KR100929853B1 - 다중 안테나 시스템에서 송신 스트림 수 및 사용자 선택장치 및 방법 - Google Patents

다중 안테나 시스템에서 송신 스트림 수 및 사용자 선택장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100929853B1
KR100929853B1 KR1020070040492A KR20070040492A KR100929853B1 KR 100929853 B1 KR100929853 B1 KR 100929853B1 KR 1020070040492 A KR1020070040492 A KR 1020070040492A KR 20070040492 A KR20070040492 A KR 20070040492A KR 100929853 B1 KR100929853 B1 KR 100929853B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
users
user
streams
stream
tree search
Prior art date
Application number
KR1020070040492A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070105284A (ko
Inventor
정영호
장용업
유철우
김동호
정진곤
이용훈
Original Assignee
삼성전자주식회사
한국과학기술원
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, 한국과학기술원 filed Critical 삼성전자주식회사
Publication of KR20070105284A publication Critical patent/KR20070105284A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100929853B1 publication Critical patent/KR100929853B1/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
    • H04B7/0697—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
    • 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
    • H04B7/0452—Multi-user MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • 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
    • 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
    • H04B7/0632—Channel quality parameters, e.g. channel quality indicator [CQI]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2626—Arrangements specific to the transmitter only

Abstract

본 발명은 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 전체 사용자들의 채널 상태 정보를 이용하여 상기 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 사용자들을 선택하는 과정과, 트리 검색(Tree Search)을 이용하여 상기 선택된 사용자들 각각에 할당할 송신 스트림(Stream) 수를 결정하는 과정을 포함하여, 상기 다중 사용자 다중 안테나 시스템의 용량을 증대시키고, 복잡도를 줄일 수 있는 이점이 있다.
MIMO시스템, 송신 스트림, 다중 사용자, SINR, 공간 분할 다중접속(SDMA)

