Channel Estimation And Correction Methods For Ofdma Based Lte Downlink System

In present era, cellular communication plays a vital role for communicating over long distance. The number of mobile subscribers is increasing tremendously day by day. 3GPP LTE is the evolution of the UMTS in response to ever-increasing demands for high quality multimedia services according to users\u27 expectations. The average data consumption exceeds hundreds of Megabytes per subscriber per month. To introduce, summarize and get acquainted with this new technology LTE is one of the main objectives of my thesis. The Downlink is always considered an important factor in terms of coverage and capacity aspects in between Downlink and Uplink factors for cellular communication. Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) and Multiple Input Multiple Output (MIMO) are the new technologies which enhance the performance of the traditional wireless communication experience for downlink. In this thesis, we considered the downlink system for channel estimation by using different algorithms and interpolation methods. Channel Estimation algorithms such as Least Squares Estimation (LSE) and Minimum Mean Square Error (MMSE) have been evaluated for different channel models. The interpolation method used in algorithms is Linear, Piecewise constant, Averaged and Pilot averaged. I measured the performance of these algorithms in terms of Bit Error Rate (BER) and Symbol Error Rate (SER). The results are presented to illustrate the salient concept of the LTE communication system

Adaptive Communications for Next Generation Broadband Wireless Access Systems

Un dels aspectes claus en el disseny i gestió de les xarxes sense fils d'accés de banda ampla és l'ús eficient dels recursos radio. Des del punt de vista de l'operador, l'ample de banda és un bé escàs i preuat que s´ha d'explotar i gestionar de la forma més eficient possible tot garantint la qualitat del servei que es vol proporcionar. Per altra banda, des del punt de vista del usuari, la qualitat del servei ofert ha de ser comparable al de les xarxes fixes, requerint així un baix retard i una baixa pèrdua de paquets per cadascun dels fluxos de dades entre la xarxa i l'usuari. Durant els darrers anys s´han desenvolupat nombroses tècniques i algoritmes amb l'objectiu d'incrementar l'eficiència espectral. Entre aquestes tècniques destaca l'ús de múltiples antenes al transmissor i al receptor amb l'objectiu de transmetre diferents fluxos de dades simultaneament sense necessitat d'augmentar l'ample de banda. Per altra banda, la optimizació conjunta de la capa d'accés al medi i la capa física (fent ús de l'estat del canal per tal de gestionar de manera optima els recursos) també permet incrementar sensiblement l'eficiència espectral del sistema.L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi i desenvolupament de noves tècniques d'adaptació de l'enllaç i gestió dels recursos ràdio aplicades sobre sistemes d'accés ràdio de propera generació (Beyond 3G). Els estudis realitzats parteixen de la premissa que el transmisor coneix (parcialment) l'estat del canal i que la transmissió es realitza fent servir un esquema multiportadora amb múltiples antenes al transmisor i al receptor. En aquesta tesi es presenten dues línies d'investigació, la primera per casos d'una sola antenna a cada banda de l'enllaç, i la segona en cas de múltiples antenes. En el cas d'una sola antena al transmissor i al receptor, un nou esquema d'assignació de recursos ràdio i priorització dels paquets (scheduling) és proposat i analitzat integrant totes dues funcions sobre una mateixa entitat (cross-layer). L'esquema proposat té com a principal característica la seva baixa complexitat i que permet operar amb transmissions multimedia. Alhora, posteriors millores realitzades per l'autor sobre l'esquema proposat han permès també reduir els requeriments de senyalització i combinar de forma óptima usuaris d'alta i baixa mobilitat sobre el mateix accés ràdio, millorant encara més l'eficiència espectral del sistema. En cas d'enllaços amb múltiples antenes es proposa un nou esquema que combina la selecció del conjunt optim d'antenes transmissores amb la selecció de la codificació espai- (frequència-) temps. Finalment es donen una sèrie de recomanacions per tal de combinar totes dues línies d'investigació, així con un estat de l'art de les tècniques proposades per altres autors que combinen en part la gestió dels recursos ràdio i els esquemes de transmissió amb múltiples antenes.Uno de los aspectos claves en el diseño y gestión de las redes inalámbricas de banda ancha es el uso eficiente de los recursos radio. Desde el punto de vista del operador, el ancho de banda es un bien escaso y valioso que se debe explotar y gestionar de la forma más eficiente posible sin afectar a la calidad del servicio ofrecido. Por otro lado, desde el punto de vista del usuario, la calidad