IQ Imbalance in Multiuser Systems: Channel Estimation and Compensation

In this paper, we consider the uplink of a single-cell multi-user single-input multiple-output (MU-SIMO) system with in-phase and quadrature-phase imbalance (IQI). Particularly, we investigate the effect of receive (RX) IQI on the performance of MU-SIMO systems with large antenna arrays employing maximum-ratio combining (MRC) receivers. In order to study how IQI affects channel estimation, we derive a new channel estimator for the IQI-impaired model and show that the higher the value of signal-to-noise ratio (SNR) the higher the impact of IQI on the spectral efficiency (SE). Moreover, a novel pilot-based joint estimator of the augmented MIMO channel matrix and IQI coefficients is described and then, a low-complexity IQI compensation scheme is proposed which is based on the
IQI coefficients’ estimation and it is independent of the channel gain. The performance of the proposed compensation scheme is analytically evaluated by deriving a tractable approximation of the ergodic SE assuming transmission over Rayleigh fading channels with large-scale fading. Furthermore, we investigate how many MSs should be scheduled in massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems with IQI and show that the highest SE loss occurs at the optimal operating point. Finally,
by deriving asymptotic power scaling laws, and proving that the SE loss due to IQI is asymptotically independent of the number of BS antennas, we show that massive MIMO is resilient to the effect of RX IQI.

Multilayer optimization in radio resource allocation for the packet transmission in wireless networks

Na última década tem-se assistido a um crescimento exponencial das redes de comunicações sem fios, nomeadamente no que se refere a taxa de penetração do serviço prestado e na implementação de novas infra-estruturas em todo o globo. É ponto assente neste momento que esta tendência irá não só continuar como se fortalecer devido à convergência que é esperada entre as redes móveis sem fio e a disponibilização de serviços de banda larga para a rede Internet fixa, numa evolução para um paradigma de uma arquitectura integrada e baseada em serviços e aplicações IP. Por este motivo, as comunicações móveis sem fios irão ter um papel fundamental no desenvolvimento da sociedade de informação a médio e longo prazos. A estratégia seguida no projecto e implementação das redes móveis celulares da actual geração (2G e 3G) foi a da estratificação da sua arquitectura protocolar numa estrutura modular em camadas estanques, onde cada camada do modelo é responsável pela implementação de um conjunto de funcionalidades. Neste modelo a comunicação dá-se apenas entre camadas adjacentes através de primitivas de comunicação pré-estabelecidas. Este modelo de arquitectura resulta numa mais fácil implementação e introdução de novas funcionalidades na rede. Entretanto, o facto das camadas inferiores do modelo protocolar não utilizarem informação disponibilizada pelas camadas superiores, e vice-versa acarreta uma degradação no desempenho do sistema. Este paradigma é particularmente importante quando sistemas de antenas múltiplas são implementados (sistemas MIMO). Sistemas de antenas múltiplas introduzem um grau adicional de liberdade no que respeita a atribuição de recursos rádio: o domínio espacial. Contrariamente a atribuição de recursos no domínio do tempo e da frequência, no domínio espacial os recursos rádio mapeados no domínio espacial não podem ser assumidos como sendo completamente ortogonais, devido a interferência resultante do facto de vários terminais transmitirem no mesmo canal e/ou slots temporais mas em feixes espaciais diferentes. Sendo assim, a disponibilidade de informação relativa ao estado dos recursos rádio às camadas superiores do modelo protocolar é de fundamental importância na satisfação dos critérios de qualidade de serviço exigidos. Uma forma eficiente de gestão dos recursos rádio exige a implementação de algoritmos de agendamento de pacotes de baixo grau de complexidade, que definem os níveis de prioridade no acesso a esses recursos por base dos utilizadores com base na informação disponibilizada quer pelas camadas inferiores quer pelas camadas superiores do modelo. Este novo paradigma de comunicação, designado por cross-layer resulta na maximização da capacidade de transporte de dados por parte do canal rádio móvel, bem como a satisfação dos requisitos de qualidade de serviço derivados a partir da camada de aplicação do modelo. Na sua elaboração, procurou-se que o standard IEEE 802.16e, conhecido por Mobile WiMAX respeitasse as especificações associadas aos sistemas móveis celulares de quarta geração. A arquitectura escalonável, o baixo custo de implementação e as elevadas taxas de transmissão de dados resultam num processo de multiplexagem de dados e valores baixos no atraso decorrente da transmissão de pacotes, os quais são atributos fundamentais para a disponibilização de serviços de banda larga. Da mesma forma a comunicação orientada à comutação de pacotes, inenente na camada de acesso ao meio, é totalmente compatível com as exigências em termos da qualidade de serviço dessas aplicações. Sendo assim, o Mobile WiMAX parece satisfazer os requisitos exigentes das redes móveis de quarta geração. Nesta tese procede-se à investigação, projecto e implementação de algoritmos de encaminhamento de pacotes tendo em vista a eficiente gestão do conjunto de recursos rádio nos domínios do tempo, frequência e espacial das redes móveis celulares, tendo como caso prático as redes móveis celulares suportadas no standard IEEE802.16e. Os algoritmos propostos combinam métricas provenientes da camada física bem como os requisitos de qualidade de serviço das camadas superiores, de acordo com a arquitectura de redes baseadas no paradigma do cross-layer. O desempenho desses algoritmos é analisado a partir de simulações efectuadas por um simulador de sistema, numa plataforma que implementa as camadas física e de acesso ao meio do standard IEEE802.16e.

