KR101505118B1 - Apparatus and method for user selection in a multiuser MIMO system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중사용자 MIMO 시스템에서 사용자 선택 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a user selection apparatus and method in a multi-user MIMO system.
본 발명에 따른 다중사용자 MIMO 시스템에서 사용자 선택 장치 및 방법은, 복수개의 사용자 단말로부터 채널 정보를 수신하고, 상기 수신된 채널 정보를 이용하여 BER(Bit Error Rate) 또는 패스트(fast) BER에 기반하여 MIMO를 위한 사용자 단말을 선택한다.The apparatus and method for selecting a user in a multiuser MIMO system according to the present invention are characterized by receiving channel information from a plurality of user terminals and using the received channel information based on a bit error rate (BER) or a fast BER And selects a user terminal for MIMO.
Description
본 발명은 다중사용자(Multiuser) MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템에서 사용자 선택 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 지원하는 다중사용자 MIMO 시스템에서 BER(Bit Error Rate)에 기반하여 사용자를 선택하는 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 무선통신의 전송용량을 높이기 위하여 송신단과 수신단이 다수의 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템이 큰 각광을 받으며 연구되고 있다.Recently, a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system in which a plurality of antennas are used by a transmitter and a receiver has been studied in order to increase the transmission capacity of wireless communication.
이러한 MIMO 시스템은 크게 개루프(open loop) MIMO와 폐루프(closed loop) MIMO로 구분될 수 있는데, 개루프 MIMO는 송신단이 채널 상황을 모르는 상태로 통신하는 방식이고, 폐루프 MIMO는 송신단이 수신단으로부터 피드백된 채널 정보를 참조하여 통신하는 방식이다. 개루프 MIMO의 경우 이론적 전송용량에 이르기 위해서는 시간영역과 공간영역에서 동시에 적용된 복잡한 코딩 기법을 이용해야 하고 이는 또한 안테나의 수가 증가할수록 검출의 복잡도가 크게 증가하는 단점이 있다. 이에 따라, 실제 시스템에서는 각 송신 안테나별로 채널 상태에 따라 독립적인 변조 및 코딩 기법을 적용함으로써 개루프 방식의 이론적 용량에 근접하는 폐루프 MIMO가 선호된다.The MIMO system can be divided into an open loop MIMO and a closed loop MIMO. The open loop MIMO is a method in which a transmitting terminal communicates without knowing a channel condition. In a closed loop MIMO, And refers to the channel information fed back from the base station. In the case of open-loop MIMO, complex coding techniques applied simultaneously in the time domain and the spatial domain must be used in order to reach the theoretical transmission capacity, which is disadvantageous in that the detection complexity increases greatly as the number of antennas increases. Accordingly, closed loop MIMO approaching the theoretical capacity of the open loop scheme is preferred by applying an independent modulation and coding scheme to each transmit antenna according to the channel state in an actual system.
한편, 다중사용자 MIMO 시스템의 경우 MIMO를 적용할 사용자 단말들의 선택이 시스템 성능의 중요한 요소가 되는데, 종래 기술에서는 채널 용량을 기준으로 하여 이를 최대화하는 사용자 단말들의 집합을 찾는 방식을 사용해 왔다. 이 경우, 가장 정확한 방법은 조합가능한 모든 사용자 단말들의 집합을 고려해서 채널 용량의 합을 측정하는 방법인데, 이는 전체 사용자 단말의 수가 많으면 계산 복잡도가 매우 커지기 때문에 실제 시스템에는 사용하기가 어려운 문제점이 있다.Meanwhile, in the case of a multi-user MIMO system, selection of user terminals to which MIMO is applied is an important factor of system performance. In the prior art, a method of finding a set of user terminals maximizing the channel capacity based on the channel capacity has been used. In this case, the most accurate method is a method of measuring the sum of channel capacities considering a set of all possible user terminals. This is because the calculation complexity becomes large if the number of all user terminals is large, .
따라서 낮은 복잡도를 갖는 사용자 선택 기법들이 많이 개발되었는데, 이 방법들은 주로 그리디(greedy) 방법을 기반으로 한 것으로서, 처음에 가장 큰 채널 용량을 가지는 사용자 단말을 선택하고 선택되지 않은 나머지 사용자 단말 중에 먼저 선택된 사용자 단말과 가장 좋은 성능을 보이는 사용자 단말을 선택해 나가는 방식을 사용한다.Therefore, many user selection techniques with low complexity have been developed. These methods are mainly based on the greedy method. First, a user terminal having the largest channel capacity is selected, and among the remaining unselected user terminals, And selects the selected user terminal and the user terminal that exhibits the best performance.
