La mayor parte de los sistemas de comunicaciones requieren el conocimiento previo del canal, el cual se suele estimar a partir de una secuencia de entrenamiento. Sin embargo, la transmisión de símbolos piloto se traduce en una reducción de la eficiencia espectral del sistema, lo que imposibilita que se alcancen los límites predichos por la Teoría de la Información. Este problema ha motivado el desarrollo de un gran número de técnicas para la estima e igualación ciega de canal, es decir, para la obtención del canal o la fuente sin necesidad de transmitir una señal de entrenamiento. Normalmente, estas técnicas se basan en el conocimiento previo de ciertas características de la señal, tales como su pertenencia a un alfabeto finito, o sus estadísticos de orden superior. Sin embargo, en el caso de sistemas de múltiples entradas y salidas (MIMO), se ha demostrado que los estadísticos de segundo orden de las observaciones proporcionan la información suficiente para resolver el problema ciego.El objetivo de esta Tesis consiste en la obtención de nuevas técnicas para la estima e igualación ciega de canales MIMO, tanto en sistemas con redundancia espacial, como en casos más generales en los que las fuentes no presentan ningún tipo particular de estructura. De manera general, los métodos propuestos se basan en los estadísticos de segundo orden de las observaciones. Sin embargo, las técnicas se presentan desde un punto de vista determinista, es decir, los algoritmos propuestos explotan directamente la estructura de las matrices de datos, lo que permite obtener resultados más precisos cuando se dispone de un número reducido de observaciones. Adicionalmente, la reformulación de los criterios propuestos como problemas clásicos del análisis estadístico de señales, ha permitido la obtención de algoritmos adaptativos eficientes para la estima e igualación de canales MIMO. En primer lugar se aborda el caso de sistemas sin redundancia. Más concretamente, se analiza el problema de igualación ciega de canales MIMO selectivos en frecuencia, el cual se reformula como un conjunto de problemas de análisis de correlaciones canónicas (CCA). La solución de los problemas CCA se puede obtener de manera directa mediante un problema de autovalores generalizado. Además, en esta Tesis se presenta un algoritmo adaptativo basado en la reformulación de CCA como un conjunto de problemas de regresión lineal acoplados. De esta manera, se obtienen nuevos algoritmos bloque y adaptativos para la igualación ciega de canales MIMO de una manera sencilla. Finalmente, el método propuesto se basa, como muchas otras técnicas ciegas, en el conocimiento a priori del orden del canal, lo que constituye un problema casi tan complicado como el de la estima o igualación ciega. Así, en el caso de canales de una entrada y varias salidas (SIMO), la combinación de la técnica propuesta con otros métodos para la estima ciega del canal permite obtener un nuevo criterio para extracción del orden de este tipo de canalesEn segundo lugar se considera el problema de estima ciega de canal en sistemas con algún tipo de redundancia o estructura espacial, con especial interés en el caso de sistemas con codificación espacio-temporal por bloques (STBC). Específicamente, se propone una nueva técnica para la estima ciega del canal, cuya complejidad se reduce a la extracción del autovector principal de una matriz de correlación modificada. El principal problema asociado a este tipo de sistemas viene dado por la existencia de ciertas ambigüedades a la hora de estimar el canal. En esta Tesis se plantea el problema de identificabilidad de una manera general, y en el caso de códigos ortogonales (OSTBCs) se presentan varios nuevos teoremas que aseguran la identificabilidad del canal en un gran número de casos. Adicionalmente, se proponen varias técnicas para la resolución de las ambigüedades, tanto en el caso OSTBC como para códigos más generales. En concreto, se introduce el concepto de diversidad de código, que consiste en la combinación de varios códigos STBC. Esta técnica permite resolver las indeterminaciones asociadas a un gran número de problemas, y en su versión más sencilla se reduce a una precodificación no redundante consistente en una simple rotación o permutación de las antenas transmisoras.En definitiva, en esta Tesis se abordan los problemas de estima e igualación ciega de canal en sistemas MIMO, y se presentan varias técnicas ciegas, cuyas prestaciones se evalúan mediante un gran número de ejemplos de simulación. / The majority of communication systems need the previous knowledge of the channel, which is usually estimated by means of a training sequence. However, the transmission of pilot symbols provokes a reduction in