KR101204237B1 - Base station, MoBILE Communication TERMINAL and Method for GENERATING BEAM FORMING MATRINX IN the base station - Google Patents
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Abstract
기지국, 단말기 및 기지국의 빔형성 메트릭스 생성방법이 개시된다. 개시된 기지국은 n개-n은 2 이상의 자연수임-의 송신 안테나를 가지는 기지국에 있어서, 비직교 빔형성(beam forming) 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호를 상기 복수의 송신 안테나를 통해 복수의 단말기에 송신하는 송신부; 상기 제1 신호에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2 신호를 적어도 하나 이상의 단말기로부터 수신하는 수신부;
상기 제2 신호를 이용하여 통신을 수행할 하나 이상의 단말기를 선택하는 단말기 선택부; 및 상기 제2 신호를 이용하여 상기 선택된 하나 이상의 단말기로의 데이터 전송을 위한 빔형성 메트릭스를 생성하는 메트릭스 생성부를 포함한다. 본 발명에 따르면, MIMO 통신 시스템에서 기지국과 통신하는 단말기 수가 적은 경우에도 전송 용량을 극대화 할 수 있는 빔형성 메트릭스를 생성할 수 있다.A method of generating a beamforming matrix of a base station, a terminal, and a base station is disclosed. The disclosed base station is a base station having n transmit antennas, wherein n is two or more natural numbers, and transmits a first signal formed using a non-orthogonal beamforming matrix to a plurality of terminals through the plurality of transmit antennas. A transmitting unit for transmitting; A receiving unit receiving a second signal including feedback information on the first signal from at least one terminal;
A terminal selector which selects at least one terminal to communicate using the second signal; And a matrix generator for generating a beamforming matrix for data transmission to the selected at least one terminal by using the second signal. According to the present invention, even if the number of terminals communicating with the base station in the MIMO communication system can generate a beamforming matrix that can maximize the transmission capacity.
Description
본 발명의 일 실시예들은 기지국, 단말기 및 기지국의 빔형성 메트릭스 생성방법 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기지국에서 단말기를 선택하고 선택된 단말기에 대한 빔형성 메트릭스를 생성하는 기지국 및 기지국의 빔형성 메트릭스 생성방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a method for generating a beamforming matrix of a base station, a terminal, and a base station. More particularly, the method for generating a beamforming matrix of a base station and a base station selects a terminal from the base station and generates beamforming metrics for the selected terminal. It is about.
복수의 송신 안테나와 복수의 수신 안테나를 이용하여 기지국과 단말기간에 데이터를 송수신하는, 이른바 MIMO 방식의 무선 통신 시스템은 복수의 사용자 데이터의 동시 전송을 통해 다중 사용자 환경에서의 데이터 전송 스루풋을 증가시킬 수 있다. A so-called MIMO wireless communication system that transmits and receives data between a base station and a terminal using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas can increase data transmission throughput in a multi-user environment through simultaneous transmission of a plurality of user data. have.
휴대이동방송용 다중안테나 시스템 등에서 사용되는 MIMO 방식의 무선 통신 시스템에서 기지국으로부터 전송되는 심벌 벡터 는 기지국과 단말기간의 무선통신 채널(이하, ‘MIMO 채널’이라 함)에 의해 다음의 수학식1 같은 형태로 단말기에 전달된다.Symbol vector transmitted from the base station in the MIMO wireless communication system used in the multi-antenna system for mobile broadcasting Is transmitted to the terminal in the form of the following Equation 1 by a wireless communication channel (hereinafter referred to as 'MIMO channel') between the base station and the terminal.
[수학식 1] [ Equation 1 ]
여기서, 는 차원의 송신벡터, 는 단말기 k와 기지국 사이의 MIMO 채널 메트릭스로서, 송신 안테나의 수가 , 수신 안테나의 수가 인 경우 의 크기를 갖는다. 그리고 는 차원의 노이즈 벡터이다.here, The Dimensional Transmission Vector, Is the MIMO channel metric between terminal k and the base station, where the number of transmit antennas , The number of receiving antennas If Has the size of. And The Dimensional noise vector.
이때, 채널 메트릭스 는 특이값 분해(SVD: singular value decomposition)에 의해 의 세 개의 메트릭스의 조합으로 나타내어질 수 있다. 와 는 각각 , 차원의 유니터리(unitary) 메트릭스이며, 는 차원의 의 특이값을 가지는 대각 메트릭스이다.Where channel metrics Is determined by singular value decomposition (SVD). It can be expressed as a combination of three metrics of. Wow Respectively , Unitary metrics for dimensions, The Dimension Diagonal matrix with the singular value of.
기지국에서 채널 메트릭스 에 관한 정보를 갖고 있는 경우, 기지국은 송신벡터 에 의 에르미트 공액(Hermitian conjugate)인 를 곱하여 전송하고, 단말기에서는 수신된 벡터 에 의 에르미트 공액인 를 곱함으로써, 송신 벡터 가 다음의 수학식2와 같이 페러렐 가우시안 채널을 통해 전송된 것과 같은 효과를 거둘 수 있다.Channel metrics at base station If it has information about the base station, on Hermitian conjugate of Multiply by and transmit the received vector on Hermit conjugate By multiplying by As shown in
[수학식 2] & Quot; (2 ) & quot ;
여기서, 는 페러렐(parallel) 가우시안 채널의 잡음 신호를 나타낸다.here, Denotes a noise signal of a parallel Gaussian channel.
대각 메트릭스 는 고유채널(Eigen channel)이라고 불리는 의 개의 대각 성분을 채널 메트릭스 의 특이값으로서 갖는다. 기지국은 을 이용하여 워터필링(water-filling) 기법에 의해 송신 벡터의 송신전력을 결정할 수 있으며, 이것은 MIMO 채널에서 송신 전력을 결정하는 최적 기법으로 알려져 있다.Diagonal metrics Is called the Eigen channel of Diagonal components with channel metrics It has as a singular value of. The base station Transmission vector by water-filling technique using It is possible to determine the transmit power of the signal, which is known as the optimal technique for determining the transmit power in the MIMO channel.
그러나 위의 최적 기법을 구현하기 위해서는 기지국에서 채널 메트릭스 에 관한 완전한 정보(full information)를 보유할 필요가 있다. 따라서 이 경우, 단말기에서 상당량의 채널 상태 정보(CSI: channel state information)를 기지국으로 피드백 전송하는 오버헤드가 발생한다. 이러한 피드백 오버헤드를 줄이기 위해 랜덤 빔형성(beam forming) 기법이 적용될 수 있다.However, the channel matrix at the base station is You need to have full information about. Therefore, in this case, an overhead of feedback transmission of a considerable amount of channel state information (CSI) to the base station occurs in the terminal. In order to reduce such feedback overhead, a random beamforming technique may be applied.
