Modulação espacial combinada com deslocamento de fase analógico

Abstract

A modulação espacial (SM) é uma das propostas de transmissão digital em sistemas com múltiplas antenas no transmissor e no receptor (MIMO) para a quinta geração (5G) da telefonia móvel. Seu princípio básico é utilizar a informação espacial, ou seja, o índice da antena ativa, como uma dimensão extra para transmissão de informação. Assim, a informação do usuário é particionada em duas componentes. Uma seleciona um símbolo de uma modulação digital convencional, e a outra seleciona uma antena (ou um subconjunto de antenas) para transmissão deste símbolo. Como os ganhos de canal a partir de diferentes antenas transmissoras são distintos, o receptor consegue descobrir o índice da(s) antena(s) transmissora(s) ativa(s). Recentemente, Wang e Zhang propuseram uma técnica alternativa na qual todas as antenas transmissoras (ao invés de um subconjunto delas) são ativadas para a transmissão do mesmo símbolo. A informação espacial é produzida através de um deslocador de fase analógico (formatador de feixe) acoplado às antenas transmissoras. Cada conjunto de fases diferente corresponde a um índice de informação espacial diferente. A técnica recebeu a designação APSSM, do inglês Analog Phase Shifter Aided Spatial Modulation. Nesta dissertação, uma solução híbrida é proposta na qual SM é combinada com APSSM, que é aplicada sobre as antenas transmissoras ativas. A nova técnica preserva a vantagem do APSSM, a saber, possibilita o descorrelacionamento entre os canais quando diferentes subconjuntos de antenas ativas em SM possuem antenas em comum, além de criar uma segunda informação espacial, ainda requerendo apenas uma cadeia de rádio frequência (RF). Resultados de simulação indicam que a técnica híbrida proposta apresenta um melhor desempenho em diversas configurações.

Abstract: Spatial modulation (SM) is one of the proposals for digital transmission in multiple transmit and receive antennas (MIMO) systems for the fifth generation (5G) of mobile telephony. Its basic principle is to use spatial information, i.e., the active antenna index, as an extra dimension for information transmission. Thus, the user data is partitioned into two components. One selects a symbol from a conventional digital modulation, and the other selects an antenna (or a subset of antennas) for transmitting this symbol. Because channel gains from different transmit antennas are different, the receiver can figure out the index of the active transmit antenna(s). Recently, Wang and Zhang have proposed an alternative technique in which all transmit antennas (rather than a subset of them) are activated for transmitting the same symbol. Spatial information is produced through an analog phase shifter (beamforming) coupled to the transmit antennas. Each different set of phases corresponds to a different spatial information index. The technique was named Analog Phase Shifter Aided Spatial Modulation (APSSM). In this dissertation, a hybrid solution is proposed in which SM is combined with APSSM, which is applied over the active transmit antennas. The new technique preserves the advantage of APSSM, namely, it eliminates the channel correlation when different subsets of active antennas in SM have common antennas, and creates a second spatial information, and yet requiring only one radio frequency (RF) chain. Simulation results indicate that the proposed hybrid technique performs better with several configurations.