Optimisation d'un précodeur MIMO-OFDM dans le contexte de l'estimation aveugle et semi-aveugle du canal de communication

Optimization of a MIMO -OFDM precoder in the context of blind estimation and semi-blind of the communication channel

• Auteur / Autrice : Tarek Chehade
• Direction : Emanuel Rădoi, Oussama Bazzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication. Communications numériques
• Date : Soutenance le 03/12/2015
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Maryline Hélard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emanuel Rădoi, Oussama Bazzi, Maryline Hélard, Olivier Berder, Pascal Chargé, Ludovic Collin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Berder, Pascal Chargé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Estimation de paramètres

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

MIMO-OFDM

Précodage linéaire

Estimation (semi) aveugle du canal

Codes LDPC non-binaires

Courbes EXIT

MIMO-OFDM

Linear precoding

(Semi) blind channel estimation

NB-LDPC codes

EXIT charts

Résumé

L’estimation de canal joue un rôle important dans les communications mobiles sans fil et en particulier dans les systèmes multi-antennes MIMO. Contrairement aux techniques classiques d’estimation de canal basées sur des séquences d’apprentissage ou des symboles pilotes, les techniques aveugles ne nécessitent aucune insertion de symboles d'apprentissage et permettent d'augmenter le débit utile. Les principales difficultés des techniques aveugles résident dans l’ambiguïté présente sur les estimées. Les techniques d’estimation semi-aveugles, basées sur les mêmes méthodes que l’estimation aveugle, sont plus robustes. Elles exploitent l’information aveugle ainsi que l’information provenant d’un nombre réduit de symboles d’apprentissage. Cette estimation du canal de communication est très utile dans les systèmes MIMO et permet de précoder le signal MIMO-OFDM en lui appliquant un pré-mélange permettant d'améliorer les performances. De nombreux types de précodeurs existent et leurs performances varient en fonction des critères d'optimisation retenus (Water-Filling, MMSE, Equal Error, max-SNR, max-d min …), mais aussi avec la qualité de l'estimation du canal de communication. Nous étudions dans cette thèse l’impact de l’utilisation de l’information du canal (CSI) provenant des méthodes d’estimation aveugle et semi-aveugle, dans l’application des précodeurs linéaires MIMO. Nous présentons également une étude statistique de l’erreur d’estimation provenant de ces méthodes. L’optimisation de ces précodeurs nous mène par la suite à exploiter un autre procédé permettant l’amélioration des performances : les codes correcteurs d’erreur. Nous nous intéressons particulièrement aux codes LDPC non-binaires et leur association avec les précodeurs linéaires MIMO. Nous montrons qu’une adaptation est possible et s’avère bénéfique dans certains cas. L’optimisation de cette association nous a permis de proposer un nouveau précodeur basé sur la maximisation de l’information mutuelle, robuste et plus performant.

Channel estimation plays an important role in wireless mobile communications, especially in MIMO systems. Unlike conventional channel estimation techniques based on training sequences or pilot symbols, blind techniques does not require the insertion of training symbols and allow higher throughput. The main problems of the blind lies in the ambiguity over the estimated channel. Based on the same methods as the blind estimation, the semi-blind estimation techniques are more robust. They exploit the blind information along with information provided by a small number of training symbols. The channel estimation is useful in MIMO systems and allows the precoding of the MIMO-OFDM signal by applying a pre-mixture in order to improve performance. Many types of precoders exist and their performance varies depending not only on the optimization criteria (Water-Filling, MMSE, Equal Error, max-SNR, max-d min ...), but also on the estimated channel. In this thesis we study the impact of using the channel information (CSI) from the blind and semi-blind estimation techniques to apply MIMO linear precoders. We also present a statistical study of the estimation error of these methods. The optimization of these precoders leads eventually to use another process allowing more performance improvement: the error correcting codes. We are particularly interested in non-binary LDPC codes and their association with linear MIMO precoders. We show that a matching is possible, and is beneficial in some cases. The optimization of this combination has allowed us to propose a new robust and more efficient precoder based on the maximization of mutual information.