KR101226045B1

KR101226045B1 - 무선 ｍｉｍｏ 시스템에서의 송신을 위해 신호들을 프리코딩하기 위한 방법들

Info

Publication number: KR101226045B1
Application number: KR1020117006412A
Authority: KR
Inventors: 알렉세이 아시흐민
Original assignee: 알카텔-루센트 유에스에이 인코포레이티드
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2013-01-24
Also published as: JP5274664B2; KR20110044318A; US8107550B2; CN102160346B; EP2332300B1; EP2332300A1; BRPI0918469A2; US20100074356A1; CN102160346A; WO2010039172A1; JP2012503934A; ATE545253T1

Abstract

본원에 개시된 방법들은 송신 전에 신호들을 프리코딩하기 위한 보다 효율적인 프리코딩 행렬들을 제공하는 것이다. 본원에 개시된 방법들은 무선 MIMO 시스템들에서 처리량을 개선한다. 본원에 개시된 방법들은 주파수 분할 듀플렉싱(FDD) 시스템들, 시 분할 듀플렉싱(TDD) 시스템들 뿐만 아니라, 다른 무선 통신 시스템들에 적용가능하다.

Description

무선 ＭＩＭＯ 시스템에서의 송신을 위해 신호들을 프리코딩하기 위한 방법들{METHODS FOR PRECODING SIGNALS FOR TRANSMISSION IN WIRELESS MIMO SYSTEM}

본 발명은 무선 MIMO 시스템에서의 송신을 위해 신호들을 프리코딩하기 위한 방법들에 관한 것이다.

다중-입력-다중-출력(MIMO, Multiple-input-multiple-output) 시스템들은 무선 통신에서의 진보를 나타낸다. MIMO 시스템들은 무선 대역폭 및 일정한 전력을 유지하면서, 데이터 송신 레이트를 향상시키기 위해 무선 링크의 송신 단 및 수신 단에서 하나 이상의(예를 들면, 다중) 안테나들을 이용한다.

MIMO 송신기는 인출 신호를 다중 서브-신호들로 디멀티플렉싱하고 서브-신호들을 개별 안테나들로부터 송신함으로써, 다중 안테나들을 이용하여 인출 신호를 송신한다. MIMO는 처리량을 증가시키고 비트 에러 레이트들을 감소시키기 위해 다중 신호 전파 경로들을 이용한다. MIMO 기술들을 이용하면, 송신 레이트는 로컬 환경에 의존하여 선형으로 증가한다.

종래의 다중-입력-다중-출력(MIMO) 무선 브로드캐스트 시스템의 일부가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 기지국(100)에는 M개의 안테나들(도 1에서, M=3)이 설치되고, 복수의 모바일들(mobiles)(10-1 내지 10-t)에는 하나 이상의 안테나들이 설치된다. 명확성을 위해서, 모든 모바일들(10-1 내지 10-t)에는 단일 안테나만이 설치되는 것으로 가정된다.

송신 동안, 기지국(100)의 j-번째 안테나(여기서, j=1, ..., M)로부터 송신되고 i번째 모바일(10-i)(여기서, i=1, ..., t)에 의해 수신된 신호(s_j)에는 채널 계수 벡터(h_ij)가 곱해진다. 각각의 모바일들(1, 2, ..., t)로 송신되어야 할 신호들(q_i)(여기서, i=1, ..., t)은 각각의 안테나들(1, ..., M)로부터 송신된 신호들(s_j)(여기서, j=1, ..., M)로 매핑된다. 이것은 프리코딩(precoding)으로서 공지되어 있다.

프리코딩은 MIMO 시스템들에서 멀티-층 송신을 지원하는 일반화된 빔포밍이다. 프리코딩은 신호들의 다중 스트림들로 하여금, 링크 처리량이 최대화되도록, 각 안테나마다 독립적이고 적절한 가중을 갖는 송신 안테나들로부터 방출될 수 있도록 한다.

멀티-이용자 MIMO를 위한 프리코딩 알고리즘들은 선형 및 비선형 프리코딩 유형들로 서브-분할될 수 있다. 선형 프리코딩 방식들은 비선형 프리코딩 방식들에 비해 낮은 복잡도로 적당한 처리량 성능을 달성한다.

도 1로 돌아가서, 통상적으로, 기지국(100)은 다음과 같은 선형 프리코딩 알고리즘을 실행한다.

채널 계수들(h_ij)은 채널 행렬을 형성한다.

채널 행렬(H)의 엔트리들(entries)은 채널 계수 벡터들(

)(여기서, i=1, 2, ..., t)의 채널 계수들이다.

기지국(100)은 아래에 나타낸 식(1)에 따라 벡터(S)를 계산함으로써 대응하는 모바일들로 송신될 신호들인

를 프리코딩하고, 식(1)에서, G는 Tr(GG^*)=1이 되도록 하는 M x t 복소수 행렬이다. 연산자 Tr(A)는 정방 행렬(A)의 연산자들의 표준 자취이다. 예를 들면, a_ij가 A의 요소들이고, A가 M x M 행렬이면,

이다.

(1)

식(1)은 신호들(q₁, q₂, ..., q_t)을 신호들(s₁, s₂, ..., s_M)로 전개시키기 위해 표준 행렬 곱셈을 이용한다. 신호들(q₁, q₂, ..., q_t)은 각각 모바일들(10-1, 10-2, ..., 10-t)로 송신될 신호들이다. 이 예에서, 신호들(q₁, q₂, ..., q_t)의 프리코딩은 기지국(100)에서의 M개 안테나들 중에서 신호들 각각을 전개시킨다.

