KR101072636B1 - 하향링크 다중사용자 ｍｉｍｏ 시스템에서의 효율적인 사용자 선택 장치 - Google Patents

하향링크 다중사용자 ｍｉｍｏ 시스템에서의 효율적인 사용자 선택 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하향링크 다중사용자 MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output) 시스템에서의 효율적인 사용자 선택 장치에 관한 것으로서, 선택 대상이 되는 전체 사용자들부터 피드백되는 채널 전력을 이용해 사용자 범위를 사전에 한정한 후, 그 한정된 사용자 범위(후보 사용자 집단) 내에서 채널 정보(채널 상태 정보)를 이용해 최종적으로 사용자 그룹을 선택함으로써, 사용자 그룹 선택에 필요한 연산량을 현저히 줄이고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 하향링크 다중사용자 MIMO 시스템에서 공간 분할 다중접속을 위한 사용자 선택 장치에 있어서, 전체 사용자들의 채널 전력들을 크기를 기준으로 정렬하기 위한 채널 전력 정렬기; 상기 채널 전력 정렬기에서 정렬된 전력크기가 임계치 이상인 상위 사용자들을 후보 사용자 집단으로 선택하기 위한 후보 사용자 집단 선택기; 및 상기 후보 사용자 집단에 속하는 사용자들의 채널 정보를 이용하여, 상기 공간 분할 다중접속의 대상이 되는 사용자들을 선택하기 위한 최종 사용자 그룹 선택기를 포함하되, 상기 후보 사용자 집단 선택기는, 상기 전체 사용자들의 채널 전력에 대한 기하 평균과 산술 평균의 비에 기초하여 후보 컷오프 값을 결정하고, 상기 후보 컷오프 값을 기준으로 상위 채널 전력에 해당하는 사용자들을 상기 후보 사용자 집단으로 선택한다.
다중사용자, MIMO, 사용자 선택, 채널 전력, 채널 정보, 후보 사용자 집단

Description

하향링크 다중사용자 ＭＩＭＯ 시스템에서의 효율적인 사용자 선택 장치{APPARATUS FOR EFFICIENT USER SELECTION IN DOWNLINK MULTI-USER MULTIPLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT SYSTEM}
본 발명은 하향링크 다중사용자 MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output) 시스템에서 복수의 사용자들을 효과적으로 선택하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선택 대상이 되는 전체 사용자들부터 피드백되는 채널 전력을 이용해 사용자 범위를 사전에 한정한 후, 그 한정된 사용자 범위 내에서 채널 상태 정보를 이용해 최종적으로 사용자 그룹을 선택함으로써, 사용자 그룹 선택에 필요한 연산량을 현저히 줄일 수 있는, 하향링크 다중사용자 MIMO 시스템에서의 효율적인 사용자 선택 장치에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 지식경제 기술혁신사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-029-03, 과제명: 가정용/기업용 WiBro 시스템 기술 개발].
도 1은 종래의 제로포싱 빔 형성(ZFBF: Zero-Forcing Beam-Forming)을 이용한 하향링크 다중 사용자 MIMO 시스템의 구성도이다.
종래의 하향링크 다중 사용자 MIMO 시스템(10)은 기지국에 포함되는 것으로서, 도면에 도시된 바와 같이, 사용자 선택 장치(101), 채널코딩 및 전력제어부(102), 및 제로포싱 빔형성부(103)를 포함하며, 각각의 구성요소는 공지 요소에 해당하는 바, 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한 셀 내의 전체 사용자 수가 K명이고, 기지국의 송신 안테나 수를 M개라고 할 때, K>M 환경에서 ZFBF을 채택하고 있는 다중 사용자 MIMO 시스템(10)은 시스템 용량을 최대화하기 위해 전체 사용자 K명(12) 중에서 M명의 사용자들을 선택하여 그 선택된 사용자들과 통신한다.
