선택적 신호 결합 기반의 기지국 간 협조적 신호 전송을 통한 간섭 제어 연구
A study on Interference Management Methods Using Cooperative Transmission among Base Stations Based on Macroscopic Selection Combining
- 주제(키워드) 선택적 신호 결합 , 기지국 간 협조적 신호 전송 , 이동 통신 시스템의 간섭 제어
- 발행기관 서강대학교 대학원 전자공학과
- 지도교수 성원진
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000044868
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 논문에서는 다중 사용자 Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) 전송 기법을 이동통신 셀룰러 환경에 적용 시 성능열화에 주요 원인으로 작용하는 외부 셀 간섭 및 사용자 간 간섭을 제어하기 위한 방법을 제시하고 이를 활용한 성능 분석을 수행한다. 외부 셀 간섭을 제어하기 위하여 단말기 주위에 위치한 기지국 간 협조적 전송을 통해 간섭원을 제거하고 교신 신호의 다이버시티를 증가시키며, 협조적 전송에 참여하여 클러스터를 이루는 기지국을 선택하기 위한 방법으로 macroscopic 선택적 신호결합 기법을 제시한다. 또한 단말기의 수신 signal-to-interference and noise ratio (SINR) 분포를 일반적인 형태로 유도하고 special case에 대하여 closed-form 형태로 분포 수식을 제시한다. 협조적 신호 전송을 활용한 다중 사용자 MIMO 환경에서 사용자간 간섭을 제거하는 블록 대각화 기법을 기반으로 한 SINR 최대화 빔포밍 기법을 제시한다. 이는 송수신 단에서 외부 클러스터 간섭의 통계적인 정보를 활용하여 외부 클러스터 간섭을 억제하는 빔포밍 벡터를 생성하는 방식이다. 또한 per-antenna power constraint (PAPC) 조건 하에서 sum-rate을 최대화 하는 빔포밍 벡터 생성 및 전력제어 기법을 iterative 알고리듬 형태로 제시한다. 제안한 방법에서는 채널 듀얼리티를 사용하여 하향 채널의 PAPC 조건을 듀얼 상향 채널에서의 PAPC 조건으로 변환하였으며, non-convex한 형태의 sum-rate 최대화 목적함수를 convex 형태로 근사하여 iterative한 water-filling 형태의 솔루션을 유도한다.
more초록/요약
In this thesis, interference management methods are proposed and analyzed in a mobile cellular system based on multi-user MIMO transmission. The major sources of interference which degrades the performance of the system are base stations located at neighboring cells and the other users sharing the same radio resources. To mitigate the interference from the base stations at neighboring cells, cooperative transmission between closely located base stations is considered which not only eliminates the interfering sources but also increases diversity effects of the desired signal. A cluster is formed among the base stations participating in cooperative transmission. The base stations performing cooperative transmission are selected by mobile station as macroscopic selection combining to maximize the received SINR. A generalized expression for the distribution of the maximized SINR is provided, and closed-form expressions are given for special cases. Under cooperative transmission in the multi-user MIMO environment, an SINR maximization beamforming method is proposed based on the block-diagonalization which is the beamforming technique which cancels out the inter-user interference. The proposed scheme exploits the statistic information of the inter-cluster interference to generate the beamforming vector which mitigates the inter-cluster interference. In addition, an iterative algorithm is proposed to find the optimum joint transmit and receive beamforming vectors and power control values of each user. By using the proposed iterative solution, the sum-rate maximization with per-antenna power constraint is obtained. The solution includes the transformation from the downlink per-antenna power constraint to the dual uplink per-antenna power constraint and an approximation of non-convex sum-rate objective function to a convex function.
