I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   20 20 ,   pp .   2562 ~ 2568   IS S N :   2088 - 8708 D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 10 i 3 . pp2562 - 2568             2562       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e c e . i ae s c or e . c om / i nd e x . php / IJ E CE   Pe r f o r m a n c e   e v a l u a t i o n   o f   h i g h   m o b i l i t y   O FD M   c h a n n e l   e st i m a t i o n   t e c h n i q u e s       M ar yam   K .   A b b o u d ,   B ay an   M .   S ab b ar   D e pa r t m e n t   o f   I n f o r m a t i o a nd   C o m m uni c a t i o E ng i ne e r i ng ,   A L - N a hr a i n   U n i v e r s i t y ,   I r a q       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   F e b   24 ,   2 019   R e v i s e N o v   23 ,   2019   A c c e pt e D e s   5 ,   20 19       I w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n,   O r t ho g o na l   F r e qu e nc y   D i v i s i o M u l t i p l e x i ng   ( O F D M )   h a s   be e a do pt e d ue   t o   i t s   r o bus t n e s s   t o   m ul t i p a t f a d i n g   a nd  h i g da t a   r a t e   t r a ns m i s s i o ns .   A t   t he   o t he r   ha nd ,   t he   pe r f o r m a nc e   o f   O F D M   s y s t e m s   s e v e r e l y   de g r a de d ue   t o   m ul t i - p a t h   f a d i ng   a nd   D o ppl e r   f r e que nc y   s hi f t s   i n   m o bi l e   s y s t e m s ,   w h i c c a us e s   i n t e r - c a r r i e r - i n t e r f e r e n c e   ( I C I ) .   T hus ,   E s t i m a t i o o f   c ha nne l   pa r a m e t e r s   i s   r e q ui r e d   a t   t he   r e c e i v e r   u s i ng   a   pr e   de s i g ne e s t i m a t o r   w he r e   p i l o t   t o ne s   a r e   i ns e r t e i e a c O F D M   s y m b o l .     In   t hi s   pa pe r ,   a   r a ndo m   pi l o t   da t a   a r e   g e ne r a t e a nd  i ns e r t e i e a c O F D M   s y m bo l   a t   e qua l l y   s pa c e l oc a t i o ns .   T he   pe r f o r m a nc e   t e s t   o f   L e a s t   S qu a r e   ( L S )   a nd  L i ne a r   M i n i m um   M e a S qua r e   ( L M M S E )   e s t i m a t i o m e t ho ds   a r e   pr o po s e w i t D i s c r e t e   F o ur i e r   T r a ns f o r m   ( D F T )   ba s e o bo t L S   a nd   L M M S E ,   w he r e   d i f f e r e n t   I T U   c ha nne l   m o de l s   a r e   c o ns i de r e i o r de r   t o   c om pa r e   t he i r   pe r f o r m a nc e   f o r   da t a   t r a ns m i s s i o i n   h i g m o bi l e   s y s t e m s   w i t di f f e r e n t   D o ppl e r   f r e qu e nc i e s   e xc e e d s   2 00   H z   a nd   m i ni m a l   num b e r   o f   pi l o t s .   Ke y w or d s :   Cha nn e l   e s t i m a t i o   DFT   L M M S E   LS   OFDM   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e   A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   M a r y a m   K .   A b bo ud,     D e pa rt m e n t   o f   In f o r m a t i o n   a n d   Co m m u n i c a t i o E n gi n e e r i n g ,   AL - N a hra i U ni v e r s i t y ,   A l - J a dri y a   B a gh d a d,   I ra q .   E m a i l :   i t 18m s @ c o i e . na hr a i n u ni v . e du. i q       1.   I N TR O D U C TI O N   R e c e n t   m o b i l e   a ppl i c a t i o n s   r e qui r e   h i g h   a n r e l i a b l e   da t a   t ra n s m i s s i o n s ,   t h us ,   O F D M   ha s   b e e n   de pl oy e i s e v e r a l   a ppl i c a t i o n s   due   t o   i t s   s pe c t r a l   e f f i c i e n c y   a n r o b us t n e s s   t o   m ul t i p a t f a di n g .   H i g h   s pe e da t a   t r a n s m i s s i o n s   s e v e r s   f r o m   f r e que n c y   s e l e c t i ve   f a di n w h i c h   c a us e s   a   s e r i o us   In t e r   S y m bo l   In t e r f e r e n c e   (IS I)  b e t w e e n   t h e   t ra n s m i t t e s y m bo l s .   O F D M   c a n   o ve r c om e   t h i s   p r o b l e m   w i t h   h i g h   da t a   ra t e s .   C ha nn e l   e s t i m a t i o n   i s   a n   i m po r t a n t   p a r t   o f   O F D M   s y s t e m   a n i t   i s   a e s s e n t i a l   p r o c e s s   t o   r e c ov e r   t h e   c ha nn e l   i m pul s e   r e s po n s e   [1,   2] .   I n   hi g h   m o b i l i t y   s y s t e m s ,   t h e   r e s ul t i n hi g h   D o ppl e r   s hi f t s   l e a ds   t o   pe r f o r m a n c e   de gr a da t i o i n   c h a nn e l   e s t i m a t i o n   a c c ura c y   [3].   M a j o r i t y   o f   c o m m u n i c a t i o n   s y s t e m s   a do pt   t h e   c o h e r e n t   de t e c t i o n   i n   o rde r   t o   pu r s ue   b e t t e r   t r a n s m i s s i o n   pe r f o r m a n c e   t hr o ugh   c h a nn e l   e s t i m a t i o n   o f   Ch a nn e l   S t a t e   In f o r m a t i o n   (CS I) .   