Etude et mise en oeuvre du module d'estimation de canal pour les systèmes MIMO-OFDM

Channel estimation for MIMO-OFDM systems

• Auteur / Autrice : Moussa Diallo
• Direction : Maryline Hélard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique et télécommunications
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Rennes, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Résumé

L'estimation de canal est un enjeu important pour les systèmes MIMO nécessitant la connaissance du canal à la réception. Elle doit être optimisée en terme de débit et de performance, mais aussi en terme de complexité de mise en œuvre. En effet, pour une transmission MIMO-OFDM cohérente, le récepteur doit estimer non plus un seul canal, comme dans un cas SISO, mais un ensemble de sous-canaux constituant le canal MIMO. Ces études ont permis la proposition de plusieurs estimateurs robustes vis-à-vis des sélectivités du canal MIMO. Ces estimateurs sont caractérisés par un passage dans un domaine de transfert grâce à l’utilisation de fonctions de transfert à base de DFT et de DCT. Ils permettent de réduire la puissance du bruit et de profiter des corrélations temporelle et/ou fréquentielle pour améliorer l’interpolation du canal à partir des sous-porteuses pilotes. Ces estimateurs ont été évalués dans les contextes indoor IEEE802. 11n et outdoor 3GPP et les résultats obtenus montrent qu'ils sont attractifs pour tout récepteur MIMO. Les travaux ont également porté sur la réduction de la complexité des estimateurs proposés. Un module d'estimation de canal a été implémenté sur une plateforme de développement dans un contexte 802. 11n avec 2 antennes d'émission et 2 antennes de réception. Ces travaux sur l'estimation de canal ont également permis d'apporter des améliorations aux systèmes MIMO nécessitant la connaissance du canal à l'émission et à la réception, comme le beamforming ou le SDMA. En effet, ces systèmes nécessitent une phase de récupération de l'information du canal par feedback, et une phase de transmission de données utiles. Des techniques permettant de réduire la durée de la première phase et de prolonger celle de la deuxième phase ont été étudiées afin d’augmenter l’efficacité spectrale de ces systèmes.

This thesis aims at studying channel estimation techniques in a MIMO-OFDM wireless context. Channel estimation is a crucial function for MIMO systems which require the knowledge of the channel state information at the receiver side. This function needs to be optimized in terms of throughput and performance, but also in terms of complexity. Indeed, for a coherent MIMO OFDM transmission, the receiver no longer needs to estimate one channel as in a SISO case, but a set of sub-channels, each from one of the transmit antennas to one of the receive antennas, which compose the MIMO channel. The studies conducted during this thesis led to the definition of several estimators robust to any MIMO channel selectivity. These estimators are characterized by the transition of the signal in a transfer domain thanks to the use of transfer function constructed based on DFT and DCT. They allow to reduce the noise power and to benefit from time and frequency correlations to improve channel interpolation using only pilots sub-carriers. These estimators have been evaluated in different contexts, indoor with IEEE_02. 11n systems and outdoor with 3GPP systems. The results demonstrate that these estimators are very attractive for any type of MIMO receivers. A part of this thesis have been focused on the complexity reduction of the proposed estimators. A channel estimation module have been implemented on a development platform in an 802. 11n context with 2 transmit and receive antennas. The studies on channel estimation have also led to improvements for MIMO systems using beamforming or SDMA techniques, which require the knowledge of channel state information both at the receiver and the transmitter. These systems required the existence of two phases, one dedicated to the feedback of channel state information, and another one used to transmit the useful data. Techniques which enable to reduce the duration of the first phase or increase the duration of the second one have been studied. In a general manner, they allow a very significant increase of the spectral efficiency of these systems.