Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Este trabalho trata da proposiÃÃo de algoritmos para equalizaÃÃo cega de canais lineares e nÃao-lineares inspirados no Algoritmo do MÃdulo Constante (CMA). O CMA funciona de maneira bastante eficiente com constelaÃÃes nas quais todos os pontos possuem a mesma amplitude, como em modulaÃÃes do tipo Phase Shift Keying (PSK). Entretanto, quando os pontos da constelaÃÃo podem assumir diferentes valores de amplitudes, como em modulaÃÃes do tipo Quadrature Amplitude Modulation (QAM), o CMA e seus derivados muitas vezes nÃo funcionam de forma satisfatÃria. Desta forma, as tÃcnicas aqui propostas
sÃo projetadas para melhorar a performance do CMA em termos de velocidade de convergÃncia e precisÃo, quando operando em sinais transmitidos com diversos mÃdulos, em particular para a modulaÃÃo QAM. Assim como o CMA, para possuir um bom apelo
prÃtico, essas tÃcnicas devem apresentar bom compromisso entre complexidade, robustez e desempenho. Para tanto, as tÃcnicas propostas utilizam o Ãltimo sÃmbolo decidido para
definir uma estimaÃÃo de raio de referÃncia para a saÃda do equalizador. De fato, esses algoritmos podem ser vistos como generalizaÃÃes do CMA e de alguns derivados do CMA
para constelaÃÃes com mÃltiplos raios. A proposiÃÃo de algoritmos do tipo gradiente estocÃstico à concluÃda com o
desenvolvimento de tÃcnicas originais, baseadas no CMA, para equalizaÃÃo de canais do tipo Wiener, que consiste em um filtro linear com memÃria, seguido por um filtro nÃo-linear sem memÃria. As expressÃes para a adaptaÃÃo do equalizador sÃo encontradas com o auxÃlio de uma notaÃÃo unificada para trÃs diferentes estruturas: i) um filtro de Hammerstein; ii) um filtro de Volterra diagonal; e iii) um filtro de Volterra completo. Um estudo teÃrico acerca do comportamento do principal algoritmo proposto, o Decision Directed Modulus Algorithm (DDMA) à realizado. SÃo analisadas a convergÃncia e a estabilidade do algoritmo atravÃs de uma anÃlise dos pontos de mÃnimo de sua funÃÃo custo. Outro objetivo à encontrar o valor teÃrico do Erro MÃdio QuadrÃtico MÃdio em Excesso - Excess Mean Square Error (EMSE) fornecido pelo DDMA considerando-se o caso sem ruÃdo. Ao final, à feito um estudo em que se constata que o algoritmo DDMA possui fortes ligaÃÃes com a soluÃÃo de Wiener e com o CMA. VersÃes normalizadas, bem como versÃes do tipo Recursive Least Squares (RLS), dos algoritmos do tipo gradiente estocÃstico estudados sÃo tambÃm desenvolvidas. Cada famÃlia de algoritmos estudada fie composta por quatro algoritmos com algumas propriedades interessantes e vantagens sobre as tÃcnicas clÃssicas, especialmente quando operando em sinais QAM de ordem elevada. TambÃm sÃo desenvolvidas versÃes normalizadas e do tipo RLS dos algoritmos do tipo CMA estudados para equalizaÃÃo de canais nÃo-lineares. O comportamento de todas as famÃlias de algoritmos desenvolvidos à testado atravÃs de simulaÃÃes computacionais, em que à verificado que as tÃcnicas propostas fornecem
ganhos significativos em desempenho, em termos de velocidade de convergÃncia e erro residual, em relaÃÃo Ãs tÃcnicas clÃssicas. / This work studies and proposes algorithms to perform blind equalization of linear and nonlinear channels inspired on the Constant Modulus Algorithm (CMA). The CMA works very well for modulations in which all points of the signal constellation have the same radius, like in Phase Shift Keying (PSK) modulations. However, when the constellation points are characterized by multiple radii, like in Quadrature Amplitude Modulation (QAM) signals, the CMA does not work properly in many situations. Thus, the techniques proposed here are designed to improve the performance of the CMA, in terms of speed of convergence and residual error, when working with signals transmitted with multiple magnitude, in particular with QAM signals. As well as for the CMA, these techniques should have a good compromise among performance, complexity and robustness. To do so, the techniques use the last decided symbol to estimate reference
radius to the output of the equalizer. In fact, they can be seen as modifications of the CMA and of some of its derivatives for constellations with multiple radii. The proposition of stochastic gradient algorithms is concluded with the development of new adaptive blind techniques to equalize channels with a Wiener structure. A Wiener filter consists of a linear block with memory followed by a memoryless nonlinearity, by using the CMA. We develop expressions for the adaptation of the equalizer using a unified notation for three different equalizer filter structures: i) a Hammerstein filter, ii) a diagonal
Volterra filter and iii) a Volterra filter. A theoretical analysis of the main proposed technique, the Decision Directed Modulus Algorithm (DDMA), is also done. We study the convergence and the stability of the DDMA by means of an analysis of the minima of the DDM cost function. We also
develop an analytic expression for the Excess Mean Square Error (EMSE) provided by the DDMA in the noiseless case. Then, we nd some interesting relationships among the DDM, the CM and the Wiener cost functions. We also develop a class of normalized algorithms and a class of Recursive Least Squares (RLS)-type algorithms for blind equalization inspired on the CMA-based techniques studied. Each family is composed of four algorithms with desirable properties
and advantages over the original CM algorithms, specially when working with high-level QAM signals. Normalized and RLS techniques for equalization of Wiener channels are
also developed. The behavior of the proposed classes of algorithms discussed is tested by computational simulations. We verify that the proposed techniques provide significative gains in performance, in terms of speed of convergence and residual error, when compared
to the classical algorithms.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:1862 |
| Date | 05 August 2005 |
| Creators | Carlos Alexandre Rolim Fernandes |
| Contributors | JoÃo CÃsar Moura Mota, GÃrard Favier |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia de TeleinformÃtica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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