In this paper, we focus on the total transmission power minimization problem for downlink beamforming multiple-input multiple-output (MIMO) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems while ensuring each user's QoS requirement. Although the linear integer programming (LIP) solution we formulate provides the performance upper bound of the margin adaptive (MA) optimization problem, it is hard to be implemented in practice due to its high computational complexity. By regarding each user's equivalent channel gain as approximate independent values and using iterative descent method, we present a heuristic MA resource allocation algorithm. Simulation results show that the proposed algorithm efficiently converges to the local optimum, which is very close to the performance of the optimal LIP solution. Compared with existing space division multiple access (SDMA) OFDM systems with or without adaptive resource allocation, the proposed algorithm achieves significant performance improvement by exploiting the frequency diversity and multi-user diversity in downlink multiple-input single-output (MISO) OFDM systems.
In this paper, we derive the optimum number of users which can maximize the information theoretic sum capacity in multiuser OFDM virtual MIMO uplink system. In which, there are multiple antennas at the base station and a number of users with single transmit antenna. Pilot-assisted channel state estimation is assumed for a block fading channel and time-varying fading channel. We analyze the tradeoff between the multiplexing gain and pilot overhead especially in low SNR regime and conclude that the optimum number of users is min ($N_r$,LT/2 ) in frequency nonselective block fading channel and approximately equal to min ($N_r$, ${\lfloor}{\sqrt{LT+1}}-1{\rfloor}$) in time varying fading channel. assuming the same pilot and signal pwoer.
Journal of Korea Society of Digital Industry and Information Management
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v.8
no.4
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pp.129-133
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2012
Coordinated multi-point transmission (CoMP) is a candidate technique for next generation cellular communications systems. One of the primary elements discussed in LTE-Advanced technology is CoMP, which can improve cell edge user data rate as well as spectral efficiency due to multiple input multiple output - orthogonal frequency division multiplex (MIMO-OFDM). We consider a system with multiple cells in which base stations coordinate with each other by sharing user channel state information (CSI), which mitigates inter cell interference (ICI), especially for users located at the cell edge. We introduce a new user scheduling method of ICI cancellation and the loss reduction of effective channel gain during the beamforming process, the proposed method improves the system sum rate, when compared to the conventional method by an average of 0.55bps/Hz in different number of total users per cell. It also outperforms the conventional method by approximately 0.38bps/Hz using different SNRs.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.43
no.3
s.345
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pp.1-9
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2006
In this paper, we propose a MIMO-OFDMA (Multi Input Multi Output-Orthogonal Frequency Division Multiple Access) system based on beamforming for performance improvement of downlink real-time traffic transmission in harsh channel conditions with low CIR (Carrier-to-Interference Ratio). In the proposed system, we first consider the M-GTA-SBA (Modified-Grouped Transmit Antenna-Simple Bit Allocation) using effective CSI (Channel State Information) calculation procedure based on spatial resource grouping, which is adequate for the combination of MRT (Maximum Ratio Transmission) in the transmitter and MRC (Maximum Ratio Combining) in the receiver. In addition, to reduce feedback information for the beamforming, we also apply QEGT (Quantized Equal Gain Transmission) based on quantization of amplitudes and phases of beam weights. Furthermore, considering multi-user environments, we propose the P-SRA (Proposed-Simple Resource Allocation) algorithm for fair and efficient resource allocation. Simulation results reveal that the proposed MIMO-OFDMA system achieves significant improvement of spectral efficiency in low CRI region as compared to a typical open-loop MIMO-OFDMA system using pseudo-orthogonal space time block code and H-ARQ IR (Hybrid-Automatic Repeat Request Incremental Redundancy).
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.5C
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pp.527-539
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2009
In this paper, we propose an asynchonous ICI (Inter-Cell Interference) mitigation techniques for 3GPP LTE MIMO-OFDMA down-link receiver. An increasing in symbol timing misalignments may occur relative to sychronous network as the result of BS (Base Station) timing differences. Such symbol synchronization errors that exceed the guard interval or the cyclic prefix duration may result in MAI (Multiple Access Interference) for other carriers. In particular, at the cell boundary, this MAI becomes a critical factor, leading to degraded channel throughput and severe asynchronous ICI. Hence, many researchers have investigated the interference mitigation method in the presence of asynchronous ICI and it appears that the knowledge of the SCM (Spatial Covariance Matrix) of the asynchronous ICI plus background noise is an important issue. Generally, it is assumed that the SCM estimated by using training symbols. However, it is difficult to measure the interference statistics for a long time and training symbol is also not appropriate for MIMO-OFDMA system such as LTE. Therefore, a noise reduction method is required to improve the estimation accuracy. Although the conventional time-domain low-pass type weighting method can be effective for noise reduction, it causes significant estimation error due to the spectral leakage in practical OFDM system. Therefore, we propose a time-domain sinc type weighing method which can not only reduce the noise effectively minimizing estimation error caused by the spectral leakage but also implement frequency-domain moving average filter easily. By using computer simulation, we show that the proposed method can provide up to 3dB SIR gain compared with the conventional method.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.1
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pp.280-294
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2023
Unmanned aerial vehicles (UAVs) and millimeter-wave frequencies play key roles in supporting 5G wireless communication systems. They expand the field of wireless communication by increasing the data capacities of communication systems and supporting high data rates. However, short wavelengths, owing to the high millimeter-wave frequencies can cause problems, such as signal attenuation and path loss. To address these limitations, research on high directional beamforming technologies continue to garner interest. Furthermore, owing to the mobility of the UAVs, it is essential to track the beam angle accurately to obtain full beamforming gain. This study presents a beam tracking method based on the unscented Kalman filter using hybrid beamforming. The simulation results reveal that the proposed beam tracking scheme improves the overall performance in terms of the mean-squared error and spectral efficiency. In addition, by expanding analog beamforming to hybrid beamforming, the proposed algorithm can be used even in multi-user and multi-stream environments to increase data capacity, thereby increasing utilization in new-radio multiple-input multiple-output orthogonal frequency-division multiplexing systems.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.7
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pp.3414-3434
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2016
Classical key generation is complicated to update and key distribution generally requires fixed infrastructures. In order to eliminate these restrictions researchers have focused much attention on physical-layer (PHY-layer) based key generation methods. In this paper, we present a PHY-layer fingerprints based fuzzy key generation scheme, which works to prevent primary user emulation (PUE) attacks and spectrum sensing data falsification (SSDF) attacks, with multi-node collaborative defense strategies. We also propose two algorithms, the EA algorithm and the TA algorithm, to defend against eavesdropping attacks and tampering attacks in mobile cognitive radio networks (CRNs). We give security analyses of these algorithms in both the spatial and temporal domains, and prove the upper bound of the entropy loss in theory. We present a simulation result based on a MIMO-OFDM communication system which shows that the channel response characteristics received by legitimates tend to be consistent and phase characteristics are much more robust for key generation in mobile CRNs. In addition, NIST statistical tests show that the generated key in our proposed approach is secure and reliable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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