Performance Analysis of Iterative Channel Estimation and Multiuser Detection in Multipath DS-CDMA Channels

This paper examines the performance of decision feedback based iterative channel estimation and multiuser detection in channel coded aperiodic DS-CDMA systems operating over multipath fading channels. First, explicit expressions describing the performance of channel estimation and parallel interference cancellation based multiuser detection are developed. These results are then combined to characterize the evolution of the performance of a system that iterates among channel estimation, multiuser detection and channel decoding. Sufficient conditions for convergence of this system to a unique fixed point are developed.Comment: To appear in the IEEE Transactions on Signal Processin

Adaptive equalisation for fading digital communication channels

This thesis considers the design of new adaptive equalisers for fading digital communication channels. The role of equalisation is discussed in the context of the functions of a digital radio communication system and both conventional and more recent novel equaliser designs are described. The application of recurrent neural networks to the problem of equalisation is developed from a theoretical study of a single node structure to the design of multinode structures. These neural networks are shown to cancel intersymbol interference in a manner mimicking conventional techniques and simulations demonstrate their sensitivity to symbol estimation errors. In addition the error mechanisms of conventional maximum likelihood equalisers operating on rapidly time-varying channels are investigated and highlight the problems of channel estimation using delayed and often incorrect symbol estimates. The relative sensitivity of Bayesian equalisation techniques to errors in the channel estimate is studied and demonstrates that the structure's equalisation capability is also susceptible to such errors. Applications of multiple channel estimator methods are developed, leading to reduced complexity structures which trade performance for a smaller computational load. These novel structures are shown to provide an improvement over the conventional techniques, especially for rapidly time-varying channels, by reducing the time delay in the channel estimation process. Finally, the use of confidence measures of the equaliser's symbol estimates in order to improve channel estimation is studied and isolates the critical areas in the development of the technique — the production of reliable confidence measures by the equalisers and the statistics of symbol estimation error bursts

