KR20060092400A - System and method for allocation resource based on channel state information feedback in a mimo-ofdma communication system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 이용해 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에 관한 것으로서, 사용자 단말기가 기지국으로 채널 상태 정보를 피드백하는 방법에 있어서, 전체 주파수 대역을 다수의 서브 채널들로 분할하고, 상기 다수의 서브 채널들은 미리 설정된 설정 개수의 서브 채널들로 이루어진 논리적 그룹 다수개들이 모여 구성되도록 미리 설정되어 있으며, 상기 사용자 단말기는 상기 논리적 그룹 단위로 자신이 사용하고자 하는 채널 정보를 상기 기지국으로 피드백하는 과정을 포함함을 특징으로 한다. The present invention relates to an orthogonal frequency division multiplexing communication system using a multiple input multiple output scheme for transmitting and receiving signals using a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas. And dividing the entire frequency band into a plurality of sub-channels, wherein the plurality of sub-channels are preset such that a plurality of logical groups consisting of a preset number of sub-channels are assembled. And feeding back channel information to be used by the unit to the base station.
다중 입력 다중 출력, 피드백, 채널 상태 정보, 서브 채널 Multiple inputs Multiple outputs, feedback, channel status information, subchannels
Description
도 1a 및 1b는 일반적인 MIMO-OFDM 통신 시스템의 송/수신단 구조를 개략적으로 도시한 도면 1A and 1B schematically illustrate a structure of a transmitter / receiver in a general MIMO-OFDM communication system.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수신단 구조를 개략적으로 도시한 도면2 is a view schematically showing a receiving end structure according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SBA-GS 기법의 그룹화 및 평균 SNR 계산을 도식화한 도면3 is a diagram illustrating grouping and average SNR calculation of an SBA-GS scheme according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 그룹화된 서브 채널 단위로 비트 할당을 수행하는 것을 도식화한 도면4 is a diagram illustrating performing bit allocation on a grouped sub-channel basis according to the first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 SBA-GS 기법을 사용하는 수신단 동작 과정을 도시한 흐름도5 is a flowchart illustrating an operation of a receiving end using the SBA-GS scheme according to the first embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SBA-GS 기법을 사용하는 송신단 동작 과정을 도시한 흐름도6 is a flowchart illustrating an operation of a transmitting end using the SBA-GS scheme according to the first embodiment of the present invention.
도 7a 및 7b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 SBA-GS 기법을 적용한 비트 오류율 성능을 도시한 그래프7A and 7B are graphs showing bit error rate performance using the SBA-GS scheme according to the first embodiment of the present invention.
도 8a 내지 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 기법을 사용하는 송수신단 구조를 개략적으로 도시한 도면8A to 8B schematically illustrate a structure of a transmitting and receiving end using an SRA scheme according to a second embodiment of the present invention.
도 9a 및 9b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 기법을 적용하여 자원 할당을 수행하는 과정을 도식화한 도면9A and 9B are diagrams illustrating a process of performing resource allocation by applying an SRA scheme according to a second embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 송신단이 자원 할당을 완료한 결과를 도식화한 도면FIG. 10 is a diagram illustrating a result of resource allocation completed by a transmitter according to a second embodiment of the present invention. FIG.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 기법을 적용하였을 경우 오류 전파 현상에 대해 도식화한 도면11 is a diagram illustrating an error propagation phenomenon when the SRA technique according to the second embodiment of the present invention is applied.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 기법을 사용하는 송신단이 수행하는 동작 과정을 도시한 흐름도12 is a flowchart illustrating an operation performed by a transmitter using an SRA scheme according to a second embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 modified SRA 기법을 사용하는 송수신단 구조를 개략적으로 도시한 도면FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a structure of a transmitting and receiving end using a modified SRA scheme according to a third embodiment of the present invention.
도 14a 내지 14d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 modified SRA 기법을 이용한 자원 할당 절차를 도식화한 도면14A to 14D are diagrams illustrating a resource allocation procedure using a modified SRA scheme according to a third embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 modified SRA 기법을 사용하는 송신단이 수행하는 동작 과정을 도식화한 흐름도15 is a flowchart illustrating an operation performed by a transmitting end using a modified SRA scheme according to a third embodiment of the present invention.
도 16a 및 16b는 modified SRA 기법과 SRA 기법간의 시스템 성능 효율을 비교 도시한 그래프16A and 16B are graphs comparing the system performance efficiency between the modified SRA technique and the SRA technique.
본 발명은 다중입력 다중출력(Multiple Input Multiple Output)-직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하, 'MIMO-OFDM 통신 시스템'라 칭하기로 한다)에 관한 것으로, 특히 수신단에서 피드백(feedback)하는 채널 상태 정보를 이용하여 자원 할당을 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a communication system using a multiple input multiple output (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) method (hereinafter referred to as 'MIMO-OFDM communication system'), in particular The present invention relates to a system and a method for performing resource allocation using channel state information fed back at a receiving end.
현재의 무선 이동 통신 시스템은 고품질, 고속 및 대용량 데이터 전송의 멀티미디어 서비스를 목표로 구현 또는 연구가 활발히 진행 중에 있다. 이러한 무선 이동 통신 시스템에 존재하는 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과는 달리 다중 경로 간섭(multipath interference)과, 쉐도잉(shadowing)과, 전파 감쇠와, 시변 잡음 및 간섭 등과 같은 여러 요인들로 인해 실제 송신 신호에서 왜곡된 신호를 수신하게 된다. 여기서, 상기 다중 경로 간섭에 의한 페이딩은 반사체나 사용자, 즉 사용자 단말기의 이동성에 밀접한 관련을 가지며, 실제 송신 신호와 간섭 신호가 혼재한 형태로 수신된다. Current wireless mobile communication systems are actively being implemented or researched for the purpose of multimedia services of high quality, high speed, and large data transmission. Unlike the wired channel environment, the wireless channel environment exists in such a wireless mobile communication system due to various factors such as multipath interference, shadowing, propagation attenuation, time-varying noise and interference. A signal distorted in the transmission signal is received. Here, the fading due to the multipath interference is closely related to the mobility of the reflector or the user, that is, the user terminal, and is received in a form in which the actual transmission signal and the interference signal are mixed.
그래서, 상기 수신 신호는 실제 송신 신호에서 심한 왜곡을 겪은 형태가 되어 전체 이동 통신 시스템의 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다. 결과적으로 상기 페이딩 현상은 수신 신호의 크기(amplitude)와 위상(phase)을 왜곡시킬 수 있어, 무선 채널 환경에서 고속의 데이터 통신을 방해하는 주요 원인이며, 상기 페이딩 현상을 해결하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다. 결과적으로, 이동 통신 시스템에서 데이터를 고속으로 전송하기 위해서는 페이딩 현상과 같은 이동 통신 채널의 특성에 따른 손실 및 사용자별 간섭을 최소화해야 한다. 이를 해결하고자 제안된 기술 중의 하나가 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 기술이다.Thus, the received signal becomes a form that is severely distorted in the actual transmission signal to act as a factor that degrades the performance of the entire mobile communication system. As a result, the fading phenomenon may distort the amplitude and phase of the received signal, which is a major cause of disturbing high-speed data communication in a wireless channel environment, and many studies have been conducted to solve the fading phenomenon. It is becoming. As a result, in order to transmit data at a high speed in a mobile communication system, loss due to characteristics of a mobile communication channel such as fading and user-specific interference should be minimized. One of the techniques proposed to solve this problem is a multiple input multiple output (hereinafter referred to as 'MIMO') technique.
상기 MIMO 기술은 채널 상태 정보(Channel State Information, 이하 'CSI' 라 칭하기로 한다) 피드백 여부에 따라 개루프(open loop) 방식과, 폐루프(closed loop) 방식으로 분류된다. The MIMO technology is classified into an open loop method and a closed loop method according to whether channel state information (hereinafter, referred to as “CSI”) feedback.
먼저, 폐루프 방식으로 특이치 분해(SVD: Singular Value Decomposition, 이하 'SVD'라 칭하기로 한다) 방식이 있다. 상기 SVD 방식은 이론적으로는 최적의 성능을 낼 수 있지만, 수신단은 모든 채널값을 송신단으로 피드백해야 되므로 계산량 증가라는 단점이 존재한다. First, there is a singular value decomposition (SVD: SVD) method as a closed loop method. The SVD scheme can theoretically achieve optimal performance, but the receiver has to feed back all channel values to the transmitter.
다음으로, 개루프 방식에는 데이터 전송 방식에 따라 시공간 블록 부호화(STBC: Space Time Block Code, 이하 'STBC'라 칭하기로 한다) 기법과, 블라스트(BLAST: Bell Labs Layered Space-Time, 이하 'BLAST'라 칭하기로 한다) 기법과, 계층적 STBC(Layered STBC) 기법등이 있다. Next, in the open loop scheme, a space time block code (STBC) technique according to a data transmission scheme, and a blast (BLAST: Bell Labs Layered Space-Time (BLAST) technique) are used. And the layered STBC (Layered STBC) technique.
여기서, 상기 BLAST 기법은 데이터 전송 효율은 높은 반면에 다이버시티(diversity) 이득이 없어 성능 저하를 가져오고, 수신 안테나 수가 송신 안테나 수보다 많거나 같아야만 한다는 제약 조건이 존재한다. 상기 BLAST 기법의 단점을 보완하기 위해 미국 Lucent Technologies 사의 Bell 연구소에서 개발된 V-BLAST(Vertical-BLAST) 기법이 있다.Here, the BLAST scheme has a high data transmission efficiency but no diversity gain, resulting in performance degradation, and there is a constraint that the number of receiving antennas must be greater than or equal to the number of transmitting antennas. In order to make up for the shortcomings of the BLAST technique, there is a V-BLAST (Vertical-BLAST) technique developed by Bell Laboratories of Lucent Technologies.
상기 V-BLAST 기법은 송신단에서 복잡한 부호화를 필요하지 않으면서도 송신 안테나(Tx Antenna)별로 서로 다른 신호를 전송함으로써 데이터 전송 속도를 크게 향상시키는 방식이다. 보다 상세하게는, 상기 V-BLAST 기법은 데이터 스트림(data stream)이 독립적으로 부호화(encoding)되어 각기 다른 송신 안테나를 통해 전송된다. 수신단은 상기 서로 다른 안테나를 통해 수신한 신호들간의 간섭을 제거하기 위해 정렬된 연속 간섭 제거(OSIC: Ordered Successive Interference Cancellation)를 수행한다.The V-BLAST technique is a method of greatly improving the data transmission speed by transmitting different signals for each Tx antenna without requiring complicated encoding at the transmitting end. More specifically, in the V-BLAST scheme, data streams are independently encoded and transmitted through different transmit antennas. The receiver performs ordered successive interference cancellation (OSIC) to remove interference between signals received through the different antennas.
상기 V-BLAST 방식을 사용하는 MIMO 통신 시스템은 주파수 효율을 증대시키고 다중 경로 페이딩 채널에 효율적으로 대처하기 위해 다중 서브 캐리어를 사용하는 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM' 라 칭하기로 한다) 또는 OFDMA 방식과 결합되어 MIMO-OFDM 또는 MIMO-OFDMA 통신 시스템이 될 수 있다. The MIMO communication system using the V-BLAST scheme is called Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) using multiple subcarriers to increase frequency efficiency and efficiently cope with a multipath fading channel. Or in combination with an OFDMA scheme, a MIMO-OFDM or MIMO-OFDMA communication system.
도 1a 및 1b는 일반적인 MIMO-OFDM 통신 시스템의 송/수신단 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.1A and 1B schematically illustrate a structure of a transmitting / receiving end of a general MIMO-OFDM communication system.
상기 도 1a 및 1b를 참조하면, 먼저 도 1a에서 송신단은 채널 부호화기(channel encoder)(102), 변조기(modulator)(104), 직렬/병렬 변환기(Serial to Parallel Converter, 이하 'S/P' 라 칭하기로 한다)(106), 역고속 푸리에 변환기(Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT' 라 칭하기로 한다)들(108, 110), 병렬/직렬 변환기(Parallel to Serial Converter, 이하 'P/S' 라 칭하기로 한다)들(112, 114), 보호구간 삽입기들(116, 118)을 포함한다. Referring to FIGS. 1A and 1B, first, a transmitter in FIG. 1A is a
도 1b에서 수신단은 보호구간 제거기들(168, 170), S/P들(168, 170), 고속 푸리에 변환기들(Fast Fourier Transform, 이하 'FFT' 라 칭하기로 한다)(160, 162), V-BLAST 검출기(158), P/S(156), 복조기(demodulator)(154) 및 채널 복호기(channel decoder)(152)를 포함한다.In FIG. 1B, the receiving end of the
그러면, 송신단에서 수신단으로 신호를 송신하는 과정에 대해 설명한다.Next, a process of transmitting a signal from a transmitter to a receiver will be described.
