KR101072635B1

KR101072635B1 - 다중셀 기반 무선망에서 셀간 협력을 통한 수신성능 향상 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101072635B1
Application number: KR1020090071471A
Authority: KR
Inventors: 이병무; 서대원; 정세영; 이성춘; 이종식; 하광준; 윤병완; 우상규; 오영철
Original assignee: 주식회사 케이티
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2011-10-11
Also published as: KR20110013828A

Abstract

본 발명은 다중셀 기반 무선망에서 셀간 협력을 통한 수신성능 향상 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 다중 셀 기반 무선망에서 셀 간 협력에 기초한 선공제(Precancelling) 방식을 이용하여 인접 셀로부터의 하향 간섭을 제거함으로써, 셀 경계 부근에 위치한 사용자의 수신 성능을 향상시키고자 한다.

이를 위하여, 본 발명은, 다중셀 기반 무선망에서의 수신성능 향상 장치에 있어서, 인접 셀과의 협력을 통하여 상기 인접 셀의 채널정보 및 송신 패킷을 획득하기 위한 협력정보 수집 수단; 및 상기 인접 셀의 채널 정보 및 송신 패킷을 이용하여 송신 대상 패킷을 선공제 방식으로 인코딩함으로써, 상기 송신 대상 패킷에서 상기 인접 셀에 의한 예상 간섭이 사전에 제거된 선공제 신호를 생성하기 위한 인코딩 수단을 포함한다.

다중 셀, 셀 경계 사용자, 셀 간 협력, 선공제, DTC, 협력 정보

Description

다중셀 기반 무선망에서 셀간 협력을 통한 수신성능 향상 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR IMPROVING RECEIVING PERFORMANCE BY COOPERATION BETWEEN CELLS IN MULTI-CELL BASED WIRELESS NETWORK}

본 발명은 다중셀 기반 무선망에서의 수신성능 향상에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다중 셀 기반 무선망에서 셀 간 협력에 기초한 선공제(Precancelling) 방식을 이용하여 인접 셀로부터의 하향 간섭을 제거함으로써, 셀 경계 부근에 위치한 사용자의 수신 성능을 향상시킬 수 있는, 다중셀 기반 무선망에서 셀간 협력을 통한 수신성능 향상 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 지식경제 기술혁신사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-029-03, 과제명: 가정용/기업용 WiBro 시스템 기술 개발].

현대 무선 통신 시스템은 전송률(Data Rate)을 크게 증가시키고 그에 따른 신뢰성(Reliability)을 보장할 수 있도록 하기 위한 방법들을 많이 사용하고 있는 데, 그 중 하나가 바로 다중안테나 방법이다. 셀룰라 통신 환경에서 각 사용자 단말이 다중 안테나를 가지는 것은 여러 이유에서 적합하지 않으므로, 기지국이 다중 안테나 환경을 갖추고 신호를 전송한다. 이때, 기지국의 송신단에서 적절한 프리 코딩(Pre-coding)을 이용하면 전송률이나 신뢰성, 혹은 두 가지 모두(전송률 및 신뢰성)에서 더욱 좋은 성능을 낼 수 있다. 또한 이러한 다중 안테나 기술은 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)가 높은 상황에서 더욱 효과적이다.

보통의 셀룰라 통신환경에서 특정 셀 내의 수신자는 인접 셀로부터 간섭신호를 수신하게 되므로 통신 성능이 저하된다. 특히, 셀 경계로 갈수록 신호 강도는 약해지는데 비해 간섭신호의 강도가 커지므로 성능 저하가 더욱 심해진다. 이러한 문제를 일으키는 간섭을 제거하기 위해서는 FDD(Frequency Division Duplex)나 TDD(Time Division Duplex) 등의 직교전송 방법이 널리 사용된다.

상기와 같은 직교 방식은 전송률을 최대화하기 위한 것이 아니라, 직교화를 통하여 간섭 문제를 간단하게 해결하고자 하는 것이다. 자원을 공유하면서 간섭문제를 "잘" 해결한다면, 전송률이 직교 전송 때보다 더 높다는 것은 일반적인 사실이다. 참고로, MIMO 하향링크 상황에서 셀의 최대 전송률은 DPC 방식(자원을 공유하는 전송법)을 사용하면 달성할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

따라서 직교전송이 불가능한 경우나, 높은 전송률을 달성하기 위하여 자원을 공유하면서 전송하는 경우에는, 별도의 간섭 제거 방법이 필수적인데, 이러한 방법의 하나로 간섭신호를 디코딩해서 상쇄(Cancellation)한 후 원래의 신호를 복원하는 방법이 있다.

