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Advances in Multi-User Scheduling and Turbo Equalization for Wireless MIMO Systems
Nach einer Einleitung behandelt Teil 2 Mehrbenutzer-Scheduling fĂĽr die
Abwärtsstrecke von drahtlosen MIMO Systemen mit einer Sendestation und
kanaladaptivem precoding: In jeder Zeit- oder Frequenzressource kann eine
andere Nutzergruppe gleichzeitig bedient werden, räumlich getrennt durch
unterschiedliche Antennengewichte. Nutzer mit korrelierten Kanälen sollten
nicht gleichzeitig bedient werden, da dies die räumliche Trennbarkeit
erschwert. Die Summenrate einer Nutzermenge hängt von den Antennengewichten
ab, die wiederum von der Nutzerauswahl abhängen. Zur Entkopplung des
Problems schlägt diese Arbeit Metriken vor basierend auf einer geschätzten
Rate mit ZF precoding. Diese lässt sich mit Hilfe von wiederholten
orthogonalen Projektionen abschätzen, wodurch die Berechnung von
Antennengewichten beim Scheduling entfällt. Die Ratenschätzung kann
basierend auf momentanen Kanalmessungen oder auf gemittelter Kanalkenntnis
berechnet werden und es können Datenraten- und Fairness-Kriterien
berĂĽcksichtig werden. Effiziente Suchalgorithmen werden vorgestellt, die
die gesamte Systembandbreite auf einmal bearbeiten können und zur
Komplexitätsreduktion die Lösung in Zeit- und Frequenz nachführen können.
Teil 3 zeigt wie mehrere Sendestationen koordiniertes Scheduling und
kooperative Signalverarbeitung einsetzen können. Mittels orthogonalen
Projektionen ist es möglich, Inter-Site Interferenz zu schätzen, ohne
Antennengewichte berechnen zu mĂĽssen. Durch ein Konzept virtueller Nutzer
kann der obige Scheduling-Ansatz auf mehrere Sendestationen und sogar
Relays mit SDMA erweitert werden. Auf den benötigten Signalisierungsaufwand
wird kurz eingegangen und eine Methode zur Schätzung der Summenrate eines
Systems ohne Koordination besprochen. Teil4 entwickelt Optimierungen fĂĽr
Turbo Entzerrer. Diese Nutzen Signalkorrelation als Quelle von Redundanz.
Trotzdem kann eine Kombination mit MIMO precoding sinnvoll sein, da bei
Annahme realistischer Fehler in der Kanalkenntnis am Sender keine optimale
Interferenzunterdrückung möglich ist. Mit Hilfe von EXIT Charts wird eine
neuartige Methode zur adaptiven Nutzung von a-priori-Information zwischen
Iterationen entwickelt, die die Konvergenz verbessert. Dabei wird gezeigt,
wie man semi-blinde Kanalschätzung im EXIT chart berücksichtigen kann.
In Computersimulationen werden alle Verfahren basierend auf
4G-Systemparametern ĂĽberprĂĽft.After an introduction, part 2 of this thesis deals with downlink multi-user
scheduling for wireless MIMO systems with one transmitting station
performing channel adaptive precoding:Different user subsets can be served
in each time or frequency resource by separating them in space with
different antenna weight vectors. Users with correlated channel matrices
should not be served jointly since correlation impairs the spatial
separability.The resulting sum rate for each user subset depends on the
precoding weights, which in turn depend on the user subset. This thesis
manages to decouple this problem by proposing a scheduling metric based on
the rate with ZF precoding such as BD, written with the help of orthogonal
projection matrices. It allows estimating rates without computing any
antenna weights by using a repeated projection approximation.This rate
estimate allows considering user rate requirements and fairness criteria
and can work with either instantaneous or long term averaged channel
knowledge.Search algorithms are presented to efficiently solve user
grouping or selection problems jointly for the entire system bandwidth
while being able to track the solution in time and frequency for complexity
reduction.
Part 3 shows how multiple transmitting stations can benefit from
cooperative scheduling or joint signal processing. An orthogonal projection
based estimate of the inter-site interference power, again without
computing any antenna weights, and a virtual user concept extends the
scheduling approach to cooperative base stations and finally included SDMA
half-duplex relays in the scheduling.Signalling overhead is discussed and a
method to estimate the sum rate without coordination.
Part 4 presents optimizations for Turbo Equalizers. There, correlation
between user signals can be exploited as a source of redundancy.
Nevertheless a combination with transmit precoding which aims at reducing
correlation can be beneficial when the channel knowledge at the transmitter
contains a realistic error, leading to increased correlation. A novel
method for adaptive re-use of a-priori information between is developed to
increase convergence by tracking the iterations online with EXIT charts.A
method is proposed to model semi-blind channel estimation updates in an
EXIT chart.
Computer simulations with 4G system parameters illustrate the methods using realistic channel models.Im Buchhandel erhältlich:
Advances in Multi-User Scheduling and Turbo Equalization for Wireless MIMO Systems / Fuchs-Lautensack,Martin
Ilmenau: ISLE, 2009,116 S.
ISBN 978-3-938843-43-
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