KR100966522B1 - 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을제공하는 장치 및 방법 - Google Patents

다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을제공하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 송신기에 있어서, 사용자 정보비트에 라벨을 생성하여 삽입하는 라벨 삽입기와, 상기 라벨이 삽입된 사용자 정보비트를 스크램블링하여 N개의 독립적인 후보 시퀀스들을 생성하는 스크램블러와, 상기 N개의 독립적인 후보 시퀀스들을 해당 변조방식에 따라 변조하는 변조기와, 상기 변조 심벌들을 실행가능한 영역의 성상점으로 매핑되도록 제한적 오프셋 벡터를 추가하는 벡터 섭동부를 포함하여, 연속적인 오프셋 벡터로 인한 일그러짐을 줄일 수 있다. 또한, SLA(SeLective Mapping) 알고리즘과 결합하여 SINR 값을 높게 출력하는 성능을 더 향상시키는 이점이 있다.
다중안테나, 벡터 섭동(Vector Perturbation), 프리코딩(Precoding), 방송채널. 이차 계획법(Quadratic Programming:QP), SLM(SeLective Mapping).

Description

다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SUPPORTING A DISTORTIONLESS VECTOR PERTURBATION IN MULIPLE ANTENNA SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 벡터 섭동을 수행하는 송수신장치도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 일그러짐이 없는 벡터 섭동을 지원하기 위한 오프셋의 실행가능영역(feasible region)을 나타낸 성상도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 일그러짐이 없는 벡터 섭동을 제공하는 상세한 송수신 장치도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 일그러짐이 없는 벡터 섭동을 제공하는 송신기 동작 흐름도 및,
도 5는 본 발명에 따른 모의실험(simulation)를 통해 종래 기술과 성능을 비교한 그래프.
본 발명은 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 동일한 입력신호에 대해 여러 개의 라벨과 후보 시퀀스를 생성한 후 제한적인 오프셋 벡터를 추가하여 독립적인 심벌을 만들어 가장 높은 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio:이하 "SNR"라 칭함)을 갖는 심벌을 전송하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 이동통신 분야에서 높은 정보 전송률 지원을 위한 다중안테나(MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) 기법이 널리 사용되고 있다. 점대점 MIMO뿐 아니라 기지국에서 여러 단말로 데이터를 전송하는 여러 명의 사용자를 동시에 고려한 다중 사용자 MIMO 기법들이 최근 활발히 연구되고 있다. 점대점 MIMO와 달리 다중 사용자 환경에서는 전송 효율을 높이기 위해 여러 명의 사용자에게 동시에 정보를 전송해야 한다. 특히 송신 안테나의 수가 수신 안테나의 수보다 많은 경우 동시에 여러 사용자에게 정보를 전송해야만 최대의 다중화 효율을 얻을 수 있다. 이때 발생할 수 있는 문제점 중의 하나는 어떤 사용자의 신호가 다른 사용자에게 간섭으로 작용할 수 있다는 점이다. 이런 간섭 신호를 제거하는 기술들을 제거하는 위치에 따라 송신단 간섭 제거 기술과 수신단 간섭제거 기술로 나눌 수 있다. 송신 안테나 수가 하나일 때는 수신단에서 다른 사용자의 신호를 복호 후 제거하는 방법이 최적이며 송신단 간섭 제거 방식의 필요성이 없어진다. 하지만 송신단의 안테나가 하나 이상인 경우 수신단에서 간섭을 제거하는 것은 최적이 아니며 송신단 간섭 제거 기술이 사용되어야 한다. 송신단 간섭 제거 기법 중 DPC(Dirty Paper Coding)가 최대 의 정보 전송률을 지원하며 더 이상 좋은 성능은 낼 수 없음이 증명되어 있다. 상기 DPC 예로 벡터 섭동(Vector Perturbation) 기법이 있다. 상기 벡터 섭동 기술은 가우시안 다중 안테나 시스템 방송채널을 위한 프리코딩(Precoding) 기술로 최근에 중요한 연구 과제로써 부각되고 있다. 여기서, 상기 벡터 섭동은 적당한 복잡성을 가지며 방송채널의 대다수 총 용량을 제공하는 전도유망한 기술이다.
상기 벡터 섭동 기법은 정수 오프셋 벡터(integer offset vector)를 이용하여 신호 대 간섭 및 잡음의 비(Signal-to-Interference-and Noise Ratio:이하 "SINR"라 칭함)를 최대화하는 기법이다. 최적 오프셋 벡터는 모든 변수가 정수 값만을 갖도록 제한하는 정수계획법(Integer Programming) 문제를 해결함으로써 얻어진다. 그리고, 수신신호에 영향을 미치는 벡터 섭동은 일그러짐(distortion)이 신호에 더해지지 않도록 하기 위해서 수신기에서 모듈러(modulo) 연산을 사용함으로써 제거된다.
