Unique-Word-Based OFDM

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Johannes Huber
• Co-Applicant: Professor Dr. Mario Huemer
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2011 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 196624380

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) stellt eine der wichtigsten drahtlosen Kommunikationstechnologien dar. Zur Vermeidung von Intersymbolinterferenz werden bei OFDMDatenübertragung aufeinanderfolgende Symbole durch ein Guard Intervall getrennt. Üblicherweise werden in den Guard Intervallen sogenannte Cyclic Prefixes (CPs) eingefügt. Im beantragten Projekt soll ein OFDM Übertragungskonzept erforscht werden, in dem die CPs durch deterministische Sequenzen, die wir als Unique Words (UW) bezeichnen, ersetzt werden. Da die UWs bekannte deterministische Sequenzen darstellen, können diese vorteilhaft für die Schätzung von Systemparametern verwendet werden. In zwei in Kürze erscheinenden Konferenzpublikationen sowie in einem eingereichten Journal-Manuskript wird von uns eine Methodik beschrieben, wie UWs in ODFM Symbolen erzeugt werden können. Die vorgeschlagene Lösung kann auch als komplexwertiger Reed-Solomon (RS)-Code innerhalb der OFDM-Subträgersymbole interpretiert werden. Hierbei wird die notwendige Redundanz durch geeignetes Laden von so genannten redundanten Subträgersymbolen eingeführt. Für den Empfänger wurde ein LMMSE (Linear Minimum Mean Square Error) Schätzer entwickelt, der als kombinierter Zero-Forcing- und Rauschreduktionsansatz verstanden werden kann. Das derart aufgebaute Gesamtsystem weist für typische frequenzselektive Szenarien eine deutlich bessere Gesamt-Performance als klassisches CP basiertes OFDM (CP-OFDM) auf. Diese Performance-Steigerung ist umso bemerkenswerter als es sich bei dem in unseren bisherigen Forschungsarbeiten verwendeten Empfängeransatz um ein suboptimales Schätzverfahren handelt.Im Rahmen des Forschungsprojekts sollen die folgenden wichtigen Fragestellungen untersucht werden:• Generierung und Design des Unique Words:Bei den durchgeführten Voruntersuchungen wurde die mittlere Gesamtenergie der redundanten Subträgersymbole mittels einer Permutationsmatrix reduziert. Die redundante Energie liegt jedoch noch in derselben Größenordnung wie die der Datensymbole. Unterschiedliche Ansätze zur weiteren Reduktion der redundanten Energie sollen untersucht werden. Erste numerische Untersuchungen zeigen, dass der von uns vorgeschlagene Ansatz auch verbesserte spektrale Eigenschaften aufweist. Dieser Aspekt soll analytisch untersucht und mögliche zusätzliche Optimierungen, z.B. bezüglich der Permutationsmatrix sollen analysiert werden. Schließlich sind die UW-Signalformen zu designen. Hierbei muss auf die Erfüllung von spektralen Vorgaben eingegangen werden, jedoch muss das Design auch unter dem Blickwinkel der Systemparameterschätzung optimiert werden.• UW basierte Systemparameterschätzung:In drahtlosen Kommunikationssystemen sind typischerweise eine Vielzahl von Systemparametern zu schätzen. Im Speziellen sollen im Rahmen des Projekts die Verwendungsmöglichkeiten des UWs für die Schätzung und das Nachregeln von Trägerfrequenzabweichungen, I/Q Amplitudenund Phasenabweichungen sowie für die Schätzung und das Nachregeln des Kanalfrequenzganges untersucht werden.• Datenschätzung unter der Verwendung von UW basierter a-priori Information:Der LMMSE Schätzer stellt eine suboptimale jedoch sehr komplexitätsarme Lösung für einen UW-OFDM Empfänger dar. Im Rahmen des Projekts sollen zum einen Performance- und Komplexitätsoptimierungen für das linearen Empfangskonzept durchgeführt werden, zum anderen sollen nichtlineare Schätzverfahren wie beispielsweise das aus der MIMO-Detektion bekannte Sphere Decoding oder nichtlineare MMSE Schätzer untersucht werden.• PAPR (Peak to Average Power Ratio) Reduktion:Wie auch die klassische OFDM-Übertragung, so weist auch UW-OFDM ein hohes PAPR auf. Methoden zur PAPR Reduktion sollen auf UW-OFDM adaptiert und optimiert werden.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: Austria