그러나, 종래 기술에서 주로 사용한 채널 용량에 기반한 사용자 선택 기법은 이상적인 환경(상황)을 가정하여 계산된 것으로 반드시 실제 시스템과 일치하는 것이 아니다. 다시 말해, 종래 기술에서 사용자 선택의 기준이 되는 채널 용량은 이상적인 환경에서 획득할 수 있는 데이터 전송량을 의미하기 때문에, 실제 시스템에서는 채널 용량이 큰 것이 반드시 좋은 성능을 나타내는 것은 아니었다. 따라서 실제 시스템에 적용될 수 있는 보다 나은 성능을 가지는 사용자 선택 기법이 요구된다.However, the user selection technique based on the channel capacity mainly used in the prior art is calculated on the assumption of an ideal environment, and does not necessarily match the actual system. In other words, since the channel capacity, which is a criterion of user selection in the prior art, means a data transmission amount that can be obtained in an ideal environment, a large channel capacity in an actual system did not necessarily exhibit a good performance. Therefore, a user selection technique with better performance that can be applied to an actual system is required.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 다중사용자 MIMO 시스템에서 BER(Bit Error Rate)을 이용하여 사용자를 선택하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus and method for selecting a user using a BER (Bit Error Rate) in a multiuser MIMO system.
본 발명의 다른 목적은 다중사용자 MIMO 시스템에서 패스트 BER(Fast BER)을 이용하여 사용자를 선택하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for selecting a user using Fast BER (Fast BER) in a multiuser MIMO system.
본 발명의 또 다른 목적은 다중사용자 MIMO 시스템에서 BER 또는 패스트 BER에 기초하여 효과적으로 전력을 할당하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide an apparatus and method for efficiently allocating power based on BER or fast BER in a multiuser MIMO system.
상기 목적을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 다중사용자 MIMO 시스템에서 사용자 선택 장치는, 복수개의 사용자 단말로부터 채널 정보를 수신하는 채널 정보 수신부; 및 상기 수신된 채널 정보를 이용하여 BER(Bit Error Rate)에 기반한 MIMO 사용자 단말을 선택하는 사용자 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.To this end, in a multi-user MIMO system according to an aspect of the present invention, a user selection apparatus includes: a channel information reception unit for receiving channel information from a plurality of user terminals; And a user selector for selecting a MIMO user terminal based on a bit error rate (BER) using the received channel information.
그리고, 본 발명의 일 형태에 따른 다중사용자 MIMO 시스템에서 사용자 선택 방법은, a) 복수개의 사용자 단말로부터 채널 정보를 수신하는 단계; b) 상기 수신된 채널 정보를 이용하여 각 사용자 단말에 대한 프리코딩 행렬을 구하는 단계; c) 상기 각 사용자 단말에 대하여, 상기 구해진 프리코딩 행렬의 특이값(singular value) 중 최소값을 산출하는 단계; 및 d) 상기 각 사용자 단말에 대하여 산출된 최소값들 중 가장 큰 최소값을 갖는 사용자 단말을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a method for selecting a user in a multi-user MIMO system according to an aspect of the present invention includes: a) receiving channel information from a plurality of user terminals; b) obtaining a precoding matrix for each user terminal using the received channel information; c) calculating a minimum of a singular value of the obtained precoding matrix for each user terminal; And d) selecting a user terminal having the largest minimum value among the minimum values calculated for each user terminal.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 다중사용자 MIMO 시스템에서 사용자 선택 방법은, a) 복수개의 사용자 단말로부터 채널 정보를 수신하는 단계; b) 상기 수신된 채널 정보를 이용하여, 이미 선택된 사용자 단말과 예비적으로 선택된 사용자 단말들의 채널 행렬 집합을 구하는 단계; c) 상기 구해진 채널 행렬 집합의 특이값(singular value) 중 최소값을 산출하는 단계; 및 d) 상기 산출된 최소값들 중 가장 큰 최소값을 갖는 채널 행렬 집합에 해당하는 예비적으로 선택된 사용자 단말을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징을 한다.Also, a method for selecting a user in a multi-user MIMO system according to an aspect of the present invention includes: a) receiving channel information from a plurality of user terminals; b) obtaining a channel matrix set of already selected user terminals and preliminarily selected user terminals using the received channel information; c) calculating a minimum of a singular value of the obtained channel matrix set; And d) selecting a preliminarily selected user terminal corresponding to the channel matrix set having the largest minimum value among the calculated minimum values.
