KR100869070B1 - 다중 입력 다중 출력 시스템의 빔 형성 장치 및 방법 - Google Patents

다중 입력 다중 출력 시스템의 빔 형성 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100869070B1
KR100869070B1 KR1020070103891A KR20070103891A KR100869070B1 KR 100869070 B1 KR100869070 B1 KR 100869070B1 KR 1020070103891 A KR1020070103891 A KR 1020070103891A KR 20070103891 A KR20070103891 A KR 20070103891A KR 100869070 B1 KR100869070 B1 KR 100869070B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vector
channel
beamforming weight
channel column
weight vector
Prior art date
Application number
KR1020070103891A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080034411A (ko
Inventor
박성우
황근철
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Publication of KR20080034411A publication Critical patent/KR20080034411A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100869070B1 publication Critical patent/KR100869070B1/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
    • H04B7/06—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
    • H04B7/0617—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 for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202—Channel estimation
    • H04L25/0204—Channel estimation of multiple channels
    • 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
    • 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
    • H04B7/0697—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 spatial multiplexing

Abstract

본 발명은 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 시스템의 빔 형성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 채널 메트릭스를 구성하는 채널 열벡터 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터를 선택하는 과정과, 상기 선택한 채널 열벡터를 이용하여 단위 벡터인 빔 형성 가중치 벡터를 계산하는 과정을 포함하여, 송신단이 모든 채널에 대한 정보를 알지 못하는 경우에도 한 개의 수신 안테나에 대한 채널의 정보만을 이용하여 빔 형성 가중치 벡터를 계산할 수 있는 이점이 있다.
MIMO, 빔 형성, beamformaing, Spatial multiplexing, 공간 다중화

