Tebe, Parfait I.;Wen, Guangjun;Li, Jian;Huang, Yongjun;Ampoma, Affum E.;Gyasi, Kwame O.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.5
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pp.2357-2380
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2019
In this paper, we investigate the impact of hardware impairments (HWIs) on the performance of a downlink massive MIMO system. We consider a single-cell system with maximum ratio transmission (MRT) as precoding scheme, and with all the HWIs characteristics such as phase noise, distortion noise, and amplified thermal noise. Based on the system model, we derive closed-form expressions for a typical user data rate under two scenarios: when a common local oscillator (CLO) is used at the base station and when separated oscillators (SLOs) are used. We also derive closed-form expressions for the downlink transmit power required for some desired per-user data rate under each scenario. Compared to the conventional system with ideal transceiver hardware, our results show that impairments of hardware make a finite upper limit on the user's downlink channel capacity; and as the number of base station antennas grows large, it is only the hardware impairments at the users that mainly limit the capacity. Our results also show that SLOs configuration provides higher data rate than CLO at the price of higher power consumption. An approach to minimize the effect of the hardware impairments on the system performance is also proposed in the paper. In our approach, we show that by reducing the cell size, the effect of accumulated phase noise during channel estimation time is minimized and hence the user capacity is increased, and the downlink transmit power is decreased.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.6
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pp.1101-1112
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2011
The Multiuser Eigenmode Transmission (MET) has generated significant interests in literature due to its optimal performance in linear precoding systems. The MET can simultaneously transmit several spatial multiplexing eigenmodes to multiple users which significantly enhance the system performance. The maximum number of users that can be served simultaneously is limited due to the constraints on the number antennas, and thus an appropriate user selection is critical to the MET system. Various algorithms have been developed in previous works such as the enumerative search algorithm. However, the high complexities of these algorithms impede their applications in practice. In this paper, motivated by the necessity of an efficient and effective user selection algorithm, a low complexity recursive user selection algorithm is proposed for the MET system. In addition, the fairness of the MET system is improved by using the combination of the proposed user selection algorithm and the adaptive Proportional Fair Scheduling (PFS) algorithm. Extensive simulations are implemented to verify the efficiency and effectiveness of the proposed algorithm.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38A
no.5
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pp.401-408
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2013
Dual-layer differential codebook using 8-PSK (phase shift keying) constellation as its codeword elements, is proposed for Long term evolution (LTE) and/or LTE-Advanced systems. Due to the temporal correlation of the adjacent channel matrices, the consecutive precoding matrices are likely to be similar. This approach quantize only the differential information of the channel instead of the whole channel subspace, which virtually increase the codebook size to realize more accurate quantization of the channel. Especially, the proposed codebook has the same properties of LTE release-8 codebook that is, constant modulus, complexity reduction, and nested property. The mobile station can be designed by using less expensive non-linear amplifier utilizing constant modulus property. Computer simulations show that the capacity of the proposed dual-layer codebook performs almost 1.2dB better than those of any other non-differential codebooks with the same amount of feedback information.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.4
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pp.9-16
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2013
Long term evolution (LTE) and LTE-Advanced (LTE-A) systems adopt closed-loop multiple-input multiple-output antenna techniques. Equal gain transmission which has equal gain property is the key factor in their codebook design. In this paper, a novel differential codebook structure which maintains the codebook design requirements of LTE or LTE-A systems. Especially, eight-phase shift keying (8-PSK) constellations are used as elements of codewords, which not only maintain equal gain property but also reduce the computation complexity of precoding and decoding function blocks. The equal gain property is very important to uplink because the performance of uplink is very sensitive to the peak-to-average power ratio (PAPR). Moreover, the operation of the proposed differential codebook is explained as a rotation-lock structure. As the results of computer simulations, the steady-state throughput performance of the proposed codebook shows at least 0.9dB of SNR better than those of the conventional LTE codebook with the same amount of feedback information.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.37A
no.9
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pp.721-727
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2012
