A Joint Optimization Criterion for Blind DS-CDMA Detection

This paper addresses the problem of the blind detection of a desired user in an asynchronous DS-CDMA communications system with multipath propagation channels. Starting from the inverse filter criterion introduced by Tugnait and Li in 2001, we propose to tackle the problem in the context of the blind signal extraction methods for ICA. In order to improve the performance of the detector, we present a criterion based on the joint optimization of several higher-order statistics of the outputs. An algorithm that optimizes the proposed criterion is described, and its improved performance and robustness with respect to the near-far problem are corroborated through simulations. Additionally, a simulation using measurements on a real software-radio platform at 5 GHz has also been performed.Ministerio de Ciencia y tecnología TEC2004-06451-C05-0

Performance Evaluation of Phase Optimized Spreading Codes in Non Linear DS-CDMA Receiver

Spread spectrum (SS) is a modulation technique in which the signal occupies a bandwidth much larger than the minimum necessary to send the information. A synchronized reception with the code at the receiver is used for despreading the information before data recovery. Bandspread is accomplished by means of a code which is independent of the data. Bandspreading code is pseudo-random, thus the spread signal resembles noise. The coded modulation characteristic of SS system uniquely qualifies it for navigation applications. Any signal used in ranging is subject to time/distance relations. A SS signal has advantage that its phase is easily resolvable. Direct-sequence (DS) form of modulation is mostly preferred over Frequency Hopping system (FH) as FH systems do not normally possess high resolution properties. Higher the chip rate, the better the measurement capability. The basic resolution is one code chip. Initially, some existing code families e.g. Gold, Kasami (large and smal..

Regular perturbation on the group-velocity dispersion parameter for nonlinear fibre-optical communications

Communication using the optical fibre channel can be challenging due to nonlinear effects that arise in the optical propagation. These effects represent physical processes that originate from light propagation in optical fibres. To obtain fundamental understandings of these processes, mathematical models are typically used. These models are based on approximations of the nonlinear Schr\uf6dinger equation, the differential equation that governs the propagation in an optical fibre. All available models in the literature are restricted to certain regimes of operation. Here, we present an approximate model for the nonlinear optical fibre channel in the weak-dispersion regime, in a noiseless scenario. The approximation is obtained by applying regular perturbation theory on the group-velocity dispersion parameter of the nonlinear Schr\uf6dinger equation. The proposed model is compared with three other models using the normalized square deviation metric and shown to be significantly more accurate for links with high nonlinearities and weak dispersion

Cooperative Communications with Partial Channel State Information in Mobile Radio Systems

Future 4G mobile radio cellular networks are considered OFDM-MIMO systems. Cooperative communication based on coordinated base stations is a very promising concept to perform inter-cell interference management. This thesis deals with the concept of cooperative communication from its information-theoretic background to its practical system design. The main focus is a practical design of the joint detection scheme in the uplink and the joint transmission scheme in the downlink with partial channel-state information (CSI), i.e., significant CSI and imperfect CSI.Zukünftige zellulare 4G-Mobilfunksysteme können als OFDM-MIMO-Systeme betrachtet werden. In solchen zukünftigen Mobilfunksystemen ist kooperative Kommunikation, basierend auf koordinierten Basisstationen, ein sehr vielversprechendes Konzept zum Interzellinterferenzmanagement. Die vorliegende Arbeit behandelt das Konzept der kooperativen Kommunikation vom informationstheoretischen Hintergrund bis hin zum praktischen Systemdesign. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt auf dem praktischen Design kooperativer Kommunikationssysteme mit partieller Kanalkenntnis

Transmission strategies for broadband wireless systems with MMSE turbo equalization

