Differential space-time block-coded OFDMA for frequency-selective fading channels

Combining differential Alamouti space-time block code (DASTBC) with orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA), this paper introduces a multiuser/multirate transmission scheme, which allows full-rate and full-diversity noncoherent communications using two transmit antennas over frequency-selective fading channels. Compared with the existing differential space-time coded OFDM designs, our scheme imposes 10 restrictions on signal constellations, and thus can improve the spectral efficiency by exploiting efficient modulation techniques such as QAM, APSK etc. The main principles of our design are s follows: OFDMA eliminates multiuser interference, and converts multiuser environments to single-user ones; Space-time coding achieves performance improvement by exploiting space diversity available with multiple antennas, no matter whether channel state information is known to the receiver. System performance is evaluated both analytically and with simulations

Modulation techniques

Bandwidth efficient digital modulation techniques, proposed for use on and/or applied to satellite channels, are reviewed. In a survey of recent works on digital modulation techniques, the performance of several schemes operating in various environments are compared. Topics covered include: (1) quadrature phase shift keying; (2) offset - QPSK and MSK; (3) combined modulation and coding; and (4) spectrally efficient modulation techniques

Contribution to Efficient Use of Narrowband Radio Channel

Předkládaná práce se soustředí na problematiku využívání úzkopásmového rádiového kanálu rádiovými modemy, které jsou určené pro průmyslové aplikace pozemní pohyblivé rádiové služby, specifikované v dominantní míře Evropským standardem ETSI EN 300 113. Tato rádiová zařízení se používají v kmitočtových pásmech od 30 MHz do 1 GHz s nejčastěji přidělovanou šířkou pásma 25 kHz a ve většině svých instalací jsou využívána ve fixních nebo mobilních bezdrátových sítích. Mezi typické oblasti použití patří zejména datová telemetrie, aplikace typu SCADA, nebo monitorování transportu strategických surovin. Za hlavní znaky popisovaného systému lze označit komunikační pokrytí značných vzdáleností, dané především vysokou výkonovou účinnosti datového přenosu a využívaní efektivních přístupových technik na rádiový kanál se semiduplexním komunikačním režimem. Striktní požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu umožňují těmto zařízením využívat spektrum i v oblastech kmitočtově blízkým jiným komunikačním systémům bez nutnosti vkládání dodatečných ochranných frekvenčních pásem. Úzkopásmové rádiové komunikační systémy, v současnosti používají převážně exponenciální digitální modulace s konstantní modulační obálkou zejména z důvodů velice striktních omezení pro velikost výkonu vyzářeného do sousedního kanálu. Dosahují tak pouze kompromisních hodnot komunikační účinnosti. Úpravy limitů příslušných rádiových parametrů a rychlý rozvoj prostředků číslicového zpracování signálu v nedávné době, dnes umožňují ekonomicky přijatelné využití spektrálně efektivnějších modulačních technik i v těch oblastech, kde je prioritní využívání úzkých rádiových kanálů. Cílem předkládané disertační práce je proto výzkum postupů směřující ke sjednocení výhodných vlastností lineárních a nelineárních modulací v moderní konstrukci úzkopásmového rádiového modemu. Účelem tohoto výzkumu je efektivní a „ekologické“ využívání přidělené části frekvenčního spektra. Mezi hlavní dílčí problémy, jimiž se předkládaná práce zabývá, lze zařadit zejména tyto: Nyquistova modulační filtrace, navrhovaná s ohledem na minimalizaci nežádoucích elektromagnetických interferencí, efektivní číslicové algoritmy frekvenční demodulace a rychlé rámcové a symbolové synchronizace. Součástí práce je dále analýza navrhovaného řešení z pohledu celkové konstrukce programově definovaného rádiového modemu v rovině simulací při vyšetřování robustnosti datového přenosu rádiovým kanálem s bílým Gaussovským šumem nebo kanálem s únikem v důsledku mnohacestného šíření signálu. Závěr práce je pak zaměřen na prezentování výsledků praktické části projektu, v níž byly testovány, měřeny a analyzovány dvě prototypové konstrukce rádiového zařízení. Tato finální část práce obsahuje i praktická doporučení, vedoucí k vyššímu stupni využitelnosti spektrálně efektivnějších komunikačních režimů v oblasti budoucí generace úzkopásmových zařízení pozemní pohyblivé rádiové služby.he industrial narrowband land mobile radio (LMR) devices, as considered in this dissertation project, has been subject to European standard ETSI EN 300 113. The system operates on frequencies between 30 MHz and 1 GHz, with channel separations of up to 25 kHz, and is intended for private, fixed, or mobile, radio packet switching networks. Data telemetry, SCADA, maritime and police radio services; traffic monitoring; gas, water, and electricity producing factories are the typical system applications. Long distance coverage, high power efficiency, and efficient channel access techniques in half duplex operation are the primary advantages the system relays on. Very low level of adjacent channel power emissions and robust radio receiver architectures, with high dynamic range, enable for a system’s coexistence with various communication standards, without the additional guard band frequency intervals. On the other hand, the strict limitations of the referenced standard as well as the state of the technology, has hindered the increase in communication efficiency, with which the system has used its occupied bandwidth. New modifications and improvements are needed to the standard itself and to the up-to-date architectures of narrowband LMR devices, to make the utilization of more efficient modes of system operation practically realizable. The main objective of this dissertation thesis is therefore to find a practical way how to combine the favorable properties of the advanced nonlinear and linear digital modulation techniques in a single digital modem solution, in order to increase the efficiency of the narrowband radio channel usage allocated to the new generation of the industrial LMR devices. The main attention is given to the particular areas of digital modem design such as proposal of the new family of the Nyquist filters minimizing the adjacent channel interference, design and analysis of the efficient algorithms for frequency discrimination, fast frame and symbol

