KR101080012B1 - User Selection Method using Efficient Channel Feedback in Multiple Antenna System and Base Station Using the same - Google Patents

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KR101080012B1 KR1020090127740A KR20090127740A KR101080012B1 KR 101080012 B1 KR101080012 B1 KR 101080012B1 KR 1020090127740 A KR1020090127740 A KR 1020090127740A KR 20090127740 A KR20090127740 A KR 20090127740A KR 101080012 B1 KR101080012 B1 KR 101080012B1
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Abstract

본 발명은 다중 안테나 시스템에서 효율적인 채널 피드백을 적용한 사용자 선택 방법에 관한 것으로, 셀 내에 복수의 사용자 단말이 존재하고, 복수의 부채널을 사용하는 다중 안테나 시스템에서의 사용자 단말 선택 방법에 있어서, (a) 각각의 상기 사용자 단말로부터 최대 채널 이득값을 포함하는 적어도 하나 이상의 부채널의 채널 이득 측정 결과를 수신하는 단계; (b) 상기 수신된 부채널의 채널 이득 측정 결과를 기준으로 상기 각 사용자 단말을 정렬하는 단계; (c) 상기 정렬된 각 사용자 단말의 순서에 따라 상기 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 결정하는 단계; (d) 상기 결정된 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 상기 각 사용자 단말로 전송하는 단계; 및 (e) 상기 전송한 결과로 상기 각 사용자 단말로부터 피드백받은 부채널의 채널 품질 정보를 바탕으로 자원을 할당하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a user selection method using efficient channel feedback in a multi-antenna system, wherein a plurality of user terminals exist in a cell and a user terminal selection method in a multi-antenna system using a plurality of subchannels. Receiving channel gain measurement results of at least one subchannel including a maximum channel gain value from each of the user terminals; (b) arranging the respective user terminals based on the received channel gain measurement results of the subchannels; (c) determining the number of subchannels to which each user terminal should feed back in a next period according to the order of each sorted user terminal; (d) transmitting, to each of the user terminals, the number of subchannels to which the determined user terminal should feed back in a next period; And (e) allocating resources based on channel quality information of the subchannels fed back from the respective user terminals as a result of the transmission.

사용자, 단말, 선택, 부채널, 할당, 채널, 피드백, 이득, 다중, 안테나, MIMO User, terminal, selection, subchannel, allocation, channel, feedback, gain, multiple, antenna, MIMO

Description

다중 안테나 시스템에서 효율적인 채널 피드백을 적용한 사용자 선택 방법 및 이를 이용한 기지국 장치{User Selection Method using Efficient Channel Feedback in Multiple Antenna System and Base Station Using the same}User Selection Method Using Efficient Channel Feedback in Multiple Antenna System and Base Station Using the same}

본 발명은 다중 안테나 시스템에서 사용자 선택 방법 및 이를 이용한 기지국 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제로 포싱 빔포밍(ZFBF: Zero-Forcing Beamforming)을 사용하는 다중 부채널 통신망에서 사용자 단말로부터 전달된 부채널의 이득에 따라 사용자 단말들을 정렬하여 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 결정하여 각 사용자 단말로 통보하고, 그 결과로 사용자 단말로부터 피드백 받은 부채널 정보를 이용하여 사용자 단말을 선택하는 다중 안테나 시스템에서의 사용자 선택 방법 및 이를 이용한 기지국 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a user selection method in a multi-antenna system and a base station apparatus using the same. More particularly, the present invention relates to a subchannel transmitted from a user terminal in a multiple subchannel communication network using zero-forcing beamforming (ZFBF). A multi-antenna system for arranging user terminals according to the gain of the UE, determining the number of subchannels to be fed back in the next period, and notifying each user terminal, and as a result, selecting the user terminal using the subchannel information fed back from the user terminal. It relates to a user selection method and a base station apparatus using the same.

다중 안테나 시스템(MIMO: Multiple Input Multiple Output)은 무선 통신 시스템에서 높은 데이터 처리량을 얻을 수 있는 시스템으로, 이와 관련된 많은 연구들이 진행되고 있다. 특히, 이러한 다중 안테나 시스템에서 채널 용량을 최대화하기 위해 사용자 간의 간섭을 회피하는 기법은 많은 관심의 대상이 되어 왔다.Multiple Input Multiple Output (MIMO) is a system capable of obtaining high data throughput in a wireless communication system, and many studies have been conducted. In particular, techniques for avoiding interference between users in order to maximize channel capacity in such a multi-antenna system have been of great interest.

사용자 간 간섭 회피 방법 중에 가장 효과적인 방법은 'DPC(Dirty Paper Coding)' 기술인데, DPC 기술은 다중 사용자 환경에서 최대의 채널 용량(capacity)을 얻을 수 있음에도 불구하고, 복잡한 인코딩(encoding)과 디코딩(decoding) 오버헤드로 인해 구현상의 어려움을 가지고 있다.The most effective method of avoiding interference between users is the 'Dirty Paper Coding' technology. Although the DPC technology can achieve the maximum channel capacity in a multi-user environment, the complex encoding and decoding ( There is an implementation difficulty due to the decoding overhead.

DPC 기술의 문제점을 해결하기 위한 대안으로, DPC 기술에 비해 저복잡도를 가지는 빔포밍(beamforming) 기술이 있다. 빔포밍 기술들 중에서 빔포밍 가중치 벡터(beamforming weight vector)를 사용자 간의 간섭을 피하도록 설계하는 'ZFBF(Zero-Forcing Beamforming)' 기술이 간단하면서도 효율적인 방법으로 각광받고 있다.As an alternative to solve the problems of the DPC technology, there is a beamforming technique having a lower complexity than the DPC technology. Among the beamforming techniques, 'Zero-Forcing Beamforming' (ZFBF) technology, which designs a beamforming weight vector to avoid interference between users, has been spotlighted in a simple and efficient manner.

그런데, 이 ZFBF 기술은 전송 안테나 수와 수신 안테나 수에 의해, 동시 지원 가능한 사용자 수가 제한되기 때문에 많은 사용자가 셀 내에 존재할 경우, 기지국(BS: Base Station)은 수많은 사용자 중에서 지원 가능한 만큼의 사용자들을 선택해야 한다. 이때, 'brute-force' 방식으로 검색할 경우, 즉 가능한 모든 경우의 사용자 조합들을 고려하여 최상의 사용자 조합을 찾는 방법은 최적의 사용자 조합을 찾는 것을 보장하게 된다. 그러나 'brute-force' 방식은 시스템의 셀 내에 존재하는 사용자 수가 증가할 경우 큰 복잡도를 초래하게 된다.However, this ZFBF technology is limited by the number of transmit antennas and the number of receive antennas, so when a large number of users exist in a cell, a base station (BS) selects as many users as possible from a large number of users. Should be. At this time, when searching in a 'brute-force' manner, that is, a method of finding the best user combination by considering all possible user combinations ensures to find an optimal user combination. However, the 'brute-force' approach creates great complexity when the number of users in the system's cells increases.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 저 복잡도의 사용자 선택 기술들이 제안되고 있다. 완벽한 채널 정보를 기지국에서 안다고 가정할 때, 기지국은 높은 채널 이득을 가지면서도 제로 포싱(zero-forcing) 빔 방향에 잘 부합하는 채널 방향을 가지는 사용자를 선택함으로써, ZFBF를 사용하는 시스템을 위한 저 복잡도의 사용자 선택이 가능하다. 이러한 방법 중 근래 들어 DPC 기술을 적용할 때 얻을 수 있는 용량에 거의 근접한 처리량을 얻을 수 있는 SUS(Semiorthogonal User Selection) 방식이 제안되었다.In order to solve the above problems, low complexity user selection techniques have been proposed. Assuming complete channel information is known at the base station, the base station selects a user with a high channel gain but with a channel direction that is well aligned with the zero-forcing beam direction, thereby providing low complexity for a system using ZFBF. User selection is possible. Recently, a method of semiorthogonal user selection (SUS) has been proposed that can achieve a throughput close to that obtained when the DPC technique is applied.

SUS 방식을 포함한 대부분의 사용자 선택 기술들은 단일 부채널 시스템을 고려하여 제안되었다. 단일 부채널 시스템과는 달리 다중 부채널 시스템에서는, 다중경로가 존재하는 경우에 부채널마다 다른 채널 상태를 가지는 주파수 선택적(frequency selective) 특성을 가지게 된다. 이때, 채널 이득이 좋은 부채널을 이용함으로써, 단일 부채널에 비해 높은 시스템 처리량을 가질 수 있다.Most user selection techniques including SUS method have been proposed considering single subchannel system. Unlike a single subchannel system, in a multiple subchannel system, when a multipath exists, the subchannel has a frequency selective characteristic having a different channel state for each subchannel. In this case, by using a subchannel having a good channel gain, the system throughput may be higher than that of a single subchannel.

그런데, 다중 부채널 시스템에서 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻기 위하여 모든 사용자의 모든 부채널을 고려하여 사용자를 선택하는 경우, 시스템 내에 존재하는 사용자 수가 증가함에 따라 많은 채널 피드백 양과 더불어 큰 복잡도를 초래하는 문제점이 있다. 따라서 사용자 수가 많은 경우에도 채널 피드백 양의 증가를 최소화할 수 있는 효과적인 채널 피드백 방식과 또 그에 따른 사용자 선택 방법이 요구된다.However, when a user is selected in consideration of all subchannels of all users in order to obtain a multi-user diversity gain in a multi-sub channel system, a problem of causing a large complexity with a large amount of channel feedback as the number of users existing in the system increases. There is this. Therefore, even in the case of a large number of users, an effective channel feedback method for minimizing the increase in the amount of channel feedback and a user selection method accordingly are required.