또한, 협력을 통한 간섭제거와 관련해서는 더티 페이퍼 코딩(DPC: Dirty Paper Coding) 방법이 개발되었는데, 이는 사전 간섭신호 제거 기술 중의 하나로서, 더욱 상세하게는, 하나의 기지국이 모든 사용자에 대한 정보를 알고 있고, 또한 채널 정보도 알고 있는 경우, 각 사용자에게 간섭으로 작용하는 성분인 다른 사용자 데이터를 기지국에서 채널을 고려하여 미리 제거함으로써, 각 사용자로 하여금 다른 사용자의 간섭을 느끼지 못하게 하는 것이다.

그러나 이러한 더티 페이퍼 코딩(DPC)은 전체 신호블럭을 모두 고려해서 각 신호심볼을 생성하므로 성능은 좋으나 복잡도가 높다는 문제점이 있다.

상기와 같은 더티 페이퍼 코딩(DPC)의 구현의 복잡성을 극복하기 위하여 등장한 것이 더티 테잎 코딩(DTC: Dirty Tape Coding)인데, 이 방식의 기본적인 구조는 도 1에 도시된 바와 같다. 즉, 도 1은 단일 셀 내에서의 수신성능 향상을 위한 더티 테잎 코딩(DTC)에 대한 설명도로서, 하나의 기지국의 송신단에서 수행되는 신호 처리 과정을 나타낸다.

도 1은 하나의 송신단(기지국 송신단)(10)은 두 개의 전송 안테나를 구비하고, 사용자 단말 a, b(12a, 12b)는 각각 하나의 안테나를 구비하고 있는 셀룰라 하향링크를 나타낸다.

송신단(10)의 더티 테잎 코딩부(DTC)(101)에서는 각 사용자 단말에게 전송하고자 하는 데이터 A와 B를 더티 테잎 코딩(DTC: Dirty Tape Coding) 방법을 사용해 선공제(Precancelling)하여 부호화한다. 더티 테잎 코딩(DTC) 방식은 더티 페이퍼 코딩(DPC) 방식보다 구현의 복잡도를 낮춘 방식이다.

송신단(10)은 채널 정보를 모두 알고 있기 때문에 빔 형성부(102)를 통해 빔포밍(Beamforming)할 수 있는데, 도 1의 U1, U2는 송신단 빔포밍 벡터를 나타낸다. 외부(다른 인접 셀 등)로부터의 간섭이 없다고 가정할 때, 사용자 단말 a(12a)는 간섭이 없을 경우와 같은 성능을 얻을 수 있고, 한편 사용자 단말 b(12b)에서는 제로 포싱(zero-forcing)을 통해 간섭이 제거된다.

상기와 같은 종래의 더티 테잎 코딩(DTC) 방식은 더티 페이퍼 코딩(DPC) 방식에 비하여 구현은 용이하지만, 동일한 셀 내에 있는 복수의 사용자들의 수신 성능 향상을 위해서만 적용된다는 한계가 있다. 즉, 하나의 기지국은 해당 셀 내에 있는 복수의 사용자들에 대한 송신 데이터와 해당 셀의 채널 정보를 알고 있기 때문에 더티 테잎 코딩(DTC) 방식을 적용할 수 있지만, 다른 인접 셀 내에 있는 사용자들에 대한 송신 데이터나 채널 정보(인접 셀의 채널 정보)는 알지 못하기 때문에, 인접한 다른 셀에 의한 간섭(하향 간섭)을 제거하는 데에는 적용할 수 없다는 한계가 있다.

상기와 같은 종래의 더티 테잎 코딩(DTC) 방식은 동일한 셀 내의 사용자들에 대해서만 적용될 수 있고, 인접한 셀 간에는 적용할 수 없다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.

따라서 본 발명은 다중 셀 기반 무선망에서 셀 간의 협력을 통하여 더티 테잎 코딩(DTC) 방식의 적용 범위를 인접한 셀 간으로 확대시킬 수 있는, 다중셀 기반 무선망에서 셀간 협력을 통한 수신성능 향상 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 다중 셀 기반 무선망에서 셀 간 협력에 기초한 선공제 방식을 이용하여 인접 셀로부터의 하향 간섭을 제거하는 것을 특징으로 한다.

