Synchronisation des systèmes de transmission MIMO-OFDM

par Amir Saemi

Thèse de doctorat en Télécommunications des hautes fréquences et optique

Sous la direction de Jean-Pierre Cances et de Vahid Meghdadi Neyshabouri.

Soutenue en 2007

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• SISO (Single Intput Single Output)
• OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
• Timing de symbole
• Synchronisation de trame
• CFO (Carrier Frequency Offset)
• Estimation de canal
• Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples
• Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence
• Algorithmes EM
• Synchronisation
• Estimation, Théorie de l'

Résumé

La technique multi-antenne dans les systèmes de communication numérique (MIMO) sans fil augmente considérablement la capacité du canal de propagation. Les premières études se sont concentrées sur les canaux non-sélectifs en fréquence. Afin de combattre l'effet multi trajet des canaux radio-mobile, la modulation OFDM a été proposée depuis quelques années. La combinaison d'OFDM avec MIMO ouvre la porte vers des communications hauts débits. Cependant, un système OFDM est très sensible à une erreur de fréquence porteuse qui détruit l'orthogonalité entre les porteuses. Cet effet va dégrader radicalement la performance du système. Les recherches rapportées dans ce mémoire aborde le problème de la synchronisation fréquentielle et temporelle ainsi que l'estimation du canal MIMO des systèmes MIMO-OFDM. Après avoir dressé l'état de l'art de la problématique correspondante, de nouveaux algorithmes basés sur l’algorithme de maximisation de vraisemblance et l'algorithme d'espérance et maximisation (EM), ont été proposés, puis simulés. Les résultats obtenus ont été comparés avec ceux de la littérature en terme de performance et de complexité. A la fin de ce mémoire le problème de la synchronisation dans les systèmes MIMO-OFDMA est étudié et un algorithme original est proposé.

Titre traduit

MIMO-OFDM synchronization

Résumé

Theoretical studies of communication links employing multiple transmit and receive antennas, also known as multiple-input multiple-output (MIMO), have shown great potential for providing highly spectrally efficient wireless transmissions. The early investigations focused almost entirely on flat fading channels. To consider frequency selective channel one efficient method in high rate wireless systems is Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM). MIMO-OFDM combines OFDM and MIMO techniques thereby achieving spectral efficiency and increased throughput. However, because of using Discrete Fourier Transform (DFT), an OFDM system is very sensitive to carrier frequency offset (CFO), which introduces inter-carrier interference. Accurate frequency synchronization is thus essential for reliable reception of the transmitted data. On the other hand, incorrect positioning of the DFT window within an OFDM word reintro­duces ISI during data demodulation, causing serious performance degradation. This dissertation deals with MIMO-OFDM synchronization. To this aim, several synchronization algorithms are studied in this manuscript and a new Maximum-Likelihood (ML) joint time-frequency MIMO-OFDM synchronization algorithm together with channel estimation is presented. Moreover, an iterative Expectation-Maximization (EM) time-frequency synchronization algorithm is introduced and at the end the problem of synchronization in MIMO-OFDMA systems is considered.