OFDM for wireless communications: Nyquist windowing, peak power reduction, and synchronization = OFDM für die Funkkommunikation : Nyquist-Fensterung, Spitzenleistungsreduktion und Synchronisierung
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | English German |
| Published: |
Aachen
Shaker
2000
|
| Series: | Berichte aus der Kommunikations- und Informationstechnik
16 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Zugl.: Erlangen-Nürnberg, Univ., Diss., 2000. - Zsfassung in dt. Sprache |
| Physical Description: | XX, 202 S. graph. Darst. 21 cm |
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BERICHTE AUS DER KOMMUNIKATIONS- UND INFORMATIONSTECHNIK
BAND 16
STEFAN MUELLER-WEINFURTNER
OFDM FOR WIRELESS COMMUNICATIONS:
NYQUIST WINDOWING, PEAK-POWER REDUCTION, AND SYNCHRONIZATION
D 29 (DISS. UNIVERSITAET ERIANGEN-NUEMBERG)
SHAKER VERLAG AACHEN 2000
IMAGE 2
V
CONTENTS
ABSTRACT I
ACRONYMS XV
IMPORTANT VARIABLES, CONSTANTS, AND SETS XVII
TRANSFORMS, FUNCTIONS, AND OPERATORS XXI
1 INTRODUCTION 1
2 BACKGROUND 3
2.1 ORTHOGONAL FREQUENCY-DIVISION MULTIPLEXING 3
2.1.1 HISTORY OF OFDM 3
2.1.2 ADVANTAGES OF OFDM 4
2.1.3 DIFFICULTIES IN DATA TRANSMISSION WITH OFDM 5
2.1.4 PRACTICAL APPLICATION OF OFDM TECHNIQUES 6
2.2 TECHNICAL DATA OF THE ATMMOBIL PROJECT 6
3 ANALYSIS OF ORTHOGONAL FREQUENCY-DIVISION MULTIPLEXING 9
3.1 ANALYSIS OF A GENERAL OFDM SCHEME 9
3.1.1 A GENERAL OFDM TRANSMITTER 10
3.1.2 A GENERAL OFDM RECEIVER 13
3.1.3 TRANSMISSION CHARACTERISTICS OF THE GENERAL OFDM SCHEME 15
3.1.3.1 GENERAL RECEIVER AND TRANSMITTER WINDOWS 15
3.1.3.2 NEGLIGIBLE INTERSYMBOL INTERFERENCE 16
3.1.3.3 TRANSFER FUNCTION AND TRANSFER FACTOR OF OVERALL CHANNEL . .. 17
3.1.3.4 SUFFLCIENTLY LONG CONSTANT TRANSMIT WINDOW PORTION 18
3.2 SPECIAL CASE: CONVENTIONAL OFDM 20
3.2.1 CONVENTIONAL OFDM TRANSMISSION 20
3.2.2 THE SUBCARRIER TRANSFER FACTOR (STF) 22
3.2.3 LOSS OF ORTHOGONALITY IN CONVENTIONAL OFDM 23
3.2.3.1 CARRIER FREQUENCY OFFSET 23
3.2.3.2 SAMPLING FREQUENCY OFFSET 25
IMAGE 3
VI CONTENTS
3.2.3.3 INSUFFICIENT GUARD INTERVAL 27
3.3 TRANSMISSION OVER IMPERFECT CHANNELS 27
3.3.1 ADDITIVE WHITE GAUSSIAN NOISE CHANNEL 27
3.3.2 CHANNEL CODING 27
3.3.3 DISPERSIVE CHANNEL 28