bandwidth efficiency, which precludes the system from reaching the limits predicted by the Information Theory. This problem has motivated the development of a large number of blind channel estimation and equalization techniques, which are able to obtain the channel or the source without the need of transmitting a training signal. Usually, these techniques are based on the previous knowledge of certain properties of the signal, such as its belonging to a finite alphabet, or its higher-order statistics. However, in the case of multiple-input multiple-output (MIMO) systems, it has been proven that the second order statistics of the observations provide the sufficient information for solving the blind problem.The aim of this Thesis is the development of new blind MIMO channel estimation and equalization techniques, both in systems with spatial redundancy, and in more general cases where the sources do not have any particular spatial structure. In general, the proposed methods are based on the second order statistics of the observations. However, the techniques are presented from a deterministic point of view, i.e., the proposed algorithms directly exploit the structure of the data matrices, which allows us to obtain more accurate results when only a reduced number of observations is available. Additionally, the reformulation of the proposed criteria as classical statistical signal processing problems is exploited to obtain efficient adaptive algorithms for MIMO channel estimation and equalization.Firstly, we consider the case of systems without spatial redundancy. Specifically, we analyze the problem of blind equalization of frequency selective MIMO channels, which is reformulated as a set of canonical correlation analysis (CCA) problems. The solution of the CCA problems can be obtained by means of a generalized eigenvalue problem. In this Thesis, we present a new adaptive algorithm based on the reformulation of CCA as a set of coupled linear regression problems. Therefore, new batch and adaptive algorithms for blind MIMO channel equalization are easily obtained. Finally, the proposed method, as well as many other blind techniques, is based on the previous knowledge of the channel order, which is a problem nearly as complicated as the blind channel estimation or equalization. Thus, in the case of single-input multiple-output (SIMO) channels, the combination of the proposed technique with other blind channel estimation methods provides a new criterion for the order extraction of this class of channels.Secondly, we consider the problem of blind channel estimation in systems with some kind of redundancy or spatial structure, with special interest in space-time block coded (STBC) systems. Specifically, a new blind channel estimation technique is proposed, whose computational complexity reduces to the extraction of the principal eigenvector of a modified correlation matrix. The main problem in these cases is due to the existence of certain ambiguities associated to the blind channel estimation problem. In this Thesis the general identifiability problem is formulated and, in the case of orthogonal codes (OSTBCs), we present several new theorems which ensure the channel identifiability in a large number of cases. Additionally, several techniques for the resolution of the ambiguities are proposed, both in the OSTBC case as well as for more general codes. In particular, we introduce the concept of code diversity, which consists in the combination of several STBCs. This technique avoids the ambiguities associated to a large number of problems, and in its simplest version it reduces to a non-redundant precoding consisting of a single rotation or permutation of the transmit antennas.In summary, in this Thesis the blind MIMO channel estimation and equalization problems are analyzed, and several blind techniques are presented, whose performance is evaluated by means of a large number of simulation examples.

In wireless communications, knowledge of the channel coefficients is required for coherent demodulation. In this thesis, a blind channel estimation method based on the Lloyd-Max algorithm is proposed for single-tap fading channels. The algorithm estimates the constellation points for the received signal using an iterative least squares approach. The algorithm is investigated for fast-frequency hopping systems with small block lengths and operating under partial-band and partial-time jamming for both detecting the jammer and estimating the channel. The performance of the Lloyd-Max channel estimation algorithm is compared to the performance of pilot-based channel estimation algorithms which also use the least squares approach and non-coherent demodulation and decoding.

