Carrier recovery based on iterative demodulation and threshold detection

Carrier recovery is an essential step in coherent communication systems, but the robustness and performance of some methods are correlated to their complexity. This relationship can be expensive and an inconvenient for practical applications. Nowadays, designers must work with overcrowded boards and it is important to make simple subsystems available, which could save space. The aim of this thesis is to introduce a new carrier recovery method that is built on low complexity without compromising performance. This method is known as Iterative Demodulation and Threshold Detection (IDTD). This algorithm exploits information provided by pilot symbols and uses a feedforward architecture for stability. The major advantage of this system is its iterative nature, which gives robustness to this method. A simplification of the IDTD, known as IDTD-DD, is also introduced to reduce complexities that may arise by high order QAM constellations. The two versions of the IDTD algorithm are compared with trellis demodulation based on the BCJR algorithm, which is a benchmark for its optimal performance. Simulations show that difference between the two versions of the IDTD algorithm is not too large and both give strong results. Also by increasing the number of iterations, we can close the gap with the trellis method, but it is not suggested to have high number of iterations. The results are promising at this stage, but it is necessary to perform more thoroughly analysis with real-life testing that can confirm these simulations and make way for practical implementations.

Carrier recovery è un passaggio essenziale nei sistemi di comunicazione coerenti, ma la robustezza e le prestazioni di alcuni metodi sono correlate alla loro complessità. Questa relazione può essere costoso e scomodo per le applicazioni pratiche. Al giorno d'oggi, i designer deve lavorare con schede sovraffollate ed è importante rendere disponibili sottosistemi semplici, che potrebbe risparmiare spazio. Lo scopo di questa tesi è introdurre un nuovo metodo di carrier recovery basato su una bassa complessità senza compromettere le prestazioni. Questo metodo è noto come Iterative Demodulation and Threshold Detection (IDTD). Questo l'algoritmo sfrutta le informazioni fornite dai simboli pilota e utilizza un'architettura feedforward per la stabilità. Il principale vantaggio di questo sistema è la sua natura iterativa, che conferisce robustezza a questo metodo. Una semplificazione dell'IDTD, noto come IDTD-DD, è introdotto anche per ridurre le complessità che possono sorgere da costellazioni QAM di ordine elevato. Le due versioni dell'algoritmo IDTD vengono confrontate con la demodulazione basata su trellis sull'algoritmo BCJR, che è un punto di riferimento per le sue prestazioni ottimali. Simulazioni mostrano che la differenza tra le due versioni dell'algoritmo IDTD non è troppo grande e entrambi danno ottimi risultati. Inoltre aumentando il numero di iterazioni, possiamo colmare il divario con il metodo trellis, ma non è consigliabile avere un numero elevato di iterazioni. Il i risultati sono promettenti in questa fase, ma è necessario eseguire un'analisi più approfondita con test di real-life che possono confermare queste simulazioni e lasciare spazio a pratiche implementazioni.