Description

다중 입력 다중 출력 시스템의 빔 형성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BEAMFORMING IN MULTI INPUT MULTI OUTPUT SYSTEM}
본 발명은 다중 입력 다중 출력 시스템에 관한 것으로, 특히, 빔 형성 장치 및 방법에 관한 것이다.
송신단에서 다수의 안테나를 사용하는 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 송신기법은 크게 세 가지로 나뉠 수 있다. 다시 말해, 다수의 안테나로 채널에 맞는 빔을 형성하여 전송함으로써 어레이 이득(array gain)을 얻을 수 있는 빔 형성(beamforming) 기법, 다수의 안테나로 인해 형성되는 다수의 공간 경로(path)를 이용하여 다이버시티 이득(diversity gain)을 얻을 수 있는 전송 다이버시티(transmit diversity) 기법, 다수의 안테나를 통해 동시에 다수의 데이터 신호를 전송하여 다중화 이득(multiplexing gain)을 얻을 수 있는 공간 다중화(spatial multiplexing) 기법으로 분류될 수 있다.
수신단에서 다수의 안테나를 사용하는 MIMO 수신기법 중 가장 대표적인 최대 비율 결합(Maximum Ratio Combining : 이하 'MRC'라 칭함) 기법은, 수신단에서 다수의 안테나에 의해 수신된 신호를 각각의 안테나에 해당하는 채널에 맞추어준 뒤 결합하여 어레이 이득(array gain)을 얻을 수 있는 방식으로, 간섭신호가 없고 송신단에서 단일 안테나를 사용하는 경우 가장 좋은 성능을 가지는 것으로 알려져 있다. 그러나, 송신단에서 다수의 안테나를 사용하는 MIMO 송신기법을 적용할 경우, 각각의 MIMO 송신기법에 따라 서로 다른 기법들이 상기 MRC 기법보다 더 좋은 성능을 가질 수 있다.
예를 들어, M개의 송신 안테나를 사용하는 송신단과 N개의 수신 안테나를 사용하는 수신단으로 구성된 시스템에서, 송신단이 빔 형성(beamforming) 기법을 적용하여 신호를 전송할 경우, 수신단에서 수신되는 신호는 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007073892516-pat00001
Figure 112007073892516-pat00002
여기서, 상기 y는 N×1 수신 신호 벡터를 의미하고, 상기 x는 송신 신호를 의미하며, 상기 H는 N×M 채널 메트릭스를 의미한다. 또한, 상기 b는 M×1 빔 형성 가중치(beamforming weight) 벡터를 의미하고, 상기 n은 N×1 잡음 신호 벡터를 의 미한다.
이 경우, 최적의 빔 형성(beamforming) 기법은 고유 빔 형성(eigen-beamforming) 기법으로, 상기 고유 빔 형성 기법은 채널 상관 매트릭스 HHH를 하기 <수학식 2>와 같이 고유 값 분해(Eigen Value Decomposition : 이하 'EVD'라 칭함)하여 획득한 고유 값(eigen value)들 중 가장 큰 값에 대응하는 고유 벡터(eigen-vector)를 상기 b로 사용한다.
Figure 112007073892516-pat00003
Figure 112007073892516-pat00004
Figure 112007073892516-pat00005
여기서, 상기 Λ는 주대각선 상에 채널 상관 매트릭스의 소정 개수의 고유값 λ들을 갖는 대각 매트릭스이고, 상기 U는 소정 개수의 고유 벡터 u들을 갖는 단위 메트릭스이며, 상기 UH는 단위 매트릭스의 공액 복소수이다. 여기서, 상기 소정 개수는 상기 M과 N 중 작은 값으로 정의된다.
위에서 알 수 있듯이, 수신단이 하나의 안테나를 사용하는 경우에는 상기 EVD의 과정이 필요없으나, 수신단이 여러 개의 수신 안테나를 사용할 경우에는 상기 EVD를 수행하여야만 한다. 이는 복잡도의 증가를 가져올 뿐만 아니라 가장 큰 고유 벡터를 제외한 나머지 고유 벡터를 사용하지 못하는 단점이 있다.
또한, 실제 구현시, 단말이 다수의 안테나를 가지고 있더라도 전력증폭의 제한 때문에, 일반적으로 수신시에는 다수의 안테나를 사용할지라도 송신시에는 그 중 하나의 안테나만을 사용하는 경우가 많다. 예를 들어, 도 1과 같이, MIMO 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex : 이하 'TDD'라 칭함) 시스템에서 단말(101)이 하나의 안테나만을 사용하여 송신하면, 기지국(103)은 채널 추정을 통해, 채널 메트릭스 H를 구성하는 채널 벡터(h) 중 송신과 수신을 함께 사용하는 안테나에 대한 채널 벡터만을 알 수 있고 나머지 채널 벡터들은 알 수 없다. 따라서, 모든 채널 벡터를 알아야하는 상기 고유 빔 형성 기법의 사용이 불가능해지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 입력 다중 출력 시스템의 빔 형성 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 수신단이 다수의 수신 안테나를 사용하고 송신단이 빔 형성(beamforming) 기법을 사용하여 전송할 시, 고유값 분해와 같은 복잡한 과정의 수행 없이 빔 형성 가중치 벡터(beamforming weigh vector)를 계산하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 송신단이 모든 채널 벡터에 대한 정보를 알지 못할 시, 한 개의 수신 안테나에 대한 채널 벡터만을 이용하여 빔 형성 가중치 벡터(beamforming weigh vector)를 계산하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 빔 형성(beamforming) 기법과 공간 다중화(spatial