Publicação: Expressões analíticas aproximadas em forma fechada para a probabilidade média de erro de símbolo da modulação QAM cruzada nos canais de desvanecimento η–μ e κ–μ
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
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Anjos, André Antônio dos
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Introdução: Os sistemas de comunicação modernos, como 5G e 6G, exigem alta confiabilidade e baixa latência, mas são fortemente impactados pelo desvanecimento do canal, que compromete a qualidade do sinal em ambientes de multipercurso. Embora os modelos tradicionais, como Rayleigh, Rice e Nakagami-m, sejam amplamente utilizados, eles apresentam limitações por assumirem condições específicas de propagação e não conseguirem representar de forma precisa a diversidade de cenários reais, especialmente em frequências milimétricas. Para superar essas restrições, foram propostos os modelos generalizados, como o η–μ e o κ–μ, que oferecem maior flexibilidade ao abranger múltiplos
componentes dominantes e espalhamento não balanceado. Entretanto, a estimação de
probabilidades de erro vinculadas a esses modelos é essencial para suas implementações
práticas. Objetivos: este trabalho apresenta a dedução de expressões analíticas aproximadas em forma fechada, para a Probabilidade Média de Erro de Símbolo (SEP) e
investiga seus desempenhos na modulação M-QAM em modelos de desvanecimento generalizados. Materiais e Métodos: as análises da adequação das expressões deduzidas
foram realizadas considerando-se faixas de frequência padronizadas de 26, 28, 39, 55,
60 e 65 GHz em ondas milimétricas. Essas análises foram baseadas em resultados de
modelagem de canais obtidos a partir de uma ampla campanha de medições em ambiente
interno, sob condições de visada direta (Line-of-Sight (LoS)) e não visada (non-Line-of-
Sight (nLoS)), bem como diferentes distâncias entre antenas emissoras e receptoras (Tx
e Rx) com polarizações verticais e horizontais (VV e HV). Resultados: as expressões
foram validadas por meio de simulações realizadas no software MATLAB, demonstrando
forte aderência entre as curvas teóricas e as curvas simuladas. As análises revelaram
que cenários com visada direta apresentam desempenho significativamente superior em
comparação aos casos sem visada. Além disso, verificou-se que o aumento da frequência
não implica necessariamente em piora de desempenho, e que ordens de modulação mais
altas demandam elevados valores de relação Eb/N0 para alcançar baixas taxas de erro,
ressaltando a importância da utilização de técnicas de codificação robustas. Os resultados
contribuem para a compreensão do potencial e dos desafios da modulação M-QAM em
cenários realistas de comunicações 5G em ondas milimétricas.
Abstract
Introduction: Modern communication systems, such as 5G and 6G, require high reliability
and low latency, but are heavily affected by channel fading, which compromises signal quality in multipath environments. Although traditional models, such as Rayleigh, Rician, and Nakagami-m, are widely used, they present limitations by assuming specific propagation conditions and failing to accurately represent the diversity of real-world scenarios, especially at millimeter-wave frequencies. To overcome these limitations, generalized models such as the η–μ and κ–μ have been proposed, offering greater flexibility by accounting for multiple dominant components and unbalanced scattering. However, the estimation of error probabilities associated with these models is essential for their practical implementation. Objectives: This work presents the derivation of approximate closed-form analytical expressions for the Average Symbol Error Probability (SEP) and investigates their performance for M-QAM modulation under generalized fading models. Materials and Methods: The adequacy of the derived expressions was analyzed considering standardized millimeter-wave frequency bands of 26, 28, 39, 55, 60, and 65 GHz. These analyses were based on channel modeling results obtained from an extensive measurement campaign in indoor environments under both Line-of-Sight (LoS) and non-Line-of-Sight (nLoS) conditions, as well as varying distances between transmitting and receiving antennas (Tx and Rx) with vertical and horizontal polarizations (VV and HV). Results: The expressions were validated through simulations performed using the MATLAB software, demonstrating strong agreement between the theoretical curves and the simulated results. The analyses revealed that line-of-sight scenarios exhibit significantly superior performance compared to nLoS cases. Furthermore, it was observed that increasing the frequency does not necessarily lead to worse performance, and that higher modulation orders require higher Eb/N0 values to achieve low error rates, highlighting the importance of employing robust coding techniques. The results contribute to a better understanding of the potential and challenges of M-QAM modulation in realistic 5G millimeter-wave communication scenarios.
Palavras-chave
comunicações sem fio, Wireless communications, sistemas 5G, 5G systems, ondas milimétricas, millimeter waves, modelos com desvanecimento, fading models, modulação QAM, QAM modulation, probabilidade média de erro de símbolo, average symbol error probability
Citação
VIEIRA, Wilian Eurípedes. Expressões analíticas aproximadas em forma fechada para a Probabilidade Média de Erro de Símbolo da modulação QAM cruzada nos canais de desvanecimento η–μ e κ–μ. 2026. 82 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.250.
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