more목차
제 1 장 서론 = 1
1.1 연구배경 및 목표 = 1
1.2 기존 연구 결과의 소개 = 3
1.3 신호 및 시스템 모델 = 6
제 2 장 Macroscopic 선택적 신호 결합을 통한 신호 품질 향상 = 11
2.1 Single Antenna Transmission = 11
2.2 N-Antenna Transmission = 14
2.3 Closed-form expression for the special cases = 17
제 3 장 간섭 제어 기법을 활용한 기지국 간 협조적 신호 전송 및 수신기법 = 41
3.1 사용자 간 간섭 제거 기법 = 41
3.2 클러스터 간 간섭 완화 기법 = 45
3.3 SINR Maximization 송수신 신호 처리 기법 = 47
3.4 성능평가 = 49
제 4 장 Iterative Algorithm 기반의 송수신 빔포밍 벡터 최적화 기법 = 55
4.1 Iteration 기반의 Optimization Algorithm = 56
4.2 전력 합 구속조건 하에서 Sum-rate 최대화 알고리듬 = 64
4.3 PAPC 구속조건 하에서 Sum-rate 최대화 알고리듬 = 68
4.4 PAPC 구속조건을 만족하는 전력제어 방식 = 72
4.5 성능평가 = 76
제 5 장 결론 = 81
參考文獻 = 83
그림차례
그림 1-1. 기지국 간 협조적 신호전송을 고려한 다중 사용자 이동통신 시스템 = 8
그림 2-1. 다중 셀 이동통신 시스템의 모델링 (special case of L = 3) = 18
그림 2-2. 클러스터 외부 간섭이 없는 환경에서 closed-form 수식의 적분구간 = 19
그림 2-3. Maximum SIR의 CDF (단말기는 3개의 기지국 중앙지점에 위치) = 22
그림 2-4. Maximum SIR의 CDF (셀 내 uniform하게 분포한 단말기) = 23
그림 2-5. Maximum capacity의 CDF (셀 내 uniform하게 분포한 단말기) = 23
그림 2-6. 클러스터 외부 간섭 존재 시 closed-form 수식의 적분구간 (L = 3, N = 1) = 26
그림 2-7. 클러스터 외부 간섭 존재 시 closed-form 수식의 적분구간 (L = 3, N = 2) = 30
그림 2-8. 외부 클러스터 간섭 존재 시 협조적 전송 및 선택적 신호결합 방식의 성능평가 (BS 1,2,3의 중앙에 위치한 단말기) = 34
그림 2-9. 외부 클러스터 간섭 존재 시 협조적 전송 및 선택적 신호결합 방식의 성능평가 (셀 내 uniform하게 분포한 단말기) = 35
그림 2-10. 정규화 거리 변화에 따른 고려하는 전송 방식들의 성능 비교 = 37
그림 2-11. 정규화 거리 변화에 따른 고려하는 전송 방식들의 percentage 성능비교 = 38
그림 2-12. Path-loss exponent의 변화에 따른 CT-RAS와 NCT-RAS간의 성능비교 = 39
그림 2-13. Path-loss exponent의 변화에 따른 협조적 신호전송 사용 영역의 변화 = 39
그림 3-1. 성능평가를 위한 시스템 모델 ( C={1,2,3}, K=3, d_(1,1)=d_(2,2)=d_(3,3)=d ) = 50
그림 3-2. 송신 안테나 개수의 변화에 따른 제안방식 및 BD-OC와 BD-EB의 평균 SINR (L=19, K=3, Nk=2) = 51
그림 3-3. 수신 안테나 간 상관도, 수신 및 송신 안테나 간 상관도가 존재하는 MIMO 채널에서의 평균 SINR = 53
그림 3-4. 안테나 간 상관도 변화 시 제안방식 및 BD-OC, BD-EB의 평균 SINR = 54
그림 4-1. 상.하향링크 듀얼리티를 활용한 반복 최적화 알고리듬의 동작원리 [36] = 67
그림 4-2. 제안하는 iterative 알고리듬과 BD기반 방식과의 성능비교 (1D case) = 77
그림 4-3. 제안하는 iterative 알고리듬과 BD기반 방식과의 성능비교 (2D case) = 78
그림 4-4. 제안하는 iterative 알고리듬과 기존 iterative 방식의 성능비교 (1D case) = 79
그림 4-5. 제안하는 iterative 알고리듬과 기존 iterative 방식의 성능비교 (2D case) = 80
표차례
표 4-1. SINR을 최대화 하는 반복 빔포밍 벡터 최적화 알고리듬 = 62
표 4-2. 하향 링크에서 sum-rate을 최대화 하기 위한 optimal criterion = 66
표 4-3. 상향 링크에서 sum-rate을 최대화 하기 위한 optimal criterion = 66
표 4-4. 하향 링크 sum-rate 최대화 optimal criterion (Per-antenna & minimum SINR constraint) = 69
표 4-5. 상향 링크 sum-rate 최대화 optimal criterion (Per-antenna & minimum SINR constraint) = 69
표 4-6. Per-antenna 구속조건에서 Sum-rate을 최대화하는 최적화 알고리듬 = 70