S e ve r a l   t e c hni que s   a r e   a do pt e fo r   t h e   pu r po s e   o c h a nn e l   e s t i m a t i o n   i n   O F D M   s y s t e m s .   L S   a n L M M S E   e s t i m a t i o n   m e t h o ds   a r e   t h e   m o s t   po pul a r   pi l o t   b a s e c h a nn e l   e s t i m a t i o n   t e c hn i q ue s   [4,   5].   A   pe r fo r m a n c e   c o m pa ri s o n   o L S   a n d   L M M S E   i s   pr o po s e i n   [4],   w h e r e   t h e   t w o   m e t h o ds   a r e   s i m u l a t e a nd  L M M S E   pe r f o r m s   b e t t e r   t ha n   L S   w i t B i n a r y   P h a s e   S h i f t   K e y i n (B P S K m o dul a t i o n.   A   pi l o t   i n s e r t i o n   m e t h o w a s   pr o pos e i n   [6]  t o   t e s t     t h e   pe r f o r m a n c e   o f   L S   e s t i m a t i o i O F D M   s y s t e m ,   w h e re   i t   b a s e o n   a   c o m b i na t i o n   o f   b l oc a n c o m t y p e s   us i n g   l i n e a a nd  c ub i c   s pl i n e   i nt e r po l a t i o n   [ 7].   D i s c r e t e   F o ur i e r   T ra n s f o r m   (D F T b a s e pi l o t   i n s e r t i o n   m e t h o i s   o n e   of  e s t i m a t i o n   t e c hni que s   i n t r o duc e i n   s e v e r a l   pub l i c a t i o n s   i n   o r de r   t o   i m p r o v e   e s t i m a t i o n   pe r f o r m a n c e .   S i n c e   D F T   e s t i m a t i o n   b a s e d   o n   n o i s e   c a n c e l l a t i o n   i n   t i m e   do m a i n   us i n F a s t   F o ur i e r   T r a n s f o r m   (F F T ),   i t   r e p r e s e nt s   a   l o w   c o m pl e m e t h o w i t h   pe r f o r m a n c e   de pe n ds   o n   t e s t e c ha nn e l   e n v i ro n m e n t s   [8 - 1 0].   A n   i m p r o v e D F T   m e t h o w a s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       P e r f or m anc e   e v a l uat i on   of   h i gh   m obi l i t y   O F D c hann e l   e s t i m at i on   t e c h ni qu e s   ( Mar y am   K .   A bbou d )   2563   pr o po s e i n   [11]  i n   o r de r   t o   e n ha n c e   e s t i m a t i o n   pe r f o r m a n c e   c l o s e   t L M M S E   w i t h   l o w e r   c o m pl e xi t y ,   w h e r e   a l l   s a m pl e s   o ut s i de   t h e   c y c l i c   pr e f i a r e   c o n s i de r e n o i s y   a n s e t   t o   z e r o .   I [12] ,   a   c o n v e n t i o na l   a n d   i m p r o v e D F T   m e t h o ds   w e r e   pr o po s e a n o n l y   s i gn i f i c a nt   c o m po n e nt s   w i t hi n   c y c l i c   pr e f i l e n gt h   a r e   s e l e c t e w h i l e   t h e   n o i s e   c o m po n e n t s   a r e   i g n o r e d.   T h e   r e s e a r c h   b a s e o n   s e l e c t i n di f f e r e n t   n u m b e r   of  i t e ra t i o n s   i n   e a c h   t ri a l ,   w h e r e   t h e   o n e   gi v e s   b e s t   p e r f o r m a n c e   i s   e v a l ua t e d .   T h e   pr o po s e w o r t e s t   t h e   e n v i r o nm e n t s   e f fe c t s   o n   c ha nn e l   e s t i m a t i o n   t e c hn i que s   w i t h   di f f e r e n t   D o ppl e r   f r e que n c i e s   n o t   e xc e e di n g   33  H z .   I n   [ 13],   O F D M   e s t i m a t i o n   a l go ri t hm s   w e r e   t e s t e fo r   a   t i m e   v a ri a nt   c h a nn e l   w i t h   d i f fe r e nt   pi l o t   i n s e r t i o s c h e m e s .   B l o c t y p e ,   c o m b   t y p e ,   a n a   h y b r i pi l o t   i n s e r t i o n   s c h e m e   w a s   p r o po s e d.   T h e   t e s t   o f   a l l   s c h e m e s   s h o w s   t h a t   t h e   c o m b   t y pe   pi l o t   i n s e rt i o n   m e t h o pe r f o r m s   b e t t e r   t h a n   b l o c t y pe   a n t h e   h y b r i s c h e m e   y i e l ds   a   go o t r a de o ff   b e t w e e n   t h e m .   W i t h   t h e   r e v o l ut i o n   i n   c o m m u ni c a t i o n   s y s t e m s ,   s e v e r a l   e s t i m a t i o n   t e c hn i q ue s   a r e   p r o po s e i n   o r de r   t o   e n ha n c e   s y s t e m   pe r f o r m a n c e   a t   m o b i l i t y   s i t ua t i o n s .   T h e   e nh a n c e m e n t   c o s t   i n c r e a s e a s   num b e r   o f   pi l o t s   i n c r e a s e w h e r e   b a n dw i dt h   e f f i c i e n c y   de gr a de [14 ].   A   l o w e r   b o un o f   pi l o t ' s   num b e r   w a s   t a r ge t e   by   [14 - 15],   w hi c h   s t a t e t h a t ,   i n   o r de r   t o   a c hi e v e   a c c e pt a b l e   B E R   p e r f o r m a n c e   a n go o t hr o ughput   a n i t h e   c h a nn e l   l e n g t h   i s   k n o w n   o r   e s t i m a t e d,   t h e   n u m b e r   o f   pi l o t s   N m us t   b e   gr e a t e r   o r   e qua l   t o   t h e   c h a nn e l   l e n g t h   a s s um i n e qu a l l y - s pa c e a n e qu a l   po w e r   p i l o t   t o ne s .   