먼저, 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트(user data bits) 및 제어 데이터비트(control data bits)가 발생하면, 상기 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트는 채널 부호화기(102)로 입력된다. 여기서, 상기 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트를 '정보 데이터 비트(information data bits)' 라고 칭하기로 한다. 상기 채널 부호화기(102)는 상기 정보 데이터 비트를 입력하여 미리 설정되어 있는 설정 코딩(coding) 방식으로 코딩한 후 상기 변조기(104)로 출력한다. First, when user data bits and control data bits to be transmitted are generated, the user data bits and the control data bits are input to the
상기 변조기(104)는 상기 채널 부호화기(102)에서 출력된 코딩된 비트(coded bits)를 미리 설정되어 있는 설정 변조 방식으로 변조하여 S/P(106)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식 혹은 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식 등이 있다. 상기 S/P(106)는 변조 심벌들을 입력하여 병렬 변환한 후 상기 IFFT기들(108, 110)로 출력한다. The
상기 IFFT기들(108, 110)은 상기 S/P(106)에서 출력한 신호를 입력하여 Nc-포인트(Nc-point) IFFT를 수행한 후 상기 P/S들(112, 114)로 출력한다. 상기 P/S들(112, 114)은 상기 IFFT기들(108, 110)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 보호구간 삽입기들(116, 118)로 출력한다. 상기 보호구간 삽입기들(116, 118)은 상기 P/S(112, 114)에서 출력한 신호에 보호 구간(guard interval)을 삽입한 후 M개의 송신 안테나들(Ant #1 내지 Ant #M)을 통해 무선 채널상으로 송신한다. The IFFT groups (108, 110) is N c a signal output from the S / P (106) - to the output point (N c -point) after performing the IFFT of said P / S (112, 114) do. The P /
상기 송신단으로부터 무선 채널을 경유해 신호를 수신한 수신단의 보호구간 제거기들(168, 170)은 상기 삽입된 보호구간을 제거하여 S/P들(164, 166)로 출력한다. 상기 S/P들(164, 166)은 보호구간이 제거된 신호를 입력하여 병렬 변환하여 FFT기들(160, 162)로 출력한다. 상기 FFT기들(160, 162)은 상기 병렬 변환된 신호를 입력하여 FFT를 수행하고 V-BLAST 검출기(158)로 출력한다. 상기 V-BLAST 검출기(158)는 각각의 서브 캐리어들에 대해 V-BLAST 검출을 수행하고 P/S(156)로 출력한다. 상기 P/S(156)는 V-BLAST 검출을 수행한 신호를 직렬 변환하여 복조기(154)로 출력한다. 상기 복조기(154)는 송신단의 변조기(104)에서 수행한 변조 방식에 대응되는 복조 방식으로 신호를 복조하고 채널 복호기(152)로 출력한다. 상기 채널 복호기(152)는 상기 채널 부호화기(102)에서 수행한 부호화 방식에 대응되는 복호 방식으로 신호를 복호하여 정보 데이터 비트를 출력한다.The
한편, 상술한 바와 같이 BLAST 기법 중의 하나인 V-BLAST 기법은 수신단으로부터 송신단으로의 CSI 피드백이 필요없는 개루프 형태를 가진다. 그러나, 시스템 성능을 향상시키고자 수신단에서 송신단으로 CSI를 피드백하는 몇 가지 방법들이 제안되었다. 이렇게 제안된 방법 중 하나가 적응적 비트 및 전력 할당(Adaptive Bit and Power Allocation, 이하 'ABPA' 라 칭하기로 한다) 방법이다.Meanwhile, as described above, the V-BLAST scheme, which is one of the BLAST schemes, has an open loop shape that does not require CSI feedback from the receiver to the transmitter. However, several methods have been proposed to feed back CSI from the receiver to the transmitter to improve system performance. One of the proposed methods is an adaptive bit and power allocation (hereinafter referred to as 'ABPA') method.
상기 ABPA 방법은 MIMO-OFDMA 통신 시스템 수신단이 채널 상태에 따라 서브 채널별로 다양한 변조 방식(즉, 할당 비트수) 및 전력을 결정하여 송신단으로 피드백하는 방법이다. 상기 ABPA 방법은 비트오류율(Bit Error Rate) 성능면에서는 거의 최적의 성능을 보이지만, 수신단에서 송신단으로 피드백하는 정보량이 많고, 비트 및 전력 할당을 위한 연산량이 과도하다는 단점을 가진다. 따라서, 피드백 지연등을 고려한 실제 채널 환경에 적용하기는 불가능하다. 상기 ABPA 방법에서 각 서브 채널에 적용될 수 있는 변조 방식의 경우수를 S, 전력 할당 양자화 레벨을 Q, 서브 캐리어 개수를 Nc', 송신 안테나 개수를 M이라 할 때, 비트 할당 피드백 정보는 비트가 필요하고, 전력 할당 피드백 정보는 비트가 추가로 필요하다.The ABPA method is a method in which a receiver of a MIMO-OFDMA communication system determines various modulation schemes (ie, number of allocated bits) and power for each subchannel according to a channel state and feeds back to a transmitter. The ABPA method shows almost optimal performance in terms of bit error rate performance, but has a disadvantage in that a large amount of information is fed back from a receiving end to a transmitting end, and an amount of computation for bit and power allocation is excessive. Therefore, it is impossible to apply to the actual channel environment considering the feedback delay. In the ABPA method, when the number of modulation schemes applicable to each subchannel is S, the power allocation quantization level is Q, the number of subcarriers is N c ' , and the number of transmitting antennas is M, the bit allocation feedback information is Bits are required, and power allocation feedback information An additional bit is needed.
이에 따라, 상기 ABPA 방법의 단점들을 보완하기 위해 제안된 것이 간단 비트 할당(Simplified Bit Allocation, 이하 'SBA' 라 칭하기로 한다) 방법이다. 상기 SBA 방법은 채널 특성이 우수한 일부 채널에만 동일한 수의 비트를 할당하여 수신단에서 송신단으로의 피드백 정보량 및 비트 할당을 위한 연산량을 감소시키는 방법이다. 보다 상세한 설명을 위해, Nc개의 서브 캐리어 및 M개의 송신 안테나를 사용하는 일반적인 MIMO-OFDM 통신 시스템을 고려한다. 상기 SBA 방법은 열악한 서브 채널을 통해서는 데이터를 송신하지 않는 방법이다. 따라서, 수신단은 데이터 송신을 위한 서브 채널 사용 여부를 결정하고, 각 서브 채널당 1비트, 즉 총 비트의 정보를 송신단으로 피드백한다. 예컨대, 상기 수신단은 사용하고자 하는 서브 채널의 경우 '1'로, 사용하지 않으려는 서브 채널의 경우 '0'으로 명시하여 송신단으로 피드백한다.Accordingly, what is proposed to compensate for the shortcomings of the ABPA method is the Simplified Bit Allocation (SBA) method. The SBA method allocates the same number of bits to only some channels having excellent channel characteristics, thereby reducing the amount of feedback information from the receiving end to the transmitting end and the amount of computation for bit allocation. For a more detailed description, consider a general MIMO-OFDM communication system using N c subcarriers and M transmit antennas. The SBA method does not transmit data through poor subchannels. Therefore, the receiving end determines whether or not to use a subchannel for data transmission, and 1 bit for each subchannel, that is, the total Feedback the bit information to the transmitter. For example, the receiving end feeds back to the transmitting end by specifying '1' for the subchannel to be used and '0' for the subchannel not to be used.
따라서, 하나의 OFDM 심벌 시간동안 일반적인 MIMO-OFDM 통신 시스템과 동일한 Rb개의 비트를 전송하기 위해서는 감소한 가용 서브 채널 수 보상을 위해 변조 방식의 차수(즉, 각 서브 채널당 할당되는 비트수)를 증가시켜야 한다. 이렇게 증가되는 추가 비트수를 △K라 가정하면, 각 서브 채널당 B≡K+△K 비트가 할당되어야 한다. 따라서, 비트가 할당되는 서브 채널의 수 DSBA는 하기 수학식 1에 의해 결정된다.Therefore, to increase the modulation order of the system (the number of bits to be allocated that is, each sub-channel) to decrease the available sub-channels can compensate in order to transmit one and the same R b bits and typical MIMO-OFDM communication system for the OFDM symbol time do. Assuming that the increased number of additional bits is ΔK, B ≡ K + ΔK bits should be allocated to each subchannel. Therefore, the number D SBA of subchannels to which bits are allocated is determined by
즉, 상기 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 상기 SBA는 비트만큼 수신단에서 송신단으로 피드백한다.That is, as shown in
한편, 상기 SBA 방법은 단일 사용자(single user)를 위한 자원 할당 알고리즘이다. 따라서, 다수의 사용자 단말기(User Equipment)들이 존재하는 MIMO-OFDMA 통신 시스템에 적용하기는 불가능하다. 또한, 상기 SBA 방법이 단일 사용자를 위한 MIMO-OFDM 시스템에서는 기존의 ABPA 방법에 비해 피드백되는 정보량 및 연산량에 있어서 보다 효율적인 방법이지만, 다수의 사용자 단말기들이 존재하는 MIMO-OFDMA 통신 시스템에 SBA를 적용하는 경우 각 사용자 단말기들이 사용하고자 하는 서브채널들간 충돌이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 SBA 기법을 다수의 사용자 단말기들이 존재하는 환경에 효율적으로 적용하기 위한 자원 할당 알고리즘이 절실히 필요하다.Meanwhile, the SBA method is a resource allocation algorithm for a single user. Therefore, it is impossible to apply to a MIMO-OFDMA communication system in which a plurality of user equipments exist. In addition, the SBA method is more efficient in the amount of information and calculation amount fed back than the conventional ABPA method in the MIMO-OFDM system for a single user, but the SBA method is applied to the MIMO-OFDMA communication system in which a plurality of user terminals exist. In this case, collisions between subchannels that each user terminal intends to use may occur. Accordingly, there is a great need for a resource allocation algorithm for efficiently applying the SBA scheme to an environment in which a plurality of user terminals exist.
본 발명은 MIMO-OFDM 및 MIMO-OFDMA 통신 시스템에서 비트 할당 및 자원 할당을 위한 채널 상태 정보량을 감소시키기 위한 시스템 및 방법을 제공함에 있다. The present invention provides a system and method for reducing the amount of channel state information for bit allocation and resource allocation in MIMO-OFDM and MIMO-OFDMA communication systems.