del servicio ha de ser comparable al ofrecido por las redes fijas, requiriendo así un bajo retardo y una baja tasa de perdida de paquetes para cada uno de los flujos de datos entre la red y el usuario. Durante los últimos años el número de técnicas y algoritmos que tratan de incrementar la eficiencia espectral en dichas redes es bastante amplio. Entre estas técnicas destaca el uso de múltiples antenas en el transmisor y en el receptor con el objetivo de poder transmitir simultáneamente diferentes flujos de datos sin necesidad de incrementar el ancho de banda. Por otro lado, la optimización conjunta de la capa de acceso al medio y la capa física (utilizando información de estado del canal para gestionar de manera óptima los recursos) también permite incrementar sensiblemente la eficiencia espectral del sistema.El objetivo de esta tesis es el estudio y desarrollo de nuevas técnicas de adaptación del enlace y la gestión de los recursos radio, y su posterior aplicación sobre los sistemas de acceso radio de próxima generación (Beyond 3G). Los estudios realizados parten de la premisa de que el transmisor conoce (parcialmente) el estado del canal a la vez que se considera que la transmisión se realiza sobre un sistema de transmisión multiportadora con múltiple antenas en el transmisor y el receptor. La tesis se centra sobre dos líneas de investigación, la primera para casos de una única antena en cada lado del enlace, y la segunda en caso de múltiples antenas en cada lado. Para el caso de una única antena en el transmisor y en el receptor, se ha desarrollado un nuevo esquema de asignación de los recursos radio así como de priorización de los paquetes de datos (scheduling) integrando ambas funciones sobre una misma entidad (cross-layer). El esquema propuesto tiene como principal característica su bajo coste computacional a la vez que se puede aplicar en caso de transmisiones multimedia. Posteriores mejoras realizadas por el autor sobre el esquema propuesto han permitido también reducir los requisitos de señalización así como combinar de forma óptima usuarios de alta y baja movilidad. Por otro lado, en caso de enlaces con múltiples antenas en transmisión y recepción, se presenta un nuevo esquema de adaptación en el cual se combina la selección de la(s) antena(s) transmisora(s) con la selección del esquema de codificación espacio-(frecuencia-) tiempo. Para finalizar, se dan una serie de recomendaciones con el objetivo de combinar ambas líneas de investigación, así como un estado del arte de las técnicas propuestas por otros autores que combinan en parte la gestión de los recursos radio y los esquemas de transmisión con múltiples antenas.In Broadband Wireless Access systems the efficient use of the resources is crucial from many points of views. From the operator point of view, the bandwidth is a scarce, valuable, and expensive resource which must be exploited in an efficient manner while the Quality of Service (QoS) provided to the users is guaranteed. On the other hand, a tight delay and link quality constraints are imposed on each data flow hence the user experiences the same quality as in fixed networks. During the last few years many techniques have been developed in order to increase the spectral efficiency and the throughput. Among them, the use of multiple antennas at the transmitter and the receiver (exploiting spatial multiplexing) with the joint optimization of the medium access control layer and the physical layer parameters.In this Ph.D. thesis, different adaptive techniques for B3G multicarrier wireless systems are developed and proposed focusing on the SS-MC-MA and the OFDM(A) (IEEE 802.16a/e/m standards) communication schemes. The research lines emphasize into the adaptation of the transmission having (Partial) knowledge of the Channel State Information for both; single antenna and multiple antenna links. For single antenna links, the implementation of a joint resource allocation and scheduling strategy by including adaptive modulation and coding is investigated. A low complexity resource allocation and scheduling algorithm is proposed with the objective to cope with real- and/or non-real- time requirements and constraints. A special attention is also devoted in reducing the required signalling. However, for multiple antenna links, the performance of a proposed adaptive transmit antenna selection scheme jointly with space-time block coding selection is investigated and compared with conventional structures. In this research line, mainly two optimizations criteria are proposed for spatial link adaptation, one based on the minimum error rate for fixed throughput, and the second focused on the maximisation of the rate for fixed error rate. Finally, some indications are given on how to include the spatial adaptation into the investigated and proposed resource allocation and scheduling process developed for single antenna transmission