The system capacity of the direct-sequence code division multiple access (DS-CDMA) system is limited mainly due to the multiple access interference (MAI), this is basically due to the incomplete orthogonality of spreading codes between different users. In wireless communication environments, the use of DS-CDMA system over multipath channels will introduce the effect of inter-symbol interference (ISI), thus the system performance might degrade, dramatically. To circumvent the above-mentioned problems many adaptive multiuser detectors are proposed, such as the minimum mean square error (MMSE) criteria subject to certain constraints. Unfortunately, with the MMSE receiver it requires an extra training sequence, which decreases the spectral efficiency. To increase the spectral efficiency, the blind adaptive receivers are adopted. In the conventional approach the blind adaptive receiver is developed based on the linear constrained minimum variance (LCMV) criteria, which can be viewed as the constrained version of the minimum output energy (MOE) criteria. Other alternative of designing the blind adaptive receiver is to use the linear constrained constant modulus (LCCM) criteria. In general, the LCCM receiver could achieve better robustness due to the changing environment of channel. With the above-mentioned adaptive linearly constrained multi-user receivers, we are able to reduce the effects of ISI and MAI and achieve desired system performance. However, for worse communication link, the conventional adaptive multi-user detector might not achieve desired performance and suppress interference effectively. In this thesis, we consider a new approach, in which the pre-coder similar to the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems is introduced in the transmitter of the DS-CDMA system. In the receiver, by using the characteristics of pre-coder we could remove the effect of ISI, effectively, and follows by the adaptive multi-user detector to suppress the MAI. Two most common use pre-coders of the OFDM systems are the Cyclic Prefix (CP) or Zero Padding (ZP). Thus the pre-coded DS-CDMA systems associated with the adaptive blind linearly constrained receiver could be employed to further improve the system performance with the cost of decreasing the spectral efficiency.

Laboratoire I3S/CNRS / Os sistemas de telecomunicaÃÃes atuais oferecem servios que demandam taxas de transmissÃo muito elevadas. O problema da identificaÃÃo de canal aparece nesse contexto com um problema da maior importÃncia. O uso de tÃcnicas cegas tem sido de grande interesse na busca por um melhor compromisso entre uma taxas binÃria adequada e a qualidade da informaÃÃo recuperada. Apoiando-se em propriedades especiais dos cumulantes de 4a ordem dos sinais à saÃda do canal, esta tese introduz novas ferramentas de processamento de sinais com aplicaÃÃes em sistemas de comunicaÃÃo rÃdio-mÃveis. Explorando a estrutura simÃtrica dos cumulantes de saÃda, o problema da identificaÃÃo cega de canais à abordado a partir de um modelo multilinear do tensor de cumulantes 4a ordem, baseado em uma decomposiÃÃo em fatores paralelos (Parafac). No caso SISO, os componentes do novo modelo tensorial apresentam uma estrutura Hankel. No caso de canais MIMO sem memÃria, a redundÃncia dos fatores tensoriais à explorada na estimaÃÃo dos coeficientes dos canal. Neste contexto, novos algoritmos de identificaÃÃo cega de canais sÃo desenvolvidos nesta tese com base em um problema de otimizaÃÃo de mÃnimos quadrados de passo Ãnico (SS-LS). Os mÃtodos propostos exploram plenamente a estrutura multilinear do tensor de cumulantes bem como suas simetrias e redundÃncias, evitando assim qualquer forma de prÃ-processamento. Com efeito, a abordagem SS-LS induz uma soluÃÃo baseada em um Ãnico procedimento de minimizaÃÃo, sem etapas intermediÃrias, contrariamente ao que ocorre na maior parte dos mÃtodos existentes na literatura. Utilizando apenas os cumulantes de ordem 4 e explorando o conceito de Arranjo Virtual, trata-se tambÃm o problema da localizaÃÃo de fontes, num contexto multiusuÃrio. Uma contribuÃÃo original consiste em aumentar o nÃmero de sensores virtuais com base em uma decomposiÃÃo particular do tensor de cumulantes, melhorando assim a resoluÃÃo do arranjo, cuja estrutura à tipicamente obtida quando