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Channel Parameter Estimation for Current- and Future-Generation Wireless Communication Systems: Advanced Algorithms and Bounds.

Bellili, Faouzi (2014). Channel Parameter Estimation for Current- and Future-Generation Wireless Communication Systems: Advanced Algorithms and Bounds. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en télécommunications, 169 p.

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Résumé

Dans cette thèse, nous considérons le problème d'estimation des paramètres du canal, une tâche essentielle pour tout système de communication sans fil. Les paramètres clés du canal sans fil sont considérés à savoir le rapport signal sur bruit (RSB), le facteur de Rice, l'étalement Doppler, la direction d'arrivée du signal, les décalages en temps et/ou les angles d'arrivée dans les environnements multi-trajets ainsi que les paramètres de synchronisation en temps, en phase et en fréquence. Nous proposons plusieurs algorithmes novateurs avec des performances inégalées et qui fonctionnent proprement sous les conditions difficiles de faible RSB, de nombre réduit d'observations, variations rapides du canal, et sélectivité en fréquence, etc. La plupart des algorithmes proposés sont des estimateurs ML qui jouissent d'une optimalité globale et sont donc d'une précision très élevée. Nous développons aussi, pour le toute première fois, les bornes de Cramér-Rao (BCR) pour l'estimation des paramètres considérés à partir des signaux QAM qui sont à la base des systèmes de communications haut débit de demain. Ces nouvelles bornes peuvent être utilisées comme jauges de performance pour tous les estimateurs non-biaisés des paramètres du canal. Nous montrons, à travers des simulations Monte-Carlo, que les nouveaux estimateurs battent les principales techniques existantes en termes de précision et de complexité.

Abstract

This thesis deals with the problem of channel parameters estimation which is a crucial task for current- and next-generation wireless communication systems intended to operate in complete awareness of the propagation environment. The estimation of the key channel parameters is investigated such as the signal-to-noise ratio (SNR), Ricean K-factor, Doppler spread, directionof- arrivaI (DOA), time delays and angles-of-arrival in multipath channels as well as the three synchronization parameters (i.e., time, phase, and frequency offsets) from both the algorithmic and performance analysis point of views. We develop a number of new powerful and lowcost algorithms that are able to work under various harsh conditions of low SNR levels, short data records, highly time-varying channels, and multipath fading, etc. Most of the newlyproposed algorithms are maximum likelihood (ML) ones which enjoy global optimality and, therefore, exhibit highly accurate estimation performance while being robust to different channel impairments. lndeed, it will be seen that the newly-derived algorithms outperform by far the main state-of-art techniques both in terms of estimation performance and computational complexity. We also derive, for the very first time, the stochastic Cramér-Rao lower bounds (CRLBs) for the estimation of the key channel parameters from higher-order square-quadratureamplitude- modulated signaIs, a key feature of high-speed communication systems. Both coded and uncoded transmissions are addressed. The proposed bounds can be readily used as an absolute benchmarks for all the unbiased estimators of the considered parameters.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Affes, Sofiène
Co-directeurs de mémoire/thèse: Stéphenne, Alex
Mots-clés libres: communication sans fil; canal; estimation des paramètres; algorithm; estimateurs ML; bornes de Cramér-Rao; simulations Monte-Carlo
Centre: Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt: 23 sept. 2014 20:46
Dernière modification: 16 mars 2016 14:29
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2365

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