KR101125042B1 - 안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템과 이를 이용한 신호 전송 방법. - Google Patents

안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템과 이를 이용한 신호 전송 방법. Download PDF

Info

Publication number
KR101125042B1
KR101125042B1 KR1020100109337A KR20100109337A KR101125042B1 KR 101125042 B1 KR101125042 B1 KR 101125042B1 KR 1020100109337 A KR1020100109337 A KR 1020100109337A KR 20100109337 A KR20100109337 A KR 20100109337A KR 101125042 B1 KR101125042 B1 KR 101125042B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
transmission system
beamforming vector
antenna
distribution value
Prior art date
Application number
KR1020100109337A
Other languages
English (en)
Inventor
정세영
백인정
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020100109337A priority Critical patent/KR101125042B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101125042B1 publication Critical patent/KR101125042B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 전송 신호의 최대 파워를 컨트롤하는 것이 용이하며 간섭의 효과를 최소화 시켜 전체 네트워크 성능을 향상시키기 위한 것으로, 이를 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 송신단에 안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널 시스템은 K번째 사용자 메시지에 대해 QAM 인코딩 과정을 수행한 후 K-1번째 사용자 메시지부터 역순으로 첫 번째 사용자 메시지를 더티 테입 코딩에 의해 인코딩을 수행하여 M개의 안테나를 통해 송신하되, 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 기반으로 MMSE 팩터값을 설정하여 간섭 신호를 제거하는 인코딩 장치를 포함할 수 있다.

Description

안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템과 이를 이용한 신호 전송 방법.{TRANSMITTING SYSTEM FOR USING MULTI-ANTENNA BROADCAST CHANNEL WITH PEAK POWER CONSTRAINTS AND METHOD FOR TRANSMITTING SIGNAL USING THE SAME}
본 발명은 무선 통신망에서의 신호 전송에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 안테나를 가진 하나의 기지국이 다수의 사용자에게 신호를 전송하는 브로드캐스트 채널 상황에서(broadcast channel) 기지국에 최대 파워 제약(peak power constraint)이 존재하는 경우, 기지국에서 간섭 신호를 미리 제거하여 사용자가 받는 간섭의 영향을 최소화함으로써 전체 네트워크 성능을 향상시킬 수 있는 송신 시스템과 이를 이용한 신호 전송 방법에 관한 것이다.
무선 통신 환경에서 기지국의 사용 가능한 자원은 한정되어 있기 때문에 한정된 자원을 효율적으로 사용하는 것은 전체 성능 향상의 중요한 이슈이다. 특히, 전송 파워에 대한 제약은 모든 통신 환경에서 필수적으로 고려되는 바이다. 기지국에서 고려할 수 있는 파워 제약을 크게 세 가지로 분류하면 전체 평균 파워 제약, 안테나 당 평균 파워 제약 그리고 안테나 당 최대 파워 제약이 가능하다. 현재까지의 많은 연구에서는 기지국의 전체 평균 파워 제약을 고려해왔고, 이 경우에 대해 다수 안테나 다수 사용자 브로드캐스트 채널의 이론적인 최대 달성 가능한 성능인 캐패시티(capacity)가 이미 밝혀졌다. 또한, 안테나 당 평균 파워 제약이 있는 경우에 대해서도 캐패시티와 그 성능을 달성하는 파워 분배 및 전송방법이 알려져 있다.
기존의 평균 파워를 고려한 경우에 대한 연구에서 제안된 최적의 전송 방식은 더티 페이퍼 코딩이라 불리우는 선 간섭 제거 기법이다. 이 기법은 송신단과 수신단에서 채널 정보와 간섭 신호를 완벽히 알고 있다고 가정하여 채널에서 더해지는 간섭 신호를 송신단에서 미리 제거하여 보냄으로써 수신단에서 간섭의 영향을 최소화하는 원리이다.
본 연구에서 고려하는 브로드캐스트 채널 상황에서 송신단은 이미 모든 수신자들의 신호를 알고 있기 때문에 더티 페이퍼 코딩 기법의 적용이 가능하다. 더티 페이퍼 코딩을 통해 전체 평균 파워 및 안테나당 평균 파워 제약이 있는 다수 안테나 브로드캐스트 채널에서 캐패시티를 달성하기 위한 최적의 인풋 분포는 가우시안 분포로 알려져 있다.
이와 같이 평균 파워 제약이 있는 경우에 대한 캐패시티 및 달성 기법은 알려져 있으나 안테나 당 최대 파워 제약이 있는 경우에 대한 연구는 미비하다. 하지만 실재적인 무선 통신 상황에서 기지국의 안테나에는 각각에 해당하는 파워 증폭기(power amplifier)가 설치되어있기 때문에, 평균 파워 제약을 가정하는 것보다 안테나 당의 최대 파워 제약을 가정하는 것이 보다 현실적이다. 현재까지 안테나 당 최대 파워 제약이 있는 경우의 캐패시티는 사용자가 한명인 경우(point-to-point) 채널에 대해서만 알려져 있고 다수 사용자가 있는 경우의 캐패시티는 알려지지 않았다.
그러나, 브로드캐스트 채널에서 최대 파워 제약이 있는 경우, 더티 페이퍼 코딩 기법을 적용하는 것은 불가능 한데 그 이유는 더티 페이퍼 코딩의 최적인 가우시안 분포를 갖는 신호의 크기가 매우 커서 최대 파워 제약을 만족시키지 못하는 가능성이 발생하기 때문이다. 그렇기 때문에 이러한 경우에 대해 간섭의 영향을 최소화 하면서 파워를 만족시킬 수 있는 전송 방법에 대한 연구가 필요하다.
상기와 같은 연구의 필요성에 의해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다수의 안테나 브로드 캐스트 채널 상황에서 송신단에 안테나 당 최대 파워 제약이 있을 때, 이 파워 제약을 만족시키도록 전송 신호의 최대 파워를 컨트롤하는 것이 용이하며 간섭의 효과를 최소화 시켜 전체 성능 향상을 증대시킬 수 있는 송신 시스템과 이를 이용한 신호 전송 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템은 M(M≥2의 자연수)개의 안테나를 이용하여 K명의 사용자에게 신호를 전송하는 송신 시스템으로서,
상기 K번째 사용자 메시지에 대해 인코딩 과정을 수행한 후 K-1번째 사용자 메시지부터 역순으로 첫 번째 사용자 메시지를 더티 테입 코딩에 의해 인코딩을 수행하여 상기 M개의 안테나를 통해 송신하되, 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 기반으로 MMSE 팩터값을 설정하여 간섭 신호를 제거하는 인코딩 장치를 포함하며, 상기 인코딩 장치는, 상기 K번째 메시지에 대해 QAM 시그널링에 의해 인코딩을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신 시스템에서 상기 인코딩 장치는, 상기 더티 테입 인코딩 장치에서 출력되는 k번째 인코딩 신호와 상기 k번째 메시지간을 서로 독립되도록 하기 위해 상기 k번째 메시지에 디더 신호를 연산하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 실시 예에 따른 송신 시스템에서 상기 인코딩 장치는, 상기 간섭 신호를 제거한 결과에 모듈로 과정을 적용하여 인코딩된 신호의 파워를 컨트롤 하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신 시스템은 상기 인코딩 장치에서 출력되는 인코딩된 신호를 기 설정된 각도(
Figure 112010072118295-pat00001
)만큼 로테이션시킨 후 상기 빔 포밍 벡터를 연산하여 상기 M개의 안테나 각각에 출력하는 신호 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신 시스템에서 상기 기 설정된 각도(
Figure 112010072118295-pat00002
)는,
Figure 112010072118295-pat00003
(상기 xk는 안테나에서 출력되는 신호)을 통해 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신 시스템에서 상기 MMSE 팩터 값은,
Figure 112010072118295-pat00004
(
Figure 112010072118295-pat00005
,
Figure 112010072118295-pat00006
: 빔포밍 벡터와 파워 분배 값)에 의해 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신 시스템에서 상기 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값은, 상기 안테나 당 평균 파워 제약이 있는 제 1 채널과 전체 평균 파워 제약이 있는 제 2 채널을 설정하고, 상기 제 2 채널의 캐패시티를 달성하는 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 선택한 후 상기 선택된 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 변환하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신 시스템에서 상기 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값은,
Figure 112010072118295-pat00007
(여기에서,
Figure 112010072118295-pat00008
,
Figure 112010072118295-pat00009
은 제 2 채널의 빔포밍 벡터와 파워 분배 값,
Figure 112010072118295-pat00010
: 기 설정된 상수
Figure 112010072118295-pat00011
: 전체 평균 파워 제약)에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신 시스템에서 상기 제 2 채널의 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값은, MAC-BC duality와 더티 페이퍼 코딩 기법에 의해 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신 시스템에서 상기
Figure 112010072118295-pat00012
값들과 전체 평균 파워 제약(
Figure 112010072118295-pat00013
)은 바이너리 서치 알고리즘에 의해 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템의 신호 전송 방법은 M(M≥2의 자연수)개의 안테나를 이용하여 K명의 사용자에게 신호를 전송하되, 상기 K번째 사용자 메시지에 대해 QAM에 의해 인코딩 과정을 수행한 후 K-1번째 사용자 메시지부터 역순으로 첫 번째 사용자 메시지를 더티 테입 코딩에 의해 인코딩을 수행하는 송신 시스템의 신호 전송 방법으로서, 상기 K번째 사용자 메시지와 디더 신호의 연산을 수행하는 단계와, 상기 송신 시스템의 채널 중 전체 평균 파워 제약이 있는 제 1 채널과 상기 안테나 당 평균 파워 제약이 있는 제 2 채널을 설정하는 단계와, 상기 제 1 채널의 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 산출하는 단계와, 상기 산출된 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 기반으로 상기 제 2 채널에서의 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 계산하는 단계와, 상기 계산된 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 기반으로 설정된 MMSE 팩터값을 산출하는 단계와, 상기 산출된 MMSE 팩터값을 이용하여 간섭 신호를 제거한 후 모듈로 연산을 수행하여 인코딩된 신호를 생성하는 단계와, 상기 인코딩된 신호를 상기 M개의 안테나를 통해 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 신호 전송 방법에서 상기 제 1 채널의 빔 포밍 백터와 파워 분배 값을 산출하는 단계는 MAC-BC duality와 더티 페이퍼 코딩 기법을 통해 산출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 신호 전송 방법에서 상기 전송하는 단계는, 상기 인코딩된 신호의 위상을 변화시킨 후 상기 위상이 변환된 인코딩된 신호에 상기 산출된 빔 포밍 벡터를 연산하는 단계와, 상기 산출된 빔 포밍 벡터의 연산 결과 신호를 상기 M개의 스트림으로 나누어 상기 M개의 안테나 각각에 할당하는 단계와, 상기 M개의 안테나 각각에서 상기 K개의 스트림을 더해 m번째 송신 신호를 구성하여 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 신호 전송 방법에서 상기 빔 포밍 벡터를 연산하는 단계는, 상기 인코딩된 신호를 기 설정된 각도(
Figure 112010072118295-pat00014
)만큼 회전시켜 위상을 변화시키는 것을 특징으로 한다.
전체 평균 파워 제약이 있는 채널에 설정된 빔포밍 벡터와 파워 분배 값을 기반으로 안테나당 평균 파워 제약이 있는 채널의 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 계산함으로써, 전송 신호의 최대 파워를 컨트롤하는 것이 용이하며 간섭의 효과를 최소화 시켜 전체 네트워크 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전송 장치를 설명하기 위한 송신 시스템과 수신 시스템의 구조를 도시한 회로도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 더티 테입 코딩을 과정을 설명하기 위한 도면,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 적용되는 빔포밍 벡터와 파워 분배 값을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 방법과 종래 방법간의 성능을 비교하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전송 장치를 설명하기 위한 송신 시스템과 수신 시스템의 구조를 도시한 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 송신 시스템(100)은 다수의 수신 시스템(150)에 신호를 전송하기 위한 M개의 안테나(130), 각 사용자의 메시지(
Figure 112010072118295-pat00015
)에 대한 인코딩 과정을 수행하기 위한 인코딩 장치(110)를 구비하고 있다. 이러한 인코딩 장치(110)는 K번째 사용자 메시지인
Figure 112010072118295-pat00016
에 대해 가장 먼저 QAM 시그널링에 의해 인코딩하고 K-1번째 사용자 메시지인
Figure 112010072118295-pat00017
부터 역순으로 첫 번째 사용자 메시지인
Figure 112010072118295-pat00018
까지 더티 테입 코딩을 이용하여 인코딩을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 인코딩 장치(110)는 더티 테입 코딩 기법을 이용하여 사용자의 메시지를 인코딩하는데, 이러한 더티 테입 코딩을 수행하는 과정에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 더티 테입 코딩을 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 k번째 인코딩 장치(110)는 인코딩하고자하는 k번째 사용자 메시지(
Figure 112010072118295-pat00019
,
Figure 112010072118295-pat00020
)를 입력받고, 입력받은 k번째 사용자 메시지에 대해 디더 신호인
Figure 112010072118295-pat00021
를 빼준다. 여기에서, 디더 신호는
Figure 112010072118295-pat00022
로 표현되는 영역인 원점을 중심으로 하고 한 변의 길이가
Figure 112010072118295-pat00023
인 정사각형 안에 유니폼하게 분포하며 메시지
Figure 112010072118295-pat00024
와 인코딩된 신호인
Figure 112010072118295-pat00025
가 서로 독립이 되도록 보장해준다. 이러한 디더 신호는 송신 시스템(100)과 k번째 사용자의 수신 시스템(150)에 알려져 있다.
또한, 인코딩 장치(110)는 채널에서 더해질 간섭 신호를 미리 제거하는 과정으로
Figure 112010072118295-pat00026
에 MMSE(Minimum-Mean Square Error) 값인
Figure 112010072118295-pat00027
를 곱해 빼주게 된다. 여기에서, MMSE 값은 수신 시스템(150)에서 유효 노이즈의 파워를 최소화 시키도록 선택되어 질 수 있으며, 이 때,
Figure 112010072118295-pat00028
,
Figure 112010072118295-pat00029
는 각각 k번째 사용자를 위한 빔포밍 벡터와 파워 분배 값으로 이 값을 정하는 방법을 뒤에 설명하도록 하겠다. 인코딩 장치(110)는 마지막 단계로 모듈로(modulo) 과정을 수행하는데, 이 과정을 통해 인코딩된 신호(mod
Figure 112010072118295-pat00030
)는
Figure 112010072118295-pat00031
영역 안에 존재하게 되고,
Figure 112010072118295-pat00032
값을 적절하게 선택함으로써 전송신호의 최대 파워를 조절하여 파워 제약을 만족시키도록 한다.
이와 같이, 인코딩 장치(110)이 마지막 단계인 모듈로 과정을 수행한 결과값, 즉 인코딩된 신호(
Figure 112010072118295-pat00033
)는 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112010072118295-pat00034
인코딩된 신호(
Figure 112010072118295-pat00035
,
Figure 112010072118295-pat00036
)는 신호 처리부(120)에 의해서 기 설정된 각도(
Figure 112010072118295-pat00037
)만큼 로테이션된 후 빔포밍 벡터(
Figure 112010072118295-pat00038
)에 곱해진다. 여기에서, 기 설정된 각도(
Figure 112010072118295-pat00039
)는 인코딩된 신호(
Figure 112010072118295-pat00040
)의 위상(phase)을 변화시킴으로써 신호의 최대 파워를 줄이고 전체 전송 파워를 증가시킬 수 있도록 하는 역할을 하며, 빔포밍 벡터(
Figure 112010072118295-pat00041
) 및 파워 분배 값(
Figure 112010072118295-pat00042
)과 함께 최적의 값을 갖도록 아래와 같이 선택될 수 있으며, 이 값은 수신 시스템(150)에서 알고 있다.
신호 처리부(120)가 인코딩된 신호(
Figure 112010072118295-pat00043
)를 로테이션하기 위한 각도(
Figure 112010072118295-pat00044
)는 아래의 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112010072118295-pat00045
신호 처리부(120)에서 출력되는 신호, 즉 빔포밍 벡터에 의해 처리된 신호는 M개의 스트림으로 나누어진 후 각 안테나(130)로 할당되고, 각 안테나(130)에서는 K개의 스트림을 더해 m번째 송신 신호를 아래와 수학식 3과 같이 생성할 수 있다.
Figure 112010072118295-pat00046
상기의 수학식 3에서
Figure 112010072118295-pat00047
는 k번째 빔포밍 벡터의 m번째 요소이다.
k번째 사용자의 수신 시스템(150)은 채널을 통과한 아래의 수학식 4와 같은 신호를 수신하게 된다.
Figure 112010072118295-pat00048
k번째 사용자의 수신 시스템(150)은 수신한 신호(
Figure 112010072118295-pat00049
)로부터 원하는 메시지인
Figure 112010072118295-pat00050
를 복원하기 위해 디코딩 장치를 구비하고 있다. 이러한 디코딩 장치는 더티 테입 코딩에 의해 인코딩된 신호를 복원하기 위해 채널과 빔포밍 벡터의 인버스(inverse)값을 곱해준 후에 송신 시스템(100)의 인코딩 장치(110)에서 위상(phase)을 로테이션 했던 반대로 다시 돌려준다.
또한, 디코딩 장치는 MMSE 팩터인
Figure 112010072118295-pat00051
를 곱하고 디더 신호인
Figure 112010072118295-pat00052
를 더해준 후 마지막으로 모듈로 연산을 통해 최종적인 더티 테입 디코딩을 완료한다.
이러한 더티 테입 디코딩 과정에 의해 출력되는 디코딩된 신호는 아래의 수학식 5와 같다.
Figure 112010072118295-pat00053
상기의 수학식 5에서 알 수 있듯이, 디코딩하고자 하는 메시지
Figure 112010072118295-pat00054
는 모든 인코딩 신호(
Figure 112010072118295-pat00055
,
Figure 112010072118295-pat00056
)와 노이즈 신호인
Figure 112010072118295-pat00057
와 독립이기 때문에 유효 노이즈
Figure 112010072118295-pat00058
를 아래의 수학식 6과 같이 설정할 수 있다.
Figure 112010072118295-pat00059
상기의 유효 노이즈(
Figure 112010072118295-pat00060
)의 파워를 최소화시킴으로써, 전체 시스템의 성능을 최대화시킬 수 있는데, 이를 위해 MMSE 팩터 값인
Figure 112010072118295-pat00061
값은 아래의 수학식 7과 같다.
Figure 112010072118295-pat00062
상기의 수학식 7에서 알 수 있듯이, MMSE 팩터인
Figure 112010072118295-pat00063
값은 빔포밍 벡터와 파워 분배 값(
Figure 112010072118295-pat00064
,
Figure 112010072118295-pat00065
)에 의거하여 결정될 수 있다.
선택된 MMSE 팩터인
Figure 112010072118295-pat00066
값을 이용하여 더티 테입 방법을 통해 k번째 사용자의 수신 시스템(150)이 달성할 수 있는 레이트는 아래의 수학식 8과 같다.
Figure 112010072118295-pat00067
QAM 시그널링을 통해 인코딩을 수행한 K번째 사용자의 수신 시스템(150) 내 디코딩 장치는 다른 사용자의 간섭 신호를 노이즈로 취급하여 디코딩을 수행하게 되고, 이 사용자의 레이트를 계산하기 위해 QAM의 연속된(continuous) 근사값인 유니폼(uniform)한 인풋 분포를 가정한다.
본 발명의 실시 예에서 사용한 빔포밍 벡터와 파워 분배 값(
Figure 112010072118295-pat00068
,
Figure 112010072118295-pat00069
)을 선택하는 방법에 대해 설명하면 아래와 같다.
본 발명의 실시 예에서는 안테나(130) 당 평균 파워 제약을 가정했을 때, 더티 페이퍼 코딩을 통해 캐피시티를 달성할 때 사용되는 빔포밍 벡터와 파워 분배 값(
Figure 112010072118295-pat00070
,
Figure 112010072118295-pat00071
)을 적용할 수 있다. 이 값을 구하기 위해 먼저 안테나(130) 당 평균 파워 제약이 있는 채널과 동일한 성능을 보이는 전체 평균 파워 제약이 있는 채널을 설정하고, 설정된 채널에 해당하는 최적의 빔포밍 벡터와 파워 분배 값(
Figure 112010072118295-pat00072
,
Figure 112010072118295-pat00073
)을 찾아 두 채널의 관계성에 의해 안테나(130) 당 평균 파워가 있는 채널에서 성능을 달성할 수 있도록 변환한다. 예를 들어, 두 채널이 동일한 성능 관계를 나타내고 있을 때, 도 3a에는 전체 평균 파워 제약(
Figure 112010072118295-pat00074
)이 있는 채널이고 이 경우 캐패시티를 달성하는 빔포밍 벡터와 파워 분배 값이 각각
Figure 112010072118295-pat00075
,
Figure 112010072118295-pat00076
이고 이 값은 널리 알려진 MAC-BC duality와 더티 페이퍼 코딩 기법에 의해 선택될 수 있다. 이 값은 도 3b에 도시된 바와 같이 안테나(130) 당 평균 파워 제약이 있는 채널에서 캐패시티를 달성하도록 아래의 수학식 9에 의해 변환될 수 있다.
Figure 112010072118295-pat00077
상기의 수학식 9에서 채널에 곱해지는
Figure 112010072118295-pat00078
값들과 전체 평균 파워 제약(
Figure 112010072118295-pat00079
)은 바이너리 서치 알고리즘(binary search algorithm)에 의해 선택될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전송 방식의 성능을 테스트하기 위해 송신 시스템(100)에 2개의 안테나(130)가 존재하고 2명의 사용자에게 동시에 신호를 전송하는 경우 채널 파라미터(parameter)가 "
Figure 112010072118295-pat00080
"로 설정된 경우 레이트 영역(rate region)은 MMSE 빔포밍 벡터를 사용할 때와 본 발명의 실시 예에 따른 방법을 사용할 때 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신 시스템 및 이를 이용한 신호 전송 방법에 따르면, 전체 평균 파워 제약이 있는 채널에 설정된 빔포밍 벡터와 파워 분배 값을 기반으로 안테나당 평균 파워 제약이 있는 채널의 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 계산함으로써, 전송 신호의 최대 파워를 컨트롤하는 것이 용이하며 간섭의 효과를 최소화 시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안 되며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
100 : 송신 시스템
110 : 인코딩 장치
120 : 신호 처리부
130 : 안테나
150 : 수신 시스템

Claims (19)

  1. 삭제
  2. M(M≥2의 자연수)개의 안테나를 이용하여 K명의 사용자에게 신호를 전송하는 송신 시스템으로서,
    상기 K번째 사용자 메시지에 대해 인코딩 과정을 수행한 후 K-1번째 사용자 메시지부터 역순으로 첫 번째 사용자 메시지를 더티 테입 코딩에 의해 인코딩을 수행하여 상기 M개의 안테나를 통해 송신하되, 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 기반으로 MMSE 팩터값을 설정하여 간섭 신호를 제거하는 인코딩 장치를 포함하며,
    상기 인코딩 장치는,
    상기 K번째 메시지에 대해 QAM 시그널링에 의해 인코딩을 수행하는 것을 특징으로 하는
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 인코딩 장치는,
    상기 인코딩 장치에서 출력되는 인코딩된 신호와 상기 k번째 메시지간을 서로 독립되도록 하기 위해 상기 k번째 메시지에 디더 신호를 연산하는 것을 특징으로 하는
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 인코딩 장치는,
    상기 간섭 신호를 제거한 결과에 모듈로 과정을 적용하여 인코딩된 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템.
  5. M(M≥2의 자연수)개의 안테나를 이용하여 K명의 사용자에게 신호를 전송하는 송신 시스템으로서,
    상기 K번째 사용자 메시지에 대해 인코딩 과정을 수행한 후 K-1번째 사용자 메시지부터 역순으로 첫 번째 사용자 메시지를 더티 테입 코딩에 의해 인코딩을 수행하여 상기 M개의 안테나를 통해 송신하되, 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 기반으로 MMSE 팩터값을 설정하여 간섭 신호를 제거하는 인코딩 장치와,
    상기 인코딩 장치에서 출력되는 인코딩된 신호를 기 설정된 각도(
    Figure 112012007113706-pat00081
    )만큼 로테이션시킨 후 상기 빔 포밍 벡터를 연산하여 상기 M개의 안테나 각각에 출력하는 신호 처리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기 설정된 각도(
    Figure 112010072118295-pat00082
    )는,
    아래의 수학식에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는
    Figure 112010072118295-pat00083
    (상기 xk는 안테나에서 출력되는 신호)
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 MMSE 팩터 값은,
    아래의 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는
    Figure 112012007113706-pat00084
    (
    Figure 112012007113706-pat00085
    ,
    Figure 112012007113706-pat00086
    : 빔포밍 벡터와 파워 분배 값)
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값은,
    상기 안테나 당 평균 파워 제약이 있는 제 1 채널과 전체 평균 파워 제약이 있는 제 2 채널을 설정하고, 상기 제 2 채널이 캐패시티를 달성하는 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 선택한 후 상기 선택된 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 변환하여 산출되는 것을 특징으로 하는
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값은,
    아래의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는
    Figure 112010072118295-pat00087
    (여기에서,
    Figure 112010072118295-pat00088
    ,
    Figure 112010072118295-pat00089
    은 제 2 채널의 빔포밍 벡터와 파워 분배 값,
    Figure 112010072118295-pat00090
    : 기 설정된 상수
    Figure 112010072118295-pat00091
    : 전체 평균 파워 제약)
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 채널의 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값은, MAC-BC duality와 더티 페이퍼 코딩 기법에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기
    Figure 112010072118295-pat00092
    값들과 전체 평균 파워 제약(
    Figure 112010072118295-pat00093
    )은 바이너리 서치 알고리즘에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템.
  12. M(M≥2의 자연수)개의 안테나를 이용하여 k명의 사용자에게 신호를 전송하되, 상기 K번째 사용자 메시지에 대해 인코딩 과정을 수행한 후 K-1번째 사용자 메시지부터 역순으로 첫 번째 사용자 메시지를 더티 테입 코딩에 의해 인코딩을 수행하는 송신 시스템의 신호 전송 방법으로서,
    상기 K번째 사용자 메시지와 디더 신호의 연산을 수행하는 단계와,
    상기 송신 시스템의 채널 중 전체 평균 파워 제약이 있는 제 1 채널과 상기 안테나 당 평균 파워 제약이 있는 제 2 채널을 설정하는 단계와,
    상기 제 1 채널의 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 산출하는 단계와,
    상기 산출된 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 기반으로 상기 제 2 채널에서의 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 계산하는 단계와,
    상기 계산된 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 기반으로 설정된 MMSE 팩터값을 산출하는 단계와,
    상기 산출된 MMSE 팩터값을 이용하여 간섭 신호를 제거한 후 모듈로 연산을 수행하여 인코딩된 신호를 생성하는 단계와,
    상기 인코딩된 신호를 상기 M개의 안테나를 통해 전송하는 단계를 포함하는
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템의 신호 전송 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 채널의 빔 포밍 백터와 파워 분배 값을 산출하는 단계는,
    MAC-BC duality와 더티 페이퍼 코딩 기법을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템의 신호 전송 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 빔 포밍 벡터와 파워 분배 값을 계산하는 단계는,
    아래의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는
    Figure 112010072118295-pat00094
    (여기에서,
    Figure 112010072118295-pat00095
    ,
    Figure 112010072118295-pat00096
    은 제 2 채널의 빔포밍 벡터와 파워 분배 값,
    Figure 112010072118295-pat00097
    : 기 설정된 상수
    Figure 112010072118295-pat00098
    : 전체 평균 파워 제약)
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템의 신호 전송 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 MMSE 팩터 값을 산출하는 단계는,
    아래의 수학식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는
    Figure 112010072118295-pat00099
    (
    Figure 112010072118295-pat00100
    ,
    Figure 112010072118295-pat00101
    : 빔포밍 벡터와 파워 분배 값)
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템의 신호 전송 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기
    Figure 112010072118295-pat00102
    값들과 전체 평균 파워 제약(
    Figure 112010072118295-pat00103
    )은 바이너리 서치 알고리즘에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템의 신호 전송 방법.

  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는,
    상기 인코딩된 신호의 위상을 변화시킨 후 상기 위상이 변환된 인코딩된 신호에 상기 산출된 빔 포밍 벡터를 연산하는 단계와,
    상기 산출된 빔 포밍 벡터의 연산 결과 신호를 상기 M개의 스트림으로 나누어 상기 M개의 안테나 각각에 할당하는 단계와,
    상기 M개의 안테나 각각에서 상기 K개의 스트림을 더해 m번째 송신 신호를 구성하여 전송하는 단계를 포함하는
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템의 신호 전송 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 빔 포밍 벡터를 연산하는 단계는, 상기 인코딩된 신호를 기 설정된 각도(
    Figure 112010072118295-pat00104
    )만큼 회전시켜 위상을 변화시키는 것을 특징으로 하는
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템의 신호 전송 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 기 설정된 각도(
    Figure 112010072118295-pat00105
    )는
    아래의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는
    Figure 112010072118295-pat00106
    (상기 xk는 안테나에서 출력되는 신호)
    안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템의 신호 전송 방법.
KR1020100109337A 2010-11-04 2010-11-04 안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템과 이를 이용한 신호 전송 방법. KR101125042B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100109337A KR101125042B1 (ko) 2010-11-04 2010-11-04 안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템과 이를 이용한 신호 전송 방법.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100109337A KR101125042B1 (ko) 2010-11-04 2010-11-04 안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템과 이를 이용한 신호 전송 방법.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101125042B1 true KR101125042B1 (ko) 2012-03-21

Family

ID=46142039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100109337A KR101125042B1 (ko) 2010-11-04 2010-11-04 안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템과 이를 이용한 신호 전송 방법.

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101125042B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080024815A (ko) * 2006-09-15 2008-03-19 삼성전자주식회사 다중 안테나 시스템에서 더티 페이퍼 코딩을 이용하여간섭을 제거하기 위한 장치 및 방법
KR20080043928A (ko) * 2006-11-15 2008-05-20 엘지전자 주식회사 더티 페이퍼 코딩을 이용한 데이터 전송 방법 및 전송기
KR20090003000A (ko) * 2007-07-05 2009-01-09 삼성전자주식회사 다중 안테나 시스템에서 간섭 제거 장치 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080024815A (ko) * 2006-09-15 2008-03-19 삼성전자주식회사 다중 안테나 시스템에서 더티 페이퍼 코딩을 이용하여간섭을 제거하기 위한 장치 및 방법
KR20080043928A (ko) * 2006-11-15 2008-05-20 엘지전자 주식회사 더티 페이퍼 코딩을 이용한 데이터 전송 방법 및 전송기
KR20090003000A (ko) * 2007-07-05 2009-01-09 삼성전자주식회사 다중 안테나 시스템에서 간섭 제거 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100945341B1 (ko) 시분할 복신 시스템에서 주파수 영역 디스패치를 실현하는방법 및 통신시스템
US11128322B2 (en) Methods and devices for determination of beamforming information
TWI397271B (zh) 使用髒紙編碼之ｍｉｍｏ空氣介面
KR101373808B1 (ko) 다중안테나 시스템에서 빔포밍을 고려한 채널품질 정보를 결정하기 위한 장치 및 방법
TWI678113B (zh) 接收資料的方法、發射資料的方法及使用者設備
KR20100099800A (ko) 다중 안테나 시스템에서 다중 사용자 간섭 제거 방법 및 장치
JP6112257B2 (ja) ユーザ固有の参照信号送信方法および装置
KR101345387B1 (ko) 빔포밍을 이용한 무선 송수신 장치 및 방법
KR20150024109A (ko) 다중 안테나기반 신호 송수신 방법 및 장치
JP5276508B2 (ja) Ｍｉｍｏ送信装置
CN110612672B (zh) 用于使用低位模数转换器进行数据检测的设备和方法
KR101125042B1 (ko) 안테나당 최대 파워 제약이 있는 다수의 안테나 브로드캐스트 채널에서의 송신 시스템과 이를 이용한 신호 전송 방법.
KR101267569B1 (ko) 다중 안테나 시스템의 송신 장치 및 그 송신 방법
KR101048442B1 (ko) 다중 입출력 무선통신 시스템에서 스트림별 유효 신호대 잡음비 생성 장치 및 방법
KR100979935B1 (ko) 다중 입출력 무선통신 시스템에서 스트림별 유효 신호대잡음비 생성 장치 및 방법
JP6328021B2 (ja) 無線通信装置
JP6016607B2 (ja) 送信装置および符号化方法
JP7368495B2 (ja) 多重ビームシステムで偏波を用いた空間多重化方法及び装置
KR101417016B1 (ko) 시공간 부호를 사용한 통신 시스템에서 데이터 수신 장치및 방법
KR20080073432A (ko) 다중 안테나 시스템에서 간섭 제거 장치 및 방법
JP2005191878A (ja) 多素子アンテナ用送信装置
KR20080084093A (ko) 다중 안테나 무선통신 시스템에서 하향링크 스케줄링 장치및 방법
KR101510590B1 (ko) 다중 사용자 시스템의 보안 통신을 위한 장치 및 방법
Suarez-Casal et al. Transmission of analog correlated sources over MIMO fading channels
KR20110022259A (ko) 다중 사용자 ｍｉｍｏ 시스템에서 벡터 섭동 기반의 송신 다이버시티를 이용하는 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150226

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160225

Year of fee payment: 7