Details

Autor: Steffen Bittner
Titel: Iterative Korrektur von nichtlinearen Verzerrungen und Phasenstörungen in Mehrträgersystemen
Typ: Dissertation
Fachgebiet: Informationstechnik
Reihe: Mobile Nachrichtenübertragung, Nr.: 47
Auflage: 1
Sprache: Deutsch
Erscheinungsdatum: Dezember 2009
Lieferstatus: Lieferbar
Umfang: 200 Seiten
Bindung: Soft
Preis: 49,00 EUR
ISBN: 9783938860304
Umschlag: (vorn)
Inhaltsverzeichnis: (pdf)


Bestellung

Abstrakt in Englisch

In order for modern wireless technologies to satisfy the demand for ever higher data rates, the radio frequency channel bandwidth has to be used as efficiently as possible. Multiple transmit and receive antennas allow high spectral efficiency by spatially multiplexing several data streams into the same time frequency bin. A very promising development is the combination of this concept with multicarrier techniques, which enables wideband communication in combination with low computational complexity. Multicarrier signals, however, suffer from a high dynamic range which makes them susceptible to nonlinear distortion. Furthermore they are sensitive to synchronisation errors such as phase noise.

The aim of this work is to develop and evaluate iterative receiver strategies which reduce the error due to nonlinear distortion and phase noise. The common base of the presented algorithms is the use of the known statistics of the underlying random process in order to estimate reliable, instantaneous realisations of the distortion noise. This distortion noise can then be removed from the received signal.

An appraisal of the achievable rates shows the potential and limits of the presented algorithms and their classification. This potential provided the motivation for the work.

The numerical evaluations of the algorithms in terms of error rates demonstrate the impressive performance in a coded environment. It is shown that the decision feedback algorithm used for the compensation of nonlinear distortion achieves almost the same performance as linear transmission. For the phase noise mitigation it is shown that, the estimation and compensation of a few numbers of reliable phase noise harmonics results in a substantial saving of transmit power and significantly lowers the remaining error floor. Furthermore the stability of the developed algorithm is tested under non perfect acquisition and channel state information at the receiver side. Also in these cases impressive performance results are obtained.

Finally, an evaluation of the receiver computational complexity is given, which leads to the conclusion that the additional overhead is more than justified by the given performance gain.

In conclusion, the main result of this thesis is that even in practical realistic scenarios, nonlinear distortion and phase noise can be estimated and compensated for with the use of adequate receiver techniques.

Abstrakt in Deutsch

Angetrieben von der ständig steigenden Nachfrage an immer höheren Datenraten in drahtlosen Funkanwendungen gilt es Methoden zu entwickeln, welche die damit verbundenen Anforderungen erfüllen und letztendlich die spektrale Effizienz der Übertragung steigen lassen. Ein besonders vielversprechender Ansatz sind dabei die so genannten Mehrantennen- Mehrträgersysteme, weil sie die Vorteile beider Verfahren vereinigen. So führen Mehrantennensysteme zu einer erhöhten Kanalkapazität, während Mehrträgersysteme eine sehr breitbandige Übertragung bei handhabbarer rechentechnischer Komplexität erlauben. Jedoch besitzen Mehrträgersysteme einen hohen Dynamikumfang, was sie anfällig für nichtlinearen Verzerrungen macht und besonders den Wirkungsgrad des Verstärkers beeinflusst. Außerdem sind sie sensibel gegenüber Synchronisationsfehlern.

Zur Kompensation der genannten Nachteile werden im Zuge dieser Arbeit iterative Empfängerstrategien entwickelt, welche den Fehlerbeitrag von nichtlinearen Störungen und Synchronisationsfehlern in Form von Phasenfluktuationen signifikant reduzieren. Die Gemeinsamkeit der präsentierten Algorithmen besteht darin, dass anhand von bekannten statistischen Eigenschaften des jeweiligen Störprozesses Realisierungen geschätzt und aus dem Empfangssignal entfernt werden.

Für eine einführende Motivation und Einordnung der Kompensationsalgorithmen erfolgt eine Abschätzung der erreichbaren Raten des Übertragungssystems, welche Aussagen über die Wirksamkeit und Grenzen der präsentierten Algorithmen zulassen. Die sich daran anschließenden nummerischen Auswertungen anhand von Fehlerraten zeigen die volle Leistungsfähigkeit der Algorithmen in einem codierten System.
So erreicht das Konzept der Entscheidungsrückkopplung zur Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen annähernd die Leistungsfähigkeit einer linearen Übertragung. Für die Kompensation von Phasenfluktuationen wird gezeigt, dass schon das Schätzen und Entfernen von wenigen, ausgewählten Harmonischen die Fehlerraten und den Leistungsverlust signifikant reduziert. Weiterhin wird die Stabilität der entwickelten Algorithmen bei nicht perfekter Akquise und Kanalkenntnis am Empfänger betrachtet. Auch hier konnten beeindruckende Ergebnisse festgestellt werden.

Eine abschließende Auswertung der rechentechnischen Komplexität der Empfängerstruktur führt zu der Schlussfolgerung, dass der zusätzliche Mehraufwand durch den Gewinn an Leistungsfähigkeit gerechtfertigt ist.

Somit ist das Ergebnis dieser Arbeit, dass nichtlineare Verzerrungen sowie Phasenfluktuationen unter praktisch realistischen Gesichtspunkten mit Hilfe von geeigneten Empfängerstrategien geschätzt und kompensiert werden können.