도 1은 종래의 랜덤 빔형성 기법이 적용된 통신 시스템의 일례를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an example of a communication system to which a conventional random beamforming technique is applied.
도 1에는 각각 기지국(100)과 k번째 단말기(110)의 구성이 도시되어 있으며, 기지국(100)은 개의 송신 안테나(105)를 구비하고 있다. 기지국(100)의 랜덤 빔형성 생성기(103)는 앞서 설명한 에 해당하는 유니터리 메트릭스인 를 랜덤 하게 생성한다. 블록(101)은 랜덤 빔형성 생성기(103)에서 랜덤 하게 생성된 를 심벌 벡터 및 파워 메트릭스 에 곱하여 송신 안테나(105)를 통해 k 번째 단말기(110)로 전송한다. 1 shows the configuration of the
k 번째 단말기(110)는 개의 수신 안테나(111)를 통해 벡터 를 수신한다. 벡터 는 다음의 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.k-
[수학식 3]
& Quot; (3 ) & quot ;
여기서, , 는 차원의 직교 빔형성 메트릭스이며, 는 차원의 파워 메트릭스 이다. s는 차원의 심볼 벡터를 각각 의미한다. here, , The Orthogonal beamforming matrix of dimensions, The Dimensional power metrics. s Each of the dimension symbols means a vector.
k 번째 단말기(110)의 채널 추정 및 SVD 블록(115)은 채널 행렬 를 추정하며, 이로부터 특이값 분해에 의해 유니터리 메트릭스 를 추출하고, 이를 블록 (113)으로 전달한다. 블록 (113)은 수신된 벡터 에 의 에르미트 공액인 를 곱하여 벡터 를 얻는다.The channel estimation of the k-
이때, 이고 각 빔형성 벡터에 동일한 파워가 할당되었다고 가정하면 에 대한 복조신호는 다음의 수학식4와 같이 표현될 수 있다.At this time, Assuming that the same power is assigned to each beamforming vector The demodulated signal for may be expressed as
[수학식 4]
[ Equation 4 ]
여기서, 는 의 q번째 특이값이다. 라면 에 대한 SINR 측정블록(117)에서 추정된 SINR은 다음의 수학식5와 같이 표현할 수 있다.here, The The qth singular value of. Ramen The SINR estimated in the SINR
[수학식 5]
[ Equation 5 ]
여기서, 은 노이즈 분산 값이다. here, Is the noise variance value.
종래의 랜덤 빔형성(beam forming) 기법에서는 기지국(100)이 최대의 SINR 값을 가지는 단말기를 선택하여 데이터 통신을 하게 된다. 따라서 MIMO 시스템에서 기지국(200)과 통신하는 단말기가 많을 경우 기지국(100)에서 선택된 단말기는 와 비슷한 를 가진다. 하지만, 단말기의 수가 적을 경우에는 와 비슷한 를 가지는 단말기를 찾기가 어렵다.In the conventional random beamforming technique, the
따라서, 기존의 직교 빔형성 메트릭스를 이용하는 랜덤 빔형성 기법에서는 MIMO 시스템에서 기지국(100)과 통신하는 단말기가 많은 경우에는 좋은 통신성능을 가지나, 단말기의 수가 적은 경우에는 다중 단말기 이득을 충분히 얻지 못하는 문제점이 발생한다. Therefore, in the conventional random beamforming technique using the orthogonal beamforming matrix, when there are many terminals communicating with the
즉, 직교 빔형성 메트릭스 와 닮은 채널 특성을 가지는 단말기를 찾지 못함으로써 많은 성능 감소를 가지는 문제점이 발생한다.That is, orthogonal beamforming matrix There is a problem that there is a lot of performance reduction by not finding a terminal with channel characteristics similar to.
상기한 바와 같이 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 MIMO 통신 시스템에서 기지국과 통신하는 단말기 수가 적을 경우에도 좋은 통신성능을 내기 위한 기지국, 단말기 및 기지국의 빔형성 메트릭스 생성방법을 제공하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention is to provide a method for generating a beamforming matrix of a base station, a terminal and a base station for good communication performance even when the number of terminals communicating with the base station in the MIMO communication system is small. .
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention may be derived by those skilled in the art through the following examples.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, n개-n은 2 이상의 자연수임-의 송신 안테나를 가지는 기지국에 있어서, 비직교 빔형성(beam forming) 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호를 상기 복수의 송신 안테나를 통해 복수의 단말기에 송신하는 송신부; 상기 제1 신호에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2 신호를 적어도 하나 이상의 단말기로부터 수신하는 수신부; 상기 제2 신호를 이용하여 통신을 수행할 하나 이상의 단말기를 선택하는 단말기 선택부; 및 상기 제2 신호를 이용하여 상기 선택된 하나 이상의 단말기로의 데이터 전송을 위한 빔형성 메트릭스를 생성하는 메트릭스 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, n-n is a base station having a transmission antenna of two or more natural numbers, a base formed by using a non-orthogonal beam forming matrix A transmitter for transmitting one signal to a plurality of terminals through the plurality of transmit antennas; A receiving unit receiving a second signal including feedback information on the first signal from at least one terminal; A terminal selector which selects at least one terminal to communicate using the second signal; And a matrix generator for generating a beamforming matrix for data transmission to the selected one or more terminals using the second signal.
여기서, 상기 피드백 정보는 상기 적어도 하나 이상의 단말기 각각에서 상기 제1신호를 이용하여 추정된 n개의 신호대 잡음비(SINR) 및 상기 n개의 신호대 잡음비 간의 위상차 부호를 포함할 수 있다.Here, the feedback information may include a phase difference code between the n signal-to-noise ratios (SINR) and the n signal-to-noise ratios estimated using the first signal in each of the one or more terminals.
상기 수신부는 상기 적어도 하나 이상의 단말기 중 상기 n개의 신호대 잡음비를 이용하여 추정된 예상 전송 용량이 기 설정된 전송 용량 임계치보다 큰 값을 가지는 단말기로부터 상기 제2 신호를 수신할 수 있다.The receiver may receive the second signal from a terminal having an estimated transmission capacity estimated using the n signal-to-noise ratios of the at least one terminal having a value larger than a preset transmission capacity threshold.
