Low Complexity Blind Equalization for OFDM Systems with General Constellations

This paper proposes a low-complexity algorithm for blind equalization of data in OFDM-based wireless systems with general constellations. The proposed algorithm is able to recover data even when the channel changes on a symbol-by-symbol basis, making it suitable for fast fading channels. The proposed algorithm does not require any statistical information of the channel and thus does not suffer from latency normally associated with blind methods. We also demonstrate how to reduce the complexity of the algorithm, which becomes especially low at high SNR. Specifically, we show that in the high SNR regime, the number of operations is of the order O(LN), where L is the cyclic prefix length and N is the total number of subcarriers. Simulation results confirm the favorable performance of our algorithm

A semi-blind channel estimation method for multiuser multiantenna OFDM systems

A subspace-based blind method is proposed for estimating the channel responses of a multiuser and multiantenna orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) uplink system. It gives estimations to all channel responses subject to a scalar matrix ambiguity and does not need precise channel order information (only upper bound for the orders is required). Furthermore, the scalar ambiguity matrix can be easily resolved by using only one pilot OFDM block, given that the number of users is smaller than the number of symbols in the pilot symbol block. Equalization methods are discussed based on the estimated channels. By using partial knowledge of the channels, a multipath subspace method is proposed that reduces the computational complexity. Simulations show that the methods are effective and robust.published_or_final_versio

A Summative Comparison of Blind Channel Estimation Techniques for Orthogonal Frequency Division Multiplexing Systems

The OFDM techniquei.e. Orthogonal frequency division multiplexing has become prominent in wireless communication since its instruction in 1950’s due to its feature of combating the multipath fading and other losses. In an OFDM system, a large number of orthogonal, overlapping, narrow band subchannels or subcarriers, transmitted in parallel, divide the available transmission bandwidth. The separation of the subcarriers is theoretically optimal such that there is a very compact spectral utilization. This paper reviewed the possible approaches for blind channel estimation in the light of the improved performance in terms of speed of convergence and complexity. There were various researches which adopted the ways for channel estimation for Blind, Semi Blind and trained channel estimators and detectors. Various ways of channel estimation such as Subspace, iteration based, LMSE or MSE based (using statistical methods), SDR, Maximum likelihood approach, cyclostationarity, Redundancy and Cyclic prefix based. The paper reviewed all the above approaches in order to summarize the outcomes of approaches aimed at optimum performance for channel estimation in OFDM system

Enhanced Transmission and Receiver Diversity in Orthogonal Frequency Division Multiplex Systems using Blind Channel Estimation

This paper deals with the blind channel estimation technique in OFDM system with receiver diversity to analyze the bit error rate with respect to the number of symbols. The paper clearly brings out the advantage that is being offered by the use of Blind channel estimation technique in terms of SNR requirements. Also a comparative study has been made for the analysis of BER variation with the amount i.e. number of symbols being transmitted. The work also explores the possibility of obtaining an optimum value of number of receivers that may lead to desired BER for threshold value of SNR in an OFDM system

Feedforward data-aided phase noise estimation from a DCT basis expansion

This contribution deals with phase noise estimation from pilot symbols. The phase noise process is approximated by an expansion of discrete cosine transform (DCT) basis functions containing only a few terms. We propose a feedforward algorithm that estimates the DCT coefficients without requiring detailed knowledge about the phase noise statistics. We demonstrate that the resulting (linearized) mean-square phase estimation error consists of two contributions: a contribution from the additive noise, that equals the Cramer-Rao lower bound, and a noise independent contribution, that results front the phase noise modeling error. We investigate the effect of the symbol sequence length, the pilot symbol positions, the number of pilot symbols, and the number of estimated DCT coefficients it the estimation accuracy and on the corresponding bit error rate (PER). We propose a pilot symbol configuration allowing to estimate any number of DCT coefficients not exceeding the number of pilot Symbols, providing a considerable Performance improvement as compared to other pilot symbol configurations. For large block sizes, the DCT-based estimation algorithm substantially outperforms algorithms that estimate only the time-average or the linear trend of the carrier phase. Copyright (C) 2009 J. Bhatti and M. Moeneclaey