Description

다중 안테나 시스템에서 송신 스트림 수 및 사용자 선택 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ADAPTIVE RANK AND USER SELECTION IN MIMO SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 사용자 및 송신 스트림 수를 선택하기 위한 장치의 상세 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 사용자 및 송신 스트림 수를 결정하기 위한 절차를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 Top-Down 방식의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Top-Down 방식의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 Bottom-Up 방식의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 및 송신 스트림 수를 결정하는 성능 그래프,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사용자 및 송신 스트림 수를 결정하는 성능 그래프,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사용자 및 송신 스트림 수를 결정하는 성능 그래프, 및
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사용자 및 송신 스트림 수를 결정하는 성능 그래프.
본 발명은 다중 안테나 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 용량 증대를 위해 공간 분할 다중 접속(Spatial Division Multiple Access : 이하, SDMA라 칭함)을 수행하기 위한 사용자 및 송신 스트림(Stream)의 수를 선택하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 무선 멀티미디어 서비스의 사용이 급증하면서 대용량의 데이터를 무선채널을 이용하여 고속으로 전송해야하는 필요성이 증대되고 있다. 따라서, 이동 채널 및 무선 채널을 통한 대용량의 데이터를 전송하기 위한 연구가 진행되고 있다. 상기 대용량의 데이터를 전송하기 위한 연구 중 하나로 다중 안테나 시스템(예 : MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템)이 연구되고 있다.
상기 MIMO시스템은 송수신단에서 다중 안테나를 사용하는 시스템으로 단일 안테나를 사용하는 시스템에 비해 추가적인 주파수나 송신 전력을 사용하지 않고 전송 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 MIMO시스템은 다중 사용자를 지원할 수 있다.
상기 다중 사용자 환경의 MIMO시스템은 DPC(Dirty Paper Coding)방식을 이용하여 용량(Capacity)을 최대화시킬 수 있다. 하지만, 상기 DPC방식은 구현상의 복잡도가 높기 때문에 상기 DPC 방식을 이용하여 상기 MIMO 시스템을 구현하기가 불가능하다. 따라서, 상기 MIMO 시스템은 시간 및 주파수 대역에서 여러 사용자가 동시에 접속시켜 용량을 증대시킬 수 있는 SDMA방식을 사용한다.
상기 다중 사용자 환경의 MIMO시스템이 상기 SDMA방식을 사용하는 경우, 상기 MIMO 시스템은 사용자별 송신 스트림(Stream) 수를 고정하고, 상기 다중 사용자들의 채널 용량에 따라 상기 SDMA를 수행할 사용자를 선택하여 상기 SDMA를 수행할 수 있다. 또한, 상기 MIMO 시스템은 상기 SDMA를 수행할 사용자를 고정하고 사용자별 송신 스트림 수를 선택하여 상기 SDMA을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 MIMO 시스템에서 상기 SDMA를 수행할 사용자를 선택하는 경우, 상기 각 사용자별 송신 스트림 수는 고정되므로 사용자별 송신 스트림 수를 선택함으로써 얻을 수 있는 다이버시티(Diversity) 효과를 얻을 수 없는 단점이 있다.
또한, 상기 MIMO 시스템에서 상기 각 사용자별 송신 스트림 수를 선택하는 경우, 상기 SDMA를 수행할 사용자는 고정되므로 다중 사용자 다이버시티 효과를 얻을 수 없는 단점이 있다.
상술한 바와 같이 상기 SDMA 방식을 사용하는 MIMO시스템에서 발생하는 문제점을 해결하기 위해 상기 MIMO 시스템은 상기 SDMA를 수행하기 위한 사용자와 각 사용자별 송신 스트림 수를 모두 선택하여 상기 SDMA를 수행할 수 있다.
이 경우, 상기 MIMO 시스템은, 전체 사용자들의 조합들과 각 사용자에게 할당가능한 스트림 조합들의 용량을 모두 비교하여 최적의 SDMA를 수행할 사용자들과 각 사용자의 스트림 수를 선택하여 상기 SDMA를 수행한다. 따라서, 상기 MIMO 시스템은 상기 전체 사용자 수와 사용 가능한 스트림의 수에 따라 복잡도가 기하급수적으로 증가하는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 용량을 증대시키기 위해 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 사용자와 각 사용자별 스트림 수를 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 사용자와 각 사용자별 스트림 수를 선택하기 위한 복잡도를 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 방법은, 전체 사용자들의 채널 상태 정보를 이용하여 상기 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 사용자들을 선택하는 과정과, 트리 검색(Tree Search)을 이용하여 상기 선택된 사용자들 각각에 할당할 송신 스트림(Stream) 수를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 송신 장치는, 전체 사용자들의 채널 정보를 이용하여 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 사용자들을 선택하는 사용자 선택부와, 트리 검색(Tree Search)을 통해 상기 선택된 사용자별 송신 스트림(Stream)의 수를 결정하는 스트림 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 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 다중 사용자(Multi-User) 환경의 다중 안테나 시스템에서 용량 증대를 위해 공간 분할 다중 접속(Spatial Division Multiple Access : 이하, SDMA라 칭함) 방식을 수행하기 위한 사용자와 사용자별 송신 스트림(Stream) 수를 선택하기 위한 기술에 대해 설명한다.
이하 설명은 상기 다중 안테나 시스템에서 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하, MIMO라 칭함)시스템을 예를 들어 설명하지만, 다른 다중 안테나 시스템에도 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 이하 설명에서 모든 사용자들은 동일한 개수의 수신안테나를 사용하는 것으로 가정하여 설명한다.
상기 다중 사용자 환경의 MIMO 시스템은 하기 도 1과 같이 구성된다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템의 블록 구성을 도시하고 있다. 이하 설명은 K명의 사용자가 각각 NR ,K개의 수신 안테나를 구비하여 상기 SDMA 방식으로 NT개의 송신 안테나를 구비하는 기지국(100)과 통신하는 것으로 가정하여 설명한다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이 상기 MIMO시스템의 기지국(100)은 전체 사용자 N명 중 K명의 사용자를 선택하여 상기 사용자들과 통신을 수행한다. 즉, 상기 기지국(100)은 전송 제어부(110)를 이용하여 SDMA를 수행할 사용자와 각 사용자별 송신 스트림의 수를 결정한다.
상기 전송 제어부(110)는 상기 전체 사용자들(N명)의 하향링크 채널 정보를 이용하여 상기 SDMA를 수행할 사용자(K명) 및 사용자별 송신 스트림의 수를 결정한다. 여기서, 상기 전송 제어부(110)는 각각의 사용자들이 피드백하는 하향링크 채널을 이용한다. 만일 상기 MIMO시스템이 시분할 복신(TDD : Time Division Dulplex)방식을 사용하는 경우, 상기 전송 제어부(110)는 상기 사용자들로부터 수 신되는 상향링크 신호를 이용하여 상기 하향링크 채널을 추정할 수 있다.