이어서, 기지국(100)은 프리코딩된 신호들(s₁, s₂, ..., s_M)을 기지국 안테나들(1, 2, ..., M)로부터 각각 송신한다.

i번째 모바일(10-i)에서, 예를 들면, 결과적인 수신된 신호(x_i)는 기지국(100)의 모든 M개의 안테나들로부터 전송된 신호들 및 부가 잡음(z_i)의 선형 조합과 동일하다. 보다 구체적으로, 수신된 신호(x_i)는 다음 식(2)에 의해 주어진다.

x_i = s₁h_i1 + s₂h_i2 + ... + s_Mh_iM + z_i (2)

일반적으로, 실제 채널 행렬(H)이 추정된 채널 행렬(

)과 동일하다는 가정에 기초하여 프리코딩 행렬(G)을 위치시키기 위한 방법들만이 존재하며, 이는 현실과 거리가 멀다.

예시적인 실시예들은 추정된 채널 행렬 및 채널 행렬 추정 에러들의 세트를 이용하여 효과적인 프리코딩 행렬(G)을 위치시키기 위한 방법들을 제공한다.

본원에서 논의되는 방법들은 선형 프리코딩의 다른 공지된 방법들에 비해 시스템의 처리량을 상당히 증가시킨다.

예시적인 실시예는 송신을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 방법을 제공한다. 이 실시예에서, 기지국은 추정된 채널 행렬의 함수로서의 채널 행렬들 및 채널 추정 에러 행렬들을 생성한다. 기지국은 추정된 채널 행렬 및 채널 추정 에러 행렬들과 연관된 제 1 세트 및 제 2 세트의 대각 행렬들을 결정한다. 기지국은 적어도 생성된 채널 행렬들, 제 1 세트의 대각 행렬들 및 제 2 세트의 대각 행렬들에 기초하여 프리코딩 행렬을 반복적으로 계산하고, 프로코딩 행렬에 기초하여 송신을 위한 신호들을 프리코딩한다.

또 다른 예시적인 실시예는 기지국으로부터 모바일로의 신호 송신의 방법을 제공한다. 이 실시예에 따르면, 기지국은 중간 프리코딩 행렬 파라미터들에 기초하여 프리코딩 행렬을 반복적으로 계산한다. 중간 프리코딩 행렬 파라미터들은 기지국과 모바일간의 무선 채널과 연관된 채널 파라미터들에 기초하여 계산된다. 채널 파라미터들은 적어도 생성된 대각 행렬들 및 무선 채널과 연관된 채널 행렬들의 세트를 포함한다. 기지국은 프리코딩 행렬에 기초하여 모바일로의 송신을 위한 신호들을 프리코딩하고, 프리코딩된 신호들을 모바일에 송신한다.

본 발명은 이하 주어지는 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이며, 도면들에서 동일한 요소들은 동일한 참조부호들로 표시되고, 이는 단지 예시를 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

도 1은 종래의 MIMO 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 일 예시적인 실시예에 따른 프리코딩 행렬을 위치시키기 위한 방법을 예시하는 흐름도.
도 3은 예시적인 실시예들이 구현될 수 있는 주파수 분할 듀플렉싱(FDD) 시스템의 일부를 도시하는 도면.
도 4는 예시적인 실시예들에 따라 방법들을 구현하는 FDD 시스템에 대한 시뮬레이션 결과들을 나타내는 도면.
도 5는 예시적인 실시예들이 구현될 수 있는 시-분할 듀플렉싱(TDD) 시스템의 일부를 도시하는 도면.
도 6은 예시적인 실시예들에 따라 방법들을 구현하는 TDD 시스템에 대한 시뮬레이션 결과들을 나타내는 도면.

본 발명의 다양한 예시적인 실시예들은 본 발명의 몇몇 예시적인 실시예들이 도시되어 있는 첨부 도면들을 참조하여 보다 완전하게 기술될 것이다.

본 발명의 상세한 예시적인 실시예들이 본원에 개시되어 있다. 그러나, 본원에 개시된 특정 구조적 및 기능적 세부사항들은 단지 본 발명의 예시적인 실시예들을 기술할 목적으로 기술되어 있다. 그러나, 본 발명은 많은 대안적인 형태들로 구체화될 수 있으며, 본원에 제시된 실시예들만으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

비록 제 1, 제 2 등과 같은 용어들이 다양한 소자들을 기술하기 위해 본원에서 이용될 수 있지만, 이들 소자들은 이들 용어들에 의해 제한되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자를 또 다른 소자와 구별하기 위해 이용된다. 본 발명의 예시적인 실시예들의 범위를 벗어나지 않고, 예를 들면, 제 1 소자는 제 2 소자로 칭할 수 있고, 마찬가지로, 제 2 소자는 제 1 소자로 칭할 수 있다. 본원에서 이용되는 바와 같이, 용어 "및/또는(and/or)"은 연관된 목록의 항목들 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합들을 포함한다.

소자가 또 다른 소자에 "접속된다" 또는 "결합된다"와 같이 언급될 때, 이는 또 다른 소자에 직접 접속 또는 결합되거나, 중간 소자들이 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 대조적으로, 소자가 또 다른 소자에 "직접 접속된다" 또는 "직접 결합된다"와 같이 언급될 때에는 중간 소자들이 존재하지 않는다. 소자들 간의 관계를 기술하기 위해 이용된 다른 단어들도 같은 방식으로 해석되어야 한다(예를 들면, "사이에"와 "사이에 직접", "인접한"과 "직접 인접한" 등).

