Εκτίμηση καναλιών με την χρήση ακολουθιών εκπαίδευσης σε συστήματα πολλαπλών κεραιών και συστήματα βασισμένα σε διαμόρφωση πολλών φερουσών

Abstract

In this phD thesis, optimal channel estimation algorithms in systems with multiple antennae at the transmitter and the receiver, as well as, in systems based on multicarrier modulations were derived. These algorithms are based on the use of training sequences for the more accurate channel estimation. In multiple antennae systems, the problem of the optimal linear channel estimation using a priori known statistics about the unknown channel, additive noise and multi-user interference was studied. Two estimators were proposed: The Bayesian Minimum Disturbance Estimator (BMDE) and the Two- Sided Bayesian Minimum Disturbance Estimator (2S BMDE). The former estimates the unknown channel with an optimal filter which applies to the measurement matrix from the right, while the optimal training sequence for this scheme was derived analytically. The latter estimates the unknown channel with the use of two filters, that apply to the measurement matrix both from the right and the left side. The optimal training sequence for this scheme was derived as well. The second scheme was shown to have less feedback requirements than the first, while maintaining a comparable performance. This was achieved with the use of the DFT transformation. In multicarrier systems, a palette of different preambles were compared in the context of CP-OFDM and OFDM/OQAM systems. The optimal preambles for these two systems were compared both analytically and via simulations and it was shown that the optimal preamble for the OFDM/OQAM system outperforms the optimal preamble for the CP-OFDM system

Στα πλαίσια αυτής της διδακτορικής διατριβής αναπτύχθηκαν βέλτιστοι αλγόριθμοι εκτίμησης καναλιών σε συστήματα με πολλές κεραίες σε πομπό και δέκτη και σε συστήματα βασισμένα σε διαμορφώσεις πολλών φερουσών. Οι αλγόριθμοι εδράζονται στην χρήση ακολουθιών εκτίμησης για την ακριβέστερη εκτίμηση καναλιών. Στα πλαίσια των συστημάτων με πολλές κεραίες σε πομπό και δέκτη, μελετήθηκε το πρόβλημα της βέλτιστης εκτίμησης καναλιού με την χρήση γραμμικού εκτιμητή που χρησιμοποιεί εκ των προτέρων γνωστή πληροφορία για τις στατιστικές του καναλιού, του προσθετικού θορύβου και της πολυχρηστικής παρεμβολής. Δύο εκτιμητές προτάθηκαν: Ο Bayesian Εκτιμητής Ελάχιστης Διαταραχής και ο Δίπλευρος Bayesian Εκτιμητής Ελάχιστης Διαταραχής. Ο πρώτος εκτιμά το άγνωστο κανάλι με ένα βέλτιστο φίλτρο που εφαρμόζεται από δεξιά της μήτρας με τις μετρήσεις του δέκτη κατά την διάρκεια της εκπαίδευσης καναλιού, ενώ αποδείχθηκε αναλυτικά ποία είναι η βέλτιστη ακολουθία εκπαίδευσης γι’ αυτόν. Ο δεύτερος εκτιμά το άγνωστο κανάλι με την χρήση δύο βέλτιστων φίλτρων που εφαρμόζονται από δεξιά και αριστερά στο μητρώο των μετρήσεων του δέκτη, ενώ η βέλτιστη ακολουθία εκπαίδευσης βρέθηκε και γι’ αυτό το σχήμα. Το δεύτερο σχήμα δείχθηκε ότι μπορεί με την χρήση DFT μετασχηματισμών να μειώσει τις ανάγκες σε πληροφορία ανάδρασης του πρώτου σχήματος, ενώ οι επιδόσεις του παραμένουν γενικά πολύ κοντά στο πρώτο σχήμα. Για τα συστήματα με πολλές φέρουσες, μελετήθηκε μια πλειάδα διαφορετικών τμημάτων εκκίνησης του πλαισίου δεδομένων (preamble). Τα συστήματα που συγκρίθηκαν είναι το CP-OFDM και το OFDM/OQAM. Τα βέλτιστα προτμήματα για τα δύο συστήματα συγκρίθηκαν πειραματικά και θεωρητικά και βρέθηκε ότι το βέλτιστο πρότμημα για το δεύτερο σύστημα να υπερκεράζει το βέλτιστο πρότμημα για το πρώτο σύστημα