KR101102955B1 - 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 빔 디자인 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는, 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 최소 자승법 및 그 변형을 이용하여, 간섭 정렬을 할 수 있는 빔 포밍 행렬을 단 한 번에 얻고, 간섭 정렬을 위한 데이터 송수신 방법을 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 송신 방법은, 각 송신기에서 알고 있는 채널 정보를 한데 모아 전체 빔 포밍 벡터를 생성하는 제 1단계와, 상기 제 1단계에서 만들어진 전체 빔 포밍 벡터로부터 각 송신기에 쓰이는 빔 포밍 행렬을 생성하는 제 2단계와, 상기 제 2단계에서 만들어진 빔 포밍 행렬로부터 빔을 형성하여 각 송신기로부터 각 수신기로 정보를 전송하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 송신 방법을 개시한다.

간섭 채널, 빔 포밍, 펨토셀, 간섭 정렬 기술, MIMO

Description

여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 송수신 방법 및 장치{A Data Transmitting/Recieving Method and Device for Interference Alignment in Multi-User MIMO Interference Channels}

본 발명은 원하는 신호와 간섭을 서로 다른 신호 공간으로 나누는 간섭 정렬 기술에 있어서, 간섭 정렬을 빠르고 정확하게 할 수 있는 방법에 관한 것이다.

최근 무선 인터넷, DMB 등 초고속 무선 통신에 대한 수요가 급격하게 증가하고 있다. 또한, 차세대 무선 통신 시스템에서도 고속 무선 통신량을 보장할 수 있는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이에 발맞추어 초고속 무선 통신량에 대한 대응으로 최근에 펨토셀(femtocell)을 이용한 무선 통신 연구가 널리 진행되고 있다.

여기서, 펨토셀이란 1000조분의 1을 뜻하는 펨토(Femto)와 이동 통신에서 1개 기지국이 담당하는 서비스 구역 단위를 뜻하는 셀(Cell)을 합친 이름으로 기존 이동 통신 서비스 반경보다 휠씬 작은 지역을 커버하는 시스템을 말한다.

이러한 펨토셀은 DSL 모뎀처럼 생긴 초소형 기지국을 가정 내 유선 IP망에 연결해 휴대폰 등으로 유무선 통신을 자유롭게 사용할 수 있게 해준다. 또한, 옥내 중계기를 통하지 않고 곧바로 기지국에서 교환기로 이동 통신 데이터를 전송하기 때문에 통신 사업자는 네트워크 구축 비용을 절감하면서 주파수 부하를 줄이고 통화 품질까지 향상시킬 수 있다. 게다가, 음성 통화 뿐만 아니라 와이파이(Wi-Fi)처럼 초고속 인터넷을 이용할 수도 있다. 2.4 GHz 대역을 사용하는 와이파이는 전자레인지 등 가전과 주파수 간섭 우려가 있는 것과 달리 펨토셀은 사용 대역에 제한이 없어 남는 주파수를 활용할 수 있다는 장점이 있다.

펨토셀 무선 통신 시스템은 기지국을 다수 사용하여 사용자의 고용량 무선 통신 수요에 대처하고자 한다. 이와 같은 펨토셀 시스템에서는 한 사용자가 자신이 속한 펨토셀은 물론 근처의 여러 펨토셀에서 오는 강력한 간섭 신호를 받게 된다.

하지만, 기존의 주파수 분할 접속, 시분할 접속 등의 간섭 회피 기술이나 코드 분할 접속 시스템 등의 간섭 완화 기술 등으로는 펨토셀 무선 통신 시스템이 제공할 수 있는 높은 무선 채널 용량을 얻을 수 없다는 문제점이 있다.

따라서, 최근에는 원하는 신호와 간섭을 서로 다른 신호 공간으로 나누는 간섭 정렬 기술이 제안되어 널리 연구되고 있는 실정이다.