본 발명은 단일 사용자만이 존재하는 MIMO-OFDM 통신 시스템과 다수의 사용자 단말기들이 존재하는 MIMO-OFDMA 통신 시스템에서 효율적인 자원 할당을 위한 시스템 및 방법을 제공함에 있다.The present invention provides a system and method for efficient resource allocation in a MIMO-OFDM communication system in which only a single user exists and a MIMO-OFDMA communication system in which a plurality of user terminals exist.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1방법은; 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 이용해 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서, 사용자 단말기가 기지국으로 채널 상태 정보를 피드백하는 방법에 있어서, 전체 주파수 대역을 다수의 서브 채널들로 분할하고, 상기 다수의 서브 채널들은 미리 설정된 설정 개수의 서브 채널들로 이루어진 논리적 그룹 다수개들이 모여 구성되도록 미리 설정되어 있으며, 상기 사용자 단말기는 상기 논리적 그룹 단위로 자신이 사용하고자 하는 채널 정보를 상기 기지국으로 피드백하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.The first method of the present invention for achieving the above objects; In an orthogonal frequency division multiple communication system using a multiple input multiple output scheme for transmitting and receiving signals using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas, a method for feeding back channel state information to a base station by a user terminal includes: The plurality of subchannels are divided into a plurality of subchannels, and the plurality of subchannels are preset so that a plurality of logical groups including a preset number of subchannels are collected and configured, and the user terminal is used by the logical group unit. And feeding back channel information to the base station.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제2방법은; 다수의 송 신 안테나와 다수의 수신 안테나를 이용해 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서, 사용자 단말기가 비트 할당을 수행하는 방법에 있어서, 전체 주파수 대역을 다수의 서브 채널들로 분할하고, 상기 다수의 서브 채널들은 미리 설정된 설정 개수의 서브 채널들로 이루어진 논리적 그룹 다수개들이 모여 구성되도록 미리 설정되어 있으며, 상기 서브 채널들의 할당 비트 수를 0으로 초기화 하는 과정과, 상기 논리적 그룹들 각각의 채널 상태를 측정하는 과정과, 상기 채널 상태 측정 결과에 따라 채널 상태가 좋은 논리적 그룹들의 서브 채널들부터 순차적으로 비트 할당을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.The second method of the present invention for achieving the above objects; In an orthogonal frequency division multiple communication system using a multiple input multiple output scheme in which a signal is transmitted and received using a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas, a method for performing bit allocation by a user terminal includes: Dividing into sub-channels, and the plurality of sub-channels are pre-configured to form a plurality of logical groups composed of a preset number of sub-channels, and initializing the number of allocated bits of the sub-channels to 0; The method may further include measuring channel states of each of the logical groups and sequentially performing bit allocation from subchannels of logical groups having a good channel state according to the channel state measurement result.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제3방법은; 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 이용해 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하며, 다수의 사용자 단말기들이 존재하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서, 기지국이 자원 할당을 수행하여 신호를 전송하는 방법에 있어서, 상기 사용자 단말기들 각각으로부터 서브 채널 상태 정보를 수신하는 과정과, 채널 상태가 좋은 서브 채널부터 라운드 로빈 방식으로 각 사용자 단말기들에 자원 할당을 반복하는 과정과, 상기 자원 할당된 모든 서브 채널들에 동일한 변조 방식을 적용하여 신호를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.The third method of the present invention for achieving the above objects; In an orthogonal frequency division multiple communication system in which multiple user input and output signals are transmitted and received using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas, a base station performs resource allocation to transmit a signal. A method comprising: receiving sub-channel state information from each of the user terminals, repeating resource allocation to each of the user terminals in a round robin manner from a sub-channel having a good channel state, and all the sub-allocated sub-channels. And transmitting a signal by applying the same modulation scheme to the channels.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제4방법은; 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 이용해 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하며, 다수의 사용자 단말기들이 존재하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서, 기지국이 자원 할당을 수행하여 신호를 전송하는 방법에 있어서, 상기 다수의 사용자 단말기들이 사용하고자 원하는 후보 서브 채널 정보를 상기 다수의 사용자 단말기들로부터 피드백 받는 과정과, 상기 피드백 받은 정보를 참조하여 상기 후보 서브 채널들 중 사용자 단말기들간에 서로 충돌하지 않는 후보 서브 채널들을 검출하여, 각 사용자 단말기들에 할당하는 제1 과정과, 상기 후보 서브 채널들 중 사용자 단말기들간에 충돌하는 후보 서브 채널들을 검출하는 제2 과정과, 상기 충돌 후보 서브 채널들을 소정의 기준에 의해 각 사용자 단말기들간에 충돌하지 않도록 할당하는 제3 과정과, 데이터 전송율을 만족하지 못하는 자원을 할당받은 사용자 단말기에 대해 추가 비트를 할당하는 제4 과정을 포함함을 특징으로 한다.A fourth method of the present invention for achieving the above objects; In an orthogonal frequency division multiple communication system in which multiple user input and output signals are transmitted and received using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas, a base station performs resource allocation to transmit a signal. In the method, receiving feedback from the plurality of user terminals with candidate subchannel information that the plurality of user terminals want to use, and the user terminals among the candidate subchannels do not collide with each other with reference to the received information. A first process of detecting candidate subchannels not allocated and assigning them to respective user terminals, a second process of detecting candidate subchannels colliding between user terminals among the candidate subchannels, and predetermined collision candidate subchannels; Conflicts between user terminals based on Not assigned claim characterized in that it comprises a fourth step of assigning additional bits for the third process, a user terminal is allocated resources do not meet the data rate to.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1시스템은; 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 이용해 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서, 채널 상태 정보를 송수신하는 시스템에 있어서, 전체 주파수 대역을 다수의 서브 채널들로 분할하고, 상기 다수의 서브 채널들은 미리 설정된 설정 개수의 서브 채널들로 이루어진 논리적 그룹 다수개들이 모여 구성되도록 미리 설정되어 있으며, 상기 논리적 그룹 단위로 자신이 사용하고자 하는 채널 정보를 기지국으로 피드백하는 사용자 단말기와, 상기 사용자 단말기로부터 논리적 그룹 단위로 수신한 채널 상태 정보를 고려하여 자원을 할당하는 기지국을 포함함을 특징으로 한다.The first system of the present invention for achieving the above objects; In an orthogonal frequency division multiple communication system using a multiple input multiple output scheme for transmitting and receiving signals using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas, a system for transmitting and receiving channel state information, the entire frequency band of a plurality of subchannels The plurality of subchannels are preconfigured so that a plurality of logical groups consisting of a preset number of subchannels are collected and fed back to the base station for channel information to be used by the logical group. And a base station for allocating resources in consideration of channel state information received in units of logical groups from the user terminal.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제2시스템은; 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 이용해 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출 력 방식을 사용하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서, 비트 할당을 수행하는 시스템에 있어서, 전체 주파수 대역을 다수의 서브 채널들로 분할하고, 상기 다수의 서브 채널들은 미리 설정된 설정 개수의 서브 채널들로 이루어진 논리적 그룹 다수개들이 모여 구성되도록 미리 설정되어 있으며, 상기 서브 채널들의 할당 비트 수를 0으로 초기화 하고, 상기 논리적 그룹들 각각의 채널 상태를 측정하여, 상기 채널 상태 측정 결과에 따라 채널 상태가 좋은 논리적 그룹들의 서브 채널들부터 순차적으로 비트 할당을 수행하는 사용자 단말기를 포함함을 특징으로 한다.A second system of the present invention for achieving the above objects; In an orthogonal frequency division multiple communication system using a multiple input multiple output scheme that transmits and receives a signal using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas, a system for performing bit allocation in a plurality of subchannels The plurality of subchannels are preset to be configured by a plurality of logical groups consisting of a preset number of subchannels, and initialize the number of allocated bits of the subchannels to 0, and the logical groups And measuring a channel state and performing bit allocation sequentially from subchannels of logical groups having a good channel state according to the channel state measurement result.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제3시스템은; 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 이용해 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하며, 다수의 사용자 단말기들이 존재하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서, 자원 할당을 수행하여 신호를 송수신하는 시스템에 있어서, 기지국이 존재하며, 전체 서브 채널들에 대한 가중치 벡터의 2-norm 값을 계산하여 기지국으로 피드백하고, 이후 상기 기지국으로부터 신호를 수신하고, V-BLAST 방식을 이용하여 원래의 신호를 검출하는 경우 다른 사용자 단말기에 할당되어 상기 임의의 사용자 단말기에 간섭을 유발하는 서브 채널에 대해 널링(nulling)만을 수행하여 원래의 신호를 검출하는 사용자 단말기와, 상기 사용자 단말기들 각각으로부터 서브 채널 상태 정보를 수신하여, 채널 상태가 좋은 서브 채널부터 라운드 로빈 방식으로 각 사용자 단말기들에 자원 할당을 반복하고, 상기 자원 할당된 모든 서브 채널들에 동일한 변조 방식을 적용하여 신호를 전송하는 기지국을 포함함을 특징으로 한다.The third system of the present invention for achieving the above objects; In an orthogonal frequency division multiple communication system using multiple input multiple output schemes for transmitting and receiving signals using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas, and in a system for performing resource allocation to transmit and receive signals In the present invention, a base station exists, calculating a 2-norm value of a weight vector for all subchannels, feeding back a signal to a base station, receiving a signal from the base station, and detecting an original signal using a V-BLAST scheme. In this case, the user terminal is assigned to another user terminal and performs nulling only on a subchannel causing interference with the arbitrary user terminal, and receives subchannel state information from each of the user terminals. Each channel in round robin fashion Repeating the resources allocated to the user terminal, it characterized in that it comprises a base station for transmitting a signal to apply the same modulation scheme in all the sub-channels of the resource allocation.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제4시스템은; 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 이용해 신호를 송수신하는 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하며, 다수의 사용자 단말기들이 존재하는 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서, 자원 할당 및 신호 송수신 시스템에 있어서, 기지국이 존재하며, 사용하고자 원하는 후보 서브 채널 정보를 상기 기지국으로 피드백하는 사용자 단말기와, 상기 피드백 받은 정보를 참조하여 상기 후보 서브 채널들 중 사용자 단말기들간에 서로 충돌하지 않는 후보 서브 채널들을 검출하여, 각 사용자 단말기들에 할당하고, 상기 후보 서브 채널들 중 사용자 단말기들간에 충돌하는 후보 서브 채널들을 검출하여, 상기 충돌 후보 서브 채널들을 소정의 기준에 의해 각 사용자 단말기들간에 충돌하지 않도록 할당하고, 데이터 전송율을 만족하지 못하는 자원을 할당받은 사용자 단말기에 대해 추가 비트를 할당하는 기지국을 포함함을 특징으로 한다.A fourth system of the present invention for achieving the above objects; In an orthogonal frequency division multiple communication system using a multiple input multiple output scheme for transmitting and receiving signals using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas, and in a resource allocation and signal transmission / reception system, a base station includes Each user terminal detects candidate user sub-channels that exist and do not collide with each other among user terminals among the candidate sub-channels with reference to the feedback information. Assigning to the terminals, detecting candidate subchannels colliding with the user terminals among the candidate subchannels, assigning the collision candidate subchannels so as not to collide with the respective user terminals by a predetermined criterion, and assigning a data rate Allocating Unsatisfactory Resources And a base station for allocating additional bits for the received user terminal.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, only parts necessary for understanding the operation of the present invention will be described, and other background art will be omitted so as not to distract from the gist of the present invention.
본 발명은 다중입력 다중출력-직교주파수분할다중화(Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'MIMO-OFDM'라 칭하기로 한다) 또는 다중입력 다중출력-직교주파수분할다중접속(Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'MIMO-OFDMA'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템에서, 수신단에서 송신단으로 피드백하는 채널 상태 정보(Channel State Information, 이하 'CSI'라 칭하기로 한다)량을 감소시키는 방안을 제안한다. 또한, 다수의 사용자 단말기(User Equipment)들이 존재하는 다중입력 다중출력-직교주파수분할다중접속(Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'MIMO-OFDMA'라 칭하기로 한다) 통신 시스템에서의 자원 할당 알고리즘을 새롭게 제안한다.In the present invention, multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiplexing (hereinafter referred to as 'MIMO-OFDM') or multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiplexing (Multiple Input Multiple Output) In a communication system using an Orthogonal Frequency Division Multiple Access (hereinafter referred to as "MIMO-OFDMA"), the amount of channel state information (hereinafter referred to as "CSI") fed back from a receiver to a transmitter. We propose a way to reduce the In addition, in a multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiple access (hereinafter referred to as 'MIMO-OFDMA') communication system in which a plurality of user equipments exist. A new resource allocation algorithm is proposed.
이를 위해, 본 발명의 제1 실시예에서는 단일 사용자 단말기, 즉 수신단이 송신단으로 피드백하는 CSI의 양 및 비트 할당 연산량을 감소시키기 위해 그룹핑된 서브 채널 기반의 '간단 비트 할당-그룹핑 서브 채널'(Simplified Bit Allocation based on Grouped Sub-channels, 이하 'SBA-GS'라 칭하기로 한다) 방안을 제안하며, 제2 실시예에서는 다중 사용자 단말기들이 존재하는 MIMO-OFDMA 통신 시스템에서 상기 다중 사용자 단말기들의 자원 할당을 위한 '간단 자원 할당'(Simplified Resource Allocation, 이하 'SRA'라 칭하기로 한다) 방안을 제안하며, 제3 실시예에서는 상기 SRA 방안을 개선한 '수정된 SRA'(modified SRA, 이하 'modified SRA'라 칭하기로 한다) 방안을 제안한다.To this end, in the first embodiment of the present invention, a 'simple bit allocation-grouping sub-channel' based on a sub-channel grouped to reduce the amount of CSI and bit allocation calculation amount fed back to the transmitting end by a single user terminal, that is, a receiving terminal (Simplified) Bit Allocation based on Grouped Sub-channels, hereinafter referred to as 'SBA-GS'). In the second embodiment, resource allocation of the multi-user terminals is performed in a MIMO-OFDMA communication system in which multi-user terminals exist. For this purpose, a Simplified Resource Allocation (SRA) scheme is proposed, and in the third embodiment, a modified SRA (modified SRA) scheme is provided. Suggest a solution.
< 제 1 실시예(SBA-GS) ><First Embodiment (SBA-GS)>
그러면, 도 2를 참조로 먼저 제1 실시예인 SBA-GS에 대해 설명하기로 한다.Next, the first embodiment SBA-GS will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수신단 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a receiving end structure according to a first embodiment of the present invention.
