OLIVEIRA, P. M. R. PARATUCK-N semi-blind receivers for multi-hop cooperative MIMO relay systems. 2017. 51 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Renato Vasconcelos (ppgeti@ufc.br) on 2017-09-09T02:17:00Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_pmroliveira.pdf: 1188957 bytes, checksum: 745420c86668fea09707dfcc7364adf8 (MD5) / Rejected by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br), reason: Prezado Pedro: Existe uma orientação para que normalizemos as dissertações e teses da UFC, em suas paginas pré-textuais e lista de referencias, pelas regras da ABNT. Por esse motivo, sugerimos consultar o modelo de template, para ajudá-lo nesta tarefa, disponível em: http://www.biblioteca.ufc.br/educacao-de-usuarios/templates/ Vamos agora as correções sempre de acordo com o template: 1. Na capa as informações relativas a hierarquia institucional deve ser em língua portuguesa, Nome da INSTITUIÇÃO; do CENTRO; do DEPARTAMENTO e do PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO. Nesta ordem. Todas as informações devem está em negrito e em caixa alta. Retire a informação Master’s Degree Dissertation e também o nome do estado e o mes. Deixe apenas o nome da cidade e o ano. 2. Na folha de rosto (que segue a capa) Veja o modelo de apresentação das informações de acordo com o template. Apenas o titulo deve ficar em inglês as demais informações são em português. A partir da folha de rosto, todas as outras devem ficar em inglês. Não use negrito nessa folha. Deixe apenas o nome da cidade e o ano. A ficha catalográfica deve vir depois da folha de rosto e as palavras relacionadas aos assuntos devem ser em português. 3. A folha de aprovação naõ deve ter nenhuma informação em negrito. Veja o tamanho da fonte. 4. A dedicatória deve ser depois da folha de aprovação e não é em negrito. 5. A palavra Acknowledgments é em caixa alta, negrito e centralizada na folha. Não use negrito no texto. As folhas prétextuais devem ser contadas mas não são numeradas. Retire numeração. 6. O resumo deve vir antes do Abstract, mesmo quando o trabalho for em língua inglesa. A palavra resumo é em caixa alta, negrito e centralizada na folha. Não use negrito no texto e nem use parágrafos. A palavra abstract é em caixa alta, negrito e centralizada na folha. Não use negrito no texto e nem use parágrafos. 7. As palavras List of Figures, List of Tables, Acronyms, Notation e Sumary são em caixa alta, negrito e centralizada na folha. Não use negrito no texto 8. O sumário está fora dos padrões. Veja uso de maiusculo, minusculo, negrito e itálico nas seções. Não coloque em formato de capítulos e nem coloque as pre-textuais no sumário. Use a palavra referencias e não bibliografia 9. Na lista de referências, Coloque os nomes dos autores entrando pelo sobrenome, seguido do pré nome. Ex. ALMEIDA, A. Se vc optar por abreviar os nomes em toda a lista eles devem ser abreviados. Se vc optar em colocar por extenso em toda e lista deve ficar por extenso para haver uma padronização. Os títulos das publicações devem ser destacadas com o uso do negrito (não use aspas). Com exceção dos artigos de periódicos que devem ser destacados o nome das revistas e não o titulo do artigo. Ao citar os artigos coloque as abreviações v. n. p. e não vol. no e pp. Após essas correções, enviaremos o nada consta por e-mail. Att. Marlene Rocha mmarlene@ufc.br on 2017-09-11T12:55:01Z (GMT) / Submitted by Renato Vasconcelos (ppgeti@ufc.br) on 2017-09-14T13:32:11Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_pmroliveira.pdf: 1155061 bytes, checksum: 0da92fa912cabfa49b279fbe8c199877 (MD5) / Rejected by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br), reason: Prezado Pedro e Renato: Será que foi enviada a versão certa? Tenho a impressão que já fiz as recomendações de correção e o Pedro afirma que corrigiu, mas a versão que abri no Repositório ainda esta sem as alterações que solicitei. Marlene on 2017-09-14T16:38:31Z (GMT) / Submitted by Renato Vasconcelos (ppgeti@ufc.br) on 2017-10-03T13:47:30Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_pmroliveira.pdf: 1357256 bytes, checksum: 308dc86c85e412f7947531cc8692dd60 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-11-08T17:23:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_pmroliveira.pdf: 1357256 bytes, checksum: 308dc86c85e412f7947531cc8692dd60 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-08T17:23:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_pmroliveira.pdf: 1357256 bytes, checksum: 308dc86c85e412f7947531cc8692dd60 (MD5) Previous issue date: 2017-07-28 / Cooperative communication systems is a promising research field nowadays due to its advantages, like the increase of the received power, better quality of signal, and spatial diversity gains. Specifically, multi-hop systems are a very important part of cooperative communications, since they have the advantage of needing less transmission power than the direct systems. Also, multiple-input multiple-output (MIMO) systems are present in several standards of communications, providing some advantages, like the spatial multiplexing gains. Based on this scenario, this work proposes two semi-blind receivers based on the Kronecker product, that jointly estimate the symbol and the channels in a multi-hop Amplify-and-Forward (AF) MIMO relay-assisted system (AF protocol is widely used, due to its great