Redes de acesso aleatório com capacidade de receção de múltiplos pacotes

Com o aumento do número de dispositivos móveis, os sistemas de comunicação sem fios têm evoluído de forma a aumentar os débitos de transferência de dados. Nos sistemas de comunicação sem fios tradicionais, um nó recetor apenas permite a receção de um sinal de cada vez (Single Packet Reception - SPR). Com o aparecimento de técnicas de receção múltipla (ex. CDMA, UWB, MU-MIMO), tornou-se possível a receção de múltiplos pacotes em simultâneo (Multipacket Reception - MPR). Porém, os protocolos de controlo de acesso ao meio (MAC) não foram adaptados de forma a tirar partido da capacidade de MPR no recetor. Esta dissertação aborda a condição de receção de múltiplos pacotes em simultâneo, caracterizando o número médio de pacotes recebidos, tendo em conta o número total de transmissões. A partir desta caracterização, é estudado o desempenho de três protocolos MAC. Os protocolos são baseados numa fase de negociação seguida de uma fase de transmissão. A caracterização do número médio de pacotes recebidos permite avaliar de uma forma integrada (nível físico e MAC) o desempenho dos diferentes protocolos MAC. Finalmente, a avaliação de desempenho evidencia o aumento de débito quando é utilizado MPR nas duas fases (negociação e transmissão), o que constitui um bom ponto de partida para o desenho de futuros protocolos MAC para sistemas MPR.

Desempenho de técnicas de acesso distribuído em sistemas de comunicação sem fios de múltipla receção

Nas redes sem fios tradicionais, os nós recetores permitem apenas uma única receção individual. Contudo com o aumento do número de dispositivos móveis nas redes sem fios, tem-se explorado novas técnicas que permitem múltiplas receções em simultâneo (Multipacket Reception) (MPR), tais como CDMA, OFDMA e MU-MIMO. Estas técnicas permitem melhorar o desempenho dos sistemas, aumentando também os débitos de transferências de dados. Apesar deste desenvolvimento, os protocolos de controlo de acesso ao meio não estão desenhados para suportar múltiplas receções, admitindo ainda os pressupostos originais. Isto faz com que se estejam a desperdiçar recursos do canal, não aproveitando ao máximo as capacidades que os sistemas MPR têm para oferecer. Nesta dissertação estuda-se a condição de receção com sucesso de múltiplas transmissões. Isto permite obter um modelo para caracterizar o número de transmissões recebidas com sucesso tendo em conta o número de nós que transmitem em simultâneo e modelando também a probabilidade de receção com sucesso individual. A partir desta caracterização, é verificado o desempenho de cinco protocolos MAC diferentes com suporte para múltiplas receções em simultâneo. Realizando uma avaliação integrada (tendo em conta o nível físico e o nível MAC) para os diferentes protocolos estudados, realiza-se uma avaliação comparativa relativamente ao débito atingido por cada um deles. Propõem-se por fim dois novos protocolos MAC com suporte para múltiplas transmissões em simultâneo para que se faça um melhor aproveitamento das capacidades permitidas pelos sistemas MPR, atingindo também melhores débitos.

Segurança no nível físico em sistemas multi-antena com diretividade na informação

