This dissertation studies beamforming and limited feedback schemes for efficient usage of channel state information (CSI) in multiple antenna systems. First of all, dimension-optimized two-stage precoder design is proposed to reduce feedback overhead in massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems with limited feedback environment. To maximize average sum rate, dimension optimization schemes respectively based on the lower bound on the average sum rate and machine learning framework with deep neural
network are proposed. Also, dimension-optimized two-stage precoder to maximize the average sum signal-to-leakage plus noise power ratio is proposed. Next, novel codebook design for MIMO Rician fading channels that is adaptive to any Rician factor is proposed. By analyzing the distribution of the angle between the Rician channel and the LoS component, a band-structured non-homogeneous codebook is proposed. The design parameters of the proposed codebook are optimized to minimize the upper bound of the quantization error, and the construction of the proposed codebook with the determined parameters is elaborated on. Finally, multi-user energy beamforming to minimize the overall charging time for energy harvesting users with different energy requirements is proposed in radio frequency (RF)-enabled wireless energy transfer systems. To lessen the cost and power consumption by reducing the required RF chains, a method to figure out low-rank optimal energy beamforming is developed by analyzing the upper bound on the rank of a minimum-rank solution.
본 논문은 다중 안테나 시스템에서 채널 상태 정보를 효율적으로 사용하기 위한 빔포밍과 제한된 피드백 기법들을 연구한다. 첫 번째로, 제한된 피드백 환경의 대용량 안테나 시스템에서 피드백 오버헤드 저감을 위한 차원 최적화된 두 단계 프리코더 설계를 제안한다. 평균 합 전송률을 최대화하기 위한 차원 최적화 기법과 심층 신경망 기반의 기계 학습 프레임 워크를 제안하며, 신호 대 누수 잡음 비를 최대화하기 위한 차원 최적화된 두 단계 프리코더를 연구한다. 다음으로, 라이시안 페이딩 채널을 위해 라이시안 인자에 적응할 수 있는 새로운 코드북 설계를 제안한다. 라이시안 채널과 직진파 성분의 각도 분포를 분석하고, 밴드 구조의 비균질 코드북 설계를 제안한다. 제안한 코드북의 설계 변수들을 최적화하고, 코드북 구성을 서술한다. 마지막으로, 무선 주파수 기반 무선 에너지 전송 시스템에서 서로 다른 에너지를 요청하는 다중 사용자들의 전체 충전 시간을 최소화하기 위한 에너지 빔포밍 설계를 제안한다.