T h us ,   t h e   t a r g e t   o f   t h i s   pa pe r   i s   t o   e v a l ua t e   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   c o n ve n t i o n a l   e s t i m a t i o n   t e c hn i que s   w i t m i ni m u m   n u m b e r   o f   pi l o t s   a s   r e qui r e by   [14],   w i t h i g D o ppl e r   f r e que n c i e s ,   i n   o r de r   t o   s a v e   b a n dw i dt us i n a   p r e de t e rm i n e pi l o t   l o c a t i o n s .     T h e   r e s t   o t h e   pa pe r   i s   o r ga ni z e a s   f o l l ow s .   A   b r i e ba c kgr o u n o n   c h a nn e l   e s t i m a t i o n   a n   t h e   c r i t e r i a   o f   e s t i m a t i o n   t e c hn i q ue s   w a s   pr o p o s e i n   s e c t i o n   2.   Cl a r i f y i n s uc h   m o de l   t o ge t h e r   w i t h   o t h e r   s y s t e m   pa r a m e t e r s   a nd  s pe c i f i c a t i o n s   pr o po s e i n   s e c t i o n   3.   P e r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n   i n   t h e   f o r m   of   B i t   E rr o r   R a t e   (B E R i s   t h e p r e s e n t e d   i s e c t i o n s   4 .   F i na l l y   t h e   m a i n   c o n c l udi n r e m a rks   a r e   gi v e i s e c t i o n   5.       2.   B A C K G R O U N D   Cha nn e l   e s t i m a t i o n   i s   a n   e f f e c t i v e   t oo l   t o   pr e di c t   t h e   b e h a v i o r   of   t h e   c h a nn e l   a n i t   i s   a do pt e a t     t h e   r e c e i ve r   s i de .   T ra i ni n g   b a s e c h a nn e l   e s t i m a t i o n   a n b l i n c ha nn e l   e s t i m a t i o n   a r e   t h e   t w o   m a i n     m e t h o ds   m a y   b e   us e d   fo r   t h i s   pu r po s e ,   w h e r e ,   t r a i n i ng  b a s e c h a nn e l   e s t i m a t i o n   i s   t h e   po pul a r   a nd  w i de l y   us e a c c o r di ng  t o   i t s   a b i l i t y   t o   ob t a i n   a n   e f fe c t i v e   CS by   f ul l y   ut i l i z i n g   i t s   pi l o t s   a n t r a i n i ng    s e que n c e s   [13,   16 - 18].   A   b ri e f   de s c r i pt i o n   f o r   L e a s t   S qua r e   (L S ),   L i n e a r   M i n i m um   M e a n   S q ua r e   (L   M M S E ),   a n D i s c r e t e   F o u r i e r   T r a n s f o r m   (D F T )   t e c hn i q ue s   a r e   r e v i e w e i n   t h e   n e xt   s ub s e c t i o n s .       2. 1 .   Le as s q u ar e   (LS )   It   i s   t h e   s i m pl e s t   c h a nn e l   e s t i m a t i o n   m e t h o d,   w h e r e   t h e   t ra n s m i t t e s i g na l s   a t   pi l o t   s ub c a rr i e r s   a r e   us e t e s t i m a t e   t h e   c h a nn e l   i m pul s e   r e s po n s e .   T h e   e s t i m a t e c h a nn e l   t a ps   a r e   t h e n   us e t o   r e c ov e r     t h e   t ra n s m i t t e d a t a   [4 ,   19] .      [ ] = [ ] [ ]                 1 < <     (1)      [ ] ,   t h e   e s t i m a t e d   c ha nn e l   r e s po n s e   a t     pi l o t   s ub c a rri e us i ng  L S .     [ ] ,   t h e   t ra n s m i t t e s y m bo l   a t   pi l o t   s ub c a rr i e r.     [ ] ,   t h e   r e c e i v e s y m bo l   a t   pi l o t   s ub c a rri e r.     ,   t h e   n u m b e r   o f   pi l o t s .     2. 2 .   Li n e a r   m i n i m u m   m e an   s q u ar e   (L M M S E)   It   i s   a   m o r e   c o m pl e c h a nn e l   e s t i m a t i o n   m e t h o a s   c o m pa re t o   L S   m e t h o d.   L M M S E   de pe n ds   o m i ni m i z i n t h e   e rr o b e t w e e n   t h e   t r a n s m i t t e a n d   r e c e i v e s i gna l s   t hr o ug t h e   e xp r e s s i o b e l ow   [12,   20 ];      =  ×     (2)     w h e r e   W   i s   a   w e i ght e m a t ri x   a nd  i t   i s   gi v e n   b y ;     =  1     (3)     a n h e n c e ,   t h e   e rr o v a l ue   c o m put e b y   [12];     =    (4)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     25 62     2568   2564   w h e r e :    ,   t h e   e s t i m a t e c ha nn e l   r e s po n s e   us i n g   M M S E      1 ,   t h e   a ut o - c o r r e l a t i o n   m a t r i o f   H L S     ,   t h e   c r o s s - c o r r e l a t i o m a t ri o f   t h e   t rue   c ha nn e l   a nd  e s t i m a t e o n e   ,   r e p r e s e nt s   t h e   t r ue   c ha nn e l   c o e ff i c i e n t s .     2. 3 .   