Os sistemas de comunicação sem fios são sistemas de difusão por natureza. Devido a essa sua natureza, um dos problemas inerentes à mesma deve-se à segurança e ao secretismo, pois se o canal é partilhado a informação facilmente é obtida por um utilizador não autorizado, ao contrário dos sistemas de comunicação com fios. Tradicionalmente, a introdução de segurança em sistemas de comunicação, resulta na encriptação da informação, resultante de protocolos de encriptação. No entanto, a segurança através da criptografia baseia-se na premissa de que o utilizador não autorizado tem uma capacidade de processamento limitada, pois senão poderia simplesmente tentar todas as combinações possíveis e obter a chave de encriptação. Como a capacidade de processamento tem crescido exponencialmente, este tipo de sistemas tem se tornado cada vez mais complexos para não se tornarem obsoletos. A introdução de segurança na camada física torna-se então uma opção apelativa pois pode servir como um complemento, visto que os sistemas de criptografia funcionam em camadas superiores independentes da camada fisica, apresentando assim uma abordagem multi-camada em termos de segurança. Tipicamente as técnicas de segurança no nível físico podem se agrupar em 2 tipos: técnicas que se baseiam em códigos, ou técnicas que exploram variações temporais e espaciais do canal. As primeiras diminuem a eficiência espectral do sistema, e as segundas apresentam bons resultados em ambientes dinâmicos, mas em ambientes estáticos não são muito promissores. Há também a necessidade de aumentar as taxas de transmissão nos próximos sistemas de comunicação. Devido a estes requisitos, uma das tecnologias propostas para a nova geração de comunicações, é uma tecnologia baseada numa arquitectura Multiple-Input-Multiple-Output(MIMO). Esta tecnologia é promissora e consegue atingir taxas de transferências que correspondem aos requisitos propostos. Apresenta-se assim uma nova técnica de segurança no nível físico, que explora as caracteristicas físicas do sistema, como um complemento a outras medidas de segurança em camadas mais altas. Esta técnica não provoca diminuição da eficiência espectral e é independente do canal, o que tenta solucionar os problemas das restantes técnicas já existentes.

Andrés Pérez: una vida para el teatro

Si pienso en el teatro, más allá de una definición académica del término, pienso en una fiesta y un evento popular con participación “masiva”, pienso en un ritual, en un espacio sagrado y todo eso está presente en el trabajo de Andrés Pérez. Esta es mi verdad, la que voy a contar en este escrito, una verdad subjetiva sin duda y además una verdad que pasa no solo a través de lo efímero del teatro, sino también pasa por los recuerdos de mis testigos, por su memoria, gracias a las entrevistas que he realizado, a las notas de prensa y a los libros que he leído, la figura de Andrés Pérez ha tomado cuerpo y voz, por ejemplo con los videos que he logrado encontrar donde se hace presente. Otro elemento para mí interesante de la figura de Andrés es la popularidad que tiene en Chile y en Suramérica. Es muy conocido por haber trabajado casi siempre con personajes e historias marginales y por no haberse olvidado nunca de donde venía, llevando así el teatro a lugares pobres, por eso la gente lo ama: es una figura viva en la memoria de la sociedad chilena. La figura de Andrés Pérez, quedó grabada en el imaginario colectivo y se ha convertido en un héroe post dictadura y en plena época de reconciliación ha llegado al éxito. Fue el creador de un teatro masivo y popular, uniendo elementos del circo, magia, mimo, danza, teatro, música…

Is the PHY layer dead?

This article originates from a panel with the above title, held at IEEE VTC Spring 2009, in which the authors took part. The enthusiastic response it received prompted us to discuss for a wider audience whether research at the physical layer (PHY) is still relevant to the field of wireless communications. Using cellular systems as the axis of our exposition, we exemplify areas where PHY research has indeed hit a performance wall and where any improvements are expected to be marginal. We then discuss whether the research directions taken in the past have always been the right choice and how lessons learned could influence future policy decisions. Several of the raised issues are subsequently discussed in greater details, e.g., the growing divergence between academia and industry. With this argumentation at hand, we identify areas that are either under-developed or likely to be of impact in coming years - hence corroborating the relevance and importance of PHY research.

A unified treatment of optimum pilot overhead in multipath fading channels

The optimization of the pilot overhead in single-user wireless fading channels is investigated, and the dependence of this overhead on various system parameters of interest (e.g., fading rate, signal-to-noise ratio) is quantified. The achievable pilot-based spectral efficiency is expanded with respect to the fading rate about the no-fading point, which leads to an accurate order expansion for the pilot overhead. This expansion identifies that the pilot overhead, as well as the spectral efficiency penalty with respect to a reference system with genie-aided CSI (channel state information) at the receiver, depend on the square root of the normalized Doppler frequency. It is also shown that the widely-used block fading model is a special case of more accurate continuous fading models in terms of the achievable pilot-based spectral efficiency. Furthermore, it is established that the overhead optimization for multiantenna systems is effectively the same as for single-antenna systems with the normalized Doppler frequency multiplied by the number of transmit antennas.