전체 사용자 K명 중에서 M명의 사용자들을 선택함에 있어서 다중 사용자 MIMO 시스템은 "전체 사용자들"을 대상으로
Figure 112011022000268-pat00001
번을 비교하여 시스템 용량이 최대가 되는 사용자 그룹을 선택한다. 이하, 이 방법을 "완전 탐색법"라 명명한다. 이러한 완전 탐색법은 전체 사용자 수(K)가 많아지면 비교해야 할 대상이 비선형적으로 증가하기 때문에 실제 시스템에 적용하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.
이러한 완전 탐색법의 문제점을 해결하기 위한 방식으로는 준직교 방법(SUS: Semi-orthogonal User Selection)이 있는데, 이는 전체 사용자 중 채널 전력이 큰 사용자와 나머지 사용자들 간의 채널 상관도를 계산하여, 특정한 채널 상관도 이하 의 사용자를 최종 사용자 그룹으로 선택하는 방식이다.
준직교 방법을 설명하기 위해서, 기지국의 송신 안테나 수는 2개(M=2)이고, 한 셀 내 전체 사용자 수를 K명이라고 가정한다. 기지국의 송신 안테나 수가 2개이기 때문에 다중 사용자 MIMO 시스템은 K명중에서 2명의 사용자를 선택한다. 준직교 방법은 먼저, K명의 사용자 중에서 채널 전력이 가장 큰 사용자(
Figure 112011022000268-pat00002
)를 "첫 번째 사용자"로 선택한다. 즉, 첫 번째 사용자 다음의 [수학식 1]을 만족하는 사용자가 첫번째 사용자로 선택되는 것이다.
삭제
여기서,
Figure 112011022000268-pat00004
는 K명의 사용자 중 채널 전력이 가장 큰 사용자의 인덱스 값,
Figure 112011022000268-pat00005
는
Figure 112011022000268-pat00006
번째 사용자 채널 벡터,
Figure 112011022000268-pat00007
은 기지국 첫 번째 송신 안테나와 i번째 사용자간 채널,
Figure 112011022000268-pat00008
은 K명의 사용자 전체를 나타내는 모든 사용자 인덱스 집합을 나타낸다.
다음으로, "두 번째 사용자"를 선택하기 위해서, 준직교 방법은 첫 번째 사용자와
Figure 112011022000268-pat00009
내의 모든 사용자들의 채널 상관도가 임의의 허용 상관도 값(
Figure 112011022000268-pat00010
) 이하를 가지는 새로운 사용자 집단(
Figure 112011022000268-pat00011
)을 추출한다. 즉,
Figure 112011022000268-pat00012
는 아래의 [수학식 2]를 만족하는 사용자 집단이다.
삭제
Figure 112009047545435-pat00013
여기서,
Figure 112011022000268-pat00014
는
Figure 112011022000268-pat00015
를 정규화한 채널 벡터,
Figure 112011022000268-pat00016
는
Figure 112011022000268-pat00017
의 공액 복소수를 나타낸다. 새로운 사용자 집단
Figure 112011022000268-pat00018
를 결정한 후, 그 결정된
Figure 112011022000268-pat00019
내의 사용자 중에서 가장 큰 채널 전력을 가진 사용자를 "두 번째 사용자"로 결정한다.
삭제
상기와 같은 종래 기술인 준직교 방법은 완전 탐색법에 비해 비교 횟수가 줄어들기 때문에 연산량 측면에서는 장점이 있다고 볼 수 있으나, 이 방법 역시 전체 사용자 수(K)가 증가하면 여전히 많은 연산량을 필요로 한다는 문제가 있다.
상기와 같은 종래기술은 한 셀 내의 전체 사용자들을 대상으로 사용자 선택 과정을 수행함으로써 사용자 선택을 위한 연산량이 많다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 최종 선택될 가능성이 높은 사용자들만을 대상으로 하여 사용자 선택 과정을 적용함으로써 사용자 선택 과정의 연산량을 최소화하는, 하향링크 다중사용자 MIMO 시스템에서의 효율적인 사용자 선택 장치를 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, 선택 대상이 되는 전체 사용자들부터 피드백되는 채널 전력값을 이용해 사용자 범위를 사전에 한정한 후에, 그 한정된 사용자 범위 내에서 채널 상태 정보를 이용해 최종적으로 사용자 그룹을 선택하는 것을 특징으로 한다.