3.3.3.1 CHANNEL TRANSFER FACTOR 28
3.3.3.2 CHANNEL CORRELATION PARAMETER 28
3.3.3.3 ASSUMED CHANNEL POWER DELAY PROFILE 29
3.4 DRAWBACKS OF CONVENTIONAL OFDM AND SCOPE OF THIS THESIS 30
4 NYQUIST WINDOWING IN OFDM RECEIVERS 31
4.1 DUALITIES AND IMPERFECTIONS 31
4.2 RECEIVER WINDOWS WITH TIME EXCESS 31
4.3 OFDM TRANSMISSION CHARACTERISITICS 33
4.4 MMSE-OPTIMUM NYQUIST RECEIVER WINDOW SHAPE 34
4.4.1 DECOMPOSITION OF RECEIVER NYQUIST WINDOW 34
4.4.2 SUBCARRIER TRANSFER FACTOR 35
4.4.3 DEFINITIONS 35
4.4.4 MMSE-OPTIMIZATION OF WINDOW SHAPE 36
4.4.5 ASYMPTOTIC OPTIMUM WINDOW SHAPES 39
4.4.5.1 DOMINATING ICI 39
4.4.5.2 DOMINATING NOISE 39
4.4.6 NUMERICAL RESULTS FOR MMSE-OPTIMUM WINDOW 39
4.5 EXTENSIONS AND IMPLEMENTATIONAL ISSUES 40
4.5.1 ADAPTIVE TIME-EXCESS FACTOR 40
4.5.2 APPLICATION IN OFDM SYSTEMS WITHOUT POSTFIX 41
4.5.3 TIME EXCESS INTO CONSUMED GUARD INTERVAL 41
4.6 NEAR-OPTIMUM NYQUIST WINDOW SHAPE 41
4.6.1 NYQUIST WINDOW WITH LINEAR ROLLOFF REGION 42
4.6.2 SUBCARRIER TRANSFER FACTOR 42
4.6.3 OPTIMUM SLOPE IN ROLLOFF REGION 43
4.6.4 ASYMPTOTIC OPTIMUM RESULTS 44
4.6.4.1 DOMINATING ICI 44
4.6.4.2 DOMINATING NOISE 44
4.6.5 CALCULATING THE SUBCARRIER SNR 44
4.6.6 NUMERICAL RESULTS FOR MMSE-OPTIMUM SLOPE 44
4.7 PERFORMANCE COMPARISON WITH OTHER WINDOW TYPES 46
4.7.1 IMPROVEMENT IN EFFECTIVE SUBCARRIER SNR 46
4.7.2 SPECTRAL CHARACTERISTICS 47
4.7.3 SIMULATION RESULTS FOR ERROR PERFORMANCE 48
4.8 SUMMARY AND CONCLUSIONS 50
IMAGE 4
CONTENTS - VII
5 CREST-FACTOR REDUCTION IN OFDM 51
5.1 THE CREST-FACTOR PROBLEM IN OFDM 51
5.1.1 DRAWBACKS OF THE HIGH CREST FACTOR 51
5.1.2 ANALYSIS OF CREST-FACTOR STATISTICS 52
5.1.3 IDEAL CREST-FACTOR-LIMITATION-CODING BOUND 55
5.2 STATE OF THE ART IN CREST-FACTOR REDUCTION 57
5.2.1 HARD CLIPPING IN BASEBAND 57
5.2.2 MULTIPLICATIVE SIGNAL DISTORTION 58
5.2.3 ADDITIVE BANDLIMITED SIGNAL DISTORTION 58
5.2.4 COMBINED (BLOCK) CODING AND OFDM MODULATION 59
5.2.5 ITERATIVE OPTIMIZATION ALGORITHMS 59
5.2.6 SIGNAL CONSTELLATION EXPANSION 60
5.2.7 REQUIREMENTS FOR IDEAL METHODS 60
5.3 CF REDUCTION WITH SELECTED MAPPING (SLM) 61
5.3.1 SLM TRANSMITTER 61
5.3.2 SLM RECEIVER 62
5.3.3 SLM TRANSCEIVERS WITHOUT EXPLICIT SIDE INFORMATION 63
5.4 PARTIAL TRANSMIT SEQUENCES (PTS) FOR CF REDUCTION 65
