• impulse radio (IR)
• ultra-wideband (UWB) communications
• multi-hop
• differential transmitted reference (DTR)
• maximum likelihood (ML) decoding
• amplify and forward (A&F) relaying
• decode and forward (D&F) relaying
• joint power allocation and path selection (JPAPS)

This thesis develops novel relaying techniques to overcome the limited coverage of Impulse Radio Ultra Wideband (IR-UWB) systems based on Differential Transmitted Reference (DTR). Firstly, we describe a cooperative approach for two hop Amplify-and-Forward (A&F) relaying that exploits both the signal forwarded by the relay and the one directly transmitted by the source. After deriving the log-likelihood ratio based decision rule, we propose a semi-analytical power allocation strategy by evaluating a closed form expression for the effective Signal to Noise Ratio (SNR) at the destination, which is maximized by exhaustive search. Successively, we present a Joint Power Allocation and Path Selection (JPAPS) method for multi hop Decode-and-Forward (D&F) relaying. Starting from the heuristic consideration that the overall Bit Error Rate (BER) of the system is essentially driven by the quality of the path with the best performance, the proposed technique associates to each possible route a metric given by an approximation of the minimum BER which can be achieved as the power allocation coefficients vary and then takes into account only the path minimizing that metric. Specifically, we employ an equal SNR power allocation strategy that yields a closed form expression for the power allocation coefficients and we describe a path selection algorithm with polynomial complexity. Simulation results show the remarkable SNR gains obtained by the proposed schemes with respect to direct transmission and existing relaying techniques.

Lo scopo di questa tesi è elaborare nuove tecniche di relaying per risolvere il problema della copertura limitata in sistemi radio ad impulsi a banda ultra larga (Impulse-Radio Ultra-Wideband, IR-UWB) basati su Differential Transmitted Reference (DTR). Innanzi tutto, si descrive un approccio cooperativo per singolo relay Amplify-and-Forward (A&F) che sfrutta sia il segnale inoltrato dal relay sia quello trasmesso direttamente dalla sorgente. Dopo aver introdotto una regola di decisione basata sul logaritmo del rapporto di verosimiglianza, si propone una strategia di allocazione di potenza semi-analitica valutando un'espressione in forma chiusa per il rapporto segnale rumore (SNR) effettivo al nodo destinazione, che viene massimizzato per mezzo di una ricerca esaustiva. Successivamente, si presenta un metodo congiunto di allocazione di potenza e scelta del cammino ottimo (Joint Power Allocation and Path Selection, JPAPS) per relay Decode-and-Forward (D&F) multipli. Partendo dalla considerazione euristica che la probabilità d'errore complessiva del sistema dipende essenzialmente dalla qualità del cammino migliore, la tecnica proposta associa ad ogni possibile percorso una metrica data da un'approssimazione della minima probabilità d'errore ottenibile al variare dei coefficienti di allocazione di potenza e poi prende in considerazione soltanto il cammino che minimizza tale metrica. Specificatamente, si adopera una strategia di allocazione di potenza in cui si impone l'uguaglianza degli SNR dei singoli link (equal SNR power allocation strategy), ottenendo un'espressione in forma chiusa per i coefficienti di allocazione di potenza. Inoltre, si descrive un algoritmo di scelta del cammino ottimo con complessità polinomiale. I risultati delle simulazioni mostrano i notevoli guadagni in termini di SNR ottenuti dagli schemi proposti rispetto alla trasmissione diretta e alle altre tecniche di relaying esistenti.