In an effort to improve the performance of wireless communications, it is necessary to control the transmit strategy using the feedback from the receiver. However, it can degrade the efficiency of the uplink communication, since the uplink resource is additionally allocated for the feedback. In this dissertation, efficient feedback schemes are studied based on three applications. First two schemes are proposed to increase the feedback efficiency in single user communication systems as: 1) precoding for transmit correlation in two-input multiple-output system, and 2) transmit beamforming in multiple-input multiple-output orthogonal-frequency-division-multiplex (MIMO-OFDM) system.
First of all, for each application, a form of the final solution is used instead of using the channel parameters as the feedback data directly. By doing so, new properties of the final solution can be exploited such as a reduction of quantization range and a property of Grassmann manifold. In addition, the channel correlation in OFDM is used to decrease the feedback overhead over the frequency. Here, the spherical linear interpolation (SLI) is used to exploit the channel correlation, and it is newly derived from linear channel estimator. In addition, the SLI without the feedback of phase term is proposed to reduce the feedback overhead. With the proposed SLI, the hybrid interpolation method is suggested to support various delay spreads. This can be exploited again to change the interpolation mode when the delay spread is varying in time.
At last, as the third application, a multi-user downlink system is considered which requires the feedback from several users. Especially, the channel quality information is sent back to the transmitter to obtain the multiuser diversity. To improve the feedback efficiency, compressive sensing (CS) is considered as a basic tool. Differently from the conventional schemes, OFDM-access (OFDMA) channel with different path loss is considered and investigated. To overcome the correlation over the frequency, the random code and distributed channel allocation are suggested, and to overcome the different path loss, the power control and modification of recovery algorithm are proposed. Through the simulation results, the proposed algorithms can improve the uplink feedback using the CS in OFDMA channels.
무선 통신 시스템의 성능을 향상시키기 위해, 수신단으로부터 피드백을 사용하여 폐루프 제어를 이용하는 것은 필수적이다. 하지만, 상향링크의 자원을 활용하여 피드백을 사용하는 것은 상향링크의 효율을 감소시키게 되는 단점이 있다. 본 학위 논문에서는 세 가지 응용 분야를 통해 효율적인 상향 링크 피드백 기법에 대해서 연구하고자 한다. 먼저, 처음의 두 가지 기법들은 점대점 통신에서 피드백의 효율을 증가시키기 위해서 제안되는데, 각각의 응용분야는 다음과 같다. 첫 번째 응용 분야는 두 개의 입력과 다중의 출력을 가지는 시스템에서 송신단에 상관성이 존재할 때, 이를 격감시키는 기법에 대해서이며, 두 번째 응용 분야는 다중 입출력 직교 주파수 분할 다중 통신에서 송신 빔형성 기법이다.
먼저, 각각의 응용분야에서 채널의 파라미터를 피드백하는 대신 최종 해를 피드백하게 하게 되면, 최종 해로부터 양자화 범위가 줄어드는 특성이나 그라스만 다양체의 특성과 같은 새로운 특징을 이용할 수 있게 된다. 또한 직교 주파수 분할 다중 통신에서 주파수에 대한 피드백 오버헤드를 줄이기 위해 채널 상의 상관관계도 이용할 수 있다. 이 때, 사용하는 기법은 구선형 보간기로써, 기존에 제안한 알고리즘과는 달리 선형 채널 추정기로부터 새롭게 유도하였다. 또한, 보간기에 사용되는 위상 값을 추가적으로 피드백하지 않아도 보간이 가능한 보간기를 제안하며, 이에 따라 피드백 오버헤드가 크게 줄어들게 된다. 게다가 제안한 구선형 보간기를 이용하여 여러 지연확산에서도 사용가능한 하이브리드 보간기도 제안한다. 이를 시간에 대해서 지연확산이 변할 경우에 적용하여 환경 변화에 강인한 보간 모드 변환 기법을 제안한다.
마지막으로, 세 번째 응용 분야로 사용자들로 부터 피드백을 요구하는 다중 사용자 하향 링크 시스템이 고려되어진다. 먼저, 이 시스템에서 다중 사용자 다이버시티를 얻기 위해 각 사용자로부터 채널의 품질에 대한 정보를 얻게 된다. 이 때, 피드백의 효율성을 증가시키기 위해 컴프레시브 센싱 기법이 기초 도구로써 사용된다. 특히, 기존의 기법에서는 고려하지 않은 비균일 OFDMA 채널을 가정하였을 때, 발생하는 문제점들에 대한 해결하는 방안을 논의한다. 주파수 공간에서의 상관성은 무작위 코드 및 분산 채널 할당을 통해서 해결하며, 사용자간의 서로 다른 거리에 따른 경로 손실은 송신 전력 제어 및 복구 알고리즘의 수정 등을 통해 가능함을 보인다. 최종 모의 실험을 통해, 제안한 알고리즘들이 비균일 OFDMA 채널에서 압축감지를 활용한 상향링크 피드백 기법에 매우 용이함을 보인다.