D i s c r e te   fo u r i e r   tr an s fo r m   (D F T)   T h e   D i s c r e t e   F o u r i e r   T r a n s f o r m   (D F T )   b a s e c ha nn e l   e s t i m a t i o m e t h o i s   i nt r o duc e t o   i m p r o ve   t h e   pe r f o r m a n c e   o L S   a n M M S E   m e t h o ds .   T hi s   m e t h o d   i s   us e fo r   n o i s e   r e duc t i o n   w h e r e   i t   e l i m i na t e     t h e   n o i s e   o ut s i de   t h e   m a xi m um   c h a nn e l   de l a y   [21].      ( ) =  [ ] =   [ ] + [ ]                                                               =   0 , 1 . . . , 1     (5)     w h e r e :    [n ] ,   t h e   e s t i m a t e c h a nn e l   r e s po n s e   a t   n t s ub c a rri e us i ng  L S     h [ n],   t h e   s a m pl e i m p ul s e   r e s po n s e   o f   t h e   c h a nn e l     z [ n ] ,   t h e   n o i s e   c o m po n e n t   i t h e   e s t i m a t e d   c ha nn e l       3.   S Y S TE M   M O D LE   O r t h o go na l   f r e que n c y   di v i s i o n   m ul t i p l e xi n i s   a   p r o m i s i ng   m ul t i   c a rr i e r   m o dul a t i o s c h e m e .   It   i s     a   w i de l y   us e t e c hn o l o g y   i n   ri c m u l t i   p a t w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n s   due   t o   i t s   a b i l i t y   t o   o ve r c o m e   t h e   IS pr o b l e m   [22].   It   a l s o   pr o v i de   a   s i m pl e   e qua l i z a t i o n   p r oc e s s   i n   f r e que n c y   d o m a i n   [2 ,   23,   24] .   T h e   p r o po s e d   O F D M   b a s e c h a nn e l   e s t i m a t i o m o de l   i s   de f i n e a s   s h o w n   i n   F i gu r e   1( a ) .   W h e r e   d i f f e r e n t   num b e o f   pi l o t s   a r e   i n s e r t e w i t hi n   t h e   t ra n s m i t t e O F D M   s y m bo l   fo r   t he   purpo s e   of   r e t ri e v i n g   t h e   CS w i t h   a   s i m p l e   f r e que n c y   e qua l i z a t i o p r o c e s s .   A s   m e n t i o n e b e fo r e   i n   s e c t i o I ,   t h e   n u m b e r   o f   pi l o t s   i s   c o ns t ra i n e d   by   t h e   r e l a t i o n s h i [ 14,   15 ,   25];     ^   (6)     w h e r e     ^   i s   t h e   e xpe c t e c h a nn e l   l e n g t h   S i n c e   CP   w a s   c h o s e n   t o   c o ve r   t h e   m a x i m um   c ha nn e l   de l a y ,   i n   t h e   p r o po s e s i m ul a t i o n s ,     t h e   num b e r   o f   pi l o t s   a r e   s e l e c t e t o   b e   gr e a t e r   t h a o e qua l   t o   t h e   CP   l e n g t h   i t h e   p r e s e n c e   of    D o ppl e r   s h i f t s .            (7)     w h e r e   t h e y   a r e   a s s um e t h a v e   a n   e qua l   po w e r   a n i n s e rt e a t   e qua l l y   s pa c e l oc a t i o n s   i n   e a c h   O FDM  s y m bo l   a s   s h o w n   i F i gu r e   1( b )         (a )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       P e r f or m anc e   e v a l uat i on   of   h i gh   m obi l i t y   O F D c hann e l   e s t i m at i on   t e c h ni qu e s   ( Mar y am   K .   A bbou d )   2565     (b )     F i gu r e   1 .   ( a )   O F D M   Co m m u ni c a t i o S y s t e m   [6] (b )   P i l o t   a nd  da t a   s ub c a rri e r s   l o c a t i o n s       A   s e t   of   c o m m o n l y   us e c h a nn e l s   i n   m o b i l e   c o m m uni c a t i o n   s y s t e m s   w a s   s pe c i f i e i n   IT U - r e c o m m e n d a t i o n   M . 1225 .   T hr e e   c h a nn e l   e n v i r o n m e n t s   a r e   p r o po s e i n   t hi s   s pe c i f i c a t i o n;   I n do o r ,   P e de s t r i a n,   a n O ut do o r .   F o r   e a c h   o f   t h e s e   s p e c i f i e e n v i r o nm e nt s ,   a   m ul t i p a t h   t a de l a y   pr of i l e   i s   s pe c i f i e a s   s h ow n     i n   T a b l e   1   [26] .       T a b l e   1 .   I T U   c h a nn e l   m o de l s   [26]     In d o o E n v i r o n m e n t   (A )   P e d e s t ri a n   E n v i r o n m e n t   (B)   O u t d o o E n v i r o n m e n t   (A )   T a p   N o .   D e l a y   ( n s )   P o w e (d B )   D e l a y   ( n s )   P o w e (d B )   D e l a y   ( n s )   P o w e d B)   1   0   0   0   0   0   0   2   50   - 3   200   - 0 . 9   310   - 1 . 5   3   110   - 10   800   - 4 . 9   710   - 9 . 0   4   170   - 18   1200   - 8 . 0   1090   - 1 0 . 0   5   290   - 26   2300   - 7 . 8   1730   - 1 5 . 0   6   310   - 32   3700   - 2 3 . 9   2510   - 2 0 . 0       4.   S I M U LA TI O N   TES TS   A N D   R ES U LTS   T h e   O F D M   s y s t e m   of   F i gur e   1( a )   w a s   t e s t e w i t h   d i f f e r e n t   e s t i m a t i o n   t e c hn i que s   w h i c h   w e r e   de s c r i b e b r i e f l y   i n   t h e   p r e v i o us   s e c t i o n .   