Luís Carlos Carneiro Gonçalves. Detecção Multiutilizador no Domínio da Frequência para Sistemas DS-CDMA

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1 Universidade de Aveiro Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática 2009 Luís Carlos Carneiro Gonçalves Detecção Multiutilizador no Domínio da Frequência para Sistemas DS-CDMA

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3 Universidade de Aveiro Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática 2009 Luís Carlos Carneiro Gonçalves Detecção multiutilizador no domínio da frequência para sistemas DS-CDMA tese apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica, realizada sob a orientação científica do Dr Atílio Gameiro, Professor Associado do Departamento de Electrónica e Telecomunicações da Universidade de Aveiro e Dr Cipriano Lomba da Efacec Sistemas de Electrónica, SA Apoio financeiro da FCT e do FSE no âmbito do III Quadro Comunitário de Apoio

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5 o júri presidente Doutor Jorge Ribeiro Frade Professor Catedrático da Universidade de Aveiro (Representando a Reitora da Universidade de Aveiro) Doutora María Julia Fernández-Getino García Professora Titular da Universidade Carlos III de Madrid - Espanha Doutor Atílio Manuel da Silva Gameiro Professor Associado da Universidade de Aveiro (Orientador) Doutor Miguel Raul Dias Rodrigues Professor Auxiliar da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto Doutor Adão Paulo Soares da Silva Professor Auxiliar Convidado da Universidade de Aveiro Doutor Paulo Jorge Coelho Marques Professor Adjunto do Instituto Politécnico de Castelo Branco Doutor Cipriano Rogério Tavares Lomba Director Geral da Efacec, SA (Co-Orientador)

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7 agradecimentos À Helena e João, pelo apoio e compreensão demonstrada; Ao Prof Dr Atílio Gameiro da Universidade de Aveiro, pelo apoio e contributos constantes em todos os momentos deste projecto; Ao Prof Dr Cipriano Lomba da Empresa Nacional de Telecomunicações, pela disponibilidade demonstrada; Ao colega, Dr Filipe Silva pela amizade e disponibilidade em enviar-me livros da biblioteca de Universidade da Aveiro para a Madeira; Ao colega de trabalho, Dr Adão Silva pela amizade; À Fundação Ciência e Tecnologia e Fundação Luso-Americana pelo suporte financeiro para a concretização deste projecto; Ao Instituto de Telecomunicações de Aveiro por me ter acolhido neste projecto

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9 palavras-chave Cicloestacionaridade, Translação na Frequência, PIC, DS-CDMA, Beamforming, Diversidade Espacial, Códigos Turbo resumo Os Sinais de Espalhamento de Espectro de Sequência Directa exibem propriedades cicloestacionárias que implicam redundância entre componentes de frequência espaçadas por múltiplos da taxa de símbolo Nesta tese, é apresentado um cancelador de interferência multiutilizador (Cancelador por translação na frequência - FSC) que tira partido desta propriedade Este cancelador linear opera no domínio da frequência no sinal espalhado de tal forma que minimiza a interferência e ruído na saída (Critério do Mínimo Erro Quadrado Médio) Além de testado para o caso de antena única, são avaliadas as performances das configurações de antenas múltiplas para o caso de beamforming e canais espacialmente descorrelacionados considerando sistemas síncronos e sistemas com desalinhamento no tempo dos perfis de canais (ambos UMTS-TDD) Essas configurações divergiam na ordem da combinação temporal, combinação espacial e detecção multiutilizador As configurações FSC foram avaliadas quando concatenadas com o PIC-2D Os resultados das simulações mostram consideráveis melhorias nos resultados relativamente ao RAKE-2D convencional e PIC-2D Foi atingida performance próximo ao RAKE de utilizador único quando o FSC foi avaliado concatenado com PIC-2D em quase todas as configurações Todas as configurações foram avaliadas com modulação QPSK, 8-PSK e 16-QAM Foi introduzida codificação Turbo e identificou-se as situações da vantagem de utilização do FSC antes do PIC-2D As modulações 8-PSK e 16-QAM foram igualmente testadas com codificação