5.4.1 PTS TRANSMITTER 65
5.4.2 PTS RECEIVER 67
5.4.3 SOME IMPLEMENTATION AND EFFICIENCY ASPECTS 68
5.4.4 A FAVOURABLE VARIANT OF PTS 69
5.4.5 AUTOCORRELATION FUNCTION OF PARTIAL TRANSMIT SEQUENCES 70
5.4.6 SIMULATION RESULTS FOR CF REDUCTION WITH PTS 75
5.4.7 AN IMPLEMENTATIONALLY ADVANTAGEOUS VARIANT OF PTS 82
5.4.8 IMPACT OF PTS ON CURRENT LITERATURE 87
5.5 A COMPARISON OF PTS AND SLM 88
5.6 PROPERTIES OF THE CONTINUOUS-TIME OFDM SIGNAL 92
5.6.1 CONTINUOUS-TIME VS. DISCRETE-TIME 92
5.6.2 OVERSAMPLED ECB PROCESSING FOR CF REDUCTION 95
5.6.3 SIMULATION RESULTS WITH OVERSAMPLED ECB PROCESSING 95
5.6.4 PHASOR DIAGRAMS OF OVERSAMPLED PTS-OFDM SIGNALS 100
5.7 IMPAIRMENTS IN PRESENCE OF NONLINEARITIES 102
5.7.1 NONLINEAR TRANSMISSION MODELS 102
5.7.2 OUT-OF-BAND POWER DENSITY OF CONVENTIONAL OFDM 103
5.7.3 OUT-OF-BAND POWER DENSITY OF PTS-OFDM 104
5.7.4 APPLICABILITY OF PTS AND SLM IN OTHER MODULATION SCHEMES 105
6 FRAME AND CARRIER FREQUENCY SYNCHRONIZATION FOR BURSTY OFDM 107
6.1 INTRODUCTION 107
6.2 BURST SYNCHRONIZATION EXPLOITING SIGNAL REPETITION 108
IMAGE 5
CONTENTS
6.2.1 STATE-OF-THE-ART TECHNIQUES 108
6.2.2 POSSIBILITIES TO INJECT SIGNAL PERIODICITY 109
6.2.3 REQUIREMENTS FOR BURST SYNC WITH REPETITION STRUCTURES 110
6.2.4 THE SANDAMBLE STRUCTURE 110
6.2.5 THE CONVENTIONAL PREAMBLE STRUCTURE 111
6.2.6 PROPERTIES OF THE RECEIVED SIGNAL 112
6.2.7 SANDAMBLE VS. PREAMBLE 113
6.3 COARSE FRAME SYNCHRONIZATION USING PREAMBLE 114
6.3.1 SYNCHRONIZATION QUANTITIES 114
6.3.2 MINIMUM-MEAN-SQUARED-ERROR (MMSE) METRIE 114
6.3.3 MAXIMUM-LIKELIHOOD (ML) METRIE 115
6.3.4 MAXIMUM-CORRELATION (MC) METRIE 116
6.3.5 SCHMIDL-COX METRIE 116
6.3.6 MAXIMUM NORMALIZED CORRELATION (MNC) METRIE 116
6.3.7 ESTIMATING THE SIGNAL-TO-NOISE POWER RATIO 117
6.3.8 SIMULATION RESULTS FOR CONTINUOUS TRANSMISSION 118
6.3.9 INSENSITIVITY OF MNC IN NON-CONTINUOUS TRANSMISSION 121
6.4 CARRIER FREQUENCY SYNCHRONIZATION 123
6.4.1 FREQUENCY ESTIMATION VARIANCE 123
6.4.2 REQUIRED CARRIER FREQUENCY ESTIMATION ACCURACY 124
6.4.3 EFFECT OF NON-IDEAL FRAME SYNCHRONIZATION 124
6.4.4 SIMULATION RESULTS FOR SANDAMBLE 126
6.5 OPTIMUM (FRAME) SYNCHRONIZATION USING SANDAMBLE 127
