Titelaufnahme

Titel
Limited feedback transceiver design for downlink MIMO OFDM cellular networks / Stefan Schwarz
VerfasserSchwarz, Stefan
Begutachter / BegutachterinRupp, Markus ; Heath, Robert W.
Erschienen2013
UmfangXVI, 164 S. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2013
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheDeutsch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)zelluläre Netzwerke / MIMO / OFDM / limitiertes Feedback / lineare Sender-Empfänger / Grassmann Mannigfaltigkeit / Quantisierung
Schlagwörter (EN)cellular networks / MIMO / OFDM / limited feedback / linear transceivers / Grassmann manifold / Quantization
Schlagwörter (GND)Funktechnik / Zellulares Mobilfunksystem / OFDM / MIMO / Rückkopplung / Transceiver
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-66727 Persistent Identifier (URN)
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Limited feedback transceiver design for downlink MIMO OFDM cellular networks [3.46 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In der drahtlosen Kommunikation wird die Informationsrückführung vom Empfänger zum Sender, das sogenannte Feedback, als ein zentrales Mittel gesehen, um die Robustheit und Effizienz der Übertragung über den unsteten Kanal zu verbessern. Mit der Einführung von Mehrantennensystemen (MIMO) hat die Bedeutung des Feedbacks noch weiter zugenommen. Speziell dann, wenn Mehrantennensysteme eingesetzt werden, um die Interferenz zwischen Benutzern zu reduzieren, ist genaue Kanalinformation am Sender unumgänglich, um Konzepte wie räumliches Multiplexing mehrerer Benutzer (Multi-user (MU-)MIMO) und Interference Alignment zu ermöglichen. Solche Methoden sollen in zukünftigen zellulären Netzen, die der stark anwachsenden Nachfrage nach Übertragungskapazität nur durch eine Verdichtung der Netzstruktur begegnen können, eingesetzt werden, um die damit verbundene Zunahme der Interferenz zu bewältigen.

Jedoch kann diese Vision nur mit effizientem Feedback Realität werden, um nicht im Gegenzug die Aufwärtsstrecke zu überlasten. In der vorliegenden Dissertation wird dementsprechend die Entwicklung effizienter Feedback Algorithmen für zelluläre Netzwerke behandelt, deren physikalische Schicht auf MIMO und OFDM basiert. Zunächst wird die mathematische Modellierung der Datenübertragung beschrieben, um darauf aufbauend sogenannte Single-User MIMO (SU-MIMO) Systeme zu erörtern, bei denen ein einzelner Benutzer über mehrere Datenströme im räumlichen Multiplex bedient wird. Solche Konzepte sind bereits in standardisierten Kommunikations-Technologien, wie 3GPP Long Term Evolution (LTE), implementiert. Deswegen wird die Standard-Konformität bei der Herleitung der Feedback Methoden als eine entscheidende Nebenbedingung zur Optimierung der Übertragungsrate betrachtet. Die Leistungsfähigkeit der entwickelten Algorithmen wird mittels umfangreicher Simulationen und durch Vergleich mit theoretischen Durchsatzgrenzen analysiert. Im zweiten Teil dieser Dissertation wird MU-MIMO Übertragung behandelt. Hierfür sind in aktuellen Kommunikations-Standards noch kaum Vorgaben gemacht, wodurch ein großer Gestaltungsfreiraum offen ist. Am Sender wird das Block-Diagonalization Verfahren angewendet, um die Datenströme der Benutzer zu trennen. Gedächtnislose und prädiktive Quantisierung von Elementen der Grassmann Mannigfaltigkeit wird entwickelt, um eine effiziente Rückführung der Kanalinformation zu erzielen. Für den Fall, dass die Empfänger über Überschussantennen verfügen, wird ein Verfahren zur Kombination der Antennenausgänge abgeleitet, das eine zusätzliche Reduktion des Quantisierungsfehlers erzielt und dadurch die verbleibende Interferenz zwischen den Benutzern minimiert. Das Potenzial dieser Methode zur Reduzierung der Rückführinformation wird mathematisch analysiert und mit einer Alternative verglichen, die Quantisierungseffekte vernachlässigt.

Ein Vergleich von SU- und MU-MIMO wird im letzten Abschnitt dieser Arbeit durchgeführt. Mittels Simulationen wird das Potenzial von MU-MIMO gegenüber SU-MIMO aufgezeigt, sofern ausreichend genaue Kanalinformation am Sender zur Verfügung steht. Des Weiteren werden verschiedene Netzstrukturen, basierend auf verteilten Antennen sowie Mikrozellen, gegenübergestellt und die Leistungsfähigkeit kohärenter Übertragung in verteilten Antennensystemen dargelegt.