One of the challenges of distributed cooperative orthogonal frequency division multiplexing systems is that the multiple carrier frequency offsets (CFOs) simultaneously present at the receiver. According to our knowledge up to now, even the CFOs are known at the receiver, the way to perfectly eliminate the effect of CFOs is still an open problem. This thesis proposes a scheme to mitigate the effect due to multiple CFOs by using the concept of intercarrier interference self-cancellation in transitional OFDM systems, a scheme where the data are simultaneously modulated on symmetric subcarriers between two transmit antennas. Before processing FFT, two values related to CFOs are used to adjust the time-domain signal resulting in better signal-to-interference ratio in even and odd subcarriers respectively. After that, the data are combined by applying maximum ratio combining and then decoded. Simulation results are given to demonstrate the effectiveness of the proposed scheme as compared to previous scheme.

In OFDM systems carrier frequency offset is observed due to Doppler shift and transmitter-receiver frequency mismatches. This offset induces ICI (Intercarrier Interference). In this thesis, repeated data methods and pilot-aided carrier frequency offset(CFO) estimation methods and windowing techniques are used to mitigate the frequency offset problem and a performance comparison is made between these ICI cancellation techniques. Repeated data methods use only half of the bandwidth for information transmission to eliminate the ICI at the receiver. We have implemented repeated data methods including Self cancellation scheme and Symmetric Symbol Repetition (SSR) schemes to overcome ICI problem. We have also implemented Adjacent Conjugate Symbol Repetiton (ACSR) and Symmetric Conjugate Symbol Repetiton (SCSR) methods to mitigate both phase rotations and ICI. CFO estimation and correction methods generally use pilot sequences. We implemented the &ldquo / Conventional Pilots&rdquo / and &ldquo / Clustered Pilots&rdquo / pilot-aided CFO estimation techniques for ICI cancellation. Furthermore, we also implemented a new scheme by using the odd symmetry between pilot symbols. Nyquist windowing techniques apply windowing at the receiver side. We have implemented second order polynomial class of Nyquist windows and Nyquist window with Franks pulse used to mitigate ICI. These ICI cancellation methods are compared in AWGN and multipath Rayleigh fading channel models in terms of BER and carrier to interference ratio. It is shown that repeated data methods shows better performances than pilot-aided CFO estimation methods with a cost of increased bandwidth usage especially in high SNR&rsquo / s.

La mise en œuvre de systèmes basés OFDMA nécessite une synchronisation de la fréquence très fine en raison de l'extrême sensibilité de l'OFDMA aux décalages en fréquence porteuse (CFO). La synchronisation en fréquence devient plus difficile dans les systèmes OFDMA en liaison montante. Nos objectifs comprennent l'étude et l'analyse des problèmes résultant de décalages de fréquence et la proposition de solutions pour lutter contre ces problèmes. Nous examinons d'abord les interférences résultant de décalages de fréquence porteuse présents dans l'oscillateur du terminal utilisateur. Nous démontrons que l'on doit prendre en compte le préfixe cyclique tout en analysant les interférences résultant du CFO. Ensuite, nous montrons qu'il existe une contradiction entre la diversité de fréquence de canal et la robustesse contre le CFO. Nous proposons un compromis sous la forme d'une taille de bloc de seuil, afin de permettre un bon compromis entre la diversité des canaux et de robustesse pour les CFO pour le cas où aucune connaissances du canal n'est disponible. Quand le canal est connu, nous proposons une allocation optimale par bloc grâce à laquelle la robustesse aux CFO et à la diversité de fréquence de canal peut être réalisée en utilisant une petite taille de bloc petit pour des CFO de petite valeur. Nous proposons également une valeur CFO critique, en dessous de laquelle l'allocation optimal par bloc est très performant.Ensuite, nous proposons des solutions pour deux problèmes importants rencontrés dans un système OFDMA en liaison montante.Premièrement, nous proposons une méthode efficace pour l'estimation conjointe des réponses impulsionnelles des canaux et fréquences porteuses basée sur l'approximation polynomiale.Notre méthode d'estimation conjointe est plus simple que les méthodes existantes, sans aucune dégradation de performance. Ensuite, nous proposons une méthode de compensation de CFO basée sur l'annulation des interférences successives (SIC). La méthode d'annulation proposée réduit la complexité de mise en oeuvre quand le nombre de porteuses est important. / One of the most prominent issues in the design and implementation of OFDMA based systems is the need for a very fine frequency synchronization due to the fact that OFDMA, like OFDM, is extremely sensitive to carrier frequency offsets (CFO). The task of frequency synchronization becomes more challenging in the uplink OFDMA-based systems where one OFDMA symbol is generated by the contribution of many different users. Our goals include the study and analysis of problems resulting from frequency mismatches provide solution to combat these problems. We first look at the interference resulting from CFOs, resulting from user terminal oscillator mismatch. We demonstrate that one must take into account the cyclic prefix while analyzing interference resulting from CFO. A new analytical expression of the ICI that takes into account the effect of CFO on the cyclic prefix is proposed. Then we focus our attention on analysis of the trade-off between channel frequency diversity and robustness against CFO and show that there exists a contradiction between the two. We propose a trade-off in the form of a Threshold blocksize, to allow a good compromise between the channel diversity and robustness for CFO for the case when no CSI is available. For system where CSI is available, we propose an optimal block carrier allocation scheme through which both robustness to CFO and channel frequency diversity can be achieved with small blocksize for small CFO. We also propose a Critical CFO value, above which the performance of the optimal block carrier allocation loses interest.Next we propose solutions for two important issues encountered in an uplink OFDMA system. First, we propose an efficient method for joint estimation of channel impulse responses and carrier frequency at the receiver based on polynomial approximation. Our proposed joint estimation method is simpler than the existing methods without any performance degradation. Next we propose a CFO compensation method based on successive interference cancellation. The proposed cancellation method reduces the implementation complexity faced in case of large DFT matrices.

Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. / Τα ψηφιακά συστήματα UWB (Ultra Wide-Band) παρέχουν τη δυνατότητα ασύρματης μετάδοσης σε πολύ υψηλό ρυθμό. Λόγω του μεγάλου εύρους ζώνης, το κανάλι εισάγει πολλαπλές ανακλάσεις οι οποίες φέρουν μεγάλο ποσοστό της ωφέλιμης ενέργειας του μεταδιδόμενου σήματος. Η ικανότητα του δέκτη για σύλληψη όσο το δυνατόν περισσότερης ωφέλιμης ενέργειας έχει αντίκτυπο στη συνολική απόδοση του συστήματος. Η χρήση της τεχνικής διαμόρφωσης με πολύπλεξη συχνότητας ορθογωνίων φερουσών (OFDM), που στην συγκεκριμένη περίπτωση (UWB) συνδυάζεται με πολυζωνική (Multi-band) μετάδοση, απλοποιεί τη διαχείριση του συνολικού φάσματος συχνοτήτων. Όμως η διαμόρφωση OFDM παρουσιάζει ιδιαίτερη ευαισθησία σε προβλήματα τόσο διασυμβολικής παρεμβολής (ISI) όσο και διακαναλικής παρεμβολής (ICI), λόγω του έντονου διασκορπιστικού χαρακτήρα του καναλιού καθώς επίσης και τυχόν αποκλίσεων που εμφανίζονται στους ταλαντωτές πομπού-δέκτη. Τα παραπάνω επιβάλλουν τη χρήση σύνθετων αλγορίθμων συγχρονισμού και συντονισμού (time and frequency synchronization) μεταξύ πομπού και δέκτη για την ομαλή λειτουργία. Στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής θα πραγματοποιηθεί επιλογή κατάλληλων αλγορίθμων για τα προαναφερθέντα προβλήματα, οι οποίοι θα πρέπει να πληρούν τις προδιαγραφές του υπό διαμόρφωση διεθνούς προτύπου 802.15.3α και θα αναπτυχθούν βέλτιστες αρχιτεκτονικές VLSI, με στόχο τόσο το χαμηλό κόστος υλοποίησης όσο και την χαμηλή κατανάλωση ισχύος. / In this project have been studied the low power VLSI architecture for synchronization algorithms in Multi-band UWB Wireless systems. The main issues are timing and frequency synchronization algorithms.