• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제9권10호
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• pp.3867-3886
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• 2015

This article investigates the problem of opportunistic spectrum access in dynamic environment, in which the signal-to-noise ratio (SNR) is time-varying. Different from existing work on continuous feedback, we consider more practical scenarios in which the transmitter receives an Acknowledgment (ACK) if the received SNR is larger than the required threshold, and otherwise a Non-Acknowledgment (NACK). That is, the feedback is discrete. Several applications with different threshold values are also considered in this work. The channel selection problem is formulated as a non-cooperative game, and subsequently it is proved to be a potential game, which has at least one pure strategy Nash equilibrium. Following this, a multi-agent Q-learning algorithm is proposed to converge to Nash equilibria of the game. Furthermore, opportunistic spectrum access with multiple discrete feedbacks is also investigated. Finally, the simulation results verify that the proposed multi-agent Q-learning algorithm is applicable to both situations with binary feedback and multiple discrete feedbacks.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제6권2호
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• pp.593-609
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• 2012

We propose a scheme to reduce the overhead associated with channel state information (CSI) feedback required for opportunistic scheduling in wireless access networks. We study the case where CSI is partially overheard by mobiles and thus one can suppress transmitting CSI reports for time varying channels of inferior quality. We model the mechanism of feedback suppression as a Bayesian network, and show that the problem of minimizing the average feedback overhead is NP-hard. To deal with hardness of the problem we identify a class of feedback suppression structures which allow efficient computation of the cost. Leveraging such structures we propose an algorithm which not only captures the essence of seemingly complex overhearing relations among mobiles, but also provides a simple estimate of the cost incurred by a suppression structure. Simulation results are provided to demonstrate the improvements offered by the proposed scheme, e.g., a savings of 63-83% depending on the network size.

• Journal of Communications and Networks
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• 제15권6호
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• pp.589-600
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• 2013

In this paper, we propose a new feedback scheme called mode selection-based feedback by scheduling probability prediction (SPP-MF) for channel state feedback in OFDMA downlink system. We design the scheme such that it determines the more desirable feedback mode among selective feedback by scheduling probability prediction (SPP-SF) mode and bitmap feedback by scheduling probability prediction (SPP-BF) mode, by calculating and comparing the throughputs of the two modes. In both feedback modes, each user first calculates the scheduling probability of each subchannel (i.e., the probability that a user wins the scheduling competition for a subchannel) and then forms a feedback message based on the scheduling probability. Specifically, in the SPP-SF mode, each user reports the modulation and coding scheme (MCS) levels and indices of its best S subchannels in terms of the scheduling probability. In the SPP-BF mode, each user determines its scheduling probability threshold. Then, it forms a bitmap for the subchannels according to the scheduling probability threshold and sends the bitmap along with the threshold. Numerical results reveal that the proposed SPP-MF scheme achieves significant performance gain over the existing feedback schemes.

• 한국통신학회논문지
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• 제31권8A호
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• pp.798-803
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• 2006

다중사용자 다중입출력 시스템에서 채널 적응 기술을 사용하면 시스템의 통신용량을 증가시킬 수 있다. 하지만 이를 위해서는 많은 양의 사용자 채널품질 정보가 송신 단에 되돌림 되어야 한다. 다중사용자 다중입출력 시스템으로 기존에 제안된 per user unitary and rate control(PU2RC)는 사전코딩(preceding) 정보와 그때의 채널품질정보가 요구되며, 스케줄링의 효율이 떨어지는 단점이 있었다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 본 논문에서는 되돌림 정보량 줄이는 새로운 방법을 제안한다. 제안된 기법은 미리 알려진 사전코딩행렬을 사용하고 사용자의 채널상황에 따라 선택적 되돌림(opportunistic feedback) 방법을 사용한다. 모의실험을 통하여 제안된 기법이 기존의 PU2RC 대비 훨씬 적은양의 되돌림 정보량으로 비슷한 통신용량 성능을 보장함을 보인다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제46권7호
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• pp.6-12
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• 2009

본 논문에서는 다중 사용자 환경 다중 안테나 시스템에서 고유값 기반 스케줄링을 수행하기 위한 채널 정보(CSI: channel state information)를 각 사용자의 채널 상태에 따라 선택적(opportunistic)으로 피드백하기 위한 기법을 제안하고 있다. 3GPP(3rd generation partnership project) SMC(spatial multiplexing channel) 채널 모델에 의하면 도심지역에서 다중 사용자 다중 입출력(MU-MIMO: multiuser multiple input multiple output) 시스템은 안테나간의 높은 상관도(correlation)에 의해 시스템 용량(capacity)이 크게 저하된다. 이를 해결하기 위해 제안된 고유값 기반 스케줄링 기법의 경우 상관도에 의한 시스템 용량 저하를 완화시킬 수 있지만, 다중 사용자 다이버시티 이득(multiuser diversity gain)을 충분히 얻지 못하는 단점이 있다. 본 논문에서는 고유값 기반 스케줄링 기법을 바탕으로 다중 사용자 다중 입출력 시스템에서 평균적인 피드백 용량의 증가가 크지 않으면서, 다중 사용자 다이버시티 이득을 크게 향상 시킬 수 있는 선택적 채널 정보 피드백 기법을 제안하고 있다. 컴퓨터 모의 실험 결과를 통해서 본 논문에서 제안한 선택적 피드백 기법을 통해 시스템 용량 개선 효과를 확인할 수 있다.