이후, 상기 기지국(100)은 상기 결정된 사용자 및 사용자별 송신 스트림 수를 이용하여 상기 SDMA를 수행하기 위해 각 사용자별 SDMA 가중치를 생성한다. 여기서, 상기 기지국(100)은 상기 각 사용자의 하향링크 채널(=MIMO채널)정보를 이용하여 하기 <수학식 1>과 같은 SDMA 가중치를 생성한다.
Figure 112007031351453-pat00001
여기서, 상기 Wm은 m번째 사용자의 SDMA 가중치를 나타내고, 상기 K는 SDMA를 수행하기 위해 선택된 사용자들의 수를 나타내며, 상기 NT는 상기 기지국(100)의 송신 안테나 수를 나타내고, 상기 Lm은 m번째 사용자의 스트림 개수를 나타낸다. 또한, 상기 N(A)는 행렬 A를 널(Null Space)로 형성하기 위한 함수를 나타내고, 상기
Figure 112007031351453-pat00002
는 하기 <수학식 2>와 같이 상기 m번째 사용자의 MIMO채널을 제외한 전체 채널 행렬을 나타낸다.
Figure 112007031351453-pat00003
여기서, 상기 Um은 상기 m번째 사용자의 MIMO채널(Hm)의 SVD(Singular Value Decomposition)를 수행하는 경우, 상기 Hm의 왼쪽 SVD행렬을 나타내고, 상기 U(1:L) 은 행렬 U의 1번째 열부터 L번째 열까지의 부분행렬을 나타낸다. 즉, 상기 행렬 U를 사용하는 사용자에 할당된 스트림 개수를 나타낸다. 또한, 각 사용자의 하향링크 채널(=MIMO채널) 정보는 H1, …, HK로 표현되며, 상기 각 MIMO채널은 NR ,K×NT의 행렬(Complex matrix) 형태로 이루어진다.
상기 기지국(100)은 상기 <수학식 1>과 같이 생성한 각 사용자별 SDMA 가중치를 각각의 사용자로 전송하기 위한 데이터에 적용한다. 이후, 상기 기지국(100)은 상기 각 사용자별로 SVD 가중치를 생성하여 상기 데이터에 적용한다(Pre-Processing). 즉, 상기 기지국(100)은 상기 SDMA 가중치와 SVD 가중치가 적용된 데이터를 각각의 사용자들에게 전송한다.
상기 선택된 K명의 사용자들은 상기 기지국(100)으로부터 다른 사용자의 신호가 제거된 신호를 수신받기 때문에 하기 <수학식 4>와 같이 SVD 가중치를 생성 및 적용(Post Processing)하여 데이터를 복원할 수 있다. 다시 말해, 상기 기지국(100)은 상기 <수학식 1>과 같은 SDMA 가중치를 적용하여 각 사용자들간의 간섭을 제거하여 데이터를 전송한다. 이때, 상기 <수학식 1>은 하기 <수학식 3>과 같은 성질을 갖는다.
Figure 112007031351453-pat00004
여기서, 상기 Un은 상기 n번째 사용자의 MIMO채널(Hn)의 SVD(Singular Value Decomposition)를 수행하는 경우, 상기 Hn의 왼쪽 SVD행렬을 나타내고, 상기 Wm은 상기 m번째 사용자의 가중치 행렬을 나타낸다.
상기 <수학식 3>에 나타난 바와 같이 상기 m번째 사용자는 상기 m번째 사용자의 SDMA 가중치를 적용한 데이터 이외의 다른 사용자의 SDMA 가중치가 적용된 데이터들이 수신하면 0으로 인식한다.
따라서, 상기 각 사용자들로 수신된 신호는 하기 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007031351453-pat00005
여기서, 상기 Um은 상기 m번째 사용자의 MIMO채널(Hm)의 SVD(Singular Value Decomposition)를 수행하는 경우, 상기 Hm의 왼쪽 SVD행렬을 나타내고, 상기 A(1:L)은 행렬 A의 1번째 열부터 L번째 열까지의 부분행렬을 나타낸다. 즉, 상기 행렬 A를 사용하는 사용자의 스트림 개수를 나타낸다. 또한, 상기
Figure 112007031351453-pat00006
과
Figure 112007031351453-pat00007
는 각각 상기
Figure 112007031351453-pat00008
의 SVD를 수행하는 경우, 왼쪽 SVD행렬과 오른쪽 SVD행렬을 나타낸다. 이때, 상기
Figure 112007031351453-pat00009
는 상기 기지국(100)에서 수행되는 SVD연산(Pre-processing)을 나타내고, 상기
Figure 112007031351453-pat00010
는 상기 각각의 사용자 즉 수신단에서 수행되는 SVD연산(Post-Processing)을 나타낸다.
상기 <수학식 4>는 상기 <수학식 3>과 같은 상기 SDMA 가중치의 성질에 의해 다시 하기 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007031351453-pat00011
여기서, 상기 Rm은 상기
Figure 112007031351453-pat00012
는 상기 각각의 사용자 즉 수신단에서 수행되는 SVD연산(Post-Processing)을 나타내고, 상기 Tm은 상기
Figure 112007031351453-pat00013
는 상기 기지국(100)에서 수행되는 SVD연산(Pre-Processing)을 나타낸다.
상기 <수학식 5>에 도시된 바와 같이 상기 선택된 K명의 사용자들은 다른 사용자들의 신호의 간섭없이 해당 사용자의 데이터만을 복원할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 사용자 및 송신 스트림 수를 선택하기 위한 장치의 상세 블록 구성을 도시하고 있다. 이하 설명은, 상기 도 1의 전송 제어부(110)의 상세 블록구성을 도시하고 있다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전송 제어부(110)는 피드백 정보 수신부(201), 사용자 선택부(203), 스트림 결정부(205) 및 스트림 결정 제어부(207)를 포함하여 구성된다.
상기 피드백 정보 수신부(201)는 모든 사용자들로부터 피드백되는 채널 정보 를 이용하여 각 사용자들의 평균 신호대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio : 이하, SINR이라 칭함)를 확인한다. 이때, 상기 피드백 정보 수신부(201)는 상기 SDMA를 수행하기 위해 선택된 사용자들뿐만 아니라 선택되지 않은 사용자들의 채널 정보를 모두 수신받는다. 또한, 상기 피드백 정보 수신부(201)는 상기 모든 사용자들로부터 상기 SINR정보를 피드백 받을 수도 있다.
상기 사용자 선택부(203)는 상기 피드백 정보 수신부(201)로부터 제공받은 각 사용자들의 SINR에 따라 모든 사용자들을 내림차순으로 정렬한다. 이후, 상기 사용자 선택부(203)는 상기 정렬된 모든 사용자들 중 가장 큰 SINR을 갖는 사용자부터 SINR의 차가 미리 정해진 기준 값(g) 이내인 사용자들을 선택하여 사용자 집합을 생성한다. 여기서, 상기 사용자 선택부(203)는 상기 SINR을 이용하여 사용자 집합을 생성하는 것을 예를 들어 설명하지만, 채널 용량, 채널 특성 값(eigen value)의 평균, 최대 특성 값 등을 이용하여 상기 사용자 집합을 생성할 수 있다.
상기 스트림 결정부(205)는 상기 스트림 결정 제어부(207)의 제어에 따라 트리 검색(Tree Search)을 통해 상기 사용자 선택부(203)에서 생성된 사용자 집합에 포함되는 사용자들 각각에 할당할 송신 스트림의 수를 결정한다. 다시 말해, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 사용자 집합에 포함되는 사용자들에게 할당가능한 전체 송신 스트림의 개수와 상기 선택된 사용자의 수에 대한 조합 가능한 모든 스트림 개수 조합을 생성한다. 이후, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 스트림 개수 조합에 대해 트리 검색(Tree Search)을 수행하여 전송 용량이 가장 좋은 스트림 개수 조합을 선택한다. 여기서, 상기 트리 검색은 상기 조합들을 상기 선택된 사용자들에게 순차적으로 적용하여 가장 좋은 스트림 개수 조합을 선택하는 방식으로 T-D(Top-Down)방식과 B-U(Bottom-Up)방식을 포함한다. 예를 들어, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 스트림 결정 제어부(207)의 제어에 따라 T-D(Top-Down)방식을 이용하여 사용자별 스트림의 개수를 결정할 수 있다. 이 경우, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 사용자 집합에 포함되는 사용자들에게 할당할 수 있는 최대 스트림 개수를 할당한다. 이후, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 사용자 집합에 포함되는 사용자들에게 할당된 스트림 수를 하나씩 줄여가면서 전송 용량이 최대가 되는 스트림 수를 결정한다.
