KR100851427B1 - 다중입출력 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법 - Google Patents

다중입출력 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100851427B1
KR100851427B1 KR1020060112492A KR20060112492A KR100851427B1 KR 100851427 B1 KR100851427 B1 KR 100851427B1 KR 1020060112492 A KR1020060112492 A KR 1020060112492A KR 20060112492 A KR20060112492 A KR 20060112492A KR 100851427 B1 KR100851427 B1 KR 100851427B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antennas
snr
antenna
average
channel
Prior art date
Application number
KR1020060112492A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080043671A (ko
Inventor
황규성
고영채
알루이니 모하메드 슬림
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020060112492A priority Critical patent/KR100851427B1/ko
Publication of KR20080043671A publication Critical patent/KR20080043671A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100851427B1 publication Critical patent/KR100851427B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0417—Feedback systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0621—Feedback content
    • H04B7/0626—Channel coefficients, e.g. channel state information [CSI]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0802—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using antenna selection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0045—Arrangements at the receiver end
    • H04L1/0054—Maximum-likelihood or sequential decoding, e.g. Viterbi, Fano, ZJ algorithms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

본 발명은 다중입출력(MIMO) 시스템에 관한 것으로, 특히 안테나 선택의 기준을 변경하여 빈번한 수신 안테나 수의 변경에 의한 전력 소모를 줄이도록 한 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 이를 위해 안테나 선택을 실시하는 기준으로 신호대잡음비(SNR)의 평균값을 이용하도록 하여 MIMO 송수신단의 거리가 저속으로 변동되거나 변동이 드물 경우 안테나 선택에 의한 수신 안테나 수의 변경이 둔감하게 발생하도록 함으로써, 빈번한 안테나 선택에 의한 전력 소모를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

다중입출력 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법{COMMUNICATION SETTING APPARATUS AND METHOD THEROF}
도 1은 일반적인 다중 입출력 시스템의 구조를 보인 블록도.
도 2는 본 발명 일 실시예의 시스템 구조를 보인 블록도.
도 3은 본 발명 일 실시예의 동작 과정을 보인 순서도.
도 4는 본 발명 다른 실시예의 동작 과정을 보인 순서도.
도 5는 본 발명 실시예에 따른 목표 에르고딕 용량에 대한 수신 안테나 선택관계를 보인 그래프도.
도 6은 본 발명 실시예에 따른 목표 에르고딕 용량에 대한 평균 주파수 효율 관계를 보인 그래프도.
도 7은 본 발명 실시예에 따른 목표 BER에 대한 평균 주파수 효율 관계를 보인 그래프도.
도 8은 본 발명 실시예에 따른 목표 BER에 대한 불통 확률 관계를 보인 그래프도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100: 공간분할 멀티플렉싱부 150: 변조부
160: 송신 안테나 200: 안테나 선택부
250: 수신 안테나 300: MIMO 검출/복조부
400: 채널 평가부 50: 저속 안테나 선택 기준 연산부
본 발명은 다중입출력(MIMO) 시스템에 관한 것으로, 특히 안테나 선택의 기준을 변경하여 빈번한 안테나 선택에 의한 전력 소모를 줄이도록 한 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
모든 무선 기술들은 신호감쇄, 다경로, 간섭증가 및 스펙트럼 제약이라는 문제에 당면하게 된다. 이러한 상기 문제점들을 해결함으로써 오늘날의 모든 무선 기술은 속도와 범위의 향상을 기대할 수 있다.
다중입출력(Multi Input Multi Output, 이하 MIMO라 칭함) 기술은 두 개 이상의 데이터 신호들을 동일한 무선 채널로 동시에 전송하는 기술이라고 정의할 수 있으며, 이를 이용할 경우 다경로를 이용하여 보다 높은 데이터 처리 속도를 제공하고 범위와 신뢰성을 동시에 높여주면서도 무선 주파수 자원을 추가로 소모하지 않는다.
도 1은 일반적인 MIMO 시스템을 보인 것으로 송신측에 해당하는 전송부(10)는 복수의 송신 안테나(15)를 구비하고, 대응되는 수신측인 안테나 선택부(20) 및 MIMO 수신부(30) 역시 복수의 수신 안테나(25)를 구비한다. 이때, 상기 수신 안테나들(25)의 수는 상기 송신 안테나들(15)의 수 이상으로 구성되며, 원하는 평균적 인 채널 용량을 달성하기 위해 사용될 수신 안테나들(25)의 수가 결정되게 된다.
상기 전송부(10)는 하나 이상의 간섭성 무선 업컨버터 및 송신 안테나(15)를 이용하여 다수의 신호들을 송신하며, MIMO 수신부(30)는 적절한 수의 수신 안테나(25)를 상기 안테나 선택부(20)를 통해 선택한 후 상기 수신되는 다수의 신호들을 상기 선택된 안테나와 연결된 간섭성 무선 다운 컨버터를 이용하여 수신한다. 비록 상기 MIMO 시스템이 다수의 채널들을 동시에 전송하고, 이를 수신하여 채널 용량을 높이도록 구성되어 있으나, 이를 위해서는 항상 링크의 신뢰성을 유지하면서 주파수 효율(spectral efficiency), 즉 대역폭을 높이기 위한 기술이 필수적이 된다. 특히, 방대한 데이터를 전송하고자 할 경우 변조 방식을 적응적으로 변화시키는 적응적 전송 방식이 사용되며, 이를 위해서는 특정 오류율을 유지하면서도 우세한 페이딩 채널 조건으로 변조/코딩 파라메터들을 적응적으로 가변시켜야 한다.
따라서, 도시된 바와 같이 상기 수신 안테나(25)를 통해 수신되는 신호를 상기 채널 평가부(40)가 연산하여 채널별 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, 이하 SNR이라 칭함)를 얻고 이를 상기 전송부(10)에 궤환 제공하는 것으로 상기 전송부(10)는 적응적으로 변조 파라메터(예를 들어, 변조에 사용할 컨스텔레이션(constellation)의 크기, 구조 진폭 변조(Quadrature Amplitude modulation, 이하 QAM이라 칭함)의 비트 수 등)를 조절하여 목표 비트 에러율(Bit Error Rate, 이하 BER이라 칭함)을 유지하도록 함으로써, 링크 적응(link adaptation)을 실시한다. 이러한 링크 적응은 전송할 패킷을 단위로 하는 채널의 코히어런스 시간(coherence time) 비율에 맞추어 반복되므로 이를 고속 링크 적응(fast link adaptation)이라 하기도 한다.
이와 함께, 원하는 평균적인 채널 용량인 에르고딕 용량을 달성하기 위해서 적절한 수신 안테나의 수가 결정되게 되는데, 이는 상기 채널 평가부(40)를 통한 순시적(instantaneous) SNR과 고정적인 송신 안테나의 수를 이용하여 결정되게 된다. 이는 상기 채널 평가부(40)가 제공하는 SNR 정보를 이용하여 안테나 선택 기준 연산부(50)가 상기 채널의 코히어런스 시간(coherence time) 비율에 맞추어 실시하며, 그 정보는 상기 안테나 선택부(20)에 제공되어 적절한 수신 안테나(25) 수를 선택하는데 사용된다.
