IB-DFE receiver techniques for CP-assisted block transmission within DS-CDMA and MC-CDMA systems

MC-CDMA (MultiCarrier Code Division Multiple Access), currently regarded as a promissing multiple access scheme for broadband communications, is known to combine the advantages of an OFDM-based (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), CP-assisted (Cyclic Prefix) block transmission with those of CDMA systems. Recently, it was recognised that DS-CDMA (Direct Sequence) implementations can also take advantage of the beneficts of the CP-assisted block transmission approach, therefore enabling an efficient use of FFT-based (Fast Fourier Transform), chip level FDE (Frequency- Domain Equalisation) techniques. In this paper we consider the use of IB-DFE (Iterative Block Decision Feedback Equalisation) FDE techniques within both CP-assisted MC-CDMA systems with frequency-domain spreading and DS-CDMA systems. Our simulation results show that an IB-DFE receiver with moderate complexity is suitable in both cases, with excellent performances that can be close to the single-code matched filter bound (especially for the CP-assisted DSCDMA alternative), even with full code usage.

A frequency-domain receiver for asynchronous systems employing CP-assisted DS-CDMA schemes

In this paper we consider the uplink transmission within CP-assisted (Cyclic Pre¯x) DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access) systems and we present a frequency-domain MUD (MultiUser Detection) receiver with iterative estimation and compensation of residual frequency errors. The proposed receiver is suitable for broadband wireless systems, with performances that can be close to the single-user MFB (Matched Filter Bound), even for fully loaded systems and/or in the presence of strong interfering signals. The receiver is powerful enough for typical asynchronous scenarios, requiring only a coarse synchronization between users.

SIC and PIC multiuser detection for prefix-assisted DS-CDMA systems

In this paper we present iterative frequency-domain multiuser detection (MUD) receivers for the uplink transmission of direct sequence code division multiple access systems (DS-CDMA) that combine iterative block decision feedback equalization (IB-DFE) principles with interference cancelation techniques. Both successive interference cancelation (SIC) and parallel interference cancelation (PIC) structures are considered. Our performance results show that the proposed receiver structures have excellent bit error rate (BER) performances, that can be close to the single-user matched filter bound (MFB), even for fully loaded systems and severely time-dispersive channels1.

Joint turbo equalization and cancelation of nonlinear distortion effects in MC-CDMA signals

In this paper, we consider low-PMEPR (Peak-to-Mean Envelope Power Ratio) MC-CDMA (Multicarrier Coded Division Multiple Access) schemes. We develop frequencydomain turbo equalizers combined with an iterative estimation and cancellation of nonlinear distortion effects. Our receivers have relatively low complexity, since they allow FFT-based (Fast Fourier Transform) implementations. The proposed turbo receivers allow significant performance improvements at low and moderate SNR (Signal-to-Noise Ratio), even when a low-PMEPR MC-CDMA transmission is intended.

Análise comparativa das técnicas de transmissão com modulação exterma PDSB, OSSB e OCS

Dissertação de Mestrado, Engenharia Eléctrica e Electrónica, Ramo de Tecnologias de Informação e Telecomunicações, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2009

