Channel estimation with TCH codes for machine-type communications

Abstract

TCH codes possess several properties that allow us to use them efficiently in various applications. One of these applications is channel estimation and, in this dissertation, it is studied the performance of TCH codes to estimate the channel in an Orthogonal Frequency Division Multiplexing system, regarding Machine-Type Communications. Bit error rate performance results were obtained by executing simulations that allowed the evaluation of the impact of using two different pilot techniques, such as data multiplexed and implicit pilots, different pilot power levels and different modulations, QPSK and 64-QAM. Pilots based on TCH codes are also compared with other conventional pilots. Results show that TCH codes have a very positive and reliable performance. Joint timing synchronization and channel estimation is also performed using different sparse based approaches, such as Orthogonal Matching Pursuit, L1- regularized and Iterative Reweighted L1. TCH codes are compared against different sequence types, namely Zadoff-Chu sequences and pseudorandom codewords, and variations in the pilot size, the channel length and the observation window size are executed in order to understand their effects. Results ultimately illustrate that TCH codes can be effectively used in joint channel estimation and synchronization, managing to withstand worst simulation conditions better than its counterparts. It is also proven that compressed sensing can successfully be utilized in joint synchronization and channel estimation, an area where its use has not been very explored.

Os códigos TCH possuem várias propriedades que nos permitem usá-los eficientemente em diversas aplicações. Uma delas é a estimação de canal e nesta dissertação é estudado o desempenho dos códigos TCH em estimação de canal num sistema OFDM, tendo em conta as comunicações Machine-Type. Resultados que ilustram a taxa de erro de bit foram obtidos através de simulações que permitem avaliar o impacto de usar diferentes técnicas de pilotos, nomeadamente multiplexados e implícitos, diferentes valores de potência para os pilotos e diferentes modulações, QPSK e 64-QAM. Também é feita a comparação entre os pilotos TCH e pilotos convencionais. Os resultados mostram que os pilotos TCH tem um desempenho muito positivo e confiável, dentro dos parâmetros testados. Também é efetuado o estudo de sincronização e estimação de canal conjunta usando métodos esparsos como o OMP, o L1-regularized e o Iterative Reweighted L1. Os códigos TCH são comparados com outros tipos de sequências, tais como as sequências Zadoff-Chu e os códigos pseudo-aleatórios. São consideradas variações no tamanho dos pilotos, no comprimento do canal e no tamanho da janela de observação para perceber quais são os seus efeitos no desempenho. Os resultados demonstram que os códigos TCH podem ser utilizados com sucesso em estimação de canal e sincronização conjunta e conseguem aguentar condições adversas de simulação melhor que os outros pilotos utilizados. Também é provado que compressed sensing pode ser utilizado com sucesso em sincronização e estimação conjunta, que é uma área onde o seu uso ainda não foi explorado aprofundadamente.