With the incitation to reduce power consumption and the aggressive reuse of spectral resources, there is an inevitable trend towards the deployment of small-cell networks by decomposing a traditional single-tier network into a multi-tier network with very high throughput per network area. However, this cell size reduction increases the complexity of network operation and the severity of cross-tier interference. In this paper, we consider a downlink two-tier network comprising of a multiple-antenna macrocell base station and a single femtocell access point, each serving multiples users with a single antenna. In this scenario, we treat the following beamforming optimization problems: i) Total transmit power minimization problem; ii) mean-square error balancing problem; and iii) interference power minimization problem. In the presence of perfect channel state information (CSI), we formulate the optimization algorithms in a centralized manner and determine the optimal beamformers using standard convex optimization techniques. In addition, we propose semi-decentralized algorithms to overcome the drawback of centralized design by introducing the signal-to-leakage plus noise ratio criteria. Taking into account imperfect CSI for both centralized and semi-decentralized approaches, we also propose robust algorithms tailored by the worst-case design to mitigate the effect of channel uncertainty. Finally, numerical results are presented to validate our proposed algorithms.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.37A
no.12
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pp.1133-1139
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2012
In this paper, hybrid mode beamforming (HMB) which allows simultaneous transmission of joint beamforming and disjoint beamforming is proposed. HMB is proven to be asymptotically optimal beamforming for sum rate growth. Extensive simulations show that HMB achieves nearly the same performance as joint encoding (JE) in symmetric interference channel. It is also shown that it outperforms JE in a more realistic asymmetric interference channel environment, though it still experiences some performance degradation due to power inefficiency of joint beamforming in asymmetric channel.
This paper presents a new reflectarray antenna capable with 1-bit switchable capability for W-band beamforming network. The proposed antenna has been optimized using two unit-cells with sizes of 1.0 mm and 1.3 mm to form a total number of 193 radiating elements on a square aperture surface of length 30 mm. These radiating elements are spaced 0.5 wavelengths apart and fed by a 15 dBi pyramidal horn antenna as the feed antenna placed 53 mm away from the aperture center. The proposed reflectarray achieves a realized peak gain of 22.52 dBi, a half-power beamwidth of 5.1° in both E- and H-planes at the test frequency of 80 GHz and operates over a wide bandwidth from 74 GHz to 90 GHz.
Kyeongjea Lee;Joo-Hyun Jo;Sungyoon Cho;Kiwon Kwon;Dong Ku Kim
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.6
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pp.1659-1674
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2024
Conventional maritime communication struggles to provide high data rate services for Internet of Things (IoT) devices due to the variability of maritime environments, making it challenging to ensure consistent connectivity for onboard sensors and devices. To resolve this, we perform mathematical modeling of the maritime channel and compare it with real measurement data. Through the modeled channel, we verify the received beam gain at buoys on the ocean surface. Additionally, leveraging the modeled wave motions, we estimate future angles of the buoy to use the Extended Kalman Filter (EKF) for design beamforming strategies that adapt to the evolving maritime environment over time. We further validate the effectiveness of these strategies by assessing the results from an outage probability perspective. focuses on improving maritime communication by developing a dynamic model of the maritime channel and implementing a Kalman filter-based buoy motion tracking system. This system is designed to enable precise beamforming, a technique used to direct communication signals more accurately. By improving beamforming, the aim is to enhance the quality of communication links, even in challenging maritime conditions like rough seas and varying sea states. In our simulations that consider realistic wave motions, you've observed significant improvements in link quality due to the enhanced beamforming technique. These improvements are particularly notable in environments with high sea states, where communication challenges are typically more pronounced. The progress made in this area is not just a technical achievement; it has broad implications for the future of maritime communication technologies. This paper promises to revolutionize the way we approach communication in maritime environments, paving the way for more reliable and efficient information exchange on the seas.