본원에 이용되는 전문용어는 단지 특정 실시예들을 기술하기 위한 것으로, 본 발명의 예시적인 실시예들을 제한하려고 하는 것은 아니다. 본원에서 이용되는 바와 같이, 문맥에서 달리 명확히 나타내지 않는 한, 단수 형태들("a", "an", 및 "the")은 복수의 형태들도 포함하도록 의도된다. 또한, 용어들 "구성하다", "구성하는", "포함하다" 및/또는 "포함하는"은 본원에서 이용될 때, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 소자들 및/또는 구성요소들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 소자들, 구성요소들 및/또는 그의 그룹들의 존재 또는 부가를 불가능하게 하는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다.

또한, 몇몇 대안적인 실시예들에서, 언급된 기능들/동작들은 도면들에 나타낸 순서 밖에서 일어날 수 있다는 것을 유념해야 한다. 예를 들면, 연속하여 도시되는 두 도면들은 실제로 상당히 동시에 실행될 수 있거나, 때때로 포함된 기능성/동작들에 의존하여, 반대 순서로 실행될 수 있다.

예시적인 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 다음 설명에서 특정 세부사항들이 제공된다. 그러나, 당업자는 예시적인 실시예들이 이들 특정 세부사항들 없이 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 시스템들은 불필요한 세부사항으로 예시적인 실시예들을 모호하게 하지 않기 위해서 블록도들로 나타낼 수 있다. 다른 경우들에 있어서, 공지된 처리들, 구조들 및 기술들은 예시적인 실시예들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해서 불필요한 세부사항 없이 제시될 수 있다.

또한, 예시적인 실시예들은 순서도, 흐름도, 데이터 흐름도, 구조도 또는 블록도로서 도시되는 처리로서 기술될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 비록 순서도가 동작들을 순차적인 처리로서 기술할 수 있다고 하더라도, 많은 동작들은 병렬적으로, 동시에 또는 일제히 실행될 수 있다. 또한, 동작들의 순서는 재-배열될 수 있다. 처리는 동작들이 완료될 때 종료될 수 있지만, 또한 도면에 포함되지 않은 부가적인 단계들을 가질 수 있다. 처리는 방법, 함수, 절차, 서브루틴, 서브프로그램 등에 대응할 수 있다. 처리가 함수에 대응할 때, 그 종료는 호출 함수 또는 주 함수로의 함수의 복귀에 대응할 수 있다.

또한, 용어 "저장 매체" 또는 "컴퓨터 판독가능한 매체"는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 RAM, 코어 메모리, 자기 디스크 저장 매체들, 광학 저장 매체들, 플래시 메모리 디바이스들 및/또는 정보 저장용 다른 머신 판독가능한 매체들을 포함하는 하나 이상의 데이터 저장용 디바이스들을 나타낼 수 있다. 용어 "컴퓨터-판독가능한 매체"는 휴대용 또는 고정 저장 디바이스들, 광학 저장 디바이스들, 무선 채널들 및 명령(들) 및/또는 데이터를 저장하거나 포함하거나 전달할 수 있는 다양한 다른 매체들을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.

또한, 예시적인 실시예들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 하드웨어 기술 언어들, 또는 그의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 또는 마이크로코드로 구현될 때, 필요한 작업들을 실행하기 위한 프로그램 코드 또는 코드 세그먼트들은 저장 매체와 같은 머신 또는 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장될 수 있다. 처리기(들)는(은) 필요한 작업들을 실행할 수 있다.

코드 세그먼트는 절차, 함수, 서브프로그램, 프로그램, 루틴, 서브루틴, 모듈, 소프트웨어 패키지, 클래스, 또는 명령들이나 데이터 구조들이나 프로그램 서술들의 임의의 조합을 나타낼 수 있다. 코드 세그먼트는 정보, 데이터, 인수들, 파라미터들, 또는 메모리 콘텐트들을 전달 및/또는 수신함으로써 또 다른 코드 세그먼트 또는 하드웨어 회로에 결합될 수도 있다. 정보, 인수들, 파라미터들, 데이터 등은 메모리 공유, 메시지 전달, 토큰 전달, 네트워크 송신 등을 포함하는 임의의 적합한 수단을 통해 전달되거나 포워딩되거나, 송신될 수 있다.

본원에서 이용되는 바와 같이, 용어 "모바일"은 클라이언트, 모바일 유닛, 이동국, 모바일 이용자, 이용자 장비(UE), 가입자, 이용자, 원격 스테이션, 액세스 단말, 수신기 등과 비슷한 뜻을 갖는 것으로 고려될 수 있고, 이하 선택적으로 언급될 수 있으며, 무선 통신 네트워크에서 무선 리소스들(wireless resources)의 원격 이용자를 기술할 수 있다.

유사하게, 본원에서 이용되는 바와 같이, 용어 "기지국"은 노드 B, 기지국 송수신기(BTS) 등과 비슷한 뜻을 갖는 것으로 고려될 수 있고, 이하 선택적으로 언급될 수 있으며, 무선 통신 네트워크에서 모바일들과 통신하고 모바일들에게 무선 리소스들을 제공하는 송수신기를 기술할 수 있다. 본원에 논의되는 바와 같이, 기지국들은 종래의 공지된 기지국들과 연관된 모든 기능 및 본원에서 논의되는 방법들을 실행하기 위한 능력을 가질 수 있다.