본 발명은 다중 부채널 통신망에서 사용자 단말로부터 전달된 부채널의 이득에 따라 사용자 단말들을 정렬하여 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 결정하여 각 사용자 단말로 통보하고, 그 결과로 사용자 단말로부터 피드백 받은 부채널 정보를 이용하여 사용자 단말을 선택하는 다중 안테나 시스템에서의 사용자 선택 방법 및 이를 이용한 기지국 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.According to the present invention, the number of subchannels to be fed back in the next period is determined by sorting the user terminals according to the gain of the subchannels transmitted from the user terminals in the multi-subchannel communication network, and notified to each user terminal. It is an object of the present invention to provide a user selection method and a base station apparatus using the same in a multi-antenna system for selecting a user terminal using the received subchannel information.

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.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 셀 내에 복수의 사용자 단말이 존재하고, 복수의 부채널을 사용하는 다중 안테나 시스템에서의 사용자 단말 선택 방법에 있어서, (a) 각각의 상기 사용자 단말로부터 최대 채널 이득값을 포함하는 적어도 하나 이상의 부채널의 채널 이득 측정 결과를 수신하는 단계; (b) 상기 수신된 부채널의 채널 이득 측정 결과를 기준으로 상기 각 사용자 단말을 정렬하는 단계; (c) 상기 정렬된 각 사용자 단말의 순서에 따라 상기 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 결정하는 단계; (d) 상기 결정된 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 상기 각 사용자 단말로 전송하는 단계; 및 (e) 상기 전송한 결과로 상기 각 사용자 단말로부터 피드백받은 부채널의 채널 품질 정보를 바탕으로 자원을 할당하는 단계를 포함한다.The method of the present invention for achieving the above object is a method of selecting a user terminal in a multi-antenna system using a plurality of user terminals in a cell and using a plurality of subchannels, the method comprising: (a) each of the user terminals; Receiving a channel gain measurement result of at least one subchannel including a maximum channel gain value from the apparatus; (b) arranging the respective user terminals based on the received channel gain measurement results of the subchannels; (c) determining the number of subchannels to which each user terminal should feed back in a next period according to the order of each sorted user terminal; (d) transmitting, to each of the user terminals, the number of subchannels to which the determined user terminal should feed back in a next period; And (e) allocating resources based on channel quality information of the subchannels fed back from the respective user terminals as a result of the transmission.

또한, 본 발명에 따른 기지국 장치는, 다중 안테나를 사용하고, 다중 부채널을 이용해 셀 내의 복수의 사용자 단말에 서비스를 제공하는 기지국 장치에 있어서, 각각의 상기 사용자 단말로부터 수신된 부채널의 채널이득을 기준으로 상기 각 사용자 단말을 내림차순으로 정렬하여, 정렬된 순서에 따라 상기 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 개수를 결정하여 상기 각 사용자 단말로 통보하고, 상기 통보한 결과로 상기 각 사용자 단말로부터 피드백된 부채널의 채널 품질 정보를 바탕으로 자원을 할당하는 스케줄러; 상기 스케줄러에 의해 할당된 하향링크 패킷을 빔포밍하는 빔포머; 및 상기 빔포머에 의해 빔포밍된 신호를 송출하는 상기 다중 안테나를 포함한다.In addition, the base station apparatus according to the present invention is a base station apparatus using multiple antennas and providing a service to a plurality of user terminals in a cell using multiple subchannels, the channel gain of the subchannel received from each of the user terminals Arranging the respective user terminals in descending order, determining the number of subchannels to which each user terminal should feed back in the next cycle according to the sorted order, and notifying each of the user terminals. A scheduler for allocating resources based on channel quality information of the subchannel fed back from the user terminal; A beamformer for beamforming a downlink packet allocated by the scheduler; And the multiple antennas for transmitting a beamformed signal by the beamformer.

상기와 같은 본 발명은, 채널 이득이 좋지 못한 사용자 단말들로부터는 적은 채널 정보를 피드백 받아 사용함으로써, 채널 이득이 좋지 못한 사용자 단말들에 대한 채널 피드백에 대한 부담을 줄여주는 효과를 가진다. 또한, 본 발명은 각 자원할당 방식에 맞추어 필요로 하는 피드백 양을 제시하여 사용자 단말이 크게 늘어나는 경우에도 사용자 선택 기술 알고리즘의 초기값이 되는 행렬의 크기를 감소시키는 효과를 가져와 결국 저복잡도의 사용자 선택 기술을 구현할 수 있다.The present invention as described above has the effect of reducing the burden on the channel feedback for the user terminals having a poor channel gain by using less channel information feedback from the user terminals having a poor channel gain. In addition, the present invention presents the amount of feedback required for each resource allocation scheme, thereby reducing the size of the matrix that is the initial value of the user selection technique algorithm even when the user terminal is greatly increased, resulting in low complexity user selection. Technology can be implemented.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 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 도면들을 함께 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It can be easily carried out. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명이 적용되는 하향링크(downlink) 자원할당을 위한 협력 다중안테나(MIMO: multiple input multiple output) 시스템에 대한 일시시예 구성도로서, 한 개의 부채널에 대한 프리코딩(precoding) 적용 시 사용자 선택 기술의 구조를 도시하고 있다.1 is a temporary configuration diagram of a cooperative multiple input multiple output (MIMO) system for downlink resource allocation to which the present invention is applied, and precoding is applied to one subchannel. The structure of the city user selection technique is shown.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 기지국(Base Station)(10)은 복수의 전송 안테나(11), 스케줄러(12), 전력 할당부(13), 제로 포싱(zero- forcing) 빔포머(14)를 포함한다. 그리고 하나의 기지국이 관장하는 셀 내에는 복수의 사용자 단말(20)들이 존재한다. 즉, 하나의 기지국(10)은 K개의 사용자(User) 단말(20)을 위한 데이터 전송을 지원하며, 각 사용자 단말(20)은 기지국(10)으로 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)를 피드백한다.As shown in FIG. 1, a base station 10 generally includes a plurality of transmit antennas 11, a scheduler 12, a power allocator 13, and a zero-forcing beamformer 14. ). In addition, a plurality of user terminals 20 exist in a cell managed by one base station. That is, one base station 10 supports data transmission for K user terminals 20, and each user terminal 20 transmits channel quality information (CQI) to the base station 10. Feedback.

기지국(10)은 M개의 전송 안테나를 가지며 각각의 사용자 단말(20)은 하나의 안테나를 가지는 것으로 가정한다. 기지국(10)은 각 사용자 단말(20)로 전송할 하 향링크 패킷이 전달되면, 사용자 단말(20)들 중에서 동시에 최대 지원 가능한 사용자 수인 M개의 사용자 단말(20)을 선택하게 된다. 이때, K ≥ M 임을 가정한다. 기지국은 선택된 M개의 사용자 단말들을 위해서 신호를 전송하는 과정을 거치게 된다. 기지국은 총 N개의 부채널에 대하여 사용자 단말을 선택한다. 각 사용자 단말은 독립적인 대규모 페이딩(large scale fading)과 소규모 페이딩(small scale fading, 예:다중 경로 효과)을 겪는다고 가정한다. 이로 인해 각 부채널들은 다른 채널 상태를 가지게 된다.It is assumed that the base station 10 has M transmit antennas and each user terminal 20 has one antenna. When the downlink packet to be transmitted to each user terminal 20 is transmitted, the base station 10 selects M user terminals 20 which are the maximum number of users that can be supported simultaneously from among the user terminals 20. At this time, assume that K ≥ M. The base station goes through a process of transmitting a signal for the selected M user terminals. The base station selects user terminals for a total of N subchannels. It is assumed that each user terminal undergoes independent large scale fading and small scale fading (eg multipath effect). As a result, each subchannel has a different channel state.

여기서, 기지국(10) 내의 k번째 사용자 단말(20)에 대한 n번째 부채널의 수신 신호인

Figure 112009078773690-pat00001
는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Here, the received signal of the n-th subchannel to the k-th user terminal 20 in the base station 10
Figure 112009078773690-pat00001
Can be expressed as Equation 1 below.

Figure 112009078773690-pat00002
Figure 112009078773690-pat00002

수학식 1에서

Figure 112011034808111-pat00003
은 기지국(10)으로부터 전송된 심볼 벡터이며,
Figure 112011034808111-pat00004
은 n번째 부채널에 대한 k번째 사용자 단말(20)의 채널 행렬로
Figure 112011034808111-pat00005
와 같이 정의되며, 대규모 페이딩(
Figure 112011034808111-pat00006
)과 소규모 페이딩(
Figure 112011034808111-pat00007
)을 모두 고려한 채널 행렬이다.
Figure 112011034808111-pat00008
은 크게 쉐도잉 효과(shadowing effect)와 경로손실 효과(pathloss effect)가 고려된 매크로스코픽 페이딩(macroscopic fading)을 나타낸다.
Figure 112011034808111-pat00009
는 n번째 부채널에 대한 k번째 사용자 단말(20)이 겪는 부가백색가우시안잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise)이다.
Figure 112011034808111-pat00010
의 각 성분과
Figure 112011034808111-pat00011
는 0의 평균과 1의 분산을 가진다. 기지국(10)은 각 부채널에 대한 평균전력 제약인
Figure 112011034808111-pat00012
과 총 평균전력 제약인
Figure 112011034808111-pat00013
를 가진다. 이때, 부채널별 전송신호의 전력은
Figure 112011034808111-pat00014
과 같이 제약을 받게 되며, 총 전송신호의 전력은
Figure 112011034808111-pat00015
와 같이 제약을 받는다.In Equation 1
Figure 112011034808111-pat00003
Is a symbol vector transmitted from the base station 10,
Figure 112011034808111-pat00004
Is the channel matrix of the k th user terminal 20 for the n th subchannel.
Figure 112011034808111-pat00005
Defined as
Figure 112011034808111-pat00006
) And small fading (
Figure 112011034808111-pat00007
) Are all channel matrices.
Figure 112011034808111-pat00008
Shows macroscopic fading that considers the shadowing effect and the pathloss effect.
Figure 112011034808111-pat00009
Is the additive white Gaussian noise (AWGN) experienced by the k-th user terminal 20 for the n-th subchannel.
Figure 112011034808111-pat00010
With each component of
Figure 112011034808111-pat00011
Has a mean of zero and a variance of one. The base station 10 is an average power constraint for each subchannel
Figure 112011034808111-pat00012
And the total average power constraint
Figure 112011034808111-pat00013
Has At this time, the power of the transmission signal for each subchannel
Figure 112011034808111-pat00014
And the total power of the transmission signal is
Figure 112011034808111-pat00015
Are constrained,