performance and easy implementation). We consider a transmission scheme using a simplified Khatri-Rao space-time (KRST) coding at the source node, combined with an AF scheme at the relay nodes. We show that the third-order tensor of signals received by the destination node satisfies a PARATUCK-(K+1) decomposition, where K is the number of relays. This tensorial modeling enables a semi-blind estimation of symbols and channels with the use of a few pilot symbols. The first receiver called Least-Squares Kronecker-Factorization (LS-KF) is based on a factorization of the Kronecker product matrix between the symbols and the channel matrices. The other receiver called Least-Squares Kronecker-Rearrangement (LS-KR) is based on a rearrangement of this Kronecker product matrix, in order to achieve a rank-1 matrix. The performance of these receivers is evaluated by means of computational simulation results proving their efficiency in estimating the channels and, hence, providing a low Symbol Error Rate (SER). The proposed algorithms in the multi-hop scenario were compared to each other and with the two-hop and three-hop scenarios. The proposed algorithms in the multi-hop scenario were better at all simulations, providing a lower SER and better channels estimations. / Sistemas de comunicações cooperativas são um importante campo de pesquisa atualmente devido às vantagens que oferecem, como o aumento da potência recebida, melhor qualidade de sinal, e ganhos de diversidade espacial. Particularmente, sitemas multi-saltos são uma importante parte das comunicações cooperativas, uma vez que tais sistemas precisam de menos potência de transmissão se comparados a sistemas diretos. Por outro lado, sistemas MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) estão presentes em diversos padrões de comunicação, provendo algumas vantagens, como ganhos de multiplexação espacial. Com base nesse cenário, o presente trabalho propõe dois receptores semi-cegos baseados no pro- duto de Kronecker, que estimam conjuntamente os símbolos e os canais de um sistema AF (Amplify- and-Forward) MIMO cooperativo com multiplos saltos (O protocolo AF é bastante usado, devido a sua grande performance e fácil implementação). É considerado um esquema de transmissão usando uma codificação simplificada KRST (Khatri-Rao Space-Time) na fonte, combinada com um esquema AF no relays. É mostrado que o tensor de terceira ordem dos sinais recebidos pelo destino satisfazem uma decomposição tensorial PARATUCK-(K+1), em que K é o número de relays. Esse modelo tensorial permite uma estimação semi-cega dos símbolos e canais, com o uso de alguns símbolos pilotos. O primeiro algoritmo, chamado de Least-Squares Kronecker-Factorization (LS-KF), é baseado em uma fatorização da matrix do produto de Kronecker entre as matrizes de símbolos e canal. Já o outro algoritmo, chamado de Least-Squares Kronecker-Rearrangement (LS-KR), é baseado no re- arranjo dessa matrix do produto de Kronecker, com o objetivo de conseguir uma matrix com rank 1. A performance desses receptores é avaliada através do resultado de simulações computacionais, provando sua eficiência em estimar os canais e prover uma baixa SER (Symbol Error Rate). Os algo- ritmos propostos no cenário multi-hop são comparados um com o outro e com os cenários two-hop e three-hop. Os algoritmos propostos no cenário multi-hop tiveram melhores performance em todas as simulações, resultando numa menor SER e melhores estimações dos canais.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Em comunicaÃÃes cooperativas, dois ou mais terminais de transmissÃo sÃo combinados para aumentar a diversidade e/ou a potencia dos sinais que chegam a um determinado receptor. Portanto, mesmo que os dispositivos nÃo disponham de mais de uma antena, ou que entÃo haja uma grande perda por propagaÃÃo entre dois pontos comunicantes, os diversos elementos transmissores podem atuar como um arranjo virtual de antenas, obtendo-se assim vantagens dos sistemas de mÃltiplas antenas (MIMO), sobretudo o aumento da capacidade de transmissÃo. Recentemente, a chamada analise tensorial tem se mostrado uma abordagem eficiente entÃo para a estimaÃÃo de canais em sistemas com diversidade cooperativa. Contudo, nos poucos trabalhos dedicados a essa tarefa, a utilizaÃÃo da decomposiÃÃo tensorial PARAFAC para a modelagem dos sinais recebidos nÃo possibilitou o desenvolvimento de tÃcnicas de estimaÃÃo conjunta de canais e sÃmbolos. Com a idÃia de se evitar o uso de sequencias de treinamento, que limita a eficiÃncia espectral da transmissÃo por dedicar uma parte da largura de banda apenas para a tarefa de estimaÃÃo dos canais, o objetivo desta tese à prover novas estratÃgias de comunicaÃÃo, em termos de sistemas de transmissÃo e receptores semi-cegos, baseados em tensores adaptados a sistemas cooperativos MIMO unidirecionais de dois saltos. Dois sistemas de transmissÃo sÃo propostos utilizando uma codificaÃÃo espaÃo-temporal do tipo Khatri-Rao na fonte e duas estrategias de processamento Amplify-and-Forward (AF) no relay. Para estes sistemas, nomeados PT2-AF e NP-AF, os sinais recebidos no chamado nà de destino satisfazem os modelos tensoriais do tipo PARATUCK2 e Nested PARAFAC. Explorando as propriedades de unicidade destes modelos tensoriais estabelecidas nesta tese, vÃrios receptores semi-cegos sÃo derivados. Alguns destes receptores sÃo do tipo