또한, 상기 스크림 결정부(205)는 상기 스트림 결정 제어부(207)의 제어에 따라 B-U(Bottom-Up)방식을 이용하여 사용자별 스트림의 개수를 결정할 수 있다. 이 경우, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 사용자 집합에 포함된 사용자들에게 스트림을 할당하지 않고, 상기 스트림을 하나씩 할당하면서 전송 용량이 최대가 되는 스트림 수를 결정한다.
상기 스트림 결정 제어부(207)는 상기 사용자 선택부(203)에서 생성된 사용자 집합에 포함되는 사용자들의 수에 따라 상기 스트림 결정부(205)에서 사용자별 스트림을 결정하기 위한 스트림 결정 방식(예 : T-D방식, B-U방식)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 스트림 결정 제어부(207)는 하기 <수학식 6>을 이용하여 상기 스트림 결정 방식을 결정한다.
Figure 112007031351453-pat00014
여기서, 상기 W는 상기 사용자 집합에 포함되는 사용자 수를 나타내고, 상기 NT는 상기 기지국의 송신 안테나 수를 나타내며, 상기 NR은 각 사용자의 수신 안테나의 수를 나타낸다. 즉, 상기 NT/NR은 상기 기지국의 송신 안테나의 수와 각 사용자의 수신 안테나의 수의 비를 나타낸다. 만일, 상기 사용자들의 수신 안테나 수가 각 사용자마다 다른 경우 상기 NR은 상기 사용자 집합에 포함된 사용자들의 수신 안테나 수의 평균값, 최소값, 최대값 중 하나로 정해진다.
또한, 상기
Figure 112007031351453-pat00015
는 A값을 올림, 반올림, 내림을 수행하기 위한 수식을 나타내고, 상기 α는 상기 스트림 결정 방식들의 우선도를 조절하는 계수를 나타낸다. 예를 들어, 상기 α값이 클수록 상기 T-D 방식에 대한 우선도가 높아진다. 만일, 상기 α가 1인 경우, 상기 B-U방식과 T-D방식의 우선도는 동일하다.
상기 <수학식 6>과 같이 상기 사용자 집합에 포함된 사용자들의 수가 상기
Figure 112007031351453-pat00016
보다 작거나 같을 경우, 상기 스트림 결정 제어부(207)는 상기 스트림 결정방식으로 T-D방식을 선택한다. 또한, 상기 사용자 집합에 포함된 사용자들의 수가 상기
Figure 112007031351453-pat00017
보다 클 경우, 상기 스트림 결정 제어부(207)는 상기 스트림 결정방식으로 B-U방식을 선택한다.
상술한 실시 예에서 상기 스트림 결정 제어부(207)는 상기 스트림 결정방식을 결정하기 위해 상기 사용자 집합에 포함된 사용자 수와 상기 기지국의 송신 안테나의 수와 각 사용자의 수신 안테나의 수의 비를 비교하였다. 이때, 상기 스트림 결정 제어부(207)는 상기 기지국과 송신 안테나의 수와 각 사용자의 수신 안테나의 수의 비 이외에도 다른 기준 값을 이용하여 스트림 결정 방식을 결정할 수 있다.
또한, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 T-D방식과 B-U 방식을 모두 이용하여 두 가지 후보 스트림을 결정한 후 기대 성능이 높은 스트림 수를 선택할 수도 있다.
이하 설명은 상기 도 1에 도시된 바와 같이 구성되는 다중 사용자 환경의 MIMO시스템에서 상기 SDMA를 수행하기 위한 사용자 및 사용자별 스트림 수를 결정하기 위한 방법에 대해 설명한다. 다시 말해, 상기 기지국(100)의 전송 제어부(110)에서 상기 SDMA를 수행하기 위한 사용자 및 사용자별 스트림 수를 결정하기 위한 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 사용자 및 송신 스트림 수를 결정하기 위한 절차를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면 먼저 상기 전송 제어부(110)는 301단계에서 상기 전체 사용자들로부터 피드백 신호가 수신되는지 확인한다. 이때, 상기 전송 제어부(110)는 각각의 사용자들의 피드백 신호에서 하향링크 채널 정보를 확인한다. 만일 상기 MIMO시스템이 시분할 복신(TDD : Time Division Dulplex)방식을 사용하는 경우, 상 기 전송 제어부(110)는 상기 사용자들로부터 수신되는 상향링크 신호를 이용하여 상기 하향링크 채널을 추정할 수 있다.
상기 전체 사용자들의 채널 정보를 확인하면, 상기 전송 제어부(110)는 303단계로 진행하여 상기 전체 사용자들의 채널 정보에 포함된 각 사용자들의 평균 SINR을 확인한다. 이후, 상기 전송 제어부(110)는 상기 확인된 평균 SINR을 이용하여 전체 사용자들을 내림차순으로 정렬한다. 여기서, 상기 전송 제어부(110)는 SINR을 이용하여 상기 사용자를 선택하는 것으로 예를 들어 설명한다. 하지만, 상기 전송 제어부(110)는 채널 용량, C/R(Carrier to Interference Ratio), 채널 특성 값(eigen value)의 평균, 최대 특성 값 등을 이용하여 상기 사용자들을 선택할 수 있다.
상기 전체 사용자들을 내림차순으로 정렬한 후, 상기 전송 제어부(110)는 305단계로 진행하여 상기 정렬된 전체 사용자들 중 SINR이 가장 큰 사용자부터 SINR의 차가 미리 정해진 기준 값 이내인 사용자들을 선택하여 사용자 조합을 생성한다.
이후, 상기 전송 제어부(110)는 307단계로 진행하여 상기 사용자 집합에 포함된 사용자들의 수(w)와 상기 기지국의 송신 안테나(NT)의 수와 각 사용자의 수신 안테나의 수(NR)를 이용하여 사용자별 할당할 스트림의 개수를 결정하기 위한 트리 검색 방식을 결정한다. 즉, 상기 전송 제어부(110)는 상기 <수학식 6>과 같이 상기 사용자 집합에 포함된 사용자들의 수와 상기 기지국의 송신 안테나의 수와 각 사용 자의 수신 안테나의 수의 비(
Figure 112007031351453-pat00018
)를 비교하여, 사용자별 할당할 스트림의 개수를 결정하기 위한 트리 검색 방식을 결정한다.
만일, 상기 w가
Figure 112007031351453-pat00019
보다 작거나 같을 경우( w ≤
Figure 112007031351453-pat00020
), 상기 전송 제어부(110)는 309단계로 진행하여 T-D방식을 사용하여 각 사용자에 할당할 송신 스트림의 개수를 결정한다. 예를 들어, 상기 T-D방식을 사용하는 경우, 상기 전송 제어부(110)는 상기 사용자 조합에 포함된 사용자들에게 할당할 수 있는 최대 스트림의 개수를 할당한다. 이후, 상기 전송 제어부(110)는 상기 할당된 스트림 수를 하나씩 줄여가면서 전송 용량(Capacity)이 최대가 되는 스트림 수를 결정한다. 여기서, 상기 최적의 스트림의 개수를 선택하기 위해 상기 전송 용량뿐만 아니라 SINR 또는 비트 에러율(BER : Bit Error Rate), C/R(Carrier to Interference Ratio), 상호 에러율(Pair Wise Error Probaiblity), 전송률(Transmission rate)을 이용할 수도 있다.
이후, 상기 전송 제어부(110)는 본 알고리즘을 종료한다.
한편, 상기 w가
Figure 112007031351453-pat00021
보다 클 경우( w >
Figure 112007031351453-pat00022
), 상기 전송 제어부(110)는 311단계로 진행하여 B-U방식을 사용하여 각 사용자에 할당할 송신 스트림의 개수를 결정한다. 예를 들어, B-U방식을 사용하는 경우, 상기 전송 제어부(110)는 상기 사용자 조합에 포함되는 사용자들에게 스트림을 할당하지 않은 상태에서, 상기 스트림의 개수를 하나씩 할당하면서 전송 용량이 최대가 되는 스트림 수를 결정한다. 여기서, 상기 최적의 스트림의 개수를 선택하기 위해 상기 전송 용 량뿐만 아니라 전송 데이터율, SINR, 비트 에러율(BER : Bit Error Rate), 상호 에러율(Pair Wise Error Probaiblity)을 이용할 수도 있다.
이후, 상기 전송 제어부(110)는 본 알고리즘을 종료한다.
상술한 실시 예는 상기 전송 제어부(110)에서 상기 사용자 집합에 포함된 사용자 수(W)와 상기 기지국의 송신 안테나(NT)의 수와 각 사용자의 수신 안테나의 수(NR)의 비(
Figure 112007031351453-pat00023
)를 비교하여 사용자별 스트림의 개수를 결정하기 위한 트리 검색 방식을 선택한다. 이때, 상기 전송 제어부(110)는 상기 w와
Figure 112007031351453-pat00024