실험 결과에 의해, 전력 할당부(13)는 전제 전력 제약 P를 가지고 전력을 할당하는 경우나 각각의 부채널이 전력 제약 Pn을 가지고 전력 할당을 하는 경우, 두 경우 모두 성능이 유사하므로, 실제 시뮬레이션에서는 각 부채널이 전력 제약 Pn을 가지고 전력 할당하는 경우를 고려하였다. 그리고 기지국(10)은 채널상태정보를 완벽히 가지는 것을 가정한다.As a result of the experiment, the power allocator 13 allocates power with the total power constraint P or if each subchannel allocates power with the power constraint P n , the performance is similar in both cases. In the simulation, we consider the case where each subchannel has power allocation with power constraint P n . It is assumed that the base station 10 has channel state information completely.

다음으로, 사용자 간의 다른 빔포밍 방향을 할당함으로써 DPC 기술과 유사한 성능을 얻을 수 있다고 알려져 있는 빔포밍(BF) 기술에 대해 살펴보도록 한다.Next, the beamforming (BF) technique, which is known to achieve similar performance to the DPC technique by allocating different beamforming directions between users, will be described.

Figure 112011034808111-pat00016
Figure 112011034808111-pat00017
그리고
Figure 112011034808111-pat00018
을 각각 n번째 부채널의 사용자 단말 k에 대한 데이터 심볼과 빔포밍 가중치 벡터 그리고 전송전력 스케일링 변수라고 하면, n번째 부채널에 대한 전송신호는
Figure 112011034808111-pat00019
으로 표현된다. 이 경우 수학식 1을 다음의 수학식 2와 같이 다시 나타낼 수 있다.
Figure 112011034808111-pat00016
and
Figure 112011034808111-pat00017
And
Figure 112011034808111-pat00018
If the data symbol, the beamforming weight vector and the transmission power scaling variable for the user terminal k of the nth subchannel, respectively, the transmission signal for the nth subchannel
Figure 112011034808111-pat00019
. In this case, Equation 1 may be represented again as in Equation 2 below.

Figure 112009078773690-pat00020
Figure 112009078773690-pat00020

수학식 2에서 첫 번째 항은 원하는 신호이고, 두 번째 항은 간섭 신호, 그리고 마지막 항은 잡음이다. 두 번째와 세 번째 항을 잡음으로 취급함으로써, 빔포밍을 하였을 때 얻을 수 있는 시스템 용량을 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.In Equation 2, the first term is a desired signal, the second term is an interference signal, and the last term is noise. By treating the second and third terms as noise, the system capacity obtained when the beamforming is performed can be expressed as Equation 3 below.

Figure 112009078773690-pat00021
Figure 112009078773690-pat00021

이때, 최적의 빔포밍 기술은 DPC 기술과 같은 증가율을 나타낸다는 것을 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.In this case, it can be expressed by Equation 4 that the optimal beamforming technique shows the same increase rate as the DPC technique.

Figure 112009078773690-pat00022
Figure 112009078773690-pat00022

본 발명에서는, 이와 같이 DPC 기술의 성능에 근접한 성능을 보여주는 빔포밍 기술 중에서 간단한 형태인 ZFBF(zero-forcing beamforming) 기술에 초점을 맞추어 설명하기로 한다.In the present invention, a description will focus on the zero-forcing beamforming (ZFBF) technique, which is a simple form among the beamforming techniques showing the performance close to that of the DPC technique.

ZFBF 기술은 빔포밍 벡터를 사용자 단말(20) 간에 간섭을 주지 않도록 설계하는 방식으로

Figure 112009078773690-pat00023
를 만족한다.ZFBF technology is designed to avoid the interference between the user terminal 20, the beamforming vector
Figure 112009078773690-pat00023
.

도 1을 참조하여 살펴보면, 부채널 n에 대하여 지원받기로 결정된 사용자 단말(20)들의 집합을 Sn이라고 하며, Sn은 전체 집합인 {1, ..., k}의 부분집합으로 정의된다. 이때, Sn의 크기는 동시 지원가능 사용자 단말(20)의 수인 M과 같거나 작아야만 한다. 이때, 선택된 사용자 단말(20)에 대응하는 채널과 빔포밍 가중치는 Hn(Sn)으로 정의되며, Hn(Sn)은

Figure 112011034808111-pat00024
의 부분집합이다. 다음의 수학식 5와 같이 Wn(Sn)을 Hn(Sn)의 슈도인버스(pseudoinverse)로 설계함으로써, 사용자 단말(20) 간의 간섭을 주지 않도록 시스템을 설계할 수 있게 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 1, a set of user terminals 20 determined to be supported for subchannel n is called S n , and S n is defined as a subset of {1, ..., k} as a whole set. . At this time, the size of S n must be equal to or smaller than M, which is the number of simultaneous supportable user terminals 20. At this time, the channel and the beamforming weights corresponding to a selected user terminal 20 is defined as H n (S n), H n (S n) is
Figure 112011034808111-pat00024
Is a subset of. By designing W n (S n ) as a pseudoinverse of H n (S n ) as shown in Equation 5, the system can be represented so as not to interfere with the user terminal 20.

Figure 112009078773690-pat00025
Figure 112009078773690-pat00025

이 경우, 수학식 3을 다음의 수학식 6과 같이 다시 나타낼 수 있다.In this case, Equation 3 may be represented again as in Equation 6 below.

Figure 112009078773690-pat00026
Figure 112009078773690-pat00026

이때, i번째 사용자의 유효채널 이득인

Figure 112011034808111-pat00027
은 다음의 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.At this time, the effective channel gain of the i-th user
Figure 112011034808111-pat00027
May be expressed as in Equation 7 below.

Figure 112009078773690-pat00028
Figure 112009078773690-pat00028

수학식 6에서의 최적의

Figure 112011034808111-pat00029
은 다음의 수학식 8에서와 같이 워터-필링(water-filling) 방식을 사용하여 쉽게 계산할 수 있다.Optimum in Equation 6
Figure 112011034808111-pat00029
Can be easily calculated using a water-filling method as shown in Equation 8 below.

Figure 112009078773690-pat00030
Figure 112009078773690-pat00030

수학식 8에서 (x)+는 max{x,0}를 의미하며, 워터 레벨 μ는 다음의 수학식 9를 만족하는 값으로 선택된다.In Equation 8, (x) + means max {x, 0}, and the water level μ is selected as a value that satisfies Equation 9 below.

Figure 112009078773690-pat00031
Figure 112009078773690-pat00031

결국, ZFBF 기술을 사용하는 경우, 다음의 수학식 10과 같이 모든 가능한 Sn 중 최대 처리량을 제공하는 사용자 집합을 선택하는 과정을 나타낼 수 있다.As a result, when the ZFBF technique is used, a process of selecting a user set providing the maximum throughput among all possible S n may be represented as in Equation 10 below.

Figure 112009078773690-pat00032
Figure 112009078773690-pat00032

위의 수학식 10을 만족하는 Sn은 컴퓨터의 힘을 빌어 문제를 푸는 'brute-force' 방식으로 풀 수 있다. 즉, 모든 가능한 Sn에 대한 데이터 처리량을 계산하여 이 중 최고의 데이터 처리량을 가지는 Sn을 선택하는 방식이다. 그러나 이 방식의 경우 사용자 수 K가 증가함에 따라, 매우 큰 복잡도를 가진다는 문제점이 있다.S n, which satisfies Equation 10 above, can be solved in a 'brute-force' manner using a computer power to solve a problem. That is, the data throughput for all possible S n is calculated and the S n having the highest data throughput is selected. However, this method has a problem that as the number of users K increases, it has a very large complexity.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 저 복잡도를 가지는 기술들이 제시되고 있다. 본 발명에서는 SUS(Semiorthogonal User Selection) 기술에 대해 설명하고자 한다. 그러나 본 발명에서 제시된 방식은 SUS 방식뿐만 아니라 다른 기술들에 적용하여 추가적으로 복잡도 감소를 가져올 것으로 기대된다.To solve this problem, techniques with low complexity have been proposed. In the present invention, a description will be given of a semi-orthogonal user selection (SUS) technique. However, the method proposed in the present invention is expected to bring additional complexity reduction by applying to other techniques as well as the SUS method.