multiplexing) 기법을 결합하여 전송함으로써 추가적인 성능을 얻기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output : MIMO) 시스템에서 송신단 또는 수신단의 빔 형성 방법은, 채널 메트릭스를 구성하는 채널 열벡터 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채 널 열벡터를 선택하는 과정과, 상기 선택한 채널 열벡터를 이용하여 단위 벡터인 빔 형성 가중치 벡터를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output : MIMO) 시스템의 빔 형성 방법은, 수신단이 채널 메트릭스를 구성하는 채널 열벡터 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터를 선택하여 송신단으로 전송하는 과정과, 상기 송신단이 상기 선택한 채널 열벡터를 이용하여 단위 벡터인 빔 형성 가중치 벡터를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output : MIMO) 시스템의 빔 형성 장치는, 채널 메트릭스를 구성하는 채널 열벡터 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터를 선택하여 송신단으로 전송하는 수신단과, 상기 선택된 채널 열벡터를 이용하여 단위 벡터인 빔 형성 가중치 벡터를 계산하는 상기 송신단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면,다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output : MIMO) 시스템에서 송신단 또는 수신단의 빔 형성 장치는, 채널 메트릭스를 구성하는 채널 열벡터 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터를 선택하고, 상기 선택한 채널 열벡터를 이용하여 단위 벡터인 빔 형성 가중치 벡터를 계산하는 송신단 또는 수신단과, 송신 신호에 상기 계산된 빔 형성 가중치 벡터를 곱하여 해당 안테나를 통해 출력하는 상기 송신단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 수신단이 다수의 수신 안테나를 사용하고 송신단이 빔 형성(beamforming) 기법을 사용하여 전송할 시, EVD 및 SVD와 같은 복잡한 과정의 수행 없이 한 개의 수신 안테나에 대한 채널 벡터만을 이용하여 빔 형성 가중치 벡터(beamforming weigh vector)를 계산하기 위한 장치 및 방법을 제공함으로써, 송신단이 모든 채널 벡터에 대한 정보를 알지 못하는 경우에도 상기 빔 형성 가중치 벡터를 계산할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 빔 형성 기법에 공간 다중화(spatial multiplexing) 기법을 결합하여 전송함으로써 어레이 이득(array gain) 및 공간 다중화 이득(spatial multiplexing gain)을 동시에 얻을 수 있어 추가적인 성능을 획득할 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 MIMO 시스템의 빔 형성 장치 및 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 MIMO 시스템에서 송/수신단의 구성을 도시한 도면이다. 여기서, 상기 MIMO 시스템은 4개의 송신 안테나를 사용하는 송신단과 2개의 수신 안테나를 사용하는 수신단으로 구성된 시스템을 예로 들어 설명할 것이나, M개의 송신 안테나를 사용하는 송신단과 N개의 수신 안테나를 사용하는 수신단으로 구성된 MIMO 시스템에 모두 적용됨은 물론이다. 여기서, 상기 송신단은 제 1 , 2 부호화부(201-1, 201-2), 제 1, 2 변조부(203-1, 203-2), 제 1, 2 빔 형성부(205-1, 205-2), 빔 형성 가중치(Beamforming weight) 계산부(207), 채널 정보 수신부(209)를 포함하여 구성되며, 상기 수신단은 검출부(211), 제 1, 2 복조부(213-1, 213-2), 제 1, 2 복호화부(215-1, 215-2), 채널 추정기(217)를 포함하여 구성된다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 송신단의 제 1 , 2 부호화부(201-1, 201-2)는 각각의 입력 신호를 해당 부호율에 따라 부호화하여 연결되는 제 1, 2 변조부(203-1, 203-2)로 부호 심볼을 출력한다. 예를 들어, 상기 부호화는 길쌈부호기(convolutional encoder), 터보부호기(turbo encoder), LDPC(low density parity check) 부호기 등을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 제 1, 2 변조부(203-1, 203-2)는 각각 연결되는 제 1 , 2 부호화부(201-1, 201-2)로부터 입력되는 상기 부호 심볼을 해당 변조 방식에 따라 변조하여 연결되는 제 1, 2 빔 형성부(205-1, 205-2)로 변조 심볼을 출력한다. 예를 들어, 상기 변조방식에는 1개의 비트(s=1)를 하나의 복소 신호에 사상하는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), 2개의 비트(s=2)를 하나의 복소 신호에 사상하 는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 3개의 비트(s=3)를 하나의 복소 신호에 사상하는 8QAM(8ary Quadrature Amplitude Modulation), 4개의 비트(s=4)를 하나의 복소 신호에 사상하는 16QAM 등이 있다.