이러한 구성 및 과정을 통해서 MIMO 시스템은 원하는 에르고딕 채널 용량과 링크 성능을 적응적으로 유지할 수 있게 되는 것이다.
상기 구성 및 과정에 대한 보다 상세한 설명은 알. 나라심한(R. Narasimhan)이 IEEE 신호 처리 학회 보고서(IEEE Trans. on Signal Processing) 51권 2829-2838페이지에 개시한 "핵심상관된 MIMO 페이딩 채널들을 위한 송신 안테나와 콘스텔레이션 검출을 구비한 공간 멀티플렉싱(Spatial multiplexing with transmit antenna and constallation detection for corerelated MIMO fading channels)" 및 큐. 조 등(Q.Zhou, et al.)이 IEEE 차량기술 학회 보고서(IEEE Trans. on vehicular Tech.) 55권 243-255페이지에 개시한 "MIMO 시스템들을 위한 결합 안테나 선택 및 링크 적응(Joint antenna selection and link adaptation for MIMO system)"을 참조한다.
상기 MIMO는 3G, 와이브로(WiBro), 와이맥스(WiMAX), 802.20 및 4G와 같은 표준 단체들에서 그 사용을 모색해 왔으며, 이들 중 일부 분과(transaction)에서는 이를 자신들 각자의 기술 분야에 이미 채택하였다. 또한, MIMO 기술은 3G 셀룰러 시스템, 광대역 고정 무선 시스템, 고속 WLAN(Wireless LAN) 및 모바일 애드혹 네트워크에서 서로 다른 채택 단계에 있으며, 최근 논의가 활발한 WPAN(Wireless Personal Area Network)에서도 해당 기술을 채택하고 있다.
상기 다양한 무선 통신 표준들 중에서 WLAN이나 WAPN 등과 같은 일부 기술 표준들은 MIMO를 지원하는 단말기의 이동성이 제한되거나 이동 속도가 낮은 경우가 있어 앞서 설명한 바와 같이 채널의 코히어런스 시간(coherence time) 비율에 맞추어 고속으로 수신 안테나 선택을 실시하게 될 경우, 상기 안테나 선택에 따라 동작되는 무선단의 초기화 과정에서 많은 전력이 소모되는 현상에 비추어 전력의 낭비가 심하게 발생할 수 있다. 특히, 저속의 이동성을 필요로 하는 휴대형 단말기에 적용될 경우 이러한 고속의 안테나 선택에 따른 전력의 급격한 소모는 심각한 문제점을 야기할 수 있다.
상기와 같은 고속의 안테나 선택에 따른 전력 소모를 줄이기 위해 새롭게 제안하는 본 발명 실시예들의 목적은 안테나 선택을 실시하는 기준으로 신호대잡음비(SNR)의 평균값을 이용하도록 하여 MIMO 송수신단의 거리가 저속으로 변동되거나 변동이 드물 경우 안테나 선택의 변경이 둔감하게 발생하도록 함으로써, 빈번한 안테나 선택에 의한 전력 소모를 크게 줄일 수 있도록 한 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명 실시예들의 다른 목적은 원하는 에르고딕 채널 용량을 통해 수신 안테나 수에 대응하는 이론적 SNR의 상관 관계를 구한 후, 실제 SNR의 평균을 구하여 상기 구해진 상관관계를 근거로 적절한 수신 안테나의 수를 선택하도록 함으로써, 원하는 에르고딕 채널 용량을 만족하는 수신 안테나의 수를 용이하게 결정할 수 있도록 한 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 원하는 에르고딕 채널 용량과, 송수신 안테나의 수 및 원하는 링크 성능값을 이용하여, 링크 적응은 채널 코히어런스 시간을 근거로 고속으로 실시하면서도 전력 소모가 심한 수신 안테나 수의 변경은 SNR의 평균값을 근거로 둔감하게 실시하도록 함과 아울러 상기 링크 적응 및 안테나 선택시 상기 요구되는 채널 용랑과 링크 성능을 모두 만족하도록 함으로써, 성능의 저하가 발생하지 않으면서도 전력을 줄일 수 있는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 SNR의 평균을 이용하여 원하는 에르고틱 채널 용량을 만족하도록 수신 안테나의 수를 결정하며, 상기 SNR의 평균을 이용하도록 소정 시스템을 구성할 경우의 평균적인 수신 안테나수에 대한 누적 분포함수에 대한 수식을 제공하여 원하는 성능의 MIMO 시스템 설계시 활용할 수 있도록 한 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입출 력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치는 복수의 송신 안테나와 변조부를 구비하여 공간 분할 멀티플렉싱 방식으로 복수 채널로 데이터 스트림을 송신하는 송신부와; 상기 송신 안테나 수 이상의 수신 안테나를 구비하며, 상기 수신 안테나들 중 동작하는 안테나의 통신 채널에 대한 평가치를 소정 시간 이상 평균하여 이를 근거로 상기 수신 안테나의 수를 목표 채널 용량에 맞추어 선택한 후 상기 선택된 수의 수신 안테나로 상기 복수 채널의 데이터 스트림을 수신하는 수신부를 포함하여 이루어진다.
상기 통신 채널에 대한 평가치를 소정 시간 이상 평균한 것은 신호대잡음비의 정규화된 평균(mornalized average SNR)인 것이 바람직하다.
상기 수신부는 상기 송신 안테나 수 이상의 안테나 및 무선단으로 이루어진 수신 안테나부와; 상기 수신 안테나부 중 하나 이상을 선택하는 안테나 선택부와; 상기 수신 안테나부 중 동작하는 채널에 대한 신호대잡음비(SNR)를 연산하는 채널 평가부와; 상기 채널 평가부로부터 획득하는 SNR의 평균값을 이용하여 목적으로 하는 목표 채널 용량을 달성할 수 있는 수신 안테나 수와 수신 안테나 수의 변경 여부를 판단하여 그 정보를 상기 안테나 선택부에 제공하는 저속 안테나 선택 기준 연산부를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 채널 평가부는 상기 SNR에 대한 정보를 상기 송신부로 궤환 제공하고, 상기 송신부는 상기 궤환된 정보와 목표 링크 성능을 근거로 변조 방식을 변경하여 링크 적응(link adaptation)을 수행한다.
상기 수신부는 다음의 수학식을 근거로 수신 안테나의 수를 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00001
)에 맞추어 선택하는 것을 특징으로 한다.

단, (a)n=(a+0)(a+1)(a+2)…(a+n), (a)0=1을 의미함.
여기서, 상기 t는 송신 안테나와 선택되는 수신 안테나의 수 중 많은 수이고, s는 송신 안테나와 선택되는 수신 안테나의 수 중 작은 수이며, ρ는 정규화된 평균 SNR이고, Γ은 불완전 감마 함수이다.