또 다른 벡터 섭동 기법은 총 평균 제곱 오차(Mean Squared Error:이하 "MSE" 칭함)를 줄이기 위해서 정수 오프셋 벡터와 연속적인 오프셋 벡터(Continuous Offset Vector)가 이용된다. 한편, 연속적인 오프셋 벡터를 도입함으로써 MSE가 감소한다. 다른 한편으로, 정수 오프셋 벡터와 달리, 상기 연속적인 오프셋 벡터는 수신기에 일그러짐(Distortion)을 유발시킨다. 오프셋 벡터의 최적화는 MSE 감소와 일그러짐의 양 사이 균형으로 이루어질 수 있다. 상기 최적의 오프셋 벡터는 두 단계를 거쳐 결정된다. 첫 번째, 정수 오프셋 벡터는 정수계획법 문제를 해결하여 얻는다. 두 번째, 그때, 관련 연속적인 오프셋 벡터는 정수계획법 문제를 해결하여 얻은 정수 오프셋 벡터에 가까운 형태로 얻는다. 하지만, 정수 오프셋 벡터를 이용하는 경우와, 정수 오프셋 벡터와 연속적인 오프셋 벡터를 이용하는 경우 모두 정수계획법 문제를 해결하여야 하기 때문에 복잡하다.
따라서, 벡터 섭동 사용시 복잡성을 줄이면서 한편으로 높은 신호대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference plus Noise Ratio:이하 "SINR"라 칭함)를 출력하여 종래기술보다 성능 향상을 시킬 수 있는 벡터 섭동을 제공하는 장치 및 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중안테나 시스템에서 제한적으로 연속적인 오프셋 벡터를 사용하여 유효 잡음전력을 최소화하는 벡터 섭동을 제공하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중안테나 시스템에서 이차 계획법(Quadratic Programming) 문제를 해결하여 벡터 섭동 계산의 복잡성을 줄이는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 송신기에 있어서, 사용자 정보비트에 라벨을 생성하여 삽입하는 라벨 삽입기와, 상기 라벨이 삽입된 사용자 정보비 트를 스크램블링하여 N개의 독립적인 후보 시퀀스들을 생성하는 스크램블러와, 상기 N개의 독립적인 후보 시퀀스들을 해당 변조방식에 따라 변조하는 변조기와, 상기 변조 심벌들을 실행가능한 영역의 성상점으로 매핑되도록 제한적 오프셋 벡터를 추가하는 벡터 섭동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 방법에 있어서, 사용자 정보비트에 라벨을 생성하여 삽입하는 과정과, 상기 라벨이 삽입된 사용자 정보비트를 스크램블링하여 N개의 독립적인 후보 시퀀스들을 생성하는 과정과, 상기 N개의 독립적인 후보 시퀀스들을 해당 변조방식에 따라 변조하는 과정과, 상기 변조 심벌들을 실행가능한 영역의 성상점으로 매핑되도록 제한적 오프셋 벡터를 추가하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 수신기에 있어서, 수신신호를 검출하여 송신기의 변조방식에 해당하는 복조 방식으로 복조를 수행하는 복조기와, 상기 복조 신호를 스크램블링의 역 연산(inverse operation)을 수행하는 디스크램블러와, 상기 디스크램블러로부터의 출력되는 시퀀스로부터 라벨을 제거하여 사용자 정보비트을 출력하는 라벨 제거기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 수신 방법에 있어서, 수신신호를 검출하여 송신기의 변조방식에 해당하는 복조 방식으로 복조를 수행하는 과정과, 상기 복조 신호를 스크램블링의 역 연산(inverse operation)을 수행하는 과정과, 스크램블링의 역 연산(inverse operation)으로 출력되는 시퀀스로부터 라벨을 제거하여 사용자 정보비트을 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 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 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명은 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 벡터 섭동을 수행하는 송수신장치도를 도시하고 있다.
상기 도 1을 참조하면, K개 단일 안테나 사용자 단말들과 기지국에서 K개 송신안테나(Tx 1 ~ Tx K)를 가지는 다중안테나 시스템에서 벡터 섭동이 수행된다.
상기 송신기의 변조기(100)는 해당 변조에 따라 정보비트를 성상점으로 매핑 하여 변조심벌을 생성하여 벡터 섭동부(102)로 출력한다. 상기 벡터 섭동부(102)는 변조 심벌에 오프셋 벡터를 추가하여 프리코딩을 수행한다. 상기 수신기의 복조기(104_1~104_K)는 상기 송신기로부터 신호를 수신하여 간섭을 제거하여 원하는 변조 심벌을 복조하여 정보비트로 출력한다.
