Multicarrier (MC) Modulation attracts a lot of attention for high speed wireless transmissions because of its capability to cope with frequency selective fading channels turning the wideband transmission link into several narrowband subchannels whose equalization, in some situations, can be performed independently and in a simple manner. Nowadays, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) with the cyclic prefix (CP) insertion is the most widespread modulation among all MC modulations, and this thanks to its simplicity and its robustness against multipath fading using the cyclic prefix. Systems or standards such as ADSL or IEEE802.11a have already implemented the CP-OFDM modulation. Other standards like IEEE802.11n combine CP-OFDM and multiple-input multiple-output (MIMO) in order to increase the bit rate and to provide a better use of the channel spatial diversity. Nevertheless, CP-OFDM technique causes a loss of spectral efficiency due to the CP as it contains redundant information. Moreover, the rectangular prototype filter used in CP-OFDM has a poor frequency localization. This poor frequency localization makes it difficult for CP-OFDM systems to respect stringent specifications of spectrum masks.To overcome these drawbacks, filter-bank multicarrier (FBMC) was proposed as an alternative approach to CP-OFDM. Indeed, FBMC does not need any CP, and it furthermore offers the possibility to use different time-frequency well-localized prototype filters which allow much better control of the out-of-band emission. In the literature we find several FBMC systems based on different structures. In this thesis, we focus on the Saltzberg's scheme called OFDM/OQAM (or FBMC/OQAM). The orthogonality constraint for FBMC/OQAM is relaxed being limited only to the real field while for OFDM it has to be satisfied in the complex field. Consequently, one of the characteristics of FBMC/OQAM is that the demodulated transmitted symbols are accompanied by interference terms caused by the neighboring transmitted data in time-frequency domain. The presence of this interference is an issue for some MIMO schemes and until today their combination with FBMC remains an open problem.The aim of this thesis is to study the combination between FBMC and MIMO techniques, namely spatial multiplexing with ML detection. In the first part, we propose to analyze different intersymbol interference (ISI) cancellation techniques that we adapt to the FBMC/OQAM with MIMO context. We show that, in some cases, we can cope with the presence of the inherent FBMC interference and overcome the difficulties of performing ML detection in spatial multiplexing with FBMC/OQAM. After that, we propose a modification in the conventional FBMC/OQAM modulation by transmitting complex QAM symbols instead of OQAM ones. This proposal allows to reduce considerably the inherent interference but at the expense of the orthogonality condition. Indeed, in the proposed FBMC/QAM,the data symbol and the inherent interference term are both complex. Finally, we introduce a novel FBMC scheme and a transmission strategy in order to avoid the inherent interference terms. This proposed scheme (that we call FFT-FBMC) transforms the FBMC system into an equivalent system formulated as OFDM regardless of some residual interference. Thus, any OFDM transmission technique can be performed straightforwardly to the proposed FBMC scheme with a corresponding complexity growth. We develop the FFT-FBMC in the case of single-input single-output (SISO) configuration. Then, we extend its application to SM-MIMO configuration with ML detection and Alamouti coding scheme.

Multicarrier systems are widely used today due to their robustness to multipath effects and efficient implementation using FFT. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system is a class of multicarrier modulation which consists of splitting up a wide-band signal at a high symbol rate into several lower rate signals, each one occupying a narrower band. System performance improves because subcarriers experience flat fading channels and are orthogonal to one another. Recently, a number of papers have focused on a new alternative called Filter bank based multicarrier system (FBMC) which can offer a number of advantages over CP-OFDM system such as the improved spectral efficiency by not using a redundant CP and by having much better control of the out-of-band emission due to the time-frequency localized shaping pulses.Furthermore, asynchronism inherently exists in several communication systems due to many factors e.g. the propagation delays and the spatial distribution of users. As one of the most challenging issue in design of communication systems, the asynchronism can harmfully affect the system performance by causing the so-called asynchronous interference.In this dissertation, we investigate the impact of asynchronism on the performance of OFDM FBMC systems. First, we present a unified framework for multicarrier interference characterization and analysis in asynchronous environments. We propose a new family of interference tables that model the correlation between a given interfering subcarrier and the victim one, not only as a function of the spectral distance separating both subcarriers but also with respect to the timing misalignment between the subcarriers holders. These tables are derived for CP-OFDM, PHYDYAS-FBMC and IOTA-FBMC systems. Furthermore, the impact of the asynchronous interference on the average error rate and the average spectral efficiency of OFDM and FBMC systems is addressed. Based on computing the moment generating functions of the asynchronous interference power, simple new expressions for the exact evaluation of the average error rate and the average spectral efficiency are derived considering the frequency correlation fading between adjacent interfering subcarriers. These expressions significantly reduce the computation complexity of the performance evaluation.For each technique two scenarios are examined: fully-loaded network and partially loaded ones. The accuracy of the obtained expressions has been validated through different simulation results. In contrast to OFDM, FBMC waveforms are demonstrated to be less sensitive to timing asynchronism, due to the better frequency localization of the used prototype filters.

