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Reliable downlink transmission in unsynchronized coordinated multipoint transmission LTE networks

Iwelski, Stanislaus Michael

The development of mobile information and communication technologies allows fast and flexible ways of receiving, exchanging and processing information over long distances and, thus, opens up new potential for the private and economic life [Rei02]. The tremendous growth of subscribers worldwide and the demand for area-wide increasing transmission rates, however, pose new challenges, particularly in the cell-edge. Schemes making use of coordinated signal transmission provide a technical solution for this challenge and can be used to mitigate the impact of inter-cell interference to improve the transmission rates in the cell-edge.

The intention of this thesis is to provide a solution to maintain the advantages of coordinated signal transmission in non-ideal system conditions against conventional signal transmission. Based on the Long Term Evolution (LTE) mobile radio standard, the impact of inter-cell interference is investigated in Chapter 1 of this thesis, followed by a representation of state-of-the-art interference mitigation techniques. The main goals of this thesis are subsequently defined. Substantial physical layer aspects of LTE systems, which are necessary for achieving the defined main goals, are subsequently discussed. The necessary signal processing measures enabling interference mitigation are initially derived for ideal signal transmission in a chapter of their own. Based on the optimal coordination scheme for signal transmission, an implementation-friendly method is derived which enables to mitigate the impact of inter-cell interference in the cell-edge considerably, while keeping the computational complexity low. To consider non-ideal system conditions, the impact of varying delays among the desired receive signals is investigated analytically and, based on this, methods to compensate that impact in the receiver to the greatest possible extent are suggested. Numerical results will show that the advantages of coordinated signal transmission can be maintained in non-ideal system conditions and, as a result, the transmission rates in the cell-edge are considerably improved. The key findings will be summarized and an outlook on future work provided.

Die Entwicklung im Bereich der mobilen Informations- und Kommunikationstechnologien ermöglicht es, trotz räumlicher Entfernungen schnell und flexibel Informationen zu erhalten, zu verarbeiten und auszutauschen und eröffnet somit vollkommen neue Potenziale des Privat- und Wirtschaftslebens. Der weltweit enorme Zuwachs an Mobilfunkteilnehmern und die Forderung nach flächendeckend wachsenden Übertragungsgeschwindigkeiten stellt besonders am Zellrand eine große Herausforderung dar. Die technische Lösung dieses Problems sind Methoden der koordinierten Signalverarbeitung, mit deren Hilfe der Einfluss von Interzellinterferenz unterdrückt und somit die Übertragungsgeschwindigkeit am Zellrand signifikant verbessert werden kann.

Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zu diesem Thema mit der Forderung, die Vorteile dieser koordinierten Methoden der Signalverarbeitung gegenüber konventionellen Methoden trotz nichtidealer Übertragungseigenschaften zu gewährleisten. Im ersten Kapitel dieser Arbeit wird auf Basis des Long Term Evolution (LTE) - Mobilfunkstandards der Einfluss von Interzellinterferenz untersucht und der Stand der Technik hinsichtlich interferenzlimitierender Maßnahmen untersucht. Darauf aufbauend werden die wesentlichen Ziele dieser Arbeit formuliert. Wesentliche Aspekte der physikalischen Übertragungsschicht von LTE, die zum Erreichen der formulierten Ziele notwendig sind, werden anschließend diskutiert. Die zur Interferenzreduktion notwendigen Methoden der Signalverarbeitung werden in einem eigenständigen Kapitel zunächst für idealisierte Übertragungseigenschaften hergeleitet. Auf Basis der optimalen koordinierten Methode wird eine komplexitätsreduzierte und dadurch implementierungsfreundlichere Methode hergeleitet, so dass der Einfluss von Interzellinterferenz am Zellrand wesentlich reduziert werden kann. Um nichtidealen Systemeigenschaften gerecht zu werden, wird der Einfluss von zeitlich veränderlichen Ankunftszeiten der empfangenen Nutzsignale analytisch untersucht und es werden darauf basierend Methoden entwickelt, um diese weitestgehend am Empfänger zu kompensieren. Somit wird die Möglichkeit geschaffen, die Vorteile der koordinierten Methoden der Signalverarbeitung trotz nichtidealer Systemeigenschaften zu gewährleisten und damit die Übertragungsgeschwindigkeiten am Zellrand signifikant zu verbessern. Dies wird durch Computersimulationen gezeigt. Die wesentlichen Ergebnisse werden abschließend zusammengefasst und ein Ausblick auf weiterführende Arbeiten wird gegeben.

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Iwelski, Stanislaus Michael: Reliable downlink transmission in unsynchronized coordinated multipoint transmission LTE networks. 2019.

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