Метод комплексної оцінки стану каналу багатоантенних систем радіозв’язку

A method of integrated estimation of channel state in multiantenna radio communication systems was developed. The distinguishing feature of the proposed method is estimation for several indicators, namely the bit error probability in the channel, frequency and pulse response of the channel state. After obtaining of the channel estimate for each indicator, a generalized channel state estimate is formed. Formation of the channel state estimate for each of the estimation indicators takes place in a separate layer of the neural network using the apparatus of fuzzy sets after which a generalized estimate is formed at the neural network output. Development of the proposed method was determined by necessity to raise speed of estimation of the channel state in multiantenna radio communication systems at an acceptable computational complexity. According to the results of the study, it has been established that the proposed method makes it possible to increase speed of estimation of channel state in multiantenna systems on average up to 30 % depending on the channel state while accuracy of the channel state estimation decreases by 5‒7 % because of reduced informativeness of estimation (because of using the apparatus of fuzzy sets) and is able to adapt to the signaling situation in the channel by training the neural network. Neural network training takes place on the basis of a training sequence and completes adaptation to the channel state after 10‒12 iterations of training. It is advisable to apply this method in radio stations with a programmable architecture to improve their interference immunity by reducing time for making decision on the channel state.Разработан метод комплексной оценки состояния канала многоантенных систем радиосвязи. Отличительная особенность предлагаемого метода заключается в оценке состояния канала многоантенных систем радиосвязи по нескольким показателям, а именно: вероятность битовой ошибки канала, частотная характеристика состояния канала и импульсная характеристика состояния канала. После получения оценки канала по каждому показателю происходит формирование обобщенной оценки состояния канала. Формирование оценки состояния канала по каждому из показателей оценки происходит на отдельном слое нейронной сети с использованием аппарата нечетких множеств, после чего на выходе нейронной сети формируется обобщенная оценка. Разработка предложенного метода обусловлена необходимостью повышения скорости оценивания состояния канала многоантенных систем радиосвязи с приемлемой вычислительной сложностью. По результатам исследования установлено, что предложенный метод позволяет повысить скорость оценки состояния канала системы многоантенных систем в среднем до 30 % в зависимости от состояния канала, при этом отмечается ухудшение точности оценки состояния канала на уровне 5–7 % за счет уменьшения информативности оценивания (это обусловлено использованием аппарата нечетких множеств) и способен адаптироваться к сигнальной обстановки в канале за счет обучения нейронной сети. Обучение нейронной сети происходит на основе учебной (тренировочной) последовательности и на 10–12 итерации обучения полностью завершает адаптацию к состоянию канала. Указанный метод целесообразно использовать в радиостанциях с программируемой архитектурой для повышения их помехозащищенности за счет уменьшения времени на принятие решения о состоянии каналаРозроблено метод комплексної оцінки стану каналу багатоантенних систем радіозв’язку. Відмінна особливість запропонованого методу полягає в оцінці стану каналу багатоантенних систем радіозв’язку за декількома показниками, а саме: ймовірність бітової помилки каналу, частотна характеристика стану каналу та імпульсна характеристика стану каналу. Після отримання оцінки каналу по кожному показнику відбувається формування узагальненої оцінки стану каналу. Формування оцінки стану каналу по кожному з показників оцінки відбувається на окремому шарі нейронної мережі з використанням апарату нечітких множин, після чого на виході нейронної мережі формується узагальнена оцінка. Розробка запропонованого методу обумовлена необхідністю підвищення швидкості оцінювання стану каналу багатоантенних систем радіозв’язку з прийнятною обчислювальною складністю.За результатами дослідження встановлено, що запропонований метод дозволяє підвищити швидкість оцінювання стану каналу багатоантенних систем в середньому до 30 % в залежності від стану каналу, при цьому відмічається погіршення точності оцінки стану каналу на рівні 5-7% за рахунок зменшення інформативності оцінювання (це обумовлене використанням апарату нечітких множин) та здатний адаптуватися до сигнальної обстановки в каналі за рахунок навчання нейронної мережі. Навчання нейронної мережі відбувається на основі навчальної (тренувальної) послідовності та на 10–12 ітерації навчання повністю завершує адаптацію до стану каналу. Зазначений метод доцільно використовувати в радіостанціях з програмованою архітектурою для підвищення їх завадозахищеності за рахунок зменшення часу на прийняття рішення щодо стану канал

