KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.7
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pp.2010-2026
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2024
This work investigates the hybrid precoder scheme in a millimeter wave (mmWave) multi-user MIMO system. We study a sum rate maximization scheme by jointly designing the digital precoder and the analog precoder. To handle the non-convex problem, a block coordinate descent (BCD) method is formulated, where the digital precoder is solved by a bisection search and the analog precoder is addressed by the penalty dual decomposition (PDD) alternately. Then, we extend the proposed algorithm to the sub-connected schemes. Besides, the proposed algorithm enjoys lower computational complexity when compared with other benchmarks. Simulation results verify the performance of the proposed scheme and provide some meaningful insight.
This work investigates the progressive linear precoder design for packet retransmissions in multi-input multi-output (MIMO) systems with multiple codewords and automatic repeat request (ARQ) bundling feedback. Assuming perfect channel state information, a novel progressive linear ARQ precoder is proposed in the perspective of minimizing the packet error rate. We devise the ARQ precoder by combining power loading and sub channel pairing between current retransmission and previous transmissions. Furthermore, we extend the design to the case that the channel estimation error exists. Numerical results show that the proposed scheme can improve the performance of MIMO ARQ systems significantly regardless of the channel estimation error.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.4
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pp.1042-1058
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2024
Terahertz (THz) communication is becoming a key technology for future 6G wireless networks because of its ultra-wide band. However, the implementation of THz communication systems confronts formidable challenges, notably beam splitting effects and high computational complexity associated with them. Our primary objective is to design a hybrid precoder that minimizes the Euclidean distance from the fully digital precoder. The analog precoding part adopts the delay-phase alternating minimization (DP-AltMin) algorithm, which divides the analog precoder into phase shifters and time delayers. This effectively addresses the beam splitting effects within THz communication by incorporating time delays. The traditional digital precoding solution, however, needs matrix inversion in THz massive multiple-input multiple-output (MIMO) communication systems, resulting in significant computational complexity and complicating the design of the analog precoder. To address this issue, we exploit the characteristics of THz massive MIMO communication systems and construct the digital precoder as a product of scale factors and semi-unitary matrices. We utilize Schatten norm and Hölder's inequality to create semi-unitary matrices after initializing the scale factors depending on the power allocation. Finally, the analog precoder and digital precoder are alternately optimized to obtain the ultimate hybrid precoding scheme. Extensive numerical simulations have demonstrated that our proposed algorithm outperforms existing methods in mitigating the beam splitting issue, improving system performance, and exhibiting lower complexity. Furthermore, our approach exhibits a more favorable alignment with practical application requirements, underlying its practicality and efficiency.
In this paper, we study an optimized block-diagonal zero-forcing (BD-ZF) precoder in a two-tiered cognitive network consisting of a macro cell (MC) and a small cell (SC). By exploiting multiuser multiple-input and multiple-output Vandermonde-subspace frequency-division multiplexing (VFDM) transmission, a cognitive SC can coexist with an MC. We first devise a cross-tier precoder based on the idea of VFDM to cancel the interference from the SC to the MC. Then, we propose an optimized BD-ZF intra-tier precoder (ITP) to suppress multiuser interference and maximize the throughput in the SC. In the case where the dimension of a provided null space is larger than that required by the BD-ZF ITP, the optimized BD-ZF ITP can collect all limited channel gain by optimizing rotating and selecting matrices. Otherwise, the optimized BD-ZF ITP is validated to be equivalent to the conventional BD-ZF ITP in terms of throughput. Numerical results are presented to demonstrate the throughput improvement of the proposed optimized BD-ZF ITP and to discover the impact of imperfect channel state information.
Assuming perfect channel state information (CSI) at the transmitter and receiver, the optimization problem of maximizing the minimum Euclidean distance between two received signals by a linear precoder is considered for multiple-input multiple-output (MIMO) systems with arbitrary dimensions and arbitraryary quadrature amplitude modulation (QAM) input. A general precoding framework is first presented based on the Gram matrix, which is shown for 2-dimensional (2-D) and 3-dimensional (3-D) MIMO systems when employing the ellipse expanding method (EEM). An extended precoder for high-dimensional MIMO system is proposed following the precoding framework, where the Gram matrix for high-dimensional precoding matrix can be generated through those chosen from 2-D and 3-D results in association with a permutation matrix. A complexity-reduced maximum likelihood detector is also obtained according to the special structure of the proposed precoder. The analytical and numerical results indicate that the proposed precoder outperforms the other precoding schemes in terms of both minimum distance and bit error rate (BER).
