KR101072021B1 - Sequential transmit multi-beamforming method with low complexity using hadamard matrix - Google Patents
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Abstract
하다마드(Hadamard) 행렬을 이용한 저복잡도 순차적 송신 다중 빔 형성 장치 및 방법이 개시된다. 하다마드 행렬을 이용하여 간단한 구성으로 코드북을 만들어 낼 수 있으며, 복잡한 코드북 형태를 벗어나 간단한 코드북을 생성하므로 가중치 벡터의 수를 줄이고 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있다. 공간 다이버시티 처리기를 이용하여 다이버시티 이득을 최대화 할 수 있으며, systematic하게 빔 형성 가중치 벡터를 생성 가능하다.
An apparatus and method for low complexity sequential transmit multi-beam forming using a Hadamard matrix are disclosed. Hadamard matrices can be used to generate codebooks with a simple configuration, and simple codebooks can be generated out of the complex codebook form, thus reducing the number of weight vectors and hardware complexity. Diversity gain can be maximized using the spatial diversity processor, and the beamforming weight vector can be systematically generated.
Description
본 발명은 다중의 송수신 안테나를 이용한 송수신 빔 형성기법에 관한 것으로, 특히 코드북을 사용하는 송수신 다중 빔 형성 기법에 관한 것이다. The present invention relates to a transmit / receive beamforming technique using multiple transmit / receive antennas, and more particularly, to a transmit / receive multiple beamforming technique using a codebook.
본 발명은 지식경제부 및 산업기술평가관리원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2009-F-047-01, 과제명: 개방형 mmWave 무선 인터페이스 플랫폼 기술개발].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Korea Institute of Industrial Technology Evaluation and Management [Task Management No .: 2009-F-047-01, Task name: Development of open mmWave air interface platform technology] .
본 발명은 다중의 송수신 안테나를 이용한 송수신 빔 형성기법에 관한 것으로, 특히 코드북을 사용하는 송수신 다중 빔 형성 기법에 관한 것이다.The present invention relates to a transmit / receive beamforming technique using multiple transmit / receive antennas, and more particularly, to a transmit / receive multiple beamforming technique using a codebook.
빔 형성 기법은 다중 안테나를 사용하여 사용자들의 공간적인 분포 상태에 따라 전파를 지향적으로 송수신 함으로써, 전력 효율 및 불필요한 간섭을 줄여 통신 품질을 제고할 수 있다. 빔 형성을 위한 다중 안테나는 선형 안테나 배열, 평면 안테나 배열 등을 사용한다.The beamforming technique uses multiple antennas to directionally transmit and receive radio waves according to spatial distribution of users, thereby improving communication quality by reducing power efficiency and unnecessary interference. Multiple antennas for beam forming use linear antenna arrays, planar antenna arrays, and the like.
다중 안테나에서 빔 형성기는 각 송신 및 수신 안테나에 적절한 가중치를 적용하여 그 가중치를 이용한 빔 형성을 수행한다. 신호와 가중치를 곱을 통해 신호를 생성한 다음, 신호들의 합을 출력 신호로 하여 빔 형성을 수행한다. In multiple antennas, the beamformer applies appropriate weights to each transmit and receive antenna and performs beamforming using the weights. A signal is generated by multiplying the signal by a weight, and then beamforming is performed by using the sum of the signals as an output signal.
다중 안테나 빔 형성 기법은 송신단 및 수신단에서 각각 적용 가능하며, 송신단 및 수신단의 위치 및 환경에 따라 빔 형성을 위한 가중치를 적절하게 사용할 수 있다.The multi-antenna beamforming technique is applicable to the transmitter and the receiver, respectively, and may use weights for beamforming according to the position and environment of the transmitter and the receiver.
코드북을 이용한 빔 형성 기법은 빔 형성을 위한 가중치 벡터들을 미리 정의하여 사용하는 방식을 말하며, 송수신 환경에 따라 최적의 빔 형성 벡터를 선택하여 통신 품질을 향상시키기 위한 것이다.The beamforming technique using a codebook refers to a method of defining weight vectors for beamforming in advance, and selecting an optimal beamforming vector according to a transmission / reception environment to improve communication quality.
다중 빔 형성기에 사용되는 가중치는 안테나 배열에 따라 선형 안테나 배열과 같은 1차원 배열에 사용되는 가중치 벡터와 평면 안테나 배열과 같은 2차원 배열에 사용되는 가중치 행렬이 있다. 2차원 배열에 사용되는 가중치 행렬은 1차원 배열에 사용되는 가중치 벡터로부터 [수학식 1]과 같이 계산한다.
The weights used in the multi-beam former include a weight vector used in a one-dimensional array such as a linear antenna array and a weight matrix used in a two-dimensional array such as a planar antenna array according to the antenna array. The weight matrix used for the two-dimensional array is calculated from
[수학식 1][Equation 1]
여기서 w k와 w l은 각각 k번째와 l번째 가중치 벡터이고, 는 전치행렬이다.
Where w k and w l are the k th and l th weight vectors, Is a transpose matrix.
수신 신호의 품질을 개선하기 위하여 공간 다이버시티 처리기는 수신단에 적용될 수 있다. N개의 송신 빔에 대하여 순차적으로 각 번째 송신 빔과 번째 수신 빔 간의 복소 채널 이득을 추정하고, 복소 채널 이득 및 추정된 복소 채널 이득을 송신 빔 가중치 행렬과 곱하고 이 값을 송신단에 전송하여 송신 다중 빔 형성기에 적용한다. 이때 공간 다이버시티의 이득은 [수학식 2]와 같다.
In order to improve the quality of the received signal, a spatial diversity processor may be applied to the receiving end. Each sequentially for N transmit beams The first transmission beam The complex channel gain between the first receive beam is estimated, the complex channel gain and the estimated complex channel gain are multiplied by the transmit beam weight matrix, and the value is transmitted to the transmitter to apply to the transmit multiple beam former. In this case, the gain of spatial diversity is shown in
[수학식 2][Equation 2]
여기서 채널은 각 송수신 빔에 따라 단일 입력 단일 출력(SISO)이고, 는 번째 송신 빔과 번째 수신 빔 간의 복소 채널 이득이다.Where the channel is a single input single output (SISO) for each transmit and receive beam, Is The first transmission beam Is the complex channel gain between the first receive beam.
