Contribution à la mise en oeuvre de récepteurs et de techniques d'estimation de canal pour les systèmes mobiles de DS-CDMA multi-porteuse

Ce mémoire traite du développement de récepteurs et de techniques déstimation de canal pour les systèmes mobiles sans fil de type DS-CDMA multi-porteuse. Deux problèmes principaux doivent être pris en compte dans ce cas. Premièrement, l'Interférence d'Accès Multiple (IAM) causée par d'autres utilisateurs. Deuxièmement, les propriétés des canaux de propagation dans les systèmes radio mobiles. Ainsi, dans la première partie du manuscrit, nous proposons deux structures adaptatives (dites détection séparée et détection jointe) pour la mise en oeuvre de récepteurs minimisant lérreur quadratique moyenne (MMSE), fondés sur un Algorithme de Projection Affine (APA). Ces récepteurs permettent de supprimer les IAM, notamment lorsque le canal d'évanouissement est invariant dans le temps. Cependant, comme ces récepteurs nécessitent les séquences d'apprentissage de chaque utilisateur actif, nous développons ensuite deux récepteurs adaptatifs dits aveugles, fondés sur un algorithme de type projection affine. Dans ce cas, seule la séquence d'étalement de l'utilisateur désiré est nécessaire. Quand les séquences d'étalement de tous les utilisateurs sont disponibles, un récepteur reposant sur le décorrélateur est aussi proposé et permet d'éliminer les IAM, sans qu'une période pour l'adaptation soit nécessaire. Dans la seconde partie, comme la mise en oeuvre de récepteurs exige léstimation du canal, nous proposons plusieurs algorithmes pour léstimation des canaux d'évanouissement de Rayleigh, variables dans le temps et produits dans les systèmes multi-porteuses. A cette fin, les canaux sont approximés par des processus autorégressifs (AR) d'ordre supérieur à deux. Le premier algorithme repose sur deux filtres de Kalman interactifs pour léstimation conjointe du canal et de ses paramètres AR. Puis, pour nous affranchir des hypothèses de gaussianité nécessaires à la mise en oeuvre d'un filtre optimal de Kalman, nous étudions la pertinence d'une structure fondée sur deux filtres H1 interactifs. Enfin, léstimation de canal peut ^etre vue telle un problème déstimation fondée sur un modèle à erreur- sur-les-variables (EIV). Les paramètres AR du canal et les variances de processus générateur et du bruit d'observation dans la représentation de léspace d'état du système sont dans ce cas estimés conjointement à partir du noyau des matrices d'autocorrélation appropriées.This dissertation deals with the development of receivers and channel estimation techniques for multi-carrier DS- CDMA mobile wireless systems. Two major problems should be taken into account in that case. Firstly, the Multiple Access Interference (MAI) caused by other users. Secondly, the multi-path fading of mobile wireless channels. In the first part of the dissertation, we propose two adaptive structures (called separate and joint detection) to design Minimum Mean Square Error (MMSE) receivers, based on the Affine Projection Algorithm (APA). These receivers are able to suppress the MAI, particularly when the fading channel is time-invariant. However, as they require a training sequence for every active user, we then propose two blind adaptive multiuser receiver structures based on a blind APA-like multiuser detector. In that case, only the knowledge of the spreading code of the desired user is required. When the spreading codes of all users are available, a decorrelating detector based receiver is proposed and is able to completely eliminate the MAI without any training. In the second part, as receiver design usually requires the estimation of the channel, we propose several training-based algorithms for the estimation of time-varying Rayleigh fading channels in multi-carrier systems. For this purpose, the fading channels are approximated by autoregressive (AR) processes whose order is higher than two. The first algorithm makes it possible to jointly estimate the channel and its AR parameters based on two-cross-coupled Kalman filters. Nevertheless, this filtering is based on restrictive Gaussian assumptions. To relax them, we investigate the relevance of a structure based on two-cross-coupled H1 filters. This method consists in minimizing the influence of the disturbances such as the additive noise on the estimation error. Finally, we propose to view the channel estimation as an Errors-In-Variables (EIV) issue. In that case, the channel AR parameters and the variances of both the driving process and the measurement noise in the state-space representation of the system are estimated from the null space of suitable correlation matrices

Blind adaptive constrained reduced-rank parameter estimation based on constant modulus design for CDMA interference suppression

This paper proposes a multistage decomposition for blind adaptive parameter estimation in the Krylov subspace with the code-constrained constant modulus (CCM) design criterion. Based on constrained optimization of the constant modulus cost function and utilizing the Lanczos algorithm and Arnoldi-like iterations, a multistage decomposition is developed for blind parameter estimation. A family of computationally efficient blind adaptive reduced-rank stochastic gradient (SG) and recursive least squares (RLS) type algorithms along with an automatic rank selection procedure are also devised and evaluated against existing methods. An analysis of the convergence properties of the method is carried out and convergence conditions for the reduced-rank adaptive algorithms are established. Simulation results consider the application of the proposed techniques to the suppression of multiaccess and intersymbol interference in DS-CDMA systems

Link adaptation for MC-CDMA radio interface

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Design of optimal equalizers and precoders for MIMO channels

Channel equalization has been extensively studied as a method of combating ISI and ICI for high speed MIMO data communication systems. This dissertation focuses on optimal channel equalization in the presence of non-white observation noises with unknown PSD but bounded power-norm. A worst-case approach to optimal design of channel equalizers leads to an equivalent optimal H-infinity filtering problem for the MIMO communication systems. An explicit design algorithm is derived which not only achieves the zero-forcing (ZF) condition, but also minimizes the RMS error between the transmitted symbols and the received symbols. The second part of this dissertation investigates the design of optimal precoders which minimize the bit error rate (BER) subject to a fixed transmit-power constraint for the multiple antennas downlink communication channels under the perfect reconstruction (PR) condition. The closed form solutions are derived and an efficient design algorithm is proposed. The performance evaluations indicate that the optimal precoder design for multiple antennas communication systems proposed herein is an attractive/reasonable alternative to the existing precoder design techniques