Nesta subseção estão apresentados os resultados de simulação Monte-Carlo para configuração MISO, que pode ser visto na Figura 3. Também são apresentados parâmetros de sistema e de canal, conforme o mostrado na Tabela 2.
Tabela 2 – Parâmetros do sistema e de canal MISO DS/CDMA adotados nas simulações
MCS
Parâmetro
Valor
Conjuntos de Sequências
Gold
Ganho de Processamento
𝐺 = 31
Número de Usuários
𝐾 ∈ {2; 4; 6; 8; 10}
Relação Sinal-Ruído
snr∈ {0; 20} dB
Efeito near-far
nfr = 0 dB
Canal
AWGN
Modulação
BPSK
Detector
MF: filtro casado
MISO
Tx: 3; Rx: 1 antenas
Apresenta-se na Figura 18 o desempenho BER para o sistema DS/CDMA com topologia SISO versus MISO sugerido pela Figura 3. É possível verificar, por exemplo, que no sistema MISO o desempenho do sistema tende a ser inferior. Como há múltiplas antenas de transmissão para cada usuário, há mais interferência de múltiplo acesso (MAI). Porém, com o aumento do número de antenas, há um aumento na taxa de transmissão, já que cada antena transmite uma informação diferente (VBLAST) (FOSCHINI, 1996). 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10−7 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 SNR[dB] BER K=5 us. SISO K=10 us. SISO K=25 us. SISO K=2 us. MISO K=4 us. MISO K=6 us. MISO K=8 us. MISO K=10 us. MISO SuB 0 1 2 3 4 5 6 7 8 10−4 10−3 10−2 10−1 SNR[dB] BER K=5 us. SISO K=10 us. SISO K=25 us. SISO K=2 us. MISO K=4 us. MISO K=6 us. MISO K=8 us. MISO K=10 us. MISO SuB
a) SNR de 0 a 20𝑑𝐵
b) SNR de 0 a 8𝑑𝐵
Figura 18 – Sistemas DS/CDMA síncrono em canal AWGN e sequências de Gold31.
O desempenho do sistema MISO DS/CDMA da Figura 4 foi analisado numericamente a partir do uso de sequência de Walsh-Hadamard de comprimento 𝑁𝑊 𝐻= 8, no primeiro nível de espalhamento, e
uma sequência de Gold estendida de comprimento 𝑁Ge = 32, no segundo nível de espalhamento. Uma vez que a primeira sequência tem um número de chips menor do que a segunda, esta é repetida até a equivalência, do número de chips, com a segunda, i.e., a sequência de WH de comprimento 8 é repetida
4 vezes, coincidindo com os 𝑁𝐺𝑒= 32 chips da sequência de Gold estendida. Já para o segundo cenário
topológico, as duas sequências de espalhamento, no primeiro e segundo níveis, apresentam o mesmo comprimento, 𝑁𝐺𝑒 = 𝑁𝑊 𝐻 = 32. Os parâmetros adotados para a simulação estão indicados na Tabela
3.
Tabela 3 – Parâmetros do sistema DS/CDMA e de canal adotados nas simulações MCS
Parâmetro
Valor
Conjuntos de Sequências
WH e Gold estendida
Comprimento das Sequências
𝑁
𝐺𝑒= 32; 𝑁
𝑊 𝐻= 32 ou 𝑁
𝑊 𝐻= 8
Ganho de Processamento
𝐺 = 32
Número de Usuários
𝐾 ∈ {2; 4; 6; 8; 10}
Relação Sinal-Ruído
snr∈ {0; 20} dB
Efeito near-far
nfr = 0 dB
Canal
AWGN
Modulação
BPSK
Detector
Filtro casado (MF)
Configuração MISO
Tx: 3; Rx: 1 antenas
Na Figura 19 compara-se o desempenho das duas topologias MISO DS/CDMA. A topologia do sistema
𝑆1é descrita pela Figura 3, enquanto a topologia 𝑆2é indicada pela Figura 4. Adicionalmente, a topologia
MISO 𝑆2utiliza sequências WH de comprimento 𝑁𝑊 𝐻 = 8 na Figura 19.a) e 𝑁𝑊 𝐻= 32, na Figura 19.b).
