KR20170112746A - Apparatus and method of precoding for energy harvesting - Google Patents

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KR20170112746A
KR20170112746A KR1020160040287A KR20160040287A KR20170112746A KR 20170112746 A KR20170112746 A KR 20170112746A KR 1020160040287 A KR1020160040287 A KR 1020160040287A KR 20160040287 A KR20160040287 A KR 20160040287A KR 20170112746 A KR20170112746 A KR 20170112746A
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KR
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rti
equation
cell
beamforming
denotes
Prior art date
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KR1020160040287A
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좌혜경
양현종
권동승
나지현
문정모
신무용
김명언
오현명
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한국전자통신연구원
울산과학기술원
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Abstract

다운링크 데이터의 달성 가능한 전송율을 증가 시키고, 미리 지정된 타임슬롯에 연관되는 신호를 이용하여 효율적으로 에너지 수확(harvesting)이 진행되도록 빔포밍 벡터 집합을 생성하는 다중 안테나 프리코딩 방법이 제공된다. 상기 다중 안테나 프리코딩 방법은 각각의 셀에 대응하는 신호대 간섭 및 잡음비 중 최소값이 최대가 되도록 하는 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 단계, 수신되는 간섭 신호를 이용하여 수확(harvesting)되는 에너지의 크기가 데이터 전송을 위한 파워 이상이 되도록 하는 상기 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 단계 및 상기 빔포밍 벡터 집합의 크기가 1 이하가 되도록 조절하는 단계를 포함할 수 있다.There is provided a multiple antenna precoding method for increasing a achievable transmission rate of downlink data and generating a beamforming vector set such that energy harvesting is efficiently performed using a signal associated with a predefined time slot. The multi-antenna precoding method includes the steps of calculating a beamforming vector set that maximizes a minimum of the signal-to-interference and noise ratios corresponding to each cell, calculating a size of energy harvesting using the received interference signal, Calculating a set of the beamforming vectors to be equal to or greater than power for transmission; and adjusting the size of the beamforming vector set to be equal to or less than 1. [

Description

에너지 하베스팅을 제공하는 프리코딩 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF PRECODING FOR ENERGY HARVESTING}[0001] APPARATUS AND METHOD OF PRECODING FOR ENERGY HARVESTING [0002]

에너지 하베스팅을 기반으로 하는 프리코딩 장치 및 방법에 연관되고, 보다 구체적으로 셀룰라(cellular) 네트워크에서 RF(radio frequency) 신호의 에너지 하베스팅을 지원하는 다중 안테나 프리코딩 장치 및 방법에 연관된다.The present invention relates to a precoding apparatus and method based on energy harvesting, and more particularly to a multi-antenna precoding apparatus and method supporting energy harvesting of a radio frequency (RF) signal in a cellular network.

오늘날 주위 환경에 존재하는 태양 에너지, 열 에너지 등과 같은 재생 가능한 에너지를 수확하는 방법에 관하여 다양한 연구가 진행되고 있다.Various researches are currently being conducted on how to harvest renewable energy such as solar energy, heat energy, etc. that exist in the surrounding environment.

예시적으로, 공기 중에 떠다니는 임의의 RF 신호를 수집하고, 수집된 신호를 이용하여 실제의 에너지를 수확하는 디바이스가 시장에 출시되고 있다. 다만, 종래의 방식은 셀룰라 네트워크에서 단방향 링크만을 고려하고, 또한 기지국이 단일 안테나를 이용하는 경우에 관한 구성에 관한 것이다.Illustratively, devices are on the market that collect any RF signal floating in the air and harvest the actual energy using the collected signal. However, the conventional scheme refers only to a unidirectional link in a cellular network, and also relates to a case where a base station uses a single antenna.

UDN(Ultra Dense Network) 시대가 도래함에 따라, 많은 간섭 신호를 활용하여 새롭게 에너지를 수확하는 방법에 관한 필요성은 점점 증가하고 있는 실정이다.With the advent of the UDN (Ultra Dense Network) era, there is a growing need for new energy harvesting methods using many interfering signals.

일측에 따르면, 다운링크 데이터의 달성 가능한 전송율을 증가 시키고, 미리 지정된 타임슬롯에 연관되는 신호를 이용하여 효율적으로 에너지 수확(harvesting)이 진행되도록 빔포밍 벡터 집합을 생성하는 다중 안테나 프리코딩 방법이 제공된다. 상기 다중 안테나 프리코딩 방법은 각각의 셀에 대응하는 신호대 간섭 및 잡음비 중 최소값이 최대가 되도록 하는 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 단계, 수신되는 간섭 신호를 이용하여 수확(harvesting)되는 에너지의 크기가 데이터 전송을 위한 파워 이상이 되도록 하는 상기 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 단계 및 상기 빔포밍 벡터 집합의 크기가 소정의 임계치 이하가 되도록 조절하는 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect, there is provided a multi-antenna precoding method for increasing a achievable transmission rate of downlink data and generating a beamforming vector set such that efficient harvesting proceeds using a signal associated with a predefined time slot do. The multi-antenna precoding method includes the steps of calculating a beamforming vector set that maximizes a minimum of the signal-to-interference and noise ratios corresponding to each cell, calculating a size of energy harvesting using the received interference signal, Calculating a set of the beamforming vectors such that the power for transmission is equal to or greater than power for transmission; and adjusting the size of the beamforming vector set to be less than or equal to a predetermined threshold.

일실시예에 따르면, 제m 타임슬롯(time slot)에 상응하는 상기 빔포밍 벡터의 집합이

Figure pat00001
인 경우, 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합
Figure pat00002
이
Figure pat00003
와 같이 정의되는 것을 특징으로 할 수 있다. H는 켤레 전치(conjugate transpose) 연산을 나타내고, NC는 하나의 클러스터에 포함되는 상기 각각의 셀의 개수이고, NT는 기지국에 존재하는 안테나 개수, C는 상기 기지국의 인덱스 집합을 나타낼 수 있다.According to one embodiment, the set of beamforming vectors corresponding to an m time slot is < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00001
, A set of feasible beamforming vectors < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00002
this
Figure pat00003
As shown in FIG. H denotes a conjugate transpose operation, N C denotes the number of each of the cells included in one cluster, N T denotes the number of antennas existing in the base station, and C denotes an index set of the base station .