더욱 구체적으로, 본 발명은, 하향링크 다중사용자 MIMO 시스템에서 공간 분할 다중접속을 위한 사용자 선택 장치에 있어서, 전체 사용자들의 채널 전력들을 크기를 기준으로 정렬하기 위한 채널 전력 정렬기; 상기 채널 전력 정렬기에서 정렬된 전력크기가 임계치 이상인 상위 사용자들을 후보 사용자 집단으로 선택하기 위한 후보 사용자 집단 선택기; 및 상기 후보 사용자 집단에 속하는 사용자들의 채널 정보를 이용하여, 상기 공간 분할 다중접속의 대상이 되는 사용자들을 선택하기 위한 최종 사용자 그룹 선택기를 포함하되, 상기 후보 사용자 집단 선택기는, 상기 전체 사용자들의 채널 전력에 대한 기하 평균과 산술 평균의 비에 기초하여 후보 컷오프 값을 결정하고, 상기 후보 컷오프 값을 기준으로 상위 채널 전력에 해당하는 사용자들을 상기 후보 사용자 집단으로 선택한다.
삭제
상기와 같은 본 발명은, 다중 안테나를 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템에서, 각각의 사용자가 피드백해 주는 채널 전력을 이용하여 전체 사용자 집단에서 최종 사용자 그룹에 속할 가능성이 높은 후보 사용자 집단(U)을 선택하고, 그 후보 사용자 집단(U)에 속하는 사용자들에 대해서만 채널 상태 정보를 피드백 받아 최종 사용자를 결정하기 때문에, 기존의 최대 시스템 용량 스케줄링 기법들에 비해 현저히 적은 비교 연산만으로도 최적의 사용자들을 신속하게 탐색할 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명은 최종적으로 선택될 가능성이 높은 사용자들만을 고려하여 사용자 그룹을 선택함으로써, 사용자 그룹 선택에 필요한 연산량을 현저히 줄일 수 있고, 이로 인하여 다중 사용자 MIMO 시스템의 성능을 개선하는 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 하향링크 다중사용자 MIMO 시스템에서의 효율적인 사용자 선택 장치의 일실시예 구성도이다.
본 발명이 적용되는 다중 사용자 MIMO 시스템에 대해서는, 전체 사용자 수가 K명이고, 기지국 송신 안테나 수가 2개인 경우를 예로 들기로 한다. 그러나 기지국 송신 안테나 수가 증가하는 경우에도 본 발명을 쉽게 적용할 수 있음 물론이고, 각 사용자는 자신의 채널 전력값 및 채널 상태 정보를 기지국의 다중 사용자 MIMO 시스템에 피드백 전송한다.
본 발명에 따른 사용자 선택 장치(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 채널전력 정렬기(21), 후보 사용자 집단 선택기(22), 최종 사용자 그룹 선택기(23), 및 피드백 제어기(24)를 포함하여 이루어진다. 이하, 각각의 구성요소에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 기지국의 사용자 선택 장치(20)가 "사용자"를 선택한다는 것은 정확하게 말하면 "사용자 단말"을 선택한다는 것이고, 사용자 선택 장치에 채널 전력값/채널 정보를 전송하는 것도 당연히 "사용자 단말"이 전송하는 것임은 당업자에게 있어서 자명하다. 사용자 선택 장치(방법)와 관련해서는 간단히 "사용자"라고 사용하는 것이 일반적인 바, 본 발명을 설명함에 있어서도 이를 따르기로 한다.
채널전력 정렬기(21)는 전체 사용자들로부터 개별적으로 피드백 전송된 채널 전력값들을 내림차순으로 정렬한다. 여기서, 채널 전력값은 사용자 채널의 유클리안 놈(Euclidean norm)의 제곱을 의미한다.