본 발명은 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output: MIMO) 간섭 채널에서 간섭 정렬(interference alignment)를 하기 위한 빔 포밍 행렬을 만드는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 간섭 정렬은 여러 사용자가 있는 간섭 채널에서 신호 공간의 자유도(degree of freedom)를 최대한 끌어내어 쓸 수 있는 방법으로 제안되었다. 따라서 간섭 정렬을 통해 여러 사용자가 있는 간섭 채널의 용량을 최대로 이끌어 낼 수 있게 된다. 하지만, 사용자가 여럿이거나 안테나의 수가 많으면 지금까지 제안된 반복적인 정보 교환을 요구하는 간섭 정렬 방법은 그 수렴 속도가 느릴 수 있다.

따라서, 본 발명은 최소 자승법 및 그 변형을 이용하여 간섭 정렬을 할 수 있는 빔 포밍 행렬을 단 한 번에 얻어낼 수 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 빔 디자인 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 데이터 송신방법은, 각 송신기에서 알고 있는 채널 정보를 한데 모아 전체 빔 포밍 벡터를 생성하는 제 1단계와, 상기 제 1단계에서 만들어진 전체 빔 포밍 벡터로부터 각 송신기에 쓰이는 빔 포밍 행렬을 생성하는 제 2단계와, 상기 제 2단계에서 만들어진 빔 포밍 행렬로부터 빔을 형성하여 각 송신기로부터 각 수신기로 정보를 전송하는 제 3단계를 포함할 수 있다.

상기 제 1단계는 모든 채널 정보를 한 곳에 모아 최소 자승법(Least Squares, LS)을 이용하여 전체 빔 포밍 벡터를 한 번에 생성할 수 있다.

상기 제 2단계는 상기 제 1단계에서 만들어진 빔 포밍 벡터를 이용하여 각 송신기에 쓰이는 빔 포밍 행렬을 생성한다.

상기 제 2단계를 통하여 만들고자하는 빔 포밍 벡터는 수학식 5를 만족한다.

[수학식 5]

상기 수학식 5는 하기 수학식 2를 하기 수학식 4로 변환하는 과정을 반복하여 하기 수학식 2를 하나의 방정식으로 다시 쓰는 방법으로 얻을 수 있다.

[수학식 2]

[수학식 4]

상기 제 1단계는 상기 수학식 5의 해를 구하기 위하여, 최소 자승법을 사용하여 상기 수학식 5를 하기 수학식 6과 같이 나타내고, 하기 수학식 6의 해를 구하는 방법으로 전체 빔 포밍 벡터를 생성할 수 있다.

[수학식 6]

상기 제 2단계는 상기 제 1단계에서 만들어진 빔 포밍 벡터를 각 송신기에 필요한 크기로 나누고 devec 연산을 통해 각 송신기에 필요한 빔 포밍 행렬을 만들 수 있다.

상기 제 3단계는 각 송신기가 전송하고자 하는 신호에 빔 포밍 행렬을 곱하여 데이터를 송신할 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 간섭 정렬을 위한 데이터 수신 방법은, 하기 수학식 7 및 수학식 8을 통하여, 수신된 데이터 중 간섭이 들어 있는 공간의 기저 벡터를 찾으며, 이에 따라 데이터를 신호가 들어 있는 공간과 간섭이 있는 공간으로 분리하여 수신할 수 있다.

[수학식 7]

[수학식 8]

상기 수신된 신호 중 데이터가 들어 있는 공간은 하기 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 9]

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 상술한 간섭 정 렬을 위한 데이터 송수신 방법을 채용한 송수신 장치로 구현될 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 송수신 방법에 의하면, 사용자가 여럿인 경우에도 단 한 번에 간섭을 정렬할 수 있는 빔 포밍 행렬을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 간섭 채널의 용량을 획기적으로 증가시킴으로써 차세대 이동 통신 시스템의 송신단을 구성하는데 핵심 기술로 사용될 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

사용자간 간섭이 있는 통신 환경에서는 다른 사용자에게서 오는 간섭을 효과적으로 관리하고 제거하는 것이 매우 중요하다. 그렇지 않으면 간섭에 의해 높은 채널 용량을 얻기 어렵다. 이에 따라 종래에는 간섭을 회피하거나 완화하는 기법 등을 주로 연구하였다. 이에 대한 대표적인 예라고 할 수 있는 주파수 분할 다중 접속 방법이나 시분할 다중 접속 방법은 사용자간 주파수 또는 시간을 서로 직교하도록 분배하여 서로 간섭이 생기지 않도록 하였다.

