KR101439731B1 - Apparatus and method for communication with terminal using a plurality of antennas - Google Patents
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Abstract
복수 개의 안테나를 이용하여 단말과 통신하는 통신 장치가 제공된다. 상기 통신 장치는, 상기 복수 개의 안테나를 미리 지정된 기준에 의해 정렬하는 정렬부와, 상기 정렬된 상기 복수 개의 안테나를 복수 개의 안테나 그룹으로 그룹핑한 복수 개의 윈도우 각각에 대해, 시스템 용량을 계산하는 계산부, 및 상기 복수 개의 윈도우 중 상기 시스템 용량이 최대인 제1 윈도우를 선택하는 선택부를 포함할 수 있다.There is provided a communication apparatus for communicating with a terminal using a plurality of antennas. The communication apparatus includes an alignment unit for aligning the plurality of antennas according to a predetermined reference, a calculation unit for calculating a system capacity for each of a plurality of windows grouped by grouping the plurality of aligned antennas into a plurality of antenna groups, And a selection unit selecting a first window having the maximum system capacity among the plurality of windows.
Description
복수 개의 안테나를 이용하여 단말과 통신하는 장치 및 방법에 연관되며, 보다 특정하게는 다중 사용자 다중 안테나(Multi-user Massive Multi-Input Multi-Output, MU-MIMO) 시스템에서 전체 안테나 중 일부 안테나를 선택하여 사용자 단말과 통신하는 장치 및 방법에 연관된다.The present invention relates to an apparatus and method for communicating with a terminal using a plurality of antennas, and more particularly, to a system and method for selecting some antennas among all antennas in a multi-user multi-input multi-output (MU- To a device and method for communicating with a user terminal.
최근 Massive MIMO 네트워크 시스템에서 안테나를 선택하여 데이터 통신에 이용하는 기술들이 다양하게 연구되고 있다.Recently, a variety of techniques have been studied for selecting antennas in massive MIMO network systems for data communication.
기존 연구들의 경우, 일반적으로 BS(Base Station)가 한번에 하나의 MS(Single Mobile Station)와 한번에 통신하는 Single-user MIMO 네트워크를 고려하고 있다. 그러나, 최근 네트워크를 통한 통신량이 많아지면서, 대량의 전송 안테나를 이용하여 여러 명의 사용자와 동시에 통신하는 다중 사용자 다중 안테나(Multi-user Massive Multi-Input Multi-Output, MU-MIMO) 네트워크 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 경우 사용자 간의 CCI(Co-Channel Interface)를 줄이기 위하여 BD(Block-Diagonalization)나 Zero-forcing Precoding 기술이 주로 활용된다.In existing studies, a single-user MIMO network, in which a BS (Base Station) communicates with one MS (Single Mobile Station) at a time, is generally considered. However, recently, as the amount of communication through a network increases, interest in a multi-user multi-input multi-output (MU-MIMO) network system that simultaneously communicates with a plurality of users using a large number of transmission antennas Is increasing. In this case, block-diagonalization (BD) or zero-forcing precoding technology is mainly used to reduce the co-channel interface (CCI) between users.
또한, 이러한 선형 precoding 기반 다중 사용자 다중 안테나(MU-MIMO) 네트워크에서 BS의 전체 안테나 중 일부를 선택하여 통신에 이용하는 "안테나 선택 기술"도 제시되고 있다. 전체 안테나 중 일부의 안테나를 최적으로 선택하는 문제는 무수히 많은 반복적 계산을 필요로 하게 된다. 특히, 상기 선형 precoding 기술들의 경우에도 precoding 행렬들에 대한 행렬 Inversion을 처리하는 과정에서 안테나 선택 조합에 따른 복잡도가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 안테나 활용에 따른 장비의 크기나 가격, 복잡도 등의 문제점에 대한 보완이 요구된다.Also, an "antenna selection technique" in which a part of all the antennas of the BS is selected and used for communication in the linear precoding based multiuser multi-antenna (MU-MIMO) network is proposed. The problem of optimally selecting some antennas of all antennas requires numerous iterative calculations. In particular, even in the case of the linear precoding techniques, complexity due to antenna selection combination may occur in processing matrix inversion for precoding matrices. Therefore, it is required to compensate for problems such as the size, price, and complexity of the equipment according to the use of the antenna.
