An Efficient UEP Transmission Scheme for MIMO-OFDM Systems

이흔철,이병시,이인규,Lee, Heun-Chul,Lee, Byeong-Si,Sundberg, Carl-Erik W.,Lee, In-Kyu The Korean Institute of Communications and Informa 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.5c

소스 코딩을 통해 얻어지는 대다수의 멀티미디어 데이터 정보는 여러 등급의 다른 비트에러민감도를 가지고 있다. 그러므로 효율적인 시스템 구현을 위해서는 데이터 고유의 비트에러민감도에 따라 서로 다른 수준의 에러 방지를 제공해야 한다. 이 논문에서는 다중안테나 (multiple-in multiple-out : MIMO) 기반의 OFDM시스템에서 효과적인 멀티미디어 정보를 전송하기 위한 차등 에러 방지 기법(Unequal error protection : UEP)을 제안한다. 차등의 에러 방지를 제공하는 시공간 코딩 기법을 설명하고 그 성능을 평가한다. MIMO 기법과 BICM (Bit-interleaved coded modulations) 기술은 보통 RCPC (Rate compatible punctured convolutional codes) 기법과 연계되어 구동된다. 이때 다중안테나 채널 이퀄라이저와 채널코딩 사이에 터보디코딩 기법을 적용하여 최상의 성능을 얻을 수 있는데 기존의 시스템에서는 동일한 에러방지기법(Equal Error Protection : EEP)을 사용하고 있다. 이 논문에서는 이런 시스템 구조에서 보통 사용되는 동일 에러 방지 기법(EEP)와 비교하여 차등 에러방지 기법(UEP)를 사용함으로써 얻을 수 있는 이득을 사용되는 전송파워와 채널밴드 측면에서 설명한다. 특히 제안된 알고리즘을 둘 또는 세 개의 전송 안테나와 두 개의 수신안테나를 갖는 다중안테나 시스템에 적용하고 8PSK 신호를 이용하여 플랫 페이딩 채널에서 성능을 평가하였다. Most multimedia source coders exhibit unequal bit error sensitivity. Efficient transmission system design should therefore incorporate the use of matching unequal error protection (UEP). In this paper, we present and evaluate a flexible space-time coding system with unequal error protection. Multiple transmit and receive antennas and bit-interleaved coded modulation techniques are used combined with rate compatible punctured convolutional codes. A near optimum iterative receiver is employed with a multiple-in multiple-out inverse mapper and a MAP decoder as component decoders. We illustrate how the UEP system gain can be achieved either as a power or bandwidth gain compared to the equal error protection system (EEP) for the identical source and equal overall quality for both the UEP and EEP systems. An example with two/three transmit and two receive antennas using BPSK modulation is given for the block fading channel.

다중 안텐나 다중 사용자 하향 링크 환경에서 Regularized Channel Inversion 기법

이흔철,이인규,이광원 한국통신학회 2010 韓國通信學會論文誌 Vol.35 No.3

Channel inversion is one of the simplest techniques for multiuser downlink systems with single-antenna users. In this paper, we extend the regularized channel inversion technique developed for the single-antenna user case to multiuser multiple-input multiple-output (MIMO) channels with multiple-antenna users. We first employ the multiuser preprocessing to project the multiuser signals near the null space of the unintended users based on the MMSE criterion, and then the single-user preprocessing is applied to the decomposed MIMO interference channels. In order to reduce the complexity, we focus on non-iterative solutions for the multiuser transmit beamforming and use a linear receiver based on an MMSE criterion. Simulation results show that the proposed scheme outperforms existing joint iterative algorithms in most multiuser configurations. Channel inversion 선처리 방식은 하나의 안테나를 가진 다중 사용자 하향 링크 환경에서 사용할 수 있는 간단한 기술 중의 하나이다. 본 논문은 Regularized channel inversion 선처리 방식을 단일 안테나 사용자의 채널 환경에서 여러 안테나를 가진 사용자의 경우인 MIMO 채널로 확장한다. 먼저 다중 사용자의 신호들을 원하지 않는 사용자들의 영공간(null space) 근처에 MMSE 기준으로 투영시키는 다중 사용자 처리 기법을 적용한다. 그리고 난 후 분해 된 MIMO 간섭 채널에 단일 사용자 처리 기법을 처리하는 방식으로 진행 된다. 복잡도를 낮추기 위해 본 논문에서는 다중사용자 전송 빔 형성의 비반복적 해법에 초점을 맞추고, MMSE 기준을 기반으로한 선형 수신 필터를 사용하였다. 실험 결과는 제안한 기법이 기존의 공동 반복적 알고리즘 보다 다양한 환경에서 우수한 성능을 나타냄을 보여준다.