SUS 방식은 각 부채널에 대하여 채널의 직교성이 좋은 사용자들을 선택하는 기술이다. ZFBF 기술은 각 부채널에 다중 사용자가 존재하여 해당 부채널을 공유하기 때문에, 각 부채널 당 채널 이득이 가장 좋은 사용자 하나를 선택하는 OFDMA 시스템과는 달리, 단순히 사용자들의 채널 이득뿐만 아니라 선택된 사용자의 채널간의 직교성을 중요시한다. 이에 ZFBF 기법에서의 사용자 선택 기술은 단순히 사용자들의 채널 이득만 가지고 사용자를 선택하는 것이 아니라 사용자의 채널 이득과 더불어 선택된 사용자의 채널간의 직교성을 고려하여 선택하게 된다. SUS 방식의 자세한 알고리즘은 다음과 같다.The SUS method is a technology for selecting users having good orthogonality of channels for each subchannel. Since ZFBF technology has multiple users in each subchannel and shares the corresponding subchannels, unlike the OFDMA system which selects one user with the best channel gain per subchannel, the ZFBF technology not only provides the channel gains of the users but also the selected users. Emphasis on orthogonality between channels. Accordingly, the user selection technique in the ZFBF scheme is selected not only by the user's channel gain but also by considering the orthogonality between the user's channel gain and the selected user's channels. The detailed algorithm of SUS method is as follows.

첫 번째로 다음의 수학식 11과 같이 SUS 방식에서 사용될 변수들을 초기화한다.First, the variables used in the SUS method are initialized as in Equation 11 below.

Figure 112009078773690-pat00033
Figure 112009078773690-pat00033

두 번째로 다음의 수학식 12의 절차를 거쳐,

Figure 112009078773690-pat00034
의 성분들 중에서 기존 단계에서 선택된 사용자들
Figure 112009078773690-pat00035
과 직교한 성분을 계산하여
Figure 112009078773690-pat00036
라고 정의한다.Secondly, following the procedure of Equation 12,
Figure 112009078773690-pat00034
Users selected in previous stages
Figure 112009078773690-pat00035
Calculate the component orthogonal to
Figure 112009078773690-pat00036
It is defined as.

Figure 112009078773690-pat00037
Figure 112009078773690-pat00037

i=1인 경우에는

Figure 112009078773690-pat00038
로 정의된다.if i = 1
Figure 112009078773690-pat00038
Is defined as

세 번째 단계에서는 i번째 사용자 단말을 다음의 수학식 13의 과정을 거쳐 선택한다.In the third step, the i-th user terminal is selected through the following equation (13).

Figure 112009078773690-pat00039
Figure 112009078773690-pat00039

마지막으로 네 번째 단계에서는

Figure 112009078773690-pat00040
인 경우, 다음의 수학식 14와 같이
Figure 112009078773690-pat00041
에 대하여 준직교성을 만족하는 사용자들의 집합
Figure 112009078773690-pat00042
을 계산하여 다음 반복 과정으로 넘겨주는 과정을 거친다.Finally, in the fourth step
Figure 112009078773690-pat00040
In the case of,
Figure 112009078773690-pat00041
Set of users that satisfy quasi-orthogonality for
Figure 112009078773690-pat00042
Calculate and pass to the next iteration process.

Figure 112009078773690-pat00043
Figure 112009078773690-pat00043

Figure 112009078773690-pat00044
Figure 112009078773690-pat00044

이때, α는 0≤α≤1의 값을 가진다. 적절한 α값은 사용자 수에 따라 결정되며, 0.2≤α≤0.6일 때 최적의 성능을 보인다. α를 도입함으로써, 각 반복 과정마다 그 다음 반복 과정에서 사용될

Figure 112011034808111-pat00045
의 크기를 줄여 복잡도를 줄이는 방법이 제안되었다.At this time, α has a value of 0 ≦ α ≦ 1. The appropriate value of α is determined by the number of users and shows the best performance when 0.2 ≦ α ≦ 0.6. By introducing α, each iteration will be used in the next iteration.
Figure 112011034808111-pat00045
A method to reduce the complexity by reducing the size of is proposed.

위에 제시된 방법들은 시스템 처리량을 최대화하기 위한 자원 할당 방식인 SRM(Sum Rate Maximization)(이하 'SRM'라 함) 혹은 'max sum rate'라고 불리는 기술에 대해 살펴보았다.The methods presented above have discussed techniques called sum rate maximization (SRM) or max sum rate, which are resource allocation methods to maximize system throughput.

다음으로, 사용자 간의 형평성(fairness)을 고려한 자원 할당 기술에 대해 간략히 설명하고자 한다. 가장 간단한 형태의 형평성 고려 자원 할당 기술로는 라운드 로빈(round-robin) 방식이 있다. 라운드 로빈 방식은 모든 사용자들에게 동등한 기회를 제공하는 것을 목표로 한다. 즉, 모든 사용자가 지원받기 전까지 기존에 지원받은 사용자는 지원을 받지 못하게 된다. 그래서 시스템의 처리량 측면에서 큰 손해를 야기시키는 문제점이 있다.Next, a brief description will be made of a resource allocation technique in consideration of fairness between users. In the simplest form of equity consideration, resource allocation techniques are round-robin. The round robin approach aims to provide equal opportunities for all users. In other words, until all users are supported, the previously supported users are not supported. Therefore, there is a problem that causes a large loss in terms of throughput of the system.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 시스템 처리량을 최대화하는 방식인 SRM 방식과 형평성을 고려하여 자원을 할당하는 라운드 로빈 방식의 사이에서 균형을 맞추는 방식으로 PF(Proportional Fairness) 방식이 제안되었다. PF 방식은 다음의 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.In order to solve this problem, a PF (Proportional Fairness) method has been proposed as a balance between the SRM method for maximizing system throughput and the round robin method for allocating resources in consideration of equity. The PF method may be expressed as in Equation 15 below.

Figure 112009078773690-pat00046
Figure 112009078773690-pat00046

이때, μk(t)는 사용자 단말(20) k의 우선순위 변수로 사용자 단말(20)이 지원받은 평균 데이터 전송률의 역수로 정의되며,

Figure 112009078773690-pat00047
는 선택된 사용자 단말(20) 집합과 같이 지원하였을 때 사용자 단말(20) k가 얻을 수 있는 데이터 전송률을 지칭한다.
Figure 112009078773690-pat00048
는 사용자 단말(20) k가 선택되었을 때 구해지는 값이 아니며, 전체 사용자 단말(20) 선택이 이루어진 후에 정확한 값을 알 수 있다. 이는 한 부채널에 다수의 사용자 단말이 존재하는 ZFBF 기술을 비롯한 프리코딩(precoding)을 사용하는 시스템의 특징이라고 할 수 있다. 그리고 μk(t)는 다음의 수학식 16과 같이 매 시간 슬롯마다 갱신되는 과정을 거친다.In this case, μ k (t) is defined as the inverse of the average data rate supported by the user terminal 20 as a priority variable of the user terminal 20,
Figure 112009078773690-pat00047
Refers to a data rate that can be obtained by the user terminal 20 k when supported with the selected set of user terminals 20.
Figure 112009078773690-pat00048
Is not a value obtained when the user terminal 20 k is selected, and the correct value may be known after the selection of the entire user terminal 20 is made. This may be a feature of a system using precoding, including ZFBF technology, in which a plurality of user terminals exist in one subchannel. Μ k (t) is updated every time slot as shown in Equation 16 below.

Figure 112009078773690-pat00049
Figure 112009078773690-pat00049

이때, tc는 윈도우 사이즈(window size)로 적절한 값을 선택하여 사용한다. 결론적으로 PF 자원 할당 기술의 경우 수학식 13의 πn(i)가 다음의 수학식 17과 같이 변형되어 적용된다.In this case, t c is a window size and selects an appropriate value. In conclusion, π n (i) in Equation 13 is modified and applied to Equation 17 in the case of the PF resource allocation technique.

Figure 112009078773690-pat00050
Figure 112009078773690-pat00050

Figure 112009078773690-pat00051
는 n번째 부채널에서 사용자 단말(20) k가 선택되었을 때 근사적으로 얻을 수 있는 데이터 전송률로, 실제 값은 해당 부채널에 대해 모든 사용자 단말(20)이 선택된 후 수학식 6을 이용하여 구할 수 있으며, 이 값은 수학식 16에서 우선순위 변수를 갱신시킬 때 사용된다.
Figure 112009078773690-pat00051
Is a data rate that can be obtained approximately when the user terminal 20 k is selected in the nth subchannel, and an actual value is obtained by using Equation 6 after all the user terminals 20 are selected for the corresponding subchannel. This value is used when updating the priority variable in (16).

위에 제시된 방법들은 단일 부채널 시스템을 위한 방법으로, 다중 부채널 시스템으로의 확장을 필요로 한다. 실제 다중 부채널 시스템으로 확장하였을 경우에 부채널별로 사용자를 적절하게 선택함으로써 단일 부채널 시스템에 비하여 다중 부채널 시스템에서는 향상된 시스템 처리량을 얻을 수 있을 것이다.The methods presented above are for a single subchannel system and require extension to multiple subchannel systems. In the case of extending to the multiple subchannel system, by selecting the user appropriately for each subchannel, it is possible to obtain improved system throughput in the multiple subchannel system compared to the single subchannel system.

도 2는 단일 부채널과 다중 부채널 시스템의 데이터 처리량을 보여주기 위한 일실시예 그래프이다. 도 2에서는 선택된 사용자 단말의 개수(M =4,M=2)에 따른 단일 부채널과 다중 부채널 시스템의 데이터 처리량을 보여주고 있다.2 is a graph illustrating an example of data throughput of a single subchannel and a multiple subchannel system. FIG. 2 shows data throughputs of a single subchannel and a multiple subchannel system according to the number of selected user terminals (M = 4, M = 2).

