[EBOOK]MIMO-OFDM for LTE, WiFi and WiMAX

cm_zip · 发表于 2013-4-5 15:09:51

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Contents
About the Authors xix
Other Wiley–IEEE Press Books on Related Topics xxi
Preface xxiii
Acknowledgments xxvii
List of Symbols xxix
1 Introduction to OFDM and MIMO-OFDM 1
1.1    OFDM History .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    1
1.1.1    MIMO-Assisted OFDM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    2
1.1.1.1    The Benefits of MIMOs .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    2
1.1.1.2    MIMO-OFDM  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    5
1.1.1.3    SDMA-based MIMO-OFDM Systems  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    6
1.2    OFDM Schematic .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    9
1.3    Channel Estimation for Multi-carrier Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    12
1.4    Channel Estimation for MIMO-OFDM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    15
1.5    Signal Detection in MIMO-OFDM Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    16
1.6    Iterative Signal Processing for SDM-OFDM  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    21
1.7    System Model .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    22
1.7.1    Channel Statistics  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    22
1.7.2    Realistic Channel Properties .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    25
1.7.3    Baseline Scenario Characteristics  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    26
1.7.4    MC Transceiver  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    27
1.8    SDM-OFDM System Model .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    29
1.8.1    MIMO Channel Model .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    29
1.8.2    Channel Capacity  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    30
1.8.3    SDM-OFDM Transceiver Structure  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    31
1.9    Novel Aspects and Outline of the Book .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    33
1.10 Chapter Summary .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    36
2 OFDM Standards 37
2.1    Wi-Fi  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    37
2.1.1    IEEE 802.11 Standards .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    38viii Contents
2.2    3GPP LTE .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    38
2.3    WiMAX Evolution .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    39
2.3.1    Historic Background .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    41
2.3.1.1    IEEE 802.16 Standard Family .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    41
2.3.1.2    Early 802.16 Standards .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    41
2.3.1.2.1 IEEE 802.16d-2004 – Fixed WiMAX .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    43
2.3.1.2.2 IEEE 802.16e-2005 – Mobile WiMAX .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    43
2.3.1.2.3 Other 802.16 Standards .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    45
2.3.1.3    WiMAX Forum .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    46
2.3.1.4    WiMAX and WiBro .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    47
2.3.2    Technical Aspects of WiMAX .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    47
2.3.2.1    WiMAX-I: 802.16-2004 and 802.16e-2005 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    48
2.3.2.1.1 OFDMA System Configuration .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    48
2.3.2.1.2 Frame Structure .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    48
2.3.2.1.3 Subcarrier Mapping .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    49
2.3.2.1.4 Channel Coding .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    50
2.3.2.1.5 MIMO Support  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    50
2.3.2.1.6 Other Aspects .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    52
2.3.2.2    WiMAX-II: 802.16m  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    52
2.3.2.2.1 System Requirements .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    52
2.3.2.2.2 System Description .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    54
2.3.3    The Future of WiMAX .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    58
2.4    Chapter Summary .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    59
Part I Coherently Detected SDMA-OFDM Systems 61
3 Channel Coding Assisted STBC-OFDM Systems 63
3.1    Introduction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    63
3.2    Space–Time Block Codes .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    63
3.2.1    Alamouti’s G 2 STBC  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    64
3.2.2    Encoding Algorithm .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    66
3.2.2.1    Transmission Matrix .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    66
3.2.2.2    Encoding Algorithm of the STBC G 2 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    66
3.2.2.3    Other STBCs  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    66
3.2.3    Decoding Algorithm .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    67
3.2.3.1    Maximum Likelihood Decoding .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    67
3.2.3.2    Maximum-A-Posteriori Decoding .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    68
3.2.4    System Overview  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    70
