4.1 National reports
4.1.10 National programme report for UK-England
Inicialmente, a Figura 11 mostra o desempenho da BER para os esquemas GFDM- G2+1 e OFDM-G2+1, adotando os parâmetros da Tabela 1. Em [MATTHÉ et al., 2014b], mostra- se que resultados para sistemas OFDM e GFDM que utilizam STBC têm aproximadamente o mesmo desempenho. Na figura 11 é possível observar, também, que o desempenho dos esquemas HMTS GFDM-G2+1 e OFDM-G2+1 é idêntico em termos da BER.
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Figura 12 – Impacto do esquema de diversidade sobre o FS-OQAM-GFDM (16-QAM).
0 5 10 15 20 25 30 10−4 10−3 10−2 10−1 100 8 dB 13 dB Eb/N0em dB Taxa de erro de bit GFDM 1x1 GFDM 2x1 GFDM 2x2
Fonte: Simulada pelo autor.
Na Figura 12, compara-se o desempenho do transceptor SISO-GFDM com as confi- gurações de diversidade STBC-GFDM 2x1 e 2x2. Em seguida, na Figura 13, aplica-se a estrutura de transmissão híbrida HMTS G2+1 ao GFDM e analisa-se o desempenho deste transceptor de forma geral e por camadas. Por fim, em figuras subsequentes comparamos o desempenho entre os esquemas G3 e G2+1 em cenários com a mesma eficiência espectral.
A Figura 12 relaciona a BER do sistema GFDM com o esquema STBC-GFDM de duas antenas na transmissão e uma antena na recepção, bem como com o STBC-GFDM de duas antenas na transmissão e duas antenas na recepção. Resultados semelhantes podem ser encontrados em [ISLAM; HABIB, 2018; ZHANG et al., 2016; MATTHÉ et al., 2014b]. Todos os esquemas de transmissão adotam o mapeamento 16-QAM. Pela Figura 12 nota-se que, para um nível baixo de SNR, o desempenho dos três esquemas de transmissão é muito próximo, mas com uma pequena margem de ganho para os esquemas que utilizam a técnica de diversidade. O esquema que utiliza o STBC-GFDM 2x1, para uma BER = 10−2, atinge um ganho bastante significativo, em torno de 8 dB em comparação com o SISO-GFDM. Usando a mesma referência e analisando o esquema STBC-GFDM 2x2, nota-se uma eficiência ainda melhor, com um ganho de aproximadamente 13 dB em relação ao SISO-GFDM. Nota-se, portanto, a partir destas curvas, que nos sistemas STBC-GFDM o desempenho do sistema alcança resultados esperados ao se aumentar o número de antenas.
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Na Figura 13, mostra-se o desempenho da modulação OQAM-GFDM sobre as estruturas de transmissão híbridas (HMTS). O esquema transceptor híbrido utilizado é caracte- rizado por uma camada Alamouti 2x2 (L1) e uma camada multiplexada (L2) sem codificação. São apresentadas as curvas com o desempenho individual de cada camada para demonstrar a contribuição de cada uma delas na taxa de erro de bit, uma curva com o desempenho geral resultante, bem como uma curva combinada de L1 mais L2 utilizando a técnica de seleção de antenas. Na camada multiplexada (L2) do esquema híbrido os dados não são codificados e isso contribui para a baixa eficiência na recuperação dos dados. O desempenho conjunto das duas camadas do caso geral acaba sendo dominado pelo pior caso, ficando distante da camada L1 e próximo à camada L2 de baixo desempenho. Porém, o desempenho do conjunto (camada L1 mais camada L2) atingiu melhores resultados na recuperação dos símbolos para SNRs mais altas, a partir de 10 dB, através da utilização da técnica de seleção de antenas. A seleção neste caso consiste em escolher em qual antena será transmitida em cada camada, com base em estimativas do canal, de forma que a antena correspondente ao canal de melhor ganho seja alocada à camada L2. Neste mesmo gráfico, pode-se conferir que a curva de um sistema OQAM-GFDM 2x1 que adota diversidade apenas na transmissão tem seu desempenho superado pela camada L1 de um sistema que inclui diversidade de transmissão e recepção. Esquemas de cancelamento de interferência mais complexos, como o Cancelamento Sucessivo de Interferência / Successive Interference Cancelation(SIC) utilizado em [FREITAS JR et al., 2005], podem ser aplicados para melhorar ainda mais o desempenho dos esquemas híbridos.
A Figura 14 compara o desempenho de dois esquemas que adotam abordagens de transmissão diferentes, o caso híbrido com o código de bloco G3, mas que possuem a mesma eficiência espectral de 2 bits por uso do canal. O esquema MIMO G3 com mapeamento 16-QAM atinge um desempenho superior quando comparado ao caso híbrido G2+1 com PSK Binário / Binary PSK (BPSK). O alto desempenho do esquema de transmissão G3 se justifica pela utilização do código STBC e a camada de dados não codificada do estrutura híbrida G2+1 contribui para seu baixo desempenho em termos de taxa de erro de bit. Pode-se confirmar isso diretamente no gráfico observando o comportamento da curva da camada (L1) que emprega STBC do esquema híbrido G2+1, a qual apresenta os melhores resultados para BER.
