קדם-קידוד Tomlinson-Harashima מוכלל לערוץ הפצה גאוסי מרובה כניסות ויציאות

Generalized Tomlinson-Harashima Precoding for the MIMO Gaussian Broadcast Channel

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 Generalized Tomlinson-Harashima Precoding (GTHP), אשר מטרתה להשיג ביצועים משופרים ביחס לגישה הלינארית ולהתקרב אל הביצועים האופטימליים בערוץ זה (יצוין כי הסכימה האופטימלית לערוץ ההפצה מכונה Dirty Paper Coding והיא בעלת סיבוכיות גבוהה). סכמת ה- GTHP מבוססת על טרנספורמציה ליניארית של הערוץ לערוץ אפקטיבי מדורג (״משולשי״). בערוץ הנוצר חווה כל משתמש הפרעה הנובעת אך ורק ממשתמשים בעלי אינדקס נמוך יותר בסדר הדירוג שנקבע. בנוסף למרכיב הלינארי, משולב במשדר מרכיב לא לינארי, אשר מבטל באופן אפקטיבי את ההפרעה שחווה כל משתמש. מרכיב זה עושה שימוש באסטרטגיות מבוססות שריגים לביטול הפרעה הידועה באופן סיבתי במשדר (אך לא במקלט). 

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- GTHP
• מימוש מודל ערוץ אלחוטי מבוסס מודלי מבחן עדכניים עבור תקני התקשורת הסלולרית, או רשתות Wi-Fi (אופציונלי)
• 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)
 

מקורות:

1. 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.
2. T. Gariby, U. Erez, and S. Shamai (Shitz), “Dirty paper coding for PAM signaling,” in Proc. 2007 IEEE Int. Symp. Inf. Theory, Nice, France, Jun. 24–29, 2007, pp. 376–380.
3. U. Erez, S. Shamai (Shitz), and R. Zamir, “Capacity and lattice strategies for canceling known interference," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 51, no. 11, pp. 3820-3833, Nov. 2005.