3.2.5    Simulation Results .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    70
3.2.5.1    Performance over Uncorrelated Rayleigh Fading Channels .  .  .  .  .    71
3.2.5.2    Performance over Correlated Rayleigh Fading Channel .  .  .  .  .  .  .    73
3.2.6    Conclusions  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    75
3.3    Channel-Coded STBCs  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    75
3.3.1    STBCs with LDPC Channel Codes  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    76
3.3.1.1    System Overview .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    77
3.3.1.2    Simulation Results  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    78
3.3.1.2.1 Performance over Uncorrelated Rayleigh Fading
Channels .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    79
3.3.1.2.2 Performance over Correlated Rayleigh Fading Channels .    82
3.3.1.3    Complexity Issues .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    86
3.3.1.4    Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    90Contents ix
3.3.2    LDPC-Aided and TC-Aided STBCs .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    90
3.3.2.1    System Overview .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    91
3.3.2.2    Complexity Issues .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    91
3.3.2.3    Simulation Results  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    92
3.3.2.4    Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    93
3.4    Channel Coding Aided STBC-OFDM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    95
3.4.1    CM-Assisted STBCs .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    95
3.4.1.1    CM Principles .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    96
3.4.1.2    Inter-symbol Interference and OFDM Basics .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    96
3.4.1.3    System Overview .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    97
3.4.1.3.1 Complexity Issues .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    98
3.4.1.3.2 Channel Model  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    98
3.4.1.3.3 Assumptions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    98
3.4.1.4    Simulation Results  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 100
3.4.1.5    Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 102
3.4.2    CM-Aided and LDPC-Aided STBC-OFDM Schemes .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 103
3.4.2.1    System Overview .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 104
3.4.2.2    Simulation Results  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 105
3.4.2.3    Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 106
3.5    Chapter Summary .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 106
4 Coded Modulation Assisted Multi-user SDMA-OFDM Using Frequency-Domain
Spreading 109
4.1    Introduction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 109
4.2    System Model .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 110
4.2.1    SDMA MIMO Channel Model .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 110
4.2.2    CM-Assisted SDMA-OFDM Using Frequency-Domain Spreading .  .  .  .  .  .  . 111
4.2.2.1    MMSE MUD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 111
4.2.2.2    Subcarrier-Based WHTS  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 112
4.3    Simulation Results .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 113
4.3.1    MMSE-SDMA-OFDM Using WHTS .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 114
4.3.2    CM- and WHTS-assisted MMSE-SDMA-OFDM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 115
4.3.2.1    Performance over the SWATM Channel .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 115
4.3.2.1.1 Two Receiver Antenna Elements  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 116
4.3.2.1.2 Four Receiver Antenna Elements .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 119
4.3.2.2    Performance over the COST207 HT Channel .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 119
4.3.2.2.1 Two Receiver Antenna Elements  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 120
4.3.2.2.2 Four Receiver Antenna Elements .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 126
4.3.2.2.3 Performance Comparisons  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 127
4.3.2.3    Effects of the WHT Block Size .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 132
4.3.2.4    Effects of the Doppler Frequency .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 133
4.4    Chapter Summary .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 135
5 Hybrid Multi-user Detection for SDMA-OFDM Systems 139
5.1    Introduction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 139
5.2    GA-Assisted MUD  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 140
5.2.1    System Overview  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 140
5.2.2    MMSE-GA-concatenated MUD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 141
5.2.2.1    Optimization Metric for the GA MUD  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 141
5.2.2.2    Concatenated MMSE-GA MUD  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 142
5.2.3    Simulation Results .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 144x Contents
5.2.4    Complexity Analysis .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 146
5.2.5    Conclusions  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 147
5.3    Enhanced GA-based MUD  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 148
