Mai, Vien V.;Kim, Juyeop;Choi, Sang Won;Shin, Won-Yong
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.1
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pp.52-57
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2016
We introduce a hybrid scheduling in a multi-path poor scattering full-duplex (FD) system, which consists of one multi-antenna FD base station and a large number of single-antenna half-duplex mobile stations. Our hybrid scheduling utilizes partial channel state information at the transmitter. In particular, unlike the conventional scheduling method using opportunistic transmission for both uplink and downlink, the proposed scheme combines a random transmit beamforming for downlink and a zero forcing beamforming for uplink. As our main result, via computer simulations, it is shown that the proposed scheme has a superior sum-rate performance than that of the conventional scheduling method beyond a certain signal-to-noise ratio regime.
Portier Fabrice;Raos Ivana;Silva Adao;Baudais Jean-Yves;Helard Jean-Francois;Gameiro Atilio;Zazo Santiago
Journal of Communications and Networks
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v.7
no.2
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pp.157-170
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2005
The combination of multiple antennas and multi-carrier code division multiple-access (MC-CDMA) is a strong candidate for the downlink of the next generation mobile communications. The study of such systems in scenarios that model real-life trans-missions is an additional step towards an optimized achievement. We consider a realistic MIMO channel with two or four transmit antennas and up to two receive antennas, and channel state information (CSI) mismatches. Depending on the mobile terminal (MT) class, its number of antennas or complexity allowed, different data-rates are proposed with turbo-coding and asymptotic spectral efficiencies from 1 to 4.5 bit/s/Hz, using three algorithms developed within the European IST-MATRICE project. These algorithms can be classified according to the degree of CSI at base-station (BS): i) Transmit space-frequency prefiltering based on constrained zero-forcing algorithm with complete CSI at BS; ii) transmit beamforming based on spatial correlation matrix estimation from partial CSI at BS; iii) orthogonal space-time block coding based on Alamouti scheme without CSI at BS. All presented schemes require a reasonable complexity at MT, and are compatible with a single-antenna receiver. A choice between these algorithms is proposed in order to significantly improve the performance of MC-CDMA and to cover the different environments considered for the next generation cellular systems. For beyond-3G, we propose prefiltering for indoor and pedestrian microcell environments, beamforming for suburban macrocells including high-speed train, and space-time coding for urban conditions with moderate to high speeds.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.41
no.12
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pp.1903-1913
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2016
In this paper, we propose 2-stage beamformer with linear receiver in wireless backhaul downlink system where macro base station has large antenna array with sub-array structure. Also, to compare the system capacity, we apply 3-stage beamformer with zero-forcing precoder and calculate the achievable sum rate of received small cell base stations. Considering scattering and path-loss property of wireless backhaul channel, we combine precoding technique for spatial multiplexing and beamforming technique to overcome path-loss. Therefore, we design DFT-based fixed beam patterns for the first stage. The simulation results show that considering spatial multiplexing, proposed 2-stage beamformer with linear receiver can increase the achievable sum rate as well as reduce the feedback information.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.45
no.7
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pp.45-52
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2008
In typical cellular systems using frequency reuse scheme, the terminal suffers a performance degradation due to the intercell interference signals from adjacent cells as the terminal moves toward the cell boundary. In this paper, a signal transmission and reception scheme which achieve spatial multiplexing and beamforming gain from a distributed MIMO (multiple-input multiple-output) channel using multiple-antenna terminal is proposed for the spectral efficiency enhancement in a multi-cell downlink environment, when geographically separated base stations cooperatively transmit signals. In particular, we analyze the effective signal-to-interference ratio and spectral efficiency of the proposed scheme for different frequency reuse patterns and for varying numbers of receive antennas, and compare with the performance of the MRC (maximal ratio combining) reception scheme in typical cellular systems. We evaluate the amount of transmission efficiency of the scheme by comparing the performance near the cell boundary where the strong intercell interference is experienced.
The optimal number of users achieving the maximum sum throughput is analyzed in zero-forcing (ZF) based multiuser multiple-input multiple-output (MIMO) systems with a large number of base station (BS) antennas. By utilizing deterministic ergodic sum rates for the ZF-beam forming (ZF-BF) and ZF-receiver (ZF-R) with a large number of BS antennas [1], [2], we can obtain the ergodic sum throughputs for the ZF-BF and ZF-R for the uplink and downlink frame structures, respectively. Then, we can also formulate and solve the optimization problems maximizing the ergodic sum throughputs with respect to the number of users. This paper shows that the approximate downlink sum throughput for the ZF-BF is a concave function and the approximate uplink sum throughput for the ZF-R is also a concave function in a feasible range with respect to the number of users. The simulation results verify the analyses and show that the derived numbers of users provide the maximum sum throughputs for the ZF-BF as well as ZF-R in multiuser MIMO systems with a large number of BS antennas.