여기서, 송신기에서 K×1개 전송신호 벡터와 수신신호 벡터는 각각 x, y로 나타내고. 채널행렬은 H로 나타낸다. 수학적으로 전송신호 벡터와 수신신호 벡터사이의 관계는 하기 <수학식 1>과 같다.
Figure 112007026915970-pat00001
여기서, 상기 y는 수신신호, 상기 x는 전송신호, 상기 H는 채널행렬, 상기 n은 부가적인 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise:이하 "AWGN"라 칭함)이다.
데이터 벡터와 오프셋 벡터를 각각
Figure 112008047727571-pat00002
로 나타내면, 전송신호 벡터(x)는 하기 <수학식 2>와 같이 표현된다.
Figure 112007026915970-pat00003
여기서, 상기 P는 송신전력이고, 상기
Figure 112007026915970-pat00004
는 정규화 인자(normaization factor)이고, 상기 H는 채널행렬이고, 상기
Figure 112007026915970-pat00005
는 데이터 벡터이고, 상기
Figure 112007026915970-pat00006
는 오프 셋 벡터이다. 상기
Figure 112007026915970-pat00007
는 허미시안 행렬이고, 상기
Figure 112007026915970-pat00008
은 역행렬을 나타낸다.
수신기에서 수신하는 신호는 상기 <수학식 1>과 상기 <수학식 2>로부터 하기 <수학식 3>으로 표현된다.
Figure 112007026915970-pat00009
여기서, 상기 P는 송신전력이고, 상기
Figure 112007026915970-pat00010
는 정규화 인자, 상기
Figure 112007026915970-pat00011
는 데이터 벡터이고, 상기
Figure 112007026915970-pat00012
는 오프셋 벡터이고, 상기 n은 잡음벡터이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 일그러짐이 없는 벡터 섭동을 지원하기 위한 오프셋의 실행가능영역(feasible region)을 도시하고 있다.
만일 오프셋 벡터가 데이터 벡터와 같은 방향에 있다면, 그때, 오프셋 벡터는 더 이상 일그러짐이 아니라 데이터 벡터를 강화시킬 수 있다. 본 발명에서 각 데이터 신호를 위해 변조 스킴으로써 직교 위상 편이 변조(Quadrature Phase Shift Keying:QPSK)를 예를 들어 설명하지만, 다른 디지털 변조 방식(QAM,PSK) 등에도 적용할 수 있다.
상기 도 2를 참조하면, 오프셋 벡터는 성상점들의 재할당을 통해 생성된다. 여기서, 종래 QPSK 성상점들은 음영지역의 코너에 위치한다. 종래 QPSK 성상점은 상기 음역지역 내에 점으로 재할당된다는 것은 각 음역영역이 실행가능영역(feasible region)임을 의미하는 것으로서, 새롭게 할당된 성상점과 다른 실행가능영역 내에 위치한 어떤 성상점 사이의 최소 유클리드 거리(minimum Euclidean distance)는 종래 성상점들 사이의 최소 거리를 적어도 보장한다. 만일 성상점이 관련 실행가능영역 내에 위치한다면 상기 성상점이 실행가능(feasible)하다고 표현하기로 한다. 오프셋 벡터(offset vector)를 제한함으로써, 교란된(perturbed) 데이터 벡터들의 모든 요소들이 실행가능영역 안에 존재하도록 보장한다. 따라서, 오프셋 벡터로 인한 일그러짐을 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 일그러짐이 없는 벡터 섭동을 제공하는 상세한 송수신 장치도를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 송신기는 라벨 삽입기(300), 스크램블러(302), 변조기(304), 벡터 섭동부(306), 선택기(308)를 포함하여 구성된다.
상기 라벨 삽입기(300)는 각 사용자 비트 스트림에 대해 U개 라벨을 생성하여 상기 라벨을 상기 각 사용자 비트 스트림에 프리픽스(prefix)로써 삽입한다. 즉, 하나의 사용자 비트 스트림에 U개 라벨이 각각 삽입된 후, 상기 스크램블러(302)로 출력한다.
상기 스크램블러(302)는 상기 라벨 삽입기(300)로부터의 라벨이 삽입된 사용자 비트 스트림을 스크램블링(scrambling)하여 랜덤하게 U개의 후보 시퀀스들을 상기 변조기(304)로 출력한다. 여기서, 상기 라벨은 스크램블링하기 전에 같은 사용자 비트 스트림이 스크램블링되어 출력되는 U개 후보 시퀀스들을 구분해준다.
