Mathematical models for performance estimation of orthogonal frequency division multiplexing systems

Orientadores: Renato Baldini FilhoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: O objetivo deste trabalho é apresentar uma análise detalhada do desempenho de sistemas OFDM, considerando a ação do ruído, seletividade na resposta em freqüência do canal, mobilidade do receptor, uso de esquemas de diversidade e ceifamento do sinal por parte do amplificador de potência. O procedimento de realização desta análise consiste em determinar expressões analíticas para estimar a probabilidade de erro de símbolo, comparando as expressões teóricas com resultados obtidos por simulações computacionais. O efeito do erro de estimação de canal no desempenho do sistema, considerando os diferentes cenários mencionados, também foi considerado, uma vez que empregou-se diversos algoritmos de estimação de canal nas simulações implementadas. Existe na literatura diversas expressões para estimar a probabilidade de erro de símbolo nas diferentes situações analisadas neste trabalho. No entanto, essas expressões são válidas para as modulações M QAM quadradas. Neste trabalho, expressões válidas para as modulações não quadradas são apresentadas para todos os cenários analisados. Além disso, algumas considerações utilizadas no desenvolvimento da expressão para estimar a probabilidade de erro de símbolo devido ao ceifamento são revistas, o que resulta em uma expressão mais realista. Este trabalho também apresenta uma breve descrição sobre as principais técnicas de controle de potência de pico para sinais OFDM, descrevendo detalhadamente o uso da transformada de Walsh-Hadamard para este fim. A integração desta transformada com todos os esquemas empregados ao longo do trabalho também é apresentada e o desempenho dos esquemas resultantes é comparado com o desempenho dos esquemas convencionaisAbstract: The aim of this work is to present a detailed analysis about the performance of OFDM systems considering noise, frequency selective fading, moving receiver, diversity and signal c1ipping by the high power amplifier. The approach used in the development of this analysis consists on determining analytical equations to estimate the symbol error probability and compare the theoretical results with the ones obtained by computational simulation. The effect of the channel estimation error is also considered in this analysis, once different channel estimation algorithms is employed to estimate the channel frequency response in the developed simulations. In the literature there are several expressions to estimate the symbol error probability in the different situations 'mentioned above. However, these expressions have been developed for square M QAM constellations. This work presents expressions that are also valid for nonsquare M QAM constellations. Also, the expression to estimate the symbol error probability due the c1ipping is rewritten, resulting in a new expression that is more accurate than the original one. This work also presents a short description of the main techniques used to control the peak to average power ratio in OFDM signals. The Walsh-Hadamard Transform technique is detailed described and its integration with all the schemes used in this work is presented. The performance of the resulting integration is compared with the performance of the conventional systemsDoutoradoTelecomunicações e TelemáticaDoutor em Engenharia Elétric