Interference management for cellular networks with in-band full duplex base stations and half duplex mobile stations

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 전이중 기지국과 반이중 단말로 구성된 전이중 셀룰라 네트워크에서 단말 간 간섭을 제어하는 방법을 다룬다. 먼저 시간 분할 듀플렉스를 기반으로 반이중 부 프레임과 전이중 부 프레임으로 구성된 프레임 구조를 정의하고, 특히 전이중 부 프레임에서 발생하는 셀 내 및 셀 간 단말 간 간섭을 제어하는 방식을 제안한다. 기지국이 단일 안테나를 사용하는 경우, 셀 내 단말 간 간섭을 제어하는 방식으로 단일 셀
네트워크에서는 합 전송률을 최대화 하는 단말 스케쥴링 및 전력 할당 방식을 제안한다. 또한 이 때 셀 내 단말 간 간섭이 제어된 경우, 인접한 셀로부터의 셀 외 간섭이
존재하는 3 셀 전이중 셀룰라 네트워크에서 셀 외 단말 간 간섭을 제어하기 위한 지형적 간섭 제어 기술을 제안한다. 제안 기법은 순시적인 채널 정보 없이 송수신기간의 간섭의 유무에 대한 정보만을 이용해 셀 외 단말 간 간섭, 하향링크 간섭, 및 상향링크 간섭을 정렬함으로써 반이중 시스템 대비 더 높은 다중화 이득을 얻을 수 있다. 기지국이 다중 안테나를 사용하는 경우, 셀 내 단말 간 간섭을 제어하기 위한 블라인드 간섭 정렬을 제안한다. 특히 기지국의 수신 안테나가 수신 RF 체인 보다 많은 경우, 수신 안테나 스위칭 패턴 및 송신 신호 패턴 설계를 통해 셀 내 단말 간 간섭을 단말 간 채널 정보 없이 제거할 수 있으며, 상향링크 사용자의 수와 기지국의 수신 안테나 수 에 따라 점근적으로 반이중 통신의 2배에 달하는 다중화 이득을 달성함을 보였다. 마지막으로 단일 셀 블라인드 간섭 정렬 기법에 근거하여, 셀 외 단말 간 간섭도 채널
정보 없이 제거 할 수 있는 안테나 스위칭 패턴 및 송신 신호 패턴을 제안하였다. 제안 기술은 채널 분포가 대칭적인 환경 및 다양한 경로 손실 모형이 반영된 비대칭적인
환경에서 시뮬레이션을 통해 성능을 평가하였으며, 기존의 시스템에 비해 더 나은 전송률 성능을 보임을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The mobile station (MS)-to-MS interference management (MMI) methods in the in-band full duplex (IBFD) cellular network with in-band full duplex (IBFD) base stations (BSs) and half duplex MSs are designed. When the BS is equipped with a single antenna, we introduce the power allocation policy including scheduling that maximizes the sum rate of the single cell network with possible interference cancellation strategies at the DL MSs. In addition, we propose a topological interference management of partially connected 3-cell IBFD cellular network without the knowledge of inter-cell MMI channel information. As exploiting MMI channel information needs synchronization, estimation, and/or feedback among MSs, the proposed scheme provides the performance improvement with slight overhead for such processes. When the BS is equipped with multiple antennas, especially when the receive antennas outnumber the receive RF chains, we propose a blind interference alignment scheme that perfectly removes intracell MMI. Interestingly, as the number of receive antennas at BS and that of UL MSs
increases, it can asymptotically achieve the double degrees of freedom compared to the HD system without any knowledge of MMI channel. In addition, we extend the scheme to apply in the multi-cell environment by aligning the transmit and receive patterns. Numerical results show that the proposed scheme has a significant sum rate performance gain even though the number of UL MSs and the number of modes of reconfigurable antennas are finite.