더욱 구체적으로 본 발명은, 다중셀 기반 무선망에서의 수신성능 향상 장치에 있어서, 인접 셀과의 협력을 통하여 상기 인접 셀의 채널정보 및 송신 패킷을 획득하기 위한 협력정보 수집 수단; 및 상기 인접 셀의 채널 정보 및 송신 패킷을 이용하여 송신 대상 패킷을 선공제 방식으로 인코딩함으로써, 상기 송신 대상 패킷에서 상기 인접 셀에 의한 예상 간섭이 사전에 제거된 선공제 신호를 생성하기 위한 인코딩 수단을 포함한다.

또한, 본 발명은, 다중셀 기반 무선망에서 선공제 인코딩을 수행하는 셀(선공제 셀)에 대응하여 셀 간 협력을 수행하는 인접 셀에서의 성능 향상 방법에 있어서, 상기 선공제 셀과의 협력 링크를 통하여 해당 셀의 채널 정보 및 송신 패킷을 상기 선공제 셀에 통보하는 협력 단계; 및 상기 선공제 셀과의 동기에 따라, 상기 송신 패킷을 상기 인접 셀 내의 단말에 송신하는 송신 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명은, 다중 사용자 셀룰라 환경에서 수신자가 셀 경계 부근에 위치하는 경우, 셀 간 협력을 통해 인접 셀로부터의 하향 간섭을 제거함으로써, 셀 경계 부근의 사용자의 통신 성능(수신 성능)을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 셀 경계에 있는 수신자의 일정한 통신 성능을 보장하고 향상시킬 수 있는 기지국 송신 시스템을 용이하게 구현할 수 있게 하는 효과가 있다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 단일안테나 셀 간의 협력을 통한 수신성능 향상 장치의 일실시예 구성도이다. 여기서, 두 셀의 기지국은 모두 단일 안테나로 구성되어 있다고 가정하기로 한다. 또한, 사용자 a(20)는 기지국 1(201)로부터 접속 서비스를 받고, 사용자 b(21)는 기지국 2(210)로부터 접속 서비스를 받는다고 가정하기로 한다.

먼저, 셀 1(200)과 셀 2(210)의 협력을 통한 수신 성능 향상(사용자 a의 수신 성능 향상)에 대하여 전반적인 과정을 설명하면 다음과 같다.

사용자 a(20)는 왼쪽 셀(셀 1)(200)에 속해 있으며, 사용자 b(21)는 오른쪽 셀(셀 2)(210)에 속해 있으며, 사용자 a, b(20, 21)가 수신하는 데이터 패킷을 각각 A, B로 나타낸다.

이때, 셀 2(210)의 기지국은 데이터 패킷 B를 전송하기 전에 기지국 간 링크(셀 1의 기지국과 셀 2의 기지국 간의 링크)를 통해 기지국 1(셀 1의 기지국)에 협력 정보(채널 정보 및 데이터 패킷 B 등)를 전송한다.

그러면, 기지국 1(셀 1의 기지국)은 셀 2의 채널 정보와 데이터 정보 B를 알고 있으므로 DTC 선공제(Precancelling) 방식(2012)에 따라 선공제 신호를 생성하 여 전송한다. 그 결과, 사용자 a(20)는 셀 2(210)에서 오는 간섭성분이 제거되므로 간섭제거 효과가 있다.

다음은, 수신 성능 향상을 위하여 셀 간 협력을 수행하는 기지국 1, 2(201, 211)의 구성 및 그 동작 과정을 상세히 설명하기로 한다.

기지국 1(201)은 본 발명과 관련해서는 "수신 성능 향상 장치"라 할 수 있으며, 협력정보 수집부(2011) 및 더티 테잎 코딩부(DTC)(2012)를 포함하여 이루어진다.

협력정보 수집부(2011)는 인접 셀들(210)과의 협력 링크를 통하여 협력 정보(인접 셀의 채널 정보, 인접셀의 송신 패킷 등)를 수집(획득)을 한다.