상기 변조기(304)는 상기 스크램블러(302)로부터의 라벨을 포함한 U개 스크램블링된 후보 시퀀스들을 해당 변조 스킴에 따라 해당 성상점으로 매핑한 변조심벌들을 상기 벡터 섭동부(306)로 출력한다. 예를 들면, QPSK 변조 스킴일 경우, 2비트 정보가 상기 도 2의 4개 성상점 중 해당 성상점으로 매핑된다.
상기 벡터 섭동부(306)는 상기 변조기(304)로부터 변조 심벌들을 제한적인 오프셋 벡터를 추가하여 상기 선택기(308)로 출력한다. 여기서, 상기 오프셋 벡터는 연속적인 값을 가지며 유효 잡음 전력(Effective Noise Power)을 감소시키기 위해 사용된다. 또한, 제한 오프셋 벡터가 제한됨으로써 상기 오프셋 벡터에 의해 유발되는 일그러짐을 줄일 수 있다. 유효 잡음 전력을 최소화하는 최적의 오프셋 벡터는 이차 계획법(Quadratic Programming:이하 "QP"라 칭함) 문제를 해결함으로써 얻어질 수 있다. 여기서, 상기 QP는 최적화 문제를 다루는 선형계획법의 한 단계 발전된 형태로써 즉 선형 계획법이 목적함수와 제약식이 모두 1차함수의 형태로 한정되고 있는데 비하여, 상기 QP는 목적함수 또는 제약식이 2차 함수의 형태로 나타나 는 경우의 최적화 문제를 다루는 수리계획법이다.
상기 선택기(308)는 U개 스크램블링된 후보 시퀀스들에 대한 각각의 평균 SNR 값을 계산하여 가장 큰 평균 SNR 값을 후보 시퀀스를 적어도 하나 이상 선택하여 수신기로 전송한다.
다음으로 상기 수신기는 복조기(310), 디스크램블러(312), 라벨 제거기(314)를 포함하여 구성된다.
상기 복조기(310)는 제로포싱(Zero Focing:ZF) 또는 MMSE(Minimum Mean Squared Error) 검출방식을 통해 수신신호를 검출하여 송신기의 변조방식에 해당하는 복조방식으로 복조를 수행하여 상기 디스크램블러(312)로 출력한다.
상기 디스크램블러(312)는 상기 복조기(310)로부터의 복조 신호를 디스크램블링 상기 스크램블러(302)의 역 연산(inverse operation)을 수행하여 상기 라벨 제거기(314)로 출력한다.
상기 라벨 제거기(314)는 디스크램블러(312)로부터의 출력 시퀀스(라벨이 삽입된 사용자 비트 스트림)로부터 라벨을 제거하여 사용자 비트 스트림만을 출력한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 일그러짐이 없는 벡터 섭동을 제공하는 송신기 동작 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 송신기는 401 단계에서 각 사용자 비트 스트림에 대해 U개 라벨을 생성하여 상기 라벨을 상기 각 사용자 비트 스트림에 프리픽스(prefix)로써 삽입한다. 여기서, 하나의 사용자 비트 스트림은 U개 라벨이 각각 삽입되어 U개의 사용자 비트 스트림이 출력된다.(U개 사용자 비트 스트림들은 같은 정보비트를 가지고 있지만 라벨에 의해 각각 구분된다.)
이후, 상기 송신기는 403 단계에서 상기 라벨을 이용하여 동일 사용자 비트 스트림에 대해 스크램블링(scrambling)하여 독립적인 U개 후보 시퀀스를 생성한다. 즉, 하나의 사용자 비트 스트림은 스크램블링을 통해 독립적인 U개 후보 시퀀스로 출력되고 상기 라벨에 의해 구분된다.
이후, 상기 송신기는 405 단계에서 라벨을 포함한 U개 후보 시퀀스들를 해당 변조 스킴에 해당하는 성상점으로 매핑하여 변조를 한다. 예를 들면, QPSK 변조방식일 경우, 2비트 정보가 상기 도 2의 4개 성상점 중 해당 성상점으로 매핑되어 변조심벌로 출력된다.
이후, 상기 송신기는 407 단계 내지 411 단계를 통해 제한적 오프셋 벡터를 추가하여 벡터 섭동(Vector Perturbation:VP) 알고리즘을 수행한다. 즉, 상기 407 단계 내지 411 단계를 통해 상기 도 2에서 설명한 실행가능영역(feasible region)에 성상점이 존재하도록 한다.
먼저, 상기 송신기는 407 단계에서 행렬 A, xopt를 생성한다. 상기 행렬 A는 이차 계획법(Quadratic Programming) 문제를 해결하기 위한 매개 변수이고, xopt는 최적의 벡터 섭동이 이루어진 신호 벡터이다. 여기서, 상기 행렬 A는 하기 <수학식 4>과 같이 정의하기로 한다.