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11 keywords Cyclostationary, Frequency shift, PIC, DS-CDMA, Beamforming, Spatial Diversity, Turbo-Codes abstract Direct Sequence Spread Spectrum signals exhibit cyclostationary properties which imply redundancy between frequency components separated by multiples of the symbol rate In this thesis a Multiple Access Interference Canceller (Frequency Shift Canceller - FSC) that explores this property is presented The linear frequency domain canceller operates on the spreaded signal so as to minimize the interference and noise at the output (Minimum Mean Squared Error Criterium) Moreover the FSC was tested with single antenna, the performance of multisensor configurations for the cases of beamforming and uncorrelated spatial channels was evaluated considering both synchronous and time misalignment systems (both UMTS-TDD) Those configurations diverge in temporal combining, spatial combining and multiuser detection order The FSC configurations were concatenated with PIC-2D structure and evaluated The simulation results show considerable improvement relative to the conventional RAKE-2D and PIC-2D receiver A performance close to the single user RAKE case was a achieved when it (FSC) was evaluated jointly with PIC-2D All the configurations with modulation QPSK, 8-PSK and 16-QAM were evaluated Turbo Codes were introduced and it was identified the situations which it is advantageous to use the FSC before the PIC-2D The 8-PSK and 16-QAM modulations were equally tested with coding

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13 Índice Índice Lista de Figuras Lista de Tabelas Lista de Acrónimos Lista de Símbolos i v xiii xv xix 1 Introdução 1 11 Enquadramento e Motivação para o Presente Trabalho Evolução dos Sistemas Celulares Evolução da Tecnologia de Espalhamento de Espectro 8 12 Organização da Tese Principais Contribuições deste Trabalho 12 2 Princípios de DS-CDMA Conceitos Gerais de Espalhamento de Espectro Sequências Pseudo-Aleatórias Sequências de Comprimento Máximo Sequências de Walsh Sequências de Gold Sequências de Kasami Algumas Métricas Utilizadas na Avaliação de Sequências Medidas de Performance Taxa de Erro de Bit Eficiência Multiutilizador Assimptótica Resistência Perto-Longe Ordem de Diversidade Eficiência Espectral O Detector RAKE Técnicas de Detecção Multiutilizador Detecção Óptima O Detector Descorrelador e o Detector MMSE O Detector PIC O Detector SIC Implementação de Algoritmos Multiutilizador Propostas para Técnicas a Utilizar em Sistemas além da Terceira Geração 43 i

14 ÍNDICE 28 Conclusões 45 3 Modelação do Sistema DS-CDMA O Sistema UMTS-TDD Estimação de Canal Controlo de Potência Avanço no Tempo Parâmetros do UMTS-TDD Canal de Transmissão Modelo Utilizado Códigos Turbo Conclusões 64 4 Cancelador por Translação na Frequência Cicloestacionaridade de um Sinal Aplicações Explorando a Cicloestacionaridade de um Sinal Fundamentação Teórica Separação de Dois Sinais de Espalhamento de Espectro na Ausência de Ruído Princípio Funcional do Cancelador Caso de Factores de Espalhamento Idênticos Generalização para Taxas de Símbolo Múltiplas Linearidade do Cancelador Relação Sinal-Interferência+Ruído à Saída do Cancelador Passagem do Modelo Teórico Continuo ao Modelo Prático Discreto Conclusões 83 5 Detectores com Cancelador de Translação na Frequência de Antena Única Configurações de Detectores com Cancelador de Translação na Frequência Configurações de Antena Única sem Codificação Modulação QPSK com Estimativas Perfeitas Modulação QPSK com Estimativas Imperfeitas Modulação QPSK com Canais Desalinhados no Tempo Modulação 8-PSK com Estimativas Perfeitas Modulação 16-QAM com Estimativas Perfeitas Configurações de Antena Única com Codificação Modulação QPSK com Codificação Modulação QPSK com Codificação e Canais Desalinhados Modulação 8-PSK com Codificação e Canais Alinhados Modulação 16-QAM com Codificação e Canais Alinhados Conclusões Detectores com Cancelador de Translação na Frequência de Antenas Múltiplas Configurações com Beamforming sem Codificação Modulação QPSK com Estimativas Perfeitas Modulação QPSK e Canais Desalinhados no Tempo 128 ii