Sistemas de antenas MIMO

Os sistemas de rádio comunicação com múltiplas antenas transmissoras (Tx) e receptoras (Rx), também conhecidos como sistemas MIMO (Multiple Input-Multiple Output), são um dos mais importantes avanços nos sistemas de telecomunicações. Estes sistemas tiram vantagem do uso de várias antenas transmissoras e várias antenas receptoras para explorar as propriedades espaciais do canal rádio. O crescimento dramático da capacidade dos canais que os sistemas MIMO vêm acrescentar, faz com que esta tecnologia seja promissora para os futuros serviços de Internet Wireless. Estes sistemas MIMO utilizam diversidade espacial, ou seja, tiram partido da natureza aleatória da propagação das ondas através do multipercurso e na qual réplicas de um sinal são combinadas no receptor com o intuito de se obter maior fiabilidade na detecção desse sinal. Assim sendo, um canal MIMO é o meio por onde se propaga a informação transmitida por este conjunto de antenas. O conceito inerente aos sistemas MIMO passa por combinar os sinais emitidos e recebidos de modo que seja possível melhorar a performance do sistema. Esta melhoria de desempenho irá reflectir-se na maximização dos ritmos de transmissão associados e na melhoria da qualidade de serviço oferecida ao cliente final. Esta tecnologia tem sido aprofundada com o objectivo de se resolver o problema de estrangulamento da capacidade de tráfego nas futuras redes de telecomunicações sem fios. Isto é extremamente importante em sistemas onde a capacidade é bastante limitada devido às características do ambiente de propagação. Existe portanto, um grande interesse em comparar o comportamento, características, vantagens e desvantagens dos vários tipos de sistemas existentes (SISO - Single Input - Single Output, SIMO - Single Input - Multiple Output, MISO - Multiple Input - Single Output, MIMO - Multiple Input - Multiple Output). Torna-se então necessário o estudo dos sistemas de antenas Multiple Input - Multiple Output (MIMO) e as suas vantagens/desvantagens na transmissão de informação relativamente aos sistemas Single Input - Single Output (SISO). Este estudo vem comprovar que a tecnologia MIMO é uma evolução natural para as tecnologias sem fios, visto que existe uma crescente demanda de serviços multimédia e um esforço constante para se aumentar as taxas de transmissão nas redes sem fios. Os sistemas MIMO vêm também dar um enorme contributo à investigação nesta área das telecomunicações.

Redes rádio sobre fibra: influência da camada MAC do protocolo 802.11 no desempenho da rede

As redes de comunicação de nova geração, sejam elas por cabo ou sem fios, têm sido uma área onde os investigadores têm apostado muito e por consequência tem havido imenso desenvolvimento. As tecnologias FTTx (Fiber To The x) já são uma realidade em alguns países, em especial a FTTH (Fiber To The Home) onde se tem apostado muito nos últimos anos em Portugal. Para além de chegar às casas (edifícios), a fibra óptica já penetrou nos edifícios, sendo actualmente a sua instalação regulamentada através do manual do ITED (Prescrições e Especificações Técnicas das Infra-estruturas de Telecomunicações em Edifícios). Por outro lado, a utilização das redes sem fios tem vindo a crescer em detrimento da rede cablada. Em alguns cenários de aplicação, onde existia uma rede de fibra óptica instalada, um edifício que não seja totalmente coberto pelo router sem fios poderá beneficiar dessa cobertura, se o sinal wireless for transmitido transparentemente no domínio óptico através de fibra óptica e convertido novamente para o domínio eléctrico, num ponto remoto do edifício. Nesta dissertação, inicialmente é elaborada uma análise à tecnologia Rádio sobre Fibra, evidenciando-se as vantagens e desvantagens da sua aplicação. São também apresentados alguns dos possíveis cenários de aplicação da mesma com alguns exemplos reais. O padrão IEEE 802.11 é exposto, dando-se especial atenção à sua camada MAC, as suas principais funções e os seus modos de funcionamento. Por fim, são analisadas eventuais influências da camada MAC do IEEE802.11 no funcionamento e performance das redes Radio sobre Fibra. O Modelo de Simulação utilizado nesta dissertação é apresentado e são também apresentados alguns dos conceitos principais e benefícios da utilização. O sistema que se pretende desenvolver e simular é também apresentado assim como o simulador utilizado na elaboração deste trabalho. O seu modo de funcionamento é explicado, assim como a sua estrutura. Por fim, são simulados alguns cenários utilizando o simulador de eventos OMNeT++ onde se pretende verificar o desempenho de um sistema RoF, fazendo variar o comprimento de uma fibra óptica que liga dois equipamentos a trocar mensagens entre si.

IP/optical integration in access network infrastructures: key issues on resource provisioning