또한, 상기 단말기 선택부는 상기 제2 신호를 전송한 단말기 중 가장 큰 신호 대 잡음비(SINR)를 전송한 제1 단말기를 선택할 수 있다.The terminal selector may select the first terminal that transmits the largest signal-to-noise ratio (SINR) among the terminals that transmit the second signal.
여기서, 상기 메트릭스 생성부는 상기 n개의 신호 대 잡음비로부터 추출된 매그니튜드(magnitude), 위상 및 상기 위상 차 부호를 이용하여 상기 제1 단말기를 위한 상기 직교 빔형성 메트릭스를 생성할 수 있다.Here, the matrix generator may generate the orthogonal beamforming matrix for the first terminal using the magnitude, phase, and phase difference code extracted from the n signal-to-noise ratios.
상기 단말기 선택부는 상기 제2신호를 전송한 단말기 중 상기 선택된 제1 단말기와의 직교성 이 기 설정된 직교 임계치 이상인 제2 단말기를 추가로 선택할 수 있다.The terminal selector may further select a second terminal having an orthogonality with the selected first terminal greater than or equal to a preset orthogonal threshold among the terminals transmitting the second signal.
여기서 상기 메트릭스 생성부는 상기 제 1단말기 외에 상기 제2 단말기가 추가로 선택되는 경우 상기 제1 단말기 및 상기 제2 단말기와의 통신을 위한 빔형성 메트릭스를 생성하되, 복수의 선택된 단말기간의 간섭을 줄이기 위해 제로 포싱 빔형성(Zero-forcing Beam forming)방식을 이용하여 상기 빔형성 메트릭스를 생성할 수 있다.Herein, when the second terminal is additionally selected in addition to the first terminal, the matrix generator generates a beamforming matrix for communication with the first terminal and the second terminal, and reduces interference between a plurality of selected terminals. The beamforming matrix may be generated by using a zero-forcing beam forming method.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단말기에 있어서, 비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호를 n개-n은 2이상의 자연수임- 의 송신 안테나를 가진 기지국으로부터 수신하는 단말기 수신부; 상기 제1 신호에 대한 피드백 정보를 생성하는 피드백 정보 생성부; 및 상기 피드백 정보를 상기 기지국으로 송신하는 단말기 송신부를 포함하되, 상기 피드백 정보는 상기 비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 추정된 n 개의 신호대 잡음비(SINR) 및 상기 n 개의 신호대 잡음비 간의 위상차 부호를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a terminal comprising: a terminal receiver configured to receive a first signal formed using a non-orthogonal beamforming matrix from a base station having n transmit antennas, wherein n is a natural mission of two or more; A feedback information generator configured to generate feedback information on the first signal; And a terminal transmitter for transmitting the feedback information to the base station, wherein the feedback information includes n signal-to-noise ratios (SINRs) estimated using the non-orthogonal beamforming matrix and a phase difference code between the n signal-to-noise ratios. A terminal is provided, which is characterized by the above-mentioned.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 n개-n은 2 이상의 자연수임-의 송신 안테나를 가지는 기지국의 빔형성 메트릭스 생성방법에 있어서, 비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호를 상기 복수의 송신 안테나를 통해 복수의 단말기에 송신하는 단계; 상기 제1 신호에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2 신호를 적어도 하나 이상의 단말기로부터 수신하는 단계; 상기 제2 신호를 이용하여 통신을 수행할 하나 이상의 단말기를 선택하는 단계; 및 상기 제2 신호를 이용하여 상기 선택된 하나 이상의 단말기로의 데이터 전송을 위한 빔형성 메트릭스를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국의 빔형성 메트릭스 생성방법이 제공된다.Further, according to another embodiment of the present invention, in a method of generating a beamforming matrix of a base station having n-n being two or more natural numbers transmission antennas, the first signal formed by using a non-orthogonal beamforming matrix is described. Transmitting to a plurality of terminals via a plurality of transmit antennas; Receiving from the at least one terminal a second signal comprising feedback information for the first signal; Selecting at least one terminal to communicate using the second signal; And generating a beamforming matrix for data transmission to the selected one or more terminals by using the second signal.
본 발명에 따르면, MIMO 통신 시스템에서 기지국과 통신하는 단말기 수가 적은 경우에도 전송 용량을 극대화 할 수 있는 빔형성 메트릭스를 생성할 수 있다. According to the present invention, even if the number of terminals communicating with the base station in the MIMO communication system can generate a beamforming matrix that can maximize the transmission capacity.
도 1은 종래의 랜덤 빔형성 기법이 적용된 통신 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 빔형성 메트릭스 생성방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 2개이고, 단일 단말기를 서비스 하는 상황에서 SNR 값에 따른 평균 전송 용량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 2개 또는 4개일 경우의 단일 단말기에 서비스 하는 상황에서 SNR 값에 따른 평균 전송 용량을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 2개인 경우에 단말기 수에 따른 평균 전송 용량을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 4개인 경우에 단말기 수에 따른 평균 전송 용량을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기 수에 따른 평균 SINR 피드백 수를 도시한 그래프이다. 1 is a diagram illustrating an example of a communication system to which a conventional random beamforming technique is applied.