하다마드(Hadamard) 행렬을 이용하여 간단한 구성의 코드북을 만들 수 있고, 이를 통해 가중치 벡터의 수도 줄일 수 있을 뿐만 아니라 간단한 안테나 이득을 통한 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있다.Hadamard matrices can be used to create a simple codebook, which not only reduces the number of weight vectors, but also reduces hardware complexity through simple antenna gain.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하다마드(Hadamard) 행렬을 이용하여 생성된 송신 코드북을 저장하는 코드북 저장부 및 상기 송신 코드북의 가중치 벡터 또는 채널 정보를 이용하여 송신 빔을 형성하는 송신 빔 형성부를 포함하는 송신 빔 형성기가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a codebook storage unit for storing a transmission codebook generated using a Hadamard matrix and a transmission beam forming unit for forming a transmission beam using weight vector or channel information of the transmission codebook A transmit beamformer is provided that includes.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 송신 코드북은 상기 송신 빔 형성기의 안테나의 수(R)에 따라 R x R 하다마드 행렬에 대해 log2R-1 번의 퍼뮤테이션(permutation)을 수행한 행렬과 Φ(R/2+1)xR의 곱을 기초로 생성될 수 있고, 상기 Φ(R/2+1)xR는 하기와 같이 정의될 수 있다.
According to an aspect of the present invention, the transmission codebook is a matrix that performs permutation of log 2 R-1 times with respect to the R x R Hadamard matrix according to the number R of antennas of the transmission beamformer. Can be generated based on the product of (R / 2 + 1) xR , and Φ (R / 2 + 1) xR may be defined as follows.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 채널 정보는 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 포함하고, 상기 송신 빔 형성부는 상기 채널상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 송신 빔을 형성할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the channel information includes a weight vector reflecting a channel state, and the transmission beam forming unit may form a transmit beam using the weight vector reflecting the channel state.
이때, 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는, 상기 송신 코드북을 이용한 상기 송신 빔 형성기의 순차적 송신 빔 변경 및 수신 빔 형성기의 수신 코드북을 이용한 상기 수신 빔 형성기의 순차적 수신 빔 변경을 통해 채널 이득을 추정하고, 상기 추정된 채널 이득을 통해 계산되는 채널 크기가 최대가 되게 하는 상기 수신 빔에 대한 상기 추정된 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 상기 송신 코드북을 이용하여 계산될 수 있다.In this case, the weight vector reflecting the channel state estimates the channel gain through the sequential transmission beam change of the transmission beam former using the transmission codebook and the sequential reception beam change of the reception beam former using the reception codebook of the reception beam former. Can be calculated using the estimated channel gain for the receive beam and the transmission codebook of the transmit beamformer to maximize the channel size calculated through the estimated channel gain.
이때, 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는, 상기 송신 코드북을 이용한 상기 송신 빔 형성기의 순차적 송신 빔 변경 및 수신 빔 형성기의 수신 코드북을 이용한 상기 수신 빔 형성기의 순차적 수신 빔 변경을 통해 채널 이득을 추정하고, 각각의 상기 수신 빔에 대해, 상기 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 상기 송신 코드북을 이용하여 계산될 수 있으며, 상기 송신 빔 형성부는, 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 각각의 상기 수신 빔에 대한 송신 빔을 형성하여 상기 수신 빔의 개수만큼 데이터를 반복하여 전송할 수 있다.In this case, the weight vector reflecting the channel state estimates the channel gain through the sequential transmission beam change of the transmission beam former using the transmission codebook and the sequential reception beam change of the reception beam former using the reception codebook of the reception beam former. , For each of the received beams, may be calculated using the channel gain and the transmit codebook of the transmit beamformer, wherein the transmit beamformer uses the weight vector reflecting the channel state to each of the receive beams. By forming a transmission beam for the data can be repeatedly transmitted as many as the number of the reception beam.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Hadamard 행렬을 이용하여 생성된 수신 코드북을 저장하는 코드북 저장부, 상기 수신 코드북의 가중치 벡터를 이용하여 수신 빔을 형성하는 수신 빔 형성부 및 상기 수신 빔 형성부에 연결되어 채널정보를 송신 빔 형성기로 전송하는 공간 다이버시티 처리기를 포함하는 수신 빔 형성기가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a codebook storage unit for storing a reception codebook generated using a Hadamard matrix, a reception beam forming unit for forming a reception beam using a weight vector of the reception codebook, and the reception beam forming unit A receive beamformer is provided that includes a spatial diversity processor that is connected to transmit channel information to the transmit beamformer.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 수신 코드북은 상기 수신 빔 형성기의 안테나의 수(R)에 따라 R x R Hadamard 행렬에 대해 log2R-1 번의 퍼뮤테이션(permutation)을 수행한 행렬과 Φ(R/2+1)xR의 곱을 기초로 생성될 수 있고, 상기 Φ(R/2+1)xR는 하기와 같이 정의될 수 있다.
According to one aspect of the invention, the reception codebook is a log for an R x R Hadamard matrix according to the number of antennas (R) of the reception beamformer.2Matrices with R-1 permutation and Φ(R / 2 + 1) xRCan be generated based on the product of(R / 2 + 1) xRCan be defined as follows.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 채널정보는 채널이득, 채널크기, 채널 상태가 반영된 가중치 벡터 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the channel information may include at least one of a channel gain, a channel size, and a weight vector reflecting a channel state.
이때, 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는, 송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용한 상기 송신 빔 형성기의 순차적 송신 빔 변경 및 상기 수신 코드북을 이용한 상기 수신 빔 형성기의 순차적 수신 빔 변경을 통해 채널 이득을 추정하고, 상기 추정된 채널 이득을 통해 계산되는 채널 크기가 최대가 되게 하는 상기 수신 빔에 대한 상기 추정된 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 상기 송신 코드북을 이용하여 계산될 수 있다.In this case, the weight vector reflecting the channel state estimates the channel gain through the sequential transmission beam change of the transmission beam former using the transmission codebook of the transmission beam former and the sequential reception beam change of the reception beam former using the reception codebook. Can be calculated using the estimated channel gain for the receive beam and the transmission codebook of the transmit beamformer to maximize the channel size calculated through the estimated channel gain.
이때, 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는, 송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용한 상기 송신 빔 형성기의 순차적 송신 빔 변경 및 상기 수신 코드북을 이용한 상기 수신 빔 형성기의 순차적 수신 빔 변경을 통해 채널 이득을 추정하고, 각각의 상기 수신 빔에 대해 상기 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용하여 계산될 수 있으며, 상기 송신 빔 형성부는, 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 각각의 상기 수신 빔에 대한 송신 빔을 형성하여 상기 수신 빔의 개수만큼 데이터를 반복하여 전송할 수 있다.In this case, the weight vector reflecting the channel state estimates the channel gain through the sequential transmission beam change of the transmission beam former using the transmission codebook of the transmission beam former and the sequential reception beam change of the reception beam former using the reception codebook. For each of the received beams can be calculated using the channel gain and the transmission codebook of the transmission beam former, the transmission beam forming unit, for each of the received beams using a weight vector reflecting the channel state A transmission beam may be formed and data may be repeatedly transmitted as many as the number of the reception beams.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하다마드 행렬을 이용하여 생성된 송신 코드북을 이용하여 송신 빔을 형성하는 송신 빔 형성기, 하다마드 행렬을 이용하여 생성된 수신 코드북을 이용하여 수신 빔을 형성하는 수신 빔 형성기 및 상기 수신 빔 형성기에 연결되어 채널 정보를 송신 빔 형성기로 전송하는 공간 다이버시티 처리기를 포함하는 송수신 빔 형성 무선 통신 시스템이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a transmission beamformer for forming a transmission beam using a transmission codebook generated using a Hadamard matrix, and a reception for forming a reception beam using a reception codebook generated using a Hadamard matrix A transmit / receive beamforming wireless communication system is provided that includes a spatial diversity processor coupled to a beamformer and the receive beamformer to transmit channel information to a transmit beamformer.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 송신 코드북 및 상기 수신 코드북은, 상기 송신 빔 형성기 및 상기 수신 빔 형성기 각각의 안테나의 수(R)에 따라 R x R 하다마드 행렬에 대해 log2R-1 번의 퍼뮤테이션(permutation)을 수행한 행렬과 Φ(R/2+1)xR의 곱을 기초로 생성될 수 있고, 상기 Φ(R/2+1)xR는 하기와 같이 정의될 수 있다.
