Details
| Autor: | Eckhard Ohlmer |
| Titel: | Channel-Adaptive Multiple-Input Multiple-Output Transmission: A Receiver-Centric View |
| Typ: | Dissertation |
| Fachgebiet: | Informationstechnik |
| Reihe: | Mobile Nachrichtenübertragung, Nr.: 59 |
| Auflage: | 1 |
| Sprache: | Englisch |
| Erscheinungsdatum: | 07.09.2012 |
| Lieferstatus: | Lieferbar |
| Umfang: | 254 Seiten |
| Bindung: | Soft |
| Preis: | 59,00 EUR |
| ISBN: | 9783938860526 |
| Umschlag: | (vorn) |
| Inhaltsverzeichnis: | (pdf) |
Abstrakt in Englisch
Channel-adaptive multi-antenna transmission is among the most promising concepts to cope with the ever increasing demand of multimedia applications for reliable, high-rate, low-latency wireless data connections. Practical constraints, such as spatially correlated propagation paths, decreasing the performance of low-complexity receivers on the one hand, and imperfect channel knowledge, causing erroneous adaptation and a reduction of the receiver performance on the other hand, render the application of this concept challenging. This dissertation focusses on the receiver analysis and the rate adaptation design subject to both practical constraints.
The first part of this work encompasses a comparative analysis of four receiver types with regard to their respective data rates in spatially correlated channels and under perfect channel knowledge. Two parallel receivers and two successive cancelation-detection receivers, each characterized by a different receiver complexity and latency, are investigated. Symbol-level mutual information expressions for discrete and Gaussian signal alphabets as well as bit-level mutual information expressions are derived for each receiver. Analytical approximations and numerical evaluations support the assessment of the receiver characteristics in spatially correlated channels. Transmitter-side linear precoding techniques complement the receiver analysis. A study of codebook based precoding techniques is followed by a study of existing mutual information maximizing precoding approaches for discrete signal alphabets. These are extended for application with parallel receivers in point-to-point and point-to-multi-point transmission setups.
The second part of this work is devoted to the problem of rate adaptation for a low-complexity parallel and a successive cancelation-detection receiver impaired by imperfect channel state information during adaptation and during detection. First, a statistical model of outdated and noisy channel state information is derived in order to study its impact on the detection performance. Fundamental mechanisms are exposed by introducing appropriate approximations. Following, the work focusses on rate adaptation for a future transmission. The rate is adapted based on outdated and noisy channel state information. Likewise, the future transmission is impaired by imperfect channel knowledge. An adaptation concept for multi-antenna transmission is presented which exploits an approximate statistical characterization of the channel quality. The concept can be successfully applied in order to trade-off data rate and outage probability. One of the main results is that the error propagation of the sequential interference cancelation receiver can be carefully adjusted in order to maintain its data rate gain as compared to the parallel receiver - even under imperfect channel knowledge. Finally, an extension of the proposed adaptation concept to multi-carrier transmission and ARQ techniques is presented.
Abstrakt in Deutsch
Die kanaladaptive Mehrantennenübertragung stellt eines der vielversprechendsten Konzepte dar, um den rapide steigenden Bedarf von Multimediaapplikationen an hochratigen und verlässlichen Datenverbindungen mit geringer Latenz zu decken. Praktische Randbedingungen, wie räumlich korrelierte Ausbreitungspfade und die damit verbundenen Leistungseinbußen niedrig-komplexer Empfänger auf der einen Seite, sowie die imperfekte Kenntnis des Mobilfunkkanals und die damit verbundene senderseitige Fehladaption auf der anderen Seite, stehen diesem Ziel jedoch diametral entgegen. Beide Themenkomplexe bilden den Schwerpunkt dieser Dissertation.
Den ersten Teil der Arbeit bildet eine vergleichende Analyse vier prinzipieller Empfängertypen bezüglich der jeweils erreichbaren Datenrate in räumlich korrelierten Kanälen. Dabei wird perfekte Kanalkenntnis vorausgesetzt. Es werden zwei parallele Empfänger und zwei sequentielle Interferenzreduktionsempfänger mit jeweils unterschiedlicher Komplexität und Detektionslatenz untersucht. Ratenausdrücke auf Symbolebene mit diskreter und Gauß’scher Modulation sowie auf Bitebene werden abgeleitet. Die Untersuchung und Bewertung des Empfängerverhaltens unter räumlicher Korrelation stützt sich sowohl auf analytische Approximationen als auch auf numerische Auswertungen. Nachfolgend werden senderseitige lineare Vorkodierungstechniken in die Empfängeranalyse einbezogen. Neben Codebuch-basierten Verfahren werden auch existierende Ansätze Datenraten-maximierender Vorkodierungsverfahren für diskrete Symbolalphabete untersucht und auf parallele Empfänger in Punkt-zu-Punkt und Punkt-zu-Mehrpunkt Übertragungsszenarien erweitert.
Im zweiten Teil der Arbeit wird die Adaption der Übertragungsrate für einen parallelen Empfänger und einen sequentiellen Empfänger unter imperfekter Kanalkenntnis während der Adaption und während des Datenempfangs untersucht. Basierend auf einem statistischen Modell veralteter und verrauschter Kanalkenntnis wird zunächst deren Einfluss auf die Detektion analysiert. Approximationen dienen der einfachen Darstellung wesentlicher Mechanismen. Darauf aufbauend beschäftigt sich die Arbeit mit Ratenadaption für eine zukünftige Übertragung. Dabei basiert die Ratenadaption auf veralteter und verrauschter Kanalkenntnis. Die zukünftige Übertragung ist gleichermaßen durch imperfekte Kanalkenntnis gestört. Für die Mehrantennenübertragung wird ein Konzept vorgestellt, welches auf einer approximativen statistischen Beschreibung der Kanalqualität beruht. Das Konzept erlaubt, die Ausfallwahrscheinlichkeit und die Datenrate kontrolliert zu steuern. Als wesentliches Ergebnis kann die Fehlerfortpflanzung des sequentiellen Interferenzreduktionsempfängers kontrolliert und dessen Gewinn gegenüber dem parallelen Empfänger auch unter imperfekter Kanalkenntnis erhalten werden. Abschließend wird gezeigt, wie das vorgestellte Adaptionskonzept auf Mehrträgerübertragungsverfahren und ARQ-Verfahren erweitert werden kann.