또한, 본 발명은 복수의 송신 안테나를 통해 공간 멀티플렉싱 방식으로 데이터 스트림을 전송하는 전송부에 대응되는 수신부에 있어서, 상기 송신 안테나 수 이상의 안테나 및 무선단으로 이루어진 수신 안테나부와; 상기 수신 안테나부 중 동작하는 채널에 대한 신호대잡음비(SNR)를 연산하는 채널 평가부와; 상기 수신 안테나부 중 하나 이상을 선택하는 안테나 선택부와; 상기 채널 평가부로부터 획득하는 SNR의 평균값과, 목표 에르고딕 채널 용량에서의 상기 송수신 안테나 수와 SNR의 평균값의 관계를 근거로 목표 에르고딕 채널 용량을 달성할 수 있는 수신 안테나의 수 및 안테나 변경 여부를 판단하여 그 정보를 상기 안테나 선택부에 제공하는 저속 안테나 선택 기준 연산부를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명은 다중입출력 시스템의 통신 설정 방법에 있어서, 선택된 수신 안테나를 통해 데이터가 수신되는 통신 채널에 대한 평가치의 평균값을 연산하 는 단계와; 상기 연산된 채널 평가치의 평균값과 목표 에르고딕 채널 용량을 이용하여 복수의 수신 안테나들 중 사용할 수신 안테나의 수를 결정하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 복수의 송신 안테나를 구비한 송신부와 복수의 수신 안테나를 구비한 수신부를 포함하여 이루어지는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법에 있어서, 전송시 사용할 전송 안테나의 수와 목표로 하는 에르고딕 채널 용량 및 목표 비트 에러율(BER)을 결정하는 단계와; 상기 목표 에르고딕 채널 용량을 기준으로 수신시 사용할 수신 안테나의 수를 가변하면서 SNR의 분포를 분석하는 단계와; 수신부에서 소정 시간 동안의 평균 수신 채널 SNR을 연산하여 상기 분석 단계에서 얻어진 분포를 근거로 수신시 사용할 수신 안테나의 수를 결정하는 단계를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명 일 실시예를 포함하는 시스템 구성을 보인 블록도로서, 도시한 바와 같이 다중입출력(MIMO) 시스템은 크게 복수 채널을 통해 상이한 데이터 스트림을 전송하는 송신부(MIMO 채널을 기준으로 좌측)와 상기 전송되는 데이터 스트림을 복수 채널을 통해 수신하는 수신부(MIMO 채널을 기준으로 우측)로 구성된다.
상기 송신부는 nt개의 송신 안테나들(160) 및 변조부들(150)과, 상기 변조부들(150)에 공간 분할 멀티플렉싱 방식으로 데이터 스트림을 제공하는 공간 분할 멀 티플렉싱부(100)를 포함한다. 일반적으로 상기 송신 안테나들(160)은 모두 사용되며, 송신 중에 그 수가 변화되지 않고 고정된다.
상기 수신부는 상기 송신 안테나들(160)보다 많은 NR(NR≥NT)개의 수신 안테나들(250)과, 상기 수신 안테나들(250) 중 사용할 수신 안테나를 선택하는 안테나 선택부(200) 및 상기 안테나 선택부(200)가 선택한 수신 안테나들로부터 제공되는 신호들을 검출하여 복조하는 MIMO 검출/복조부(300)를 포함하며, 상기 안테나(250)를 통해 수신되는 채널에 대한 SNR을 연산하는 것으로 상기 채널을 평가하는 채널 평가부(400)와 상기 채널 평가부(400)로부터 SNR 정보를 얻어 이를 평균한 값과 목표로 하는 에르고딕(ergodic) 용량을 근거로 상기 사용할 수신 안테나의 수를 결정한 후 이 정보를 상기 안테나 선택부(200)에 제공하여 사용할 수신 안테나(250)를 선택한다.
상기 에르고딕 용량에서 에르고딕이란 통계학에서 사용되는 개념으로 상당한 기간이 지난 후, 하나의 체계가 최초의 상태와 거의 비슷한 상태로 돌아가는 조건 하에 있다는 의미이며, 이는 대략적으로 평균의 개념을 포괄하는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 상기 에르고딕 용량은 에르고딕 채널 용량을 의미하는 것으로 통신로가 단위 시간에 전송할 수 있는 최대 정보의 평균적인 값으로 이해될 수 있다.
상기 MIMO 시스템의 통신 성능은 몇 가지 지표를 통해 파악할 수 있는데, 그 중 하나가 상기 에르고딕 용량이며, 그 외에 적응성 링크(adaptive link)의 신뢰성을 나타내는 비트 에러율(BER)이나 불통 가능성(Outage Probability), 그리고 실젤 적으로 대역폭과 유사한 의미로 사용되는 주파수 효율(Spactral Efficiency) 등이 이용된다.
따라서, 성능을 유지시키면서 비교적 저속으로 수신 안테나를 선택할 수 있는 설정 장치를 구현함으로써, 고속 안테나 선택에 의해 불필요하게 자주 발생되는 무선단 초기화로 인한 전력 손실을 방지하고자 하는 본 실시예에서도 상기 지표들에 대한 목표를 달성할 수 있어야 한다.
이를 위해서, 상기 저속 안테나 선택 기준 연산부(500)는 소정 시간 동안 상기 채널 평가부(400)가 제공하는 SNR에 대한 정량적인 평균을 구해서 이를 기준으로 수신 안테나(250) 중 사용할 안테나의 수를 선택하도록 구성하며, 이때 필요한 파라메터로 송신 안테나 수와, 목표 에르고딕 용량, 그리고 평균 SNR을 이용하도록 한다. 실질적으로, 상기 저속 안테나 선택 기준 연산부(500)는 복잡한 수식의 연산을 통해 상기 송신 안테나 수 및 목표 에르고딕 용량을 기준으로 수신할 안테나의 수를 변경해 가면서 이론적 SNR을 구함으로써, 선택 가능한 수신 안테나들에 대한 이론적 SNR의 분포와 그 영역의 경계(boundary)들을 알 수 있게 되며, 수신 안테나들에 대한 이론적 SNR의 대응 관계를 정립할 수 있게 된다. 따라서, 상기 과정을 먼저 수행한 후 실질적으로 SNR의 평균을 구하여 상기 정립된 대응관계를 근거로 대응되는 수신 안테나의 수를 결정할 수 있게 된다.
즉, 상기 저속 안테나 선택 기준 연산부(500)가 실시하는 안테나 선택 기준은 상기 수신 안테나들에 대한 이론적 SNR의 대응 관계에 따라 수신 안테나를 선택하는 기능부가 포함될 수 있고, 상기 대응 관계는 테이블 형태로 구성된 후 해당 기능부에 포함될 수 있다.
이때, 상기 수신 안테나들에 대한 이론적 SNR의 대응 관계는 목표로 하는 에르고딕 채널 용량에 따라 상이해지므로 상기 대응 관계는 에르고딕 채널 용량을 가변시키면서 각각 구할 수도 있다.