According to an aspect of the present invention, the transmit codebook and the receive codebook are log 2 R-1 times for an R x R Hadamard matrix according to the number R of antennas of each of the transmit beamformer and the receive beamformer. It can be generated based on the product of the permutation matrix and Φ (R / 2 + 1) x R , the Φ (R / 2 + 1) x R can be defined as follows.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 채널 정보는 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 포함하고, 상기 송신 빔 형성기는 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용해서 송신 빔을 형성할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the channel information includes a weight vector reflecting a channel state, and the transmission beam former may form a transmit beam using the weight vector reflecting the channel state.
이때, 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는, 상기 송신 코드북을 이용한 상기 송신 빔 형성기의 순차적 송신 빔 변경 및 상기 수신 코드북을 이용한 상기 수신 빔 형성기의 순차적 수신 빔 변경을 통해 채널 이득을 추정하고, 상기 추정된 채널 이득을 통해 계산되는 채널 크기가 최대가 되게 하는 상기 수신 빔에 대한 상기 추정된 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 상기 송신 코드북을 이용하여 계산될 수 있다.In this case, the weight vector reflecting the channel state estimates a channel gain through a sequential transmission beam change of the transmission beam former using the transmission codebook and a sequential reception beam change of the reception beam former using the reception codebook, and the estimation The estimated channel gain for the receive beam and the transmit codebook of the transmit beam former may be calculated to maximize the channel size calculated through the channel gain.
이때, 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는, 상기 송신 코드북을 이용한 상기 송신 빔 형성기의 순차적 송신 빔 변경 및 상기 수신 코드북을 이용한 상기 수신 빔 형성기의 순차적 수신 빔 변경을 통해 채널 이득을 추정하고, 각각의 상기 수신 빔에 대해, 상기 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 상기 송신 코드북을 이용하여 계산되며, 상기 송신 빔 형성기는, 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 각각의 상기 수신 빔에 대한 송신 빔을 형성하여 상기 수신 빔의 수만큼 데이터를 반복하여 전송할 수 있다.In this case, the weight vector reflecting the channel state may estimate a channel gain through a sequential transmission beam change of the transmission beam former using the transmission codebook and a sequential reception beam change of the reception beam former using the reception codebook. For the receive beam, the channel gain and the transmit codebook of the transmit beamformer are calculated, and the transmit beamformer uses the weight vector reflecting the channel condition to determine the transmit beam for each receive beam. The data may be repeatedly transmitted as many as the number of the reception beams.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신 빔 형성기의 수신 코드북을 이용한 수신 빔 형성기의 특정 빔에 대해, 송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용하여 상기 송신 빔 형성기에서 순차적으로 빔을 변경하면서 상기 수신 빔 형성기에 시퀀스를 전송하는 단계; 상기 수신 빔 형성기에서 상기 시퀀스를 수신하고 채널 이득을 추정하는 단계; 상기 채널 이득 추정을 순차적으로 모든 상기 수신 빔 형성기의 빔에 대해 수행하는 단계; 상기 추정된 채널 이득을 통해 계산되는 채널 크기가 최대가 되게 하는 상기 수신 빔에 대한 상기 추정된 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용하여 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 계산하는 단계; 및 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 송신 빔을 형성하는 단계를 포함하는 송신 빔 형성 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, for a specific beam of a reception beam former using a reception codebook of a reception beam former, the reception beam former is sequentially changed beams in the transmission beam former using a transmission codebook of a transmission beam former. Transmitting the sequence to the; Receiving the sequence and estimating a channel gain at the receive beamformer; Performing the channel gain estimation sequentially on all beams of the receive beamformer; Calculating a weight vector reflecting a channel state using the estimated channel gain for the received beam and the transmission codebook of the transmit beam former to maximize the channel size calculated through the estimated channel gain; And forming a transmission beam by using the weight vector reflecting the channel state.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신 빔 형성기의 수신 코드북을 이용한 수신 빔 형성기의 특정 빔에 대해, 송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용하여 상기 송신 빔 형성기에서 순차적으로 빔을 변경하면서 상기 수신 빔 형성기에 시퀀스를 전송하는 단계; 상기 수신 빔 형성기에서 상기 시퀀스를 수신하고 채널 이득을 추정하는 단계; 상기 채널 이득 추정을 순차적으로 모든 상기 수신 빔 형성기의 빔에 대해 수행하는 단계; 상기 추정된 채널 이득을 통해 각각의 상기 수신 빔에 대한 상기 추정된 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 상기 송신 코드북을 이용하여 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 계산하는 단계; 및 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 각각의 상기 수신 빔에 대한 상기 송신 빔을 형성하여 상기 수신 빔의 개수만큼 데이터를 반복하여 전송하는 단계를 포함하는 송신 빔 형성 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, for a specific beam of a reception beam former using a reception codebook of a reception beam former, the reception beam former is sequentially changed beams in the transmission beam former using a transmission codebook of a transmission beam former. Transmitting the sequence to the; Receiving the sequence and estimating a channel gain at the receive beamformer; Performing the channel gain estimation sequentially on all beams of the receive beamformer; Calculating a weight vector reflecting a channel state by using the estimated channel gain for each of the received beams through the estimated channel gains and the transmission codebook of the transmission beam former; And forming the transmission beams for each of the reception beams by using the weight vector reflecting the channel state, and repeatedly transmitting data as many as the number of the reception beams.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 코드북을 생성하는 방법에 있어서, 송신 또는 수신 빔 형성기의 안테나의 수(R)에 따라 R x R 하다마드 행렬에 대해 log2R-1 번의 퍼뮤테이션(permutation)을 수행한 행렬과 Φ(R/2+1)xR의 곱을 기초로 송신 또는 수신 빔 형성기의 코드북 생성 방법이 제공되며, 상기 Φ(R/2+1)xR는 하기와 같이 정의될 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, in the method of generating a codebook, permutation of log 2 R-1 times with respect to the R x R Hadamard matrix according to the number R of antennas of a transmitting or receiving beamformer A codebook generation method of a transmit or receive beamformer is provided based on a product of matrices performed by π (R / 2 + 1) xR , and φ (R / 2 + 1) xR may be defined as follows.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다중 빔을 생성하는 안테나 구현 있어서 다중 송수신 안테나와 각 안테나에 대한 가중치를 이용하여 하드웨어의 복잡도를 줄일 수 있는 코드북 생성 방법 및 그 장치를 제공할 수 있고, 등간격의 다중 빔을 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the antenna implementation for generating multiple beams, it is possible to provide a method and apparatus for generating a codebook that can reduce the complexity of hardware by using multiple transmit / receive antennas and weights for each antenna, and an equal interval. It is possible to generate multiple beams of.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공간 다이버시티 처리기를 이용하여 다이버시티 이득을 최대화할 수 있으며, systematic하게 빔 형성 가중치 벡터를 생성할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the diversity gain may be maximized using a spatial diversity processor, and the beamforming weight vector may be systematically generated.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 다중 안테나 시스템의 송수신기 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 추정된 채널이득 및 송신 코드북의 지향성 단일 빔을 이용하여 송신 빔을 생성하는 송신 빔 형성기의 등가적인 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 방법의 간략한 순서도를 도시한 도면이다.
