제로포싱 빔포밍 기반 전송률 분할 다중접속기술의 합-전송률 최대화 기법 (Sum-Rate Maximization of Rate-Splitting Multiple Access with Zero-Forcing Beamforming)

서지정보

· 발행기관 : 한국통신학회
· 수록지 정보 : 한국통신학회논문지 / 45권 / 9호 / 1483 ~ 1492페이지
· 저자명 : 안지혜, 하노겸, 신원재

초록

본 논문에서는 다중 안테나 방송 채널에서 전송률 분할 다중접속기술(Rate-splitting multiple access, RSMA)의합-전송률(Sum-rate) 최대화를 위한 최적 빔포밍(Beamforming) 설계 및 전력 할당 기법을 제시한다. RSMA는 기존의 다중접속기술과 다르게 메시지를 공유 메시지(Common message)와 개인 메시지(Private message) 두 종류로분할하는 특징을 가진다. 메시지 분할로 인해 고려해야 하는 변수의 수가 증가하며 이를 모두 고려하는 합-전송률최적화 문제는 높은 복잡도와 non-convexity를 가진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제로포싱(Zero-forcing)을 개인 스트림에 적용하여 개인 스트림 간의 간섭을 제거함으로써 수식을 단순화한다. 또한, 최적해가 존재할 수 있는모든 경우를 고려하여 최적화 문제를 단순화시키는 저 복잡도 알고리즘을 제안한다. 각 경우에서 합-전송률을concave 함수 또는 quasi-concave 함수 형태로 나타내고 이를 기반으로 하여 각 경우의 최적 해를 유도한다. 최종적으로 각 경우에서 최적화된 합-전송률을 비교하여 가장 큰 값을 가지는 해를 최적의 해로 도출한다. 모의실험결과를 통해 기존 논문에서 제시된 최적화 방식과 기존의 다중접속기술과 합-전송률을 비교함으로써 제안한 알고리즘을 적용한 RSMA가 합-전송률 측면에 있어서 우수한 성능을 가짐을 보인다.

영어초록

In this paper, we propose a jointly optimal beamforming and power allocation scheme to maximize the sum-rate for multi-antenna broadcast channels in which rate-splitting multiple access (RSMA) is applied. The key feature of RSMA is the split of the messages into common and private parts. Since, the number of variables that should be considered increases by splitting messages, joint optimization problem has high complexity and non-convexity. To tackle this problem, we simplify the expression of rate by applying zero-forcing to the private stream which removes interference between private streams. Furthermore, we propose a low complexity algorithm in which the optimization problems are simplified according to cases where an optimal solution can exist. In each case, the sum-rate is re-expressed as a concave or quasi-concave function and based on this function an optimal solution is derived. Finally, an optimal solution of the sum-rate maximization problem is derived by selecting the best solution from the solutions in each case. By comparing simulation results with conventional multiple access schemes and RSMA with the existing optimization method, it turns out that RSMA with the proposed algorithm has better performance in terms of the sum-rate.

참고자료

· 없음