일측에 따르면, 복수 개의 안테나를 이용하여 단말과 통신하는 통신 장치에 있어서, 상기 복수 개의 안테나를 미리 지정된 기준에 의해 정렬하는 정렬부와, 상기 정렬된 상기 복수 개의 안테나를 복수 개의 안테나 그룹으로 그룹핑한 복수 개의 윈도우 각각에 대해, 시스템 용량을 계산하는 계산부, 및 상기 복수 개의 윈도우 중 상기 시스템 용량이 최대인 제1 윈도우를 선택하는 선택부를 포함하는 통신 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a communication apparatus for communicating with a terminal using a plurality of antennas, comprising: an alignment unit for aligning the plurality of antennas according to a predetermined reference; A calculation unit for calculating a system capacity for each of the plurality of windows, and a selection unit for selecting a first window having the maximum system capacity among the plurality of windows.
일실시예에 따르면, 상기 통신 장치는 상기 제1 윈도우에 포함되는 안테나들을 이용하여 상기 단말로 데이터를 전송할 수 있다.According to an embodiment, the communication apparatus can transmit data to the terminal using antennas included in the first window.
일실시예에 따르면, 상기 복수 개의 윈도우 각각은 상기 정렬의 순서 상 서로 이웃한 S 개 - 단, S는 자연수임 - 의 안테나들로 그룹핑 한 안테나 집합일 수 있다.According to an exemplary embodiment, each of the plurality of windows may be an antenna set in which S groups adjacent to each other in the order of the sorting, and S is a natural number.
일실시예에 따르면, 상기 복수 개의 안테나는 상기 통신 장치에 연관되는 극 다중 안테나(Massive Multi-Input Multi-Output)의 적어도 일부일 수 있다.According to one embodiment, the plurality of antennas may be at least a portion of a Massive Multi-Input Multi-Output associated with the communication device.
일실시예에 따르면, 상기 통신 장치는 다중 사용자 다중 안테나(Multi-user Massive Multi-Input Multi-Output, MU-MIMO) 시스템에 연관되며, 상기 복수 개의 안테나는 상기 시스템에 포함된 다중 안테나의 적어도 일부일 수 있다.According to one embodiment, the communication device is associated with a Multi-User Massive Multi-Input Multi-Output (MU-MIMO) system, wherein the plurality of antennas comprises at least a portion .
일실시예에 따르면, 상기 미리 지정된 기준은 상기 통신 장치와 통신하는 다중 사용자 별 채널 이득에 기초하여 결정될 수 있다.According to one embodiment, the predetermined criteria may be determined based on multi-user channel gains in communication with the communication device.
일실시예에 따르면, 상기 미리 지정된 기준은 상기 다중 사용자 별 채널 이득이 큰 안테나부터 내림차순으로 상기 복수 개의 안테나를 정렬하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the predefined criteria may be to sort the plurality of antennas in descending order from the antenna with the highest multi-user channel gain.
일실시예에 따르면, 상기 선택부는 슬라이딩 윈도우 알고리즘을 이용하여 상기 제1 윈도우를 선택할 수 있다.According to one embodiment, the selector may select the first window using a sliding window algorithm.
다른 일측에 따르면, 복수 개의 안테나를 이용하여 단말과 통신하는 통신 장치의 통신 방법에 있어서, 상기 복수 개의 안테나를 미리 지정된 기준에 의해 정렬하는 단계와, 상기 정렬된 상기 복수 개의 안테나를 복수 개의 안테나 그룹으로 그룹핑한 복수 개의 윈도우 각각에 대해, 시스템 용량을 계산하는 단계, 및 상기 복수 개의 윈도우 중 상기 시스템 용량이 최대인 제1 윈도우를 선택하는 단계를 포함하는 통신 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a communication method of a communication apparatus communicating with a terminal using a plurality of antennas, the method comprising the steps of: arranging the plurality of antennas according to a predetermined reference; Calculating a system capacity for each of a plurality of windows grouped into the plurality of windows; and selecting a first window having the maximum system capacity among the plurality of windows.
일실시예에 따르면, 상기 복수 개의 윈도우 각각은 상기 정렬의 순서 상 서로 이웃한 S 개 - 단, S는 자연수임 - 의 안테나들로 그룹핑 한 안테나 집합일 수 있다.According to an exemplary embodiment, each of the plurality of windows may be an antenna set in which S groups adjacent to each other in the order of the sorting, and S is a natural number.
일실시예에 따르면, 상기 미리 지정된 기준은 상기 통신 장치와 통신하는 다중 사용자 별 채널 이득에 기초하여 결정될 수 있다.According to one embodiment, the predetermined criteria may be determined based on multi-user channel gains in communication with the communication device.
