Details
| Autor: | René Habendorf |
| Titel: | Vorentzerrung für die räumlich überlagerte Kommunikation mit verteilten Empfängern |
| Typ: | Dissertation |
| Fachgebiet: | Informationstechnik |
| Reihe: | Mobile Nachrichtenübertragung, Nr.: 44 |
| Auflage: | 1 |
| Sprache: | Deutsch |
| Erscheinungsdatum: | Dezember 2008 |
| Lieferstatus: | Lieferbar |
| Umfang: | 239 Seiten |
| Bindung: | Soft |
| Preis: | 49,00 EUR |
| ISBN: | 9783938860212 |
| Umschlag: | (vorn) |
| Inhaltsverzeichnis: | (pdf) |
Abstrakt in Englisch
Next generation mobile communications systems will include signal processing concepts where one or multiple cooperating network entities transmit jointly to decentralized non-cooperating mobile receivers. In such a scenario, multiple antennas at the transmitter side allow to exploit the spatial diversity, enabling several parallel data streams to be transmitted to different users sharing the same frequency band and time instant, which results in a significant increase in spectral efficiency. This thesis focuses on transmitter-side pre-equalization techniques for the joint signal processing necessary to mitigate multiuser interference in such scenarios.
Linear pre-equalization is mainly based on minimizing the mean square error between the transmitted and received signal, and thus on reconstructing the modulated symbol sequence. A nonlinear optimization scheme is presented, which computes the transmit signal by minimizing the mean bit error probability at the receiver output directly. The method exploits the degrees of freedom given by the outer constellation symbols for efficient interference mitigation.
Following the paradigm of dirty paper coding, the application of a modulo operation at the receivers realizes a cyclic extension of the signal constellation. Precoding techniques for modulo detectors perform a tree search to select appropriate signal representations out of this cyclically extended constellation. However, an optimum precoding results in a complexity which increases exponentially in the number of dimensions. By incorporating the statistical properties of modulo arithmetic in tree search algorithms, significant improvements are obtained regarding the complexity-performance tradeoff. In case of high spatial correlation, the application of lattice basis reduction methods significantly increases the performance in systems with an upper bounded complexity.
The performance of transmitter-side pre-equalization in combination with channel coding in the context of frequency selective channels is relevant for practical implementation. It is shown that nonlinear precoding for cyclic extended constellation regions yields superior results.
The channel reciprocity necessary to realize transmitter-side channel state information in time division duplex systems usually does not hold in practice due to different analog frontends at both sides of the communication link. Thus, practical implementations require transceiver calibration. Robust pre-equalization techniques are proposed which incorporate the statistical properties of imperfect transceiver calibration into the design of the precoding filters.
An important problem in multicarrier systems is the high dynamic range which degrades the efficiency of RF components at transmitter and receiver and leads to an increased hardware cost. The nonlinear precoding is extended by an algorithm to decrease signal peaks and thus reduce the signal dynamics exploiting alternative equivalent signal representations in the cyclic extended modulo-constellation.
Abstrakt in Deutsch
Im Mittelpunkt der Arbeit stehen Verfahren zur sendeseitigen Vorentzerrung für die drahtlose Datenübertragung von einem Sender zu mehreren nicht kooperierenden Empfängern. Ein praktischer Anwendungsfall ist die Abwärtsstrecke eines Mehrnutzer-Kommunikationssystems mit zentralen Zugangsknoten wie z. B. Mobilfunksysteme oder WLAN-Netze.
Bei der linearen Vorentzerrung werden häufig indirekte Kenngrößen für die Übertragungsqualität, wie z. B. der mittlere quadratische Fehler der vom Detektor beobachteten modulierten Symbole, optimiert. In der Arbeit werden das Kriterium einer direkten sendeseitigen Minimierung der Bitfehlerrate unter Ausnutzung der Randbereiche begrenzter Signalkonstellationen untersucht und effiziente Methoden für die rechentechnische Umsetzung entwickelt.
Dem Paradigma der Dirty-Paper-Codierung folgend wird in der nichtlinearen Vorcodierung eine zyklisch erweiterte Konstellation durch den Einsatz einer Modulo-Operation am Eingang des Detektors realisiert. Der Entwurf effektiver Verfahren zur Berechnung eines vorentzerrten Sendesignals für Modulo-Empfänger bildet einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit. Es werden Baumsuchverfahren für eine effiziente Lösung des Gitter-Decodierproblems zur Bestimmung optimaler Signalrepräsentanten in der erweiterten Konstellation untersucht. Durch Anpassung der Baumsuche an die statistischen Eigenschaften der Modulo-Operation können erhebliche Verbesserungen des Verhältnisses von Aufwand und Komplexität erzielt werden.
Für den Einsatz der sendeseitigen Vorentzerrung in praktischen Systemen ist deren Leistungsfähigkeit in Verbindung mit Kanalcodierung und frequenzselektiven Mobilfunkkanälen entscheidend. Es wird gezeigt, dass die nichtlineare Vorcodierung für zyklisch erweiterte Konstellationen sehr gute Ergebnisse erzielt. In Verbindung mit räumlich korrelierten Kanälen kann die Leistungsfähigkeit der Vorcodierung zudem durch Anwendung der Gitterbasisreduktion erheblich gesteigert werden.
Die für die Realisierung der sendeseitigen Kanalkenntnis in TDD-Systemen gewünschte Reziprozität des Übertragungskanals ist in praktischen Systemen aufgrund unterschiedlicher Sende- und Empfangskomponenten im Allgemeinen nicht gegeben und erfordert entsprechende Kalibrierungsmethoden. In der Arbeit wird eine robuste Vorentzerrung unter Einbeziehung der statistischen Eigenschaften des Kalibrierungsfehlers entworfen.
In Mehrträgersystemen stellt der große Dynamikbereich hohe Anforderungen an die Hochfrequenzkomponenten der Sender und Empfänger. Daher wird ein auf die Vorcodierung aufbauendes Verfahren zur Reduzierung der Spitzenleistung in Mehrträgersystemen unter Ausnutzung der zyklisch erweiterten Konstellation vorgestellt. Numerische Ergebnisse zeigen eine erhebliche Reduktion des Dynamikbereichs.