6.5.1 DERIVATION OF THE OPTIMUM SYNCHRONIZATION METRIE 127
6.5.2 RELATION TO METRIE USING CONVENTIONAL REPETITION PREAMBLE 132
6.5.3 METRICS FOR GENERAL MULTIPLE-REPETITION PREAMBLES 132
6.5.4 SIMULATION RESULTS FOR CONTINUOUS TRANSMISSION 132
6.6 FREQUENCY ESTIMATION-RANGE EXTENSION 135
6.6.1 ADDITIONAL CORRELATIONS 135
6.6.2 COARSE/FINE (CF) APPROACH 136
6.6.2.1 FREQUENCY ESTIMATION ALGORITHM 136
6.6.2.2 FREQUENCY ESTIMATION FAILURE RATE 137
6.6.3 FINE/DISCRETE (FD) APPROACH 137
6.6.3.1 FREQUENCY ESTIMATION ALGORITHM 137
6.6.3.2 USING A-PRIORI PROBABILITIES FOR THE INTERVAL DETECTION IN FD .
138 6.6.3.3 FREQUENCY ESTIMATION FAILURE RATE 139
6.6.3.4 IMPROVING THE FREQUENCY ESTIMATION FAILURE RATE 139
6.6.4 POWER EFFICIENCY OF FREQUENCY ESTIMATION ALGORITHMS 140
6.6.4.1 THEORETICAL RESULTS FOR FREQUENCY FAILURE RATE 140
6.6.4.2 SIMULATION RESULTS WITH PERFECT FRAME SYNCHRONIZATION 142
IMAGE 6
CONTENTS IX
6.7 FREQUENCY-DOMAIN FRAME SYNCHRONIZATION 144
6.7.1 THE FRAME SYNCHRONIZATION ALGORITHM 144
6.7.2 LOWER BOUND FOR FRAME SYNCHRONIZATION VARIANCE 147
6.7.3 SIMULATION RESULTS 147
6.7.4 IMPROVED DIFFERENTIAL DEMODULATION IN FREQUENCY DIRECTION 149
7 CONCLUSIONS 151
A MATHEMATICAL APPENDIX 153
A.L DIFFERENTIATION WITH RESPECT TO A VECTOR 153
A.2 SOME FINITE SUM EXPRESSIONS 153
A.3 PROBABILITY DENSITY FUNCTION OF PHASE ANGLE 154
A.4 ERROR PROBABILITY COMPUTATION 158
B SYNCHRONIZATION APPENDIX 159
B.L PARAMETER ESTIMATION EXPLOITING SIGNAL STRUCTURE 159
B.L.L ESTIMATION OF A SCALAR MULTIPLICATIVE FACTOR 159
B.L.2 PHASE (INCREMENT) ESTIMATION 161
B.1.2.1 PHASE ESTIMATE FROM A SINGLE OBSERVATION BLOCK 161
B.L.2.2 CRAMER-RAO LOWER BOUND FOR THE PHASE-ESTIMATION PROBLEM . 166
B.L.3 PHASE ESTIMATION USING MULTIPLE OBSERVATION BLOCKS 168
B.L.4 SOME USEFUL EQUATIONS 169
B.2 DERIVATION OF FRAME LOCK-IN PROBAB. DISTRIBUTION 171
B.3 LOCK-IN RANGE ISSUES IN FREQUENCY ESTIMATION 177
B.3.1 LOCK-IN RANGE EXTENSION WITH TWO CORRELATION RESULTS 177
B.3.1.1 COARSE/FINE APPROACH 178
B.3.1.2 MAXIMUM-LIKELIHOOD APPROACH 179
B.3.1.3 FINE/DISCRETE APPROACH 180
B.3.2 LOCK-IN FAILURE PROBABILITIES 182
B.3.2.1 SINGLE CORRELATION FREQUENCY ESTIMATION 182
B.3.2.2 COARSE/FINE ESTIMATION 183
B.3.2.3 FINE/DISCRETE ESTIMATION 184