본 발명에 따르면, 다중사용자 MIMO 시스템에서 BER 또는 패스트 BER에 기반하여 사용자를 선택함으로써 채널 용량을 이용하는 경우보다 시스템 성능을 높일 수 있는 효과를 가진다.According to the present invention, system performance can be improved by using a channel capacity by selecting a user based on BER or fast BER in a multi-user MIMO system.
그리고, 본 발명에 따르면, 다중사용자 MIMO 시스템에서 BER 또는 패스트 BER에 기초하여 전력을 할당함으로써 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.And, according to the present invention, it is possible to improve system performance by allocating power based on BER or fast BER in a multiuser MIMO system.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention unnecessarily obscure.
먼저, 도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 다중사용자 MIMO 시스템의 모델을 예시한 것이다. 참고로, 본 시스템 모델에서 채널은 다운링크(Downlink) 채널이며, 이는 TDD(Time Division Duplex) 및 FDD(Frequency Division Duplex)에 모두 적용될 수 있다.First, FIG. 1 illustrates a model of a multi-user MIMO system to which the present invention may be applied. For reference, in this system model, a channel is a downlink channel, which can be applied to both Time Division Duplex (TDD) and Frequency Division Duplex (FDD).
도 1을 참조하면, 본 시스템 모델에서는 M(M은 2 이상의 정수)개의 안테나를 구비한 기지국(송신단)과 각각 Ni(Ni는 2 이상의 정수; i=1,2,3,...,Kt)개의 안테나를 구비한 사용자 단말(수신단)을 가정하며, 기지국은 총 Kt(Kt는 2 이상의 정수)개의 사용자 단말들 중에서 K(K는 1 이상의 정수)개의 사용자 단말을 선택하여 통신한다.Referring to FIG. 1, in this system model, N i (N i is an integer equal to or larger than 2; i = 1, 2, 3,... , K t ) antennas, and the base station selects K (K is an integer equal to or greater than 1) user terminals among the total K t (K t is an integer of 2 or more) user terminals Communication.
그리고, 상기 시스템 모델에서 송수신 신호의 관계는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The relationship between the transmission and reception signals in the system model can be expressed by Equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
여기서, i는 사용자 단말 인덱스이며, 는 i번째 사용자 단말로의 송신 신호, 는 i번째 사용자 단말의 수신 신호, 는 i번째 사용자 단말에 대한 프리코딩 행렬, 는 i번째 사용자 단말에 대한 채널 행렬, 는 i번째 사용자 단말에 할 당된 전력, 는 i번째 사용자 단말에 대한 노이즈(noise)이다. 그리고, 와 는 각각 독립적이고 동일한 분포(i.i.d.; independently and identically distributed)를 가지며, 평균이 0이고 표준편차가 1인 정규분포 N(0,1)을 따른다고 가정한다.Here, i is a user terminal index, Is the transmission signal to the i < th > user terminal, Is the received signal of the ith user terminal, Is a precoding matrix for the ith user terminal, Is the channel matrix for the ith user terminal, Is the power allocated to the i < th > user terminal, Is the noise for the ith user terminal. And, Wow Are assumed to follow the normal distribution N (0, 1), which is independent and identically distributed (iid), with an average of 0 and a standard deviation of 1.
이 경우, 송신단이 완전한 채널을 안다고 가정하면 하기 수학식 2가 성립한다.In this case, assuming that the transmitting end knows the complete channel, Equation (2) holds.
[수학식 2]&Quot; (2) "
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 선택 장치의 구성도이다.FIG. 2 is a configuration diagram of a user selecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 사용자 선택 장치는 채널 정보 수신부(210), 사용자 선택부(220), 프리코딩 행렬 생성부(230), 변조 레벨 할당부(240), 전력 할당부(250), 데이터 전송부(260) 등을 포함한다.2, a user selection apparatus according to the present invention includes a channel
채널 정보 수신부(210)는 복수(Kt)개의 사용자 단말로부터 각각 피드백된 채널 정보를 수신한다.The channel
그러면, 사용자 선택부(220)는 각 사용자 단말로부터 피드백된 채널 정보를 이용하여 사용자 선택 기법에 의해 사용자 단말을 선택한다.Then, the
본 발명에서는 BER(Bit Error Rate)을 기반으로 하는 사용자 선택 기법으로 2가지 알고리즘을 제안한다. 도 4는 제1 알고리즘을 나타낸 것으로 이하 이를 'BER 기반 사용자 선택 기법(BER based multiuser MIMO User Selection Algorithm)'이라 칭하며, 도 5는 제2 알고리즘을 나타낸 것으로 이하 이를 '패스트 BER 기반 사용자 선택 기법(Fast BER based User Selection Algorithm)'이라 칭한다. 참고로, 사용자 선택부(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 BER 기반 사용자 선택 기법에 의해 사용자 단말을 선택하는 BER 기반 사용자 선택부(222)와 패스트 BER 기반 사용자 선택 기법에 의해 사용자 단말을 선택하는 패스트 BER 기반 사용자 선택부(224) 중 적어도 하나를 포함하도록 구현될 수 있다.In the present invention, two algorithms are proposed as a user selection technique based on a BER (Bit Error Rate). FIG. 4 shows a first algorithm, which is referred to as a 'BER-based multiuser MIMO User Selection Algorithm'. FIG. 5 shows a second algorithm, hereinafter referred to as' Fast BER- BER based User Selection Algorithm. &Quot; 3, the
먼저, 도 4를 참조하여 BER 기반 사용자 선택 기법을 설명한다.First, a BER-based user selection scheme will be described with reference to FIG.