2 is a block diagram showing a detailed configuration of a base station according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating the overall flow of a method for generating a beamforming matrix of a base station according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of a communication system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating average transmission capacity according to SNR values when two transmitting and receiving antennas are serviced and a single terminal is serviced according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph illustrating an average transmission capacity according to an SNR value when a transmitting / receiving antenna is serviced to a single terminal when two or four antennas according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating an average transmission capacity according to the number of terminals when two transmitting and receiving antennas according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating an average transmission capacity according to the number of terminals when four transmitting and receiving antennas according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing an average SINR feedback number according to the number of terminals according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram showing a detailed configuration of a base station according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국(200) 은 송신부(201), 수신부(203), 단말기 선택부(205) 및 메트릭스 생성부(207)를 포함할 수 있다.2, the
송신부(201)는 각 단말기로부터 SINR 피드백 정보를 받기 위해 비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호를 n(여기서, n은 2 이상의 자연수)개의 송신 안테나를 통해 복수의 단말기에 송신한다.The
수신부(203)는 제1 신호에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2 신호를 적어도 하나 이상의 단말기로부터 수신한다.The
여기서, 피드백 정보는 적어도 하나 이상의 단말기 각각에서 비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 추정된 n 개의 신호 대 잡음비(이하, SINR이라 함) 및/또는 상기 n개의 신호 대 잡음비 간의 위상 차 부호를 포함할 수 있다.Here, the feedback information may include n signal-to-noise ratios (hereinafter referred to as SINRs) and / or phase difference codes between the n signal-to-noise ratios estimated using non-orthogonal beamforming metrics in each of the at least one terminal. have.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신부(203)는 기지국(200)과 통신하는 적어도 하나 이상의 단말기 중 n 개의 신호 대 잡음비를 이용하여 추정된 예상 전송 용량이 기 설정된 전송 용량 임계치보다 큰 값을 가지는 단말기로부터 제2 신호를 수신할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the receiving
단말기 선택부(205)는 제2 신호를 전송한 단말기 중 가장 큰 신호 대 잡음비를 전송한 제1 단말기를 선택한다.The
이어서, 메트릭스 생성부(207)는 n 개의 신호 대 잡음비로부터 추출된 매그니튜드(magnitude), 위상 및 위상 차 부호를 이용하여 선택된 단말기에 대한 직교 빔형성 메트릭스를 형성한다.Subsequently, the
본 발명의 일 실시예에 따르면 단말기 선택부(205)는 기지국(200)에서 제2 신호를 송신한 단말기 중 상기 선택된 제1 단말기와의 직교성이 기 설정된 직교 임계치 이상이며 가장 큰 직교성을 가지는 제2 단말기를 추가로 더 선택할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
이때, 메트릭스 생성부(207)는 기지국(200)에서 제1 단말기 및 제2단말기와의 통신을 위한 빔형성 메트릭스를 생성하되, 복수의 선택된 단말기간의 간섭을 줄이기 위해 제로 포싱 빔형성(Zero-forcing Beam forming)방식을 이용하여 빔형성 메트릭스를 생성할 수 있다.
In this case, the
기지국(200)에서 빔형성 메트릭스를 생성하는 과정에 대해 이하 수식을 통해 보다 자세하게 설명하도록 한다.The process of generating the beamforming matrix in the
기지국(200)이 2개의 송신 안테나를 구비하고 있고 단말기 선택부(205)에 의해 k번째 단말기가 선택되었다 가정하는 경우 k번째 단말기의 우측 특이 벡터 ,는 로서 다음의 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.Suppose that the
[수학식 6]
[ Equation 6 ]
여기서, 이고, 는 의 매그니튜드(magnitude) 값이고 는 위상(phase) 값이다.here, ego, The Is the magnitude value of Is the phase value.
일반적으로 노이즈 값에 의한 영향은 간섭에 대한 영향보다 작다. 따라서, 종래의 기술인 랜덤 빔형성 기법에 의한 직교 빔형성 메트릭스 를 이용하여 형성된 제1 신호를 전송하고 이에 대한 피드백 정보를 받는다고 가정하는 경우 피드백 정보에 포함된 SINR 값은 다음의 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.
In general, the effect of the noise value is smaller than the effect on the interference. Therefore, the orthogonal beamforming matrix by the conventional random beamforming technique If it is assumed that the first signal formed by using and receive feedback information for this SINR value included in the feedback information can be expressed as in the following equation (7).
[수학식 7]
[ Equation 7 ]
여기서, 직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 신호를 전송하는 기존의 랜덤 빔형성 기법에서는 SINR에서 a라는 매그니튜드 값만을 추출해 낼 수 있다.Here, in the conventional random beamforming method of transmitting a signal using an orthogonal beamforming matrix, only a magnitude value of a can be extracted from SINR.
본 발명의 일 실시예에 따른, 송신부(201)는 비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 제1 신호를 전송한 후, 수신부(203)는 제1 신호에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2 신호를 단말기로부터 수신한다.According to an embodiment of the present invention, after the
라는 비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호를 전송하면, 제1 신호에 대한 피드백 정보인 SINR은 다음의 수학식8과 같이 나타낼 수 있다. When the first signal formed using the non-orthogonal beamforming matrix is transmitted, SINR, which is feedback information about the first signal, may be expressed as
[수학식 8]
[ Equation 8 ]
이와 같이, 비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호에 대한 피드백 정보인 SINR은 직교 빔형성 메트릭스에 의한 SINR과 달리 복소 지수함수(Complex Exponential) 값에 대한 정보를 포함한다. 따라서, 다음의 수학식9와 같이 두 개의 SINR 값을 이용하여, 위상 값과 매그니튜드 값을 추정할 수 있다.As such, the SINR, which is feedback information on the first signal formed using the non-orthogonal beamforming matrix, includes information on a complex exponential value, unlike the SINR of the orthogonal beamforming matrix. Accordingly, the phase value and the magnitude value may be estimated using two SINR values as shown in Equation 9 below.
[수학식 9]
[ Equation 9 ]
이렇게 추정된 a값과 값을 이용하여, 최종적으로 메트릭스 생성부(207)에서 k번째 단말기에 대한 직교 빔형성 메트릭스를 생성할 수 있다.The value of a Using the value, the
여기서, 직교 빔형성 메트릭스 는 다음의 수학식10과 같이 생성될 수 있다.
Where orthogonal beamforming matrix May be generated as in
[수학식 10]
[ Equation 10 ]
따라서, 상기 수식10 과 같이 직교 빔형성 메트릭스를 생성하게 된다면, 조건을 만족하게 된다. 하지만 이기 때문에 가 로 되지 않을 수 있다. 다시 말하면, 과 가 원래는 뒤바뀐 경우로 가 다음의 수학식 11과 같이 표현될 수 있기 때문이다.Therefore, if an orthogonal beamforming matrix is generated as in
[수학식 11]
[ Equation 11 ]
따라서 제대로 된 를 찾기 위해서, 각 단말기에서 수신되는 피드백 정보는 의 위상 차 부호 값을 추가로 포함할 수 있으며, 1bit의 추가적인 bit를 필요로 하게 된다.So properly In order to find the feedback information received from each terminal A phase difference code value of may be additionally included, and an additional bit of 1 bit is required.
이 경우, 단말기로부터 수신된 피드백 정보를 포함하는 제2 신호는 다음의 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.In this case, the second signal including the feedback information received from the terminal may be expressed by
[수학식 12]
[Equation 12]
이어서, 기지국(200)이 2개 이상의 송신 안테나를 구비하고 있는 경우의 직교 빔형성 메트릭스 생성 과정에 대해 살펴보도록 한다.Next, a process of generating an orthogonal beamforming matrix when the
2개 이상의 송신 안테나를 가정할 경우 직교 빔형성 메트릭스 는 다음의 수학식13과 같이 나타낼 수 있다.Orthogonal Beamforming Matrix Assuming Two or More Transmitting Antennas Can be expressed as Equation 13 below.