ALS, enquanto outros sÃo de soluÃÃes baseadas na factorizaÃÃo de produtos de Khatri-Rao. Resultados de simulaÃÃo sÃo apresentados para ilustrar os desempenhos dos receptores propostos em comparaÃÃo a alguns estimadores supervisionados. / In cooperative communication systems, two or more transmitting terminals are combined to increase the diversity and/or the power of the signals arriving at a particular receiver. Therefore, even if the devices do not have more than one antenna, or if a significant propaga- tion loss is present between the two communicating nodes, the various transmitting elements can act as a virtual antenna array, thus obtaining the benefits of the multiple antenna (MIMO) systems, especially the increase in the capacity. Recently, tensor decompositions have been introduced as an efficient approach for channel estimation in cooperative com- munication systems. However, among the few works devoted to this task, the utilization of the PARAFAC tensor decomposition for modeling the received signals did not allow the development of techniques for joint symbol and channel estimation. Aiming to avoid the use of pilot sequences, which limits the overall spectral efficiency by dedicating a portion of the bandwidth only for the channel estimation task, the objective of this thesis is to provide new tensor-based strategies, including transmission systems and semi-blind receivers, for one-way two-hop MIMO relaying systems. Based on a Khatri-Rao space-time coding at the source and two different Amplify-and-Forward (AF) relaying strategies, two transmission schemes are proposed. For these systems, named PT2-AF and NP-AF, the received signals at the destination node follow respectively a PARATUCK2 and a nested PARAFAC tensor model. Exploiting uniqueness properties of these tensor models which are established in the thesis, several semi-blind receivers are derived. Some of these receivers are of iterative form us- ing an ALS algorithm, whereas some other ones have closed-form solutions associated with Khatri-Rao factorizations. Some simulation results are finally presented to illustrate the per- formance of the proposed receivers which are compared to some state-of-the-art supervised techniques.

Dans les communications coopératives, deux ou plusieurs terminaux de transmissionsont combinés pour accroître la diversité et/ou la puissance des signaux arrivant à un récepteur. Récemment, l'analyse tensorielle s'est avérée une approche efficace pour l'estimation de canaux dans les systèmes coopératifs. Cependant, parmi les quelques travaux consacrés à cette tâche, l'utilisation de la décomposition tensorielle PARAFAC pour modéliser les signaux reçus ne permet pas l'estimation conjointe des symboles et des canaux de communication. Afin d'éviter l'utilisation de séquences de symboles pilotes, l'objectif de cette thèse est de fournir de nouvelles approches tensorielles, en termes de systèmes de transmission et de récepteurs semi-aveugles, pour des systèmes de communication MIMO avec relai mono-directionnels, à deux sauts. Deux systèmes de transmission sont proposés en utilisant un codage spatio-temporel du type Khatri-Rao et deux stratégies de traitement Amplify-and-Forward (AF) au relai. Pour ces systèmes, appelés PT2-AF et NP-AF, les signaux reçus au niveau de la destination satisfont respectivement des modèles tensoriels du type PARATUCK2 et nested PARAFAC. En exploitant les propriétés d'unicité de ces modèles tensoriels établies dans la thèse, plusieurs récepteurs semi-aveugles sont dérivés. Certains de ces récepteurs sont du type ALS, tandis que d'autres sont des solutions non itératives basées sur des factorisations de produits de Khatri-Rao. Des résultats de simulation sont présentés pour illustrer les performances des récepteurs proposés qui sont comparés à des estimateurs supervisés. / In cooperative communication systems, two or more transmitting terminals arecombined to increase the diversity and/or the power of the signals arriving at aparticular receiver. Recently, the so-called tensor analysis has been an efficient approach for channel estimation in systems with cooperative diversity. However, among the few works devoted to this task, the utilization of the PARAFAC tensor decomposition for modeling the received signals did not allow the development of techniques for joint symbol and channel estimation. Aiming to avoid the use of pilot-based sequences, the objective of this thesis is to provide new tensor-based strategies, including transmission systems and semi-blind receivers, for one-way two-hop relaying systems. Based on a Khatri-Rao space-time coding at the source and two different Amplify-and-Forward (AF) relaying strategies, two transmission systems are proposed. For these systems, named PT2-AF and NP-AF, the received signals at the destination node follow respectively a PARATUCK2 and a nested PARAFAC tensor model. Exploiting uniqueness properties of these tensor models which are established in the thesis, several semi-blind receivers are derived. Some of these receivers are of iterative form using an ALS algorithm, whereas some other ones are close-form solutions associated with Khatri-Rao factorizations. Some simulation results are finally presented to illustrate the performance of the proposed receivers which are compared to some state-of-the-art supervised techniques.