BIBLIOGRAPHY 187
INDEX 201
IMAGE 7
X CONTENTS
INHALTSVERZEICHNIS
Z U S A M M E N F A S S U NG III
ABKUERZUNGEN XV
WICHTIGE FORMELZEICHEN, KONSTANTEN UND M E N G EN XVII
TRANSFORMATIONEN, FUNKTIONEN UND OPERATOREN XXI
1 EINFUEHRUNG 2
2 HINTERGRUND 3
2.1 ORTHOGONALER FREQUENZMULTIPLEX 3
2.1.1 GESCHICHTE VON OFDM 3
2.1.2 VORTEILE VON OFDM 4
2.1.3 SCHWIERIGKEITEN BEI DER DATENUEBERTRAGUNG MITTELS OFDM 5
2.1.4 PRAKTISCHE ANWENDUNG VON OFDM-VERFAHREN 6
2.2 TECHNISCHE DATEN DES ATMMOBIL-PROJEKTS 6
3 ANALYSE DES ORTHOGONALEN FREQUENZMULTIPLEXES 9
3.1 ANALYSE EINES ALLGEMEINEN OFDM-VERFAHRENS 9
3.1.1 EIN ALLGEMEINER OFDM-SENDER 10
3.1.2 EIN ALLGEMEINER OFDM-EMPFAENGER 13
3.1.3 UBERTRAGUNGSEIGENSCHAFTEN DES ALLGEMEINEN OFDM-VERFAHRENS 15
3.1.3.1 ALLGEMEINE EMPFANGS- UND SENDEFENSTER 15
3.1.3.2 VERNACHLAESSIGBARE NACHBARSYMBOLBEEINFLUSSUNG . . . 16
3.1.3.3 UBERTRAGUNGSFUNKTION UND UEBERTRAGUNGSFAKTOR DES GESAMTKANALS 17
3.1.3.4 AUSREICHEND LANGER KONSTANTER ANTEIL DES SENDEFENSTERS 18
3.2 SPEZIALFALL: HERKOEMMLICHES OFDM 20
3.2.1 HERKOEMMLICHE OFDM-UEBERTRAGUNG 20
3.2.2 DER UNTERTRAEGER-UEBERTRAGUNGSFAKTOR 22
3.2.3 VERLUST DER ORTHOGONALITAET IN HERKOEMMLICHEM OFDM 23
3.2.3.1 TRAEGERFREQUENZABWEICHUNG 23
3.2.3.2 ABTASTFREQUENZABWEICHUNG 25
IMAGE 8
CONTENTS XI
3.2.3.3 UNZUREICHENDES SCHUTZINTERVALL 27
3.3 UEBERTRAGUNG UEBER NICHTPERFEKTE KANAELE 27
3.3.1 DER ADDITIVE WEISSE GAUSS SCHE RAUSCHKANAL 27
3.3.2 KANALCODIERUNG 27
3.3.3 DISPERSIVER KANAL 28
3.3.3.1 KANALUEBERTRAGUNGSFAKTOR 28
3.3.3.2 KORRELATIONSPARAMETER DES KANALS 28
3.3.3.3 ANGENOMMENES LEISTUNGSVERZOEGERUNGSPROFIL DES KANALS 29 3.4
NACHTEILE VON HERKOEMMLICHEM OFDM UND GEGENSTAND DIESER ARBEIT 30
4 NYQUIST-FENSTERUNG IN OFDM-EMPTAENGERN 31
4.1 PARALLELEN UND BEEINTRAECHTIGUNGEN 31
4.2 EMPFANGSFENSTER MIT ERWEITERUNG IM ZEITBEREICH 31
4.3 EIGENSCHAFTEN DER OFDM-UEBERTRAGUNG 33
4.4 MMSE-OPTIMALE FORM DES EMPFANGSFENSTERS 34
4.4.1 ZERLEGUNG DES NYQUIST-EMPFANGSFENSTERS 34
4.4.2 UNTERTRAEGER-UEBERTRAGUNGSFAKTOR 35
4.4.3 DEFINITIONEN 35
4.4.4 MMSE-OPTIMIERUNG DER FENSTERFORM 36
4.4.5 ASYMPTOTISCH OPTIMALE FENSTERFORMEN 39
4.4.5.1 DOMINIERENDES ICI 39
4.4.5.2 DOMINIERENDES RAUSCHEN 39
4.4.6 NUMERISCHE ERGEBNISSE FUER MMSE-OPTIMALES FENSTER 39