La radio intelligente (RI) a été proposée pour améliorer l’utilisation du spectre radiofréquence. Pour cela, il s’agit de donner un accès opportuniste aux utilisateurs non licenciés (nommés utilisateurs secondaires) au spectre alloué à l’utilisateur licencié (nommé utilisateur primaire). Dans cette thèse, notre but est de proposer un scénario spécifique à la RI et de présenter des solutions à certains problèmes connexes. Pour cela, nous considérons une RI émettant ses informations en “sur-couche” des utilisateurs primaires (technique overlay). Le système étudié est constitué d’une macro-cellule primaire et de petites cellules cognitives secondaires équipées de stations de base coopérant ensemble. Nous suggérons l’étude d’un schéma de communication hybride où une modulation “FilterBanc Multi Carrier” (FBMC) est utilisée pour les utilisateurs secondaires, alors que dans le cas des utilisateurs primaires, une modulation “Orthogonal Frequency Division Multiplexing”(OFDM) est adoptée. Ce choix est motivé par les raisons suivantes: l’OFDM est utilisée dans de nombreux systèmes primaires actuels large bande; ainsi lorsque l’OFDM est considérée au niveau de l’utilisateur primaire, une bande passante importante peut être réutilisée. Concernant le système secondaire, bien que l’OFDM ait été reconnue comme forme d’onde éligible aux systèmes de la RI, la modulation FBMC peut être une autre candidate capable de palier certains défauts de l’OFDM. En effet, comparée à l’OFDM,la modulation FBMC a l’avantage de réduire le niveau d’interférences de l’utilisateur secondairequi est induit par la différence de fréquence des oscillateurs locaux équipant les stations de base secondaires et les utilisateurs primaires. Pour annuler ces interférences,un précodage peut être inséré au niveau des stations de base secondaires. Par conséquent,nous proposons de calculer l’expression des interférences dues au systéme secondaire au niveau du récepteur primaire. A partir de ce résultat nous proposons d’annuler les interférences en utilisant la méthode “Zero Forcing Beamforming” (ZFBF) . Afin de confirmer l’efficacité du système proposé, nous le comparons avec un système fondé sur une RIutilisant une modulation OFDM à la fois au primaire et au secondaire.Toutefois, l’application de la méthode ZFBF dépend des canaux entre les stations de base secondaires et les utilisateurs primaires avec lesquels on souhaite s’orthogonaliser. Une estimation de canal est donc nécessaire. Pour ce faire, nous proposons de modéliser le canal par un processus autorégressif (AR) et d’aborder l’estimation du canal en utilisant une séquence d’apprentissage. Les signaux reçus, appelés aussi “observations”, sont perturbés par un bruit de mesure additif. / Cognitive radio (CR) has been proposed as a technolgy to improve the spectrum efficiency by giving an opportunistic access of the licensed-user spectra to unlicensed users. In this thesis, our purpose is to propose a specific scenario of CR and to present solutions to some related problems .or this purpose, we consider an overlay CR consisting of a primary macro-cell and cognitive small cells of cooperative secondary base stations (SBS). We suggst studying a hydbrid CR where a filter bank multicarrier (FBMC) is used for the secondary users (SU) whereas the primary users (PU) are based on orthogonal frequency diiision multiplexing (OFDM). This choice is motivated by the following reasons : as OFDM is used in many current wideband primary systems, an important bandwidth can be reused when OFDM is considered for the PU. Concerning the secondary system, although OFDM has been recognized as a condidate for CR systems, FBMC modulation can be another candidate that overcomes some OFDM drawbacks. Indeed, compared to OFDM, FBMC has the advantage of reducing the SU interference level tha is induced by the differences between the SBS and PU carrier frequency offsets (CFO). In order to cancel the interferences, a precoding can ben inserted at the SBS. Therefore, we propose to derive the interference expression due to SU at het PU receiver. Then, ero forcing beamforming (ZFBF) is considered to cancel the interferences. To confirm the efficiency of the proposed cheme, we make a comparative