상기 제 1, 2 빔 형성부(205-1, 205-2)는 각각 연결되는 제 1, 2 변조부(203-1, 203-2)로부터 입력되는 상기 변조 심볼을 연결되는 안테나 소자 수만큼 공간 다중화(spatial multiplexing)하고, 각각의 공간 다중화된 신호에 상기 빔 형성 가중치 계산부(207)로부터 입력되는 빔 형성 가중치 벡터를 곱하여 해당 안테나를 통해 출력한다. 즉, 상기 빔 형성 가중치 벡터를 이용하여 송신 빔을 형성하고, 상기 형성된 송신 빔의 방향으로 송신 신호를 출력한다.
상기 빔 형성 가중치(Beamforming weight) 계산부(207)는 상기 채널 정보 수신부(209)로부터 채널 정보를 입력받아, 채널 메트릭스 H를 구성하는 채널 벡터(h) 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터를 선택하고, 상기 선택된 하나의 채널 열벡터를 이용하여 빔 형성 가중치 벡터를 계산한 후, 상기 계산된 빔 형성 가중치 벡터를 상기 제 1, 2 빔 형성부(205-1, 205-2)로 출력한다.
상기 채널 정보 수신부(209)는 상기 수신단의 채널 추정기(217)로부터 입력되는 채널 정보를 상기 빔 형성 가중치(Beamforming weight) 계산부(207)로 출력한다.
한편, 상기 수신단의 검출부(211)는 수신 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 수신 심볼을 검출하고, 상기 검출된 수신 심볼을 각각 연결되는 제 1, 2 복조부(213-1, 213-2)로 출력한다.
상기 제 1, 2 복조부(213-1, 213-2)는 상기 검출부(211)로부터 입력되는 수신 심볼을 해당 복조 방식에 따라 복조하여 연결되는 제 1, 2 복호화부(215-1, 215-2)로 복조 심볼을 출력한다.
상기 제 1, 2 복호화부(215-1, 215-2)는 각각 연결되는 제 1, 2 복조부(213-1, 213-2)로부터 입력되는 복조 심볼을 해당 복호율에 따라 복호화하여 원래의 신호로 복원한다.
상기 채널 추정기(217)는 상기 수신된 신호를 이용하여 채널을 추정하고, 상기 추정된 채널 정보를 상기 송신단의 채널 정보 수신부(209)로 피드백한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 시스템의 빔 형성 방법의 절차를 도시한 도면이다. 여기서, 상기 MIMO 시스템은 M개의 송신 안테나를 사용하는 송신단과 N개의 수신 안테나를 사용하는 수신단으로 구성되는 시스템을 예로 들어 설명하도록 한다.
상기 도 3을 참조하면, 송신단은 301단계에서 빔 형성 가중치 벡터(Beamforming weight vector) b를 구하기 위해 채널 메트릭스 H 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터 hbest를 선택한다.
여기서, 상기 채널 열벡터 hbest를 선택하기 위한 식은 하기 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007073892516-pat00006
여기서, 상기 hi는 i번째 수신 안테나와 송신 안테나들 사이의 1xM 채널 벡터를 의미한다.
이후, 상기 송신단은 303단계에서 상기 선택된 하나의 채널 열벡터 hbest를 이용하여 빔 형성 가중치 벡터 b를 계산한다.
여기서 상기 빔 형성 가중치 벡터 b를 계산하기 위한 식은 하기 <수학식 4>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007073892516-pat00007
여기서, 상기 *는 공액 전치(conjugate transpose)를 의미하고, 상기 h* best를 ∥hbest∥로 나누어 주는 것은 상기 b를 단위 벡터(unitary vector)로 만들어 빔 형성에 의한 파워(power)의 증가를 없애기 위함이다. 만약, 상기 송신단이 수신 안테나 1에 대한 채널 벡터만을 알 수 있을 경우, 상기 hbest 대신 h1을 사용하여 상기 b를 구할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 실시 예를 이용하면, 송신단이 모든 채널 벡터들을 알 수 있는 경우뿐만 아니라 수신 안테나 하나에 대한 채널 벡터만 을 알아도 빔 형성 가중치 벡터를 계산할 수 있다.
예를 들어, M=2, N=2인 시스템을 예로 들어 설명하면, ∥h1∥2 >∥h2∥2일 시 혹은 송신단이 h1만을 알고 있을 시, 상기 b는 h* 1/∥h1∥로 구해지고, 이때의 수신신호는 하기 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007073892516-pat00008
여기서, 상기 <수학식 5>는 하기 <수학식 6>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007073892516-pat00009
Figure 112007073892516-pat00010
여기서, 안테나 1을 통해 수신된 신호 y1은 빔 형성에 의한 어레이 이득(array gain)을 완벽히 얻을 수 있음을 알 수 있다. 안테나 2를 통해 수신된 신호 y2는 수신 안테나 사이의 간격이 충분히 떨어져 있어 상기 h1과 h2가 완전히 독립적일 시, 상기 h* 1/∥h1∥가 단위 벡터(unitary vector)이므로
Figure 112007073892516-pat00011
