Low-complexity Joint Transmit/Receive Antenna Selection Algorithm for Multi-Antenna Systems

Multi-input-multi-output (MIMO) systems are considered to improve the capacity and reliability of next generation mobile communication. However, the multiple RF chains associated with multiple antennas are costly in terms of size, power and hardware. Antenna selection is a low-cost low-complexity alternative to capture many of the advantages of MIMO systems. We proposed new joint Tx/Rx antenna selection algorithm with low complexity. The proposed algorithm is a method selects $L_R{\times}L_T$ channel matrix out of $L_R{\times}L_T$ entire channel gain matrix where $L_R{\times}L_T$ matrix selects alternate Tx antenna with Rx antenna which have the largest channel gain to maximize Frobenius norm. The feature of this algorithm is very low complexity compare with Exhaustive search which have optimum capacity. In case of $4{\times}4$ antennas selection out of $8{\times}8$ antennas, the capacity decreases $0.5{\sim}2dB$ but the complexity also decreases about 1/10,000 than optimum exhaustive search.

다중 안테나 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신안테나 선택 알고리즘

MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템에서 성능 향상을 위해 안테나의 수를 증가시킬 수 있으나 RF체인의 증가와 하드웨어의 복잡도에 의해 제한될 수 있다. 이때, RF 체인의 수를 고정시키고 그보다 많은 수의 안테나를 채용한 후, 승)수신 양단에서 채널 상태에 따라 동적으로 안테나를 선택함으로써 이와 같은 문제를 완화할 수 있다. 본 논문에서는 전체 $M_R{\times}M_T$채널 이득 행렬에서 가장 큰 채널 이득을 갖는 송신 안테나와 수신안테나를 교차적으로 선택하여 Frobenius norm을 최대화하는 $M_R{\times}M_T$ 채널 행렬을 결정함으로써 송/수신 양단에서 안테나 선택을 동시에 수행하는 송/수신안테나 선택 알고리즘(joint Tx/Rx antenna selection algorithm)을 제안하며, exhaustive search를 통한 최적 방식과 비교할 때 현저하게 계산량을 줄일 수 있어 구현의 복잡도가 매우 낮은 것이 특징이다. $8{\times}8$ 안테나에서 $4{\times}4$ 안테나를 선택하는 경우 성능면에 있어서는 기존의 최적 방식인 exhaustive search 방식에 비해 $0.5{\sim}2dB$가량의 성능 열화가 있으나, 계산량에서는 약 1/10,000 단위로 복잡도를 감소시킬 수 있음을 예시한다.