[수학식 13]
[ Equation 13 ]
여기서 직교성을 유지하기 위한 조건은 이고, 이다. 높은 SINR을 가정한다면 SINR을 다음의 수식 14와 같이 나타낼 수 있다.The condition for maintaining orthogonality is ego, to be. Assuming a high SINR, SINR can be expressed as
[수학식 14]
[ Equation 14 ]
따라서, 2개의 송신 안테나의 경우처럼 SINR은 매그니튜드 값 만을 반영한다. 2개의 송신 안테나 경우와 마찬가지로 비직교 빔형성 메트릭스 ()를 구성한다. 이고, 여기서 가 2차원 벡터라면, 비직교 빔형성 메트릭스는 다음의 수학식15와 같이 나타낼 수 있다. Thus, as in the case of two transmit antennas, the SINR reflects only the magnitude value. As in the case of the two transmit antennas, a non-orthogonal beamforming matrix is constructed. If is a 2D vector, the non-orthogonal beamforming matrix can be expressed by the following equation (15).
[수학식 15]
[ Equation 15 ]
여기서 채널 메트릭스 는 하기의 수학식 16과 같이 개의 채널 메트릭스로 나눌 수 있다.Where channel metrics Is as shown in
[수학식 16] [ Equation 16 ]
여기서 은 의 서브 채널 메트릭스이다. 은 우측 특이 메트릭스(Right Singular Matrix)이고, 는 좌측 특이 메트릭스(Left Singular Matrix)이다. 그리고 는 의 대각 메트릭스(Diagonal Matrix)를 각각 의미한다. Where is the subchannel matrix of. Is the right singular matrix, and is the left singular matrix. And denotes the diagonal matrix of.
라 하고, () 라면, 수신 벡터 를 구성 할 수 있다. 따라서 이고, 이며, 여기서 이다. 그래서 이고 여기서 의 번째 값과 번째 값은 0이 아닌 값을 가진다. 은 차원의 벡터이며, 여기서 번째 값과 번째 값 역시 0이 아닌 값을 가진다. 따라서 이고, 여기서 는 의 특이값 이다. If it is (), a reception vector can be constructed. Thus, and, and So, where the th and th values have nonzero values. Is a vector of dimensions, where the first and second values also have nonzero values. Thus,, where is the singular value of.
이어서, 에 대한 복원 신호는 다음의 수학식 17과 같이 표현 할 수 있다. Subsequently, the reconstruction signal for may be expressed as in Equation 17 below.
[수학식 17] [ Equation 17 ]
여기서 이다. 를 이용하여 계산된 과 의 SINR 값은 다음의 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다. Here it is. The SINR values of and calculated using can be expressed by
[수학식 18] [ Equation 18 ]
여기서 이다. 따라서 와 를 이용하면, 을 추정할 수 있다. 는 에 대한 추정 메트릭스로 정의된다. 따라서 직교 빔형성 메트릭스를 다음 수식 19와 같이 표현 할 수 있다. Here it is. Therefore, using and can be estimated as. Is defined as the estimation matrix for. Therefore, the orthogonal beamforming matrix can be expressed as Equation 19 below.
[수학식 19]
[ Equation 19 ]
여기서 이고, 이다. 따라서 이 경우의 SINR값은 이 된다. Where and Therefore, the SINR value in this case is
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 빔형성 메트릭스 생성방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다. 이하, 도 3을 참조하여 각 단계별로 수행되는 과정을 설명하기로 한다.3 is a flowchart illustrating the overall flow of a method for generating a beamforming matrix of a base station according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a process performed at each step will be described with reference to FIG. 3.
먼저 단계(S300)에서는 비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호를 복수의 단말기에 전송한다.First, in step S300, the first signal formed using the non-orthogonal beamforming matrix is transmitted to the plurality of terminals.
이어서 단계(S305)에서는 제1 신호에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2 신호를 적어도 하나 이상의 단말기로부터 수신한다.In operation S305, a second signal including feedback information about the first signal is received from at least one terminal.
이때 기지국(200)은 적어도 하나 이상의 단말기 중 상기 n개의 신호대 잡음비를 이용하여 추정된 예상 전송 용량이 기 설정된 전송 용량 임계치보다 큰 값을 가지는 단말기로부터 상기 제2 신호를 수신한다.In this case, the
보다 상세하게, 각각의 단말기는 예상 전송 용량을 추정하기 위해 제1 신호를 이용하여 추정한 SINR을 기반으로 을 추정하며, 이를 통해 기지국(200)에서 를 이용하여 서비스 할 경우의 단말기 자신의 예상 전송 용량을 추정한다.In more detail, each terminal estimates based on the SINR estimated using the first signal to estimate the expected transmission capacity, and through this, the
이후, 하기의 수식20과 같이 예상 전송 용량이 전송 용량 임계치보다 큰 값을 가지는 단말기만이 제2 신호를 기지국(200)으로 송신하게 된다.Thereafter, as shown in
[수학식 20]
[ Equation 20 ]
여기서, 은 k번째 단말기의 예상 전송 용량,here, Is the estimated transmission capacity of the kth terminal,
은 전송 용량 임계치를 각각 의미한다. Denotes a transmission capacity threshold, respectively.
이어서, 단계(S310)에서는 제2 신호에 포함된 SINR값을 기반으로 가장 큰 SINR값을 전송한 단말기를 선택하게 된다. 단말기의 선택은 다음의 수학식 21과 같이 표현될 수 있다.Subsequently, in step S310, the terminal that transmits the largest SINR value is selected based on the SINR value included in the second signal. The selection of the terminal can be expressed as Equation 21 below.
[수학식 21] [ Equation 21 ]
여기서 u는 기지국(200)에서 선택 받을 가능성이 있는 단말기들의 집합을 의미한다.Here u denotes a set of terminals likely to be selected by the
단계(S315)에서는 선택된 단말기의 SINR 값을 기반으로 선택된 단말기에 대한 직교 빔형성 메트릭스를 생성한다.In step S315, an orthogonal beamforming matrix is generated for the selected terminal based on the SINR value of the selected terminal.
단계(S320)에서는 기지국(200) 상기 선택된 제1 단말기와의 직교성이 기 설정된 직교 임계치 이상인 단말기 중 가장 큰 직교성 값을 가진 단말기를 추가로 선택 한다. 직교성은 다음의 수학식 22와 같이 표현될 수 있다.
