Effiziente Algorithmen für Mehrnutzer-MIMO Sendestrategien
Final Report Abstract
Der Betrieb von Gruppenantennen an den Sende- und Empfangseinrichtungen drahtloser Funksysteme, man spricht von so genannten Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Systemen, gilt als wesentliche Voraussetzung für die Erhöhung der spektralen Effizienz von mobilen Kommunikationssystemen. Die Ausgangslage des abgeschlossenen Forschungsprojekts bestand darin, dass einerseits eine Reihe von informationstheoretischen Resultaten vorlag, welche die genannten Erwartungen an MIMO Systeme zwar bekräftigten, andererseits allerdings keine oder nur ansatzweise Entwurfsmethoden für die dafür notwendigen Sende- und Empfangsstrategien entwickelt waren. Ausgehend von dieser Beobachtung bestand die Zielsetzung des beantragten Forschungsvorhabens darin, effiziente Algorithmen für Mehrnutzer MIMO Sendestrategien zu entwerfen und zu untersuchen. Es wurden folgende Teilziele formuliert: 1. Die Untersuchung so genannter mehrstufiger Filterkonzepte, den so genannten Multi- Stage Wiener Filter, zur Approximation von linearen Sendefiltern in Eigen- bzw. Krylow- Unterräumen. 2. Die effiziente raum-zeitliche Realisierung einer suboptimalen Variante des Costa Precodings, die für den Spezialfall der zeitlichen Kanalvorverzerrung unter der Bezeichnung Tomlinson-Harashima Vorcodierung1 (THP) bekannt ist, und bereits in den Siebzigern des Zwanzigsten Jahrhunderts als effektive Methode für die Realisierung leistungsfähiger Modems eingeführt wurde. 3. Die Erweiterung der unter der Annahme vollständiger senderseitiger Kanalkenntnis entworfenen Konzepte und Algorithmen hin zu Sendetechniken, die auf partieller bzw. reduzierter Kanalkenntnis beruhen. Da sich der Einsatz von mehrstufigen Filterkonzepten am Sender, ganz im Gegensatz zu mehrstufigen empfangsseitigen Lösungsansätzen,2 als weniger vielversprechend als zunächst erwartet herausstellte, wurde der Schwerpunkt des Forschungsprojekts auf die beiden letzteren Teilziele ausgerichtet. Von den beiden verbleibenden Zielen stand schließlich nur eines der verbleibenden Teilziele im Vordergrund: der Entwurf effizienter Vorcodierungverfahren für Mehrnutzer MIMO Systeme, welche im Allgemeinen auf „Dirty Paper Coding"3 bzw. dessen suboptimalen Varianten (THP, Vecor Preceding, etc.) beruhen. Die damit verbundene inhaltliche Einschränkung erschien insbesondere durch die vielversprechenden Ergebnisse zu Beginn des Forschungsprojekts gerechtfertigt Die für die praktische Realisierung ebenso essentielle Aufgabenstellung eines Algorithmenentwurfs auf der Grundlage begrenzter Kanalzustandsinformation wurde dabei zu keinem Zeitpunkt aus den Augen verloren, da sich das entsprechende Programmziel als Kernstück des Forschungsprojekts, „Adaptive Methoden des robusten Entwurfs der Physikalischen Schicht für heterogene Kommunikationsnetze", herausstellte.
Publications
- Ordered spatial Tomlinson Harashima preceding. In: Smart Antennas - State-of-the-Art, chapter 20. EURASIP, Hindawi Publishing Corporation, 2005
M. Joham and W. Utschick
- Alternating optimization for MM-SE broadcast preceding. In: Proceedings of the International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Toulouse, France, May 2006
R. Hunger, W. Utschick, D. Schmidt, and M. Joham
- Comparison of lattice search techniques for nonlinear preceding. In: Proceedings of the International ITG Workshop on Smart Antennas, Ulm, Germany, March 2006
G. Psaltopoulos, M. Joham, and W. Utschick
- Iterative THP transceiver optimization for multi-user MIMO systems based on weighted Sum-MSE minimization. In: Proceedings of the International Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications, Cannes, France, 2006
A. Mezghani, M. Joham, R. Hunger, and W. Utschick
- On the duality of MIMO transmission techniques for multiuser communications. In: Proceedings of the 13th European Signal Processing Conference, Florence, Italy, September 2006
W. Utschick and M. Joham
- Transceiver design for multi-user mimo systems. In: Proceedings of the International ITG Workshop on Smart Antennas, Ulm, Germany, March 2006
A. Mezghani, M. Joham, R. Hunger, and W. Utschick
- A symbol-wise order optimization for successive preceding. In: Proceedings of the International ITC Workshop on Smart Antennas, Vienna, Austria, February 2007
M. Joham, D. Schmidt, H. Brunner, and W. Utschick
- Cholesky factorization with symmetric permutation applied to detecting and preceding spatially multiplexed data streams. IEEE Transactions on Signal Processing, 55(6):3089-3103, June 2007
K. Kusume, Michael Joham, W. Utschick, and G. Bauch
- Finite-length MMSE Tomlinson-Harashima preceding for frequency selective vector channels. IEEE Transactions on Signal Processing, 55(6):3073-3088, June 2007
M. Joham, D. Schmidt, J. Brehmer, and W. Utschick
- Near capacity Tomlinson Harashima preceding with uniform stream properties. In: Proceedings of the International ITG Workshop on Smart Antennas, Vienna, Austria, February 2007
R. Hunger, M. Riemensberger, and W. Utschick
- Sum-capacity and MMSE for the MIMO broadcast channel without eigenvalue decompositions. In: Proceedings of the IEEE International Symposium on Information Theory, Nice, France, June 2007
R. Hunger, D. Schmidt, and W. Utschick
- A general covariance-based optimization framework using orthogonal projections. In: Proceedings of the International Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications, Recife, Brazil, July 2008
R. Hunger, D. Schmidt, M. Joham, and W. Utschick
- Minimum mean square error vector preceding. European Transactions on Telecommunications, 2008
D. Schmidt, M. Joham, and W. Utschick
- Point-to-point MIMO MMSE vector preceding and THP achieving capacity. In: Proceedings of the International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Las Vegas, USA, April 2008
M. Joham, H. Brunner, R. Hunger, D. A. Schmidt, and W. Utschick