다른 일실시예에 따르면, 상기 다중 안테나 프리코딩 방법은 상기 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합

Figure pat00004
의 랭크(rank) 값이 1에 근사 되도록 하는 무작위 추출(randomization)을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment, the multi-antenna precoding method includes a step of generating a set of the feasible beamforming vectors
Figure pat00004
And performing a randomization such that a rank value of the input data is approximated to 1.

도 1은 일실시예에 따른 셀룰라 네트워크에서 에너지를 수확하는 과정을 설명하는 예시도이다.
도 2a 및 도 2b는 일실시예에 따른 통신 프로토콜에서 에너지를 수확하는 과정을 설명하는 예시도이다.
도 3은 일실시예에 따른 다중 안테나 프리코딩 방법에 관한 흐름도이다.
도 4는 일실시예에 따른 다중 안테나 프리코딩을 수행하는 신호 처리 장치에 관한 블록도이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 일실시예에 따른 빔포밍 벡터 집합에 대응하는 업링크 전송율, 다운링크 전송율 및 달성 가능한 전송율 구간을 도시하는 그래프이다.1 is an exemplary diagram illustrating a process of harvesting energy in a cellular network according to one embodiment.
2A and 2B are exemplary diagrams illustrating a process of harvesting energy in a communication protocol according to an embodiment.
3 is a flow diagram of a multi-antenna precoding method in accordance with an embodiment.
4 is a block diagram of a signal processing apparatus for performing multi-antenna precoding according to an embodiment.
Figures 5A, 5B, and 5C are graphs illustrating uplink, downlink, and achievable rate intervals corresponding to a set of beamforming vectors according to one embodiment.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of embodiments are set forth for illustration purposes only and may be embodied with various changes and modifications. Accordingly, the embodiments are not intended to be limited to the particular forms disclosed, and the scope of the disclosure includes changes, equivalents, or alternatives included in the technical idea.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.The terms first or second, etc. may be used to describe various elements, but such terms should be interpreted solely for the purpose of distinguishing one element from another. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결 되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, although other elements may be present in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises ", or" having ", and the like, are used to specify one or more of the described features, numbers, steps, operations, elements, But do not preclude the presence or addition of steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the context in the relevant art and, unless explicitly defined herein, are to be interpreted as ideal or overly formal Do not.

도 1은 일실시예에 따른 셀룰라 네트워크에서 에너지를 수확하는 과정을 설명하는 예시도이다.1 is an exemplary diagram illustrating a process of harvesting energy in a cellular network according to one embodiment.

도 1을 참조하면, 하나의 클러스터 내부에 포함되는 복수의 셀 중 두 개의 셀(111, 112)이 도시된다. 예시적으로, 상기 클러스터는 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 통신 시스템에 상응하도록 정의될 수 있다. 각각의 셀 내에는 기지국(eNode B 또는 eNB)(121, 122) 및 복수의 단말기(131, 132, 133, 134)가 포함될 수 있다.Referring to FIG. 1, two cells 111 and 112 among a plurality of cells included in one cluster are shown. Illustratively, the cluster may be defined to correspond to a 3GPP LTE (3 rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) communication system. In each cell, a base station (eNode B or eNB) 121, 122 and a plurality of terminals 131, 132, 133, 134 may be included.

본 명세서 상에서 기재되는 기지국(121, 122)은 RRH(remote radio head), eNB, TP(Transmission Point), RP(Reception Point) 및 중계기(relay)와 같은 포괄적인 용어와 동일하게 사용될 수 있다.The base stations 121 and 122 described in this specification can be used in the same manner as a comprehensive term such as a remote radio head (RRH), an eNB, a transmission point (TP), a reception point (RP) and a relay.

본 실시예에서는 예시적으로, 단말기(131, 132, 133, 134)와 기지국(121, 122) 사이의 통신 시스템을 LTE 시스템 또는 LTE-A 시스템으로 모델링하여 통신 프로토콜이 정의되지만, 실시예에 상응하는 에너지 수확 방법이 적용될 수 있는 다양한 형태의 통신 시스템에도 함께 적용될 수 있다는 것은 기술 분야에 속하는 전문가에게는 자명한 사실일 것이다.In this embodiment, a communication protocol is defined by modeling a communication system between the terminals 131, 132, 133, and 134 and the base stations 121 and 122 as an LTE system or an LTE-A system, It will be obvious to those skilled in the art that the present invention can also be applied to various types of communication systems to which the energy harvesting method of the present invention can be applied.

기지국(121, 122)과 복수의 단말기(131, 132, 133, 134)사이의 데이터 송수신을 위해서는 복수의 채널들이 이용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 복수의 채널은 타켓 단말기에 연관되는 데이터를 전송하는 타켓 채널(desired channel)(140), 동일한 셀 내의 이웃한 단말기에 연관되는 데이터를 전송하는 수확 채널(harvesting channel)(150) 및 다른 셀의 기지국으로부터 전달되는 신호에 연관되는 간섭 채널(interference channel)(160)과 같이 모델링될 수 있다.A plurality of channels may be used to transmit and receive data between the base stations 121 and 122 and the plurality of terminals 131, 132, 133, and 134. According to one embodiment, the plurality of channels includes a target channel 140 for transmitting data associated with a target terminal, a harvesting channel for transmitting data associated with a neighboring terminal in the same cell 150, and an interference channel 160 associated with a signal transmitted from a base station of another cell.

위와 같은 채널의 모델링에 기초하여, 각각의 기지국(121, 122)은 타켓 채널(140)의 전송율을 높이고, 수확 채널(150)의 신호를 보다 효율적으로 에너지 수확에 이용하기 위한 빔포밍 벡터 집합을 설정할 수 있다.Based on the modeling of the channel as described above, each of the base stations 121 and 122 increases the transmission rate of the target channel 140 and sets a beamforming vector set for more efficiently using the signal of the harvesting channel 150 for energy harvesting Can be set.

일실시예에 따르면, 제1 단말기(131)는 제1 기지국(121)으로부터 타켓 데이터를 포함하는 제1 타켓 채널(141)의 신호를 수신할 수 있다. 다만, 제1 단말기(131)는 제2 셀(112) 내에 포함되는 제2 기지국(122)으로부터 전달되는 제1 간섭 채널(161)의 신호를 함께 수신하게 될 것이다. 강건한 빔포밍 벡터 집합을 설정하는 것은 원하는 제1 타켓 채널(141)의 신호의 전송율을 높이고, 제1 셀(111) 내에 이웃한 제2 단말기(132)에 연관되는 제1 수확 채널(151, 152)의 신호들을 에너지 수확에 이용되는 비율을 높일 수 있다.According to one embodiment, the first terminal 131 may receive the signal of the first target channel 141 including the target data from the first base station 121. However, the first terminal 131 may receive the signal of the first interference channel 161 transmitted from the second base station 122 included in the second cell 112 together. Setting up a robust beamforming vector set increases the transmission rate of the signal of the desired first target channel 141 and increases the transmission rate of the first target channel 141 to the first harvesting channel 151, 152 associated with the neighboring second terminal 132 in the first cell 111 ) Can be used for energy harvesting.