15 ÍNDICE 62 Configurações de Diversidade Espacial sem Codificação Modulação QPSK com Estimativas Perfeitas Modulação QPSK e Canais Desalinhados no Tempo Modulação 8-PSK e Estimativas Perfeitas Modulação 16-QAM e Estimativas Perfeitas Configurações de Diversidade Espacial com codificação Modulação QPSK com Codificação Modulação QPSK com Codificação e Canais Desalinhados Análise Parcial dos Resultados Modulação 8-PSK com Codificação e Canais Alinhados Modulação 16-QAM com Codificação e Canais Alinhados Análise Parcial dos Resultados Conclusões Conclusões e Trabalho Futuro Descrição Sumária do Trabalho Efectuado Contributos da Tese Conclusões Direcções Futuras de Trabalho 192 A Calculo do Gradiente e Hessiana 193 B Operação Equivalente no Domínio da Frequência à Amostragem no Domínio do Tempo 195 C Resposta Impulsional do Canal de Transmissão no Domínio do Tempo e da Frequência 197 D Filtro FIR Correspondente à Resposta Impulsional desde o Transmissor até à Entrada do FSC 199 Referências 201 iii

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17 Lista de Figuras Figura 21 Sistema CDMA simplificado 17 Figura 22 Arquitectura do RAKE 28 Figura 23 Arquitectura do sistema antes do Detector Óptimo 35 Figura 24 Arquitectura do Detector Óptimo 35 Figura 25 Linha de atraso para o cálculo dos sinais possíveis, aos quais é medida a distância Euclediana com as saídas dos filtros adaptados 37 Figura 26 Um estágio do detector multiutilizador Hard-PIC 40 Figura 27 2 primeiros estágios de um cancelador SIC multiestágio DRU é um bloco que faz a detecção e regeneração do utilizador em índice 42 Figura 31 Resultado da estimação de um canal com 3 caminhos multipercurso 48 Figura 32 Diferentes tipos de burst para o modo 384 Mchips/s De cima para baixo, Burst tipo 1 a 3 50 Figura 33 Espalhamento do sinal no transmissor 51 Figura 34 Caminho multipercurso com reflexão num agregado de refletores remotos 52 Figura 35 Densidade espectral de potência de Jakes 56 Figura 36 Função densidade dos atrasos dos caminhos multipercurso 57 Figura 37 Função densidade dos ângulos de chegada dos caminhos multipercurso em função do atraso do caminho multipercurso 59 Figura 38 Codificador Turbo com concatenação paralela 60 Figura 39 Descodificador Iterativo de Códigos Turbo 61 Figura 310 Codificador Turbo do UMTS-TDD 61 Figura 41 Relação de bandas num sinal DS-SS e na correspondente signature waveform 69 Figura 42 Cancelamento de interferência de banda estreita 69 Figura 43 Espectro das signature waveforms de 2 sinais e dos respectivos sinais com 2 bandas redundantes cada um 74 Figura 44 Esquemático conceptual do cancelador 75 Figura 45 Decomposição do sinal visto no transmissor 78 Figura 46 Processamento de um burst de um utilizador para o FE máximo 84 Figura 51 Configuração com 1 antena, MaxRaz-AtrasoComb-FSC 86 Figura 52 Configuração com 1 antena, FSC-MaxRaz-AtrasoComb 86 Figura 53 Configuração com 1 antena, MaxRaz-FSC-AtrasoComb 86 Figura 54 Cadeia de simulação 88 Figura 55 Detector FSC concatenado com PIC 89 v

