title: Doubly-selective channel estimation for LTE-A uplink
Creators: name: Pratschner, Stefan
Publisher: name: TU Wien
Year: 2016
Subjects: subject: LTE Uplink
subject: LTE Uplink

description: Der aktuellste Standard für mobile Kommunikation heutzutage ist als LTE-Advanced (LTE-A) bekannt, und wird vom 3rd Generation Partnership Project entwickelt und verwaltet. Als ein mobiles Kommunikationsystem der 4ten Generation bietet LTE-A hohe Flexibilität im Bezug auf Einsatzmöglichkeiten und Ressourcen Verteilung, so wie hohe spektrale Effizienz. Um diese Hauptmerkmale zu erreichen werden ausgereifte Zugriffsverfahren auf der physikalischen Netzwerkschicht, wie Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) und Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), verwendet. Für solche drahtlosen Kommunikationssysteme ist kohärente Detektion auf der Empfängerseite essentiell um die angestrebte Leistungsfähigkeit zu erreichen. Dies erfordert Kenntnis des Übertragungskanals, was Kanalsch ätzung nicht nur notwendig, sondern zu einer wichtigen Aufgabe innerhalb der Signalverarbeitungskette macht. In LTE-A werden Referenzsymbole, welche dem Empfänger bekannt sind, mit den Daten kombiniert übertragen, um Kanalschätzung zu ermöglichen. Bei Uplink MIMO Übertragungen werden diese Referenzsymbole aller räumlichen Datenströme auf den gleichen Zeit-Frequenz Positionen übertragen, weswegen eine Separation der geschätzten MIMO Kanäle notwendig ist. Viele bekannte Schätzmethoden zielen auf eine Separation im Zeitbereich ab, bei welcher die Orthogonalität der Referenzsymbole im Code-Bereich genutzt wird. Diese Algorithmen leiden unter der Überlappung der Kanalimpulsantworten bei der Schätzung von frequenzselektiven Kanälen. In meiner Arbeit entwerfe ich Algorithmen zur Kanalschätzung, welche auf die Separation der MIMO Kanäle im Frequenzbereich abzielen. Diese Methoden leiden nicht unter der Überlappung der Kanalimpulsantworten und erzielen signifikant reduzierte Kanalschätzfehler bei der Schätzung von frequenzselektiven Kanälen. Weiters zeige und vergleiche ich verschiedene Interpolationsmethoden welche es ermöglichen Kanalkoeffizienten zwischen Referenzsymbol Positionen zu erlangen, um die Schätzung von Zeit-Frequenz selektiven Kanälen zu ermöglichen. Ich beschreibe und vergleiche die Leistungsfähigkeit der präsentierten Methoden zur Kanalschätzung anhand des mittleren quadratischen Kanalschätzfehlers und der resultierenden Bitfehlerrate durch Simulationen, sowohl für Single-User als auch Multi-User MIMO.
description: Today the most recent standard for mobile communications is known as LTE-Advanced (LTE-A), developed and organized by the 3rd Generation Partnership Project. As a 4th generation system for mobile communication, LTE-A offers high exibility in terms of deployment aspects and resource allocation as well as high spectral efficiency. To achieve these main features, sophisticated link level access schemes, such as orthogonal frequency division multiplexing and Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) technologies, are employed. For such a wireless communication system, coherent detection at the receive side is essential to obtain intended overall performance. This requires knowledge of the wireless channel, making channel estimation not only necessary but a very important task within the signal processing chain. In LTE-A reference symbols, which are known to the receiver, are multiplexed with the transmitted data to enable channel estimation. In uplink MIMO transmissions, these pilot symbols are multiplexed on the same time-frequency positions for all spatial layers, making separation of estimated MIMO channels necessary. Many existing estimation methods aim for separation in time domain, exploiting the reference symbols' code-domain orthogonality. These algorithms suffer from overlapping Channel Impulse Responses (CIR) when estimating frequency selective channels, referred to as CIR leakage. In my work I present channel estimation algorithms that aim to separate all estimated MIMO channels in frequency domain. These methods do not suffer from CIR leakage and achieve a significantly lower estimation error when estimating frequency selective channels. Further, I introduce and compare several interpolation methods that enable to obtain channel coefficients in between pilot positions, making estimation of doubly selective MIMO channels possible. I compare and discuss performance of presented estimation methods in terms of mean square error and resulting bit error ratio as obtained by simulations, in the context of single-user and multi-user MIMO.