도 4는 송신 다이버시티만을 사용한 경우, 코드북을 이용한 순차적 빔 변경을 통한 채널 이득 추정 및 이를 이용한 빔 형성 방법에 대한 순서도를 도시한 도면이다.
도 5는 송수신 다이버시티를 모두 사용한 경우, 코드북을 이용한 순차적 빔 변경을 통한 채널 이득 추정 및 이를 이용한 빔 형성 방법에 대한 순서도를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a transceiver structure of a multiple antenna system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an equivalent structure of a transmission beam former for generating a transmission beam using the estimated channel gain and the directional single beam of the transmission codebook according to an embodiment of the present invention.
3 is a simplified flowchart of a beam forming method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating channel gain estimation using sequential beam change using a codebook and a beamforming method using the same, when only transmission diversity is used.
FIG. 5 is a flowchart illustrating channel gain estimation through sequential beam change using a codebook and beam forming method using the same when both transmit and receive diversity are used.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terminology used herein is a term used to properly express a preferred embodiment of the present invention, which may vary according to a user, an operator's intention, or a custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 송수신기 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a transceiver structure of a multiple antenna system according to the present invention.
도 1을 참조할 때, 본 발명이 단일 빔의 코드북에 따른 채널 이득 추정 및 추정된 채널 이득을 통한 다중 빔 생성에 초점을 맞췄기 때문에 빔 형성기가 적용된 통신 시스템은 간략히 표현하였다. 송신단은 부호 및 변조기와 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 코드북을 적용한 송신 빔 형성기(110) 및 송신 안테나(140)를 포함하여 구성된다. 송신 빔 형성기(110)는 코드북 저장부(120)와 송신 빔 형성부(130)를 포함할 수 있다. 수신단은 수신 안테나(150), 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 코드북을 적용한 수신 빔 형성기(160) 및 복조 및 복호기를 포함하여 구성될 수 있다. 수신 빔 형성기(160)는 송신/수신 코드북 저장부(170), 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 코드북을 적용한 수신 빔 형성부(180) 및 안테나 이득을 극대화 시키기 위한 공간 다이버시티 처리기(190)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the communication system to which the beam former is applied is briefly represented because the present invention focuses on channel gain estimation according to a codebook of a single beam and multiple beam generation through the estimated channel gain. The transmitter includes a
여기서 본 발명의 일 실시예에 따른 코드북의 번째 빔을 적용한 송신 빔 형성기에 사용된 가중치 벡터는 w Tx,i=[w1 Tx,i, w2 Tx,i,…, wN Tx,i] 이고, 본 발명에 따른 코드북의 번째 빔을 적용한 수신 빔 형성기에 사용된 가중치 벡터는 w Rx,j=[w1 Rx,i, w2 Rx,j,…, wN Rx,j] 이며, 각각 송신 빔 형성기와 수신 빔 형성기에 사용된 안테나의 개수는 개와 개이다. Herein of the codebook according to an embodiment of the present invention The weight vector used in the transmission beamformer applying the first beam is w Tx, i = [w 1 Tx, i , w 2 Tx, i ,... , w N Tx, i ] and the codebook of the present invention The weight vector used in the reception beamformer to which the second beam is applied is w Rx, j = [w 1 Rx, i , w 2 Rx, j ,... , w N Rx, j ] and the number of antennas used in the transmit beamformer and the receive beamformer Dog Dog.
도 1을 참조하면, 수신단의 공간 다이버시티 처리기에서 채널 이득을 추정하고 추정된 채널 이득을 이용하여 송신 빔을 생성하기 위해 추정된 채널 이득을 송신단으로 전송하는 역방향 전송로를 가질 수 있다. 여기서 본 발명을 통해 형성된 송신 빔은 다중 빔의 형태를 갖고, 수신 빔은 단일 빔의 형태를 가질 수 있다. Referring to FIG. 1, a spatial diversity processor of a receiver may have a reverse transmission path for estimating a channel gain and transmitting an estimated channel gain to a transmitter in order to generate a transmission beam using the estimated channel gain. Here, the transmission beam formed through the present invention may have the form of multiple beams, and the reception beam may have the form of a single beam.
도 2는 추정된 채널 이득과 코드북의 지향성 단일 빔을 이용하여 송신 빔을 생성하는 송신 빔 형성기의 등가적인 구조를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating an equivalent structure of a transmission beam former that generates a transmission beam using the estimated channel gain and the directional single beam of the codebook.
도 2를 참조하면, 송신 빔 형성기는 추정된 채널 이득의 공액 값(conjugate)을 곱해주는 곱셈기(220) 이후에 지향성 송신 단일 빔 가중치 벡터(210)를 배치하고, 동일한 안테나의 가중치가 적용된 신호들을 합하여 안테나로 전달된다.Referring to FIG. 2, the transmit beamformer places a directional transmit single
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 빔 생성 방법의 간략한 순서도를 도시한 도면이다.3 is a simplified flowchart of a multi-beam generation method according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 통한 간단하면서 빔 간의 간격이 동일한 지향성 단일 빔의 코드북을 생성하고 이를 저장하는 단계(310), 송신 빔 형성기 및 수신 빔 형성기에서 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코드북 및 수신 코드북의 단일 빔을 순차적으로 바꾸면서 송신단 및 수신단 간의 채널 이득을 추정한다(320). 상기 추정된 채널 이득을 송신단으로 전송하여 이를 송신 빔 형성에 이용할 수 있다(330).Referring to FIG. 3, a method of generating and storing a codebook of a directional single beam having the same spacing between beams in a simple manner through one embodiment of the present invention (310), one embodiment of the present invention in a transmit beam former and a receive beam former In
본 발명의 일 실시예에 따라 하다마드(Hadamard) 행렬을 이용하여 코드북을 생성하는 방법은 다음과 같다.According to an embodiment of the present invention, a method for generating a codebook using a Hadamard matrix is as follows.