그러면, 후보 사용자 집단 선택기(22)는 채널전력 정렬기(21)에 의하여 내림 차순으로 정렬된 사용자들의 채널 전력을 이용하여 최대 시스템 용량 관점에서 최종 사용자로 선택될 가능성이 높은 사용자들을 "후보 사용자 집단(U)"으로 선택한다. 즉, 각각의 사용자가 피드백 전송해주는 채널 전력을 이용하여 전체 사용자 집단에서 최종 선택 사용자 그룹 내에 포함될 후보 사용자 집단을 선택한다(예를 들어, 전력크기가 임계치 이상인 상위 사용자들을 선택함). 위에서 설명한 채널전력 정렬기(21)와 후보 사용자 집단 선택기(22)를 합쳐서 "후보 선택부"라 할 수 있다.
한편, 최종 사용자 그룹 선택기(23)는 후보 사용자 집단 선택기(22)에 의하여 선택된 후보 사용자 집단(U)에 포함된 사용자들의 채널 정보를 이용하여 최종 사용자 그룹(S)(공간 분할 다중접속의 대상이 되는 사용자들)을 선택한다. 여기서, 채널 정보는 채널 상태 정보(CSI: Channel State Information)로서, 이에는 신호대 간섭 잡음비(SINR), 채널 용량, C/R(Carrier to Inference Ratio), 채널 특성값(eigen value)의 평균 등이 포함될 수 있다.
피드백 제어기(24)는 모든 사용자의 채널 전력값을 채널전력 정렬기(21)로 입력하고, 최종 사용자 그룹 선택기(23)에는 후보 사용자 집단(U)에 포함된 사용자들에 대한 채널 정보를 입력으로 준다. 즉, 피드백 제어기(24)는 해당하는 모든 사용자들로부터 채널 전력값을 피드백 전송받으면 이를 채널전력 정렬기(21)로 전달한다. 또한, 피드백 제어기(24)는 후보 사용자 집단 선택기(22)에 의하여 "후보 사용자 집단(U)"이 결정되면, 그 후보 사용자 집단(U)에 속하는 사용자들에게만 요청(개별 요청, 멀티캐스트 요청 등 포함)하여 채널 정보를 피드백으로 전송받아 최종사용자 그룹 선택기(23)에 제공한다.
이하, 각각의 구성요소에서의 구체적인 동작 과정을 설명하면 다음과 같다. 그리고 행렬은 "이중 언더바를 갖는 대문자", 벡터는 "단일 언더바를 갖는 소문자"로 표현하기로 한다.
채널전력 정렬기(21)는 모든 사용자로부터 피드백 받은 채널 전력값들 (
Figure 112009047545435-pat00020
)을 입력으로 받고, 그 채널 전력 값들을 내림차순으로 정렬한다. 채널전력 정렬기(21)에 의하여 내림 차순으로 정렬된 채널 전력의 집합은 다음의 [수학식 3]과 같다.
Figure 112009047545435-pat00021
여기서,
Figure 112009047545435-pat00022
는 K개의 채널 전력 중에서 가장 큰 값이고,
Figure 112009047545435-pat00023
는 K개의 채널 전력 중에서 두 번째로 큰 값이고,
Figure 112009047545435-pat00024
는 K개의 채널 전력 중에서 가장 작은 값을 나타낸다. 도 2에서의
Figure 112009047545435-pat00025
는 K번째 사용자에 대한 채널 전력값을 의미한다.
후보 사용자 집단(U) 선택기(22)는 채널전력 정렬기(21)에서 내림차순으로 정렬된 사용자들의 채널 전력값을 입력으로 받은 후, 사용자들의 채널 전력값과 아래의 [수학식 4]를 이용하여 후보 사용자 집단(U) 내의 사용자 수인 후보 컷오프 값(
Figure 112011022000268-pat00026
)을 결정한다.
Figure 112009047545435-pat00027
여기서, N은 전체 사용자 수(K)와 기지국 송신 안테나 수(M)에 따라 변하는 설계 인자(Design Factor)인데, 본 실시 예에서는 "100"으로 설정하기로 한다. K는 한 셀 내에서 서비스를 받고자 하는 전체 사용자의 수이다. 그리고 [수학식 4]에서 arg min 함수 내의
Figure 112011022000268-pat00028
은 산술 평균을 나타내고,
Figure 112011022000268-pat00029
은 기하 평균을 나타내며,
Figure 112011022000268-pat00030
은 로그 관련식의 자유도(Degree of Freedom)에 관련된 값을 나타낸다.