Verifica-se que o sistema com topologia 𝑆1(espalhamento em único nível) apresenta desempenho superior
à topologia 𝑆2(espalhamento em dois níveis) quando o número de sequências disponíveis é suficiente para
atender todos os usuários (sem reuso de sequências). Isso ocorre porque o sistema 1 usa uma sequência de Gold para cada antena e cada usuário móvel está equipado com três antenas de transmissão. Finalmente, observa-se que ao comparar o desempenho da topologia 𝑆2, utilizando 𝑁𝑊 𝐻= 8 versus 𝑁𝑊 𝐻= 32, uma
maior diferença entre as curvas de desempenho BER ocorre para 𝐾 = 4 usuários. Para os demais casos, o desempenho é similar para os dois comprimentos de sequências WH analisados.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 Sistema MISO SNR[dB] BER 2 usuários S1 4 usuários S1 6 usuários S1 8 usuários S1 10 usuários S1 2 usuários S2 4 usuários S2 6 usuários S2 8 usuários S2 10 usuários S2 SuB 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 Sistema MISO SNR[dB] BER 2 usuários S1 4 usuários S1 6 usuários S1 8 usuários S1 10 usuários S1 2 usuários S2 4 usuários S2 6 usuários S2 8 usuários S2 10 usuários S2 SuB
a) 𝑆
1(Fig. 3) and 𝑆
2(Fig. 4) com 𝑁
𝑊 𝐻= 8
b) 𝑆
1(Fig. 3) and 𝑆
2(Fig. 4) com
𝑁
𝑊 𝐻= 32
Figura 19 – Desempenho BER para as duas topologias MISO DS/CDMA.
Como indicado na Seção 2.1, nos resultados das Figuras 18 e 19, o ganho de diversidade não pode ser alcançado pois o sistema em questão utiliza canal AWGN. Para melhores resultados, um sistemas com
desvanecimento de pequena escala deveria ter sido adotado, de forma que, com isso, fossem alcançadas as vantagens de se trabalhar com múltiplas antenas.
6 Conclusões
A partir dos resultados numéricos de desempenho para o sistema DS/CDMA com diferentes quanti- dade de usuários, foi possível identificar o impacto da escolha do conjunto de sequência de espalhamento sobre a taxa de erro de bit (BER), a partir do incremento da MAI (número de usuários). Verificou-se que o sistema apresenta uma melhoria significativa na BER usando um conjunto de sequências de Gold quando comparado ao mesmo sistema equipado com sequências de espalhamento PN. Também foi possível verificar a troca de desempenho por taxa de transferência em um sistema MISO.
Com estes resultados foi possível verificar como a escolha do conjunto de sequências de espalhamento pode afetar direta e significativamente o desempenho e a capacidade do sistema DS/CDMA equipado com detector convencional filtro casado, indicando, claramente, que a análise das propriedades de corre- lação das sequências de espalhamento escolhidas, constituem uma das partes fundamentais no projeto do sistema DS/CDMA SISO e MIMO.
Parte II
Detector MIMO Baseado no Filtro
de Wiener de Posto Reduzido
7 Introdução
Com o crescimento do número de usuários e da taxa de dados em sistemas de comunicação sem fio, várias técnicas e abordagens foram desenvolvidas tendo em vista a demanda crescente por serviços. Uma dessas abordagens é a comunicação usando múltiplas antenas no transmissor e no receptor (Multiple-Input
Multiple-Output - MIMO). Os sistemas MIMO apresentam inúmeras vantagens, entre elas a capacidade
de usar as múltiplas conexões entre transmissor e receptor para aumentar a capacidade do sistema. Po- rém, apenas em 1996 Foschini introduziu a primeira arquitetura que aproveita o aumento de capacidade proporcionado por um sistema de comunicação com múltiplas antenas no transmissor e receptor, denomi- nado BLAST (Bell Laboratories Layered Space - Time) (FOSCHINI, 1996). Com o algoritmo é possível obter uma melhor eficiência espectral, já que é possível aumentar a capacidade do canal sem aumentar a largura de banda utilizada pelo sistema (COSTA; HAYKIN, 2010). Também é possível fazer uma troca entre confiabilidade e capacidade, tornando o sistema bem flexível.
ĞŵƵdž ϭ͗Eƚ ĞƚĞĐƚŽƌ DŽĚƵůĂĕĆŽ DŽĚƵůĂĕĆŽ
,
ϭ Eƚ ϭ Eƌ s džFigura 20 – Diagrama de um sistema MIMO.
Neste trabalho será considerado um sistema MIMO de multiplexação espacial com 𝑁𝑡 antenas de
transmissão e 𝑁𝑟≥ 𝑁𝑡 antenas de recepção. Foi usada modulação 4-QAM na transmissão.
O Sinal recebido será representado por:
r[𝑛] = H[𝑛]s[𝑛] + n[𝑛], (7.1)
sendo n o ruido aditivo branco circularmente gaussiano (Additive white Gaussian noise - AWGN), repre- sentado estatisticamente como n ∼ 𝒞𝒩 (0, 𝜎2
𝑛I). Neste trabalho a matriz H será considerada perfeitamente
conhecida no receptor, onde a distribuição estatística do módulo de cada elemento é do tipo Rayleigh com função densidade de probabilidade (Probability Density Function - pdf)
𝑓 (𝑥) = 𝑥 𝜎2𝑒
−𝑥2
2𝜎2𝑢(𝑥), (7.2)
sendo 𝑢(𝑥) a função degrau unitário.