KR101231912B1 - 빔 포밍 벡터의 반복적 갱신 방법 및 이를 지원하는 송신기 - Google Patents

빔 포밍 벡터의 반복적 갱신 방법 및 이를 지원하는 송신기 Download PDF

Info

Publication number
KR101231912B1
KR101231912B1 KR1020090063703A KR20090063703A KR101231912B1 KR 101231912 B1 KR101231912 B1 KR 101231912B1 KR 1020090063703 A KR1020090063703 A KR 1020090063703A KR 20090063703 A KR20090063703 A KR 20090063703A KR 101231912 B1 KR101231912 B1 KR 101231912B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vector
beamforming
information
feedback information
transmitter
Prior art date
Application number
KR1020090063703A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100024891A (ko
Inventor
예충일
권동승
김지형
그베르트 데이비드
Original Assignee
삼성전자주식회사
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 한국전자통신연구원 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to US13/060,897 priority Critical patent/US8824576B2/en
Priority to PCT/KR2009/004391 priority patent/WO2010024539A2/en
Publication of KR20100024891A publication Critical patent/KR20100024891A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101231912B1 publication Critical patent/KR101231912B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/005—Control of transmission; Equalising
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0621—Feedback content
    • H04B7/0626—Channel coefficients, e.g. channel state information [CSI]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0636—Feedback format
    • H04B7/0641—Differential feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0636—Feedback format
    • H04B7/0645—Variable feedback
    • H04B7/065—Variable contents, e.g. long-term or short-short

Landscapes

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

Abstract

이기적 빔 포밍과 이타적 빔 포밍을 선형 결합한 빔 포밍 벡터를 피드백 정보를 이용하여 반복적으로 갱신함으로써 통신 상황에 최적화된 데이터 전송 용량을 제공한다. 빔 포밍 벡터의 반복적 갱신을 위한 송신기는 수신기로부터 피드백 정보를 수신하는 피드백 수신모듈과, 초기 빔 포밍 시 이기적 빔 포밍을 위한 제1 벡터와 이타적 빔 포밍을 위한 제2 벡터를 결합하여 초기 빔 포밍 벡터를 결정하고, 빔 포밍이 갱신될 때마다 피드백 정보를 참조하여 상기 빔 포밍 벡터의 제1 벡터 및 제2 벡터의 결합 비율을 수정하는 벡터 결정 모듈을 포함한다.
Figure R1020090063703
iterative, BF, beamforming, ZF, MRT

