BEAMFORMING AND POWER ALLOCATION TECHNIQUES FOR MULTIUSER MIMO BROADCAST CHANNELS
TECHNIQUES DE FORMATION DE VOIES ET ALLOCATION DE PUISSANCE POUR CANAUX MULTI-UTILISATEURS MIMO
Résumé
The sum rate maximization in multiuser MIMO broadcast channels is investigated in this thesis. Firstly, we give an overview of the state of the art of the different beamforming techniques in the literature, and a new beamforming method under total power constraint is proposed. Secondly, considering that the power of each antenna is limited individually by the linearity of its power amplifier in practice, we impose a more realistic per-antenna power constraint to optimize the sum rate. It can be seen that the original problem is difficult to solve. Then in this thesis, this problem is divided into two classical subproblems, one of which becomes a semidefinite programming (SDP) problem, and the other one can be solved by the maximal-ratio combining (MRC) technique. Compared with the methods in the literature, a better sum rate performance is achieved. Moreover, the proposed method works even if the number of total receive antennas is larger than that of the transmit antennas. Thirdly, if the interference is not removed completely in multiuser MIMO broadcast channels, power allocation becomes a NP hard problem. In this thesis, an efficient suboptimal power allocation method is proposed to maximize the sum rate. Compared with the methods in the literature, the computational complexity is substantially reduced, and the performance is close to the optimal value.
La maximisation du débit des transmissions en canaux de diffusion multi-utilisateurs MIMO est étudiée dans cette thèse. Tout d'abord, nous donnons un aperçu de l'état de l'art des techniques de la littérature, et proposons une nouvelle méthode de formation de voies sous contrainte de puissance totale. Ensuite, considérant que la puissance de chaque antenne à l’émission est limitée par la linéarité de son amplificateur de puissance, nous imposons une contrainte plus réaliste et formulons une optimisation du débit avec une contrainte de puissance par antenne. Dans cette thèse, ce problème initial difficile à résoudre est alors divisé en deux sous-problèmes classiques, dont l'un est un problème d’optimisation SDP (semidefinite programming), et l’autre se résout par la technique MRC (maximal-ratio-combining). Par comparaison avec les méthodes de la littérature, la technique proposée permet une augmentation du débit global. De plus, la méthode proposée s’applique aussi dans le cas où le nombre total d'antennes de réception est plus grand que le nombre d’antennes à l'émission. Enfin, si l'interférence n'est pas complètement supprimée entre les canaux de diffusion multi-utilisateurs MIMO, l’allocation de la puissance parmi les canaux devient un problème NP difficile. Dans ce contexte, une nouvelle technique d’allocation de puissance efficace en temps de calcul pour l’optimisation du débit global est proposée. En comparaison avec les méthodes de la littérature, la complexité de calcul est significativement réduite, et le débit obtenu reste proche de la valeur optimale.
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