5.3.1    Improved Mutation Scheme .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 148
5.3.1.1    Conventional Uniform Mutation  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 148
5.3.1.2    Biased Q-function-Based Mutation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 149
5.3.1.2.1 Theoretical Foundations .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 150
5.3.1.2.2 Simplified BQM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 152
5.3.1.3    Simulation Results  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 153
5.3.1.3.1 BQM Versus UM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 153
5.3.1.3.2 BQM Versus CNUM  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 155
5.3.2    Iterative MUD Framework .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 155
5.3.2.1    MMSE-Initialized Iterative GA MUD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 155
5.3.2.2    Simulation Results  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 156
5.3.2.2.1 Performance in Underloaded and Fully Loaded Scenarios 158
5.3.2.2.1.1    BQM-IGA Performance  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 159
5.3.2.2.1.2    Effects of the Number of IGA MUD
Iterations  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 160
5.3.2.2.1.3    Effects of the User Load  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 161
5.3.2.2.2 Performance in Overloaded Scenarios .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 161
5.3.2.2.2.1    Overloaded BQM-IGA .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 162
5.3.2.2.2.2    BQM Versus CNUM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 164
5.3.2.2.3 Performance under Imperfect Channel Estimation  .  .  .  . 164
5.3.3    Complexity Analysis .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 165
5.3.4    Conclusions  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 168
5.4    Chapter Summary .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 168
6 Direct-Sequence Spreading and Slow Subcarrier-Hopping Aided Multi-user
SDMA-OFDM Systems 171
6.1    Conventional SDMA-OFDM Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 171
6.2    Introduction to Hybrid SDMA-OFDM  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 172
6.3    Subband Hopping Versus Subcarrier Hopping .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 173
6.4    System Architecture .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 175
6.4.1    System Overview  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 175
6.4.1.1    Transmitter Structure  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 176
6.4.1.2    Receiver Structure .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 178
6.4.2    Subcarrier-Hopping Strategy Design .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 178
6.4.2.1    Random SSCH  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 180
6.4.2.2    Uniform SSCH  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 180
6.4.2.2.1 Design of the USSCH Pattern .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 180
6.4.2.2.2 Discussions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 183
6.4.2.3    Random and Uniform SFH  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 184
6.4.2.4    Offline Pattern Pre-computation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 184
6.4.3    DSS Despreading and SSCH Demapping  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 184
6.4.4    MUD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 186
6.5    Simulation Results .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 188
6.5.1    MMSE-Aided Versus MMSE-IGA-Aided DSS/SSCH SDMA-OFDM .  .  .  .  . 190
6.5.2    SDMA-OFDM Using SFH and Hybrid DSS/SSCH Techniques .  .  .  .  .  .  .  . 191
6.5.2.1    Moderately Overloaded Scenarios .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 191
6.5.2.2    Highly Overloaded Scenarios .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 192
6.5.3    Performance Enhancements by Increasing Receiver Diversity .  .  .  .  .  .  .  .  . 194
6.5.4    Performance under Imperfect Channel Estimation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 196Contents xi
6.6    Complexity Issues .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 196
6.7    Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 197
6.8    Chapter Summary .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 197
7 Channel Estimation for OFDM and MC-CDMA 201
7.1    Pilot-Assisted Channel Estimation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 201
7.2    Decision-Directed Channel Estimation  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 202
7.3    A Posteriori FD-CTF Estimation  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 203
7.3.1    Least-Squares CTF Estimator  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 203
7.3.2    MMSE CTF Estimator .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 204
7.3.3    A Priori Predicted-Value-Aided CTF Estimator .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 206
7.4    A Posteriori CIR Estimation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 206
7.4.1    MMSE SS-CIR Estimator .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 206
7.4.2    Reduced-Complexity SS-CIR Estimator .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 207
7.4.3    Complexity Study  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 210
7.4.4    MMSE FS-CIR Estimator .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 210
7.4.5    Performance Analysis  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 211
