Performance optimization of MIMO systems with partial channel state information

• Auteur / Autrice : Rubén de Francisco Martín
• Direction : Dirk T. M. Slock
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique et communications
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transmission numérique

Codage

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Résumé

Les systèmes de communication multi-antennaires à l'émission et à la réception (MIMO) sans fil ont le potentiel d'offrir hauts débits et fiabilité. La faisabilité de cette technologie dans des systèmes de communication mobiles dépend de la capacité à offrir des débits élevés avec une quantité réduite de connaissance du canal a l'émetteur (CSIT), car la disponibilité des ressources sur la voie de retour est limitée. Cette thèse traite du problème de l'optimisation des systèmes MIMO avec CSIT partielle. D'une part, nous fournissons des méthodes pour obtenir CSIT. D'autre part, nous proposons des techniques pour exploiter les sources de CSIT afin d'optimiser la performance. Dans la première partie, systèmes MIMO mono-utilisateur sont considérés dans le but de minimiser le taux d'erreur. Techniques de précodage linéaire sont proposées pour améliorer les systèmes MIMO avec codage spatio temporel (STC), en combinant des informations sur la moyenne et la covariance du canal. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur la maximisation de la somme totale des débits sur la voie descendante des systèmes MIMO multi-utilisateur, avec débit limité sur la voie de retour. Nous proposons des algorithmes inter-couche pour les systèmes avec précodage linéaire et sélection d'utilisateurs, optimisant les parties suivantes: techniques de précodage linéaire, algorithmes de sélection d'utilisateurs, informations à transmettre sur la voie de retour et stratégies de quantification. Au lieu de concevoir des systèmes complexes de feedback, nous montrons que la performance peut être améliorée en utilisant précodage linéaire optimisé et stratégies simples de quantification du canal.

Multiple-input multiple-output (MIMO) wireless communication systems have the potential to offer high data rates as well as link reliability. The feasibility of these systems in future mobile communication standards depends on the ability to provide high rates with a reduced amount of channel state information at the transmitter (CSIT), due to limited resource availability on the feedback link. This thesis addresses the problem of optimizing MIMO systems with partial CSIT. On the one hand, we provide methods for obtaining CSIT. On the other hand, we propose techniques to exploit the available sources of CSIT to optimize the system performance. In the first part, point-to-point MIMO channels are considered for the purpose of error rate minimization. Linear precoding techniques are proposed to enhance the performance of space-time coded (STC) MIMO systems, by appropriately combining information on the channel mean and covariance. In the second part of this thesis, we focus on sum-rate performance optimization in MIMO broadcast channels with limited feedback. Low-complexity cross-layer approaches are proposed for systems with joint linear beamforming and multiuser scheduling, optimizing the following parts in the MIMO communications system: linear beamforming techniques, scheduling algorithms, feedback strategies and feedback quantization techniques. A design framework for channel quality information (CQI) feedback design is proposed, based on an estimate on each user's signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR). As we show, the system performance can be enhanced by using simple channel quantization strategies combined with optimized linear beamforming techniques.