한편, 차세대 무선 통신 시스템에 적용될 방식으로 유력하게 검토되고 있는 펨토셀(femtocell) 무선 통신 시스템은 커버리지(coverage)가 작은 펨토셀 기지국을 여럿 설치하여 사용자에게 높은 통신 용량을 제공하고자 하는 시스템이다.

이러한 시스템에서는 한 사용자가 여러 펨토셀 기지국에서 강력한 신호를 받게 된다. 다만, 기존의 간섭 회피, 완화 기술로는 펨토셀 무선 통신 시스템이 제공하는 높은 채널 용량을 얻을 수 없음이 알려져 있다.

이에 따라, 최근에는 간섭 정렬(interference alignment) 기술이 제안되어 펨토셀 통신 시스템과 같은 간섭 채널에서 높은 채널 용량을 얻기 위한 방법으로 널리 연구되고 있다. 여기서, 상기 간섭 정렬 기술은 송신단에서 빔 포밍(beam forming)을 통해 수신단에서 간섭 신호와 원하는 신호가 차지하는 공간을 다르게 하는 기술이며, 차세대 무선 통신 시스템의 유력한 후보인 펨토셀 기지국을 설계하기 위한 핵심 기술이라고 볼 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 간섭 정렬을 위한 데이터 송신 방법의 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 송신 방법은 제 1단계(S10), 제 2단계(S20) 및 제 3단계(S30)을 포함한다.

상기 제 1단계(S10)는 각 송신기에서 알고 있는 채널 정보를 한데 모아 전체 빔 포밍 벡터(beam forming vector)를 생성하는 단계이다. 상기 제 1단계(S10)에서는 최소 자승법(least squares, LS)을 이용하여 전체 빔 포밍 벡터를 생성한다. 상기 제 1단계(S10)에 대해서는 도 2에 도시하였다.

도 2를 참조하면, 사용자가 네 명일 때, 각 송신기에서 알고 있는 채널 정보를 한데 모아 최소자승법을 이용해 빔 포밍 벡터를 만드는 과정을 나타내는 개념도가 도시되어 있다. 물론, 상기 도 2에서는 4개의 송신기가 사용된 경우만을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 더 많은 송신기를 사용하는 경우에도 적용 가능하다.

상기 제 2단계(S20)는 상기 제 1단계(S10)에서 만들어진 전체 빔 포밍 벡터로부터 각 송신기에 쓰이는 빔 포밍 행렬을 생성하는 단계이다. 상기 제 2단계(S20)에 대해서는 도 3에 도시하였다.

도 3을 참조하면, 사용자가 네 명이고, 각 사용자의 안테나가 M개 일 때, 빔 포밍 벡터에서 각 송신기에 쓰이는 빔 포밍 행렬을 만드는 과정을 나타내는 개념도가 도시되어 있다.

상기 제 3단계(S30)는 상기 제 2단계(S20)에서 만들어진 빔 포밍 행렬로부터 빔을 형성하여 각 송신기로부터 각 수신기로 정보를 전송하는 단계이다. 상기 제 3단계(S30)에서는 각 송신기가 전송하고자 하는 신호에 빔 포밍 행렬을 곱하여 데이 터를 송신한다. 상기 제 3단계(S30)에 대해서는 도 4에 도시하였다.

도 4를 참조하면, 사용자가 네 명일 때, 각 송신기에서 빔 포밍 행렬로 빔을 형성하여 정보를 전송하는 과정을 나타내는 개념도가 도시되어 있다.