se usa estatÃsticas de ordem 6. Considera-se ainda a estimaÃÃo dos parÃmetros fÃsicos de um canal de comunicaÃÃo MIMO com muti-percursos. AtravÃs de uma abordagem completamente cega, o canal multi-percurso à primeiramente tratado como um modelo convolutivo e uma nova tÃcnica à proposta para estimar seus coeficientes. Esta tÃcnica nÃo-paramÃtrica generaliza os mÃtodos previamente propostos para os casos SISO e MIMO (sem memÃria). Fazendo uso de um formalismo tensorial para representar o canal de multi-percursos MIMO, seus parÃmetros fÃsicos podem ser obtidos atravÃs de uma tÃcnica combinada de tipo ALS-MUSIC, baseada em um algoritmo de subespaÃo. Por fim, serà considerado o problema da determinaÃÃo de ordem de canais FIR, particularmente no caso de sistemas MISO. Um procedimento completo à introduzido para a detecÃÃo e estimaÃÃo de canais de comunicaÃÃo MISO seletivos em freqÃÃncia. O novo algoritmo, baseado em uma abordagem de deflaÃÃo, detecta sucessivamente cada fonte de sinal, determina a ordem de seu canal de transmissÃo individual e estima os coeficientes associados. / Les systÃmes de tÃlÃcommunications modernes exigent des dÃbits de transmission trÃs ÃlevÃs. Dans ce cadre, le problÃme dâidentification de canaux est un enjeu majeur. Lâutilisation de techniques aveugles est dâun grand intÃrÃt pour avoir le meilleur compromis entre un taux binaire adÃquat et la qualità de lâinformation rÃcupÃrÃe. En utilisant les propriÃtÃs des cumulants dâordre 4 des signaux de sortie du canal, cette thÃse introduit de nouvelles mÃthodes de traitement du signal tensoriel avec des applications pour les systÃmes de communication radio-mobiles. En utilisant la structure symÃtrique des cumulants de sortie, nous traitons le problÃme de lâidentification aveugle de canaux en introduisant un mod`ele multilinÃaire pour le tenseur des cumulants dâordre 4, basà sur une dÃcomposition de type Parafac. Dans le cas SISO, les composantes du modÃle tensoriel ont une structure de Hankel. Dans le cas de canaux MIMO instantanÃs, la redondance des facteurs tensoriels est exploitÃe pour lâestimation des coefficients du canal. Dans ce contexte, nous dÃveloppons des algorithmes dâidentification aveugle basÃs sur une minimisation de type moindres carrÃs à pas unique (SS-LS). Les mÃthodes proposÃes exploitent la structure multilinÃaire du tenseur de cumulants aussi bien que les relations de symÃtrie et de redondance, ce qui permet dâÃviter toute sorte de traitement au prÃalable. En effet, lâapproche SS-LS induit une solution basÃe sur une seule et unique procÃdure dâoptimisation, sans les Ãtapes intermÃdiaires requises par la majorità des mÃthodes existant dans la littÃrature. En exploitant seulement les cumulants dâordre 4 et le concept de rÃseau virtuel, nous abordons aussi le problÃme de la localisation de sources dans le cadre dâun rÃseau dâantennes multiutilisateur. Une contribution originale consiste à augmenter le nombre de capteurs virtuels en exploitant un arrangement particulier du tenseur de cumulants, de maniÃre à amÃliorer la rÃsolution du rÃseau, dont la structure Ãquivaut à celle qui est typiquement issue de lâutilisation des statistiques dâordre 6. Nous traitons par ailleurs le problÃme de lâestimation des paramÃtres physiques dâun canal de communication de type MIMO à trajets multiples. Dans un premier temps, nous considÂerons le canal à trajets multiples comme un modÃle MIMO convolutif et proposons une nouvelle technique dâestimation des coefficients. Cette technique non-paramÃtrique gÃnÃralise les mÃthodes proposÃes dans les chapitres prÃcÃdents pour les cas SISO et MIMO instantanÃ. En reprÃsentant le canal multi-trajet à lâaide dâun formalisme tensoriel, les paramÃtres physiques sont obtenus en utilisant une technique combinÃe de type ALS-MUSIC, basÃe sur un algorithme de sous-espaces. Enfin, nous considÃrons le problÃme de la dÂetermination dâordre de canaux de type RIF, dans le contexte des systÃmes MISO. Nous introduisons une procÃdure complÃte qui combine la dÃtection des signaux avec lâestimation des canaux de communication MISO sÃlectifs en frÃquence. Ce nouvel algorithme, basà sur une technique de dÃflation, est capable de dÃtecter successivement les sources, de dÃterminer lâordre de chaque canal de transmission et dâestimer les coefficients associÂes.