후보 컷오프 값(
Figure 112009047545435-pat00031
)을 이용하여 [수학식 3]의
Figure 112009047545435-pat00032
에서 상위
Figure 112009047545435-pat00033
개의 채널 전력값에 대응하는 사용자를 선택하여 아래의 [수학식 5]와 같은 후보 사용자 집단(U)을 생성한다. 즉, 전체 사용자들(K)의 채널 전력에 대한 기하 평균과 산술 평균의 비에 기초하여 후보 컷오프 값(
Figure 112009047545435-pat00034
)을 결정하고, 그 후보 컷오프 값을 기준으로 상위 채널 전력에 해당하는 사용자들을 후보 사용자 집단으로 선택한다. 이에 대해서는 도 3에서 상세히 설명하기로 한다.
Figure 112009047545435-pat00035
여기서, z는 사용자 인텍스를 나타낸다.
한편, 최종 사용자 그룹 선택기(23)는 후보 사용자 집단(U)에 포함된 사용자들에 대한 채널 정보를 이용하여, 최대 시스템 용량 스케줄링 방법(예를 들면, 기 존의 완전 탐색법이나 준직교 방법 등)에 따라 아래의 [수학식 6]과 같은 최종 사용자 그룹(S)을 선택한다. 이를 더욱 상세하게 설명하면, 최종 사용자 그룹 선택기(23)는 후보 사용자 집단 선택기(22)로부터 후보 사용자 집단(U)을 입력받으면 해당 사용자들에게 채널 정보를 요청한다. 그에 따라, 해당 사용자들로부터 채널 정보를 피드백 받으면, 최종 사용자 그룹 선택기(23)는 그 피드백 받은 채널정보를 이용하여 최종 사용자 그룹(S)을 선택한다.
Figure 112009047545435-pat00036
여기서, s는 사용자 인덱스를 나타낸다.
한편, 피드백 제어기(24)는 모든 사용자들로부터 채널 전력값을 피드백 받고 이를 채널전력 정렬기(100)의 입력 값으로 제공한다. 또한, 피드백 제어기(24)는 후보 사용자 집단(U) 선택기(22)로부터 후보 사용자 집단(U)이 결정되면 그 후보 사용자 집단(U)에 포함되어 있는 사용자들에게 채널 정보를 피드백 받아 최종 사용자 그룹 선택기(22)의 입력 값으로 제공한다.
도 3은 본 발명에 따른 후보 사용자 집단을 결정하는 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 후보 사용자 집단 선택기(22)에서 수행되는 후보 사용자 집단(U) 결정 과정을 나타낸다.
후보 사용자 집단 선택기(22)는 파라미터 초기화를 수행한다(300). 즉, 전체 사용자 수(K)=100, 연산 반복 관련 파라미터(a)=M(기지국 송신 안테나 수), 설계 인자(N)=100, j=1 등과 같이 초기화한다.
그리고 나서, 후보 사용자 집단 선택기(22)는 "300"에서 초기화된 파라미터와 채널전력 정렬기(21)의 출력값을 [수학식 4]에 대입하여 후보 컷오프 값(
Figure 112009047545435-pat00037
)을 결정한다(302).
이후, a의 크기를 확인하여(304) a>2이면
Figure 112009047545435-pat00038
, a=2로 변경하여 "302" 과정을 반복 수행하고, a≤2이면
Figure 112009047545435-pat00039
로 변경한 후(308) 그 변경된 후보 컷오프 값(
Figure 112009047545435-pat00040
)을 이용하여 [수학식 3]의
Figure 112009047545435-pat00041
에서 상위
Figure 112009047545435-pat00042
개의 채널 전력값에 대응하는 사용자를 선택하여 후보 사용자 집단(U)을 생성한다(310). 이때, 후보 사용자 집단(U)은
Figure 112009047545435-pat00043
(수학식 5)와 같다.
