VIGELIS, R. F. Estratégias de estimação para canais variantes no tempo em sistemas OFDM. 2006. 100 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-05T12:33:35Z No. of bitstreams: 1 2006_dis_rfvigelis.pdf: 1183326 bytes, checksum: fd832c69a9a0562fe9f20f4707c90f94 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-04-06T17:57:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_dis_rfvigelis.pdf: 1183326 bytes, checksum: fd832c69a9a0562fe9f20f4707c90f94 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-06T17:57:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_dis_rfvigelis.pdf: 1183326 bytes, checksum: fd832c69a9a0562fe9f20f4707c90f94 (MD5) Previous issue date: 2006-08-31 / This dissertation deals with the estimation of time-selective fading channels in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) coding systems. We considered that the channel obeys the WSS-US (Wide Sense Stationary–Uncorrelated Scattering) model, with an integral number of multi-paths. In presence of time-selective fading, we showed that the sub-carriers are the DFT (Discrete Fourier Transform) of the average of Nc channel samples in time-domain, where Nc is the number of employed sub-carriers. Under the assumption that the channel obeys the TDL (Tapped Delay Line) model, and the transmitted symbols at each sub-carrier have the same power, we also showed that the channel power is divided between the sub-carrier and ICI (Inter-Carrier Interference) power. For a grid placement of the pilot sub-carriers, we derived a MMSE (Minimum Mean Square Error) estimator that is able to exploit both time and frequency correlations. Supposing the sub-carrier correlations can be separated as the product between the time and frequency correlations, the filtering structure of the IIR (Infinite Impulse Response) estimator can be separated as the estimation at the pilot positions and the interpolation over time and frequency domain. Just taking into account that the maximum Doppler frequency and the channel and sub-carrier power are known at the receiver, we proposed a robust estimator that does not require the estimation of channel correlations and noise variance. We considered an adaptive estimator derived from the filtering structure obtained in the MMSE estimator. The filtering section that exploits the frequency-domain channel correlations is estimated by the LORAF (Low-Rank Adaptive Filter ) and OPAST(Orthogonal Projection Approximation Subspace Tracking) algorithms. The filters that exploits the time-domain channel correlations are estimated adaptively by an algorithm based on QR decomposition, which supports a fast version, whose computational complexity has the order of the filter length. All the analyzed and proposed estimation techniques are compared by computer simulation. / Nesta dissertação é abordado o problema de estimação de canais variantes no tempo em sistemas de modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Foi escolhido o modelo de canal WSS-US (Wide Sense Stationary–Uncorrelated Scattering) com um número de percursos bem definido. Mostrou-se que, quando o canal é seletivo no tempo, as sub-portadoras consistem na DFT (Discrete Fourier Transform) da média conjunta de Nc amostras do canal no tempo, em que Nc é o número de sub-portadoras empregadas. Com a suposição de que o canal obedece o modelo TDL (Tapped Delay Line) e os símbolos de cada sub-portadora têm mesma potência, também foi mostrado que a potência do canal se divide entre a potência da sub-portadora e a potência da ICI (Inter-Carrier Interference). Para uma disposição em grid das sub-portadoras piloto, é derivado um estimador MMSE (Minimum Mean Square Error) que explora as correlações do canal tanto no tempo como na freqüência. Da suposição de que as correlações das sub-portadoras podem ser separadas como o produto entre as correlações do canal no tempo e na freqüência, obtêve-se que a estrutura de filtragem do estimador IIR (Infinite Impulse Response) pode ser separada entre as estimativas somente sobre as sub-portadoras piloto e o processo de interpolação, seja no tempo como na freqüência. É proposto um estimador robusto, que não requer as estimativas das correlações do canal e a variância do ruído, apenas considerando que a freqüência Doppler máxima, a potência do canal e a potência das sub portadoras são conhecidas. Também foi considerado um estimador adaptativo derivado a partir da estrutura de filtragem do estimador MMSE. A seção do filtro que explora as correlações do canal na freqüência é estimada pelos algoritmos LORAF (Low-Rank Adaptive Filter ) e OPAST (Orthogonal Projection Approximation Subspace Tracking). Já os filtros que exploram as correlações temporais do canal são estimados adaptativamente por meio de um algoritmo baseado em decomposição QR, que suporta uma versão rápida de complexidade computacional da ordem do comprimento filtro empregado. Todas as técnicas de estimação analisadas ou propostas são comparadas utilizando simulação em computador.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / This dissertation deals with the estimation of time-selective fading channels in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) coding systems. We considered that the channel obeys the WSS-US (Wide Sense StationaryâUncorrelated Scattering) model, with an integral number of multi-paths. In presence of time-selective fading, we showed that the sub-carriers are the DFT (Discrete Fourier Transform) of the average of Nc channel samples in time-domain, where Nc is the number of employed sub-carriers. Under the assumption that the channel obeys the TDL (Tapped Delay Line) model, and the transmitted symbols at each sub-carrier have the same power, we also showed that the channel power is divided between the sub-carrier and ICI (Inter-Carrier Interference) power. For a grid placement of the pilot sub-carriers, we derived a MMSE (Minimum Mean Square Error) estimator that is able to exploit both time and frequency correlations. Supposing the sub-carrier correlations can be separated as the product between the time and frequency correlations, the filtering structure of the IIR (Infinite Impulse Response) estimator can be separated as the estimation at the pilot positions and the interpolation over time and frequency domain. Just taking into account that the maximum Doppler frequency and the channel and sub-carrier power are known