study with CR based on OFDM for both the PU and theSU. However, applying ZFBF depends on the channels between the SBS and the PU. A channel estimation is hence necessary. For this purpose, we propose to approximate the channel by an autoregressive process (AR) and to consider the channel estimation issue by using a training sequence. The received signals, also called the observations, are disturbed by an additive measurement noise. They can be : 1) additive and white. In that case, the AR paramters and the channel can be jointly estimated from the received noisy signal by using e recursive approache. Neverless, the corresponding state space representaion of the system is non-linear. In addition to existing methods that have been considered, we propose to carry out a complementary study by investigating the relevance of the quadrature Kalman filter (QKF) and the cubature Kalman filter (CKF). The, we compare them with other non-linear Kalman based approaches. 2) additive and colored. In that case, a parametric approach can be considered and based on a priori model of the noise. In our case, a moving average (MA) model is studie. Our approach operates as follows : firstly, the AR parameters are estimated by using the overdetermined high-order Yule-Walker (HOYN) equations. The variance of the AR-process driving process can be deduced by means of an orthogonal projection betweenn two types of etimates of AR-process correlation vectors. Then, the correlation sequence of th MA noise is estimated. Secondly, the MA parameters are obtained by using a new variant of the inner-outer factorization approache. We study the avantages and the limits of the proposed method. The, we compare it with existing algorithms such as the improved least square-colored noise (ILS-CN), the Yule-Walker ILS (YWILS) and the prediction error method (PEM). The proposed method is first evaluated with synthetic AR and MA processes and then is applied in the field of mobile communcation for channel estimation.

La radio cognitive (CR) est une radio entièrement reconfigurable qui permet de changer intelligemment ses paramètres de communication en réponse à l'activité des autres réseaux radios et demandes d'utilisateur. L'objectif ultime de la CR est de permettre à l'utilisateur secondaire (SU) d'utiliser la ressource de spectre disponible sans interférer sur l'utilisateur primaire (PU) en utilisant des trous de spectre. Par conséquent, la détection du PU est l'un des défis principaux dans le développement de la CR. Par rapport aux systèmes conventionnels de communication sans fil, le système CR introduit de nouveaux problèmes d'allocation de ressource (RA) en raison de l'interférence des canaux adjacents utilisés par le SU et le PU. Dans le contexte de la CR, la plupart des efforts ont été menés sur les systèmes de CR basés sur le multiplexage par division de fréquences orthogonales (OFDM). Toutefois, la technique de l'OFDM montre quelques points faibles dans l'application à cause des remontées significatives du spectre. Les modulations multiporteuses à base de bancs de filtre (FBMC) ont été récemment proposées pour des applications de CR. Dans cette thèse, trois points importants pour le développement d'un système de CR basé sur le FBMC sont discutés.Les trois points principaux peuvent être résumés ainsi: nous examinons premièrement les problèmes de détection de spectre des signaux OFDM et FBMC en employant le détecteur de signature de cyclostationnarité (CS). En outre, nous proposons une architecture de détection multi-bande basée sur le banc de filtre polyphasé (PFB), et montrons son avantage; deuxièmement, la comparaison entre l'OFDM et le FBMC du point de vue de l'efficacité spectrale est discutée; et enfin, nous proposons un algorithme stratégique d'allocation de ressource pour les systèmes cognitifs multi-cellulaires et multi-utilisateurs.Les algorithmes proposés dans cette thèse ont été testés par simulation. Les résultats numériques prouvent que le FBMC, par opposition à l'OFDM, pourrait réaliser une efficacité spectrale plus élevée et offre un avantage attrayant dans la détection de spectre. Les contributions de cette thèse ont accru l'intérêt d'appliquer FBMC dans les systèmes de CR à l'avenir.

