Recently, together with a rapid growth of wireless communication service market, users' demands are extended to wideband and high datarate communication such as high quality multimedia services. To satisfy such demands with limited communication resources like frequency bandwidth, employing of multiple input multiple output (MIMO) sys-tem which utilizes multiple antennas at the transmitter and the receiver is essential. The MIMO systems can be classified into two types: one is space time coding system which improves system error performance by exploiting the spatial diversity, namely, using multiple antennas, and the other is layered space time (LST) system that increases transmission data rate by transmitting multiple data streams over multiple antennas. Among them, vertical Bell labs layered space time (V-BLAST) system is getting momentum due to its capability to support high data rate.
In such MIMO systems, increased radio frequency (RF) chains and corresponding complex signal processing are required by employing multiple antennas, and thus these may be important issues from the system implementation point of view. To decode signal from interferences caused by other signals, an accurate signal detection algorithm with high complexity is required at the receiver, especially in V-BLAST systems. Such increased receiver complexity leads to enlargement of mobile terminal size as well as large power consumption. For this reason, huge complexity must be avoided to provide a realistic feasibility of the system. Nevertheless, an increase in computational complexity is inevitable to improve system performance.
In conventional open-loop systems, it is well known that maximum likelihood (ML) detection is optimal but has tremendous complexity. For instance, the receiver complexity increases exponentially with the number of transmit antennas, thus, it is hard to practically implement. On the other hand, in closed-loop systems, the system performance can be improved without additional receiver complexity, by utilizing channel side information (CSI), which is available by feedback process, at the transmitter. In these closed-loop systems, various transmission schemes can be applied by utilizing CSI feedback. Among them, a transmit power allocation (TPA) is noticeable due to its superior performance and simple structure.
In this thesis we propose a transmit power allocation method to improve system performance for closed-loop MIMO systems. At the transmitter of the proposed scheme, using the partial channel information feedback, data streams are transmitted with the transmit power to optimize system error performance. Since the proposed TPA requires not full CSI but partial CSI, it has advantages on system complexity and amount of feedback overhead. Moreover, the proposed feedback rate control scheme can not only further reduce amount of feedback but also enhance the feasibility of the system. To verify the validity of proposed methods, performance evaluations with realistic conditions like feedback delay are carried out.
현재 무선통신 시장의 급성장과 더불어 소비자들의 요구는 고품질의 멀티미디어 서비스 등의 광대역, 대용량 데이터 통신으로 확장되고 있다. 주파수대역과 같이 한정되어 있는 자원을 가지고 이러한 요구조건들을 충족시키기 위하여 송.수신단에 다수의 안테나를 사용하는 다중안테나(MIMO)시스템의 도입은 필수적이다. 다중안테나 시스템은 크게 다중안테나의 공간 다이버시티를 이용하여 데이터 전송의 신뢰성을 높이는 시공간코딩기법과 다수의 안테나에서 다수의 안테나에서 다수의 송신데이터를 전송하여 데이터 전송률을 높이는 BLAST 시스템으로 나누어 볼수 있다. 이중, 대용량 데이터 통신을 우하여 다수의 송신안테나에서 다수의 데이터 스트림을 전송하는 V_BLAST 시스템은 높은 데이터 전송률로 인하여 각광받고 있다.
한편, 이처럼 다수의 송.수신 안테나를 사용하는 다중안테나 시스템에서는 기존의 단일 안테나 시스템에 비해 늘어난 RF 체인 및 그에 따르는 복잡한 신호처리가 시스템의 구현상의 중요한 이슈이다. 특히 V_BLAST 시스템의 경우, 수신단에서 중첩되어 들어오는 다수의 신호들을 정확하게 검출해내기 위하여 수신기의 복잡도가 늘어나게 된다. 이러한 수신기 복잡도의 증가는 단말의 크기를 증가 시키고 파워 소모를 가중시키는 문제를 야기한다. 시스템의 현실적인 구현가능성을 높이기 위하여 이러한 수신기 복잡도의 증가는 지양되어야하나, 시스템 성능의 향상을 위하여 이러한 복잡도의 증가는 불가피하다.
기존의 개회로 시스템에서는 시스템의 성능향상을 위해서 ML기법과 같의 복잡도가 높은 신호검출기법들이 제안되었다. 이러한 수신구조는 그 복잡도가 송신안테나 수의 지수적으로 증가하여 실질적으로 활용하기에는 많은 어려움이 따른다. 이와 달리, 폐회로 다중안테나 시스템에서는 채널정보의 피드백을 통하여 송신단에서 채널정보를 활용함으로써 수신단의 복잡도를 증가시키지 않는 동시에 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 폐회로 시스템에서는 채널 피드백정보를 이용하여 송신단에서 다양한 전송기법구현이 가능하나 송신파워제어기법은 프리코딩 등의 기법들과 비교시 그 구현이 간단한 반면 좋은 성능을 제공한다는 점에서 주목할만하다. 따라서 본 논문에서는 폐회로 MINO시스템에서 채널 피드백정보를 이용하여 시스템 에러성능을 향상시키기 위한 송신파워제어기법을 제안한다.
본 논문에서 고려하는 시스템에서 송신단은 피드백을 통한 부분적인 채널정보를 활용하여 시스템에러성능을 최적화하기 위한 송신파워로 데이터를 전송하게 된다. 송신파워의 제어에 있어 전체 채널정보가 아닌 부분적인 채널정보만을 이용한다는 점에서 시스템 복잡도 및 피드백양의 측면에서 이점을 가지며, 이에 추가적으로 제안하는 피드백 빈도조절기법을 통하여 피드백의 양을 줄여줌으로써 시스템의 구현가능성을 높인다. 이와 더불어 본 시스템의 실제적인 환경에서의 성능검증을 위하여 시스템의 피드백지연과 같은 현실적인 요소들에 대한 분석 또한 수행한다. 기존 시스템과 동일한 복잡도를 유지하면서 시스템의 성능을 향상시키는 본 논문에서의 연구결과는 추후 효율적인 대용량 데이터 통신시스템의 설계에 고려될수 있을 것으로 사료된다.
