Performance evaluation of differential modulation in LTE-downlink

Abstract

Diese Diplomarbeit evaluiert die Effizienz differentieller Modulation angewendet auf den 3GPP Long Term Evolution downlink. Die Arbeit konzentriert sich dabei auf Systeme mit einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne für Übertragungen mit nur einem Nutzer.<br />Der Long Term Evoluation downlink basiert auf Kanalschätzung. Für Kanalschätzung werden Referenzsymbole benötigt die nicht zur Datenübertragung benutzt werden können. Dies reduziert die spektrale Effizienz. Um die spektrale Effizienz zu erhöhen wird in dieser Diplomarbeit nicht kohärante Detektion betrachtet. Bei nicht kohärenter Detektion ist die Kanalinformation nicht erforderlich. Daher werden die Referenzsymbole für die Kanalschätzung nicht benötigt. Es werden zwei Modulationsschemata mit dem Namen frequency first modulation und time first modulation vorgestellt. Diese werden auf ihre Leistungsfähigkeit in frequenzselektiven linearen zeit-invarianten und linearen zeit-varianten Kanälen untersucht und mit kohärenter Detektion mit least squares Kanalschätzung und zero forcing Entzerrung verglichen. Als Effizienzkriterien werden die Bitfehlerrate und der Durchsatz herangezogen. In den Untersuchungen wird festgestellt, dass die Leistung von kohärenter Detektion höher als die Leistung der konventionellen nicht kohärenten Detektion ist. Um die Effizienz zu steigern wird differentielle Detektion mit mehreren Symbolen angewendet. Zusätzlich wird die korrekte Wahl des Modulationsschemas für verschiedene Kanäle behandelt.<br />

This diploma thesis evaluates the performance of differential modulation applied to the 3GPP Long Term Evolution downlink. The focus specifically lies on single input single output transmissions with only one user.<br />The Long Term Evolution downlink is based on channel estimation. The reference symbols, required for channel estimation cannot be used to transmit data, which reduces the spectral efficiency. In order to increase the spectral efficiency, in this thesis noncoherent detection is considered. With noncoherent detection no channel knowledge is needed. Thus, the reference symbols for channel estimation are no longer required. Two basic modulation schemes, namely the frequency first and the time first modulation scheme, are presented. Their performance is investigated both for frequency selective linear time-invariant and linear time-variant channels and compared to coherent detection with least squares channel estimation and zero forcing equalization. As performance criteria the bit error rate and the throughput over the signal to noise ratio are considered. In the investigations it is discovered that coherent detection outperforms conventional noncoherent detection. To improve the efficiency also multiple symbol differential detection is applied. Furthermore, the correct selection of the modulation scheme for different channels is discussed.<br />