7.4.5.1    RC-MMSE SS-CIR Estimator Performance .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 213
7.4.5.2    Fractionally Spaced CIR Estimator Performance .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 214
7.5    Parametric FS-CIR Estimation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 216
7.5.1    Projection Approximation Subspace Tracking .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 216
7.5.2    Deflation PAST  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 220
7.5.3    PASTD-Aided FS-CIR Estimation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 220
7.6    Time-Domain A Priori CIR Tap Prediction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 223
7.6.1    MMSE Predictor .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 224
7.6.2    Robust Predictor .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 225
7.6.3    MMSE Versus Robust Predictor Performance Comparison  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 226
7.6.4    Adaptive RLS Predictor .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 227
7.6.5    Robust Versus Adaptive Predictor Performance Comparison  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 229
7.7    PASTD-Aided DDCE .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 230
7.8    Channel Estimation for MIMO-OFDM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 233
7.8.1    Soft Recursive MIMO-CTF Estimation  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 233
7.8.1.1    LMS MIMO-CTF Estimator  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 233
7.8.1.2    RLS MIMO-CTF Estimator .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 236
7.8.1.3    Soft-Feedback-Aided RLS MIMO-CTF Estimator .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 236
7.8.1.4    Modified RLS MIMO-CTF Estimator .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 237
7.8.1.5    MIMO-CTF Estimator Performance Analysis .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 238
7.8.2    PASTD-Aided DDCE for MIMO-OFDM  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 240
7.8.2.1    PASTD-Aided MIMO-DDCE Performance Analysis .  .  .  .  .  .  .  . 240
7.9    Chapter Summary .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 245
8 Iterative Joint Channel Estimation and MUD for SDMA-OFDM Systems 247
8.1    Introduction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 247
8.2    System Overview  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 249
8.3    GA-Assisted Iterative Joint Channel Estimation and MUD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 250
8.3.1    Pilot-Aided Initial Channel Estimation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 252
8.3.2    Generating Initial Symbol Estimates .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 253
8.3.3    GA-Aided Joint Optimization Providing Soft Outputs .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 255
8.3.3.1    Extended GA Individual Structure  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 255
8.3.3.2    Initialization .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 255
8.3.3.3    Joint Genetic Optimization  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 256xii Contents
8.3.3.3.1 Cross-over Operator .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 256
8.3.3.3.2 Mutation Operator .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 257
8.3.3.3.3 Comments on the Joint Optimization Process .  .  .  .  .  . 257
8.3.3.4    Generating the GA’s Soft Outputs .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 258
8.4    Simulation Results .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 259
8.4.1    Effects of the Maximum Mutation Step Size .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 260
8.4.2    Effects of the Doppler Frequency  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 262
8.4.3    Effects of the Number of GA-JCEMUD Iterations .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 263
8.4.4    Effects of the Pilot Overhead .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 263
8.4.5    Joint Optimization Versus Separate Optimization .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 263
8.4.6    Comparison of GA-JCEMUDs Having Soft and Hard Outputs  .  .  .  .  .  .  .  .  . 265
8.4.7    MIMO Robustness .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 265
8.5    Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 268
8.6    Chapter Summary .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 268
Part II Coherent versus Non-coherent and Cooperative OFDM
Systems 271
List of Symbols in Part II 273
9 Reduced-Complexity Sphere Detection for Uncoded SDMA-OFDM Systems 275
9.1    Introduction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 275
9.1.1    System Model  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 275
9.1.2    Maximum Likelihood Detection .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 276
9.1.3    Chapter Contributions and Outline .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 278
9.2    Principle of SD  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 278
9.2.1    Transformation of the ML Metric  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 278
9.2.2    Depth-First Tree Search .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 279
9.2.3    Breadth-First Tree Search  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 283
9.2.4    Generalized Sphere Detection (GSD) for Rank-Deficient Systems  .  .  .  .  .  .  . 284
9.2.4.1    GSD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 284
9.2.4.2    GSD Using a Modified Grammian Matrix  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 284
