Opportunistic CSI feedback in multi-user MIMO environments

Abstract

최근 다중 입력 다중 출력(MIMO) 기법은 무선 통신 환경에서 데이터 전송률을 향상시키기 위한 방안으로 각광받고 있다. 기지국은 다중 송신 안테나를 이용하여 단일 사용자의 신호 대 간섭비(SNR)를 향상시킬 수 있다. 또한 기지국이 다중 송신 안테나를 이용하여 다중 빔을 생성하고, 같은 시간-주파수 자원에서 동시에 여러 명의 사용자를 서비스 할 수 있다. MIMO 시스템 운용을 위해서는 채널 품질 정보(CQI)와 채널 방향 정보(CDI)로 이루어진 채널 상태 정보(CSI)가 필요하다. 채널 상태 정보는 사용자가 제한된 비트 수로 양자화 하여 기지국에게 전달한다. 이 때, 채널 정보의 양자화 오차는 심각한 수준의 성능 저하를 초래할 수 있다. 채널 상태 정보는 사용자들로부터 기회적으로 전달될 수 있으며, 이를 통해 피드백 오버헤드를 감소시키는 동시에 다중 사용자 다이버시티 (MUD) 이득을 얻을 수 있다. 대부분의 기회적 채널 정보 피드백 기법들은 채널 품질 정보를 기준으로 피드백 여부를 결정한다. 그러나, 양자화된 채널 방향 정보를 사용하는 경우에는 빔 간의 간섭이 유발될 수 있다. 따라서, 채널 품질 정보뿐만 아니라 채널 방향 정보까지 함께 고려하는 것이 바람직하다. 45 본 논문에서는 채널 품질 정보와 채널 방향 정보를 함께 고려한 채널 상태 정보 피드백 기법을 고려한다. 먼저 채널 상태 정보의 양자화 오차가 단일 사용자 및 다중 사용자 MIMO 환경의 성능에 미치는 영향을 분석하고, 각 환경에 맞는 기회적 채널 정보 피드백 기술 및 사용자 스케줄링 기술을 제안한다. 제안 기법을 사용한 경우 채널 정보 피드백 오버헤드를 감소시키면서도 주파수 효율을 향상시킬 수 있음을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있다.

The application of multi-input multi-out (MIMO) techniques to wireless systems has been receiving great attention as one of major potentials for the improvement of transmission capacity. The base station can employ MIMO techniques to improve the user signal-to-noise power ratio (SNR) or to simultaneously transmit multiple transmit beams to multiple users. The MIMO technique may need the use of channel state information (CSI) for better operation, including channel quality information (CQI) and channel direction information (CDI). The CSI is often reported from mobile stations in a quantized format, which may cause serious performance degradation. The CSI can opportunistically be reported from users, which can reduce the feedback signaling overhead while achieving multi-user diversity gain. Most of opportunistic feedback schemes use the CQI as a primary reference for the CSI. However, the use of quantized CDI for MIMO transmission may cause inter-beam interference among multiple transmit beams as well as beamforming gain reduction. As a consequence, it may be desirable to consider the CDI as well as the CQI. In this thesis, we consider the CQI and the CDI for the opportunistic CSI feedback. ii We analyze the effect of CSI quantization error on the beamforming performance in multi-user MIMO environments. Then, we propose a novel scheme for opportunistic feedback and user scheduling in single-user beamforming and multi-user spatial multiplexing environments. Simulation results show that the proposed scheme can improve the spectral efficiency using a small amount of CSI feedback signaling overhead.