Figure 112008047727571-pat00093
여기서, 상기
Figure 112007026915970-pat00014
는 실수부와 허수부로 표현된 데이터 벡터(
Figure 112007026915970-pat00015
)의 전치행렬의 대각행렬(
Figure 112007026915970-pat00016
)이고,
Figure 112007026915970-pat00017
는 전치행렬(Transpos)를 나타내고, 상기
Figure 112007026915970-pat00018
은 행렬
Figure 112007026915970-pat00019
의 특이값 분해(Singular Value Decomposition:SVD)가
Figure 112007026915970-pat00020
일 때,
Figure 112007026915970-pat00021
로 정의되는 변수이다.
그리고, 상기 xopt는 하기 <수학식 5>로 표현된다.
Figure 112007026915970-pat00022
여기서, 상기 x는 잡음을 최소화하는 오프셋 벡터이고, 상기
Figure 112008047727571-pat00023
는 x의 전치행렬이고, 행렬 A는 QP 문제를 해결하기 위한 매개변수이다.
이후, 상기 송신기는 409 단계에서 상기 QP 문제를 해결하여 구한 상기 xopt를 이용하여 오프셋 벡터(
Figure 112007026915970-pat00024
)를 산출한다. 상기
Figure 112007026915970-pat00025
는 하기 <수학식 6>에 의해 산출된다.
Figure 112007026915970-pat00026
여기서, 상기
Figure 112007026915970-pat00027
은 최적의 오프셋 벡터의 실수부, 상기
Figure 112007026915970-pat00028
은 최적의 오프셋 벡터의 허수부이고, 상기
Figure 112007026915970-pat00029
는 실수부와 허수부로 표현된 데이터 벡터(
Figure 112007026915970-pat00030
)의 전치행렬의 대각행렬(
Figure 112007026915970-pat00031
)이고, 상기 xopt는 최적의 벡터 섭동이 이루어진 신호 벡터이고, 상기
Figure 112007026915970-pat00032
은 단위 행렬(unit matrix)이다.
이후, 상기 송신기는 411 단계에서 평균 SNR를 계산한다. 여기서, 상기 평균 SNR 값은 하기 <수학식 7>으로 계산된다.
Figure 112007026915970-pat00033
여기서, 상기 xopt는 최적의 벡터 섭동이 이루어진 신호 벡터, 상기
Figure 112007026915970-pat00034
는 전치행렬을 나타내고, 행렬 A는 QP 문제를 해결하기 위한 매개 변수, 상기 ρ와 상기 K는 상수 값이며, 상기
Figure 112007026915970-pat00035
는 실수부와 허수부로 표현된 데이터 벡터(
Figure 112007026915970-pat00036
)의 전치행렬의 대각행렬(
Figure 112007026915970-pat00037
)이고,
Figure 112007026915970-pat00038
는 잡음 벡터이고, 상기 P는 송신전력이고, 상기
Figure 112007026915970-pat00039
는 정규화 인수(normalization factor)이다. 여기서, 상기
Figure 112007026915970-pat00040
(normalization factor)는 하기 <수학식 8>로 구해진다.
Figure 112007026915970-pat00041
여기서, 상기
Figure 112007026915970-pat00042
은 행렬
Figure 112007026915970-pat00043
의 특이값 분해(Singular Value Decomposition:SVD)가
Figure 112007026915970-pat00044
일 때,
Figure 112007026915970-pat00045
로 정의되는 변수, 상기 u는 데이터 벡터, 상기 δ는 오프셋 벡터이고, 상기 c는 데이터 벡터에 오프셋 벡터가 추가된 벡터이고, 상기 행렬 A는 QP 문제를 해결하기 위한 매개 변수이다.
이후, 상기 송신기는 413 단계에 계산한 섭동 벡터(
Figure 112007026915970-pat00046
)와 평균 SNR를 저장한다.
이후, 상기 송신기는 411 단계에 U개 후보 시퀀스에 대해 상기 403 단계 내지 상기 413 단계를 반복 수행한다.
상기 403 단계 내지 상기 413 단계를 반복 수행 후, 상기 송신기는 상기 송신기는 417 단계로 진행하여 상기 U개 후보 시퀀스 중 최대 SNR 값을 갖는 후보 시퀀스를 선택하여 출력한다.
