[pt] O número de coeficientes dos filtros de detecção adaptativos usados nos receptores em sistemas CDMA e igual ao ganho de processamento usado no sistema. Assim, quando o valor deste ganho e grande os filtros adaptativos apresentam problemas de convergência lenta além de grande complexidade computacional. Problema similar ocorre na estimação/detecção de sinais em sistemas UWB uma vez que o grande numero de percursos do canal, faz com que as quantidades a serem estimadas tenham um elevado número de elementos, requerendo com o uso de técnicas convencionais o processamento de conjuntos com um numero bastante elevado de amostras, com consequente aumento significativo de custo computacional total do receptor. Esta dissertação enfoca uma técnica de processamento com redução de posto promovida por meio de dois estágios iniciais, o estágio de interpolação e o estágio de decimação, na qual, dado o padrão de decimação escolhido, os coeficientes do filtro interpolador são otimizados de forma independente do filtro de detecção. Dois algoritmos foram desenvolvidos para o dimensionamento do filtro interpolador, o primeiro e baseado na maximização da razão sinal desejado-ruído na saída do estágio de redução de posto, e o segundo maximiza a razão sinal desejado-ruído mais interferência na saída do estágio de redução de posto. Os métodos de posto reduzido examinados reduzem a dimensão do vetor de observação de acordo com o fator de decimação escolhido, redução esta bastante relevante, por exemplo para esquemas de equalização/detecção que tem custo computacional quadrático com a dimensão do vetor de observação como os receptores MMSE-RLS implementados nas aplicações. / [en] The number of coefficients of the adaptive detection filters used in CDMA receivers is usually larger than the processing gain used in the system. Thus, when the value of this gain is high the adaptive filters suffer from slow convergence and high computational complexity. A similar problem occurs with the estimation/signal detection in UWB systems. The large number of channel paths common in such systems causes the quantities to be estimated to have a large number of elements, which requires, with conventional techniques, the processing of sets with large number of samples, thus resulting in a significant increase in the total computational cost of the receiver. This work focuses on a reduced-rank technique that is implemented through two phases, interpolation and decimation, in which given the decimation pattern chosen, the coefficients of the interpolator filter are optimized independently of the detection filter. Two algorithms are developed for the design of the interpolator filter. The first one is based on the maximization of the desired signal to noise ratio at the output of the reduced rank stage and the second considers the maximization of the desired signal to noise-plus-interference ratio at the output of the reduced rank stage. In general, the proposed reduced rank methods reduce the size of the observation vector according to the value set to the so called decimation factor. This reduction can have a significant impact on the complexity of equalization/detection algorithms that, for instance, have a quadratic increase of the computational cost with the size of the observation vector, as the RLS receivers implemented in the considered applications.

[pt] Modulação Espacial é um método de transmissão por múltiplas antenas recentemente proposto,designado por MIMO-SIM, que associa informação à escola das antenas transmissoras. Isto possibilita a redução do número de cadeias de radiofrequência e, consequentemente, a imimplementação de sistemas de comunicação que consomem menos energia. O novo esquema de comunicação dos sistemas MIMO-SIM exige que, do lado redeptor, novas e eficientes estratégias de detecção do sinal transmitido sejam elaborados. O detector de máxima verossimilhança (ML), que fornece o desempenho ótimo, é de inviável implementação devido ao elevado custo computacional. Os detectores Sphere Decoding (SD) são comumente aplicados aos sistemas MIMO e atingem o desempenho ótimo a menor custo de computação. Um algoritmo SD que considera as caractéristicas do sinal SM foi desenvolvido, resultando em redução de custo computacional em relação ao detector ML e aos algoritmos SD convencionais. A elevada sensibilidade da complexidade dos algoritmos SD à variação da relação sinal-ruído (SNR) motivou o desenvolvimento de técnicas de detencção subótimas. Estratégias baseadas em detecção em grupos foram propostas, e os algoritmos de detecção aninhada MLA-M e MLA-C tiveram sua complexidade e desempenho avaliados em diferetes configurações e cenários de canal. Uma nova família de detectores, que realiza a detecção da combinação de antenas transmissoras e dos símbolos transmitidos em fases distintas, foi proposto, eo algoritmo List-BMP-LR-MMSE atingiu desempenho de detecção quase ótimo com baixo custo computacional, menos sensível à variação de SNR. Baseado na estratégia de detecção em duas fases, um novo detector de baixo custo foi desenvolvido para sistemas SM com codificação espácio-temporal. / [en] Spatial Modulation is a recently proposed multiantenna transmission scheme, designated as SM-MIMO, that associates information to the transmit antenna selection, thus enabling the reduction of the number of radiofrequency chains and , consequently, the implementation of less power consuming communication systems. The novel SM-MIMO communication scheme requires, at the receiver side, the development of new and efficient signal detection strategies of the optimal performance, is infeasible to implement due to the high computational cost. Sphere Decoding detectors (SD) are customarily applied to MIMO systems and attain optimal performance with lower computational cost.An SD algorithm, tailored following SM signal characteristics was deloped, resulting in computational cost reduction compared to ML detector and conventional MIMO SD algorithms. The hogh computational sensitivity of SD algorithms to the signal-to-noise ratio (SNR) variation motivated the development of subboptimal detection techniques. Strategies based in group detection were propsed, and nested detection algorithms LA-M and MLA-C had their complexity and performance evaluated in different configurations and channel scenarios. A new family of detectors, that performs the detection of the transmit antenna combinations and the transmitted symbols in two distinct stages,was proposed, and List-BMP-LR-MMSE algorithm attained near -optimal detection performace with low computational complexity, less sensitive to SNR variation. Based on the two-stage detection strategy, a new low-complexity detector was developed to space-time coded SM systems.