와 동일한 성능을 가진다. 즉, 상기 y1과 y2를 결합함으로써, 상기 y1에 의한 2x1 안테나 어레이 이득(antenna array gain)뿐만 아니라 상기 y2에 의한 1x1의 추가적인 파워(power) 및 다이버시티 이득(diversity gain)을 얻을 수 있다. 또한, 수신 안테나 사이의 간격이 가까워 상기 h1과 h2 사이에 상관(correlation)이 존재할 경우, 상기 h2h* 1/∥h1∥가 ∥h1∥에 가까워짐으로써, 부분적인 어레이 이득(array gain)을 추가로 얻을 수 있다. 즉, 상기 EVD와 같이 복잡한 과정의 수행없이 간단한 계산만으로도 충분한 이득을 얻을 수 있는 동시에 수신 안테나간의 상관(correlation)이 클 때나 작을 때 모두 이득을 얻을 수 있는 강건(robust)한 기법이다.
이후, 상기 송신단은 305단계에서 추가적으로 공간 다중화 기법을 적용하여, 송신 신호를 M개의 안테나 소자 수만큼 공간 다중화(spatial multiplexing)하고, 307단계에서 각각의 공간 다중화된 신호에 상기 계산된 빔 형성 가중치 벡터 b를 곱하여 해당 안테나를 통해 출력한다. 즉, 상기 빔 형성 가중치 벡터 b를 이용하여 송신 빔을 형성하고, 상기 형성된 송신 빔의 방향으로 송신 신호를 출력한다. 이후, 상기 송신단은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
이와 같이 공간 다중화 기법을 추가 적용함으로써, 상기 안테나 2에 의해 수신된 신호는 상기의 이득 이외에 추가적인 공간 다중화 이득을 얻을 수 있다. 단말에서 2개의 안테나를 사용하고 기지국에서 2개의 스트림(stream)을 전송하는 공간 다중화(spatial multiplexing) 기법을 지원하는 시스템에서 기지국이 4개의 송신안테나를 사용할 경우, 현재는 802.16e 규격에 나와 있는 순환 지연 다이버시티(Cyclic Delay Diversity : 이하 'CDD'라 칭함)를 이용하여 2개의 스트림을 4개의 안테나를 통해 전송한다. 상기 CDD는 다이버시티 이득(diversity gain)만을 얻을 수 있으나 제안된 빔 형성 기법을 사용하여 2개의 스트림을 4개의 안테나를 통해 전송하면 상기 다이버시티 이득(diversity gain) 외에 어레이 이득(array gain)을 추가로 더 얻을 수 있다.
또한, 기존의 고유 빔 형성(eigen beamforming) 기법의 경우, 4x2 채널에 적용할 시, 가장 좋은 고유 모드(eigen mode) 하나를 선택하여 하나의 스트림을 전송함로써 가장 큰 어레이 이득(array gain)을 얻을 수 있는 반면 공간 다중화 이득(spatial multiplexing gain)은 얻을 수 없다. 상기 기존의 고유 빔 형성 기법과 유사한 방법으로, 두 개의 고유 모드를 선택하여 두 개의 스트림을 전송하는 단일 값 분해(Singular Value Decomposition : 이하 'SVD'라 칭함) 기법은 상기 공간 다중화 이득(spatial multiplexing gain)까지 함께 얻을 수 있으나 SVD를 수행해야하므로 복잡도가 증가하게 된다. 본 발명이 제안하는 방법은 상기 EVD 및 SVD 같은 복잡한 과정을 수행하지 않고도 첫 번째 수신 안테나를 통해 빔 형성에 의한 어레이 이득(array gain)을 얻고, 두 번째 수신 안테나를 통해 공간 다중화 이득(spatial multiplexing gain)을 얻을 수 있는 이점이 있다. 또한, 수신 안테나 하나에 대한 채널 벡터만으로도 빔 형성 가중치 벡터를 계산할 수 있으므로 실제 구현에 용이한 이점이 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는, 채널 메트릭스 H 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터 hbest를 선택(301단계)하고, 상기 선택된 하나의 채널 열벡터 hbest를 이용하여 빔 형성 가중치 벡터 b를 계산(303단계)하는 과정을, 송신단이 수행하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 다른 방법으로 상기 과정(301, 303단계)을 수신단이 수행할 수도 있다. 즉, 수신단이 수신 신호를 이용하여 채널을 추정하고, 상기 추정된 채널 정보를 이용하여 채널 메트릭스 H를 구성하는 채널 벡터(h) 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터를 선택한 후, 상기 선택된 하나의 채널 열벡터를 이용하여 빔 형성 가중치 벡터를 계산하여, 상기 계산된 빔 형성 가중치 벡터를 상기 송신단으로 전송해주면, 상기 송신단이 이를 송신 신호에 곱하여 해당 안테나를 통해 출력할 수 있다.
또 다른 방법으로, 채널 메트릭스 H 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터 hbest를 선택(301단계)하는 과정은, 수신단이 수행하고, 상기 선택된 하나의 채널 열벡터 hbest를 이용하여 빔 형성 가중치 벡터 b를 계산(303단계)하는 과정은, 송신단이 수행할 수도 있다. 즉, 수신단이 수신 신호를 이용하여 채널을 추정하고, 상기 추정된 채널 정보를 이용하여 채널 메트릭스 H를 구성하는 채널 벡터(h) 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터를 선택한 후, 상기 선택된 하나의 채널 열벡터를 상기 송신단으로 전송해주면, 상기 송신단이 상기 선택된 하나의 채널 열벡터를 이용하여 빔 형성 가중치 벡터를 계산하고, 이를 송신 신호에 곱하여 해당 안테나를 통해 출력할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 MIMO TDD 시스템에서 단말이 하나의 송신 안테나를 사용하는 경우를 도시한 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 MIMO 시스템에서 송/수신단의 구성을 도시한 도면, 및
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 시스템의 빔 형성 방법의 절차를 도시한 도면.