단계 1(Step 1)은 초기화 단계이다. 여기서, T는 선택 가능한 사용자 단말의 집합을 나타내고, S는 선택된 사용자 단말의 집합을 나타낸다. 그리고, 은 n번째 사용자 단말의 채널 행렬을 나타내고, 는 채널 행렬 의 특이값(singular value) 중 최소값이며, p는 T에 속하는 사용자 단말들에 해당하는 중에서 최대값을 나타내는 변수이다. 는 심볼 할당 함수(symbol allocation function)이며, 여기서 R은 총 전송 비트(total transmit bits) 수이고, i는 사용자 단말 인덱스이다. 그리고, 는 등최소거리함수(equal minimum distance function)이다.
참고로, 초기화 단계에서 T는 모든 사용자 단말을 포함하게 되며, 즉T={1,2,...,Kt}, S는 아직 선택된 단말이 없으므로 공집합이 된다. 그리고, d1 및 G1이 설정된다.For reference, in the initialization step T includes all user terminals, that is, T = {1,2, ..., K t }, S is empty because there are no terminals selected yet. Then, d 1 and G 1 are set.
단계 2(Step 2)는 사용자 단말을 선택하는 단계이다.Step 2 (Step 2) is a step of selecting a user terminal.
초기화 단계에서 d1 및 G1이 설정되어 있으므로, i=2 부터 시작하여 K개의 사용자 단말이 선택될 때까지 루프(Loop)가 계속된다. 이 경우, 사용자 단말을 선택하는 기준은 각 사용자 단말에 대한 프리코딩 행렬 을 구하여 행렬 =를 구한 후, 다시 의 특이값(singular value) 중 최소값을 구하고, T에 속하는 사용자 단말들 중 이 가장 큰 사용자 단말을 선택한다. 그러면, 선택된 사용자 단말은 T에서 삭제되고, S에 속하게 된다.Since d 1 and G 1 are set in the initialization step, a loop is continued until K user terminals are selected starting from i = 2. In this case, a criterion for selecting a user terminal is a precoding matrix for each user terminal Then, = After that, Of the user terminals belonging to T, a minimum value among the singular values of T And selects the largest user terminal. Then, the selected user terminal is deleted from T and belongs to S.
그리고, 이와 같은 과정을 반복하여 K개의 사용자 단말을 선택하면, 사용자 선택 과정이 완료되며, 단계 3(Sept 3)에서는 최종적으로 선택된 K개의 사용자 단말이 남게 된다.When the K user terminals are selected by repeating this process, the user selection process is completed. In step 3 (Sept 3), the K user terminals finally selected are left.
이하, 도 5를 참조하여 패스트 BER 기반 사용자 선택 기법을 설명한다.Hereinafter, a fast BER-based user selection scheme will be described with reference to FIG.
단계 1(Step 1)은 초기화 단계이다. 여기서, T는 선택 가능한 사용자 단말의 집합을 나타내고, S는 선택된 사용자 단말의 집합을 나타낸다. 그리고, A는 임시 선택된 사용자 단말의 채널 행렬 집합이다.
참고로, 초기화 단계에서 T는 모든 사용자 단말을 포함하게 되며, 즉T={1,2,...,Kt}, S와 A는 아직 선택된 단말이 없으므로 공집합이 된다.For reference, in the initialization phase, T includes all user terminals, ie, T = {1,2, ..., K t }, S and A are vacant since there are no terminals selected yet.
단계 2(Step 2)는 사용자 단말을 선택하는 단계이다.Step 2 (Step 2) is a step of selecting a user terminal.
