Algorithmes de poursuite pour l'estimation de canal radio-mobile et performances asymptotiques: applications pour les systèmes OFDM - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2013

Tracking algorithms for radio-mobile channel estimation and asymptotic performances: applications to OFDM systems

Algorithmes de poursuite pour l'estimation de canal radio-mobile et performances asymptotiques: applications pour les systèmes OFDM

Résumé

Channel Estimation is a crucial task of the receiver in wireless communication systems, especially in case of mobility where the channel parameters vary with time. In this thesis, a novel third-order tracking loop estimator (RW3-CATL), which is similar to the phase-locked loop (PLL) with low complexity structure was first proposed to estimate complex amplitude of the channel in the single-path single-carrier scenario. The connection between a steady-state Kalman filter based on a random walk approximation model (RW3-KF) and the proposed estimator is established. The sub-optimal parameters and the corresponding MSE of the RW3-CATL are given in closed-form expressions in function of the tracking loop parameters. The sub-optimal parameters and the corresponding MSE of the RW3-CATL are given in closed-form expressions in function of the tracking loop parameters. Then, the asymptotic performance of the RW3-KF has been analysed by solving the Riccati equations. The closed-form expression of the optimal state noise variance which minimises the asymptotic MSE is also derived. For multi-carrier multi-path systems such as OFDM systems, the RW3-CATL is extended to a vector loop (RW3-LS-CATL). This loop retains the structure as the RW3-CATL in the single-path single-carrier scenario, but a suitable vector error signal is re-designed from an LS estimator of the path complex amplitudes, based on the current OFDM symbol pilots and the a priori knowledge of the path delays. In this scenario, the Kalman filter, RW-KF, jointly estimates the complex amplitudes of the paths. It has a high complexity , and we do not have closed-form formulas for the parameter setting. To reduce the complexity , we propose a dimension-reduced filter obtained from an approximation of the original Kalman filter by exploiting the Woodbury identities, which deals with the complex amplitude of each path separately. The optimum parameter settings of this filter is deducted from the single-path single-carrier case. The performance of the low complexity filter, obtained by simulation, is almost the same as the original Kalman filter.
L'estimation de canal est une tâche cruciale du récepteur dans les systèmes de communication sans fil, en particulier en cas de mobilité où les paramètres du canal varient avec le temps. Dans cette thèse, un nouvel estimateur de boucle de poursuite d'ordre 3 (RW3-CATL), qui a une structure semblable à la boucle à verrouillage de phase (PLL) avec une faible complexité a été tout d'abord proposé pour estimer l'amplitude complexe du canal dans le cas mono-trajet mono-porteuse. Le lien entre un filtre de Kalman en régime asymptotique basé sur un modèle d'approximation de marche aléatoire (RW3-KF) et l'estimateur proposé est établi. Les expressions des paramètres sous-optimaux et d'EQM correspondante sont données sous forme analytiques en fonction des gains de boucle. Ensuite, les performances asymptotiques du RW3-KF ont été analysées en résolvant les équations de Riccati. L'expression analytique de la variance optimale du bruit d'état qui minimise l'EQM asymptotique a été également déduite. Pour les systèmes multi-trajet multi-porteuses, tels que les systèmes OFDM, la boucle RW3-CATL est étendue à la structure vectorielle (RW3-LS-CATL). Cette boucle conserve la même structure qu'en mono-trajet mono-porteuse, mais un signal d'erreur vectoriel adéquat est redéfini à partir d'un estimateur LS des amplitudes complexes des trajets, basé sur les pilotes du symbole OFDM courant et sur la connaissance a priori des retards des trajets. Par ailleurs, pour ce scénario, le filtre de Kalman, RW-KF estime conjointement les amplitudes complexes des trajets. Il présente une forte complexité, et nous n'avons pas de formules analytiques pour le régler. Pour réduire la complexité, nous proposons un filtre de dimension réduite, obtenu par une approximation du filtre original à l'aide des identités de Woodbury. Ce filtre revient à estimer l'amplitude complexe de chaque trajet de manière séparée. Le réglage optimal des paramètres est déduit du cas mono-trajet mono-porteuse. Les performances de ce filtre à complexité réduite, obtenues par simulation, sont quasiment les mêmes que celles du filtre de Kalman original.
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Dates et versions

tel-00918418 , version 1 (13-12-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00918418 , version 1

Citer

Huaqiang Shu. Algorithmes de poursuite pour l'estimation de canal radio-mobile et performances asymptotiques: applications pour les systèmes OFDM. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00918418⟩
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