상기 이론적 SNR과 수신 안테나들의 수에 대한 대응 관계를 얻고 이를 평균 SNR을 이용하는 경우의 수신 안테나 선택 방식을 상기 시스템의 수학적 모델과 이상적인 상황을 이용하여 에르고딕 채널 용량과 송수신 안테나들 및 평균 SNR의 대응 관계의 식을 유도한 후 이를 통해서 본 발명의 실시예들을 좀더 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 송신부 및 수신부로 이루어진 공간 멀티플렉싱 MIMO 시스템이 NT개의 송신 안테나와 NR개의 수신 안테나들(NT≤NR)를 구비한다고 하고, 송신되는 독립적 데이터 스트림들에는 동일한 전력이 할당된다고 가정한다. 또한, 상기 수신부는 채널 상태 정보(Channel State Information, 이하 CSI라 칭함)를 완전하게 인지할 수 있으나 상기 송신부는 각 서브스트림의 변조 크기(modulation size)를 결정하기 위한 부분적 CSI만을 알 수 있다고 가정한다. 그리고, 상기 시스템에서, 수신부측의 MIMO 검출부는 l(영문 '엘')개의 멀티 플렉서들을 구비하며, 상기 l은 선택되어 동작하는 수신 안테나들의 수(l≤NR)이다. 이때, 상기 l은 검출기(detector)(예를 들어, ML(Maximum Likelihood))를 사용할 경우에는 1 보다 크고, 등화기(Equalizer)(예를 들어, ZF(Zero-forcing), MMSE(Minimum Mean Square Error))를 사용할 경우에는 NR 보다 크다. 한편, 실제 안테나의 수는 L이다.
상기 송수신부 사이의 MIMO 채널은 NR×NT인 행렬 H로 나타낼 수 있고, l개의 동작하는 수신 안테나들에 대한 채널 행렬은 l×NT인 HC로 나타낼 수 있다. 그러면, 상기 l개의 동작되는 수신 안테나들로 수신되는 신호들은 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112006083339860-pat00003
여기서 ES는 전송 신호의 총 에너지이고, n은 부가적인 백색 가우시안 잡음(AWGN) 벡터이다. 상기 수신 신호(r)와 잡음 벡터(n)는 NR×1인 컬럼 벡터이다.
상기 채널 이득이 독립적이며 같은 분포를 따르는(idependent and identically distributed, 이하 i.i.d.라 칭함) 것이라 가정하고,
Figure 112006083339860-pat00004
와
Figure 112006083339860-pat00005
를 각각 페이딩 채널들에서 각 경로의 순시적(instantaneous) SNR과 평균 SNR이라 하면, 상기 평균 SNR(
Figure 112006083339860-pat00006
)은 그 표준 편차와 산술 평균값이 σdB와
Figure 112006083339860-pat00007
로 주어진 로그-정규 랜덤 변수(log-normal random variable)에 의한 대규모 변화량(large scale variation)으로 모델링된다. 보다 용이한 설명을 위해서, 여기서는 사용자들이 거의 원형인 셀에 균일하게 분포한다고 가정한다. 이러한 환경에서, 상기
Figure 112006083339860-pat00008
의 확률 밀도 함수(Probability Density Funcition, 이하 PDF라 칭함)는 다음의 수학식 2와 같이 정리할 수 있다.
Figure 112006083339860-pat00009
여기서, α는 경로 손실 지수이고 erf()는 오류 함수로 다음과 같이 정리될 수 있는 것이다.
Figure 112006083339860-pat00010
반면에, 소규모 변화량(small scale variation)에서는 블록 주파수-플렛 페이딩(block frequency-flat fading) 채널 모델을 이용한다. 좀더 구체적으로, 저속-변화 페이딩 조건(slowly-varing fading condition)이라 가정할 때 상이한 복수 경로들은 대략적으로 데이터 버스트와 그의 선행 보호 구간 동안 동일한 페이딩 조건들을 가지는 것으로 간주할 수 있다.
추가적으로, 상기 페이딩 조건들은 1)복수 경로들간 독립적이고, 상이한 보호 구간(guard period)과 데이터 버스트 쌍들 간 독립적이며, 2)레일리(Rayleigh), 라이스(Rice) 또는 나카가미-m(Nakagami-m) 등과 같은 임의의 공지된 페이딩 모델들의 통계적 분포에 따른다. 여기서는 i.i.d. 레일리 페이딩 채널모델을 고려한다.
상기 페이딩에 대한 고려는 저속 변환에 대해서만 관심을 가지면 되며, 이는 설명되는 실시예들이 이동이 거의 발생하지 않거나 이동 속도가 느린 경우에 특화되어 저속 안테나 선택에서도 시스템 특성 열화가 발생하지 않으면서 전력 소모는 줄일 수 있도록 하는 효과적인 안테나 선택 방식을 제안하는 것이기 때문이다.
상기와 같이 수학적으로 모델링된 수신 신호와 평균 SNR의 확률 밀도를 이용하여 MIMO 시스템에 대한 에르고딕 채널 용량과 송수신 안테나들 및 평균 SNR의 대응 관계의 식을 유도하도록 한다.
본 실시예에서, 송신 안테나들의 수는 원하는 에르고딕 채널 용량과 장시간 동안의 채널 변화에 대한 평균 SNR(
Figure 112006083339860-pat00011
)에 의해 결정된다. 그리고, MIMO 시스템의 일측인 단말기가 고정되는 상황인 경우 소정 시간 동안 상기 평균 SNR(
Figure 112006083339860-pat00012
)은 상수가 된다고 가정한다. 이 경우, 상기
Figure 112006083339860-pat00013
는
Figure 112006083339860-pat00014
가 음영현상(shadowing)에 의해 로그-정규 분포를 따르는 동안 고정되는 것으로 모델링될 수 있다.
상기 복수 안테나들에서의 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00015
)은 레일리 페이딩 모델에서 근의 공식(closed-form expression)으로 나타낼 수 밖에 없다. 일반적으로 전력 제한 상황에서의 i.i.d.레일리 페이딩 모델에서의 알려진 에르고딕 채널 용량은 다음의 수학식 3과 같다.
Figure 112006083339860-pat00016
여기서,
Figure 112006083339860-pat00017
는 라게르 다항식(Laguerre polynomial)이고, t는 NT와 NR중 큰값(max(NT,NR))이고, s는 NT와 NR중 작은값(min(NT,NR))이며, ρ는 경로별 정규화된 평균 SNR이다.
상기 수학식 3의 표현은 다음의 수학식 4와 같이 에르고딕 채널 용량과 송수신 안테나들 및 평균 SNR의 대응 관계로만 나타낼 수 있다.
Figure 112008007064245-pat00069
여기서, (a)n=(a+0)(a+1)(a+2)…(a+n) 이며, (a)0=1을 의미한다.
상기 수학식 4에서 NT가 고정이면 특정한 목표 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00019
)을 만족시키는 수신 안테나의 수(NR)는 해당 수식을 푸는 것으로 얻을 수 있다.
그러나, 상기 수학식 4로부터 상기 원하는 수신 안테나의 수를 얻을 수 있도록 하는 근의 공식을 얻는 것은 불가능하기 때문에, 적절한 NR을 찾기 위해서는 별도의 컴퓨터 프로그램(예를 들어, 메스메티카(Mathmatica)나 매스랩(Matlab) 등의 전용 수식 연산 프로그램)을 이용할 수 있다.
상기 컴퓨터 프로그램에 의한 연산이란 복수의 변수에 의해 고정된 해를 얻을 수 없는 상기의 경우에서, 선택되는 수신 안테나의 수에 대한 평균 SNR의 관계를 구하는 작업이라 할 수 있다.