Claims (24)

  1. 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output : MIMO) 시스템에서 송신단 또는 수신단의 빔 형성 방법에 있어서,
    채널 메트릭스를 구성하는 채널 열벡터 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터를 선택하는 과정과,
    상기 선택한 채널 열벡터를 이용하여 단위 벡터인 빔 형성 가중치 벡터를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 열벡터는 하기 <수학식 7>을 이용하여 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007073892516-pat00012
    여기서, 상기 hbest는 상기 채널 열벡터를 의미하고, 상기 hi는 N개의 수신 안테나 중 i번째 수신 안테나와 M개의 송신 안테나들 사이의 1xM 채널 벡터를 의미함.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 형성 가중치 벡터는 하기 <수학식 8>을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007073892516-pat00013
    여기서, 상기 b는 상기 빔 형성 가중치 벡터를 의미하고, 상기 hbest는 상기 선택된 채널 열벡터를 의미하며, 상기 *는 공액 전치(conjugate transpose)를 의미함.
  4. 제 1 항에 있어서,
    채널을 추정하여 상기 채널 메트릭스를 획득하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 계산된 빔 형성 가중치 벡터를 송신단으로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    수신단으로부터 채널 정보를 수신하여 상기 채널 메트릭스를 획득하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    송신 신호에 상기 계산된 빔 형성 가중치 벡터를 곱하여 해당 안테나를 통해 출력하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 송신 신호는 안테나 수만큼 공간 다중화(spatial multiplexing)된 신호임을 특징으로 하는 방법.
  9. 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output : MIMO) 시스템의 빔 형성 방법에 있어서,
    수신단이 채널 메트릭스를 구성하는 채널 열벡터 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터를 선택하여 송신단으로 전송하는 과정과,
    상기 송신단이 상기 선택한 채널 열벡터를 이용하여 단위 벡터인 빔 형성 가중치 벡터를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 채널 열벡터는 하기 <수학식 9>를 이용하여 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007073892516-pat00014
    여기서, 상기 hbest는 상기 채널 열벡터를 의미하고, 상기 hi는 N개의 수신 안테나 중 i번째 수신 안테나와 M개의 송신 안테나들 사이의 1xM 채널 벡터를 의미함.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 빔 형성 가중치 벡터는 하기 <수학식 10>을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007073892516-pat00015
    여기서, 상기 b는 상기 빔 형성 가중치 벡터를 의미하고, 상기 hbest는 상기 선택된 채널 열벡터를 의미하며, 상기 *는 공액 전치(conjugate transpose)를 의미함.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 수신단이 채널을 추정하여 상기 채널 메트릭스를 획득하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 송신단이 송신 신호에 상기 계산된 빔 형성 가중치 벡터를 곱하여 해당 안테나를 통해 출력하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 송신 신호는 안테나 수만큼 공간 다중화(spatial multiplexing)된 신호임을 특징으로 하는 방법.
  15. 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output : MIMO) 시스템의 빔 형성 장치에 있어서,
    채널 메트릭스를 구성하는 채널 열벡터 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터를 선택하여 송신단으로 전송하는 수신단과,
    상기 선택된 채널 열벡터를 이용하여 단위 벡터인 빔 형성 가중치 벡터를 계산하는 상기 송신단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 채널 열벡터는 하기 <수학식 11>을 이용하여 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112007073892516-pat00016
    여기서, 상기 hbest는 상기 채널 열벡터를 의미하고, 상기 hi는 N개의 수신 안테나 중 i번째 수신 안테나와 M개의 송신 안테나들 사이의 1xM 채널 벡터를 의미함.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 빔 형성 가중치 벡터는 하기 <수학식 12>를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112007073892516-pat00017
    여기서, 상기 b는 상기 빔 형성 가중치 벡터를 의미하고, 상기 hbest는 상기 선택된 채널 열벡터를 의미하며, 상기 *는 공액 전치(conjugate transpose)를 의미함.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 송신단은,
    송신 신호를 안테나 수만큼 공간 다중화(spatial multiplexing)하고, 각각의 공간 다중호된 신호에 상기 계산된 빔 형성 가중치 벡터를 곱하여 해당 안테나를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output : MIMO) 시스템에서 송신단 또는 수신단의 빔 형성 장치에 있어서,
    채널 메트릭스를 구성하는 채널 열벡터 중 가장 큰 놈(norm)을 가지는 채널 열벡터를 선택하고, 상기 선택한 채널 열벡터를 이용하여 단위 벡터인 빔 형성 가중치 벡터를 계산하는 송신단 또는 수신단과,
    송신 신호에 상기 계산된 빔 형성 가중치 벡터를 곱하여 해당 안테나를 통해 출력하는 상기 송신단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 채널 열벡터는 하기 <수학식 13>을 이용하여 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112007073892516-pat00018
    여기서, 상기 hbest는 상기 채널 열벡터를 의미하고, 상기 hi는 N개의 수신 안 테나 중 i번째 수신 안테나와 M개의 송신 안테나들 사이의 1xM 채널 벡터를 의미함.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 빔 형성 가중치 벡터는 하기 <수학식 14>를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112007073892516-pat00019
    여기서, 상기 b는 상기 빔 형성 가중치 벡터를 의미하고, 상기 hbest는 상기 선택된 채널 열벡터를 의미하며, 상기 *는 공액 전치(conjugate transpose)를 의미함.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 수신단 또는 송신단은,
    채널을 추정하여 또는 상기 수신단으로부터 채널 정보를 수신하여 상기 채널 메트릭스를 획득하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 빔 형성 가중치 벡터를 수신단이 계산한 경우, 상기 수신단은 상기 계산된 빔 형성 가중치 벡터를 송신단으로 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 19 항에 있어서, 상기 송신단은,
    상기 송신 신호에 상기 계산된 빔 형성 가중치 벡터를 곱하기 전에, 상기 송신 신호를 안테나 수만큼 공간 다중화(spatial multiplexing)하는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020070103891A 2006-10-16 2007-10-16 다중 입력 다중 출력 시스템의 빔 형성 장치 및 방법 KR100869070B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20060100229 2006-10-16
KR1020060100229 2006-10-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080034411A KR20080034411A (ko) 2008-04-21
KR100869070B1 true KR100869070B1 (ko) 2008-11-17

