Analyse und Entwurf effizienter, nichtiterativer und robuster Sendetechniken in mehrträgerbasierten Funksystemen

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Die bislang bekannten optimalen Verfahren zur Erreichung der informationstheoretischen Schranken in Punkt-zu-Mehrpunkt Kommunikationsszenarien (Downlink bzw. Broadcast Channel) sind grundsätzlich iterativer Natur und erweisen sich insbesondere für mehrträger- und mehrantennenbasierte Kommunikationssysteme aufgrund ihrer numerischen Komplexität als praktisch nicht einsetzbar. Im Rahmen eigener Vorarbeiten konnten nichtiterative Lösungsansätze vorgestellt werden, mit denen trotz erheblich geringerem numerischen Aufwand beinahe optimale Übertragungsraten erreicht werden können. Dabei muss einschränkend festgestellt werden, dass die Leistungsfähigkeit der iterativen als auch der nichtiterativen Methoden essentiell von den an der Sendeeinrichtung vollständig verfügbaren Informationen über sämtliche Kanalzustände der Punkt-zu-Mehrpunktverbindung abhängt. Die Annahme idealer Kanalkenntnis ist in den meisten Systemen allerdings nicht gerechtfertigt, da weder die Schätzung des Kanals am Sender und den Empfängern noch die Übertragung des Kanalwissens von den Empfängern zum Sender (Feedback) fehlerfrei erfolgen kann. Darüberhinaus ergibt sich in mobilen und damit zeitvarianten Funksystemen die Herausforderung von veralteter Kanalinformation. Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist der Entwurf neuartiger nichtiterativer Sendestrategien f¨ur die Punkt-zu-Mehrpunktübertragung in drahtlosen mehrträgerbasierten Kommunikationsszenarien, die sich als robust gegenüber unvollständiger Kanalzustandsinformation erweisen. Die geplanten Lösungsansätze werden das Grundprinzip einer sukzessiven Zuweisung räumlicher Übertragungsmoden und orthogonaler Träger aufgreifen. Die schrittweise Kanalzuweisung wird allerdings nicht auf Grundlage der potentiell erreichbaren Kanalgewinne von entkoppelten Teilkanälen, sondern auf Basis eines Signal-to-Interference-and- Noise-Ratio (SINR) Verhältnisses erfolgen. Interferenz zwischen Datenströmen soll also zugelassen werden. Die Maximierung der Summenrate f¨ur den Broadcast Channel wird nur der erste Schritt in Richtung eines neuen Lösungsansatzes sein. Ein Schwerpunkt der geplanten Arbeiten wird sich daher auf die Erweiterung der Aufgabenstellung auf so genannte Quality-of- Service Probleme konzentrieren. Hierzu zählt einerseits die Maximierung von Nutzerraten unter der Vorgabe von gegebenen Ratenverhältnissen (Balancing Problem) bei begrenzter Sendeleistung, als auch die Aufgabe der Summenratenmaximierung unter der Vorgabe von gegebenen Mindestraten. Während die bloße Summenratenmaximierung im Allgemeinen unabhängig von der Trägerzuweisung erfolgen kann, erfordern die von den Kommunikationsdiensten abhängigen Aufgabenstellungen notwendigerweise eine gemeinsame Optimierung in Frequenz- und Raumdimension. Die gemeinsame Optimierung von Kanalzuweisung und Ressourcenzuteilung (Frequenz, Raum) bildet daher einen wesentlichen Arbeitspunkt. Ein zweiter Schwerpunkt wird schließlich dem robusten Entwurf der geplanten Sendestrategien gewidmet sein.