예시적인 실시예들은 도 1의 통상적인 MIMO 시스템에 대해 일반적인 관점에서 기술될 것이며, 어느 정도의 보다 상세한 설명은 도 3 및 도 5에 각각 도시된 주파수 분할 듀플렉싱(FDD) 시스템 및 시 분할 듀플렉싱(TDD) 시스템에 대해 제공될 것이다. 그러나, 예시적인 실시예들은 다른 MIMO 시스템들 뿐만 아니라, 다른 무선 통신 시스템들에서 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 본원에서 논의되는 방법들은 근사 채널 행렬(

) 및 채널 추정 에러 행렬들(

)의 세트(S_CEE)가 기지국 또는 다른 네트워크 처리 소자에서 이용가능한 임의의 통신 시스템과 함께 구현될 수 있다.

예시적인 실시예들은 모바일들로의 기지국에 의한 송신(다운링크)을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 보다 효율적인 프리코딩 행렬을 생성하기 위한 방법들을 제공한다. 이렇게 하기 위해서, 예시적인 실시예들은 기지국에서 추정된 (근사) 채널 행렬(

) 및 채널 추정 에러 행렬들(

)의 세트(S_CEE)를 생성하기 위한 알고리즘들을 제공한다. 인덱스(L)는 행렬들(

)의 샘플들의 수, 또는 달리 말하면, 효율적인 프리코딩 행렬(G)을 발견하기 위해 기지국에 의해 이용된 행렬들(

)의 수를 식별하는 파라미터이다. L의 값이 클수록 가장 근접하게 되고, 생성된 프리코딩 행렬(G)은 (L이 무한대일 경우 생성될 수 있는) 이상적인 프리코딩 행렬이 될 것이다. 동시에, L이 클수록 연산 복잡도는 높아진다. 파라미터(L)는 본원에서 논의되는 방법들이 실행되는 얼마나 강력한 컴퓨터가 기지국에 있는지와 같은 많은 팩터들(factors)에 의존하여 네트워크 오퍼레이터(network operator)에 의해 설정될 수 있다.

예시적인 실시예들은 추정된 채널 행렬(

) 및 채널 추정 에러 행렬들(

)의 세트(S_CEE)에 기초하여 보다 효율적인 프리코딩 행렬(G)을 생성하기 위한 방법들을 제공한다.

도 2는 보다 효율적인 프리코딩 행렬을 생성하기 위한 방법의 일 예시적인 실시예를 도시하는 흐름도이다. 도 2의 흐름도에 의해 보여주는 방법은 예를 들면, 도 1의 기지국(100)에서 구현될 수 있다.

도 2를 참조하면, 단계(S200)에서, 기지국(100)은 추정된 채널 행렬(

) 및 채널 추정 에러 행렬들(

)의 세트(S_CEE)에 기초하여 채널 행렬들(

)의 세트(S_cm)를 계산한다.

기지국(100)은 세트(S_CEE)에서 채널 추정 에러 행렬들(

) 각각에 대응하는 채널 행렬(H)을 계산한다. 보다 상세하게, 기지국(100)은 다음의 식(3)에 따라 채널 행렬들(S_cm)의 세트를 계산한다.

모든 l = 1, ..., L에 대하여,

(3)

상술된 바와 같이, (실제 채널 행렬(H)이 아닌) 추정된 채널 행렬(

), 및 채널 추정 에러 행렬(

)(여기서,

)의 통계치가 기지국(100)에서 이용가능하다.

기지국(100)은 채널 추정 에러 행렬(

)의 공지된 통계치를 이용하여 채널 추정 에러 행렬들(

)의 세트(S_CEE)를 생성한다.

도 2로 돌아가서, 단계(S202)에서, 기지국(100)은 계산된 채널 행렬들(H _l ) 각각에 대한 대각 행렬들(

및

)(여기서, j = 1, ..., L)을 초기화한다. 일 예에서, 대각 행렬들(

및

)은 단위 행렬(I _M )과 동일하게 설정된다. 행렬(I _M )은 모든 대각 엔트리들이 1인 M x M 단위 행렬이다. 예를 들면, M=3에 대해서, 단위 행렬(I _M )은 다음과 같다.

보다 상세하게, 기지국(100)은 다음에 나타낸 식(4)에 따라 j번째 안테나들에 대한 대각 행렬들(

및

)을 설정한다.

모든 j = 1, ..., M에 대해서,

및

(4)

본원에서는 식(4)에 따라 설정되는 것으로서 논의되었지만, 대각 행렬들(

및

)은 임의의 적합한 방식으로 설정될 수 있다. 또한, 단계(S202)에서, 기지국(100)은 카운터 값을 k=1로 초기화한다. 카운터 값(k)은 도 2에 도시된 방법의 반복들의 횟수를 추적하기 위해 기지국(100)에 의해 이용된다.

단계(S204)에서, 기지국(100)은 생성된 대각 행렬들(

및

), (상기 언급된) 부가적인 잡음(z_i)의 변동량(σ²), 및 생성된 채널 행렬들(

)의 세트(S_cm)에 기초하여 중간 프리코딩 행렬 계산 파라미터들(

및

)을 계산한다. 보다 상세하게, 기지국(100)은 다음 식(5) 및 식(6)에 따라 파라미터들(

및

)을 계산한다.

