Resource Allocation, Sequence Design and Channel Estimation for Code-Division-Multiple-Access Channels

dc.contributor.advisorBoche, Holgeren
dc.contributor.authorStanczak, Slawomiren
dc.contributor.grantorTechnische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatiken
dc.date.accepted2003-04-29
dc.date.accessioned2015-11-20T15:26:37Z
dc.date.available2003-10-06T12:00:00Z
dc.date.issued2003-10-06
dc.date.submitted2003-10-06
dc.description.abstractDiese Dissertation befasst sich mit der Ressourcenvergabe, Sequenzdesign und Kanalschätzung für Code-Division-Multiple-Access (CDMA) Systeme. Im Folgenden wird dem Leser eine kurze Einführung in jedes Thema sowie eine Kurzbeschreibung der erzielten Ergebnisse präsentiert. 1. Eines der zentralen Probleme bei der Planung von CDMA Netzwerken ist das Problem der Zulässigkeit. Hierbei wird die Frage erötert, ob eine bestimmte Anzahl von Nutzern mit vorgegebenen Signal-zu-Interferenz Verhältnissen in einem CDMA System unterstützt werden kann. Die meisten bis heute existierenden Arbeiten zu diesem Thema gehen von einer perfekten Synchronisation zwischen den einzelnen Nutzern aus. Leider kann eine solche Synchronization in vielen praktischen Situationen nicht gewährleistet werden. Zuerst werden bekannte Resultate für den synchronen Fall diskutiert und auch verfeinert. Anschliessend wird das Problem der Zulässigkeit in asynchronen CDMA Systemen behandelt und in einigen Fällen vollständig gelöst. Dabei wird zwischen asynchronen CDMA Modellen mit festen und zufälligen Signalverzögerungen unterschieden. 2. Es gibt durchaus praktische Situationen, in denen eine grobe Synchronisation der Nutzer bereits vorhanden ist oder mit einem geringen Signalisierungsaufwand hergestellt werden kann. Solche annährend synchronisierte CDMA Systeme werden als quasi-synchron (QS-CDMA) bezeichnet. Eine grobe Synchronisation kann zur Verbesserung der Systemperformance genutzt werden. Die Voraussetzung ist jedoch, dass die Korrelationsfunktionen nur in einem bestimmten Fenster um den Nullpunkt optimiert werden. Es werden Gütekriterien für die Wahl von Sequenzen für QS-CDMA vorgeschlagen und dazugehörige mathematische Schranken hergeleitet. Weiterhin werden zwei Methoden zur Konstruktion von Sequenzfamilien mit guten Korrelationseigenschaften innerhalb eines Fensters um den Nullpunkt präsentiert sowie deren Korrelationseigenschaften ausgewertet. 3. In drahtlosen Kommunikationssystemen ist die Übertragung eines Pilotsignals zur Kanalschätzung sehr nützlich. Dadurch wird ein kohärenter Empfang und damit eine bessere Systemperformance ermöglicht. Pilotbasierte Verfahren zur Kanalschätzung haben sich bereits in der Abwärtsstrecke, in der alle Nutzer ein gemeinsames Pilotsignal verwenden, erfolgreich bewährt. Es wird der wesentlich schwierigere Fall der Aufwärtsstrecke betrachtet, wo jeder Nutzer ein eigenes Pilotsignal sendet. Damit hier eine zuverlässige Kanalschätzung überhaupt möglich ist, muss der Schätzer auch die Mehrfachzugriffsinterferenz effizient reduzieren. Es werden zwei Typen von linearen Kanalschätzern betrachtet, nämlich der inverse Filter und der lineare Minimum-Varianz Schätzer. In beiden Fällen werden untere Schranken für den maximalen mittleren quadratischen Fehler hergeleitet. Es wird gezeigt, dass die Schranken in den meisten Fällen durch eine geeignete Wahl von Pilotsignalen erreicht werden können. Die Existenz solcher Pilotsignale wird eingehend betrachtet. Abschließend beschäftigt sich die Arbeit mit einem von Jim Massey gestellten Problem. Darin wird nach der Existenz von polyphasen Sequenzen mit einem asymptotisch optimalen Rauschverstärkungsfaktor gefragt.de
