Transceiver Design Method for Finitely Large Numbers of Antenna Systems

We consider a linear transceiver design method for multi-user multiple-input multiple-output (MIMO) downlink channels where a base station (BS) equipped with a finitely large number of antennas. Although a matched-filter precoder is a capacity-achieving method in massive MIMO downlink systems, it cannot guarantee to achieve the multi-user MIMO capacity in a finitely large number of antennas due to inter-user interferences. In this paper, we propose a two-stage precoder design method that maximizes the sum-rate of cell-edge users when the BS equipped with a finitely large number of antennas. At the first stage, a matched-filter precoder is adopted to exploit both beamforming gain and the reduction of the dimension of effective channels. Then, we derive the second stage precoder that maximizes the sum-rate by minimizing the weighted mean square error (WMSE). From simulation and analysis, we verify the effectiveness of the proposed method.

유한 대용량 안테나 시스템에서 송수신기 설계 방법

대용량 다중 송신 다중 수신 안테나 환경에서 정합 필터 송신기는 다중 사용자 하향 링크 전송 용량(capacity)을 달성하는 방법으로 알려져 있다. 그러나 기지국이 유한 개수의 대용량 안테나를 장착한 경우 정합 필터는 다중 사용자 하향링크 전송 용량을 제공할 수 없다. 본 논문에서는 유한 대용량 안테나를 갖춘 기지국이 낮은 신호 대 잡음비의 다수의 셀 경계 영역 사용자를 지원할 경우, 효율적 연산 복잡도로 전송 용량을 최대화하는 두 단계 선형 송수신기 설계 방법을 제안한다. 정합 필터로 구성된 첫째 단계 프리코더는 유효 채널 dimension 을 줄이면서 동시에 빔포밍 이득을 통해 수신 신호 대 잡음 비를 개선한다. 그리고 평균 자승 오류율 최소화 기법을 통해 전송 용량을 최대화하는 둘째 단계 선형 송수신기를 구한다. 시뮬레이션과 분석을 통해 전송 용량과 연산 복잡도 면에서 제안하는 방법이 우수함을 보인다.