일실시예에 따르면, 상기 미리 지정된 기준은 상기 다중 사용자 별 채널 이득이 큰 안테나부터 내림차순으로 상기 복수 개의 안테나를 정렬하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the predefined criteria may be to sort the plurality of antennas in descending order from the antenna with the highest multi-user channel gain.
일실시예에 따르면, 상기 제1 윈도우는 슬라이딩 윈도우 알고리즘을 이용하여 선택될 수 있다.According to one embodiment, the first window may be selected using a sliding window algorithm.
일실시예에 따르면, 상기 제1 윈도우에 포함되는 안테나들을 이용하여 상기 단말로 데이터를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the method may further include transmitting data to the terminal using antennas included in the first window.
도 1은 일실시예에 따른 통신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따라 복수 개의 안테나를 이용하여 단말과 통신하는 장치의 개념도이다.
도 3은 다른 실시예에 따라 복수 개의 안테나를 이용하여 단말과 통신하는 장치의 개념도이다.
도 4는 일실시예에 따른 슬라이딩 윈도우 알고리즘 기반의 제1 윈도우 선택 과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 통신 장치의 효율을 나타내는 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 통신 장치의 효율을 나타내는 도면이다.
도 7은 일실시예에 따라 복수 개의 안테나를 이용하여 단말과 통신하는 방법을 도시하는 흐름도이다.1 is a block diagram illustrating a communication device according to one embodiment.
2 is a conceptual diagram of an apparatus for communicating with a terminal using a plurality of antennas according to an embodiment.
3 is a conceptual diagram of an apparatus for communicating with a terminal using a plurality of antennas according to another embodiment.
4 is a diagram illustrating a first window selection process based on a sliding window algorithm according to an exemplary embodiment.
5 is a diagram illustrating efficiency of a communication apparatus according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram showing the efficiency of a communication apparatus according to another embodiment.
7 is a flowchart illustrating a method of communicating with a terminal using a plurality of antennas according to an embodiment.
이하에서, 일부 실시예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.In the following, some embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it is not limited or limited by these embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
아래 설명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.Although the terms used in the following description have selected the general terms that are widely used in the present invention while considering the functions of the present invention, they may vary depending on the intention or custom of the artisan, the emergence of new technology, and the like.
또한 특정한 경우는 이해를 돕거나 및/또는 설명의 편의를 위해 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.Also, in certain cases, there may be terms chosen arbitrarily by the applicant for the sake of understanding and / or convenience of explanation, and in this case the meaning of the detailed description in the corresponding description section. Therefore, the term used in the following description should be understood based on the meaning of the term, not the name of a simple term, and the contents throughout the specification.
명세서 전체에서, 제1 윈도우는 네트워크 시스템에 존재하는 복수 개의 안테나 중 사용자 단말과의 통신에 이용되는 안테나 그룹을 의미하며, 상기 네트워크 시스템의 시스템 용량이 최대화되도록 선택될 수 있다.Throughout the specification, the first window means an antenna group used for communication with a user terminal among a plurality of antennas existing in a network system, and the system capacity of the network system can be selected to be maximized.
도 1은 일실시예에 따라 복수 개의 안테나를 이용하여 단말과 통신하는 통신 장치(100)를 도시하는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a
상기 통신 장치(100)는 복수의 사용자에게 대량의 전송 안테나를 이용하여 동시에 데이터를 전송하는 다중 사용자 다중 안테나(Multi-user Massive Multi-Input Multi-Output, MU-MIMO) 시스템에서 안테나를 선택하는 기술에 연관된다.The
Massive MIMO 시스템에서는 대량의 안테나를 활용함으로써, 시스템 성능을 획기적으로 개선할 수 있으나, 그로 인하여 안테나 개수만큼의 baseband와 RF 부분이 필요하여 장비의 사이즈, 복잡도, 장비 가격 등에서 많은 문제점이 발생할 수 있다.Massive MIMO systems can greatly improve system performance by using a large number of antennas, but it requires baseband and RF parts as many as the number of antennas, which can lead to many problems in size, complexity, and equipment cost of the device.
이러한 문제점들은 전체 N(N은 자연수임)개의 안테나 중 일부의 안테나만을 적응적으로 선택하여 전송하는 방식을 통해 상당 부분 해결될 수 있다.These problems can be largely solved by a method of adaptively selecting and transmitting only a part of all N (N is a natural number) antennas.
그러나, 안테나 선택에 있어, 조합의 문제로 NCS에 해당하는 복잡도가 발생되며, 전체 안테나의 개수 N이 커질수록 그 복잡도는 더욱 증가한다.However, in antenna selection, a complexity corresponding to N C S is generated due to a problem of combining, and the complexity increases further as the number N of all antennas becomes larger.
