KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.6
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pp.2204-2224
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2021
This paper studies secure wireless transmission from a multi-antenna transmitter to a single-antenna intended receiver overheard by multiple eavesdroppers with considering the imperfect channel state information (CSI) of wiretap channel. To enhance security of communication link, the artificial noise (AN) is generated at transmitter. We first design the robust joint optimal beamforming of secret signal and AN to minimize transmit power with constraints of security quality of service (QoS), i.e., minimum allowable signal-to-interference-and-noise ratio (SINR) at receiver and maximum tolerable SINR at eavesdroppers. The formulated design problem is shown to be nonconvex and we transfer it into linear matrix inequalities (LMIs). The semidefinite relaxation (SDR) technique is used and the approximated method is proved to solve the original problem exactly. To verify the robustness and tightness of proposed beamforming, we also provide a method to calculate the worst-case SINR at eavesdroppers for a designed transmit scheme using semidefinite programming (SDP). Additionally, the secrecy rate maximization is explored for fixed total transmit power. To tackle the nonconvexity of original formulation, we develop an iterative approach employing sequential parametric convex approximation (SPCA). The simulation results illustrate that the proposed robust transmit schemes can effectively improve the transmit performance.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.7
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pp.2338-2353
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2015
In this paper, the optimal power allocation algorithm that minimizes the aggregate bit error rate (BER) of the secondary user (SU) in a downlink orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) based cognitive radio (CR) system, while subjecting to the interference power constraint and the transmit power constraint, is investigated under the assumption that the instantaneous channel state information (CSI) of the interference links between the secondary transmitter and the primary receiver, and between the primary transmitter and the secondary receiver is perfectly known. Besides, a suboptimal algorithm with less complexity is also proposed. In order to deal with more practical situations, we further assume that only the channel distribution information (CDI) of the interference links is available and propose heuristic power allocation algorithms based on bisection search method to minimize the aggregate BER under the interference outage constraint and the transmit power constraint. Simulation results are presented to verify the effectiveness of the proposed algorithms.
When operating in frequency-division duplex (FDD) mode, transmit beamforming in multiple-input single-output (MISO) wireless communication systems typically requires accurate knowledge of downlink channel state information (CSI) at the transmitter. In practical FDD systems, obtaining such downlink CSI at the transmitter is challenging, if not impractical. To circumvent such challenge and support user mobility, we present a new method for transmit beamforming based on simple beam-control commands (BCCs) in MISO FDD mobile systems. We then numerically evaluate the effects of BCC errors in terms of transmit power efficiency, system capacity, and outage probability.
Seo, Chang-Woo;Yoon, Gil-Sang;Portugal, Sherlie;Hwang, In-Tae
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.48
no.3
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pp.6-12
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2011
The fast growing of the number of users requires the development of reliable communication systems able to provide higher data rates. In order to meet those requirements, techniques such as Multiple Input Multiple Out (MIMO) and Orthogonal Frequency Division multiplexing (OFDM) have been developed in the recent years. In order to combine the benefits of both techniques, the research activity is currently focused on MIMO-OFDM systems. In addition, for a fast wireless channel environment, the data rate and reliability can be optimized by setting the modulation and coding adaptively according to the channel conditions; and using sub-carrier frequency, and power allocation techniques. Depending on how accurate the feedback-based system obtain the channel state information (CSI) and feed it back to the transmitter without delay, the overall system performance would be poor or optimal. In this paper, we propose a Signal to Noise Ratio (SNR) estimation algorithm where the preamble is known for both sides of the transciever. Through simulations made over several channel environments, we prove that our proposed SNR estimation algorithm is more accurate compared with the traditional SNR estimation.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.46
no.7
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pp.6-12
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2009
In this paper, we propose the opportunistic channel state information feedback scheme for eigen based scheduling in multiuser MIMO systems. According to 3GPP SMC channel model, the system capacity of MU-MIMO systems is severly degraded, since the antennas are highly correlated in urban macro cell. Although the eigen based scheduling scheme mitigates the adverse effect of the antenna correlation, it achieves only small amount of the multiuser diversity gain. Since the opportunistic channel state information scheme can achieve sufficient multiuser diversity gain, the system capacity of MU-MIMO systems can be improved. The system capacity improvement is verified by the computer simulation results.
Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference
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2011.11a
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pp.125-128
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2011
기회적 중계 기술(opportunistic relaying)은 중계기를 사용하여 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 효율적인 기술로 평가되고 있다. 기회적 중계 기술에서는 가장 좋은 중계기를 선택하여 송신기의 전송 신호를 재전송하게 되는데, 중계기 선택은 채널 정보(channel state information)를 이용하여 이루어진다. 본 논문에서는 하이브리드 ARQ 기반 기회적 중계 기술에서 중계기를 선택할 때 사용하는 채널 정보(channel state information)가 지연된 정보일 때, 시스템의 불능 확률(outage probability) 및 처리량(throughput)을 분석한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석이 정확한지 검증한다.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.43
no.3
s.345
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pp.49-58
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2006
In this paper, a curve-fitting channel estimation method is proposed for orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system in a time-varying frequency-selective fading channel. The method can greatly improve channel state information (CSI) estimation accuracy by performing smoothing and interpolation through consecutive curve-fitting processes in both time domain and frequency domain. It first evaluates least-squares (LS) estimates using pilot symbols and then the estimates are approximated to a polynomial with proper degree in the LS error sense, starting from one preferred domain in which pilots we densely distributed. Smoothing, interpolation, and prediction are performed subsequently to obtain CSI estimates for data transmission. The channel estimation processes are completed by smoothing and interpolating CSI estimates in the other domain once again using the channel estimates obtained in one domain. The performance of proposed method is influenced heavily on the time variation and frequency selectivity of channel and pilot arrangement. Hence, a proper degree of polynomial and an optimum approximation interval according to various system and channel conditions are required for curve-fitting. From extensive simulation results in various channel environments, we see that the proposed method performs better than the conventional methods including the optimal Wiener filtering method, in terms of the mean square error (MSE) and bit error rate (BER).
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.7
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pp.1299-1305
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2017
In this paper, we consider a beamforming game between the transmitters in a two-user multiple-input single-output interference channel using limited feedback and investigate how each transmitter is able to find a modified strategy from the quantized channel state information (CSI). In the beamforming game, each of the transmitters (i.e., a player) tries to maximize the achievable rate (i.e., a payoff function) via a proper beamforming strategy. In our case, each transmitter's beamforming strategy is represented by a linear combining factor between the maximum ratio transmission (MRT) and the zero forcing (ZF) beamforming vectors, which is the Pareto optimal achieving strategy. With the quantized CSI, the transmitters' strategies may not be valid because of the quantization errors. We propose a modified solution, which takes into account the effects of the quantization errors.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.11
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pp.1959-1975
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2011
Adaptive Bit Loading (ABL) in Multiple-Input Multiple-Output Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (MIMO-OFDM) is often used to achieve the desired Bit Error Rate (BER) performance in wireless systems. In this paper, we discuss some of the bit loading algorithms, compare them in terms of the BER performance, and present an effective and concise Adaptive Grouped Loading (AGL) algorithm. Furthermore, we propose a "weight factor" for loading algorithm to converge rapidly to the final solution for various data rate with variable Signal to Noise Ratio (SNR) gaps. In particular, we consider the bit loading in near optimal Singular Value Decomposition (SVD) based MIMO-OFDM system. While using SVD based system, the system requires perfect Channel State Information (CSI) of channel transfer function at the transmitter. This scenario of SVD based system is taken as an ideal case for the comparison of loading algorithms and to show the actual enhancement achievable by our AGL algorithm. Irrespective of the CSI requirement imposed by the mode of the system itself, ABL demands high level of feedback. Grouped Loading (GL) would reduce the feedback requirement depending upon the group size. However, this also leads to considerable degradation in BER performance. In our AGL algorithm, groups are formed with a number of consecutive sub-channels belonging to the same transmit antenna, with individual gains satisfying predefined criteria. Simulation results show that the proposed "weight factor" leads a loading algorithm to rapid convergence for various data rates with variable SNR gap values and AGL requires much lesser CSI compared to GL for the same BER performance.
Kim, Young-Han;Ahn, Hyun-Seok;Yoon, Changseok;Lim, Yongseok;Lim, Seung-ok;Yoon, Myung-Hyun
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.2
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pp.1250-1264
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2017
This paper presents the architecture design, implement, experimental validation of a bistatic backscatter wireless communication system in Wi-Fi network. The operating principle is to communicate a tag's data by detecting the power level of the power modulated Wi-Fi packets to be reflected or absorbed by backscatter tag, in interconnecting with Wi-Fi device and Wi-Fi AP. This system is able to provide the identification and sensor data of tag on the internet connectivity without requiring extra device for reading data, because this uses an existing Wi-Fi AP infrastructure. The backscatter tag consists of Wi-Fi energy harvesting part and a backscatter transmitter/a power-detecting receiver part. This tag can operate by harvesting and generating energy from Wi-Fi signal power. Wi-Fi device decodes information of the tag data by recognizing the power level of the backscattered Wi-Fi packets. Wi-Fi device receives the backscattered Wi-Fi packets and generates the tag's data pattern in the time-series of channel state information (CSI) values. We believe that this system can be achieved wireless connectivity for ultra- low-power IoT and wearable device.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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