laconstellation choisie. Il a été montré que le FTN offre des taux d’information supérieurs à ceuxdes systèmes de Nyquist. Toutefois, le non respect du critère de Nyquist entraîne l’apparitiond’interférence entre symboles et des techniques de réception appropriées doivent être utilisées.La technique de réception dite channel shortening consiste à filtrer la séquence reçue puis àcalculer des probabilités symbole a posteriori approximatives à l’aide de l’algorithme BCJRen considérant une réponse de canal modifiée, de longueur réduite. Dans la littérature, enprésence d’information a priori, les filtres du récepteur channel shortening sont optimiséssous critère de maximisation de l’information mutuelle généralisée (IMG) en utilisant desméthodes numériques. Nous proposons dans ces travaux de thèse une solution analytiquepour l’ensemble des filtres channel shortening sous critère de maximisation de l’IMG lorsquele récepteur dispose d’information a priori. Nous démontrons ensuite que l’égaliseur au sens dela minimisation de l’erreur quadratique moyenne (MMSE) est un cas particulier de l’égaliseurchannel shortening. Dans le cadre de la turbo égalisation, nous étudions ensuite un estimateurpermettant d’obtenir l’information a priori à partir de l’information en sortie du décodeurcorrecteur d’erreurs. Finalement, nous évaluons les performances du système complet aveccodage correcteur d’erreurs sur canal à bruit additif blanc Gaussien.In order to increase the spectral efficiency of digital communications systems,the faster-than-Nyquist (FTN) approach increases the symbol rate beyond the occupied bandwidthof the transmitted signal independently of the constellation type and size. It has beenshown that information rates of FTN systems are greater than those of Nyquist systems.However, the non-compliance of the Nyquist criterion causes inter-symbol interference to appearand therefore appropriate reception techniques must be used. At reception, the channelshortening approach consists on a receiving filter followed by a BCJR algorithm computingapproximate a posteriori symbol probabilities by considering a modified channel response ofreduced length. In the literature, the channel shortening receiving filters are chosen to maximizethe generalized mutual information (GMI). Such optimization is performed by usingnumerical optimization methods. In this PhD thesis, we propose a closed-form solution forall channel shortening filters considering the GMI maximization criterion. We show that theminimum mean square error (MMSE) equalizer is a particular case of the channel shorteningapproach. Within the frame of turbo equalization, we then study a suitable estimator allowingto obtain symbols a priori information from the information provided by the a decoder. Finally,we study the performance of the complete system with channel coding over an additivewhite Gaussian noise channel

Estudi d'un emissor-receptor faster-than-Nyquist de baixa complexitat per a les comunicacions per satèl·lit

Transmissor/receiver for ACARS systemCapacity increase in satelite communications systems is nowadays a main concern. In order to increase the spectral efficiency of such systems, a research topic consists in specifying non-orthogonal modulations called faster-than-Nyquist (FTN). By means of this technique, a capacity increase could be obtained at the cost of more complexity at the receiver side. The FTN system design consists in using pulse shaping and equalizing techniques such that a good compromise is obtained between spectal efficiency, level of interference and complexity. Within the frame of Direct-to-Home (DTH) satellite broadcast or mobile terminals, complexity becomes the main limiting factor in order to ensure low cost user terminal integration.El aumento de la capacidad de los sistemas de transmisión por satélite se encuentra en el centro de las preocupaciones actuales. Con el objetivo de augmentar la eficacidad espectral de tales sistemas, un tema de estudio consiste en especificar modulaciones no ortogonales llamadas faster-than-Nyquist (FTN). Con el uso de esta técnica, se podria augmentar la capacidad de los sistemas de transmisión a cambio de aumentar la complejidad de los receptores. El diseño de un sistema FTN consiste en determinar una estrategia de filtrado y de ecualización permitiendo un buen compromiso entre eficacidad espectral, nivel de interferencia y complejidad. En el contexto de difusión por satélite Direct-to-Home (DTH) o en el caso de terminales móviles, la limitación de complejidad es fundamental para garantizar la integración a bajo coste en los terminales de usuario.L'augment de la capacitat dels sistemes de transmissió per satèl·lit es troba al centre de les preocupacions actuals. Amb l'objectiu d'augmentar l'eficacitat espectral d'aquests sistemes, un eix de recerca consisteix en especificar modulacions no ortogonals anomenades faster-than-Nyquist (FTN). Utilitzant aquesta tècnica, es podria augmentar la capacitat dels sistemes de transmissió a canvi d'augmentar la complexitat dels receptors. El disseny d'un sistema FTN consisteix en determinar una estratègia de filtratge i d'equalització permetent un bon compromis entre eficacitat espectral, nivell d'interferència i complexitat. En el contexte de difusió per satèl ·lit Direct-to-Home (DTH) o en el cas de terminals mòbils, la limitació de complexitat és fonamental per garantir l'integració a baix cost als terminals d'usuari