Contribution to Efficient Use of Narrowband Radio Channel

Předkládaná práce se soustředí na problematiku využívání úzkopásmového rádiového kanálu rádiovými modemy, které jsou určené pro průmyslové aplikace pozemní pohyblivé rádiové služby, specifikované v dominantní míře Evropským standardem ETSI EN 300 113. Tato rádiová zařízení se používají v kmitočtových pásmech od 30 MHz do 1 GHz s nejčastěji přidělovanou šířkou pásma 25 kHz a ve většině svých instalací jsou využívána ve fixních nebo mobilních bezdrátových sítích. Mezi typické oblasti použití patří zejména datová telemetrie, aplikace typu SCADA, nebo monitorování transportu strategických surovin. Za hlavní znaky popisovaného systému lze označit komunikační pokrytí značných vzdáleností, dané především vysokou výkonovou účinnosti datového přenosu a využívaní efektivních přístupových technik na rádiový kanál se semiduplexním komunikačním režimem. Striktní požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu umožňují těmto zařízením využívat spektrum i v oblastech kmitočtově blízkým jiným komunikačním systémům bez nutnosti vkládání dodatečných ochranných frekvenčních pásem. Úzkopásmové rádiové komunikační systémy, v současnosti používají převážně exponenciální digitální modulace s konstantní modulační obálkou zejména z důvodů velice striktních omezení pro velikost výkonu vyzářeného do sousedního kanálu. Dosahují tak pouze kompromisních hodnot komunikační účinnosti. Úpravy limitů příslušných rádiových parametrů a rychlý rozvoj prostředků číslicového zpracování signálu v nedávné době, dnes umožňují ekonomicky přijatelné využití spektrálně efektivnějších modulačních technik i v těch oblastech, kde je prioritní využívání úzkých rádiových kanálů. Cílem předkládané disertační práce je proto výzkum postupů směřující ke sjednocení výhodných vlastností lineárních a nelineárních modulací v moderní konstrukci úzkopásmového rádiového modemu. Účelem tohoto výzkumu je efektivní a „ekologické“ využívání přidělené části frekvenčního spektra. Mezi hlavní dílčí problémy, jimiž se předkládaná práce zabývá, lze zařadit zejména tyto: Nyquistova modulační filtrace, navrhovaná s ohledem na minimalizaci nežádoucích elektromagnetických interferencí, efektivní číslicové algoritmy frekvenční demodulace a rychlé rámcové a symbolové synchronizace. Součástí práce je dále analýza navrhovaného řešení z pohledu celkové konstrukce programově definovaného rádiového modemu v rovině simulací při vyšetřování robustnosti datového přenosu rádiovým kanálem s bílým Gaussovským šumem nebo kanálem s únikem v důsledku mnohacestného šíření signálu. Závěr práce je pak zaměřen na prezentování výsledků praktické části projektu, v níž byly testovány, měřeny a analyzovány dvě prototypové konstrukce rádiového zařízení. Tato finální část práce obsahuje i praktická doporučení, vedoucí k vyššímu stupni využitelnosti spektrálně efektivnějších komunikačních režimů v oblasti budoucí generace úzkopásmových zařízení pozemní pohyblivé rádiové služby.he industrial narrowband land mobile radio (LMR) devices, as considered in this dissertation project, has been subject to European standard ETSI EN 300 113. The system operates on frequencies between 30 MHz and 1 GHz, with channel separations of up to 25 kHz, and is intended for private, fixed, or mobile, radio packet switching networks. Data telemetry, SCADA, maritime and police radio services; traffic monitoring; gas, water, and electricity producing factories are the typical system applications. Long distance coverage, high power efficiency, and efficient channel access techniques in half duplex operation are the primary advantages the system relays on. Very low level of adjacent channel power emissions and robust radio receiver architectures, with high dynamic range, enable for a system’s coexistence with various communication standards, without the additional guard band frequency intervals. On the other hand, the strict limitations of the referenced standard as well as the state of the technology, has hindered the increase in communication efficiency, with which the system has used its occupied bandwidth. New modifications and improvements are needed to the standard itself and to the up-to-date architectures of narrowband LMR devices, to make the utilization of more efficient modes of system operation practically realizable. The main objective of this dissertation thesis is therefore to find a practical way how to combine the favorable properties of the advanced nonlinear and linear digital modulation techniques in a single digital modem solution, in order to increase the efficiency of the narrowband radio channel usage allocated to the new generation of the industrial LMR devices. The main attention is given to the particular areas of digital modem design such as proposal of the new family of the Nyquist filters minimizing the adjacent channel interference, design and analysis of the efficient algorithms for frequency discrimination, fast frame and symbol

Design and performance evaluation of turbo FDE receivers

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de ComputadoresIn recent years, block transmission techniques were proposed and developed for broadband wireless communication systems, which have to deal with strongly frequency-selective fading channels. Techniques like Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM)and Single Carrier with Frequency Domain Equalization (SC-FDE) are able to provide high bit rates despite the channel adversities. In this thesis we concentrate on the study of single carrier block transmission techniques considering receiver structures suitable to scenarios with strongly time-dispersive channels. CP-assisted (Cycle Pre x) block transmission techniques are employed to cope with frequency selective channels, allowing cost-e ective implementations through FFT-based (Fast Fourier Transform) signal processing. It is investigated the impact of the number of multipath components as well as the diversity order on the asymptotic performance of SC-FDE schemes. We also propose a receiver structure able to perform a joint detection and channel estimation method, in which it is possible to combine the channel estimates, based on training sequences, with decision-directed channel estimates. A study about the impact of the correlation factor estimation in the performance of Iterative Block-Decision Feedback Equalizer (IB-DFE) receivers is also presented

On Low-Resolution ADCs in Practical 5G Millimeter-Wave Massive MIMO Systems

Nowadays, millimeter-wave (mmWave) massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems is a favorable candidate for the fifth generation (5G) cellular systems. However, a key challenge is the high power consumption imposed by its numerous radio frequency (RF) chains, which may be mitigated by opting for low-resolution analog-to-digital converters (ADCs), whilst tolerating a moderate performance loss. In this article, we discuss several important issues based on the most recent research on mmWave massive MIMO systems relying on low-resolution ADCs. We discuss the key transceiver design challenges including channel estimation, signal detector, channel information feedback and transmit precoding. Furthermore, we introduce a mixed-ADC architecture as an alternative technique of improving the overall system performance. Finally, the associated challenges and potential implementations of the practical 5G mmWave massive MIMO system {with ADC quantizers} are discussed.Comment: to appear in IEEE Communications Magazin