Na Figura 15 tem-se a comparação de esquemas de transmissão com taxa igual a 4 bits por uso do canal. A curva do esquema G3 deste gráfico utiliza o mapeamento 256-QAM, que transmite mais bits por símbolo. Neste caso, na presença de ruído, este sistema fica mais
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Figura 13 – Desempenho do GFDM com esquema híbrido G2+1 (16-QAM).
0 5 10 15 20 25 30 10−4 10−3 10−2 10−1 100 Eb/N0em dB Taxa de erro de bit G2+1 - L1 G2+1 - L2 G2+1 - Geral G2+1 - Seleção GFDM 2x1
Fonte: Simulada pelo autor.
Figura 14 – Comparação do GFDM empregando esquemas híbridos de mesma taxa: G2+1 (BPSK) e G3 (16-QAM). 0 5 10 15 20 25 30 10−4 10−3 10−2 10−1 100 Eb/N0em dB Taxa de erro de bit G2+1 (BPSK) G3 (16-QAM) G2+1 (BPSK) - L1
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Figura 15 – Comparação do GFDM empregando esquemas STBC/híbridos com taxa de 4 bits por uso do canal: G2+1 (QPSK), G3 (256-QAM) e MIMO 4x4 (BPSK) usando ZF.
0 5 10 15 20 25 30 10−4 10−3 10−2 10−1 100 Eb/N0em dB Taxa de erro de bit GFDM-G3 (256-QAM) GFDM-G2+1 (QPSK) MIMO-GDFM 4x4 (BPSK) e ZF
Fonte: Simulada pelo autor.
vulnerável quando comparado à curva que utiliza codificação G3, na Figura 14, ou a curvas que utilizem modulações de ordens menos elevadas. Para elevar seu desempenho é necessário aumentar a relação sinal/ruído (SNR) e, assim, minimizar os efeitos do ruído para mantermos uma taxa de erro de bit aceitável. Na mesma Figura 15 são exibidas as curvas para o GFDM- G2+1 (QPSK) e MIMO 4x4 (BPSK) com detecção por ZF, que praticamente têm suas curvas sobrepostas. O GFDM-G2+1 (QPSK) tem seu desempenho comprometido pela camada não codificada, assim como o sistema de multiplexação puro, MIMO 4x4, que também transmite símbolos não-codificados. Pelo fato de não apresentarem codificação, os desempenhos destes dois sistemas se distanciam bastante do esquema G3 para SNRs mais altas, acima dos 15 dB, como pode ser visto na referida figura.
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5 CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS
Neste trabalho, motivado pela necessidade crescente de novas estruturas de trans- missão para os cenário 5G, apresentou-se uma análise do desempenho da modulação GFDM em Sistemas MIMO com Transceptores Híbridos / Hybrid MIMO Transceiver Systems (HMTS). Estudos anteriores [DANNEBERG et al., 2015; MATTHÉ et al., 2014b; ÖZTÜRK et al., 2016] caracterizaram o desempenho da modulação GFDM em alguns cenários com diversidade espa- cial, mas sem considerar o caso HMTS. Após a contextualização da modulação GFDM/OQAM, das várias estruturas de transmissão com diversidade e dos esquemas de transmissão híbridos, incluindo uma possível estratégia de cancelamento da interferência entre camadas baseada em diagonalização em bloco, foram apresentados os resultados das simulações de cada um deles em termos da taxa de erro de bit (BER) em função da relação sinal/ruído (SNR) para diferentes cenários.
A partir da análise dos resultados das simulações foi possível quantificar os ganhos alcançáveis com a aplicação de várias técnicas de diversidade espacial em cenários considerando a modulação GFDM. O caso híbrido aplicado à modulação GFDM, que é a contribuição deste trabalho, apresenta um desempenho bem divergente entre as camadas, sendo o desempenho geral afetado principalmente pelo pior caso (a camada de multiplexação que não é codificada).
Na sequência, aplicou-se ao caso híbrido o método de seleção de antenas e, neste caso, foi obtido um resultado melhor comparado ao conjunto G2+1 geral. Considerando os cenários que adotam abordagens de transmissão diferentes e de mesma taxa, os esquemas híbridos também produziram um desempenho inferior quando comparado aos sistemas que utilizam códigos de bloco espaço-tempo.
Em trabalhos futuros podem ser considerados esquemas híbridos que adotem co- dificação na camada multiplexada e com ordens elevadas de modulação, a fim de atingir uma melhor taxa de erro de bit, bem como esquemas não-lineares de cancelamento de interferência entre as camadas para aprimorar o desempenho do sistema [CHO et al., 2010].
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