하나의 클러스터 내부에 존재하는 복수의 채널 모두가 하나의 단말기에 연관되는 데이터를 전송하는데 사용되지 않는다는 점을 고려하면, 본 실시예를 적용한 프리코딩 방법은 사용자와 무관한 신호를 에너지 수확에 이용하고 시스템의 전송율을 극대화하는 효과를 사용자에게 제공할 수 있다. 위와 같은 빔포밍 벡터 집합을 설정하는 보다 방법에 관한 설명은 아래에서 추가될 도면과 함께 기재될 것이다.Considering that not all of a plurality of channels existing in one cluster are used for transmitting data associated with one terminal, the precoding method using this embodiment uses a signal irrelevant to the user for energy harvesting The effect of maximizing the transfer rate of the system can be provided to the user. A more detailed description of how to set up such a beamforming vector set will be described below with the drawings to be added.

도 2a 및 도 2b는 일실시예에 따른 통신 프로토콜에서 에너지를 수확하는 과정을 설명하는 예시도이다.2A and 2B are exemplary diagrams illustrating a process of harvesting energy in a communication protocol according to an embodiment.

도 2a를 참조하면, 통신 프로토콜에 따라 정의되는 각각의 타임슬롯(210, 220, 230)이 도시된다. 하나의 클러스터 내에 포함되는 셀의 개수를 NC 개, 하나의 기지국에 포함되는 안테나의 개수를 Nr 개 및 하나의 셀에는 2 개의 단말기가 존재하는 경우를 가정하자. 위에 기재한 개수는 본 발명의 사상의 이해를 돕기 위한 예시적 기재일 뿐, 다른 실시예들의 범위를 한정하거나 제한하는 것으로 해석되어서는 안될 것이다.Referring to FIG. 2A, each time slot 210, 220, 230 is defined according to a communication protocol. Let us assume that the number of cells included in one cluster is N C , the number of antennas included in one base station is N r , and two terminals exist in one cell. It should be understood that the above description is only illustrative for the understanding of the present invention and should not be construed as limiting or limiting the scope of other embodiments.

본 실시예의 통신 프로토콜의 경우, 제1 타임슬롯(210), 제2 타임슬롯(220) 및 제3 타임슬롯(230)이 하나의 주기로서 반복적으로 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 타임슬롯(210)에서는 제1 단말기가 기지국으로부터 다운링크 데이터를 수신하고, 제2 단말기는 수확 채널을 이용하여 에너지 수확을 수행할 수 있다. 제2 단말기의 수확 채널은 제1 단말기의 다운링크 데이터에 연관되는 신호를 나타낼 수 있다. 또한, 제2 타임슬롯(220)에서는 제2 단말기가 기지국으로부터 다운링크 데이터를 수신하고, 제1 단말기는 수확 채널을 이용하여 에너지 수확을 수행할 수 있다. 마찬가지로 제1 단말기의 수확 채널은 제2 단말기의 다운링크 데이터에 연관되는 신호를 나타낼 수 있다.In the case of the communication protocol of this embodiment, the first timeslot 210, the second timeslot 220, and the third timeslot 230 may be repeatedly performed as one cycle. More specifically, in a first timeslot 210, a first terminal may receive downlink data from a base station and a second terminal may perform energy harvesting using a harvest channel. The harvest channel of the second terminal may represent a signal associated with the downlink data of the first terminal. Also, in the second time slot 220, the second terminal receives the downlink data from the base station, and the first terminal can perform energy harvesting using the harvest channel. Likewise, the harvest channel of the first terminal may represent a signal associated with the downlink data of the second terminal.

일실시예로서, 기지국이 제1 단말기 및 제2 단말기 중 어느 하나로 다운링크 데이터를 전송하는 채널은 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH(Paging Channel) 및 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 다운링크 공유 채널 중 어느 하나를 나타낼 수 있다. 다만, 위의 경우에 다운링크 데이터를 수신하지 않는 단말기는 위의 채널들을 에너지 수확을 위한 수확 채널로 이용할 수 있을 것이다.In one embodiment, a channel through which a base station transmits downlink data to either the first terminal or the second terminal includes a broadcast channel (BCH) for transmitting system information, a paging channel (PCH) for transmitting a paging message, And a downlink shared channel for transmitting a control message. However, a terminal that does not receive downlink data in the above case will be able to use the above channels as a harvest channel for energy harvesting.

제3 타임슬롯(230)에서는 제1 단말기 및 제2 단말기 모두 기지국으로 업링크 데이터를 전송할 수 있다. 일실시예로서, 업링크 데이터는 다운링크 데이터에 연관되는 ACK(Acknowledge) 신호 또는 NACK(Negative Acknowledge) 신호를 나타낼 수 있다. 다른 일실시예로서, 업링크 데이터는 단말기 간의 데이터 송수신에 연관되는 사용자 트래픽을 나타낼 수 있다.In the third timeslot 230, both the first terminal and the second terminal can transmit uplink data to the base station. In one embodiment, the uplink data may represent an ACK (Acknowledge) signal or a NACK (Negative Acknowledge) signal associated with the downlink data. In another embodiment, the uplink data may indicate user traffic associated with sending and receiving data between terminals.

도 2b에 도시된 것과 같이, 제1 타임슬롯(210), 제2 타임슬롯(220) 및 제3 타임슬롯(230)이 주기적으로 반복되어 기지국과 제1 단말기 및 제2 단말기가 무선 통신을 이용할 수 있다.As shown in FIG. 2B, the first timeslot 210, the second timeslot 220, and the third timeslot 230 are periodically repeated so that the base station, the first terminal, and the second terminal use wireless communication .

위와 같은 셀룰러 네트워크 내에서 제m 타임슬롯에서 제i 셀에 존재하는 제m 단말기로 전달되는 신호를 아래의 수학식 1과 같이 정의할 수 있다.A signal transmitted from the m th time slot to the m th terminal existing in the i th cell in the above cellular network can be defined as Equation 1 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

m은 1 이상 2 이하의 임의의 자연수를 나타내고, i는 1 이상 NC 이하의 임의의 자연수를 나타낼 수 있다.