상기 도 2를 참조하면, 수신단은 도 1b에 나타낸 수신단 구조와 유사하며, CSI 측정기(222)와, 버퍼(224)가 추가로 구비된 형태를 가진다. 따라서, 상기 도 1b의 설명을 참조하여 그 상세한 설명은 생략하기로 하며, 본 발명과 관련된 부분에 대해서만 상세하게 설명하기로 한다. 한편, 상기 수신단에 대응되는 송신단 구조는 상기 도 1a와 동일한 구조를 가진다. 즉, 송신단은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수신단이 피드백한 CSI를 이용하여 사용할 서브 채널에 데이터 심벌들을 할당하는 역할을 수행한다.Referring to FIG. 2, the receiving end is similar to the receiving end structure shown in FIG. 1B, and has a
상기 도 2의 수신단의 동작을 설명하기에 앞서, 본 발명의 제1 실시예인 상기 SBA-GS 기법은 전체 가용 서브 채널들을 소정의 개수만큼씩 미리 그룹화를 수행한 상태에서, 수신단은 각 그룹화된 그룹별 서브 채널들의 평균 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'라 칭하기로 한다)를 가중치 벡터의 2-norm 값의 평균으로 측정한다. 이와 관련하여서는 수학식 16을 이용하여 설명하기로 하고 여기서는 생략하기로 한다.Before describing the operation of the receiver of FIG. 2, the SBA-GS scheme according to the first embodiment of the present invention performs grouping of all available subchannels by a predetermined number in advance. The average signal-to-noise ratio (hereinafter referred to as 'SNR') of each subchannel is measured as an average of 2-norm values of weight vectors. In this regard, it will be described using
따라서, 종래의 SBA 기법이 수신단에서 송신단으로 피드백하는 CSI의 양이 비트인 반면에, 본 발명의 SBA-GS 기법은 ()/G 비트만큼의 CSI를 피드백하게 되어 피드백하는 CSI의 양이 적어지게 된다. 여기서, 상기 G는 하나의 그룹당 서브 채널 개수를 의미하며, 주어진 채널 환경에 의해 결정되는 코히어런스 주파수 대역폭(Coherence Bandwidth)을 초과하지 않는 범위 내에서 전체 서브 채널 개수 Nc의 약수로 설정됨이 바람직하다. 또한, 상기 M은 송신 안테나 개수를 의미한다.Therefore, the amount of CSI fed back from the receiver to the transmitter by the conventional SBA Bit, while the SBA-GS scheme of the present invention The CSI is fed back as much as) / G bits, thereby reducing the amount of CSI fed back. Here, G means the number of subchannels per group, and is set to a divisor of the total number of subchannels N c within a range not exceeding the coherence frequency bandwidth determined by a given channel environment. desirable. In addition, M means the number of transmit antennas.
그러면, 상기 수신단의 동작을 설명하기로 한다.Next, the operation of the receiving end will be described.
상기 수신단의 V-BLAST(Vertical-Bell Labs Layered Space-Time) 검출기(208)는 각 서브 채널들의 가중치 벡터의 2-norm 값을 계산하고, 상기 CSI 측정기(222)로 출력한다. 상기 CSI 측정기(222)는 각 서브 채널들에 대해 미리 설정된 개수로 그룹화된 서브 채널들에 대한 SNR 값을 측정하여 상대적으로 좋은 품질의 서브 채널들을 가지는 그룹들을 선택하고, 각 선택된 각 그룹들에 비트를 할당한다. 동시에 상기 수신단은 송신단으로 각 그룹별 사용 여부 정보를 나타내는 CSI를 피드백하고, 버퍼(224)에 저장한다. 이후, 상기 V-BLAST 검출기(208)는 다음 하향링크 프레임 수신 구간에 수신한 신호에 대해 데이터 심벌이 할당된 서브 채널들과 할당되지 않은 서브 채널들을 구분하여 V-BLAST 검출을 수행함으로써 검출 연산량을 감소시킬 수 있다.A vertical-bell labs layered space-time (V-BLAST)
이하에서는, 일반적인 V-BLAST 방식을 사용하는 수신단에서 신호를 검출하는 방법에 대해 하기 수학식들을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of detecting a signal at a receiving end using a general V-BLAST scheme will be described in detail with reference to the following equations.
먼저, 도 1b의 FFT기들(160, 162)에서 출력된 각각의 서브 캐리어들에 대해 V-BLAST 검출기(158)는 V-BLAST 검출을 수행한다. 여기서 은 c번째 서브 캐리어에 대한 k번째 송신 안테나에서 번째 수신 안테나로의 복소 페이딩 채널 계수이며, 그 값이 한 OFDMA 심 벌 간격 동안 변화하지 않는다고 가정할 때 c번째 부반송파에 대한 크기 인 순시 채널 행렬 를 하기 수학식 2와 같이 표현할 수 있다. First, the V-
M개의 송신 안테나를 통해 전송되는 c번째 부반송파의 크기의 신호 벡터 를 하기 수학식 3과 같이 정의한다.C subcarriers transmitted through M transmit antennas Magnitude signal vector Is defined as in
여기서 위 첨자 T는 Transpose 연산을 의미한다. 수힉식 2의 전송 신호가 수학식 1로 표현된 채널을 통과할 때 수신 신호 yc를 하기 수학식 4와 같이 크기의 벡터로 표현할 수 있다. Here, the superscript T means Transpose operation. When the transmission signal of
위 수학식 4에서 는 각 성분이 평균 0, 분산 인 가우시 안 잡음 벡터를 의미한다.In
상기 수학식 4의 수신 신호 로부터 전송 신호 를 결정하기 위한 ZF (Zero Forcing) 형태의 V-BLAST 검출 방식의 상세 과정은 하기 수학식 5 내지 14와 같다. 먼저 채널 행렬 의 의사역행렬 (Pseudo Inverse Matrix)을 하기 수학식 6과 같이 정의한다.Received signal of
여기서, 위 첨자 는 무어-펜로즈 일반화 의사 역행렬(Moore-Penrose Generalized Pseudo Inverse Matrix)을 나타낸다. 이와 같이 구해진 c번째 서브 캐리어에 대한 초기 역행렬 로부터 하기 수학식 7을 수행한다. Where superscript Denotes the Moore-Penrose Generalized Pseudo Inverse Matrix. Initial inverse of the c-th subcarrier thus obtained The following equation (7) is performed.
상기 수학식 7에서, 는 행렬 의 크기의 j번째 행벡터를 의미한다. In Equation 7, Is a matrix of The j-th row vector of size.
V-BLAST 검출 과정에서 상기 수학식 5 내지 7은 수신단 신호 검출을 위한 초기치 설정을 위한 과정이고, 다음으로 하기 수학식 8 내지 14의 연산을 반복 수행 한다. In the V-BLAST detection process,
상기 수학식 8에서 i는 i번째 연산 반복을 의미하고, 는 수신단에서 전송 심벌 를 검출하기 위해 전송된 신호 성분을 제거하는 순서를 의미한다. 또한, 상기 수학식 8에서 행렬 의 ki번째 행벡터를 널링 벡터 (Nulling Vector) 로 정의하여, 이를 수신 신호 벡터 에 곱해 수학식 9의 를 구하고, 수학식 10을 이용해 전송 신호 벡터 의 ki번째 신호 성분에 대한 추정치 를 얻을 수 있다. 여기서 는 이진 결정 함수이다. 한편, 의 ki번째 신호 성분이 완벽히 추정되었다고 가정한 후 (즉, ), 하기 수학식 11에서와 같이 i번째 단계에서의 수신 신호 벡터 에서 ki번째 검출된 간 섭 신호 성분을 제거하고 (i+1)번째 단계에서의 연산을 위한 수신 신호 벡터를 결정한다.In
상기 수학식 11에서, 는 채널 행렬 의 N1 크기의 ki번째 열벡터를 의미하고, 상기 수학식 12에서, 은 수학식 11의 연산을 통해 이미 검출된 신호 성분을 제거함으로써 의 ki번째 열벡터 성분을 모두 0으로 널링한 행렬을 의미한다. 이를 이용하여 나머지 간섭 신호 성분 검출을 위해 상기 수학식 12와 같이 새로운 역행렬을 구성한다. In Equation 11, Is the channel matrix N A k i th column vector having a size of 1, and in
상기 수학식 13에서는 상기 수학식 7과 동일한 방법으로 상기 수학식 12를 이용해 구한 새로운 역행렬을 이용하여 다음 단계를 위한 최적의 검출 순서를 결정 한다. 사용하는 모든 서브 캐리어에 대해 이 과정을 적용하여 수신 신호로부터 원래의 데이터를 검출해낸다. In Equation 13, the optimal detection order for the next step is determined using the new inverse matrix obtained using
이러한 V-BLAST 검출 과정을 통해 추정된 에 대한 검출 후 SNR 는 하기 수학식 15를 이용해 구할 수 있다.Estimated through this V-BLAST detection process SNR after detection for Can be obtained using
상기 수학식 15에서, 은 기대값 연산을 의미한다. 상기 수학식 15로부터 는 에, 즉 2-norm 값에 비례함을 알 수 있다. 따라서, 수신단은 상기 를 각 서브 채널에 대한 채널 이득(channel gain)으로 간주하여 각 서브 채널들에 대한 가중치 벡터 의 2-norm 값을 통해 채널 특성을 고려한 비트 할당 알고리즘을 수행할 수 있다.In
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 SBA-GS 기법을 사용하는 수신단은 미리 결정된 각 그룹(즉, 소정 개수의 서브 채널들을 가지는 그룹)들의 가중치 벡터의 2-norm 값의 평균으로 평균 SNR을 계산한다. 이에 대해, 도 3 및 하기 수학식들을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.Meanwhile, the receiver using the SBA-GS scheme according to the first embodiment of the present invention obtains an average SNR as an average of 2-norm values of weight vectors of predetermined groups (that is, groups having a predetermined number of subchannels). Calculate This will be described in detail with reference to FIG. 3 and the following equations.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SBA-GS 기법의 그룹화 및 평균 SNR 계산을 도식화한 도면이다.3 is a diagram illustrating grouping and average SNR calculation of the SBA-GS scheme according to the first embodiment of the present invention.
상기 도 3을 참조하면, 먼저 각 그룹들을 구성하는 서브 채널의 수 및 그에 따른 서브 채널 그룹화는 시스템 설계시 미리 결정되어 있다. 도 3의 경우 3개의 서브 채널이 하나의 그룹을 구성한다. 한편, 일반적으로 서브 채널은 하나 이상의 서브 캐리어의 집합이라 할 수 있다. 후술될 본 발명의 서브 채널은 설명의 편의상 하나의 서브 캐리어로 구성된다. 이렇게 그룹화된 각 그룹들에 대해 수신단은 가중치 벡터의 2-norm 값의 평균으로 SNR을 측정하는 것이다.Referring to FIG. 3, first, the number of subchannels constituting each group and the subchannel grouping accordingly are predetermined in system design. In the case of FIG. 3, three subchannels constitute one group. In general, a subchannel may be referred to as a set of one or more subcarriers. The subchannel of the present invention to be described below is configured with one subcarrier for convenience of description. For each of these groups, the receiver measures the SNR as the average of the 2-norm values of the weight vectors.
즉, 수신단은 그룹당 평균 SNR을 측정하여 평균 SNR 값이 큰 그룹들의 서브 채널들부터 순차적으로 동일한 수의 비트를 할당한다. 이를 위해 수신단이 수행하는 과정을 설명하면 다음과 같다.That is, the receiver measures the average SNR per group and sequentially allocates the same number of bits from the subchannels of the groups having the larger average SNR value. To this end, a description will be given of the process performed by the receiving end.
먼저, 수신단은 각 서브 채널들에 할당할 비트수를 '0'으로 설정한 후, 각 서브 캐리어에 대한 V-BLAST 검출 순서를 결정한다. 결정된 V-BLAST 검출 순서에 따라 모든 서브 채널들의 가중치 벡터 를 획득한다. 상기 i=1, m=1로 초기화한다. 여기서, m은 Nc/G로 전체 그룹수를 의미한다. 이후, 하기 수학식 16을 이용해 각 그룹별 평균 SNR을 계산한다.First, the receiver sets the number of bits to be allocated to each subchannel to '0', and then determines the V-BLAST detection order for each subcarrier. Weight vector of all subchannels according to the determined V-BLAST detection order Acquire. I = 1 and m = 1 are initialized. Here, m is N c / G, which means the total number of groups. Then, the average SNR for each group is calculated using
여기서, 상기 수학식 16은 m을 1씩, i를 1씩 증가시켜가면서 모든 송신 안테나별 전체 그룹들에 대해 반복 수행된다. 이후 수신단은 상기 수학식 16을 이용해 계산된 각 그룹별 평균 SNR을 고려하여 데이터 전송율 만족을 위한 비트 할당을 수행하게 된다.Here,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 그룹화된 서브 채널 단위로 비트 할당을 수행하는 것을 도식화한 도면이다.4 is a diagram illustrating performing bit allocation on a grouped sub-channel basis according to the first embodiment of the present invention.
상기 도 4를 참조하면, 수신단은 사용하기로 결정한 그룹과 사용하지 않기로 결정한 서브 채널을 구분하고, 각 서브 채널들별에 할당할 비트수를 '0'으로 초기화한다. 상기 도 4에서는 세 개의 서브 채널이 하나의 그룹을 구성한다.Referring to FIG. 4, the receiver distinguishes between a group determined to be used and a subchannel not to be used, and initializes the number of bits to be allocated to each subchannel to '0'. In FIG. 4, three subchannels constitute one group.