도 2는 다중경로가 10개인 경우에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. 그러나 이러한 다중 부채널 시스템에서 현실적으로 모든 부채널 정보를 기지국에서 아는 것(Full CSI)은 어렵기 때문에, 제한적 채널 피드백 방식을 필요로 하게 된다. 또한, 다중 부채널 시스템에서 ZFBF 기술을 사용하는 경우, 사용자 선택 기술의 연구는 부족한 실정이다. 이에 따라, 다중 부채널 시스템을 위해 실용적이면서 복잡도 감소를 얻을 수 있는 사용자 선택 기술을 제안하고자 한다.2 shows simulation results for the case of 10 multipaths. However, in this multi-subchannel system, it is difficult to know all the subchannel information at the base station (Full CSI), which requires a limited channel feedback scheme. In addition, when using the ZFBF technology in a multiple sub-channel system, the research of the user selection technology is insufficient. Accordingly, the present invention proposes a user selection technique that is practical and can reduce complexity for a multiple subchannel system.

ZFBF 방식에서의 사용자 선택 기술은 위에 언급하였듯이, 사용자의 채널 이득과 선택된 사용자 채널들 간의 직교성을 고려하여 사용자 단말을 선택한다. 이에, 해당 부채널에 대하여 채널 이득이 좋은 사용자는 선택될 확률이 높아지게 된다.As described above, the user selection technique in the ZFBF scheme selects the user terminal in consideration of the channel gain of the user and the orthogonality between the selected user channels. As a result, a user having a good channel gain with respect to the corresponding subchannel has a high probability of being selected.

본 발명은 이러한 경향성을 이용하여 사용자 단말들을 채널 이득에 따라 내림차순으로 정렬하여, 채널 이득이 좋은 사용자들은 많은 수의 부채널 정보를 기지국에 피드백하고, 반대로 채널 이득이 좋지 못한 사용자들은 적은 수의 부채널 정보를 기지국에 피드백하도록 함으로써, 실용적이면서도 추가적인 복잡도 감소를 얻을 수 있다.The present invention utilizes this tendency to sort user terminals in descending order according to channel gain, so that users with good channel gain feed back a large number of subchannel information to the base station, and conversely, users with poor channel gain receive fewer By feeding the channel information back to the base station, a practical and additional complexity reduction can be obtained.

도 3은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서의 효율적인 채널 피드백을 적용한 사용자 선택 방법에 대한 일 실시예 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a user selection method using efficient channel feedback in a multi-antenna system according to the present invention.

초기 상태에서 각 사용자 단말은 모든 부채널 중 최대 채널 이득을 가지는 부채널을 기지국으로 보고한다(301). 여기서, 사용자 단말은 모든 부채널에 대한 채널 이득을 보고하거나 일정 이상의 이득값을 갖는 부채널들의 채널 이득을 보고하거나 모든 부채널 중 최대 채널 이득을 갖는 부채널 하나만을 보고할 수도 있다. 다만, 기지국에서는 각 사용자 단말로부터 최대 채널 이득을 갖는 부채널과 그 최대 채널 이득 정보만을 획득하면 된다.In the initial state, each user terminal reports the subchannel having the maximum channel gain among all subchannels to the base station (301). Here, the user terminal may report channel gains for all subchannels, report channel gains of subchannels having a predetermined or more gain value, or report only one subchannel having the maximum channel gain among all subchannels. However, the base station needs to acquire only the subchannel having the maximum channel gain and the maximum channel gain information from each user terminal.

기지국은 각 사용자 단말로부터 전달된 부채널의 최대 채널 이득을 기준으로 사용자 단말들을 내림차순으로 정렬한다(302). 이때, 동일한 채널 이득을 보고한 사용자 단말들에 대해서는 자원 할당 공정성을 이용해 정렬 순서를 결정한다.The base station sorts the user terminals in descending order based on the maximum channel gain of the subchannels transmitted from each user terminal (302). At this time, for the user terminals reporting the same channel gain, the sort order is determined using resource allocation fairness.

그리고 기지국은 내림차순으로 정렬된 각 사용자 단말들이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 결정한다(303). 각 사용자 단말들이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 결정하는 방법은 다음의 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.In operation 303, the base station determines the number of subchannels to which the respective user equipments arranged in descending order should be fed back in the next period. A method of determining the number of subchannels to which each user terminal should feed back in a next period may be expressed by Equation 18 below.

여기서, Mbest ,k는 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 나타낸다.Here, M best , k represents the number of subchannels to be fed back in the next period.

Figure 112009078773690-pat00052
Figure 112009078773690-pat00052

수학식 18에서 m과 β를 적절히 조절함으로써, 시스템 총 처리량의 최대화를 목표로 하는 시스템이나 PF 및 라운드 로빈과 같은 자원 할당 기술에 적절한 값을 선택할 수 있게 된다.By appropriately adjusting m and β in Equation 18, it is possible to select an appropriate value for a system that aims to maximize system total throughput or resource allocation techniques such as PF and round robin.

즉, 수학식 18에서 m은 Mbest,k의 y절편을 조절하는 역할을 하는 것으로, 내림차순으로 정렬된 사용자 단말들 중 첫번째 사용자 단말이 피드백해야 할 부채널 개수를 의미한다. 그리고 β는 지수함수의 기울기를 조절하는 역할을 담당하는 것으로 상기 m의 값에 대응되어 결정된 상수이다. 여기서, m에 대응되는 β는 시뮬레이션을 통해 결정될 수 있다. 즉, m은 0≤m≤N이며, β는 0~1 사이의 값을 가질 수 있다.That is, in Equation 18, m serves to adjust the y-intercept of M best, k , and means the number of subchannels to which the first user terminal is to be fed back among the user terminals arranged in descending order. Β is a constant determined to correspond to the value of m, which plays a role of controlling the slope of an exponential function. Here, β corresponding to m may be determined through simulation. That is, m is 0 ≦ m ≦ N, and β may have a value between 0 and 1.

SRM 기술의 경우, 사용자 간의 형평성을 고려하지 않고 시스템의 총 처리량을 최대화하는 방향으로 자원을 할당하므로, 채널 이득이 좋은 사용자 단말이 여러 부채널에 대해 반복적으로 선택될 가능성이 높다.In the case of SRM technology, since resources are allocated in a direction that maximizes the total throughput of the system without considering equity between users, a user terminal having a good channel gain is likely to be repeatedly selected for several subchannels.

이를 고려해 보면, SRM 기술은 큰 m값을 필요로 하게 되고, 최적의 m과 β를 찾기 위해 m은 N으로 고정한다. 반면에, 라운드 로빈 기술의 경우, 모든 사용자는 같은 횟수의 기회를 가지는 것을 목표로 하므로, 사용자의 채널 이득에 관계없이 각 사용자 별로 같은 수의 부채널을 피드백한다. 그리고 PF 기술의 경우, 이미 자원 할당받은 사용자는 계속해서 자원을 할당받을 확률이 다소 감소하지만 전체적인 경향성은 SRM과 비슷하며, SRM에 비해 채널 상태가 좋지 않은 사용자의 채널도 중요하게 여겨질 것이다. 그러므로 SRM과 동일하게 큰 m값을 갖는 반면, 사용자 간의 형평성을 맞추기 위해 작은 β값을 가질 것으로 예측된다.Considering this, SRM technology requires a large m value, and m is fixed to N to find the optimal m and β. On the other hand, in the case of the round robin technique, all users aim to have the same number of opportunities, and thus feed back the same number of subchannels for each user regardless of the channel gain of the user. In the case of PF technology, users who have already been allocated resources are somewhat less likely to be allocated resources, but the overall tendency is similar to that of SRM, and the channels of users whose channel status is poor compared to SRM will be considered important. Therefore, it is expected to have a large value of m as well as SRM, while having a small value of β in order to match the equity between users.

전술한 바와 같이 각 할당 방식을 고려하여 기지국은 사용자들의 부채널 중에 일부 채널을 보고받고, 사용자들은 자신이 보고한 부채널에 대해서만 수학식 11의

Figure 112011034808111-pat00053
에 속하는 후보 사용자로 속하게 된다.As described above, in consideration of each allocation scheme, the base station receives some channels among the subchannels of the users, and the users receive only the subchannels reported by Equation 11 below.
Figure 112011034808111-pat00053
It belongs to the candidate user belonging to.

통상 다중 안테나 방식의 기지국은 스케줄러와, 제로 포싱 빔포머와 복수의 안테나로 구성되는데, 이와 같은 본 발명의 사용자 선택 방법은 기지국의 자원 할당을 담당하는 스케줄러에 의해 수행된다. 스케줄러는 사용자 선택을 위해 사용자 단말로부터 부채널에 대한 채널이득을 포함하는 채널 품질 정보를 수신하는 채널품질정보 수신부와, 상기 채널품질정보 수신부를 통해 수신된 부채널의 채널이득을 기준으로 복수 사용자 단말들을 내림차순으로 정렬하는 사용자 단말 정렬부와, 상기 사용자 단말 정렬부에 의해 정렬된 사용자 단말들 중 첫번째 사용자 단말(부채널의 채널 이득이 가장 좋은 사용자 단말)에 할당되는 부채널의 개수에 따라 다음 순서의 사용자 단말들의 부채널 감소 개수를 결정하기 위한 상수를 바탕으로 각 사용자 단말들이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 개수를 결정하는 부채널 개수 결정부와, 상기 부채널 개수 결정부에 의해 결정된 각 사용자 단말들의 피드백해야 할 부채널 개수를 각 사용자 단말로 통보하는 송신부와, 각 사용자 단말로부터 피드백된 부채널들의 채널 품질 정보를 바탕으로 자원을 할당하는 자원할당부를 포함한다.In general, a multi-antenna base station includes a scheduler, a zero forcing beamformer, and a plurality of antennas. The user selection method of the present invention is performed by a scheduler in charge of resource allocation of a base station. The scheduler includes a channel quality information receiver for receiving channel quality information including channel gains for the subchannels from the user terminal for user selection, and a plurality of user terminals based on the channel gains of the subchannels received through the channel quality information receiver. The next order according to the number of sub-channels allocated to the user terminal sorting unit for sorting them in descending order and the first user terminal (the user terminal having the best channel gain of the sub-channel) among the user terminals sorted by the user terminal sorting unit. A subchannel number determination unit that determines the number of subchannels to which each user terminal should feed back in the next period based on a constant for determining the number of subchannel reductions of the user terminals of the user terminals, and each user determined by the subchannel number determination unit. A transmitter for notifying each user terminal of the number of subchannels to which the terminals should feed back; And a resource allocator for allocating resources based on channel quality information of the subchannels fed back from each user terminal.