Multiuser MIMO-OFDM for Next-Generation Wireless Systems

This overview portrays the 40-year evolution of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) research. The amelioration of powerful multicarrier OFDM arrangements with multiple-input multiple-output (MIMO) systems has numerous benefits, which are detailed in this treatise. We continue by highlighting the limitations of conventional detection and channel estimation techniques designed for multiuser MIMO OFDM systems in the so-called rank-deficient scenarios, where the number of users supported or the number of transmit antennas employed exceeds the number of receiver antennas. This is often encountered in practice, unless we limit the number of users granted access in the base station’s or radio port’s coverage area. Following a historical perspective on the associated design problems and their state-of-the-art solutions, the second half of this treatise details a range of classic multiuser detectors (MUDs) designed for MIMO-OFDM systems and characterizes their achievable performance. A further section aims for identifying novel cutting-edge genetic algorithm (GA)-aided detector solutions, which have found numerous applications in wireless communications in recent years. In an effort to stimulate the cross pollination of ideas across the machine learning, optimization, signal processing, and wireless communications research communities, we will review the broadly applicable principles of various GA-assisted optimization techniques, which were recently proposed also for employment inmultiuser MIMO OFDM. In order to stimulate new research, we demonstrate that the family of GA-aided MUDs is capable of achieving a near-optimum performance at the cost of a significantly lower computational complexity than that imposed by their optimum maximum-likelihood (ML) MUD aided counterparts. The paper is concluded by outlining a range of future research options that may find their way into next-generation wireless systems

Метод комплексної оцінки стану каналу багатоантенних систем радіозв’язку

A method of integrated estimation of channel state in multiantenna radio communication systems was developed. The distinguishing feature of the proposed method is estimation for several indicators, namely the bit error probability in the channel, frequency and pulse response of the channel state. After obtaining of the channel estimate for each indicator, a generalized channel state estimate is formed. Formation of the channel state estimate for each of the estimation indicators takes place in a separate layer of the neural network using the apparatus of fuzzy sets after which a generalized estimate is formed at the neural network output. Development of the proposed method was determined by necessity to raise speed of estimation of the channel state in multiantenna radio communication systems at an acceptable computational complexity. According to the results of the study, it has been established that the proposed method makes it possible to increase speed of estimation of channel state in multiantenna systems on average up to 30 % depending on the channel state while accuracy of the channel state estimation decreases by 5‒7 % because of reduced informativeness of estimation (because of using the apparatus of fuzzy sets) and is able to adapt to the signaling situation in the channel by training the neural network. Neural network training takes place on the basis of a training sequence and completes adaptation to the channel state after 10‒12 iterations of training. It is advisable to apply this method in radio stations with a programmable architecture to improve their interference immunity by reducing time for making decision on the channel state.Разработан метод комплексной оценки состояния канала многоантенных систем радиосвязи. Отличительная особенность предлагаемого метода заключается в оценке состояния канала многоантенных систем радиосвязи по нескольким показателям, а именно: вероятность битовой ошибки канала, частотная характеристика состояния канала и импульсная характеристика состояния канала. После получения оценки канала по каждому показателю происходит формирование обобщенной оценки состояния канала. Формирование оценки состояния канала по каждому из показателей оценки происходит на отдельном слое нейронной сети с использованием аппарата нечетких множеств, после чего на выходе нейронной сети формируется обобщенная оценка. Разработка предложенного метода обусловлена необходимостью повышения скорости оценивания состояния канала многоантенных систем радиосвязи с приемлемой вычислительной сложностью. По результатам исследования установлено, что предложенный метод позволяет повысить скорость оценки состояния канала системы многоантенных систем в среднем до 30 % в зависимости от состояния канала, при этом отмечается ухудшение точности оценки состояния канала на уровне 5–7 % за счет уменьшения информативности оценивания (это обусловлено использованием аппарата нечетких множеств) и способен адаптироваться к сигнальной обстановки в канале за счет обучения нейронной сети. Обучение нейронной сети происходит на основе учебной (тренировочной) последовательности и на 10–12 итерации обучения полностью завершает адаптацию к состоянию канала. Указанный метод целесообразно использовать в радиостанциях с программируемой архитектурой для повышения их помехозащищенности за счет уменьшения времени на принятие решения о состоянии каналаРозроблено метод комплексної оцінки стану каналу багатоантенних систем радіозв’язку. Відмінна особливість запропонованого методу полягає в оцінці стану каналу багатоантенних систем радіозв’язку за декількома показниками, а саме: ймовірність бітової помилки каналу, частотна характеристика стану каналу та імпульсна характеристика стану каналу. Після отримання оцінки каналу по кожному показнику відбувається формування узагальненої оцінки стану каналу. Формування оцінки стану каналу по кожному з показників оцінки відбувається на окремому шарі нейронної мережі з використанням апарату нечітких множин, після чого на виході нейронної мережі формується узагальнена оцінка. Розробка запропонованого методу обумовлена необхідністю підвищення швидкості оцінювання стану каналу багатоантенних систем радіозв’язку з прийнятною обчислювальною складністю.За результатами дослідження встановлено, що запропонований метод дозволяє підвищити швидкість оцінювання стану каналу багатоантенних систем в середньому до 30 % в залежності від стану каналу, при цьому відмічається погіршення точності оцінки стану каналу на рівні 5-7% за рахунок зменшення інформативності оцінювання (це обумовлене використанням апарату нечітких множин) та здатний адаптуватися до сигнальної обстановки в каналі за рахунок навчання нейронної мережі. Навчання нейронної мережі відбувається на основі навчальної (тренувальної) послідовності та на 10–12 ітерації навчання повністю завершує адаптацію до стану каналу. Зазначений метод доцільно використовувати в радіостанціях з програмованою архітектурою для підвищення їх завадозахищеності за рахунок зменшення часу на прийняття рішення щодо стану канал

