TU Darmstadt / ULB / tuprints

Blind Signature Waveform Estimation and Linear Multiuser Detection in Direct Sequence Code Division Multiple Access Systems

Zarifi, Keyvan :
Blind Signature Waveform Estimation and Linear Multiuser Detection in Direct Sequence Code Division Multiple Access Systems.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2007)

[img]
Preview
PDF
converted_simplified_thesis.pdf
Available under Simple publication rights for ULB.

Download (2812Kb) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Blind Signature Waveform Estimation and Linear Multiuser Detection in Direct Sequence Code Division Multiple Access Systems
Language: English
Abstract:

Direct-sequence code-division multiple-access (DS-CDMA) technology is a popular communication scheme adopted for the third generation (3G) wireless communication systems and beyond. Computationally efficient linear multiuser detection techniques can significantly improve the capacity of DS-CDMA systems by taking into account not only the signature of the user-of-interest but also those of the interfering users. However, as the spread spectrum DS-CDMA signals are usually subject to frequency-selective fading, a mismatch between the presumed and the actual user signatures is a typical challenge at the receiver side. As such signature mismatch may have a substantially detrimental effect on the performance of multiuser receivers, it is required to use an accurate signature estimation technique prior to the subsequent multiuser detection procedure. Among various signature estimation approaches, the bandwidth efficient blind algorithms that do not require transmission of any training symbols are of significant interest. This fact have motivated the topic of this thesis where advanced blind signature estimation and multiuser detection techniques for DS-CDMA systems are developed and studied. The first part of the thesis is devoted to blind signature estimation. We first develop a novel subspace-based signature estimation technique for binary phase shift keying (BPSK) transmitted signals in a white noise scenario. Unlike the earlier conventional signature estimation techniques, our method exploits the received signal jointly with its complex conjugate to substantially improve the estimation performance. We then analyze the performance of two well-known subspace-based estimation techniques developed for the case of unknown correlated noise. Finally, we propose a new signature estimation technique for this case that, unlike the latter two estimation algorithms, can be applied to an arbitrary signal constellation and enjoys much simpler implementation. The second part of the thesis is devoted to blind linear multiuser receivers. In this part of our work, we first develop a robust blind minimum mean-square error (MMSE) receiver that explicitly accounts for both the errors in the estimated signature and the sample data covariance matrix. Next, we analyze the signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) performance of the popular blind minimum output energy (MOE) receiver in large random DS-CDMA communication systems. The asymptotic properties of the Capon receiver and the blind Capon channel estimate are also studied in detail for both uplink and downlink scenarios. Our study of existing blind signature estimation and multiuser detection algorithms reveal some important properties of these techniques that have been missing in the literature. Moreover, our novel algorithms meet the requirements of the evolving communication network standards for highly reliable yet simple detection strategies. As such, we expect that our results will facilitate the application of blind multiuser detection to the future generations of DS-CDMA communication systems.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Direct-sequence code-division multiple-access (DS-CDMA) ist eine weit verbreitete Übertragungstechnik, die in drahtlosen Kommunikationssystemen der dritten Generation sowie darüber hinaus verwendet wird. Lineare Mehrbenutzerdetektionsverfahren mit geringem Rechenaufwand können die Kapazität von DS-CDMA Systemen wesentlich verbessern, indem nicht nur die Signatur des users-of-interest, sondern auch die der interferierenden Nutzer berücksichtigt wird. Da jedoch spreizspektrum DS-CDMA Signale meist durch frequenzselektives Fading gestört werden, stellt die Fehlanpassung zwischen angenommener und tatsächlicher Signatur des Benutzers empfängerseitig eine typische Herausforderung dar. Da Fehlanpassungen der Signatur die Performance des Mehrbenutzerempfängers erheblich verschlechtern können, werden vor der Mehrbenutzerdetektion gute Verfahren zur Signatur schätzung benötigt. Unter den verschiedenen Signaturschätzverfahren sind insbesondere die bandbreiteneffizienten blinden Algorithmen von besonderem Interesse, da sie keine Übertragung von Trainingssymbolen benötigen. Diese Tatsache führte zum Thema dieser Doktorarbeit, in der fortschrittliche blinde Signaturschätzverfahren und Mehrbenutzerdetektionstechniken für DS-CDMA Systeme entwickelt und analysiert werden. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der blinden Schätzung der Signatur. Wir entwickeln zuerst ein neuartiges Verfahren zur unterraumbasierten Schätzung der Signatur für binary phase shift keying (BPSK) Signale bei weißem Rauschen. Anders als die bekannten konventionellen Signaturschätzverfahren verwendet unser Algorithmus das empfangene Signal zusammen mit seinem komplex konjugierten, um die Performance der Schätzung wesentlich zu verbessern. Wir analysieren dann die Performance von zwei bekannten unterraumbasierten Schätzverfahren für den Fall von unbekanntem korrelierten Rauschen. Am Ende stellen wir dann eine neue Technik zur Signaturschätzung bei korreliertem Rauschen vor, die anders als die beiden vorherigen Schätzer bei beliebigen Signalkonstellationen verwendet und deutlich einfacher implementiert werden kann. Der zweite Teil dieser Doktorarbeit beschäftigt sich mit blinden linearen Mehrbenutzerempfängern. In diesem Abschnitt entwickeln wir zuerst einen robusten blinden minimum mean-square error (MMSE) Empfänger, der explizit sowohl Fehler bei der Schätzung der Signatur als auch die Kovarianzmatrix des Signals berücksichtigt. Als Nächstes analysieren wir die signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) Performance des weit verbreiteten blinden minimum output energy (MOE) Empfängers in großen zufälligen DS-CDMA Kommunikationssystemen. Außerdem werden die asymptotischen Eigenschaften des Capon Empfängers und des blinden Capon Kanalschätzers sowohl für das Uplink als auch für das Downlink Szenario im Detail untersucht. Unsere Untersuchung bekannter blinder Signaturschätzverfahren und Mehrbenutzerdetektionsalgorithmen zeigen einige wichtige Eigenschaften dieser Verfahren, die in der Literatur bisher fehlen. Außerdem genügen unsere neuen Algorithmen den Anforderungen der sich weiterentwickelnden Kommunikationssystemstandards für verlässliche und dennoch einfache Detektionsstrategien. Daher erwarten wir, dass unsere Ergebnisse die Anwendung blinder Mehrbenutzerdetektion in zukünftigen Generationen von DS-CDMA Kommunikationssystemen fördern werden.German
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 11:53
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000837
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-8375
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Sidiropoulos, Prof. Dr. Nikos D.
Advisors: Gershman, Prof. Dr. Alex B.
Refereed: 15 May 2007
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/837
Export:

Actions (login required)

View Item View Item