Generalized and flexible blind interference alignment with antenna eelection

국문 초록 (Abstract)

본 논문의 핵심 내용은 크게 세 가지로 요약된다. 먼저, 송신기에서 채널 상태 정보를 알 수 없고 활용 할 수 있는 기호 확장(symbol extension) 길이가 제한되어 있는 K 사용자 다중안테나 방송채널을 가정한다. 각 사용자는 다수의 사전 설정 모드들 가운데 하나를 임의로 선택해서 사용 할 수 있는 재구성 안테나를 갖고 있고, 송신기는 여러 개의 전형적인 안테나를 갖고 있다. 본 논문은 상기 시스템에서, 안테나 선택 기법을 바탕으로 범용적 블라인드 간섭 정렬 기법을 제안한다. 제안하는 방식은 각 사용자에게 전송하는 데이터 스트림의 개수에 따라서 송신 빔포밍 및 수신 모드 선택 패턴을 유연하고 일반적인 구조로 설계 할 수 있는 기법으로, 기호 확장 길이가 제한적인 환경에서 총 자유도를 증가 시킨다.
다음으로, 범용적 블라인드 간섭 정렬 기법으로 얻을 수 있는 전송률을 닫힌 형태의 수식으로 유도하고, 유도한 수식의 순시적(short-term) 채널 정보에 대한 통계적 평균인 에르고드적 전송률의 하계를 유도한다. 상기 시스템 모델에서 사용자의 지리적 정보가 반영된 단일 셀 시스템 모델을 가정하고, 허용된 긴 주기(long-term) 피드백 정보를 바탕으로 앞서 유도한 에르고드적 전송률의 하계가 최대화 되도록 각 사용자에게 전송하는 데이터 스트림 개수를 결정한다. 또한, 에르고드적 전송률의 상계를 높은 신호 대 잡음 비에서 근사한 수식을 바탕으로 앞서 제안한 범용적 블라인드 간섭 정렬 기법으로 얻을 수 있는 전송률 성능을 개선 할 수 있는 방법을 제시한다.
마지막으로, 재구성 안테나를 사용하고 송신기에서는 채널 상태 정보를 알 수 없는 상향링크-하향링크 간섭 네트워크를 고려한다. 고려하는 시스템 모델은 하나 또는 여러 개의 하향링크 셀들과 상향링크 셀들이 동일한 시간 자원을 공유하는 환경으로, 기존의 전형적인 하향링크 셀 간의 간섭 제어 또는 상향링크 셀 간의 간섭 제어뿐만 아니라 상향링크 셀과 하향링크 셀 간의 간섭 문제가 추가적으로 발생한다. 본 논문은 이러한 간섭 문제를 블라인드 간섭 정렬 기법으로 제어하기 위해서 송신 빔 형성 및 이에 상응하는 수신 모드 선택 패턴의 체계적 설계 기법을 제안하고, 제안한 방식으로 상향링크-하향링크 간섭 네트워크에서 얻을 수 있는 총 자유도를 상향링크 및 하향 링크 셀의 개수, 사용하는 사전 설정 모드 개수 및 각 셀 의 사용자 수에 대한 함수로 제시한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this thesis, we first investigate the achievable degrees of freedom (DoF) for K-user multiple--input and single--output (MISO) broadcast channel (BC) in the absence of channel state information at a transmitter (CSIT) under the symbol extension limit, where the transmitter is equipped with multiple conventional antennas and receivers are equipped with a reconfigurable antenna that is capable of dynamically selecting its receiving mode in a total of $M$ preset modes. In this system, we propose a generalized and flexible blind interference alignment (IA) scheme, which allows a flexible transmit beamforming and mode selection pattern design so that interference signals are more efficiently aligned under the symbol extension constraint and, as a consequence, the sum DoF performance is improved under the symbol extension constraint. Secondly, we derive a closed form expression of sum rate achievable by the generalized and flexible blind IA scheme, and then we derive a lower bound expression of the ergodic rate. Utilizing this lower bound expression, we propose a decision criterion of the number of the transmit data streams to each user in order to improve sum rate performance for the considered $K$-user MISO BC in a single cell, with an assumption that long-term channel information is available at the transmitter. Furthermore, we suggest a modified scheme of the generalized and flexible blind IA that is able to provide further enhancement of the sum rate. Finally, the blind IA for an uplink-downlink interference network with reconfigurable antennas is studied. In this network, one or more downlink cells and uplink cells share the same time resource, and hence it raises the interference problem between uplink cells and downlink cells in addition to the classical interference management issues between the downlink cells or between the uplink cells. In the absence of CSIT in the uplink-downlink interference network, we suggest a systematic design scheme for the transmit beamforming and its associated preset mode selection patterns for the blind IA based on limited base station cooperation, and the sum DoF achievable by the proposed scheme is expressed as a function of the number of the downlink cells, uplink cells, subscribed users and the used preset modes.