9.2.5    Simulation Results .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 285
9.3    Complexity-Reduction Schemes for SD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 289
9.3.1    Complexity-Reduction Schemes for Depth-First SD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 289
9.3.1.1    ISR Selection Optimization .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 289
9.3.1.2    Optimal Detection Ordering .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 290
9.3.1.3    Search Algorithm Optimization .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 291
9.3.1.3.1 Sorted Sphere Detection (SSD) .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 291
9.3.1.3.2 SSD Using Updated Bounds  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 292
9.3.1.3.3 SSD Using Termination Threshold  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 293
9.3.2    Complexity-Reduction Schemes for K-Best SD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 294
9.3.2.1    Optimal Detection Ordering .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 294
9.3.2.2    Search-Radius-Aided K-Best SD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 295
9.3.2.3    Complexity-Reduction Parameter δ for Low SNRs .  .  .  .  .  .  .  .  . 296
9.3.3    OHRSA – An Advanced Extension of SD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 297
9.3.3.1    Hierarchical Search Structure .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 297
9.3.3.2    Optimization Strategies for the OHRSA Versus Complexity-Reduction
Techniques for the Depth-First SD  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 299
9.3.3.2.1 Best-First Detection Strategy .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 299Contents xiii
9.3.3.2.2 Sorting Criterion  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 299
9.3.3.2.3 Local Termination Threshold .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 300
9.3.3.2.4 Performance Evaluation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 301
9.4    Comparison of the Depth-First, K-Best and OHRSA Detectors  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 301
9.4.1    Full-Rank Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 301
9.4.2    Rank-Deficient Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 302
9.5    Chapter Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 303
10  Reduced-Complexity Iterative Sphere Detection for Channel-Coded SDMA-OFDM
Systems 307
10.1 Introduction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 307
10.1.1 Iterative Detection and Decoding Fundamentals .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 307
10.1.1.1 System Model .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 307
10.1.1.2 MAP Bit Detection  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 308
10.1.2 Chapter Contributions and Outline .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 310
10.2 Channel-Coded Iterative Centre-Shifting SD  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 311
10.2.1 Generation of the Candidate List .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 311
10.2.1.1 List Generation and Extrinsic LLR Calculation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 311
10.2.1.2 Computational Complexity of LSDs  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 312
10.2.1.3 Simulation Results and 2D EXIT-Chart Analysis .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 313
10.2.2 Centre-Shifting Theory for SDs .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 316
10.2.3 Centre-Shifting K-Best SD-Aided Iterative Receiver Architectures .  .  .  .  .  . 318
10.2.3.1 Direct Hard-Decision Centre-Update-Based Two-Stage Iterative
Architecture .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 319
10.2.3.1.1  Receiver Architecture and EXIT-Chart-Aided Analysis . 319
10.2.3.1.2  Simulation Results  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 322
10.2.3.2 Two-Stage Iterative Architecture Using a Direct Soft-Decision
Centre Update .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 324
10.2.3.2.1  Soft-Symbol Calculation  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 325
10.2.3.2.2  Receiver Architecture and EXIT-Chart-Aided Analysis . 326
10.2.3.2.3  Simulation Results  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 328
10.2.3.3 Two-Stage Iterative Architecture Using an Iterative
SIC-MMSE-Aided Centre Update .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 328
10.2.3.3.1  SIC-Aided MMSE Algorithm .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 329
10.2.3.3.2  Receiver Architecture and EXIT-Chart Analysis  .  .  .  .  . 330
10.2.3.3.3  Simulation Results  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 331
10.3 A Priori LLR-Threshold-Assisted Low-Complexity SD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 334
10.3.1 Principle of the ALT-Aided Detector .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 334
10.3.2 Features of the ALT-Assisted K-Best SD Receiver  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 335
10.3.2.1 BER Performance Gain .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 335
10.3.2.2 Computational Complexity .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 336
10.3.2.3 Choice of LLR Threshold .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 338
10.3.2.4 Non-Gaussian-Distributed LLRs Caused by the ALT Scheme  .  .  .  . 339
10.3.3 ALT-Assisted Centre-Shifting Hybrid SD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 341