This thesis contributes to the advancement of Fiber-Wireless (FiWi) access technologies, through the development of algorithms for resource allocation and energy efficient routing. FiWi access networks use both optical and wireless/cellular technologies to provide high bandwidth and ubiquity, required by users and current high demanding services. FiWi access technologies are divided in two parts. In one of the parts, fiber is brought from the central office to near the users, while in the other part wireless routers or base stations take over and provide Internet access to users. Many technologies can be used at both the optical and wireless parts, which lead to different integration and optimization problems to be solved. In this thesis, the focus will be on FiWi access networks that use a passive optical network at the optical section and a wireless mesh network at the wireless section. In such networks, two important aspects that influence network performance are: allocation of resources and traffic routing throughout the mesh section. In this thesis, both problems are addressed. A fair bandwidth allocation algorithm is developed, which provides fairness in terms of bandwidth and in terms of experienced delays among all users. As for routing, an energy efficient routing algorithm is proposed that optimizes sleeping and productive periods throughout the wireless and optical sections. To develop the stated algorithms, game theory and networks formation theory were used. These are powerful mathematical tools that can be used to solve problems involving agents with conflicting interests. Since, usually, these tools are not common knowledge, a brief survey on game theory and network formation theory is provided to explain the concepts that are used throughout the thesis. As such, this thesis also serves as a showcase on the use of game theory and network formation theory to develop new algorithms.

Radio over fiber broadband access networks architectures based on wavelength division multiplexing techniques

The recent remarkable growth in bandwidth of both wired optical and wireless access networks supports a burst of new high bandwidth Internet applications such as: peer-topeer file sharing, cloud storage, on-line gaming, video streaming, etc. Within this scenario, the convergence of fixed and wireless access networks offers significant opportunities for network operators to satisfy user demands, and simultaneously reduce the cost of implementing and running separated wireless and wired networks. The integration of wired and wireless network can be accomplished within several scenarios and at several levels. In this thesis we will focus on converged radio over fiber architectures, particularly on two application scenarios: converged optical 60 GHz wireless networks and wireless overlay backhauling over bidirectional colorless wavelength division multiplexing passive optical networks (WDM-PONs). In the first application scenario, optical 60 GHz signal generation using external modulation of an optical carrier by means of lithium niobate (LiNbO3) Mach- Zehnder modulators (MZM) is considered. The performance of different optical modulation techniques, robust against fiber dispersion is assessed and dispersion mitigation strategies are identified. The study is extended to 60 GHz carriers digitally modulated with data and to systems employing subcarrier multiplexed (SCM) mm-wave channels. In the second application scenario, the performance of WDM-PONs employing reflective semiconductor optical amplifiers (RSOAs), transmitting an overlay orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) wireless signal is assessed analytically and experimentally, with the relevant system impairments being identified. It is demonstrated that the intermodulation due to the beating of the baseband signal and wireless signal at the receiver can seriously impair the wireless channel. Performance degradation of the wireless channel caused by the RSOA gain modulation owing to the downstream baseband data is also assessed, and system design guidelines are provided.

Monitoring of urban transportation networks using wireless sensor networks

Dissertação de mestrado, Engenharia Informática, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Sistema remoto para monitorização de ambientes refrigerados em viaturas automóveis

Dissertação de mestrado, Engenharia Elétrica e Eletrónica (Tecnologias de Informação e Telecomunicações), Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2015

Data storage system for wireless sensor networks

Dissertação de mestrado, Engenharia Informática, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Receptor MIMO em FPGA baseado no esquema de Alamouti

A oferta de serviços baseados em comunicações sem fios tem vindo a crescer exponencialmente na última década. Cada vez mais são exigidas maiores taxas de transmissão assim como uma melhor QoS, sem comprometer a potência de transmissão ou argura de banda disponível. A tecnologia MIMO consegue oferecer um aumento da capacidade destes sistemas sem requerer aumento da largura de banda ou da potência transmitida. O trabalho desenvolvido nesta dissertação consistiu no estudo dos sistemas MIMO, caracterizados pela utilização de múltiplas antenas para transmitir e receber a informação. Com um sistema deste tipo consegue-se obter um ganho de diversidade espacial utilizando códigos espaço-temporais, que exploram simultaneamente o domínio espacial e o domínio do tempo. Nesta dissertação é dado especial ênfase à codificação por blocos no espaço-tempo de Alamouti, a qual será implementada em FPGA, nomeadamente a parte de recepção. Esta implementação é efectuada para uma configuração de antenas 2x1, utilizando vírgula flutuante e para três tipos de modulação: BPSK, QPSK e 16-QAM. Por fim será analisada a relação entre a precisão alcançada na representação numérica dos resultados e os recursos consumidos pela FPGA. Com a arquitectura adoptada conseguem se obter taxas de transferência na ordem dos 29,141 Msimb/s (sem pipelines) a 262,674 Msimb/s (com pipelines), para a modulação BPSK.