그러면, 더티 테잎 코딩부(DTC)(2012)는 수집된 협력 정보를 이용하여 송신대상 패킷(패킷 A)에 대한 선공제 신호를 생성한다. 사용자 a(20)는 자신의 기지국 1(201)이 전송하는 패킷 A와 인접 셀의 기지국 2(211)가 사용자 b(21)에게 전송하는 패킷 B를 수신하는데, 이때 패킷 B는 사용자 a(20) 입장에서는 원하지 않는 신호, 즉 간섭에 해당하는 것이다. 따라서 더티 테잎 코딩부(DTC)(2012)는 사용자 a(20)가 해당 위치(특히, 셀 중첩 영역)에서 받게 될 간섭을 예상하여 미리 공제하는 방식을 사용함으로써, 인접 셀에 의한 간섭을 제거한다.

한편, 기지국 2(211)는 기본적으로 일반적인 기지국에 해당하는데, 특히 본 발명과 관련해서는 셀 간 협력 링크를 통하여 해당 셀의 채널 정보, 해당 셀 내의 사용자들에 대한 송신 패킷 등의 송신 정보를 기지국 1(201)에 전송한다. 그리고 기지국 2(211)는 인코더(2111)를 통해 일반적인 인코딩을 수행하여 패킷 B를 전송한다. 이렇게 전송한 패킷 B는 셀 경계 부근에 위치한 다른 셀(셀 1)의 사용자 a(20)에게는 간섭으로 작용하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 단일안테나 셀 간의 협력을 통한 수신성능 향상 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

먼저, 기지국 1, 2에서의 송신 과정(30)을 설명하면, 다음과 같다.

기지국 2는 사용자 b(21)를 위한 송신신호(사용자b에게 송신할 신호)를 생성한다(300). 또한 기지국 2는 협력 링크를 통하여 "채널 정보(셀 2의 채널 정보)" 및 "사용자 b(21)를 위한 송신신호"(패킷 B)를 기지국 1에 전달한다(302).

그러면, 기지국 1은 DTC 인코딩 과정을 통하여 사용자 a(20)를 위한 선공제 신호(사용자 a에게 송신할 선공제 신호)를 생성하는데(304), 이에 대한 상세한 설명은 도 6에서 하기로 한다.

이후, 기지국 1 및 기지국 2 각각은 해당 신호를 동시에 전송한다(306). 즉, 기지국 1은 사용자 a(20)를 위한 선공제 신호를 송신하고, 기지국 2는 사용자 b(21)를 위한 송신신호를 송신하는데, 이때 기지국 1과 기지국 2는 동기를 맞추어 송신한다. 이와 관련하여 더티 테잎 코딩부(DTC)(2012)인 인코딩 수단은 인코딩 타이밍을 통하여 셀 1(200)에서의 패킷 송신과 인접 셀 2(210)에서의 패킷 송신 간에 동기가 맞게 할 수 있으며, 이러한 방식은 본 발명에 대한 모든 실시예에 적용할 수 있다.

다음은, 사용자 측에서의 수신 과정(32)을 설명하기로 한다.

사용자 a(20)는 셀 경계에 위치한 사용자로서, 기지국 1이 송신하는 선공제 신호와 기지국 2가 송신하는 신호(사용자 b를 위한 송신신호)를 수신하기 때문에, DTC 디코딩 과정(320)을 수행한다. 여기서, 기지국 2가 송신하는 신호는 사용자 a에 대해서는 간섭 신호로 작용하지만, 기지국 1에서 선공제(Precancelling) 방식을 적용해서 선공제 신호를 생성하여 송신했기 때문에, 사용자 a(20)는 해당 수신 위치(셀 경계 부근)에서 DTC 디코딩 과정(320)을 수행할 수 있다.

한편, 사용자 b(21)는 수신 신호에 대하여 일반적인 디코딩과정을 수행하면 된다(322).

도 4는 본 발명에 따른 다중안테나 셀과 단일안테나 셀 간의 협력을 통한 수신성능 향상 장치에 대한 일실시예 구성도이다.

먼저, 셀 1(400)과 셀 2(410)의 협력을 통한 수신 성능 향상(사용자 a, b의 수신 성능 향상)에 대하여 전반적인 과정을 설명하면 다음과 같다. 이때, 사용자 a, b(40a, 40b)는 기지국 1(401)로부터 접속 서비스를 받고, 사용자 c(41)는 기지국 2(410)로부터 접속 서비스를 받는다고 가정하기로 한다.

셀 1(400)의 기지국(기지국 1)(401)은 다중 안테나로 구성되어 있고 셀 2(410)의 기지국(기지국 2)(411)은 단일 안테나로 구성되어 있다고 하자.

