Cross-Layer Optimierung von Coded OFDM MIMO Systemen für mobile Multimedia Anwendungen
Final Report Abstract
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden drahtlose Kommunikationssysteme betrachtet, die eine Vielzahl von Nutzern mit Multimedia Anwendungen versorgen. Dabei standen Systeme im Vordergrund, in denen Mehrträger- und Mehrantennen-Technologien zur Anwendung kommen. Das Leistungspotential derartiger Systeme kann nur realisiert werden, wenn alle Systemparameter hinsichtlich der von den Nutzern erfahrenen Dienstgüte optimiert werden. Aufgrund der hohen Anzahl an Systemparametern ist eine derartige schichtenübergreifende Optimierung nur handhabbar, wenn es gelingt, die Architektur des in der Datenübertragung üblichen Schichtmodells auf das Parameteroptimierungsproblem zu übertragen. Dazu wurde ein Modell zur modularen schichtenübergreifenden Optimierung basierend auf sogenannten Schichtbeschreibungen entwickelt. Ziel war die Anwendung und Weiterentwicklung des vorgeschlagenen Verfahrens. Bei der Weiterentwicklung stand die Frage im Vordergrund, wie gut die Optimierung basierend auf Schichtbeschreibung mit der Zahl der Nutzer skaliert - und mittels welcher Maßnahmen eine Anwendbarkeit auf Systeme mit hoher Nutzerzahl erreicht werden kann. Hinsichtlich der Anwendung wurde die Frame-basierte Optimierung der Übertragung von Videodaten in einem Mehrnutzer OFDMA System betrachtet. Mit Hilfe des entwickelten Verfahrens zur modularen schichtenübergreifenden Optimierung war es möglich, die sich stellenden Probleme auf Anwendungs- und physikalischer Schicht weitgehend entkoppelt zu behandeln - und trotzdem eine für die Video-Anwendung nahezu optimale Zuteilung der Ressourcen Träger und Sendeleistung zu finden. Ein wesentlicher Fortschritt wurde im Bereich der Verfahren zur modularen schichtenübergreifenden Optimierung erzielt. Es stellte sich heraus, dass eine inkrementelle Weiterentwicklung des im ersten Projektabschnitts entwickelten Verfahrens das Problem der Skalierbarkeit nicht lösen kann. Stattdessen war eine grundlegende Änderung der während der Optimierung zwischen den Schichten stattfindenden Kommunikation erforderlich. Es wurde ein neues Verfahren zur modularen Optimierung entwickelt, in dem der in Form einer Schichtbeschreibung stattfindende Monolog durch einen Dialog zwischen den Schichten ersetzt wurde. Das neu entwickelte Verfahren bietet eine deutlich verbesserte Skalierbarkeit hinsichtlich der Zahl der Nutzer im System. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurden zwei Verfahren zur modularen Optimierung entwickelt. Weitere Verfahren, wie z.B. die duale Zerlegung, sind bekannt. Hinsichtlich Eigenschaften, Anwendung und Vergleich der Verfahren sind trotz der geleisteten Arbeiten noch viele Punkte offen. Die systematische Beschäftigung mit Methoden zur modularen Optimierung, basierend auf den in diesem Projekt geleisteten Arbeiten, wird fortgesetzt: Die im Rahmen dieses Forschungsprojekts entwickelten Modelle und Methoden bilden die Grundlage für das Projekt "Modular Parameter Optimization in Layered Communication Systems".
Publications
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Modular cross-layer optimization based on layer descriptions. In: International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC), Aalborg, Denmark, September 2005
Brehmer, J.; Utschick, W.
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Physical layer characterization of a multi-user MISO system by efficient outage probabilities. In: IEEE PIMRC 2005, September 2005
Guthy, C; Brehmer, J.; Utschick, W.
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A low complexity approximation of the MIMO broadcast channel capacity region. In: IEEE International Conference on Communications (ICC), Istanbul, Turkey, June 2006
Brehmer, J.; Molin, A.; Tejera, P.; Utschick, W.
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An efficient approximation of the OFDMA outage probability region. In: IEEE International Workshop on Signal Processing Advances for Wireless Communications (SPAWC), Cannes, France, July 2006
Brehmer, J.; Guthy, C.; Utschick, W.
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A decomposition of the downlink utility maximization problem. In: Conference on Information Sciences and Systems (CISS), Baltimore, USA, March 2007
Brehmer, J.; Utschick, W.
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Utility maximization strategies in the multi-user MIMO downlink. In: International Workshop on Cross-Layer Design (IWCLD), Jinan, China, September 2007
Brehmer, J.; Utschick, W.