Since a conventional multi-cell transmit diversity scheme depends on the feedback from the user for the channel gain information, its performance gets to severely degrade when the channel varies fast due to the high mobility of the user. Also, transmit power of the base station cannot be fully used in the conventional scheme because only one transmit antenna is used for data transmission. In this paper, we propose a multi-cell transmit diversity scheme appropriate for fast fading channel. In the proposed scheme, channel-independent precoding vector is applied over all transmit antennas and different precoding vectors are applied for neighboring subcarriers so that the received signal is avoided to experience deep fading over multiple neighboring subcarriers. Simulation results show that the proposed scheme has better detector output signal-to-noise ratio (SNR) and bit error rate (BER) performances than the conventional scheme.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.17
no.6
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pp.69-78
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2017
Shannon of the 5G smartphone and Fourier of the signal processing meet in the sampling theorem (2 times the highest frequency 1). In this paper, the initial Shannon Theorem finds the Shannon capacity at the point-to-point, but the 5G shows on the Relay channel that the technology has evolved into Multi Point MIMO. Fourier transforms are signal processing with fixed parameters. We analyzed the performance by proposing a 2N-1 multivariate Fourier-Jacket transform in the multimedia age. In this study, the authors tackle this signal processing complexity issue by proposing a Jacket-based fast method for reducing the precoding/decoding complexity in terms of time computation. Jacket transforms have shown to find applications in signal processing and coding theory. Jacket transforms are defined to be $n{\times}n$ matrices $A=(a_{jk})$ over a field F with the property $AA^{\dot{+}}=nl_n$, where $A^{\dot{+}}$ is the transpose matrix of the element-wise inverse of A, that is, $A^{\dot{+}}=(a^{-1}_{kj})$, which generalise Hadamard transforms and centre weighted Hadamard transforms. In particular, exploiting the Jacket transform properties, the authors propose a new eigenvalue decomposition (EVD) method with application in precoding and decoding of distributive multi-input multi-output channels in relay-based DF cooperative wireless networks in which the transmission is based on using single-symbol decodable space-time block codes. The authors show that the proposed Jacket-based method of EVD has significant reduction in its computational time as compared to the conventional-based EVD method. Performance in terms of computational time reduction is evaluated quantitatively through mathematical analysis and numerical results.
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.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.2
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pp.27-34
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2013
We propose a simple power allocation scheme for an amplify-and-forward multiple relay system with multiple-input multiple-output antennas. Unlike the existing relay precoding matrix with full elements, proposed precoder is a diagonal matrix whose diagonal element is the relay gain for each stream. Furthermore, a weight vector is applied to streams, such that the mutual information of the system approaches that of the exhaustive search scheme, regardless of the number of antennas. Numerical results show that proposed scheme outperforms the conventional schemes with respect to mutual information.
Mun Cheol;Jung Chang-Kyoo;Park DongHee;Kwak Yoonsik
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.9
no.5
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pp.905-911
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2005
We propose an efficient adaptive subcarrier selection scheme, in which the active subcarriers and their modulation and coding schemes (MCSs) are selected at the receiver, and subsequently conveyed to the transmitter using limited feedback We theoretically show that capacity maximization can be achieved by selecting subcarriers with highest signal-to-noise ratios (SNRs) and adapting the number of active subcarriers according to channel environments. Furthermore, an ordering based adaptive subcarrier selection algorithm is proposed to select the optimal active subcarriers with low complexity. Numerical results show that the proposed adaptive subcarrier selection scheme provides higher capacity than that obtained by water-filling approaches, even with limited feedback.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.25
no.6
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pp.653-663
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2014
To cope with an increasing amount of data traffic, research efforts are being made to maximize the data rate by reducing the interference between the transmission nodes. This paper also focuses on interference control schemes utilizing antenna sub-array beam-forming. The first scheme relies on horizontal beam rotation which utilizes three types of narrow beam patterns. Different beam patterns are applied to transmit signals in rotating fashion to control the interference. The second scheme is based on user-specific sub-array beamforming, which uses the precoding matrix based on users' location and controls the amount of interference in the multi-user environment. The performance of the proposed schemes is evaluated using the computer simulation to demonstrate the performance enhancement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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