Impairments in coordinated cellular networks

Die Kooperation von Basisstationen wird als eine vielversprechende Technik für zukünftige drahtlose Kommunikationsnetze angesehen. Diese Technik betrachtet die Antennen von Basisstationen zusammen mit den Antennen mobiler Nutzer innerhalb von Zellen als ein räumlich verteiltes MIMO System und eröffnet dadurch die Möglichkeit, durch eine gemeinsame Signalverarbeitung die Inter-Zell-Interferenz zu beseitigen und die spektrale Effizienz zu erhöhen. Obwohl mittlerweile die theoretischen Grenzen solcher kooperativer Schemata bekannt und gut verstanden sind, besteht die größte Herausforderung noch immer in der Umsetzung und praktischer Realisierung und zwar in der Form, dass das theoretische Potential vollständig ausgeschöpft wird. Zum einen ist der vertretbare Mehraufwand für Pilotsymbole, Feedback und Backhaul begrenzt. Zum anderen ist die Performanz auf Grund von imperfekter Kanalkenntnis und Synchronisation limitiert, welche durch Kanalschätzung, Feedbackquantisierung, Alterung der Kanalinformation, sowie durch unterschiedliche Träger- und Abtastfrequenzen zwischen den Basisstationen entsteht. Diese Beeinträchtigungen haben zur Folge, dass die gemeinsame Vorkodierung der Daten in Bezug auf den tatsächlichen drahtlosen Übertragungskanal fehlangepasst ist und sich so die Kooperationsgewinne deutlich reduzieren. Um die Signalverzerrung und die Interferenz zwischen den Nutzern, die durch fehlangepasste Vorkodierung verursacht wird zu analysieren, müssen die Einflussfaktoren jeweils individuell untersucht werden. Dazu wird zunächst ein Signalmodell für die koordinierte OFDM-Übertragung entwickelt, welches die Effekte der imperfekten Kanalkenntnis und Synchronisation berücksichtigt und zudem erlaubt, analytische Ausdrücke für das Signal-zu-Interferenz Verhältnis (SIR) der mobilen Nutzer herzuleiten. Die analytischen Ergebnisse werden anschließend numerisch verifiziert und entsprechende Systemanforderungen werden spezifiziert. Unter der Verwendung geeigneter Kanalmodelle sowie realer Kanalmessdaten werden Schranken für den maximalen Abstand zwischen Basisstationen abgeleitet, welche eine interferenzfreie und zeitsynchrone Datenübertragung erlauben. Weiterhin wird die Synchronisation von verteilten Basisstationen diskutiert, welche auf der Nutzung kommerzieller Oszillatoren basiert, welche an externe Referenzen (z.B. GPS) angebunden sind. Es werden Methoden zur Abschwächung der Beeinträchtigungen entwickelt, wie etwa adaptive Feedbackkompression und Kanalprädiktion. Die adaptive Feedbackkompression ermöglicht es den mittleren quadratischen Kanalschätzfehler (MSE) unterhalb einer bestimmten Schranke zu halten und dabei gleichzeitig die Feedbackinformation um eine Größenordnung zu reduzieren. Dagegen ist eine auf Doppler-Verzögerungen basierende Kanalprädiktion in der Lage den MSE um 10 dB zu reduzieren. Zur Bewertung der Performanz werden das SCME Kanalmodell sowie reale Kanalmessdaten verwendet. Multi-zellulare Simulationen zeigen, daß das mittlere SIR pro Nutzer um 10 dB angehoben werden kann. Praktisch bedeutet dies, daß entgegen der bisherigen Meinung neben größeren Feedbackverzögerungen und einer höheren Mobilität auch eine größere Anzahl von Nutzern unterstützt werden kann.

Author dc:creator

• Manolakis, Konstantinos

Advisor dc:contributor.advisor

• Caire, Giuseppe

Licence dc:rights.uri

• https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus4-64056
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4378

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/4675