(5)

(6)

식(5) 및 식(6) 각각에서, "*"는 복소수 행렬의 헤르미이트 공액(Hermitian conjugation)을 나타낸다. 또한, 중간 프리코딩 행렬 계산 파라미터들(

및

)은 도 2에 도시된 처리의 반복들 동안 계산된 중간값들을 유지하기 위해 이용된 내부 변수들이다. 프리코딩 행렬 계산 파라미터(

)는 적어도 채널 행렬들(

), 대각 행렬들(

), 및 부가적인 잡음(z_i)의 변동량(σ²)의 함수로서 생성된다. 프리코딩 행렬 계산 파라미터(

)는 채널 행렬들(

) 및 대각 행렬들(

)의 함수로서 생성된다.

계속해서 도 2를 참조하면, 단계(S206)에서, 기지국(100)은 생성된 중간 프리코딩 행렬 계산 파라미터들(

및

)에 기초하여 프리코딩 행렬(

)(여기서, k는 상술된 카운터 값이다)을 생성한다. 보다 구체적으로, 기지국(100)은 중간 프리코딩 행렬 계산 파라미터(

) 및 중간 프리코딩 행렬 계산 파라미터(

)의 역, 즉, 다시 말해서, X ^-1 에 기초하여 프리코딩 행렬(

)을 생성한다. 식에서, 기지국(100)은 아래에 나타낸 식(7)에 따라 프리코딩 행렬(

)을 계산한다.

(7)

단계(S208)에서, 기지국(100)은 단계(S204) 및 단계(S206)의 추가적인 반복들이 필요한지 결정하기 위해 제 1 임계치 동작을 실행한다. 일 예에서, 제 1 임계치 동작은 현재 프리코딩 행렬과 이전에(가장 최근에) 계산된 프리코딩 행렬 간의 처리량 증가에 기초한다. 이 예에서, 단계(S204) 및 단계(S206)의 적어도 두 번의 반복들이 실행된다.

단계(S208)에서,

가 k번째 반복에서 발견된 프리코딩 행렬이라면, 기지국(100)은 생성된 프리코딩 행렬(

) 및 대응하는 채널 행렬(H)에 기초하여 처리량(T_k)의 예상값을 계산한다.

일 예에서, 기지국(100)은 임의의 t x M 채널 행렬(H) 및 임의의 M x T 프리코딩 행렬(G)에 대한 처리량(T_k)을 다음과 같이 계산한다.

바로 앞에서 제시된 식에서, g_r은 프리코딩 행렬(G)의 r번째 열이고, h _j 는 채널 행렬(H)의 j번째 행이고, P_j는 신호(q_j)의 전력이고, σ²은 부가적인 잡음(z_i)의 변동량이다.

도 2에 도시된 방법에 대해 보다 구체적으로, 기지국(100)은 식(8)에 따라 처리량(T_k)을 계산한다.

(8)

기지국(100)은 이어서 현재 처리량(T_k)과 가장 최근에 계산된 처리량(T_k _-1) 간의 차이(D_T)를 계산한다.

기지국(100)은 이어서 계산된 차이(D_T)를 처리량 증가 임계치(THRESHOLD)와 비교한다. 임계치(THRESHOLD)는 시뮬레이션들, 경험적 데이터 등에 기초하여 네트워크 오퍼레이터에 의해 결정된 미리 규정된 또는 주어진 값일 수 있다.

단계(S208)로 돌아가서, 차이(D_T)가 임계치(THRESHOLD) 보다 작거나 같으면, 기지국(100)은 단계(S204) 및 단계(S206)가 추가적인 반복들이 필요없고, 프리코딩 행렬(G_k)이 기지국(100)에 의한 신호들의 송신을 위해 충분하다는 것을 결정한다. 달리 말하면, 차이(D_T)가 임계치(THRESHOLD) 보다 작거나 같으면, 처리는 종료된다.

단계(S208)로 돌아가서, 계산된 차이(D_T)가 임계치(THRESHOLD)보다 크면, 기지국(100)은 단계(S204) 및 단계(S206)의 추가적인 반복들이 유리할 수 있다는 것을 결정한다. 이 경우에, 단계(S210)에서, 기지국(100)은 카운터 값을 증가시키고(k=k+1), 단계들(S204 및 S206)의 추가적인 반복이 실행되어야 하는지의 여부를 결정하기 위해 단계(S212)에서 제 2 임계 동작을 실행한다. 제 2 임계 동작은 카운터 값(k)을 카운터 임계치(TH_C)와 비교하는 것을 포함한다. 카운터 임계치(TH_C)는 네트워크 오퍼레이터에 의해 설정될 수 있고, 예를 들면, 10 이상의 값을 가질 수 있다.

단계(S212)에서, 카운터 값(k)이 카운터 임계치(TH_C)보다 크거나 같으면, 기지국(100)은 단계들(S204 및 S206)의 최대 횟수의 반복들이 실행되었다는 것을 결정하고, 처리를 종료한다. 이 경우에, 기지국(100)은 송신을 위한 신호들의 프리코딩에 가장 최근에 계산된 프리코딩 행렬(

)을 이용한다.

단계(S212)로 돌아가서, 카운터 값이 카운터 임계치(TH_C)보다 작으면, 방법은 단계(S214)로 진행한다.

