KR100679860B1 - Ｍｉｍｏ 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나선택 방법 - Google Patents

Ｍｉｍｏ 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나선택 방법 Download PDF

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강충구
손준호
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한국전자통신연구원
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, MIMO 시스템의 송/수신 양단에서 다중 안테나 중 일부의 안테나를 선택하여 사용함으로써, MIMO 시스템의 특성을 살리고 복잡도를 획기적으로 줄여 성능의 열화를 최소화하기 위한, MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법에 있어서, 수신 채널의 이득 행렬을 생성하는 단계; 상기 생성한 수신 채널 이득 행렬의 각 행(수신 안테나)과 열(송신안테나)에서 채널 이득의 합(sum)을 구하는 합 연산 단계; 상기 구한 채널 이득의 합(sum)이 최대인 안테나를 선택하는 제 1 안테나 선택 단계; 및 상기 선택한 안테나의 채널 이득 값들 중 최대 채널 이득 값을 포함하는 송/수신 안테나를 교차적(교번적)으로 선택하는 과정을 원하는 개수의 안테나를 선택할 때까지 반복 수행하는 제 2 안테나 선택 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 MIMO 시스템 등에 이용됨.
MIMO 시스템, 안테나 선택, 복잡도 감소, 채널 이득의 합(sum), 채널 이득의 놈(norm)

Description

ＭＩＭＯ 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법{Low-Complexity Joint Transmit/Receive Antenna Selection Method for MIMO Systems}
도 1은 본 발명이 적용되는 다중 안테나 시스템에서 송/수신 안테나 선택 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 4X4 안테나에서 2X2 안테나를 선택하는 송/수신 안테나 선택 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 4X4 안테나에서 2X2 안테나를 선택한 경우의 신호대잡음비(SNR)에 따른 성능을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 8X8 안테나에서 4X4 안테나를 선택한 경우의 신호대잡음비(SNR)에 따른 성능을 도시한 도면,
도 5는 본 발명과 기존 안테나 선택 방식과의 계산량의 복잡도를 비교한 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 놈(norm)에 기반한 송/수신 안테나 선택 방법에 대한 동작 흐름도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 합(sum)에 기반한 송/수신 안테나 선택 방법에 대한 동작 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
120 : 신호 처리 및 코딩부 140 : RF 스위치
150 : 송신 안테나 160 : 수신 안테나
180 : 신호 처리 및 디코딩부
본 발명은 MIMO(Multi-Input Multi-Output, 이하 "MIMO"라 함) 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MIMO 시스템의 송신 안테나와 수신 안테나 양쪽에서 모두 안테나 선택 방식을 사용할 경우 선택되는 안테나를 포함하는 부분집합을 구하기 위한 절차 및 계산량을 극소화함으로써, 복잡도를 줄여 비용을 절감하고 구현을 용이하게 하기 위한, MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 다중 송/수신 안테나를 이용한 MIMO 시스템은 다이버시티 이득과 더불어 공간적 다중화를 통해 데이터 전송률을 극대화할 수 있는 무선 전송 방식으로서, 차세대 이동통신의 핵심 기술로 자리를 잡고 있다. 그러나 이러한 신뢰도 및 성능의 향상은 하드웨어 복잡도를 높이고 다수의 RF(Radio Frequency) 체인을 사용하므로 비용 상승을 가져온다.
한편, N개의 RF 체인과 N개의 안테나를 사용하는 시스템과 동일한 N개의 RF 체인을 사용하면서 M(≥ N)개의 안테나 중 N개의 안테나를 선택하여 사용하는 시스템을 비교하면, 안테나 선택을 사용한 시스템이 같은 수의 RF 체인을 사용하면서도 매우 높은 성능의 향상을 보인다. 따라서 시스템의 하드웨어적 복잡도를 감소시키며 다수의 RF 체인 사용으로 인한 비용을 줄이면서 MIMO 시스템이 갖는 장점을 취하기 위한 방안으로서 안테나 선택 기법이 고려되고 있다.
