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Advanced algorithms for multi-antenna and multi-carrier communication systems

Rong, Yue :
Advanced algorithms for multi-antenna and multi-carrier communication systems.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2005)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Advanced algorithms for multi-antenna and multi-carrier communication systems
Language: English
Abstract:

In recent years, the demands for reliable high rate multimedia and data transmission in wireless communications have increased tremendously. Multi-antenna and multi-carrier communications provide both theoretically attractive and technically practical solutions to satisfy these requirements. This thesis aims at designing and studying advanced algorithms for Multi-antenna and multi-carrier communications. In the first part of the thesis, we propose bandwidth-efficient blind spatial signature estimation algorithms based on time-varying user power loading and parallel factor (PARAFAC) analysis. Compared with the earlier approaches, our algorithms do not require any knowledge of the propagation channel and/or sensor array manifold and are applicable to more general class of scenarios. In the second part of the thesis, blind multiuser separation-detection algorithms for direct-sequence code-division multiple access (DS-CDMA) systems based on the robust fitting of PARAFAC models are proposed. These algorithms provide an improved bandwidth efficiency and robustness against impulsive ambient noise as compared with the earlier approaches. The third part of the thesis is devoted to linear multiuser receivers for joint space-time decoding and interference rejection in multiple-input multiple-output (MIMO) systems that use orthogonal space-time block codes (OSTBCs) and erroneous channel state information (CSI). Using different approaches to model the CSI mismatch, robust linear receivers based on worst-case performance optimization and stochastic programming are proposed, respectively. The proposed receivers greatly enhance the robustness of the communication systems against CSI mismatches. The fourth part of the thesis focuses on the issue of channel fading mitigation for the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) communication systems. In particular, a new linear block precoding technique based on the maximization of the mean cutoff rate is developed. Compared with the earlier precoding techniques, our precoder provides better performance and requires less channel knowledge at the transmitter. Also, adaptive approaches for OFDM-based communication systems are studied in the case when the transmitter has only one bit of CSI per subcarrier obtained through a low-rate feedback. Optimal parameters for these adaptive algorithms are derived. Imperfections of the feedback channel are considered and their impact on the performance of the adaptive techniques is investigated.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In den letzten Jahren hat sich die Nachfrage in der drahtlosen Kommunikation nach zuverlässigen Multimedia- und Daten- Übertragungsverfahren mit hohen Transferraten extrem vergrößt. Der Einsatz von Vielfachantennen- und Mehrträger- Kommunikation stellt theoretisch attraktive und technisch praktische Lösungen zur Verfügung, um den Anforderungen gerecht zu werden. Diese Arbeit hat das Ziel, Algorithmen für Vielfachantennen- und Mehrträger- Kommunikation zu beschreiben und entwerfen. Im ersten Teil der Dissertation werden für räumliche Signaturschätzung bandbreiteneffiziente blinde Algorithmen beschrieben, die auf zeitvarianter Nutzer-Sendeleistung und paralleler Faktor-Analysis (PARAFAC) basieren. Verglichen mit früheren Verfahren, erfordern die Algorithmen keine Kenntnis des Ausbreitungskanals und/oder der Struktur des Sensor-Arrays. Des weiteren sind die Algorithmen in allgemeineren Szenarien als bereits bekannte Methoden einsetzbar. Im zweiten Teil, basierend auf der robusten Anpassung der PARAFAC-Modelle, werden blinde Mehrbenutzer-Detektionsalgorithmen für Direktsequenz-Codedivisions-Vielfachzugriff- (DS-CDMA) Systeme eingesetzt. Verglichen mit früheren Verfahren weisen die Algorithmen eine verbesserte Bandbreiteneffizienz und Robustheit gegenüber gepulstem Umgebungsrauschen auf. Der dritte Teil der Dissertation beschäftigt sich mit linearen Mehrbenutzerempfängern für die gemeinsame Raum-Zeit-Dekodierung und Interferenzunterdrückung in multiple-input multiple-output (MIMO) Systemen, die orthogonale Raum-Zeit-Blockcodes (OSTBCs) und fehlerhafte channel state information (CSI) verwenden. Mit unterschiedlichen CSI-Fehlanpassungs-Modellierungen werden robuste lineare Empfänger basierend auf worst-case Optimierung oder stochastic programming beschrieben. Dadurch wird die Robustheit der Kommunikationssysteme gegenüber CSI-Fehlanpassungen beträchtlich erhöht. Der vierte Teil der Dissertation konzentriert sich auf die Verringerung der Kanal-Fading-Effekte für orthogonale Frequenzaufteilungs-Vielfachzugriff- (OFDM) Systeme. Insbesondere wird ein neuer linearer block precoder entwickelt, der auf dem Kriterium der Maximierung der mean cutoff rate basiert. Verglichen mit vorherigen Precodertechniken bietet der Precoder eine größere Effizienz und erfordert weniger Kenntnis über den Übertragungskanal am Sender. Darüber hinaus werden adaptive Verfahren für OFDM-basierende Kommunikationssysteme untersucht, bei denen der Sender nur ein Bit CSI pro Unterträger zur Verfügung hat, das er durch eine Rückkopplung mit niedriger Datenrate erhalten hat. Optimale Parametereinstellungen werden für diese adaptiven Algorithmen abgeleitet. Unvollkommenheiten der Rückkopplung werden betrachtet und ihre Auswirkung auf die Leistung der adaptiven Techniken wird untersucht.German
Uncontrolled Keywords: MIMO, STBC
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
MIMO, STBCEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:51
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000627
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-6275
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Gershman, Prof. Dr. Alex B. and Haardt, Prof. Dr.- Martin
Advisors: Gershman, Prof. Dr. Alex B.
Refereed: 2 November 2005
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/627
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