• ETRI Journal
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• 제40권6호
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• pp.714-725
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• 2018

Destination-assisted jamming (DAJ) is usually used to protect confidential information against untrusted relays and eavesdroppers in wireless networks. In this paper, a DAJ-based untrusted relay network with multiple antennas installed is presented. To increase the secrecy, a joint optimization of beamforming and power allocation at the source and destination is studied. A matched-filter precoder is introduced to maximize the cooperative jamming signal by directing cooperative jamming signals toward untrusted relays. Then, based on generalized singular-value decomposition (GSVD), a novel transmitted precoder for confidential signals is devised to align the signal into the subspace corresponding to the confidential transmission channel. To decouple the precoder design and optimal power allocation, an iterative algorithm is proposed to jointly optimize the above parameters. Numerical results validate the effectiveness of the proposed scheme. Compared with other schemes, the proposed scheme shows significant improvement in terms of security performance.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제13권2호
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• pp.565-581
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• 2019

This paper investigates the wireless powered two way relay network (WPTWRN), where two single-antenna users and one single-antenna relay firstly harvest energy from signals emitted by a multi-antenna power beacon (PB) and then two users exchange information with the help of the relay by using their harvested energies. In order to improve the energy transfer efficiency, energy beamforming at the PB is deployed. For such a network, to explore the performance limit of the presented WPTWRN, an optimization problem is formulated to obtain the achievable rate region bounds by jointly optimizing the time allocation and energy beamforming design. As the optimization problem is non-convex, it is first transformed to be a convex problem by using variable substitutions and semidefinite relaxation (SDR) and then solve it efficiently. It is proved that the proposed method achieves the global optimum. Simulation results show that the achievable rate region of the presented WPTWRN architecture outperforms that of wireless powered one way relay network architecture. Results also show that the relay location has significant impact on achievable rate region of the WPTWRN.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제11권8호
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• pp.3823-3840
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• 2017

This paper analyzes the nodes deployment optimization problem in energy constrained wireless sensor networks, which multi-hop cooperative beamforming (CB) based cooperative-multi-input-single-output (CMISO) transmission is adopted to reduce the energy consumption. Firstly, we establish the energy consumption models for multi-hop SISO, multi-hop DSTBC based CMISO, multi-hop CB based CMISO transmissions under random nodes deployment. Then, we minimize the energy consumption by searching the optimal nodes deployment for the three transmissions. Furthermore, numerical results present the optimal nodes deployment parameters for the three transmissions. Energy consumption of the three transmissions are compared under optimal nodes deployment, which shows that CB based CMISO transmission consumes less energy than SISO and DSTBC based CMISO transmissions. Meanwhile, under optimal nodes deployment, the superiorities of CB based CMISO transmission over SISO and DSTBC based CMISO transmissions can be more obvious when path-loss-factor becomes low.

• 한국통신학회논문지
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• 제39A권9호
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• pp.519-527
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• 2014

적응 어레이는 조향벡터를 이용하여 조향벡터 방향의 신호는 보호하면서 간섭신호를 제거한다. 조향벡터에 에러가 있으면 원하는 신호도 감쇠되어 SINR(signal-to-interference-plus-noise ratio) 성능 저하를 가져온다. 본 논문에서는 원하는 신호의 도래범위를 이용하여 조향벡터 에러에 강인한 적응 빔 형성 기법을 제시한다. 제시된 기법에서는 도래범위에서 어레이 응답벡터에 관한 상관행렬을 적분을 통해 구하고, 이 상관행렬의 고유벡터 일부를 이용하여 조향벡터를 구하기 위한 최소화 문제를 정의한다. 이 최소화 문제를 컨벡스 최적화(convex optimization)의 일종인 SDP(semidefinite program) 문제로 완화하여 효과적으로 해결한다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 제안방식은 기존의 강인한 빔 형성 방식인 ORM(outside-range-based method), USM(uncertainty-based method)보다 우수한 SINR 성능을 나타낸다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제8권12호
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• pp.4305-4323
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• 2014

In this paper, we investigate the degrees of freedom (DOF) of the Y channel consisting of three single-antenna users and a two-antenna common access relay, where each user intends to exchange independent messages with the other two users with the assistance of the relay. We show that the DOF of this particular scenario is 1.5. In order to prove this result, we firstly derive a DOF upper bound based on cut-set bound by allowing cooperation among users, which shows that the total DOF is upper bounded by 1.5. Then we propose a novel transmission scheme based on asymmetric signal space alignment (ASSA) to demonstrate the achievability of the upper bound. Theoretical evaluation and numerical results confirm that the upper bound can be achieved by utilizing ASSA, which also proves the optimality of the ASSA-based scheme in terms of DOF. Combining the upper bound and achievability, we conclude that the exact DOF is 1.5. Moreover, we present a novel iterative joint beamforming optimization (I-JBO) algorithm to further improve the sum rate. Numerical simulations have been provided to demonstrate the convergence speed and performance advantage of the I-JBO algorithm.