I n   a dd i t i o n   t o   A W G N ,   t h e   t e s t   c o n s i de r s   a   R a y l e i gh   f a di ng  c h a nn e l   w i t h   de l a y   a n po w e r   v e c t o r s   s t a n d a r di z e by   IT U   c h a nn e l   m o de l s   of   T a b l e   1 .   F o r   e a c h   p i l o t   a i de e s t i m a t i o n   m e t h o t e s t e d,   t h e   p i l o t   i n s e r t i o n   m e t h o c o ns i de r   a n   e qua l l y   s pa c e l o c a t i o n s   w i t h   s p l i n e   i n t e r po l a t i o n.   T h e   r e s ul t s   a r e   pl o t t e i n   t h e   f o r m   o f   B i t   E rr o r   R a t e   (B E R ve r s us   S i g na l   t o   N o i s e   R a t i o   (S N R ),   w h e r e   S N R   i s   de t e rm i n e d   by   t h e   c o rr e s po n di ng   ( E b N o )   i dB .   T he   r e qui r e d   s y s t e m   pa ra m e t e r s   o f   O F D M   s y s t e m ,   D o ppl e s h i f t   ( ),   a n d   d a t a   r a t e   ( a r e   s h o w n   i T a b l e   2 .   W h e r e ,   w h e n     = 0 , = 8 <    w h i l e   w h e n       > 0 , = 16   w h i c i s   t h e   c o n s i de r e l e ngt o f      .       T a b l e   2 .   S y s t e m   pa r a m e t e r s   P a ra m e t e r   V a l u e   N u m b e r   o t ra n s m i t t e d   b i t s   M o d u l a t i o n   Ra t e   b / s e c .   O F D M   S u b c a rr i e r s   N u m b e r   o p i l o t s   ( )   Cy c l i c   p r e f i x   l e n g t h   (  )   Ca rri e r   F r e q u e n c y   ( fc   M a x i m u m   D o p p l e r   s h i f t   ( Hz   6 4 0 0 0   BP S K   V a ri a b l e   64   8 ,   1 6   16   2 . 4   GHz   0 ,   5 ,   2 5 0       In   F i gu r e   2,   P r a c t i c a l   e xa m i na t i o n   a p p r o ve t h e o r e t i c a l   r e s ul t s   o f   O F D M   s i m ul a t i o n   o v e r   A W G N   c h a nn e l .   L S ,   L M M S E ,   D F T   b a s e L S ,   a n D F T   b a s e L M M S E   e s t i m a t i o n   a l go r i t hm s   a r e   t e s t e ove r   IT U - In do o r   c ha nn e l   m o de l   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   w i t h   z e r o   D o ppl e r   s h i f t   a nd  10  K b ps   da t a   ra t e ,   w h e r e   pi l o t s   a r e   i n s e r t e a t   e qua l l y   s p a c e l o c a t i o n s   a l o n g   t h e   O F D M   s y m bo l .   F o a   B E R   of     10 3 ,   t h e   L M M S E   t e s t   s h o w s   a n   i m p r o v e m e n t   i S N R   by   a bo ut   0. dB   ov e r   L S   m e t h o d,   w h i l e   t h e   D F T - L S   gi v e s   a   d i m p r o v e m e n t   i n   S N R   o ve r   t h e   L S   t e s t s .   A t   t h e   s a m e   c ha nn e l   e n v i r o n m e nt s ,   1 . dB   i m p r o v e m e n t   i n   S N a c hi e v e d   fo r   DFT - L M M S E   o ve r   t ra di t i o n a l   L M M S E   t e s t s .   F o r   t h e   c a s e   w h e r e   D F T - L S   c o m pa r e t o   D F T - L M M S E ,   t h e   t e s t s   s h o w s   t ha t   D F T - L M M S E   pe r f o r m s   b e t t e r   t h a D F T - L S   b y   a bo ut   0. 25   dB .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     25 62     2568   2566         F i gu r e   2 .   P e r f o r m a n c e   e v a l ua t i o o f   O F D M   s y s t e m   i n   A W G N   c h a nn e l     F i gu r e   3 .   P e r f o r m a n c e   e v a l ua t i o o f   O F D M   e s t i m a t i o i I T U - i n do o r   c ha nn e l       In   F i gu r e   4,   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   s a m e   m e t h o ds   a r e   t e s t e ov e r   IT U -   P e d e s t r i a n   c ha nn e l   w i t h   16   pi l o t s ,   da t a   r a t e   o f   2. K b ps ,   a nd  a   D o ppl e r   s hi f t   o f   H z .   A t   B E R   o f   10 2 ,   t h e   L M M S E   gi v e s     a n   i m p r o v e m e n t   i n   S N R   by   a bo ut   5. dB   ove r   L S   m e t h o d.   A t   t h e   o t h e r   h a nd,   a   D F T - L S   i m p r o ve     t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   t r a d i t i o n a l   L S   m e t h o d   by   a b o u t   7. dB .   H ow e ve r ,   D F T - L M M S E   i m p r o v e s     t h e   t ra di t i o n a l   L M M S E   pe r f o r m a n c e   by   a bo ut   3. dB .   A s   a   c o n s e que n c e s ,   D F T - L M M S E   o ut pe r f o r m s     DFT - L S   pe r f o r m a n c e   by   a bo ut   dB   a t   t h e   s a m e   e rr o ra t e   v a l ue .           F i gu r e   4 .   P e r f o r m a n c e   e v a l ua t i o o f   O F D M   e s t i m a t i o n   i n   I T U -   pe de s t r i a c h a nn e l       T h e   s a m e   m e t h o ds   a r e   t e s t e ov e r   IT U - O ut doo r   c h a nn e l   t o   c ha r a c t e r i z e   t h e i r   pe r f o r m a n c e   w i t h   h i g D o ppl e r   s h i f t .   