Joint Base Station and Relay Precoder Design with Relay Local Channel State Information for Multi-relay Aided Multi-user All-MIMO System

다중 릴레이, 다중 사용자 All-MIMO 시스템에서 릴레이 지역 채널 정보를 사용한 기지국 및 릴레이 전처리기 공동 설계 기법

  • 조영민 (연세대학교 전기전자공학과 이동통신 연구실) ;
  • 장승훈 (삼성전자 네트워크 사업부) ;
  • 김동구 (연세대학교 전기전자공학과 이동통신 연구실)
  • Received : 2012.01.31
  • Accepted : 2012.05.11
  • Published : 2012.06.30


In this paper, we propose a joint base station(BS) and relay precoders design in multi-relay aided multi-user all-multiple-input multiple-output(MIMO) system. The design criterion is to minimize user sum mean square error(SMSE) with relay sum power constraint(RSPC) where only local channel state information(CSI)s are available at relays. Local CSI at a relay is defined as the CSI of the channel which the relay itself accesses, out of among all the 1st hop and the 2nd hop channel in the system. With BS precoder structure which is concatenated with block diagonalization(BD) precoder, each relay can determine its own precoder using only local CSI. Proposed scheme is based on sequential iteration of two stages; stage 1 determines BS precoder and relay precoders jointly with SMSE duality, and stage 2 determines user receivers. Proposed scheme can be demonstrated theoretically to be always converge. We verify that proposed scheme outperforms simple amplify-and-forward(SAF), MMSE relay, and proposed schemes in [1] in terms of both SMSE and sum-rate performances.

본 논문에서는 다중 릴레이와 다중 사용자가 존재하고, 모든 노드에 다중 안테나가 탑재된 시스템에서 기지국, 릴레이 전처리기 공동 설계 기법을 제안한다. 설계 기준은 릴레이가 각자의 지역 채널 정보만 취할 수 있고, 전체 릴레이 합 전력 제약 환경일 때, 사용자 평균 자승 오류의 합(sum mean square error, SMSE)을 최소화하는 것이다. 한 릴레이의 지역 채널 정보는, 시스템의 모든 첫 번째 홉 및 두 번째 홉 채널 중에서, 그 릴레이 자신이 접속된 채널의 정보로 정의된다. 블록 대각화 전처리기가 연결된 기지국 전처리기 구조를 사용하면, 각 릴레이가 지역 채널 정보만을 활용하여 자신의 전처리기 구조를 결정할 수 있다. 제안 하는 기법은 SMSE 쌍대성을 사용하여 기지국 전처리기와 릴레이 전처리기를 결정하는 1단계 및 사용자 수신 필터를 결정하는 2단계의 순차적 반복을 기반으로 한다. 제안한 기법은 반드시 수렴하며, 이론적으로 이를 검증할 수 있다. 제안하는 기법이 Simple amplify-and-forward(SAF), MMSE 릴레이 및 [1]에서 제안한 방식에 비해서 SMSE 성능, 합 전송률 성능 모두 우월한 것을 확인한다.


Grant : 대학IT연구센터육성지원사업, 이공계전문가기술지원서포터즈 사업

Supported by : 정보통신산업진흥원


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