사용자 a, b(40a, 40b)는 셀 1(400)에 속해 있고, 사용자 c(41)는 셀 2(410)에 속해 있다. 그리고 사용자 a(40a)는 데이터 패킷 A를 수신하고, 사용자 b(40b)는 데이터 패킷 B를 수신하며, 사용자 c(41)는 데이터 패킷 C1, C2를 수신한다.

기지국 2(411)는 신호를 전송하기 전에 기지국 간 링크(기지국 1과의 협력 링크)를 통해 데이터 패킷 C1, C2와 채널 정보(셀 2의 채널 정보)를 기지국 1(401)에 전송한다. 그리고 기지국 2(411)는 데이터 패킷 C1, C2를 중첩 코딩(Superposition Coding) 방식을 사용해 신호를 생성하여 전송한다.

그러면, 기지국 1(401)은 셀 2(410) 측에서 전송해 준 협력 정보를 DTC 선공제 기법에 포함시켜 신호를 생성하여 전송한다.

이때, 사용자 a(40a) 입장에서는 인접 셀(410)에서 오는 간섭신호가 DTC 선공제 기법에 의해 제거되므로 간섭이 없는 상황에서 통신하는 것과 같다.

반면에, 사용자 b(40b)는 인접 셀(410) 간섭신호의 영향을 받는다. 따라서 사용자 b(40b) 측에서는 수신신호에서 디코딩을 통해 C1 및 C2 성분 중 어느 하나를 획득한 후 그 수신 신호에서 상기 획득된 C1 또는 C2를 제거한다. 그리고 나서, 제거 대상이 되지 않았던 나머지(C1 또는 C2)를 잡음으로 취급하여 디코딩을 수행하면 패킷 B를 획득한다(도 5의 "521" 내지 "523" 참조). 상기와 같이, 기지국 2(411)가 중첩 인코딩을 통하여 해당 패킷을 송신하고, 그에 따라 셀 경계 부근에 위치한 사용자 b(40b) 측에서도 상기와 같이 중첩 디코딩을 수행함으로써, 수신 성능 개선 효과를 가지게 된다.

다음은, 수신 성능 향상을 위하여 셀 간 협력을 수행하는 기지국 1, 2(401, 411)의 구성 및 그 동작 과정을 상세히 설명하기로 한다.

기지국 1(401)은 본 발명과 관련해서는 "수신 성능 향상 장치"라 할 수 있으 며, 협력정보 수집부(4011), 더티 테잎 코딩부(DTC)(4012), 빔형성부(4013, 4014), 및 결합부(4015, 4016)를 포함하여 이루어진다. 여기서, "4013" 내지 "4016"은 묶어서 "다중 송신부"(4010)라 한다.

협력정보 수집부(4011)는 인접 셀들(410)과의 협력 링크를 통하여 협력 정보(인접 셀의 채널 정보, 인접 셀의 송신 패킷 C1, C2 등)를 수집(획득)한다.

그러면, 더티 테잎 코딩부(DTC)(4012)는 수집된 협력 정보(인접 셀의 채널 정보, 인접 셀에서의 송신 대상 패킷 C1, C2 등)와, 사용자 b(40b)에게 송신할 패킷 B에 대한 빔 형성 결과("4014"의 출력)를 이용하여 송신대상 패킷(패킷 A)에 대한 선공제 인코딩을 수행한다.

기지국 1(401)은 다중 안테나를 통하여 복수의 사용자(예를 들어, 사용자a, b)에게 해당 데이터 패킷을 송신해야 하기 때문에, "다중 송신부"(4010)를 통하여 다중 송신신호를 생성하여야 한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 기지국 1(401)의 안테나가 두 개인 경우, 빔 형성부(4013)는 더티 테잎 코딩부(DTC)(4012)의 출력에 대하여 빔 형성을 수행하고, 빔 형성부(4014)는 사용자 B(40b)에 송신할 패킷 B에 대하여 빔 형성을 수행하며, 결합기(4015, 4016)는 2개의 빔 형성부(4013, 4014)로부터 출력되는 신호들을 중첩하여 해당 안테나로 보낸다. 여기서, 빔 형성부(4013, 4014)는 제로 포싱(zero-forcing) 방식으로 빔 형성을 수행한다.