한편, 송/수신단에서 모두 안테나 선택을 하기 위한 종래 기술로는, 모든 가능한 안테나의 부분집합에 대하여 주어진 용량을 계산한 후에 용량이 가장 큰 부분집합을 결정하는 “풀 이그조스티브 탐색(full exhaustive search)"(Andreas F. Molish, M.Z. Win, and J.H. Winters, "Capacity of MIMO systems with antenna selection," Communications, IEEE Int'l Conf., vol.2, pp. 570-574, June 2001) 방식과, 원하는 부분집합을 한 번에 찾는 것이 아니라 송신단에서 "이그조스티브 탐색(exhaustive search)"을 통하여
Figure 112005072142915-pat00001
의 크기를 갖는 모든 경우의 행렬식을 구하고 그 중에 용량이 가장 큰 값을 갖는 부분집합을 선택하고, 선택된 안테나 중에 수신단에서 "이그조스티브 탐색(exhaustive search)"을 통하여
Figure 112005072142915-pat00002
에서
Figure 112005072142915-pat00003
를 찾는 "부분 이그조스티브 탐색(Partial exhaustive search)"(A. Gorohkov, M.Collados, D.Gore, and A.Paulraj, "Transmit/Receive MIMO antenna subset selection," Acoustics, Speech, and Signal Processing, Proceedings, ICASSP, IEEE Int'l Conf., vol.2, pp. ii-13-16, May 2004) 방식이 제안되어 있 다.
그러나 이러한 기존의 방식들은 모두 "이그조스티브 탐색(exhaustive search)"에 기반을 두기 때문에 매우 큰 비현실적인 복잡도를 갖게 된다. “풀 이그조스티브 탐색(full exhaustive search)"의 경우는
Figure 112005072142915-pat00004
개의 경우의 수를 탐색하여 모든 경우에 관한 행렬식을 계산해야하므로 계산량이 아주 크고 복잡도가 매우 높으며, "부분 이그조스티브 탐색(Partial exhaustive search)"의 경우에는
Figure 112005072142915-pat00005
개만큼의 경우의 수를 조사하므로 그 계산량이 대폭 줄어들지만 여전히 많은 수의 행렬식 계산을 요구하므로 그 복잡도가 매우 높은 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, MIMO 시스템의 송/수신 양단에서 다중 안테나 중 일부의 안테나를 선택하여 사용함으로써, MIMO 시스템의 특성을 살리고 복잡도를 획기적으로 줄여 성능의 열화를 최소화하기 위한, MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법에 있어서, 수신 채널의 이득 행렬을 생성하는 단계; 상기 생성한 수신 채널 이득 행렬의 각 행(수신 안테나)과 열(송신안테나)에서 채널 이득의 놈(norm) 값을 구하는 놈 연산 단계; 상기 구한 채널 이득의 놈(norm) 값이 최대인 안테나를 선택하는 제 1 안테나 선택 단계; 및 상기 선택한 안테나의 채널 이득 값들 중 최대 채널 이득 값을 포함하는 송/수신 안테나를 교차적(교번적)으로 선택하는 과정을 원하는 개수의 안테나를 선택할 때까지 반복 수행하는 제 2 안테나 선택 단계를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법에 있어서, 수신 채널의 이득 행렬을 생성하는 단계; 상기 생성한 수신 채널 이득 행렬의 각 행(수신 안테나)과 열(송신안테나)에서 채널 이득의 합(sum)을 구하는 합 연산 단계; 상기 구한 채널 이득의 합(sum)이 최대인 안테나를 선택하는 제 1 안테나 선택 단계; 및 상기 선택한 안테나의 채널 이득 값들 중 최대 채널 이득 값을 포함하는 송/수신 안테나를 교차적(교번적)으로 선택하는 과정을 원하는 개수의 안테나를 선택할 때까지 반복 수행하는 제 2 안테나 선택 단계를 포함한다.
이처럼, 본 발명은
Figure 112005072142915-pat00006
채널 이득 행렬에서 가장 큰 채널 이득을 갖는 송신 안테나와 수신 안테나를 교차적(교번적)으로 선택하여 프로비니어스 놈(Frobenius norm)을 최대화하는
Figure 112005072142915-pat00007
채널 행렬을 선택한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 다중 안테나 시스템에서 송/수신 안테나 선택 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여 기본적인 시스템 모델을 살펴보면, 입력 신호들(110)이
Figure 112005072142915-pat00008
개의 RF 체인(130)을 거쳐
Figure 112005072142915-pat00009
개의 병렬 신호로서
Figure 112005072142915-pat00010
(≥
Figure 112005072142915-pat00011
)개의 송신 안테나(150)를 통해 전송되고, 이를
Figure 112005072142915-pat00012
(≥
Figure 112005072142915-pat00013
)개의 수신 안테나(160)에서 수신하여
Figure 112005072142915-pat00014
개의 RF 체인(170)을 거쳐 출력 정보가 나오는 과정으로 이루어진다.