도 4는 다양한 자원 할당 기술(SRM, 라운드 로빈, PF)에 따른 각 사용자 단말의 부채널 사용 개수를 보여주기 위한 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수학식 11에서 쓰이는 초기값인 행렬

Figure 112011034808111-pat00054
의 크기를 줄임으로써, 곧 시스템의 복잡도를 개선해 줄 수 있을 것으로 기대할 수 있다. 큰 β값을 이용함으로써 도 4와 같이 사용자 수가 증가함에 따라 복잡도 감소를 기대할 수 있다. 자원할당 기술 중 PF나 라운드 로빈 기술의 경우에는 작은 m값을 이용함으로써 크게 복잡도를 감소시킬 수 있다.4 is a graph showing the number of subchannels used by each user terminal according to various resource allocation techniques (SRM, round robin, PF). As shown in Figure 4, the matrix that is the initial value used in equation (11)
Figure 112011034808111-pat00054
By reducing the size of, we can expect to improve the complexity of the system soon. By using a large β value, as the number of users increases as shown in FIG. 4, the complexity may be expected to decrease. In the case of resource allocation techniques, PF or round robin technique can reduce complexity by using small m value.

이상에서 설명한 바와 같은 각 사용자 단말들이 피드백해야 할 부채널 개수를 결정하는 과정을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.A process of determining the number of subchannels to be fed back by each user terminal as described above will be described as an example.

사용자 단말 a가 보고한 부채널의 최대 채널 이득이 10dB이고, 사용자 단말 b가 보고한 부채널의 최대 채널 이득이 8dB이며, 사용자 단말 c가 보고한 부채널의 최대 채널 이득이 9dB이고, 사용자 단말 d가 보고한 부채널의 최대 채널 이득이 9dB이며, 사용자 단말 e가 보고한 부채널의 최대 채널 이득이 7dB이었다고 가정한다.The maximum channel gain of the subchannel reported by user terminal a is 10 dB, the maximum channel gain of the subchannel reported by user terminal b is 8 dB, the maximum channel gain of the subchannel reported by user terminal c is 9 dB, and the user terminal It is assumed that the maximum channel gain of the subchannel reported by d is 9 dB, and the maximum channel gain of the subchannel reported by user terminal e is 7 dB.

그러면, 사용자 단말 a 내지 e를 채널 이득을 기준으로 내림차순으로 정렬하면 사용자 단말 a, c, d, b, e 순서가 된다. 여기서, 사용자 단말 c와 사용자 단말 d는 동일한 채널 이득을 보고하였지만, 사용자 단말 d가 이전에 사용자 단말 c보다 많은 자원을 할당받았기 때문에 공정성 측면에서 사용자 단말 c가 사용자 단말 d보다 먼저 정렬된다. 그리고 이러한 결과를 바탕으로 기지국은 먼저 사용자 단말 a가 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 개수를 결정하는데 총 10개의 부채널 중 사용자 단말 a에게 4개의 부채널이 결정된 것으로 가정한다. 그러면, 다음 순서에 있는 사용자 단말 c가 피드백해야 할 부채널 개수가 전술한 수학식 18에 의해 결정되고, 다른 사용자 단말들에 대해서도 마찬가지로 피드백해야 할 부채널 개수가 결정된다.Then, when the user terminals a to e are arranged in descending order based on the channel gains, the user terminals a, c, d, b, and e are in order. Here, although the user terminal c and the user terminal d reported the same channel gain, the user terminal c is aligned before the user terminal d in terms of fairness because the user terminal d has been allocated more resources than the user terminal c. Based on these results, the base station first determines the number of subchannels to which the user terminal a should feed back in the next period. It is assumed that four subchannels are determined for the user terminal a among a total of 10 subchannels. Then, the number of subchannels to be fed back to the user terminal c in the next order is determined by Equation 18, and the number of subchannels to be fed back to other user terminals is determined in the same manner.

이와 같이 각 사용자별로 피드백해야 할 부채널 개수가 결정되면 기지국은 결정된 각 사용자별 피드백해야 할 부채널에 대한 정보를 각 사용자 단말로 통보한다(304). 그러면, 각 사용자 단말들은 자신에게 통보된 피드백해야 할 부채널 개수에 해당되는 부채널들에 대한 채널 이득을 측정하여 기지국으로 보고한다. 기지국은 각 사용자 단말들로부터 부채널들에 대한 정보를 수신하면(305), 각 사용자 단말들로부터 피드백된 부채널 정보를 이용해 각 사용자 단말들에게 자원 할당을 수행한다(306).As described above, when the number of subchannels to be fed back for each user is determined, the base station notifies each user terminal of information on the determined subchannels to be fed back for each user (304). Then, each user terminal measures and reports the channel gains for the subchannels corresponding to the number of subchannels to be notified to the base station. When the base station receives the information on the subchannels from each user terminal (305), the base station performs resource allocation to each user terminal using the subchannel information fed back from each user terminal (306).

이하에서는 표 1, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 대해 수행한 시뮬레이션 결과에 대해 설명하기로 한다. 다음의 [표 1]은 시뮬레이션에 사용된 파라미터를 나타낸다.Hereinafter, a simulation result performed on the present invention will be described with reference to Tables 1, 5, 6, and 7. Table 1 below shows the parameters used in the simulation.

파라미터(Parameter)Parameter 디스크립션(Desciption)Description 시스템 대역폭(System bandwidth)System bandwidth 10MHz10 MHz 부채널 개수(Number of subchannels (N))Number of subchannels (N) 1616 반송파 주파수(Carrier frequency)Carrier frequency 3.5GHz3.5 GHz 사용자 수Number of users 3030 기지국의 전체 전력 제약 (

Figure 112009078773690-pat00055
)Total power constraint of base station (
Figure 112009078773690-pat00055
) 0dB0 dB 각 부채널의 전력 제약 (
Figure 112009078773690-pat00056
)
Power Constraints for Each Subchannel (
Figure 112009078773690-pat00056
)
0dB/160 dB / 16
다중 경로 개수(Number of multipath (L))Number of multipath (L) 1010 기지국의 안테나 수 (
Figure 112009078773690-pat00057
)
The number of antennas in the base station (
Figure 112009078773690-pat00057
)
22
사용자의 안테나 수 (
Figure 112009078773690-pat00058
)
Number of antennas of the user
Figure 112009078773690-pat00058
)
1One
사용자간 전력 할당 기법User allocation scheme Equip-power allocationEquip-power allocation
Figure 112009078773690-pat00059
Figure 112009078773690-pat00059
0.60.6

SRM이나 PF 자원 할당 방식은 채널 상태가 좋은 사용자에게 부채널을 할당하므로, 각 부채널 별로 선택된 사용자의 채널 상태는 모두 좋을 확률이 높다. 그렇기 때문에 사용자 간의 전력 할당을 워터-필링(water-filling) 할당 방식으로 하는 경우나 동일 전력 할당(equip-power allocation) 방식으로 하는 경우, 전력 할당 결과가 매우 유사하다는 것을 시뮬레이션 결과를 통하여 알 수 있다. 이러한 경향성에 근거하여 본 시뮬레이션에서는 동일 전력 할당(equip-power allocation) 방식을 사용하였다.Since the SRM or PF resource allocation method allocates a subchannel to a user having a good channel state, the channel state of the user selected for each subchannel is likely to be good. Therefore, the simulation results show that the power allocation results are very similar in the case of water-filling allocation or equal-power allocation among users. . Based on this tendency, the same power allocation scheme is used in this simulation.

본 시뮬레이션은 [표 2]의 값을 이용하여, 다운링크 부채널에 AMC(Adaptive Modulation Coding)를 적용하였을 때의 처리량을 계산하였다. 각 부채널 별로 CNR(Carrier to Noise Ratio)을 계산하여, 이에 맞는 MCS(Modulation & Coding Scheme) 레벨을 선택하며, 이때 각 부채널 별로 얻을 수 있는 처리량(Data rate)은 [표 2]에 명시되어 있다. CNR은 각 부채널 별로

Figure 112011034808111-pat00060
의 값을 계산함으로써 얻어진다.In this simulation, using the values in [Table 2], throughput was calculated when AMC (Adaptive Modulation Coding) was applied to the downlink subchannel. Carrier to Noise Ratio (CNR) is calculated for each subchannel, and the MCS (Modulation & Coding Scheme) level is selected accordingly. The data rate obtained for each subchannel is shown in [Table 2]. have. CNR is for each subchannel
Figure 112011034808111-pat00060
It is obtained by calculating the value of.