• 한국통신학회논문지
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• 제35권7A호
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• pp.731-742
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• 2010

We propose an incremental relaying protocol in conjunction with opportunistic communication for differential modulation with an aim to make efficient use of the degrees of freedom of the channels by exploiting a imited feedback signal from the destination. In particular, whenever the direct link from the source to the destination is not favorable to decoding, the destination will request the help from the opportunistic relay (if any). The performance of the proposed system is derived in terms of average bit error probability and achievable spectral efficiency. The analytic results show that the system assisted by the opportunistic relaying can achieve full diversity at low SNR regime and exhibits a 30㏈ gain relative to direct transmission, assuming single-antenna terminals. We also determine the effect of power allocation on the bit error probability BEP) performance of our relaying scheme. We conclude with a discussion on the relationship between the given thresholds and channel resource savings. Monte-Carlo simulations are performed to verify the analysis.

• Journal of Communications and Networks
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• 제9권2호
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• pp.128-135
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• 2007

A combined opportunistic multiple beamforming method is presented that the first beam is designed with an aid of channel state information using uplink mid-amble and other beams are orthogonally generated to the first beam sequentially. The power allocation with SINR feedback increases overall throughput for the decentralized systems. The advantages of the proposed scheme is that the first beam is not interfered by other beams guaranteeing quality of service (QoS) and other orthogonal beams are operated opportunistically to obtain multi user diversity. The computer simulation demonstrates that the proposed scheme is effective at a small number of users, which is common in cellular systems, and outperforms conventional spatial division multiple access (SDMA) opportunistic beamforming methods.

• 한국통신학회논문지
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• 제33권2A호
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• pp.130-138
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• 2008

이 논문에서는 오퍼튜니스틱한 빔을 형성하는 시스템에서 다중 파일럿 빔을 이용해 하향링크 데이터 수율을 높이도록 사용자들을 선택하는 스케줄링 방법을 제시한다. 오퍼튜니스틱 빔 포밍 시스템에서는 사용자의 비 균일한 분포와 적은 수에 의해 하향링크로의 데이터 수율 성능이 감소할 수 있다. 이를 개선하기 위해 기존에 연구되어온 다중 파일럿 빔을 사용하는 다른 두 가지 시스템 모델에서 SINR이 아닌, 빔포머와 각 사용자의 채널 간 이득을 이용하여 스케줄링 하는 방법을 제안한다. 제안한 방법을 통해 사용자들의 분포에 따라 유연하게 데이터를 수신할 사용자를 선택할 수 있다. 수치적 결과에서는 사용자들의 분포가 비 균일하고 수가 적은 경우에, 사용자들로부터 피드 백 받은 SINR 또는 SNR로부터 효율적인 채널 이득을 사용하여 스케줄링을 하는 것과 피드백 받은 SINR만으로 데이터를 수신 할 사용자들을 선택한 경우와 비교하여 제안한 방법에서 60%가량 향상된 데이터 수율 결과를 얻을 수 있음을 보여준다.

• 한국통신학회논문지
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• 제33권8C호
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• pp.617-626
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• 2008

기회적 빔포밍(OBF)은 채널이 거의 변하지 않는 환경에서도 기지국에서 랜덤 빔을 발생시켜서 인위적으로 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻는 기법이며, 궤환 정보량도 순시 SNR 정보만을 필요로 한다. 이러한 이점에도 불구하고 수신단에서의 채널 추정 오류는 부정확한 순시 SNR의 원인이 된다. 특히 추정된 SNR에 의해 선택된 AMC 레벨이 실제 채널 용량보다 큰 전송율을 요구할 때는 패킷의 손실이 불가피 하다. 본 논문에서는 채널 추정 성능을 고려하여 계산한 보수적 인자를 이용해 추정된 SNR을 인위적으로 감소시킴으로써 성능 저하를 방지하는 보수적 링크 적응 방식을 제안한다. 제안된 보수적 인자는 실제 채널 SNR과 감소된 추정 SNR의 차이의 최대값의 분산을 최소화 하도록 계산된다. 이를 위해 실제 채널 SNR과 추정된 SNR의 차이의 통계량을 수학적으로 분석하였다. 실제 LS 추정기를 적용한 컴퓨터 시뮬레이션 결과 채널 추정 오류가 있는 상황에서 제안된 방식이 추정 오류로 저하된 평균 수율 성능을 두 배 이상 향상시키고, 비례적 공정 스케줄러의 공평성 성능을 손상시키지 않음도 확인하였다.

• Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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• 제7권2호
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• pp.53-59
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• 2018

This paper proposes a pseudo-random beamforming technique for time-synchronized mobile base stations (BSs) for multi-cell downlink networks which have mobility. The base stations equipped with multi-antennas and mobile stations (MSs) are time-synchronized based on global positioning system (GPS) signals and generate a number of transmit beamforming matrix candidates according to the predetermined pseudo-random pattern. In addition, MSs generate receive beamforming vectors that correspond to the beam index number based on the minimum mean square error (MMSE) using transmit beamforming vectors that make up a number of transmit beamforming matrices and wireless channel matrices from BSs estimated via the reference signals (RS). Afterward, values of received signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) with regard to all transmit beamforming vectors are calculated, and the resulting values are then feedbacked to the BS of the same cells along with the beam index number. Each of the BSs calculates each of the sum-rates of the transmit beamforming matrix candidates based on the feedback information and then transmits the calculated results to the BS coordinator. After this, optimum transmit beamforming matrices, which can maximize a sum-rate of the entire cells, are selected at the BS coordinator and informed to the BSs. Finally, data signals are transmitted using them. The simulation results verified that a sum-rate of the entire cells was improved as the number of transmit beamforming matrix candidates increased. It was also found that if the received SINR values and beam index numbers are feedbacked opportunistically from each of the MSs to the BSs, not only nearly the same performance in sum-rate with that of applying existing feedback techniques could be achieved but also an amount of feedback was significantly reduced.