Linear Precoding for Capacity maximization in MU-MIMO BC Channels
Optimisation d'Emetteur-Récepteurs pour la liaison descendante de systèmes MIMO Multi-Utilisateurs
Résumé
Multiuser MIMO (MU-MIMO) downlink system known in the information theory as the broadcast channel system is one of the most importantly investigated subjects in wireless communications. This important interest comes from the high potential it offers in improving reliability and throughput of the system and the problem starts to be considered in recent systems such as LTE, WiFi, . . . Actually, as there is a non linear correlation between directions and as, furthermore, the power allocation are coupled, the sum rate, i.e. the cost function to maximize, is a non convex function; Nevertheless, Information theory has shown that the capacity of BC could be achieved through dirty-paper coding (DPC). Considering the complexity and resource consumption of DPC, some suboptimal linear algorithms have been proposed. Among them we can find the iterative and the closed form solutions. The practical, precoder design techniques can also be differentiated according to the number of streams allowed per user. In fact, some of them can only support at maximum one stream per user even if the system is not fully charged. Some multi-stream precoding solutions have lately been proposed. Nevertheless, they present some drawbacks as some impose the number of streams per user and thus does not perform a stream selection to optimize the system sum-rate (SR) and some convergence problems towards some local maximum are limiting the throughput. This thesis outlines our attempt to propose some optimization algorithms for linear precoding in multiuser MIMO downlink scheme. It is essentially a collection of the following: * Linear precoding for MU-MIMO BC with single stream support. * Linear precoding for MU-MIMO BC with multiple stream per user selection.
Les systèmes de communication MIMO à utilisateurs multiples (MU-MIMO) connus dans la théorie de l'information comme système de canal de diffusion de l'anglais Broadcast Channel (BC) est devenu ces dernières années l'un des sujets les plus étudiés dans le domaine des communications sans fil. Cet intérêt important vient de l'énorme potentiel qu'il offre dans l'amélioration aussi bien de la fiabilité que la stabilité des systèmes. Par ailleurs, ce type de système commence à apparaître dans les systèmes de nouvelle génération tels que LTE, WiFi. . . Cependant, du fait, de la corrélation non linéaire entre les directions et à cause du couplage avec l'attribution de puissance, le débit total qui représente notre fonction de coût à maximiser devient une fonction non convexe. Néanmoins, la théorie de l'information a démontré que la capacité de BC pourrait être atteinte par un codage DPC. Le problème avec ce précodage est d'une part est un précodage non linéaire et donc difficilement réalisable, et d'autre part, présente une grande complexité et consomme beaucoup de ressources. Afin de remédier à cela, des algorithmes linéaires sous-optimaux on été proposés. Elles peuvent être classées en solutions itératives et approchée (CF). Les techniques de conception de precodeurs peuvent également être différenciée en fonction du nombre de flux attribués par utilisateur. En fait, certains ne permettent qu'un seul flux par utilisateur même si le système ne soit pas entièrement chargé. On a récemment proposé des algorithmes multi-flux. Néanmoins, ils présentent quelques inconvénients : Certains doivent imposer à l'avance la distribution des flux et accentuent la sous optimalité. Mais le plus grand inconvénient reste celui des problèmes de convergence vers un maxima local ou parfois de divergence. Cette thèse s'inscrit dans ce cadre et à travers elle on essaye de proposer des solutions afin d'améliorer les algorithmes d'optimisation et de maximiser le débit total du système. Nous avons étudié et proposé des solution avec précodage itératif mais aussi en forme approchée. La thèse est essentiellement une collection de ce qui suit : * Précodage linéaire pour MU-MIMO BC avec flux unique par utilisateur. * Précodage linéaire pour MU-MIMO BC avec flux multiples et sélection d'utilisateurs.