18 LISTA DE FIGURAS Figura 56 Performance (BER) com estimativas perfeitas de canal para os utilizadores de FE=16 91 Figura 57 Performance (BER) com estimativas perfeitas de canal para os utilizadores de FE=8 91 Figura 58 Performance (BER) com estimativas perfeitas de canal para os utilizadores de FE=4 92 Figura 59 Performance (BER) com desvio padrão de amplitude of 0%, 5%, 10% e 20% das amplitudes médias dos caminhos multipercurso 93 Figura 510 Performance (BER) com desvio padrão de fase of 0, 10, 15 e Figura 511 Performance (BER) com desvio padrão de atraso e 0, 005 and 01 do período do chip 94 Figura 512 Performance (BER) de sistema com canais desalinhados no tempo, 1 antena e FE=16 95 Figura 513 Performance (BER) de sistema com canais desalinhados no tempo, 1 antena e FE=8 95 Figura 514 Performance (BER) de sistema com canais desalinhados no tempo, 1 antena e FE=4 96 Figura 515 Performance (BER) para 8-PSK para FE=16 e 1 antena 97 Figura 516 Performance (BER) para 8-PSK para FE=8 e 1 antena 97 Figura 517 Performance (BER) para 8-PSK para FE=4 e 1 antena 98 Figura 518 Performance (BER) para 16-QAM para FE=16 e 1 antena 99 Figura 519 Performance (BER) para 16-QAM para FE=8 e 1 antena 100 Figura 520 Performance (BER) para 16-QAM para FE=4 e 1 antena 100 Figura 521 Sistema com codificação 101 Figura 522 Performance (BER) para QPSK para FE=16 e 1 antena com codificação 103 Figura 523 Performance (BLER) para QPSK para FE=16 e 1 antena com codificação 103 Figura 524 Performance (BER) para QPSK para FE=8 e 1 antena com codificação 104 Figura 525 Performance (BLER) para QPSK para FE=8 e 1 antena com codificação 104 Figura 526 Performance (BER) para QPSK para FE=4 e 1 antena com codificação 105 Figura 527 Performance (BLER) para QPSK para FE=4 e 1 antena com codificação 105 Figura 528 Performance (BER) para QPSK para FE=16, 1 antena, com codificação e canais desalinhados 107 Figura 529 Performance (BLER) para QPSK para FE=16, 1 antena, com codificação e canais desalinhados 107 Figura 530 Performance (BER) para QPSK para FE=8, 1 antena, com codificação e canais desalinhados 108 Figura 531 Performance (BLER) para QPSK para FE=8, 1 antena, com codificação e canais desalinhados 108 Figura 532 Performance (BER) para QPSK para FE=4, 1 antena, com codificação e canais desalinhados 109 vi

19 LISTA DE FIGURAS Figura 533 Performance (BLER) para QPSK para FE=4, 1 antena, com codificação e canais desalinhados 109 Figura 534 Performance (BER) para 8-PSK para FE=16, 1 antena, com codificação e canais alinhados 111 Figura 535 Performance (BLER) para 8-PSK para FE=16, 1 antena, com codificação e canais alinhados 112 Figura 536 Performance (BER) para 8-PSK para FE=8, 1 antena, com codificação e canais alinhados 112 Figura 537 Performance (BLER) para 8-PSK para FE=8, 1 antena, com codificação e canais alinhados 113 Figura 538 Performance (BER) para 8-PSK para FE=4, 1 antena, com codificação e canais alinhados 113 Figura 539 Performance (BLER) para 8-PSK para FE=4, 1 antena, com codificação e canais alinhados 114 Figura 540 Performance (BER) para 16-QAM para FE=16, 1 antena, com codificação e canais alinhados 115 Figura 541 Performance (BLER) para 16-QAM para FE=16, 1 antena, com codificação e canais alinhados 116 Figura 542 Performance (BER) para 16-QAM para FE=8, 1 antena, com codificação e canais alinhados 116 Figura 543 Performance (BLER) para 16-QAM para FE=8, 1 antena, com codificação e canais alinhados 117 Figura 544 Performance (BER) para 16-QAM para FE=4, 1 antena, com codificação e canais alinhados 117 Figura 545 Performance (BLER) para 16-QAM para FE=4, 1 antena, com codificação e canais alinhados 118 Figura 61 Diagrama de radiação de um agregado circular de 2 e 4 elementos 122 Figura 62 Diagrama de radiação de um agregado circular de 6 e 8 elementos 123 Figura 63 Configuração MaxRaz-AtrasoComb-FSC, beamforming 123 Figura 64 Configuração FSC-MaxRaz-AtrasoComb, beamforming 123 Figura 65 Configuração MaxRaz-FSC-AtrasoComb, beamforming 124 Figura 66 Performance (BER) com Beamforming, 2 antenas e agregado circular 125 Figura 67 Performance (BER) com Beamforming, 4 antenas e agregado circular 126 Figura 68 Performance (BER) com Beamforming, 6 antenas e agregado circular 126 Figura 69 Performance (BER) com Beamforming, 8 antenas e agregado circular 127 Figura 610 Performance (BER) com Beamforming, todos os números de antenas127 Figura 611 Performance (BER) de sistema com canais desalinhados no tempo, beamforming, 4 antenas e para os utilizadores de FE= Figura 612 Configuração MaxRaz-AtrasoComb-FSC, diversidade espacial 129 Figura 613 Configuração FSC-MaxRaz-AtrasoComb, diversidade espacial 130 Figura 614 Configuração MaxRaz-FSC-AtrasoComb, diversidade espacial 130 vii