여기서, 은 n번째 사용자 단말의 채널 행렬을 나타내고, 는 임시 선택된 사용자 단말의 채널 행렬 집합 의 특이값(singular value) 중 최소값이며, p는 T에 속하는 사용자 단말들에 해당하는 중에서 최대값을 나타내는 변수이다. 는 심볼 할당 함수(symbol allocation function)이며, 여기서 R은 총 전송 비트의 수이고, i는 사용자 단말 인덱스이다. 그리고, 는 등최소거리함수(equal minimum distance function)이다.here, Denotes the channel matrix of the n-th user terminal, A channel matrix set of a temporarily selected user terminal , P is the minimum of the singular values of T, Which is the maximum value among the values. Is a symbol allocation function, where R is the total number of transmitted bits and i is the user terminal index. And, Is an equal minimum distance function.
제2 알고리즘은 제1 알고리즘과 달리, i=1 부터 시작하여 K개의 사용자 단말이 선택될 때까지 루프(Loop)가 계속된다. 이 경우, 사용자 단말을 선택하는 기준은 임시 선택된 사용자 단말(즉, 이미 선택된 사용자 단말들과 예비적으로 선택된 사용자 단말)의 채널 행렬 집합 (는 물론 행렬임)의 특이값(singular value) 중 최소값 을 구하고, T에 속하는 사용자 단말들 중에서(즉, 예비적으로 선택된 단말들 중에서) 이 가장 큰 사용자 단말을 선택한다. 그러면, 선택된 사용자 단말은 T에서 삭제되고, S에 속하게 된다.Unlike the first algorithm, the second algorithm starts from i = 1 and continues to loop until K user terminals are selected. In this case, a criterion for selecting a user terminal is a channel matrix set of a temporarily selected user terminal (i.e., a user terminal already selected and preliminarily selected) ( Of the singular value of the matrix Among the user terminals belonging to T (that is, among the terminals selected preliminarily) And selects the largest user terminal. Then, the selected user terminal is deleted from T and belongs to S.
그리고, 이와 같은 과정을 반복하여 K개의 사용자 단말을 선택하면, 사용자 선택 과정이 완료되며, 단계 3(Sept 3)에서는 최종적으로 선택된 K개의 사용자 단말이 남게 된다.When the K user terminals are selected by repeating this process, the user selection process is completed. In step 3 (Sept 3), the K user terminals finally selected are left.
참고로, 제2 알고리즘인 패스트 BER 기반 사용자 선택 기법은 제1 알고리 즘(BER 기반 사용자 선택 기법)과는 달리 프리코딩 행렬를 구하지 않기 때문에 계산량을 크게 줄일 수 있으며, 또한 제1 알고리즘과 거의 동일한 시스템 성능을 나타내기 때문에 매우 효과적이다(도 8 내지 도 10 참조).For reference, fast BER-based user selection scheme, which is the second algorithm, can reduce the amount of computation significantly because it does not require a precoding matrix, unlike the first algorithm (BER-based user selection scheme) (See Figs. 8 to 10).
한편, 사용자 선택부(220)에 의해 선택된 K개의 사용자 단말에 대한 채널 정보 (K×M 행렬)는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. 참고로, 하기 수학식 3에서 (i=1,2,...,K)는 i번째 사용자 단말의 채널 정보(1×M 행렬)이다.On the other hand, channel information (K information) for the K user terminals selected by the user selection unit 220 (K x M matrix) can be expressed by the following equation (3). For reference, in the following equation (3) (i = 1, 2, ..., K) is the channel information (1 x M matrix) of the ith user terminal.
[수학식 3]&Quot; (3) "
프리코딩 행렬 생성부(230)는 사용자 선택부(220)에서 선택된 사용자 단말들에 대한 프리코딩 행렬을 생성한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 프리코딩 행렬 생성부(230)는 도 6에 도시된 바와 같이 제1 프리코딩 행렬 생성부(232) 및 제2 프리코딩 행렬 생성부(234)를 포함한다.The
제1 프리코딩 행렬 생성부(232)는 사용자간 간섭(inter-user interference)을 없애기 위한 제1 프리코딩 행렬 ( 행렬)를 생성한다. 여기서, 제 1 프리코딩 행렬 는 블록 대각화(BD; Block Diagonalization) 프리코딩 기법을 이용하여 생성할 수 있으며, 으로 이루어져 있으며, 이때 는 i번째 사용자 단말의 제1 프리코딩 행렬( 행렬, )이다. 따라서 제1 프리코딩 행렬 는 수학식 4를 만족한다.The first
[수학식 4]&Quot; (4) "
제2 프리코딩 행렬 생성부(234)는 각 사용자 단말을 고유모드(eigenmode)로 분리하기 위한 제2 프리코딩 행렬 (ni×Mi 행렬)를 생성한다. 여기서, 제2 프리코딩 행렬 는 를 특이값 분해하여 얻을 수 있으며, 이를 상술하면 다음과 같다.The second
먼저, 하기 수학식 5와 같이 를 특이값 분해한다.First, as shown in the following equation (5) .
