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Thèse Année : 2012

Channel estimation forwireless relay networks using cooperative diversity techniques

Estimation du canal pour les réseaux de capteurs sans-fil utilisant les techniques de diversité coopérative

Yi Zhang (1, 2)
Yi Zhang
  • Fonction : Auteur
GSM

Résumé

This thesis considers channel estimation in amplify-and-forward wireless relay networks when coherent distributed space-time block coding (DSTBC) is performed at the relays in the aim of benefiting from distributed diversity. The studied network consists in one source and one destination node, and several relay nodes distributed between them. Given the practical limitations to acquire full channel state information (CSI), we consider the case where only partial CSI is available at the destination node. Here, for the case of pilot-only-based channel estimation, we explain the limited receiver performance when pilot overhead should be kept to a minimum for the reasons of network energy efficiency. To overcome this problem, we firstly propose to use semi-blind (SB) channel estimation based on the expectation maximization (EM) algorithm. At a first step, we consider orthogonal DSTBC at the relays and minimum mean-square-error signal detection at the destination. In this case, starting by the classical formulation of EM for our system (that we call CB-EM for Classical Biased EM), we further propose a modified implementation of EM in view of obtaining an unbiased channel estimate at the receiver. We show the interest of the proposed scheme, called UL-EM (standing for Unbiased Linearly-combined EM), especially for relatively large signal constellations. At a second step, we consider non-orthogonal DSTBC at the relays, and propose to use an iterative CB-EM-based channel estimation and parallel interference cancelation for signal detection. This scheme allows an important performance improvement, as compared to the classical scheme. Finally, for the case of relatively fast fading conditions, instead of using SB estimation, we propose to use an improved signal detection scheme that takes the channel estimation errors into account and reduces the impact of channel uncertainty on the receiver performance. We illustrate the interest of this scheme for relatively large signal constellations.
Cette thèse est consacrée à l’estimation du canal pour les réseaux de relais sans-fil utilisant le protocole amplify-and-forward lorsqu’un codage espace-temps distribué cohérent est effectué au niveau des relais pour permettre de bénéficier d’une diversité coopérative. Le réseau considéré est constitué de plusieurs relais distribués entre une source et une destination. Etant donné les contraintes pratiques pour acquérir l’état entier du canal de transmission, nous considérons le cas où nous disposons seulement d’un état partiel du canal. Dans ce cas, quand on effectue une estimation du canal basée uniquement sur des symboles pilotes, le récepteur aura des performances limitées puisque le nombre de ces pilotes doit être réduit au minimum pour des raisons d’efficacité énergétique du réseau. Pour pallier à ce problème, nous proposons d’utiliser une estimation semi-aveugle basée sur l’algorithme expectation maximization (EM).Dans un premier temps, nous considérons le codage espace-temps orthogonal au niveau des relais et une détection basée sur la minimisation de l’erreur quadratique moyenne. Après avoir étudié l’estimateur basé sur la formulation classique d’EM, nous proposons une version modifiée d’EM qui permet d’obtenir une estimation non-biaisée. Nous montrons l’intérêt de cette approche notamment pour les modulations d’ordre relativement élevé. Ensuite, dans un deuxième temps, nous considérons le cas de codage espace-temps nonorthogonal aux relais et proposons d’utiliser un récepteur itératif qui combine l’estimation semi-aveugle du canal et la détection basée sur l’annulation en parallèle des interférences entre-relais. Nous montrons l’avantage de cette technique par rapport à l’approche classique. Enfin, pour les conditions d’évanouissements rapides, au lieu d’utiliser une estimation semi-aveugle, nous proposons d’utiliser un schéma de détection amélioré qui prend en compte les erreurs d’estimation de canal et réduit l’impact de l’incertitude sur l’état du canal sur les performances du récepteur.
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tel-02569081 , version 1 (11-05-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02569081 , version 1

Citer

Yi Zhang. Channel estimation forwireless relay networks using cooperative diversity techniques. Signal and Image processing. Ecole Centrale Marseille (ECM), 2012. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02569081⟩
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