Οι επικοινωνίες με χρήση πολλαπλών κεραιών αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία προκειμένου να αντιμετωπιστεί αποδοτικά το φαινόμενο της τυχαίας εξασθένησης που παρουσιάζει ο ασύρματος τηλεπικοινωνιακός δίαυλος (κανάλι). Τα συστήματα επικοινωνίας στα οποία τόσο ο δέκτης όσο και ο πομπός είναι εξοπλισμένοι με περισσότερες της μιας κεραίας ορίζουν ένα σύστημα πολλαπλών εισόδων πολλαπλών εξόδων (Multiple Input Multiple Output, MIMO) στο οποίο η πιθανότητα όλα τα κανάλια που ορίζονται να βρίσκονται σε εξασθένηση είναι σαφώς μικρότερη σε σχέση με τα συστήματα που χρησιμοποιούν μόνο μια κεραία (χωρική διαφορετικότητα, spatial diversity). Συνήθως, σε ένα σύστημα MIMO, ο πομπός εκτελεί μια επεξεργασία γνωστή με το όνομα “χώρο-χρονική κωδικοποίηση” (space-time coding) προκειμένου να βελτιώσει την απόδοση του συστήματος σε σχέση με την πιθανότητα λανθασμένης μετάδοσης. Πρόσφατα, (1) προτάθηκε μια νέα τεχνική βελτίωσης της πιθανότητας εσφαλμένης μετάδοσης σε ένα σύστημα το οποίο χρησιμοποιεί την τεχνική της επαναμετάδοσης (retransmission). Η τεχνική αυτή έγκειται στην τροποποίηση του κανόνα με βάση τον οποίο τα δυαδικά προς μετάδοση δεδομένα απεικονίζονται σε σύμβολα, σε κάθε επαναμετάδοση. Αντικείμενο της εργασίας αποτελεί η εφαρμογή της προαναφερθείσας τεχνικής σε ένα σύστημα MIMO όπου ο πομπός του συστήματος θα χρησιμοποιεί έναν διαφορετικό κανόνα απεικόνισης των δυαδικών δεδομένων σε σύμβολα σε κάθε έναν από τους κλάδους των κεραιών εκπομπής. Επιμέρους στόχοι της εργασίας είναι: 1. Η σύγκριση της τεχνικής με διάφορες γνωστές τεχνικές χωρο-χρονικής κωδικοποίησης. 2. Ο συνδυασμός της τεχνικής με τεχνικές χωρο-χρονικής κωδικοποίησης. 3. Η διερεύνηση της επιπλέον πολυπλοκότητας που απαιτείται στο δέκτη λόγω της χρήσης της τεχνικής αυτής, ειδικά στην περίπτωση όπου το εμπλεκόμενο MIMO κανάλι είναι συχνοτικά επιλεκτικό και απαιτείται η χρήση κάποιου ισοσταθμιστή. / In this project, we present a simple, but effective method of enhancing and exploiting diversity from multiple packet transmissions in systems that employ nonbinary linear modulations such as phase-shift keying (PSK) and quadrature amplitude modulation (QAM). This diversity improvement results from redesigning the symbol mapping for each packet transmission. By developing a general framework for evaluating the upper bound of the bit error rate (BER) with multiple transmissions, a criterion to obtain optimal symbol mappings is attained. The optimal adaptation scheme reduces to solutions of the well known quadratic assignment problem (QAP). Symbol mapping adaptation only requires a small increase in receiver complexity but provides very substantial BER gains when applied to additive white Gaussian noise (AWGN) and flat-fading channels. My own idea in this research was the combination of this Constellation Remapping technique with the Alamouti code. The results that extracted from this combination shows that this method leads to lower BER compared with the corresponding BER of the Alamouti code (only) and the corresponding BER of the conventional Constellation Remapping technique.

Approved for public release; distribution is unlimited. / Trellis-Coded Modulation (TCM) is employed with quadrature amplitude modulation (QAM) to provide error correction coding with no expense in bandwidth. There are two common implementations of TCM, namely pragmatic TCM and Ungerboeck TCM. Both schemes employ Viterbi algorithms for decoding but have different code construction. This thesis investigates and compares the performance of pragmatic TCM and Ungerboeck TCM by implementing the Viterbi decoding algorithm for both schemes with 16-QAM and 64-QAM. Both pragmatic and Ungerboeck TCM with six memory elements are considered. Simulations were carried out for both pragmatic and Ungerboeck TCM to evaluate their respective performance. The simulations were done using Matlab software, and an additive white Gaussian noise channel was assumed. The objective was to ascertain that pragmatic TCM, with its reduced-complexity decoding, is more suitable to adaptive modulation than Ungerboeck TCM. / Civilian

Les standards « Long-term evolution » (LTE) et LTE-Advanced (LTE-A) devraient influencer fortement l’avenir de la cinquième génération (5G) des réseaux mobiles. Ces normes exigent de hauts débits de données et une qualité de service de très bon niveau, ce qui permet d’assurer un faible taux d’erreur, avec une faible latence. Par ailleurs, la complexité doit être limitée. Dans le but de déterminer des solutions technologiques modernes qui satisfont ces contraintes fortes, nous étudions dans la thèse des systèmes de communication sans fil MIMO codés. D’abord, nous imposons un simple code convolutif récursif systématique (RSC) pour limiter la complexité et la latence. En considérant des récepteurs itératifs, nous optimisons alors la performance en termes de taux d’erreur de ces systèmes en définissant un précodage linéaire MIMO et des techniques de mapping appropriées. Dans la deuxième partie de la thèse, nous remplaçons le RSC par un LDPC non-binaire (NB-LDPC). Nous proposons d’utiliser les techniques de précodage MIMO afin de réduire la complexité des récepteurs des systèmes MIMO intégrant des codes NB-LDPC. Enfin, nous proposons également un nouvel algorithme de décodage itératif à faible complexité adapté aux codes NB-LDPC. / The long-term evolution (LTE) and the LTE-Advanced (LTE-A) standardizations are predicted to play essential roles in the future fifth-generation (5G) mobile networks. These standardizations require high data rate and high quality of service, which assures low error-rate and low latency. Besides, as discussed in the recent surveys, low complexity communication systems are also essential in the next 5G mobile networks. To adapt to the modern trend of technology, in this PhD thesis, we investigate the multiple-input multiple-output (MIMO) wireless communication schemes. In the first part of this thesis, low-complex forward error correction (FEC) codes are used for low complexity and latency. By considering iterative receivers at the receiver side, we exploit MIMO linear precoding and mapping methods to optimize the error-rate performance of these systems. In the second part of this thesis, non-binary low density parity check (NB-LDPC) codes are investigated. We propose to use MIMO precoders to reduce the complexity for NB-LDPC encoded MIMO systems. A novel low complexity decoding algorithm for NB-LDPC codes is also proposed at the end of this thesis.