Distributed coding for systems with cooperative diversity

O presente trabalho propõe-se a divulgar as mais significativas técnicas de esquemas cooperativos, de forma a ultrapassar alguns dos problemas dos sistemas móveis sem fios da próxima geração, estendendo a área de cobertura destes sistemas, assim como a sua capacidade e fiabilidade. O estudo de diversos esquemas cooperativos é efetuado em termos de capacidade e de taxa de erros, fazendo variar o número de relays e de antenas em cada elemento do sistema. Diversos algoritmos com aplicação em sistemas cooperativos são desenvolvidos e propostos ao longo desta tese, como códigos espaço-frequência aplicados de forma distribuída nos relays, para sistemas baseados na tecnologia OFDM e sob diversos cenários próximos da realidade. Os sistemas cooperativos são particularmente úteis em situações em que o caminho direto entre dois terminais não está acessível ou tem uma fraca qualidade de transmissão. Tendo este aspeto em consideração, e pretendendo ter a máxima eficiência espetral e máxima diversidade, um algoritmo com precodificação é também proposto para múltiplos relays, cada um equipado com uma ou duas antenas. A formulação matemática associada aos algoritmos propostos é apresentada, assim como a derivação da probabilidade de erro teórica. O desempenho dos sistemas assistidos por relays usando os algoritmos propostos é comparado em relação a outros esquemas cooperativos equivalentes e a esquemas não-cooperativos, considerando cenários com diferentes qualidades de canal, daí advindo importantes conclusões em relação a estes sistemas.

Cooperative schemes are promising solutions for cellular wireless networks aiming to improve system fairness, extend coverage and increase capacity. Measurements of these system performances are made in terms of BER and capacity for different configurations, by varying the number of relays and of antennas equipping each node. In this work we propose and evaluate distributed space-frequency codes applied to cooperative systems in a distributed way, with application in OFDM systems and considering realistic scenarios. Moreover, the use of relays is of significant interest to allow radio access in situations where a direct path is not available or has poor quality. Thus, a data precoded relay-assisted scheme is also proposed for a system cooperating with multiple relays, each equipped with either a single antenna or two-antenna array. Mathematical formulation of the proposed algorithms is derived as well as the pairwise error probability. We further present the performances of the proposed algorithms apllied in relay-assisted schemes, and compare them with equivalent cooperative and non-cooperative schemes, for several channel quality scenarios, through which important conclusions are achieved.

Doutoramento em Engenharia Electrotécnica

FCT/FSE