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Interleaved Frequency-Division Multiple-Access

Broeck, Isabella de :
Interleaved Frequency-Division Multiple-Access.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2005)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Interleaved Frequency-Division Multiple-Access
Language: German
Abstract:

In dieser Arbeit wird Interleaved Frequency-Division Multiple-Access (IFDMA) vorgestellt, ein breitbandiges orthogonales Vielfachzugriffsverfahren, das sich besonders für den Einsatz in der Mobilkommunikation eignet. IFDMA besitzt entscheidende Vorteile gegenüber anderen breitbandigen Vielfachzugriffsverfahren für den Mobilfunk. Der Gewinn durch Frequenz-Diversity und die Vermeidung von Vielfachzugriffsinterferenzen sind die bedeutendsten Vorteile. Das Sendesignal wird mit mehreren Trägerfrequenzen übertragen, die äquidistant über die gesamte Bandbreite verteilt sind. Dadurch wird in frequenzselektiven Mobilfunkkanälen ein Gewinn durch Frequenz-Diversity erzielt. Zudem sind die Trägerfrequenzen der verschiedenen Nutzersignale zueinander orthogonal. Diese Orthogonalität bleibt auch bei der Übertragung über zeitdispersive Mobilfunkkanäle erhalten. Weitere Vorteile sind die kontinuierliche Übertragung mit konstanter Einhüllenden und die Vermeidung von ``worst-case''-Interferenzen aus Nachbarzellen. Zudem ist IFDMA sowohl für den Downlink, als auch für den Uplink einsetzbar. Ausführliche mathematische Darstellung und Untersuchung der Leistungsfähigkeit von IFDMA bilden den ersten Schwerpunkt der Arbeit. Die IFDMA-Übertragung über den Mobilfunkkanal wird durch Symbolinterferenzen beeinträchtigt. Deren Störeinflüsse können am Empfänger durch den Einsatz von Entzerrern deutlich reduziert werden. An bekannten Standardverfahren werden hierzu zum einen die optimale Maximum-Likelihood (ML) Detektion und zum anderen der suboptimale Decision-Feedback-Equalizer (DFE) untersucht. Simulationen zeigen, dass die IFDMA-Übertragung mit ML-Detektion eine bessere Leistungsfähigkeit als Multi-Carrier Code-Division Multiple-Access (MC-CDMA) mit vergleichbaren Parametern und ähnlicher Empfängerkomplexität aufweist. Neben den Standardverfahren zur Entzerrung wird ein neues Verfahren vorgestellt und ausführlich untersucht, das Kanalschätzung und Entzerrung gemeinsam ausführt. Bei dieser kombinierten Kanalschätzung und Entzerrung wird die durch eine Trainingssequenz ermittelte Kanalschätzung mit jedem nachfolgenden Empfangssymbol kontinuierlich angepasst. Hierzu wird die Tatsache ausgenutzt, dass jedes Empfangssymbol Information über den Kanal enthält. Mit diesem kombinierten Verfahren kann im Vergleich zur getrennten Kanalschätzung und Entzerrung die Leistungsfähigkeit des Übertragungssystems verbessert und/oder die Redundanz für die Kanalschätzung verkleinert und/oder die Entzerrerkomplexität reduziert werden. Dieses Verfahren kann nicht nur für IFDMA sondern ebenso bei anderen Systemen mit Symbolinterferenzen und ``a priori'' unbekannten Kanalparametern eingesetzt werden. Die kombinierte Kanalschätzung und Entzerrung stellt den zweiten Schwerpunkt dieser Arbeit dar und wird ausführlich mathematisch beschrieben sowie beispielhaft für das IFDMA-System untersucht.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In this thesis, Interleaved Frequency-Division Multiple-Access (IFDMA) - an orthogonal wideband multiple-access system - is introduced which is especially suitable for mobile radio applications. Compared to other wideband multiple-access systems, IFDMA shows some interesting advantages. The two most important advantages are the realization of frequency diversity and the avoidance of multiple-access interference. The IFDMA transmission signal of a single user utilizes a group of subcarriers for transmission which are equally distributed over the whole transmission bandwidth. Thus, frequency diversity is achieved with IFDMA in the case of a transmission over a frequency-selective mobile radio channel. Since each user applies another group of subcarriers for transmission, an orthogonal frequency-division multiple-access scheme is realized. Moreover, the orthogonality is maintained even for IFDMA transmission in a time-dispersive mobile radio channel. Additional advantages of IFDMA are continuous transmission, constant envelope transmission, applicability to both downlink and uplink, and avoidance of ``worst-case'' interference from neighboring cells in the case of a cellular mobile radio scenario. A detailed mathematical description as well as a profound performance investigation of IFDMA is one of the main contributions of this thesis. IFDMA for mobile radio applications is impaired by intersymbol interference. However, the performance loss due to intersymbol interference can be easily reduced by applying standard equalization techniques at the receiver, like Maximum Likelihood (ML) equalization or the suboptimum Decision Feedback Equalization (DFE). These both standard techniques are considered for equalization within IFDMA. Simulations show that IFDMA with ML equalization outperforms Multi-Carrier Code-Division Multiple-Access (MC-CDMA) with comparable parameter choice and receiver complexity. Besides these standard techniques, a new equalization scheme is proposed and investigated in detail which performs channel estimation and equalization jointly. Taking into account the currently received transmission symbol this joint channel estimation and equalization continuously adapts the channel estimation using the fact that each received transmission symbol carries information about the transmission channel. Joint channel estimation and equalization is capable of improving the performance of IFDMA and/or reducing the required redundancy for channel estimation and/or reducing the receiver complexity compared to the standard techniques where channel estimation and equalization is done separately. This new equalization scheme is not only applicable to IFDMA, but also to any other transmission system with intersymbol interference and ``a priori'' unknown channel parameters. Joint channel estimation and equalization forms the other main part of this thesis and is described in detail mathematically as well as investigated exemplarily for IFDMA.English
Uncontrolled Keywords: Interleaved Frequency-Division Multiple-Access, IFDMA, Frequenz-Diversity, Kombinierte Kanalschätzung und Entzerrung, Suboptimale Entzerrung, Maximum-Likelihood Detektion
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Interleaved Frequency-Division Multiple-Access, IFDMA, Frequenz-Diversity, Kombinierte Kanalschätzung und Entzerrung, Suboptimale Entzerrung, Maximum-Likelihood DetektionGerman
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:50
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000525
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-5251
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Zschunke, Prof. Dr.- Willmut and Bossert, Prof. Dr.- Martin
Advisors: Dorsch, Prof. Dr.- Bernhard
Refereed: 9 January 2004
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/525
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