Figure pat00006
는 제m 단말기가 수신하는 전체 신호를 나타낼 수 있다.
Figure pat00007
은 제i 셀에 존재하는 기지국이 제m 단말기로 전송하는 신호를 나타내고,
Figure pat00008
은 제k 셀에 존재하는 기지국으로부터 제m 단말기로 전달되는 신호를 나타낼 수 있다. k는 1 이상 NC 이하의 임의의 자연수로서 i와는 상이한 값을 나타낼 수 있다. 더하여,
Figure pat00009
는 제i 셀에 존재하는 기지국의 빔포밍 벡터를 나타내고,
Figure pat00010
는 제k 셀에 존재하는 기지국의 빔포밍 벡터를 나타낼 수 있다. 또한,
Figure pat00011
는 제i 셀에서 제i 셀로의 채널 행렬을 나타내고,
Figure pat00012
는 제k 셀에서 제i 셀로의 채널 행렬을 나타낼 수 있다.
Figure pat00013
는 제i 셀에 존재하는 기지국 인덱스 Ci와 기지국 내의 각각의 안테나 NT에 따라 정의되는 AWGN(Additive White Gaussian Noise)를 나타낼 수 있다.m represents a natural number of less than 1 2, i may represent an arbitrary natural number in a range from 1 N C.
Figure pat00006
May represent the entire signal received by the mth terminal.
Figure pat00007
Indicates a signal transmitted from the base station in the i < th > cell to the m < th &
Figure pat00008
May represent a signal transmitted from the base station in the k-th cell to the m-th terminal. k may represent a different value than i as a natural number of less than 1 N C. add,
Figure pat00009
Denotes the beamforming vector of the base station existing in the ith cell,
Figure pat00010
May represent the beamforming vector of the base station in the kth cell. Also,
Figure pat00011
Represents the channel matrix from the i < th > cell to the i < th > cell,
Figure pat00012
May represent the channel matrix from the kth cell to the i < th > cell.
Figure pat00013
May indicate an Additive White Gaussian Noise (AWGN) defined according to the base station index C i existing in the ith cell and the respective antennas N T in the base station.

상기 수학식 1에 기초하여 제m 타임슬롯에서의 전체 다운링크 데이터에 관한 달성 가능한 전송율(achievable sum-rate)

Figure pat00014
은 아래의 수학식 2와 같이 계산될 수 있다. N0는 잡음 신호의 크기를 나타낼 수 있다.The achievable data rate for the entire downlink data in the m-th time slot based on Equation (1)
Figure pat00014
Can be calculated as shown in Equation (2) below. N 0 can represent the magnitude of the noise signal.

Figure pat00015
Figure pat00015

이 경우에 제3 타임슬롯(230)에서 제i 셀에 존재하는 기지국이 수신하는 업링크 신호는 아래의 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.In this case, the uplink signal received by the base station in the i-th cell in the third time slot 230 may be defined as Equation (3).

Figure pat00016
Figure pat00016

상기 수학식 3에 기초하여 제3 타임슬롯(230)에서 전체 업링크 데이터에 관한 달성 가능한 전송율

Figure pat00017
은 아래의 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.Based on Equation (3), in the third time slot (230), the achievable transmission rate
Figure pat00017
Can be calculated as Equation (4) below.

Figure pat00018
Figure pat00018

이 경우에, 제i 셀에 존재하는 기지국의 빔포밍 벡터

Figure pat00019
는 빔포밍 벡터 집합
Figure pat00020
과 제i 셀에 연관되는 고유벡터
Figure pat00021
를 이용하여 치환될 수 있다. 상기 빔포밍 벡터 집합
Figure pat00022
은 아래의 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.In this case, the beamforming vector of the base station existing in the ith cell
Figure pat00019
Is a beamforming vector set
Figure pat00020
And the eigenvectors associated with the i < th > cell
Figure pat00021
. ≪ / RTI > The beamforming vector set
Figure pat00022
Can be defined as Equation (5) below.

Figure pat00023
Figure pat00023

제i 셀에 존재하는 기지국의 빔포밍 벡터

Figure pat00024
를 치환하여
Figure pat00025
의 하계(lower bound)를 계산할 수 있다. 계산된
Figure pat00026
의 하계(lower bound)는 아래의 수학식 6과 같이 계산될 수 있다.The beamforming vector of the base station in the ith cell
Figure pat00024
Substituting
Figure pat00025
Can be calculated. Calculated
Figure pat00026
The lower bound of Equation (6) can be calculated as Equation (6) below.

Figure pat00027
Figure pat00027

그에 따라,

Figure pat00028
를 높이고 간섭 채널을 이용하여 에너지 수확을 효율적으로 수행하기 위해서는 제i 셀에 대응하는 단말기들의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR: Signal to Interference plus Noise)를 최대화할 필요성이 존재한다. 상기 조건을 만족시키는 빔포밍 벡터 집합
Figure pat00029
을 디자인하는 과정에 관한 보다 자세한 설명은 아래의 도면에서 보다 상세히 설명될 것이다.thereafter,
Figure pat00028
There is a need to maximize the signal-to-interference plus noise (SINR) of the terminals corresponding to the i < th > cell in order to efficiently perform the energy harvesting using the interference channel. A beamforming vector set satisfying the above condition
Figure pat00029
A more detailed description of the process of designing the present invention will be described in more detail in the drawings below.

도 3은 일실시예에 따른 다중 안테나 프리코딩 방법에 관한 흐름도이다.3 is a flow diagram of a multi-antenna precoding method in accordance with an embodiment.

도 3을 참조하면, 다중 안테나 프리코딩 방법(300)은 각각의 셀에 대응하는 신호대 간섭 및 잡음비 중 최소값이 최대가 되도록 하는 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 단계(310), 수신되는 간섭 신호를 이용하여 수확(harvesting)되는 에너지의 크기가 데이터 전송을 위한 파워 이상이 되도록 하는 상기 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 단계(320) 및 상기 빔포밍 벡터 집합의 크기가 소정의 임계치 이하가 되도록 조절하는 단계(330)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the multi-antenna precoding method 300 includes calculating (310) a beamforming vector set that maximizes a minimum of a signal-to-interference and noise ratio corresponding to each cell, Calculating (320) the beamforming vector set such that the magnitude of the energy to be harvested is greater than the power for data transmission; and adjusting the size of the beamforming vector set to be below a predetermined threshold 330).