In step S320, the
[수학식 22]
[ Equation 22 ]
여기서, 기지국(200)에서 전에 선택된 단말기 를 선택 가능한 단말기 집합 에서 제거해 주고, 을 계산한다. 만약 이라면, 으로 설정된다.은 이기 때문에, 높은 Sum-rate는 인 경우에 얻을 수 있다. 이 경우 송신 안테나가 2개인 경우, 높은 확률로 를 얻을 수 있다. Here, the
그러므로 이와 같은 경우 단일 단말기에 서비스 하는 것보다 복수의 단말기에 서비스를 하는 것이 유리하다. 반면에, 라면, 와 사이의 낮은 직교성 때문에 높은 전송 용량을 얻기 어렵다. 따라서 이와 같은 경우 하나의 단말기에 서비스 하는 것이 더 유리하다. Therefore, in this case, it is more advantageous to service a plurality of terminals than to service a single terminal. On the other hand, it is difficult to obtain high transmission capacity because of the low orthogonality between and. Therefore, in this case, it is more advantageous to service one terminal.
이와 같이 기지국(200) 에서 단일 단말기 또는 다중 단말기에 서비스 할지를 결정한다. 기지국(200) 에서와 높은 상관성을 가진 를 가지는 단말기를 발견 했다면, 해당 단말기를 이용해 더 높은 전송 용량을 얻을 수 있으므로 단말기 집합 에서 가장 큰 직교성 변수 값을 가지는 단말기의 값이 직교 임계치 보다 크다면, 는 으로 설정되고 해당 단말기는 추가로 선택된다.As such, the
기지국(200)에서 복수의 단말기가 선택된 경우 단계(S325)에서는 복수의 단말기와의 통신을 위한 빔형성 메트릭스를 생성하되, 복수의 선택된 단말기간의 간섭을 줄이기 위해 제로 포싱 빔형성(Zero-forcing Beam forming)방식을 이용하여 빔형성 메트릭스를 생성한다.When a plurality of terminals are selected in the
빔형성 메트릭스의 생성은 다음의 수학식 23과 같이 표현할 수 있다.The generation of the beamforming matrix may be expressed as in Equation 23 below.
[수학식 23]
& Quot; (23 ) & quot ;
여기서, 는 기지국(200)에서의 송신 벡터를 의미하며 기지국(200)에서 단일 단말기를 위해 를 사용하면, 송신 벡터간 간섭 영향이 발생하지 않으나 기지국(200)에서 복수의 단말기에 서비스를 하면, 송신 벡터간 간섭이 발생하므로 기지국(200)에서는 제로 포싱 빔형성(Zero-forcing Beam forming)방식을 이용하여 를 구성함으로써 송신 벡터간 간섭 영향을 줄일 수 있다.Here, denotes a transmission vector at the
제로 포싱 빔형성 방식은 다중 사용자 다이버시티(diversity) 이득을 얻기 위한 알고리즘으로서 제로 포싱 빔형성 알고리즘에 대한 구체적인 내용은 당업자에게 자명한 사항이므로 생략하기로 한다.The zero forcing beamforming method is an algorithm for obtaining a multi-user diversity gain, and details of the zero forcing beamforming algorithm are obvious to those skilled in the art and will be omitted.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 일례를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a communication system according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면 기지국(200)과 k번째 단말기(420)의 구성이 도시되어 있으며, 기지국(200)은 개의 송신 안테나(401)를 구비하고 있다.4, the configuration of the
기지국(200)은 비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호를 개의 송신 안테나(401)를 통해 k번째 단말기(420)에 전송한다.The
k번째 단말기(420)는 개의 수신 안테나(421)를 통해 제1 신호를 수신하고, 피드백 정보 생성부(423)는 제1 신호를 이용하여 추정된 SINR 및 SINR 간 위상 차 부호를 포함하는 제2 신호를 기지국(200)으로 전송한다.k-
기지국(200)의 단말기 선택부(205)에서는 복수의 단말기로부터 수신된 제2 신호를 이용하여 단말기를 선택하게 되고, 메트릭스 형성부(207)에서는 선택된 단말기에 대한 SINR정보를 기반으로 직교 빔형성 메트릭스를 생성하게 된다.The
이후, 기지국(200)은 선택된 단말기와 직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 데이터 통신을 하게 된다.Thereafter, the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 2개이고, 단일 단말기를 서비스 하는 상황에서 SNR 값에 따른 평균 전송 용량을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating average transmission capacity according to SNR values when two transmitting and receiving antennas are serviced and a single terminal is serviced according to an embodiment of the present invention.
도 5에서는 Opportunistic BF 방식과 Quantized Selection (QS) 방식, 그리고 기존의 RBF 방식과 본 발명의 단일 단말기 선택 기법 (SU-RBF NOBM)과 다중 단말기 선택 기법 (MU-RBF NOBM)을 비교한다. In FIG. 5, an Opportunistic BF scheme, a Quantized Selection (QS) scheme, and a conventional RBF scheme are compared with a single terminal selection scheme (SU-RBF NOBM) and a multiple terminal selection scheme (MU-RBF NOBM).
본 발명의 일 실시예에 따르면 단말기는SINR만을 피드백 하는 경우와 SINR의 위상 차 부호값을 위한 1bit를 추가적으로 피드백 하는 경우로 나누어 진다. 공정한 비교를 위해 기존의 기법들도 1bit를 추가적으로 피드백 할 경우의 성능을 나타내었다. According to an embodiment of the present invention, the terminal is divided into a case of feeding back only SINR and a case of additionally feeding back 1 bit for a phase difference code value of the SINR. For the sake of fair comparison, the existing techniques also show the performance of additional feedback of 1 bit.
도 5를 참조하면 단일 단말기 선택 기법 (SU-RBF NOBM)과 다중 단말기 선택 기법 (MU-RBF NOBM)은 기존의 기법들보다 더 좋은 성능을 보이는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the single terminal selection technique (SU-RBF NOBM) and the multiple terminal selection technique (MU-RBF NOBM) perform better than the conventional techniques.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 2개 또는 4개일 경우의 단일 단말기에 서비스 하는 상황에서 SNR 값에 따른 평균 전송 용량을 도시한 그래프이다. FIG. 6 is a graph illustrating an average transmission capacity according to an SNR value when serving a single terminal when two transmitting and receiving antennas are provided according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 단말기 선택 기법 (SU-RBF NOBM)과 다중 단말기 선택 기법 (MU-RBF NOBM)은 기존의 기법들보다 더 좋은 성능을 보이는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the single terminal selection technique (SU-RBF NOBM) and the multiple terminal selection technique (MU-RBF NOBM) according to an embodiment of the present invention exhibit better performance than the conventional techniques. .