dc.description.abstractThis thesis deals with topics in the area of sequence design, resource allocation and channel estimation for Code-Division-Multiple Access (CDMA) channels. A short introduction to each topic and a brief statement of our results is given below. 1. One of the central problems in CDMA network design is the problem of admissibility since it addresses the question of admissibility of users in a communications system with a certain quality-of-service guaranteed. We say that a set of users is admissible in a CDMA system if one can assign sequences to the users and control their power so that all users meet their signal-to-interference ratio requirements. Most of the existing results on this problem assume a symbol-synchronous CDMA channel. Unfortunately, the simplistic setting of perfect symbol synchronism rarely holds in practice. First we review and refine some of the known results for the symbol-synchronous case. Subsequently, we consider symbol-asynchronous CDMA channels and completely solve the problem of admissibility in some cases. In doing so, we distinguish between symbol-asynchronous channels with fixed and random time offsets. 2. In many practical situations, a coarse synchronization of the users is either available or can be easily established by introducing additional signaling overhead. Such approximately synchronized CDMA systems are called quasi-synchronous CDMA (QS-CDMA) channels. The fact that all users are approximately synchronized can be used to improve the system performance provided that the aperiodic correlations of signature sequences are only optimized in the vicinity of the zero shift. We provide criteria for selecting sequence sets for QS-CDMA and derive lower bounds on them. Moreover, we propose two methods for constructing sequences with favorable correlation properties in the vicinity of the zero shift and evaluate their correlation properties. 3. In wireless systems, transmission of a pilot signal is very valuable for obtaining good amplitude and phase estimates of the mobile communications channel, making possible quasi-optimum coherent reception and weighted combining of multipath components. Pilot-based channel estimation schemes have been extensively used in the downlink channel from a base station to multiple users where all users share a common pilot signal sent from a base station. We consider the more challenging uplink channel in which each user transmits an individual pilot signal. Thus, in order to obtain reliable estimates, the channel estimator must effectively combat multiple access interference. We consider two types of channel estimators, namely the inverse filter and the linear minimum mean-square error estimator. In both cases, we derive lower bounds on the maximum mean square error. It is shown that in most cases, the bounds can be met by appropriately choosing pilot signals. The existence and construction of such pilot signals are investigated. Finally, we consider the question raised by Jim Massey about the existence of a polyphase sequences with an asymptotically optimal aperiodic noise enhancement factor.en
dc.identifier.uriurn:nbn:de:kobv:83-opus-5962
dc.identifier.urihttp://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/992
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.14279/depositonce-695
dc.languageEnglishen
dc.language.isoenen
dc.rights.urihttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/en
dc.subject.ddc620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeitenen
dc.subject.otherCDMAde
dc.subject.otherKanalschätzungde
dc.subject.otherLeistungskontrollede
dc.subject.otherRessourcenvergabede
dc.subject.otherSpreizsequenzende
dc.subject.otherCDMAen
dc.subject.otherChannel estimationen
dc.subject.otherPower controlen
dc.subject.otherResource allocationen
dc.subject.otherSequence designen
dc.titleResource Allocation, Sequence Design and Channel Estimation for Code-Division-Multiple-Access Channelsen
dc.title.translatedRessourcenvergabe, Sequenzdesign und Kanalschätzung für Code-Division-Multiple-Access Systemede
dc.typeDoctoral Thesisen
dc.type.versionpublishedVersionen
tub.accessrights.dnbfree*
tub.affiliationFak. 4 Elektrotechnik und Informatikde
tub.affiliation.facultyFak. 4 Elektrotechnik und Informatikde
tub.identifier.opus3596
tub.identifier.opus4602
tub.publisher.universityorinstitutionTechnische Universität Berlinen
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