빔 간의 간격이 동일하고 개의 가중치 종류를 갖는 지향성 단일 빔의 코드북 생성을 위해서 Hadamard 행렬은 안테나의 수 에 따라 log2R-1 번의 퍼뮤테이션(permutation)을 수행한다. Hadamard 행렬은 [수학식 3]과 같다.
The same spacing between the beams Codebook Generation of Directional Single Beams Hadamard matrix is the number of antennas According to the log 2 R-1 permutation (permutation) is performed. Hadamard matrix is shown in [Equation 3].
[수학식 3]&Quot; (3) "
하다마드 행렬은 2n의 형태이므로 안테나의 수 에 따라 인 행렬로 표현되며 퍼뮤테이션(permutation)을 수행하기 위해서 [수학식 4]와 같이 정의된 행렬을 생성할 수 있다.
Since the Hadamard matrix is of the
[수학식 4]&Quot; (4) "
이 행렬은 안테나의 수 에 관계없이 첫 번째 퍼뮤테이션(permutation) 행렬을 구성하게 된다. 만약 이 4인 경우 한 번의 퍼뮤테이션을 거치게 되며, 이 때 퍼뮤테이션 행렬은 [수학식 5]와 같은 형태가 될 수 있다.
This matrix is the number of antennas Regardless of this, the first permutation matrix is formed. if In the case of 4, one permutation is performed, and the permutation matrix may be in the form of [Equation 5].
[수학식 5][Equation 5]
R이 8과 16인 경우에는 첫 번째 퍼뮤테이션이 수학식 5와 같은 형태가 된다. 이 때, 는 모두 행렬이고, 은 영행렬을 의미한다.When R is 8 and 16, the first permutation is in the form of Equation 5. At this time, Are all Matrix, Means zero matrix.
R에 따른 첫 번째 permutation은 [수학식 6]에서 정의된 행렬과 영행렬에 의해 생성될 수 있다.
The first permutation according to R can be generated by the matrix and zero matrix defined in Equation 6.
[수학식 6]&Quot; (6) "
R이 8인 경우에 두 번째 퍼뮤테이션은 이 4인 경우 첫 번째로 구한 P1 4를 이용하여 [수학식 7]과 같이 구할 수 있다.
If R is 8 then the second permutation is In the case of 4, P 1 4 can be obtained as shown in [Equation 7].
[수학식 7][Equation 7]
수학식 7에서, 행렬 는 단위 행렬 I(R/2)*(R/2)의 열 혹은 행의 순서를 바꾼 형태의 행렬이다. 이 16인 경우의 두 번째와 세 번째 퍼뮤테이션은 각각 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.
In Equation 7, matrix Is a matrix of the order of the columns or rows of the unitary matrix I (R / 2) * (R / 2) . In the case of 16, the second and third permutations may be expressed as Equation 8, respectively.
[수학식 8][Equation 8]
결국, 안테나의 수 이 2의 승수로 증가할 때 이전의 퍼뮤테이션 행렬을 이용하여 구할 수 있다. [수학식 9]는 하다마드 행렬을 log2R-1개의 퍼뮤테이션 행렬들을 사용하여 변환한 후 최종적으로 얻게 되는 지향성 단일 빔의 가중치 벡터 모임인 코드북을 구하는 식이다.
After all, the number of antennas When increasing to a power of 2, it can be found using the previous permutation matrix. Equation (9) obtains a codebook, which is a weighted vector collection of directional single beams obtained after converting a Hadamard matrix using log 2 R-1 permutation matrices.
[수학식 9][Equation 9]
여기서, Φ(R/2+1)xR는 [수학식 10]과 같이 표현된다.
Here, Φ (R / 2 + 1) xR is expressed as [Equation 10].
[수학식 10][Equation 10]
수학식 9에 나타낸 행렬에서 k번째 열은 코드북의 k번째 가중치 벡터로서 지향성 단일 빔의 순차적 빔 변경 과정에서 사용되며, 1차원 배열 안테나의 가중치 벡터 w k=[w1 k, w2 k,…, wN k]로 정의되고, 수식으로 나타내면 [수학식 11]과 같다.
In the matrix shown in Equation 9, the kth column is used as the kth weight vector of the codebook in the sequential beam change process of the directional single beam, and the weight vectors w k = [w 1 k , w 2 k ,... , w N k ], which is represented by Equation 11 below.
[수학식 11][Equation 11]
[수학식 11]에서 는 행렬 의 번째 열 벡터를 의미한다. In Equation 11 Is a matrix of Second column vector.
본 발명의 일 실시예인 상기 방법에 따를 때, 안테나 개수 R=8 이고 R/2+1이 5 인 경우의 코드북은 다음 [수학식 12]와 같이 표현될 수 있다.
According to the above method, which is an embodiment of the present invention, the codebook when the number of antennas R = 8 and R / 2 + 1 is 5 may be expressed as Equation 12 below.
[수학식 12][Equation 12]
도 4는 송신 다이버시티만을 사용한 경우, 코드북을 이용한 순차적 빔 변경을 통한 채널 이득 추정 및 이를 이용한 빔 형성 방법에 대한 순서도를 도시한 도면이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating channel gain estimation using sequential beam change using a codebook and a beamforming method using the same, when only transmission diversity is used.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의해 생성된 지향성 단일 빔의 수신 코드북을 이용하여 수신단(160)의 빔을 고정하고, 송신단(110)의 본 발명의 일 실시예에 의해 생성된 지향성 단일 빔의 송신 코드북을 이용한 빔을 순차적으로 변경하면서 시퀀스를 전송할 수 있다(410, 420).Referring to FIG. 4, the beam of the
이때 상기 송신/수신 코드북은 상술한 바와 같이 각각의 안테나의 수(()에 따라 R x R 하다마드 행렬에 대해 log2R-1 번의 퍼뮤테이션을 수행함으로써 생성되는 [수학식 9]의 송신/수신 코드북일 수 있다.In this case, as described above, the transmit / receive codebook includes the number of antennas ( It can be a transmit / receive codebook of [Equation 9] generated by performing log 2 R-1 permutation on the R × R Hadamard matrix according to ().
수신 빔 형성기(160)의 공간 다이버시티 처리기(190)는 수신된 시퀀스를 통해 채널 이득()을 추정하고 이를 공간 다이버시티 처리기(190)에 저장할 수 있다(430). 순차적으로 송신 빔을 변경하면서 모든 송신 빔에 대한 채널 이득()을 추정한 이후(435) 수신 빔에 대한 채널 크기 값을 계산한다(440). 여기서 번째 수신 빔에 대한 채널 크기 값은 [수학식 13]로 정의된다.