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 2개인 경우에 단말기 수에 따른 평균 전송 용량을 도시한 그래프이다.7 is a graph illustrating an average transmission capacity according to the number of terminals when two transmitting and receiving antennas according to an embodiment of the present invention.
PU2RC는 다중 단말기에 서비스를 하는 대표적인 다중 안테나 전송 기법이다. 도 7을 참조하면, 단말기 수가 적을 경우 본 발명에서 제안하는 단일 단말기 선택 기법 (SU-RBF NOBM)과 다중 단말기 선택 기법 (MU-RBF NOBM)이 더 좋은 성능을 보이다가 단말기 수가 많아지면 거의 같은 성능을 보이는 것을 알 수 있다.PU2RC is a representative multi-antenna transmission technique serving multiple terminals. Referring to FIG. 7, when the number of terminals is small, the single terminal selection technique (SU-RBF NOBM) and the multi-terminal selection technique (MU-RBF NOBM) proposed by the present invention show better performance, and the number of terminals is almost the same. You can see that.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 안테나가 4개인 경우에 단말기 수에 따른 평균 전송 용량을 도시한 그래프이다.8 is a graph illustrating an average transmission capacity according to the number of terminals when four transmitting and receiving antennas according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 단말기 수가 적을 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 단말기 선택 기법 (SU-RBF NOBM)과 다중 단말기 선택 기법 (MU-RBF NOBM)이 더 좋은 성능을 보이다가 단말기 수가 많아지면 거의 같은 성능을 보이는 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 8, when the number of terminals is small, when a single terminal selection technique (SU-RBF NOBM) and a multiple terminal selection technique (MU-RBF NOBM) according to an embodiment of the present invention exhibit better performance, and the number of terminals increases, You can see almost the same performance.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기 수에 따른 평균 SINR 피드백 수를 도시한 그래프이다. 9 is a graph showing an average SINR feedback number according to the number of terminals according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 송수신 안테나가 2개일 경우 기존의 RBF 기법은 단말기 수의 2배만큼 피드백을 하게 되며, 다른 기법들은 단말기 수만큼 피드백을 하게 된다. 하지만 제안하는 기법은 특정 기준치 값에 SINR 값이 못 미치면 피드백을 수행 하지 않으므로, 단말기 수가 증가 하면 다른 기법들보다 평균 피드백 수가 작아지게 된다. Referring to FIG. 9, when there are two transmit / receive antennas, the conventional RBF scheme feeds back twice as many terminals, and the other schemes feed back as many terminals. However, the proposed technique does not perform feedback when the SINR value is lower than a specific reference value. Therefore, as the number of terminals increases, the average feedback number becomes smaller than other techniques.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일 실시예들의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Examples of program instructions, such as magneto-optical and ROM, RAM, flash memory and the like, can be executed by a computer using an interpreter or the like, as well as machine code, Includes a high-level language code. The hardware device described above may be configured to operate as at least one software module to perform the operations of one embodiment of the present invention, and vice versa.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
200: 기지국101: 블록
103: 랜덤 빔형성 생성기105: 송신 안테나
110: k번째 단말기111: 수신 안테나
113: 블록115: 채널 추정 및 SVD 블록
117: SINR 측정 블록
200: 기지국201: 송신부
203: 수신부205: 단말기 선택부
207: 메트릭스 생성부
401: 송신 안테나420: k번째 단말기
421: 수신 안테나423: 피드백 정보 생성부200: base station 101: block
103: random beamforming generator 105: transmit antenna
110: k-th terminal 111: receiving antenna
113: Block 115: Channel Estimation and SVD Blocks
117: SINR measurement block
200: base station 201: transmitter
203: receiver 205: terminal selector
207: matrix generator
401: transmitting antenna 420: k-th terminal
421: receiving antenna 423: feedback information generation unit
Claims (13)
비직교 빔형성(beam forming) 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호를 상기 복수의 송신 안테나를 통해 복수의 단말기에 송신하는 송신부;
상기 제1 신호에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2 신호를 적어도 하나 이상의 단말기로부터 수신하는 수신부;
상기 제2 신호를 이용하여 통신을 수행할 하나 이상의 단말기를 선택하는 단말기 선택부; 및
상기 제2 신호를 이용하여 상기 선택된 하나 이상의 단말기로의 데이터 전송을 위한 빔형성 메트릭스를 생성하는 메트릭스 생성부를 포함하되,
상기 피드백 정보는 상기 적어도 하나 이상의 단말기 각각에서 상기 제1신호를 이용하여 추정된 n개의 신호대 잡음비(SINR) 및 상기 n개의 신호대 잡음비 간의 위상차 부호를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.A base station having n transmit antennas, wherein n is two or more natural numbers,
A transmitter for transmitting a first signal formed by using a non-orthogonal beam forming matrix to a plurality of terminals through the plurality of transmit antennas;
A receiving unit receiving a second signal including feedback information on the first signal from at least one terminal;
A terminal selector which selects at least one terminal to communicate using the second signal; And
A matrix generator configured to generate a beamforming matrix for data transmission to the selected at least one terminal by using the second signal;
And the feedback information comprises a phase difference code between the n signal-to-noise ratios (SINRs) and the n signal-to-noise ratios estimated using the first signal at each of the at least one terminal.
상기 수신부는
상기 적어도 하나 이상의 단말기 중 상기 n개의 신호대 잡음비를 이용하여 추정된 예상 전송 용량이 기 설정된 전송 용량 임계치보다 큰 값을 가지는 단말기로부터 상기 제2 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 기지국.The method of claim 1,
The receiving unit
And receiving the second signal from a terminal having an estimated transmission capacity estimated using the n signal-to-noise ratios of the at least one or more terminals having a value larger than a preset transmission capacity threshold.
상기 단말기 선택부는
상기 제2 신호를 전송한 단말기 중 가장 큰 신호 대 잡음비(SINR)를 전송한 제1 단말기를 선택하는 것을 특징으로 하는 기지국.The method of claim 3,
The terminal selector
And selecting a first terminal transmitting the largest signal-to-noise ratio (SINR) among the terminals transmitting the second signal.