도 5는 본 발명에 따른 모의실험(simulation)를 통해 종래 기술과 성능을 비교한 그래프를 도시하고 있다. 상기 모의실험은 기지국의 4개 전송안테나와 4개 사용자 단말의 단일 수신안테나를 갖는 프리코딩(precoded) 다중 사용자 MIMO 시스템 환경에서 이루어졌다. 그리고, 각 사용자의 데이터는 QPSK 변조방식과 플랫 레일레이 페이딩(flat Rayleigh fading) 채널 모델이 적용되었다.
상기 도 5를 참조하면, x축은
Figure 112007026915970-pat00047
이고 y축은 SINR 값이다. 본 발명의 벡터 섭 동 알고리즘과 종래 섭동 벡터 알고리즘의 SINR 값을 보면, 본 발명의 벡터 섭동 알고리즘의 성능이 종래 섭동 벡터 알고리즘보다 우수하다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 20dB의 입력 SNR에서 출력 SINR은 종래 벡터 섭동 알고리즘보다 5dB 더 높다. 또한, 계산적으로 복잡성은 QP 문제를 해결하기 위해 종래 기술보다 더 적게 필요하다.
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.
상술한 바와 같이, 동일한 입력신호에 대해 여러 개의 라벨과 후보 시퀀스를 생성한 후 제한적인 오프셋 벡터를 추가하여 독립적인 심벌을 만들어 가장 높은 SNR을 갖는 심벌을 전송함으로써, 연속적인 오프셋 벡터로 인한 일그러짐을 줄일 수 있다. 또한, SLM(SeLective Mapping) 알고리즘과 결합하여 SINR 값을 높게 출력하는 성능을 더 향상시키는 이점이 있다.

Claims (26)

  1. 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 송신기에 있어서,
    사용자 정보비트에 라벨을 생성하여 삽입하는 라벨 삽입기와,
    상기 라벨이 삽입된 사용자 정보비트를 스크램블링하여 N개의 독립적인 후보 시퀀스들을 생성하는 스크램블러와,
    상기 N개의 독립적인 후보 시퀀스들을 해당 변조방식에 따라 변조하는 변조기와,
    상기 변조 심벌들을 실행가능한 영역의 성상점으로 매핑되도록 제한적 오프셋 벡터를 추가하는 벡터 섭동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 후보 시퀀스들 중에서 최대 평균 신호대 잡음비(SNR) 값을 갖는 후보 시퀀스를 선택하여 출력하는 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 벡터 섭동부는
    이차 계획법(Quadratic Programming) 문제를 해결하기 위한 매개 변수인 행렬 A와 최적의 벡터 섭동이 이루어진 신호 벡터인 xopt를 계산하여 최적의 오프셋 벡터(
    Figure 112010010309110-pat00048
    )를 산출하고, 데이터 벡터에 추가하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 행렬 A은 하기 <수학식 9>로 정의하는 것을 특징으로 하는 송신기.
    Figure 112010010309110-pat00094
    여기서, 상기
    Figure 112010010309110-pat00050
    는 실수부와 허수부로 표현된 데이터 벡터(
    Figure 112010010309110-pat00051
    )의 전치행렬의 대각행렬(
    Figure 112010010309110-pat00052
    )이고,
    Figure 112010010309110-pat00053
    는 전치행렬(Transpos)를 나타내고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00054
    은 행렬
    Figure 112010010309110-pat00055
    의 특이값 분해(Singular Value Decomposition:SVD)가
    Figure 112010010309110-pat00056
    일 때,
    Figure 112010010309110-pat00057
    로 정의되는 변수이다.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 xopt은 하기 <수학식 10>에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 송신기.
    Figure 112010010309110-pat00058
    여기서, 상기 x는 오프셋 벡터를 포함하는 데이터 벡터이고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00059
    는 x의 전치행렬이고, 행렬 A는 QP 문제를 해결하기 위한 매개변수이다.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 오프셋 벡터(
    Figure 112010010309110-pat00060
    )는 하기 <수학식 11>에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 송신기.