Channel and frequency offset estimation schemes for multicarrier systems

O presente trabalho aborda o problema da estimação de canal e da estimação de desvio de frequência em sistemas OFDM com múltiplas configurações de antenas no transmissor e no receptor. Nesta tese é apresentado o estudo teórico sobre o impacto da densidade de pilotos no desempenho da estimação de canal em sistemas OFDM e são propostos diversos algoritmos para estimação de canal e estimação de desvio de frequência em sistemas OFDM com antenas únicas no transmissor e receptor, com diversidade de transmissão e MIMO. O estudo teórico culmina com a formulação analítica do erro quadrático médio de um estimador de canal genérico num sistema OFDM que utilize pilotos dedicados, distribuidos no quadro transmitido em padrões bi-dimensionais. A formulação genérica é concretizada para o estimador bi-dimensional LS-DFT, permitindo aferir da exactidão da formulação analítica quando comparada com os valores obtidos por simulação do sistema abordado. Os algoritmos de estimação investigados tiram partido da presença de pilotos dedicados presentes nos quadros transmitidos para estimar com precisão os parâmetros pretendidos. Pela sua baixa complexidade, estes algoritmos revelam-se especialmente adequados para implementação em terminais móveis com capacidade computacional e consumo limitados. O desempenho dos algoritmos propostos foi avaliado por meio de simulação do sistema utilizado, recorrendo a modelos aceites de caracterização do canal móvel multipercurso. A comparação do seu desempenho com algoritmos de referência permitir aferir da sua validade. ABSTRACT: The present work focus on the problem of channel estimation and frequency offset estimation in OFDM systems, with different antenna configurations at both the transmitter and the receiver. This thesis presents the theoretical study of the impact of the pilot density in the performance of the channel estimation in OFDM systems and proposes several channel and frequency offset algorithms for OFDM systems with single antenna at both transmitter and receiver, with transmitter diversity and MIMO. The theoretical study results in the analytical formulation of the mean square error of a generic channel estimator for an OFDM system using dedicated pilots, distributed in the transmitted frame in two-dimensional patterns. The generic formulation is implemented for the two-dimensional LS-DFT estimator to verify the accuracy of the analytical formulation when compared with the values obtained by simulation of the discussed system. The investigated estimation algorithms take advantage of the presence of dedicated pilots present in the transmitted frames to accurately estimate the required parameters. Due to its low complexity, these algorithms are especially suited for implementation in mobile terminals with limited processing power and consumption. The performance of the proposed algorithms was evaluated by simulation of the used system, using accepted multipath mobile channel models. The comparison of its performance with the one of reference algorithms measures its validity.

