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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2011.tde-15032012-122010
Document
Author
Full name
João Mendes Filho
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2011
Supervisor
Committee
Silva, Magno Teófilo Madeira da (President)
Arantes, Dalton Soares
Burt, Phillip Mark Seymour
Monteiro, Luiz Henrique Alves
Suyama, Ricardo
Title in Portuguese
Algoritmos eficientes para equalização autodidata de sinais QAM.
Keywords in Portuguese
Algoritmo do módulo constante
Análise de algoritmos
Decisão direta
Equalização autodidata
Equalização de canais de comunicação
Filtragem adaptativa
QAM
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, são propostos e analisados algoritmos autodidatas eficientes para a equalização de canais de comunicação, considerando a transmissão de sinais QAM (quadrature amplitude modulation). Suas funções de erro são construídas de forma a fazer com que o erro de estimação seja igual a zero nas coordenadas dos símbolos da constelação. Essa característica os possibilita ter um desempenho similar ao de um algoritmo de equalização supervisionada como o NLMS (normalized least mean-square), independentemente da ordem da constelação QAM. Verifica-se analiticamente que, sob certas condições favoráveis para a equalização, os vetores de coeficientes dos algoritmos propostos e a correspondente solução de Wiener são colineares. Além disso, usando a informação da estimativa do símbolo transmitido e de seus símbolos vizinhos, esquemas de baixo custo computacional são propostos para aumentar a velocidade de convergência dos algoritmos. No caso do algoritmo baseado no critério do módulo constante, evita-se sua divergência através de um mecanismo que descarta estimativas inconsistentes dos símbolos transmitidos. Adicionalmente, apresenta-se uma análise de rastreio (tracking), que permite obter expressões analíticas para o erro quadrático médio em excesso dos algoritmos propostos em ambientes estacionários e não-estacionários. Através dessas expressões, verifica-se que com sobreamostragem, ausência de ruído e ambiente estacionário, os algoritmos propostos podem alcançar a equalização perfeita, independentemente da ordem da constelação QAM. Os algoritmos são estendidos para a adaptação conjunta dos filtros direto e de realimentação do equalizador de decisão realimentada, levando-se em conta um mecanismo que evita soluções degeneradas. Resultados de simulação sugerem que a utilização dos esquemas aqui propostos pode ser vantajosa na recuperação de sinais QAM, fazendo com que seja desnecessário o chaveamento para o algoritmo de decisão direta.
Title in English
Efficient algorithms for blind equalization of QAM signals.
Keywords in English
Adaptive filtering
Algorithm analysis
Blind equalization
Constant modulus algorithm
Decision-directed algorithm
Equalization of communication channels
QAM
Abstract in English
In this work, we propose efficient blind algorithms for equalization of communication channels, considering the transmission of QAM (quadrature amplitude modulation) signals. Their error functions are constructed in order to make the estimation error equal to zero at the coordinates of the constellation symbols. This characteristic enables the proposed algorithms to have a similar performance to that of a supervised equalization algorithm as the NLMS (normalized least mean-square), independently of the QAM order. Under some favorable conditions, we verify analytically that the coefficient vector of the proposed algorithms are collinear with the Wiener solution. Furthermore, using the information of the symbol estimate in conjunction with its neighborhood, we propose schemes of low computational cost in order to improve their convergence rate. The divergence of the constant-modulus based algorithm is avoided by using a mechanism, which disregards nonconsistent estimates of the transmitted symbols. Additionally, we present a tracking analysis in which we obtain analytical expressions for the excess mean-square error in stationary and nonstationary environments. From these expressions, we verify that using a fractionally-spaced equalizer in a noiseless stationary environment, the proposed algorithms can achieve perfect equalization, independently of the QAM order. The algorithms are extended to jointly adapt the feedforward and feedback filters of the decision feedback equalizer, taking into account a mechanism to avoid degenerative solutions. Simulation results suggest that the proposed schemes may be advantageously used to recover QAM signals and make the switching to the decision direct mode unnecessary.
 
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This document is only for private use for research and teaching activities. Reproduction for commercial use is forbidden. This rights cover the whole data about this document as well as its contents. Any uses or copies of this document in whole or in part must include the author's name.
Publishing Date
2012-04-09
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • MENDES FILHO, João, MIRANDA, Maria D., and SILVA, Magno Teófilo Madeira da. A regional multimodulus algorithm for blind equalization of QAM signals: introduction and steady-state analysis [doi:10.1016/j.sigpro.2012.04.010]. Signal Processing [online], 2012, vol. 92, p. 2643-2656.
  • MENDES FILHO, João, MIRANDA, Maria D., and SILVA, Magno Teófilo Madeira da. An efficient algorithm for decision feedback blind equalization of QAM signals. Telecomunicações (Santa Rita do Sapucaí), 2011, vol. 13, p. 79-86.
  • MENDES FILHO, João, MIRANDA, Maria D., and SILVA, Magno Teófilo Madeira da. Decision-directed feedback equalisation for QAM Signals [doi:10.1049/el.2011.2895]. Electronics Letters [online], 2012, vol. 48, p. 27-28.
  • MENDES FILHO, João, et al. A region-based algorithm for blind equalization of QAM signals [doi:10.1109/SSP.2009.5278484]. In IEEE Workshop on Statistical Signal Processing (SSP2009), Cardiff, 2009. Proceedings of SSP'2009., 2009.
  • MENDES FILHO, João, MIRANDA, M. D., and SILVA, Magno Teófilo Madeira da. Accelerating the convergence of a decision-based algorithm for blind equalization of QAM signals [doi:10.1109/CIP.2012.6232897]. In International Workshop on Cognitive Information Processing (CIP), Baiona, 2012. Proceedings of CIP., 2012.
  • MENDES FILHO, João, MIRANDA, Maria D., and SILVA, Magno Teófilo Madeira da. Improving the decision feedback blind equalization of QAM signals. In International Workshop on Telecommunications, Rio de Janeiro, 2011. Proceedings of IWT'2011., 2011.
  • MENDES FILHO, João, SILVA, Magno Teófilo Madeira da, and MIRANDA, Maria D. A family of algorithms for blind equalization of QAM signals [doi:10.1109/ICASSP.2011.5947112]. In IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Praga, 2011. Proceedings of ICASSP'2011., 2011.
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