Matrix-based implementation of Time-Interleaved Block Windowed Burst OFDM

Abstract

Vivemos numa era onde o mundo das comunicações se está a tornar cada vez mais exigente, à medida que a tecnologia evolui. Portanto, ́e fundamental compreender e superar todos osdesafios que as próximas gerações de redes sem fios exigem. Um dos aspetos mais importantes ́e manter a baixa complexidade dos sistemas, mas que sejam capazes de garantir alta eficiência espetral em condições adversas de canal.O Ortoghonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)tem sido a técnica de modulação de referência para sistemas 4G, dado que permite altas taxas de transmissão de dados e ́e baseado na transformada de Fourier rápida (FFT) e a sua inversa (IFFT), que permite manter a baixa complexidade dos sistemas. Num transmissor OFDM, os dados com alta taxa de transmissão são divididos em N sub-portadoras de ritmo inferior, que são ortogonais entre si. Esta ortogonalidade, entre as sub-portadoras, garante uma robustez contra Interferência Inter Canal (ICI). No entanto, esta abordagem possui algumas limitações, sendo as principais uma limitada eficiência espetral e energética. Assim, para lidar com esses problemas, foram desenvolvidas novas técnicas de modulação híbrida, como o Time Interleaved Block Windowed BurstOFDM (TIBWB-OFDM). A arquitetura do TIBWB-OFDM permite que o sinal transmitido seja resiliente a desvanecimentos de banda profundos (deep in-band fades), uma vez que a informação ́e replicada aolongo de toda a largura de banda do canal. Para além disso, ́e usada uma janela mais suave que a do OFDM convencional, a janela Square Root Raised Cosine (SRRC). Porém, o TIBWB-OFDM também apresenta uma eficiência espetral limitada à medida que o comprimento dos seus blocos (no domínio do tempo) aumenta. Esta contrariedade pode ser colmatada usando uma abordagem diferente para a compactação dos símbolos TIBWB-OFDM, que permite que os blocos OFDM janelados sejam parcialmente sobrepostos - TIBWB-OFDM com Windowing Time Overlapping (WTO). Portanto, esta dissertação propõe uma paralelização do TIBWB-OFDM ao implementaruma versão matricial eficiente do transcetor TIBWB-OFDM com WTO.

We live in an era where the world of communications is becoming increasingly demanding, as technology around it evolves. Hence, it is crucial to understand and overcome all the demands that the upcoming generation of networks require. One of the most important aspects is to maintain low complexity systems, that are capable enough of granting high spectral efficiency, under adverse channel conditions. The Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has been the modulation technique of reference for 4G systems, considering that it provides high data transmission rates and it is based on the Fast Fourier Transform (FFT) and the Inverse Fast Fourier Transform (IFFT), which allows low complexity systems. In an OFDM transmitter, the high data rate stream is divided into N parallel lower rate streams, the sub-carriers, that are orthogonal to each other. This orthogonality between the sub-carriers grants robustness against Inter-Carrier Interference. Nonetheless, this approach still has some drawbacks, such as a limited spectral and power efficiencies. Thus, in order to deal with these issues, new hybrid modulation techniques were developed, such as the Time-Interleaved Block Windowed Burst OFDM (TIBWB-OFDM). The TIBWB-OFDM architecture allows the transmitted signal to be resilient to deep in-band fades, as the information is replicated through the entire channel’s bandwidth. Additionally, it uses a smoother window than the conventional OFDM, a Square Root Raised Cosine one. However, the spectral efficiency of the TIBWB-OFDM is still limited by the increased length of its blocks, in time domain. This issue can be tackled by using a different packing approach for the TIBWB-OFDM symbols, by using Windowing Time Overlapping (WTO), which allows the windowed OFDM blocks to be partially overlapped in time. Therefore, this dissertation proposes a parallelization of TIBWB-OFDM by implementinga computational efficient matrix framework of the TIBWB-OFDM with WTO transceiver.