Transient behavior of an adaptive synchronous CDMA receiver

A steepest descent algorithm is used to update the adaptive weights of a two-stage synchronous Code-Division Multiple-Access (CDMA) receiver that was proposed recently. An issue of the adaptive CDMA system - the convergence and stability property of the receiver is investigated in this thesis. This adaptive synchronous CDMA receiver uses a decorrelator at the first stage and adopts a neural network which acts as an interference canceler at the second stage. It can achieve near-optimum performance. Furthermore, its computational complexity is just a square function of the number of users. The only requirement is the knowledge of the users\u27 signature sequences. The analysis shows that the algorithm for the adaptive weights is convergent and straightforward in implementation. The guaranteed fast convergence of the receiver weights and the tractable theoretical analysis on it, as revealed in this thesis, make this adaptive receiver a promising approach for wireless communications

Asynchronous multiuser decorrelating detector for AWGN channel

Decorrelating detector is one of the sub-optimum detectors for CDMA applications that generally has better performance than the conventional detector and is near-far resistant. Synchronous decorrelating detector employing DPSK modulation is considered and its simulation results are presented. Attention is focussed on one-shot decorrelating detector for a two user case for asynchronous transmission, where each symbol interval is considered seperately. Initially the performance of the detector with exact estimation of the relative delay is analyzed and then the effect of inaccurate estimation on the probability of error is discussed

Permutation tests for nonparametric detection

In this paper, the authors provide a methodology to design nonparametric permutation tests and, in particular, nonparametric rank tests for applications in detection. In the first part of the paper, the authors develop the optimization theory of both permutation and rank tests in the Neyman?Pearson sense; in the second part of the paper, they carry out a comparative performance analysis of the permutation and rank tests (detectors) against the parametric ones in radar applications. First, a brief review of some contributions on nonparametric tests is realized. Then, the optimum permutation and rank tests are derived. Finally, a performance analysis is realized by Monte-Carlo simulations for the corresponding detectors, and the results are shown in curves of detection probability versus signal-to-noise rati

Investigation of target detection in noncoherent systems with colored noise

Design efforts concerning the problem of detecting moving ground targets from an airborne platform with a noncoherent radar have been concentrated in the area of video filter design. The filter formulation generally follows an empirical path with no generally acceptable criterion for an optimum processor. This Thesis considers several problem formulations which are based on a Neyman-Pearson detection criteria. A square-law second detector is assumed and the resulting likelihood ratio shown to be too complex for closed form solution. The problem is reformulated in terms of sequences using complex random variable representations and the likelihood ratio is investigated. A test statistic is derived and discussed in terms of a practical implementation. A suboptimum receiver is implemented in the video frequency region and compared with existing MTI processors by using computer simulation programs. A clutter rejection video filter shaped in accordance with the optimum receiver derivation is shown to have some advantage over conventional shaping with which it is compared --Abstract, page ii

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

Shuttle Ku-band signal design study

Carrier synchronization and data demodulation of Unbalanced Quadriphase Shift Keyed (UQPSK) Shuttle communications' signals by optimum and suboptimum methods are discussed. The problem of analyzing carrier reconstruction techniques for unbalanced QPSK signal formats is addressed. An evaluation of the demodulation approach of the Ku-Band Shuttle return link for UQPSK when the I-Q channel power ratio is large is carried out. The effects that Shuttle rocket motor plumes have on the RF communications are determined also. The effect of data asymmetry on bit error probability is discussed