    Figure 112010010309110-pat00061
    여기서, 상기
    Figure 112010010309110-pat00062
    은 최적의 오프셋 벡터의 실수부, 상기
    Figure 112010010309110-pat00063
    은 최적의 오프셋 벡터의 허수부이고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00064
    는 실수부와 허수부로 표현된 데이터 벡터(
    Figure 112010010309110-pat00065
    )의 전치행렬의 대각행렬(
    Figure 112010010309110-pat00066
    )이고, 상기 xopt는 최적의 벡터 섭동이 이루어진 신호 벡터이고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00067
    은 단위 행렬(unit matrix)이다.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 실행가능한 영역은 데이터 비트가 성삼점으로 매핑되어 전송될 시 유효 잡음전력을 최소하며 일그러짐을 없도록하는 영역인 것을 특징으로 하는 송신기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 벡터 섭동부는
    오프셋 벡터를 제한한 후, 이차 계획법(Quadratic Programming:QP) 문제를 해결하기 위한 매개변수 행렬(A)을 구하고, 상기 QP 문제를 해결하여 잡음을 최소화하는 오프셋 벡터를 계산하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  9. 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 방법에 있어서,
    사용자 정보비트에 라벨을 생성하여 삽입하는 과정과,
    상기 라벨이 삽입된 사용자 정보비트를 스크램블링하여 N개의 독립적인 후보 시퀀스들을 생성하는 과정과,
    상기 N개의 독립적인 후보 시퀀스들을 해당 변조방식에 따라 변조하는 과정과,
    상기 변조 심벌들을 실행가능한 영역의 성상점으로 매핑되도록 제한적 오프셋 벡터를 추가하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 후보 시퀀스들 중에서 최대 평균 신호대 잡음비(SNR) 값을 갖는 후보 시퀀스를 선택하여 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 N개의 독립적인 후보 시퀀스들을 해당 변조방식에 따라 변조하는 과정은
    이차 계획법(Quadratic Programming) 문제를 해결하기 위한 매개 변수인 행렬 A와 최적의 벡터 섭동이 이루어진 신호 벡터인 xopt를 계산하여 최적의 오프셋 벡터(
    Figure 112008047727571-pat00068
    )를 산출하고, 데이터 벡터에 추가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 행렬 A은 하기 <수학식 12>로 정의하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112008047727571-pat00095
    여기서, 상기
    Figure 112008047727571-pat00070
    는 실수부와 허수부로 표현된 데이터 벡터(
    Figure 112008047727571-pat00071
    )의 전치행렬의 대각행렬(
    Figure 112008047727571-pat00072
    )이고,
    Figure 112008047727571-pat00073
    는 전치행렬(Transpos)를 나타내고, 상기
    Figure 112008047727571-pat00074
    은 행렬
    Figure 112008047727571-pat00075
    의 특이값 분해(Singular Value Decomposition:SVD)가
    Figure 112008047727571-pat00076
    일 때,
    Figure 112008047727571-pat00077
    로 정의되는 변수이다.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 xopt은 하기 <수학식 13>에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112008047727571-pat00078
    여기서, 상기 x는 오프셋 벡터를 포함하는 데이터 벡터이고, 상기
    Figure 112008047727571-pat00079
    는 x의 전치행렬이고, 행렬 A는 QP 문제를 해결하기 위한 매개변수이다.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 오프셋 벡터(
    Figure 112008047727571-pat00080
    )는 하기 <수학식 14>에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112008047727571-pat00081
    여기서, 상기
    Figure 112008047727571-pat00082
    은 최적의 오프셋 벡터의 실수부, 상기
    Figure 112008047727571-pat00083
    은 최적의 오프셋 벡터의 허수부이고, 상기
    Figure 112008047727571-pat00084
    는 실수부와 허수부로 표현된 데이터 벡터(
    Figure 112008047727571-pat00085
    )의 전치행렬의 대각행렬(
    Figure 112008047727571-pat00086
    )이고, 상기 xopt는 최적의 벡터 섭동이 이루어진 신호 벡터이고, 상기
    Figure 112008047727571-pat00087
    은 단위 행렬(unit matrix)이다.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 실행가능한 영역은 데이터 비트가 성삼점으로 매핑되어 전송될 시 유효 잡음전력을 최소하며 일그러짐을 없도록하는 영역인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 오프셋 벡터를 제한한 후, 이차 계획법(Quadratic Programming:QP) 문제를 해결하기 위한 매개변수 행렬(A)을 구하는 과정과,
    상기 QP 문제를 해결하여 잡음을 최소화하는 오프셋 벡터를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 수신기에 있어서,
    수신신호를 검출하여 송신기의 변조방식에 해당하는 복조 방식으로 복조를 수행하는 복조기와,
    상기 복조 신호를 스크램블링의 역 연산(inverse operation)을 수행하는 디스크램블러와,
    상기 디스크램블러로부터의 출력되는 시퀀스로부터 라벨을 제거하여 사용자 정보비트을 출력하는 라벨 제거기를 포함하며,
    상기 수신신호는 변조심볼이 실행가능한 영역의 성상점으로 매핑되도록 하는 제한적 오프셋 벡터를 기반으로 수신되는 것을 특징으로 하는 수신기.
