Spectrum shaping techniques for advanced multicarrier communication systems

Abstract

In modern digital communication systems, multicarrier modulation has become the method of choice due to its multiple advantages. However, it suffers from a relatively high level of out-of-band emission (OOBE), which is traditionally dealt with by inserting sufficiently wide guard bands in the spectrum, with the corresponding loss of spectral efficiency. The object of the thesis is to investigate more sophisticated techniques to reduce OOBE in multicarrier systems. Particular attention will be given to spectral precoding and pulse shaping methods, which can be used and designed either separately or jointly. Although the main focus will be on Cyclic-Prefix based Orthogonal Frequency Division Modulation (CP-OFDM), which has recently been selected as the waveform of choice in 5G phase 1, application to other multicarrier choices will be considered as well. The final goal is to achieve adequate tradeoffs balancing OOBE, bit error rate, spectral efficiency and computational complexity.

Los esquemas multiportadora se han revelado como el método preferido de modulación en muchos sistemas de comunicaciones digitales modernos, debido a sus múltiples ventajas. Sin embargo, estos esquemas adolecen de un nivel relativamente elevado de emisiones fuera de banda (EFB), que tradicionalmente se gestionan insertando bandas de guarda suficientemente anchas en el espectro, con la correspondiente pérdida de eficiencia espectral. El propósito de la tesis es investigar técnicas más sofisticadas para reducir EFB en sistemas multiportadora. Se prestará especial atención a los métodos de precodificación espectral y de conformación de pulsos, los cuales pueden utilizarse y diseñarse por separado o conjuntamente. Aunque el enfoque principal estará en la modulación de división de frecuencia ortogonal basada en prefijo cíclico (CP-OFDM), que recientemente se ha seleccionado como la forma de onda a emplear en la fase 1 de 5G, también se considerará la aplicación a otras variantes multiportadora. El objetivo es obtener compromisos adecuados entre EFB, tasas de error de bit, eficiencia espectral y coste computacional.

Os esquemas multiportadora reveláronse como o método preferido de modulación en moitos sistemas de comunicacións dixitais modernos, debido ás súas múltiples vantaxes. Con todo, estes esquemas adoecen dun nivel relativamente elevado de emisións fóra de banda (EFB), que tradicionalmente xestiónanse inserindo bandas de garda suficientemente anchas no espectro, coa correspondente perda de eficiencia espectral. O propósito da tese é investigar técnicas máis sofisticadas para reducir EFB en sistemas multiportadora. Prestarase especial atención aos métodos de precodificación espectral e de conformación de pulsos, os cales poden utilizarse e deseñarse por separado ou conxuntamente. Aínda que o enfoque principal estará na modulación de división de frecuencia ortogonal baseada en prefixo cíclico (CP-OFDM), que foi seleccionado recentemente como a forma de onda a empregar na fase 1 de 5G, tamén se considerará a aplicación a outras variantes multiportadora. O obxectivo é obter compromisos adecuados entre EFB, taxas de erro de bit, eficiencia espectral e custo computacional.