다시 말하면, 외부로부터 입력된 신호(110)는 신호 처리 및 코딩부(120)를 거쳐
Figure 112005072142915-pat00015
개의 송신 안테나(150) 중에서 선택된
Figure 112005072142915-pat00016
개의 송신 안테나(130)를 통하여 전송되고,
Figure 112005072142915-pat00017
개의 수신 안테나(160) 중에서 선택된
Figure 112005072142915-pat00018
개의 수신 안테나(170)를 통하여 수신된다.
결국,
Figure 112005072142915-pat00019
개의 송신 안테나(150)에서 전송되어
Figure 112005072142915-pat00020
개의 수신 안테나(160)로 수신한
Figure 112005072142915-pat00021
채널 이득 행렬 중에서 가장 큰 놈(norm) 값을 갖는
Figure 112005072142915-pat00022
의 부분집합을 찾아내는 문제가 된다. 본 발명은 이 부분집합을 찾는 문제를 기존의 "이그조스티브 탐색(exhaustive search)"에 기반한 방식이 아닌 새로운 방식을 적용하여 계산이 간단하고 빠른 방법으로 부분집합을 찾아낼 수 있다.
한편, 송/수신 안테나 선택 방식은 공간 다이버시티 시스템 모델의 경우에 직교 블록 시공간 부호를 사용할 경우 하기의 [수학식 1]과 같이 계산되고, 공간 다중화 시스템 모델로 사용하는 경우 하기의 [수학식 2]의 형태로 표현된다.
Figure 112005072142915-pat00023
Figure 112005072142915-pat00024
상기 [수학식 1]에서
Figure 112005072142915-pat00025
는 선택된 안테나의 채널 이득 행렬
Figure 112005072142915-pat00026
의 원소이 고, 상기 [수학식 2]에서
Figure 112005072142915-pat00027
는 수신신호대잡음비(SNR),
Figure 112005072142915-pat00028
는
Figure 112005072142915-pat00029
의 선택된 안테나 채널 행렬,
Figure 112005072142915-pat00030
는
Figure 112005072142915-pat00031
크기의 항등 행렬(Identity matrix)이며,
Figure 112005072142915-pat00032
는
Figure 112005072142915-pat00033
의 허미티안 행렬(Hermitian matrix)이다.
한편, 공간 다중화 모델의 경우 타요(Tayor) 확장을 통한 점근적 방식에 의해 낮은 신호대잡음비(SNR)에서 하기의 [수학식 3]과 같이 근사화된다.
Figure 112005072142915-pat00034
따라서 공간 다이버시티의 경우와 공간 다중화의 경우 모두
Figure 112005072142915-pat00035
에 비례하는 수식으로 표현 가능하다.
본 발명은 채널 이득 행렬에서 송신 안테나와 수신 안테나를 번갈아 가면서(교번적으로) 채널 행렬 원소가 큰 값부터 순차적으로 선택하여
Figure 112005072142915-pat00036
을 만족하는
Figure 112005072142915-pat00037
의 부분집합
Figure 112005072142915-pat00038
를 찾는 방식이다. 이때, 송신단과 수신단에서 선택된 안테나의 수는
Figure 112005072142915-pat00039
로 동일하다고 가정한다.
본 발명에서는 선택된 안테나가 이루는 채널 행렬의 프로비니어스 놈(Frobenius norm)이 가장 큰 값을 갖는 부분집합을 선택하는 경우를 고려한 두 가 지 실시예를 제시하며, 그 구체적인 예를 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 4X4 안테나에서 2X2 안테나를 선택하는 송/수신 안테나 선택 방법을 설명하기 위한 도면으로, 송신 안테나와 수신 안테나의 수가 각각 4개인 MIMO 시스템의 각 안테나별 채널 상태를 나타내며 이 중에 송/수신 안테나를 각각 2개씩 찾는 경우의 예를 나타내고 있다.
