Channel estimation for MIMO-OFDM systems
Estimation de canal pour systèmes multi-antennes multi-porteuses
Résumé
The aim of this thesis is to study and to propose channel estimation schemes in a multiple antenna multiple carrier transmission over mobile radio channels. Channel estimation plays an important part in performance of the system and becommes essential in a multiple antennas transmission : it has to be optimized in order to keep benefits of high data rate and performance. In a MIMO-OFDM context, receiver needs to estimate MIMO channel to equalize received signal, and so more than only one channel contrary to single antenna transmission. Besides, this estimation usually needs to insert pilot symbols in frame that leads to a loss of spectral efficiency. At the transmitter, we show that construction of frame and more precisely position of pilot symbols has to take into account the number of transmit antennas. At the receiver, interpolation of channel coefficients obtained by pilot symbols or owing to estimated useful data is only efficient by considering time and/or frequency correlations. We propose several channel estimators which provide good performance towards channel selectivities and without any knowledge of channel properties. These estimators effectively process pilot symbols and can be included in an iterative receiver. Contruction of frame and proposed channel estimators are optimized under several constraints : efficiency against channel selectivities, spectral efficiency, complexity at the transmitter and at the receiver. Simulation results obtained for different MIMO systems show an improvement of classical channel estimation processes.
L'objectif des travaux réalisés dans le cadre de cette thèse est d'étudier et de proposer des schémas d'estimation de canal dans un contexte multi-antennes multiporteuses sur canal de transmission radio-mobile. L'estimation de canal constitue un point clé dans les performances d'un système de transmission et en particulier pour un système multi-antennes ou MIMO : elle doit être optimisée pour conserver les avantages de la technologie MIMO en termes de d´ebit et de performance. Ainsi, pour une transmission MIMO-OFDM, afin d'égaliser le signal reçu, le récepteur doit estimer non plus un seul canal comme dans un cas mono-antenne mais un ensemble de sous-canaux constituant le canal MIMO. De plus, cette estimation nécessite dans la majorité des cas une insertion dans la trame de symboles connus ce qui entraîne une diminution de l'efficacité spectrale. A l'émission, nous montrons que la construction des trames et plus particulièrement la position des symboles pilotes nécessaires à l'estimation de canal doit tenir compte du nombre d'antennes à l'émission. En réception, l'interpolation des coefficients obtenus soit grâce aux symboles pilotes soit grâce aux données estimées n'est efficace qu'en utilisant les corrélations temporelle et/ou fréquentielle des sous-canaux. Afin de s'affranchir de la connaissance de certaines propriétés du canal en réception, plusieurs estimateurs robustes vis-à-vis des sélectivités présentées par les sous-canaux sont proposés. Ces estimateurs traitent efficacement les symboles pilotes et ont été intégrés dans un processus itératif en réception. Les techniques de construction de trame ainsi que les estimateurs de canal proposés sont optimisés dans notre étude selon plusieurs critères : robustesse vis-à-vis des sélectivités, efficacité spectrale, complexité en émission et en réception. Les résultats de simulation obtenus pour différents contextes MIMO montrent une amélioration des techniques d'estimation de canal.
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