4.5 ERWEITERUNGEN UND FRAGESTELLUNGEN DER IMPLEMENTIERUNG 40
4.5.1 ADAPTIVER ZEITERWEITERUNGSFAKTOR 40
4.5.2 ANWENDUNG IN OFDM-SYSTEMEN OHNE RECHTER ZYKLISCHER FORTSETZUNG . .
41 4.5.3 ZEITERWEITERUNG IN DAS VERBRAUCHTE SCHUTZINTERVALL HINEIN 41
4.6 NAHEZU OPTIMALE NYQUIST-FENSTERFORM 41
4.6.1 NYQUIST-FENSTER MIT LINEAREM VERLAUF IM UEBERGANGSBEREICH 42
4.6.2 UNTERTRAEGER-UEBERTRAGUNGSFAKTOR 42
4.6.3 OPTIMALE STEIGUNG IM UEBERGANGSBEREICH 43
4.6.4 ASYMPTOTISCH OPTIMALE ERGEBNISSE 44
4.6.4.1 DOMINIERENDES ICI 44
4.6.4.2 DOMINIERENDES RAUSCHEN 44
4.6.5 BERECHNUNG DES SNR IM UNTERTRAEGER 44
4.6.6 NUMERISCHE ERGEBNISSE FUER MMSE-OPTIMALE STEIGUNG 44
4.7 LEISTUNGSVERGLEICH MIT ANDEREN FENSTERARTEN 46
4.7.1 VERBESSERUNG DES EFFEKTIVEN SNR IM UNTERTRAEGER 46
4.7.2 SPEKTRALE EIGENSCHAFTEN 47
4.7.3 SIMULATIONSERGEBNISSE FUER DAS UEBERTRAGUNGSFEHLERVERHALTEN 48
4.8 ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSFOLGERUNGEN 50
IMAGE 9
XII CONTENTS
5 SPITZENWERTREDUKTION IN OFDM 51
5.1 DAS SPITZENWERTPROBLEM IN OFDM 51
5.1.1 NACHTEILE DES HOHEN SPITZENWERTS 51
5.1.2 ANALYSE DER STATISTIK DER SPITZENWERTE 52
5.1.3 IDEALE SCHRANKE FUER SPITZENWERTREDUKTION VERSUS REDUNDANZ 55
5.2 BEKANNTE VERFAHREN ZUR SPITZENWERTREDUKTION 57
5.2.1 HARTES ABSCHNEIDEN IM BASISBAND 57
5.2.2 MULTIPLIKATIVE SIGNALVERZERRUNG 58
5.2.3 ADDITIVE BANDBEGRENZTE SIGNALVERZERRUNG 58
5.2.4 KOMBINIERTE (BLOCK-)CODIERUNG UND OFDM MODULATION 59
5.2.5 ITERATIVE OPTIMIERUNGSALGORITHMEN 59
5.2.6 ERWEITERUNG DER SIGNALKONSTELLATIONEN 60
5.2.7 ANFORDERUNGEN AN IDEALE METHODEN 60
5.3 SPITZENWERTREDUKTION MIT SELECTED MAPPING (SLM) 61
5.3.1 SLM-SENDER 61
5.3.2 SLM-EMPFAENGER 62
5.3.3 SLM-MODEMS OHNE EXPLIZITER SEITENINFORMATION 63
5.4 PARTIAL TRANSMIT SEQUENCES (PTS) ZUR SPITZENWERTREDUKTION 65
5.4.1 PTS-SENDER 65
5.4.2 PTS-EMPFAENGER 67
5.4.3 EINIGE ASPEKTE ZU IMPLEMENTIERUNG UND EFFIZIENZ 68
5.4.4 EINE WUENSCHENSWERTE VARIANTE VON PTS 69
5.4.5 AUTOKORRELATIONSFUNKTION DER PARZIELLEN SENDESEQUENZEN 70
5.4.6 SIMULATIONSERGEBNISSE FUER DIE SPITZENWERTREDUKTION MIT PTS 75
5.4.7 EINE FUER DIE IMPLEMENTIERUNG GUENSTIGE VARIANTE VON PTS 82
5.4.8 AUSWIRKUNG VON PTS AUF DIE AKTUELLE LITERATUR 87
