Técnicas de diversidade aplicadas a sistemas θ-QAM para canais com desvanecimento.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: LOPES, Rafael Fernandes.
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG
Texto Completo: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/18209
Resumo: Técnicas de diversidade têm sido propostas para melhorar o desempenho dos sistemas de comunicações, com diferentes características em termos de complexidade e desempenho. Esta tese de doutorado contempla a utilização de técnicas de diversidade combinadas com a adoção do esquema de modulação θ-QAM (Theta Quadrature Amplitude Modulation). As constelações θ-QAM representam uma família de esquemas paramétricos de modulação em quadratura, em que os símbolos adjacentes são vértices de triângulos isósceles com ângulo de parametrização θ. A mudança do ângulo θ produz diferentes constelações de sinais, uma característica que pode ser explorada para melhorar o desempenho de diferentes técnicas de diversidade. Adicionalmente, constelações θ-QAM são utilizadas para aumentar o ganho de desempenho dos esquemas de modulação adaptativa, pois além da mudança dinâmica na densidade das constelações é realizada a mudança de sua estrutura interna. Nesta tese, as técnicas de diversidade de modulação e cooperativa são analisadas, e seus desempenhos são avaliados considerando o uso de esquemas θ-QAM. Além disso, analisa-se a otimização da estrutura interna da constelação (ângulo θ) e dos parâmetros de operação de cada técnica. Aproximações adequadas para o cálculo das taxas de erro de símbolo e de bit dos esquemas propostos são obtidas. As avaliações são feitas considerando os modelos de desvanecimento Nakagami-m e κ-μ para o canal de comunicações. Entre as principais contribuições obtidas, merecem destaque as seguintes: desenvolvimento de uma expressão para avaliação do valor ótimo do ângulo θ em função da SNR; desenvolvimento e avaliação de um sistema de modulação adaptativa baseado no uso dos esquemas θ-QAM em diferentes condições de desvanecimento, utilizando o modelo de desvanecimento κ-μ; avaliação de desempenho da técnica de diversidade de modulação e de seus parâmetros de operação em canais Nakagami-m e κ-μ usando diferentes expressões analíticas propostas nesta tese; combinação dos esquemas de modulação adaptativa e de diversidade de modulação a fim de melhorar o desempenho do sistema; avaliação do desempenho de técnica de diversidade de modulação, em canais sujeitos à correlação temporal e aos erros de estimação do canal; avaliação da técnica de diversidade de modulação em canais κ-μ combinada com um esquema de diversidade espacial baseado em um combinador de razão máxima (Maximumratio Combining – MRC); desenvolvimento de uma expressão para avaliar a probabilidade de erro de símbolos de sistemas θ-QAM com diversidade cooperativa em canais κ-μ; e otimização de sistemas de diversidade cooperativa por meio da técnica de rearranjo de constelações.
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As constelações θ-QAM representam uma família de esquemas paramétricos de modulação em quadratura, em que os símbolos adjacentes são vértices de triângulos isósceles com ângulo de parametrização θ. A mudança do ângulo θ produz diferentes constelações de sinais, uma característica que pode ser explorada para melhorar o desempenho de diferentes técnicas de diversidade. Adicionalmente, constelações θ-QAM são utilizadas para aumentar o ganho de desempenho dos esquemas de modulação adaptativa, pois além da mudança dinâmica na densidade das constelações é realizada a mudança de sua estrutura interna. Nesta tese, as técnicas de diversidade de modulação e cooperativa são analisadas, e seus desempenhos são avaliados considerando o uso de esquemas θ-QAM. Além disso, analisa-se a otimização da estrutura interna da constelação (ângulo θ) e dos parâmetros de operação de cada técnica. Aproximações adequadas para o cálculo das taxas de erro de símbolo e de bit dos esquemas propostos são obtidas. As avaliações são feitas considerando os modelos de desvanecimento Nakagami-m e κ-μ para o canal de comunicações. Entre as principais contribuições obtidas, merecem destaque as seguintes: desenvolvimento de uma expressão para avaliação do valor ótimo do ângulo θ em função da SNR; desenvolvimento e avaliação de um sistema de modulação adaptativa baseado no uso dos esquemas θ-QAM em diferentes condições de desvanecimento, utilizando o modelo de desvanecimento κ-μ; avaliação de desempenho da técnica de diversidade de modulação e de seus parâmetros de operação em canais Nakagami-m e κ-μ usando diferentes expressões analíticas propostas nesta tese; combinação dos esquemas de modulação adaptativa e de diversidade de modulação a fim de melhorar o desempenho do sistema; avaliação do desempenho de técnica de diversidade de modulação, em canais sujeitos à correlação temporal e aos erros de estimação do canal; avaliação da técnica de diversidade de modulação em canais κ-μ combinada com um esquema de diversidade espacial baseado em um combinador de razão máxima (Maximumratio Combining – MRC); desenvolvimento de uma expressão para avaliar a probabilidade de erro de símbolos de sistemas θ-QAM com diversidade cooperativa em canais κ-μ; e otimização de sistemas de diversidade cooperativa por meio da técnica de rearranjo de constelações.Diversity techniques have been proposed in order to improve the performance of communication systems, with different characteristics in terms of complexity and performance. This thesis presents the use of diversity techniques combined with the adoption of the θ-QAM (Theta Quadrature Amplitude Modulation) scheme. The θ-QAM constellations represent a family of parametric quadrature modulation schemes, in which the adjacent symbols are vertices of isosceles triangles with the angle parameter θ. The change of the angle θ produces different signal constellations, a feature that can be exploited to improve the performance of different diversity techniques. In addition, θ-QAM constellations are used to increase the performance gain of the adaptive modulation schemes by the dynamic change of the constellation density and of its internal structure In this thesis, the modulation and the cooperative diversity techniques are analyzed and their performance is evaluated considering the use of the θ-QAM schemes. Additionally, the optimization of the internal constellation structure (angle θ) and the operating parameters of each technique is performed. Suitable approximations for the symbol and bit error rates of the proposed schemes are derived. Evaluations are conducted considering the Nakagami-m and κ-μ fading models for the communication channel. Among the main contributions obtained, the following are noteworthy: development of an expression to evaluate the optimal value of the angle θ as a function of SNR; development and evaluation of an adaptive modulation system based on the use of the θ-QAM schemes in different fading conditions, using the κ-μ fading model; performance evaluation of the modulation diversity technique and its operating parameters in Nakagami-m e κ-μ fading channels using different analytical expressions proposed in this thesis; combination of the adaptive modulation and modulation diversity schemes in order to improve system performance; performance evaluation of the modulation diversity technique in channels subject to temporal correlation and estimation errors; evaluation of the modulation diversity technique in κ-μ channels combined with a spatial diversity scheme based on a Maximum-Ratio Combining (MRC) receiver; development of an expression to evaluate the symbol error probability of θ-QAM systems with cooperative diversity subject to κ-μ fading channels; and optimization of cooperative diversity systems using the constellation rearrangement technique.CapesUniversidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEIPÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICAUFCGALENCAR, Marcelo Sampaio de.ALENCAR, M. S.http://lattes.cnpq.br/0946722048975388PIMENTEL, Cecílio José Lins.SANTOS FILHO, José Cândido Silveira.QUEIROZ, Wamberto José Lira de.LOPES, Waslon Terllizzie Araújo.LOPES, Rafael Fernandes.2013-03-262021-04-20T18:22:57Z2021-04-202021-04-20T18:22:57Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/18209LOPES, Rafael Fernandes. Técnicas de diversidade aplicadas a sistemas θ-QAM para canais com desvanecimento. 2013. 182f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2013. 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