Proposition and performance analysis of a multiuser system with joint transmit and receive generalized spatial modulation

Abstract

Abstract : Increasing the energy and spectral efficiencies is an important goal for the new generation of wireless communication systems, named 5G. In this direction, many signaling techniques have been proposed in the literature, and spatial modulation (SM) is being considered as a very promising candidate. SM is a relatively new paradigm for multiple-input, multiple- output (MIMO) communications systems, by which information is trans- mitted not only by the choice of a symbol from a classical signal con- stellation, such as QAM, but also by the choice of an index that indicates a subset of (active) transmit antennas through which the signal is trans- mitted. The general goal of this Dissertation is to contribute to the new generation of wireless communication systems. Specifically, we propose innovations to the SM technique. As a main contribution of this Dissertation, we propose a multiuser communication system that makes use of generalized spatial modulation where transmit and receive antennas are activated simultaneously. To this end, we develop a precoder and a post- coder for the downlink. Results show that both energy and spectral efficiencies are increased in comparison with previous generalizations of the technique. The second contribution of this Dissertation is the derivation of a novel performance analysis for the proposed scheme, more specifically the derivation of upper bounds for the average bit error probability. Numerical results reveal a good precision with respect to the simulated results.

Aumentar a eficiência energética e espectral e´ uma meta importante para a nova geração de sistemas de comunicação sem fio, chamado 5G. Nessa direção, muitas técnicas de modulação têm sido propostas na literatura, e a modulação espacial (SM) esta´ sendo considerada uma candidata promissora. SM e´ um paradigma relativamente novo para sistemas de comunicação com múltiplas entradas, múltiplas saídas (MIMO), pelo qual a informação e´ transmitida não apenas pela escolha de um símbolo de uma constelação de sinal clássico, como QAM, mas também pela escolha de um índice que indica um subconjunto de antenas de transmissão (ativas) através das quais o sinal e´ transmitido. O objetivo geral desta Tese e´ contribuir para a nova geração de sistemas de comunicação sem fio. Especificamente, propomos inovações para a técnica SM. Como uma contribuição principal desta Tese, propomos um sistema de comunicação multiusuário que faz uso da modulação espacial generalizada onde antenas de transmissão e recepção são ativadas simultaneamente. Para este fim, desenvolvemos um pré´-codificador e um po´s-codificador para o downlink. Os resultados mostram que tanto a eficiência energética quanto a eficiência espectral são aumentadas em comparação com generalizações prévias da técnica. A segunda contribuição desta Tese e´ a derivação de uma nova análise de desempenho para o esquema proposto, mais especificamente derivação de limites superiores para a probabilidade média de erro de bit. Resultados numéricos revelam boa precisão em relação aos resultados simulados.