at the receiver, we proposed a robust estimator that does not require the estimation of channel correlations and noise variance. We considered an adaptive estimator derived from the filtering structure obtained in the MMSE estimator. The filtering section that exploits the frequency-domain channel correlations is estimated by the LORAF (Low-Rank Adaptive Filter ) and OPAST(Orthogonal Projection Approximation Subspace Tracking) algorithms. The filters that exploits the time-domain channel correlations are estimated adaptively by an algorithm based on QR decomposition, which supports a fast version, whose computational complexity has the order of the filter length. All the analyzed and proposed estimation techniques are compared by computer simulation. / Nesta dissertaÃÃo à abordado o problema de estimaÃÃo de canais variantes no tempo em sistemas de modulaÃÃo OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Foi escolhido o modelo de canal WSS-US (Wide Sense StationaryâUncorrelated Scattering) com um nÃmero de percursos bem definido. Mostrou-se que, quando o canal à seletivo no tempo, as sub-portadoras consistem na DFT (Discrete Fourier Transform) da mÃdia conjunta de Nc amostras do canal no tempo, em que Nc à o nÃmero de sub-portadoras empregadas. Com a suposiÃÃo de que o canal obedece o modelo TDL (Tapped Delay Line) e os sÃmbolos de cada sub-portadora tÃm mesma potÃncia, tambÃm foi mostrado que a potÃncia do canal se divide entre a potÃncia da sub-portadora e a potÃncia da ICI (Inter-Carrier Interference). Para uma disposiÃÃo em grid das sub-portadoras piloto, à derivado um estimador MMSE (Minimum Mean Square Error) que explora as correlaÃÃes do canal tanto no tempo como na freqÃÃncia. Da suposiÃÃo de que as correlaÃÃes das sub-portadoras podem ser separadas como o produto entre as correlaÃÃes do canal no tempo e na freqÃÃncia, obtÃve-se que a estrutura de filtragem do estimador IIR (Infinite Impulse Response) pode ser separada entre as estimativas somente sobre as sub-portadoras piloto e o processo de interpolaÃÃo, seja no tempo como na freqÃÃncia. à proposto um estimador robusto, que nÃo requer as estimativas das correlaÃÃes do canal e a variÃncia do ruÃdo, apenas considerando que a freqÃÃncia Doppler mÃxima, a potÃncia do canal e a potÃncia das sub portadoras sÃo conhecidas. TambÃm foi considerado um estimador adaptativo derivado a partir da estrutura de filtragem do estimador MMSE. A seÃÃo do filtro que explora as correlaÃÃes do canal na freqÃÃncia à estimada pelos algoritmos LORAF (Low-Rank Adaptive Filter ) e OPAST (Orthogonal Projection Approximation Subspace Tracking). Jà os filtros que exploram as correlaÃÃes temporais do canal sÃo estimados adaptativamente por meio de um algoritmo baseado em decomposiÃÃo QR, que suporta uma versÃo rÃpida de complexidade computacional da ordem do comprimento filtro empregado. Todas as tÃcnicas de estimaÃÃo analisadas ou propostas sÃo comparadas utilizando simulaÃÃo em computador.

[pt] O desempenho de sistemas de comunicações modernos que utilizam técnicas de modulação multiportadora como, por exemplo, o OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing), é altamente sensível às distorções não lineares geradas principalmente por amplificadores de alta potência (HPAs). De modo a caracterizar completamente estas distorções, os efeitos de memória destes dispositivos têm que ser considerados. Estes efeitos tornam-se mais importantes à medida que a largura de banda do sinal aumenta. Por outro lado, o aumento na duração do símbolo dos sistemas multiportadora torna-o mais sensível às variações de tempo dos canais móveis. Em particular o efeito doppler tende a prejudicar a ortogonalidade entre as sub-portadoras, gerando interferências entre sub-portadoras (Inter-Carrier Interference - ICI). Assim, torna-se importante o estudo dos efeitos de não-linearidades e canais variantes no tempo em sistemas OFDM, principalmente em sistemas de comunicações móveis. Os trabalhos atualmente disponíveis na literatura se limitam a avaliar os efeitos de não linearidades invariantes no tempo ou o efeito de canais lineares variantes no tempo. Assim, no presente trabalho são desenvolvidas expressões matemáticas que permitem avaliar o efeito conjunto de não-linearidades e canais variantes no tempo sobre sinais OFDM. A investigação deste efeito é realizada em dois níveis: efeito sobre o espectro do sinal OFDM e efeito sobre o desempenho do sistema. As expressões analíticas obtidas para ambos os níveis de investigação consideraram a modelagem do canal não-linear variante no tempo por uma Série de Volterra. Resultados numéricos que avaliam o espalhamento espectral e o impacto sobre a taxa de erro de bits em situações específicas são apresentados. / [en] The performance of modern communications systems that use multicarrier modulation techniques such as, for example, OFDM(Orthogonal frequency division multiplexing), is highly sensitive to nonlinear distortions generated mainly by high power amplifiers (HPAs). In order to fully characterize these distortions, the memory effects of these devices must be considered. These effects become more important as the signal bandwidth increases. On the other hand, the increase in symbol duration makes multicarriers systems more sensitive to time variations as those in mobile channels. In particular, the Doppler effect tends to impair the orthogonality between sub-carriers, resulting in inter-carrier interference (ICI). Therefore, the study of the effects of nonlinearities and time-varying channels on OFDM systems performance becomes important, mainly in mobile communications systems. The studies currently available in the literature are limited to evaluating the effects of time invariant non-linearities or the effects of linear time varying channels. In this work, mathematical expressions are developed to evaluate the joint effect of nonlinearities and time-varying channels on OFDM systems. The investigation of these effects is performed at two levels: the effect on the spectrum of OFDM signal and effect on the system s performance. In deriving the analytical expressions related to both levels of investigation the time-varying non-linear channel was modeled by a Volterra Series. Numerical results, obtained for specific situations, illustrate the resulting impact on the OFDM spectrum (spreading) and on the system s bit error rate performance.