또한, 선택된 안테나에 적용하는 빔포밍(beam forming) 방식에 따라, 기지국에서의 계산량이 기하급수적으로 증가할 수 있어, 실제 시스템에서의 구현에 어려움이 따른다.In addition, according to the beam forming method applied to the selected antenna, the amount of computation in the base station may increase exponentially, which is difficult to implement in an actual system.
이를 보완하기 위해, 상기 통신 장치(100)는 대량의 안테나를 이용하는 경우에도 복잡도와 비용 증가 문제를 개선할 수 있는 안테나 선택 및 통신 기술을 제시하고자 한다.In order to compensate for this, the
상기 통신 장치(100)는 정렬부(110), 계산부(120), 및 선택부(130)로 구성될 수 있다.The
상기 정렬부(110)는 상기 복수 개의 안테나를 미리 지정된 기준에 의해 정렬할 수 있다.The
상기 미리 지정된 기준은 상기 통신 장치(100)와 통신하는 다중 사용자 별 채널 이득에 기초하여 결정될 수 있다.The predefined criteria may be determined based on the multi-user channel gain in communication with the
또한, 상기 미리 지정된 기준은 상기 다중 사용자 별 채널 이득이 큰 안테나부터 내림차순으로 상기 복수 개의 안테나를 정렬하는 것일 수 있다.In addition, the predetermined criteria may be to sort the plurality of antennas in descending order from the antenna with the highest multi-user channel gain.
상기 계산부(120)는 상기 정렬된 상기 복수 개의 안테나를 복수 개의 안테나 그룹으로 그룹핑한 복수 개의 윈도우 각각에 대해, 시스템 용량을 계산할 수 있다.The
상기 복수 개의 윈도우 각각은 상기 정렬의 순서 상 서로 이웃한 S 개(단, S는 자연수임)의 안테나들로 그룹핑한 안테나 집합일 수 있다.Each of the plurality of windows may be an antenna set grouped into S (S is a natural number) antennas neighboring each other in the order of the alignment.
상기 선택부(130)는 상기 복수 개의 윈도우 중 상기 시스템 용량이 최대인 제1 윈도우를 선택할 수 있다.The
상기 통신 장치(100)는 상기 선택부(130)에 의해 선택된 상기 제1 윈도우에 포함되는 안테나들을 이용하여 상기 단말로 데이터를 전송할 수 있다.The
이 경우, 상기 선택부(130)는 슬라이딩 윈도우 알고리즘을 이용하여 상기 제1 윈도우를 선택할 수 있다.In this case, the
슬라이딩 윈도우 알고리즘을 이용하여 상기 선택부(130)가 상기 제1 윈도우를 선택하는 과정은 도 4에서 후술한다.A process of selecting the first window by the
상기 복수 개의 안테나는 상기 통신 장치(100)에 연관되는 극 다중 안테나(Massive Multi-Input Multi-Output)의 적어도 일부일 수 있다.The plurality of antennas may be at least a portion of a Massive Multi-Input Multi-Output associated with the
또한, 상기 통신 장치(100)는 다중 사용자 다중 안테나(MU-MIMO) 시스템에 연관되며, 이 경우 상기 복수 개의 안테나는 상기 시스템에 포함된 다중 안테나의 적어도 일부일 수 있다.Also, the
도 2는 일실시예에 따라 복수 개의 안테나를 이용하여 단말과 통신하는 장치의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of an apparatus for communicating with a terminal using a plurality of antennas according to an embodiment.
도 2를 참조하면, 다중 사용자 다중 안테나(MU-MIMO) 시스템에서 N개의 송신 안테나를 갖는 하나의 기지국이 K명의 사용자와 동시에 통신할 수 있다.Referring to FIG. 2, in a multiuser multi-antenna (MU-MIMO) system, one base station having N transmit antennas can simultaneously communicate with K users.
이 경우, 상기 K명의 사용자는 각각 복수 개의 안테나를 가질 수 있으나, 도 2의 실시예에서는 하나의 수신 안테나를 가정한다.In this case, each of the K users may have a plurality of antennas, but one receiving antenna is assumed in the embodiment of FIG.
도 2에서, Si는 i번째 사용자에 전송되는 신호를 나타내며, vi는 N×1의 빔포밍(beamforming) 벡터를 나타낸다.In FIG. 2, S i denotes a signal transmitted to the i-th user, and v i denotes an N × 1 beamforming vector.
이 때, 전체적인 송신 신호 X는 수학식 1 및 수학식 2와 같이 N×1의 벡터로 표현될 수 있다.At this time, the overall transmission signal X can be represented by an N × 1 vector as shown in Equations (1) and (2).