즉, 기본적으로 원하는 목표 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00020
)이 결정되고, 송신 안테나의 수(NT)가 결정되면, 수신 안테나의 수(NR)를 (예를 들어 NT에서 최대 NR까지) 가변하면서 상기 수학식 4를 만족하는 평균 SNR(
Figure 112006083339860-pat00021
)을 얻도록 한다. 이 과정을 통해서 목표 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00022
)을 얻기 위한 평균 SNR(
Figure 112006083339860-pat00023
)의 영역(boundary)을 알 수 있으며, 기준이 되는 값들의 쌍(NR,
Figure 112006083339860-pat00024
)을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 기준이 되는 값들의 쌍을 테이블로 만들어 상기 수신 안테나의 수와 평균 SNR의 대응 관계를 정리할 수 있으며, 도 2에 도시한 저속 안테나 선택 기준 연산부(500)에 상기 테이블을 판단 기준으로 구성할 수 있다. 물론, 상기 목표 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00025
)이 가변적일 수 있다면 상기 가변적인 값들에 대해서도 수신 안테나의 수와 평균 SNR의 대응 관계를 각각 정리할 수 있다.
상기 과정은 별도의 과정으로 수행되어 대응 관계에 대한 정보만을 실제 MIMO 시스템의 수신 안테나 선택을 위한 수단에 포함시킬 수 있으며, 고성능 연산부 등이 적용되는 경우라면 상기 과정을 수행하는 수단까지도 상기 MIMO 시스템의 수신 안테나 선택을 위한 수단에 포함시킬 수 있다.
이후, 실질적인 MIMO 시스템 구동시에는 실제 채널의 SNR을 긴 시간 동안 평균한 평균 SNR(
Figure 112006083339860-pat00026
)을 이용하여 사용할 수신 안테나의 수를 상기 수신 안테나의 수와 평균 SNR의 대응 관계를 이용하여 적절하게 선택할 수 있다. 이때, 평균 SNR을 이용하기 때문에 상기 수신 안테나의 수는 비교적 느린 속도로 변화되게 되며, 이는 수신 안테나의 수가 변화될 때마다 많은 전력을 소모하는 초기화를 실시하는 대응 무선단의 동작 횟수를 획기적으로 줄일 수 있어 비교적 단말기의 이동이 빈번하지 않거나, 저속 이동이 실시되는 통신 환경(예를 들어, WLAN, WPAN 등)에 적용되 는 MIMO 시스템의 전력 효율을 크게 높일 수 있게 된다.
이제, 추가적으로 MIMO 시스템의 고속 링크 과정을 수학적으로 살펴보도록 한다.
링크를 설정하는 방법은 링크의 주파수 효율(spectral efficiency)을 증가시키기 위해서 일반적으로 적응성 변조 방식을 이용하며, 구현의 용이성을 위해서 연속-비율(continuous-rate) 방식보다는 이산-비율(discrete-rate) 적응성 변조 방식이 사용된다. 여기서, 변조에 사용되는 컨스텔레이션(constallation) 크기는 2n으로 제한되며, 상기 n은 양의 자연수이다. 여기서는 최대 주파수 효율(N)을 위한 컨스텔레이션 크기를 256-QAM에 대응하는 8bps/Hz로 하며, 최소 컨스텔레이션 크기를 2-QAM(BPSK)에 대응하는 1bps/Hz로 설정한다. 목표 비트 에러율(BERT)을 설정하면, 영역 경계(region boundary)(또는 스위칭 임계값)(
Figure 112006083339860-pat00027
)는 역 BER 연산식을 통해 구할 수 있다. M-QAM에 대한 근사 BER 연산식은 다음의 수학식 5와 같다.
Figure 112006083339860-pat00028
상기 erfc-1은 에러 함수의 역보수 함수이며, 상기 변조 크기의 갱신주기는 순시적으로 수신되는 SNR을 근거로 한다. 즉, 에르고딕 채널 용량의 변화율에 비해 고속인 패킷 단위 시간(다른 표현으로, 코히어런스 시간)이 된다.
상기 수학식들은 이후 설명들에서 다시 참조될 것이다.
도 3은 도 2에 도시한 구성을 이용하여 수신 안테나 선택 및 링크 적응을 실시하는 과정을 보인 간략한 순서도로서, 도시한 바와 같이 평균 SNR을 이용하여 수신 안테나 수를 결정하는 단계와, 수신 채널의 SNR을 연산한 수신기가 순시적 SNR의 비율로 해당 정보를 송신기에 궤환 제공하는 단계와, 상기 송신기가 상기 궤환 정보를 이용하여 송신할 정보의 변조 크기를 조정함으로써 링크 성능을 기 설정된 목표 BER로 유지하도록 하는 단계로 이루어진다.
즉, 상기 안테나 수를 결정하는 단계는 평균 SNR을 이용하기 때문에 순시적 SNR을 구하는 시간 단위에 비해 상대적으로 긴 시간을 단위로 수신 안테나 선택 변경이 이루어지지만, 적응성 링크를 위한 변조 크기 조정은 순시적 SNR을 측정하는 시간 비율(즉, 채널 조정 시간, 코히어런스 시간)에 따르므로 상대적으로 짧은 시간 단위로 동작한다.
도 4는 상기 도 3의 과정을 보다 상세히 보인 순서도로서, 수신 안테나를 선택하기 위한 근거들을 마련하는 과정과, 상기 근거들과 실측되는 평균 SNR을 이용하여 수신 안테나의 수를 결정하는 과정 및 적응성 링크 설정을 위한 변조 크기를 변화시키는 과정이 도시되어 있다.
먼저, 수신 안테나를 선택하기 위한 근거를 마련하는 단계로, 시스템 설계 후 해당 시스템의 전송 안테나수(NT)와 목표 에르고딕 용량(
Figure 112006083339860-pat00029
), 목표 BER(BERT)을 결정하는 단계가 도시되어 있다. 상기 각 값들이 결정될 경우 수학식 4를 이용하여 수신 안테나 수를 변화시키면서 이론적인 SNR값들을 구할 수 있다. 상기 구해진 수 신 안테나수에 대한 SNR의 상관 관계를 대응 테이블, 룩업 테이블, 판단 알고리즘 등으로 구성하여 실제 시스템의 수신측 안테나 선택기준 연산부에 적용한다.
이후, 시스템을 동작시키면 수신부는 일정 시간 동안의 SNR 평균을 구하고, 목표 에르고딕 용량(
Figure 112006083339860-pat00030
)을 만족시키기 위한 수신 안테나 수를 상기 얻어진 대응 테이블, 룩업 테이블, 판단 알고리즘 등을 통해 결정할 수 있다.
상기 과정과는 별도로, 순시적으로 파악되는 SNR을 송신기로 채널 조정 시간 비율(순시적 SNR 판단 비율)로 궤환 제공하면 상기 송신기는 상기 정보와 기 설정된 목표 BER(BERT)을 만족할 수 있도록 변조 크기를 채널별로 독립적으로 결정한다.
이제, 상기와 같이 평균 SNR을 이용할 경우의 시스템 성능을 분석해 보도록 한다.
먼저, 선택되어 사용되는 수신 안테나들의 평균적인 수를 구하는 식을 유도한다. 우선, ML(Maximum Likelihood) 디코딩 방식으로 구성된 수신기와, ZF(Zero-forcing) 디코딩 방식으로 구성된 수신기에 평균 SNR을 이용하여 수신 안테나를 선택하도록 한 경우, 이러한 각 실시예들에서 구할 수 있는 식들을 예로 들어 유도하도록 한다. 이러한 식들은 필요한 수신 안테나의 수를 미리 확인하는데 도움이 되어 시스템 설계와 평균적인 전력 소모 등을 파악하기 위해서 활용될 수 있다.