첫 번째로, 놈(Norm) 기반의 송/수신 안테나 선택 방법(제안 방식Ⅰ)에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
제 1 과정 : 수신 채널의 이득 행렬
Figure 112005072142915-pat00040
의 각 원소의 절대값을 취해 크기를 구하고, 행과 열 중에서 각 행(수신 안테나)에서 원소 크기 제곱의 합과 각 열(송신 안테나)에서 원소 크기 제곱의 합을 구한다.
제 2 과정 : 각 열과 행 중에서 상기 제 1 과정에서 구한 크기의 합이 가장 큰 열 또는 행 하나를 선택하고(200) 해당 안테나를 선택한다(210).
제 3 과정 : 만약 상기 제 2 과정에서 행이 선택된 경우(열이 선택된 경우는 열과 행이 반대), 선택된 행에서 가장 큰 크기를 갖는 원소
Figure 112005072142915-pat00041
를 선택하고(220),
Figure 112005072142915-pat00042
를 포함하는 열을 선택한다(230).
제 4 과정 : 상기 제 3 과정에서 선택된 열(230)에서
Figure 112005072142915-pat00043
(220)를 제외하고 가장 큰 값을 갖는 원소를 선택하고(240), 그 원소를 포함하는 행을 선택한다(250).
제 5 과정 : 상기 제 3 과정 및 제 4 과정을 선택하려는 안테나의 수
Figure 112005072142915-pat00044
와
Figure 112005072142915-pat00045
을 만족할 때까지 반복 수행한다.
두 번째로, 합(Sum) 기반의 송/수신 안테나 선택 방법(제안 방식Ⅱ)에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
제 1 과정 : 수신 채널의 이득 행렬
Figure 112005072142915-pat00046
의 각 원소의 절대값을 취해 크기를 구하고, 각 행(수신 안테나)과 열(송신 안테나)에서 각 원소 크기의 합을 구한다.
제 2 과정 : 상기 놈(norm) 기반 송/수신 안테나 선택 방법과 동일한 방법으로 상기 놈(norm) 기반 송/수신 안테나 선택 방법의 제 2 과정 내지 제 5 과정을 수행한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 매우 간단한 방법을 통하여 기존의 "이그조스티브 탐색(exhaustive search)" 방식에서 무수히 많은 수의 부분집합을 일일이 조사하여 찾았던 가장 좋은 안테나 부분집합을 매우 적은 계산량으로 쉽고 빠르게 찾아낼 수 있으며, 이로 인하여 송/수신 안테나 선택 방법의 구현을 용이하게 하고 구현된 시스템이 빠른 계산을 할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 4X4 안테나에서 2X2 안테나를 선택한 경우의 신호대잡음비(SNR)에 따른 성능을 도시한 도면으로, 기존에 제안된 성능 최대화 방식인 “풀 이그조스티브 탐색(full exhaustive search)" 방식, "부분 이그조스티브 탐색(Partial exhaustive search)" 방식, 모든 부분집합에 관한 놈(norm)을 "이그조스티브 탐색(exhaustive search)"으로 구한 놈 기반 탐색(m-based search) 방 식, 및 본 발명에 따른 2가지 방식(놈 기반 방식, 합 기반 방식), 그리고 안테나 선택을 적용하지 않은 경우의 모의 실험 결과를 나타내고 있다.
도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명에 따른 2가지 방식(놈 기반 방식, 합 기반 방식)은 놈 기반 탐색(m-based search) 방식과는 근소한 차이만을 보이며 유사한 성능을 나타내고 있으며, “풀 이그조스티브 탐색(full exhaustive search)" 방식 및 "부분 이그조스티브 탐색(Partial exhaustive search)" 방식과 비교할 때 낮은 신호대잡음비(SNR)에서 1dB이내의 성능 차이를 보인다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 8X8 안테나에서 4X4 안테나를 선택한 경우의 신호대잡음비(SNR)에 따른 성능을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하여 살펴보면, 본 발명에 따른 2가지 방식(놈 기반 방식, 합 기반 방식)은 “풀 이그조스티브 탐색(full exhaustive search)" 방식에 비하여 0.5~2dB 정도의 성능 열화를 보인다. 그러나 이 성능의 열화는 후술하는 도 5에 도시된 계산량의 현저한 감소와 트레이드-오프(trade-off) 관계가 된다.
도 5는 본 발명과 기존 안테나 선택 방식과의 계산량의 복잡도를 비교한 도면이다.