I n   F i gu r e   5 ,   a l l   p r e s e nt e e s t i m a t i o n   m e t ho ds   a r e   t e s t e w i t D o ppl e r   s hi f t   o f   250  H z ,     16  pi l o t s ,   a n d   250   M b ps   da t a   ra t e .   F o a   B E R   of   10 2 ,   L M M S E   o ut pe r f o r m s   L S   e s t i m a t i o m e t h o by   a b o ut   dB   a n D F T - L S   i m p r o v e s   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   t r a d i t i o na l   L S   by   a b o ut   11. dB .   A l s o ,   t h e   pe r f o r m a n c e   of   L M M S E   i s   i m p r o v e w i t h   D F T - L M M S E   by   a b o ut   dB ,   w h e r e   a   3. dB   i m p r o v e m e n t   a c hi e v e w i t DFT - L M M S E   o v e r   D F T - L S   m e t h o d.     It   i s   c l e a t ha t   i t h e   p r e s e n c e   o f   h i g D o ppl e s h i f t ,   t h e   e s t i m a t i o pe r f o r m a n c e   w i l l   de g ra de d.   T h i s   pe r f o r m a n c e   c a n   b e   e n ha n c e t hr o ug h   i n c r e a s i ng  t h e   n u m b e r   of   pi l o t s   i n   e a c h   O F D M   s y m bo l   w h i c h   w i l l   de c r e a s e   t h e   b a ndw i dt h   e ff i c i e n c y   of   t h e   s y s t e m .   A t   t h e   o t h e r   ha n d ,   t h e   p r o po s e t e s t s   s h o w s   t h a t   e v e n   t h e   D o ppl e r   f r e que n c y   i n c r e a s e d,   a n   a l m o s t   a c c e pt a b l e   pe r f o r m a n c e   c a n   b e   a c h i e v e w i t h   l o w e r   n um b e r   o pi l o t s   e qua l s   t o   t h e   c ha nn e l   l e n gt h,   a n h e n c e   i m p r o v e   b a n dw i dt h   u t i l i z a t i o n   f o r   b a n dw i dt h   e f f i c i e n t   a ppl i c a t i o n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       P e r f or m anc e   e v a l uat i on   of   h i gh   m obi l i t y   O F D c hann e l   e s t i m at i on   t e c h ni qu e s   ( Mar y am   K .   A bbou d )   2567   A s   a   f i n a l   a s s e s s m e n t   o f   r e s ul t s ,   a   l i t t l e   c o m pr o m i s i n b e t w e e n   S N R   ga i a nd  i m p l e m e nt a t i o c o m pl e xi t y ,   L S   c h a nn e l   e s t i m a t i o n   m e t h o c ha r a c t e r i z e by   a   l o w   c o m pl e xi t y   i m pl e m e nt a t i o n   a s   c o m pa r e t o   L M M S E   a n D F T - L M M S E .   W hi l e   t h e   pe r f o r m a n c e   of   D F T - L M M S E   b e t t e r   t ha n   L S   w i t h   S N R   ga i n   b y   a b o ut ;   2. 25  dB   fo r     10 3   e rr o r a t e   w i t z e r o   D o ppl e r   s h i f t   i n   I T U - Indo o r   c ha nn e l ,   8. dB   f o r     10 2   e rr o r   ra t e   w i t h   5   H z   D o ppl e r   s hi f t   i IT U -   P e de s t ri a c ha nn e l ,   a n 1 d B   fo r     10 2   e rr o r a t e   w i t 250   H z   D o ppl e r   s hi f t   i n   I T U -   O ut do o r   c h a nn e l .         F i gu r e   5 .   P e r f o r m a n c e   e v a l ua t i o o f   O F D M   e s t i m a t i o n   i n   I T U - o ut doo r   c h a nn e l       5.   C O N C LU S I O N   Cha nn e l   e s t i m a t i o n   p r o c e s s   i s   a n   e f fe c t i ve   pa r t   o f   O F D M   s y s t e m   e s pe c i a l l y   i n   f a di n e n v i r o nm e nt   w h e r e   c ha nn e l   s t a t i s t i c s   c ha n ge s   o ve r   t i m e ,   a n i n   t h e   p r e s e n c e   of   D o ppl e r   s h i f t   t h e   d a t a   t ra n s m i s s i o n   i s   ha r dl y   a ff e c t e d.   In  t h e   p r o po s e w o r k,   I T U   c h a nn e l   m o d e l s   a r e   c o n s i de r e t o   e xa m i n e   t h e   s ui t a b i l i t y   o di f fe r e nt   c ha nn e l   e s t i m a t i o n   t e c hni que s   f o r   hi g h   m o b i l i t y   e n v i r o nm e n t   i t h e   p r e s e n c e   o f   d e e f a di n a nd  hi g h   D o ppl e r   s hi f t s ,   w h e r e   m i n i m a l   n u m b e r   o r a n do m   p i l o t s   a r e   i n s e r t e i n   e a c h   O F D M   s y m bo l   a t   e qua l l y   s pa c e l o c a t i o n s .   I n   s uc e n v i r o nm e n t ,   t h e   t e s t s   s h o w s   a i m p r o v e m e n t   i t h e   pe r f o r m a n c e   o f   e s t i m a t i o n   t e c hn i q ue s   w h e n   D F T   a do pt e d,   w h e r e   t h i s   i m p r o v e m e n t   e xc e e d s   11  dB   a n 15  dB   fo r   D F T - L S   a n D F T - L M M S E   o ve r   c o n v e n t i o n a l   L S   m e t h o r e s pe c t i v e l y   w i t 2 50  H z   D o ppl e s h i f t   w h e r e   t h e   m o b i l i t y   r e a c h e s   112  km / h ,   a   B E R   o f   10 2 ,   a nd  16   pi l o t s .   