5.5 EIN VERGLEICH VON PTS UND SLM 88
5.6 EIGENSCHAFTEN DES ZEITKONTINUIERLICHEN OFDM-SIGNALS 92
5.6.1 ZEITKONTINUIERLICH VERSUS ZEITDISKRET 92
5.6.2 UEBERABGETASTETE BASISBANDVERARBEITUNG ZUR SPITZENWERTREDUKTION . .
.. 95 5.6.3 SIMULATIONSERGEBNISSE MIT UEBERABGETASTETER
BASISBANDVERARBEITUNG . . .. 95 5.6.4 PHASORDIAGRAMME UEBERABGETASTETER
PTS-OFDM-SIGNALE 100
5.7 BEEINTRAECHTIGUNGEN DURCH NICHTLINEARITAETEN 102
5.7.1 NICHTLINEARE UEBERTRAGUNGSMODELLE 102
5.7.2 AUSSERBANDLEISTUNGSDICHTE VON HERKOEMMLICHEM OFDM 103
5.7.3 AUSSERBANDLEISTUNGSDICHTE VON PTS-OFDM 104
5.7.4 ANWENDBARKEIT VON PTS UND SLM IN ANDEREN MODULATIONSVERFAHREN . .
. 105
6 RAHMEN- UND TRAEGERFREQUENZSYNCHRONISATION FUER PAKETIERTES OFDM 107 6.1
EINFUEHRUNG 107
6.2 PAKETSYNCHRONISATION DURCH AUSNUTZUNG VON SIGNALWIEDERHOLUNG 108
IMAGE 10
XIII
6.2.1 BEKANNTE VERFAHREN 108
6.2.2 MOEGLICHKEITEN ZUR EINFUEGUNG VON SIGNALPERIODIZITAET 109
6.2.3 VORAUSSETZUNGEN FUER DIE SYNCHRONISATION MIT
WIEDERHOLUNGSSTRUKTUREN . 110 6.2.4 DIE SANDAMBEL-STRUKTUR 110
6.2.5 DIE KONVENTIONELLE PRAEAMBEL-STRUKTUR 111
6.2.6 EIGENSCHAFTEN DES EMPFANGSSIGNALS 112
6.2.7 SANDAMBEL IM VERGLEICH ZUR PRAEAMBEL 113
GROBE RAHMENSYNCHRONISATION MIT DER PRAEAMBEL 114
6.3.1 SYNCHRONISATIONSGROESSEN 114
6.3.2 MMSE-METRIK 114
6.3.3 ML-METRIK 115
6.3.4 MC-METRIC 116
6.3.5 METRIK NACH SCHMIDL-COX 116
6.3.6 MNC-METRIK 116
6.3.7 SCHAETZUNG DES SIGNAL-STOERABSTANDS 117
6.3.8 SIMULATIONSERGEBNISSE FUER DIE PAUSENLOSE UEBERTRAGUNG 118
6.3.9 ROBUSTHEIT VON MNC BEI UEBERTRAGUNG MIT PAUSEN 121
TRAEGERFREQUENZSYNCHRONISATION 123
6.4.1 VARIANZ DER FREQUENZSCHAETZUNG 123
6.4.2 BENOETIGTE GENAUIGKEIT DER TRAEGERFREQUENZSCHAETZUNG 124
6.4.3 EINFLUSS EINER NICHTIDEALEN RAHMENSYNCHRONISATION 124
6.4.4 SIMULATIONSERGEBNISSE FUER DIE SANDAMBEL 126
OPTIMALE (RAHMEN-)SYNCHRONISATION MIT DER SANDAMBEL 127
6.5.1 HERLEITUNG DER OPTIMALEN SYNCHRONISATIONSMETRIK 127
6.5.2 BEZUG ZUR METRIK FUER DIE HERKOEMMLICHE WIEDERHOLUNGSPRAEAMBEL 132
6.5.3 METRIKEN FUER ALLGEMEINE MEHRFACHWIEDERHOLUNGSPRAEAMBELN 132
6.5.4 SIMULATIONSERGEBNISSE FUER PAUSENLOSE UEBERTRAGUNG 132
SCHAETZBEREICHSERWEITERUNG FUER DIE FREQUENZ 135
6.6.1 ZUSAETZLICHE KORRELATIONEN 135
6.6.2 GROB/FEIN VERFAHREN (CF) 136