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.42
no.4
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pp.747-749
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2017
In this paper, we propose a novel precoder selection technique for maximum-likelihood (ML) detected spatially multiplexed multiple-input multiple-output (MIMO) systems. Previous precoder selection techniques were designed without considering UEP, however the proposed technique is designed considering multi-antenna unequal error protection (UEP). Simulations demonstrate the improved multi-antenna UEP performance by the proposed technique.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.12C
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pp.1062-1067
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2008
ABBA codes, a class of quasi-orthognal space-time block codes (QoSTBC) proposed by Tirkkonen and others, allow full rate and a fast maximum likelihood (ML) decoding, but do not have full diversity. In this paper, a linear complex precoder is proposed for ABBA codes to achieve full rate and full diversity. Moreover, the same diversity produce as that of orthogonal space-time block code with linear complex precoder (OSTBC-LCP) is achieved. Meanwhile, the size of the linear complex precoder can be reduced by half without affecting performance, which means the same complexity of decoding as that of the conventional ABBA code is guaranteed.
Park, Hongseok;Jang, Jinyoung;Jeon, Sang-Woon;Chae, Hyukjin;Cha, Hyun-Su;Kim, Donghyun;Kim, Dong Ku
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.41
no.9
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pp.1010-1019
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2016
The K-user multiple-input single-output broadcast channel is considered under per-antenna power constraints, i. e., each transmit antenna must satisfy its own power constraints. A low complexity zeroforcing(ZF) precoder is proposed when the number of transmit antennas M is greater than K. The proposed precoder design significantly reduces computational complexity for the precoder construction while attaining the sum spectral efficiency close to that achievable by the optimal ZF precoder.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.1
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pp.40-52
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2020
In this paper, we consider a precoder design problem for multiuser interference channel. Most of the conventional schemes for precoder design utilize a signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) as a cost function. However, since the SINR metric of a desired transmitter-receiver pair is a function of precoding vectors of all transmitters in the multiuser interference channel, an analytic closed-form solution is not available for the precoding vector of a desired transmitter that maximizes the SINR metric. To eliminate coupling between the precoding vectors of all transmitters and to find a closed-form solution for the precoding vector of the desired transmitter, we use a signal-to-leakage-plus-noise ratio (SLNR) instead as a cost function because the SLNR at a transmitter is a function of the precoding vector of the desired transmitter only. In addition, channel estimation errors for undesired links are considered when designing the precoding vector because they are inevitable in a multiuser interference channel. In this case, we propose a design scheme for the precoding vector that is robust to the channel estimation error. In the proposed scheme, the precoding vector is designed to maximize the worst-case SLNR. Through computer simulation, we show that the proposed scheme has better performance than the conventional scheme in terms of SLNR, SINR, and sum rate of all users.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.7
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pp.3010-3025
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2016
Lattice reduction (LR) has been used widely in conventional multiple-input multiple-output (MIMO) systems to enhance the performance. However, LR is hard to be applied to the relay systems which are important but more complicated in the wireless communication theory. This paper introduces a new viewpoint for utilizing LR in multiuser MIMO relay systems. The vector precoding (VP) is designed along with zero force (ZF) criterion and minimum mean square error (MMSE) criterion and enhanced by LR algorithm. This implementable precoder design combines nonlinear processing at the base station (BS) and linear processing at the relay. This precoder is capable of avoiding multiuser interference (MUI) at the mobile stations (MSs) and achieving excellent performance. Moreover, it is shown that the amount of feedback information is much less than that of the singular value decomposition (SVD) design. Simulation results show that the proposed scheme using the complex version of the Lenstra--Lenstra--Lovász (LLL) algorithm significantly improves system performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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