Optimal transmit strategies for MIMO systems with partical channel state information

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Holger Boche
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2002 to 2005
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5380918

• Final Report Year: 2007

Final Report Abstract

Die Charakterisierung des Einflusses von räumlicher Korrelation auf die Kapazität von Mehrantennensystemen durch Majorisierungstheorie wurde erstmals in diesem Projekt durchgeführt. Majorisierungstheorie hat sich als sehr geeignetes Werkzeug etabliert. Es ist nicht nur zu Analyse der Korrelation sondern auch generell bei der Optimierung und dem Vergleich von vektorwertigen Funktionen einsetzbar. Die erarbeiteten grundlegenden Aussagen dieses Projektes lösen wichtige Fragestellungen, die für den Entwurf und die Analyse von zukünftigen Mobilfunksystemen, die Mehrantennentechnik einsetzen, fundamentale Bedeutung haben. Zur Lösung der resultierenden Optimierungsprobleme wurden Methoden der konvexen Optimierung benutzt. Außerdem konnte die Vermutung von Telatar – ein nicht-konvex Optimierungsproblem – beantwortet werden und damit ein offenes Problem der angewandten Informationstheorie gelöst werden. Alle Ergebnisse des Projektes beziehen sich auf den Rayleigh Schwundkanal und das Kronecker Korrelationsmodell. Die Erweiterbarkeit der Resultate auf den Rice-Kanal und auf andere Verteilungsdichten der Schwundkanäle bleibt ein offenes Problem. Die Anwendung der entwickelten Techniken und Verfahren auf andere Maße zur Beschreibung der Leistungsfähigkeit der Mobilfunksysteme wie zum Beispiel der mittlere quadratische Schätzfehler oder die Paket-Fehlerraten muss auch untersucht werden. Schließlich hat sich neben der mittleren Kapazität und der Ausfallwahrscheinlichkeit, die beide in diesem Projekt betrachtet wurden, auch die sog. Delay-limited Kapazität etabliert, welche die Leistungsfähigkeit des Übertragungssystems unter harten Anforderungen an die Verzögerungszeiten beschreibt.

Publications

• Behaviour of outage probability in MISO systems with no channel state information at the transmitter, Proceedings of IEEE Information Theory Workshop, 2003
  E. Jorswieck and H. Boche
  
• Optimal transmission strategy for multiple antenna systems with uninformed transmitter and correlation, Proc. Asilomar Conference, 2003
  E. Jorswieck and H. Boche
  
• Optimal transmission with imperfect channel state information at the transmit antenna array, Wireless Personal Communications 27: 33/56, 2003
  E. Jorswieck and H. Boche
  
• Channel Capacity and Capacity-Range of Beamforming in MIMO Wireless Systems under Correlated Fading with Covariance Feedback, IEEE Trans. Wireless Communications, vol. 3, no. 5, pp. 1543-1553, Sept. 2004
  E. Jorswieck and H. Boche
  
• On the ergodic capacity as a function of the correlation properties in systems with multiple transmit antennas without CSI at the transmitter, IEEE Trans. on Communications, vol. 52, no.10, pp. 1654-1657, October 2004
  H. Boche and E. Jorswieck
  
• Optimal transmission strategies and impact of correlation in multi-antenna systems with different types of channel state information, IEEE Trans. on Signal Processing, vol. 52, no. 12, pp. 3440-3453, Dec. 2004
  E. Jorswieck and H. Boche
  
• Optimization of Matrix Monotone Functions: Saddle-Point, Worst Case Noise Analysis, and Applications, Proc. of ISIT 2004
  H. Boche and E. Jorswieck
  
• Outage Probability of Multiple Antenna Systems: Optimal Transmission and Impact of Correlation, Proceedings of IEEE International Zürich Seminar on Communications, 2004
  H. Boche and E. Jorswieck