6.6.2.1 ALGORITHMUS ZUR FREQUENZSCHAETZUNG 136
6.6.2.2 VERSAGENSRATE FUER DIE FREQUENZSCHAETZUNG 137
6.6.3 FEIN/DISKRET VERFAHREN (FD) 137
6.6.3.1 ALGORITHMUS ZUR FREQUENZSCHAETZUNG 137
6.6.3.2 A-PRIORI WAHRSCHEINLICHKEITEN FUER DIE INTERVALDETEKTION IN FD .
138 6.6.3.3 VERSAGENSRATE FUER DIE FREQUENZSCHAETZUNG 139
6.6.3.4 VERBESSERUNG DER VERSAGENSRATE BEI DER FREQUENZSCHAETZUNG . . .
139 6.6.4 LEISTUNGSEFFIZIENZ DER FREQUENZSCHAETZALGORITHMEN 140
6.6.4.1 THEORETISCHE ERGEBNISSE FUER DIE VERSAGENSRATE 140
6.6.4.2 SIMULATIONSERGEBNISSE MIT PERFEKTER RAHMENSYNCHRONISATION . .
142
IMAGE 11
XIV CONTENTS
6.7 RAHMENSYNCHRONISATION AUS DEM FREQUENZBEREICH HERAUS 144
6.7.1 DER ALGORITHMUS ZUR RAHMENSYNCHRONISATION 144
6.7.2 UNTERE SCHRANKE FUER DIE VARIANZ DER RAHMENSYNCHRONISATION 147
6.7.3 SIMULATIONSERGEBNISSE 147
6.7.4 VERBESSERTE DIFFERENZIELLE DEMODULATION IN FREQUENZRICHTUNG 149
7 SCHLUSSFOLGERUNGEN 151
A MATHEMATISCHER A N H A NG 153
A.L ABLEITUNG NACH EINEM VEKTOR 153
A.2 EINIGE AUSDRUECKE FUER ENDLICHE SUMMEN 153
A.3 WAHRSCHEINLICHKEITSDICHTEFUNKTION DES PHASENWINKELS 154
A.4 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEITSBERECHNUNG 158
B ANHANG ZUR SYNCHRONISATION 159
B.L PARAMETERSCHAETZUNG DURCH AUSNUTZUNG VON STRUKTUR IM SIGNAL 159
B.L.L SCHAETZUNG EINES SKALAREN MULTIPLIKATIVEN FAKTORS 159
B.1.2 PHASEN(ZUWACHS)SCHAETZUNG 161
B.L.2.1 PHASENSCHAETZWERT AUS EINZELNEM BLOCK VON BEOBACHTUNGEN . . . 161
B.1.2.2 UNTERE SCHRANKE NACH CRAMER-RAO FUER PHASENSCHAETZPROBLEM . . 166
B.L.3 PHASENSCHAETZWERT AUS MEHREREN BEOBACHTUNGSBLOECKEN 168
B.1.4 EINIGE NUETZLICHE GLEICHUNGEN 169
B.2 ABLEITUNG DER WAHRSCHEINLICHKEITSVERTEILUNG DER EINRASTPOSITION 171
B.3 WICHTIGES ZUM EINRASTBEREICH DER FREQUENZSCHAETZER 177
B.3.1 FANGBEREICHSERWEITERUNG MIT HILFE VON ZWEI KORRELATIONSERGEBNISSEN
. . . 177 B.3.1.1 GROB/FEIN VERFAHREN (CF) 178
B.3.1.2 MAXIMUM-LIKELIHOOD VERFAHREN 179
B.3.1.3 FEIN/DISKRET VERFAHREN (FD) 180
B.3.2 EINRAST-VERSAGENSRATE 182
B.3.2.1 FREQUENZSCHAETZUNG MIT EINZELKORRELATION 182
B.3.2.2 GROB/FEIN SCHAETZUNG 183
B.3.2.3 FEIN/DISKRET SCHAETZUNG 184
LITERATURVERZEICHNIS 187
SACHVERZEICHNIS 201
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