도 5를 참조하여 살펴보면, “풀 이그조스티브 탐색(full exhaustive search)" 방식(510), "부분 이그조스티브 탐색(Partial exhaustive search)" 방식(520), 놈(norm)을 기반으로 하는 본 발명의 제안 방식Ⅰ(530), 및 합(sum)을 기반으로 하는 본 발명의 제안 방식Ⅱ(540)에 관한 복잡도(550)가 비교되어 나타나 있다. 그리고 각각의 방식에 관하여 8X8 안테나에서 4X4 안테나를 선택한 경우의 복 잡도(560)를 예시하였다.
한편, 정규화된 복잡도의 예시(570)는 가장 낮은 복잡도를 갖는 합(sum)을 기반으로 하는 본 발명의 제안 방식Ⅱ(540)를 정규화하여 1로 놓고(590) 다른 방식의 복잡도를 비교한 예시이다. 이에 따르면, 본 발명의 제안 방식Ⅱ(540)는 “풀 이그조스티브 탐색(full exhaustive search)" 방식(510)의 계산량(580)에 비해 약 1/10,000정도, "부분 이그조스티브 탐색(Partial exhaustive search)" 방식(520)과 비교하여도 약 1/400정도의 획기적인 계산량의 감소를 보인다.
또한, 도 3과 도 4에서 전술한 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 두 가지 방식은 거의 동일한 성능(결과)을 보이는데 비해, 놈(norm)을 기반으로 하는 본 발명의 방식은 합(sum)을 기반으로 하는 본 발명의 방식에 비해 계산량이 2배 정도이므로 합(sum)을 기반으로 하는 방식이 더 좋은 방식이라고 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 놈(norm)에 기반한 송/수신 안테나 선택 방법에 대한 동작 흐름도이다.
먼저, 수신되는 채널의 이득 행렬
Figure 112005072142915-pat00047
를 생성한다(601). 이후, 상기 생성한 수신 채널의 이득 행렬
Figure 112005072142915-pat00048
에서 각 열과 행의 놈(norm)을 구한다(602). 즉, 상기 생성한 수신 채널의 이득 행렬
Figure 112005072142915-pat00049
의 각 원소의 절대값을 취해 크기를 구하고, 행과 열 중에서 각 행(수신 안테나)에서 원소 크기 제곱의 합과 각 열(송신 안테나)에서 원소 크기 제곱의 합을 구한다.
이후, 상기 구한 놈(norm) 값들 중에서 최대 놈(norm) 값을 갖는 안테나를 선택한다(603). 즉, 각 열과 행 중에서 상기 "602" 과정에서 구한 원소 크기 제곱의 합이 가장 큰 열 또는 행 하나를 선택하고 그에 해당하는 안테나를 선택한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 수신된 전체 송/수신 안테나의 채널 이득 행렬에서 선택하고자 하는 송/수신 안테나 중 각 행과 열에서 각 채널 이득의 제곱의 합이 가장 큰 값을 선택하여 첫 번째 안테나를 선택한다. 이는 하기의 [수학식 4]와 같이 표현된다.
Figure 112005072142915-pat00050
이후, 상기 선택한 안테나의 채널 이득 값 중 최대 채널 이득 값을 포함하는 송/수신 안테나를 교차적(교번적)으로 선택하는 과정을 원하는 개수의 안테나를 선택할 때까지 반복 수행한다(604 내지 610). 즉, 상기 처음 선택된 안테나의 채널 이득 중 가장 큰 값을 갖는 송신 안테나 또는 수신 안테나를 교차적으로 선택하고, 이렇게 새로 송/수신 안테나가 선택되면 이전에 선택되었던 안테나를 채널 이득 행렬에서 삭제한 후에 다음 안테나를 선택하는 과정을 원하는 개수의 안테나를 선택할 때까지 반복 수행한다. 이러한 과정을 도 6을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 처음 선택된 안테나가 수신 안테나인지 송신 안테나인지를 확인한다(604).
상기 확인 결과(604), 처음 선택된 안테나가 수신 안테나이면 선택된 수신 안테나의 채널 이득 중 가장 큰 값을 갖는 송신 안테나를 선택하고(605), 이전에 선택되었던 수신 안테나를 채널 이득 행렬에서 삭제한 후에(606), 원하는 개수의 안테나가 선택되었는지를 확인하여(607) 선택되었으면 종료하고 아니면 "608" 과정으로 진행한다.