그러나, 다중 사용자 빔포밍 방식(Multi-user Beamforming scheme)에서는 전체적인 채널은 K×N의 행렬로 모델링될 수 있으며, 이는 수학식 3으로 표현될 수 있다.However, in a multi-user beamforming scheme, the overall channel can be modeled as a matrix of K x N, which can be expressed by Equation (3).
수학식 3에서, 는 j번째 베이스 스테이션(Base Station)과 i번째 사용자의 수신 안테나 간의 채널 계수(Channel Coefficient)를 의미한다.In Equation (3) Denotes a channel coefficient between a j-th base station and a reception antenna of an i-th user.
또한, 는 1×N의 행 행렬(row matrix)로서 N개의 송신 안테나와 i번째 사용자 간의 전체 채널 계수를, 는 K×1의 열 행렬(column matrix)로서 j번째 송신 안테나와 K명의 사용자 간의 전체 채널 계수를 각각 나타낸다.Also, Denotes a 1 × N row matrix, and the total channel coefficient between the N transmit antennas and the i-th user, Is a K × 1 column matrix representing the total channel coefficients between the jth transmit antenna and K users, respectively.
송신 신호 X가 채널을 통해 송신되는 경우, i번째 사용자가 수신하는 신호는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.When the transmission signal X is transmitted through the channel, the signal received by the i-th user may be expressed by Equation (4).
여기서, ni는 평균이 0이고, 분산이 1인 additive white Gaussian noise의 확률 변수이다.Where n i is a random variable of additive white Gaussian noise with an average of 0 and a variance of 1.
그리고, i번째 사용자의 SINR(Single-to-Interface plus Noise Ratio)는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.The Single-to-Interface plus Noise Ratio (SINR) of the i-th user can be expressed by Equation (5).
이 때, 모든 채널 계수들은 평균이 0이고, 분산이 1인 Complex Gaussian random value이며, 각각의 채널 계수는 모두 독립적(independent)이고 동일 분산(identically distributed) 값을 가진다고 가정할 수 있다.In this case, all channel coefficients are complex Gaussian random values with an average of 0 and a variance of 1, and it is assumed that each channel coefficient is independent and has an identically distributed value.
또한, 상기 채널 계수가 하나의 전송 구간 동안 시간에 대한 변화율이 매우 적은 물리량을 포함하며, 각각의 전송 구간에 대해 무작위적인 값이라 가정할 수 있다.Also, the channel coefficient includes a physical quantity with a very small rate of change with respect to time during one transmission interval, and it can be assumed that the channel coefficient is a random value for each transmission interval.
한편, 상기 통신 장치(100)는, 전체 N개의 안테나 중 신호를 전송하는 데 선택된 일부 S개의 안테나를 제외한 나머지 안테나는 사용하지 않는 방식의 다른 실시예를 구현 가능하며, 이는 도 3과 같이 수행될 수 있다.Meanwhile, the
상기 통신 장치(100)는 상기 정렬부(110)를 이용하여, N개의 안테나를 모든 사용자들에 대한 채널 이득에 따라 평가하고, 평가 결과에 기초하여 와 같이 정렬할 수 있다.The
상기 정렬된 채널 벡터는 에 의해, 와 같이 지표화될 수 있다.The aligned channel vector By this, As shown in FIG.
상기와 같이 지표화되어 정렬된 채널 벡터 중 상기 통신 장치(100)에 의해 통신에 이용될 안테나는, 일실시예에 따라 슬라이딩 윈도우 기반의 알고리즘을 통해 선택될 수 있다.The antennas to be used for communication by the
일실시예에 따른 슬라이딩 윈도우 알고리즘 기반의 제1 윈도우 선택 과정은 도 4와 같이 설명될 수 있다.A first window selection process based on a sliding window algorithm according to an exemplary embodiment may be described with reference to FIG.
상기 정렬부(110)에 의해 정렬된 복수 개의 안테나는, 복수 개의 안테나 그룹으로 그룹핑되어 복수 개의 윈도우로 구성될 수 있다.The plurality of antennas aligned by the aligning
이를테면, 상기 복수 개의 윈도우 각각은 상기 정렬의 순서 상 서로 이웃한 S 개(단, S는 N보다 작거나 같은 자연수)의 안테나들로 그룹핑 한 안테나 집합일 수 있다.For example, each of the plurality of windows may be an antenna set grouped into S (S is a natural number less than or equal to N) antennas neighboring each other in the order of the sorting.
