Phase noise estimation for wireless communication systems

Abstract

Kablosuz haberleşme sistemlerinde, bilgi sembolleri kanalda iletilirken çeşitli bozucu etkileremaruz kalmaktadırlar. Kanalın sönümleme ve çok yollu iletim etkilerinin yanı sıra,iletilen semboller çeşitli gürültü etkileri tarafından önemli ölçüde bozunmaya uğramaktadır.Bu bozucu gürültülerinden en çok bilineni toplamsal beyaz Gauss gürültüsü olmakla beraber,sinyal iletimi sırasında genelde tek bozucu etki olarak değerlendirilmektedir. Fakat,bazı durumlarda faz gürültüsü gibi diğer bozucu etkiler aynı ölçüde ya da daha önemliolabilmektedir. Bu tezde, özellikle faz gürültüsü problemi üzerine çalışılmıştır.Faz gürültüsü, bir dalga şeklinin fazındaki ani, kısa süreli ve rastlantısal değişimininiteleyen bozucu etkidir. Faz gürültüsü etkisinin ortadan kaldırılması hata performansınıniyilişterilmesi adına oldukça önemlidir. Bu çalışmada beklenti enbüyüklemesi (ExpectationMaximization - EM) algoritması kullanılarak sürekli-değerli bir enformasyon kaynağıçıkışının sezimlenmesi ve çıkışı etkileyen bir faz gürültüsünün kestirimi problemi üzerindedurulmuştur. Faz gürültüsünün kestirimi için gerekli başlangıç faz gürültüsü değerleri pilotsimgelerden yararlanılarak kübik enterpolasyon yöntemiyle oluşturulmaktadır.Ayrıca, önerilen algoritma için bilgisayar benzetimleri yapılarak kaynak sezimleyicisi vefaz gürültüsü kestirimcisi için ortalama karesel hata (Mean Square Error - MSE) - sinyalgürültü oranı (Signal to Noise Ratio - SNR) başarımları algoritmanın her bir yinelemeadımı için sunulmuştur. Ayrıca, faz gürültüsü kestirimcisinin ortalama karesel hata - pilotaralığı başarım eğrileri çeşitli sinyal gürültü oranları için verilmiştir.

In wireless communication systems information symbols are transmitted through a communicationchannel which are affected many degradation factors. Besides fading and multipatheffect of channel, transmitted symbols are significantly suffered from various noiseeffects. Additive white Gaussian Noise (AWGN) is a well-known concept as noise which ismentioned above and usually considered as only degradation while the signal is transmitted.However, in certain circumstances, other degradation factors, for instance phase noise,could be equally or more important. In this thesis, it is focused on phase noise problemparticularly.Phase noise is rapidly time-varying and random disturbing effects on the phase of asignal waveform. Presence of phase noise is increased symbol errors for overall system.Therefore, this term must be eliminated in order to enhance the error performance. Inthis thesis, it is considered the problem of joint detection of continuous-valued informationsource output and estimation of a phase noise by using expectation maximization (EM)algorithm. In order to estimate phase noise, initial phase noise values are determined bycubic interpolation that utilizes pilot symbols.In addition, computer simulations are performed for the proposed algorithm and theaverage mean square error (MSE) - signal to noise ratio (SNR) performance of source detectorand phase noise estimator is presented for each iteration of the algorithm. Moreover,average MSE - pilot spacing performance curves of phase noise estimator are given forvarious SNR values.