예를 들어, 기지국 송신안테나가 2개(M=2)인 경우에는 a=2이므로 "302" 판단 결과는 항상 "아니오"이고, "308"에서 "302"에서 구한
Figure 112009047545435-pat00044
가 곧바로 사용된다.
이와 달리, 기지국 송신안테나가 4개(M=4)인 경우에는 a=4이므로 첫 번째의 "304"에서 "예"(a>2)가 되어, 변수 변환(
Figure 112011022000268-pat00045
)(306)된 후에 "302" 과정이 한 번 더 수행된다. 이때는 a=2로 변경된 후이므로 "304"의 확인결과는 "아니오"로 "308"이 수행된다.
도 4는 본 발명에 따른 하향링크 다중사용자 MIMO 시스템에서의 사용자 선택방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 사용자 선택 장치(20)에서 수행되는 사용자 선택 과정을 나타낸다.
본 발명은 채널 전력을 이용하여 전체 사용자 집단에서 "후보 사용자 집단"으로 사용자 범위를 한정한 후, 그 한정된 범위 내에서 채널 정보를 이용해 최종적으로 사용자 그룹을 선택한다. 즉, 본 발명은 최종적으로 선택될 가능성이 높은 사용자들만을 대상으로 하여 사용자 선택 알고리즘(공간 분할 다중접속의 대상이 되는 사용자들을 선택하는 알고리즘)을 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 사용자 선택 장치(20)는 해당 셀 내의 전체 사용자들(K명의 전체 사용자)로부터 주기적으로 채널 전력값을 피드백 받으면(400), 그 수신된 채널 전력값들을 내림 차순으로 정렬한다(402).
사용자 선택 장치(20)는 내림 차순으로 정렬된 채널 값들을 이용하여 후보 사용자 집단(U)(
Figure 112009047545435-pat00046
명의 사용자)을 선택한다(404). 이에 대해서는 도 3에서 상세히 설명하였으므로, 여기서는 생략하기로 한다.
그리고 나서, 사용자 선택 장치(20)는 후보 사용자 집단(U)에 속하는 복수의 사용자에게 채널 정보(채널 상태 정보)를 전송하도록 요청한다(408).
이후, 후보 사용자 집단(U)에 속하는 사용자들로부터 채널 정보를 수신하면(408), 사용자 선택 장치(20)는 그 수신된 채널 정보를 이용하여 최종 사용자 그룹(
Figure 112009047545435-pat00047
)(M명의 사용자)을 선택한다(410).
도 5는 본 발명에 따른 하향링크 다중사용자 MIMO 통신을 위한 사용자 단말에서의 피드백 전송 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 사용자 선택 장치(20)의 동작(도 4)에 대응하여 수행되는 사용자 단말에서의 동작을 나타낸다.
하나의 셀 내에서 서비스를 받고자 하는 사용자 각각(K명의 사용자)은 해당 기지국의 사용자 선택 장치(20)로 채널 전력값을 송신한다(500).
이후, 사용자 선택 장치(20)로부터 채널 정보의 전송을 요청받으면, 해당 사용자들(즉, 후보 사용자 집단(U)에 속하는 사용자들)은 해당 채널 정보를 사용자 선택 장치(20)로 피드백 전송한다(502).
이상은 본 발명의 구성 및 그 작용에 대하여 설명하였다. 이하에서는 시뮬레이션 결과를 통하여 상기와 같은 본 발명의 우수성을 설명하기로 한다.
다중 안테나를 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템에서, 본 발명에 따른 최대 시스템 용량을 획득하기 위한 사용자 그룹 선택 장치는 각각의 사용자(K명의 사용자 각각)가 피드백해 주는 채널 전력을 이용하여 전체 사용자 집단에서 최종 선택 사용자 그룹 내로 포함될 후보 사용자 집단(U)을 선택하고, 그 후보 사용자 집단(U)에 포함되어 있는 사용자들에 대해서만 채널 정보를 피드백 받아 최종 사용자를 결정하기 때문에 기존의 최대 시스템 용량 스케줄링 기법들에 비해 현저히 적은 비교 연산만으로도 최적의 사용자들을 찾을 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 2개 또는 4개의 송신 안테나를 갖는 시스템에서 후보 사용자 집단(U)에 포함되는 사용자 수(
Figure 112009047545435-pat00048
)를 각각 살펴보면 다음의 [표 1]과 같다.