On fast-decodable space-time block codes

We focus on full-rate, fast-decodable space–time block codes (STBCs) for 2 x 2 and 4 x 2 multiple-input multiple-output (MIMO) transmission. We first derive conditions and design criteria for reduced-complexity maximum-likelihood (ML) decodable 2 x 2 STBCs, and we apply them to two families of codes that were recently discovered. Next, we derive a novel reduced-complexity 4 x 2 STBC, and show that it outperforms all previously known codes with certain constellations.

On high-rate full-diversity 2x2 space-time codes with low-complexity optimum detection

The 2×2 MIMO profiles included in Mobile WiMAX specifications are Alamouti’s space-time code (STC) fortransmit diversity and spatial multiplexing (SM). The former hasfull diversity and the latter has full rate, but neither of them hasboth of these desired features. An alternative 2×2 STC, which is both full rate and full diversity, is the Golden code. It is the best known 2×2 STC, but it has a high decoding complexity. Recently, the attention was turned to the decoder complexity, this issue wasincluded in the STC design criteria, and different STCs wereproposed. In this paper, we first present a full-rate full-diversity2×2 STC design leading to substantially lower complexity ofthe optimum detector compared to the Golden code with only a slight performance loss. We provide the general optimized form of this STC and show that this scheme achieves the diversitymultiplexing frontier for square QAM signal constellations. Then, we present a variant of the proposed STC, which provides a further decrease in the detection complexity with a rate reduction of 25% and show that this provides an interesting trade-off between the Alamouti scheme and SM.

Mutual information of IID complex Gaussian signals on block Rayleigh-faded channels

We present a method to compute, quickly and efficiently, the mutual information achieved by an IID (independent identically distributed) complex Gaussian signal on a block Rayleigh-faded channel without side information at the receiver. The method accommodates both scalar and MIMO (multiple-input multiple-output) settings. Operationally, this mutual information represents the highest spectral efficiency that can be attained using Gaussiancodebooks. Examples are provided that illustrate the loss in spectral efficiency caused by fast fading and how that loss is amplified when multiple transmit antennas are used. These examples are further enriched by comparisons with the channel capacity under perfect channel-state information at the receiver, and with the spectral efficiency attained by pilot-based transmission.

Mutual Information of IID complex Gaussian signals on block Rayleigh-faded channels

We present a method to compute, quickly and efficiently, the mutual information achieved by an IID (independent identically distributed) complex Gaussian signal on a block Rayleigh-faded channel without side information at the receiver. The method accommodates both scalar and MIMO (multiple-input multiple-output) settings. Operationally, this mutual information represents the highest spectral efficiency that can be attained using Gaussiancodebooks. Examples are provided that illustrate the loss in spectral efficiency caused by fast fading and how that loss is amplified when multiple transmit antennas are used. These examples are further enriched by comparisons with the channel capacity under perfect channel-state information at the receiver, and with the spectral efficiency attained by pilot-based transmission.

A comparison of full-rate full-diversity 2x2 space-time codes for WiMAX systems

Multiple-input multiple-output (MIMO) techniques have become an essential part of broadband wireless communications systems. For example, the recently developed IEEE 802.16e specifications for broadband wireless access include three MIMOprofiles employing 2×2 space-time codes (STCs), and two of these MIMO schemes are mandatory on the downlink of Mobile WiMAX systems. One of these has full rate, and the other has full diversity, but neither of them has both of the desired features. The third profile, namely, Matrix C, which is not mandatory, is both a full rate and a full diversity code, but it has a high decoder complexity. Recently, the attention was turned to the decodercomplexity issue and including this in the design criteria, several full-rate STCs were proposed as alternatives to Matrix C. In this paper, we review these different alternatives and compare them to Matrix C in terms of performances and the correspondingreceiver complexities.

Silver space-time trellis-coded modulation

Silver Code (SilC) was originally discovered in [1–4] for 2×2 multiple-input multiple-output (MIMO) transmission. It has non-vanishing minimum determinant 1/7, slightly lower than Golden code, but is fast-decodable, i.e., it allows reduced-complexity maximum likelihood decoding [5–7]. In this paper, we present a multidimensional trellis-coded modulation scheme for MIMO systems [11] based on set partitioning of the Silver Code, named Silver Space-Time Trellis Coded Modulation (SST-TCM). This lattice set partitioning is designed specifically to increase the minimum determinant. The branches of the outer trellis code are labeled with these partitions. Viterbi algorithm is applied for trellis decoding, while the branch metrics are computed by using a sphere-decoding algorithm. It is shown that the proposed SST-TCM performs very closely to the Golden Space-Time Trellis Coded Modulation (GST-TCM) scheme, yetwith a much reduced decoding complexity thanks to its fast-decoding property.

