קדם-קידוד וקטורי לערוץ הפצה גאוסי מרובה כניסות ויציאות

Vector Precoding for the MIMO Gaussian Broadcast Channel

תיאור הפרויקט ותכולתו:

מודל ״ערוץ ההפצה״ (Broadcast Channel) הינו מודל בסיסי המייצג תקשורת ממשדר אחד אל מספר מקלטים. ערוץ זה מייצג, למשל, את התקשורת מתחנות הבסיס אל המנויים ברשתות סלולריות (״הערוץ היורד״), או הערוץ מנקודת הגישה האלחוטית אל יחידות הקצה ברשתות גישה אלחוטיות (Wi-Fi). במערכות מודרניות מקובל להשתמש במספר אנטנות שידור וקליטה בערוץ זה, שכן הדבר מביא לשיפור משמעותי ביעילות הספקטרלית של המערכת (קצב מידע כולל לרוחב סרט של 1Hz כפונקציה של יחס האות לרעש). סכמת שידור פופולרית לערוץ מסוג זה הינה סכמה ליניארית המבצעת ״היפוך ערוץ״, ובכך מביאה לאיפוס מלא של הפרעות בין משתמשים (Zero-Forcing). בגישה זו השידור מתבצע בו-זמנית לכלל המשתמשים (ללא חלוקת משאבים בזמן או בתדר), ופעולת ״היפוך הערוץ״ מאפשרת לכל מקלט לחוות באופן אפקטיבי ערוץ גאוסי נקי מהפרעות. חסרונה הגדול של סכמת שידור זו הוא בתשלום האנרגטי המשמעותי שעלול להיגרם כתוצאה מ״היפוך הערוץ״, בפרט כאשר מספר אנטנות הקליטה קרוב למספר אנטנות השידור.

הפרויקט יתמקד בגישה המכונה Vector Precoding, אשר מטרתה להקטין את התשלום האנרגטי כתוצאה מהמרכיב הליניארי של המשדר (כדוגמת פעולת ה- zero forcing). הסכמה מבוססת על רעיון של הרחבת אלפבית (אוסף הסימבולים המשמש את המשדר לצורך שידור המידע). עפ״י רעיון זה, משולב במשדר מרכיב לא לינארי, אשר בוחר סימבול שקול מתוך האלפבית המורחב עבור כל משתמש, כך שבסופו של התהליך התשלום האנרגטי הנגזר מהמרכיב הליניארי של המשדר קטן.

הפרויקט יכלול את השלבים הבאים:
• לימוד מעמיק של הרקע התאורטי הדרוש
• מימוש ב- MATLAB של משדר מרובה אנטנות ומקלטים הכוללים אנטנת קליטה יחידה, המממשים את סכמת ה- Vector Precoding
• מימוש מודל ערוץ אלחוטי מבוסס מודלי מבחן עדכניים עבור תקני התקשורת הסלולרית, או רשתות Wi-Fi
• ביצוע סימולציות ביצועים מקיפות וניתוח התוצאות.

דרישות:

שליטה ברמה גבוהה בתכנת MATLAB

קורסים:
תקשורת ספרתית 1 (83-310)
תקשורת ספרתית 2 (83-618)
תורת האינפורמציה (83-823) - מומלץ

מקורות:

1. B. M. Hochwald, C. B. Peel, and A. L. Swindlehurst, “A vector-perturbation technique for near capacity multiantenna multiuser communication-part II: Perturbation,” IEEE Trans. Commun., vol. 53, no. 3, pp. 537–544, Mar. 2005.

2. B. M. Zaidel, R. R. Müller, A. L. Moustakas, and R. de Miguel, “Vector precoding for Gaussian MIMO broadcast channels: Impact of replica symmetry breaking,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 58, no. 3, pp. 1413–1440, Mar. 2012

email: benjamin.zaidel@gmail.com