Coherent 16 Quadrature Amplitude Modulation (16QAM) Optical Communication Systems

Coherent optical fiber communications for data rates of 100Gbit/s and beyond have recently been studied extensively primarily because high sensitivity of coherent receivers could extend the transmission distance. Spectrally efficient modulation techniques such as M-ary quadrature amplitude modulation (M-QAM) can be employed for coherent optical links. The integration of multi-level modulation formats based on coherent technologies with wavelength-division multiplexed (WDM) systems is key to meet the aggregate bandwidth demand. This paper reviews coherent 16 quadrature amplitude modulation (16QAM) systems to scale the network capacity and maximum reach of current optical communication systems to accommodate traffic growth

Licensing of future mobile satellite systems

The regulatory process for licensing mobile satellite systems is complex and can require many years to complete. This process involves frequency allocations, national licensing, and frequency coordination. The regulatory process that resulted in the establishment of the radiodetermination satellite service (RDSS) between 1983 and 1987 is described. In contrast, each of these steps in the licensing of the mobile satellite service (MSS) is taking a significantly longer period of time to complete

Wavelet transform - artificial neural network receiver with adaptive equalisation for a diffuse indoor optical wireless OOK link

This paper presents an alternative approach for signal detection and equalization using the continuous wavelet transform (CWT) and the artificial neural network (ANN) in diffuse indoor optical wireless links (OWL). The wavelet analysis is used for signal preprocessing (feature extraction) and the ANN for signal detection. Traditional receiver architectures based on matched filter (MF) experience significant performance degradation in the presence of artificial light interference (ALI) and multipath induced intersymbol interference (ISI). The proposed receiver structure reduces the effect of ALI and ISI by selecting a particular scale of CWT that corresponds to the desired signal and classifying the signal into binary 1 and 0 based on an observation vector. By selecting particular scales corresponding to the signal, the effect of ALI is reduced. We show that there is little variation when using 30 and 5 neurons in the first layer, with one layer ANN model showing a consistently worse BER performance than other models, whilst the 15 neuron model show some behaviour anomalies from a BER of approximately 10-3. The simulation results show that the Wavelet-ANN architecture outperforms the traditional MF based receiver even with the filter is matched to the ISI affected pulse shape. The Wavelet-ANN receiver is also capable of providing a bit error rate (BER) performance comparable to the equalized forms of traditional receiver structure

Bit error performance of diffuse indoor optical wireless channel pulse position modulation system employing artificial neural networks for channel equalisation

The bit-error rate (BER) performance of a pulse position modulation (PPM) scheme for non-line-of-sight indoor optical links employing channel equalisation based on the artificial neural network (ANN) is reported. Channel equalisation is achieved by training a multilayer perceptrons ANN. A comparative study of the unequalised `soft' decision decoding and the `hard' decision decoding along with the neural equalised `soft' decision decoding is presented for different bit resolutions for optical channels with different delay spread. We show that the unequalised `hard' decision decoding performs the worst for all values of normalised delayed spread, becoming impractical beyond a normalised delayed spread of 0.6. However, `soft' decision decoding with/without equalisation displays relatively improved performance for all values of the delay spread. The study shows that for a highly diffuse channel, the signal-to-noise ratio requirement to achieve a BER of 10−5 for the ANN-based equaliser is ~10 dB lower compared with the unequalised `soft' decoding for 16-PPM at a data rate of 155 Mbps. Our results indicate that for all range of delay spread, neural network equalisation is an effective tool of mitigating the inter-symbol interference