다중 셀 환경에서 다중 안테나 빔 포밍 시스템의 데이터 전송 수율

Abstract

본 논문은 다중 안테나로부터 빔을 형성하여 데이터를 송, 수신 하는 시스템을 다룬다. 기존에서 보여 주고 있는 빔 포밍 시스템의 논문들에서는 단 일 셀에서 다른 사용자들로부터의 간섭을 최소화 하도록 빔을 형성하여 수신 단의 데이터 수율 성능을 최대화 시킬 수 있는 방법들을 제시하여 왔다. 그러나 실제 환경에서는 co-channel을 사용하는 동일 셀 내의 interuser interference 뿐만 아니라, 다른 셀들로부터 수신 되는 intercell interference가 발생한다. 모든 interference를 고려하여 수신 데이터 수율 성능을 최대로 할 수 있도록 빔을 형성하는 방법들을 본 논문에서 보일 것이다. 본 논문에서는 먼저, 송신 단의 다중 안테나들이 사용자들의 모바일과 기지국 사이 채널에 대한 정보를 알고 있는 정도에 따라 dumb 안테나와 smart 안테나를 갖는 시스템으로 나누어 살펴 본다. Dumb 안테나를 갖는 대표적인 빔 포밍 시스템인 오퍼튜니스틱 빔 포밍 시스템에서 데이터 수율 성능이 최대가 되도록 데이터를 수신 할 사용자들을 선택하는 스케줄링을 보인다. 두 번째로 smart 안테나를 갖는 빔 포밍 시스템에서는 interference 영향을 고려하여 빔을 형성 시키는 다양한 방법들을 제안하도록 한다. 그리고 그들 사이의 관계를 비교, 분석하여 알아본다.; The sum-rate capacity of multiantenna broadcast channels recently has attracted much research interests. However, the search for efficient practical schemes to achieve it is still on going. Information theory indicates that a flat fading multiple-input multiple-output (MIMO) channel, typically modeled as a matrix with independent and identically distributed (i.i.d) complex Gaussian entries, provides multiple spatial dimensions for communications and yields a spatial multiplexing gain. By utilizing spatial channel information, the transmitter can employ beamforming techniques to amplify the received signal at an intended user and further minimize the in-cell interference [4], [7]. While information theory tells us that a broadcast MIMO channel can be shared spatially to maximize the utilization of the channel by dirty-paper coding (DPC) techniques, the associated complexity of a DPC codec is problematic for some practical applications. Hence, we focus on beamforming schemes with the linear preprocessing of the transmitted or received data as well as a multicell multiuser MIMO system. In this thesis, we consider two beamforming systems according to channel state information (CSI) at a transmitter. The first, in the multiuser opportunistic beamforming system with dumb antennas, we propose a user selection scheduling method to maximize the sum-rate of downlink. The proposed method does not use SINRs or SNRs directly but use the effective channel gains from feedback SINRs or SNRs. It is possible to select users flexibly according to the distribution of users. We can show the proposed method improves the average sum-rate when users are distributed non-uniformly. The second, in the multiuser MIMO beamforming system with smart antennas we propose several methods for the transmit and receive beamfoming matrix design. The goal is to maximize the sum-rate by designing a transmit and a receive beamformer adequately. By using the perfect CSIT, the multiuser MIMO ZF BF and the iterative multiuser MIMO rate-maximization BF are extended to a multicell system. In multicell environments, in order to cope with the presence of intercell interference the transmit and receive beamformers are obtained by ZF constraint or partial differentiation. We can show the sum-rate gain achieved by the proposed method gets larger when the number of interfering cells increases. And by the proposed methods considering intercell interference compared with BF systems considering incell interferences only, the multicell muliuser MIMO BF system can obtain the improved sum-rate performance .