Original title:
Prostorová diverzita a časově-kmitočtová ortogonalita pro robustní bezdrátové komunikace
Translated title:
Spatial Diversity and Time-Frequency Orthogonality for Robust Wireless Communications
Authors:
Zedka, Radim ; Armada, Ana Garcia (referee) ; Rakús,, Martin (referee) ; Götthans, Tomáš (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2024
Language:
eng Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Abstract:
[eng][cze]
Předložená disertační práce přispívá do oblasti robustních bezdrátových komunikací dvěma zásadními nově navrženými technikami. První část práce je zaměřena na vývoj a analýzu nové techniky prostorové diverzity založené na nedávno objeveném konceptu časoprostorových kódů STLC. Na rozdíl od již známého ortogonálního STLC je tento návrh založen na kvazi-ortogonální kódové struktuře, která umožňuje použití čtyř antén přijímače namísto dvou, jak je tomu u ortogonálních STLC s plnou rychlostí. Práce obsahuje rigorózní teoretickou analýzu diverzitního zisku a asymptotického zisku poměru signál-šum (SNR) u nového STLC a porovnává je s dosud známými přístupy publikovanými v oblasti STLC. Druhá část se zabývá OTFS, v současnosti prudce se rozvíjející technikou přenosu dat s více nosnými, která vykazuje vynikající výsledky zejména v bezdrátové komunikaci uživatelů s vysokou mobilitou. Zde je prezentován nový systém založený na principu OTFS, který – na rozdíl od naprosté většiny OTFS publikací – jako jeden z klíčových návrhových parametrů využívá výkonovou spektrální hustotu (PSD) vysílaného signálu. Tento systém byl pojmenován UW-OTFS, protože jeho vnější stupeň je převzat z aktuálně rozšířeného systému UW-OFDM. UW-OTFS přebírá všechny výhody UW-OFDM, včetně vylepšené bitové chybovosti (BER) a definované spektrální výkonové hustoty zaručující výrazné omezení vyzařování do sousedních kanálů. S využitím konceptu OTFS navíc zaniká hlavní nevýhoda UW-OFDM, kterou je nemožnost použít ekvalizaci typu one-tap, tedy ekvalizace s jedním koeficientem. Systém UW-OTFS je navržen tak, aby pracoval v časově variantních kanálech s neceločíselným Dopplerovským posuvem, a to především díky využití modifikace známé metody BEM. Díky této metodě jsou jak odhad kanálu, tak ekvalizace prováděny technikou LMMSE. Navržený systém je následně analyzován jak teoreticky, tak numericky, a to pomocí metody Monte Carlo.
This dissertation thesis contains several contributions in the field of robust wireless communications. The first part is focused on developing and analyzing a novel technique of spatial diversity based on the recently discovered concept of space-time line codes (STLCs). Unlike the already known orthogonal STLC, this design is based on a quasi-orthogonal code structure which allows the utilization of four receiver antennas instead of two antennas, which is the limit of the orthogonal STLC for a full rate transmission. The work provides a rigorous theoretical analysis of the diversity gain and asymptotic SNR gain of the new STLC and compares it to the benchmark STLCs. The second part deals with the orthogonal-time-frequency-space (OTFS), a popular multi-carrier waveform showing excellent performance in high-mobility wireless communications. The contribution lies in designing a new OTFS-like system, which - unlike the vast majority of OTFS literature - considers the power-spectral-density (PSD) one of the key design parameters. The novel waveform is named unique-word OTFS (UW-OTFS), because its outer stage is adopted from the popular UW-OFDM. UW-OTFS inherits all of its benefits, including the improved bit-error-ratio (BER) and superb PSD properties. Moreover, the main issue of UW-OFDM, i.e., the multiple-tap equalization, is no longer problematic in the OTFS context. The proposed UW-OTFS is designed to operate in linear time-variant (LTV) fractional-Doppler channels by utilizing a modification of the basis-expansion-model (BEM). Due to this method, both the channel estimation and equalization are performed by the linear minimum-mean-square-error (LMMSE) technique. The proposed system is analyzed both theoretically and numerically (using the Monte Carlo method) and it shows excellent performance in fractional-Doppler channels.
Keywords:
kvazi-ortogonální; LMMSE.; OTFS; STBC; STLC; unique word; LMMSE.; OTFS; quasi-orthogonal; STBC; STLC; unique word
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: https://hdl.handle.net/11012/249173
guest ::
