Transmitter Optimization on Null-constrained Gaussian MIMO Broadcast Channels

摘要

本稿ではヌル拘束を用いたガウスMIMO ブロードキャストチャネルにおける送信を，送信機最適化プログラミングとして定式化している．ただし，チャネル推定は完全に行われているものとしている．本アプローチは周波数共有や様々なマルチユーザMIMO，MIMO メッシュネットワーク，基地局連携など，送信ウェイトにヌル拘束が存在するようなシナリオに適用できる．合計通信容量拘束と達成可能範囲境界は合計電力とアンテナ毎の電力のケース，およびヌルされた素子における最大干渉レベルがコントロールされた完全ヌル（ヌル空間）拘束や部分ヌル拘束に対する行列のラグランジュ双対性を用いて導出できる．またプリコーディングへの方法が導入されている．ユーザプリコーディングはブロードキヤス・トにおいて”ヌルブロードキャスト”として私たちが参照している修正されたチャネルを用いて実行される．合計電力拘束条件下では”SINR マッチング”双対性がヌルブロードキャストにおいて合計通信容量，完全ヌルおよび部分ヌル拘束のための合計通信容量プリコーディングを得るために使われている．%In this paper, transmission over the Gaussian MIMO broadcast channel (BC) with null constraints is formulated as transmitter optimization programming, where perfect channel-state-information is assumed. This approach is applicable to spatial spectrum sharing, and to various multiuser MIMO, MIMO-mesh network and base station cooperation scenarios where null constraints exist at the transmitter antenna weights. The sum-capacity bound and achievable region boundaries are derived via minimax Lagrangian duality for the sum-power and per-antenna-power cases, and for full-null (nullspace) constraints and partial-null constraints where the maximum interference levels at the nulled elements are controlled. A method for precoding is introduced, where user-pre-coding is performed over a BC with a modified channel, which we refer to as the "nulled BC". Under sum-power constraints, the "SINR-matching" duality is used on the nulled BC to obtain sum-capacity and near-sum-capacity precoding for full-null and partial-null constraints, respectively.