한편, 상기 확인 결과(604), 처음 선택된 안테나가 송신 안테나이면 선택된 송신 안테나의 채널 이득 중 가장 큰 값을 갖는 수신 안테나를 선택하고(608), 이전에 선택되었던 송신 안테나를 채널 이득 행렬에서 삭제한 후에(609) 원하는 개수의 안테나가 선택되었는지를 확인하여(610) 선택되었으면 종료하고 아니면 "605" 과정으로 진행한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 합(sum)에 기반한 송/수신 안테나 선택 방법에 대한 동작 흐름도이다.
먼저, 수신되는 채널의 이득 행렬
Figure 112005072142915-pat00051
를 생성한다(701). 이후, 상기 생성한 수신 채널의 이득 행렬
Figure 112005072142915-pat00052
에서 각 열과 행의 합(sum)을 구한다(702). 즉, 상기 생성한 수신 채널의 이득 행렬
Figure 112005072142915-pat00053
의 각 원소의 절대값을 취해 크기를 구하고, 행과 열 중에서 각 행(수신 안테나)에서 원소 크기의 합과 각 열(송신 안테나)에서 원소 크기의 합을 구한다.
이후, 상기 구한 합(sum) 값들 중에서 최대 합(sum) 값을 갖는 안테나를 선택한다(703). 즉, 각 열과 행 중에서 상기 "702" 과정에서 구한 원소 크기의 합이 가장 큰 열 또는 행 하나를 선택하고 그에 해당하는 안테나를 선택한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 수신된 전체 송/수신 안테나의 채널 이득 행렬에서 선택하고자 하는 송/수신 안테나 중 각 행과 열에서 각 채널 이득의 합이 가장 큰 값을 선택하여 첫 번째 안테나를 선택한다. 이는 하기의 [수학식 5]와 같이 표현된다.
Figure 112005072142915-pat00054
이후, 상기 선택한 안테나의 채널 이득 값 중 최대 채널 이득 값을 포함하는 송/수신 안테나를 교차적(교번적)으로 선택하는 과정을 원하는 개수의 안테나를 선택할 때까지 반복 수행한다(704 내지 710). 즉, 상기 처음 선택된 안테나의 채널 이득 중 가장 큰 값을 갖는 송신 안테나 또는 수신 안테나를 교차적으로 선택하고, 이렇게 새로 송/수신 안테나가 선택되면 이전에 선택되었던 안테나를 채널 이득 행 렬에서 삭제한 후에 다음 안테나를 선택하는 과정을 원하는 개수의 안테나를 선택할 때까지 반복 수행한다. 이러한 과정을 도 7을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 처음 선택된 안테나가 수신 안테나인지 송신 안테나인지를 확인한다(704).
상기 확인 결과(704), 처음 선택된 안테나가 수신 안테나이면 선택된 수신 안테나의 채널 이득 중 가장 큰 값을 갖는 송신 안테나를 선택하고(705), 이전에 선택되었던 수신 안테나를 채널 이득 행렬에서 삭제한 후에(706), 원하는 개수의 안테나가 선택되었는지를 확인하여(707) 선택되었으면 종료하고 아니면 "708" 과정으로 진행한다.