Dans cette thèse une étude des performances des systèmes OFDM et FBMC/OQAM en présence d'amplificateur de puissance sans mémoire en terme de TEB est présentée. Ensuite, nous avons proposé une technique de linéarisation d'AP par pré-distorsion adaptative neuronale. Aussi, nous avons proposé deux techniques de correction des non-linéarités au niveau du récepteur. / In our work, we have studied the impact of in-band non linear distortions caused by PA on both OFDM and FBMC/OQAM systems. A theoretical approach was proposed to evaluate the BER performance for the two systems. This approach is based on modeling the in-band non-linear distortion with a complex gain and an uncorrelated additive white Gaussian noise, given by the Bussgang theorem. Then, we have proposed different techniques to compensate this NLD either on the transmitter or the receiver sides.

De nouveaux usages des systèmes de communications sans fils, tels que les réseaux de capteurs ou les voitures autonomes, ont émergé au cours des dernières années. Ces usages sont fondamentalement différents des applications haut-débit actuelles des réseaux cellulaires. La future technologie mobile, la 5G New Radio, introduit donc le concept de numérologie du signal afin de pouvoir satisfaire aux besoin hétérogènes des multiples applications supportées. En effet en supportant différentes numérologies de signaux, l'allocation temps/fréquence des signaux devient plus flexible et le signal transmis peut être adapté en conséquence. Cependant, supporte simultanément différentes numérologies génère de l'interférence et donc distord les signaux. Les filtrages spatiaux, comme la formation de faisceaux, est envisagée en 5G pour limiter l'interférence générée mais pour les communications au-dessus de 6 GHz. Il n'y a cependant pas de solutions proposées pour mes communications en-dessous de 6 GHz. Dans ce travail, des techniques d'atténuation des lobes secondaires sont étudiées pour faciliter le multiplexage des services pour les communications sous 6 GHz. L’interférence entre-utilisateurs est alors contrôlée mais la bande est également mieux utilisée. Une solution innovante, combinant bancs de filtres et orthogonalité complexe, est proposée. L'orthogonalité complexe est garanti grâce à un précodage OFDM qui remplace le précodage OQAM communément utilisé. De plus, le système développé, le Block-Filtered OFDM, utilise un récepteur 5G classique ce qui garantit la retro-compatibilité avec les techniques déjà déployée. Le modèle du BF-OFDM est entièrement décrit et adapté aux normes des réseaux mobiles. De plus, de multiples méthodes de conception des filtres prototypes sont proposées afin de mieux répondre aux besoins des systèmes. La forme d'onde étudiée est également comparée avec les autres solutions de l'état de l'art sur des scénarios d'étude classiques mais également adaptés aux nouveaux enjeux des technologies sans fils. / New use cases for wireless communications recently emerged ranging from massive sensor networks to connected cars. These applications highly differ from typical signals supported by already deployed mobile technologies, which are mainly high data rate pipes. The forthcoming generation of mobile technology, 5G New Radio, introduces the concept of signal numerology so as to properly serve the requirements of the diverse applications it will support. Indeed by considering different numerologies, the time/frequency signal allocation is made more flexible which allows to shape the transmitted signal according to its needs. However, multiplexing signals with different numerologies generates interference and therefore signal distortion. Spatial filtering, such as beamforming, is envisioned for 5G above 6-GHz communications to limit inter-user interference. However, this issue still holds for sub-6 GHz systems where spatial filtering is not considered in 5G.In this work, we consider side lobe rejection techniques to ease service multiplexing in sub-6 GHz bands. Not only it provides inter-user interference mitigation but it also improves the bandwidth use efficiency in bands where frequency is a scarce resource. A novel solution, mixing filter-bank for confined spectrum and complex orthogonality for a straightforward re-use of known-how 4G/5G techniques, is proposed. The complex orthogonality is restored thanks to an OFDM precoding substituting the commonly used Offset-QAM signaling which limits the orthogonality to the real field. Moreover, the proposed solution, named Block-Filtered Orthogonal Frequency Division Multiplexing (BFOFDM), relies on a simple 5G receiver scheme which makes it backward compatible with already deployed technologies.The BF-OFDM system model is fully described and adapted to cellular standards. Besides, different prototype filter designs methods are proposed to either improve the intrinsic interference attenuation or to better confined the spectrum of the transmitted signal. Last but not least, the proposed waveform will be compared with state-of-the-art solutions for both typical and 5G oriented evaluation scenarios such as multi-service coexistence.

