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Title in Portuguese: Cancelamento das distorções não lineares em sistemas ofdm cooperativos amplifica-e-encaminha
Title: Cancellation of nonlinear distortion in ofdm cooperative systems amplify-and-forward
Author: Anjos, Felipe Cardoso dos
Advisor(s): Fernandes, Carlos Alexandre Rolim
Keywords: OFDM
Sistema cooperativo
Correção iterativa com detecção hard
Amplificador não linear
Issue Date: Jan-2018
Citation: ANJOS F. C.
Abstract in Portuguese: A integração de diferentes tecnologias apresenta-se como uma forte vertente para os sistemas de comunicação sem fio das próximas gerações. O desafio de otimizar os recursos existentes e aumentar a qualidade dos serviços dão origem a sistemas híbridos. Considerando estes aspectos, esta pesquisa integra duas grandes estratégias, a Multiplexação por Divisão em Frequências Ortogonais (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM) e a comunicação cooperativa, para potencializar o desempenho dos sistemas e aumentar a qualidade dos serviços. No entanto, uma importante característica dos sistemas OFDM, a que devemos dar atenção especial, é a sensibilidade aos amplificadores de potência (Power Amplifiers - PAs) não lineares. Estes dispositivos podem danificar o sinal transmitido, inserindo distorções na forma de onda do sinal, comprometendo a detecção no receptor. Diante deste contexto, o objetivo desta dissertação é propor técnicas iterativas para o cancelamento de distorções não lineares em sistemas OFDM cooperativos AF (Amplify-and-Forward). As técnicas propostas estimam e cancelam as distorções não lineares causadas pelo uso de PAs na fonte e no repetidor. Inicialmente, propomos uma técnica desconsiderando o uso do canal direto entre a fonte e o destino (SD), supondo para esta análise a baixa qualidade deste canal. O modelo de sistema foi constituído por uma fonte transmissora (S) equipada com um PA não linear, um relay (R) com um PA não linear e protocolo AF e um receptor destino (D). A primeira técnica proposta para ambientes sem exploração da diversidade cooperativa foi denominada Duplo Cancelamento Iterativo com Detecção Hard (Duplo-CIDH) e possui grande capacidade de estimar e cancelar as distorções não lineares da fonte e do relay. De fato, as estimações das distorções não lineares da fonte são usadas na detecção e cancelamento das distorções não lineares do relay. Para a proposta do segundo algoritmo foi considerado o enlace direto (Fonte-Destino - SD) e o enlace cooperativo (Fonte-Relay-Destino - SRD). Este novo algoritmo nomeado Duplo-CIDH com Diversidade Cooperativa (Duplo-CIDH-DC) possui um grau maior de sofisticação, pois apresenta em sua estrutura blocos que farão o pré-branqueamento dos sinais recebidos e, em seguida, os combinarão através do método de combinação por máxima razão (Maximal Ratio Combining - MRC). Consideramos em todas as análises que o receptor possui total conhecimento sobre o estado dos canais. As técnicas propostas foram avaliadas em termos da taxa de erro de símbolos (Symbol Error Rate - SER) através de simulações numéricas. Os resultados obtidos permitiram verificar que ambas as técnicas propostas possuem grande capacidade de cancelar as distorções não lineares, fornecendo resultados próximos ao caso com PAs lineares.
Abstract: The integration of different technologies is a key approach for wireless communication systems of the next generations. The challenge of optimizing existing resources and increasing the quality of services gives rise to hybrid systems. Considering these aspects, this research integrates two major strategies, OFDM and cooperative communication, to enhance the performance of systems and increase the quality of service. However, an important feature of OFDM systems is the sensitivity to nonlinear PAs (Power Amplifiers). These devices may damage the transmitted signal by inserting distortions in the signal waveform, thereby compromising detection at the receiver. In this context, the objective of this dissertation is to propose iterative techniques for cancellation of nonlinear distortions in AF (Amplify-and-Forward) cooperative OFDM systems. The proposed techniques estimate and cancel nonlinear distortions caused by the use of PAs at source and relay. Initially, we propose a technique that does not consider the use of the direct channel between source and destination (SD). The system model is composed by a source (S) equipped with a nonlinear PA, a relay (R) with a nonlinear PA and AF (Amplify-and-Forward) protocol and a destination (D). The first technique proposed for environments without exploitation of cooperative diversity is called Double Cancellation Iterative with Hard Detection (Double-CIDH) and has great ability to estimate and cancel the nonlinear distortions of the source and relay. Indeed, the estimates of nonlinear source distortions are used in the detection and cancellation of relay nonlinear distortions. For the proposal of the second algorithm, the direct link (Source-Destination - SD) and the cooperative link (Source-Relay-Destination - SRD) were considered. This new algorithm named Double-CIDH with Cooperative Diversity (Duplo-CIDH-DC) has a greater degree of sophistication, as it presents in its structure blocks that will pre-whitening the incoming signals and then combine them through the maximum combining method Maximal Ratio Combining (MRC). We consider that the receiver has full knowledge about the state of the channels. The proposed techniques were evaluated in terms of the Symbol Error Rate (SER) through numerical simulations. The obtained results allow us to verify that both proposed techniques have performed well the task of cancelling the nonlinear distortions, providing results close to the case with linear PAs.
Description: ANJOS, F. C. Cancelamento de distorções não lineares em sistemas OFDM cooperativos amplifica-e-encaminha. 2017. 76 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e da Computação), Campus de Sobral, Universidade Federal do Ceará, Sobral, 2017.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/29294
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