단계(S214)에서, M개의 안테나들 각각과 연관된 대각 행렬들(

및

) 각각에 대한 새로운 값들이 다음 식(9) 및 식(10)에 따라 계산된다.

(9)

(10)

여기서, diag(Z)은 정방 행렬(Z)의 대각이고, 예를 들면, Z이 M x M 행렬이고, z_ij가 그 엔트리들이라면, diag(Z) = (z₁₁, z₂₂, ..., z_MM)이다.

식(9) 및 식(10)에서, A는 t x M 행렬이고, B는 M x t 행렬이고, 이들은 아래 제시된 식(11) 및 식(12)에 따라 설정된다.

에 대하여,

(11)

(12)

또한, 식(9) 및 식(10)에서, a _r 은 행렬(A)의 r번째 행이고, b _j 는 행렬(B)의 j번째 열이다. 변수(N_m)는 다음 식(13)에 의해 정의된다.

(13)

변수(d_m)은 다음 식(14)에 의해 규정된다.

(14)

대각 행렬들(

및

) 각각에 대한 값들을 재계산한 후에, 방법은 상기 논의된 것과 같이 단계(S204)로 진행하여 계속한다.

도 2에 제시된 방법에 따라 프리코딩 행렬(

)을 생성시킨 후에(예를 들면, 처리의 여러 반복들 후에), 기지국(100)은 상기 논의된 방식으로 프리코딩 행렬(

)을 이용하여 송신될 신호들을 처리한다. 기지국(100)은 이어서 임의의 공지된 방식으로 신호들을 목적지 모바일들로 송신한다.

일 대안적인 실시예에서, 도 2의 방법은 단계(S208)을 생략할 수 있고, 처리의 반복들을 계속할 것인지의 여부를 결정하는데 있어서 제 2 임계 동작만 이용할 수 있다. 이 경우에, 카운터 값(k)이 카운터 임계치(TH_C)보다 작으면, 방법은 (상기 상세하게 논의된) 단계(S214)로 진행한다. 그렇지 않으면, 처리는 종료된다.

일 대안적인 실시예에서, 예시적인 실시예들에 따른 방법들은 식

에서 최대값을 찾는 것과 동등한 것을 특징으로 할 수 있다. 이 식에서,

는

의 확률 분포에 대한 기대값의 연산자이다.

2개의 보다 구체적인 예의 실시예들이 이하 보다 상세히 설명될 것이다.

FDD 시스템 예

도 3은 예시적인 실시예들이 구현될 수 있는 주파수 분할 듀플렉싱(FDD) 시스템(102)을 도시한다.

도 3에 도시된 것과 같은 FDD 시스템에서, 기지국(200)은 파일럿 신호들을 모바일들(20-1 내지 20-t)에 전송한다. 기지국(200)은 도 1에 도시된 기지국(100)과 동일하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있다. 이들 파일럿 신호들을 이용하여, 각 모바일(20-1 내지 20-t)은 임의의 공지된 방식으로, 수신된 파일럿 신호들에 기초하여 그의 채널 벡터를 추정한다. 예를 들면, i번째 모바일에 대한 채널 벡터(h _i )는 다음에 나타낸 식(15)에 의해 주어진다.

(15)

모바일들(20-1 내지 20-t)은 그들의 채널 벡터들의 근사치들을 개별 주파수 대역을 통해 기지국(200)에 송신한다.

통상적으로, 각 채널 벡터는 M개의 복소수들로 구성되기 때문에(예를 들면, i번째 모바일에 대해서는 h_i1, ..., h_iM), 이들 채널 벡터들을 기지국(200)에 직접 송신하기 위해 불필요한 모바일 리소스들(예를 들면, 시간 및 대역폭)이 이용된다. 리소스들의 이용을 줄이기 위한 통상적인 방식은 양자화 코드북을 이용하는 것이다.

모든 모바일들(20-1 내지 20-t) 및 기지국(200)에 공지되어 있는 양자화 코드북

은 예를 들면, 네트워크 오퍼레이터에 의해 미리 명시된다.

양자화 코드북을 이용하여, 파일럿 신호들을 수신하고 채널 벡터(

)를 계산한 후에, i번째 모바일은 계산된 채널 벡터(

)와 가장 근사한 코드 벡터(

)를 식별한다. 일 예에서, i번째 모바일은 다음 식(16)에 따라, 계산된 채널 벡터(

)와 가장 근사한 코드 벡터(

)를 결정한다.

` (16)

식(16)에서,

는 벡터들(

및

) 간의 거리를 측정하는 함수이다. 이 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이,

에 대한 많은 가능성들이 존재하며, 임의의 적합한 것이 이용될 수 있다. 일 예에서,

는

및

사이의 유클리드 거리일 수 있다. 예를 들면, 벡터(

= (x₁, x₂, ..., x_M) 및 벡터(

= (y₁, y₂, ..., y_M)이면,

이다.

가장 근사한

를 식별한 후에, i번째 모바일(20-i)은 전체 채널 벡터(

) 보다는 인덱스(r_i)만을 기지국(200)에 송신한다. 기지국(200)은 수신된 인덱스(r_i)에 기초하여 벡터(

)를 식별하고, 벡터(

)를 채널 벡터(

)의 근사치로서 간주한다. 모바일들(10-1, ..., 10-t)로부터 수신된 인덱스들(r₁, ..., r_t)을 각각 이용하면, 기지국(200)은 다음의 식(17)에 따라 채널 행렬(

)의 추정치를 생성한다.