한편, 상기 확인 결과(704), 처음 선택된 안테나가 송신 안테나이면 선택된 송신 안테나의 채널 이득 중 가장 큰 값을 갖는 수신 안테나를 선택하고(708), 이전에 선택되었던 송신 안테나를 채널 이득 행렬에서 삭제한 후에(709) 원하는 개수의 안테나가 선택되었는지를 확인하여(710) 선택되었으면 종료하고 아니면 "705" 과정으로 진행한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 롬, 램, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, MIMO 시스템의 송/수신 양단에서 다중 안테나 중 일부의 안테나를 선택하여 사용함으로써, MIMO 시스템의 특성을 살리고 복잡도를 획기적으로 줄여 성능의 열화를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명은 다중 안테나 시스템에서 송/수신 양단에서 안테나 선택을 수행하였을 경우, 모든 부분집합에 관한 경우의 수를 탐색하여 무수히 큰 계산을 하여야 하는 기존의 "이그조스티브 탐색(exhaustive search)" 방식과 달리, 매우 간단한 방식을 통하여 현저히 낮은 복잡도로 용이하게 구현할 수 있고 비용을 절감일 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법에 있어서,
    수신 채널의 이득 행렬을 생성하는 단계;
    상기 생성한 수신 채널 이득 행렬의 각 행(수신 안테나)과 열(송신안테나)에서 채널 이득의 놈(norm) 값을 구하는 놈 연산 단계;
    상기 구한 채널 이득의 놈(norm) 값이 최대인 안테나를 선택하는 제 1 안테나 선택 단계; 및
    상기 선택한 안테나의 채널 이득 값들 중 최대 채널 이득 값을 포함하는 송/수신 안테나를 교차적(교번적)으로 선택하는 과정을 원하는 개수의 안테나를 선택할 때까지 반복 수행하는 제 2 안테나 선택 단계
    를 포함하는 MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 놈(norm) 연산 단계는,
    상기 생성한 수신 채널의 이득 행렬의 각 원소의 절대값을 취해 크기를 구하고, 각 행(수신 안테나)에서 원소 크기 제곱의 합과 각 열(송신 안테나)에서 원소 크기 제곱의 합을 구하는 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 선택 단계는,
    상기 수신 채널 이득 행렬의 각 열과 행 중에서, 상기 구한 원소 크기 제곱의 합이 가장 큰 열 또는 행 하나를 선택하고 그에 해당하는 안테나를 선택하는 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법.
  4. MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법에 있어서,
    수신 채널의 이득 행렬을 생성하는 단계;
    상기 생성한 수신 채널 이득 행렬의 각 행(수신 안테나)과 열(송신안테나)에서 채널 이득의 합(sum)을 구하는 합 연산 단계;
    상기 구한 채널 이득의 합(sum)이 최대인 안테나를 선택하는 제 1 안테나 선택 단계; 및
    상기 선택한 안테나의 채널 이득 값들 중 최대 채널 이득 값을 포함하는 송/수신 안테나를 교차적(교번적)으로 선택하는 과정을 원하는 개수의 안테나를 선택할 때까지 반복 수행하는 제 2 안테나 선택 단계
    를 포함하는 MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 합(sum) 연산 단계는,
    상기 생성한 수신 채널의 이득 행렬의 각 원소의 절대값을 취해 크기를 구하고, 각 행(수신 안테나)에서 원소 크기의 합과 각 열(송신 안테나)에서 원소 크기의 합을 구하는 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 선택 단계는,
    상기 수신 채널 이득 행렬의 각 열과 행 중에서, 상기 구한 원소 크기의 합이 가장 큰 열 또는 행 하나를 선택하고 그에 해당하는 안테나를 선택하는 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 안테나 선택 단계는,
    상기 제 1 안테나 선택 단계에서 선택한 안테나의 채널 이득 중 가장 큰 값을 갖는 송신 안테나 또는 수신 안테나를 교차적(교번적)으로 선택하고, 이렇게 새로 송/수신 안테나가 선택되면 이전에 선택되었던 안테나를 채널 이득 행렬에서 삭제한 후에 다음 안테나를 선택하는 과정을 원하는 개수의 안테나를 선택할 때까지 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 안테나 선택 단계는,
    상기 제 1 안테나 선택 단계에서 선택한 안테나가 수신 안테나인지 송신 안테나인지를 확인하는 단계;
    상기 확인 결과, 상기 제 1 안테나 선택 단계에서 선택한 안테나가 수신 안테나이면 선택된 수신 안테나의 채널 이득 중 가장 큰 값을 갖는 송신 안테나를 선택하고(송신 안테나 선택 과정), 이전에 선택되었던 수신 안테나를 채널 이득 행렬에서 삭제한 후에, 원하는 개수의 안테나가 선택되었는지를 확인하여 선택되었으면 종료하고 아니면 수신 안테나 선택 과정으로 진행하는 단계; 및
    상기 확인 결과, 상기 제 1 안테나 선택 단계에서 선택한 안테나가 송신 안테나이면 선택된 송신 안테나의 채널 이득 중 가장 큰 값을 갖는 수신 안테나를 선택하고(수신 안테나 선택 과정), 이전에 선택되었던 송신 안테나를 채널 이득 행렬 에서 삭제한 후에 원하는 개수의 안테나가 선택되었는지를 확인하여 선택되었으면 종료하고 아니면 상기 송신 안테나 선택 과정으로 진행하는 단계
    를 포함하는 MIMO 시스템을 위한 낮은 복잡도의 송/수신 안테나 선택 방법.
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