다음으로, 상기 수신단은 평균 SNR 값이 가장 큰 그룹을 찾아 비트를 할당한다. 상기 도 4에서는 각 그룹별로 B 비트를 할당하는 것을 도시하였다. 즉, 하나의 그룹에 할당된 비트수는 가 된다. 여기서, 상기 B는 각 서브 채널들에 할당되는 비트수로서 전체 비트 할당 과정동안 고정된 정수값을 가진다. 또한, 상기 G는 한 그룹당 서브 채널 개수를 의미한다. 비트가 할당된 서브 채널 그룹은 다음 비트 할당 과정에서 제외되고, 이러한 과정은 할당할 수 있는 전체 Rb 비트가 모두 할당될 때까지 반복 수행된다. Next, the receiver allocates bits by finding a group having the largest average SNR value. 4 illustrates allocation of B bits for each group. That is, the number of bits allocated to one group Becomes Here, B is the number of bits allocated to each subchannel and has a fixed integer value during the entire bit allocation process. In addition, the G means the number of sub-channels per group. The subchannel group to which bits are allocated is excluded in the next bit allocation process, and this process is repeated until all of the allocated R b bits are allocated.
이렇게 비트 할당된 결과에 의해 선택되지 않은 서브 채널들을 제외한 V-BLAST 검출을 위한 새로운 가중치 벡터 집합이 얻어진다. 따라서, 상기 수신단은 V-BLAST 검출 과정에서 선택되지 않은 서브 채널들을 배제하고 V-BLAST 검출을 수행하게 된다.New weight vector for V-BLAST detection except subchannels not selected by this bit-assigned result A set is obtained. Therefore, the receiver excludes subchannels not selected in the V-BLAST detection process and performs V-BLAST detection.
그러면, 상기 비트 할당 과정을 하기 수학식들을 이용하여 설명하기로 한다.Then, the bit allocation process will be described using the following equations.
먼저, 초기화 과정은 하기 수학식 17 내지 19를 이용한다.First, the initialization process uses the following equations 17 to 19.
상기 초기화 과정 이후의 반복 수행 과정은 하기 수학식 20 내지 23을 반복 이용한다.The repeating process after the initialization process uses the following
상기 수학식 20은 평균 SNR 값이 큰 그룹을 찾는 것을 의미한다.
상기 수학식 21은 상기 수학식 20을 이용해 찾은 그룹에 비트를 할당하는 것을 의미한다.Equation 21 means that a bit is assigned to a group found using
상기 수학식 22는 할당된 비트수를 누적하는 것을 의미한다.Equation 22 means to accumulate the allocated number of bits.
상기 수학식 23은 비트 할당된 그룹을 제외시킴을 의미한다.Equation 23 means that a bit-allocated group is excluded.
즉, 수신단은 상기 수학식 20 내지 23을 R'b=Rb가 될 때까지 반복 수행하게 된다. 비트 할당이 종료되면 상술한 바와 같이 각 서브 캐리어마다 사용되는 송신 안테나에 대한 새로운 가중치 벡터 의 집합을 이용해 V-BLAST 검출을 수행한다.That is, the receiving end is performed repeatedly until the
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 SBA-GS 기법을 사용하는 수신단 동작 과정을 도시한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an operation of a receiving end using the SBA-GS scheme according to the first embodiment of the present invention.
상기 도 5를 참조하면, 먼저 502단계에서 상기 수신단은 각 서브 채널들에 할당할 비트수를 '0'으로 초기화를 수행하고 504단계로 진행한다. 상기 504단계에서 상기 수신단은 소정 개수의 서브 채널들로 구성된 각 그룹별 평균 SNR을 계산하고 506단계로 진행한다. 상기 506단계에서 상기 수신단은 평균 SNR 값이 큰 그룹순으로 순차적으로 비트 할당을 수행하고 508단계로 진행한다. 상기 508단계에서 상기 수신단은 비트 할당이 종료되면 각 서브 캐리어마다 사용되는 송신 안테나에 대 한 새로운 가중치 벡터 의 집합을 이용해 V-BLAST 검출을 수행한다.Referring to FIG. 5, in
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SBA-GS 기법을 사용하는 송신단 동작 과정을 도시한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating an operation of a transmitter using the SBA-GS scheme according to the first embodiment of the present invention.
상기 도 6을 참조하면, 먼저 602단계에서 상기 송신단은 수신단이 피드백하는 CSI를 수신하고 604단계로 진행한다. 상기 604단계에서 상기 송신단은 상기 수신단이 사용하고자 하는 서브 채널들을 상기 CSI 수신에 따라 인지할 수 있고, 상기 수신단이 결정한 서브 채널, 즉 비트가 할당된 서브 채널들에 자원 할당을 수행하고 608단계로 진행한다. 상기 송신단은 자원 할당 정보를 수신단으로 송신한다.Referring to FIG. 6, first, in
결론적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 SBA-GS 기법은 수신단이 송신단으로 피드백하는 정보량이 ()/G 비트가 된다. 이는 종래의 SBA 기법을 이용하는 수신단이 송신단으로 피드백하는 정보량 Ncㅧ M 비트에 비해 크게 감소된 정보량임을 알 수 있다. 또한, 상기 SBA-GS 기법 역시 SBA 기법과 동일하게 전력 할당 정보 송신이 필요하지 않다.In conclusion, in the SBA-GS scheme according to the first embodiment of the present invention, the amount of information fed back from the receiver to the transmitter is ( ) / G bit. This can be seen that the receiving end using the conventional SBA technique is a significantly reduced amount of information compared to the amount of information N c ㅧ M bits fed back to the transmitting end. In addition, the SBA-GS scheme does not need to transmit power allocation information in the same manner as the SBA scheme.
그러면, 상기 SBA-GS 기법의 성능을 평가하기 위해 수행한 모의 실험 결과에 대해 설명하기로 한다.Next, a simulation result performed to evaluate the performance of the SBA-GS technique will be described.
먼저, 모의 실험 환경은 RMS(Root-Mean-Square Delay Spread)가 81ns, 436ns, 1490ns이며, 각각 18개 경로로 구성된 주파수 선택적 레일리(Rayleigh) 페이딩 채널을 고려하였다. 하기 표 1은 상기 3종류의 채널 모델에 대한 각 경로별 지연과 평균 이득을 나타낸 표이다.First, the simulation environment considers a frequency-selective Rayleigh fading channel consisting of 18 paths each with root-mean-square delay spread (RMS) of 81ns, 436ns, and 1490ns. Table 1 below shows the delay and average gain for each path for the three types of channel models.
상기 표 1에 따른 채널 모델들의 도플러 주파수는 300Hz를 고려하였으며, 채널 추정과 시스템 동기는 완벽히 수행되어졌다고 가정한 것이다. 또한, MIMO-OFDM을 위한 대역폭은 100 MHz, 서브 캐리어 개수는 2048개를 가정하였으며, OFDMA 심벌주기는 20.48㎲로 설정하였다. 채널 부호로 경판정 비터비 알고리즘을 사용하는 컨벌루션날 코드(Convolutional Code)를 이용하였으며, 송신 및 수신 안테나가 각각 2개(즉, M=N=2)인 시스템을 고려하였다. 변조 방식과 채널 부호율 조합으로 (16 QAM, 부호율 r=1/2) 및 (QPSK, 부호율 r=2/3)을 사용하였으며, 모든 시스템에서 Rb=4096으로 비트 전송율은 200Mbps로 동일한 상황을 가정하였다.The Doppler frequencies of the channel models according to Table 1 are considered 300 Hz, and it is assumed that channel estimation and system synchronization have been performed completely. In addition, it is assumed that the bandwidth for MIMO-OFDM is 100 MHz and the number of subcarriers is 2048, and the OFDMA symbol period is set to 20.48 ms. A convolutional code using a hard decision Viterbi algorithm was used as the channel code, and a system having two transmit and receive antennas (ie, M = N = 2) was considered. (16 QAM, code rate r = 1/2) and (QPSK, code rate r = 2/3) were used as the modulation method and channel code rate combination.In all systems, the bit rate is the same at 200 Mbps with R b = 4096. Assume the situation.
도 7a 및 7b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 SBA-GS 기법을 적용한 비트 오류율(Bit error rate) 성능을 도시한 그래프들이다.7A and 7B are graphs illustrating bit error rate performance using the SBA-GS scheme according to the first embodiment of the present invention.
먼저, 도 7a 및 7b는 지연 확산이 81ns인 채널 환경에서의 BER 성능을 나타내고 있으며, 도 7a는 QPSK, r=2/3을 사용, 도 7b는 16 QAM, r=1/2을 사용한 성능 그래프이다. 상기 도 7a 및 7b는 종래의 SBA 기법과 본 발명의 SBA-GS 기법(그룹내 서브 채널 수 G를 2개, 4개로 설정한 경우)을 적용한 성능 비교를 도시하였다. 지연 확산이 81ns인 경우 SBA와 SBA-GS 기법이 거의 동일한 BER 성능을 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서, 동일한 BER 성능에 비해 그룹내 서브 채널수가 2인 SBA-GS 기법은 2048비트, 4인 SBA-GS 기법은 1024비트만을 송신단으로 피드백하면 된다.First, FIGS. 7A and 7B show BER performance in a channel environment with a delay spread of 81 ns. FIG. 7A shows a performance graph using QPSK, r = 2/3, and FIG. 7B uses 16 QAM and r = 1/2. to be. 7A and 7B illustrate performance comparisons of the conventional SBA scheme and the SBA-GS scheme of the present invention (when the number of subchannels G in a group is set to two or four). If the delay spread is 81ns, it can be seen that the SBA and SBA-GS techniques exhibit almost the same BER performance. Therefore, compared to the same BER performance, the SBA-GS scheme having 2 subchannels in a group needs only 2048 bits, and the SBA-GS scheme having 4 needs only 1024 bits to be fed back to the transmitter.
< 제 2 실시예(SRA) >Second Embodiment (SRA)
본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 기법은 다수의 사용자 단말기들이 존재하는 MIMO-OFDMA 통신 시스템을 위한 자원 할당 기법이다. 각 사용자 단말기들은 각 서브 채널들에 대한 CSI(2-norm 값)를 계산하여 송신단, 즉 기지국으로 피드백하고, 상기 송신단은 수신한 CSI를 이용하여 각 사용자 단말기들을 자원을 할당한다. 여기서, 상기 송신단은 자원 할당 결과에 따라 각 서브 채널이 어느 사용자 단말기에 할당되었는지에 대한 자원 할당 정보를 상기 각 사용자 단말기들에 송신한다.The SRA scheme according to the second embodiment of the present invention is a resource allocation scheme for a MIMO-OFDMA communication system in which a plurality of user terminals exist. Each user terminal calculates a CSI (2-norm value) for each subchannel and feeds it back to a transmitting end, that is, a base station, and the transmitting end allocates resources to each user terminal using the received CSI. Here, the transmitting end transmits resource allocation information about which user terminal each subchannel is allocated to the user terminals according to the resource allocation result.
그러면, 도 8a 내지 8b를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 기법을 사용하는 송수신단 구조에 대해 설명하기로 한다.Next, a transmission / reception structure using the SRA scheme according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8A to 8B.
도 8a 내지 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 기법을 사용하는 송수신단 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.8A to 8B schematically illustrate a structure of a transmitting and receiving end using an SRA scheme according to a second embodiment of the present invention.
먼저, 상기 도 8a를 참조하면, 먼저 송신단(800)은 수신단(850), 즉, 각 사용자 단말기들 각각의 CSI를 피드백 받는다. 상기 피드백된 정보는 송신단(800)의 SRA 수행기(802)로 입력되고, 상기 SRA 수행기(802)는 소정의 절차를 통해 각 사용자 단말기들에 자원을 할당하고, 할당된 자원 정보를 각 사용자 단말기들로 송신한다. 여기서, 소정의 절차라 함은 일반적인 적응적 자원 할당 기법이 각 서브 채널의 변조 방식이 상이한 반면에, 상기 SRA 기법은 각 서브 채널들별 동일한 변조 방식을 사용하며, 그리디(greedy) 방법으로 자원을 할당하는 절차를 의미한다. 이러한 경우, 일반적인 적응적 자원 할당 기법에 비해 SRA 기법은 자원 할당 결과를 각 사용자 단말기들로 알려주기 위한 오버헤드 정보를 크게 감소시킬 수 있게 된다. 이와 관련한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.First, referring to FIG. 8A, first, the transmitting
상기 도 8b를 참조하면, 수신단(850)은 상기 송신단(800)으로부터 자원 할당 정보를 수신하고, 널링(nulling)만을 수행하는 V-BLAST 검출기를 사용하여 간섭 제거에 따른 오류 전파로 인한 시스템 성능 열화를 방지하여 시스템 성능을 개선할 수 있다.Referring to FIG. 8B, the receiving
한편, k번째 사용자 단말기에 할당될 비트수가 Rk 라고 가정하면, 송신단은 각 사용자 단말기들에게 채널 특성이 좋은 자원을 공평하게 할당하기 위해 라운드 로빈(round robin) 방법을 이용할 수 있다. 즉, 상기 송신단은 하기 수학식 27 내지 30을 이용하여 각 사용자 단말기들에게 순차적으로 자원을 할당한다. 이전 할당 단계까지 할당된 자원들과, 자원 할당이 완료된 사용자 단말기는 다음 자원 할당 과정에서 제외됨은 물론이다. 각 자원, 즉 각 서브 채널에 할당되는 비트 수가 B 비트로 동일한 경우 전체 자원 할당 과정은 하기 수학식 24 내지 30로 나타낼 수 있으며, 이 중 수학식 24 내지 26을 이용해 자원 할당을 위한 초기화 과정을 수행하고, 수학식 27 내지 30을 이용해 모든 사용자 단말기들이 필요로 하는 자원 모두를 할당받을 때까지 반복 수행 과정을 수행한다.On the other hand, assuming that the number of bits to be allocated to the k-th user terminal is R k , the transmitting end may use a round robin method to equally allocate resources having good channel characteristics to each user terminal. That is, the transmitter sequentially allocates resources to each user terminal using Equations 27 to 30 below. The resources allocated up to the previous allocation step and the user terminal where the resource allocation is completed are excluded from the next resource allocation process. When the number of bits allocated to each resource, that is, each subchannel is the same as the B bits, the entire resource allocation process may be represented by Equations 24 to 30, and among the equations 24 to 26, an initialization process for resource allocation is performed. Using the equations (27) to (30), a repeating process is performed until all user terminals are allocated all the resources needed.
상기 수학식 24는 i번째 송신 안테나에서 c번째 서브 채널을 사용할 k번째 사용자 단말기에 할당할 비트값을 '0'으로 초기화함을 의미한다.Equation 24 means that the bit value to be allocated to the k-th user terminal to use the c-th subchannel in the i-th transmit antenna is initialized to '0'.
상기 수학식 27은 평균 SNR 값이 큰 서브 채널을 찾는 것을 의미한다.Equation 27 means finding a subchannel having a large average SNR value.
상기 수학식 28은 상기 수학식 27을 이용해 찾은 서브 채널에 B 비트만큼을 할당하는 것을 의미한다.Equation 28 means that as much as B bits are allocated to the subchannel found using Equation 27.
상기 수학식 29는 할당된 비트수를 누적하는 것을 의미한다.Equation 29 means to accumulate the allocated number of bits.
상기 수학식 30은 비트 할당된 서브 채널을 제외시켜가면서, 모든 사용자 단말기가 필요로 하는 서브 채널들을 모두 할당함을 의미한다.Equation (30) means that all subchannels required by all user terminals are allocated while excluding a bit-allocated subchannel.
도 9a 및 9b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 기법을 적용하여 자원 할당을 수행하는 과정을 도식화한 도면이다.9A and 9B are diagrams illustrating a process of performing resource allocation by applying the SRA scheme according to the second embodiment of the present invention.
상기 도 9a 및 9b를 참조하면, 송신단은 각 사용자 단말기들로부터 피드백받은 CSI를 이용하여 자원 할당을 수행한다. 여기서, 자원 할당은 라운드 로빈 방식을 이용하여 각 사용자 단말기들에 순차적으로 수행한다. 예컨대, 사용자 단말기들이 4개 존재하는 경우 사용자 단말기 1에는 전체 자원들 중 채널 상태가 가장 좋은 SNR을 가지는 자원을 할당하고, 사용자 단말기 2에는 그 다음 상태가 좋은 자원을 할당하고, 이러한 자원 할당을 사용자 단말기 4까지 순차적으로 수행하는 것이 라운드 로빈 방식이다.9A and 9B, the transmitting end performs resource allocation using CSI fed back from each user terminal. Here, resource allocation is sequentially performed to each user terminal using a round robin method. For example, if there are four user terminals, the
데이터 전송을 위한 필요한 자원들이 모두 할당된 사용자 단말기는 다음 자원 할당 과정에서 제외되고, 모든 사용자 단말기들이 필요로 하는 자원들을 모두 할당받을 때까지 자원 할당 과정은 반복된다.The user terminal to which all necessary resources for data transmission are allocated is excluded in the next resource allocation process, and the resource allocation process is repeated until all the user terminals are allocated all necessary resources.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 송신단이 자원 할당을 완료한 결과를 도식화한 도면이다.10 is a diagram illustrating a result of completing a resource allocation by a transmitter according to a second embodiment of the present invention.
상기 도 10을 참조하면, 상기 송신단은 상기 라운드 로빈 방식을 이용하여 사용자 단말기 #1부터 사용자 단말기 #K까지 충돌하는 서브 채널이 존재하지 않도록 자원을 할당한다. 이렇게 자원 할당을 수행한 상기 송신단은 상기 자원 할당 정보를 각 사용자 단말기들로 송신한다.Referring to FIG. 10, the transmitting end allocates resources such that there is no subchannel colliding from
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 기법을 적용하였을 경우 오류 전파 현상에 대해 도식화한 도면이다.11 is a diagram illustrating an error propagation phenomenon when the SRA technique according to the second embodiment of the present invention is applied.
상기 도 11을 참조하면, 먼저 송신단은 전체 사용자 단말기들에 대해 자원 할당을 완료한다. 그러나, MIMO-OFDMA 통신 시스템에서 하나의 서브 채널은 각 사용자 단말기별로 다른 채널 특성을 가진다. 따라서, 간섭 제거를 수행하는 V-BLAST 검출기를 사용하는 MIMO-OFDMA 통신 시스템에서는 오류 전파 현상으로 인해 시스템 성능이 크게 열화되어 다중 사용자 단말기를 위한 다이버시티 이득을 얻을 수 없게 된다. 다시 말하자면, 특정 사용자 단말기가 할당받은 채널 상태가 좋은 서브 채널이 다른 사용자 단말기에게는 상기 서브 채널로 인해 신호 검출 과정에서 심각한 오류 전파 현상을 유발한다. 즉, 상기 도 10에서 K번째 사용자 단말기에 할당한 서브 채널로 인해 1번째 사용자 단말기는 오류 전파 현상을 겪게 되는 것이다. 따라 서, 기존의 정렬된 연속 간섭 제거(OSIC: Ordered Successive Interference Cancellation) 방식에 비해 본 발명의 제2 실시예에 따른 수신단은 간섭제거로 인한 오류 전파에 따른 시스템 성능 열화를 방지하고 시스템 성능을 개선하기 위해 MIMO 검출기법으로서 간섭제거를 수행하지 않고 채널 행렬의 역행렬을 계산하여 수신 심벌 벡터에 곱하는 널링만을 수행하는 V-BLAST 검출기를 사용하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 11, first, the transmitting end completes resource allocation for all user terminals. However, in a MIMO-OFDMA communication system, one subchannel has different channel characteristics for each user terminal. Therefore, in a MIMO-OFDMA communication system using a V-BLAST detector that performs interference cancellation, system performance is greatly degraded due to error propagation, and thus, diversity gain for multi-user terminals cannot be obtained. In other words, a subchannel having a good channel state assigned to a specific user terminal may cause serious error propagation in a signal detection process due to the subchannel. That is, the first user terminal suffers an error propagation due to the subchannel allocated to the K-th user terminal in FIG. 10. Accordingly, the receiver according to the second embodiment of the present invention prevents system performance deterioration due to error propagation due to interference cancellation and improves system performance, compared to conventional ordered successive interference cancellation (OSIC). In order to accomplish this, it is preferable to use a V-BLAST detector which performs only nulling by calculating an inverse of the channel matrix and multiplying the received symbol vector without performing interference cancellation.
결국, 상기 SRA 기법은 라그랑지 승수법(lagrange multiplier solution)을 이용하여 각 서브 채널들의 변조 방식을 상이하게 적용하는 일반적인 적응적 자원 할당 기법에 비해 연산량을 크게 감소시킬 수 있다. 이는 상기 SRA 기법이 모든 서브 채널들에 동일한 변조 방식을 사용하며, 이 경우 채널 SNR이 큰 서브 채널부터 각 사용자에게 데이터 전송율을 만족할 때까지 순차적으로 할당하는 그리디(greedy) 방법을 이용해 자원을 할당하기 때문이다. 즉, 라그랑지 승수법은 자원할당을 위해 매우 복잡한 계산을 매 자원 할당시마다 필요로 하게 되나 상기 SRA 기법은 이전 할당과정에서 이미 할당된 서브 채널들을 제외하고 남은 서브채널들 중에서 각 사용자별로 가장 큰 채널 SNR을 가지는 서브채널을 찾으면 되기 때문에 연산량이 크게 감소되고 각 서브채널들이 어느 사용자에게 할당되었는지에 대한 정보만을 각 사용자에게 알려주면 되므로 송신단에서 각 단말기들로 송신하는 정보량을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 송신단이 각 사용자 단말기들로 송신하는 정보량을 감소시킬 수 있다. 하기 수학식 31은 일반적인 적응적 자원 할당 기법에 따른 송신단에서 각 사용자 단말기로 송신되는 오버헤드를, 수학식 32는 SRA 기법에 따른 송 신단에 각 사용자 단말기로 송신되는 오버헤드를 나타내고 있다.As a result, the SRA scheme can significantly reduce the amount of computation compared to the conventional adaptive resource allocation scheme that applies the modulation scheme of each subchannel differently using a lagrange multiplier solution. This means that the SRA scheme uses the same modulation scheme for all subchannels, in which case This is because resources are allocated using a greedy method that is sequentially assigned to sub-channels having a large channel SNR until the data rate is satisfied. That is, the Lagrange multiplier requires a very complex calculation for each resource allocation, but the SRA scheme is the largest channel for each user among the remaining subchannels except subchannels already allocated in the previous allocation process. Since it is necessary to find a subchannel having an SNR, the amount of computation is greatly reduced, and only the information on which user each subchannel is assigned to is informed to each user, thereby greatly reducing the amount of information transmitted from the transmitter to each terminal. In addition, the amount of information transmitted by the transmitting end to each user terminal can be reduced. Equation 31 shows an overhead transmitted to each user terminal from a transmitter according to a general adaptive resource allocation scheme, and equation 32 represents an overhead transmitted to each user terminal to a transmitter according to the SRA scheme.
상기 수학식 31 및 32에서, D는 서브 채널별로 사용 가능한 변조 방식 경우의 수를, K는 사용자 단말기들의 수를, M은 송신 안테나들의 수를, Nc는 서브 캐리어들의 수를 의미한다.In Equations 31 and 32, D denotes the number of available modulation schemes for each subchannel, K denotes the number of user terminals, M denotes the number of transmit antennas, and N c denotes the number of subcarriers.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 기법을 사용하는 송신단이 수행하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.12 is a flowchart illustrating an operation performed by a transmitter using an SRA scheme according to a second embodiment of the present invention.
상기 도 12를 참조하면, 먼저 1202단계에서 상기 송신단은 다수의 사용자 단말기들 각각으로부터 각 서브 채널들에 대한 CSI를 수신하고 1204단계로 진행한다. 상기 1204단계에서 상기 송신단은 라운드 로빈 방식 및 그리디 방식을 이용하여 채널 상태가 좋은 서브 채널순으로 공평하게 자원을 할당한다.Referring to FIG. 12, first, in
그러나, 상기 SRA 기법이 일반적인 적응적 자원 할당 기법에 비해 하향링크 오버헤드는 감소시켰으나, 각각의 사용자 단말기가 송신단으로 피드백하는 채널 상태 정보량은 여전히 과도하다는 문제점이 남아있다. 이는 각 사용자 단말기들이 전체 서브 채널에 대한 가중치 벡터의 2-norm 값을 상기 송신단으로 피드백하기 때문이다. 즉, 각각의 사용자 단말기들이 송신단으로 피드백하는 채널 상태 정보량은 비트(bits)가 된다. 여기서, 상기 는 각 송신 안테나별 서브 채널에 할당되는 정보 비트량을 의미한다. 따라서, 후술할 본 발명의 제3 실시예에서는 상기 SRA 기법을 개선하여 각 사용자 단말기들이 피드백하는 정보량을 감소시킨 modified SRA 기법에 대해 설명하기로 한다.However, although the SRA scheme reduces downlink overhead compared to the conventional adaptive resource allocation scheme, there remains a problem that the amount of channel state information fed back to the transmitter by each user terminal is still excessive. This is because each user terminal feeds back a 2-norm value of the weight vector for the entire subchannel to the transmitter. That is, the amount of channel state information that each user terminal feeds back to the transmitting end is Bits. Where Denotes the amount of information bits allocated to each subchannel of each transmitting antenna. Therefore, in the third embodiment of the present invention to be described later, a modified SRA technique in which the amount of information fed back by each user terminal is reduced by improving the SRA technique will be described.
< 제 3 실시예(modified SRA) ><Modified SRA>
상기 modified SRA 기법은 각 사용자 단말기들로부터 송신단으로 피드백되는 채널 상태 정보량을 감소시키기 위한 기법이다. 즉, 상기 각 사용자 단말기들은 상기 제1 실시예에서 설명한 바와 유사하게 사용하고자 하는 서브 채널과 사용하지 않을 서브 채널을 결정하고, 결정된 정보를 송신단으로 피드백한다. 이에 따라, 다수의 사용자 단말기들 각각이 송신단으로 피드백하는 정보량은 이 된다.The modified SRA technique is a technique for reducing the amount of channel state information fed back from each user terminal to the transmitter. That is, each of the user terminals determines a subchannel to be used and a subchannel not to be used similarly to those described in the first embodiment, and feeds back the determined information to the transmitter. Accordingly, the amount of information fed back to the transmitter by each of the plurality of user terminals is Becomes
먼저, 각 사용자 단말기들은 SBA 알고리즘을 이용해 사용하고자 하는 후보 서브 채널들을 선택한다. k번째 사용자 단말기가 할당받을 비트를 Rk라고 하면, k번째 사용자 단말기는 하기 수학식들을 이용하여 채널 상태를 측정하여 송신단으로 피드백한다.First, each user terminal selects candidate subchannels to use using an SBA algorithm. If a bit to be allocated by the k-th user terminal is R k , the k-th user terminal measures a channel state using the following equations and feeds back to the transmitter.
여기서, 상기 각각의 사용자 단말기들은 서로 독립적으로 채널 상태를 측정한다. 이 경우 상기 각 사용자 단말기들이 사용하고자 하는 후보 서브 채널들의 충돌이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 송신단은 할당할 서브 채널들을 각 사용자 단말기들간에 충돌하지 않도록 하는 자원 할당 알고리즘을 수행하여야만 한다. 이러한 자원 할당 알고리즘에 관한 절차가 본 발명의 제3 실시예에 따른 modified SRA 기법의 주된 요지이다. 즉, 상기 modified SRA 기법은 충돌이 발생하지 않는 후보 서브 채널들을 우선적으로 각 사용자 단말기들에 할당하는 초기 자원 할당 과정과, 충돌 발생 후보 서브 채널들을 각 사용자 단말기에 적절하게 할당하는 중간 자원 할당 과정과, 필요한 양의 자원을 할당하지 못한 사용자 단말기들에 대해 추가적으로 비트를 할당하는 추가 비트 할당 과정을 통해 다수의 사용자 단말기들에 대해 자원을 할당하게 된다.Here, each of the user terminals measures the channel state independently of each other. In this case, collisions between candidate subchannels intended to be used by the respective user terminals may occur. Therefore, the transmitting end must perform a resource allocation algorithm to prevent collision between sub-channels to be allocated between respective user terminals. The procedure regarding this resource allocation algorithm is the main point of the modified SRA scheme according to the third embodiment of the present invention. That is, the modified SRA scheme includes an initial resource allocation process for assigning candidate subchannels without collision to each user terminal first, an intermediate resource allocation process for properly assigning collision occurrence candidate subchannels to each user terminal; In addition, an additional bit allocation process for allocating additional bits for user terminals that do not allocate the necessary amount of resources allocates resources to a plurality of user terminals.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 modified SRA 기법을 사용하는 송수신단 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a structure of a transmitter / receiver using a modified SRA scheme according to a third embodiment of the present invention.
상기 도 13을 참조하면, 먼저 송신단(1302)은 도 8의 송신단(800) 구조와 동일하다. 다만, 상기 도 8의 송신단(800)의 SRA 수행기(802)가 본 발명의 제3 실시예에 따른 modified SRA 수행기로 대체되며, 상기 modified SRA 수행기(도시하지 않음)가 modified SRA 자원 할당 알고리즘을 수행함에 유념한다. 또한, 수신단, 즉 다수의 사용자 단말기들(1352, 1354) 각각의 구조 역시 상기 도 8의 수신단(850) 구조와 동일하다. 다만, 본 발명의 제3 실시예에 따른 수신단을 구성하는 각각의 사용자 단말기들이 송신단으로 피드백하는 채널 상태 정보량이 으로, 상기 수신단(850)이 송신단(800)으로 피드백하는 채널 상태 정보량 에 비해 현저하게 감소된다. 결론적으로, 상기 도 13에 송신단 및 수신단의 상세한 내부 장치 구조는 도시하지는 않았지만, 상기 도 13에 따른 modified SRA 장치 구조는 도 8의 SRA 장치 구조와 동일하며, 수행되는 자원 할당 알고리즘만이 상이할 뿐이다. Referring to FIG. 13, first, the transmitting
그러면, 상기 modified SRA 기법을 이용한 자원 할당 과정에 대해 하기 도 14a 내지 14d를 참조로 설명하기로 한다.Next, a resource allocation process using the modified SRA scheme will be described with reference to FIGS. 14A to 14D.
도 14a 내지 14d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 modified SRA 기법을 이용한 자원 할당 절차를 도식화한 도면이다.14A to 14D are diagrams illustrating a resource allocation procedure using a modified SRA scheme according to a third embodiment of the present invention.
도 14a는 충돌이 발생하지 않는 후보 서브 채널들을 각 사용자 단말기들에 할당하는 초기 자원 할당 과정을 나타낸 도면이고, 도 14b는 충돌 발생 후보 서브 채널들을 각 사용자 단말기에 적절하게 할당하는 중간 자원 할당 과정을 나타낸 도면이며, 도 14c는 원하는 데이터 전송율에 상응하는 자원을 할당받지 못한 사용자 단말기들에 기할당된 서브 채널을 랜덤하게 선택하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 14d는 랜덤하게 선택된 서브 채널들에 추가 비트를 할당하는 과정을 나타낸 도면이다.FIG. 14A illustrates an initial resource allocation process for allocating candidate subchannels with no collision to each user terminal, and FIG. 14B illustrates an intermediate resource allocation process for appropriately assigning conflicting candidate subchannels to respective user terminals. FIG. 14C illustrates a process of randomly selecting sub-channels pre-allocated to user terminals that have not been allocated resources corresponding to a desired data rate, and FIG. 14D illustrates additional bits in randomly selected sub-channels. Is a diagram illustrating a process of assigning a.
먼저, 상기 도 14a를 참조하여 modified SRA 기법의 초기 자원 할당 과정에 대해 설명하기로 한다.First, an initial resource allocation process of the modified SRA scheme will be described with reference to FIG. 14A.
상기 초기 자원 할당 과정에서, 송신단은 각 사용자 단말기들 각각이 사용하고자 하는 후보 서브 채널들에 대한 정보를 상기 사용자 단말기들로부터 피드백 받는다. 상기 송신단은 상기 피드백 받은 정보에 따라 각 사용자 단말기들간에 충돌하지 않는 서브 채널들을 인지할 수 있다. 이에 따라, 상기 송신단은 충돌하지 않는 서브 채널들을 할당하기 위해 하기 수학식들에 상응하는 자원 할당 과정을 수행한다.In the initial resource allocation process, the transmitting end receives feedback information about candidate subchannels to be used by each of the user terminals from the user terminals. The transmitting end may recognize subchannels that do not collide with each user terminal according to the feedback information. Accordingly, the transmitter performs a resource allocation process corresponding to the following equations for allocating non-colliding subchannels.
우선, i번째 안테나에 c번째 서브 채널 서브 채널의 사용자 할당 정보를 로, i번째 안테나에 c번째 서브 채널 서브 채널의 비트 할당 정보를 라 정의하고, 하기 수학식 40과 같이 상기 및 를 초기화 한다.First, user allocation information of the c-th subchannel subchannel is input to the i-th antenna. Bit allocation information of the c-th subchannel subchannel to the i th antenna It is defined as, and as shown in Equation 40 below And Initialize
또한, Sk를 k번째 사용자 단말기에 할당된 누적 서브 채널 수, R'k를 k번째 사용자 단말기에 할당한 누적 비트 수라고 정의하고, 하기 수학식 41과 같은 초기화를 수행한다.In addition, the S k for the k-th number of stacked sub-channel assigned to the user terminal, R 'be defined as a k number of accumulated bits assigned to the k th user terminal, and performs initialization, such as Equation 41.
상기 수학식 40 및 41에 따른 변수 초기화를 수행한 송신단은 전체 서브 채널들에 대해 를 계산하여, 다른 사용자 단말기들의 후보 서브 채널들과 충돌이 발생하지 않는 =1인 서브 채널들을 검출한다. 여기서, 는 k번째 사용자 단말기로부터 피드백 받은 i번째 송신 안테나에 c번째 서브 채널의 상태 정보를 의미한다.The transmitter performing the parameter initialization according to Equations 40 and 41 for all subchannels By calculating a, collision with candidate subchannels of other user terminals does not occur Detect subchannels that are = 1. here, Denotes state information of the c-th subchannel in the i-th transmit antenna fed back from the k-th user terminal.
이렇게 검출한 서브 채널들을 상기 송신단은 하기 수학식 42 내지 44를 이용하여 k번째 사용자 단말기에 할당하게 된다. =1이 i번째 송신 안테나의 c 번째 서브 채널에서는 인 사용자 단말기가 하나만 존재하며 다른 사용자 단말기의 경우 이므로 하기 수학식 42를 통하여 어떤 사용자가 i번째 송신 안테나의 c번째 서브 채널을 후보 서브채널로 선정하였는지를 판단할 수 있다.The sub-channels thus detected are allocated to the k-th user terminal using Equations 42 to 44 below. = 1 in the c subchannel of the i th transmit antenna Only one user terminal exists and for other user terminals Therefore, through Equation 42, it is possible to determine which user selects the c-th subchannel of the i-th transmit antenna as a candidate subchannel.
상기 수학식 43에서, 는 i번째 송신 안테나의 c번째 서브 채널에 할당된 사용자가 임을 의미하며, 이 때 할당된 비트 수가 B 비트임을 의미한다.In Equation 43, Is a user assigned to the c subchannel of the i th transmit antenna In this case, the allocated number of bits is B bits.
상기 수학식 44는 사용자 단말기에 상기 수학식 42 및 43에 의해 서브 채널이 할당되는 경우 할당된 누적 서브 채널 수가 하나 증가됨을 의미한다.Equation 44 is When subchannels are allocated to the user terminal by Equations 42 and 43, this means that the number of allocated subchannels is increased by one.
상기와 같이, 상기 송신단은 각 사용자 단말기별로 충돌하지 않는 서브 채널들에 대한 초기 자원 할당 과정을 수행한 후, 데이터 전송률을 만족하는 서브 채널들을 모두 할당받은 사용자 단말기를 제외시키고, 충돌하는 후보 서브 채널들에 대한 중간 자원 할당 과정을 수행하게 된다.As described above, the transmitting end performs an initial resource allocation process for the non-conflicting sub-channels for each user terminal, and then excludes all the user terminals assigned the sub-channels satisfying the data rate, and collides with the candidate sub-channels. You will then perform an intermediate resource allocation process.
도 14b를 참조하여 modified SRA 기법의 중간 자원 할당 과정에 대해 설명하기로 한다.An intermediate resource allocation process of the modified SRA scheme will be described with reference to FIG. 14B.
상기 중간 자원 할당 과정에서, 우선 송신단은 송신 안테나와 서브 채널의 인덱스(index)를 의미하는 i 및 c를 각각 1로 초기화 한다. In the intermediate resource allocation process, first, the transmitting end initializes i and c, which mean indexes of the transmitting antenna and the subchannel, to 1, respectively.
이후, 상기 송신단은 사용자 단말기들간에 충돌이 발생하는 후보 서브 채널들을 검출하기 위해 전체 서브 채널들에 대해, 즉 첫 번째 송신 안테나에서 i번째 송신 안테나까지, 첫 번째 서브 채널에서 Nc번째 서브 채널까지 순차적으로 i와 c 값을 증가시켜가며 (즉, 충돌이 발생하는 후보 서브 채널들)인 서브 채널들을 검출하고, 상기 검출된 서브 채널들 각각에 대해 하기 수학식 45 내지 49들을 적용하여 상기 충돌이 발생하는 후보 서브 채널들을 각 사용자 단말기에 충돌이 발생하지 않도록 할당한다. 초기 자원할당 과정에서 각 사용자들이 할당받은 서브채널들에 할당된 비트 수는 B 비트로 모두 동일하다. 따라서, 하기 수학식 45를 통하여 어떤 사용자가 할당해야 할 여분의 비트 수가 가장 많이 남아있는지를 알 수 있으며 가장 많은 여분의 비트가 남아있는 사용자에게 해당 서브 채널을 할당한다.Thereafter, the transmitting end is configured for all subchannels, that is, from the first transmit antenna to the i th transmit antenna, from the first subchannel to the N c th subchannel, in order to detect candidate subchannels in which a collision occurs between user terminals. Increasing the values of i and c sequentially (Ie, candidate subchannels in which collision occurs) and detect subchannels, and apply candidate subchannels in which collision occurs to each user terminal by applying Equations 45 to 49 to each of the detected subchannels. Allocate it so that no conflict occurs. In the initial resource allocation process, the number of bits allocated to subchannels allocated by each user is the same as B bits. Accordingly, it is possible to know which user has the most number of extra bits to allocate through Equation 45, and allocates the corresponding sub-channel to the user with the most spare bits remaining.
한편, 상기 송신단은 에 해당하는 서브 채널들, 즉 사용자 단말기간 충돌이 발생하지 않는 후보 서브 채널들에 대해서는 상기 수학식 45 내지 49에 상응하는 과정을 수행하지 않음은 물론이다.On the other hand, the transmitting end is The sub-channels corresponding to the corresponding sub-channels, that is, the candidate sub-channels where the collision between the user terminals does not occur, are not performed.
상기 i번째 송신 안테나의 c번째 서브 채널에 대해 사용자 단말기에 할당을 종료한 상기 송신단은 하기 수학식 50 및 51과 같이 각각의 i에 대해서 c는 1부터 Nc까지 c값을 1씩 증가시켜가며 에 해당하는 모든 서브 채널들에 대해 각 사용자 단말기별로 할당을 수행하며, 모든 i에 대해 할당을 수행하게 된다.The transmitter, which has finished allocating to the user terminal for the c-th subchannel of the i-th transmit antenna, increases c by 1 from 1 to N c for each i as shown in Equations 50 and 51. All sub-channels corresponding to the sub-channels are allocated to each user terminal and all i are allocated.
상기 과정들을 통해 상기 송신단은 송신 안테나별로 특성이 서로 다른 서브 채널들을 각 사용자 단말기들에 할당하는 절차를 완료한다. 그러나, 상기 과정까지 완료된 후에도 설정 데이터 전송률에 미치지 못하는 자원을 할당받은 사용자 단말기에 대해 상기 송신단은 추가 비트 할당 과정을 수행하여야만 한다. 상기 추가 비트 할당 과정을 도 14c 및 14d를 참조하여 설명하기로 한다.Through the above processes, the transmitting end completes a procedure of allocating sub-channels having different characteristics to respective user terminals. However, even after the process is completed, the transmitting end should perform an additional bit allocation process for the user terminal that is allocated resources that do not reach the set data transmission rate. The additional bit allocation process will be described with reference to FIGS. 14C and 14D.
여기서는 일예로 사용자 단말기 #1과, 사용자 단말기 #2가 설정 데이터 전송률을 만족하지 못하는 수의 서브 채널들을 할당받은 것으로 가정한다. As an example, it is assumed that
따라서, 상기 송신단은 상기 사용자 단말기 #1 및 #2에 대해 △B 비트가 추가로 할당되어야만 하는 서브 채널 개수 를 하기 수학식 52를 이용하여 결정한다.Accordingly, the transmitting end has a number of subchannels to which an ΔB bit should be additionally allocated for the
상기 수학식 52에 의해, 송신단은 사용자 단말기 #1 및 #2에 추가로 할당하여야하는 서브 채널 개수 를 인지하게 된다. 이에 따라, 상기 송신단은 상기 사용자 단말기 #1 및 #2 각각에 기할당되어 있던 서브 채널들 중 상기 에 해당하 는 수의 서브 채널들을 랜덤하게 선택한다. 상기 선택된 서브 채널들에 상기 송신단은 △B 비트만큼씩 추가로 비트를 할당한다. 이러한 추가 비트 할당 과정을 하기 수학식 53 내지 57들을 이용하여 설명하기로 한다.According to Equation 52, the transmitting end number of subchannels to be additionally allocated to
상기 수학식 53에서, 는 상기 결정된 를 카운트하기 위해 1로 초기화된 카운트 변수이다.In Equation 53, Determined above This is a count variable initialized to 1 to count.
상기 수학식 54는 k번째 사용자 단말기에 기할당된 서브 채널들 중에서 추가 비트 할당을 위해 서브 채널을 랜덤하게 선택하는 것을 의미한다. 여기서, 랜덤하게 선택되어지는 서브 채널들의 수가 상기 이다.Equation 54 means that a subchannel is randomly selected from among subchannels previously allocated to a k-th user terminal for additional bit allocation. Herein, the number of randomly selected subchannels is to be.
상기 수학식 55는 선택된 서브 채널들 각각에 △B 만큼의 비트를 추가로 할당하는 것을 의미한다.Equation 55 means that an additional bit of ΔB is additionally allocated to each of the selected subchannels.
상기 수학식 56은 사용자 단말기 k에 할당된 누적 비트 값을 상기 추가 할당된 △B 비트만큼 더 누적하는 것을 의미한다.Equation 56 means that the accumulated bit value allocated to user terminal k is further accumulated by the additionally allocated ΔB bits.
상기 수학식 57은 랜덤하게 선택된 서브 채널에 추가적으로 비트가 할당된 경우 값을 1씩 증가시킴을 의미한다.Equation 57 is a case where a bit is additionally allocated to a randomly selected subchannel. It means to increase the value by 1.
상기 수학식 53 내지 57 과정은 가 될 때까지 반복 수행된다. 결과적으로, 도 14d에 나타낸 바와 같이, 상기 송신단은 상기 사용자 단말기 #1에 대해 기 할당되어 있던 서브 채널들 중 세 개의 서브 채널을 랜덤하게 선택하여 추가적으로 △B 비트를 할당하였으며, 상기 사용자 단말기 #2에 대해 기 할당되어 있던 서브 채널들 중 두 개의 서브 채널을 랜덤하게 선택하여 추가적으로 △B 비트를 할당하였다.Equations 53 to 57 are It is repeated until As a result, as shown in FIG. 14D, the transmitting end randomly selects three subchannels among the pre-allocated subchannels for the
하기 표 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 기법과 제3 실시예에 따른 modified SRA 기법을 이용하는 경우 수신단에서 송신단으로 피드백되는 상향링크 정보량과 송신단에서 수신단으로 전송하는 하향링크로 전송되는 자원 할당 정보량을 비교한 표이다. 하기 표 2에서 K는 사용자 단말기 수를, Q는 가중치 벡터의 2- norm 값에 대한 양자화 레벨을, Nc는 서브 채널 수를, D는 사용하는 변조방식의 경우의 수를, M은 송신 안테나 수를 의미하며, 정보량 단위는 단위는 Bits 이다. Table 2 below shows the amount of uplink information fed back from the receiving end to the transmitting end and the resources transmitted from the transmitting end to the receiving end when the SRA scheme according to the second embodiment and the modified SRA scheme according to the third embodiment are used. This table compares the amount of allocation information. In Table 2, K is the number of user terminals, Q is the quantization level for the 2-norm value of the weight vector, N c is the number of subchannels, D is the number of modulation schemes used, and M is the transmit antenna. It means number, and the unit of information amount is Bits.
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, modified SRA 기법이 SRA 기법에 비해 하향링크로 전송되는 자원 할당 정보량이 많은 반면에 상향링크로 피드백되는 정보량은 배만큼 감소함을 알 수 있다. 그러나, 송신단, 즉 기지국은 수신단, 즉 사용자 단말기에 비해 감당할 수 있는 로드량이 현저히 크므로 상기 만큼의 부가 로드는 치명적인 로드로 작용하지 않는다.As shown in Table 2, the modified SRA scheme has a larger amount of resource allocation information transmitted in downlink than the SRA scheme, while the amount of information fed back uplink It can be seen that the decrease by a factor. However, since the transmitting end, i.e., the base station has a significantly larger load load than the receiving end, i.e., the user terminal, As many additional loads do not act as fatal loads.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 modified SRA 기법을 사용하는 송신단이 수행하는 동작 과정을 도식화한 흐름도이다.15 is a flowchart illustrating an operation performed by a transmitter using a modified SRA scheme according to a third embodiment of the present invention.
상기 도 15를 참조하면, 먼저 1502단계에서 상기 송신단은 다수의 사용자 단말기들 각각으로부터 사용하기로 결정한 서브 채널 상태 정보를 수신하고 1504단계로 진행한다. 상기 1504단계에서 상기 송신단은 상술한 바와 같은 초기 자원 할당 과정을 통해 각 사용자 단말기들이 사용하길 원하면서도 서로간에 서브 채널 충돌이 발생하지 않는 서브 채널들을 각 사용자 단말기에 할당하고 1506단계로 진행한다. 상기 1506단계에서 상기 송신단은 초기 자원 할당 과정을 완료한 후 중간 자원 할당 과정으로 사용자 단말기들간에 충돌하는 서브 채널들을 검출하고 1508단계로 진행한다. 상기 1508단계에서 상기 송신단은 상기 수학식 45 내지 51을 이용하여 각 사용자 단말기별로 할당할 서브 채널이 충돌하지 않도록 자원 할당을 수행하고 1610단계로 진행한다. 상기 1610단계에서 상기 송신단은 필요한 양의 자원을 할당을 받지 못한 사용자 단말기에 대해 추가 자원 할당 과정을 수행하여 설정 데이터 전송율을 만족시켜준다. 상기 추가 자원 할당 과정은 상기 수학식 52 내지 57을 이용하여 수행되어진다.Referring to FIG. 15, first, in
도 16a 및 16b는 modified SRA 기법과 SRA 기법간의 시스템 성능 효율을 비교 도시한 그래프들이다.16A and 16B are graphs comparing system performance efficiency between the modified SRA technique and the SRA technique.
상기 도 16a 및 16b의 모의 실험을 수행한 채널 환경은 송수신 안테나가 각각 2개씩이고, 기본 변조 방식으로 16 QAM을 사용하며, 지연확산이 1490ns 이다. 또한, 상기 도 16a 및 16b의 그래프들은 상기 SRA 및 modified SRA 기법이 적용된 시스템에서 비트 오율 성능을 사용자 단말기 수별로 캐리어 대 간섭비(SIR: Carrier to Interference Ratio, 이하 'CIR'라 칭하기로 한다)로 비교 도시한 그래프이다. In the channel environment in which the simulations of FIGS. 16A and 16B are performed, two transmit / receive antennas are used, 16 QAM is used as a basic modulation method, and a delay spread is 1490 ns. In addition, the graphs of FIGS. 16A and 16B refer to a bit error rate performance in a system to which the SRA and modified SRA schemes are applied, according to a carrier to interference ratio (SIR) according to the number of user terminals. It is a comparative figure.
상기 그래프들에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 SRA 자원 할당 기법이 본 발명의 제3 실시예에 따른 modified SRA 자원 할당 기법에 비해 평균적으로 약 3dB 정도의 성능 이득을 나타내고 있음을 알 수 있다. 반면에, 상향링크로의 정보 전송에 따른 시스템 오버헤드는 상기 표 2에 나타낸 바와 같이 SRA 기법에 비해 modified SRA 기법이 현저히 낮으면서도 시스템 성능 열화는 미미함을 알 수 있다. 따라서, 시스템 설계시 성능 이득을 중요시하는 경우 SRA 기법을 시스템 자원 할당 알고리즘으로 선택할 수 있고, 시스템 로드를 고려하는 경우 modified SRA 기법을 시스템 자원 할당 알고리즘으로 선택할 수 있다.As shown in the graphs above, the SRA resource allocation scheme according to the second embodiment of the present invention shows an average performance gain of about 3 dB compared to the modified SRA resource allocation scheme according to the third embodiment of the present invention. It can be seen. On the other hand, as shown in Table 2, the system overhead due to information transmission in the uplink is significantly lower than the SRA scheme, but the system performance deterioration is minimal. Therefore, when the performance gain is important in system design, the SRA scheme may be selected as the system resource allocation algorithm, and when the system load is considered, the modified SRA scheme may be selected as the system resource allocation algorithm.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by those equivalent to the scope of the claims.
상술한 바와 같이, 본 발명은 단일 사용자 단말기가 존재하는 MIMO-OFDM 통신 시스템에서 수신단은 소정 개수의 서브 채널들로 미리 그룹화된 채널의 상태 정보만을 피드백함으로써 기존의 방식과 비교하여 피드백 정보량을 현저히 감소시킬 수 있는 이점이 존재한다. 또한, 다중 사용자 단말기가 존재하는 MIMO-OFDMA 통신 시스템에 본 발명에 따른 자원 할당 알고리즘을 사용하여 다중 사용자 단말기들의 자원 할당을 효율적으로 수행할 수 있다. 또한, 송신단으로 피드백하는 정보량을 감소시켜 시스템 오버헤드를 최소화하면서도 시스템 성능 열화를 방지할 수 있는 이점이 있다. As described above, according to the present invention, in a MIMO-OFDM communication system in which a single user terminal exists, the receiving end significantly reduces the amount of feedback information compared to the conventional method by feeding back only state information of channels that are pre-grouped into a predetermined number of subchannels. There is an advantage to this. In addition, the resource allocation algorithm according to the present invention can be efficiently performed in the MIMO-OFDMA communication system in which the multi-user terminal exists. In addition, there is an advantage that can reduce the amount of information fed back to the transmitting end to prevent system performance degradation while minimizing system overhead.
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