Spatial Multiplexing Techniques for Multiuser MIMO Systems with a Limited Rate Feedback Channel
Techniques de multiplexage spatial avec voie de retour limitée pour les systèmes multi-antennes multi-utilisateurs
Résumé
This research work addresses the conception of wireless communication systems with a limited feedback link capable of offering reliability and high spectral efficiency. Higher data rates can be achieved with the use of channel knowledge at the transmitter (CSIT); however in order to guarantee the theoretical rates that are promised the feedback information needs to be accurate. This thesis focuses on uncertainties impacting the feedback link; among them are studied the quantization of information or the non-error free feedback channel. For different levels of imperfect CSIT, we have proposed new transceivers aiming at reducing the CSIT uncertainty as well as a characterization of reliable transmission. Our interest lies in spatial multiplexing systems with a low-rate feedback channel. However practical codes at disposal, resulting from Modulation and Coding Schemes (MCS), are in limited number. A loss of spectral efficiency can therefore be observed. To compensate for this gap of performances with theoretical limits, two transceivers schemes are proposed. The mutual information being a reference metric to choose the discrete MCS, the objective is then to design wireless systems guaranteeing robustness in presence of imperfect channel estimation and quantization errors. Although it is often assumed that the feedback channel is error-free, a more realistic model should clearly include such noise effects. A noisy feedback model is introduced where the erasure channel probability depends on the channel realizations and on the coding schemes. Moreover a multi-stage feedback allows the transmitter to refine its channel knowledge with the reception of additional feedback bits.
Ces travaux de recherche adressent le problème de la conception de systèmes de communication capables d'offrir fiabilité et hautes efficacités spectrales avec un lien de retour (partiel) du récepteur vers l'émetteur. De plus hauts débits peuvent être offerts grâce à une connaissance à l'émission du canal de transmission (CSIT) permettant d'exploiter au mieux ses propriétés ; cependant seule la fiabilité de cette information garantit réellement d'atteindre les débits théoriques promis. L'objectif de la thèse consiste à étudier les incertitudes sur le canal de retour, et plus particulièrement la quantification des informations à remonter à l'émetteur ou les erreurs subies lors de la transmission sur la voie de retour. Pour plusieurs degrés de CSIT imparfait, de nouvelles structures d'émission et de réception adaptés à ces imperfections ont été proposées ainsi qu'une caractérisation des limites d'une transmission fiable. La perte d'efficacité spectrale lors de la prise en compte des schémas de modulation et codage (MCS) conduit à s'intéresser à la réduction du bruit de quantification dû aux entrées discrètes. L'attribution des MCS étant établie sur l'information mutuelle, il convient de caractériser les limites théoriques de la communication suite à la prise en compte des erreurs du CSI induites par l'estimation de canal imparfaite et à la quantification du CSI. En cherchant enfin à modéliser les événements d'erreurs survenant sur le lien de retour, un nouveau modèle de voie de retour bruitée est proposé. De plus en raffinant l'information par niveaux successifs (feedback multi-niveaux), le CSI à l'émission peut être utilisé au fur et à mesure de sa réception.
Loading...