Figure 112009047545435-pat00049
예를 들어, 송신안테나가 2개인 시스템에서 한 셀 내의 전체 사용자 수가 10명, 50명, 70명, 90명, 100명일 때, 각각 50%, 24%, 37%, 45.5%, 49%에 해당하는 사용자들이 후보 사용자 집단에 포함된다. 또한, 송신안테나가 4개인 시스템에서 한 셀 내의 전체 사용자 수가 10명, 50명, 70명, 90명, 100명일 때, 각각 80%, 46%, 45.7%, 48.9%, 53%에 해당하는 사용자들이 후보 사용자 집단에 포함된다.
다음은, 본 발명을 적용한 완전 탐색법과 준직교 방법의 비교 연산 수를 살펴보기로 한다. 예를 들어, 송신 안테나의 수가 2개이고 항상 2명의 사용자에게 데이터를 송신한다고 가정할 때의 "비교 연산 수"는 아래의 [표 2]와 같다.
Figure 112009047545435-pat00050
만약, 송신 안테나의 수가 4개이고 항상 4명의 사용자에게 데이터를 송신한다고 가정할 때의 "비교 연산 수"는 다음의 [표 3]과 같다.
Figure 112009047545435-pat00051
따라서 본 발명을 다중 사용자 MIMO 시스템에 적용하면, 적은 비교 연산량으로 높은 시스템 성능을 얻을 수 있는 사용자들을 선택할 수 있다.
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 종래의 제로포싱 빔 형성(ZFBF: Zero-Forcing Beam-Forming)을 이용한 하향링크 다중 사용자 MIMO 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 하향링크 다중사용자 MIMO 시스템에서의 효율적인 사용자 선택 장치의 일실시예 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 후보 사용자 집단을 결정하는 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 하향링크 다중사용자 MIMO 시스템에서의 사용자 선택방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 하향링크 다중사용자 MIMO 통신을 위한 사용자 단말에서의 피드백 전송 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명
10: 하향링크 다중사용자 MIMO 시스템 20: 사용자 선택 장치
21: 채널전력 정렬기 22: 후보사용자 집단 선택기
23: 최종 사용자 그룹 선택기 24: 피드백 제어기

Claims (7)

  1. 하향링크 다중사용자 MIMO 시스템에서 공간 분할 다중접속을 위한 사용자 선택 장치에 있어서,
    전체 사용자들의 채널 전력들을 크기를 기준으로 정렬하기 위한 채널 전력 정렬기;
    상기 채널 전력 정렬기에서 정렬된 전력크기가 임계치 이상인 상위 사용자들을 후보 사용자 집단으로 선택하기 위한 후보 사용자 집단 선택기; 및
    상기 후보 사용자 집단에 속하는 사용자들의 채널 정보를 이용하여, 상기 공간 분할 다중접속의 대상이 되는 사용자들을 선택하기 위한 최종 사용자 그룹 선택기를 포함하되,
    상기 후보 사용자 집단 선택기는,
    상기 전체 사용자들의 채널 전력에 대한 기하 평균과 산술 평균의 비에 기초하여 후보 컷오프 값을 결정하고, 상기 후보 컷오프 값을 기준으로 상위 채널 전력에 해당하는 사용자들을 상기 후보 사용자 집단으로 선택하는, 효율적인 사용자 선택 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 전력 및 상기 채널 정보를 해당 사용자들로부터 피드백으로 수신하기 위한 피드백 제어기
    를 더 포함하는 효율적인 사용자 선택 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 피드백 제어기는,
    상기 전체 사용자들로부터 채널 전력을 피드백으로 수신하고, 상기 후보 사용자 집단에 속하는 사용자들에 요청하여 채널 정보를 피드백으로 수신하는, 효율적인 사용자 선택 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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