Details

Autor: André Fonseca dos Santos
Titel: Efficient Receiver Methods for Coded Systems Under Channel Uncertainty
Typ: Dissertation
Fachgebiet: Informationstechnik
Reihe: Mobile Nachrichtenübertragung, Nr.: 50
Auflage: 1
Sprache: Englisch
Erscheinungsdatum: April 2010
Lieferstatus: Lieferbar
Umfang: 188 Seiten
Bindung: Soft
Preis: 49,00 EUR
ISBN: 9783938860335
Umschlag: (vorn)
Inhaltsverzeichnis: (pdf)


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Abstrakt in Englisch

Traditionally, communication systems have been employing pilots in order to estimate the impulse response of multipath channels. However, with the growing demand of high data rates, the overhead due to the pilots might be a significant issue. In order to minimize such overhead, one can exploit the redundancy introduced by channel codes (e.g. convolutional and LDPC codes) for the channel estimation task. Indeed, the complete elimination of the pilot overhead exploiting solely the channel code redundancy is investigated (i.e. the code allows blind successful channel estimation).

This thesis aims to derive and analyze efficient algorithms that exploit the channel code redundancy for blind channel estimation. It investigates blind algorithms that exploit the structure imposed by channel coding on the transmitted sequence. It is shown that the sole exploitation of the code for blind channel estimation is very sensitive to the code constraints. Hence, traditional blind approaches such as the super exponential algorithms are combined with the code-based approach in order to derive efficient algorithms that do not strongly depend on the code characteristics. This combination results in a robust blind estimator that considerably relaxes the required codes constraints for the channel estimation task.
It is also shown that the main advantage of exploiting the code for channel estimation is to remove all the ambiguities that are inherent to traditional blind approaches. Additionally, a turbo receiver is proposed in order to further improve the quality of the channel estimate. Efficient and low-complex algorithms are introduced in order to exploit the soft feedback of the decoder with the role of iteratively refining the channel estimate. An algorithm where only an interference cancellation and a correlation step are performed is proposed and analytically characterized. Additionally, it is shown via Monte Carlo simulation that the proposed blind turbo receiver is able to perform as well as a turbo equalizer with perfect channel knowledge.

Moreover, with the goal of providing more insight with respect to the proposed algorithms, the Extrinsic Information Transfer (EXIT) charts are modified in order to analyze the interplay between the blind and the soft channel estimation phases. It is demonstrated that only a rough estimate of the channel in the first iteration of the turbo receiver suffices in order to perform as well as with perfect channel knowledge. Indeed, it is shown that only a negligible amount of pilots suffices. Moreover, the blind channel estimation approaches proposed here speed up the turbo receiver convergence in comparison to using a negligible amount of pilots. In summary, it is shown that the exploitation of the code reduces or even completely eliminates the necessity of employing pilots.

Abstrakt in Deutsch

Traditionell setzen Kommunikationssysteme Pilotsequenzen zur Schätzung der Impulsantwort des Mehrwege-Übertragungskanals ein. Der Verwendung von Pilotsequenzen reduziert jedoch inhärent die spektrale Effizienz der Übertragung und ist, infolge der steigenden Nachfrage nach höheren Übertragungsdatenraten, ein kritisches Problem geworden. Um diesen Verlust der spektralen Effizienz zu minimieren, kann die, durch die Fehlerschutzcodierung (z.B. Faltungscodes oder LDPC Codes) eingefügte Redundanz für die Schätzung des Übertragungskanals ausgenutzt werden. Deshalb wird in dieser Arbeit die Fragestellung untersucht, inwieweit die eingefügte Redundanz für die Kanalschätzung ausreichend ist und ob auf die Verwendung von Pilotsequenzen zur Kanalschätzung vollständig verzichtet werden kann.

Diese Arbeit zielt auf die Herleitung und Analyse von Algorithmen ab, welche die Redundanz des Fehlerschutzcodes für eine blinde Kanalschätzung ausnutzen. Es werden blinde Schätzalgorithmen untersucht, welche die von der Fehlerschutzcodierung dem Sendesignal aufgeprägte Struktur ausnutzen. Es wird gezeigt, dass die Leistungsfähigkeit blinder Schätzverfahren, welche lediglich die Codeeigenschaften ausnutzen, sehr empfindlich gegenüber der Codestruktur ist. Deshalb werden traditionelle, blinde Schätzansätze, wie z.B. Super Exponential Algorithmen mit codebasierten Ansätzen kombiniert, um effizientere Algorithmen zu entwickeln, deren Leistungsfähigkeit weniger von der Codestruktur beeinflusst wird.
Diese Kombination ermöglicht ein robustes, blindes Schätzverfahren, welches die Anforderungen der blinden Kanalschätzung an den Fehlerschutzcode deutlich senkt. Weiterhin wird gezeigt, dass der Hauptvorteil einer Kanalschätzung, basierend auf der Ausnutzung der Codestruktur, darin besteht, dass die inhärente Mehrdeutigkeit von traditionellen, blinden Schätzverfahren vermieden werden kann.

Zur weiteren Verbesserung der Kanalschätzung wird ein Turbo-Empfänger entwickelt. Leistungsfähige Algorithmen mit einer geringen rechentechnischen Komplexität werden vorgestellt, um die Rückkopplung der Zuverlässigkeitswerte des Decoders für eine iterative Verbesserung der Präzision des Kanalschätzergebnisses zu erzielen. Es wird ein Algorithmus vorgestellt, welcher lediglich aus einer Interferenzauslöschung und einer nachfolgenden Korrelation besteht . Des Weiteren wird die Leistungsfähigkeit des vorgeschlagenen Turbo- Algorithmus analytisch untersucht. Zudem wird mithilfe von Monte Carlo Simulationen gezeigt, dass der vorgeschlagene blinde Turbo-Empfänger die gleiche Leistungsfähigkeit erreicht wie ein Turbo-Entzerrer mit perfekter Kanalkenntnis.

Zur weiterführenden Analyse des vorgeschlagenen Algorithmus wird der Austausch zwischen der blinden und Turbo analschätzung mithilfe von modifizierten Extrinsic Information Transfer (EXIT) Diagramme untersucht. So wird gezeigt, dass bereits die ungefähre Kenntnis über den Kanal in der ersten Iteration des Turbo-Empfängers ausreicht, um die gleiche Leistungsfähigkeit zu erzielen wie im Fall einer perfekten Kanalkenntnis. Damit wird nachgewiesen, dass bereits vernachlässigbar wenige Piloten ausreichen, um ein präzises Kanalschätzergebnis zu erzielen. Zudem wird gezeigt, dass der vorgeschlagene, blinde Kanalschätzalgorithmus die Konvergenz des Turbo-Empfängers steigert. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Ausnutzung der Codeeigenschaften die Notwendigkeit der Nutzung von Piloten zur Kanalschätzung reduziert bzw. vollständig eliminiert.