Cette thèse a été effectuée dans le cadre du projet européen FP7 EMPHATIC (Enhanced Multicarrier Techniques for Professional Ad-Hoc and Cell-Based Communications). Plusieurs universités européennes et deux partenaires industriels: THALES Communications Security et CASSIDIAN ont participé à ce projet. L'objectif de ce projet est de développer, d'évaluer et de démontrer les apports des techniques multi-porteuses avancées, permettant une meilleure utilisation des bandes de fréquences radio existantes en fournissant des services de données à large bande, en coexistence avec les services traditionnels à bande étroite. Le projet porte sur l'application de radiocommunications mobiles professionnelles (Professional Mobile Radio : PMR). L'idée principale de ce projet est d'analyser la viabilité des systèmes à large bande utilisant des bancs de filtres (Filter Bank Multi Carrier : FBMC) conjointement avec une modulation d'amplitude en quadrature avec décalage (Offset Quadrature Amplitude Modulation : OQAM) dans le cadre de la 5ème génération (5G) des systèmes radio-mobiles. La modulation FBMC-OQAM se positionne comme candidate potentielle pour les futurs systèmes de communication. Cette modulation avancée offre de nombreux avantages tels que l’excellente localisation fréquentielle de sa densité spectrale de puissance (DSP), une robustesse au bruit de phase, aux décalages de fréquence ainsi qu’à l’asynchronisme entre les utilisateurs. Ces atouts, la rendent plus attrayant qu’OFDM pour l’application PMR, la radio cognitive (CR) et la 5G. Cependant, comme toute autre technique de modulation muti-porteuses, FBMC-OQAM souffre d’un facteur de crête ou d’un PAPR (pour Peak to Average Power Ratio) élevé. Lorsque l'amplificateur de puissance (AP), utilisé au niveau de l’émetteur, est opéré proche de sa zone non-linéaire (NL), ce qui est le cas dans la pratique, la bonne localisation fréquentielle de la DSP du système FBMC/OQAM est sérieusement compromise, en raison des remontées spectrales. Le premier objectif de cette thèse est de prédire l'étendue des remontées spectrales dans les systèmes FBMC-OQAM, introduites par la non-linéarité AP. Le deuxième objectif de ce travail est de proposer des techniques, pour les systèmes FBMC-OQAM, permettant la réduction du PAPR et la linéarisation de l’AP, afin d'atténuer les effets NL. L’utilisation des cumulants, a permis de prédire les remontées spectrales pour les signaux FBMC-OQAM après amplification NL. En outre, certains algorithmes de réduction du PAPR, basées sur des approches probabilistes et des techniques d'ajout de signaux, ont été proposés. La capacité de coexistence du système à large bande utilisant FBMC-OQAM avec des systèmes PMR à bande étroite en présence de PA a été analysée et il a été démontré que la coexistence est possible, à condition qu'il y est une bonne combinaison entre le recul du signal à l’entrée de l’AP (Input Back-Off : IBO), la réduction du PAPR et la linéarisation de l’AP. Enfin, une nouvelle technique de linéarisation de l’AP a été proposée pour le système FBMC-OQAM. / This thesis is part of the European FP7 EMPHATIC project (Enhanced Multicarrier Techniques for Professional Ad-Hoc and Cell-Based Communications) including various European universities and two main industrial partners: THALES Communications Security and CASSIDIAN. The EMPHATIC objective is to develop, evaluate and demonstrate the capability of enhanced multi-carrier techniques to make better use of the existing radio frequency bands in providing broadband data services in coexistence with narrowband legacy services. The project addresses the Professional Mobile Radio (PMR) application. The main idea is to analyze the viability of broadband systems based on filter-bank multi-carrier (FBMC) clubbed with o ffset quadrature amplitude modulation (OQAM) in the context of the future 5th Generation (5G) radio access technology (RAT). Increasingly, the FBMC-OQAM systems are gaining appeal in the probe for advanced multi-carrier modulation (MCM) waveforms for future communication systems. This advanced modulation scheme o ers numerous advantages such as excellent frequency localization in its power spectral density (PSD), a robustness to phase noise, frequency off sets and also to the multi-user asynchronism; making it more appealing than OFDM for PMR, cognitive radio (CR) and 5G RAT. However, like any other MCM technique, FBMC-OQAM suff ers from high PAPR. When the power amplifi er (PA) non-linearity, which is realistic radio-frequency impairment, is taken into account; the good frequency localization property is severely compromised, due to the spectral regrowth. The first objective of this PhD thesis is, to predict the extent of the spectral regrowth in FBMC-OQAM systems, due to the PA non-linearity. The second objective is to probe techniques for FBMC-OQAM systems, such as PAPR reduction and PA linearization, in order to mitigate the NL eff ects of PA. By cumulant analysis, spectral regrowth prediction has been done for FBMC-OQAM systems. Also, some algorithms for PAPR reduction, which are based on probabilistic approach and adding signal methods, have been proposed. The coexistence capability of the FBMC-OQAM based broadband system with the narrowband PMR systems in the presence of PA has been analyzed and it has been found that coexistence is possible, provided there is a symbiotic combination of PA Input Back-off (IBO), PAPR reduction and PA linearization. Finally, a novel PA linearization technique has been proposed for FBMC-OQAM.