MCS
Level
MCS
Level
ModulationsModulations Coding
Rate
Coding
Rate
CNR for 1%
PER (dB)
CNR for 1%
PER (dB)
Data Rate (kbps)Data Rate (kbps)
1One QPSK QPSK 1/12 1/12 -2.2 -2.2 614.4 614.4 2 2 QPSK QPSK 1/6 1/6 0.1 0.1 1228.8 1228.8 3 3 QPSK QPSK 1/3 1/3 2.9 2.9 2457.6 2457.6 4 4 QPSK QPSK 1/2 1/2 6.0 6.0 3686.4 3686.4 5 5 QPSK QPSK 2/3 2/3 10.2 10.2 4915.2 4915.2 6 6 16QAM 16QAM 1/2 1/2 10.9 10.9 7372.8 7372.8 7 7 16QAM 16QAM 2/3 2/3 15.2 15.2 9830.4 9830.4 8 8 64QAM 64QAM 2/3 2/3 20.2 20.2 14745.6 14745.6 9 9 64QAM 64QAM 5/6 5/6 28.6 28.6 18432 18432

도 5는 본 발명을 SRM 기법에 적용하였을 때의 'arithmetic mean throughput'의 성능을 보여주기 위한 그래프이다. 즉, 도 5는 본 발명에서 제안된 알고리즘이 'arithmetic mean throughput'을 최대화하는 것을 목표로 하는 할당 기법인 SRM 기법을 사용하는 시스템에 적용하였을 때의 'arithmetic mean throughput' 성능을 보여주고 있다. Full CSI의 'arithmetic mean throughput'(최대값)으로 제한적 채널 피드백을 사용하였을 때의 'arithmetic mean throughput'들을 정규화(normalization)시킨 것을 y축으로 보여주고 있다.5 is a graph showing the performance of 'arithmetic mean throughput' when the present invention is applied to the SRM technique. That is, FIG. 5 shows the 'arithmetic mean throughput' performance when the algorithm proposed in the present invention is applied to a system using the SRM technique, which is an allocation technique aimed at maximizing 'arithmetic mean throughput'. The y-axis shows the normalization of 'arithmetic mean throughputs' when limited channel feedback is used as the 'arithmetic mean throughput' (maximum) of full CSI.

기존의 채널 피드백 알고리즘 중에서 모든 사용자가 일정 수의 부채널을 기지국에 보고하는 방식인 Best-M(고정 m과 β=0)과 본 발명에서 제안된 알고리즘(m=16과 큰 β)의 성능 비교를 위하여 Full CSI의 'arithmetic mean throughput'의 90%를 가지는 m과 β를 시뮬레이션을 통하여 확인하였다.Performance comparison between the best-M (fixed m and β = 0), which is a method in which all users report a certain number of subchannels to the base station among the existing channel feedback algorithms, and the proposed algorithm (m = 16 and large β) For simulation, m and β having 90% of 'arithmetic mean throughput' of Full CSI were verified through simulation.

도 5에 나타낸 바와 같이, 'm=6, β=0'일 때와 'm=16, β=0.11'일 때 'normalized arithmetic mean throughput'이 90%를 가지는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5, it can be seen that 'normalized arithmetic mean throughput' has 90% when 'm = 6 and β = 0' and when 'm = 16 and β = 0.11'.

이때 'm=6, β=0'는 총 180개의 부채널을 'm=16, β=0.11'은 총 162개의 부채널을 필요로 한다. 결과적으로, 본 발명은 SRM 기술을 사용하는 시스템에 적용 되었을 때 필요로 하는 총 피드백 양을 Best-M에 비해 10% 정도 줄여주는 효과를 가진다. In this case, 'm = 6, β = 0' requires a total of 180 subchannels, and 'm = 16, β = 0.11' requires a total of 162 subchannels. As a result, the present invention has the effect of reducing the total feedback amount required when applied to the system using the SRM technology by about 10% compared to Best-M.

도 6은 각 사용자별로 채널 피드백 부담을 줄여주는 효과를 가지는 것을 보여주는 것이다.6 shows that the effect of reducing the channel feedback burden for each user is shown.

x축은 사용자들을 최대 채널 이득에 따라 내림차순으로 정렬한 후에 사용자 단말들을 나타내고, 이때 y축은 각 사용자들이 피드백해야 하는 부채널 수를 각 사용자들의 채널 용량으로 나누어 실질적인 채널 피드백 부담 정도를 나타내는 것이다. 기존의 채널 피드백 방식인 Best-M이 도 6에서 파란색 선의 결과이며, 붉은색 선은 본 발명에서 제안된 알고리즘의 성능을 나타낸다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이 채널 상태가 좋지 않은 사용자 단말(높은 인덱스의 사용자)들의 채널 피드백 부담 면에서 본 발명이 기존의 Best-M 알고리즘과 비교하여 약 1/6 정도로 부담을 감소시켜주고 있음을 알 수 있다.The x-axis represents the user terminals after sorting the users in descending order according to the maximum channel gain, and the y-axis represents the actual channel feedback burden by dividing the number of subchannels that each user should feed back by the channel capacity of each user. The best channel feedback scheme, Best-M, is the result of the blue line in FIG. 6, and the red line represents the performance of the algorithm proposed in the present invention. As can be seen in FIG. 6, the present invention reduces the burden by about 1/6 compared to the existing Best-M algorithm in terms of the channel feedback burden of the user terminals (high index users) having poor channel conditions. It can be seen.

도 7은 본 발명을 PF 기술에 적용하였을 때의 'geometric mean throughput'의 성능을 보여주기 위한 그래프이다. 다시 말해, 도 7은 'geometric mean throughput'을 최대화하는 것을 목표로 하는 할당 기법인 PF 기법을 사용하는 시스템에 적용하였을 때의 'geometric mean throughput' 성능을 보여주고 있다.7 is a graph showing the performance of the 'geometric mean throughput' when the present invention is applied to the PF technology. In other words, FIG. 7 shows 'geometric mean throughput' performance when applied to a system using the PF technique, which is an allocation technique aimed at maximizing 'geometric mean throughput'.

도 7에서 Full CSI의 'geometric mean throughput'(최대값)으로 제한적 채널 피드백을 사용하였을 때의 'geometric mean throughput'들을 정규화(normalization)시킨 것을 y축으로 보여주고 있다. 기존의 채널 피드백 알고리즘 중에서 모든 사용자가 일정 수의 부채널을 기지국에 보고하는 방식인 Best-M(고정 m과 β=0)과 본 발명에서 제안된 알고리즘(m=16과 큰 β)의 성능 비교를 위하여 Full CSI의 'geometric mean throughput'의 90%를 가지는 m과 β를 시뮬레이션을 통하여 확인하였다. 도 7에 나타낸 바와 같이 'm=6, β=0'일 때와 'm=16, β=0.08'일 때 'normalized geometric mean throughput'이 90%를 가지는 것을 확인할 수 있다.7 shows normalization of the 'geometric mean throughputs' when the limited channel feedback is used as the 'geometric mean throughput' (maximum value) of the full CSI on the y-axis. Performance comparison between the best-M (fixed m and β = 0), which is a method in which all users report a certain number of subchannels to the base station among the existing channel feedback algorithms, and the proposed algorithm (m = 16 and large β) For simulation, m and β having 90% of the 'geometric mean throughput' of Full CSI were verified through simulation. As shown in FIG. 7, it can be seen that 'normalized geometric mean throughput' has 90% when 'm = 6 and β = 0' and when 'm = 16 and β = 0.08'.

이때, 'm=6, β=0'는 총 180개의 부채널을 'm=16, β=0.08'은 총 202개의 부채널을 필요로 한다. 결과적으로, 본 발명은 PF 기법을 사용하는 시스템에 적용되었을 때 필요로 하는 총 피드백 양면에서 Best-M에 비해 10%정도의 증가된 양을 필요로 하지만, 본 발명에 따른 장점은 다음의 도 8을 통해 확인할 수 있다.In this case, 'm = 6, β = 0' requires a total of 180 subchannels, and 'm = 16, β = 0.08' requires a total of 202 subchannels. As a result, the present invention requires an increased amount of about 10% compared to Best-M on both sides of the total feedback required when applied to a system using the PF technique, but the advantages according to the present invention are as follows. You can check it through

도 8은 각 사용자 별로 채널 피드백 부담을 줄여주는 효과를 가지는 것을 보여주고 있다. x축은 사용자들을 최고 채널 이득에 따라 내림차순으로 정렬한 후의 사용자들을 나타내고, 이때 y축은 각 사용자들이 피드백해야 할 부채널 수를 각 사용자들의 채널 용량으로 나누어 실질적인 채널 피드백 부담 정도를 보여주고 있다. 기존의 채널 피드백 방식인 Best-M이 도 8에서 파란색 선의 결과이며, 붉은색 선은 본 발명에서 제안된 알고리즘의 성능을 나타낸다.8 shows an effect of reducing the channel feedback burden for each user. The x-axis represents users after sorting the users in descending order according to the highest channel gain, and the y-axis shows the actual channel feedback burden by dividing the number of subchannels that each user should feed back by the channel capacity of each user. The best channel feedback scheme, Best-M, is the result of the blue line in FIG. 8, and the red line represents the performance of the algorithm proposed in the present invention.

도 8에 나타낸 바와 같이, 채널 상태가 좋지 않은 사용자(높은 인덱스의 사용자)들의 채널 피드백 부담 면에서 본 발명은 기존의 Best-M 알고리즘과 비교하여 약 1/3 정도로 부담을 줄여주는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 8, it can be seen that the present invention reduces the burden by about one third compared to the existing Best-M algorithm in terms of channel feedback burden of users with poor channel conditions (high index users). .