Triangulation Algorithm for Multi-user Spatial Multiplexing in MIMO Downlink Channels

이흔철,이인규,Lee, Heun-Chul,Paulraj, Aroyaswami,Lee, In-Kyu The Korean Institute of Communications and Informa 2010 韓國通信學會論文誌 Vol.35 No.1c

이 논문에서는 다중사용자 (multi-user) 다중안테나 (multiple-in multiple-out : MIMO) 시스템을 위한 전송기법을 제안한다. Costa가 증명한 더티페이퍼코딩 (dirty-paper coding: DPC)이론에 따르면 송신기가 수신기의 가우시안 분포를 갖는 간섭 신호를 알고 있는 경우 간섭 신호에 상관 없이 채널 캐패시티를 얻을 수 있음이 알려져 있다. 단독사용자 채널의 경우 간단하며 효율적인 DPC기법들이 알려져 있으나 다중사용자 환경에는 실제 구현하는데 있어 복잡도와 관련해 많은 문제를 가지고 있다. 이 논문에서 우리는 다중사용자 환경에서 송신기에 알려진 갑선신호를 효율적으로 제어할 수 있는 네트워크 채널 행렬 삼각화 (network channel matrix triangulation: NMT)기법을 제안하고자 한다. 제안하는 NMT 알고리즘은 다중사용자 MIMO 채널을 서로 독립된 병렬의 Single-input Single-output (SISO) 채널들로 변환하여 단독사용자 환경을 위해 제안되어 있는 기존 DPC기법들을 다중사용자 환경에서도 사용 가능케 한다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안된 알고리즘이 다중사용자 환경의 채널 캐패시티에 거의 접근함을 보일 것이다. This paper studies the design of a multiuser multiple-input multiple-output (MIMO) system, where a base station (BS) transmits independent messages to multiple users. The remarkable "dirty paper coding (DPC)" result was first presented by Costa that the capacity does not change if the Gaussian interference is known at the transmitter noncausally. While several implementable DPC schemes have been proposed recently for single-user dirty-paper channels, DPC is still difficult to implement directly in practical multiuser MIMO channels. In this paper, we propose a network channel matrix triangulation (NMT) algorithm for utilizing interference known at the transmitter. The NMT algorithm decomposes a multiuser MIMO channel into a set of parallel, single-input single-output dirty-paper subchannels and then successively employs the DPC to each subchannel. This approach allows us to extend practical single-user DPC techniques to multiuser MIMO downlink cases. We present the sum rate analysis for the proposed scheme. Simulation results show that the proposed schemes approach the sum rate capacity of the multiuser MIMO downlink at moderate signal-to-noise ratio (SNR) values.