10.3.3.1 Comparison of the Centre-Shifting and the ALT Schemes  .  .  .  .  .  . 341
10.3.3.2 ALT-Assisted Centre-Shifting Hybrid SD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 342
10.4 URC-Aided Three-Stage Iterative Receiver Employing SD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 343
10.4.1 URC-Aided Three-Stage Iterative Receiver .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 343
10.4.2 Performance of the Three-Stage Receiver Employing the Centre-Shifting SD . 348
10.4.3 Irregular Convolutional Codes for Three-Stage Iterative Receivers  .  .  .  .  .  .  . 349
10.5 Chapter Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 353xiv Contents
11  Sphere-Packing Modulated STBC-OFDM and its Sphere Detection 357
11.1 Introduction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 357
11.1.1 System Model  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 357
11.1.2 Chapter Contributions and Outline .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 359
11.2 Orthogonal Transmit Diversity Design with SP Modulation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 360
11.2.1 STBCs .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 360
11.2.1.1 STBC Encoding .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 360
11.2.1.2 Equivalent STBC Channel Matrix .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 361
11.2.1.3 STBC Diversity Combining and Maximum Likelihood Detection  .  . 362
11.2.1.4 Other STBCs and Orthogonal Designs  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 364
11.2.2 Orthogonal Design of STBC Using SP Modulation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 364
11.2.2.1 Joint Orthogonal Space–Time Signal Design for Two Antennas
Using SP  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 364
11.2.2.2 SP Constellation Construction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 367
11.2.3 System Model for STBC-SP-Aided MU-MIMO Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 367
11.3 Sphere Detection Design for SP Modulation  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 369
11.3.1 Bit-Based MAP Detection for SP-Modulated MU-MIMO Systems .  .  .  .  .  .  . 370
11.3.2 SD Design for SP Modulation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 370
11.3.2.1 Transformation of the ML Metric .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 370
11.3.2.2 Channel Matrix Triangularization .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 371
11.3.2.3 User-Based Tree Search .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 371
11.3.3 Simulation Results and Discussion .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 374
11.4 Chapter Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 376
12  Multiple-Symbol Differential Sphere Detection for Differentially Modulated
Cooperative OFDM Systems 379
12.1 Introduction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 379
12.1.1 Differential Phase-Shift Keying and Detection .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 380
12.1.1.1 Conventional Differential Signalling and Detection .  .  .  .  .  .  .  .  . 380
12.1.1.2 Effects of Time-Selective Channels on Differential Detection  .  .  .  . 382
12.1.1.3 Effects of Frequency-Selective Channels on Differential Detection . 382
12.1.2 Chapter Contributions and Outline .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 383
12.2 Principle of Single-Path MSDSD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 385
12.2.1 ML Metric for MSDD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 385
12.2.2 Metric Transformation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 386
12.2.3 Complexity Reduction Using SD  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 387
12.2.4 Simulation Results .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 387
12.2.4.1 Time-Differential-Encoded OFDM System .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 387
12.2.4.2 Frequency-Differential-Encoded OFDM System .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 390
12.3 Multi-path MSDSD Design for Cooperative Communication .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 390
12.3.1 System Model  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 390
12.3.2 Differentially Encoded Cooperative Communication Using CDD .  .  .  .  .  .  . 393
12.3.2.1 Signal Combining at the Destination for DAF Relaying  .  .  .  .  .  .  . 393
12.3.2.2 Signal Combining at Destination for DDF Relaying  .  .  .  .  .  .  .  .  . 394
12.3.2.3 Simulation Results  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 395
12.3.3 Multi-path MSDSD Design for Cooperative Communication .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 398
12.3.3.1 Derivation of the Metric for Optimum Detection .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 399
12.3.3.1.1  Equivalent System Model for the DDF-Aided
Cooperative Systems  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 399Contents xv
12.3.3.1.2  Equivalent System Model for the DAF-Aided
Cooperative System .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 401
12.3.3.1.3  Optimum Detection Metric .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 402
12.3.3.2 Transformation of the ML Metric .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 406
12.3.3.3 Channel-Noise Autocorrelation Matrix Triangularization .  .  .  .  .  . 408
12.3.3.4 Multi-dimensional Tree-Search-Aided MSDSD Algorithm .  .  .  .  . 408
12.3.4 Simulation Results .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 409
12.3.4.1 Performance of the MSDSD-Aided DAF-User-Cooperation System . 409
12.3.4.2 Performance of the MSDSD-Aided DDF User-Cooperation System . 412