상기 메트릭스 생성부는
상기 n개의 신호 대 잡음비로부터 추출된 매그니튜드(magnitude), 위상 및 상기 위상 차 부호를 이용하여 상기 제1 단말기를 위한 상기 직교 빔형성 메트릭스를 생성하는 것을 특징으로 하는 기지국.5. The method of claim 4,
The matrix generator
And generating the orthogonal beamforming matrix for the first terminal using the magnitude, phase, and phase difference code extracted from the n signal-to-noise ratios.
상기 단말기 선택부는
상기 제2신호를 전송한 단말기 중 상기 선택된 제1 단말기와의 직교성 이 기 설정된 직교 임계치 이상인 제2 단말기를 추가로 선택하는 것을 특징으로 하는 기지국.5. The method of claim 4,
The terminal selector
And selecting a second terminal having an orthogonality with the selected first terminal more than a preset orthogonal threshold value among the terminals transmitting the second signal.
상기 메트릭스 생성부는
상기 제 1단말기 외에 상기 제2 단말기가 추가로 선택되는 경우
상기 제1 단말기 및 상기 제2 단말기와의 통신을 위한 빔형성 메트릭스를 생성하되,
복수의 선택된 단말기간의 간섭을 줄이기 위해 제로 포싱 빔형성(Zero-forcing Beam forming)방식을 이용하여 상기 빔형성 메트릭스를 생성하는 것을 특징으로 하는 기지국.The method according to claim 6,
The matrix generator
When the second terminal is additionally selected in addition to the first terminal
Generate a beamforming matrix for communication with the first terminal and the second terminal,
And generating the beamforming matrix using a zero-forcing beamforming scheme to reduce interference between a plurality of selected terminals.
비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호를 n개-n은 2이상의 자연수임- 의 송신 안테나를 가진 기지국으로부터 수신하는 단말기 수신부;
상기 제1 신호에 대한 피드백 정보를 생성하는 피드백 정보 생성부; 및
상기 피드백 정보를 상기 기지국으로 송신하는 단말기 송신부를 포함하되,
상기 피드백 정보는 상기 비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 추정된 n 개의 신호대 잡음비(SINR) 및 상기 n 개의 신호대 잡음비 간의 위상차 부호를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.In the terminal,
A terminal receiver for receiving a first signal formed using a non-orthogonal beamforming matrix from a base station having n transmit antennas, wherein n is a natural number of two or more;
A feedback information generator configured to generate feedback information on the first signal; And
A terminal transmitter for transmitting the feedback information to the base station,
And the feedback information comprises a phase difference code between the n signal-to-noise ratios (SINRs) and the n signal-to-noise ratios estimated using the non-orthogonal beamforming matrix.
상기 송신부는
상기 n개의 신호대 잡음비를 이용하여 추정된 예상 전송 용량이 기 설정된 전송 용량 임계치보다 큰 값을 가지는 경우 상기 피드백 정보를 기지국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 단말기.9. The method of claim 8,
The transmitting unit
And transmitting the feedback information to the base station when the estimated transmission capacity estimated using the n signal-to-noise ratios has a value larger than a preset transmission capacity threshold.
비직교 빔형성 메트릭스를 이용하여 형성된 제1 신호를 상기 복수의 송신 안테나를 통해 복수의 단말기에 송신하는 단계;
상기 제1 신호에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2 신호를 적어도 하나 이상의 단말기로부터 수신하는 단계;
상기 제2 신호를 이용하여 통신을 수행할 하나 이상의 단말기를 선택하는 단계; 및
상기 제2 신호를 이용하여 상기 선택된 하나 이상의 단말기로의 데이터 전송을 위한 빔형성 메트릭스를 생성하는 단계를 포함하되,
상기 피드백 정보는 상기 적어도 하나 이상의 단말기 각각에서 상기 제1신호를 이용하여 추정된 n개의 신호대 잡음비(SINR) 및 상기 n개의 신호대 잡음비 간의 위상차 부호를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국의 빔형성 메트릭스 생성방법.A method of generating a beamforming matrix of a base station having n transmit antennas, wherein n is two or more natural numbers,
Transmitting a first signal formed using a non-orthogonal beamforming matrix to a plurality of terminals via the plurality of transmit antennas;
Receiving from the at least one terminal a second signal comprising feedback information for the first signal;
Selecting at least one terminal to communicate using the second signal; And
Generating a beamforming matrix for data transmission to the selected one or more terminals using the second signal;
The feedback information includes a method for generating a beamforming matrix of a base station, wherein the at least one terminal includes a phase difference code estimated between the n signal-to-noise ratios (SINRs) and the n signal-to-noise ratios using the first signal. .
상기 단말기를 선택하는 단계는
상기 제2 신호를 전송한 단말기 중 가장 큰 신호 대 잡음비(SINR)를 전송한 제1 단말기를 선택하는 단계; 및
상기 제2 신호를 전송한 단말기 중 상기 선택된 제1 단말기와의 직교성이 기 설정된 직교 임계치 이상인 제2 단말기가 존재하는 경우 상기 제2 단말기를 추가로 더 선택하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국의 빔형성 메트릭스 생성방법.The method of claim 10,
The step of selecting the terminal
Selecting a first terminal that transmits the largest signal-to-noise ratio (SINR) among the terminals that transmit the second signal; And
Further selecting the second terminal when a second terminal having an orthogonality with respect to the selected first terminal is greater than or equal to a preset orthogonal threshold among the terminals transmitting the second signal;
Method for generating a beamforming matrix of the base station comprising a.
상기 빔형성 메트릭스를 생성하는 단계는
상기 기지국에서 상기 제1 단말기만이 선택된 경우 상기 제1 단말기와의 통신을 위한 직교 빔형성 메트릭스를 생성하며,
상기 제1 단말기 외에 상기 제2 단말기가 추가로 선택된 경우 상기 제1 단말기 및 상기 제2 단말기와의 통신을 위한 빔형성 메트릭스를 제로 포싱 빔형성(Zero-forcing Beam forming)방식을 이용하여 생성하는 것을 특징으로 하는 기지국의 빔형성 메트릭스 생성방법.The method of claim 12,
Generating the beamforming matrix
Generating an orthogonal beamforming matrix for communication with the first terminal when only the first terminal is selected in the base station;
When the second terminal is additionally selected in addition to the first terminal, generating a beamforming matrix for communication with the first terminal and the second terminal by using a zero-forcing beam forming method. A method for generating a beamforming matrix of a base station.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020100139542A KR101204237B1 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Base station, MoBILE Communication TERMINAL and Method for GENERATING BEAM FORMING MATRINX IN the base station |
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KR20120077547A KR20120077547A (en) | 2012-07-10 |
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