• 한국통신학회논문지
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• 제40권9호
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• pp.1686-1692
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• 2015

본 논문에서는 메쉬 네트워크의 이동노드에 대해 기존의 유전알고리즘을 이용한 빔형성과 같은 성능을 가지면서 빠른 수렴속도를 가지고 지역해에 빠지지 않는 개선된 유전알고리즘을 제안한다. 제안한 빔형성 유전알고리즘은 빠른 수렴속도를 얻기 위해서 교배과정에서 적합도가 높은 염색체의 일정비율을 추출하고 지역해에 빠지는 것을 방지하기 위해 하위 염색체로 교배에 사용하였다. 그리고 적합도 측정용 빔형성의 기준 빔패턴을 가우시안 함수를 이용하여 수렴속도를 더욱 빠르게 하였다. 전산모의 실험을 통하여 제안한 빔형성 유전알고리즘이 기존의 빔형성 유전알고리즘 방식과 비교하여 약 20%의 빠른 수렴속도가 향상되었음을 보였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제40권11호
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• pp.2298-2304
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• 2015

본 논문은 다중 셀 다중입력 단일 출력 (MISO : multiple-input single-output) 하향링크 능동 안테나 시스템 (AAS : active antenna systems)에서 기지국의 수직 각도를 최적화하는 새로운 기법을 제시한다. 본 연구에서는 기존의 전역 탐색 방식 대신 간단하면서 최적의 값에 근사한 알고리듬들을 제안한다. 먼저, random matrix theory의 특성을 반영하여 평균 전송용량에 large system approximation이 적용된 수직적 빔포밍 알고리듬을 소개한다. 다음으로, signal-to-leakage-and-noise ratio (SLNR)을 기반으로 최적화 문제를 간단하게 만드는 수직적 빔포밍 알고리듬을 제안한다. 실험 결과를 통해 제안된 알고리듬들의 성능이 기존의 전역 탐색 알고리듬에 비해 복잡도가 매우 감소됨에도 불구하고 거의 비슷한 성능을 보임을 증명하였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제31권5A호
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• pp.493-500
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• 2006

논문은 OFDMA/TDD 시스템에서 하향링크 빔 형성 송신기의 효율적인 구조와 설계 변수의 최적화에 대하여 고찰하였다. 다수의 송신 안테나를 사용하는 하향링크 빔 형성 송신기 설계에 있어 다수의 사용자에 대한 효율적인 빔 형성 구조 설계와 송신기 블록의 word-length 는 송신기의 성능과 하드웨어 복잡도 측면에서 중요한 설계 변수가 된다. 본 논문에서는 기지국 수신에서 사용자 구분 없이 부반송파별 가중치만 메모리에 저장하고, IFFT 입력의 부반송파 단위에서 사용자에 따라 할당된 부반송파의 가중치를 고속으로 계산하여 적용하는 효율적인 빔형성기 구조를 제시하였다. 또한, 고정 소수점 시뮬레이션을 통하여 최적의 설계 변수를 분석하였다. 제시한 구조는 프레임 당 최대 사용자 수에 비례하게 메모리를 줄일 수 있으며, 또한 기지국 수신에서 사용자 제어 없이 FFT 출력을 바로 송신에 적용하여 OFDM 한 심볼의 처리 시간을 줄일 수 있고 송신기에서 빔 형성 계산은 별도의 처리 시간을 요구하지 않는 장점이 있다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제27권8호
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• pp.665-675
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• 2016

능동위상배열레이다 기술의 발전에 따라 최근에는 수십 개의 디지털 수신기를 사용하여 부배열 단위에서 수신된 신호를 디지털적인 방법으로 합성하는 능동위상배열안테나가 개발되고 있다. 디지털 빔 합성시 빔 특성은 부배열 단위의 가중치에 의해서도 영향을 받지만, 부배열 구조의 형상에 의해서도 크게 영향을 받는다. 그래서 본 논문에서는 재귀적인 소자 교환 방식을 사용하여 부배열 구조를 생성하는 방법과 운용하는 빔의 부엽을 최소화할 수 있도록 부배열 구조를 최적화하는 알고리즘을 제안하였다. 또한, 본 논문에서 제안한 알고리즘을 적용하여 디지털 빔 형성에 가장 많이 사용되는 모노펄스빔과 펜슬 다중빔에 대해 각각 또는 동시에 최대 부엽을 최소화하는 최적화된 부배열 구조 해를 찾아 그 결과를 제시하였다.

• IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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• 제2권1호
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• pp.11-19
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• 2013

A video-zoom driven audio-zoom algorithm is proposed to provide audio zooming effects according to the degree of video-zoom. The proposed algorithm is designed based on a super-directive beamformer operating with a 4-channel microphone array in conjunction with a soft masking process that uses the phase differences between microphones. The audio-zoom processed signal is obtained by multiplying the audio gain derived from the video-zoom level by the masked signal. The proposed algorithm is then implemented on a portable digital imaging device with a clock speed of 600 MHz after different levels of optimization, such as algorithmic level, C-code and memory optimization. As a result, the processing time of the proposed audio-zoom algorithm occupies 14.6% or less of the clock speed of the device. The performance evaluation conducted in a semi-anechoic chamber shows that the signals from the front direction can be amplified by approximately 10 dB compared to the other directions.