Channel Estimation in Uplink of Long Term Evolution

Long Term Evolution is considered to be the fastest spreading communication standard in the world.To live up to the increasing demands of higher data rates day by day and higher multimedia services,the existing UMTS system was further upgraded to LTE.To meet their requirements novel technologies are employed in the downlink as well as uplink like Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) and Single Carrier- Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA).For the receiver to perform properly it should be able to recover athe transmittedadata accurately and this is done through channel estimation.Channel Estimation in LTE engages Coherent Detection where a prior knowledge of the channel is required,often known as Channel State Information (CSI).This thesis aims at studying the channel estimation methods used in LTE and evaluate their performance in various multipath models specified by ITU like Pedestrian and Vehicular.The most commonly used channel estimation algorithms are Least Squarea(LS) and Minimum MeanaSquare error (MMSE) algorithms.The performance of these estimators are evaluated in both uplink as well as Downlink in terms of the Bit Error Rate (BER).It was evaluated for OFDMA and then for SC-FDMA,further the performance was assessed in SC-FDMA at first without subcarrier Mapping and after that with subcarrier mapping schemes like Interleaved SC-FDMA (IFDMA) and Localized SC-FDMA (lFDMA).It was found from the results that the MMSE estimator performs better than the LS estimator in both the environments.And the IFDMA has a lower PAPR than LFDMA but LFDMA has a better BER performance

Non-Orthogonal Multiple Access for Hybrid VLC-RF Networks with Imperfect Channel State Information

The present contribution proposes a general framework for the energy efficiency analysis of a hybrid visible light communication (VLC) and Radio Frequency (RF) wireless system, in which both VLC and RF subsystems utilize nonorthogonal multiple access (NOMA) technology. The proposed framework is based on realistic communication scenarios as it takes into account the mobility of users, and assumes imperfect channel-state information (CSI). In this context, tractable closed-form expressions are derived for the corresponding average sum rate of NOMA-VLC and its orthogonal frequency division multiple access (OFDMA)-VLC counterparts. It is shown extensively that incurred CSI errors have a considerable impact on the average energy efficiency of both NOMA-VLC and OFDMAVLC systems and hence, they should not be neglected in practical designs and deployments. Interestingly, we further demonstrate that the average energy efficiency of the hybrid NOMA-VLCRF system outperforms NOMA-VLC system under imperfect CSI. Respective computer simulations corroborate the derived analytic results and interesting theoretical and practical insights are provided, which will be useful in the effective design and deployment of conventional VLC and hybrid VLC-RF systems

Implementação numa FPGA de técnicas MIMO para os futuros sistemas de transmissão wireless- (sistemas de 4G/LTE)

Mestrado em Engenharia Eletrónica e TelecomunicaçõesThis work alludes to 4G LTE technology. Techniques used for the same technology are described namely precoding and Alamouti coding and decoding. An Alamouti’s 4G system implemented to FPGA using the Xilinx System is introduced. The work also addresses the PAPR problem due to the reference pilots in the platform being generated all in phase. In this work a random pilot generator was implemented which combats the high peak power. In the receiver it was taken into account the new generation method to perform channel estimation correctly. A technique is discussed to increase the energy efficiency of the system based on PAPR reduction.O presente trabalho faz alusão à tecnologia 4G LTE. São descritas técnicas usadas na mesma tecnologia nomeadamente de precoding e codificação e descodificação Alamouti. É introduzido um sistema Alamouti 4G implementado para FPGAs usando o programa System Generator da Xilinx. O trabalho também aborda o problema do PAPR devido aos pilotos de referência na plataforma estarem sendo gerados todos em fase. Neste trabalho, um gerador aleatório de pilotos foi implementado que combate a potência de pico (PAPR). No receptor levou-se em conta o método desta nova geração para realizar a estimativa de canal corretamente