(A) space shift keying for downlink multi-user transmission with partial CSI in massive MIMO systems
저자
발행사항
Seoul : Graduate School, Yonsei University, 2018
학위논문사항
학위논문(박사) -- Graduate School, Yonsei University Department of Electrical and Electronic Engineering 2018.2
발행연도
2018
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
거대 다중 안테나 시스템에서 하향 링크 다중 사용자 전송을 지원하는 부분 채널 정보 기반의 공간 변조 기법
형태사항
xii, 86장 : 삽화 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: Chungyong Lee
UCI식별코드
I804:11046-000000514344
소장기관
기지국에서 여러 안테나를 사용하는 거대 다중 안테나 (massive MIMO) 시스템은 차세대 무선 시스템을 위한 혁신적인 기술이다. 그러나 하향링크 거대 다중 안테나 시스템의 빔포밍 이득을 얻으려면, 정확한 송신 채널 상태 정보를 기지국이 미리 알고 있어야 한다. 거대 다중 안테나 시스템에서 대부분의 연구는 시분할 듀플렉스 시스템에서 진행된다. 그 이유는 채널 상호성 (channel reciprocity) 에 의해 송신 채널 정보를 기지국에서 미리 알고 있다고 가정할 수 있기 때문이다. 그러나 채널 상호성은 주파수 분할 듀플렉스 시스템에서는 유효하지 않기 때문에 채널 피드백이 필요하다. 또한 시분할 듀플렉스 시스템에서도 채널 상호성에 의한 송신 채널 정보가 부정확할 수 있기 때문에 추가적인 채널 정보 피드백이 필요하다. 따라서 거대 다중 안테나 시스템에서는 채널 피드백량이 증가하기 때문에 채널 획득 부담이 커지게 되며, 이를 위한 효율적인 전송 기술이 필요하다.
최근 CSI 획득의 부담을 줄이기 위해 space shift keying (SSK) 와 같은 피드백이 필요 없는 기법에 대한 연구가 진행되고 있다. 이 방식은 기지국에서 송신 채널 상태 정보를 필요로하지 않는 개방 루프 송신에 기초하기 때문에 거대 다중 안테나 시스템 상황에서 유리한 기법이다.
본 논문에서는 하향링크 거대 다중 안테나 시스템에서 SSK의 다중 사용자 지원을 위한 개루프 기반 프리코딩 기법을 제안한다. 제안 기법은 기지국에서 순시 채널 정보 없이 송신 공분산 행렬만을 이용함으로써 하향 링크 다중 사용자 송신을 지원할 수 있으며, 기존의 프리코딩 기반 SSK에서 얻지 못하는 수신 안테나 어레이 이득을 얻기 때문에 더 나은 성능을 얻을 수 있다. 또한 제안된 다중 사용자 지원을 위한 개루프 기반 SSK의 비트 오류율 성능을 최소화하기 위해 적응 간섭 널링 기법과 빔 등화 기법을 제안한다.
Massive multiple input multiple output (MIMO) systems that employ several antennas in the base stations (BSs) are innovative technology for next generation wireless systems. To support the downlink (DL) massive MIMO systems, however, an effective transmission technique is needed since the the channel acquisition burden for massive MIMO systems is too huge. Recently, channel feedback-independent schemes such as space shift keying (SSK) have been studied to reduce the burden of the CSI acquisition. These schemes are advantageous in the massive MIMO systems since the operation of these schemes are based on an open-loop transmission that is not requiring CSI at the BS.
In this thesis, we propose a non-codebook-based precoding scheme for multi-user (MU)-SSK in the downlink massive MIMO systems. Proposed scheme can exploit the characteristics of providing large spatial domain and spatial correlation in the massive MIMO systems. Since proposed scheme exploits only transmit covariance information instead of full CSI at BS, it does not need to feedback the instantaneous channel information at user equipment (UE). Furthermore, proposed SSK exploits the characteristics of the spatial correlation to construct a precoder, while the conventional SSK schemes concentrate upon eliminating the effect of spatial correlation.
Proposed MU-SSK scheme consists of two precoding processes: one precoder to suppress multi-user interference and the other precoder to adjust modulation order for SSK. The interference mitigation precoder adopts the approximated block diagonalization and the beam number selection precoder can be implemented by selecting the eigenvectors of effective covariance matrices. Moreover, we propose the adaptive interference nulling scheme and beam equalization scheme to minimize the BER performance of proposed MU-SSK.
Simulation results show that the proposed MU-SSK can support MU transmission without instantaneous channel information and it can obtain the array gains of receive antennas unlike the conventional SSK schemes. Moreover, the adaptive nulling scheme and beam equalization can enhance the BER performance of the proposed MU-SSK by solving suboptimal problem for BER minimization.
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