[ES] La estandarización de la Quinta Generación de redes móviles o 5G, ha concluido este año 2020. No obstante, en el año 2014 cuando la ITU empezó el proceso de estandarización IMT-2020, una de las principales interrogantes era cuál sería la forma de onda sobre la cual se construiría la capa física de esta nueva generación de tecnologías. El 3GPP se comprometió a entregar una tecnología candidata al proceso IMT-2020, y es así como dentro de este proceso de deliberación se presentaron varias formas de onda candidatas, las cuales fueron evaluadas en varios aspectos hasta que en el año 2016 el 3GPP tomó una decisión, continuar con CP-OFDM (utilizada en 4G) con numerología flexible. Una vez decidida la forma de onda, el proceso de estandarización continuó afinando la estructura de la trama, y todos los aspectos intrínsecos de la misma. Esta tesis acompañó y participó de todo este proceso. Para empezar, en esta disertación se evaluaron las principales formas de onda candidatas al 5G. Es así que se realizó un análisis teórico de cada forma de onda, destacando sus fortalezas y debilidades, tanto a nivel de implementación como de rendimiento. Posteriormente, se llevó a cabo una implementación real en una plataforma Software Defined Radio de tres de las formas de onda más prometedoras (CP-OFDM, UFMC y OQAM-FBMC), lo que permitió evaluar su rendimiento en términos de la tasa de error por bit, así como la complejidad de su implementación. Esta tesis ha propuesto también el uso de una solución armonizada como forma de onda para el 5G y sostiene que sigue siendo una opción viable para sistemas beyond 5G. Dado que ninguna de las forma de onda candidatas era capaz de cumplir por sí misma con todos los requisitos del 5G, en lugar de elegir una única forma de onda se propuso construir un transceptor que fuese capaz de construir todas las principales formas de onda candidatas (CP-OFDM, P-OFDM, UFMC, QAM-FBMC, OQAM-FBMC). Esto se consiguió identificando los bloques comunes entre las formas de onda, para luego integrarlos junto con el resto de bloques indispensables para cada forma de onda. La motivación para esta solución era tener una capa física que fuese capaz de cumplir con todos los aspectos del 5G, seleccionando siempre la mejor forma de onda según el escenario. Esta propuesta fue evaluada en términos de complejidad, y los resultados se compararon con la complejidad de cada forma de onda. La decisión de continuar con CP-OFDM con numerología flexible como forma de onda para el 5G se puede considerar también como una solución armonizada, ya que al cambiar el prefijo cíclico y el número de subportadoras, cambian también las prestaciones del sistema. En esta tesis se evaluaron todas las numerologías propuestas por el 3GPP sobre cada uno de los modelos de canal descritos para el 5G (y considerados válidos para sistemas beyond 5G), teniendo en cuenta factores como la movilidad de los equipos de usuario y la frecuencia de operación; para esto se utilizó un simulador de capa física del 3GPP, al que se hicieron las debidas adaptaciones con el fin de evaluar el rendimiento de las numerologías en términos de la tasa de error por bloque. Finalmente, se presenta un bosquejo de lo que podría llegar a ser la Sexta Generación de redes móviles o 6G, con el objetivo de entender las nuevas aplicaciones que podrían ser utilizadas en un futuro, así como sus necesidades. Completado el estudio llevado a cabo en esta tesis, se puede afirmar que como se propuso desde un principio la solución, tanto para el 5G como para beyond 5G, la solución es la armonización de las formas de onda. De los resultados obtenidos se puede corroborar que una solución armonizada permite alcanzar un ahorro computacional entre el 25-40% para el transmisor y del 15-25% para el receptor. Además, fue posible identificar qué numerología CP-OFDM es la más adecuada para cada escenario, lo que permitiría optimizar el diseño y despliegue de las redes 5G. Esto abriría la puerta a hacer lo mismo con el 6G, ya que en esta tesis se considera que será necesario abrir nuevamente el debate sobre cuál es la forma de onda adecuada para esta nueva generación de tecnologías, y se plantea que el camino a seguir es optar por una solución armonizada con distintas formas