Orthogonal chirp division multiplexing: performance evaluation in the presence of phase noise

In Beyond 5G technologies, Terahertz communications will be used: frequency bands between 100 GHz and 10 THz will be exploited in order to have higher throughput and lower latency. Those frequency bands suffer from several impairments, and it is thought that phase noise is one of the most significant. Orthogonal Chirp Division Multiplexing (OCDM) might be used in Beyond 5G communications, thanks to its robustness to multipath fading: it outperforms Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems. The aim of this thesis is to find a suitable model for describing phase noise in Terahertz communications, and to study the performance of an OCDM system affected by this impairment. After this, a simple compensation scheme is introduced, and the improvement that it provides is analysed. The thesis is organized as follow: in the first chapter Terahertz communications and Beyond 5G are introduced, in the second chapter phase noise is studied, in the third chapter OCDM is analysed, and in the fourth chapter numerical results are presented.

Sistemi OFDM: prestazioni di livello fisico

I primi studi su Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) sono stati fatti fin dal 1960, ma negli ultimi anni la modulazione OFDM è emersa come una tecnica di modulazione chiave commerciale per i sistemi di comunicazione ad alta velocità. La ragione principale di questo crescente interesse è dovuto alla sua capacità di fornire dati ad alta velocità impiegando sistemi con complessità bassa e contrastando l'interferenza intersimbolo (ISI) e quella intercanale (ICI). Per questo motivo la modulazione OFDM è stata adottata da diversi sistemi digitali wireline e wireless standard, come Digital Audio Broadcasting (DAB), Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL), Wireless Local Area Network (IEEE 802.11 a,g,n) oppure per WiMAX e LTE.

OFDM-based schemes for next generation wireless systems

The purpose of this study is to investigate two candidate waveforms for next generation wireless systems, filtered Orthogonal Frequency Division Multiplexing (f-OFDM) and Unified Filtered Multi-Carrier (UFMC). The evaluation is done based on the power spectral density analysis of the signal and performance measurements in synchronous and asynchronous transmission. In f-OFDM we implement a soft truncated filter with length 1/3 of OFDM symbol. In UFMC we use the Dolph-Chebyshev filter, limited to the length of zero padding (ZP). The simulation results demonstrates that both waveforms have a better spectral behaviour compared with conventional OFDM. However, the induced inter-symbol interference (ISI) caused by the filter in f-OFDM, and the inter-carrier interference (ICI) induced in UFMC due to cyclic prefix (CP) reduction , should be kept under control. In addition, in a synchronous transmission case with ideal parameters, f-OFDM and UFMC appear to have similar performance with OFDM. When carrier frequency offset (CFO) is imposed in the transmission, UFMC outperforms OFDM and f-OFDM.

Implementazione di un trasmettitore OFDM mediante software radio

L’obiettivo di questo elaborato è quello di implementare un Modem digitale che è basato su una modulazione Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ed è formato da due tipi di dispositivi radio differenti, i quali sono molto utili, poiché si possono utilizzare in diversi scopi senza doverne modificare l’hardware ma solo cambiando la parte software perché sono programmabili. I due dispositivi sono i seguenti: • Analog Device Adalm-Pluto: dispositivo in grado sia di trasmettere che di ricevere. Lo utilizzeremo solamente per trasmettere il segnale. • Noeelec NE-SDR: dispositivo in grado solo di ricevere. Lo utilizzeremo quindi solamente per ricevere il segnale. Il tipo di modulazione da noi utilizzata per trasmettere il segnale è come detto in precedenza la modulazione OFDM. Essa è molto efficiente nell’occupazione della banda ed applica la trasmissione di un segnale su più portanti affiancate nel dominio delle frequenze. Questo significa che ogni portante che compone il segnale completo si trova ad una frequenza multipla della principale f0. Inoltre il vantaggio di questa modulazione sta nel fatto di sapere che l’informazione è contenuta nel segnale passa-basso inviluppo complesso rappresentativo i(t) e per questo motivo vedremo, nel corso dell’elaborato, come lo schema di trasmissione e ricezione sia molto semplificato.

Non-line-of-sight localization with frequency-selective metasurfaces

An emerging technology, that Smart Radio Environments rely on to improve wireless link quality, are Reconfigurable Intelligent Surfaces (RISs). A RIS, in general, can be understood as a thin layer of EM composite material, typically mounted on the walls or ceilings of buildings, which can be reconfigured even after its deployment in the network. RISs made by composing artificial materials in an engineered way, in order to obtain unconventional characteristics, are called metasurfaces. Through the programming of the RIS, it is possible to control and/or modify the radio waves that affect it, thus shaping the radio environment. To overcome the limitations of RISs, the metaprism represents an alternative: it is a passive and non-reconfigurable frequency-selective metasurface that acts as a metamirror to improve the efficiency of the wireless link. In particular, using an OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) signaling it is possible to control the reflection of the signal, suitably selecting the sub-carrier assigned to each user, without having to interact with the metaprism or having to estimate the CSI. This thesis investigates how OFDM signaling and metaprism can be used for localization purposes, especially to extend the coverage area at low cost, in a scenario where the user is in NLoS (Non-line-of-sight) conditions with respect to the base station, both single antenna. In particular, the paper concerns the design of the analytical model and the corresponding Matlab implementation of a Maximum Likelihood (ML) estimator able to estimate the unknown position, behind an obstacle, from which a generic user transmits to a base station, exploiting the metaprism.

Progettazione e analisi di soluzioni per la QOS e il controllo di flusso in Networks-on-chip

Nel documento vengono principalmente trattati i principali meccanismi per il controllo di flusso per le NoC. Vengono trattati vari schemi di switching, gli stessi schemi associati all'introduzione dei Virtual Channel, alcuni low-level flow control, e due soluzioni per gli end-to-end flow control: Credit Based e CTC (STMicroelectronics). Nel corso della trattazione vengono presentate alcune possibili modifiche a CTC per incrementarne le prestazioni mantenendo la scalabilità che lo contraddistingue: queste sono le "back-to-back request" e "multiple incoming connections". Infine vengono introdotti alcune soluzioni per l'implementazione della qualità di servizio per le reti su chip. Proprio per il supporto al QoS viene introdotto CTTC: una versione di CTC con il supporto alla Time Division Multiplexing su rete Spidergon.