Antenna selection and transmit beamforming in multiuser uplink MIMO/FDD system with limited feedback

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, multiuser multiple-input multiple-output(MIMO) system has been focused on wireless communication system since it offers higher spectral efficiency over limited bandwidth. Even though the theoretical bound of both downlink and uplink scenarios has been investigated in the literature, most of further research has been focused on downlink scenarios. However, the data demand for uplink MIMO channel is expected to be increased in the next generation communication system.With this background, it is required to research the uplink multiuser MIMO system for the implementation of practical system and the system performance needs to be analyzed.In this thesis, mulituser uplink MIMO/FDD system is assumed. Considering the schemes which are applicable to the limited rate of feedback channel, the performance of antenna selection and transmit beamforming scheme are compared.The brief summary of the main results is as follows. First, it is shown that sum rate of transmit beamforming is not always better than antenna selection scheme when feedback rate is limited so that its quantized beamweights are getting mismatched with multiuser MIMO channel. Second, we show that which scheme offers better sum rate for the given system parameters and suggest an adaptive mode selection criterion between antenna selection and transmit beamforming scheme according to the various numbers of transmit antennas and available feedback bits.

국문 초록 (Abstract)

다중 사용자 MIMO 기법은 높은 주파수 효율을 제공해주는 기술로 차세대 통신 시스템으로 각광 받고 있다. 현재까지 상향링크와 하향링크 모두에 대한 최대 전송률 범위의 이론적인 접근은 이루어졌으나 실제 시스템 구현에 있어서는 많은 연구가 필요한 실정이다.본 논문에서는 상향 링크 MIMO/FDD 시스템을 가정하였고 시스템 구현 상에서 중요한 제약 요소 중 하나인 기지국에서 각 사용자로의 제한된 궤환량을 고려하였다. 이러한 제한된 궤환량에 적합한 전송 모드로 안테나 선택 기법과 코드북 기반 송신 빔포밍 기법을 제시하였고 주어진 시스템 환경에 따라 더 높은 성능을 나타내는 전송 기법을 선택할 수 있는 기준을 제시하였다.이를 위해, 앞서 언급한 두 가지 전송 기법에 대하여 합 전송률에 대한 증가율을 주어진 시스템 파라메터를 통해 근사화 하였고 이를 바탕으로 실제 제한된 궤환량에 따른 성능을 수학적 접근을 통해 분석하였다.실험적 결과를 통하여 허용되는 궤환량에 따른 송신 빔포밍 기법이 안테나 선택 기법에 비하여 항상 높은 성능을 나타내지 않고 실제 이용 가능한 궤환량이 많을 경우에 송신 빔포밍 기법의 성능이 더 크게 나타남을 보였다. 또한 이러한 두 가지 전송 기법의 성능 차이는 궤환 비트의 양과 송신 안테나 개수에 의해 큰 영향을 받음을 보였다. 이는 앞서 언급한 두 가지 전송 기법에 대한 수학적인 성능 분석을 통해서도 확인할 수 있었고 이를 통해 주어진 시스템 환경에서의 적합한 전송 기법을 선택 하는 기준을 제시하였다.