Analisador de espectro de baixo custo com frequência de operação entre 2 e 3 GHz

Com o surgimento de novos sistemas de telecomunicações sem fios, que necessitam de maiores potências de emissão e largura de banda disponível, surgem os regulamentos que controlam as emissões rádio. Só assim estas tecnologias podem coexistir em bandas próximas, com o máximo desempenho e com a garantia que os níveis de poluição electromagnética não são ultrapassados. Cada vez mais, regulamentos que limitam a potência da transmissão têm em vista questões de saúde pública e por isso devem ser estritamente respeitados. Para se poder controlar as emissões rádio é necessário um dispositivo que consiga analisar o espectro rádio. Um dos instrumentos fundamentais na metrologia de radiofrequência é o analisador de espectros, que tem como principal função apresentar a potência de porções do espectro em função da frequência. Existem vários tipos de analisadores espectrais, que se baseiam em arquitecturas de recepção distintas. O tipo de analisador define a sua complexidade e o tipo de análises que consegue fazer. Com esta dissertação pretende-se mostrar a implementação de um analisador de espectro portátil, de baixo custo, baseado num receptor heteródino e com uma frequência de operação compreendida entre os 2 e os 3 GHz. Este projecto abrange diversas áreas, desde o hardware de recepção rádio, passando pelo microcontrolador que faz a aquisição de dados e comunicação com o computador, acabando na aplicação que foi desenvolvida em Java para permitir ao utilizador uma interface de utilização simples e funcional. Foi também desenvolvida com sucesso uma antena impressa adequada à banda de frequência referida. Embora tenham existidos problemas simples, um na localização do filtro passa-banda e o outro na resposta do filtro intermédio, os objectivos foram alcançados obtendo-se um analisador de espectro portátil, funcional e de baixo custo, conforme pretendido. O analisador tem um erro máximo na detecção de potência de 2,5 dB e o tempo de varrimento máximo é cerca de 16 segundos com 500 pontos de resolução. Foram realizadas várias medições e uma comparação com um analisador de espectros comercial, para demonstrar o funcionamento e desempenho do analisador desenvolvido, tendo os resultados sido bastante promissores. A funcionalidade deste analisador medir a potência do sinal ao longo do tempo é uma mais-valia face ao analisador comercial utilizado para a comparação.

Caracterização bidimensional de um canal rádio Wimax

Com o crescimento previsível e exponencial das redes de comunicações móveis motivado pela mobilidade, flexibilidade e também comodidade do utilizador levam a que este se torne na fatia mais importante do mundo das telecomunicações dos dias que correm. Assim é importante estudar e caracterizar canais rádio para as mais diversas gamas de frequências utilizadas nas mais variadas tecnologias. O objectivo principal desta dissertação de Mestrado é caracterizar um canal rádio para a tecnologia sem fios Worldwide Inter-operability for Microwave Access (Wimax para as frequências de 3,5 GHz e 5 GHz) actualmente vista pela comunidade científica como a tecnologia sem fios com maiores perspectivas de sucesso. Para tal, determinaram-se o Perfil de Atraso de Potência (PAP) e também a Potência em Função da Distância (PFD) recorrendo ao método computacional de simulação Finite-Difference Time-Domain (FDTD). De forma a estudar e caracterizar o canal rádio, em termos de desvanecimento relativo ao espalhamento de atraso, usaram-se dois métodos alternativos que têm como entrada o PAP. Para caracterizar o canal quanto ao desvanecimento baseado em espalhamento de Doppler, recorreu-se também a duas técnicas alternativas tendo como entrada o PFD. Em ambas as situações os dois métodos alternativos convergiram para os mesmos resultados. A caracterização é feita em dois cenários diferentes: um em que consideramos que a maioria dos obstáculos são condutores eléctricos perfeitos (CEP) e que passaremos a designar Cenário PEC, e um segundo cenário em que os obstáculos têm propriedades electromagnéticas diferentes, e que passará a ser designado por Cenário MIX. Em ambos os cenários de análise concluiu-se que o canal é plano, lento e sem ISI.