(17)

보다 상세하게, 모바일들(20-1 내지 20-t)로부터 인덱스들(r₁, r₂, ..., r_t)을 수신하면, 기지국(200)은 수신된 인덱스들(r₁, r₂, ..., r_t)에 대응하는 코드 벡터들(

)의 세트에 기초하여 j=1,...,L에 대하여 채널 추정 에러 행렬들(

)을 형성한다. 예를 들면, 채널 추정 에러 행렬(

)의 i번째 행이 세트(

)로부터의 랜덤 벡터가 되도록(여기서,

로부터의 렌덤 벡터들은 균인한 분포에 따라 취해진다), 기지국(200)은

에 대하여 채널 추정 에러 행렬들(

)을 형성한다. r번째 코드 워드(

)에 대해서, 세트(C_r)는 {임의의 j≠r에 대해서,

}에 의해 규정된다.

에 대한 채널 추정 에러 행렬들(

)은 채널 추정 에러(

)의 분포에 따라 생성된 추정 에러의 랜덤 샘플들이다.

계산된 추정된 채널 행렬(

) 및

에 대한 채널 추정 에러 행렬들(

)을 이용하여, 기지국(200)은 도 2와 관련하여 상기 논의된 것과 같이 프리코딩 행렬(

)을 생성한다.

도 4는 기지국이 M=8의 안테나들을 갖고, 모바일들의 수(t)가 4이고, 적합한 양자화 코드북(C)인 경우에 대한 시뮬레이션 결과들을 도시한다. 프리코딩 행렬(G)에 대한 시스템들의 처리량들은 본원에 기술된 예시적인 실시예들에 따라 생성되고, 프리코딩 행렬(G)에 대해서는 공지된 제로-포싱 방법(zero-forcing method)에 따라 생성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본원에 기술된 방법들은 시스템 처리량에 있어서 상당한 증가를 제공한다.

TDD 시스템 예

도 5는 예시적인 실시예들에 따른 방법들을 더 설명하기 위한 시 분할 듀플렉싱(TDD) 무선 시스템의 일부를 도시한다.

TDD 시스템(302)에서, 모바일들(30-1 내지 30-t)은 파일럿 신호들을 기지국(300)에 전송하고, 기지국(300)은 i번째 모바일과 j번째 안테나 사이의 채널 계수들(h_ij)의 채널 추정치들(

)을 계산한다. 기지국(300)은 도 1의 기지국(100) 및/또는 도 3의 기지국(200)과 동일하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있다.

이들 계산된 채널 추정치들(

)에 기초하여, 기지국(300)은 추정된 채널 행렬(

)을 생성한다. 이렇게 행하기 위한 방법들은 이 기술분야에 잘 공지되어 있다. 따라서, 이 방법론의 설명은 간결성을 위해 생략된다.

모바일들(30-1 내지 30-t)은 일반적으로 저 전력으로 송신하기 때문에, 그들의 파일럿 신호들은 또한 약하고, 따라서, 추정 에러는 보통 크다. 채널 추정치들(

)을 얻기 위한 전통적인 공지된 방법은 선형 최소 평균 제곱 에러 추정기를 이용하는 것이다.

이 예에서, 추정 에러들은 추정된 채널 행렬(

)에 독립적이다. 또한, 추정 에러들의 확률 분포 함수(PDF)는 가우스 채널의 경우에 분석적으로 또는 시뮬레이션들의 도움으로 발견될 수 있다. 추정 에러의 PDF를 결정하기 위한 방법들은 이 기술분야에 잘 공지되어 있다. 따라서, 이 논의에 대해서는 추정 에러들의 PDF가 기지국(100)에 공지되어 있는 것으로 가정된다. 이 예에서는

가 추정 에러들의 PDF인 것으로 가정된다.

PDF

에 기초하여, 기지국(300)은 i=1,...L에 대하여 랜덤 행렬들(

)의 세트를 생성한다. i=1,...,L에 대하여, 행렬들(

)은 미리 계산될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 또한, 많은 경우들에 있어서, 가우스 채널들의 경우에서와 같이, 엔트리들은 독립적이고 동등하게 분포된다. 추정 에러들의 공지된 PDF에 기초하여 랜덤 행렬들을 생성하기 위한 방법들은 이 기술분야에 잘 공지되어 있다.

추정된 채널 행렬(

) 및 i=1,...,L에 대한 랜덤 행렬들(

)을 이용하여, 기지국(300)은 도 2와 관련하여 상기 논의된 방법에 따라 프리코딩 행렬(

)을 생성한다.

도 6은 기지국이 M=6의 안테나들을 갖고 시스템이 t=4의 모바일들을 포함하는 경우에 대한 시뮬레이션 결과들을 보여준다. 그래프는 도 2에 도시된 방법에 따라 생성된 프리코딩 행렬(

)에 대한 시스템들의 처리량들을 이용하여 생성되고, 프리코딩 행렬(

)에 대해서는 잘 공지된 규칙화된 제로 포싱 방법에 따라 생성된다. 예시적인 실시예들은 명백히 시스템 처리량에 있어서 상당한 증가를 제공한다.

본원에 논의된 방법들은 선형 프리코딩의 다른 공지된 방법들에 비해 시스템의 처리량에 있어서 상당한 증가들을 제공한다.