20 LISTA DE FIGURAS Figura 615 Performance (BER) de configuração com 2 antenas com canais descorrelacionados e FE= Figura 616 Performance (BER) de configuração com 2 antenas com canais descorrelacionados e FE=8 132 Figura 617 Performance (BER) de configuração com 2 antenas com canais descorrelacionados e FE=4 132 Figura 618 Performance (BER) de configuração com 4 antenas com canais descorrelacionados e FE= Figura 619 Performance (BER) de configuração com 4 antenas com canais descorrelacionados e FE=8 134 Figura 620 Performance (BER) de configuração com 4 antenas com canais descorrelacionados e FE=4 134 Figura 621 Performance (BER) de sistema com canais desalinhados no tempo, diversidade espacial, 2 antenas e FE= Figura 622 Performance (BER) de sistema com canais desalinhados no tempo, diversidade espacial, 2 antenas e FE=8 136 Figura 623 Performance (BER) de sistema com canais desalinhados no tempo, diversidade espacial, 2 antenas e FE=4 136 Figura 624 Performance (BER) de sistema com canais desalinhados no tempo, diversidade espacial, 4 antenas e FE= Figura 625 Performance (BER) de sistema com canais desalinhados no tempo, diversidade espacial, 4 antenas e FE=8 138 Figura 626 Performance (BER) de sistema com canais desalinhados no tempo, diversidade espacial, 4 antenas e FE=4 139 Figura 627 Performance (BER) para 8-PSK para FE=16 e 2 antenas com canais descorrelacionados 140 Figura 628 Performance (BER) para 8-PSK para FE=8 e 2 antenas com canais descorrelacionados 140 Figura 629 Performance (BER) para 8-PSK para FE=4 e 2 antenas com canais descorrelacionados 141 Figura 630 Performance (BER) para 8-PSK para FE=16 e 4 antenas com canais descorrelacionados 142 Figura 631 Performance (BER) para 8-PSK para FE=8 e 4 antenas com canais descorrelacionados 143 Figura 632 Performance (BER) para 8-PSK para FE=4 e 4 antenas com canais descorrelacionados 143 Figura 633 Performance (BER) para 16-QAM para FE=16 e 2 antenas com canais descorrelacionados 145 Figura 634 Performance (BER) para 16-QAM para FE=8 e 2 antenas com canais descorrelacionados 145 Figura 635 Performance (BER) para 16-QAM para FE=4 e 2 antenas com canais descorrelacionados 146 Figura 636 Performance (BER) para 16-QAM para FE=16 e 4 antenas com canais descorrelacionados 147 Figura 637 Performance (BER) para 16-QAM para FE=8 e 4 antenas com canais descorrelacionados 147 viii