단계(310)에서 신호 처리 장치는 상기 수학식 2에 존재하는

Figure pat00030
를 빔포밍 벡터 집합
Figure pat00031
과 제i 셀에 연관되는 고유벡터
Figure pat00032
를 이용하여 치환하여 아래의 수학식 7과 같은
Figure pat00033
의 관계식을 계산할 수 있다.In step 310, the signal processing apparatus determines whether or not
Figure pat00030
Beamforming vector set
Figure pat00031
And the eigenvectors associated with the i < th > cell
Figure pat00032
The following equation (7)
Figure pat00033
Can be calculated.

Figure pat00034
Figure pat00034

더하여, 단계(310)에서 신호 처리 장치는 제m 타임슬롯(time slot)에 상응하는 상기 빔포밍 벡터의 집합이

Figure pat00035
인 경우, 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합
Figure pat00036
을 아래의 수학식 8과 같이 정의할 수 있다.In addition, in step 310, the signal processing apparatus determines whether the set of beamforming vectors corresponding to the mth time slot
Figure pat00035
, A set of feasible beamforming vectors < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00036
Can be defined as Equation (8) below.

Figure pat00037
Figure pat00037

H는 켤레 전치(conjugate transpose) 연산을 나타내고, NC는 상기 각각의 셀의 개수이고, NT는 기지국에 존재하는 안테나 개수, C는 상기 기지국의 인덱스 집합을 나타낼 수 있다.H denotes a conjugate transpose operation, N C denotes the number of each cell, N T denotes the number of antennas existing in the base station, and C denotes an index set of the base station.

더하여, 단계(310)에서 신호 처리 장치는 아래의 수학식 9를 이용하여 상기 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합

Figure pat00038
을 계산할 수 있다.In addition, in step 310, the signal processing apparatus calculates a set of the feasible beamforming vectors
Figure pat00038
Can be calculated.

Figure pat00039
Figure pat00039

i는 1에서 상기 NC 중 임의의 자연수를 나타내고, θ는 각각의 셀에 대응하는 신호대 간섭 및 잡음비 중 최소값을 나타내고, tr는 대각합(trace) 연산을 나타낼 수 있다. 더하여, 상기 수학식 9의

Figure pat00040
및
Figure pat00041
는 아래의 수학식 10에 의해 정의될 수 있다.i represents any natural number of N C from 1 to 1,? represents the minimum of the signal-to-interference and noise ratios corresponding to each cell, and tr can represent a trace operation. In addition,
Figure pat00040
And
Figure pat00041
Can be defined by the following equation (10).

Figure pat00042
Figure pat00042

ρ는 임의의 상수를 나타낼 수 있다.ρ can represent any constant.

다른 일실시예로서, 단계(310)에서 신호 처리 장치는 임의적으로 상기 빔포밍 벡터 집합을 설정하여 상기 최소값을 계산할 수 있다. 더하여, 신호 처리 장치는 상기 계산된 최소값의 최대값을 이용하여 상기 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합

Figure pat00043
을 계산할 수 있다.In another embodiment, in step 310, the signal processing device may arbitrarily set the beamforming vector set to calculate the minimum value. In addition, the signal processing apparatus calculates the set of the feasible beamforming vectors using the maximum value of the calculated minimum value
Figure pat00043
Can be calculated.

단계(320)에서 신호 처리 장치는 아래의 수학식 11를 이용하여, 상기 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합

Figure pat00044
을 계산할 수 있다.In step 320, the signal processing apparatus calculates a set of the feasible beamforming vectors
Figure pat00044
Can be calculated.

Figure pat00045
Figure pat00045

Figure pat00046
는
Figure pat00047
이고,
Figure pat00048
는 제i 셀에 연관되는 고유벡터이고,
Figure pat00049
는 제k 셀에서 상기 제i 로의 채널 행렬을 나타내고,
Figure pat00050
는 데이터 전송을 위한 파워로 결정되는 파라미터를 나타낼 수 있다.
Figure pat00046
The
Figure pat00047
ego,
Figure pat00048
Is an eigenvector associated with the i < th > cell,
Figure pat00049
Denotes a channel matrix from the k-th cell to the i-th channel matrix,
Figure pat00050
Lt; / RTI > may represent a parameter determined as power for data transmission.

보다 구체적으로, 상기

Figure pat00051
는 수학식 12에 의해 정의될 수 있다.More specifically,
Figure pat00051
Can be defined by Equation (12).

Figure pat00052
Figure pat00052

γ는 에너지 전환 상수를 나타내고,

Figure pat00053
는 업링크 데이터 전송을 위해 필요한 파워를 나타낼 수 있다.? represents an energy conversion constant,
Figure pat00053
May represent the power required for uplink data transmission.

단계(330)에서 신호 처리 장치는 아래의 수학식 13을 이용하여, 상기 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합

Figure pat00054
을 계산할 수 있다.In step 330, the signal processing apparatus calculates a set of the feasible beamforming vectors
Figure pat00054
Can be calculated.

Figure pat00055
Figure pat00055

|| ||는 유클리드 노름을 나타내고, i는 1에서 상기 NC 중 임의의 자연수를 나타내고,

Figure pat00056
는
Figure pat00057
을 나타내고,
Figure pat00058
는 제i 셀에 연관되는 고유벡터를 나타낼 수 있다.|| Represents an Euclidean gamma, i represents any natural number of the above N C at 1,
Figure pat00056
The
Figure pat00057
Lt; / RTI >
Figure pat00058
May represent an eigenvector associated with the ith cell.

더하여, 다중 안테나 프리코딩 방법을 수행하는 신호 처리 장치는 상기 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합

Figure pat00059
의 랭크(rank) 값이 1에 근사 되도록 하는 무작위 추출(randomization)을 수행하는 단계를 추가적으로 수행할 수 있다.In addition, a signal processing apparatus that performs a multi-antenna precoding method may include a set of the feasible beamforming vectors
Figure pat00059
And performing a randomization such that a rank value of the first rank is approximated to 1.

