Theory and application of random beamforming : analysis and performance improvement in single cell and multi cell environment

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Random beamforming is studied in two scenarios: single cell and multi cell environments. The sum rate performance analysis is studied based on a novel approach to investigate the fundamental behavior of random beamforming in the single cell scenario. Based on the sum rate performance analysis, we propose a multimode transmission to maximize the sum rate of random beamforming, as well as to reduce the amount of feedback information. Simulation results show that proposed multimode transmission achieves higher sum rate performance compared to conventional schemes which have been developed to improve the performance of original random beamforming. Expanding the concept of multimode transmission into multicell scenario, we deal with game theoretic multimode random beamforming to improve the sum rate performance with no additional signalling for cooperation process. As a result, we propose efficient iterative power control schemes for two types of game: user centric and base station centric games. Proposed schemes assure three important aspects, which are uniqueness of Nash equilibrium, globally stable convergence, and independence of the initial power level. These schemes show remarkable performance gain even in interference-limited multi cell environment by providing implicit multimode transmission, resulting in efficient interference management

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 랜덤 빔포밍 기법이 단일 셀과 다중 셀 환경의 두 가지 시나리오 상황에서 연구되었다. 단일 셀 상황에서는 랜덤 빔포밍의 합 전송률의 기본적 성질을 알기 위한 새로운 형태의 합 전송률 분석 방식이 제시되었으며, 이를 바탕으로 하여 피드백 정보량을 줄이면서 전송률 성능을 극대화 할 수 있는 다중 모드 전송기법이 제안되었다. 실험결과, 제안된 다중 모드 전송기법이 랜덤 빔포밍의 성능을 향상시키기 위해 제안된 기존의 기법들에 비해 우수한 전송률 성능을 보임을 확인하였다. 이러한 다중 모드 기법을 다중 셀 환경으로 확장하여 기지국간에 협력 통신을 위한 신호 교환이 필요하지 않은, 게임 이론을 기반한 다중 모드 전송기법을 제안하였다. 이를 위해 본 논문에서는 사용자 또는 기지국이 플레이어가 되는 두 가지 게임을 가정한 효과적인 반복적 전력 제어 방안을 제안하였다. 제안된 기법들은 내쉬균형의 유일성, 전역적인 수렴, 또한 초기 전력에 무관하게 동작해야 하는 세가지의 요구조건을 만족시킨다. 제안한 기법들은 다중 셀 환경의 간섭 제한 상황에서 효과적으로 간섭 신호를 제어할 수 있는 다중 모드 전송을 통해 우수한 성능 향상을 보였다