  18. 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을 제공하는 수신 방법에 있어서,
    수신신호를 검출하여 송신기의 변조방식에 해당하는 복조 방식으로 복조를 수행하는 과정과,
    상기 복조 신호를 스크램블링의 역 연산(inverse operation)을 수행하는 과정과,
    스크램블링의 역 연산(inverse operation)으로 출력되는 시퀀스로부터 라벨을 제거하여 사용자 정보비트을 출력하는 과정을 포함하며,
    상기 수신신호는 변조심볼이 실행가능한 영역의 성상점으로 매핑되도록 하는 제한적 오프셋 벡터를 기반으로 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 제한적 오프셋 벡터는,
    이차 계획법(Quadratic Programming) 문제를 해결하기 위한 매개 변수인 행렬 A와 오프셋 벡터를 포함하는 데이터 벡터(xopt)로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 수신기.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 행렬 A은 하기 <수학식 15>로 정의하는 것을 특징으로 하는 수신기.
    Figure 112010010309110-pat00096
    여기서, 상기
    Figure 112010010309110-pat00097
    는 실수부와 허수부로 표현된 데이터 벡터(
    Figure 112010010309110-pat00098
    )의 전치행렬의 대각행렬(
    Figure 112010010309110-pat00099
    )이고,
    Figure 112010010309110-pat00100
    는 전치행렬(Transpos)를 나타내고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00101
    은 행렬
    Figure 112010010309110-pat00102
    의 특이값 분해(Singular Value Decomposition:SVD)가
    Figure 112010010309110-pat00103
    일 때,
    Figure 112010010309110-pat00104
    로 정의되는 변수이다.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 xopt은 하기 <수학식 16>에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 수신기.
    Figure 112010010309110-pat00105
    여기서, 상기 x는 오프셋 벡터를 포함하는 데이터 벡터이고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00106
    는 x의 전치행렬이고, 행렬 A는 QP 문제를 해결하기 위한 매개변수이다.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 제한적 오프셋 벡터(
    Figure 112010010309110-pat00107
    )는 하기 <수학식 17>에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 수신기.
    Figure 112010010309110-pat00108
    여기서, 상기
    Figure 112010010309110-pat00109
    은 최적의 오프셋 벡터의 실수부, 상기
    Figure 112010010309110-pat00110
    은 최적의 오프셋 벡터의 허수부이고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00111
    는 실수부와 허수부로 표현된 데이터 벡터(
    Figure 112010010309110-pat00112
    )의 전치행렬의 대각행렬(
    Figure 112010010309110-pat00113
    )이고, 상기 xopt는 최적의 벡터 섭동이 이루어진 신호 벡터이고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00114
    은 단위 행렬(unit matrix)이다.
  23. 제 18항에 있어서,
    상기 제한적 오프셋 벡터는,
    이차 계획법(Quadratic Programming) 문제를 해결하기 위한 매개 변수인 행렬 A와 오프셋 벡터를 포함하는 데이터 벡터(xopt)로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 행렬 A은 하기 <수학식 18>로 정의하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112010010309110-pat00115
    여기서, 상기
    Figure 112010010309110-pat00116
    는 실수부와 허수부로 표현된 데이터 벡터(
    Figure 112010010309110-pat00117
    )의 전치행렬의 대각행렬(
    Figure 112010010309110-pat00118
    )이고,
    Figure 112010010309110-pat00119
    는 전치행렬(Transpos)를 나타내고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00120
    은 행렬
    Figure 112010010309110-pat00121
    의 특이값 분해(Singular Value Decomposition:SVD)가
    Figure 112010010309110-pat00122
    일 때,
    Figure 112010010309110-pat00123
    로 정의되는 변수이다.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 xopt은 하기 <수학식 19>에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112010010309110-pat00124
    여기서, 상기 x는 오프셋 벡터를 포함하는 데이터 벡터이고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00125
    는 x의 전치행렬이고, 행렬 A는 QP 문제를 해결하기 위한 매개변수이다.
  26. 제 23항에 있어서,
    상기 제한적 오프셋 벡터(
    Figure 112010010309110-pat00126
    )는 하기 <수학식 20>에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112010010309110-pat00127
    여기서, 상기
    Figure 112010010309110-pat00128
    은 최적의 오프셋 벡터의 실수부, 상기
    Figure 112010010309110-pat00129
    은 최적의 오프셋 벡터의 허수부이고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00130
    는 실수부와 허수부로 표현된 데이터 벡터(
    Figure 112010010309110-pat00131
    )의 전치행렬의 대각행렬(
    Figure 112010010309110-pat00132
    )이고, 상기 xopt는 최적의 벡터 섭동이 이루어진 신호 벡터이고, 상기
    Figure 112010010309110-pat00133
    은 단위 행렬(unit matrix)이다.
KR1020070034507A 2007-04-09 2007-04-09 다중안테나 시스템에서 일그러짐 없는 벡터 섭동을제공하는 장치 및 방법 KR100966522B1 (ko)

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