실제 시스템에서는 채널 피드백 시에 요구되는 총 부채널 수보다 가장 채널 상태가 좋지 않은 사용자에게 주어진 채널 피드백 부담이 더 중요시 여겨진다. 본 발명에서 제안된 알고리즘은 기존 채널 피드백 알고리즘들과 비교하여 SRM과 PF 방식을 사용하는 시스템에서 채널 상태가 좋지 않은 사용자에게 채널 피드백 부담을 최소화시켜 줄 수 있다.In a real system, the channel feedback burden given to the user with the worst channel condition is considered more important than the total number of subchannels required for channel feedback. The algorithm proposed in the present invention can minimize the channel feedback burden to a user with poor channel conditions in a system using SRM and PF schemes compared to existing channel feedback algorithms.

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.On the other hand, the method of the present invention as described above can be written in a computer program. And the code and code segments constituting the program can be easily inferred by a computer programmer in the art. In addition, the written program is stored in a computer-readable recording medium (information storage medium), and read and executed by a computer to implement the method of the present invention. The recording medium may include any type of computer readable recording medium.

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.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.

도 1은 본 발명이 적용되는 하향링크 사용자 선택을 위한 다중 안테나(MIMO) 시스템에 대한 일시시예 구성도,1 is a temporary configuration diagram of a multiple antenna (MIMO) system for downlink user selection to which the present invention is applied;

도 2는 단일 부채널과 다중 부채널 시스템의 데이터 처리량을 나타내는 그래프,2 is a graph illustrating data throughput of a single subchannel and multiple subchannel systems;

도 3은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서의 효율적인 채널 피드백을 적용한 사용자 선택 방법에 대한 일실시예 흐름도,3 is a flowchart illustrating a user selection method using efficient channel feedback in a multi-antenna system according to the present invention;

도 4는 다양한 β와 사용자 수에 따른 총 부채널 피드백 개수를 나타내는 그래프,4 is a graph showing the total number of subchannel feedbacks according to various βs and the number of users;

도 5는 본 발명을 SRM 기술에 적용하였을 때의 'arithmetic mean throughput'의 성능을 나타내는 그래프,5 is a graph showing the performance of 'arithmetic mean throughput' when the present invention is applied to an SRM technology;

도 6은 본 발명을 SRM 기술에 적용하였을 때 사용자 별 채널 피드백 부담을 나타내는 그래프,6 is a graph showing a channel feedback burden for each user when the present invention is applied to an SRM technology;

도 7은 본 발명을 PF 기술에 적용하였을 때의 'geometric mean throughput'의 성능을 나타내는 그래프,7 is a graph showing the performance of the 'geometric mean throughput' when the present invention is applied to the PF technology,

도 8은 본 발명을 PF 기술에 적용하였을 때 사용자 별 채널 피드백 부담을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing a channel feedback burden for each user when the present invention is applied to a PF technology.

Claims (8)

셀 내에 복수의 사용자 단말이 존재하고, 복수의 부채널을 사용하는 다중 안테나 시스템에서의 사용자 단말 선택 방법에 있어서,A method for selecting a user terminal in a multi-antenna system in which a plurality of user terminals exist in a cell and uses a plurality of subchannels, (a) 각각의 상기 사용자 단말로부터 최대 채널 이득값을 포함하는 적어도 하나 이상의 부채널의 채널 이득 측정 결과를 수신하는 단계;(a) receiving channel gain measurement results of at least one subchannel including a maximum channel gain value from each of the user terminals; (b) 상기 수신된 부채널의 채널 이득 측정 결과를 기준으로 상기 각 사용자 단말을 정렬하는 단계;(b) arranging the respective user terminals based on the received channel gain measurement results of the subchannels; (c) 상기 정렬된 각 사용자 단말의 순서에 따라 상기 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 결정하는 단계;(c) determining the number of subchannels to which each user terminal should feed back in a next period according to the order of each sorted user terminal; (d) 상기 결정된 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 상기 각 사용자 단말로 전송하는 단계; 및(d) transmitting, to each of the user terminals, the number of subchannels to which the determined user terminal should feed back in a next period; And (e) 상기 전송한 결과로 상기 각 사용자 단말로부터 피드백받은 부채널의 채널 품질 정보를 바탕으로 자원을 할당하는 단계(e) allocating resources based on channel quality information of the sub-channel feedbacked from each user terminal as a result of the transmission; 를 포함하는 다중 안테나 시스템에서의 사용자 단말 선택 방법.User terminal selection method in a multi-antenna system comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b) 단계는,In step (b), 상기 수신된 부채널의 채널 이득 측정 결과를 기준으로 상기 각 사용자 단말을 내림차순으로 정렬하는, 다중 안테나 시스템에서의 사용자 단말 선택 방법.And sorting the respective user terminals in descending order based on the received channel gain measurement results of the subchannels. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 (c) 단계는,In step (c), 상기 내림차순으로 정렬된 각 사용자 단말 중 첫번째 사용자 단말이 피드백해야 할 부채널 개수(m)와, 다음 차순의 사용자 단말들이 피드백해야 할 부채널 개수의 감소 정도를 결정하기 위한 상수(β)를 이용해 상기 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 결정하는, 다중 안테나 시스템에서의 사용자 단말 선택 방법.The number of subchannels m to which the first user terminal is to be fed back and the number of subchannels to be fed back to the next user terminals among the user terminals arranged in the descending order are determined by using a constant β to determine the degree of decrease. A method for selecting a user terminal in a multiple antenna system, wherein each user terminal determines the number of subchannels to be fed back in a next period. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 상수(β)는 자원 할당 방식에 따라 상기 첫번째 사용자 단말이 피드백해야 할 부채널 개수(m)에 대응되어 설정되는, 다중 안테나 시스템에서의 사용자 단말 선택 방법.The constant (β) is set in correspondence with the number of sub-channel (m) to be fed back to the first user terminal according to the resource allocation method, user terminal selection method in a multi-antenna system. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 (c) 단계에서 임의의 k번째 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 개수(Mbest,k)는 다음의 수학식 19와 같이 계산하는, 다중 안테나 시스템에서의 사용자 단말 선택 방법.In step (c), the number of subchannels (M best, k ) to be fed back to a next period by a certain k-th user terminal is calculated as shown in Equation 19 below.
Figure 112011034808111-pat00061
Figure 112011034808111-pat00061
다중 안테나를 사용하고, 다중 부채널을 이용해 셀 내의 복수의 사용자 단말에 서비스를 제공하는 기지국 장치에 있어서,A base station apparatus using a multiple antenna and providing a service to a plurality of user terminals in a cell using multiple subchannels, 각각의 상기 사용자 단말로부터 수신된 부채널의 채널이득을 기준으로 상기 각 사용자 단말을 내림차순으로 정렬하여, 정렬된 순서에 따라 상기 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 개수를 결정하여 상기 각 사용자 단말로 통보하고, 상기 통보한 결과로 상기 각 사용자 단말로부터 피드백된 부채널의 채널 품질 정보를 바탕으로 자원을 할당하는 스케줄러;The user terminals are arranged in descending order based on the channel gains of the subchannels received from the respective user terminals, and the number of subchannels to be fed back to the next cycle by each user terminal in the sorted order is determined. A scheduler for notifying a user terminal and allocating a resource based on channel quality information of a subchannel fed back from each user terminal as a result of the notification; 상기 스케줄러에 의해 할당된 하향링크 패킷을 빔포밍하는 빔포머; 및A beamformer for beamforming a downlink packet allocated by the scheduler; And 상기 빔포머에 의해 빔포밍된 신호를 송출하는 상기 다중 안테나The multiple antennas for transmitting a beamformed signal by the beamformer 를 포함하는 기지국 장치.Base station device comprising a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 스케줄러는,The scheduler, 상기 각 사용자 단말로부터 부채널의 채널이득을 포함하는 채널품질정보를 수신하는 채널품질정보 수신부;A channel quality information receiver configured to receive channel quality information including channel gains of subchannels from the respective user terminals; 상기 채널품질정보 수신부를 통해 수신된 상기 부채널의 채널이득을 기준으로 상기 각 사용자 단말을 내림차순으로 정렬하는 사용자 단말 정렬부;A user terminal alignment unit for sorting each user terminal in descending order based on the channel gain of the subchannel received through the channel quality information receiving unit; 상기 정렬된 각 사용자 단말의 순서에 따라 상기 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 결정하는 부채널 개수 결정부;A subchannel number determining unit configured to determine the number of subchannels to which each user terminal should feed back in a next period according to the order of the sorted user terminals; 상기 부채널 개수 결정부에 의해 결정된 상기 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 개수를 상기 각 사용자 단말로 통보하는 송신부; 및A transmitting unit for notifying each of the user terminals of the number of subchannels to which the respective user terminal determined by the subchannel number determining unit should feed back in a next period; And 상기 각 사용자 단말로부터 피드백된 부채널의 채널 품질 정보를 바탕으로 자원을 할당하는 자원할당부Resource allocation unit for allocating resources based on the channel quality information of the sub-channel fed back from each user terminal 를 포함하는 기지국 장치.Base station device comprising a. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 부채널 개수 결정부는,The subchannel number determiner, 상기 내림차순으로 정렬된 각 사용자 단말 중 첫번째 사용자 단말이 피드백해야 할 부채널 개수(m)와, 다음 차순의 사용자 단말이 피드백해야 할 부채널 개수의 감소 정도를 결정하기 위한 상수(β)를 이용해 상기 각 사용자 단말이 다음 주기에 피드백해야 할 부채널 수를 결정하는, 기지국 장치.The number of subchannels (m) to which the first user terminal is fed back and the number of subchannels to be fed back to the next user terminal among the user terminals arranged in the descending order are determined by using a constant (β). The base station apparatus for determining the number of sub-channels each user terminal should feed back in the next period.
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