SEMI-BLIND METHODS FOR CHANNEL ESTIMATION AND DATA RECOVERY IN MULTI-CARRIER COMMUNICATIONS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
![]() |
PDF
g201705110_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 28 May 2026. Download (1MB) |
Arabic Abstract
تُعتبر أنظمة الاتصالات متعددة المدخلات والمخرجات (MIMO) ونظيرتها الأكثر تقدمًا، وهي اتصالات MIMO بمساعدة السطح الذكي العاكس (RIS)، من التقنيات الواعدة لأنظمة الاتصالات اللاسلكية الحالية والجيل القادم نظرًا لقدرتها الاستثنائية على تحسين الأداء العام للنظام. في هذا البحث، ركزنا على معالجة تقدير القنوات ومعادلتها باستخدام نهج فصل المصدر لأنظمة الاتصالات متعددة الموجات الحاملة. لذلك، ومن خلال استخدام مناهج شبه عمياء، تُركز هذه الرسالة على تقييم حدود الأداء وتطوير خوارزميات شبه عمياء فعّالة لأنظمة MIMO وRIS المدعومة بـ MIMO، مع معالجة تحديات رئيسية مثل إزاحة تردد الموجة الحاملة (CFO). في البداية، نركز على تطوير دالة تكلفة شاملة تستخدم خصائص التعامد بين مصفوفة التباين وفضاء الضوضاء الفرعي. يُمكّن هذا النهج من تقدير معامل القناة لكل موجة حاملة فرعية في مخطط متوازي. ونتيجةً لذلك، يُضمن تقدير دقيق للقناة مع تقليل التعقيد الحسابي. لتحسين استخدام عرض النطاق الترددي في النظام، تستخدم هذه الأطروحة مخططًا تجريبيًا مُدمجًا، حيث يتم تضمين (تراكب) التسلسل التجريبي ورموز البيانات أثناء الإرسال للحفاظ على عرض نطاق ترددي إضافي. علاوةً على ذلك، نُقدم خوارزمية جديدة شبه عمياء لفصل المصدر المشترك وتقدير CFO. في هذا النهج، يتم اعتماد طريقة تحسين انحدار التدرج الكتلي لتقليل دالة التكلفة الهجينة المقترحة. كما نُقدم طريقةً لتحسين حجم الخطوة، مما يُحسّن عملية التقدير ومعدل التقارب للخوارزمية المقترحة. بالإضافة إلى ذلك، يُطرح ظهور سطح الذكاء الانعكاسي (RIS) تحديات جديدة في تقدير القنوات، خاصةً عند وجود أكثر من سطح ذكاء انعكاسي واحد في النظام، وذلك بسبب التأثير المتتالي للقناة. تعتمد أنظمة سطح الذكاء الانعكاسي المزدوج (D-RIS) الحالية على التقدير القائم على التجربة، وهو تقدير غير فعال من حيث عرض النطاق الترددي؛ لذا، هناك حاجة إلى نهج شبه أعمى لتحسين التقدير. نقدم خوارزمية شبه أعمى للأنظمة المدعومة بسطح الذكاء الانعكاسي، حيث يُؤخذ سطحا ذكاء انعكاسي في الاعتبار، وتُعرض الإشارة المستقبلة في شكل نموذج موتر تاكر-2 ثلاثي الاتجاهات. نعتمد طريقة تحليل تاكر للعوامل لتقنية شبه أعمى لتقدير جميع القنوات بفعالية. يُحلل تقييم أداء الخوارزميات شبه الأعمى المقترحة باستخدام حد كرامر-راو (CRB)، وتُبرز النتائج فعالية الخوارزميات شبه الأعمى المقترحة لأنظمة الاتصالات متعددة الموجات الحاملة.
English Abstract
Multiple Input Multiple Output (MIMO) communication systems and their more advanced counterpart, Reflective Intelligent Surface (RIS) assisted MIMO communications, are regarded as promising technologies for both current and next-generation wireless communication systems due to their exceptional ability to enhance overall system performance. In this research, we focused on addressing channel estimation and channel equalization using a source separation approach for multicarrier communication systems. Therefore, by employing semi-blind approaches, the thesis emphasizes performance bound evaluation and developing efficient semi-blind algorithms for MIMO and RIS-assisted MIMO systems, while addressing key challenges such as carrier frequency offset (CFO). Initially, we focus on developing a global cost function that utilizes the orthogonality properties between the covariance matrix and noise subspace. This approach enables the channel coefficient estimation for each subcarrier in a parallel scheme. As a result, an accurate channel estimation is guaranteed with reduced computational complexity. To enhance the bandwidth utilization in the system, this thesis employs an embedded pilot scheme, in which the pilot sequence and data symbols are embedded (superimposed) during transmission to conserve additional bandwidth. Further, we introduce a new semi-blind-based algorithm for joint source separation and CFO estimation. In this approach, a block gradient descent optimization method is adopted to minimize the proposed hybrid cost function. We also present a method of optimizing the step size, which improves the estimation process and convergence rate of the proposed algorithm. In addition, the emergence of Reflective Intelligence Surface (RIS) introduces new challenges in channel estimation, especially when there is more than one RIS in the system, due to the cascading effect of the channel. Current double RIS (D-RIS) systems rely on pilot-based estimation, which is bandwidth inefficient; there is a need for a semi-blind approach to improve the estimation. We present a semi-blind algorithm for D-RIS-assisted systems, where two RISs are considered, and the received signal is presented in the form of a 3-way Tucker-2 tensor model. We adopt a Tucker factorization method for a semi-blind technique to estimate all the channels effectively. The performance evaluation of the proposed semi-blind algorithms is analyzed using the Cramer-Rao Bound (CRB), and the results highlight the effectiveness of the proposed semi-blind algorithms for the multicarrier communication systems.
Item Type: | Thesis (PhD) |
---|---|
Subjects: | Electrical |
Department: | College of Engineering and Physics > Electrical Engineering |
Committee Advisor: | Zerguine, Azzedine |
Committee Co-Advisor: | Abed-Meraim, Karim |
Committee Members: | Muqaibel, Ali and Zummo, Salam and Zidouri, Abdelmalik |
Depositing User: | KABIRU ALIYU (g201705110) |
Date Deposited: | 15 Jun 2025 07:16 |
Last Modified: | 15 Jun 2025 07:16 |
URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143491 |