Interference Mitigation Techniques and Their Performance Analysis for Cooperative MIMO Systems
협조적 MIMO 시스템을 위한 간섭 완화 방식 및 성능 분석
- 주제(키워드) interference mitigation , cooperative transmission , MIMO , transmit diversity , spatial multiplexing , multi-user transmission , beamforming , capacity , frequency reuse , fading channels
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 성원진
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000046590
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약
In cellular systems, multiple-input multiple-output (MIMO) is employed to improve the link reliability and the system capacity. For MIMO systems, inter-cell interference near the cell coverage boundaries has a significant impact on the signal reception performance. Thus, performance enhancement methods reducing inter-cell interference signal from adjacent cells have been widely studied by academic research groups and standardization groups developing next generation cellular systems. In this dissertation, we propose interference mitigation methods using signal processing at the transmitter and receiver, and the cooperative transmission with adjacent multiple base-stations (BSs) in multi-cell MIMO systems. For conventional single-user MIMO systems, we first analyze statistical characteristics of the received signal and the ergodic capacity to quantify the exact capacity gain of the open-loop and closed-loop MIMO. Based on the conventional MIMO system analysis, we propose a signal detection strategy combined with a system-level coordination for dynamic frequency reuse to efficiently mitigate the effect of downlink co-channel interference when multi-antenna terminals are used. We demonstrate the utilization of multiple antennas to perform spatial demultiplexing of both the desired signal and interfering signals from adjacent cells results in significant improvement of spectral efficiency. An interference cancellation method for eigen-beamforming (EB) signals is proposed by constructing a new receive beamforming vector which jointly utilizes the EB matrix and minimum mean-square error (MMSE) spatial demultiplexing. We also propose cooperative transmission strategies with multiple BSs in Manhattan channel model in addition to cellular environments. For presenting the cooperative transmission strategy, we describe various types of cooperation sector location for multi-user transmission, and determine the suitable number of cooperation sectors. In practical multi-cell networks where macro-cell BSs and micro-cell BSs coexist, BS collaboration methods are presented by the performance comparison between the non-cooperative transmission and the cooperative transmission with a system-level coordination for the frequency reuse. For the interference mitigation under the considering cellular networks, modified transmission and reception methods using cooperative transmit antennas and multiple receive antennas are also presented.
more초록/요약
셀룰러 환경에서 다중 안테나 (multiple-input multiple-output; MIMO) 시스템은 신호의 품질 향상 및 주파수 자원의 효율적 활용을 위하여 적용된다. 이러한 MIMO 시스템에서 신호를 수신하는 단말은 셀 경계지역에 위치할수록 인접 셀 간섭으로 인한 심각한 성능 열화를 겪게 된다. 따라서, 차세대 이동통신의 표준화 단체 및 학계에서는 인접 셀 간섭으로 인한 성능 열화를 최소화하기 위한 활발한 연구 및 개발이 진행되고 있다. 본 논문에서는 다중 셀 환경에서 MIMO 시스템의 간섭 신호 완화 방법으로, 송수신 신호처리를 이용한 인접 셀 간섭 완화 기법과 인접한 다수개의 기지국을 활용하는 협조적 전송 방안을 제시하고 그 성능을 평가한다. 일반적인 단일 사용자 MIMO 시스템에 대하여, closed-loop MIMO 와 open-loop MIMO 전송 용량의 정확한 이득을 수치적으로 얻기 위하여 수신신호의 통계적 특성과 ergodic capacity를 먼저 분석한다. 일반적인 MIMO 시스템의 분석을 기반으로, 셀룰러 환경에서 다중 안테나 단말이 적용될 때 하향링크의 간섭 신호 영향을 효과적으로 제거하기 위하여 주파수 재사용의 시스템 레벨 coordination이 결합된 신호 검출 방안을 제안한다. 전송 효율의 개선을 위하여, 검출하고자 하는 신호와 인접 셀에서 전송된 간섭 신호가 포함되어 있는 수신 신호에 공간 역 다중화 알고리듬이 적용된 다중 안테나 수신 방식을 연구한다. Eigen-beamforming 적용 시 minimum mean-square error 역 다중화와 결합된 변형된 수신 빔포밍 벡터의 간섭 제거 방안을 제안한다. 또한 도심 환경 및 셀룰러 환경에서 다수개의 기지국을 활용한 협조적 전송 방안을 제안한다. 도심 환경에서의 협조적 전송 방법을 제안하기 위하여 다중 사용자 전송을 위한 다양한 형태의 협조적 섹터 안테나 위치를 기술하고, 성능을 비교 평가하여 다중 섹터 송신국의 협조적 전송 방안을 결정한다. 실제로 운용되는 다중 셀 환경에서 매크로 셀과 소형 셀이 적용될 경우, 주파수 재사용 방법에 따른 비협조적 전송 및 협조적 전송 성능을 비교하고, 고려된 셀룰러 환경에서의 간섭 신호 완화를 위하여 협력적 전송 및 다중 안테나 수신 방법이 결합된 송수신 기법을 제안한다.
more