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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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发表于 2013-4-5 15:09:51
