대한전자공학회논문지TC (Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC)

대한전자공학회 (The Institute of Electronics and Information Engineers)
권호 표지

안테나 간 상관도에 강건한 SINR 최대화 협력적 빔포밍 기법

SINR Maximizing Collaborative Beamforming with Enhanced Robustness Against Antenna Correlation

  • Kim, Jae-Won (Department of Electronic Engineering, Sogang University) ;
  • Sung, Won-Jin (Department of Electronic Engineering, Sogang University)
  • 발행 : 2009.04.25
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

본 논문에서는 기지국 간 협조적 전송을 통해 다중 사용자 MIMO 이동통신 시스템에서 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal-to-Interference plus Noise Ratio; SINR)를 최대화하기 위한 송수신 빔포밍 벡터를 생성하는 방법을 제안한다. 다중 사용자 MIMO 이동통신 시스템의 성능에 영향을 주는 간섭 신호로는 기지국 간 협조적 전송을 통해 신호를 전송하는 사용자 들 간 간섭 신호 성분 및 협조적 신호 전송에 참여하지 않는 기지국으로부터의 간섭 신호 성분이 있다. 제안하는 기법은 다중 사용자 간 간섭은 블록 대각화 기법(Block Diagonalization; BD)을 활용하여 제거하고, 협조적 신호전송에 참여하지 않는 기지국으로부터의 간섭 신호는 간섭 신호의 통계적 정보를 활용한 최적 결합(Optimal Combining; OC) 기반의 수신 빔포밍 벡터 및 송신 빔포밍 벡터를 생성함으로써 완화 시킨다. 또한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 협조적 신호 전송에 참여하지 않는 기지국 간섭 신호의 통계적 정보를 송수신단 빔포밍 벡터를 생성하는데 활용하는 제안 방식의 평균 SINR 측면에서의 성능이득을 기존의 통계적 정보를 활용하지 않거나 수신단에서만 활용하는 방식들과 비교하여 검증한다. 성능평가를 위해 안테나 간 독립적인 채널뿐만 아니라 상관도가 존재하는 채널에서도 실험을 수행하여 제안 방식이 실제 채널에서 사용될 때에 발생할 수 있는 성능열화에 대한 정량적인 수치를 제시며, 또한 제안 방식이 안테나 간 상관도가 존재하는 경우에 강건한 성능을 보임을 검증한다.

In this paper, a generation method of transmit and receive beamforming vectors based on base station cooperation is proposed which maximizes the user SINR in mobile cellular multi-user MIMO systems. There are two main sources of interference which deteriorate the performance of the system, i.e. the inter-user interference caused by the usage of the same radio resource for multiple users in the system, and the inter-cluster interference from neighboring base stations which are not participating in cooperative transmission. The proposed scheme cancels out the inter-user interference by using the block diagonalization(BD) method, and mitigate the inter-cluster interference by using optimal transmit and receive beamforming vectors based on optimal combining(OC) with the statistic information of inter-cluster interference. We perform computer simulations to verify the performance of the proposed scheme, and compare the result to the conventional performance obtained from utilizing the receiver side information only or utilizing the information from neither sides. The performance evaluations are conducted not only over the independent MIMO channels, but over correlated MIMO channels to demonstrate the robustness of the proposed scheme over the channels with correlation among antennas.

키워드

참고문헌

  1. D. Gerlach and A. J. Paulraj, 'Adaptive transmitting antenna array with feedback,' IEEE Signal Processing Lett., vol. 1, pp. 150-152, Oct. 1994 https://doi.org/10.1109/97.329842
  2. T. Haustein, C. Helmolt, E. Jorswieck, V. Jungnickel, and V. Pohl, 'Performance of MIMO systems with channel inversion,' in Proc. IEEE VTC'02, vol. 1, pp. 35-39, Vancouver, Canada, Sep. 2002
  3. Q. H. Spencer, A. L. Swindlehurst, and M. Haardt, 'Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels,' IEEE Trans. Signal Processing, vol. 52, no. 2, pp. 461-471, Feb. 2004 https://doi.org/10.1109/TSP.2003.821107
  4. 장재원, 진귀언, 성원진, '셀 간 협조적 공간 다중화 및 빔포밍을 이용한 하향링크 전송 효율 증대 방안,' 전자공학회 논문지, 제 45권 TC편, 제7호, 45-52쪽, 2008년 7월
  5. 이규인, 고현수, 안재영, 조용수, 'OFDM 기반 셀룰러 시스템에서 가상 다중안테나를 이용한 셀간 간섭 감쇄 기법,' 전자공학회 논문지, 제 43권 TC편, 제3호, 32-38쪽, 2006년 3월
  6. J. H. Winters, 'Optimum combining in digital mobile radio with cochannel interference,' IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 2, pp. 528-539, July 1984. https://doi.org/10.1109/JSAC.1984.1146095
  7. A. Zanella, M. Chiani, and M. Z. Win, "MMSE reception and successive interference cancellation for MIMO systems with high spectral efficiency," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 4, no. 3, pp. 1244-1253, May 2005 https://doi.org/10.1109/TWC.2005.847103
  8. D. Tse and P. Viswanath, Fundamentals of Wireless Communication, Cambridge University Press. May 2005
  9. K. K. Wong, R. S.-K. Cheng, K. B. Letaief, and R. D. Murch, "Adaptive antennas at the mobile and base stations in an OFDM/TDMA system," IEEE Trans. Commun., vol. 49, no. 1, pp. 195-206, Jan. 2001 https://doi.org/10.1109/26.898262
  10. 3GPP TR 25.996 V6.1.0, 'Spatial channel model for multiple input multiple output (MIMO) simulations,' 3rd Generation Partnership Project 3GPP, www.3gpp.org, Tech. Rep., 2003
  11. H. Bolcskei, M. Borgmann, and A. J. Paulraj, "Impact of the propagation environment on the performance of space-frequency coded MIMO- OFDM," IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 21, no. 3, pp. 427-439, Apr. 2003 https://doi.org/10.1109/JSAC.2003.809723
  12. D. Shiu, G. Foschini, M. Gans, and J. Kahn, "Fading correlation and its effect on the capacity of multi-element antenna systems," IEEE Trans. Commun., vol. 48, pp. 502-513, Mar. 2000 https://doi.org/10.1109/26.837052