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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제14권1호
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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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제18권4호
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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.
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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제41권9호
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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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제10권7호
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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.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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제33권12C호
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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.
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 emerging smart utility networks (SUN) provide two-way communications between smart meters and smart appliances for purpose of low power usage, low cost, and high reliability. This paper deals with a bandwidth-efficient communication method based on the hidden pilot-aided scheme using a precoder in downlink SUN suitable for high-rate multimedia applications. With the aid of the design of a precoder and a superimposed hidden pilot, it is possible to estimate the channel without loss of bandwidth. In the channel estimation procedure, the inevitable data interference, which degrades the performance of channel estimation, can be reduced by the precoder design with an iterative scheme. Computer simulations show that the proposed scheme outperforms the conventional method in terms of achievable data rate, especially when a large number of subcarriers are employed.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제15권3호
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pp.1156-1173
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2021
In this paper, we propose a new joint precoder and postcoder design strategy to support multiple streams per user in multiuser multiple-input multiple-output (MIMO) systems. We propose two step precoding strategies using equal channel gain decomposition and block diagonalization at the transmitter. With the proposed precoder, the multiuser MIMO channel can be decomposed into multiple parallel channels with equal channel gain per user. After applying receive postcoder which is generated and sent by the transmitter, we can use ML based decoder per stream to achieve full receive diversity. Achievable sum rate bound and diversity performance of the proposed algorithm are presented with feedback signaling design and quantitative complexity analysis. Simulation results show that the proposed algorithm asymptotically approaches to the sum rate capacity of the MIMO broadcast channel while maintaining full diversity order.
Kim, Hong-Jung;Kim, Jun-Ho;Kim, Cheol-Sung;Jung, Tae-Jin
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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제37권1A호
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pp.1-7
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2012
The conventional Zhu's differential space-time modulation(DSTM) based on quasi-orthogonal design adopted a complex precoder in order to allow an independent joint detection of two complex symbols without any channel informations at a receiver. In this paper, by simply replacing the complex precoder used in Zhu's DSTM with a real precoder, a new DSTM is presented for four transmit antennas. The real precoder enables the receiver to decode two real symbols pair separately, and thus the new DSTM has greatly reduced decoding complexity compared to the Zhu's DSTM. By computer simulation results, the proposed scheme is shown to exhibit almost identical or improved error performance compared to the existing DSTMs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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