21 LISTA DE FIGURAS Figura 638 Performance (BER) para 16-QAM para FE=4 e 4 antenas com canais descorrelacionados 148 Figura 639 Performance (BER) para QPSK para FE=16 e 2 antenas com codificação 149 Figura 640 Performance (BLER) para QPSK para FE=16 e 2 antenas com codificação 150 Figura 641 Performance (BER) para QPSK para FE=8 e 2 antenas com codificação 150 Figura 642 Performance (BLER) para QPSK para FE=8 e 2 antenas com codificação 151 Figura 643 Performance (BER) para QPSK para FE=4 e 2 antenas com codificação 151 Figura 644 Performance (BLER) para QPSK para FE=4 e 2 antenas com codificação 152 Figura 645 Performance (BER) para QPSK para FE=16 e 4 antenas com codificação 153 Figura 646 Performance (BLER) para QPSK para FE=16 e 4 antenas com codificação 154 Figura 647 Performance (BER) para QPSK para FE=8 e 4 antenas com codificação 154 Figura 648 Performance (BLER) para QPSK para FE=8 e 4 antenas com codificação 155 Figura 649 Performance (BER) para QPSK para FE=4 e 4 antenas com codificação 155 Figura 650 Performance (BLER) para QPSK para FE=4 e 4 antenas com codificação 156 Figura 651 Performance (BER) para QPSK para FE=16, 2 antenas com codificação e canais não alinhados 158 Figura 652 Performance (BLER) para QPSK para FE=16, 2 antenas com codificação e canais não alinhados 158 Figura 653 Performance (BER) para QPSK para FE=8, 2 antenas com codificação e canais não alinhados 159 Figura 654 Performance (BLER) para QPSK para FE=8, 2 antenas com codificação e canais não alinhados 159 Figura 655 Performance (BER) para QPSK para FE=4, 2 antenas com codificação e canais não alinhados 160 Figura 656 Performance (BLER) para QPSK para FE=4, 2 antenas com codificação e canais não alinhados 160 Figura 657 Performance (BER) para QPSK para FE=16, 4 antenas com codificação e canais não alinhados 162 Figura 658 Performance (BLER) para QPSK para FE=16, 4 antenas com codificação e canais não alinhados 162 Figura 659 Performance (BER) para QPSK para FE=8, 4 antenas com codificação e canais não alinhados 163 Figura 660 Performance (BLER) para QPSK para FE=8, 4 antenas com codificação e canais não alinhados 163 ix

22 LISTA DE FIGURAS Figura 661 Performance (BER) para QPSK para FE=4, 4 antenas com codificação e canais não alinhados 164 Figura 662 Performance (BLER) para QPSK para FE=4, 4 antenas com codificação e canais não alinhados 164 Figura 663 Diagrama de relação entre performances para FE=16 e com codificação, modulação QPSK, entre o cenário de canais alinhados e desalinhados 166 Figura 664 Diagrama de relação entre performances para FE=8 e com codificação, modulação QPSK, entre o cenário de canais alinhados e desalinhados 166 Figura 665 Diagrama de relação entre performances para FE=4 e com codificação, modulação QPSK, entre o cenário de canais alinhados e desalinhados 167 Figura 666 Performance (BER) para 8-PSK para FE=16, 2 antenas com codificação e canais alinhados 167 Figura 667 Performance (BLER) para 8-PSK para FE=16, 2 antenas com codificação e canais alinhados 168 Figura 668 Performance (BER) para 8-PSK para FE=8, 2 antenas com codificação e canais alinhados 168 Figura 669 Performance (BLER) para 8-PSK para FE=8, 2 antenas com codificação e canais alinhados 169 Figura 670 Performance (BER) para 8-PSK para FE=4, 2 antenas com codificação e canais alinhados 169 Figura 671 Performance (BLER) para 8-PSK para FE=4, 2 antenas com codificação e canais alinhados 170 Figura 672 Performance (BER) para 8-PSK para FE=16, 4 antenas com codificação e canais alinhados 172 Figura 673 Performance (BLER) para 8-PSK para FE=16, 4 antenas com codificação e canais alinhados 172 Figura 674 Performance (BER) para 8-PSK para FE=8, 4 antenas com codificação e canais alinhados 173 Figura 675 Performance (BLER) para 8-PSK para FE=8, 4 antenas com codificação e canais alinhados 173 Figura 676 Performance (BER) para 8-PSK para FE=4, 4 antenas com codificação e canais alinhados 174 Figura 677 Performance (BLER) para 8-PSK para FE=4, 4 antenas com codificação e canais alinhados 174 Figura 678 Performance (BER) para 16-QAM para FE=16, 2 antenas com codificação e canais alinhados 176 Figura 679 Performance (BLER) para 16-QAM para FE=16, 2 antenas com codificação e canais alinhados 176 Figura 680 Performance (BER) para 16-QAM para FE=8, 2 antenas com codificação e canais alinhados 177 Figura 681 Performance (BLER) para 16-QAM para FE=8, 2 antenas com codificação e canais alinhados 177 x