de onda, en lugar de solo una como sucede con el 5G. / [CA] L'estandardització de la Quinta Generació de xarxes mòbils o 5G, ha conclòs enguany 2020. No obstant això, l'any 2014 quan la ITU va començar el procés d'estandardització IMT-2020, uns dels principals interrogants era quina seria la forma d'onda sobre la qual es construiria la capa física d'esta nova generació de tecnologies. El 3GPP es va comprometre a entregar una tecnologia candidata al procés IMT-2020, i és així com dins d'este procés de deliberació es van presentar diverses formes d'onda candidates, les quals van ser avaluades en diversos aspectes fins que l'any 2016 el 3GPP va prendre una decisió, continuar amb CP-OFDM (utilitzada en 4G) amb numerología flexible. Una vegada decidida la forma d'onda, el procés d'estandardització va continuar afinant la frame structure (no se m'ocorre nom en espanyol), i tots els aspectes intrínsecs de la mateixa. Esta tesi va acompanyar i va participar de tot este procés. Per a començar, en esta dissertació es van avaluar les principals formes d'onda candidates al 5G. És així que es va realitzar una anàlisi teòrica de cada forma d'onda, destacant les seues fortaleses i debilitats, tant a nivell d'implementació com de rendiment. Posteriorment, es va dur a terme una implementació real en una plataforma Software Defined Radio de tres de les formes d'onda més prometedores (CP-OFDM, UFMC i OQAM-FBMC), la qual cosa va permetre avaluar el seu rendiment en termes de la taxa d'error per bit, així com la complexitat de la seua implementació. Esta tesi ha proposat també l'ús d'una solució harmonitzada com a forma d'onda per al 5G i sosté que continua sent una opció viable per a sistemes beyond 5G. Atés que cap de les forma d'onda candidates era capaç de complir per si mateixa amb tots els requeriments del 5G, en compte de triar una única forma d'onda es va proposar construir un transceptor que fóra capaç de construir totes les principals formes d'onda candidates (CP-OFDM, P-OFDM, UFMC, QAM-FBMC, OQAM-FBMC). Açò es va aconseguir identificant els blocs comuns entre les formes d'onda, per a després integrar-los junt amb la resta de blocs indispensables per a cada forma d'onda. La motivació per a esta solució era tindre una capa física que fóra capaç de complir amb tots els aspectes del 5G, seleccionant sempre la millor forma d'onda segons l'escenari. Esta proposta va ser avaluada en termes de complexitat, i els resultats es van comparar amb la complexitat de cada forma d'onda. La decisió de continuar amb CP-OFDM amb numerología flexible com a forma d'onda per al 5G es pot considerar també com una solució harmonitzada, ja que al canviar el prefix cíclic i el número de subportadores, canvien també les prestacions del sistema. En esta tesi es van avaluar totes les numerologías propostes pel 3GPP sobre cada un dels models de canal descrits per al 5G (i considerats vàlids per a sistemes beyond 5G), tenint en compte factors com la mobilitat dels equips d'usuari i la freqüència d'operació; per a açò es va utilitzar un simulador de capa física del 3GPP, a què es van fer les degudes adaptacions a fi d'avaluar el rendiment de les numerologías en termes de la taxa d'error per bloc. Finalment, es presenta un esbós del que podria arribar a ser la Sexta Generació de xarxes mòbils o 6G, amb l'objectiu d'entendre les noves aplicacions que podrien ser utilitzades en un futur, així com les seues necessitats. Completat l'estudi dut a terme en esta tesi, es pot afirmar que com es va proposar des d'un principi la solució, tant per al 5G com per a beyond 5G, la solució és l'harmonització de les formes d'onda. dels resultats obtinguts es pot corroborar que una solució harmonitzada permet aconseguir un estalvi computacional entre el 25-40% per al transmissor i del 15-25% per al receptor. A més, va ser possible identificar què numerología CP-OFDM és la més adequada per a cada escenari, la qual cosa permetria optimitzar el disseny i desplegament de les xarxes 5G. Açò obriria la porta a fer el mateix amb el 6G, ja que en esta tesi es considera que serà necessari obrir novament el debat sobre quina és la forma d’onda adequada per a esta nova generació de tecnologies, i es planteja que el camí que s’ha de seguir és optar per una solució