In this thesis, for the reliable communications over fading environments, we discuss channel estimation issues in the pilot channel aided code-division multiple access (CDMA) systems and adaptive maximum likelihood sequence estimation (MLSE)-based receivers for time-division multiple access (TDMA) systems.
For the channel estimation in the pilot channel aided CDMA systems, two new channel estimation algorithms using both pilot and traffic channels are proposed. First, we consider a linear prediction using both pilot and traffic channels. After deriving a new form of the optimal Wiener filter for the channel estimation, for its practical implementation, we propose the decision-directed adaptive linear prediction filter (DD-ALPF). To prevent from falling into the false lock, the proposed DD-ALPF uses the conventional channel estimate obtained only from pilot channel as a baseline for checking the reliability of the filter output. It will be shown through computer simulation that the proposed method can improve the receiver performance and performs better in the fast fading environments, compared with the existing ones.
Second, as another technique to improve channel tracking performance in the fast fading environments, we propose a channel identification algorithm based on the linear modeling for the fading process. Its cost function is minimized by using the recursive least squares (RLS) algorithm and its stability is also analyzed.
In addition, we propose three types of adaptive MLSE receivers for TDMA systems. First, as an approach to reduce the complexity of the per-survivor processing (PSP)-MLSE, so-called the hybrid-MLSE which employs both the tentative decision (TD)-MLSE and the PSP-MLSE and at each time selects one of them, is proposed. For this selection, we consider two criteria, which are based on the instantaneous received signal power and the instantaneous signal-to-noise ratio (SNR), respectively; in fact, the hybrid-MLSE based on the latter criterion is an enhanced version of that based on the former one. The simulation results indicate that the hybrid-MLSEs can significantly reduce the computational complexity with little degradation in performance, as compared with the conventional PSP-MLSE.
Motivated by the concept of the Rake receiver in the CDMA systems, the second one, so-called delay estimated (DE)-MLSE employing a path delay estimator for frequency-selective Rayleigh fading channels is proposed. The path delay estimation is performed by using known symbols in the training sequence, and then based on this estimation the DE-MLSE receiver tracks not the T-spaced equivalent channel but the variations of each path in the frequency-selective channel directly. It will be shown through computer simulation that the DE-MLSEs can improve the conventional MLSEs in the narrowband TDMA systems where the number of dominant channel paths is reasonably small in most environments.
Finally, we propose an adaptive MLSE employing the state-space based RLS (SRLS) algorithm as the channel estimation which will be referred to as SRLS-MLSE. Unlike the Kalman filtering, the SRLS-MLSE does not need the knowledge of the covariance matrices of process noise and measurement noise. Therefore, it is more suitable to be applied to the practical systems. In addition, to prevent the performance degradation when path delays are not integer-multiples of the symbol time, we consider the Kalman filtering based on the path delay estimation.
본 논문에서는 크게 두 가지 주제를 다루었다. 하나는 파일롯 채널이 있는 CDMA 시스템에서의 채널 예측에 관한 것이고 다른 하나는 TDMA 시스템을 위한 적응 최대 유사 수열 추정에 관한 것이다.
먼저 CDMA시스템을 위한 두 개의 채널 예측 알고리즘을 제안하였다. 첫번째로는, 파일롯과 트래픽을 모두 사용하는 선형 예측에 기반한 알고리즘을 제안하였으며, 이 알고리즘을 다중코드를 지원하는 시스템에 확장시키는 과정에서 계산량을 줄일 수 있는 방법을 제안하였다. 또한, 실제 시스템에서 decision-direct 모드로 동작할 경우 생길 수 있는 false lock현상을 피하기 위해, 파일롯 만을 사용하여 얻어지는 기존의 채널 예측값과 제안된 알고리즘에 의한 예측값 사이의 위상차에 기반한 false lock 검출 알고리즘을 제안하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 제안된 알고리즘이 기존의 알고리즘들보다 빠른 페이딩 환경에서 우수한 성능을 나타내는 것을 보였으며, 다중 코드를 사용하는 시스템에서도 잘 동작하는 것을 보였다.
두번째로는, 페이딩 채널의 선형 모델링에 기반하여 파일롯과 트래픽을 모두 사용하는 채널 예측 알고리즘을 제안하였으며 이 알고리즘의 안정성을 증명하였다. 또한, 실제 시스템에 적용하기 위하여 Viterbi 알고리즘과 결합시킨 수신기 구조를 제안하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 제안된 알고리즘이 기존의 알고리즘들 보다 페이딩 정도 에 둔감함을 보였다.
페이딩 환경에서의 TDMA 시스템을 위한 적응 최대 유사수열 추정에 대해서는, 세 가지의 새로운 접근방식을 제안하였다. 첫째로는, PSP-MLSE의 계산량을 줄이기 위한 방법의 하나로, 매 시각에 채널의 상태를 추측하여 채널의 상태가 좋으면 계산량이 가장 적은 TD-MLSE를 사용하고 채널의 상태가 나쁘면 계산량은 많으나 성능이 뛰어난 PSP-MLSE를 사용하는 hybrid-MLSE를 제안하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 채널 상태의 좋고 나쁨을 판단하는 문턱값에 대한 가이드라인을 제시하였으며, PSP-MLSE에 비해 성능은 약간 나빠지지만 계산량을 매우 많이 줄일 수 있음을 보였다.
두번째로는, MLSE의 성능을 향상시키기 위한 방법으로, 페이딩 채널의 경로 지연을 예측하여 채널의 각각의 경로를 직접 추정하는 새로운 알고리즘을 제안하였다. 경로 지연값을 추정하는데 추가의 계산량이 요구되지만, 경로의 수가 적은 경우에는 기존의 방식에 비해 매우 좋은 성능을 낼 수 있음을 보였다.
마지막으로, state-space 모델에 근거한 채널 예측 알고리즘을 사용하는 적응 MLSE를 고려하였다. Kalman 필터에 비해 잡음의 통계적 성질을 몰라도 동작할 수 있는 state-space 모델에 근거한 RLS알고리즘을 사용하는 적응 MLSE를 제안하였으며, Kalman 필터를 사용하는 적응 MLSE에 앞에서 제안되었던 경로 지연 추정기법을 결합한 구조를 제안하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 이들 제안된 수신기들의 동작을 검증하였으며 성능 향상을 보였다.