도 3 및 도 4의 경우, 사용자가 네 명인 경우만을 한정하여 도시하였으나, 본 발명은 사용자의 수를 한정하는 것은 아니고, 더 많은 사용자가 사용하는 경우에도 적용 가능하다.

이하, 도 4를 참조하여, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output: MIMO) 간섭 채널에서 빔 포밍을 이용한 데이터 송신 방법을 설명한다.

각 송신기는 자신이 전송하고자 하는 신호에 빔 포밍 행렬을 곱하여 송신하게 되며, 이 신호는 MIMO 간섭 채널을 거쳐 수신되게 된다. 이 때, 모든 수신기에서 자신의 관측 공간을 자신이 원하는 신호가 들어있는 공간과 간섭만 있는 공간을 나눌 수 있도록 송신기의 빔 포밍 행렬이 정해져야 한다. 이와 같은 방법을 통해 각 수신기는 자신이 가진 전체 신호 공간 가운데 최대 절반을 원하는 신호만 존재하는 공간으로 만들 수 있다. 따라서, 각 송수신단이 가진 자유도의 절반을 오류 없는 정보 전송에 사용할 수 있게 되어 전체 시스템 용량을 획기적으로 증가시킬 수 있다.

하기 수학식 1은 사용자가 K(≥3)명이고 각 사용자가 M개의 안테나를 가진 경우 간섭 정렬이 이루어지는 조건을 수학식으로 나타낸 것이다. 여기서, H_ji는 송신기 i에서 수신기 j로 가는 M×M인 MIMO 채널을 나타내며 V_i는 송신기 i에서 빔 포밍 행렬을 나타낸다. 마지막으로, C(A)는 어떤 행렬 A의 열 공간(column space)을 뜻한다.

상기 수학식 1은 간섭 정렬을 위한 충분 조건을 나타내는 수학식으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 물리적 문제(수신기에서 신호가 들어있는 차원과 간섭이 들어있는 차원을 나누고자 하는 것)을 수학적으로 나타낸 것이다. 여기서 H_ji는 알고 있다고 두고 V_j들을 찾아내는 것이 간섭 정렬의 문제가 된다.

즉, 송신기에서 각 수신기와 자신 사이의 채널 정보를 알고 있다고 두면, 간섭 정렬은 상기 수학식 1을 만족시키는 V_l을 찾는 문제가 된다. 위의 문제는 연립 방정식 하기 수학식 1a을 만족하는 U_k 와 V₁을 찾는 문제와 동일하다.

하지만, 상기 수학식 1a은 연립 2차 방정식으로 K≥4 이상일 때, U_k 와 V₁ 에 길이(norm) 제약을 준 경우에는 해가 존재하지 않음이 밝혀졌다. 그래서, 각각의 항을 0과 가깝게 만들기 위해서는 각각의 항에 norm을 취하면, 위의 문제는 4차 연립 방정식으로 되어 수치 해석(numerical analysis)의 방법 이외에는 풀기가 어렵다. 따라서, 기존의 방법에서는 U_k나 V₁ 둘 중에 하나를 임의의 상수로 정하고, 나머지 남은 변수에 대해 2차 연립 방정식을 만들어 근을 구하고, 이 근을 대입하여 원래 상수로 정한 변수를 변수로 놓아 푼다. 그리고, 이 과정을 계속 반복하며, 어느 정도 수렴되었다고 판단되는 경우 과정을 종료한다. 그리하여, 이러한 방법은 많은 시간이 소요된다.

상술한 바와 같은 반복과정을 제거하기 위해 본 발명에 따른 방법에서는 상기 수학식 1에 조금 더 많은 제약을 준다. 그리하여, 하기 수학식 1과 같이 표현할 수 있다. 여기서 하기 수학식 2는 간섭 정렬을 위한 충분조건이다. 하기 수학식 2을 참조하면, 각 행은 K-1개의 등식으로 구성되어 있음을 알 수 있다.