12.4 Chapter Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 416
13  Resource Allocation for the Differentially Modulated Cooperation-Aided Cellular Uplink
in Fast Rayleigh Fading Channels 419
13.1 Introduction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 419
13.1.1 Chapter Contributions and Outline .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 419
13.1.2 System Model  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 420
13.2 Performance Analysis of the Cooperation-Aided UL .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 421
13.2.1 Theoretical Analysis of Differential Amplify-and-Forward Systems  .  .  .  .  .  . 421
13.2.1.1 Performance Analysis .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 421
13.2.1.2 Simulation Results and Discussion  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 426
13.2.2 Theoretical Analysis of DDF Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 429
13.2.2.1 Performance Analysis .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 429
13.2.2.2 Simulation Results and Discussion  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 431
13.3 CUS for the Uplink  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 432
13.3.1 CUS for DAF Systems with APC  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 433
13.3.1.1 APC for DAF-Aided Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 433
13.3.1.2 CUS Scheme for DAF-Aided Systems  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 435
13.3.1.3 Simulation Results and Discussion  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 437
13.3.2 CUS for DDF Systems with APC  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 443
13.3.2.1 Simulation Results and Discussion  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 444
13.4 Joint CPS and CUS for the Differential Cooperative Cellular UL Using APC  .  .  .  .  . 449
13.4.1 Comparison Between the DAF- and DDF-Aided Cooperative Cellular UL .  .  . 450
13.4.1.1 Sensitivity to the Source–Relay Link Quality .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 450
13.4.1.2 Effect of the Packet Length .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 450
13.4.1.3 Cooperative Resource Allocation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 451
13.4.2 Joint CPS and CUS Scheme for the Cellular UL Using APC  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 452
13.5 Chapter Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 456
14  The Near-Capacity Differentially Modulated Cooperative Cellular Uplink 459
14.1 Introduction .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 459
14.1.1 System Architecture and Channel Model  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 460
14.1.1.1 System Model .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 460
14.1.1.2 Channel Model  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 461
14.1.2 Chapter Contributions and Outline .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 462
14.2 Channel Capacity of Non-coherent Detectors .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 463
14.3 SISO MSDSD .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 465
14.3.1 Soft-Input Processing  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 466
14.3.2 Soft-Output Generation  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 469
14.3.3 Maximum Achievable Rate Versus the Capacity: An EXIT-Chart Perspective . 470
14.4 Approaching the Capacity of the Differentially Modulated Cooperative Cellular Uplink  472
14.4.1 Relay-Aided Cooperative Network Capacity .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 472xvi Contents
14.4.1.1 Perfect-SR-Link DCMC Capacity .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 472
14.4.1.2 Imperfect-SR-Link DCMC Capacity  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 475
14.4.2 Ir-DHCD Encoding/Decoding for the Cooperative Cellular Uplink .  .  .  .  .  .  . 477
14.4.3 Approaching the Cooperative System’s Capacity  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 479
14.4.3.1 Reduced-Complexity Near-Capacity Design at Relay MS  .  .  .  .  .  . 480
14.4.3.2 Reduced-Complexity Near-Capacity Design at Destination BS .  .  . 482
14.4.4 Simulation Results and Discussion .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 486
14.5 Chapter Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 487
Part III Coherent SDM-OFDM Systems 491
List of Symbols in Part III 493
15  Multi-stream Detection for SDM-OFDM Systems 495
15.1 SDM/V-BLAST OFDM Architecture .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 495
15.2 Linear Detection Methods .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 496
15.2.1 MMSE Detection .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 497
15.2.1.1 Generation of Soft-Bit Information for Turbo Decoding  .  .  .  .  .  .  . 498
15.2.1.2 Performance Analysis of the Linear SDM Detector .  .  .  .  .  .  .  .  . 499
15.3 Nonlinear SDM Detection Methods .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 501
15.3.1 ML Detection  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 501
15.3.1.1 Generation of Soft-Bit Information .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 503
15.3.1.2 Performance Analysis of the ML SDM Detector  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 503
15.3.2 SIC Detection  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 504
15.3.2.1 Performance Analysis of the SIC SDM Detector .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 506
15.3.3 GA-Aided MMSE Detection .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 507
