In a cellular network with small cells, where all the communication resources are shared, the inter-cell interference becomes a limiting factor of performance. The strategies for mitigating the inter-cell interference has been quite extensively studied lately. One of the promising candidates is coordinated beamforming/scheduling, where a certain number of cells is allowed to cooperate such that the transmission from each cell takes into account the interference it would cause to the users of other cells.
In this thesis, the performances of different signaling strategies which perform the weighted sum rate maximization in time division duplex multi-cell multi-user MIMO downlink system are studied. The strategies consist of iterative decentralized algorithms, aiming at reduced pilot signaling overhead and faster convergence. The required control information between the cells is provided via uplink reference signals and a backhaul. Uplink reference signals include sounding reference signals and busy bursts. Based on the earlier work, the strategies have now been extended to a larger cellular system in which the frequency selectivity and the uncertainty of the channel information are also taken into account.
The ability of the strategies to handle the large network can be seen from the simulation results. It is shown that even when there is strong inter-cell interference, the strategies utilizing parallel cell-specific iterations offer practical convergence speed. It is also noticed that the joint optimization over many frequency blocks brings a minor improvement on the sum rate performance, meaning that it could also be utilized with the same order of computational complexity compared to the frequency flat case. Finally, the robustness of the centralized strategy to the imperfect channel state information is shown and the trade-off between the CSI uncertainty and multi-user diversity is stated.Solukkoverkossa, jossa solujen koot ovat pieniä ja kaikki käyttävät samoja taajuuksia, solujen välinen häiriö rajoittaa verkon suorituskykyä. Viime aikoina on laajasti tutkittu strategioita, joilla häiriötä saataisiin vähennettyä. Yksi lupaavista menetelmistä tähän tarkoitukseen on koordinoitu keilanmuodostus/skedulointi, jossa tietty ryhmä soluja voi koordinoida keskenään ja näin ottaa huomioon lähetyksestä aiheutuvan häiriön toisia soluja kohtaan.
Tässä diplomityössä tutkitaan erilaisten painotetun summadatanopeuden maksimoivien signalointistrategioiden suorituskykyä aikajakodupleksoidussa usean solun ja käyttäjän moniantenniverkossa, jossa dataa lähetetään tukiasemasta käyttäjille. Strategiat perustuvat iteratiivisiin hajautettuihin algoritmeihin, joiden tarkoituksena on vähentää opetussignaloinnista aiheutuvaa kuormitusta ja nopeuttaa suppenemista. Kontrolli-informaation signaloimiseen verkossa käytetään käyttäjiltä tukiasemille lähetettäviä opetussignaaleja ja taustayhteyttä tukiasemien välillä. Työ perustuu aiemmin tehtyyn tutkimukseen, josta strategiat on nyt laajenettu suurempaan solukkojärjestelmään, ottaen huomioon myös taajuusselektiivisyyden ja kanavainformaation epävarmuuden vaikutukset.
Simulointitulosten perusteella voidaan sanoa, että strategiat toimivat usean käyttäjän ja solun verkossa. Tuloksista nähdään, että rinnakaisia solukohtaisia iteraatioita hyödyntävillä strategioilla voidaan saavuttaa käytännöllinen suppenemisnopeus, vaikka solujen välinen häiriö on voimakasta. Taajuusselektiivisen kanavan tuloksista huomataan, että yhteisoptimointi usean taajuuslohkon yli parantaa vähän suorituskykyä verrattuna yhden taajuuden tapaukseen. Yhteisoptimointia voitaisiin siis myös hyödyntää, koska laskennallinen monimutkaisuus on samaa suuruusluokkaa verrattuna yhden taajuuden tilanteeseen. Epävarman kanavatiedon vaikutusta tutkitaan keskitetyllä optimointimenetelmällä, joka selvästi laskee suorituskykyä verrattuna täydellisen kanavan tapaukseen, mutta antaa kuitenkin selkeän parannuksen alkuperäiseen algoritmiin verrattuna. Koska opetussignaalien teho jaetaan käyttäjien kesken, tulokset näyttävät kompromissin kanavatiedon epävarmuuden ja monikäyttäjädiversiteetin välillä