The
[수학식 13][Equation 13]
여기서 은 송신 빔의 개수를 의미한다.here Means the number of transmission beams.
추정된 채널 이득과 계산된 채널 크기 값은 역방향 전송로를 통해 송신 빔 형성기(110)로 전송될 수 있다(450). 상기 추정된 채널 이득 및 채널 크기 값은 송신 빔 형성기(110)의 코드북 저장부(120)에 저장될 수 있다. 이러한 과정을 모든 수신 빔에 대하여 적용한다(455).The estimated channel gain and the calculated channel size value may be transmitted to the transmit
상기 과정을 통해 모든 수신 빔에 대한 채널 크기 값 중 최대 값에 해당하는 수신 빔을 선택하고(460), 선택된 번째 수신 빔에 대응하는 채널 이득을 이용하여 송신 빔 형성기(110)의 채널 상태가 반영된 가중치 벡터 를 [수학식 14]과 같이 계산할 수 있다(470).
Through the above process, the reception beam corresponding to the maximum value among the channel size values for all the reception beams is selected (460), and the selected A weight vector reflecting the channel state of the transmission beam former 110 using the channel gain corresponding to the first reception beam May be calculated as shown in Equation 14 (470).
[수학식 14][Equation 14]
공간 다이버시티 처리기(190)는 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 송신 빔 형성기(110)로 전송할 수 있다(480). 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는 송신 빔 형성기(110)의 코드북 저장부(120)에 저장될 수 있다.The
송신 빔 형성기(110)의 송신 빔 형성부(140)는 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 송신 빔을 형성하고, 수신 빔 형성기(160)의 수신 빔 형성부(180)는 최대 채널 크기 값을 갖는 수심 빔을 형성한다(490).The transmit beam former 140 of the transmit beam former 110 forms a transmit beam using a weight vector reflecting the channel state, and the receive beam former 180 of the receive beam former 160 has a maximum channel size value. A depth beam having a shape is formed (490).
도 5는 송수신 다이버시티를 모두 사용한 경우, 코드북을 이용한 순차적 빔 변경을 통한 채널 이득 추정 및 이를 이용한 빔 형성 방법에 대한 순서도를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating channel gain estimation through sequential beam change using a codebook and beam forming method using the same when both transmit and receive diversity are used.
도 5를 참조하면, 송신 및 수신 다이버시티를 모두 사용하기 위해 각각의 수신 빔에 대한 송신 빔을 모두 형성하기 때문에 수신 빔의 개수만큼 데이터를 재전송한다.Referring to FIG. 5, since both transmit beams for each receive beam are formed to use both transmit and receive diversity, data is retransmitted by the number of receive beams.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의해 생성된 지향성 단일 빔의 수신 코드북을 이용하여 수신단의 수신 빔을 고정하고, 송신단의 본 발명의 일 실시예에 의해 생성된 지향성 단일 빔의 송신 코드북을 이용한 송신 빔을 순차적으로 변경하면서 시퀀스(sequence)를 전송할 수 있다(510,520).Referring to FIG. 5, the receiving beam of the receiving end is fixed using the receiving codebook of the directional single beam generated by the embodiment of the present invention, and the transmitting of the directional single beam generated by the embodiment of the present invention of the transmitting end. A sequence may be transmitted while sequentially changing the transmission beam using the codebook (510, 520).
이때 상기 송신/수신 코드북은 상술한 바와 같이 각각의 안테나의 수()에 따라 ** 하다마드 행렬에 대해 log2R-1 번의 퍼뮤테이션(permutation)을 수행한 행렬과 [수학식 10]에 나타낸 행렬의 곱을 기초로 생성되는 [수학식 9]의 송신/수신 코드북일 수 있다.In this case, as described above, the transmit / receive codebook includes the number of antennas ( )Depending on the * * It may be a transmit / receive codebook of [Equation 9] generated based on the product of a matrix performing log 2 R-1 permutation on the Hadamard matrix and the matrix shown in Equation 10.
수신 빔 형성기(160)의 공간 다이버시티 처리기(190)는 수신된 시퀀스를 통해 채널 이득을 추정하고 저장할 수 있다(530). 상기와 같은 방법으로 모든 송신 빔에 대하여 채널 이득(hi,j)을 추정하고(535), 상기 채널 이득(hi,j) 또는 채널 상태 벡터를 역방향 전송로를 통해 송신 빔 형성기(110)로 전송할 수 있다(540). 이와 같은 채널 정보는 송신 빔 형성기(110)의 코드북 저장부(120)에 저장될 수 있다. 이러한 과정을 모든 수신 빔에 대하여 적용한다(545).The
공간 다이버시티 처리기(190)는 첫 번째 수신 빔에 대하여 이에 대응하는 상기 과정을 통해 얻은 채널 이득을 이용하여, 송신 빔 형성기(110)의 채널 상태가 반영된 가중치 벡터 w 1 Tx를 [수학식 14]과 같이 계산할 수 있다(550). 공간 다이버시티 처리기(190)는 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 송신 빔 형성기(110)로 전송할 수 있다(560). 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는 송신 빔 형성기(110)의 코드북 저장부(120)에 저장될 수 있다. 송신 빔 형성기(110)의 송신 빔 형성부(140)는 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 송신 빔을 형성하고(570), 데이터를 송신할 수 있다(580). 이와 같은 과정을 순차적으로 모든 수신 빔에 대하여 동일하게 처리하여(585) 수신 다이버시티 효과를 얻는다.The
이때, 번째 수신 빔 가중치 벡터(570)는 [수학식 9]에서 얻게 되는 열 벡터 자체를 사용하여 [수학식 15]로 정의할 수 있다.
At this time, The first received
[수학식 15][Equation 15]
[수학식 14]과 [수학식 15]의 송수신 빔 가중치 벡터는 1차원 안테나 배열에 해당하고, 2차원 안테나 배열에 맞는 가중치 행렬은 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다.The transmission and reception beam weight vectors of Equations 14 and 15 correspond to a one-dimensional antenna array, and a weight matrix suitable for the two-dimensional antenna array may be calculated using
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
110: 송신 빔 형성기110: transmission beam former
Claims (18)
하다마드(Hadamard) 행렬을 이용하여 생성된 송신 코드북을 저장하는 코드북 저장부;
상기 송신 코드북의 가중치 벡터 또는 채널 정보를 이용하여 송신 빔을 형성하는 송신 빔 형성부
를 포함하고,
상기 채널 정보는 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 포함하며,
상기 송신 빔 형성부는 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 송신 빔을 형성하고,
상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는,
상기 송신 코드북을 이용한 상기 송신 빔 형성기의 순차적 송신 빔 변경 및 수신 빔 형성기의 수신 코드북을 이용한 상기 수신 빔 형성기의 순차적 수신 빔 변경을 통해 채널 이득을 추정하고, 상기 추정된 채널 이득을 통해 계산되는 채널 크기가 최대가 되게 하는 상기 수신 빔에 대한 상기 추정된 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 상기 송신 코드북을 이용하여 계산되는 송신 빔 형성기.In the transmission beam former for forming a transmission beam using a codebook,
A codebook storage unit for storing a transmission codebook generated using a Hadamard matrix;
Transmission beam forming unit for forming a transmission beam using the weight vector or channel information of the transmission codebook
Including,
The channel information includes a weight vector reflecting a channel state.
