Kim, Hyun-Myung;Kim, Dongsik;Kim, Tae-Kyoung;Im, Gi-Hong
Journal of Communications and Networks
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제16권4호
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pp.447-457
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2014
In this paper, we investigate the frequency domain channel estimation for multiple-input multiple-output (MIMO) single-carrier frequency-division multiple-access (SC-FDMA) systems. In MIMO SC-FDMA, code-division multiplexed (CDM) pilots such as cyclic-shifted Zadoff-Chu sequences have been adopted for channel estimation. However, most frequency domain channel estimation schemes were developed based on frequency-division multiplexing of pilots. We first develop a channel estimation error model by using CDM pilots, and then analyze the mean-square error (MSE) of various minimum MSE (MMSE) frequency domain channel estimation techniques. We show that the cascaded one-dimensional robust MMSE (C1D-RMMSE) technique is complexity-efficient, but it suffers from performance degradation due to the channel correlation mismatch when compared to the two-dimensional MMSE (2D-MMSE) technique. To improve the performance of C1D-RMMSE, we design a robust iterative channel estimation (RITCE) with a frequency replacement (FR) algorithm. After deriving the MSE of iterative channel estimation, we optimize the FR algorithm in terms of the MSE. Then, a low-complexity adaptation method is proposed for practical MIMO SC-FDMA systems, wherein FR is performed according to the reliability of the data estimates. Simulation results show that the proposed RITCE technique effectively improves the performance of C1D-RMMSE, thus providing a better performance-complexity tradeoff than 2D-MMSE.
The best linear unbiased estimator (BLUE) is most suitable for practical application and can be determined with knowledge of only the first and second moments of the probability density function. Although the BLUE is an existing algorithm, it is still largely unexplored and has not yet been applied to channel estimation in amplify and forward (AF)-based wireless relay networks (WRNs). In this paper, a BLUE-based algorithm is proposed to estimate the overall channel impulse response between the source and destination of AF strategy-based WRNs. Theoretical mean square error (MSE) performance for the BLUE is derived to show the accuracy of the proposed channel estimation algorithm. In addition, the Cram$\acute{e}$r-Rao lower bound (CRLB) is derived to validate the MSE performance. The proposed BLUE channel estimation algorithm approaches the CRLB as the length of the training sequence and number of relays increases. Further, the BLUE performs better than the linear minimum MSE estimator due to the minimum variance characteristic exhibited by the BLUE, which happens to be a function of signal-to-noise ratio.
It is well known that an OFDM receiver is vulnerable to synchronization errors. Despite fine estimations used in the initial acquisition, there are still residual synchronization errors. Though these errors are very small, they severely degrade the bit error rate (BER) performance. In this paper, we propose a residual error elimination scheme for the digital OFDM baseband receiver aiming to improve the overall BER performance. Three improvements on existing schemes are made: a pilot-aided recursive algorithm for joint estimation of the residual carrier frequency and sampling time offsets; a delay-based timing error correction technique, which smoothly adjusts the incoming data stream without resampling disturbance; and a decision-directed channel gain update algorithm based on recursive least-squares criterion, which offers faster convergence and smaller error than the least-mean-squares algorithms. Simulation results show that the proposed scheme works well in the multipath channel, and its performance is close to that of an OFDM system with perfect synchronization parameters.
본 논문에서는 페이딩 채널환경에서 COFDM 시스템에 대한 채널 추정과 결합된 심볼 검출 방법에 대해 제안하였다. 제안된 방법은 1) 심볼의 길이에 채널 부호화기의 코드워드 길이를 배합하는 기법과, 2) 세가지 채널 추정 기법과의 조합으로 나타내었다. 첫째 방법은 훈련 신호를 이용한 채널추정 기법과 제안한 심볼 검출 기법을 결합시킨 것이며, 둘째 방법은 첫째 방법에 결정지향 채널추정(Decision-Directed Channel Estimation) 기법을 결합시킨 방법이다. 마지막으로, 근접 부채널간의 AWGN(Additive White Gaussian Noise)의 영향을 줄이기 위해 디인터리브된 평균 채널추정(Averaged Channel Estimation) 기법을 둘째 방법에 결합시켰다. 제안한 3가지 방법들은 영 강압 등화(Zero Forcing Equalizing)방법과 비교하여 커다란 성능 개선 효과가 있음을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
In this study, a space-time transmission scheme is proposed to tackle the limitations of channel estimation with orthogonal pilot information in colocated multiple-input multiple-output systems with several transmitting and receiving antennas. Channel information is obtained using orthogonal pilots. Channel estimation introduces pilot heads required to estimate a channel. This leads to bandwidth insufficiency. As a result, trade-offs exist between the number of pilots required to estimate a channel versus spectral efficiency. The detection of data symbols is performed using the maximum likelihood decoding method as it provides a consistent approach to parameter estimation problems. The moment-generating function of the instantaneous signal-to-noise ratio is used to drive an approximate expression of the symbol error rate for the proposed scheme. Furthermore, the order of diversity is less by one than the number of receiver antennas used in the proposed scheme. The effect of the length of a pilot sequence on the proposed scheme's performance is also investigated.