상기 수학식 2는 상기 수학식 1의 여러 해 가운데 하나를 나타낸다. 상기 수학식 1에서는 행렬 H_ijV_j의 열 공간(column space)이 같아지도록 만드는 V_j를 찾는 문제인데 반하여 상기 수학식 2는 그 가운데 하나의 경우인 모든 H_ijV_j가 같은 값을 갖게 되는 경우를 나타낸다. 즉, 상기 수학식 1보다 더 정밀한 문제로 변환되었다고 볼 수 있다.

상기 수학식 2를 다시 풀어 써보면, 하기 수학식 3과 같이 K-2개의 방정식으로 다시 쓸 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 완벽하게 간섭을 정렬하는 것은 하기 수학식 3과 같은 K-2개 방정식들을 K명의 사용자가 각각 풀어내는 것과 같다. 예를 들면, 첫 번째 열의 경우 하기 수학식 3과 같이 쓸 수 있다.

상기 수학식 3은 상기 수학식 2 가운데 하나의 열을 골라 다시 쓴 것으로, 상기 수학식 2의 한 열을 보면 K-1개의 변수가 K-2개의 등식으로 연결되어 있는 것을 알 수 있다.

한편, 상기 수학식 3에 나타낸 방정식들은 구해야할 값들이 행렬에 들어 있어 실제 계산하기 어렵다. 이에 상기 수학식 3의 빔 포밍 행렬 V_l들을 벡터로 바꾸되 원래 방정식과 동일한 해가 나오도록 크로네커 곱(Kronecker product)을 이용하여 다시 써보면, 하기 수학식 4와 같다. 여기서

는 크로네커 곱의 연산자를 의미하고, vec(ㆍ)은 선형 대수학에서 'vec' 연산자에 해당한다. 여기서, 각 vec(V_l)의 크기는 M²/2×1이 된다.

상기 수학식 4는 상기 수학식 3의 행렬 V를 벡터꼴로 바꾸어 수학식 3을 다시 쓴 것이다. 왜냐하면, 상기 수학식 3의 H_ji는 M×M 행렬이고 V_i는 M×M/2의 행렬이므로 이를 한 번에 풀기가 어렵기 때문이다.

한편, 상술한 방법으로 모든 사용자의 간섭 정렬 방정식을 다같이 다시 써보면, 하기 수학식 5와 같이 쓸 수 있다.

따라서, 완벽하게 간섭을 정렬하는 빔 포밍 행렬들은 상기 수학식 5를 만족시켜야 한다. 다만,

는 크기가 K(K-2)M²/2×KM²/2으로 행의 개수가 열의 개수보다 많은 행렬이다. 따라서 상기 수학식 5가 overdetermined 방정식임을 쉽게 알 수 있다. 이에 상기 수학식 5는 행렬 안에 있는 채널 행렬들 H_k1이 full rank이면 정확한 해를 갖지 않는다.

이처럼 overdetermined 방정식의 해를 구하는 대표적인 방법은 최소 자승법(Least Squares)와 그 변형들이 있다. 대표적으로 기본 최소 자승법을 사용하면, 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 6의 의미는, 상기 수학식 5의 정확한 해가 항상 존재하지 않기 때문에, 상기 수학식 5의 정확한 해가 없더라도 최소 자승법으로 간섭 정렬을 위한 벡터

를 찾아내는 것을 나타내는 수학식이다.

상기 수학식 6의 해는 쉽고 빠르게 구할 수 있다. 행렬

의 가장 작은 고유값(eigenvalue)에 해당하는 고유벡터(eigenvector)를 해로 하는 것이다. 여기 서

은 어떤 행렬의 복소 켤레를 의미한다.

를 구하면,

를 M²/2 개씩 나누고 "vec" 연산을 되돌려 각 송신기의 빔 포밍 행렬을 만들어 데이터를 송신할 수 있다. 이 그림을 도 4에 도시하였다. 여기서 도 4는 사용자가 네 명일 때, 각 송신기에서 빔 포밍 행렬로 빔을 형성하여 정보를 전송하는 과정을 나타내는 개념도이다.