23 LISTA DE FIGURAS Figura 682 Performance (BER) para 16-QAM para FE=4, 2 antenas com codificação e canais alinhados 178 Figura 683 Performance (BLER) para 16-QAM para FE=4, 2 antenas com codificação e canais alinhados 178 Figura 684 Performance (BER) para 16-QAM para FE=16, 4 antenas com codificação e canais alinhados 180 Figura 685 Performance (BLER) para 16-QAM para FE=16, 4 antenas com codificação e canais alinhados 180 Figura 686 Performance (BER) para 16-QAM para FE=8, 4 antenas com codificação e canais alinhados 181 Figura 687 Performance (BLER) para 16-QAM para FE=8, 4 antenas com codificação e canais alinhados 181 Figura 688 Performance (BER) para 16-QAM para FE=4, 4 antenas com codificação e canais alinhados 182 Figura 689 Performance (BLER) para 16-QAM para FE=4, 4 antenas com codificação e canais alinhados 182 Figura 690 Diagrama de relação entre performances para FE=16 e com codificação, entre as várias modulações e dentro da mesma modulação variando o número de antenas 184 Figura 691 Diagrama de relação entre performances para FE=8 e com codificação, entre as várias modulações e dentro da mesma modulação variando o número de antenas 184 Figura 692 Diagrama de relação entre performances para FE=4 e com codificação, entre as várias modulações e dentro da mesma modulação variando o número de antenas 185 xi

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25 Lista de Tabelas Tabela 51 Parâmetros da simulação 90 xiii

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27 Lista de Acrónimos 3GPP ADSL AM AMPS APP ary ASIC AWGN B3G BCH BER BLER BPSK 3rd Generation Partnership Project Asymmetric Digital Subscriber Line Amplitude Modulada Advanced Mobile Telephone System A Posteriori Probability Amplitude Phase Shift Keying Application Specific Integrated Circuit Additive White Gaussian Noise Beyond Third Generation Bose, Ray-Chaudhuri, Hocquenghem Bit Error Rate Block Error Rate Binary Phase Shift Keying C-450 Sistema de comunicações móveis de primeira geração de origem Alemã também chamado C-Netz CDMA cdma2000 CF D-AMPS DECT DFT DS DSP EB Code Division Multiple Access Sistema de terceira geração nos Estados Unidos Characteristic Function Digital Advanced Mobile Telephone System Digital Enhanced Cordless Telecommunications Discrete Fourier Transform Direct Sequence Digital Sinal Processor Estação Base xv

28 LISTA DE ACRÓNIMOS EDGE EGG EM EUA EXIT FDD FDMA FE FFT FIR FM FRESH FSC GBSBEM GPS GSM HARQ HSDPA HSPA IDMA IFDMA IFFT IMTS IPI Enhanced Data Rates for GSM Evolution Electroencefalograma Estação Móvel Estados Unidos da América Extrinsic Information Transfer Frequency Division Duplex Frequency Division Multiple Access Factor de Espalhamento Fast Fourier Transform Finite Impulse Response Filter Frequência Modulada Frequency Shift Filters Frequency Shift Canceller Geometrically Based Single Bounce Elliptical Model Global Positioning System Global System for Mobile Communications Hibrid Automatic Repeat Request High-Speed Downlink Packed Access High-Speed Packed Access (HSPDA + Enhanced -UL) Interleave-Division Multiple Access Interleave Frequency Division Multiple Access Inverse Fast Fourier Transform Improved Mobile Telephone Service Interpath Interference IS-95 Interim Standard - 95 LAS LDPC LMS LTE MAI Large Area Synchronous Low-Density Parity-Check Codes Least Mean Squares Long Term Evolution Multiple Access Interference xvi