Automatic detection of signals by using artificial intelligence techniques

Premio Extraordinario de Doctorado de la UAH en 2013Premio a la Mejor Tesis Doctoral en Seguridad y Defensa por el Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicación (COIT) y la Asociación Española de Ingenieros de Telecomunicación (AEIT) en 2013La detección automática de señales (blancos) en interferencia aditiva (clutter más ruido) es un problema no resuelto hoy en día. Muchos y diversos esquemas de detección son propuestos constantemente en revistas especializadas sobre temas de investigación radar y de procesado de señal. Esos esquemas son adaptados normalmente a la casuística del problema, es decir, a los blancos y al tipo de clutter presentes en esos experimentos. Es por ello que la tesis presentada a continuación busca proponer un esquema de detección que trabaje con altas prestaciones en distintos entornos. En esta tesis se pretende resolver dos tipos de problemas: uno centrado en la detección de blancos radar de tipo Swerling 0 en presencia de clutter sintético modelado con una distribución Weibull y ruido blanco Gaussiano; y otro centrado en la detección de barcos en movimiento a partir de imágenes radar provenientes de un radar marino comercial. Se ha comprobado que los datos reales están estadísticamente relacionados con los datos sintéticos simulados, lo cual permitirá proponer un único esquema de detección que trabaje en ambos casos. Teniendo en cuenta los problemas de detección planteados, se asumen varias premisas. Las imágenes radar generadas en entornos simulados tienen en cuenta una correlación temporal entre celdas consecutivas de la imagen y una distribución espacial constante de los parámetros estadísticos del clutter dentro de una misma imagen, pero variable de una imagen a otra. Dentro de este entorno simulado, se asumen distintos tamaños y formas de blanco. Estos entornos han sido simulados mediante el uso de los parámetros estadísticos del clutter descritos en la literatura. Comparando dichos entornos, se observa una gran disparidad en sus parámetros estadísticos, haciendo más difícil aún si cabe la tarea de proponer un detector radar que trabaje correctamente y con altas prestaciones en distintos entornos radar. Para resolver los problemas de detección planteados, se han considerado detectores radar utilizados habitualmente en la literatura. Así, se ha seleccionado como detector de referencia para el caso de trabajar con datos procedente de un radar coherente el detector de blanco conocido a priori (TSKAP: target sequence known a priori). Detectores basados en técnicas CFAR (constant false alarm rate) han sido elegidos para el caso de trabajar con datos procedentes de un radar incoherente. Por otro lado, se ha estudiado el uso de técnicas de inteligencia artificial (IA) para crear detectores que resuelvan los dos problemas de detección planteados. De las posibles técnicas de IA existentes en la literatura, se han elegido dos tipos de redes neuronales artificiales (RNAs): el perceptron multicapa (MLP: Multilayer perceptron) y las RNAs basadas en funciones de base radial (RBFNs: Radial basis function networks). Mediante este tipo de técnicas, se proponen nuevas estrategias de detección para los casos coherente e incoherente. Aparte de la contribución en el uso de técnicas de IA en temas de detección radar, se presenta otra contribución importante: el uso de nuevos modos de selección de celdas de una imagen para la mejora de las prestaciones del detector radar propuesto. Estos modos están basados en esquemas de selección con retardo (en una o dos dimensiones), dentro de los cuales se pueden elegir más celdas para poder realizar una mejor estimación de los parámetros del clutter que rodea al blanco. Además, el uso de estos modos de selección en dos dimensiones en detectores CFAR también puede ser considerado contribución ya que antes no se habían presentado resultados para los modos aquí propuestos. Los experimentos desarrollados consideran entornos simulados de mar, mar helado y tierra para el diseño y test de los detectores coherentes tomados como referencia y los basados en IA. En estos experimentos, se estudió la influencia de los siguientes parámetros durante el diseño de los detectores bajo estudio: las propiedades del clutter presente en las imágenes de los conjuntos de diseño (para entrenar RNAs y establecer el umbral de detección); los modos de selección; el número de celdas seleccionadas; así como el número de neuronas ocultas en las RNAs. A partir de estos estudios, se obtienen los valores de dichos parámetros, de tal forma que se obtienen altas prestaciones, mientras que se mantiene un coste computacional moderado en el detector propuesto. Una vez diseñados los detectores, éstos se testean utilizando un conjunto de datos de test no utilizado previamente. Este conjunto de test está compuesto por imágenes radar con distintas propiedades estadísticas para simular lo que ocurre en entornos reales. Las prestaciones observadas para este conjunto son ligeramente inferiores a los obtenidas en la etapa de diseño. Además, se observa que las prestaciones del detector para las distintas imágenes radar del con- junto, es decir, para distintos condiciones de clutter, presentan pequeñas variaciones. Esto nos indica un alto grado de robustez en los detectores cuando las condiciones de clutter cambian con el tiempo. Teniendo en cuenta estas pequeñas variaciones de las prestaciones del detector, podemos inferir que las mismas prestaciones presentadas aquí se pueden obtener cuando el detector diseñado procese nuevas imágenes radar en el futuro. Por otro lado, se han realizado estudios similares para el caso de detectores incoherentes en entornos simulados de mar, mar helado y tierra. De estos estudios, destacamos las diferencias que existen entre los resultados obtenidos por los detectores coherentes e incoherentes en entornos simulados de clutter de mar. La primera diferencia que se observa es que las prestaciones del detector incoherente son ligeramente menores que las obtenidas por el coherente, aspecto que era de esperar porque sólo considera la información de amplitud. La segunda diferencia observada es la alta reducción de coste computacional que se obtiene, siendo esto debido a que en estos detectores se utiliza menos información a la entrada. Los resultados obtenidos para los entornos simulados de mar helado y tierra no han sido incorporados en la memoria de la tesis porque tanto las prestaciones como el coste computacional obtenidos son similares a los obtenidos para el caso de entornos marinos. Finalmente, se han diseñado y testeado detectores incoherentes para trabajar con imágenes provenientes de un radar marino comercial situado en la plataforma de investigación alemana FINO-1, la cual se encuentra localizada en el mar del Norte (Alemania). Antes de proceder con el diseño de estos detectores, se comprobó que las medidas de clutter contenidas en las imágenes radar seguían una distribución Weibull, tal y como se asumió en el entorno simulado de mar. Acto seguido a esta comprobación, se procedió con el ajuste de los parámetros de cada uno de los detectores bajo estudio (CFAR y basados en técnicas de IA) para obtener las mejores prestaciones posibles, así como un coste computacional moderado. Una vez diseñados los detectores, se procedió a testearlos, llegando a las mismas conclusiones a las que se llegó para el caso sintético: alta robustez frente a cambios en las condiciones de diseño y baja pérdida de prestaciones cuando se procesan nuevas imágenes radar. También se muestra cual es el coste computacional de la configuración seleccionada en los casos de detectores incoherentes basados en MLPs y RBFNs, así como la velocidad de computo necesaria para poder procesar imágenes radar en tiempo real. A partir de estos resultados, se llega a la conclusión final de que como las unidades de procesado disponibles en el mercado permiten trabajar a las velocidades que necesita el sistema, el procesado en tiempo real está garantizado. A partir del análisis de las prestaciones obtenidas para los distintos casos de estudio abordados en la tesis, se llega a la siguiente conclusión general: los detectores basados en técnicas de IA mejoran las prestaciones obtenidas por los detectores de referencia seleccionados de la literatura en todos los casos de estudio presentados. Ésta conclusión se obtiene para radares que trabajan a distintas frecuencias, con distintas resoluciones y con receptores diferentes (coherentes e incoherentes). Además, esta conclusión también es independiente del entorno radar bajo estudio (mar, mar helado y tierra)