사용자 a(40a)는 자신의 기지국 1(401)이 전송하는 패킷 A와 인접 셀의 기지국 2(411)가 사용자 c(41)에게 전송하는 패킷(C1, C2)을 수신하는데, 이때 패킷 C1, C2는 사용자 a(40a) 입장에서는 원하지 않는 신호, 즉 간섭에 해당하는 것이다. 따라서 더티 테잎 코딩부(DTC)(4012)는 사용자 a(40a)가 해당 위치(특히, 셀 중첩 영역)에서 받게 될 간섭을 예상하여 미리 공제하는 방식을 사용함으로써, 인접 셀(410)에 의한 간섭을 제거한다. 기지국 1(401)이 다중 안테나를 사용하기 때문에 동일 셀 내에 있는 사용자 a, b(40a, 40b) 간에는 상호 간섭을 일으킬 수 있으나, 이는 빔 형성부(4013, 4014)에 제로 포싱(zero-forcing) 방식을 적용함으로써 해결된다.

한편, 기지국 2(411)는 셀 간 협력 링크를 통하여 해당 셀의 채널 정보, 해당 셀 내의 사용자들에 대한 송신 패킷 C1, C2 등의 송신 정보를 기지국 1(401)에 전송한다. 그리고 기지국 2(411)는 자신의 셀 내에 있는 사용자 c에게 송신할 패킷 C를 C1, C2로 분할 한 후 중첩 인코딩(Superposition Coding)을 하여 사용자 c(41)에게 전송한다. 이와 같이 기지국 2(411)가 중첩 인코딩을 하여 패킷 C를 전송하는 것은 셀 1(400)의 사용자 중에서 선공제를 하지 않는 사용자 b(40b)의 수신 성능을 향상시키기 위함이다.

도 5는 본 발명에 따른 다중안테나 셀과 단일안테나 셀 간의 협력을 통한 수신성능 향상 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

먼저, 기지국 1, 2에서의 송신 과정(50)을 설명하면, 다음과 같다.

기지국 2는 사용자 c(41)를 위한 패킷 C(사용자c에게 송신할 패킷)를 C1, C2로 분할하여 중첩 인코딩을 수행한다(500). 또한 기지국 2는 협력 링크를 통하여 협력 정보를 기지국 1에 전달한다(502). 여기서, 협력 정보는 "채널 정보(셀 2의 채널 정보)" 및 "사용자 c(41)를 위한 패킷 C1, C2"를 포함한다.

그러면, 기지국 1은 DTC 인코딩 과정을 통하여 사용자 a(40a)를 위한 선공제 신호(사용자 a에게 송신할 선공제 신호)를 생성하고, 일반 인코딩 과정을 통하여 사용자 b(40b)를 위한 신호를 생성한다(504). 여기서, 선공제 신호 생성에 대한 상세한 설명은 도 6에서 하기로 한다.

이후, 기지국 1 및 기지국 2 각각은 해당 신호를 동시에 전송한다(506). 즉, 기지국 1은 사용자 a(40a)를 위한 선공제 신호와 사용자 b(40b)를 위한 신호를 송신하고, 기지국 2는 사용자 c(41)를 위한 중첩 인코딩 신호를 송신하는데, 이때 기지국 1과 기지국 2는 동기를 맞추어 송신한다.

다음은, 사용자 측에서의 수신 과정(52)을 설명하기로 한다.

사용자 a(40a)는 셀 경계에 위치한 사용자로서, 기지국 1이 송신하는 선공제 신호와 기지국 2가 송신하는 신호(사용자 c를 위한 송신신호)를 수신하기 때문에, DTC 디코딩 과정(520)을 수행한다. 여기서, 기지국 2가 송신하는 신호는 사용자 a에 대해서는 간섭 신호로 작용하지만, 기지국 1에서 선공제(Precancelling) 방식을 적용하여 선공제 신호를 생성해서 송신했기 때문에, 사용자 a(40a)는 해당 수신 위치(셀 경계 부근)에서 DTC 디코딩 과정(520)을 수행하여 최적의 성능을 달성할 수 있다.

한편, 사용자 b(40b)는 해당 수신 신호를 디코딩하여 C1을 획득하고(521), 그 수신신호에서 디코딩된 C1을 제거한 후(522), C1이 제거된 수신 신호에서 C2를 잡음으로 취급하면서 디코딩을 수행한다(패킷 B 획득)(523).

한편, 사용자 c(41)는 수신 신호를 디코딩(일반 디코딩)하여 C1을 획득하고(524), 그 수신 신호에서 C1을 제거한 후 디코딩하여 C2를 획득한다(525).

