Demands for wireless communication are ever growing and researchers and engineers at the field of telecommunications all over the world are working to meet those demands. There is a great deal to improve and even more ways to accomplish those improvements. This Master’s Thesis is focused on one of those demands that should be fulfilled to achieve the Fifth Generation (5G) wireless system requirements.
TheMaster’s Thesis is a study of pilot structure optimization for high-speed scenarios. Pilot symbols, also known as reference symbols, are multiplexed with data symbols. Pilot symbols do not carry data. Instead, pilots help to retrieve information about frequency- and time-selectivity type of channel properties affected, e.g., by User Equipment (UE) speed. These channel properties are essential to channel estimation. If the pilot structure is not optimized to report accurately enough of them, channel estimator functions poorly.
Pilot structure optimization is performed for a channel model, which has the most similar scattering environment compared to high-speed train channel scenario, which is one possible scenario where high UE-speed is realistic. International Telecommunication Union’s (ITU) Rural Macro Line-of-Sight (RMaLOS) is the closest reference channel model applicable to the high-speed scenario. When UE speed is high (hundreds of kilometers per hour) channel is tend to flatten in frequency. This fact explains why RMA channel model is the closest reference for actual high speed channel. Optimized pilot structure has to be able to estimate channel at lower UE speeds, where channel can be extremely frequency-selective. This implies that optimized pilot structure has to have frequency-tracking properties.
Pilot structure optimization is carried out by simulating the performance of several pilot structures. The performance of a selected pilot structure can be evaluated via performance of the channel estimation where the chosen pilot structure is deployed. A Wiener-filter channel estimator has been implemented to enable accurate performance simulations.
Several pilot structures were compared against each other and two superior structures were found. Superiority of these two structures is based on dense Doppler-tracking while maintaining a few crucial pilots in frequency domain to ensure channel estimation in frequency-selective channels. Both structures perform quite equally through the simulations and thus the structure with a smaller overhead was chosen as the most optimal pilot structure. / Vaatimukset langattomalle tiedonsiirrolle kasvavat päivä päivältä. Tutkijat ja insinöörit ympäri maailmaa työskentelevät uusien teknologioiden parissa, yrittäen löytää uusia ratkaisuja, joilla nämä vaatimukset voitaisiin täyttää. Parannusvaatimuksia uusiin teknologioihin on paljon, ja tekotapoja vielä enemmän. Tämä diplomityö keskittyy ratkaisemaan yhtä näistä vaatimuksista, joita langattomien järjestelmien viides sukupolvi (5G) asettaa.
Tämän diplomityön aiheena on pilottisymbolirakenteen optimointi suurnopeusskenaarioon. Pilottisymbolit, myös referenssi-symbolit, on limitetty aika-taajuus-tasoon yhdessä datasymbolien kanssa. Pilottisymbolit eivät kuitenkaan kuljeta dataa, vaan auttavat arvioimaan radiokanavan taajuus- ja aikaselektiivisyysominaisuuksia, joihin vaikuttaa mm. päätelaitteen nopeus. Jos pilottisymbolirakennetta ei ole optimoitu informoimaan kanavaestimaattoria niistä tarpeeksi tarkasti, toimii kanavaestimaattori huonosti.
Optimointi tehdään kanavamallille, jonka säteily-ympäristö soveltuu parhaiten suurnopeusjunalle. Valittu kanavamalli on Kansainvälisen Televiestintäliiton (ITU):n Rural Macro Line-of-Sight (RMaLOS). Kun päätelaitteen nopeus on suuri (satoja kilometrejä tunnissa), on kanavalle ominaista muuttua tasaiseksi taajuustasossa. Tällä voidaan selittää, miksi RMa referenssi-kanava on lähimpänä oikeaa korkeanopeuskanavaa. Optimoidun pilottirakenteen täytyy pystyä estimoimaan kanava myös matalissa päätelaitteen nopeuksissa, jolloin kanava voi olla erittäinkin taajuusselektiivinen. Tämä tarkoittaa sitä, että optimoidussa pilottirakenteessa täytyy olla pilotteja myös taajuustasossa.
Pilottirakenteen optimointi suoritetaan vertailemalla useiden pilottirakenteiden suorituskykyjä. Pilottirakenteen suorituskyky tulee parhaiten esille vertailemalla eri pilottirakenteilla toteutettujen kanavaestimaattorien suorituskykyjä. Työssä on toteutettu Wiener-suodatinta käyttävä kanavaestimaattori, jotta kanavaestimointi olisi mahdollisimman tarkka.
Simulaatio-osiossa useita eri pilottirakenteita verrattiin toisiinsa. Näiden simulaatioiden avulla löydettiin kaksi ylivoimaisesti parasta pilottirakennetta. Näiden pilottirakenteiden ylivertaisuus perustuu suureen määrään pilotteja aikatasossa, allokoiden kuitenkin tarpeeksi pilotteja myös taajuustasoon, jotta kanavaestimointi taajuusselektiivisessä kanavassa olisi mahdollista. Molemmat rakenteet suoriutuivat lähes yhtä hyvin kaikista simulaatioista, ja niinpä rakenne jolla on pienemmät pilottimääristä johtuvat kustannukset valittiin optimaalisimmaksi.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:oulo.fi/oai:oulu.fi:nbnfioulu-201609062684 |
| Date | 06 September 2016 |
| Creators | Aakko, J. (Jani) |
| Publisher | University of Oulu |
| Source Sets | University of Oulu |
| Language | English |
| Detected Language | Finnish |
| Type | info:eu-repo/semantics/masterThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, © Jani Aakko, 2016 |
Page generated in 0.2254 seconds