를 비교하지 않고 T-D방식 또는 B-U방식의 구별 없이 하나의 방식으로 고정하여 트리 검색을 수행할 수도 있다. 또한, 상기 전송 제어부(110)는 상기 T-D방식과 B-U방식을 모두 이용하여 후보 스트림의 수를 결정한 후 기대 성능이 더 좋은 스트림 수를 선택할 수도 있다.
상술한 바와 같이 상기 다중 사용자 환경의 MIMO시스템에서 전체 사용자들의 SINR을 이용하여 상기 SDMA를 수행할 사용자들을 선택한 후, 상기 선택된 사용자들의 수에 따라 상기 각 사용자에 할당할 스트림의 개수를 결정하는 방식이 결정된다. 이하 도 4, 도 5, 도 6은 상기 선택된 사용자의 수에 따라 각 사용자에 할당할 스트림의 개수를 결정하는 방식을 예를 들어 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 Top-Down 방식의 동작 절차를 도시하고 있다. 이하 설명은 상기 기지국이 4개의 송신 안테나를 구비하고 각각의 사용자는 2 개의 수신안테나를 구비하며, α는 1일 때 채널 상태(SINR)가 가장 좋은 사용자 5와 사용자 6의 두 명의 사용자가 선택되는 것으로 가정하여 설명한다.
상기 도 4에 도시된 바와 같이 상기 MIMO 시스템은 상기 선택된 사용자가 2명이고 상기 송신 안테나와 수신 안테나의 수의 비(
Figure 112007031351453-pat00025
)가 2이므로 T-D방식을 사용한다.
상기 T-D방식을 사용하기 때문에 상기 스트림 결정부(205)는 먼저 상기 선택된 각각의 사용자에게 할당할 수 있는 최대 스트림 개수를 할당하고 전송 용량(M0)을 산출한다(401단계). 예를 들어, 송신 안테나가 4개이고 두 명의 사용자가 선택되었으므로 각 사용자에게 최대 2개씩의 스트림(2, 2)을 할당할 수 있다.
이후, 상기 스트림 결정부(205)는 전체 할당된 스트림의 개수를 하나 줄여 각각의 사용자에게 스트림을 할당할 수 있는 모든 경우의 전송 용량을 산출하여 가장 큰 전송 용량(M1)을 선택한다.
상기 M1을 선택한 후, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 M1과 하여 상기 M0와 비교한다(403단계). 예를 들어, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 사용자 5와 사용자 6에 각각 1개와 2개의 스트림을 할당하는 경우의 전송 용량(M1 ,1)과 상기 스트림을 각각 2개와 1개를 할당하는 경우의 전송 용량(M1,2)를 산출하여 가장 큰 전송 용량(예 : M1,2)를 선택한다. 이후, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 선택된 M1 ,2(= M1)와 M0를 비교한다.
만일, 상기 M1이 상기 M0보다 작거나 같을 경우(M1 ≤ M0), 상기 스트림 결정부(205)는 상기 M0의 전송 용량을 갖는 스트림 개수를 상기 선택된 사용자에게 할당한다.
한편, 상기 M1이 상기 M0보다 클 경우(M1 > M0), 상기 스트림 결정부(205)는 전체 할당된 스트림의 개수를 하나 더 줄여 각각의 사용자에게 스트림을 할당할 수 있는 모든 경우의 전송 용량(예 : M2 ,1, M2 ,2)을 산출하여 가장 큰 전송 용량(M2)을 선택한다. 이후, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 M2와 상기 M1과 비교한다(405단계).
상술한 바와 같이 상기 스트림 결정부(205)는 T-D방식을 사용하여 상기 선택된 사용자들에 할당된 전체 스트림의 개수를 하나씩 줄이면서 전송 용량이 최대인 스트림 개수 조합을 확인하여 사용자별 스트림의 개수를 결정한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Top-Down 방식의 동작 절차를 도시하고 있다. 이하 설명은 상기 기지국이 3개의 송신 안테나를 구비하고 각각의 사용자는 2개의 수신안테나를 구비하며, α가 1일 때 채널 상태(SINR)가 가장 좋은 사용자 3과 사용자 4의 두 명의 사용자가 선택되는 것으로 가정하여 설명한다.
상기 도 5에 도시된 바와 같이 상기 MIMO 시스템은 상기 선택된 사용자가 2명이고 상기 송신 안테나와 수신 안테나의 수의 비(
Figure 112007031351453-pat00026
)가 2이므로 T-D방식을 사용한다.
상기 선택된 사용자들에 할당할 스트림의 개수를 결정하는 방식이 상기 도 4와 동일하게 T-D방식을 사용하므로 이하 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이 상기 MIMO 시스템에서 T-D방식을 이용하여 SDMA를 수행할 사용자들의 스트림 개수를 결정하는 경우, 상기 MIMO 시스템은 상기 SDMA를 수행하기 위해 선택한 사용자들 각각에 초기 스트림 할당 값으로 최대 스트림 수를 할당한다. 이때, 상기 MIMO 시스템은 상기 각 사용자들로 할당하는 스트림 수의 합이 송신 안테나의 수보다 크지 않도록 한다. 만일, 송신 안테나의 수가 SDMA를 수행하기 위해 선택한 사용자들로 할당가능한 최대 스트림 수의 합보다 작은 경우, 상기 MIMO 시스템은 상기 사용자들로 할당한 스트림 수의 합이 상기 송신 안테나 수와 동일한 조합들 중 최대 성능(예 : 전송 용량)을 갖는 조합을 선택하여 각각의 사용자들로 초기 스트림을 할당한다. 예를 들어, 상기 도 5에서 상기 사용자 3과 사용자 4에 각가가 최대 2개의 스트림을 할당할 수 있는 경우, 상기 송신 안테나 수가 3이므로 상기 MIMO 시스템은 상기 사용자들로 (2,1)또는 (1,2)의 스트림을 초기할당할 수 있다. 따라서, 상기 MIMO 시스템은 상기 (2,1)과 (1,2)로 스트림을 할당할 경우, 성능(예 : 전송 용량)이 더 좋은 조합을 선택하여 상기 사용자들로 초기 스트림을 할당한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 Bottom-Up 방식의 동작 절차를 도시하고 있다. 이하 설명은 상기 기지국이 3개의 송신 안테나를 구비하고 각각의 사용자는 2개의 수신안테나를 구비하며, α가 1일 때 채널 상태(SINR)가 가장 좋은 사용자 3, 사용자 4 및 사용자 5 즉, 세 명의 사용자가 선택되는 것을 가정하여 설명한다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이 상기 MIMO 시스템은 상기 선택된 사용자가 3명이고 상기 송신 안테나와 수신 안테나의 수의 비(
Figure 112007031351453-pat00027
)가 2이므로 B-U방식을 사용한다.
상기 B-U방식을 사용하기 때문에 상기 스트림 결정부(205)는 먼저 상기 선택된 각각의 사용자에게 스트림을 할당하지 않은 상태에서 전송 용량(M0)을 산출한다(601단계).
이후, 상기 스트림 결정부(205)는 전체 할당된 스트림의 개수를 하나 늘려 각각의 사용자에게 스트림을 할당할 수 있는 모든 경우의 전송 용량을 산출하여 가장 큰 전송 용량(M1)을 선택한다.
상기 M1을 선택한 후, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 M1과 상기 M0와 비교한다(603단계). 예를 들어, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 선택된 세 명의 사용자 전체에 한 개의 스트림을 할당하므로 상기 한 개의 스트림을 할당할 수 있는 모든 조합(예 : (1,0,0),(0,1,0),(0,0,1))에 대한 전송 용량을 산출한다. 이후, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 산출된 전송 용량을 가장 큰 전송 용량(M1)을 선택하여 상기 M0와 비교한다.
만일, 상기 M1이 상기 M0보다 작거나 같을 경우(M1 ≤ M0), 상기 스트림 결정부(205)는 상기 M0의 전송 용량을 갖는 스트림 개수를 상기 선택된 사용자에게 할당 한다. 즉, 상기 선택된 사용자들에게 스트림을 할당하지 않는다.
한편, 상기 M1이 상기 M0보다 클 경우(M1 > M0), 상기 스트림 결정부(205)는 전체 할당된 스트림의 개수를 하나 더 늘려 각각의 사용자에게 스트림을 할당할 수 있는 모든 조합의 전송 용량을 산출한다. 이후, 상기 스트림 결정부(205)는 상기 산출된 전송 용량들 중 가장 큰 전송 용량(M2)을 선택하여 상기 M1과 비교한다(605단계).
상술한 바와 같이 상기 스트림 결정부(205)는 B-U방식을 사용하여 상기 선택된 사용자들에 할당된 전체 스트림의 개수를 하나씩 늘리면서 전송 용량이 최대인 스트림 개수 조합을 확인하여 사용자별 스트림의 개수를 결정한다.