Description

빔 포밍 벡터의 반복적 갱신 방법 및 이를 지원하는 송신기{method and transmitter for modifying beamforming vector iteratively}
본 발명의 실시예는 이기적 빔 포밍과 이타적 빔 포밍을 선형 결합한 빔 포밍 벡터를 피드백 정보를 이용하여 반복적으로 갱신함으로써 통신 상황에 최적화된 데이터 전송 용량을 제공하는 송신기 및 반복적 빔 포밍 벡터 갱신 방법에 관한 것이다.
다중 접속 시스템에서는 시스템의 성능 향상과 용량 증대를 위하여 다중 안테나를 이용한 빔 포밍(BeamForming, BF) 기술을 사용한다. 통상적으로 빔 포밍은 복수의 안테나를 일정한 간격으로 배치하고, 동일한 신호에 대해 안테나별로 주어진 가중치 벡터(weighting vector)를 곱하여 전송하는 것을 의미한다.
안테나별로 최적의 가중치 벡터를 구하기 위해 영 강압(zero forcing, ZF) 알고리즘이 사용될 수 있다. 영 강압 알고리즘은 송신시 채널의 역행렬을 미리 곱하여 간섭 신호를 제거하는 것으로서, 정보 수신 대상이 아닌 타 수신기에 간섭이 발생하지 않도록 빔 포밍을 수행하므로 이타적인 알고리즘으로 간주된다.
이에 반해, 최대 비 전송(maximal ratio transmission, MRT) 알고리즘은 타 수신기에 미치는 간섭을 고려하지 않고 특정 수신기의 방향으로만 전력이 집중되도록 빔 포밍을 수행하므로 이기적인 알고리즘으로 간주된다.
따라서, 채널 조건이 양호한 통신 환경에서는 최대 비 전송 빔 포밍과 같은 이기적 알고리즘을 사용할 때 높은 전송 효율을 기대할 수 있고, 채널 조건이 열악한 통신 환경에서는 영 강압 빔 포밍과 같은 이타적 알고리즘을 사용할 때 높은 전송 효율을 기대할 수 있다.
다만, 채널 조건은 시간에 따라 수시로 변동하므로 최적의 전송 효율을 위해서는 채널 조건에 따라 이기적 알고리즘과 이타적 알고리즘을 적절히 결합하여 적용할 것이 요구된다.
본 발명의 실시예는 이기적 알고리즘과 이타적 알고리즘가 결합된 빔 포밍 벡터를 제공하고, 피드백 정보를 이용하여 빔 포밍 벡터를 반복적으로 갱신하는 방법 및 이를 위한 송신기를 제공하고자 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 채널 간 간섭을 고려하는 제1 빔 포밍과 채널 간 간섭을 고려하지 않는 제2 빔 빔포밍을 동시에 지원하는 송신기에 관한 것으로서, 수신기로부터 피드백 정보를 수신하는 피드백 수신모듈 및 초기 빔 포밍 시 상기 제1 빔 포밍을 위한 제1 벡터와 상기 제2 빔 포밍을 위한 제2 벡터를 결합하여 초기 빔 포밍 벡터를 결정하고, 다음 빔 포밍부터는 상기 수신된 피드백 정보를 참조하여 상기 빔 포밍 벡터의 제1 벡터 및 제2 벡터의 결합 비율을 갱신하는 벡터 결정 모듈을 포함한다.
본 발명의 다른 일 양태는 채널 간 간섭을 고려하는 제1 빔 포밍과 채널 간 간섭을 고려하지 않는 제2 빔 빔포밍을 동시에 지원하는 송신기의 빔 포밍 벡터 갱신 방법에 관한 것으로서, 수신기로부터 피드백 정보를 수신하는 단계와, 초기 빔 포밍에 있어서, 상기 피드백 정보를 이용하여 상기 제1 빔 포밍을 위한 제1 벡터와 상기 제2 빔 포밍을 위한 제2 벡터를 결합한 빔 포밍 벡터를 결정하는 단계와, 이후의 빔 포밍 반복에 있어서, 상기 수신된 피드백 정보를 이용하여 상기 결정된 빔 포밍 벡터의 제1 벡터 및 제2 벡터의 결합 비율을 수정하는 단계를 포함한다.
상기 두 가지 양태에 있어서, 상기 피드백 정보는 채널 정보를 포함하며, 상기 벡터 결정 모듈은 상기 채널 정보를 이용하여 상기 초기 빔 포밍 벡터를 결정할 수 있다.
또한, 상기 피드백 정보는 속도 증감 정보를 포함하며, 상기 벡터 결정 모듈은 상기 속도 증감 정보를 이용하여 상기 빔 포밍 벡터를 갱신할 수 있다.
또한, 상기 피드백 정보는 반복 중지 정보를 포함하며, 상기 벡터 결정 모듈은 상기 반복 중지 정보가 수신되면 이전에 결정된 빔 포밍 벡터를 그대로 고정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 피드백된 채널 정보 또는 데이터 전송 정보를 이용하여 이기적 빔 포밍과 이타적 빔 포밍의 결합 비율을 가변적으로 운용할 수 있으므로 주어진 채널 상황에서 최대의 데이터 전송 용량을 확보할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일반적으로 통신 시스템은 송신기(transmitter)와 수신기(receiver)를 포함한다. 여기서, 송신기와 수신기는 송신 기능과 수신 기능을 모두 수행하는 송수신기(transceiver)라 할 수 있다. 본 명세서에서는 빔 포밍을 통해 데이터 전송을 수행하는 일방을 송신기라 하고, 송신기로 피드백 정보를 전송하는 타방을 수신기라 한다. 하향 채널에서 송신기는 송신기가 될 수 있고 수신기는 수신기가 될 수 있다.
