In this paper, adaptive optimizations of precoder codebook to channel conditions is proposed for a multiuser multiple-input multiple-output (MIMO) system with split linear array and limited feedback. We propose adaptive method for constructing a precoder codebook by coloring the random vector quantization codebook at each link by using limited long-term feedback information on transmit correlation matrix of each link. It is shown that the proposed multiuser MIMO codebook design scheme outperforms existing multiuser MIMO codebook design schemes for various channel conditions in terms of the average sum throughput of multiuser MIMO systems using zero-forcing maximum eigenmode transmission and limited feedback.
Block diagonalization (BD) has been proposed as a simple and effective technique in multiuser multiple-input multiple-output (MU-MIMO) broadcast channels. However, when channel state information (CSI) knowledge is limited at the transmitter, the performance of the BD may be degraded because inter-user interference cannot be completely eliminated. In this paper, we propose an efficient CSI quantization technique for BD precoded systems with limited feedback where users supported by a base station are selected by dynamic scheduling. First, we express the received signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) when multiple data streams are transmitted to the user, and derive a lower bound expression of the expected received SINR at each user. Then, based on this measure, each user determines its quantized CSI feedback information which maximizes the derived expected SINR, which comprises both the channel direction and the amplitude information. From simulations, we confirm that the proposed SINR-based channel quantization scheme achieves a significant sum rate gain over the conventional method in practical MU-MIMO systems.
To implement high-order multiuser multiple input and multiple output (MU-MIMO) for massive MIMO systems, there must be a feedback scheme that can warrant its performance with a limited signaling overhead. The interference-to-noise ratio can be a basis for a novel form of Codebook (CB)-based MU-MIMO feedback scheme. The objective of this paper is to verify such a scheme's performance under a practical system configuration with a 3D channel model in various radio environments. We evaluate the performance of various CB-based feedback schemes with different types of overhead reduction approaches, providing an experimental ground with which to optimize a CB-based MU-MIMO feedback scheme while identifying the design constraints for a massive MIMO system.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.23
no.10
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pp.1180-1187
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2012
In this paper, joint transmission space division multiple access(JT-SDMA) scheme is proposed to mitigate inter-cell interference(ICI) in cooperative wireless communications system with limited feedback. We propose a systematic design method for a codebook consisting of a finite number of unitary matrices suitable for network multiple-input multiple-output( MIMO) channel characteristics. A centralized cluster scheduling scheme is proposed to both mitigate ICI and maximizes multiuser diversity gain with limited feedback. It is shown that the proposed JT-SDMA scheme outperforms a existing coordinated SDMA scheme even in wireless network environments where sufficient multiuser diversity order can not be provided through efficient ICI mitigation.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.22
no.6
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pp.648-653
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2011
In this paper, coordinated space division multiple access(SDMA) technology is proposed to mitigate inter-cell interference by using partial channel state information in cooperative wireless communications system with limited feedback. Each AT selects an optimal cluster transmission mode and sends it back to a cluster scheduler, and at the cluster scheduler, ATs are scheduled within a AT group with the identical cluster transmission mode, and the optimal transmission mode and the corresponding scheduled ATs are determined to maximize scheduling priority. Also, in order to enhance multiuser diversity gain, an extended transmission feedback method is proposed to feed back multiple preferred cluster transmission modes at each AT. It is shown that the proposed coordinated SDMA scheme outperforms existing non-coordinated SDMA schemes in terms of the average system throughput.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.2A
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pp.107-114
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2008
In wireless access systems, there has been much interest in enhancing the performance of orthogonal frequency division multiplexing OFDM) in a frequency selective fading channel. If the channel is static and is perfectly known to both the transmitter and the receiver, the water-filling technique with adaptive modulation is known to be optimal. However, for OFDM systems, this requires intensive traffic overheads for reporting channel side information on all subcarriers to the transmitter In this paper, we propose an adaptive modulation and coding scheme for bit-interleaved coded OFDM (BIC-OFDM) for downlink packet transmissions with reduced feedback information. To minimize the feedback information, we employ a rate adaptation method based on the OFDM symbol rather than on each subcarrier. To illustrate the performance gap between the optimal water-filling and the proposed scheme, we will compare cutoff rates for both schemes. It is shown that the loss is less than 2dB while the proposed scheme significantly reduces the feedback payloads. Also, the OFDM system in multiuser environment with subcarrier grouping is considered. It is shown that by exploiting multiuser diversity the throughput of the proposed scheme approaches the channel outage capacity as the number of users and the number of subcarrier groups increase.