Interference cancellation for distributed wireless systems

O tema principal desta tese é o problema de cancelamento de interferência para sistemas multi-utilizador, com antenas distribuídas. Como tal, ao iniciar, uma visão geral das principais propriedades de um sistema de antenas distribuídas é apresentada. Esta descrição inclui o estudo analítico do impacto da ligação, dos utilizadores do sistema, a mais antenas distribuídas. Durante essa análise é demonstrado que a propriedade mais importante do sistema para obtenção do ganho máximo, através da ligação de mais antenas de transmissão, é a simetria espacial e que os utilizadores nas fronteiras das células são os mais bene ciados. Tais resultados são comprovados através de simulação. O problema de cancelamento de interferência multi-utilizador é considerado tanto para o caso unidimensional (i.e. sem codi cação) como para o multidimensional (i.e. com codi cação). Para o caso unidimensional um algoritmo de pré-codi cação não-linear é proposto e avaliado, tendo como objectivo a minimização da taxa de erro de bit. Tanto o caso de portadora única como o de multipla-portadora são abordados, bem como o cenário de antenas colocadas e distribuidas. É demonstrado que o esquema proposto pode ser visto como uma extensão do bem conhecido esquema de zeros forçados, cuja desempenho é provado ser um limite inferior para o esquema generalizado. O algoritmo é avaliado, para diferentes cenários, através de simulação, a qual indica desempenho perto do óptimo, com baixa complexidade. Para o caso multi-dimensional um esquema para efectuar "dirty paper coding" binário, tendo como base códigos de dupla camada é proposto. No desenvolvimento deste esquema, a compressão com perdas de informação, é considerada como um subproblema. Resultados de simulação indicam transmissão dedigna proxima do limite de Shannon.

Design and performance of wireless cooperative relaying

In recent years, a new paradigm for communication called cooperative communications has been proposed for which initial information theoretic studies have shown the potential for improvements in capacity over traditional multi-hop wireless networks. Extensive research has been done to mitigate the impact of fading in wireless networks, being mostly focused on Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) systems. Recently, cooperative relaying techniques have been investigated to increase the performance of wireless systems by using diversity created by different single antenna devices, aiming to reach the same level of performance of MIMO systems with low cost devices. Cooperative communication is a promising method to achieve high spectrum efficiency and improve transmission capacity for wireless networks. Cooperative communications is the general idea of pooling the resources of distributed nodes to improve the overall performance of a wireless network. In cooperative networks the nodes cooperate to help each other. A cooperative node offering help is acting like a middle man or proxy and can convey messages from source to destination. Cooperative communication involves exploiting the broadcast nature of the wireless medium to form virtual antenna arrays out of independent singleantenna network nodes for transmission. This research aims at contributing to the field of cooperative wireless networks. The focus of this research is on the relay-based Medium Access Control (MAC) protocol. Specifically, I provide a framework for cooperative relaying called RelaySpot which comprises on opportunistic relay selection, cooperative relay scheduling and relay switching. RelaySpot-based solutions are expected to minimize signaling exchange, remove estimation of channel conditions, and improve the utilization of spatial diversity, minimizing outage and increasing reliability.

Characterization of RSOA modulators in radio over fiber links

In this work physical and behavioral models for a bulk Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA) modulator in Radio over Fiber (RoF) links are proposed. The transmission performance of the RSOA modulator is predicted under broadband signal drive. At first, the simplified physical model for the RSOA modulator in RoF links is proposed, which is based on the rate equation and traveling-wave equations with several assumptions. The model is implemented with the Symbolically Defined Devices (SDD) in Advanced Design System (ADS) and validated with experimental results. Detailed analysis regarding optical gain, harmonic and intermodulation distortions, and transmission performance is performed. The distribution of the carrier and Amplified Spontaneous Emission (ASE) is also demonstrated. Behavioral modeling of the RSOA modulator is to enable us to investigate the nonlinear distortion of the RSOA modulator from another perspective in system level. The Amplitude-to-Amplitude Conversion (AM-AM) and Amplitude-to-Phase Conversion (AM-PM) distortions of the RSOA modulator are demonstrated based on an Artificial Neural Network (ANN) and a generalized polynomial model. Another behavioral model based on Xparameters was obtained from the physical model. Compensation of the nonlinearity of the RSOA modulator is carried out based on a memory polynomial model. The nonlinear distortion of the RSOA modulator is reduced successfully. The improvement of the 3rd order intermodulation distortion is up to 17 dB. The Error Vector Magnitude (EVM) is improved from 6.1% to 2.0%. In the last part of this work, the performance of Fibre Optic Networks for Distributed and Extendible Heterogeneous Radio Architectures and Service Provisioning (FUTON) systems, which is the four-channel virtual Multiple Input Multiple Output (MIMO), is predicted by using the developed physical model. Based on Subcarrier Multiplexing (SCM) techniques, four-channel signals with 100 MHz bandwidth per channel are generated and used to drive the RSOA modulator. The transmission performance of the RSOA modulator under the broadband multi channels is depicted with the figure of merit, EVM under di erent adrature Amplitude Modulation (QAM) level of 64 and 254 for various number of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) subcarriers of 64, 512, 1024 and 2048.