In this paper, we propose a new channel estimation scheme for amplify and forward cooperative diversity with relay selection. In order to select best relay, it is necessary to know channel state information (CSI) at the destination. Most of the previous works, however, assume that perfect CSI is available at the destination. In addition, when the number of relay is increased it is difficult to estimate CSI through all relays within coherence time of a channel because of the large amount of frame overhead for channel estimation. In a proposed channel estimation scheme, each terminal has distinct pilot signal which is orthogonal each other. By using orthogonal property of pilot signals, CSI is estimated over two pilot signal transmission phases so that frame overhead is reduced significantly. Due to the orthogonal property among pilot signals, estimation error does not depend on the number of relays. Simulation result shows that the proposed channel estimation scheme provides accurate CSI at the destination.
This paper deals with optimal power allocation for channel estimation of orthogonal frequency-division multiplexing uplinks in time-varying channels. In the existing literature, the estimation of time-varying channel response in an uplink environment can be accomplished by estimating the corresponding channel parameters. Accordingly, the optimal power allocation studied in the literature has been in terms of minimizing the mean square error of the channel estimation. However, the final goal for channel estimation is to enable the application of coherent detection, which usually means high spectral efficiency. Therefore, it is more meaningful to optimize the power allocation in terms of capacity. In this paper, we investigate capacity with imperfect channel estimation. By exploiting the derived capacity expression, an optimal power allocation strategy is developed. With this developed power allocation strategy, improved performance can be observed, as demonstrated by the numerical results.
SC-FDE(Single Carrier with Frequency Domain Equalizer) 전송 방식에서 채널의 다중경로를 통과한 신호들은 채널 지연 확산과 노이즈 영향으로 심하게 왜곡이 되거나 ISI(Inter-Symbol Interference)가 발생된다. 기존 UW(Unique-Word) 기반 SC-FDE 전송 방식중 하나인 반복적 채널 추정은 채널 길이를 안다고 가정하여 추정한 CIR(Channel Impulse Response)의 채널 길이 밖에 있는 노이즈 성분을 시간 영역에서 스무딩을 함으로써 노이즈 성분을 제거한다. 또한, 주파수 영역에서 채널 추정에 사용하는 UW를 복원하여 잔재하는 ISI 성분을 제거함으로써 채널 추정 성능을 향상시킨다. 본 논문은 채널 길이 안으로 있는 노이즈 성분 억압을 통한 채널 추정기법을 제안한다. 노이즈 성분을 억압하기 위해 시간 영역에서 추정된 CIR로 채널 길이 밖에 있는 노이즈 성분을 이용하여 노이즈의 표준편차를 추정하고 본래 신호 샘플에 영향이 안가도록 노이즈 표준편차 이득의 기준을 만든다. 추정된 노이즈의 표준편차와 이득을 이용하여 CIR 샘플들이 기준값 이하 일 때 채널 길이 안에 있는 노이즈 성분을 스무딩을 한다. 시뮬레이션 결과는 채널의 MSE(Mean Square Error)와 BER(Bit Error Rate)을 통하여 제안된 기법을 적용할 때 성능 개선이 나타남을 확인 할 수 있었다.
In OFDM systems, mobile channel degrades the system performance seriously. Therefore, channel estimation technique is required to compensate for the degradation from the channel effects. However, conventional channel estimations in frequency domain induce ICI which is induced from Doppler frequency. In addition, a linear interpolation method causes inaccurate channel estimation. In order to minimize the effect of the interference and interpolation error, the proposed method combines LS method and Kalman filtering algorithm. Channel impulse response is adaptively tracked by Kalman filtering based on the information from LS estimator. Simulation results are presented to verify the performance of the proposed channel estimation over mobile channel environment. Simulation results show that the proposed method can effectively compensate for channel degradation.
We propose an algorithm to update weight to use the mean square error method and mutual coupling matrix in a coherent channel. The algorithm proposed in this paper estimates the desired signal by using the updated weight. The updated weight is obtained by covariance matrix using mean square error and mutual coupling matrix. The MUSIC algorithm, which is direction of arrival estimation method, is mostly used in the desired signal estimation. The MUSIC algorithm has a good resolution because it uses subspace techniques. The proposed method estimates the desired signal by updating the weights using the mutual coupling matrix and mean square error method. Through simulation, we analyze the performance by comparing the classical MUSIC and the proposed algorithm in a coherent channel. In this case of the coherent channel for estimating at the three targets (-10o, 0o, 10o), the proposed algorithm estimates all the three targets (-10o, 0o, 10o). But the classical MUSIC algorithm estimates only one target (x, x, 10o). The simulation results indicate that the proposed method is superior to the classical MUSIC algorithm for desired signal estimation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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