본 발명은 이와 같이 기술되어 있으며, 이들은 많은 방식들로 변경될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 이러한 변경들은 본 발명을 벗어나는 것으로서 간주되는 것이 아니라, 이러한 모든 수정들은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

20-1 내지 20-t, 30-1 내지 30-t: 이동국 100, 200, 300: 기지국
102: 주파수 분할 듀플렉싱 시스템 302: TDD 시스템

Claims

송신을 위한 신호들을 프리코딩(precoding)하기 위한 방법에 있어서:
기지국(100, 200, 300)에서, 추정된 채널 행렬(
)의 함수로서의 채널 행렬들
및 채널 추정 에러 행렬들(
)을 생성하는 단계;
상기 기지국에서, 상기 추정된 채널 행렬 및 상기 채널 추정 에러 행렬들과 연관된 제 1 세트 및 제 2 세트의 대각 행렬들
을 결정하는 단계;
상기 기지국에서, 적어도 상기 생성된 채널 행렬들, 상기 제 1 세트의 대각 행렬들 및 상기 제 2 세트의 대각 행렬들을 이용하여 프리코딩 행렬(G_k) 및 예상 처리량을 반복적으로 계산하는 단계;
상기 반복적으로 계산된 처리량 및 임계치에 기초하여, 제 1 예상되는 처리량과 제 2 예상 처리량 간의 차이를 상기 임계치와 비교함으로써, 상기 반복적으로 계산 하는 단계를 중지할지 여부를 결정하는 단계로서, 상기 제 1 및 상기 제 2 예상 처리량 간의 상기 차이가 상기 임계치보다 크면, 상기 기지국은 상기 반복적인 계산 단계의 후속 반복을 실행하는, 상기 반복적인 계산의 중지 여부 결정 단계; 및
상기 프리코딩 행렬에 기초하여 송신을 위한 상기 신호들(q₁, q₂, ..., q_t)을 프리코딩하는 단계를 포함하는, 송신을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 반복적인 계산 단계는:
상기 프리코딩 행렬의 계산의 각 반복(k) 동안 상기 제 1 및 제 2 세트들의 대각 행렬들을 재-결정하는 단계를 포함하는, 송신을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 반복적인 계산 단계는:
상기 반복적인 계산 단계의 제 1 반복(k-1) 동안, 적어도 상기 생성된 채널 행렬들, 상기 제 1 세트의 대각 행렬들 및 상기 제 2 세트의 대각 행렬들을 이용하여 제 1 프리코딩 행렬(G_k-1)을 먼저 계산하는 단계,
상기 계산된 제 1 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 제 1 예상 처리량(T_k-1)을 계산하는 단계,
상기 반복적인 계산 단계의 제 2 반복(k) 동안, 적어도 상기 생성된 채널 행렬들, 상기 재-결정된 제 1 세트의 대각 행렬들 및 상기 재-결정된 제 2 세트의 대각 행렬들을 이용하여 제 2 프리코딩 행렬(G_k)을 계산하는 단계, 및
상기 계산된 제 2 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 제 2 예상 처리량(T_k)을 계산하는 단계를 포함하는, 송신을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 방법.
삭제
송신을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 방법에 있어서:
기지국에서, 추정된 채널 행렬의 함수로서의 채널 행렬들 및 채널 추정 에러 행렬들을 생성하는 단계;
상기 기지국에서, 상기 추정된 채널 행렬 및 상기 채널 추정 에러 행렬들과 연관된 제 1 세트 및 제 2 세트의 대각 행렬들을 결정하는 단계;
상기 기지국에서, 적어도 상기 생성된 채널 행렬들, 상기 제 1 세트의 대각 행렬들 및 상기 제 2 세트의 대각 행렬들을 이용하여 프리코딩 행렬(G_k) 및 예상 처리량을 반복적으로 계산하는 단계;
상기 기지국에서, 제 1 예상 처리량과 제 2 예상 처리량 간의 차이를 임계치와 비교하는 단계;
상기 기지국에서, 상기 제 1 및 제 2 예상 처리량들 간의 차이가 상기 임계치보다 크면, 카운터 값(k)을 증가시키는 단계;
상기 기지국에서, 상기 증가된 카운터 값을 카운터 임계치(TH_C)와 비교하는 단계;
상기 기지국에서, 상기 증가된 카운터 값과 상기 카운터 임계치 간의 상기 비교에 기초하여 상기 반복적인 계산 단계를 중지할지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 기지국에서, 상기 프리코딩 행렬에 기초하여 송신을 위한 상기 신호들을 프리코딩하는 단계를 포함하는, 송신을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 카운터 값이 상기 카운터 임계치보다 작으면, 상기 기지국은 상기 반복적인 계산 단계의 후속 반복을 실행하는, 송신을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 증가된 카운터 값이 상기 카운터 임계치보다 크거나 같으면, 상기 기지국은 상기 반복적인 계산 단계의 후속 반복을 실행하지 않는, 송신을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 프리코딩 단계는:
후속 프리코딩 행렬에 기초하여 상기 기지국에 의한 송신을 위해 상기 신호들을 프리코딩하는 단계를 추가로 포함하는, 송신을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 예상 처리량들 간의 차이가 상기 임계치보다 작으면, 상기 기지국은 상기 반복적인 계산 단계를 중지하고 상기 반복적인 계산 단계의 후속 반복을 실행하지 않는, 송신을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 프리코딩된 신호들을 목적지 모바일(destination mobile)(10-i)에 송신하는 단계를 추가로 포함하는, 송신을 위한 신호들을 프리코딩하기 위한 방법.