Débattre : l'argumentation et l'identité au coeur d'une pratique verbale

Pratique verbale à la fois familière et fondamentale dans les sociétés démocratiques contemporaines, le débat reste paradoxalement peu connu et peu étudié en tant que tel. L'ouvrage propose de plonger au coeur de cette pratique et d'opérer ce travail à deux niveaux étroitement articulés. À un niveau théorique, le débat pose certaines questions aux sciences du langage et à la sociologie de l'action. L'auteur s'attache à y répondre en approchant les pratiques verbales à l'articulation des perspectives textuelle (problématique de l'enchaînement des énoncés) et interactionnelle (problématique des dynamiques au travers desquelles les agents gèrent leur relation). Le caractère multimodal de ces pratiques est également considéré, qu'il s'agisse de l'articulation oral-écrit, du lien entre parole et mimo-gestualité ou encore de la répartition des participants dans l'espace. À un niveau pratique, la spécificité du débat repose sur certains observables qu'il s'agit d'identifier et de décrire et qui permettent de distinguer le débat d'autres formes de comportement, telles que l'anecdote, la discussion ou la dispute. Par l'analyse de nombreux exemples tirés d'interactions publiques, l'ouvrage montre en quoi la pratique de l'argumentation et l'inscription langagière de certaines identités apparaissent comme les deux ressources fondamentales d'accomplissement et de reconnaissance de la pratique du débat.

Practical algorithms for a family of waterfilling solutions

Many engineering problems that can be formulatedas constrained optimization problems result in solutionsgiven by a waterfilling structure; the classical example is thecapacity-achieving solution for a frequency-selective channel.For simple waterfilling solutions with a single waterlevel and asingle constraint (typically, a power constraint), some algorithmshave been proposed in the literature to compute the solutionsnumerically. However, some other optimization problems result insignificantly more complicated waterfilling solutions that includemultiple waterlevels and multiple constraints. For such cases, itmay still be possible to obtain practical algorithms to evaluate thesolutions numerically but only after a painstaking inspection ofthe specific waterfilling structure. In addition, a unified view ofthe different types of waterfilling solutions and the correspondingpractical algorithms is missing.The purpose of this paper is twofold. On the one hand, itoverviews the waterfilling results existing in the literature from aunified viewpoint. On the other hand, it bridges the gap betweena wide family of waterfilling solutions and their efficient implementationin practice; to be more precise, it provides a practicalalgorithm to evaluate numerically a general waterfilling solution,which includes the currently existing waterfilling solutions andothers that may possibly appear in future problems.

The IST METRA Project

This article summarizes the main achievementsof the Multi-Element Transmit andReceive Antennas (METRA) Project, an ISTresearch and technological development project carried out between January 2000 and June 2001 by Universitat Politècnica de Catalunya, the Center for Personkommunikation of Aalborg University, Nokia Networks, Nokia Mobile Phones, and Vodafone Group Research and Development.The main objective of METRA was the performanceevaluation of multi-antenna terminals incombination with adaptive antennas at the basestation in UMTS communication systems. 1 AMIMO channel sounder was developed that providedrealistic multi-antenna channel measurements.Using these measured data, stochasticchannel models were developed and properly validated.These models were also evaluated inorder to estimate their corresponding channelcapacity. Different MIMO configurations andprocessing schemes were developed for both theFDD and TDD modes of UTRA, and their linkperformance was assessed. Performance evaluationwas completed by system simulations thatillustrated the benefits of MIMO configurationsto the network operator. Implementation cost vs.performance improvement was also covered bythe project, including the base station and terminalmanufacturer and network operator viewpoints.Finally, significant standards contributionswere generated by the project and presented to the pertinent 3GPP working groups.