Iterative channel estimation techniques for multiple input multiple output orthogonal frequency division multiplexing systems

Abstract

Dik frekans bölmeli çoğullama (DFBÇ), yüksek iletişim hızı ve frekans seçicikanallara karşı dayanıklılığı nedeniyle tercih edilen bir yöntemdir. Diğer taraftan,çok-girişli çok-çıkışlı (ÇGÇG) anten sistemleri, tek-girişli tek-çıkışlı (TGTÇ) kablosuzhaberleşme sistemleriyle karşılaştırıldığında kapasiteyi ve güvenilirliği arttırmayeteneğine sahiptir. Dolayısıyla, bu iki teknolojinin birleşmesi ile gelecek haberleşmesistemlerinin yüksek veri hızı ve kapasite gibi ihtiyaçları karşılanacaktır. Busistemlerde gönderilen verinin düzgün geri alınabilmesi için iyi bir kanal kestirimineihtiyaç duyulmaktadır. Bant genişliğinin verimli kullanılması ve hesaplamakarmaşıklığının düşürülmesi iyi bir kanal kestirimi için göz önünde bulundurulmasıgereken iki önemli kıstastır. Bu tezde, biz TGTÇ-DFBÇ sistemler ve ÇGÇG-DFBÇsistemlerde performansı arttırmak için bant genişliğini hesaplı kullanan, karmaşıklığıaz değişik kanal kestirim algoritmalarını araştırdık. İlk olarak, pilot semboller veBeklenti En Büyükleme algoritması ile kanal kestirimi teknikleri üzerine çalıştık vebunları performans açısından karşılaştırdık. Daha sonra bant genişliğini verimlikullanmak için bir DFBÇ çerçevesinde kullanılan pilot sembol sayısını düşürerekfarklı pilot yerleşimlerini karşılaştırdık. Bu pilot yerleşimlerine ait bit hata oranı vekanal kestirimi başarım sonuçlarını elde ettik. Sonraki aşamada DFBÇ sistemmodelinde karar verme bloğu ve kanal kestirim bloğu arasında bağlantı kurandöngülü kanal kestirim tekniğini önerdik ve bu önerdiğimiz tekniği performans vehesaplama karmaşıklığı açısından Beklenti En Büyükleme algoritmasıylakarşılaştırdık. Bu kanal kestirim tekniklerini ayrıca uzay-zaman blok kodlu (UZBK)-DFBÇ ve V-BLAST yapılı ÇGÇG-DFBÇ sistemlere de uyguladık. Son olarak VBLASTyapılı ÇGÇG-DFBÇ sistemler için kanal kestirimini ve sinyal seziminibirleşik olarak gerçekleştirdik ve kestirilen kanal katsayılarını Beklenti EnBüyükleme algoritması kullanarak düzeltmeye çalıştık.

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is well-known for itsefficient high speed transmission and robustness to frequency-selective fadingchannels. On the other hand, multiple-input multiple-output (MIMO) antennasystems have the ability to increase capacity and reliability of a wirelesscommunication system compared to single-input single-output (SISO) systems.Hence, the integration of the two technologies has the potential to meet the evergrowing demands of future communication systems. In these systems, channelestimation is very crucial to demodulate the data coherently. For a good channelestimation, spectral efficiency and lower computational complexity are two importantpoints to be considered. In this thesis, we explore different channel estimationtechniques in order to improve estimation performance by increasing the bandwidthefficiency and reducing the computational complexity for both SISO-OFDM andMIMO-OFDM systems. We first investigate pilot and Expectation-Maximization(EM)-based channel estimation techniques and compare their performances. Next, weexplore different pilot arrangements by reducing the number of pilot symbols in oneOFDM frame to improve bandwidth efficiency. We obtain the bit error rate and thechannel estimation performance for these pilot arrangements. Then, in order todecrase the computational complexity, we propose an iterative channel estimationtechnique, which establishes a link between the decision block and channel estimationblock using virtual subcarriers. We compare this proposed technique with EM-basedchannel estimation in terms of performance and complexity. These channelestimation techniques are also applied to STBC-OFDM and V-BLAST structuredMIMO-OFDM systems. Finally, we investigate a joint EM-based channel estimationand signal detection technique for V-BLAST OFDM system.