harmonitzada amb distintes formes d’onda, en compte de només una com succeïx amb el 5G. / [EN] The standardization of the Fifth Generation of mobile networks or 5G is still ongoing, although the first releases of the standard were completed two years ago and several 5G networks are up and running in several countries around the globe. However, in 2014 when the ITU began the IMT-2020 standardization process, one of the main questions was which would be the waveform to be used on the physical layer of this new generation of technologies. The 3GPP committed to submit a candidate technology to the IMT-2020 process, and that is how within this deliberation process several candidate waveforms were presented. After a thorough evaluation regarding several aspects, in 2016 the 3GPP decided to continue with CP-OFDM (used in 4G) but including, as a novelty, the use of a flexible numerology. Once the waveform was decided, the standardization process continued to fine-tune the frame structure and all the intrinsic aspects of it. This thesis accompanied and participated in this entire process. To begin with, this dissertation evaluates the main 5G candidate waveforms. Therefore, a theoretical analysis of each waveform is carried out, highlighting its strengths and weaknesses, both at the implementation and performance levels. Subsequently, a real implementation on a Software Defined Radio platform of three of the most promising waveforms (CP-OFDM, UFMC, and OQAM-FBMC) is presented, which allows evaluating their performance in terms of bit error rate, as well as the complexity of its implementation. This thesis also proposes the use of a harmonized solution as a waveform for 5G and argues that it remains a viable option for systems beyond 5G. Since none of the candidate waveforms was capable of meeting on its own with all the requirements for 5G, instead of choosing a single waveform, this thesis proposes to build a transceiver capable of building all the main waveforms candidates (CP-OFDM, P-OFDM, UFMC, QAM-FBMC, OQAM-FBMC). This is achieved by identifying the common blocks between the waveforms and then integrating them with the rest of the essential blocks for each waveform. The motivation for this solution is to have a physical layer that is capable of complying with all aspects of beyond 5G technologies, always selecting the best waveform according to the scenario. This proposal is evaluated in terms of complexity, and the results are compared with the complexity of each waveform. The decision to continue with CP-OFDM with flexible numerology as a waveform for 5G can also be considered as a harmonized solution, since changing the cyclic prefix and the number of subcarriers, changes also the performance of the system. In this thesis, all the numerologies proposed by the 3GPP are evaluated on each of the channel models described for 5G (and considered valid for beyond 5G systems), taking into account factors such as the mobility of the user equipment and the operating frequency. For this, a 3GPP physical layer simulator is used, and proper adaptations are made in order to evaluate the performance of the numerologies in terms of the block error rate. Finally, a sketch of what could become the Sixth Generation of mobile networks or 6G is presented, with the aim of understanding the new applications that could be used in the future, as well as their needs. After the completion of the study carried out in this thesis, it can be said that, as stated from the beginning, for both 5G and beyond 5G systems, the solution is the waveform harmonization. From the results obtained, it can be corroborated that a harmonized solution allows achieving computational savings between 25-40% for the transmitter and 15-25% for the receiver. In addition, it is possible to identify which CP-OFDM numerology is the most appropriate for each scenario, which would allow optimizing the design and deployment of 5G networks. This would open the door to doing the same with 6G, i.e., a harmonized solution with different waveforms, instead of just one as in 5G. / Flores De Valgas Torres, FJ. (2020). Study on Air Interface Variants and their Harmonization for Beyond 5G Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/164442 / TESIS