Two-step signal detection for MIMO-OFDM systems without cyclic prefix

In this paper, a MIMO-OFDM system without cyclic prefix (CP) is considered and a two-step signal detection algorithm is proposed. The algorithm is based on some structural properties derived from shifting the received OFDM symbols. The first step cancels inter-carrier interference (ICI) and inter-symbol interference (ISI) with an equalizer designed using second-order statistics of the shifted received OFDM symbols. The second step detects the signals from the equalizer output in which the signals are still corrupted with multiantenna interference (MAI). In the proposed algorithm, precise knowledge of the channel length is unnecessary and only one pilot OFDM symbol is utilized to estimate the required channel state information, assuming the number of transmit antennas is smaller than the number of subcarriers in one OFDM symbol. Simulation results show that the proposed algorithm achieves comparable performance to algorithms for MIMO-OFDM system with cyclic prefix and it is robust against channel length overestimation. © 2009 IEEE.published_or_final_versionThe IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC) 2009, Budapest, Hungary, 5-8 April 2009. In Proceedings of WCNC, 2009, p. 1-

A new subspace method for blind estimation of selective MIMO-STBC channels

In this paper, a new technique for the blind estimation of frequency and/or time-selective multiple-input multiple-output (MIMO) channels under space-time block coding (STBC) transmissions is presented. The proposed method relies on a basis expansion model (BEM) of the MIMO channel, which reduces the number of parameters to be estimated, and includes many practical STBC-based transmission scenarios, such as STBC-orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), space-frequency block coding (SFBC), time-reversal STBC, and time-varying STBC encoded systems. Inspired by the unconstrained blind maximum likelihood (UML) decoder, the proposed criterion is a subspace method that efficiently exploits all the information provided by the STBC structure, as well as by the reduced-rank representation of the MIMO channel. The method, which is independent of the specific signal constellation, is able to blindly recover the MIMO channel within a small number of available blocks at the receiver side. In fact, for some particular cases of interest such as orthogonal STBC-OFDM schemes, the proposed technique blindly identifies the channel using just one data block. The complexity of the proposed approach reduces to the solution of a generalized eigenvalue (GEV) problem and its computational cost is linear in the number of sub-channels. An identifiability analysis and some numerical examples illustrating the performance of the proposed algorithm are also providedThis work was supported by the Spanish Government under projects TEC2007-68020-C04-02/TCM (MultiMIMO) and CONSOLIDER-INGENIO 2010 CSD2008-00010 (COMONSENS)