도 4 및 도 5를 통하여 위에서 설명한 바와 같이 셀 1(400) 내에 있는 복수의 사용자 a, b 중에서 일부에 대해서만 선공제 신호를 생성할 수도 있지만, 실시예에 따라서는 셀 1(400) 내에 있는 복수의 사용자 a, b 모두에 대하여 선공제 신호를 생성하여 전송할 수도 있으며, 그 구체적인 방법은 도 4 및 도 5에서 사용자 a를 위한 선공제 신호를 생성하는 과정과 동일하다. 그리고 선공제 방식으로 인코딩된 송신 대상 패킷들에 대해서는 상호 간의 간섭(동일 실 내의 상호 간섭)이 제거될 수 있도록 빔 형성하여 다중 신호를 생성한다. 한편, 기지국 1(401)에서 해당 셀 내의 사용자 모두에 대하여 선공제 신호를 생성하여 전송한 경우에는, 셀 2(410)에서는 중첩 인코딩을 하지 않을 수도 있다.

도 6은 본 발명에 적용되는 DTC 인코딩에 대한 개념 설명도로서, 도 2의 "2012" 및 도 4의 "4012"에서의 과정을 나타낸다.

DPC와 DTC의 차이를 살펴보면, DPC는 전체 길이 N인 신호 전체를 하나로 보고 인코딩을 하는 것으로서 N이 충분히 클 때는 복잡도가 너무 커서 사용이 곤란한 점이 있으며, 이러한 문제로 인하여 등장한 DTC는 하나의 심볼마다 반복해서 도 6과 같은 인코딩을 수행함으로써 다소 성능 손실이 있지만 낮은 복잡도로 인하여 구현이 용이하다는 장점이 있다.

예를 들어, 도 2와 같은 다중 셀룰라 환경을 가정하여 설명하면, 사용자 a(20)에게 송신할 메시지(패킷 A)에 대하여 DTC를 수행하여 송신한다.

셀 1(200)에서의 채널 이득을 h1, 셀 2에서의 채널 이득을 h2라 할 때, 기지국 1은 협력 링크를 통하여 전달받은 "사용자 b를 위한 송신 패킷"(사용자 b에게 전송할 송신 패킷, 즉 패킷 B)(61)에 채널 이득 비(h2/h1) 및 전력 조정 인자(power scaling factor)(α)를 곱하면(62), "예상 간섭"("62"의 연산 결과)을 구할 수 있다.

사용자 a를 위한 송신 메시지(패킷 A)(60)에서 "예상 간섭"을 빼면(63), "사용자 a를 위한 선공제 신호"(64)를 생성할 수 있다.

요컨대, 본 발명은 특정한 패킷(패킷 A)(60)을 송신함에 있어서, DTC 인코딩을 통하여 "간섭으로 작용하게 될 신호"(61)를 송신 대상 신호(60)에서 미리 빼줌으로써(63), 수신 측에서는 DTC 디코딩을 수행할 경우,“부가되는 간섭”의 영향 없이 통신성능을 달성할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 단일안테나 셀 간의 협력에 대한 성능 분석도로서, 사용자 a의 성능 향상 정도를 나타낸다.

본 발명에 따라 셀 간 협력을 하는 경우(72)와 그렇지 않을 경우(셀 간 협력이 없는 기존 방식을 사용할 경우)(70)를 비교하면 3bit/sec/Hz의 차이(700)가 존재하고, 신호 대 잡음비(SNR)=15dB에서 2.5배의 성능 향상을 달성되었음을 알 수 있다.

그리고 도 7a에서 "1"은 채널 이득을 나타내는 것으로서, 송신 신호가 X이고 이득이 "1"이라면 송신신호는 Y=1*X + Z이다. 여기서, Z는 잡음이다.

도 8a 및 도 8b는 다중안테나 셀과 단일안테나 셀 간의 협력의 경우 DPC 사용자에 대한 성능 분석도로서, 사용자 a(DPC 사용자)의 성능 향상 정도를 나타낸다.

본 발명에 따라 셀 간 협력을 하는 경우(82)와 그렇지 않을 경우(셀 간 협력이 없는 기존 방식을 사용할 경우)(80)를 비교하면 3bit/sec/Hz의 차이(800)가 존재하고, 신호 대 잡음비(SNR)=15dB에서 2배의 성능 향상을 달성되었음을 알 수 있다.