This monograph details efficient transmission strategies for single-carrier wireless broadband communication systems employing iterative (turbo) equalization. In particular, the first part focuses on the design and analysis of low complexity and robust MMSE-based turbo equalizers operating in the frequency domain. Accordingly, several novel receiver schemes are presented which improve the convergence properties and error performance over the existing turbo equalizers. The second part discusses concepts and algorithms that aim to increase the power and spectral efficiency of the communication system by efficiently exploiting the available resources at the transmitter side based upon the channel conditions. The challenging issue encountered in this context is how the transmission rate and power can be optimized, while a specific convergence constraint of the turbo equalizer is guaranteed.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Analyse von effizienten Übertragungs-konzepten für drahtlose, breitbandige Einträger-Kommunikationssysteme mit iterativer (Turbo-) Entzerrung und Kanaldekodierung. Dies beinhaltet einerseits die Entwicklung von empfängerseitigen Frequenzbereichs-entzerrern mit geringer Komplexität basierend auf dem Prinzip der Soft Interference Cancellation Minimum-Mean Squared-Error (SC-MMSE) Filterung und andererseits den Entwurf von senderseitigen Algorithmen, die durch Ausnutzung von Kanalzustandsinformationen die Bandbreiten- und Leistungseffizienz in Ein- und Mehrnutzersystemen mit Mehrfachantennen (sog. Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)) verbessern. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein allgemeiner Ansatz für Verfahren zur Turbo-Entzerrung nach dem Prinzip der linearen MMSE-Schätzung, der nichtlinearen MMSE-Schätzung sowie der kombinierten MMSE- und Maximum-a-Posteriori (MAP)-Schätzung vorgestellt. In diesem Zusammenhang werden zwei neue Empfängerkonzepte, die eine Steigerung der Leistungsfähigkeit und Verbesserung der Konvergenz in Bezug auf existierende SC-MMSE Turbo-Entzerrer in verschiedenen Kanalumgebungen erzielen, eingeführt. Der erste Empfänger - PDA SC-MMSE - stellt eine Kombination aus dem Probabilistic-Data-Association (PDA) Ansatz und dem bekannten SC-MMSE Entzerrer dar. Im Gegensatz zum SC-MMSE nutzt der PDA SC-MMSE eine interne Entscheidungsrückführung, so dass zur Unterdrückung von Interferenzen neben den a priori Informationen der Kanaldekodierung auch weiche Entscheidungen der vorherigen Detektions-schritte berücksichtigt werden. Durch die zusätzlich interne Entscheidungsrückführung erzielt der PDA SC-MMSE einen wesentlichen Gewinn an Performance in räumlich unkorrelierten MIMO-Kanälen gegenüber dem SC-MMSE, ohne dabei die Komplexität des Entzerrers wesentlich zu erhöhen. Der zweite Empfänger - hybrid SC-MMSE - bildet eine Verknüpfung von gruppenbasierter SC-MMSE Frequenzbereichsfilterung und MAP-Detektion. Dieser Empfänger besitzt eine skalierbare Berechnungskomplexität und weist eine hohe Robustheit gegenüber räumlichen Korrelationen in MIMO-Kanälen auf. Die numerischen Ergebnisse von Simulationen basierend auf Messungen mit einem Channel-Sounder in Mehrnutzerkanälen mit starken räumlichen Korrelationen zeigen eindrucksvoll die Überlegenheit des hybriden SC-MMSE-Ansatzes gegenüber dem konventionellen SC-MMSE-basiertem Empfänger. Im zweiten Teil wird der Einfluss von System- und Kanalmodellparametern auf die Konvergenzeigenschaften der vorgestellten iterativen Empfänger mit Hilfe sogenannter Korrelationsdiagramme untersucht. Durch semi-analytische Berechnungen der Entzerrer- und Kanaldecoder-Korrelationsfunktionen wird eine einfache Berechnungsvorschrift zur Vorhersage der Bitfehlerwahrscheinlichkeit von SC-MMSE und PDA SC-MMSE Turbo Entzerrern für MIMO-Fadingkanäle entwickelt. Des Weiteren werden zwei Fehlerschranken für die Ausfallwahrscheinlichkeit der Empfänger vorgestellt. Die semi-analytische Methode und die abgeleiteten Fehlerschranken ermöglichen eine aufwandsgeringe Abschätzung sowie Optimierung der Leistungsfähigkeit des iterativen Systems. Im dritten und abschließenden Teil werden Strategien zur Raten- und Leistungszuweisung in Kommunikationssystemen mit konventionellen iterativen SC-MMSE Empfängern untersucht. Zunächst wird das Problem der Maximierung der instantanen Summendatenrate unter der Berücksichtigung der Konvergenz des iterativen Empfängers für einen Zweinutzerkanal mit fester Leistungsallokation betrachtet. Mit Hilfe des Flächentheorems von Extrinsic-Information-Transfer (EXIT)-Funktionen wird eine obere Schranke für die erreichbare Ratenregion hergeleitet. Auf Grundlage dieser Schranke wird ein einfacher Algorithmus entwickelt, der für jeden Nutzer aus einer Menge von vorgegebenen Kanalcodes mit verschiedenen Codierraten denjenigen auswählt, der den instantanen Datendurchsatz des Mehrnutzersystems verbessert. Neben der instantanen Ratenzuweisung wird auch ein ausfallbasierter Ansatz zur Ratenzuweisung entwickelt. Hierbei erfolgt die Auswahl der Kanalcodes für die Nutzer unter Berücksichtigung der Einhaltung einer bestimmten Ausfallwahrscheinlichkeit (outage probability) des iterativen Empfängers. Des Weiteren wird ein neues Entwurfskriterium für irreguläre Faltungscodes hergeleitet, das die Ausfallwahrscheinlichkeit von Turbo SC-MMSE Systemen verringert und somit die Zuverlässigkeit der Datenübertragung erhöht. Eine Reihe von Simulationsergebnissen von Kapazitäts- und Durchsatzberechnungen werden vorgestellt, die die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Algorithmen und Optimierungsverfahren in Mehrnutzerkanälen belegen. Abschließend werden außerdem verschiedene Maßnahmen zur Minimierung der Sendeleistung in Einnutzersystemen mit senderseitiger Singular-Value-Decomposition (SVD)-basierter Vorcodierung untersucht. Es wird gezeigt, dass eine Methode, welche die Leistungspegel des Senders hinsichtlich der Bitfehlerrate des iterativen Empfängers optimiert, den konventionellen Verfahren zur Leistungszuweisung überlegen ist

Receiver design for nonlinearly distorted OFDM : signals applications in radio-over-fiber systems

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 201