A s   a   f ut u r e   w o r k,   a   t ra d i n g   o ff   b e t w e e n   e s t i m a t i o c o m pl e xi t y   a n d   B E R   i m p r o v e m e n t   w i l l   b e   c o n s i de r e w i t h i g D o ppl e r   f r e que n c i e s   a nd  r e duc e n u m b e r   o f   pi l o t s .       R EF ER EN C ES   [ 1]   Y .   L i ,   L .   J .   C i m i n i ,   N .   R .   S o l l e nbe r g e r ,   " R o bus t   C ha nne l   E s t i m a t i o f o r   O F D M   S y s t e m s   w i t R a pi D i s pe r s i v e   F a di ng   C ha n ne l s , "   I E E E   T r a ns a c t i o ns   o C o m m un i c a t i o ns ,   v o l .   46 ,   no .   7 ,   1998 .   [ 2]   T .   H w a ng   a nd  C .   Y a ng ,   " O F D M   a n I t s   W i r e l e s s   A ppl i c a t i o ns :   A   S ur v e y , "   I EEE   T r a ns a c t i o o V e hi c ul a r   T e c hno l o gy ,   v o l .   58 ,   no .   4 ,   pp .   1673 169 4 ,   20 09 .   [ 3]   A .   D o w l e r ,   A .   D o uf e xi ,   a nd  A .   N i x,   " P e r f o r m a nc e   E v a l ua t i o o f   C ha nne l   E s t i m a t i o T e c hni qu e s   f o r   a   M o bi l e   F o ur t h   G e n e r a t i o W i de   A r e a   O F D M   S y s t e m , I E E E   5 6t h   V e hi c ul a r   T e c hno l o gy   C o nf e r e nc e ,   V T C   F a l l -   200 2.     [ 4]   S .   M .   P a t i l   a nd  A . N   J a dha v ,   " C ha nn e l   E s t i m a t i o n   U s i ng   L S   a nd  M M S E   E s t i m a t o r s , "   I n t e r nat i o nal   J our n al   on   R e c e nt   and   I nno v at i o T r e nds   i n   C om put i ng   a nd  C om m un i c a t i on v o l .   2 ,   no .   3,   p p.   51 - 55 ,   2014   [ 5]   B .   D e ng   a n W .   W a ng ,   " L ow   c om p l e x i t y   c han ne l   e s t i m at i on  m e t hod  o f   M I M O - O F D M   f or   L T E   dow nl i nk ,   I E E E   7 t I n t e r nat i o nal   C on f e r e nc e   on  W i r e l e s s   C om m un i c a t i on ,   N e t w or k i ng  a nd   M ob i l e   C om put i ng   ( W i C O M )   pp.   1 - 4 ,   2 011 .   [ 6]   V .   K a nw a r ,   D .   S h a r m a ,   H .   T h a ku r ,   " P e r f o r m a nc e   E v a l ua t i o o f   B l o c T y pe   a nd  C o m T y pe   C ha nne l   E s t i m a t i o n   f o r   O F D M   S y s t e m   und e r   V a r i o us   M o dul a t i o T e c hni que s , "   I O SR   J our na l   o f   E ng i ne e r i n ( I O SR J E N ) , v o l .   3 ,   p p.   4 ,   A pr .   20 13 .   [ 7]   H .   M .   M a hm o ud,   A .   S .   M o us a ,   R .   S a l e e m ,   " C ha nn e l   E s t i m a t i o B a s e i C o m b - T y pe   P i l o t s   A r r a ng e m e nt   f o O F D M   S y s t e m   o v e r   T i m e   V a r y i ng   C ha nne l , "   J o ur n al   o f   N e t w or k s ,   v o l .   5,   no .   7,   2 010 .   [ 8]   C .   K a ur   a nd  R .   K a ur ,   " D i s c r e t e   F o ur i e r   T r a ns f o r m   ba s e C h a nne l   E s t i m a t i o S c he m e   f o r   M I M O - O F D M   C o m m uni c a t i o S y s t e m , "   I nt e r n at i on al   J our n al   o f   E ng i ne e r i ng  R e s e ar c an A pp l i c at i o ns   ( I J E R A ) ,   v o l .   2,   no .   3,   pp.   26 12 - 2616 ,   201 2 .   [ 9]   E .   S i ng h,   " A   D F T   ba s e d   c ha nn e l   e s t i m a t i o t e c hn i qu e   i o r t ho go na l - f r e que nc y   di v i s i o n - m ul t i p l e x i ng   ( O F D M ) :     A   R e v i e w , I nt e r n at i on al   J o ur n al   o f   R e c e nt   R e s e ar c h   A s pe c t s   I SSN , v o l .   3,   pp .   1 ,   2016 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     25 62     2568   2568   [ 10]   H a i f a ng   a nd  S .   Y i n,   " A E f f i c i e n t   I t e r a t i v e   D F T - B A SE D   C hanne l   E s t i m a t i o f o r   M I M O - O F D M   Sy s t e m   on  M u l t i pa t h   C han ne l s , "   I E E E   T hi r d   I nt e r na t i ona l   C on f e r e nc e   on  C om m uni c at i on   an N e t w or k i ng   i C hi na ,   2 008 .   [ 11]   J .   W a ng   a nd  Y .   Q i u ,   " A   ne w   D F T   bas e C hanne l   E s t i m a t i on  M e t ho d   f or   O F D M   Sy s t e m s   ov e r   M u l t i pa t C han ne l s , "   N at i ona l   C onf e r e nc e   o I n f or m at i on   T e c hno l o gy   and   C om p ut e r   Sc i e nc e   ( C I T C 20 12) ,   20 12 .   [ 12]   N .   A .   M a n s o ur ,   A .   A .   K a d hi m ,   " I m pr ov e D F T     B a s e d   C ha n ne l   E s t i m a t i o T e c hn i que s   f o r   O F D M   S i g na l , "   I nt e r n at i on al   J o ur n al   o f   E ngi ne e r i ng  R e s e ar c h vol .   5,   no .   