상술한 바와 같이 상기 다중 사용자 환경의 MIMO시스템에서 상기 SDMA를 수행할 사용자 및 사용자별 스트림의 개수를 결정하여 전송 용량을 증대시킨다. 이때, 상기 MIMO 시스템은 각 사용자들의 평균 SINR을 이용하여 상기 SDMA를 수행하기 위한 사용자들을 선택 후, 상기 선택된 사용자들이 전송 용량이 최대인 스트림의 개수를 결정하므로 써 복잡도를 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 MIMO시스템에서 SDMA를 수행하기 위해 본 발명과 같이 상기 사용자 및 사용자별 스트림의 수를 결정하면 하기 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 채널용량을 증대시키며, 복잡도를 줄일 수 있다. 이하 설명에서 전체 검색은 모든 사용자의 조합 및 모든 스트림 개수 조합을 검색하여 최적의 사용자와 사용자별 스트림의 개수를 선택 하는 방식을 의미한다. 또한, TDMA(Time Division Multiple Access)는 각 시간구간을 설정하여 시간구간 동안 채널 상태가 가장 좋은 사용자를 선택하여 통신을 수행하는 방식을 의미한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 및 송신 스트림 수를 결정하는 성능 그래프를 나타낸다. 이하 설명은 상기 기지국이 4개의 송신 안테나를 구비하고 각각의 사용자는 2개의 수신안테나를 구비하며, SINR의 차가 0dB인 두 명의 사용자가 선택되는 것을 가정하여 설명한다.
상기 도 7을 참조하면 상기 도 7의 (a)는 본 발명에 따른 전송 용량 그래프를 나타내고, 상기 도 7의 (b)는 본 발명에 따른 복잡도 변화 그래프를 나타낸다.
따라서, 상기 도 7의 (a)에서 가로축은 수신 안테나당 SNR을 나타내고, 세로축은 전송 용량을 나타낸다. 또한, 상기 도 7의 (b)에서 가로축은 상기 수신 안테나당 SNR을 나타내고, 세로축은 용량계산 횟수를 나타낸다.
먼저, 상기 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 사용자 및 사용자별 스트림의 개수를 결정하여 SDMA를 수행하는 경우, 전체 검색을 통해 사용자 및 사용자별 스트림의 개수를 결정하여 SDMA를 수행하는 경우와 비슷한 전송 용량을 갖는다.
상기 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 SDMA를 수행하는 경우, 상기 전체 검색을 수행하는 경우에 비해 용량 계산 횟수가 감소한다. 즉, 상기 본 발명에 따라 상기 SDMA를 수행할 사용자와 각 사용자별 스트림의 개수를 결정하는 경우, 상기 전체 검색을 통해 상기 사용자와 각 사용자별 스트림의 개수를 결정하 는 경우에 비해 복잡도가 감소한다. 여기서, 상기 도 7의 (b)에 도시된 복잡도는 하기 <표 1>과 같은 결과를 갖는다.
SNR 0dB 5dB 10dB 15dB 20dB 25dB 30dB
전체 검색 8 8 8 8 8 8 8
B-U검색 5.5 6.0 6.3 6.4 6.5 6.5 6.6
T-D검색 6.1 5.6 5.2 4.6 4.3 4.0 3.8
상기 <표 1>에 나타난 바와 같이 상기 선택된 사용자 수가 상기 기지국의 송신 안테나(NT)의 수와 각 사용자의 수신 안테나의 수(NR)의 비(
Figure 112007031351453-pat00028
)와 동일하기 때문에 SNR이 5dB이상에서는 T-D방식이 B-U방식보다 더 낮은 복잡도를 갖는다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사용자 및 송신 스트림 수를 결정하는 성능 그래프를 나타낸다.
상기 도 8을 참조하면 상기 도 7과 동일한 실험 조건에서 송신 안테나의 수를 8로 증가시키고 상기 SDMA를 수행할 사용자를 4명으로 증가시키는 경우, 전송 용량과 복잡도를 나타낸다.
따라서, 상기 도 8의 (a)는 본 발명에 따른 전송 용량 그래프를 나타내고, 상기 도 8의 (b)는 본 발명에 따른 복잡도 변화 그래프를 나타낸다.
먼저, 상기 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명은 전체 검색을 사용하는 방식 비슷한 전송 용량을 갖는다.
또한, 상기 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 본 발명은 상기 전체 검색을 사용하는 방식에 비해 현저히 낮은 복잡도를 갖는다. 여기서, 상기 도 8의 (b)에 도시된 바와 같은 복잡도는 하기 <표 2>와 같은 결과를 갖는다.
SNR 0dB 5dB 10dB 15dB 20dB 25dB 30dB
전체 검색 80 80 80 80 80 80 80
B-U검색 17.4 19.7 21.4 22.4 23.0 23.2 23.5
T-D검색 19.5 17.2 14.5 12.5 10.9 9.8 8.8
상기 <표 2>에 나타난 바와 같이 상기 SNR이 30dB인 경우, T-D방식은 상기 전체 검색을 사용하는 방식에 비해 약 10배정도 낮은 복잡도를 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사용자 및 송신 스트림 수를 결정하는 성능 그래프를 나타낸다. 이하 설명은 상기 기지국이 4개의 송신 안테나를 구비하고 각각의 사용자는 2개의 수신안테나를 구비하며, SINR의 차가 0dB인 사용자들을 선택하는 것을 가정하여 설명한다.
상기 도 9를 참조하면 상기 MIMO 시스템에서 SNR을 10dB에 고정시킨 후 상기 SDMA를 수행하기 위한 사용자 수를 증가시킬 경우의 성능 변화를 나타낸다. 즉, 상기 도 9의 (a)는 SDMA를 수행하기 위한 사용자들의 수 증가에 따른 전송 용량 그래프를 나타낸다. 또한, 상기 도 9의 (b)는 본 발명에 따른 복잡도 변화 그래프를 나타낸다. 따라서, 상기 도 9의 (a)에서 가로축은 상기 사용자 수를 나타내고, 세로축은 전송 용량이다. 또한, 상기 도 9의 (b)에서 가로축은 상기 사용자 수를 나타내고, 세로축은 용량계산 횟수를 나타낸다.
상기 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 SDMA를 수행할 사용자들을 증가시켜도 본 발명은 전체 검색을 적용하는 방식과 비슷한 전송 용량을 갖는다. 또한, 상기 사용자가 16명인 경우, 상기 TDMA에 비해 60.1%의 용량이 증가한다.
상기 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 SDMA를 수행하기 위한 사용자들이 증가할수록 본 발명이 상기 전체 검색을 수행하는 방식에 비해 복잡도가 낮은 것을 나타낸다. 여기서, 상기 도 9의 (b)에 도시된 바와 같은 복잡도는 하기 <표 3>과 같은 결과를 갖는다.
사용자 1 2 4 8 16
전체 검색 2 8 49 422 4572
B-U검색 2 6.3 15.2 31.7 63.9
TDMA 1 2 4 8 16
상기 <표 3>에 나타난 바와 같이 상기 사용자가 16명인 경우, 상기 본 발명의 상기 전체 검색에 비해 복잡도가 70배 정도 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사용자 및 송신 스트림 수를 결정하는 성능 그래프를 나타낸다.
상기 도 10을 참조하면 상기 도 9와 동일한 실험 조건에서 송신 안테나의 수를 8로 증가시킨 상태에서 상기 SDMA를 수행하기 위한 사용자 수를 증가시킨다. 이때, 상기 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 전체 검색을 사용하는 방식 비슷한 채널용량 즉 성능을 갖는다. 또한, 상기 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 본 발명은 전체 검색을 사용하는 방식에 비해 현저히 낮은 복잡도를 갖는다. 여기서, 상기 도 10의 (b)에 도시된 바와 같은 복잡도는 하기 <표 4>와 같은 결과를 갖는다.
사용자 1 2 4 8 16
전체 검색 2 8 80 3777 423878
B-U검색 2 6.6 21.5 55.4 124.2
TDMA 1 2 4 8 16
상기 <표 4>에 나타난 바와 같이 상기 사용자가 8명인 경우, 상기 본 발명의 상기 전체 검색에 비해 복잡도가 70배 정도 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 도 9에 비해 송신 안테나의 수가 증가할수록 전체 검색에 따른 복잡도 증가율에 비해 상기 본 발명에 따른 복잡도 증가율이 낮게 나타난다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형된다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 채널 환경에 따라 사용자 및 사용자별 스트림의 개수를 선택하여 공간 분할 다중 접속을 수행하므로 써, 상기 시스템의 용량을 증대시키고, 복잡도를 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (26)