도 4는 일실시예에 따른 다중 안테나 프리코딩을 수행하는 신호 처리 장치에 관한 블록도이다.4 is a block diagram of a signal processing apparatus for performing multi-antenna precoding according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 다중 안테나 프리코딩을 수행하는 신호 처리 장치(400)는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 적어도 일시적으로 구현될 수 있다. 신호 처리 장치(400)는 제1 계산부(410), 제2 계산부(420) 및 제3 계산부(430)를 포함할 수 있다. 제1 계산부(410)는 제m 타임슬롯(time slot)에 상응하는 상기 빔포밍 벡터의 집합이

Figure pat00060
인 경우, 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합
Figure pat00061
을 상기 수학식 8에 기초하여 계산할 수 있다.Referring to FIG. 4, a signal processing apparatus 400 for performing multi-antenna precoding includes at least one processor, and may be at least temporarily implemented by the at least one processor. The signal processing apparatus 400 may include a first calculation unit 410, a second calculation unit 420, and a third calculation unit 430. The first calculation unit 410 calculates a set of the beamforming vectors corresponding to the mth time slots
Figure pat00060
, A set of feasible beamforming vectors < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00061
Can be calculated based on Equation (8).

다른 일실시예에 따르면, 제1 계산부(410)는

Figure pat00062
를 랜덤하게 선택할 수 있다. 더하여, 제1 계산부(410)는 선택된
Figure pat00063
를 이용하여
Figure pat00064
를 계산할 수 있다. 제1 계산부(410)는
Figure pat00065
로 설정하고,
Figure pat00066
로 설정할 수 있다. 더하여,
Figure pat00067
로 설정하여
Figure pat00068
의 조건이 만족할 때까지의 제2 계산부(420) 및 제3 계산부(430)가 solution을 찾는 과정이 지속되도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 계산부(410), 제2 계산부(420) 및 제3 계산부(430)는 의 기설정된 조건을 이용하여 각각의 계산을 수행할 수 있다. 일실시예로서, 계산된
Figure pat00069
가 feasible한 경우에는
Figure pat00070
을
Figure pat00071
로 대체할 수 있다. 다른 일실시예로서, 계산된
Figure pat00072
가 infeasible한 경우라면
Figure pat00073
을
Figure pat00074
로 대체할 수 있다.According to another embodiment, the first calculation unit 410 calculates
Figure pat00062
Can be selected at random. In addition, the first calculation unit 410 calculates
Figure pat00063
Using
Figure pat00064
Can be calculated. The first calculation unit 410 calculates
Figure pat00065
Lt; / RTI >
Figure pat00066
. add,
Figure pat00067
By setting
Figure pat00068
The second calculation unit 420 and the third calculation unit 430 may continue the process of finding solutions until the condition of the solution is satisfied. More specifically, the first calculation unit 410, the second calculation unit 420, and the third calculation unit 430 may perform the respective calculations using predetermined conditions. In one embodiment,
Figure pat00069
If feasible
Figure pat00070
of
Figure pat00071
. In another embodiment,
Figure pat00072
Is infeasible
Figure pat00073
of
Figure pat00074
.

제2 계산부(420)는 수신되는 간섭 신호를 이용하여 수확(harvesting)되는 에너지의 크기가 데이터 전송을 위한 파워 이상이 되도록 하는 상기 빔포밍 벡터 집합을 계산할 수 있다. 제2 계산부(420)의 동작에 관한 설명은 앞서 기재한 도 3의 단계(320)의 설명이 그대로 적용될 수 있어 자세한 설명은 생략하도록 한다.The second calculation unit 420 may calculate the beamforming vector set such that the energy of harvesting energy is equal to or higher than the power for data transmission using the received interference signal. The description of the operation of the second calculation unit 420 may be applied to the description of step 320 of FIG. 3 as described above, and thus a detailed description thereof will be omitted.

더하여, 제3 계산부(430)는 상기 빔포밍 벡터 집합의 크기가 소정의 임계치 이하가 되도록 조절할 수 있다. 마찬가지로, 제3 계산부(430)에 관한 설명은 단계(330)의 설명이 그대로 적용될 수 있어 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, the third calculator 430 may adjust the size of the beamforming vector set to be less than or equal to a predetermined threshold value. Likewise, description of the third calculator 430 may be applied to the description of the step 330, and a detailed description thereof will be omitted.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 일실시예에 따른 빔포밍 벡터 집합에 대응하는 업링크 전송율, 다운링크 전송율 및 달성 가능한 전송율 구간을 도시하는 그래프이다.Figures 5A, 5B, and 5C are graphs illustrating uplink, downlink, and achievable rate intervals corresponding to a set of beamforming vectors according to one embodiment.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 클러스터 내에 3 개의 셀이 존재하고, 각각의 기지국이 포함하는 안테나 개수는 4 개이고, 셀 내에는 안테나가 하나인 단말기 2 개가 존재하는 경우를 가정하여 본 실시예의 성능을 나타내는 그래프가 도시된다. 도 5a 및 도 5b의 그래프의 X 축은 신호대 잡음비(SNR)(dB)를 나타내고, Y 축은 단위 셀 당 전송율(bps/Hz)를 나타낸다. 셀 내의 모든 채널의 계수는 독립적이고 동일한 분포를 따르는 것이 가정되었고, Rayleigh 페이딩 조건이 가정된다. 수확된 에너지가 실제로 사용 가능한 에너지로 전환 되는 비율 γ는 10%로 설정되었다.5A and 5B, it is assumed that there are three cells in a cluster, that the number of antennas included in each of the base stations is four, and that there are two terminals with one antenna in the cell. Is shown. 5A and 5B, the X-axis represents the signal-to-noise ratio (SNR) (dB) and the Y-axis represents the data rate per unit cell (bps / Hz). It is assumed that the coefficients of all channels in the cell are independent and follow the same distribution, and a Rayleigh fading condition is assumed. The rate γ at which the harvested energy is converted into actual usable energy was set at 10%.

도 5a를 참조하면 업링크 전송율의 그래프가 도시된다. 보다 구체적으로, 임의의 빔포밍 벡터를 선택한 경우의 제1 그래프(511), 각각의 단말기가 수확하여야 할 에너지가 0.125W로 설정된 제2 그래프(512), 및 각각의 단말기가 수확하여야 할 에너지가 0.25W로 설정된 제3 그래프(513)가 도시된다. 더하여 도 5b를 참조하면, 다운링크 전송율의 그래프가 도시된다. 임의의 빔포밍 벡터를 선택한 제4 그래프(521), 각각의 단말기가 수확하여야 할 에너지가 0.125W로 설정된 제5 그래프(522), 및 각각의 단말기가 수확하여야 할 에너지가 0.25W로 설정된 제6 그래프(523)가 도시된다.Referring to FIG. 5A, a graph of the uplink data rate is shown. More specifically, a first graph 511 when an arbitrary beamforming vector is selected, a second graph 512 in which the energy to be harvested by each terminal is set to 0.125 W, and an energy to be harvested by each terminal A third graph 513 set at 0.25 W is shown. In addition, referring to FIG. 5B, a graph of the downlink data rate is shown. A fifth graph 522 in which an energy to be harvested by each terminal is set to 0.125 W, and a fifth graph 522 in which an energy to be harvested by each terminal is set to 0.25 W A graph 523 is shown.