On the choice of posittioning and cluster size for fixed relay stations in a LTE network

The long term evolution (LTE) is one of the latest standards in the mobile communications market. To achieve its performance, LTE networks use several techniques, such as multi-carrier technique, multiple-input-multiple-output and cooperative communications. Inside cooperative communications, this paper focuses on the fixed relaying technique, presenting a way for determining the best position to deploy the relay station (RS), from a set of empirical good solutions, and also to quantify the associated performance gain using different cluster size configurations. The best RS position was obtained through realistic simulations, which set it as the middle of the cell's circumference arc. Additionally, it also confirmed that network's performance is improved when the number of RSs is increased. It was possible to conclude that, for each deployed RS, the percentage of area served by an RS increases about 10 %. Furthermore, the mean data rate in the cell has been increased by approximately 60 % through the use of RSs. Finally, a given scenario with a larger number of RSs, can experience the same performance as an equivalent scenario without RSs, but with higher reuse distance. This conduces to a compromise solution between RS installation and cluster size, in order to maximize capacity, as well as performance.

Comunicações marítimas wi-fi usando a banda 5.8 ghz

Tendo em conta a popularidade que as comunicações Wi-Fi têm na atualidade em vários dispositivos como computadores portáteis, telemóveis ou tablets, sendo estes utilizados praticamente por qualquer pessoa, surgiu a ideia de utilizar esta tecnologia de baixo custo e isenta de licenciamento num cenário de comunicações marítimas. Neste contexto, esta permite fornecer o acesso à Internet em banda larga a grupos de embarcações, que atualmente recorrem a tecnologias de elevado custo (satélite) e/ou de banda estreita (rádios VHF). Com o acesso em banda larga, os proprietários poderão utilizar aplicações informáticas de interesse à atividade de negócio ou de lazer, até então só disponíveis junto à costa onde existe cobertura celular. Nesta tese pretende-se fazer um estudo teórico e prático sobre o alcance e respetivo desempenho de comunicações de banda larga em ambiente marítimo, utilizando parte da gama de frequências dos 5,8 GHz, isenta de licença, e a norma IEEE 802.11n. Para se utilizar equipamento produzido em massa a operar nessa gama, existem duas normas disponíveis, a IEEE 802.11a e a IEEE 802.11n. Optou-se pelo IEEE 802.11n pois os esquemas de codificação ao nível físico permitem débitos mais elevados e MIMO. Para a realização dos testes experimentais, foi necessário elaborar um protótipo de comunicação ponto a ponto, constituído por dois nós de comunicação. Um deles foi instalado numa embarcação de pesca em colaboração com a Associação Propeixe e o outro no Edifício Transparente, no Porto, em colaboração com a entidade gestora do edifício e a Associação Porto Digital. Tanto quanto se conhece é o primeiro teste de comunicações Wi-Fi realizado nestas condições a nível mundial. Os objetivos do trabalho foram atingidos. Foi possível estabelecer comunicações Wi-Fi na banda dos 5,8 GHz até cerca de 7 km com débito médio mínimo de 1 Mbit/s. O ambiente de testes desenvolvido e os resultados obtidos servirão de base para futuros trabalhos de investigação na área das comunicações marítimas.

Música, danza y expresión corporal en Educación Infantil y Primaria : tomo 1.

Se pretende insertar actividades relacionadas con el cuerpo: música, expresión corporal, mimo, danza, etc., habida cuenta de las múltiples ventajas que aportan al desarrollo de la personalidad del niño o la niña, siempre que se pongan en juego sus facultades físicas, intelectuales y afectivas.

FLIC-FLAC : Projecte Curricular de l'Àrea d'Educació Física. 'FLIC-FLAC : Proyecto Curricular del Área de Educación Física'.