In this study, a spatial spectrum method is proposed to cope with the pilot spoofing attack (PSA) problem by exploiting the of uplink-downlink channel reciprocity in time-division-duplex multiple-input multiple-output systems. First, the spoofing attack in the uplink stage is detected by a threshold derived from the predefined false alarm based on the estimated spatial spectrum. When the PSA occurs, the transmitter (That is Alice) can detect either one or two spatial spectrum peaks. Then, the legitimate user (That is Bob) and Eve are recognized in the downlink stage via the channel reciprocity property based on the difference between the spatial spectra if PSA occurs. This way, the presence of Eve and the direction of arrival of Eve and Bob can be identified at the transmitter end. Because noise is suppressed by a spatial spectrum, the detection performance is reliable even for low signal-noise ratios and a short training length. Consequently, Bob can use beamforming to transmit secure information during the data transmission stage. Theoretical analysis and numerical simulations are performed to evaluate the performance of the proposed scheme compared with conventional methods.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.35
no.4A
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pp.341-349
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2010
In this paper, we studied on the optimization of the output power of Mobile WiMAX (IEEE 802.16) base station considering the technical condition of base station and wireless channel condition. The optimum power of base station can be estimated based on the link budget calculation of downlink and uplink in the Mobile WiMAX communication system. We investigated the optimum output power of base station in the case of 2Tx-2Rx base station with $2{\times}2$ MIMO(multiple input multiple output) technology, 2Tx-4Rx base station with improved receiver sensitivity, and 4Tx-4Rx base station with beamforming technology.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.20
no.3
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pp.248-256
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2009
EB(Eigen-Beamforming) has widely been applied to MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) systems to form beams which maximize the effective signal-to-interference plus noise ratio(SINR) of the receiver using the singular value decomposition(SVD) of the MIMO channel. However, the signal detection performance for the mobile station near the cell boundary is severely degraded and the transmission efficiency decreases due to the influence of the interference signal from the adjacent cells. In this paper, we propose an adaptive interference mitigation method for the EB transmission, and evaluate the reception performance. In particular, a reception strategy which adaptively utilizes optimal combining(OC) and minimum mean-squared error for Intercell spatial demultiplexing(MMSE-lSD) is proposed, and the reception performance is investigated in terms of the effective SINR and system capacity. For the average system capacity, the proposed adaptive reception demonstrates the performance enhancement compared to the conventional EB reception using the receiver beamforming vector, and up to 2 bps/Hz performance gain is achieved for mobile station located at the cell edge.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.41
no.11
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pp.1630-1638
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2016
In this paper, we consider multiuser massive multiple-input and multiple-output (MIMO) system where multiusers simultaneously utilize massive antennas of base station (BS). With a downlink frame structure considering pilot signals, we derive the ergodic cell capacity based on zero-forcing beamforming (ZFBF) technique. This paper proves that the ergodic cell capacity is concave function with respect to the numbers of BS antennas and users, and derives the optimum numbers of BS antennas and users maximizing ergodic cell capacity. From the simulation results, it is shown that the derived numbers of BS antennas and users has the optimum value for the maximum ergodic cell capacity, and the ergodic cell capacity with the derived optimum values increases with respect to the transmit SNR(Signal to Noise Ratio).
Kyeongjea Lee;Tae-Woo Kim;Sungyoon Cho;Kiwon Kwon;Dong Ku Kim
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.4
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pp.922-937
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2024
Maritime activities are on the rise, there is a growing demand for high-quality communication services that can cover larger areas. However, the transmission of high data rates to maritime users is challenging due to path loss from land base stations, which limits the transmission power. To overcome this challenge, researchers have been exploring the use of buoys in a marine environment as relays for communication technology. This paper proposes a simulation-based approach to investigate the impact of various beamwidths on communication performance when using a buoy as a relay. The objective is to determine the optimal beamwidth that yields the highest data rate for the target location. The approach is based on an offshore wave model where the direction of the buoy changes according to the height of the wave. The study investigates the performance of the relay in the downlink situation using receive beamforming, and the capacity at the user in the three-hop situation is verified using an amplify-and-forward (AF) relay that uses transmit beamforming to the user. The simulation results suggest that the beamwidth of the relay should be adjusted according to the wave conditions to optimize the data rate and relay position that satisfies a data rate superior to the direct path to the target position. Using a buoy as a relay can be a promising solution for enhancing maritime communications, and the simulation-based approach proposed in this paper can provide insights into how to optimize beamwidth for effective communication system design and implementation. In conclusion, the study results suggest that the use of buoys as relays for maritime communication is a feasible solution for expanding coverage and enhancing communication quality. The proposed simulation-based approach provides a useful tool for identifying relay beamwidths for achieving higher data rates in different wave conditions. These findings have significant implications for the design and deployment of communication systems in maritime environments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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