In dieser Arbeit wurde verschiedene Improper Gaussian Signaling (IGS)-Schemata entworfen, um die Leistung verschiedener störungsbegrenzter Systeme zu verbessern, und die Leistung von IGS als Interferenzmanagementtechnik wird untersucht. Als improper bezeichnet man komplexwertige Signale deren Real- und Imaginärteil korreliert sind und/oder unterschiedliche Leistung haben. Ziel dieser Dissertation war es, die Spektral- und Energieeffizienzsteigerungen durch verschiedene IGS Schemata. Diese reichen von unterschiedlichen interferenzbegrenzten Einzelantennen- bis Mehrantennensysteme unter Berücksichtigung realer Annahmen bezüglich Hardware- und Kanalkenntnisse. Zunächst wurde der K-Nutzer Mehrantenneninterferenzkanal (multiple input, multiple-output (MIMO) interference channel (IC)) mit imperfekter Hardware betrachtet. Zur Charakterisierung der Performanz des IGS werden verschiedene Optimierungen betrachtet, wie z.B. die Datenratenregion, Summen-Raten Maximierung, Energieeffizienz (EE-)Region und globale EE-Max-imierung. Um diese nicht-konvexen Probleme zu lösen, wird zunächst ein allgemeines Optimierungsproblem formuliert, das alle Metriken umfasst um anschließend das Majorisierungs-/Minimierungsverfahren anzuwenden, wodurch Lösungen für jedes der Einzelprobleme gefunden werden kann. Numerische Auswertungen haben gezeigt, dass IGS die Performanz des K-Nutzer-MIMO-IC unter Berücksichtigung von Hardwareeinfluss verbessern kann. Dabei hat sich herausgestellt, dass der Nutzen mit K und dem Ungleichgewicht zwischen Stärke des Real- und Imaginärteils zunimmt, aber mit der Anzahl der Antennen sinkt. Weiterhin wurde auch der K-Nutzer Single-Input, Single-Output (SISO) IC mit imperfekter Hardware betrachtet. Indem zwei iterative Algorithmen unterschiedlicher Rechenkomplexität entwickelt wurden, konnten die entsprechenden Ratenregionen hergeleitet ...

In this thesis, we design various improper Gaussian signaling (IGS) schemes to improve the performance of different interference-limited systems and analyze the performance of IGS as an interference-management technique. In an improper signal, the real and imaginary parts of the signal are correlated and/or have unequal powers. The performance of modern wireless communication systems is mainly restricted by interference from other users, which implies the importance of interference-management techniques. We propose some IGS schemes to improve spectral and energy efficiency of different single-antenna and multiple-antenna interference-limited systems with realistic assumptions regarding hardware and channel knowledge. We first consider the K-user multiple-input, multiple-output (MIMO) interference channel (IC) with imperfect hardware. To fully characterize the performance of IGS, we consider various optimization problems such as the rate region, sum-rate maximization, energy-efficiency (EE) region and global EE maximization problems. To solve these non-convex problems, we first formulate a general optimization problem that encompasses all performance metrics under study and then, employ a majorization-minimization framework to obtain solutions for each problem. This optimization framework converges to a stationary point of every optimization problem in MIMO interference-limited systems with treating interference as noise (TIN) in which either the objective function and/or constraints are linear functions of rates. Our numerical results show that IGS can outperform the K-user MIMO IC with hardware impairment, where its benefits increase with K and the imbalance level and decrease with the number of antennas. We also consider the K-user single-input, single-output (SISO) IC with imperfect devices and derive the corresponding achievable rate region ...