[수학식 5]&Quot; (5) "
여기서, 는 의 좌측 유니터리 행렬이며, 는 의 대각선 행렬이며, 는 의 우측 유니터리 행렬이다. 그리고, 는 의 왼쪽의 첫번째 부터 Ni번째까지 열이며이며 는 의 나머지 열에 해당하는 행렬이다.here, The Lt; RTI ID = 0.0 > The Lt; / RTI > The Lt; / RTI > And, The Is the column from the first left to the N i th column The ≪ / RTI >
그러면, 최종적인 프리코딩 행렬은 수학식 6과 같다.Then, the final precoding matrix is expressed by Equation (6).
[수학식 6]&Quot; (6) "
이에 따라, 제1 프리코딩 행렬 는 사용자간의 갑섭을 제거시키는 행렬로서 전체 시스템을 K개의 독립적인 다중 안테나 시스템으로 분해시키고, 제2 프리코딩 행렬 는 K개의 독립적인 다중 안테나 시스템을 고유모드(eigenmode)로, 즉 MIMO를 SISO(Single Input Single Output)로 분해시킨다.Thus, the first precoding matrix Is a matrix for eliminating the inter-user interference, decomposes the entire system into K independent multi-antenna systems, and a second precoding matrix Separates K independent multi-antenna systems into eigenmodes, i.e., MIMO into SISO (Single Input Single Output).
참고로, 각 선택된 사용자 단말의 수신 신호는 하기 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.For reference, the received signal of each selected user terminal can be expressed as Equation (7).
[수학식 7]&Quot; (7) "
여기서, 는 Si의 (k,k)성분이고, 는 i번째 사용자 단말의 k번째 SISO 채널의 수신 신호이다.here, (K, k) component of S i , Is the received signal of the kth SISO channel of the ith user terminal.
그리고, 전력 P에 대하여는 하기 수학식 8과 같은 방정식이 만족된다.For the power P, the following equation (8) is satisfied.
[수학식 8]&Quot; (8) "
다시 도 2를 참조하면, 변조 레벨 할당부(240)는 선택된 사용자 단말에 대하여 변조 레벨(Modulation level)을 할당하고, 전력 할당부(250)는 선택된 사용자 단말에 대하여 전력(power)을 할당하는데, 이하에서는 이를 상술한다.Referring again to FIG. 2, the modulation
도 4 및 도 5를 참조하면, 등최소거리함수(equal minimum distance function) 는 선택된 사용자 단말의 집합 S에서 다음과 같은 방식으로 전력(power)을 적절히 할당해 주고, 등최소거리레벨(equal minimum distance level) a 값을 리턴(return)한다. Referring to Figures 4 and 5, an equal minimum distance function < RTI ID = 0.0 > Appropriately allocates power in a set S of selected user terminals in the following manner and returns a value of equal minimum distance level a.
[수학식 9]&Quot; (9) "
여기서 Di는 i번째 사용자 단말에 대한 변조 레벨(modulation level)의 최소 거리(minimum distance)로써 하기 표 1과 같은 값을 가진다.Where D i is the minimum distance of the modulation level for the i th user terminal and has the values shown in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
그러면, 하기 수학식 10과 같이 전력이 할당된다.Then, power is allocated as shown in Equation (10).
[수학식 10]&Quot; (10) "
여기서, N개의 안테나를 가지는 각 사용자 단말이 N개의 스트림(stream)을 받는다고 가정하고, 사용자 단말의 안테나끼리는 같은 변조 레벨(modulation level)의 신호를 받는다고 가정한다.Here, it is assumed that each user terminal having N antennas receives N streams, and that the antennas of the user terminals receive signals of the same modulation level.
그러면, 하기 수학식 11과 같이 전력이 할당된다.Then, power is allocated as shown in Equation (11).
[수학식 11]&Quot; (11) "
그리고, 최종적으로 사용자 단말 i의 k번째 채널에서 할당된 전력은 하기 수학식 12와 같다.Finally, the power allocated to the k-th channel of the user terminal i is expressed by Equation (12).
[수학식 12]&Quot; (12) "
그리고, 예컨대 N=2일 경우 심볼 할당 함수(symbol allocation function) 는 하기 표 2와 같은 값을 가진다.For example, when N = 2, a symbol allocation function Are as shown in Table 2 below.