먼저, ML 디코딩 방식의 수신기의 경우를 보도록 한다. 상기 방식의 수신기에서 L개의 수신 안테나가 선택될 확률은 평균 SNR의 누적 분포 함수(Cumulative Distribution Function, 이하 CDF라 칭함)로 표현한 다음의 수학식 6과 같다.
Figure 112006083339860-pat00031
여기서,
Figure 112006083339860-pat00032
은 특정 목표 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00033
)을 만족시키는 l개의 수신 안테나들의 수를 결정하기 위한 평균 SNR의 임계치이며,
Figure 112006083339860-pat00034
은 수학식 2의
Figure 112006083339860-pat00035
에 대한 PDF를 적분하여 얻은 것이다. 상기 동작되는 수신 안테나들의 평균 수는 다음의 수학식 7과 같이 연산될 수 있다.
Figure 112006083339860-pat00036
이제, ZF 디코딩 방식의 수신기의 경우를 보도록 한다. 상기 방식의 수신기에서 L개의 수신 안테나(L≥NT)가 선택될 확률은 평균 SNR의 CDF로 표현한 다음의 수학식 8과 같다.
Figure 112006083339860-pat00037
상기 동작되는 수신 안테나들의 평균 수는 다음의 수학식 9와 같이 연산될 수 있다.
Figure 112006083339860-pat00038
상기 수학식 7 및 9을 이용하면 평균 SNR을 이용하여 MIMO 시스템을 구성할 경우의 평균적 안테나 수를 확인할 수 있게 된다.
상기 ML 수신기 및 ZF 수신기를 이용할 경우 본 실시예의 평균 SNR을 이용하는 경우의 환경을 적용하여 평균 주파수 효율과 평균 비트 에러율 및 불통 가능성에 대한 수식을 구할 수 있으며, 공지된 수식에 본 실시예를 수행하기 위한 환경 제한을 적용하여 단순화할 수 있다.
상기 수식들을 이용하여 본 실시예를 적용한 경우의 성능을 파악해보도록 한다.
도 5는 송신 안테나가 3개이고, 목표 BER이 10-3일 경우, 목표 에르고딕 채 널 용량(
Figure 112006083339860-pat00039
)을 달성하기 위해 필요한 수신 안테나의 수를 ML 수신기와 ZF 수신기에 대해 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 소정의 목표 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00040
)을 달성하기 위해 필요한 수신 안테나의 수를 확인할 수 있다. 특히, 특정 BER 성능이 보장될 경우 ML 수신기는 ZF 수신기에 비해 훨씬 효과적임을 알 수 있다. 하지만, ML 수신기는 하드웨어 복잡도가 높기 때문에 수신 안테나의 평균적인 사용 수와 하드웨어 복잡도 간의 상관 관계를 고려하여 시스템을 설계해야 한다.
도 6은 송신 안테나가 3개이고, 목표 BER이 10-3일 경우, 소정의 목표 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00041
)들에 대한 평균 주파수 효율을 보인 것이다. 이를 통해서 목표 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00042
)들에 대한 최대 컨스텔레이션 크기들을 결정할 수 있다. 즉, 기울기가 낮은 것은 동일한 크기의 컨스텔레이션 크기를 이용하는 것으로 그룹화 할 수 있다. 예를 들어, 목표 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00043
)이 5bps/Hz인 경우, 10bps/Hz인 경우, 그리고 15내지 20bps/Hz인 경우, 그리고 25내지 30bps/Hz인 경우와 같이 4단계로 나누고, 이때의 최대 변조 크기를 각각 2-QAM, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM으로 결정할 수 있다.
도 7은 송신 안테나가 3개이고, 목표 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00044
)이 20bps/Hz인 경우 목표 BER 임계치들에 대한 평균 주파수 효율을 보인 것이다. 평균 SNR에 의해서 다이버시티 순서가 이미 결정되어 있기 때문에 높은 목표 BER 성능을 만족시키기 위해서 적응성 변조를 수행하는 수단은 반드시 작은 컨스텔레이션 크기를 선택해야 한다. 반면에, 상기 목표 BER 성능이 낮은 경우 큰 컨트텔레이션 크기를 이용하여 데이터를 전송할 수 있다.
도 8은 송신 안테나가 3개이고, 목표 에르고딕 채널 용량(
Figure 112006083339860-pat00045
)이 20bps/Hz이며 최대 컨스텔레이션 크기가 6인 경우, 목표 BER에 대해서 모든 전송 안테나들이 동작하지 않을 불통 확률을 보인 것이다. 즉, 높은 성능을 원할 경우 불통 확률이 높아짐을 보인 것이다. 또한, 도시된 시뮬레이션 환경에서, 송수신 안테나들의 수와 목표 에르고딕 채널 용량이 이미 설정되어 있기 때문에 ZF 수신기는 평균적으로 낮은 SNR을 가지게 되어 ZF 수신기가 ML 수신기에 비해서 불통 확률이 높다.
상기 도시한 그래프도를 통해서 각 파라메터들과 수신기의 종류들에 대한 성능 관계를 파악할 수 있고, 각 수신기에 대한 평균적으로 필요한 수신 안테나의 수를 결정할 수 있으며, 다양한 성능들에 대한 수식을 구해 시뮬레이션을 수행할 수 있으므로, 단말기의 고속 이동이 발생하지 않는 환경에 적용할 MIMO 시스템에는 평균 SNR을 이용하여 수신 안테나 수를 결정할 수 있는 수단을 적용할 수 있고, 상기 구해진 수식들과 상기 수식들을 이용하여 성능 판단을 위한 그래프도 등을 그린 후 이를 분석하는 것으로 시스템 설계 조건들을 용이하게 결정할 수 있다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법은 안테나 선택을 실시하는 기준으로 신호대잡음비(SNR)의 평균값을 이용하도록 하여 MIMO 송수신단의 거리가 저속으로 변동되거나 변동이 드물 경우 안테나 선택의 변경이 둔감하게 발생하도록 함으로써, 빈번한 안 테나 선택에 의한 전력 소모를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법은 원하는 에르고딕 채널 용량을 기준으로 수신 안테나 수에 대한 이론적 SNR의 대응 관계를 구하고, 실제 SNR의 평균을 구하여 상기 대응 관계를 근거로 수신 안테나를 선택하도록 함으로써, 원하는 에르고딕 채널 용량을 만족하는 수신 안테나의 수를 용이하게 결정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법은 SNR의 평균을 이용하여 원하는 에르고틱 채널 용량을 만족하도록 수신 안테나의 수를 결정하며, 상기 SNR의 평균을 이용하도록 소정 시스템을 구성할 경우의 평균적인 수신 안테나수에 대한 누적 분포함수를 제공하여 원하는 성능의 MIMO 시스템 설계시 활용할 수 있도록 함으로써, SNR의 평균을 이용하는 MIMO 시스템의 성능을 평가할 이론적인 기준을 마련하고 설계의 편의성과 성능 평가의 편의성을 높이는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 복수의 송신 안테나와 변조부를 구비하여 공간 분할 멀티플렉싱 방식으로 복수 채널로 데이터 스트림을 송신하는 송신부와;
    상기 송신 안테나 수 이상의 수신 안테나를 구비하며, 상기 수신 안테나들 중 동작하는 안테나의 통신 채널에 대한 평가치를 기 설정된 시간 이상 평균하여 이를 근거로 상기 수신 안테나의 수를 기 설정된 값의 목표 채널 용량에 맞추어 선택한 후 상기 선택된 수의 수신 안테나로 상기 복수 채널의 데이터 스트림을 수신하는 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 동작하는 안테나의 통신 채널에 대한 평가치는 신호대잡음비(SNR)인 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 통신 채널에 대한 평가치를 기 설정된 시간 이상 평균한 것은 신호대잡음비의 정규화된 평균(normalized average SNR)인 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 수신부는
    상기 송신 안테나 수 이상의 안테나 및 무선단으로 이루어진 수신 안테나부와;
    상기 수신 안테나부 중 하나 이상을 선택하는 안테나 선택부와;
    상기 수신 안테나부 중 동작하는 채널에 대한 신호대잡음비(SNR)를 연산하는 채널 평가부와;
    상기 채널 평가부로부터 획득하는 SNR의 평균값을 이용하여 목적으로 하는 목표 채널 용량을 달성할 수 있는 수신 안테나 수와 수신 안테나 수의 변경 여부를 판단하여 그 정보를 상기 안테나 선택부에 제공하는 저속 안테나 선택 기준 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 채널 평가부는 상기 SNR에 대한 정보를 상기 송신부로 궤환 제공하고, 상기 송신부는 상기 궤환된 정보와 기 설정된 값의 목표 링크 성능을 근거로 변조 방식을 변경하여 링크 적응(link adaptation)을 수행하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 수신부는 다음의 수학식을 근거로 수신 안테나의 수를 채널 용량(
    Figure 112008007064245-pat00046
    )에 맞추어 선택하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
    Figure 112008007064245-pat00070
    단, (a)n=(a+0)(a+1)(a+2)…(a+n), (a)0=1을 의미함.
