Capacity analysis of spectrally efficient frequency division multiplexing

The increasing demand for wireless communication services is placing pressure on the communication bandwidth available within a fixed electromagnetic spectrum resource. Instead of traditional orthogonal signal transmission in both time and frequency domains, non-orthogonal data transmission schemes have been proposed as a means to increase data rates at the expense of introduced signal interference. Recently, Faster-Than-Nyquist (FTN) Signaling and Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing (SEFDM) have been the two main research directions in non-orthogonal communication when the time and frequency orthogonality constraints are removed, respectively. This thesis first provides a literature review of the FTN and SEFDN research areas and derives corresponding information-theoretic channel models. The primary goal of this work is to present a channel capacity analysis of the previously proposed multicarrier SEFDM communication for different practical modulating pulses, i.e., rectangular and square-root raised cosine with different roll-off factors. Consequently, the analysis is extended when the concepts of time and frequency compression are employed jointly, thus combining FTN with SEFDM. The presented numerical capacity results show that there is a trade-off between realizable time and frequency compression capacity gains for the different types of transmission pulses and explains the origin of these gains. Finally, possible areas for future research are outlined.La demande croissante de services de communication sans fil exerce une pression sur la bande passante de communication allouée dans une ressource de spectre électromagnétique fixe. Au lieu de transmettre des signaux orthogonalement dans les deux domaines temporel et fréquentiel, les systèmes de transmission de données non orthogonaux ont été proposés comme un moyen d'augmenter les débits de données à la charge de signal d'interférence introduite. Récemment, la Signalisation « Faster-Than-Nyquist » (FTN) et le Multiplexage par division de fréquence efficace (SEFDM) ont été les deux domaines de recherche principaux en communication non orthogonale lorsque les contraintes d'orthogonalité du temps et de fréquence sont éliminées, respectivement.Cette thèse fournit d'abord une révision de la documentation des domaines de recherche FTN et SEFDM et dérive des modèles de canal correspondants d'une manière d’information théorique. L'objectif principal de ce travail est de présenter une analyse de la capacité du canal pour la communication multiporteuse de SEFDM précédemment proposée pour différentes impulsions de modulation pratique : rectangulaire et la famille des impulsions de la racine carrée de cosinus surélevé avec différents facteurs « roll-off ». Par conséquent, l'analyse est étendue lorsque les concepts de compression de temps et de fréquence sont utilisés conjointement, combinant ainsi FTN avec SEFDM. Les résultats numériques de capacité présentés montrent qu'il existe un compromis entre les gains de capacité réalisables pour la compression temporelle ainsi que fréquentielle pour les différents types d'impulsions de transmission et explique l'origine de ces gains. À la fin, des suggestions pour la recherche future seront présentées