Family

ID=39303099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070103891A KR100869070B1 (ko) 2006-10-16 2007-10-16 다중 입력 다중 출력 시스템의 빔 형성 장치 및 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20080089432A1 (ko)
KR (1) KR100869070B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101036960B1 (ko) 2010-04-26 2011-05-25 인하대학교 산학협력단 다중 사용자 ｍｉｍｏ 시스템에서의 데이터스트림 할당 방법 및 장치

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090231196A1 (en) * 2008-03-11 2009-09-17 Huaning Niu Mmwave wpan communication system with fast adaptive beam tracking
CN101729115A (zh) * 2008-10-29 2010-06-09 华为技术有限公司 一种多天线发射方法、装置及系统
EP2652885B1 (en) * 2010-12-17 2019-02-20 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Beamforming method, apparatus for polarized antenna array and radio communication device and system thereof
CN106301514B (zh) * 2015-05-15 2021-01-05 索尼公司 用于无线通信的装置和方法、通信终端
CN107733592B (zh) * 2016-08-10 2020-11-27 华为技术有限公司 传输方案指示方法、数据传输方法、装置及系统
CN107465436A (zh) * 2017-07-04 2017-12-12 西安电子科技大学 毫米波频段大规模mimo系统的低复杂度基站选择方法
CN111786708B (zh) * 2020-07-02 2022-06-07 电子科技大学 大规模mimo系统的联合信道信息获取方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050109789A (ko) * 2004-05-17 2005-11-22 삼성전자주식회사 공간분할다중화/다중입력다중출력 시스템에서의 빔포밍 방법
KR20060077800A (ko) * 2004-12-31 2006-07-05 주식회사 케이티 다중 송수신 안테나 시스템에서의 스케줄링 방법
KR20060089804A (ko) * 2005-02-04 2006-08-09 삼성전자주식회사 다중입출력 시스템을 위한 전송방법
WO2006099348A1 (en) 2005-03-10 2006-09-21 Qualcomm Incorporated Systems and methods for beamforming in multi-input multi-output communication systems