그리고 도 8a에서 "2"는 채널 이득을 나타내는 것으로서, 송신 신호가 X이고는 이득이 "2"라면 송신신호는 Y=2*X + Z이다. 여기서, Z는 잡음이다.

한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

도 1은 단일 셀 내에서의 수신성능 향상을 위한 더티 테잎 코딩(DTC)에 대한 설명도,

도 2는 본 발명에 따른 단일안테나 셀 간의 협력을 통한 수신성능 향상 장치의 일실시예 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 단일안테나 셀 간의 협력을 통한 수신성능 향상 방법에 대한 일실시예 흐름도,

도 4는 본 발명에 따른 다중안테나 셀과 단일안테나 셀 간의 협력을 통한 수신성능 향상 장치에 대한 일실시예 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 다중안테나 셀과 단일안테나 셀 간의 협력을 통한 수신성능 향상 방법에 대한 일실시예 흐름도,

도 6은 본 발명에 적용되는 DTC 인코딩에 대한 개념설명도,

도 7a 및 도 7b는 단일안테나 셀 간의 협력에 대한 성능 분석도,

도 8a 및 도 8b는 다중안테나 셀과 단일안테나 셀 간의 협력의 경우 DPC 사용자에 대한 성능 분석도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명

200, 400: 셀 1 210, 410: 셀 2

201, 401: 기지국 1 211, 411: 기지국 2

2011, 4011: 협력정보 수집부 2012, 4012: DTC

4010: 다중 송신부 4013, 4014: 빔 형성부

4015, 4016: 결합기

Claims

다중셀 기반 무선망에서의 수신성능 향상 장치에 있어서,

인접 셀과의 협력을 통하여 상기 인접 셀의 채널정보 및 송신 패킷을 획득하기 위한 협력정보 수집 수단; 및

상기 인접 셀의 채널 정보 및 송신 패킷을 이용하여 송신 대상 패킷을 선공제 방식으로 인코딩함으로써, 상기 송신 대상 패킷에서 상기 인접 셀에 의한 예상 간섭이 사전에 제거된 선공제 신호를 생성하기 위한 인코딩 수단

을 포함하는 수신성능 향상 장치.
제 1 항에 있어서,

해당 기지국이 다중 안테나를 사용하는 경우, 복수의 송신 대상 패킷 중에서 적어도 어느 하나를 선공제 방식으로 인코딩하는 수신성능 향상 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 인코딩 수단에서 인코딩된 송신 대상 패킷들에 대하여 상호 간의 간섭이 제거될 수 있도록 빔 형성하여 다중 신호를 생성하기 위한 다중 송신 수단

을 더 포함하는 수신성능 향상 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 다중 송신 수단은,

제로 포싱 방식을 적용하여 빔 형성을 수행하는 수신성능 향상 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 인접 셀은,

송신 패킷을 복수의 패킷으로 분할해서 중첩 인코딩하여 송신하는 수신성능 향상 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 인코딩 수단은,

해당 셀에서의 패킷 송신과 상기 인접 셀에서의 패킷 송신 간에 동기가 맞도록 인코딩 타이밍을 조절하는 수신성능 향상 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 선공제 방식은,

상기 인접 셀의 송신 패킷에 「해당 셀의 채널 이득에 대한 상기 인접 셀의 채널 이득의 비」및 전력 조정 인자를 곱하여 예상 간섭을 구한 후, 해당 송신 대상 패킷에서 상기 예상 간섭을 감산하는 수신성능 향상 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 선공제 방식은,

더티 테잎 코딩(DTC) 방식인 것을 특징으로 하는 수신성능 향상 장치.
다중셀 기반 무선망에서 선공제 인코딩을 수행하는 셀(선공제 셀)에 대응하여 셀 간 협력을 수행하는 인접 셀에서의 성능 향상 방법에 있어서,

상기 선공제 셀과의 협력 링크를 통하여 해당 셀의 채널 정보 및 송신 패킷을 상기 선공제 셀에 통보하는 협력 단계; 및

상기 선공제 셀과의 동기에 따라, 상기 송신 패킷을 상기 인접 셀 내의 단말에 송신하는 송신 단계

를 포함하는 인접 셀에서의 성능 향상 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 송신 단계는,

상기 선공제 셀의 기지국이 다중 안테나를 사용하는 경우, 상기 송신 패킷을 복수의 패킷으로 분할해서 중첩 인코딩하여 송신하는 인접 셀에서의 성능 향상 방법.