제한 피드백을 활용한 다중사용자 MIMO 업링크 용량 및 코드북 설계

본 논문은 다중사용자 MIMO 다중접속(MAC) 시스템에서 제한된 피드백 비트만을 이용해 전송 공분산 행렬을 선택하도록 설계된 코드북을 통해 용량 영역을 분석하고 최적 설계 방법을 제시한다. 먼저 시스템 모델을 정의한다. 각 사용자는 M_t개의 송신 안테나를, 베이스스테이션은 M_r개의 수신 안테나를 보유하며, 채널은 독립적인 Rayleigh 평탄 페이딩을 따른다. 수신기는 완전한 CSI를 보유하고, 이를 제한된 비트(B)로 양자화해 사용자에게 피드백한다. 피드백은 CSIT 공간 U에 대한 인덱스로 표현되며, |U|=2^B이다. 제한된 CSIT 하에서 각 사용자의 전송 공분산 행렬 Q_k(u) 를 사전에 정의된 코드북에 포함시킨다. 전력 제약은 “피드백 상태별”로 적용되어, 어떤 피드백 인덱스가 선택되더라도 Tr(Q_k(u)) ≤ P_k 를 만족한다. 이러한 가정 하에 Theorem 1을 증명하여, K사용자 MAC의 용량 영역을 다각형 형태로 표현한다. 구체적으로, 모든 사용자 집합 S⊆{1,…,K}에 대해 ∑_{k∈S} R_k ≤ E_U