다중 사용자 공간 다중화 MIMO 다운링크를 위한 공동 송수신 설계

본 논문은 다중 사용자(MU) 다중 안테나(MIMO) 시스템의 다운링크에서 전송 전력을 효율적으로 관리하면서도 각 사용자에게 요구되는 사후 신호대간섭비(post‑SINR)를 보장하는 공동 송신‑수신 설계 방법을 제안한다. 서론에서는 현재 무선 네트워크가 직면한 과제, 즉 트래픽 증가와 셀 경계 사용자에 대한 간섭 문제를 소개하고, 기존의 전력 최소화 기법이 사용자 간 전력 배분을 충분히 고려하지 못한다는 한계를 지적한다. 이러한 배경에서 가중합 전력 최소화라는 새로운 최적화 목표를 도입하고, 이를 통해 네트워크 운영자가 사용자별 서비스 우선순위와 간섭 억제 요구를 동시에 반영할 수 있음을 강조한다. 시스템 모델에서는 베이스 스테이션이 N_t개의 송신 안테나를, 각 사용자 k가 N_r개의 수신 안테나를 보유하고, 각 사용자는 d_k개의 독립 데이터 스트림을 전송받는 상황을 가정한다. 전송 신호는 선형 프리코딩 행렬 W_k와 데이터 벡터 s_k의 곱으로 표현되며, 수신 측에서는 선형 수신기 V_k를 적용한다. 사후 SINR는 V_k^H H_k W_k s_k와 간섭·노이즈 항의 비율로 정의되며, 각 스트림에 대해 최소 SINR γ_{k,i}를 만족해야 한다. 문제 정의 단계에서는 전체 전송 전력 P_total = Σ_k Tr(W_k W_k^H)를 최소화하면서, 모든 스트림에 대해 γ_{k,i} ≥ γ_{k,i}^{target}이라는 제약을 부과한다. 여기서 가중치 벡터 α =