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4604545B2 (ja) * 2004-05-10 2011-01-05 ソニー株式会社 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法ム
KR100950643B1 (ko) * 2004-11-15 2010-04-01 삼성전자주식회사 Ｍｉｍｏ 통신 시스템과 그 시스템에서의 데이터 송수신방법 및 그 장치
US7561632B1 (en) * 2005-04-28 2009-07-14 Qualcomm Incorporated Beamforming techniques for MIMO communication systems
US20070071147A1 (en) * 2005-06-16 2007-03-29 Hemanth Sampath Pseudo eigen-beamforming with dynamic beam selection
US7693551B2 (en) * 2005-07-14 2010-04-06 Broadcom Corporation Derivation of beamforming coefficients and applications thereof
US7710319B2 (en) * 2006-02-14 2010-05-04 Sibeam, Inc. Adaptive beam-steering methods to maximize wireless link budget and reduce delay-spread using multiple transmit and receive antennas
EP1871017A1 (en) * 2006-06-23 2007-12-26 Mitsubishi Electric Information Technology Centre Europe B.V. Method and device for reporting, through a wireless network, a channel state information between a first telecommunication device and a second telecommunication device
US7809074B2 (en) * 2007-03-16 2010-10-05 Freescale Semiconductor, Inc. Generalized reference signaling scheme for multi-user, multiple input, multiple output (MU-MIMO) using arbitrarily precoded reference signals
US7961807B2 (en) * 2007-03-16 2011-06-14 Freescale Semiconductor, Inc. Reference signaling scheme using compressed feedforward codebooks for multi-user, multiple input, multiple output (MU-MIMO) systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050109789A (ko) * 2004-05-17 2005-11-22 삼성전자주식회사 공간분할다중화/다중입력다중출력 시스템에서의 빔포밍 방법
KR20060077800A (ko) * 2004-12-31 2006-07-05 주식회사 케이티 다중 송수신 안테나 시스템에서의 스케줄링 방법
KR20060089804A (ko) * 2005-02-04 2006-08-09 삼성전자주식회사 다중입출력 시스템을 위한 전송방법
WO2006099348A1 (en) 2005-03-10 2006-09-21 Qualcomm Incorporated Systems and methods for beamforming in multi-input multi-output communication systems

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101036960B1 (ko) 2010-04-26 2011-05-25 인하대학교 산학협력단 다중 사용자 ｍｉｍｏ 시스템에서의 데이터스트림 할당 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20080089432A1 (en) 2008-04-17
KR20080034411A (ko) 2008-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100869070B1 (ko) 다중 입력 다중 출력 시스템의 빔 형성 장치 및 방법
KR101408938B1 (ko) 다중 입출력 무선통신 시스템에서 일반화된 아이겐 분석을이용한 빔포밍 장치 및 방법
KR101023366B1 (ko) 빔 포밍 방식을 사용하는 다중 입력 다중 출력 무선 통신시스템에서 신호 송수신 장치 및 방법
KR100850990B1 (ko) Ｍｉｍｏ 시스템에서의 신호 송수신 방법
JP4734210B2 (ja) 無線通信方法
KR101531558B1 (ko) 다중 안테나 시스템에서 빔 형성 장치 및 방법
AU2009201306B8 (en) Method and apparatus for implementing space frequency block coding in an orthogonal frequency division multiplexing wireless communication system
CN101217304B (zh) 一种多子信道的多输入多输出预编码处理方法
KR101083950B1 (ko) 무선 통신 시스템 및 무선 통신 방법과, 무선 통신 장치
KR100961887B1 (ko) 무선 통신 시스템에서 단말의 채널 사운딩 장치 및 방법
KR101631784B1 (ko) 무선 통신 시스템에서의 방법 및 장치
KR100969753B1 (ko) 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 무선 통신시스템에서 사전 부호화 장치 및 방법
US8442139B2 (en) Apparatus and method for transmitting and receiving in a multi-antenna system
KR101591845B1 (ko) 채널 상태 정보를 송신 및 수신하기 위한 시스템
KR101373808B1 (ko) 다중안테나 시스템에서 빔포밍을 고려한 채널품질 정보를 결정하기 위한 장치 및 방법
KR20070032541A (ko) 다중 안테나를 사용하는 무선통신시스템에서 안테나 개수를확장하기 위한 장치 및 방법
US8861629B2 (en) Power allocation of spatial streams in MIMO wireless communication system
JP2006345531A (ja) コードブックに基づく閉ループ方式の多重送受信アンテナシステムにおける送受信装置及び方法
US8472381B1 (en) Methods and apparatus for antenna spoofing
US7839810B2 (en) Transmitter, communication system and communication method
CN105245310A (zh) 一种下行导频信号的处理方法及系统
CN102007704B (zh) 在无线通信系统中发射导频信号的装置和方法
KR101124338B1 (ko) 다중입출력 통신 시스템을 위한 데이터 전송 방법
JPWO2007058264A1 (ja) 送信装置、ｍｉｍｏ通信システム及び送信ダイバーシチ方法
JP5208453B2 (ja) 通信装置、及び送信レート設定方法

Legal Events

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

Payment date: 20121030

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131030

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141030

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151029

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161028

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee