Two dimensional magnetic recording (TDMR) achieves high areal densities by reducing the size of a bit comparable to the size of the magnetic grains resulting in two dimensional (2D) inter symbol interference (ISI) and very high media noise. Therefore, it is critical to handle the media noise along with the 2D ISI detection. In this paper, we tune the generalized belief propagation (GBP) algorithm to handle the media noise seen in TDMR. We also provide an intuition into the nature of hard decisions provided by the GBP algorithm. The performance of the GBP algorithm is evaluated over a Voronoi based TDMR channel model where the soft outputs from the GBP algorithm are used by a belief propagation (BP) algorithm to decode low-density parity check (LDPC) codes.

This thesis addresses a number of problems all related to parameter estimation in sensor array processing. The unifying theme is that some of these parameters are known before the measurements are acquired. We thus study how to improve the estimation of the unknown parameters by incorporating the knowledge of the known parameters; exploiting this knowledge successfully has the potential to dramatically improve the accuracy of the estimates. For covariance matrix estimation, we exploit that the true covariance matrix is Kronecker and Toeplitz structured. We then devise a method to ascertain that the estimates possess this structure. Additionally, we can show that our proposed estimator has better performance than the state-of-art when the number of samples is low, and that it is also efficient in the sense that the estimates have Cram\'er-Rao lower Bound (CRB) equivalent variance. In the direction of arrival (DOA) scenario, there are different types of prior information; first, we study the case when the location of some of the emitters in the scene is known. We then turn to cases with additional prior information, i.e.~when it is known that some (or all) of the source signals are uncorrelated. As it turns out, knowledge of some DOA combined with this latter form of prior knowledge is especially beneficial, giving estimators that are dramatically more accurate than the state-of-art. We also derive the corresponding CRBs, and show that under quite mild assumptions, the estimators are efficient. Finally, we also investigate the frequency estimation scenario, where the data is a one-dimensional temporal sequence which we model as a spatial multi-sensor response. The line-frequency estimation problem is studied when some of the frequencies are known; through experimental data we show that our approach can be beneficial. The second frequency estimation paper explores the analysis of pulse spin-locking data sequences, which are encountered in nuclear resonance experiments. By introducing a novel modeling technique for such data, we develop a method for estimating the interesting parameters of the model. The technique is significantly faster than previously available methods, and provides accurate estimation results. / Denna doktorsavhandling behandlar parameterestimeringsproblem inom flerkanals-signalbehandling. Den gemensamma förutsättningen för dessa problem är att det finns information om de sökta parametrarna redan innan data analyseras; tanken är att på ett så finurligt sätt som möjligt använda denna kunskap för att förbättra skattningarna av de okända parametrarna. I en uppsats studeras kovariansmatrisskattning när det är känt att den sanna kovariansmatrisen har Kronecker- och Toeplitz-struktur. Baserat på denna kunskap utvecklar vi en metod som säkerställer att även skattningarna har denna struktur, och vi kan visa att den föreslagna skattaren har bättre prestanda än existerande metoder. Vi kan också visa att skattarens varians når Cram\'er-Rao-gränsen (CRB). Vi studerar vidare olika sorters förhandskunskap i riktningsbestämningsscenariot: först i det fall då riktningarna till ett antal av sändarna är kända. Sedan undersöker vi fallet då vi även vet något om kovariansen mellan de mottagna signalerna, nämligen att vissa (eller alla) signaler är okorrelerade. Det visar sig att just kombinationen av förkunskap om både korrelation och riktning är speciellt betydelsefull, och genom att utnyttja denna kunskap på rätt sätt kan vi skapa skattare som är mycket noggrannare än tidigare möjligt. Vi härleder även CRB för fall med denna förhandskunskap, och vi kan visa att de föreslagna skattarna är effektiva. Slutligen behandlar vi även frekvensskattning. I detta problem är data en en-dimensionell temporal sekvens som vi modellerar som en spatiell fler-kanalssignal. Fördelen med denna modelleringsstrategi är att vi kan använda liknande metoder i estimatorerna som vid sensor-signalbehandlingsproblemen. Vi utnyttjar återigen förhandskunskap om källsignalerna: i ett av bidragen är antagandet att vissa frekvenser är kända, och vi modifierar en existerande metod för att ta hänsyn till denna kunskap. Genom att tillämpa den föreslagna metoden på experimentell data visar vi metodens användbarhet. Det andra bidraget inom detta område studerar data som erhålls från exempelvis experiment inom kärnmagnetisk resonans. Vi introducerar en ny modelleringsmetod för sådan data och utvecklar en algoritm för att skatta de önskade parametrarna i denna modell. Vår algoritm är betydligt snabbare än existerande metoder, och skattningarna är tillräckligt noggranna för typiska tillämpningar. / <p>QC 20131115</p>

The scope of this dissertation is to investigate the merits and implications of using multilevel modulation formats in optical communications systems. Following the trend in academia and industry, special focus is placed on quadrature phase-shift keying (QPSK), and specifically on polarization division multiplexed (PDM) QPSK. A special kind of receiver is investigated thoroughly, the digital coherent receiver, the equivalent of the coherent quadrature demodulator in classical communications nomenclature. A large number of digital signal processing (DSP) algorithms are implemented, some of them novel, and their performance is examined, analyzed, and compared in a number of practical system scenarios. The impact of transmitter / receiver imperfections and a number of optical fiber impairments on system performance is studied. Experimental results taken from proof-of-concept experiments are also analyzed. / Η διατριβή αυτή έχει ως σκοπό τη μελέτη οπτικών τηλεπικοινωνιακών συστημάτων που χρησιμοποιούν τετραδικές διαμορφώσεις φάσης, πολυπλεξία κατά πόλωση και σύμφωνους ψηφιακούς δέκτες διαφοροποίησης φάσης και πόλωσης. Μελετήθηκαν αλγόριθμοι επεξεργασίας σήματος κατάλληλοι για εξάλειψη της επίδρασης των φαινομένων διάδοσης και των μη ιδανικοτήτων οπτικών τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. Η μελέτη έγινε με προσομοίωση Monte-Carlo, με χρήση ημιαναλυτικής μεθόδου προσδιορισμού της πιθανότητας σφάλματος τηλεπικοινωνιακού συστήματος και με ανάλυση πειραματικών δεδομένων. Τα πειραματικά δεδομένα ελήφθησαν από οπτικό τηλεπικοινωνιακό σύστημα με τετραδική διαμόρφωση φάσης και πολυπλεξία κατά πόλωση με ρυθμούς συμβόλων 0.1-10 GBd (0.4-40 Gb/s). Μελετήθηκαν αλγόριθμοι επανένωσης των πολώσεων, αλγόριθμοι αποπολύπλεξης των πολώσεων, αλγόριθμοι διόρθωσης της ανισοσταθμίας ορθογωνιότητας, αλγόριθμοι εκτίμησης και αφαίρεσης της ενδιάμεσης συχνότητας και αλγόριθμοι εκτίμησης και αφαίρεσης του θορύβου φάσης των laser.