The transmission beam forming unit forms a transmission beam using a weight vector reflecting the channel state,
The weight vector reflecting the channel state is
A channel gain is estimated through the sequential transmission beam change of the transmission beamformer using the transmission codebook and the sequential reception beam change of the reception beamformer using the reception codebook of the reception beamformer, and a channel calculated through the estimated channel gain. A transmit beamformer calculated using the estimated channel gain for the receive beam to maximize in magnitude and the transmit codebook of the transmit beamformer.
하다마드(Hadamard) 행렬을 이용하여 생성된 송신 코드북을 저장하는 코드북 저장부;
상기 송신 코드북의 가중치 벡터 또는 채널 정보를 이용하여 송신 빔을 형성하는 송신 빔 형성부
를 포함하고,
상기 채널 정보는 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 포함하며,
상기 송신 빔 형성부는 상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 송신 빔을 형성하고,
상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는,
상기 송신 코드북을 이용한 상기 송신 빔 형성기의 순차적 송신 빔 변경 및 수신 빔 형성기의 수신 코드북을 이용한 상기 수신 빔 형성기의 순차적 수신 빔 변경을 통해 채널 이득을 추정하고, 각각의 상기 수신 빔에 대해, 상기 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 상기 송신 코드북을 이용하여 계산되며,
상기 송신 빔 형성부는,
상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 각각의 상기 수신 빔에 대한 송신 빔을 형성하여 상기 수신 빔의 개수만큼 데이터를 반복하여 전송하는 송신 빔 형성기.In the transmission beam former for forming a transmission beam using a codebook,
A codebook storage unit for storing a transmission codebook generated using a Hadamard matrix;
Transmission beam forming unit for forming a transmission beam using the weight vector or channel information of the transmission codebook
Including,
The channel information includes a weight vector reflecting a channel state.
The transmission beam forming unit forms a transmission beam using a weight vector reflecting the channel state,
The weight vector reflecting the channel state is
Estimating a channel gain through the sequential transmit beam change of the transmit beamformer using the transmit codebook and the sequential receive beam change of the receive beamformer using the receive codebook of the receive beamformer, for each of the receive beams Gain and calculated using the transmission codebook of the transmission beamformer,
The transmission beam forming unit,
And a transmission beam for each of the reception beams using the weight vector reflecting the channel state, and repeatedly transmitting data as many as the number of the reception beams.
하다마드(Hadamard) 행렬을 이용하여 생성된 송신 코드북을 저장하는 코드북 저장부;
상기 송신 코드북의 가중치 벡터 또는 채널 정보를 이용하여 송신 빔을 형성하는 송신 빔 형성부
를 포함하고,
상기 송신 코드북은 상기 송신 빔 형성기의 안테나의 수(R)에 따라 R x R 하다마드 행렬에 대해 log2R-1 번의 퍼뮤테이션(permutation)을 수행한 행렬과 Φ(R/2+1)xR의 곱을 기초로 생성되며,
상기 Φ(R/2+1)xR는 하기와 같은 수학식을 통하여 정의되는 송신 빔 형성기.
[수학식]
In the transmission beam former for forming a transmission beam using a codebook,
A codebook storage unit for storing a transmission codebook generated using a Hadamard matrix;
Transmission beam forming unit for forming a transmission beam using the weight vector or channel information of the transmission codebook
Including,
The transmission codebook is a matrix that performs permutation of log 2 R-1 times with respect to the R x R Hadamard matrix according to the number R of antennas of the transmission beam former, and Φ (R / 2 + 1) xR. Is based on the product of
The Φ (R / 2 + 1) x R is defined by the following equation.
[Equation]
Hadamard 행렬을 이용하여 생성된 수신 코드북을 저장하는 코드북 저장부;
상기 수신 코드북의 가중치 벡터를 이용하여 수신 빔을 형성하는 수신 빔 형성부; 및
상기 수신 빔 형성부에 연결되어 채널정보를 송신 빔 형성기로 전송하는 공간 다이버시티 처리기
를 포함하고,
상기 수신 코드북은 상기 수신 빔 형성기의 안테나의 수(R)에 따라 R x R 하다마드 행렬에 대해 log2R-1 번의 퍼뮤테이션(permutation)을 수행한 행렬과 Φ(R/2+1)xR의 곱을 기초로 생성되며,
상기 Φ(R/2+1)xR는 하기와 같은 수학식을 통하여 정의되는 수신 빔 형성기.
[수학식]
In a receive beam former for forming a receive beam using a codebook,
A codebook storage unit for storing a received codebook generated using a Hadamard matrix;
A reception beam forming unit for forming a reception beam using the weight vector of the reception codebook; And
A spatial diversity processor connected to the receiving beam former and transmitting channel information to a transmission beam former
Including,
The reception codebook is a matrix that performs permutation of log 2 R-1 times with respect to the R x R Hadamard matrix according to the number R of antennas of the reception beamformer, and Φ (R / 2 + 1) xR. Is based on the product of
The Φ (R / 2 + 1) x R is defined by the following equation.
[Equation]
Hadamard 행렬을 이용하여 생성된 수신 코드북을 저장하는 코드북 저장부;
상기 수신 코드북의 가중치 벡터를 이용하여 수신 빔을 형성하는 수신 빔 형성부; 및
상기 수신 빔 형성부에 연결되어 채널 정보를 송신 빔 형성기로 전송하는 공간 다이버시티 처리기
를 포함하고,
상기 채널 정보는 채널 이득, 채널 크기, 채널 상태가 반영된 가중치 벡터 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는,
송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용한 상기 송신 빔 형성기의 순차적 송신 빔 변경 및 상기 수신 코드북을 이용한 상기 수신 빔 형성기의 순차적 수신 빔 변경을 통해 채널 이득을 추정하고, 상기 추정된 채널 이득을 통해 계산되는 채널 크기가 최대가 되게 하는 상기 수신 빔에 대한 상기 추정된 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 상기 송신 코드북을 이용하여 계산되는 수신 빔 형성기.In a receive beam former for forming a receive beam using a codebook,
A codebook storage unit for storing a received codebook generated using a Hadamard matrix;
A reception beam forming unit for forming a reception beam using the weight vector of the reception codebook; And
A spatial diversity processor coupled to the receive beamformer to transmit channel information to a transmit beamformer
Including,
The channel information includes at least one of a channel gain, a channel size, and a weight vector reflecting a channel state.