명세서 전체에서, 정보 수신 대상이 아닌 수신기에는 간섭이 발생하지 않도록 수행되는 이타적인 빔 포밍을 제1 빔 포밍이라 하고, 수신기에 미치는 간섭을 고려하지 않고 특정 수신기로만 전력을 집중하는 이기적인 빔 포밍을 제2 빔 포밍이라 한다.
설명의 편의를 위해 이하의 실시예에서는 영 강압(zero forcing, 이하 'ZF'라 함) 빔 포밍을 제1 빔 포밍의 일례로 하고, 최대 비 전송(maximal ratio transmission, 이하 'MRT'라 함) 빔 포밍을 제2 빔 포밍의 일례로 하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 송신기의 구조를 간략하게 도시한 블록도이다.
도 1에서, 송신기(100)는 채널 인코더(channel encoder, 110), 맵퍼(mapper, 120), 변조기(modulator, 130), 제어기(controller, 140) 및 수신회로(receive circuitory, 150)를 포함한다.
채널 인코더(110)는 소정의 정보 비트들(stream of information bits)을 입 력받고, 이들을 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded data)를 형성한다. 정보 비트들은 텍스트, 음성, 영상 또는 기타 데이터를 포함할 수 있다.
맵퍼(120)는 정보 비트 스트림의 부호화된 데이터를 미리 정해진 변조 방식(modulation scheme)에 따라 변조하여, 전송 심벌들을 제공한다. 부호화된 데이터는 맵퍼(120)에 의해 진폭과 위상 성상(constellation)에 따른 위치를 표현하는 심벌들로 맵핑된다.
변조기(130)는 전송 심벌을 다중 접속 변조(multiple access modulation) 방식에 따라 변조한다. 다중 접속 변조 방식에 대하여는 제한이 없으며, 잘 알려진 CDMA와 같은 싱글-캐리어 변조 방식이나 OFDM와 같은 멀티-캐리어 변조 방식을 채택할 수 있다.
수신회로(150)는 수신기으로부터 전송된 신호를 안테나를 통해 받아들이고 이를 디지털화하여 제어기(150)로 피보낸다. 수신회로(150)는 수신기으로부터 피드백된 각종 정보를 처리하기 위한 피드백 수신모듈(151)을 포함한다. 피드백 수신모듈(161)에 수신된 신호로부터 추출된 정보에는 채널 상태 정보(Channel Status Information, CSI), 속도 증감 정보, 반복 중지 정보가 포함될 수 있다.
채널 상태 정보는 수신기가 송신기(100)로 채널 환경이나 코딩 방식, 변조 방식에 대해 피드백하는 정보이며, 일례로 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator, CQI)를 들 수 있다.
속도 증감 정보는 빔 포밍 벡터의 갱신이 반복될 때마다 수신기에 할당되는 데이터 전송 속도가 증가하였는지 또는 감소하였는지를 나타내는 정보이다. 피드백 오버헤드의 감소 측면에서 속도 증감 정보는 1 또는 2 비트의 작은 정보량으로 구현되는 것이 바람직하다.
반복 중지 정보는 수신기에게 할당되는 전송 속도가 빔 포밍 벡터의 갱신에 의해 감소할 경우, 빔 포밍 벡터의 갱신을 중단하고 현재의 빔 포밍 벡터로 고정할 것을 요청하는 정보이다. 반복 중지 정보는 상기 속도 증감 정보와 별도로 운용할 수도 있고, 상기 속도 증감 정보에서 '속도 감소'를 반복 중지 요청으로 해석하도록 운용할 수도 있다.
제어기(140)는 송신기(100)의 전체적인 동작을 제어하며, 특히 데이터 전송을 위한 빔 포밍 벡터를 결정하는 벡터 결정 모듈(141)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 송신기는 제1 빔 포밍과 제2 빔 포밍을 동시에 지원하는 한편, 제1 빔 포밍을 위한 제1 벡터와 제2 빔 포밍을 위한 제2 벡터를 선형 결합한 빔 포밍 벡터를 사용한다.
