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

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

Closed-form Expressions for Optimal Transmission Power Achieving Weighted Sum-Rate Maximization in MIMO Systems

MIMO 시스템의 가중합 전송률 최대화를 위한 최적 전송 전력의 닫힌 형태 표현

  • Shin, Suk-Ho (Department of Electronic Engineering, Sogang University) ;
  • Kim, Jae-Won (Department of Electronic Engineering, Sogang University) ;
  • Park, Jong-Hyun (Department of Electronic Engineering, Sogang University) ;
  • Sung, Won-Jin (Department of Electronic Engineering, Sogang University)
  • Received : 2010.06.09
  • Accepted : 2010.07.17
  • Published : 2010.07.25
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Abstract

When multi-user MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) systems utilize a sum-rate maximization (SRM) scheduler, the throughput of the systems can be enhanced. However, fairness problems may arise because users located near cell edge or experiencing poor channel conditions are less likely to be selected by the SRM scheduler. In this paper, a weighted sum-rate maximization (WSRM) scheduler is used to enhance the fairness performance of the MIMO systems. Closed-form expressions for the optimal transmit power allocation of WSRM and corresponding weighted sum-rate (WSR) are derived in the 6-sector collaborative transmission system. Using the derived results, we propose an algorithm which searches the optimal power allocation for WSRM in the 3-sector collaborative transmission system. Based on the derived closed-form expressions and the proposed algorithm, we perform computer simulations to compare performance of the WSRM scheduler and the SRM scheduler with respect to the sum-rate and the log-sum-of-average rates. We further verify that the WSRM scheduler efficiently improves fairness performance by showing the enhanced performance of average transmission rates in low percentile region.

다중 사용자 MIMO (multiple-input multiple-output) 시스템에서 사용자의 합 전송률을 최대화시키는 SRM (sum-rate maximization) 스케쥴러를 적용하는 경우, 셀 경계에 위치하거나 채널 환경이 좋지 않은 사용자는 선택받지 못하게 되는 공평성 문제를 발생시킬 수 있다. 본 논문에서는 사용자 간의 공평성을 향상시키기 위해 각 사용자 별 평균 전송률의 가중치를 고려한 합 전송률을 최대화하는 WSRM (weighted sum-rate maximization) 스케쥴러를 사용한다. 이를 활용하여 6-섹터 협력전송 시스템에서 WSRM을 위한 최적 전송 전력과 시스템의 WSR (weighted sum-rate)의 닫힌 형태 표현 수식을 유도하며, 유도한 수식을 기반으로 3-섹터 협력 전송 시스템에서 WSRM을 위한 최적 전송 전력을 찾는 알고리듬을 제안한다. 닫힌 형태 표현으로 유도한 수식과 제안한 알고리듬를 바탕으로 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분산 MIMO 시스템에서 SRM 스케쥴러와 WSRM 스케쥴러의 합 전송률 및 평균 전송률의 로그 합 성능을 비교한다. 또한 WSRM 스케쥴러 방식이 하위 사용자 성능을 향상시킴을 보임으로써 사용자 간의 공평성 문제를 개선할 수 있는 방식임을 검증한다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 정보통신산업진홍원

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