[pt] Sistemas de múltiplas antenas de larga escala são técnicas fundamentais para sistemas de comunicação sem fio do futuro, que deverão servir dezenas de usuários por estação rádio-base. Neste contexto, um problema chave é o aumento do consumo de energia à medida que o número de antenas cresce. Recentemente, CADs de baixa resolução têm atraído grande interesse de pesquisa. Em particular, CADs de 1 bit são adequados para sistemas de larga escala devido ao seu baixo custo e consumo de energia. Nesta tese, CADs de 1 bit são usados em três diferentes abordagens de projeto, que operam a taxa de Nyquist e a taxas superiores a taxa de Nyquist com estratégias de amostragem uniforme e dinâmica. Nos sistemas operando a taxa de Nyquist, algoritmos de estimação de canal que exploram o conhecimento da baixa resolução e um novo esquema de detecção e decodificação iterativas são propostos, em que códigos low-density paritycheck de bloco curto são considerados para evitar alta latência. Nos sistemas operando a taxas superiores a taxa de Nyquist com sobreamostragem uniforme, algoritmos eficientes de estimação de canal e de detecção com janela deslizante com exploração da baixa resolução são propostos. Além disso, são deduzidas expressões analíticas associadas aos limitantes de Cramér-Rao para os sistemas com sobreamostragem. Resultados numéricos ilustram o desempenho dos algoritmos de estimação de canal propostos e existentes e os limitantes teóricos deduzidos. Nos sistemas operando com sobreamostragem dinâmica, duas abordagens de projeto são desenvolvidas: uma técnica baseada na maximização da soma das taxas e uma técnica baseada na minimização do erro médio quadrático. Em seguida, três algoritmos de redução de dimensão são apresentados e investigados. Resultados de simulações mostram que os sistemas com sobreamostragem dinâmica têm melhor desempenho do que os sistemas com sobreamostragem uniforme em termos de soma das taxas alcançáveis e de taxa de erro de símbolos, enquanto o custo computacional das técnicas examinadas é comparável. / [en] Large-scale multiple-antenna systems are a key technique for future wireless communications, which will serve tens of users per base station (BS). In this scenario, one problem faced is the large energy consumption as the number of receive antennas scales up. Recently, low-resolution analogto-digital converters (ADCs) have attracted much attention. Specifically, 1-bit ADCs in the front-end are suitable for such systems due to their low cost and low energy consumption. In this thesis, 1-bit ADCs are applied in three different system designs, which operate at the Nyquist rate and faster than Nyquist rates along with uniform and dynamic strategies. In the Nyquist-sampling system, low-resolution-aware channel estimation algorithms and a novel iterative detection and decoding scheme are proposed, where short block length low-density parity-check codes are considered for avoiding high latency. In the faster than Nyquist rates with uniform oversampling system, lowresolution-aware channel estimation and sliding window based detection algorithms are proposed due to their low computational cost and high detection accuracy. Particularly, analytical expressions associated with the Bayesian Cramér-Rao bounds for the oversampled systems are presented. Numerical results are provided to illustrate the performance of the proposed channel estimation algorithms and the derived theoretical bounds. In the dynamic-oversampling system, two different system designs are devised, namely, sum rate and mean square error based. Three different dimension reduction algorithms are presented and thoroughly investigated. Simulation results show that the systems with the proposed dynamic oversampling outperform the uniformly oversampled system in terms of the computational cost, achievable sum rate and symbol error rate performance.

[pt] Este trabalho tem como finalidade analisar diferentes estratégias de detecção passíveis de aplicação em sistemas de transmissão OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) operando em canais que variam rapidamente no tempo. Além dos métodos clássicos de detecção lineares tais como filtro casado, Zero Forcing e MMSE (Minimum Mean-Square Error), outras duas técnicas são estudadas, abrangendo também combinações entre elas. A primeira é a técnica de cancelamento paralelo de interferência (PIC - Parallel Interference Cancellation), a segunda é a detecção por busca por verossimilhança ascendente (LAS – Likelihood Ascent Search), ambas empregadas em conjunção com o filtro casado. Esse trabalho apresenta também um estudo dos efeitos de uma estimativa imperfeita do canal, no desempenho dos esquemas de detecção aqui enfocados. Os resultados dos experimentos são analisados em termos da taxa de erro de bit (BER) e custo computacional (complexidade)associado a estes esquemas. / [en] This work analyzing different detection strategies that can be applied in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) transmission systems over fast time-varying channels. In addition to classical linear methods of detection such as a Matched Filter, Zero Forcing and MMSE, two other techniques are studied, also encompassing combinations of them. The first is the Parallel Interference Cancellation (PIC) technique, the second is Likelihood Ascent Search (LAS), both used in conjunction with the Matched Filter. This work also presents a study of the effects of imperfect channel estimation on the performance of the detection schemes studied here. The results of the experiments are analyzed in terms of bit error rate (BER) and computational cost (complexity) associated with these schemes.