Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/260891
Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Spectrally efficient schemes for amplify-and-forward relay networks = Esquemas espectralmente eficientes para redes com retransmissores do tipo amplifica-e-encaminha
Title Alternative: Esquemas espectralmente eficientes para redes com retransmissores do tipo amplifica-e-encaminha
Author: Moya Osorio, Diana Pamela, 1985-
Advisor: Santos Filho, José Cândido Silveira, 1979-
Filho, Jose Candido Silveira Santos
Abstract: Resumo: As comunicações cooperativas emergiram como uma técnica promissora para combater os efeitos prejudiciais do fenômeno de desvanecimento e ampliar a capacidade e a cobertura das futuras gerações de redes de comunicações sem fio. Essa técnica permite que diferentes nós da rede possam compartilhar suas antenas, emulando um sistema com múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO) e proporcionando, assim, os benefícios de tal sistema a redes em que a implantação de múltiplas antenas resulta inviável. Nesse sentido, uma variedade de novos desafios tem surgido no intuito de explorar estrategias que permitam obter os ganhos plenos da comunicação cooperativa. Uma limitação importante a ser superada consiste na utilização do convencional modo de transmissão, half-duplex (HD), que acarreta uma perda na eficiência espectral devido à exigência de dois usos de canal por cada transmissão. A presente tese visa avançar nesse campo, contribuindo com técnicas espectralmente eficientes para redes cooperativas baseadas em retransmissores (relay), com ênfase no protocolo amplifica-e-encaminha (AF), o qual tem se mostrado atraente por sua simplicidade e facilidade de implementação. Em particular, duas estratégias são abordadas. A primeira delas contempla o modo de transmissão HD, cuja eficiência espectral é melhorada através da utilização de esquemas distribuídos de seleção de enlace. Tais esquemas evitam o uso contínuo do enlace de relay, pré-selecionando para cada transmissão aquele enlace --direto ou relaying-- que apresenta as melhores condições de canal. Além disso, a implementação distribuída conduz a uma economia na sobrecarga de realimentação decorrente dos requisitos de informação do estado do canal (CSI). Para essa primeira estratégia, são investigados os seguintes cenários: ambiente com múltiplos usuários, múltiplos relays e múltiplas antenas na fonte para ambos os tipos de AF, ou seja, de ganho variável e de ganho fixo; comparação de duas técnicas de seleção de relay para AF de ganho variável com múltiplos usuários e múltiplos relays; e o impacto da CSI desatualizada devido a variações no estado do canal entre o momento de seleção de enlace e o momento de transmissão, para um sistema clássico de três nós (fonte, relay e destino) com o protocolo AF de ganho variável. A análise é efetuada em termos da probabilidade de outage e da eficiência espectral. A segunda estratégia considera o uso do modo de transmissão full-duplex (FD), o qual tem ganhado força nos últimos anos devido aos avanços nos mecanismos para mitigar a autointerferência produzida em transceptores FD por conta da fuga de sinal do transmissor para o receptor. Particularmente, as contribuições se concentram no protocolo AF de ganho variável cujo enlace direto entre a fonte e o destino é também utilizado para transportar informação. Uma combinação por razão máxima (MRC) dos sinais vindos da fonte e do relay é realizada no receptor. Considera-se que o relay é afetado por interferência residual, produto das imperfeições nas técnicas de cancelamento de autointerferência. Em primeira instância, o desempenho em termos da probabilidade de outage é investigado para o modelo básico do sistema de três nós. Posteriormente, um esquema de seleção de modo adaptativo é proposto, que permite selecionar de forma oportunista, de acordo com as condições instantâneas do canal, uma das seguintes opções de transmissão: direta sem cooperação, cooperativa em modo HD com MRC no destino, e cooperativa em modo FD com MRC no destino. Nesse esquema, considera-se uma normalização de energia por bloco e a análise é efetuada em termos da probabilidade de outage e da eficiência energética

Abstract: Cooperative Communications have emerged as a promising technique to combat the deleterious effects of fading and boost the capacity and coverage of next generation wireless communication networks. By allowing different nodes in the network to share their antennas, this technique emulates a distributed multiple-input multiple-output (MIMO) system, thus providing the benefits of such system to networks in which the deployment of multiple antennas may be unfeasible. In this sense, a variety of new challenges have arisen in order to exploit techniques that permit to achieve the full gains of cooperative relaying. A main limitation to be overcome is the use of the conventional half-duplex (HD) transmission mode, which produces a loss in the spectral efficiency due to the requirement of two channel uses per transmission. This thesis aims to advance in this field, by contributing with spectrally efficient techniques for cooperative relay networks based on the amplify-and-forward (AF) relaying protocol, which is attractive for its simplicity and ease of implementation. In particular, two strategies have been tackled. The first one addresses the HD transmission mode, in which the spectral efficiency is improved by using distributed link selection schemes. Such schemes avoid the continuous use of the relaying link by preselecting for transmission that link --direct or relaying-- with the best channel conditions. In addition, the distributed implementation saves feedback overhead due to the requirements of channel state information (CSI). For this strategy, the following issues are investigated: multiple users, multiple relays, and a multi-antenna source, for both types of AF, i.e., variable gain and fixed gain; two different relay selection techniques for variable-gain AF in the multiuser and multirelay scenario; and the impact of outdated CSI due to feedback delay over the classical three-node system (source, relay, and destination) for variable-gain AF. The analysis is addressed in terms of outage probability and spectral efficiency. The second strategy considers the use of the full-duplex (FD) transmission mode, which has gained increasing attention in the last years due to the recent advances in mechanisms for mitigating the self-interference in FD transceivers caused by the leakage of the transmitted signal into the receiver side. In particular, our contributions focus on the variable-gain AF protocol, in which the direct link between source and destination is also employed to convey information. Maximal-ratio combining (MRC) is carried out at the destination to merge the signals coming from source and relay. It is considered that the relay undergoes a residual self-interference due to imperfections in the cancellation techniques. First, the outage performance is investigated for the basic three-node system model. Then, an adaptive mode-selection scheme is proposed that opportunistically selects, according to the instantaneous channel conditions, among the following options: direct transmission with no cooperation, cooperative transmission in HD mode with MRC at the destination, and cooperative transmission in FD mode with MRC at the destination. In this scheme, an energy normalization per block is assumed, and the analysis is addressed in terms of outage performance and energy efficiency
Subject: Comunicações moveis
Análise espectral
Editor: [s.n.]
Citation: MOYA OSORIO, Diana Pamela. Spectrally efficient schemes for amplify-and-forward relay networks = Esquemas espectralmente eficientes para redes com retransmissores do tipo amplifica-e-encaminha. 2015. 1 recurso online (xxx, 146 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/260891>. Acesso em: 28 ago. 2018.
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

Files in This Item:
File SizeFormat 
MoyaOsorio_DianaPamela_D.pdf2.2 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.