[论文解读] Symbol-Level Multiuser MISO Precoding for Multi-level Adaptive Modulation: A Multicast View

Maha Alodeh, Symeon Chatzinotas+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2016

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 35被引用 12

一句话总结

本文针对具有多级调制（MQAM/APSK）和自适应调制的多用户MISO系统，提出了一种符号级预编码方法，利用受广播启发的框架并引入相位约束，以在SINR或吞吐量约束下最小化发射功率。该方法在动态适应调制方案以满足速率需求的同时，显著提升了能量效率。

ABSTRACT

Symbol-level precoding is a new paradigm for multiuser downlink systems which aims at creating constructive interference among the transmitted data streams. This can be enabled by designing the precoded signal of the multiantenna transmitter on a symbol level, taking into account both channel state information and data symbols. Previous literature has studied this paradigm for MPSK modulations by addressing various performance metrics, such as power minimization and maximization of the minimum rate. In this paper, we extend this to generic multi-level modulations i.e. MQAM and APSK by establishing connection to PHY layer multicasting with phase constraints. Furthermore, we address adaptive modulation schemes which are crucial in enabling the throughput scaling of symbol-level precoded systems. In this direction, we design signal processing algorithms for minimizing the required power under per-user SINR or goodput constraints. Extensive numerical results show that the proposed algorithm provides considerable power and energy efficiency gains, while adapting the employed modulation scheme to match the requested data rate.

研究动机与目标

• 将符号级预编码从MPSK扩展至通用多级调制（如MQAM和APSK）。
• 解决符号级预编码系统中的自适应调制问题，以实现频谱效率和吞吐量的可扩展性。
• 通过新颖的相位约束广播公式，最小化用户级SINR或吞吐量约束下的发射功率。
• 建立一个理论与算法框架，将多级调制自适应与符号级预编码相集成。

提出的方法

• 将符号级预编码问题建模为带有相位约束的物理层广播问题，以利用相消性干扰的构造性。
• 提出一种相位约束优化框架，基于信道状态信息和数据符号联合设计预编码器并选择调制方案。
• 设计迭代算法，通过凸松弛和交替优化，在用户级SINR或吞吐量约束下最小化发射功率。
• 通过根据信道质量与速率需求动态调整调制阶数，将调制自适应集成到预编码设计中。
• 利用考虑信道状态信息和传输数据符号的符号级信号模型，以构造性方式调控干扰。
• 应用惩罚法或序列凸规划处理由相位和SINR要求引发的非凸约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将符号级预编码扩展以支持MQAM和APSK等多级调制？
• RQ2 在MISO下行链路系统中，相位约束在实现多级调制信号的构造性干扰中起到何种作用？
• RQ3 如何将自适应调制集成到符号级预编码中，以提升频谱效率与能量效率？
• RQ4 在结合自适应调制与符号级预编码时，可在功率降低与吞吐量方面实现多大性能增益？

主要发现

• 与传统预编码方案相比，所提算法在多级调制MISO系统中实现了显著的功率与能量效率增益。
• 将自适应调制与符号级预编码相结合，可实现动态速率适配，在满足所需数据速率的同时最小化发射功率。
• 相位约束广播公式能有效构造性地调控干扰，提升SINR与吞吐量性能。
• 数值结果表明，该算法能有效根据信道条件自适应调整调制方案，维持高谱效率。
• 在各种信道场景下，该方法在SINR与吞吐量约束下均实现了显著的功率降低性能增益。