이하에서는, 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 수신 방법에 대해 설명한다.

간섭 정렬 시스템에서는 신호를 받으면, 수신기가 신호가 있는 공간과 간섭이 있는 공간을 분리해서 신호가 있는 공간만을 사용해야 한다. 하기 수학식 7 및 수학식 8은 수신기가 신호를 받았을 때 간섭이 들어가 있는 공간을 찾아내는 방법을 나타낸 것이고, 하기 수학식 9는 보낸 신호가 들어있는 공간을 나타낸 식이다.

보다 자세하게, 각 수신기가 자신과 관계된 모든 채널 정보를 안다고 하자. 더불어, 지금까지 얻는 빔 포밍 행렬도 안다고 하면, 수신단에서도 반복 없이 받은 신호에 적합한 수신기를 만들 수 있다.

먼저, 어떤 수신기 k에서 singular value decomposition을 통해 간섭 신호 공간 가운데 가장 간섭이 많이 들어있는 공간의 기저 벡터를 하기 수학식 7 및 수학식 8과 같이 찾을 수 있다.

또한, 신호가 들어 있는 공간은 하기 수학식 9와 같다.

여기서, 신호가 있는 공간과 간섭이 주로 들어있는 공간을 알았으므로, 수신기 k에서 받은 신호를 간섭 공간에 직교하는 공간으로 사영(projection)하거나 whitened matched filter를 통과시켜 실제로 보낸 데이터를 추정할 수 있다. 이를 하기 수학식 10 및 수학식 11에 나타내었다.

상기 수학식 10 및 수학식 11의 의미는, 간섭 정렬을 통한 전송에도 간섭이 조금씩이나마 신호 공간으로 넘어가게 되므로(이는 상기 수학식 5의 해가 늘 존재하는 것은 아니기 때문이다.) 이와 같은 경우, 신호에서 간섭을 최대한 분리해서 올바르게 신호를 수신하기 위한 방법을 나타내는 것이다. 즉, 상기 수학식 10 및 수학식 11은 종래에도 널리 알려진 수학식으로서, 여기에 상기 수학식 8 및 수학식 9에서 찾아낸 S_I와 S_S를 적용한 것이다.

본 발명에서는 기본 최소 자승법(Least Squared, LS)을 예로 사용하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 변형된 LS 알고리즘 모두에 적용가능함은 물론이다. 즉, Regularized LS, Weighted LS, Recursive LS 등을 이용하여 상기 수학식 5를 푸는 모든 방법을 포함할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 빔 디자인 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였 으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 간섭 정렬을 위한 데이터 송신 방법의 순서도이다.

도 2는 사용자가 네 명일 때, 각 송신기에서 알고 있는 채널 정보를 한데 모아 최소자승법을 이용해 빔 포밍 벡터를 만드는 과정을 나타내는 개념도이다.

도 3은 사용자가 네 명이고, 각 사용자의 안테나가 M개 일 때, 빔 포밍 벡터에서 각 송신기에 쓰이는 빔 포밍 행렬을 만드는 과정을 나타내는 개념도이다.

도 4는 사용자가 네 명일 때, 각 송신기에서 빔 포밍 행렬로 빔을 형성하여 정보를 전송하는 과정을 나타내는 개념도이다.

도 5는 사용자가 네 명이고, 각 사용자가 5개의 안테나를 가지고 있을 때, 종래의 반복적 방법과 본 발명에 따른 방법을 사용하였을 때, 간섭 중 신호 공간으로 넘어간 간섭의 양을 나타내는 그래프이다.

도 6은 사용자가 여섯 명이고, 각 사용자가 5개의 안테나를 가지고 있을 때, 종래의 반복적 방법과 본 발명에 따른 방법을 사용하였을 때, 간섭 중 신호 공간으로 넘어간 간섭의 양을 나타내는 그래프이다.

Claims (13)

1. 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 하기 위한 데이터 송신 방법에 있어서,

   알려진 채널 정보를 한데 모아 각 송신기가 전체 빔 포밍 벡터를 생성하는 제 1단계;

   상기 각 송신기가 상기 제 1단계에서 만들어진 전체 빔 포밍 벡터로부터 각 송신기에 쓰이는 빔 포밍 행렬을 생성하는 제 2단계;

   상기 각 송신기가 상기 제 2단계에서 만들어진 빔 포밍 행렬로부터 빔을 형성하여 각 송신기로부터 각 수신기로 정보를 전송하는 제 3단계를 포함하되,

   상기 제 2단계를 통하여 만들고자하는 빔 포밍 행렬은 하기 수학식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 송신 방법.

   [수학식 5]

   

   (K : 사용자 수, M : 각 사용자가 가진 안테나 수,

   H_ji : 송신기 i에서 수신기 j로 가는 M×M인 MIMO 채널,

   V_i : 송신기 i에서 빔 포밍 행렬,

   

   : 크로네커 곱의 연산자, vec(ㆍ) : 선형 대수학에서 'vec' 연산자)
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1단계는 상기 [수학식 5]의 해를 구할 때 최소 자승법(Least Squares, LS)을 이용하여 전체 빔 포밍 벡터를 생성하는 것을 특징으로 하는 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 송신 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 수학식 5는 하기 수학식 2를 하기 수학식 4로 변환하는 과정을 반복하여 하기 수학식 2를 하나의 방정식으로 다시 쓰는 방법으로 얻는 것을 특징으로 하는 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 빔 데이터 송신 방법.

   [수학식 2]

   

   (K : 사용자 수, H_ji : 송신기 i에서 수신기 j로 가는 M×M인 MIMO 채널,

   V_i : 송신기 i에서의 빔 포밍 행렬)

   [수학식 4]

   

   (K : 사용자 수, M : 안테나 수,

   H_ji : 송신기 i에서 수신기 j로 가는 M×M인 MIMO 채널,

   V_i : 송신기 i에서 빔 포밍 행렬,

   

   : 크로네커 곱의 연산자,

   vec(ㆍ) : 선형 대수학에서의 'vec' 연산자, I : )
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1단계는 상기 수학식 5의 해를 구하기 위하여, 최소 자승법을 사용하여 상기 수학식 5를 하기 수학식 6과 같이 나타내고, 하기 수학식 6의 해를 구하는 방법으로 전체 빔 포밍 벡터를 생성하는 것을 특징으로 하는 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 송신 방법.

   [수학식 6]

   

   (

   

   는 간섭 정렬을 위한 벡터)
8. 삭제
9. 삭제
10. 청구항 1, 청구항 5 및 청구항 7 중 어느 하나의 항에 기재된 데이터 송신 방법에 따라 송신된 데이터를 수신하는 방법에 있어서,

    각 수신기가 하기 수학식 7 및 수학식 8을 통하여, 수신된 데이터 중 간섭이 들어 있는 공간의 기저 벡터를 찾으며, 이에 따라 데이터를 신호가 들어 있는 공간과 간섭이 있는 공간으로 분리하여 수신하는 것을 특징으로 하는 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 수신 방법.

    [수학식 7]

    

    (왼쪽항 : 우측항을 SVD를 통해 얻은 행렬식)

    [수학식 8]

    

    (S_I : 간섭이 차지하는 신호 공간의 기저 벡터)
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 각 수신기가 수신한 신호 중 데이터가 들어 있는 공간은 하기 수학식 9와 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 여러 사용자가 있는 다중 입력 다중 출력 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 데이터 수신 방법.

    [수학식 9]

    

    (S_S : 원하는 신호가 차지하는 신호 공간의 기저 벡터)
12. 청구항 1, 청구항 5 및 청구항 7 중 어느 하나의 항에 기재된 데이터 송신 방법에 따라 데이터를 송신하는 송신 장치.
13. 청구항 10에 기재된 데이터 수신 방법에 따라 데이터를 수신하는 수신 장치.

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