  1. 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 방법에 있어서,
    전체 사용자들의 채널 상태를 확인하는 과정과,
    상기 채널 정보에 따라 전체 사용자들을 정렬하는 과정과,
    상기 정렬 정보에 따라 상기 채널 상태가 가장 좋은 제 1 사용자를 포함하여 상기 제 1 사용자의 채널 상태와의 차가 기준 값 이내에 포함되는 사용자들을 서비스를 제공하기 위한 사용자들로 선택하는 과정과,
    상기 선택한 사용자들의 수와 송신 단의 송신 안테나의 수와 수신 단의 수신 안테나의 평균 개수의 비로 결정한 기준 값을 비교하여 각각의 사용자들로 할당할 송신 스트림(Stream) 수를 결정하기 위한 트리 검색 방식을 선택하는 과정과,
    상기 선택한 트리 검색 방식에 따라 상기 선택한 각각의 사용자들에 할당할 송신 스트림(Stream) 수를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 사용자 및 사용자별 송신 스트림의 수를 결정한 후, 사용자별 공간 분할 다중 접속 가중치와 SVD(Singular Value Decomposition) 가중치를 산출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 상태는, 신호대 간섭 및 잡음비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio), C/R(Carrier to Interference Ratio), 채널 용량, 채널 특성 값(eigen value)의 평균, 최대 특성 값 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 사용자들을 선택한 후, 상기 선택한 사용자들의 수와 사용자별 할당가능한 스트림 수에 따라 조합가능한 모든 스트림 개수 조합을 생성하는 과정과,
    상기 스트림 개수 조합을 상기 선택한 사용자들에 적용하여 채널 특성이 가장 좋은 조합을 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 채널 특성은, 전송 용량(Capacity), 전송 데이터율, 신호대 간섭 및 잡음비, 상호 에러율(Pair Wise Error Probability), C/R(Carrier to Interference Ratio), 비트 에러율(Bit Error Rate), 전송율(Transmission rate) 중 어느 하나를 이용하여 확인하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 트리 검색 방식을 선택하는 과정은,
    상기 선택한 사용자들의 수가 상기 기준 값보다 작거나 같은 경우, 제 1 트리 검색 방식을 선택하는 과정과,
    상기 선택한 사용자들의 수가 상기 기준 값보다 클 경우, 제 2 트리 검색 방식을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 송신 스트림 수를 결정하는 과정은,
    제 1 트리 검색 방식이 선택되는 경우, 상기 선택한 사용자들에 할당 가능한 최대 스트림을 할당하는 과정과,
    상기 할당된 스트림의 수를 하나씩 줄이면서 채널 특성이 가장 좋은 스트림의 수를 확인하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 삭제
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 송신 스트림 수를 결정하는 과정은,
    제 2 트리 검색 방식이 선택되는 경우, 상기 선택한 사용자들에 스트림을 할당하지 않은 상태에서 상기 선택한 사용자들에 하나씩의 스트림을 추가 할당하면서 채널 특성이 가장 좋은 스트림의 수를 확인하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 트리 검색 방식을 선택하는 과정은, 하기 수학식 7을 이용하여 트리 검색 방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112009045672287-pat00029
    여기서, 상기 W는 상기 사용자 집합에 포함되는 사용자 수, 상기 NT는 기지국의 송신 안테나 수, 상기 NR은 각 사용자의 수신 안테나의 수, 상기 NT/NR은 상기 기지국의 송신 안테나의 수와 각 사용자의 수신 안테나의 수의 비, 상기 α는 스트림 결정 방식들의 우선도를 조절하는 계수를 나타냄.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 사용자들을 선택한 후, 제 1 트리 검색을 통해 상기 선택된 사용자들로 할당한 스트림 수를 결정하는 과정과,
    제 2 트리 검색을 통해 상기 선택된 사용자들로 할당한 스트림 수를 결정하는 과정과,
    상기 제 1 트리 검색과 제 2 트리 검색을 통해 결정한 스트림 수에 따른 상기 사용자들의 채널 특성을 비교하는 과정과,
    채널 특성이 가장 좋은 스트림 수를 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 송신 장치에 있어서,
    전체 사용자들로부터 제공받은 피드백 신호를 통해 전체 사용자들의 채널 상태를 확인하는 피드백 수신부와,
    상기 채널 정보에 따라 전체 사용자들을 정렬하고, 상기 정렬 정보에 따라 상기 채널 상태가 가장 좋은 제 1 사용자를 포함하여 상기 제 1 사용자의 채널 상태와의 차가 기준 값 이내에 포함되는 사용자들을 서비스를 제공하기 위한 사용자들로 선택하는 사용자 선택부와,
    상기 선택한 사용자들의 수와 송신 단의 송신 안테나의 수와 수신 단의 수신 안테나들의 평균 개수의 비로 결정한 기준 값을 비교하여 각각의 사용자들로 할당할 송신 스트림(Stream) 수를 결정하기 위한 트리 검색 방식을 선택하는 스트림 결정 제어부와,
    상기 스트림 결정 제어부에서 선택한 트리 검색 방식에 따라 상기 선택한 각각의 사용자들에 할당할 송신 스트림 수를 결정하는 스트림 결정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 삭제
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 피드백 수신부는, 전체 사용자들에 대한 신호대 간섭 및 잡음비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio), 채널 용량, C/R(Carrier to Interference Ratio), 채널 특성 값(eigen value)의 평균, 최대 특성 값 중 어느 하나의 채널 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 삭제
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 스트림 선택부는, 상기 사용자 선택부에서 선택한 사용자들의 수와 각 사용자별 할당가능한 스트림 수에 따라 조합가능한 모든 스트림 조합을 생성하고,
    상기 생성된 스트림 개수 조합을 상기 선택된 사용자들에 순차적으로 적용하여 채널 특성이 가장 좋은 조합을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 스트림 선택부는, 전송 용량(Capacity), 전송 데이터율, 신호대 간섭 및 잡음비, 상호 에러율(Pair Wise Error Probability), C/R(Carrier to Interference Ratio), 비트 에러율(Bit Error Rate) 전송율 중 어느 하나의 채널 특성이 가장 좋은 조합을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 15항에 있어서,
    상기 스트림 결정 제어부는,
    상기 사용자 선택부에서 선택한 사용자의 수가 상기 기준 값보다 작거나 같을 경우, 제 1 트리 검색 방식을 선택하고,
    상기 사용자 선택부에서 선택한 사용자의 수가 상기 기준 값보다 클 경우, 제 2 트리 검색 방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 삭제
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 스트림 선택부는, 상기 스트림 결정 제어부에서 제 1 트리 검색 방식을 선택하는 경우, 상기 사용자 선택부에서 선택한 사용자들에 할당 가능한 최대 스트림을 할당한 후, 상기 할당된 스트림의 수를 하나씩 줄이면서 채널 특성이 가장 좋은 스트림의 수를 확인하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 21항에 있어서,
    상기 스트림 선택부는, 상기 스트림 결정 제어부에서 제 2 트리 검색 방식을 선택하는 경우, 상기 사용자 선택부에서 선택한 사용자들에 스트림을 할당하지 않은 상태에서 상기 스트림의 수를 하나씩 추가 할당하면서 채널 상태가 가장 좋은 스트림의 수를 확인하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 15항에 있어서,
    상기 스트림 결정 제어부는, 하기 수학식 8을 이용하여 트리 검색 방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112009045672287-pat00030
    여기서, 상기 W는 상기 사용자 집합에 포함되는 사용자 수, 상기 NT는 기지국의 송신 안테나 수, 상기 NR은 각 사용자의 수신 안테나의 수, 상기 NT/NR은 상기 기지국의 송신 안테나의 수와 각 사용자의 수신 안테나의 수의 비, 상기 α는 스트림 결정 방식들의 우선도를 조절하는 계수를 나타냄.
  26. 제 15항에 있어서,
    상기 스트림 선택부는,
    제 1 트리 검색 방식과 제 2 트리 검색 방식을 통해 결정한 스트림 수에 따른 상기 사용자들의 채널 특성이 가장 좋은 스트림 수를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020070040492A 2006-04-25 2007-04-25 다중 안테나 시스템에서 송신 스트림 수 및 사용자 선택장치 및 방법 KR100929853B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060037157 2006-04-25
KR20060037157 2006-04-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070105284A KR20070105284A (ko) 2007-10-30
KR100929853B1 true KR100929853B1 (ko) 2009-12-04