    여기서, 상기 t는 송신 안테나와 선택되는 수신 안테나의 수 중 많은 수이고, s는 송신 안테나와 선택되는 수신 안테나의 수 중 작은 수이며, ρ는 정규화된 평균 SNR이고, Γ은 불완전 감마 함수이다.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 수신부는 상기 수학식을 근거로 수신 안테나의 수를 가변하면서 평균 SNR인 ρ의 분포에 대한 대응 값들을 정리한 테이블 데이터를 구비하며, 실질적으로 측정된 평균 SNR과 상기 테이블 데이터를 근거로 대응되는 수신 안테나의 수를 얻는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 목표 채널 용량은 평균적 의미가 포함된 에르고딕 용량(ergodic capacity)인 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 수신부는 ML(Maximum Likelihood) 디코딩 방식으로 구성되고, 평균 SNR을 이용하여 수신 안테나 중 사용할 수신 안테나의 수를 결정하며, 상기 송신 안테나의 수가 결정되고 목표 채널 용량이 결정되면 다음의 식과 같은 수신 안테나의 수를 평균적으로 선택하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
    Figure 112006083339860-pat00048
    여기서, <<NA>>는 평균적으로 선택하는 수신 안테나의 수이고, NR은 수신 안테나의 수이며,
    Figure 112006083339860-pat00049
    는 평균 SNR(
    Figure 112006083339860-pat00050
    )의 확률밀도함수(Probability density function)이다.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 수신부는 ZF(Zero-forcing) 디코딩 방식으로 구성되고, 평균 SNR을 이용하여 수신 안테나 중 사용할 수신 안테나의 수를 결정하며, 상기 송신 안테나의 수가 결정되고 목표 채널 용량이 결정되면 다음의 식과 같은 수신 안테나의 수를 평균적으로 선택하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
    Figure 112007076593113-pat00051
    여기서, <<NA>>는 평균적으로 선택하는 수신 안테나의 수이고, NT는 송신 안테나수, NR은 수신 안테나의 수이며,
    Figure 112007076593113-pat00052
    는 평균 SNR(
    Figure 112007076593113-pat00053
    )의 확률밀도함수(Probability density function)를 적분한 것이다.
  11. 복수의 송신 안테나를 통해 공간 멀티플렉싱 방식으로 데이터 스트림을 전송하는 전송부에 대응되는 수신부에 있어서,
    상기 송신 안테나 수 이상의 안테나 및 무선단으로 이루어진 수신 안테나부와;
    상기 수신 안테나부 중 동작하는 채널에 대한 신호대잡음비(SNR)를 연산하는 채널 평가부와;
    상기 수신 안테나부 중 하나 이상을 선택하는 안테나 선택부와;
    상기 채널 평가부로부터 획득하는 SNR의 평균값과, 목표 에르고딕 채널 용량에서의 상기 송수신 안테나 수와 SNR의 평균값의 관계를 근거로 상기 목표 에르고딕 채널 용량을 달성할 수 있는 수신 안테나의 수 및 안테나 변경 여부를 판단하여 그 정보를 상기 안테나 선택부에 제공하는 저속 안테나 선택 기준 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 저속 안테나 선택 기준 연산부는 다음의 수학식을 근거로 상기 소정 에르고딕 채널 용량에서의 상기 송수신 안테나 수와 SNR의 평균값의 관계를 얻는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
    Figure 112008007064245-pat00071
    단, (a)n=(a+0)(a+1)(a+2)…(a+n), (a)0=1을 의미함.
    여기서, 상기 t는 송신 안테나와 선택되는 수신 안테나의 수 중 많은 수이고, s는 송신 안테나와 선택되는 수신 안테나의 수 중 작은 수이며, ρ는 정규화된 평균 SNR이고, Γ은 불완전 감마 함수이다.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 저속 안테나 선택 기준 연산부는 상기 수학식을 근거로 송신 안테나의 수를 고정 시키고, 채널 용량과 수신 안테나의 수를 가변하면서 평균 SNR인 ρ의 분포에 대한 대응 값들을 정리한 테이블 데이터를 구비하며, 실질적으로 측정된 평균 SNR과 목표 채널 용량 및 상기 테이블 데이터를 근거로 대응되는 수신 안테나의 수를 구하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 장치.
  14. 다중입출력 시스템의 통신 설정 방법에 있어서,
    선택된 수신 안테나를 통해 데이터가 수신되는 통신 채널에 대한 평가치의 평균값을 연산하는 단계와;
    상기 연산된 채널 평가치의 평균값과 목표 에르고딕 채널 용량을 이용하여 복수의 수신 안테나들 중 사용할 수신 안테나의 수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 수신 안테나의 통신 채널에 대한 평가치는 신호대잡음비(SNR)인 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 통신 채널에 대한 평가치를 기 설정된 시간 이상 평균한 것은 신호대잡음비의 정규화된 평균(normalized average SNR)인 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 복수의 수신 안테나들 중 선택될 안테나의 수를 결정하는 단계는 다음의 수학식을 근거로 수신 안테나의 수를 채널 용량(
    Figure 112008007064245-pat00056
    )에 맞추어 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법.
    Figure 112008007064245-pat00072
    단, (a)n=(a+0)(a+1)(a+2)…(a+n), (a)0=1을 의미함.