임의로 빔포밍 벡터를 선택한 경우와 비교하여, 본 실시예가 적용되어 수확하고자 하는 파워에 기초하여 빔포밍 벡터를 설정하는 경우가 보다 높은 전송율 및 성능 이득을 나타낸다. 또한, 도 5a와 도 5b를 비교한 경우에 다운링크 전송율의 경우에는 단말기가 수확하여야 할 에너지의 양이 높게 설정될수록, 사용 가능한 에너지로 전환 되는 비율 γ이 낮더라도 업링크 전송율에 대비하여 보다 높은 영향이 미친다는 것을 알 수 있다.Compared to the case where the beamforming vector is arbitrarily selected, the case where the beamforming vector is set based on the power to be harvested by applying the present embodiment exhibits higher data rate and performance gain. 5A and 5B, in the case of the downlink data rate, the higher the amount of energy to be harvested by the terminal is set, the higher the ratio γ to the usable energy is, It can be seen that the effect is affected.

도 5c는 클러스터 내에 3 개의 셀이 존재하고, 각각의 기지국이 4 개의 안테나를 포함하고, 신호대 잡음비가 27dB로 설정된 경우의 달성 가능한 전송율 구간이 도시된다. 그래프의 X 축은 다운링크 전송율(bps/Hz)을 나타내고, Y 축은 업링크 전송율(bps/Hz)를 나타낼 수 있다. 제1 포인트(531)는 에너지 수확을 최대로 설정한 경우를 나타내고, 제2 포인트(532)는 에너지 수확량을 0으로 설정하여 다운링크 빔포밍의 전송율을 우선적으로 고려한 경우를 나타낸다. 결론적으로, 제1 영역(550)은 에너지 수확량과 다운링크 빔포밍의 성능을 시간적으로 고려하여 선택한 경우에 달성 가능한 전송율 구간을 나타낼 수 있다. 제1 영역(550)은 임의적으로 빔포밍을 수행한 경우보다 높은 전송율을 나타낸다는 것을 알 수 있다.FIG. 5C shows an achievable transmission rate interval when three cells are present in the cluster, each base station includes four antennas, and the signal to noise ratio is set to 27 dB. The X-axis of the graph represents the downlink transmission rate (bps / Hz), and the Y-axis represents the uplink transmission rate (bps / Hz). The first point 531 represents a case where the energy harvest is set to the maximum and the second point 532 represents the case where the energy yield is set to 0 and the transmission rate of the downlink beamforming is preferentially considered. As a result, the first region 550 can represent a transmittable interval that can be achieved when the energy yield and the performance of the downlink beamforming are selected in consideration of time. It can be seen that the first area 550 exhibits a higher data rate than if beamforming was performed arbitrarily.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented in hardware components, software components, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the devices, methods, and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, such as an array, a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with reference to the drawings, various technical modifications and variations may be applied to those skilled in the art. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

Claims (10)

각각의 셀에 대응하는 신호대 간섭 및 잡음비 중 최소값이 최대가 되도록 하는 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 단계;
수신되는 간섭 신호를 이용하여 수확(harvesting)되는 에너지의 크기가 데이터 전송을 위한 파워 이상이 되도록 하는 상기 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 단계; 및
상기 빔포밍 벡터 집합의 크기가 소정의 임계치 이하가 되도록 조절하는 단계
를 포함하는 다중 안테나 프리코딩 방법.Calculating a beamforming vector set such that a minimum of the signal-to-interference and noise ratios corresponding to each cell is maximized;
Calculating the beamforming vector set such that a magnitude of energy harvesting using received interference signals is greater than power for data transmission; And
Adjusting the size of the beamforming vector set to be less than or equal to a predetermined threshold
/ RTI > 제1항에 있어서,
제m 타임슬롯(time slot)에 상응하는 상기 빔포밍 벡터의 집합이
Figure pat00075
인 경우, 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합
Figure pat00076
이 수학식 8과 같이 정의되는 것을 특징으로 하고,
상기 수학식 8은
Figure pat00077
이고, H는 켤레 전치(conjugate transpose) 연산을 나타내고, NC는 상기 각각의 셀의 개수이고, NT는 기지국에 존재하는 안테나 개수, C는 상기 기지국의 인덱스 집합을 나타내는 다중 안테나 프리코딩 방법.The method according to claim 1,
The set of beamforming vectors corresponding to the mth time slot
Figure pat00075
, A set of feasible beamforming vectors < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00076
Is defined as Equation (8)
Equation (8)
Figure pat00077
Wherein H denotes a conjugate transpose operation, N C denotes the number of each cell, N T denotes the number of antennas existing in the base station, and C denotes an index set of the base station. 제2항에 있어서,
상기 최소값이 최대가 되도록 하는 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 단계는,
수학식 9을 이용하여, 상기 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합
Figure pat00078
을 계산하는 단계를 포함하고,
상기 수학식 9는,
Figure pat00079
이고, i는 1에서 상기 NC 중 임의의 자연수를 나타내고, θ는 상기 최소값을 나타내고, tr는 대각합(trace) 연산을 나타내고,
Figure pat00080
및
Figure pat00081
는 제i 셀에서 상기 제i 셀로의 채널 행렬
Figure pat00082
및 상기 제i 셀에 연관되는 고유벡터
Figure pat00083
로 정의되는 다중 안테나 프리코딩 방법.3. The method of claim 2,
The step of calculating a beamforming vector set such that the minimum value is maximized,
Using Equation (9), the set of feasible beamforming vectors
Figure pat00078
≪ / RTI >
Equation (9)
Figure pat00079
Where i represents any natural number of N C from 1,? Represents the minimum value, tr represents a trace operation,
Figure pat00080
And
Figure pat00081
Lt; th > cell to the i < th &
Figure pat00082
And an eigenvector associated with the ith cell
Figure pat00083
≪ / RTI > 제3항에 있어서,
상기
Figure pat00084
및 상기
Figure pat00085
는 수학식 10에 의해 정의되고,
상기 수학식 10은,
Figure pat00086
이고, ρ는 상수를 나타내는 다중 안테나 프리코딩 방법.The method of claim 3,
remind
Figure pat00084
And
Figure pat00085
Is defined by < RTI ID = 0.0 > (10)
Equation (10)
Figure pat00086
And p is a constant. 제3항에 있어서,
임의적으로 상기 빔포밍 벡터 집합을 설정하여 상기 최소값을 계산하는 단계; 및
상기 계산된 최소값의 최대값을 이용하여 상기 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합
Figure pat00087
을 계산하는 단계
를 더 포함하는 다중 안테나 프리코딩 방법.The method of claim 3,
Arbitrarily setting the beamforming vector set to calculate the minimum value; And
The set of the feasible beamforming vectors using the maximum value of the calculated minimum values
Figure pat00087
≪ / RTI >
Further comprising the steps of: 제2항에 있어서,
상기 데이터 전송을 위한 파워 이상이 되도록 하는 상기 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 단계는,
수학식 11를 이용하여, 상기 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합
Figure pat00088
을 계산하는 단계를 포함하고,
상기 수학식 11는,
Figure pat00089
이고, i는 1에서 상기 NC 중 임의의 자연수를 나타내고,
Figure pat00090
는
Figure pat00091
이고,
Figure pat00092
는 제i 셀에 연관되는 고유벡터이고,
Figure pat00093
는 제k 셀에서 상기 제i 로의 채널 행렬을 나타내고,
Figure pat00094
는 상기 파워로 결정되는 다중 안테나 프리코딩 방법.3. The method of claim 2,
Wherein calculating the beamforming vector set to be greater than power for the data transmission comprises:
Using Equation (11), the set of feasible beamforming vectors
Figure pat00088
≪ / RTI >
Equation (11)
Figure pat00089
, I represents any natural number of N C from 1,
Figure pat00090
The
Figure pat00091
ego,
Figure pat00092
Is an eigenvector associated with the i < th > cell,
Figure pat00093
Denotes a channel matrix from the k-th cell to the i-th channel matrix,
Figure pat00094
Is determined by the power. 제6항에 있어서,
상기
Figure pat00095
는 수학식 12에 의해 정의되고,
상기 수학식 12는,
Figure pat00096
이고, γ는 에너지 전환 상수를 나타내고,
Figure pat00097
는 상기 파워를 나타내는 다중 안테나 프리코딩 방법.The method according to claim 6,
remind
Figure pat00095
Is defined by < RTI ID = 0.0 > (12)
Equation (12)
Figure pat00096
,? Represents an energy conversion constant,
Figure pat00097
≪ / RTI > wherein the power is indicative of the power. 제2항에 이어서,
상기 빔포밍 벡터 집합의 크기가 소정의 임계치 이하가 되도록 조절하는 단계는,
수학식 13을 이용하여, 상기 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합
Figure pat00098
을 계산하는 단계를 포함하고,
상기 수학식 13은,
Figure pat00099
이고, || ||는 유클리드 노름을 나타내고, i는 1에서 상기 NC 중 임의의 자연수를 나타내고,
Figure pat00100
는
Figure pat00101
을 나타내고,
Figure pat00102
는 제i 셀에 연관되는 고유벡터를 나타내는 다중 안테나 프리코딩 방법.Continuing to claim 2,
Wherein adjusting the size of the beamforming vector set to be less than or equal to a predetermined threshold comprises:
Using Equation (13), the set of the feasible beamforming vectors
Figure pat00098
≪ / RTI >
In Equation (13)
Figure pat00099
And || Represents an Euclidean gamma, i represents any natural number of the above N C at 1,
Figure pat00100
The
Figure pat00101
Lt; / RTI >
Figure pat00102
Gt; i < / RTI > is an eigenvector associated with an i < th > cell. 제2항에 있어서,
상기 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합
Figure pat00103
의 랭크(rank) 값이 1에 근사 되도록 하는 무작위 추출(randomization)을 수행하는 단계
를 더 포함하는 다중 안테나 프리코딩 방법.3. The method of claim 2,
The set of feasible beamforming vectors
Figure pat00103
Performing a randomization such that the rank value of the input signal is approximated to 1
Further comprising the steps of: 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 적어도 일시적으로 구현되는:
제m 타임슬롯(time slot)에 상응하는 빔포밍 벡터의 집합이
Figure pat00104
인 경우, 피저블(feasible) 빔포밍 벡터의 집합
Figure pat00105
을 수학식 8에 기초하여 계산하고, 각각의 셀에 대응하는 신호대 간섭 및 잡음비 중 최소값이 최대가 되도록 하는 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 제1 계산부;
수신되는 간섭 신호를 이용하여 수확(harvesting)되는 에너지의 크기가 데이터 전송을 위한 파워 이상이 되도록 하는 상기 빔포밍 벡터 집합을 계산하는 제2 계산부; 및
상기 빔포밍 벡터 집합의 크기가 소정의 임계치 이하가 되도록 조절하는 제3 계산부
를 포함하고,
상기 수학식 8은
Figure pat00106
이고, H는 켤레 전치(conjugate transpose) 연산을 나타내고, NC는 상기 각각의 셀의 개수이고, NT는 기지국에 존재하는 안테나 개수, C는 상기 기지국의 인덱스 집합을 나타내는 신호 처리 장치.Comprising at least one processor, said processor being implemented at least temporarily by said at least one processor:
A set of beamforming vectors corresponding to the mth time slot
Figure pat00104
, A set of feasible beamforming vectors < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00105
And calculating a beamforming vector set that maximizes the minimum of the signal-to-interference and noise ratios corresponding to the respective cells, based on Equation (8).
A second calculation unit for calculating the beamforming vector set such that a magnitude of energy harvesting using a received interference signal is equal to or higher than power for data transmission; And
A third calculation unit for adjusting the size of the beamforming vector set to be less than a predetermined threshold value,
Lt; / RTI >
Equation (8)
Figure pat00106
Where H denotes a conjugate transpose operation, N C denotes the number of each cell, N T denotes the number of antennas existing in the base station, and C denotes an index set of the base station.
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KR102235645B1 (en) * 2019-10-29 2021-04-02 서울대학교산학협력단 Apparatus and method for determining a base station to perform energy harvesting in a multiple base station massive mimo system

Cited By (3)

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US11621591B2 (en) 2018-10-18 2023-04-04 Korea University Research And Business Foundation Beamforming generation method in system for simultaneously transmitting wireless information and power, and recording medium and apparatus for performing same
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