Family

ID=38661803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070040492A KR100929853B1 (ko) 2006-04-25 2007-04-25 다중 안테나 시스템에서 송신 스트림 수 및 사용자 선택장치 및 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7830840B2 (ko)
KR (1) KR100929853B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110093722A (ko) * 2010-02-12 2011-08-18 한국전자통신연구원 다중 사용자 다중 안테나 기반 무선통신시스템에서 사용자에게 할당된 스트림 개수 전송 방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101041681B1 (ko) * 2008-10-23 2011-06-14 주식회사 팬택 다중 사용자 다중 입출력 기반의 무선랜 시스템에서 데이터전송 스케줄러 및 데이터 전송 스케줄링 방법
KR101505118B1 (ko) * 2008-12-31 2015-03-24 서울대학교산학협력단 다중사용자 ｍｉｍｏ 시스템에서 사용자 선택 장치 및 방법
US20110305209A1 (en) * 2010-03-09 2011-12-15 Qualcomm Incorporated Rate adaptation for sdma
WO2013172684A1 (en) * 2012-05-17 2013-11-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Channel estimation method and apparatus for cooperative communication in a cellular mobile communication system
JP6735439B2 (ja) * 2015-03-05 2020-08-05 株式会社Ｎｔｔドコモ 無線通信制御方法および無線通信システム
KR101718637B1 (ko) * 2015-12-04 2017-03-22 전북대학교산학협력단 공간 다중화 시스템에서의 송신 안테나 상관관계를 고려한 mimo 시스템
US10979122B2 (en) 2019-03-21 2021-04-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless communication apparatus for adaptive beamforming and method of operation thereof
WO2022187139A1 (en) * 2021-03-01 2022-09-09 Intel Corporation Ric-based machine learning methods for beam compression

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0212165D0 (en) * 2002-05-27 2002-07-03 Nokia Corp A wireless system
ATE421809T1 (de) * 2002-08-22 2009-02-15 Imec Inter Uni Micro Electr Verfahren zur mimo-übertragung für mehrere benutzer und entsprechende vorrichtungen

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Martin Fuchs et al, "A NOVEL TREE-BASED SCHEDULING ALGORITHM FOR THE DOWNLINK OF MULTI-USER MIMO SYSTEMS WITH ZF BEAMFORMING", IEEE (2005. 3. 공개)*
Zukang Shen et al, "Low Complexity User Selection Algorithms for Multiuser MIMO Systems with Block Diagonalization", IEEE (2005. 9. 공개)*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110093722A (ko) * 2010-02-12 2011-08-18 한국전자통신연구원 다중 사용자 다중 안테나 기반 무선통신시스템에서 사용자에게 할당된 스트림 개수 전송 방법
KR101652738B1 (ko) 2010-02-12 2016-09-01 한국전자통신연구원 다중 사용자 다중 안테나 기반 무선통신시스템에서 사용자에게 할당된 스트림 개수 전송 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20070259694A1 (en) 2007-11-08
US7830840B2 (en) 2010-11-09
KR20070105284A (ko) 2007-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100929853B1 (ko) 다중 안테나 시스템에서 송신 스트림 수 및 사용자 선택장치 및 방법
KR102070938B1 (ko) 다중 사용자 빔포밍 시스템에서 비 직교 다중 접속 기법을 운용하기 위한 방법 및 장치
KR100946924B1 (ko) 제로 포싱 빔포밍 알고리즘에서의 사용자 단말 선택 방법
JP4105133B2 (ja) 多重送受信アンテナを使用する移動通信システムで多重使用者のためのスケジューリング方法及び装置
JP4406446B2 (ja) サブチャネル割当装置及びサブチャネル割当方法
US8279962B2 (en) Method and apparatus for allocating feedback channel in multiple antenna communication system
JP4319633B2 (ja) マルチユーザ多入力多出力システムにおけるデータを送受信する装置及び方法
KR100580840B1 (ko) 다중 입력 다중 출력 시스템의 데이터 통신 방법
KR100923912B1 (ko) 다중 안테나 시스템에서 스케줄링을 위한 채널 상태 정보피드백 장치 및 방법
US20110230224A1 (en) Coordinated Multipoint Transmission/Reception User Grouping
CN101834646B (zh) 用户选择方法、用户选择装置和基站
US20070104152A1 (en) Method for preforming user allocation in SDMA systems, and corresponding base station
JP2006191620A (ja) 適応スケジューリングのｍｉｍｏ通信システム及びその適応ユーザースケジューリング方法
US7916620B2 (en) Multi-user data transmission/reception system and mode determination method
KR20100051409A (ko) 통신 시스템 및 그의 통신 방법
US20100220010A1 (en) Method and apparatus for beam-forming signal in multi user-MIMO wireless communication system
CN105406905A (zh) 用户配对处理方法、装置及基站
US20140247787A1 (en) System and method for the cooperation among base stations
JP4846000B2 (ja) 移動通信システムのためのユーザ選択装置
JP2005223450A (ja) 受信機、送信機及び無線通信システム並びに電力配分方法
US20190215050A1 (en) Base station apparatus and assigning method
CN108809453B (zh) 用于多输入多输出操作的平衡拼图天线波束搜寻方法
AU2003217625B2 (en) Code allocation based on cross code correlation
EP2131507B1 (en) A user selection apparatus for a mobile communication system
KR102000667B1 (ko) 협력 전송 기반의 다중 안테나 시스템에서의 전송 파워 결정 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
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: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131030

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141030

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151029

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161028

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171030

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181030

Year of fee payment: 10