Interference suppression and parameter estimation in wireless communication systems over time-varing multipath fading channels

This dissertation focuses on providing solutions to two of the most important problems in wireless communication systems design, namely, 1) the interference suppression, and 2) the channel parameter estimation in wireless communication systems over time-varying multipath fading channels. We first study the interference suppression problem in various communication systems under a unified multirate transmultiplexer model. A state-space approach that achieves the optimal realizable equalization (suppression of inter-symbol interference) is proposed, where the Kalman filter is applied to obtain the minimum mean squared error estimate of the transmitted symbols. The properties of the optimal realizable equalizer are analyzed. Its relations with the conventional equalization methods are studied. We show that, although in general a Kalman filter has an infinite impulse response, the Kalman filter based decision-feedback equalizer (Kalman DFE) is a finite length filter. We also propose a novel successive interference cancellation (SIC) scheme to suppress the inter-channel interference encountered in multi-input multi-output systems. Based on spatial filtering theory, the SIC scheme is again converted to a Kalman filtering problem. Combining the Kalman DFE and the SIC scheme in series, the resultant two-stage receiver achieves optimal realizable interference suppression. Our results are the most general ever obtained, and can be applied to any linear channels that have a state-space realization, including time-invariant, time-varying, finite impulse response, and infinite impulse response channels. The second half of the dissertation devotes to the parameter estimation and tracking of single-input single-output time-varying multipath channels. We propose a novel method that can blindly estimate the channel second order statistics (SOS). We establish the channel SOS identifiability condition and propose novel precoder structures that guarantee the blind estimation of the channel SOS and achieve diversities. The estimated channel SOS can then be fit into a low order autoregressive (AR) model characterizing the time evolution of the channel impulse response. Based on this AR model, a new approach to time-varying multipath channel tracking is proposed

Processamento largamente linear aplicado ao problema de equalização de canal de comunicação digital

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.Esta tese aborda o desenvolvimento e a implementação de técnicas de processamento largamente linear (LL) aplicadas aos problemas de equalização treinada e equalização cega do canal de comunicação. O processamento largamente linear vem se mostrando uma técnica de grande interesse de pesquisa, pois, sob algumas condições, leva a um desempenho muito superior às técnicas lineares convencionais de equalização, predição, formatação de feixe entre outras aplicações, com custo computacional reduzido. Inicialmente, este documento apresenta a fundamentação teórica do processamento largamente linear onde revisamos os conceitos de sinal impróprio, ruído duplamente branco, circularidade e outros. Em seguida, com base nestes conceitos, apresentamos exemplos de sinais reais e complexos que são não-circulares onde o processamento largamente linear pode, portanto, ser aplicado vantajosamente. Investigamos as propriedades dos equalizadores largamente lineares cujo desempenho é superior ao dos equalizadores lineares, tanto em relação à complexidade computacional quanto à compensação dos efeitos do canal. Nesse estudo, incluímos o cálculo do atraso ótimo de equalização e aliamos a técnica multi-split aos equalizadores largamente lineares com o objetivo de obter uma maior taxa de convergência e um menor erro de convergência sem elevar muito o custo computacional. Um dos principais resultados obtidos é o desenvolvimento de um novo equalizador cego baseado em um filtro de erro de predição largamente linear (FEPLL). Este novo equalizador, em contraste com a equalização usando um filtro de erro de predição linear (FEPL), é capaz de equalizar canais de fase não-mínima, inclusive aqueles com nulos espectrais. Adaptamos os algoritmos LMS (com passo fixo ou variável) e RLS para o uso com este equalizador LL. Usando um conjunto de FEPLL obtivemos uma solução de equalização cega mais robusta e de melhor desempenho que a conseguida por um único FEPLL. Parte do trabalho teórico desenvolvido (equalizador largamente linear e FEPLL de passo fixo) foi implementado em FPGA. Todas as propostas desta tese foram validadas por meio de simulações de Monte Carlo