상기 복수 개의 윈도우 각각에 대한 시스템 용량은 상기 계산부(120)를 통해 계산될 수 있으며, 상기 시스템 용량의 계산 결과에 기초하여 상기 통신 장치(100)에서 이용될 제1 윈도우가 선택될 수 있다.The system capacity for each of the plurality of windows may be calculated through the
상기 제1 윈도우는 네트워크 시스템에 존재하는 복수 개의 안테나 중 사용자 단말과의 통신에 이용되는 안테나 그룹을 의미하며, 상기 네트워크 시스템의 시스템 용량이 최대화되도록 선택될 수 있다.The first window means an antenna group used for communication with a user terminal among a plurality of antennas existing in a network system, and the system capacity of the network system can be selected to be maximized.
도 3에서 지표화된 채널 벡터들에 대하여, 정렬 순서대로 S개씩 하나의 윈도우로 설정되면, 차례로 한 개의 안테나 요소씩 이동하면서 윈도우를 구성하여 복수 개의 윈도우가 생성될 수 있다.3, when S is set to one window in the order of sorting, a plurality of windows can be generated by constructing a window while moving by one antenna element in order.
이에 따라, 상기 복수 개의 윈도우는 N-S+1 개(여기서, N은 전체 안테나 개수를, S는 선택할 안테나의 개수 또는 각 윈도우를 구성하는 안테나의 개수를 의미한다) 생성될 수 있다.Accordingly, the plurality of windows can be generated by N-S + 1 (where N is the total number of antennas, S is the number of antennas to be selected or the number of antennas constituting each window).
상기 복수 개의 윈도우 중 w번째 윈도우에 대한 i번째 사용자의 SINR은 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.The SINR of the i-th user for the w-th window among the plurality of windows can be expressed by Equation (6).
여기서, 는 S개의 안테나를 포함하고 있는 w번째 윈도우로부터 얻어진 i번째 사용자의 채널 계수를 의미하며, 이는 구체적으로 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.here, Denotes the channel coefficient of the i-th user obtained from the w-th window including S antennas, which can be expressed as Equation (7).
또한, w번째 윈도우에 대한 전체 사용자 전송 속도의 합(sum-rate)인 cw는 수학식 8과 같이 계산될 수 있다.Also, c w, which is the sum-rate of the total user transmission rates for the w-th window, can be calculated as shown in Equation (8).
한편, 상기 선택부(130)는 상기 복수 개의 윈도우 중 시스템 용량이 최대인 윈도우를 선택해야 한다.Meanwhile, the
이에 따라, sum-rate가 가장 높은 S개의 연속되는 안테나를 가지는 제1 윈도우는 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.Accordingly, a first window having S consecutive antennas with the highest sum-rate can be expressed as Equation (9).
마지막으로, H에 관한 전체 평균 sum-rate는, 수학식 10과 같이 를 평균함으로써 구할 수 있다.Finally, the overall average sum-rate with respect to H is given by
도 5 및 도 6은 일실시예에 따른 통신 장치의 효율을 나타내는 도면으로, 도 5는 송신 안테나가 N=100이고, SNR이 0dB일 때의 sum-rate를, 도 6은 송신 안테나가 N=200일 때의 sum-rate를 각각 나타낸다.5 is a graph showing the sum-rate when the transmission antenna is N = 100 and the SNR is 0 dB, and FIG. 6 is a graph showing the sum-rate when the transmission antenna is N = 200, respectively.
noise를 unit-variance로 가정하였으므로, 베이스 스테이션(BS)에서 이용할 수 있는 전체 전송 파워 P는 SNR로 설명할 수 있다.Since noise is assumed to be unit-variance, the total transmit power P available at the base station (BS) can be described by SNR.
도 5에서 (a)는 사용자의 수가 10인 경우(K=10)를, (b)는 사용자의 수가 20인 경우(K=20)를 각각 나타낸다.5A shows a case where the number of users is 10 (K = 10), and FIG. 5B shows a case where the number of users is 20 (K = 20).
도 5에서 510의 그래프를 보면, 송신에 사용되는 안테나의 개수 S가 줄어들수록 sum-rate 또한 감소하며, 이는 베이스 스테이션(BS)의 array gain이 감소하기 때문이다.5, the sum-rate decreases as the number S of antennas used for transmission decreases. This is because the array gain of the base station decreases.
사용자의 수(K)가 증가하는 경우, 도 5(b)의 510 및 520의 그래프는 도 5(a)의 530 및 540의 그래프보다 가파른 감소를 보여주는데, 이는 각각의 유저가 충분한 이득을 달성할 수 없기 때문이다.When the number of users K increases, the graphs of 510 and 520 of FIG. 5B show a steep reduction than the graphs of 530 and 540 of FIG. 5 (a), indicating that each user achieves a sufficient gain I can not.