29 LISTA DE ACRÓNIMOS MBMS MC MIMO MLSE MMSE MRC MSE MTS NMT OFDM OFDMA PAPR PDC PDF PHS PIC PSK QAM QoS QPSK RAKE RLS RSC RTMS SC SIC SIM SINR SIR SNR Multimedia Broadcast and Multicast Services Multi-Carrier Multiple Input Multiple Output Maximum Likelihood Sequence Estimator Minimum Mean Square Error Maximum Ratio Combining Mean Square Error Mobile Telephone Service Nordic Mobile Telephone Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ortogonal Frequency Division Multiple Access Peak-to-Average Power Ratio Personal Digital Communications Probability Density Function Personal Handy-Phone System Parallel Interference Canceller Phase Shift Keying Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Detector monoutilizador para sistemas DS-SS RAKE significa ancinho em Português Recursive Least Squares Recursive Systematic Convolucional Codes Radio Telephone Mobile System Single Carrier Serial Interference Canceller Subscriber Identity Module Signal to Interference plus Noise Ratio Signal to Interference Ratio Signal to Noise Ratio xvii

30 LISTA DE ACRÓNIMOS SS SSB TACS TD-SCDMA TDD TDMA TDT TFCI TPC UMTS VLSI XOR ZCZ Spread Spectrum Single Side Band Total Access Communication System Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access Time Division Duplex Time Division Multiple Access Televisão Digital Terrestre Transport Format Combination Indicator Transmit Power Control Universal Mobile Telecommunications System Very Large Scale Integration Exclusive OR Zero Correlation zone xviii

31 Lista de Símbolos a H a a(t) b(t) α u,l,a χ( ) δ(t) δ kr (n) η out γ ( θ u,l ;a ) κ τ (τ) λ φ X (w) ψ ( τ u,l,a ;n) Transposto(a) e conjugado(a) do vector (matriz) a Conjugado de a Convolução do sinal a(t) com o sinal b(t) Amplitude complexa do caminho multipercurso de índice l do utilizador u na antena a Função densidade de probabilidade do ângulo de chegada de cada caminho multipercurso Impulso de Dirac Impulso de Kroneker Densidade espectral de potência do ruído aditivo na saída Função complexa de módulo unitário cuja fase representa a fase introduzida por um caminho multipercurso (de índice l do utilizador u) com ângulo de chegada θ u,l sobre a antena a de um agregado de antenas que no caso desta tese é circular Função densidade de probabilidade do atraso de cada caminho multipercurso Comprimento de onda da portadora Função característica da variável aleatória X Representa a operação de atraso no tempo mas representado no domínio da frequência Corresponde à operação dee j2πτ u,l,a n/m sobre um burst de amostras de comprimento M ρ 12 Correlação cruzada entre as sequências de espalhamento 1 e 2 ρ αα (τ) τ u,l,a υ ε i,m (f) Função de autocorrelação da amplitude complexa dum canal plano Atraso do utilizador u, caminho multipercurso l e antena a Eficiência Espectral Funções complexas multiplicativas de proporção xix

32 Lista de Símbolos u,l ϑ ζ u ε ζu A a (u) k a l,u k A r A t B sys c q C x (t,τ) n C re C xy (l) d 0 d a D c do E f 0 f a f X (u) f li f max G Ângulo de chegada do caminho multipercurso l do utilizador u Para um receptor em movimento é o ângulo do caminho multipercurso com a direcção de movimento Eficiência Multiutilizador Assimptótica Vector dos pesos óptimos Resistência perto-longe Número de antenas Sequências de símbolos do utilizador u de factor de espalhamento Q max Sequências de símbolos do utilizador u correspondente à componente l da signature waveform Número de antenas na recepção Número de antenas na transmissão Largura de banda total do sistema Chip de índice q da sequência de espalhamento Função cumulante temporal de ordem n Factor de reutilização de frequência das células (reuse factor) Função de correlação aperiódica entre 2 sequências de um grupo de sequências, com atrasos relativos l Distância entre a EM e a EB Distância entre elementos consecutivos dum agregado circular Numero de amostras por chip Ordem de Diversidade Número de estágios necessários para gerar uma sequência de comprimento máximo Frequência da portadora Frequência da amostragem Função densidade de probabilidade da variável aleatória X Frequência de Doppler da componente l i do caminho multipercurso Frequência máxima de Doppler Tráfico oferecido por canal xx

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