Pseudo-Orthogonal Space-Time Block Codes for MIMO-OFDM Systems over Frequency-Selective Channels

이흔철,박석환,이인규,Lee, Heun-Chul,Park, Seok-Hwan,Lee, In-Kyu Institute of Korean Electrical and Electronics Eng 2007 전기전자학회논문지 Vol.11 No.4

This paper proposes a new class of Space-Time Block Codes, which is manipulated from the existing transmit diversity schemes. We analyze the performance and the receiver complexity of the proposed scheme and confirm that the new diversity scheme can yield performance gain over other existing four-transmit antenna cases. By relaxing the diversity criterion on code designs, the proposed space-time code provides a full transmission rate for four-transmit antennas and makes it possible to approach the open-loop Shannon channel capacity. Outage capacity and simulation results are used to show that substantial improvements in performance while maintaining a simple linear processing receiver structure are obtained in frequency selective channels.

Channel Capacity of BLAST based on the Zero-Forcing criterion

이흔철(Heunchul Lee),김희진(Heejin Kim),이인규(Inkyu Lee) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.45 No.12

본 논문에서는 신호 대 잡음 비의 관점에서 Zero-Forcing 기반의 BLAST(Bell Labs Layered Space-Time) 구조의 채널 capacity를 점근적으로 분석하고자 한다. MIMO 채널 capacity에 관한 새로운 관계를 소개하고, ZF에 기반한 간섭 무효화를 수행할 때 DBLAST(Diagonal BLAST)에 의해 MIMO 채널의 하한값에 이름을 증명한다. 채널 capacity의 확률 밀도 함수의 정확한 최종식을 분석하고, 각 계층의 채널 capacity의 점근적 현상에 기반한 점근적 ergodic capacity의 최종식을 BLAST에서 유도한다. 본 논문에서 다뤄진 분석에 의해 MIMO 채널의 capacity 현상에 대한 통찰할 수 있다. 모의 실험의 결과를 통해서, 본 논문에서 다뤄진 광범위한 안테나 배열 사이즈에 대한 분석의 타당성과 정확성을 보여주고자 한다. In this paper, we present an asymptotical analysis of channel capacity of Bell labs layered space-time (BLAST) architectures based on a zero-forcing (ZF) criterion in the sense of signal-to-noise ratio (SNR). We begin by introducing a new relationship related to multi-input multi-output (MIMO) channel capacity. We prove that Diagonal Bell Labs Space-Time (DBLAST) attains the lower bound for MIMO channels when interference nulling is carried out based on the ZF-criterion. An exact closed-form expression for the probability density function of the channel capacity is analyzed. Based on the asymptotic behavior of the channel capacity of each layer, closed-form expressions for the asymptotic ergodic capacity are derived for BLAST. Based on the analysis presented in this paper, we gain an insight on the channel capacity behavior for a MIMO channel. Computer simulation results have verified the validity and accuracy of the proposed analysis for a wide range of antenna array sizes.

MIMO 다운링크 채널에서 다중사용자 공간다중화를 위한 알고리즘

이흔철(Heunchul Lee),Aroyaswami Paulraj,이인규(Inkyu Lee) 한국통신학회 2010 韓國通信學會論文誌 Vol.35 No.1

Regularized Channel Inversion for Multiple-Antenna Users in Multiuser MIMO Downlink

Heunchul Lee(이흔철),Kwangwon Lee(이광원),Inkyu Lee(이인규) 한국통신학회 2010 韓國通信學會論文誌 Vol.35 No.3

MIMO-OFDM 시스템을 위한 효율적인 UEP 전송기법 제안

이인규,이흔철,이병시,Carl-Erik W 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.5

A New Efficient Group-wise Spatial Multiplexing Design for Closed-Loop MIMO Systems

문성현(Sung-Hyun Moon),이흔철(Heunchul Lee),김영태(Young-Tae Kim),이인규(Inkyu Lee) 한국통신학회 2010 韓國通信學會論文誌 Vol.35 No.4

New Cyclic Precoding Vectors for Open-loop Transmit Diversity Techniques

Kyoung-Jae Lee(이경재),Heunchul Lee(이흔철),Inkyu Lee(이인규) 한국통신학회 2009 韓國通信學會論文誌 Vol.34 No.5