[표 2][Table 2]
표 2에 대해 상술하면, Rate 또는 BPCU(Bit Per Channel Use)가 8이고 i=1(선택된 사용자 단말이 1개)인 경우 는 4가 되며, 따라서 4비트씩 변조하는 변조 레벨인 16QAM(표 1 참조)을 하나의 선택된 사용자 단말에 대하여 할당한다. 그리고, Rate(BPCU)가 8이고 i=3인 경우 는 (2,1,1)이 되는데, 이는 3개의 선택된 사용자 단말에 대하여 하나의 단말에는 QPSK(2비트씩 변조)를 할당하고 나머지 2개의 단말에는 BPSK(1비트씩 변조)를 할당한다 As described in detail with reference to Table 2, when Rate or Bit Per Channel Use (BPCU) is 8 and i = 1 (one selected user terminal) Is allocated to one selected user terminal. Therefore, 16QAM (see Table 1), which is a modulation level for modulating 4 bits at a time, is allocated to one selected user terminal. If Rate (BPCU) is 8 and i = 3 (2, 1, 1), which allocates QPSK (modulation by 2 bits) to one terminal and allocates BPSK (modulation by 1 bit) to the remaining two terminals for the three selected user terminals
그리고, 이와 같은 방식으로 을 구하면 각 사용자 단말에 할당할 전력이 결정된다. And in this way, The power to be allocated to each user terminal is determined.
마지막으로, 데이터 전송부(260)는 각 사용자 단말로 전송할 데이터에 대해 프리코딩, 변조, 전력 할당 등이 수행된 최종적인 신호(데이터)를 송신한다.Finally, the
이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 사용자 선택 방법을 설명한다. 참고로, 본 발명에 따른 사용자 선택 방법에 대한 구체적 과정 또는 동작 원리는 전술한 사용자 선택 장치에 대한 설명을 참조할 수 있으므로 중복적인 설명은 생략하고 간단히 설명한다.Hereinafter, a user selection method according to the present invention will be described with reference to FIG. For reference, the specific process or operation principle of the user selection method according to the present invention can be referenced to the description of the user selection device, so that redundant description will be omitted and briefly explained.
단계 S710에서, 기지국(송신단)은 복수(Kt)개의 사용자 단말(수신단)로부터 각각 피드백된 채널 정보를 수신한다. 참고로, 사용자 단말로부터 피드백된 채널 정보는 채널 벡터 가 된다.In step S710, the base station (transmitting side) receives a respective feedback channel information from a plurality (K t) of the user terminal (receiving end). For reference, the channel information fed back from the user terminal is channel vector .
단계 S720에서, 기지국은 각 사용자 단말로부터 피드백된 채널 정보를 이용하여 사용자 선택 기법에 의해 사용자 단말을 선택한다. 이 때, 사용자 선택 기법은 전술한 BER 기반 사용자 선택 기법 또는 패스트 BER 기반 사용자 선택 기법을 이용할 수 있다.In step S720, the base station selects the user terminal by the user selection technique using the channel information fed back from each user terminal. In this case, the user selection scheme can use the BER-based user selection scheme or the fast BER-based user selection scheme.
단계 S730에서, 기지국은 선택된 사용자 단말에 대한 프리코딩 행렬을 생성한다. 이 경우, 프리코딩 행렬은 사용자간 간섭(inter-user interference)을 제거하기 위한 제1 프리코딩 행렬 및 각 사용자 단말을 고유모드(eigenmode)로 분리하기 위한 제2 프리코딩 행렬 를 생성한다. 그리고, 상기 제1 프리코딩 행렬과 제2 프리코딩 행렬을 곱하여 최종 프리코딩 행렬 을 생성한다. In step S730, the base station generates a precoding matrix for the selected user terminal. In this case, the precoding matrix includes a first precoding matrix for eliminating inter-user interference And a second precoding matrix for separating each user terminal into eigenmodes . Then, the first precoding matrix and the second precoding matrix are multiplied to generate a final precoding matrix .
단계 S740에서, 기지국은 선택된 사용자 단말에 대한 변조 레벨을 할당한다. 이 경우, 각 사용자 단말에 할당할 변조 레벨은 전술한 바와 같이 선택된 사용자 단말의 수, Rate(BPCU), 심볼 할당 함수 등에 의해 구할 수 있다(표 1 및 표 2 참조).In step S740, the base station assigns a modulation level for the selected user terminal. In this case, the modulation level to be allocated to each user terminal is determined by the number of selected user terminals, Rate (BPCU), symbol allocation function (See Table 1 and Table 2).