Park, Seong-Ho;Park, Ki-Hong;Kim, Myeong-Jin;Ko, Young-Chai
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.24
no.2
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pp.95-101
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2011
In wireless X networks where all transmitters send the independent messages to all receivers, the theoretical bound on the degrees of freedom (DOF) and interference alignment (IA) scheme for its achievability are given by Cadambe and Jafar [1]. However, IA scheme for wireless X network may be infeasible in practice unless the transmitters have the perfect channel information. In addition, if the transmitter with single antenna uses time-varying channel coefficients as a beamforming vector, the infinite channel extension is required to achieve the theoretical bound on the DOF of wireless X networks with perfect IA scheme. In this paper, we consider K-user MIMO X network where K transmitters and K receivers have M antennas each. While the beamforming vectors have been constructed with multiple channel uses over multiple time slot in the earlier work, we consider the beamforming vectors constructed only by a spatial signature over unit time. Accordingly the channel information at the transmitters can be available instantaneously. Then we propose the perfect IA scheme with no channel extension. Based on our sum-rate analysis and the simulation results, we confirm that our proposed scheme can achieve MK/2 DOF which is quite close to the theoretical bound on the DOF region of wireless X networks.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.21
no.10
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pp.1194-1199
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2010
In this paper, for a relay-based cellular network, a interference avoidance beamforming technique is proposed to enhance direct link capacity while minimizing loss in the capacity of concurrent relaying link. A direct link is transmitted by beamforming at the transmitter, and the relaying link with the least interference to the direct link is scheduled to transmit data by a collision avoidance scheduling algorithm. Simulation results show that the proposed IA beamforming provides a considerable direct link capacity enhancement while minimizing relaying link capacity loss by effectively mitigating inference between concurrent direct and relaying links only with limited feedback.
Visible light communication (VLC) is considered a strong future candidate for indoor wireless communication. However, its performance seems to be relatively unsatisfactory when compared to wireless local area network (WLAN) communication using millimeter waves. To improve the performance of VLC, numerous technologies have been proposed so far, in both electrical and optical domains. Among the proposals, optical beamforming (OB) is an optical-domain technology that can concentrate light in a specific direction or on a target spot. It can significantly improve VLC performance and can be widely used, because it does not depend on electrical modulation schemes. Therefore, this review discusses the concept, principle, and types of OB, the structure of a VLC system using OB, performance results of OB, and the combination of OB with electrical signal modulation in VLC. OB is expected to be one of the key techniques in future VLC implementations, similar to radio-frequency beamforming in millimeter-wave communication.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.10
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pp.5049-5062
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2016
This paper analyzes the secrecy performance of an amplify-and-forward (AF) relay network, where a multi-antenna eavesdropper attempts to overhear the transmitted message from a multi-antenna source to a multi-antenna destination with a single antenna relay. Firstly, we derive the approximate analytical expressions for the secrecy outage probability (SOP) and average secrecy rate (ASR) of the relay network. Then, asymptotic expressions of SOP and ASR at high main-to-eavesdropper ratio (MER) are also provided to reveal the diversity gain of the secure communication. Finally, numerical results are given to verify the theoretical analysis and show the effect of the number of antennas in the considered relay network.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.2
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pp.565-581
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2019
This paper investigates the wireless powered two way relay network (WPTWRN), where two single-antenna users and one single-antenna relay firstly harvest energy from signals emitted by a multi-antenna power beacon (PB) and then two users exchange information with the help of the relay by using their harvested energies. In order to improve the energy transfer efficiency, energy beamforming at the PB is deployed. For such a network, to explore the performance limit of the presented WPTWRN, an optimization problem is formulated to obtain the achievable rate region bounds by jointly optimizing the time allocation and energy beamforming design. As the optimization problem is non-convex, it is first transformed to be a convex problem by using variable substitutions and semidefinite relaxation (SDR) and then solve it efficiently. It is proved that the proposed method achieves the global optimum. Simulation results show that the achievable rate region of the presented WPTWRN architecture outperforms that of wireless powered one way relay network architecture. Results also show that the relay location has significant impact on achievable rate region of the WPTWRN.
The sensor networking technique as the radio network which does not have the base infrastructure network. The sensor nodes oneself automatic compose the network and simultaneously accomplish two roles of the router and data source. The sensor network is kind of Ad-hoc network is a possibility of seeing from point. sensor networking technique is restricted that limit of the memory and the battery back with the resources of the node. The sensor nodes overcomes the restriction of the resources it is in the process of researching the multi-hop routing technique which the sensor network divided cluster routing techniques which are researched. this paper proposed using beamforming antenna which has the directivity of the electric wave. the beamforming antenna from the Ad-hoc network using technique. the proposal is that raises the efficient of data trans mission from the sensor network and extends the lift time of the sensor network.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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