이는, 사용자의 증가에 따라 Array의 부족이 발생한 것으로 이해될 수 있으나, 일방적 방식(530)에 비해 상기 통신 장치(100)에 의한 방식(540)에서 여전히 더 좋은 성능을 나타냄을 확인할 수 있다.This can be understood to be due to the lack of an array as the user increases, but it can be seen that the
송신 안테나의 개수 N이 증가하는 경우에 대한 sum-rate는 도 6과 같이 나타난다.The sum-rate for the case where the number of transmit antennas N increases is shown in FIG.
도 6(a)를 참조하면, 선택되는 안테나의 개수 S=195인 경우, 상기 통신 장치(100)에 의한 방식(620)의 sum-rate가 S=N=200인 경우보다 높아짐을 확인할 수 있다.6A, it can be confirmed that the sum-rate of the
다시 말해, 상기 통신 장치(100)에 의한 안테나 선택 방식에서 sum-rate가, 안테나 선택이 없는 방식(610)보다 더 높음을 알 수 있다.In other words, it can be seen that the sum-rate in the antenna selection method by the
이는, 낮은 채널 이득을 갖는 안테나들에 균등하게 할당되던 전송 전력을, 높은 채널 이득을 갖는 안테나에 할당함으로써 보다 효율적으로 활용될 수 있기 때문이다.This is because it can be more efficiently utilized by allocating the transmission power that is evenly allocated to the antennas having the low channel gain to the antennas having the high channel gain.
도 7은 일실시예에 따라 복수 개의 안테나를 이용하여 단말과 통신하는 통신 장치(100)의 통신 방법을 도시하는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a communication method of a
단계 710에서는, 상기 정렬부(110)가 상기 복수 개의 안테나를 미리 지정된 기준에 의해 정렬할 수 있다.In
상기 미리 지정된 기준은 상기 통신 장치(100)와 통신하는 다중 사용자 별 채널 이득에 기초하여 결정될 수 있으며, 상기 다중 사용자 별 채널 이득이 큰 안테나부터 내림차순으로 상기 복수 개의 안테나를 정렬하는 방식일 수 있다.The predetermined criteria may be determined based on multi-user channel gains communicating with the
단계 720에서는, 상기 정렬부(110)가 상기 정렬된 상기 복수 개의 안테나를 복수 개의 안테나 그룹으로 그룹핑하여, 복수 개의 윈도우로 구성할 수 있다.In
상기 복수 개의 윈도우 각각은 상기 정렬의 순서 상 서로 이웃한 S 개(단, S는 자연수임)의 안테나들로 그룹핑한 안테나 집합일 수 있다.Each of the plurality of windows may be an antenna set grouped into S (S is a natural number) antennas neighboring each other in the order of the alignment.
단계 730에서는, 상기 계산부(120)가 상기 복수 개의 윈도우 각각에 대해, 시스템 용량을 계산할 수 있다.In
단계 740에서는, 상기 선택부(130)가 상기 복수 개의 윈도우 중 상기 시스템 용량이 최대인 제1 윈도우를 선택할 수 있다.In
상기 통신 장치(100)는 상기 선택부(130)에 의해 선택된 상기 제1 윈도우에 포함되는 안테나들을 이용하여 상기 단말로 데이터를 전송할 수 있다.The
이 경우, 상기 선택부(130)는 슬라이딩 윈도우 알고리즘을 이용하여 상기 제1 윈도우를 선택할 수 있다.In this case, the
상기 복수 개의 안테나는 상기 통신 장치(100)에 연관되는 극 다중 안테나(Massive Multi-Input Multi-Output)의 적어도 일부일 수 있다.The plurality of antennas may be at least a portion of a Massive Multi-Input Multi-Output associated with the
또한, 상기 통신 장치(100)는 다중 사용자 다중 안테나(MU-MIMO) 시스템에 연관되며, 이 경우 상기 복수 개의 안테나는 상기 시스템에 포함된 다중 안테나의 적어도 일부일 수 있다.Also, the
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (15)
상기 복수 개의 안테나를 상기 통신 장치와 통신하는 사용자 별 채널 이득에 기초하여 내림차순으로 정렬하는 정렬부;
상기 정렬된 상기 복수 개의 안테나를 복수 개의 안테나 그룹으로 그룹핑한 복수 개의 윈도우 각각에 대해, 시스템 용량을 계산하는 계산부; 및
슬라이딩 윈도우 알고리즘을 이용하여, 상기 복수 개의 윈도우 중 상기 시스템 용량이 최대인 제1 윈도우를 선택하는 선택부
를 포함하는 통신 장치.A communication apparatus for communicating with a terminal using a plurality of antennas,
An arranging unit arranged to arrange the plurality of antennas in descending order based on a channel gain per user communicating with the communication device;
A calculation unit for calculating a system capacity for each of a plurality of windows grouped by grouping the plurality of aligned antennas into a plurality of antenna groups; And
Selecting a first window having the maximum system capacity among the plurality of windows using a sliding window algorithm,
.