단계 S750에서, 기지국은 선택된 사용자 단말에 대한 전력을 할당한다. 이 경우, 사용자 단말에 할당할 전력은 전술한 바와 같이 심볼 할당 함수 , 등최소거리함수 , 등최소거리레벨 a 등에 의해 구할 수 있다(수학식 9 내지 12 참조).In step S750, the base station allocates power for the selected user terminal. In this case, the power to be allocated to the user terminal is determined by the symbol allocation function , Etc. Minimum distance function , Minimum distance level a, etc. (see Equations 9 to 12).
마지막으로, 단계 S760에서, 기지국은 이와 같이 생성된 신호(데이터)를 각 사용자 단말로 송신한다Finally, in step S760, the base station transmits the generated signal (data) to each user terminal
한편, 도 8 내지 도 10은 안테나 개수의 변화에 따른 다양한 사용자 선택 기법의 BER을 비교한 그래프이다. 8 to 10 are graphs comparing BERs of various user selection schemes according to changes in the number of antennas.
구체적으로, 도 8은 M=4, N=2, Kt=30, BPCU=8일 때 BER 기반, 패스트 BER 기반, 채널 용량 기반, TDMA(즉, 단일 사용자 MIMO) 기반 사용자 선택 기법에 대한 SNR 대 BER을 나타낸 그래프이고, 도 9는 M=8, N=2, Kt=30, BPCU=8일 때 BER 기반, 패스트 BER 기반, 채널 용량 기반, TDMA 기반 사용자 선택 기법에 대한 SNR 대 BER을 나타낸 그래프이며, 도 10은 M=4, N=1, Kt=30, BPCU=8일 때 BER 기반, 패스트 BER 기반, 채널 용량 기반, TDMA 기반 사용자 선택 기법에 대한 SNR 대 BER을 나타 낸 그래프이다(여기서, M은 송신 안테나의 수, N은 수신 안테나의 수, Kt는 셀(cell) 내의 전체 사용자 단말의 수이다).More specifically, FIG. 8 shows SNRs for BER-based, fast BER-based, channel capacity-based, TDMA (i.e., single user MIMO) based user selection schemes when M = 4, N = 2, Kt = FIG. 9 is a graph showing SNR versus BER for BER-based, fast BER-based, channel capacity-based, and TDMA-based user selection schemes when M = 8, N = 2, Kt = 30 and BPCU = 10 is a graph showing SNR versus BER for BER-based, fast BER-based, channel capacity-based, and TDMA-based user selection schemes when M = 4, N = 1, Kt = 30 and BPCU = , M is the number of transmit antennas, N is the number of receive antennas, and K t is the number of all user terminals in the cell).
그래프에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 BER 기반 사용자 선택 기법과 패스트 BER 기반 사용자 선택 기법이 기존의 채널 용량 기반 사용자 선택 기법이나 TDMA 기반 사용자 선택 기법보다 BER이 훨씬 좋은 것을 알 수 있다. 그리고, BER 기반 사용자 선택 기법과 BER 기반 사용자 선택 기법은 둘 다 비슷한 성능을 가지는 것을 알 수 있다.As shown in the graph, the BER-based user selection scheme and the fast BER-based user selection scheme according to the present invention have much better BERs than the existing channel capacity based user selection scheme or TDMA based user selection scheme. It can be seen that both the BER-based user selection scheme and the BER-based user selection scheme have similar performance.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징들을 변경하지 않고서 다른 구체적인 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is to be understood that the embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. .
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 다중사용자 MIMO 시스템 모델을 예시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a multi-user MIMO system model to which the present invention may be applied.
도 2는 본 발명에 따른 사용자 선택 장치의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a user selection device according to the present invention.
도 3은 도 2의 사용자 선택부의 상세 구성도이다.3 is a detailed configuration diagram of the user selection unit of FIG.
도 4는 BER 기반 알고리즘을 나타낸 것이다.Figure 4 shows a BER-based algorithm.
도 5는 패스트 BER 기반 알고리즘을 나타낸 것이다.Figure 5 shows a fast BER-based algorithm.
도 6은 도 2의 프리코딩 행렬 생성부의 상세 구성도이다.FIG. 6 is a detailed configuration diagram of the precoding matrix generator of FIG. 2. FIG.
도 7은 본 발명에 따른 사용자 선택 방법의 흐름도이다.7 is a flowchart of a method for selecting a user according to the present invention.
도 8 내지 도 10은 안테나 개수의 변화에 따른 다양한 사용자 선택 기법의 BER을 비교한 그래프이다.8 to 10 are graphs comparing BERs of various user selection schemes according to changes in the number of antennas.
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