The weight vector reflecting the channel state is
A channel gain is estimated through a sequential transmission beam change of the transmission beam former using a transmission codebook of a transmission beam former and a sequential reception beam change of the reception beam former using the reception codebook, and a channel calculated through the estimated channel gain. A receive beamformer calculated using the estimated channel gain for the receive beam to maximize its magnitude and the transmit codebook of the transmit beamformer.
Hadamard 행렬을 이용하여 생성된 수신 코드북을 저장하는 코드북 저장부;
상기 수신 코드북의 가중치 벡터를 이용하여 수신 빔을 형성하는 수신 빔 형성부; 및
상기 수신 빔 형성부에 연결되어 채널 정보를 송신 빔 형성기로 전송하는 공간 다이버시티 처리기
를 포함하고,
상기 채널 정보는 채널 이득, 채널 크기, 채널 상태가 반영된 가중치 벡터 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터는,
송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용한 상기 송신 빔 형성기의 순차적 송신 빔 변경 및 상기 수신 코드북을 이용한 상기 수신 빔 형성기의 순차적 수신 빔 변경을 통해 채널 이득을 추정하고, 각각의 상기 수신 빔에 대해 상기 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용하여 계산되는 수신 빔 형성기.
In a receive beam former for forming a receive beam using a codebook,
A codebook storage unit for storing a received codebook generated using a Hadamard matrix;
A reception beam forming unit for forming a reception beam using the weight vector of the reception codebook; And
A spatial diversity processor coupled to the receive beamformer to transmit channel information to a transmit beamformer
Including,
The channel information includes at least one of a channel gain, a channel size, and a weight vector reflecting a channel state.
The weight vector reflecting the channel state is
The channel gain is estimated through the sequential transmission beam change of the transmission beam former using the transmission codebook of the transmission beam former and the sequential reception beam change of the reception beam former using the reception codebook, and the channel gain for each of the received beams. And a receive beamformer calculated using the transmit codebook of the transmit beamformer.
수신 빔 형성기의 수신 코드북을 이용한 수신 빔 형성기의 특정 빔에 대해, 송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용하여 상기 송신 빔 형성기에서 순차적으로 빔을 변경하면서 상기 수신 빔 형성기에 시퀀스를 전송하는 단계;
상기 수신 빔 형성기에서 상기 시퀀스를 수신하고 채널 이득을 추정하는 단계;
상기 채널 이득 추정을 순차적으로 모든 상기 수신 빔 형성기의 빔에 대해 수행하는 단계;
상기 추정된 채널 이득을 통해 계산되는 채널 크기가 최대가 되게 하는 상기 수신 빔에 대한 상기 추정된 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용하여 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 계산하는 단계; 및
상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 송신 빔을 형성하는 단계
를 포함하는 송신 빔 형성 방법.
In the method of forming a transmission beam using a codebook,
For a particular beam of the receive beamformer using the receive codebook of the receive beamformer, using the transmit codebook of the transmit beamformer, transmitting a sequence to the receive beamformer while sequentially changing beams in the transmit beamformer;
Receiving the sequence and estimating a channel gain at the receive beamformer;
Performing the channel gain estimation sequentially on all beams of the receive beamformer;
Calculating a weight vector reflecting a channel state using the estimated channel gain for the received beam and the transmission codebook of the transmit beam former to maximize the channel size calculated through the estimated channel gain; And
Forming a transmission beam using a weight vector reflecting the channel state
Transmission beam forming method comprising a.
수신 빔 형성기의 수신 코드북을 이용한 수신 빔 형성기의 특정 빔에 대해, 송신 빔 형성기의 송신 코드북을 이용하여 상기 송신 빔 형성기에서 순차적으로 빔을 변경하면서 상기 수신 빔 형성기에 시퀀스를 전송하는 단계;
상기 수신 빔 형성기에서 상기 시퀀스를 수신하고 채널 이득을 추정하는 단계;
상기 채널 이득 추정을 순차적으로 모든 상기 수신 빔 형성기의 빔에 대해 수행하는 단계;
상기 추정된 채널 이득을 통해 각각의 상기 수신 빔에 대한 상기 추정된 채널 이득 및 상기 송신 빔 형성기의 상기 송신 코드북을 이용하여 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 계산하는 단계; 및
상기 채널 상태가 반영된 가중치 벡터를 이용하여 각각의 상기 수신 빔에 대한 상기 송신 빔을 형성하여 상기 수신 빔의 개수만큼 데이터를 반복하여 전송하는 단계
를 포함하는 송신 빔 형성 방법.
In the method of forming a transmission beam using a codebook,
For a particular beam of the receive beamformer using the receive codebook of the receive beamformer, using the transmit codebook of the transmit beamformer, transmitting a sequence to the receive beamformer while sequentially changing beams in the transmit beamformer;
Receiving the sequence and estimating a channel gain at the receive beamformer;
Performing the channel gain estimation sequentially on all beams of the receive beamformer;
Calculating a weight vector reflecting a channel state by using the estimated channel gain for each of the received beams through the estimated channel gains and the transmission codebook of the transmission beam former; And
Forming the transmission beams for each of the reception beams by using the weight vector reflecting the channel state, and repeatedly transmitting data as many as the number of the reception beams.
Transmission beam forming method comprising a.
송신 또는 수신 빔 형성기의 안테나의 수(R)에 따라 R x R 하다마드 행렬에 대해 log2R-1 번의 퍼뮤테이션(permutation)을 수행한 행렬과 Φ(R/2+1)xR의 곱을 기초로 송신 또는 수신 빔 형성기의 코드북을 생성하는 방법.
여기서, 상기 Φ(R/2+1)xR는 하기와 같은 수학식을 통하여 정의됨.
[수학식]
In the method for generating a codebook,
Based on the product of Φ (R / 2 + 1) xR and a matrix that performs log 2 R-1 permutations for the R x R Hadamard matrix, depending on the number of antennas (R) of the transmit or receive beamformer. Generating a codebook of a transmit or receive beamformer.
Here, Φ (R / 2 + 1) xR is defined through the following equation.
[Equation]
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
US12/969,135 US8750401B2 (en) | 2009-12-16 | 2010-12-15 | Sequential transmission multi-beamforming method with low complexity using Hadamard matrix |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20090125261 | 2009-12-16 | ||
KR1020090125261 | 2009-12-16 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110068755A KR20110068755A (en) | 2011-06-22 |
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Family Applications (1)
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KR1020100024100A KR101072021B1 (en) | 2009-12-16 | 2010-03-18 | Sequential transmit multi-beamforming method with low complexity using hadamard matrix |
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Country | Link |
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Families Citing this family (1)
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- 2010-03-18 KR KR1020100024100A patent/KR101072021B1/en active IP Right Grant
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Title |
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‘차세대 통신 시스템을 위한 MIMO 기반 기지국 협력 통신기법’, Telecommunication Review, 제19권 제4호, pp. 619-633. 2009년08월.* |
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Publication number | Publication date |
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KR20110068755A (en) | 2011-06-22 |
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