12 ,   p p.   9 22 - 926 ,   2 016 .   [ 13]   Z .   T a ng   a nd  G .   L e us ,   " P i l o t   S c he m e s   f o r   T i m e - V a r y i ng   C ha nne l   E s t i m a t i o O F D M   S y s t e m s , "   I E E E ,   20 07 .   [ 14]   M .   I m a ni ,   H .   B a khs hi ,   " T h e   T i g ht   B o und   f o r   t h e   N um b e r   o f   P i l o t s   i n   C ha n n e l   E s t i m a t i o f o r   O F D M   S y s t e m s , "   C om m uni c at i on s   and   N e t w or k ,   2 012 .   [ 15]   O .   F e r r e i r a 1 ,   E .   V a l e ,   J .   R .   B e l l o ,   " O pt i m a l   N um be r   o f   P i l o t s   f o r   O F D M   S y s t e m s , "   I O SR   J our n al   of   E l e c t r on i c s   and  C om m un i c a t i on  E ng i ne e r i ng ,   v o l .   8 ,   no .   6 ,   D e c .   2013 .   [ 16]   V .   K .   G up t a ,   S .   V i j a y ,   " A   S um m a t i v e   C o m pa r i s o n   o f   B l i n C ha nne l   E s t i m a t i o T e c hni que s   f o r   O r t ho g o na l   F r e q ue nc y   D i v i s i o M u l t i p l e xi ng   S y s t e m s , "   I nt e r na t i ona l   J ou r nal   of   E l e c t r i c a l   and   C om pu t e r   E n gi ne e r i n ( I J E C E ) v o l .   8 ,   no .   5 ,   pp 2 744 - 275 2 ,   2 018 .   [ 17]   S .   A t o ui ,   N .   D o g hm a ne ,   S .   A f i f i ,   " B l i nd  f r e qu e nc y   o f f s e t   e s t i m a t o r   f o r   O F D M   s y s t e m s , "   T E L K O M N I K A   ( T e l e c om m uni c a t i on,   C om p ut i ng ,   E l e c t r o ni c s   and   C on t r ol ) v o l .   17,   no .   6,   pp .   272 2 - 2728 ,   2019 .   [ 18]   S a ki na   A . ,   N o ur e dd i ne   D . ,   S a dde A . ,   " B l i nd  f r e que nc y   of f s e t   e s t i m a t o r   f o r   O F D M   s y s t e m s , "   T E L K O M N I K A   ( T e l e c om m uni c a t i on  C om pu t i ng  E l e c t r on i c s   and   C on t r o l ) v o l .   1 7,   no .   6 ,   pp.   2 722 - 272 8,   20 19.   [ 19]   S .   P y l a ,   K .   P .   R a j u ,   N .   B .   S ub r a hm a ny a m ,   " P e r f o r m a nc e   a n a l y s i s   o f   a d a p t i v e   f i l t e r   c ha nn e l   e s t i m a t e M I M O   O F D M   c o m m uni c a t i o s y s t e m , "   I n t e r na t i o na l   J ou r na l   o f   E l e c t r i c al   an C om pu t e r   E ng i ne e r i ng  ( I J E C E ) ,   vol .   8 ,     no .   5 ,   pp.   3 829 - 383 8 ,   20 18 .   [ 20]   A .   Z a i e r ,   R .   B o ua l l è g ue ,   " C ha nn e l   E s t i m a t i o S t udy   f o r   B l o c k - P i l o t   I ns e r t i o i O F D M   S y s t e m s   U nde r   S l o w l y   T i m e   V a r y i ng   C o ndi t i o ns , I n t e r na t i ona l   J ou r na l   of   C om p ut e r   N e t w or k s   &   C om m uni c at i ons   ( I J C N C ) ,   v o l .   3,     n o.   6 ,   2011 .   [ 21]   H .   Z h u,   Y .   G e   a nd  X .   C he n ,   " D F T - ba s e A dap t i v e   C han ne l   E s t i m a t i on  f o r   O F D M   S y s t e m s , "   I E E E   1 6t I nt e r n at i on al   C on f e r e nc e   on   C om m un i c a t i on   T e c hno l og y   ( I C C T ) ,   p p.   515 - 51 7,   O c t .   20 15 .   [ 22]   B i J i a o ,   J i t i a X i a o ,   J i n l i W a ng ,   " A na l y s i s   o f   c ha nne l   e s t i m a t i o e r r o r   o f   O F D M   s y s t e m s   i r a y l e i g f a d i ng , "   I E E E ,   2 005 .   [ 23]   D .   M a da n,   M o ni ka ,   V .   A r o r a ,   " E qu a l i z a t i o &   C ha n ne l   E s t i m a t i o o f   B l o c &   C om T y pe   C o de s , "   I nt e r n at i ona l   J our nal   o f   I nn ov a t i v e   R e s e ar c h   i A dv a nc e E ngi ne e r i ng   ( I J I R A E ) v o l .   1 ,   no .   6 ,   201 4.   [ 24]   S .   S i ng h,   S .   S .   G i l l ,   " P e r f o r m a nc e   E v a l ua t i o o f   C ha nne l   E s t i m a t i o i O F D M   S y s t e m   f o r   D i f f e r e nt   Q A M   a nd  P S K   M o dul a t i o ns , "   I n t e r na t i o nal   J our nal   o f   E l e c t r i c a l   and  C om put e r   E ng i ne e r i ng  ( I J E C E ) vol .   no .   2,     pp.   14 0 - 150 2 011 .   [ 25]   Z .   T a ng ,   G .   L e us ,   " P i l o t   S c he m s   f o r   T i m e - V a r y i ng   C ha nn e l   E s t i m a t i o i O F D M   S y s t e m s , "   I E E E ,   2007 .   [ 26]   S .   A hm a di ,   R .   S r i n i v a s a n ,   H .   C ho i ,   J .   P a r k ,   J .   C ho   a nd  D .   P a r k ,   " C ha nne l   M o de l s   f o r   I E E E   802 . 16m   E v a l ua t i o n   M e t ho do l o gy   D oc um e nt , "   I E E E   C 80 2. 1 6 ,   M a r .   200 7.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.