15.3.3.1 Performance Analysis of the GA-MMSE SDM Detector .  .  .  .  .  .  . 508
15.4 Performance Enhancement Using Space–Frequency Interleaving .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 509
15.4.1 Space–Frequency-Interleaved OFDM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 510
15.4.1.1 Performance Analysis of the SFI-SDM-OFDM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 510
15.5 Performance Comparison and Discussion .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 511
15.6 Conclusions .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 512
16  Approximate Log-MAP SDM-OFDM Multi-stream Detection 515
16.1 OHRSA-Aided SDM Detection .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 515
16.1.1 OHRSA-Aided ML SDM Detection .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 516
16.1.1.1 Search Strategy .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 518
16.1.1.2 Generalization of the OHRSA-ML SDM Detector  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 522
16.1.2 Bit-wise OHRSA-ML SDM Detection .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 524
16.1.2.1 Generalization of the BW-OHRSA-ML SDM Detector .  .  .  .  .  .  . 528
16.1.3 OHRSA-Aided Log-MAP SDM Detection  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 529
16.1.4 Soft-Input, Soft-Output Max-Log-MAP SDM Detection  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 537
16.1.5 SOPHIE-Aided Approximate Log-MAP SDM Detection .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 538
16.1.5.1 SOPHIE Algorithm Complexity Analysis .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 541
16.1.5.2 SOPHIE Algorithm Performance Analysis .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 543
17  Iterative Channel Estimation and Multi-stream Detection for SDM-OFDM 549
17.1 Iterative Signal Processing .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 549
17.2 Turbo Forward Error-Correction Coding  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 550
17.3 Iterative Detection – Decoding  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 552
17.4 Iterative Channel Estimation – Detection and Decoding .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 554Contents xvii
17.4.1 Mitigation of Error Propagation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 556
17.4.2 MIMO-PASTD-DDCE Aided SDM-OFDM Performance Analysis .  .  .  .  .  . 557
17.4.2.1 Number of Channel Estimation–Detection Iterations .  .  .  .  .  .  .  .  . 557
17.4.2.2 Pilot Overhead .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 557
17.4.2.3 Performance of a Symmetric MIMO System .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 559
17.4.2.4 Performance of a Rank-Deficient MIMO System .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 559
17.5 Chapter Summary .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 560
18  Summary, Conclusions and Future Research 563
18.1 Summary of Results .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 563
18.1.1 OFDM History, Standards and System Components .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 563
18.1.2 Channel-Coded STBC-OFDM Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 563
18.1.3 Coded-Modulation-Assisted Multi-user SDMA-OFDM Using
Frequency-Domain Spreading .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 564
18.1.4 Hybrid Multi-user Detection for SDMA-OFDM Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 565
18.1.5 DSS and SSCH-Aided Multi-user SDMA-OFDM Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 567
18.1.6 Channel Estimation for OFDM and MC-CDMA  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 569
18.1.7 Joint Channel Estimation and MUD for SDMA-OFDM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 570
18.1.8 Sphere Detection for Uncoded SDMA-OFDM  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 572
18.1.8.1 Exploitation of the LLRs Delivered by the Channel Decoder .  .  .  . 572
18.1.8.2 EXIT-Chart-Aided Adaptive SD Mechanism .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 577
18.1.9 Transmit Diversity Schemes Employing SDs  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 577
18.1.9.1 Generalized Multi-layer Tree Search Mechanism .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 578
18.1.9.2 Spatial Diversity Schemes Using SDs .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 578
18.1.10 SD-Aided MIMO System Designs .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 579
18.1.10.1 Resource-Optimized Hybrid Cooperative System Design .  .  .  .  .  . 579
18.1.10.2 Near-Capacity Cooperative and Non-cooperative System Designs .  . 581
18.1.11 Multi-stream Detection in SDM-OFDM Systems .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 585
18.1.12 Iterative Channel Estimation and Multi-stream Detection in SDM-OFDM
Systems  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 585
18.1.13 Approximate Log-MAP SDM-OFDM Multi-stream Detection  .  .  .  .  .  .  .  .  . 586
18.2 Suggestions for Future Research .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 587
18.2.1 Optimization of the GA MUD Configuration  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 587
18.2.2 Enhanced FD-CHTF Estimation .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 588
18.2.3 Radial-Basis-Function-Assisted OFDM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 589
18.2.4 Non-coherent Multiple-Symbol Detection in Cooperative OFDM Systems .  .  . 590
18.2.5 Semi-Analytical Wireless System Model  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 592

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