    여기서, 상기 t는 송신 안테나와 선택되는 수신 안테나의 수 중 많은 수이고, s는 송신 안테나와 선택되는 수신 안테나의 수 중 작은 수이며, ρ는 정규화된 평균 SNR이고, Γ은 불완전 감마 함수이다.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 수학식을 근거로 수신 안테나의 수를 가변하면서 평균 SNR인 ρ의 분포를 구하여 상기 수신 안테나의 수와 평균 SNR 사이의 관계를 파악하는 단계를 더 포함하며; 상기 사용할 수신 안테나의 수를 결정하는 단계는 실질적으로 측정된 평균 SNR과 목표 채널 용량 및 상기 수신 안테나의 수와 평균 SNR 사이의 관계를 파악하는 단계에서 얻어진 관계를 근거로 대응되는 수신 안테나의 수를 구하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법.
  19. 복수의 송신 안테나를 구비한 송신부와 복수의 수신 안테나를 구비한 수신부를 포함하여 이루어지는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법에 있어서,
    전송시 사용할 전송 안테나의 수와 목표로 하는 에르고딕 채널 용량 및 목표 비트 에러율(BER)을 결정하는 단계와;
    상기 목표 에르고딕 채널 용량을 기준으로 수신시 사용할 수신 안테나의 수를 가변하면서 SNR의 분포를 수신 안테나 수에 대한 SNR의 대응 값으로 획득하는 단계와;
    수신부에서 기 설정된 시간 동안의 평균 수신 채널 SNR을 연산하여 상기 획득 단계에서 얻어진 분포 값을 근거로 기 결정된 목표 에르고딕 채널 용량을 만족시키는 수신 안테나의 수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 채널 코히어런스 시간을 단위로 수신부에서 각 데이터 스트림에 대한 SNR을 연산하여 이를 상기 송신부에 제공하는 단계와;
    상기 송신부는 수신된 SNR 정보를 이용하여 상기 목표 BER을 만족하도록 각 데이터 스트림의 변조 방식을 적응적으로 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 수신시 사용할 수신 안테나의 수를 결정하는 단계에서, 상기 수신 안테나의 수가 변화되는 주기는 상기 채널 코히어런스 시간보다 더 긴 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법.
  22. 제 19항에 있어서, 상기 수신 안테나 수를 가변하면서 SNR의 분포 값을 획득하는 단계는 상기 수신부와는 별도로 수행되며, 상기 수행 결과 얻어지는 수신 안테나 수와 SNR 대응 관계들을 테이블 데이터로 구성하는 단계를 더 포함하며, 상기 수신 안테나 수를 결정하는 단계는 상기 테이블 데이터를 분포 정보로 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법.
  23. 제 19항에 있어서, 상기 수신 안테나 수를 가변하면서 SNR의 분포 값을 획득하는 단계는 다음의 수학식을 근거로 상기 결정된 목표 에르고딕 채널 용량(
    Figure 112008007064245-pat00058
    )을 설정하고, 고정된 송신 안테나 수와 가변적인 수신 안테나 수를 통해 상기 수신 안테나 수를 가변시키면서 하기의 식을 만족하는 정규화된 평균 SNR(ρ)을 얻는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입출력(MIMO) 시스템의 통신 설정 방법.
    Figure 112008007064245-pat00073
    단, (a)n=(a+0)(a+1)(a+2)…(a+n), (a)0=1을 의미함.
    여기서, 상기 t는 송신 안테나와 선택되는 수신 안테나의 수 중 많은 수이고, s는 송신 안테나와 선택되는 수신 안테나의 수 중 작은 수이며, Γ은 불완전 감마 함수이다.
KR1020060112492A 2006-11-14 2006-11-14 다중입출력 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법 KR100851427B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060112492A KR100851427B1 (ko) 2006-11-14 2006-11-14 다중입출력 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060112492A KR100851427B1 (ko) 2006-11-14 2006-11-14 다중입출력 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080043671A KR20080043671A (ko) 2008-05-19
KR100851427B1 true KR100851427B1 (ko) 2008-08-08

Family

ID=39661966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060112492A KR100851427B1 (ko) 2006-11-14 2006-11-14 다중입출력 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100851427B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015023275A1 (en) * 2013-08-14 2015-02-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Transmit antenna selection

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060066748A (ko) * 2003-09-25 2006-06-16 퀄컴 인코포레이티드 무선 통신 시스템에서 다중의 안테나에 의한 계층적 코딩

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060066748A (ko) * 2003-09-25 2006-06-16 퀄컴 인코포레이티드 무선 통신 시스템에서 다중의 안테나에 의한 계층적 코딩

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080043671A (ko) 2008-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI405425B (zh) 多輸入多輸出（ｍｉｍｏ）正交分頻多工（ｏｆｄｍ）系統品質控制方法及裝置
US8064837B2 (en) Method and apparatus for optimum selection of MIMO and interference cancellation
RU2490797C2 (ru) Способ и система для адаптивного переключения режима со множеством входов и множеством выходов в нисходящей линии связи
US8649280B2 (en) Mobile communication system, base station, user equipment, and communication method
US20150249490A1 (en) Adaptive Transmission Mode Switching
US20090268835A1 (en) Wireless communication method, wireless communication system, and wireless communication device
KR101106692B1 (ko) 다중입출력 통신시스템의 동작 모드 선택 장치 및 방법
KR101106684B1 (ko) 다중 안테나 시스템의 수신 장치 및 방법
US9225403B2 (en) Method and system for enhanced transmission in mobile communication networks
CN102281225A (zh) Lte基带接收器及其操作方法
KR100851427B1 (ko) 다중입출력 시스템의 통신 설정 장치 및 그 방법
KR101620997B1 (ko) Atd-ab 모델 기반 적응 변조 전송 제어 장치
KR100877172B1 (ko) 다중 입력 다중 출력(ｍｉｍｏ) 직교 주파수 분할다중화(ｏｆｄｍ) 시스템의 품질 제어 방법
Eraslan et al. Practical energy efficient link adaptation for MIMO-OFDM systems
Cai et al. Adaptive modulation with adaptive pilot symbol assisted estimation and prediction of rapidly fading channels
JP2011193519A (ja) 通信装置及び通信方法
KR20080011823A (ko) 이동통신 시스템에서 적응적으로 다중 수신 안테나경로들을 제어하는 수신 장치 및 방법
Mohan et al. Parametric estimation of SINR distribution using quantized SINR samples for maximizing average spectral efficiency
Holter et al. Performance analysis of a rate-adaptive dual-branch switched diversity system
Andrawes Performance of adaptive modulation with generalized selection combining in different practical scenarios
US20240137790A1 (en) Method and apparatus for adaptive modulation and coding (amc) of link adaptation using channel orthogonality analysis in wireless mimo-ofdm communication systems
Hieu et al. FPGA implementation of MIMO OFDM eigenbeam-space division multiplexing systems for future wireless communications networks
Didioui et al. EnvAdapt: An energy-aware simulation framework for power-scalable transceivers for wireless sensor networks
Abolade et al. An Intelligent Scheme Switching for MIMO Systems Using Fuzzy Logic Technique
El-Mahdy Adaptive generalised selection-combining receiver over time-varying mobile communication channel

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120508

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130717

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150723

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160712

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee