KR101199569B1 - Opportunistic interference aligned user selection in multiuser mimo interference channels - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 사용자가 존재하는 MIMO 간섭 채널에서의 기회적 간섭 정렬 방법으로서, 적어도 하나의 송신기가 각각 랜덤 빔을 브로드캐스트하는 단계와;상기 복수의 사용자가 각각 간섭 채널들의 상관을 상기 적어도 하나의 송신기에 피드백하는 단계와; 상기 적어도 하나의 송신기가, 상기 복수의 사용자 중 간섭 신호들이 가장 잘 정렬된 사용자를 선택하는 단계를 포함하여 이루어지는 기회적 간섭 정렬 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 방법은 또한 상기 선택된 사용자가 빔형성을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 사용자를 선택하는 단계 이후에 상기 선택된 사용자의 포스트프로세싱 벡터를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있어서, 종래의 기회적 사용자 선택 방식들에 비해 성능은 뛰어나면서도 피드백 정보의 양은 감소시킴과 아울러 계산의 복잡도를 현저히 낮춘다.A method for opportunistic interference alignment in a MIMO interference channel having a plurality of users, the method comprising: at least one transmitter each broadcasting a random beam; wherein the plurality of users each correlates the interference channels; Feeding back a transmitter of the apparatus; The at least one transmitter discloses a method of opportunistic interference alignment, comprising selecting a user whose interference signals are best aligned among the plurality of users. The method of opportunistic interference alignment according to the present invention may further include performing beamforming by the selected user, and further comprising calculating a postprocessing vector of the selected user after selecting the user. The performance is superior to conventional opportunistic user selection schemes, while reducing the amount of feedback information and significantly reducing the complexity of the calculation.

Description

다수 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 기회적 간섭 정렬 사용자 선택 방법{OPPORTUNISTIC INTERFERENCE ALIGNED USER SELECTION IN MULTIUSER MIMO INTERFERENCE CHANNELS}OPPORTUNISTIC INTERFERENCE ALIGNED USER SELECTION IN MULTIUSER MIMO INTERFERENCE CHANNELS}

본 발명은 무선 통신에서의 간섭 관리를 위한 간섭 정렬 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다수 사용자가 존재하는 MIMO 간섭 채널에서의 기회적 간섭 정렬 사용자 선택 방식에 관한 것이다.The present invention relates to an interference alignment technique for interference management in wireless communication, and more particularly, to an opportunistic interference alignment user selection scheme in a MIMO interference channel having multiple users.

높은 데이터 레이트에 대한 수요가 증가함에 따라, 무선 통신에서의 간섭 관리는 더더욱 중요해지고 있다. 그러나, 주파수 재사용, 직교화, 파워 컨트롤 등과 같은 종래의 간섭 관리 기술들은 높은 데이터 레이트 서비스에 의해 유발되는 간섭을 효율적으로 관리하기가 어려웠다. 이러한 간섭 관리에 있어서의 문제점은 통화구역방식(셀룰러 시스템) 내의 셀 에지 영역에서 심해진다. 높은 스펙트럼 효율성을 달성하기 위해서는 간섭 관리가 필수적임을 인지한 개발자들은 다양한 간섭 관리 기술들을 개발해왔다.As the demand for high data rates increases, interference management in wireless communications becomes even more important. However, conventional interference management techniques, such as frequency reuse, orthogonalization, power control, etc., have been difficult to efficiently manage the interference caused by high data rate services. This problem in interference management is exacerbated in the cell edge region in the call zone method (cellular system). Recognizing that interference management is essential to achieve high spectral efficiency, developers have developed a variety of interference management technologies.

최근, 간섭 정렬(interference alignment) 기술에 대한 관심이 높아지고 있는데, 이 간섭 정렬의 기본 개념은 수신기에서의 간섭 신호들이 서로 정렬되도록 송신기 및 수신기를 설계하는 것이다. 종래의 일 연구에 따르면, 2명의 사용자의 간섭 채널(IC)의 용량은 1 비트 내로 정해진다. 종래의 다른 연구에 따르면, K명의 사용자 간섭 채널(IC)의 자유도(DoF:degree of freedom)는 K/2가 된다. 또한, 또 다른 연구에서는 분산 시스템을 위한 반복 간섭 정렬 알고리즘이 제안되고, 업링크 셀룰러 네트워크 시스템을 위한 부분 공간(subspace) 간섭 정렬 기술이 제안되기도 한다.Recently, there is a growing interest in interference alignment technology, the basic concept of which is to design a transmitter and a receiver such that interference signals at the receiver are aligned with each other. According to one conventional study, the capacity of an interference channel (IC) of two users is set within 1 bit. According to another conventional study, the degrees of freedom (DoF) of K user interference channels (ICs) are K / 2. In addition, another study proposes an iterative interference alignment algorithm for a distributed system, and a subspace interference alignment technique for an uplink cellular network system.

그러나, 종래에 논의된 간섭 정렬 기술들은 송신기들 간에 채널 상태 정보를 공유함으로 인하여 엄청난 신호 오버헤드를 초래할 뿐만 아니라, 제한된 피드백 환경에서 채널 상태 정보가 부정확하여 간섭 정렬의 성능을 크게 약화시킬 수 있다. 게다가, 종래에 논의된 간섭 정렬 기술들은 계산까지 복잡하다는 단점이 존재한다.However, conventionally discussed interference alignment techniques not only incur significant signal overhead by sharing channel state information between transmitters, but also inaccurate channel state information in a limited feedback environment, which can greatly weaken the performance of interference alignment. In addition, there is a disadvantage that the interference alignment techniques discussed in the prior art are complicated to calculation.

상기에 제시된 단점들을 극복하기 위하여, 피드백 정보의 양을 줄이고 계산의 복잡도를 현저히 낮춤과 동시에 종래의 간섭 정렬 방식들보다 성능까지 뛰어난, 신규한 기회적 간섭 정렬 방법 및 기회적 간섭 정렬 사용자 선택 방식이 요구된다. In order to overcome the above-mentioned disadvantages, a novel opportunistic interference alignment method and an opportunistic interference alignment user selection method, which reduces the amount of feedback information and significantly lowers the complexity of the calculation, and outperforms conventional interference alignment schemes, Required.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 사용자가 존재하는 MIMO 간섭 채널에서의 기회적 간섭 정렬 방법으로서, 적어도 하나의 송신기가 각각 랜덤 빔을 브로드캐스트하는 단계와; 복수의 사용자가 각각 간섭 채널들의 상관을 적어도 하나의 송신기에 피드백하는 단계와; 적어도 하나의 송신기가, 복수의 사용자 중 간섭 신호들이 가장 잘 정렬된 사용자를 선택하는 단계를 포함하여 이루어지는 기회적 간섭 정렬 방법 개시한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for opportunistic interference alignment in a MIMO interference channel in which a plurality of users exist, the method comprising: at least one transmitter broadcasting a random beam; A plurality of users each feeding back a correlation of interfering channels to at least one transmitter; At least one transmitter discloses a method of opportunistic interference alignment, comprising selecting a user whose interference signals are best aligned among a plurality of users.

본 기회적 간섭 정렬 방법에서, 복수의 사용자가 적어도 하나의 송신기에 피드백하는 간섭 채널들의 상관은, 간섭 신호들이 정렬된 양 또는 척도를 나타낸다.In this opportunistic interference alignment method, the correlation of interference channels that a plurality of users feedback to at least one transmitter indicates the amount or measure by which the interference signals are aligned.

본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 방법은 선택된 사용자가 빔형성을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.The opportunistic interference alignment method according to the present invention may further include performing beamforming by the selected user.

본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 방법은, 사용자를 선택하는 단계 이후에 선택된 사용자의 포스트프로세싱 벡터를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.The opportunistic interference alignment method according to the present invention may further include calculating a postprocessing vector of the selected user after selecting the user.

본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 방법에서, 송신기들 간에는 정보 공유가 이루어지지 않는다.In the opportunistic interference alignment method according to the present invention, information sharing is not performed between transmitters.

본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 방법에서, 포스트프로세싱 벡터는 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)를 극대화하도록 정해질 수 있다.In the opportunistic interference alignment method according to the present invention, the postprocessing vector can be determined to maximize the signal to interference and noise ratio (SINR).

본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 방법에서, 포스트프로세싱 벡터는 간섭 대 잡음비(INR)를 최소화하도록 정해질 수 있다.In the opportunistic interference alignment method according to the present invention, the postprocessing vector can be determined to minimize the interference to noise ratio (INR).

본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 방법에서, 포스트프로세싱 벡터는 선택된 사용자가 별도의 자유도(extra DoF)를 이용하여 간섭을 없애기 위해 정렬된 신호의 널스페이스에 자신의 신호를 투사시킴에 의해 정해질 수 있다.In the opportunistic interference alignment method according to the present invention, the postprocessing vector is determined by projecting the user's signal in the null space of the aligned signal to eliminate the interference using a separate degree of freedom (Extra DoF). Can be.

본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 방법에서, 간섭 신호들은 하나의 단위 벡터로 양자화될 수 있다. 이 양자화는, 최적 양자화이거나, 서브옵티멀(suboptimal)양자화일 수 있다.In the opportunistic interference alignment method according to the present invention, the interference signals may be quantized into one unit vector. This quantization may be optimal quantization or suboptimal quantization.

본 발명은 또한 복수의 사용자가 존재하는 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 간섭 정렬 방법을 더 개시하는바, 이 하이브리드 간섭 정렬 방법은 적어도 하나의 송신기가 각각 랜덤 빔을 브로드캐스트하는 단계와; 복수의 사용자의 수신기가 각각 신호 대 잡음비(SNR)를 극대화하는 제1포스트프로세싱 벡터와, 별도의 자유도(extra DoF)를 이용하여 간섭을 없애기 위해 정렬된 신호의 널스페이스에 자신의 신호를 투사시킴에 의해 정해지는 제2포스트프로세싱 벡터를 찾아내는 단계와; 복수의 사용자의 수신기가 제1 및 제2포스트프로세싱 벡터에 대응되는 제1 및 제 2 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)를 계산하는 단계와; 복수의 사용자의 수신기가 상기 제1 및 제 2 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR) 중 더 큰 값의 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)를 적어도 하나의 송신기에 피드백하는 단계와; 적어도 하나의 송신기가, 복수의 사용자 중 피드백된 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)가 가장 큰 사용자를 선택하는 단계를 포함하여 이루어진다.The present invention further discloses a hybrid interference alignment method in a MIMO interference channel having a plurality of users, the hybrid interference alignment method comprising the steps of: at least one transmitter each broadcasting a random beam; Multiple receivers project their signals into null spaces of the aligned signals to eliminate interference using a first postprocessing vector that maximizes the signal-to-noise ratio (SNR) and a separate extra doF Finding a second postprocessing vector determined by the application; Calculating a first and second signal to interference and noise ratio (SINR) corresponding to the first and second postprocessing vectors by a plurality of receivers of the user; A receiver of a plurality of users feeding back a greater of the first and second signal to interference and noise ratios (SINRs) to at least one transmitter; The at least one transmitter comprises selecting a user among the plurality of users with the largest feedback signal to interference and noise ratio (SINR).

위 하이브리드 간섭 정렬 방법은, 본 발명의 신규한 간섭 정렬 방식과 종래의 최대 SNR(신호 대 잡음비) 사용자 선택 방식이 혼합된 것으로서, 선택된 사용자가 빔형성을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.The hybrid interference alignment method is a mixture of the novel interference alignment method of the present invention and the conventional maximum signal-to-noise ratio (SNR) user selection method, and may further include performing beamforming by the selected user.

본 발명은 제한된 피드백 환경에서의 기회적 사용자 선택에 기초한 실용적인 간섭 정렬 기술들을 제안하는 것으로서, 종래의 기회적 빔형성과는 다르게, 송신기에서 브로드캐스트된 랜덤 빔은 다른 송신기들을 위한 간섭 정렬 사용자 선택을 도와준다. 일단 간섭 정렬 사용자가 선택되면, 선택된 사용자는 구비된 수신 안테나로 빔형성을 수행한다. 간섭 정렬 사용자가 선택된 이후에 포스트프로세싱 벡터가 곱해지기 때문에, 모든 사용자들이 포스트프로세싱 벡터를 계산할 필요성이 없어지고 이에 따라 계산의 복잡도(complexity)가 종래의 기회적 사용자 선택 방식들에 비해 크게 감소한다.The present invention proposes practical interference alignment techniques based on opportunistic user selection in a limited feedback environment. Unlike conventional opportunistic beamforming, the random beam broadcast at the transmitter is capable of interference alignment user selection for other transmitters. help. Once the interference alignment user is selected, the selected user performs beamforming with the provided receive antenna. Since the postprocessing vector is multiplied after the interference alignment user has been selected, there is no need for all users to calculate the postprocessing vector, thereby greatly reducing the complexity of the calculation compared to conventional opportunistic user selection schemes.

상기에 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 사용자 선택 방식(OIAUS:Opportunistic Interference Aligned User Selection)을 포함하는 기회적 간섭 정렬 방법은 종래의 기회적 사용자 선택 방식들에 비해 성능은 뛰어나면서도 피드백 정보의 양은 감소시킴과 아울러 계산의 복잡도를 현저히 낮춘다.As described above, the opportunistic interference alignment method including the OAPUS (Opportunistic Interference Aligned User Selection) according to the present invention is superior in performance and feedback compared to conventional opportunistic user selection methods. The amount of information is reduced and the computational complexity is significantly reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3-사용자 간섭 채널이 구비된 시스템 모델을 간략하게 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 기회적 사용자 선택 방식들의 성능을 종래의 방식들의 성능과 비교하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, ISR=0.6일 때 본 발명에서 제안된 OIAUS 방식들과 종래의 방식들의 성능을 비교하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, SNR=10dB이고 ISR=0.7일 때 각 사용자 그룹 내의 사용자들의 수 K의 변화에 따른 사용자 선택 방식들의 성능을 종래의 방식들의 성능과 비교하여 도시한 도면이다.
1 is a schematic diagram illustrating a system model with a 3-user interference channel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the performance of various opportunistic user selection schemes according to an embodiment of the present invention compared with the performance of conventional schemes.
FIG. 3 is a diagram comparing the performance of the OIAUS schemes proposed in the present invention and the conventional schemes when ISR = 0.6 according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating performance of user selection schemes according to a change in the number K of users in each user group when SNR = 10dB and ISR = 0.7, in comparison with the performance of conventional schemes, according to an embodiment of the present invention. to be.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. In addition, for convenience of explanation, components may be exaggerated or reduced in size.

I. 시스템 모델I. System Model

이제 도 1을 참조해 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델로서, 2개의 안테나를 구비한 3개의 송신기(101, 102, 103)들 및 그에 대응되는 3 개의 사용자 그룹들(201, 202, 203)이 존재하는 3-사용자 간섭 채널(IC)이 도시되어 있다. 제1, 제2 및 제3 사용자 그룹(201, 202, 203)에는 2 개의 수신 안테나를 구비한 K명의 사용자들이 각각 존재한다. 송신기(101, 102, 103) 간의 정보 교환은 허용되지 않는다. 각 송신기(101, 102, 103)는 랜덤 빔을 브로드캐스트하고 K명의 사용자들 중 해당 송신기와 통신할 사용자를 기회적으로 선택한다. 따라서, 해당 송신기 및 선택된 수신기는 3-사용자 MIMO IC를 구축한다. 비록 송신기들(101, 102, 103)이 2 x 2 MIMO 채널을 통해 독립된 스트림들을 2개까지 지원할 수 있지만, 각 송신기는 각 수신기에서의 간섭 정렬을 위한 차원(dimension)을 보호하기 위하여 단일 스트림만을 송신한다. M개의 송신 안테나들과 N개의 수신 안테나들이 사용되는 경우에는, 달성가능한 최대 자유도(DoF:degrees of freedom)를 달성하기 위하여 MN/(M+N-1) 개의 스트림들이 송신될 수 있다. Referring now to Figure 1, as a system model according to an embodiment of the present invention, three transmitters (101, 102, 103) with two antennas and corresponding three user groups (201, 202) 203 is shown where there is a three-user interference channel (IC). In the first, second and third user groups 201, 202 and 203, there are K users each having two receive antennas. The exchange of information between the transmitters 101, 102, 103 is not allowed. Each transmitter (101, 102, 103) broadcasts a random beam and opportunistically selects among the K users to communicate with that transmitter. Thus, the transmitter and the selected receiver build a three-user MIMO IC. Although the transmitters 101, 102, 103 can support up to two independent streams over a 2 x 2 MIMO channel, each transmitter only has a single stream to protect the dimensions for interference alignment at each receiver. Send. When M transmit antennas and N receive antennas are used, MN / (M + N−1) streams may be transmitted to achieve maximum degrees of freedom (DoF) that can be achieved.

i번째 송신기에서의 랜덤 단위 빔형성(beamforming) 벡터를 wi로 놓으면, wi는 조건

Figure 112010063973430-pat00001
을 만족하고, 이때 i번째 송신기에 대한 i번째 사용자 그룹 내의 k번째 사용자에서 수신된 신호는 다음과 같이 주어진다.If we set the random unit beamforming vector at the i th transmitter to w i , w i is a condition.
Figure 112010063973430-pat00001
Is satisfied, and the signal received at the k-th user in the i-th user group for the i-th transmitter is given by

Figure 112010063973430-pat00002
Figure 112010063973430-pat00002

위 식에서,

Figure 112010063973430-pat00003
는 j번째 송신기로부터 i번째 사용자 그룹 내의 k번째 사용자로의 채널 행렬을 나타내고,
Figure 112010063973430-pat00004
의 각 성분은 평균이 0이고 분산이 1인 i.i.d(independent and identically distributed) 복소 가우시안 확률 변수이다. i번째 송신기로부터의 송신 신호는 xi로 표시되고 이는
Figure 112010063973430-pat00005
로 주어지는 송신 파워 제약조건을 만족하며,
Figure 112010063973430-pat00006
는 0의 평균과 단위 복소 공분산 행렬
Figure 112010063973430-pat00007
을 갖는 복소 가우시안 분포를 따르는 가우시안 잡음을 나타낸다. α는 간섭 채널들의 상대적인 전파 경로 손실을 나타낸다. 각 간섭 송신기로부터 수신된 평균 간섭 파워가
Figure 112010063973430-pat00008
가 되므로, α는
Figure 112010063973430-pat00009
와 같이 정해지고, 간섭 대 신호 파워 비(ISR)를 나타낸다. 이 식에서, INR은 간섭 대 잡음 비를 나타내고, SNR은 신호 대 잡음비를 나타낸다. 포스트프로세싱 벡터
Figure 112010063973430-pat00010
를 이용하여, 포스트프로세싱 후에 수신된 신호는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다:In the above equation,
Figure 112010063973430-pat00003
Denotes the channel matrix from the j th transmitter to the k th user in the i th user group,
Figure 112010063973430-pat00004
Each component of is an iid (independent and identically distributed) complex Gaussian random variable with mean 0 and variance 1. The transmitted signal from the i th transmitter is denoted by x i , which is
Figure 112010063973430-pat00005
Satisfies the transmit power constraint given by
Figure 112010063973430-pat00006
Is a unit complex covariance matrix with mean of 0
Figure 112010063973430-pat00007
Represents a Gaussian noise that follows a complex Gaussian distribution. α represents the relative propagation path loss of the interfering channels. The average interference power received from each interfering transmitter
Figure 112010063973430-pat00008
Since α is
Figure 112010063973430-pat00009
And denotes the interference-to-signal power ratio (ISR). In this equation, INR represents the interference-to-noise ratio and SNR represents the signal-to-noise ratio. Postprocessing vector
Figure 112010063973430-pat00010
Using, the signal received after postprocessing can be represented as:

Figure 112010063973430-pat00011
Figure 112010063973430-pat00011

여기서, 상첨자

Figure 112010063973430-pat00012
는 복소 공액 전치(conjugate transpose)를 나타낸다. 따라서, 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal-to-Interference plus Noise Ratio; SINR)는 다음과 같은 식으로 정해진다.Where superscript
Figure 112010063973430-pat00012
Denotes conjugate conjugate transpose. Therefore, signal-to-interference plus noise ratio (SINR) is determined as follows.

Figure 112010063973430-pat00013
Figure 112010063973430-pat00013

Ⅱ. 종래의 기회적 사용자 선택 방식Ⅱ. Conventional Opportunity User Choice

각 송신기가 단지 단일 스트림만을 전송하기 때문에, 수신기들은 주어진 사용자 선택 방식에 따라 포스트프로세싱 벡터

Figure 112010063973430-pat00014
를 최적화할 수 있다. 본 발명에 따른 간섭 정렬 사용자 선택 방식의 이점을 설명하기 위하여, 본 섹션에서는 현재 논의되고 있는 3가지 기회적 사용자 선택 기준과 그에 대응하는 포스트프로세싱 벡터 설계를 언급하고자 한다.Since each transmitter only transmits a single stream, receivers postprocess the vector according to a given user-selected scheme.
Figure 112010063973430-pat00014
Can be optimized. To illustrate the benefits of the interference alignment user selection scheme in accordance with the present invention, this section refers to three opportunistic user selection criteria that are currently discussed and corresponding postprocessing vector designs.

A. 최대 SNR 사용자 선택(MAX-SNR)A. Maximum SNR User Selection (MAX-SNR)

최대 SNR 사용자 선택 방식에서는, 간섭에 관계없이 SNR이 가장 높은 사용자가 선택된다. 각 사용자는 SNR을 극대화하는 포스트프로세싱 벡터를 이용하고 포스트-프로세싱 SNR을 송신기에 피드백한다. i번째 그룹의 j번째 사용자의 포스트프로세싱 벡터는

Figure 112010063973430-pat00015
과 같이 주어지고, 이에 대응되는 SNR은
Figure 112010063973430-pat00016
이 된다.In the maximum SNR user selection scheme, the user with the highest SNR is selected regardless of the interference. Each user uses a postprocessing vector that maximizes the SNR and feeds back the post-processing SNR to the transmitter. The postprocessing vector of the j user in the i group is
Figure 112010063973430-pat00015
And the corresponding SNR is
Figure 112010063973430-pat00016
.

B. 최대 INR 사용자 선택(MIN-INR)B. Maximum INR user selection (MIN-INR)

이 방식에서는, 포스트프로세싱 이후의 INR에 근거하여 사용자 선택이 이루어지는바, 각 사용자는 그들의 INR을 송신기에 피드백하고 INR이 가장 낮은 사용자가 선택된다. INR 최소화에 대한, i번째 사용자 그룹 내의 k번째 사용자의 포스트프로세싱 벡터는 다음과 같이 주어진다:In this way, user selection is made based on the INR after postprocessing, where each user feeds back their INR to the transmitter and the user with the lowest INR is selected. For INR minimization, the postprocessing vector of the k th user in the i th user group is given by:

Figure 112010063973430-pat00017
Figure 112010063973430-pat00017

여기서,

Figure 112010063973430-pat00018
는 최소 고유값
Figure 112010063973430-pat00019
에 대응되는 행렬
Figure 112010063973430-pat00020
의 고유벡터이다. 포스트프로세싱 후의 INR은
Figure 112010063973430-pat00021
이 된다. 모든 사용자들은 최소 고유값과 그에 대응되는 고유벡터들을 찾아내기 위해 고유값분해(EVD)를 수행할 필요가 있다.here,
Figure 112010063973430-pat00018
Is the minimum eigenvalue
Figure 112010063973430-pat00019
Matrix corresponding to
Figure 112010063973430-pat00020
. INR after postprocessing
Figure 112010063973430-pat00021
. All users need to perform eigenvalue decomposition (EVD) to find the minimum eigenvalues and their corresponding eigenvectors.

C. 최대 SINR 사용자 선택(MAX-SINR)C. Maximum SINR User Choice (MAX-SINR)

이 선택 방식에서는, 사용자는 포스트프로세싱 후에 SINR을 극대화하도록 선택될 수 있다. i번째 사용자 그룹 내의 k번째 사용자의 포스트프로세싱 벡터는 다음과 같이 주어진다.In this selection scheme, the user may be selected to maximize SINR after postprocessing. The postprocessing vector of the k-th user in the i-th user group is given by

Figure 112010063973430-pat00022
Figure 112010063973430-pat00022

여기서, Vmax(?)는 최대 고유값에 대응되는 행렬 (?)의 고유벡터이다. Here, Vmax (?) Is the eigenvector of the matrix (?) Corresponding to the maximum eigenvalue.

또한,

Figure 112010063973430-pat00023
이다.Also,
Figure 112010063973430-pat00023
to be.

송신기에 피드백되는 SINR 값은

Figure 112010063973430-pat00024
이 되고, 여기서 λmax(?)는 행렬 (?)의 최대 고유값이다. MIN-INR 선택과 유사하게, 모든 사용자들은 최대 SINR을 가진 사용자를 선택하기 위하여 행렬 역변환을 따라 EVD를 수행하여야 한다.The SINR value fed back to the transmitter
Figure 112010063973430-pat00024
Where λ max (?) Is the maximum eigenvalue of the matrix (?). Similar to the MIN-INR selection, all users must perform an EVD along the matrix inverse transformation to select the user with the maximum SINR.

Ⅲ. 본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 사용자 선택 방식Ⅲ. Opportunity Interference Alignment User Selection Method According to the Invention

본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 사용자 선택(OIAUS)은, 간섭 신호들이 서로 가장 잘 정렬된 상태의 사용자를 선택한다. 정렬의 양은 간섭 신호들 간의 상관에 의해 측정된다. 특히, i번째 사용자 그룹 내의 k번째 사용자의 간섭 신호들의 상관은 다음 식과 같이 주어진다.The opportunistic interference alignment user selection (OIAUS) according to the present invention selects a user whose interference signals are best aligned with each other. The amount of alignment is measured by the correlation between the interfering signals. In particular, the correlation of the interference signals of the k-th user in the i-th user group is given by the following equation.

Figure 112010063973430-pat00025
Figure 112010063973430-pat00025

비록 간섭 신호들의 수가 수신기에서의 간섭 취소를 위한 자유도보다 크지만, 다른 송신기들로부터의 간섭 신호들은 사용자 수가 증가함에 따라 더욱 쉽게 취소될 수 있는데, 이는 간섭 신호들이 잘 정렬된 사용자를 선택할 기회가 커지기 때문이다. MIMO BC에서의 기회적 빔 형성과는 달리, 본 발명에 따른 기회적 간섭 정렬 사용자 선택에서는 송신기의 랜덤 빔은 해당 송신기가 아닌, 다른 송신기들이 간섭 신호들이 가장 잘 정렬된 사용자들을 선택하는 것을 도와준다.Although the number of interfering signals is greater than the degree of freedom for canceling interference at the receiver, interfering signals from other transmitters can be more easily canceled as the number of users increases, which increases the chance of selecting a user with well-aligned interfering signals. Because. Unlike opportunistic beamforming in MIMO BC, in the opportunistic interference alignment user selection according to the present invention, the random beam of the transmitter helps other transmitters other than the transmitter to select the users whose interference signals are best aligned. .

일단 송신기가 간섭 정렬된 사용자를 선택하면, 선택된 사용자 측의 포스트프로세싱 벡터는 다양한 기준에 따라 정해질 수 있는바, 하기에 이에 대한 여러 실시예들이 기준으로서 제시된다.Once the transmitter selects the interference aligned user, the postprocessing vector on the selected user's side can be determined according to various criteria, as several embodiments are presented below as reference.

A. OIAUS 후의 SINR 극대화 (OIAUS-SINR)A. Maximizing SINR after OIAUS (OIAUS-SINR)

본 실시예에서, 선택된 사용자는 적절한 포스트프로세싱 벡터를 적용함에 의해 SINR을 극대화한다. i번째 사용자 그룹 내에서 선택된 사용자 k에 대해, SINR 극대화를 위한 포스트프로세싱 벡터

Figure 112010063973430-pat00026
는 다음 식과 같이 정해진다.In this embodiment, the selected user maximizes SINR by applying the appropriate postprocessing vector. Postprocessing vector to maximize SINR for selected user k in the i th user group
Figure 112010063973430-pat00026
Is determined by the following equation.

Figure 112010063973430-pat00027
Figure 112010063973430-pat00027

상기 식을 보면, 최종 식은 위에서 소개한 최대 SINR 사용자 선택(MAX-SINR)과 동일하고 행렬 역변환 및 고유값분해(EVD)를 필요로 하는 것은 동일하나, MAX-SINR과는 달리 포스트프로세싱 벡터의 계산은 모든 사용자가 아닌 선택된 사용자에 대해서만 수행되면 된다는 차이점이 존재함을 이해해야 한다.Looking at the above equation, the final equation is the same as the maximum SINR user selection (MAX-SINR) introduced above and requires the same matrix inverse transform and eigenvalue decomposition (EVD), but unlike the MAX-SINR calculation of the postprocessing vector It is to be understood that the difference is that the operation only needs to be performed for the selected user and not all users.

B. OIAUS 이후의 INR 최소화 (OIAUS-INR)B. Minimize INR after OIAUS (OIAUS-INR)

이번 실시예에서는, 포스트프로세싱 벡터의 설계 기준이 INR을 최소화하는 것일 경우에, i번째 사용자 그룹 내의 k번째 사용자의 포스트프로세싱 벡터는 다음 식과 같이 주어진다.In this embodiment, when the design criterion of the postprocessing vector is to minimize INR, the postprocessing vector of the kth user in the ith user group is given by the following equation.

Figure 112010063973430-pat00028
Figure 112010063973430-pat00028

이 포스트프로세싱 벡터는 위에서 소개한 최대 INR 사용자 선택(MIN-INR)에서의 포스트프로세싱 벡터와 동일하지만, MIN-INR과는 달리 모든 사용자들이 포스트프로세싱 벡터를 계산할 필요는 없다는 차이점이 존재하고, 이에 따라 고유값분해는 단지 선택된 사용자 측에서만 수행하면 된다.This postprocessing vector is the same as the postprocessing vector at the maximum INR user selection (MIN-INR) introduced above, with the difference that unlike MIN-INR, not all users need to calculate the postprocessing vector. Eigenvalue decomposition only needs to be performed on the selected user side.

C. 정렬된 간섭 채널의 널스페이스에 투사(projection)C. Projection on nullspaces of aligned interference channels

2 x 2 MIMO 채널을 통해 송신기로부터 단일 데이터 스트림만이 송신되기 때문에, 본 실시예에서는, 선택된 사용자는 별도의 자유도(extra DoF)를 이용하여 간섭을 없애기 위해 정렬된 신호의 널스페이스에 자신의 신호를 투사시킨다. 그러나, 사용자 수가 제한적일 때에는 간섭 신호들이 완벽하게 정렬되기는 쉽지 아니하므로, 간섭 신호들은 하나의 단위 벡터(

Figure 112010063973430-pat00029
, i번째 사용자 그룹 내의 k번째 사용자)로 양자화되어야 한다. 이때, 투사 행렬
Figure 112010063973430-pat00030
Figure 112010063973430-pat00031
과 같이 정해진다.Since only a single data stream is transmitted from the transmitter over a 2 x 2 MIMO channel, in this embodiment, the selected user has his or her own in the nullspace of the aligned signal to eliminate interference using extra degrees of freedom (extra DoF). Project the signal. However, when the number of users is limited, the interference signals are not easy to be perfectly aligned.
Figure 112010063973430-pat00029
, the k-th user in the i-th user group). Where the projection matrix
Figure 112010063973430-pat00030
silver
Figure 112010063973430-pat00031
Is determined as follows.

여기서, I는 고유 행렬이다. 이에 따라, 포스트프로세싱 벡터는 하기 식과 같이 유도된다.Where I is the eigen matrix. Accordingly, the postprocessing vector is derived as in the following equation.

Figure 112010063973430-pat00032
Figure 112010063973430-pat00032

2개의 간섭 신호들의 양자화 벡터

Figure 112010063973430-pat00033
는, 하기와 같이 최적으로 얻어지거나 서브옵티멀(suboptimal)하게 얻어질 수 있다.Quantization Vector of Two Interfering Signals
Figure 112010063973430-pat00033
May be optimally obtained or suboptimally obtained as follows.

1) 최적 양자화: 2개의 간섭 신호들로 상관을 최대화함에 따라 최적 양자화벡터(

Figure 112010063973430-pat00034
)가 구축되어,
Figure 112010063973430-pat00035
과 같은 식을 얻어낼 수 있다. 여기서,
Figure 112010063973430-pat00036
는 i번째 사용자 그룹 내의 k번째 사용자 측에서 인지된 간섭이고, 위에서 소개한 MIN-INR의 식에 기술되어 있다. 투사는 간섭으로부터의 영향을 최소화하기 위한 것이므로, 최적 양자화벡터(
Figure 112010063973430-pat00037
)를 구비한 포스트프로세싱 벡터는 OIAUS-INR에서 INR을 최소화하는 포스트프로세싱 벡터와 동일해진다.1) Optimal Quantization: The optimal quantization vector (
Figure 112010063973430-pat00034
) Is built,
Figure 112010063973430-pat00035
You can get something like here,
Figure 112010063973430-pat00036
Is the perceived interference at the k-th user side in the i-th user group and is described in the MIN-INR equation introduced above. Since the projection is intended to minimize the effects from the interference, the optimal quantization vector (
Figure 112010063973430-pat00037
Postprocessing vector with) becomes the same as postprocessing vector that minimizes INR in OIAUS-INR.

2) 서브옵티멀(suboptimal) 양자화(OIAUS-AVG): 최적 양자화벡터(

Figure 112010063973430-pat00038
)를 얻어내는 과정은 고유값분해(EVD) 수행을 필요로 하므로, 계산의 복잡성을 감소시키기 위해 2개의 간섭 신호들의 양자화를 보다 단순화시키는 방안을 고려할 수 있다. 선택된 사용자 측에서의 2 개의 간섭 채널 벡터들이
Figure 112010063973430-pat00039
Figure 112010063973430-pat00040
라면, 평균 간섭 벡터는
Figure 112010063973430-pat00041
이 되고, 이는 효율적 간섭 신호 벡터로 간주된다. 그러므로, 간섭 신호들에 대한 양자화된 기저 벡터는
Figure 112010063973430-pat00042
가 되고, 포스트프로세싱 벡터는
Figure 112010063973430-pat00043
Figure 112010063973430-pat00044
프로세서를 거쳐 정해진다. 이 단순화된 양자화는 단지 선형 연산만을 필요로 하므로, 다른 방식들에 비해 계산이 훨씬 단순해진다. 사용자들의 수가 무한하게 커짐에 따라, 간섭 신호들의 서브옵티멀 양자화는 최적 양자화에 가까워지는데, 이는 간섭 신호들의 평균 각도가 K와 함께 감소하기 때문이다. 2) Suboptimal Quantization (OIAUS-AVG): Optimal Quantization Vector (
Figure 112010063973430-pat00038
) Requires performing eigenvalue decomposition (EVD), so we may consider a way to simplify the quantization of the two interfering signals to reduce the computational complexity. Two interference channel vectors at the selected user side
Figure 112010063973430-pat00039
and
Figure 112010063973430-pat00040
, The mean interference vector is
Figure 112010063973430-pat00041
This is regarded as an efficient interference signal vector. Therefore, the quantized basis vector for interfering signals
Figure 112010063973430-pat00042
And the postprocessing vector
Figure 112010063973430-pat00043
And
Figure 112010063973430-pat00044
Determined by the processor. This simplified quantization only requires linear operations, which makes the calculation much simpler than the other schemes. As the number of users grows infinitely, the sub-optimal quantization of the interfering signals approaches the optimal quantization because the average angle of the interfering signals decreases with K.

D. OIAUS-AVG와 MAX-SNR이 혼합된 하이브리드 방식D. Hybrid with OIAUS-AVG and MAX-SNR

본 발명에서 제안된 OIAUS는 간섭 제한적인 환경, 즉 SNR이 높은 영역에서 섹션 Ⅱ의 A에 설명된 종래의 MAX-SNR 사용자 선택 방식보다 복잡도가 크게 감소하여 우수한 성능을 보일 것으로 예측된다. 그러나, SNR이 낮은 영역에서는 MAX-SNR 사용자 선택이 최적의 방식일 수 있음이 알려져 있다.The OIAUS proposed in the present invention is expected to show excellent performance due to a significant reduction in complexity compared to the conventional MAX-SNR user selection scheme described in Section II A in an interference limited environment, that is, an area with high SNR. However, it is known that MAX-SNR user selection may be optimal in low SNR regions.

MRC 수신기들은 OIAUS-AVG와 유사하게 단지 선형 연산만을 필요로 하므로, 복잡도의 증가를 최소화하면서 성능을 개선하기 위하여 OIAUS-AVG와 MAX-SNR이 결합된 하이브리드 방식을 고려해 볼 수 있다. 특히, 각 수신기는 2개의 프로세싱 벡터,

Figure 112010063973430-pat00045
Figure 112010063973430-pat00046
를 찾아낸다. 이때, 각 수신기는 프로세싱 벡터들에 대응되는 SINR을 계산하고
Figure 112010063973430-pat00047
와 같이 둘 중 더 큰 값을 송신기에 피드백한다. 여기서, SINR(v')는 포스트프로세싱 벡터로서 v'를 사용한 SINR 값이다. 최종적으로, 각 송신기는 최대 SINR을 가진 사용자를 선택한다.MRC receivers require only linear operations, similar to OIAUS-AVG, so we can consider a hybrid scheme that combines OIAUS-AVG and MAX-SNR to improve performance while minimizing the increase in complexity. In particular, each receiver has two processing vectors,
Figure 112010063973430-pat00045
Wow
Figure 112010063973430-pat00046
Find it. In this case, each receiver calculates an SINR corresponding to the processing vectors.
Figure 112010063973430-pat00047
Feedback the larger of the two to the transmitter. Here, SINR (v ') is an SINR value using v' as a postprocessing vector. Finally, each transmitter selects the user with the maximum SINR.

E. 복잡도(Complexity) 분석E. Complexity Analysis

하기의 표1을 참조해 보면, 상기에 설명된 각 방식의 복잡도가 요약되어 있다. N은 수신 안테나의 수를 나타내고, CI는 채널 반전(inversion)에 대한 연산을 나타낸다. 종래의 MAX-SNR 사용자 선택에 있어서, 모든 사용자는 SNR을 극대화하는 포스트프로세싱 벡터를 이용하여 자신의 SNR을 계산하고, 따라서 복잡도는

Figure 112010063973430-pat00048
이 되고,
Figure 112010063973430-pat00049
는 big-O 표기법이다. 일반적으로, n x n 정방행렬의 채널 반전은
Figure 112010063973430-pat00050
연산들을 필요로 하고, m x n 행렬의 SVD는
Figure 112010063973430-pat00051
연산들을 필요로 한다. 따라서, MAX-SINR 방식 및 MIN-INR 방식의 복잡도는
Figure 112010063973430-pat00052
이 된다.Referring to Table 1 below, the complexity of each approach described above is summarized. N represents the number of receive antennas, and CI represents the operation for channel inversion. In conventional MAX-SNR user selection, all users calculate their SNR using a postprocessing vector that maximizes the SNR, so the complexity is
Figure 112010063973430-pat00048
Lt; / RTI &
Figure 112010063973430-pat00049
Is the big-O notation. In general, the channel inversion of the nxn square matrix is
Figure 112010063973430-pat00050
Operations, and SVD of an m-by-n matrix
Figure 112010063973430-pat00051
Requires operations. Therefore, the complexity of the MAX-SINR and MIN-INR methods
Figure 112010063973430-pat00052
.

간섭 채널들의 상관을 계산하기 위해서는 모든 사용자들에 대해

Figure 112010063973430-pat00053
차수(order)에서 연산을 해야하므로, OIAUS는
Figure 112010063973430-pat00054
연산들을 필요로 한다. 포스트프로세싱 벡터에 따라, OIAUS의 복잡도는 증가한다. OIAUS-SINR 방식 및 OIAUS-INR 방식에 있어서, 선택된 사용자는 빔 형성 벡터들을 계산하는데, 이 계산에 있어서 채널 반전 및 EVD를 위해
Figure 112010063973430-pat00055
연산들이 요구된다. OIAUS-AVG 방식에서는, 포스트프로세싱 벡터를 찾는 과정의 복잡도는 간섭 신호 벡터들의 단순화된 양자화로 인하여
Figure 112010063973430-pat00056
이 된다. 모든 사용자가 2개의 빔 형성 벡터들을 찾아야 하지만, 하이브리드 방식에서는 각 사용자가 2 개의 빔 형성 벡터를 찾아내는 과정은 단지
Figure 112010063973430-pat00057
연산만을 필요로 하므로, 하이브리드 방식의 복잡도는
Figure 112010063973430-pat00058
이 된다. For all users to calculate the correlation of the interfering channels
Figure 112010063973430-pat00053
Since we need to operate on orders, OIAUS
Figure 112010063973430-pat00054
Requires operations. Depending on the postprocessing vector, the complexity of OIAUS increases. In the OIAUS-SINR scheme and the OIAUS-INR scheme, the selected user calculates beamforming vectors, for channel inversion and EVD in this calculation.
Figure 112010063973430-pat00055
Operations are required In the OIAUS-AVG scheme, the complexity of finding the postprocessing vector is due to the simplified quantization of the interfering signal vectors.
Figure 112010063973430-pat00056
. Every user must find two beamforming vectors, but in a hybrid approach, the process for each user finding two beamforming vectors is only
Figure 112010063973430-pat00057
Because it only requires computation, the complexity of the hybrid approach
Figure 112010063973430-pat00058
.

Figure 112010063973430-pat00059
Figure 112010063973430-pat00059

Ⅳ. 수치적 해석 및 결과IV. Numerical Analysis and Results

본 섹션에서는, 종래의 사용자 선택 방식들과 본 발명의 OIAUS의 성능을 비교 및 평가하고자 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 기회적 사용자 선택 방식들의 성능을 도시한 것으로서, ISR (α)는 0.2로, 사용자 수 K는 10으로 설정된다. 도 2에서, 간섭 정렬 사용자 선택 방식이 MIN-INR 사용자 선택 방식보다 복잡도는 훨씬 낮으면서도 비슷한 성능을 보인다는 점이 도시되어 있다. 단순화된 양자화에 의한 OIAUS-AVG의 성능 약화는 OIAUS-INR와 비교할 때 미미한 것임을 알 수 있다. 또한, 도 2에서는 SNR이 높은 영역에서 본 발명에서 제안된 OIAUS가 종래의 MAX-SNR보다 훨씬 나은 성능을 보여주고 있다. 그리고, SNR이 낮은 영역에서 성능을 개선하기 위한 하이브리드 방식은 종래의 MAX-SNR 및 MIN-INR 사용자 선택 방식들보다 거의 모든 SNR 영역에서 성능이 우수함을 알 수 있다. 즉, 본 발명에서 제안된 OIAUS 방식들은 주목할만한 성능을 보여주면서도 종래의 MAX-SNR 및 MIN-INR보다 복잡도가 훨씬 낮음을 이해해야 한다.In this section, we will compare and evaluate the performance of the OIAUS of the present invention with conventional user selection schemes. 2 illustrates the performance of various opportunistic user selection schemes in accordance with one embodiment of the present invention, where the ISR (α) is set to 0.2 and the number of users K is set to 10. FIG. In FIG. 2, it is shown that the interference alignment user selection scheme shows similar performance with much lower complexity than the MIN-INR user selection scheme. It can be seen that the performance degradation of OIAUS-AVG by simplified quantization is insignificant compared to OIAUS-INR. In addition, in FIG. 2, the OIAUS proposed in the present invention shows a much better performance than the conventional MAX-SNR in a high SNR region. In addition, it can be seen that a hybrid scheme for improving performance in a low SNR region has better performance in almost all SNR regions than the conventional MAX-SNR and MIN-INR user selection schemes. That is, it is to be understood that the OIAUS schemes proposed in the present invention show notable performance but are much lower in complexity than the conventional MAX-SNR and MIN-INR.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, ISR=0.6일 때 본 발명에서 제안된 OIAUS 방식들과 종래의 방식들의 성능을 도시하고 있다. 사용자 수와 다른 구성들은 도 2와 모두 동일하다. 도 2에 비해 ISR이 증가하였으므로, 간섭이 더욱 중요해지고 MAX-SNR의 성능이 크게 약화된다. 본 발명에서 제안된 OIAUS 방식들은 종래의 MIN-INR 사용자 선택방식과 유사한 성능을 나타낸다.3 illustrates the performance of the OIAUS schemes and conventional schemes proposed in the present invention when ISR = 0.6, according to an embodiment of the present invention. The number of users and other configurations are the same as in FIG. Since the ISR is increased compared to Fig. 2, the interference becomes more important and the performance of the MAX-SNR is greatly weakened. The OIAUS schemes proposed in the present invention exhibit similar performance to the conventional MIN-INR user selection scheme.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, SNR=10dB이고 ISR=0.7일 때 각 그룹 내의 사용자들의 수 K의 변화에 따른 사용자 선택 방식들의 성능을 도시하고 있다. 도 4를 참조해 보면, 사용자들 수가 증가함에 따라 본 발명에 따른 OIAUS 방식들이 종래의 MIN-INR 사용자 선택 방식과 유사한 성능 스케일을 보여주고 있다.종래의 MAX-SINR 사용자 선택 방식과 본 발명에서 제안된 하이브리드 방식 간의 성능 차이는 K와 함께 커지지만, K값이 증가함에 따라 종래의 MAX-SINR 사용자 선택 방식의 복잡도는 본 발명에서 제안된 하이브리드 방식보다 훨씬 빨리 증가한다. 4 illustrates the performance of user selection schemes according to the change in the number K of users in each group when SNR = 10dB and ISR = 0.7, according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, as the number of users increases, the OIAUS schemes according to the present invention show a performance scale similar to that of the conventional MIN-INR user selection scheme. The conventional MAX-SINR user selection scheme and the present invention are proposed. While the performance difference between the hybrid schemes increases with K, as the K value increases, the complexity of the conventional MAX-SINR user selection scheme increases much faster than the hybrid scheme proposed in the present invention.

상기에서, 본 발명에 따라, MIMO 간섭 채널들에서의 기회적인 사용자 선택에 근거한 실용적인 간섭 정렬 방식인, 이른바 기회적 간섭 정렬 사용자 선택 방식(OIAUS)을 제안 및 설명하였다. 최적 포스트프로세싱 벡터 및 서브옵티멀 포스트프로세싱 벡터를 또한 분석하였으며, 상기에 나타난 수식적 결과 및 수치적 결과는 본 발명에 따른 OIAUS가 종래의 기회적 사용자 선택 방식들에 비해 주목할만한 성능을 보여주면서도, 피드백 정보의 양을 엄청나게 감소시킬 뿐만 아니라 계산의 복잡도까지 현저하게 감소시켰음을 여실히 보여주고 있다. 또한, OIAUS와 MAX-SNR 방식이 결합된 하이브리드 방식은 SNR이 낮은 영역에서 특히 복잡도의 증가는 최소화하면서도 엄청난 성능 향상을 이루어냈음을 보여주고 있다. In the above, according to the present invention, a so-called opportunistic interference alignment user selection scheme (OIAUS), which is a practical interference alignment scheme based on opportunistic user selection in MIMO interference channels, has been proposed and described. The optimal postprocessing vector and the sub-optimal postprocessing vector were also analyzed, and the mathematical and numerical results presented above provide feedback, while the OIAUS according to the present invention shows notable performance compared to conventional opportunistic user selection schemes. Not only does it significantly reduce the amount of information, it also shows that it has significantly reduced the complexity of the computation. In addition, the hybrid method, which combines OIAUS and MAX-SNR methods, has shown tremendous performance improvements, especially in areas of low SNR, with minimal increase in complexity.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (9)

복수의 사용자가 존재하는 MIMO 간섭 채널에서의 기회적 간섭 정렬 방법으로서,
적어도 하나의 송신기가 각각 랜덤 빔을 브로드캐스트하는 단계와;
상기 복수의 사용자의 수신기가 각각 간섭 채널들의 상관을 상기 적어도 하나의 송신기에 피드백하는 단계와;
상기 적어도 하나의 송신기가, 상기 복수의 사용자 중 간섭 신호들이 가장 잘 정렬된 사용자를 선택하는 단계와;
상기 선택된 사용자의 포스트프로세싱 벡터를 계산하는 단계를 포함하고,
상기 간섭 신호들이 가장 잘 정렬된 사용자는 상기 간섭 신호들 간의 상관에 의하여 결정되고,
상기 포스트프로세싱 벡터는 상기 선택된 사용자가 별도의 자유도(extra DoF)를 이용하여 간섭을 없애기 위해 정렬된 신호의 널스페이스에 자신의 신호를 투사시킴에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 기회적 간섭 정렬 방법.
An opportunistic interference alignment method in a MIMO interference channel having a plurality of users,
At least one transmitter each broadcasting a random beam;
The receiver of the plurality of users respectively feeding back correlation of interfering channels to the at least one transmitter;
Selecting, by the at least one transmitter, a user whose interference signals are best aligned among the plurality of users;
Calculating a postprocessing vector of the selected user,
The user with the best alignment of the interference signals is determined by the correlation between the interference signals,
The postprocessing vector is an opportunistic interference alignment method, wherein the selected user is determined by projecting his or her signal in a null space of an aligned signal to eliminate interference by using an extra degree of freedom. .
제1항에 있어서,
상기 선택된 사용자가 빔형성을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기회적 간섭 정렬 방법.
The method of claim 1,
And performing beamforming by the selected user.
삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 송신기 간에는 정보 공유가 이루어지지 않는 것을 특징으로 하는 기회적 간섭 정렬 방법.
The method according to claim 1 or 2,
Opportunity interference alignment method characterized in that no information sharing between the at least one transmitter.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 포스트프로세싱 벡터는 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)를 극대화하도록 정해지는 것을 특징으로 하는 기회적 간섭 정렬 방법.
The method according to claim 1 or 2,
Wherein the postprocessing vector is determined to maximize signal-to-interference and noise ratio (SINR).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 포스트프로세싱 벡터는 간섭 대 잡음비(INR)를 최소화하도록 정해지는 것을 특징으로 하는 기회적 간섭 정렬 방법.
The method according to claim 1 or 2,
Wherein the postprocessing vector is determined to minimize an interference-to-noise ratio (INR).
삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,
간섭 신호들은 하나의 단위 벡터로 양자화되는 것을 특징으로 하는 기회적 간섭 정렬 방법.
The method according to claim 1 or 2,
Opportunity interference alignment method characterized in that the interference signals are quantized into one unit vector.
복수의 사용자가 존재하는 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 간섭 정렬 방법으로서,
적어도 하나의 송신기가 각각 랜덤 빔을 브로드캐스트하는 단계와;
상기 복수의 사용자의 수신기가 각각 신호 대 잡음비(SNR)를 극대화하는 제1포스트프로세싱 벡터와, 별도의 자유도(extra DoF)를 이용하여 간섭을 없애기 위해 정렬된 신호의 널스페이스에 자신의 신호를 투사시킴에 의해 정해지는 제2포스트프로세싱 벡터를 찾아내는 단계와;
상기 복수의 사용자의 수신기가 상기 제1 및 제2포스트프로세싱 벡터에 대응되는 제1 및 제 2 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)를 계산하는 단계와;
상기 복수의 사용자의 수신기가 상기 제1 및 제 2 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR) 중 더 큰 값의 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)를 상기 적어도 하나의 송신기에 피드백하는 단계와;
상기 적어도 하나의 송신기가, 상기 복수의 사용자 중 상기 피드백된 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)가 가장 큰 사용자를 선택하는 단계를 포함하여 이루어지는 하이브리드 간섭 정렬 방법.
A hybrid interference alignment method in a MIMO interference channel having a plurality of users,
At least one transmitter each broadcasting a random beam;
The receivers of the plurality of users each have their first postprocessing vector maximizing signal-to-noise ratio (SNR) and separate signals in null spaces of the aligned signals to eliminate interference using separate extra degrees of freedom. Finding a second postprocessing vector determined by projection;
Calculating, by the receivers of the plurality of users, first and second signal to interference and noise ratios (SINRs) corresponding to the first and second postprocessing vectors;
The receiver of the plurality of users feeding back a greater of the first and second signal to interference and noise ratios (SINRs) to the at least one transmitter;
And selecting, by the at least one transmitter, a user among the plurality of users having the largest feedback signal-to-interference and noise ratio (SINR).
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