This paper presents a novel user selection method based on the signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR), which is approximated using limited feedback data at the base stations (BSs) of multiple user multiple-input multiple-output (MU-MIMO) systems. In the proposed system, the codebook vector index, the quantization error obtained from the correlation between the measured channel and the codebook vector, and the measured value of the largest singular value are fed back from each user to the BS. The proposed method not only generates precoding vectors that are orthogonal to the precoding vectors of the previously selected users and are highly correlated with the codebook vector of each user but also adopts the quantization error in approximating the SINR, which eventually provides a significantly more accurate SINR than the conventional SINR-based user selection techniques. Computer simulations show that the proposed method enhances the sum rate of the conventional SINR-based methods by at least 2.4 (2.62) bps/Hz when the number of transmit antennas and number of receive antennas per user terminal is 4 and 1(2), respectively, with 100 candidate users and an SNR of 30 dB.
Cho, Sungyoon;Yang, Minho;Yang, Janghoon;Kim, Dong Ku
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.37B
no.10
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pp.938-946
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2012
Interference alignment (IA) is a data transmission technique that achieves the maximum degrees-of-freedom (DoF) in the multiuser interference channel for high signal-to-noise ratios (SNRs). However, most prior works on IA are based on the unrealistic assumption that perfect and global channel-state information (CSI) is available at all transmitters and receivers. In this paper, we propose the efficient design of feedback framework for IA that substantially suppresses the feedback overhead. While the feedback overhead in the conventional IA quadratically increases with K, the proposed feedback scheme supports the sequential exchange of computed IA precoders between transmitters and receivers and reduces the feedback overhead that linearly scales with K. Moreover, we analyze the residual interference due to the quantization error in limited feedback and propose the ordered IA algorithm that selects IA pair to minimize the sum residual interference in given channel realizations.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.12
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pp.3237-3256
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2012
In the context of effective usage of a scarce spectrum resource, emerging wireless communication standards will demand spectrum sharing with existing systems as well as multiple access with higher spectral efficiency. We mathematically analyze the sum throughput of a spectrum sharing space-division multiple access (SDMA) system, which forms a transmit null in the direction of other coexisting systems while satisfying orthogonal beamforming constraints. For a large number of users N, the SDMA throughput scales as log N at high signal-to-noise ratio (SNR) ((J-1) loglog N at normal SNR), where J is the number of transmit antennas. This indicates that multiplexing gain of the spectrum sharing SDMA is $\frac{J-1}{J}$ times less than that of the non-spectrum sharing SDMA only using orthogonal beamforming, whereas no loss in multiuser diversity gain. Although the spectrum sharing SDMA always has lower throughput compared to the non-spectrum sharing SDMA in the non-coexistence scenario, it offers an intriguing opportunity to reuse spectrum already allocated to other coexisting systems.
Assuming perfect channel state information (CSI), the conventional interference alignment (IA) algorithm in the uplink cellular system suppresses inter-cell interference (ICI) by aligning ICI to a randomly selected reference vector. However, IA in practice relies on limited feedback between base stations and users, resulting in residual ICI. In this paper, we propose the optimization of the reference vector that minimizes the upper-bound of residual ICI power. Secondly, the iterative IA that designs the direction of transmit and receive filter is proposed to minimize the residual ICI as well as maximize the desired signals. Moreover, we propose the user scheduling method combined with proposed IA schemes which provides the multiuser diversity gain in multi-cell environments. Finally, the performance gain of the proposed IA algorithms compared with the existing IA are analyzed and demonstrated by simulation results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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