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 ...
Bibliographic Metadata
- TitleDesign and performance analysis of improper Gaussian signaling schemes for interference-limited systems / vorgelegte Dissertation von M. Sc. Mohammad Soleymani ; Erster Gutachter: Prof. Dr. Peter J. Schreier, Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Ignacio Santamaria
- Translated titleDesign und Leistungsanalyse von Improper Gaussian Signaling-Schemata für Systeme mit begrenzter Interferenz
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- Published
- Description1 Online-Ressource (xxi, 157 Seiten) : Diagramme
- Institutional NoteUniversität Paderborn, Dissertation, 2020
- AnnotationTag der Verteidigung: 15.12.2020
- Defended on2020-12-15
- LanguageEnglish
- Document TypesDissertation (PhD)
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- IIIF
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 ...
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