Proyecto curricular del área de Educación Física, cubre todo el primer ciclo de ESO. Se compone de cuatro créditos que pretenden intentar un desarrollo integral del alumno a partir de una serie de objetivos como: afirmar el dominio de las capacidades coordinativas y mejorar el rendimiento motor; desarrollar las cualidades físicas para reducir el esfuerzo en la práctica habitual; consolidar la Educación Física como medio estético y armónico en relación a la forma y movimiento del cuerpo (ritmo, danza, mimo, etc.); planificar y desarrollar actividades colectivas en la naturaleza, etc. Los créditos están desarrollados en su totalidad.

Compensatoria externa.

El artículo presenta la primera experiencia del programa de compensatoria externa durante el curso 2000-2001 en el IES Narcís Monturiol de Parla (Madrid). También expone el planteamiento de dicho programa, desarrollado a través de talleres -de comunicación y lenguaje, de mimo y expresión corporal, de educación física y de relaciones sociales- y sus posibles mejoras.

Lengua inglesa.

Proyecto de Lengua inglesa que propone, dadas las características del alumnado (escasa motivación y diferentes niveles de aprendizaje), introducir la enseñanza del Inglés un año antes del establecido por la ley como obligatorio, creando para ello un aula de idioma. Los objetivos son: introducir la enseñanza de la lengua extranjera dentro de un trabajo interdisciplinar de aprendizaje lingüístico; crear actitudes favorables al aprendizaje de lenguas extranjeras; favorecer la igualdad de oportunidades para aprender la lengua inglesa; pronunciar los sonidos más elementales; practicar el acento y el ritmo en las afirmaciones, interrogaciones y negaciones; comprender y expresar oralmente y por escrito respondiendo a estímulos de imagen y sonido; y adquirir vocabulario. Se aplica una metodología audiovisual centrada en la utilización del inglés como medio de comunicación, por lo que se hace hincapié en la adquisición de vocabulario, la asociación de palabras y en sus necesidades básicas como saludos, identificación personal, pedir y dar información, etc. Cada unidad didáctica se estructura en cinco fases: creación de un contexto, ejercicios de repetición, ejercicios de refuerzo, personalización y expresión libre. Entre las actividades realizadas para su desarrollo, destacan: audición de diálogos, juegos de adivinanzas, de palabras cruzadas, del ahorcado, veo-veo, dramatización y mimo, grabación de diálogos, canciones, cumplimentación de cuestionarios, confección de caretas, etc. La valoración de la experiencia es positiva al conseguir que la mayoría de los alumnos alcancen los objetivos propuestos, aunque se señala la escasez de tiempo y el excesivo número de alumnos por aula para el desarrollo de la experiencia..

Programa conjunto Conservatorio-escuela.

El proyecto se centra en la elaboración de un programa conjunto de Educación Musical entre el centro y el Conservatorio de Orcasitas 'Maestro Barbieri'. Los objetivos son: integrar la formación musical en el curriculum; desarrollar la expresión corporal, el mimo y la rítmica; conocer los instrumentos musicales y acercar al alumnado a la música a través de audiciones y conciertos. La experiencia consiste en la organización de seis conciertos pedagógicos en el conservatorio, donde los alumnos a parte de disfrutar de una audición musical, tocan los instrumentos, conocen los nombres y diferencian los sonidos. Como apoyo a estos conciertos se realizan actividades previas y posteriores en el aula: fichas de instrumentos con sus características, murales de familias de instrumentos, construcción de instrumentos caseros, representación de cuentos e historias en los que la música es la protagonista, etc. La experiencia se considera muy positiva..

Taller de teatro gestual sobre la obra El niño de los sortilegios.

Mediante una propuesta interdisciplinar de taller de teatro, realizada con alumnos de 4õ curso de la Real Escuela Superior de Arte Dramático, se lleva a cabo un montaje con el objetivo de que se desarrollen técnicas de lenguaje corporal, y se realice un intercambio de ideas entre profesores. La metodología parte de la obra de Ravel 'El niño y los sortilegios', y del libreto del mismo nombre de Colette. El resultado final es un espectáculo llamado 'Maremagnum', donde se realiza un compendio de lenguaje corporal, movimiento, dramaturgia gestual, elaboración y composición. La valoración es positiva cumpliendo los objetivos marcados en cuanto a interrelación de las diversas disciplinas e intercambio de conocimientos entre el profesorado..

Intercambio de alumnos de ambiente rural y urbano.

Incluye material elaborado por los alumnos