상기 제1 윈도우에 포함되는 안테나들을 이용하여 상기 단말로 데이터를 전송하는 통신 장치.The method according to claim 1,
And transmits data to the terminal using antennas included in the first window.
상기 복수 개의 윈도우 각각은 상기 정렬의 순서 상 서로 이웃한 S 개 - 단, S는 자연수임 - 의 안테나들로 그룹핑 한 안테나 집합인 통신 장치.The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of windows is an antenna set grouped into S antennas adjacent to each other in the order of the sorting, and S is a natural number.
상기 복수 개의 안테나는 상기 통신 장치에 연관되는 극 다중 안테나(Massive Multi-Input Multi-Output)의 적어도 일부인 통신 장치.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of antennas is at least a part of a Massive Multi-Input Multi-Output associated with the communication device.
상기 통신 장치는 다중 사용자 다중 안테나(Multi-user Massive Multi-Input Multi-Output, MU-MIMO) 시스템에 연관되며, 상기 복수 개의 안테나는 상기 시스템에 포함된 다중 안테나의 적어도 일부인 통신 장치.The method according to claim 1,
Wherein the communication device is associated with a multi-user multi-input multi-output (MU-MIMO) system, the plurality of antennas being at least a part of multiple antennas included in the system.
상기 정렬부는, 다중 사용자 별 채널 이득이 큰 안테나부터 내림차순으로 상기 복수 개의 안테나를 정렬하는 것인 통신 장치.The method according to claim 1,
Wherein the arranging unit aligns the plurality of antennas in descending order from an antenna having a larger channel gain per multi-user.
상기 복수 개의 안테나를 상기 통신 장치와 통신하는 사용자 별 채널 이득에 기초하여 내림차순으로 정렬하는 단계;
상기 정렬된 상기 복수 개의 안테나를 복수 개의 안테나 그룹으로 그룹핑한 복수 개의 윈도우 각각에 대해, 시스템 용량을 계산하는 단계; 및
슬라이딩 윈도우 알고리즘을 이용하여, 상기 복수 개의 윈도우 중 상기 시스템 용량이 최대인 제1 윈도우를 선택하는 단계
를 포함하는 통신 방법.A communication method of a communication apparatus for communicating with a terminal using a plurality of antennas,
Arranging the plurality of antennas in descending order based on a channel gain per user communicating with the communication device;
Calculating system capacity for each of a plurality of windows grouped by grouping the plurality of aligned antennas into a plurality of antenna groups; And
Selecting a first window having the maximum system capacity among the plurality of windows using a sliding window algorithm
/ RTI >
상기 복수 개의 윈도우 각각은 상기 정렬의 순서 상 서로 이웃한 S 개 - 단, S는 자연수임 - 의 안테나들로 그룹핑 한 안테나 집합인 통신 방법.10. The method of claim 9,
Wherein each of the plurality of windows is an antenna set grouped into S antennas adjacent to each other in the order of the sorting, and S is a natural number.
상기 정렬하는 단계는, 다중 사용자 별 채널 이득이 큰 안테나부터 내림차순으로 상기 복수 개의 안테나를 정렬하는 것인 통신 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the aligning step arranges the plurality of antennas in descending order from an antenna having a large channel gain per multi-user.
상기 제1 윈도우에 포함되는 안테나들을 이용하여 상기 단말로 데이터를 전송하는 단계
를 더 포함하는 통신 방법.10. The method of claim 9,
Transmitting data to the terminal using antennas included in the first window
Lt; / RTI >
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KR20080024906A (en) * | 2006-09-15 | 2008-03-19 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for mimo-ofdm transmitting/receiving |
KR20080031615A (en) * | 2006-10-04 | 2008-04-10 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | Radio communication method, transmitter, and receiver |
KR20110060976A (en) * | 2009-12-01 | 2011-06-09 | 아주대학교산학협력단 | Antenna control method and apparatus in a wireless communication system |
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