Study of OFDMA for future wireless communications systems

• Auteur / Autrice : Serdar Sezginer
• Direction : Hikmet Sari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Diversité fréquentielle

Borne de Cramer-Rao

Estimation de canal

Résumé

Cette thèse est dédiée à l’étude de l’OFDMA (orthogonal frequency division multiple access). Elle porte plus particulièrement sur trois aspects importants pour les communications sans fil : la diversité fréquentielle, le PAPR (peak-to-average power ratio), et la synchronisation. Dans la première partie, les problèmes liés à la diversité fréquentielle sont abordés. Un nouveau critère de conception est présenté à partir de l'analyse de la probabilité d'erreur par paires, et une stratégie ad-hoc de mise en forme de la constellation est présentée afin de satisfaire ce critère. On montre qu’une stratégie de mise en forme très simple peut être efficace pour de petites tailles des précodeurs. Dans la deuxième partie, nous présentons un algorithme de réduction du PAPR consistant à calculer une métrique pour chaque symbole et à prédistordre certains symboles en se basant sur les métriques calculées. Nous présentons trois variantes de l'algorithme proposé qui s'avèrent plus flexibles et moins complexes que les méthodes conventionnelles basées sur la prédistorsion. La dernière partie est consacrée au problème de la synchronisation. Plus particulièrement, nous étudions l'estimation de fréquence et des paramètres de canal pour la liaison montante des systèmes de transmissions MIMO (multiple-input multiple-output). D'abord, une expression compacte de la borne de Cramér-Rao est obtenue pour des grandes tailles de la séquence d'apprentissage. Ensuite, des séquences d'apprentissage optimisant les performances asymptotiques sont obtenues. Enfin, nous construisons une famille d’estimateurs à complexité réduite et nous démontrons que les estimateurs proposés sont asymptotiquement efficaces.

This thesis presents a study of orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) systems particularly focusing on three important issues of wireless transmission, namely, frequency diversity, peak-to-average ratio (PAPR), and synchronization issues. In the first part, the frequency diversity issue is addressed. Based on the pairwise error probability analysis, a new design criterion, namely, the good shaping criterion, is introduced, and an ad-hoc constellation shaping strategy is presented in order to satisfy this criterion. It is shown that simple constellation strategies may be effective for small sizes of precoders. In the second part, we focus on the PAPR problem. We present a novel metric-based symbol predistortion algorithm for PAPR reduction. Three variants of the proposed algorithm are presented and shown to be more flexible and less complex than the other methods relying on symbol predistortion. Their transparency and simplicity on the one hand and the fact that they do not lead to any rate loss on the other hand make them highly attractive for wireless systems. The last part is devoted to the synchronization issue. In particular, we investigate the joint data-aided estimation of frequency offsets and channel parameters in uplink multiple-input multiple-output (MIMO) transmission. First, a compact expression of the Cramér-Rao bound (CRB) is derived for large training sequence sizes. Next, the training strategies minimizing the asymptotic performance bounds are obtained. Finally, a family of reduced complexity asymptotically efficient estimators is proposed which does not rely on particular subcarrier assignment scheme (SAS).