벡터 결정 모듈(141)은 수신기으로부터의 피드백 정보를 이용하여 초기 빔 포밍 벡터를 결정하고, 이후에 수신되는 피드백 정보를 참고하여 상기 결정된 빔 포밍 벡터의 제1 벡터 및 제2 벡터의 결합 비율을 반복적으로 갱신한다.
즉, 벡터 결정 모듈(141)은 동일한 서비스 영역에 속하는 수신기들에 대한 하향 채널의 전송 속도를 증대시키기 위해 피드백 정보를 참고하여 빔 포밍 벡터를 점진적으로 수정한다. 예를 들어, 송신기가 MRT 빔 포밍으로 최초의 빔 포밍을 시작한 경우 그 이후에는 ZF 빔 포밍과 MRT 빔 포밍을 선형 결합하여 빔 포밍을 수행 한다. 이때, 빔 포밍이 반복될 때마다 MRT 빔 포밍의 비율은 점점 작아지고 ZF 빔 포밍의 비율은 점점 커지는 방향으로 수정될 수 있다.
이하, 초기 빔 포밍 벡터의 결정 과정을 수학식을 통해 살펴보기로 한다.
벡터 결정 모듈(141)은 수신기으로부터의 피드백 정보 중 채널 상태 정보를 이용하여 초기 빔 포밍 벡터를 결정한다.
일반적으로 높은 신호 대 잡음 비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 가지는 채널에서는 MRT 빔 포밍의 성능이 ZF 빔 포밍의 성능보다 우수하고, 낮은 신호 대 잡음비의 채널에서는 ZF 빔 포밍의 성능이 MRT 빔 포밍의 성능보다 우수하다. 따라서, 벡터 결정 모듈(141)은 수학식 1과 같은 정책으로 초기 빔 포밍 벡터를 결정할 수 있다.
Figure 112009042540794-pat00001
Figure 112009042540794-pat00002
는 송신기가 i번째 수신기에게 사용하는 빔 포밍 벡터이다. 그리고,
Figure 112009042540794-pat00003
는 ZF 빔 포밍을 사용할 때의 채널 간섭,
Figure 112009042540794-pat00004
는 MRT 빔 포밍을 사용할 때의 채널 간섭을 각각 나타낸다.
여기서, 초기 빔 포밍 벡터로 MRT 빔 포밍 벡터가 결정된 경우, MRT 빔 포밍 벡터를 수학식으로 표현해 보면 다음과 같다.
먼저, 무선망에서 각 송신기가 구비한 송신안테나 수를 Nt라 하고 각 수신기가 구비한 수신안테나 수를 Nr이라고 할 때 채널 상태 정보(Ｈ)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009042540794-pat00005
수학식 1에서 k는 송신기의 인덱스이고, i는 수신기의 인덱스이다.
만일 Nr = 1 인 경우, 수학식 1은 벡터를 이용하여 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009042540794-pat00006
본 발명의 실시예에서는 피드백 오버헤드의 감소를 위해 수신기가 측정한 채널 정보를 모든 송신기으로 피드백하는 것이 아니라 서빙 송신기으로만 피드백한다고 가정한다.
송신기 k가 j번째 빔 포밍 반복(iteration)에서 i번째 수신기에게 사용하는 빔 포밍 벡터를
Figure 112009042540794-pat00007
라고 하면, MRT 빔 포밍 벡터의 초기값은 수학식 4와 같다.
Figure 112009042540794-pat00008
만약 각 셀 당 하나의 수신기만이 존재한다고 가정하면, MRT 빔 포밍을 위한 초기 빔 포밍 벡터는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009042540794-pat00009
수학식 5에서 +는 복소 공액 전치(complex conjugate transpose)를 의미한다.
다음으로, 초기 빔 포밍 벡터가 결정된 이후에 피드백 정보에 의거하여 빔 포밍 벡터를 반복적으로 수정하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
수신기는 빔 포밍 벡터의 갱신이 반복될 때마다 자신에게 할당될 수 있는 데이터 전송 속도를 계산하고, 계산된 속도가 바로 이전의 반복시의 속도보다 증가 또는 감소하였는지 여부를 나타내는 속도 증감 정보를 송신기로 피드백한다.
여기서, 동일 주파수를 사용하는 기지국의 수가 M이고 전파 손실을 무시할 수 있다고 가정할 때, j번째 반복에서 기지국 i에 속한 단말이 얻을 수 데이터 전 송 속도는 수학식 6과 같다.
Figure 112009042540794-pat00010
송신기는 빔 포밍 벡터를 갱신함에 앞서 수신기로부터 피드백된 속도 증감 정보를 참고한다. 즉, 송신기는 제2 빔 포밍 벡터의 비율을 늘린 j번째 반복에 대하여 수신기로부터 '속도 증가'를 통보받으면 j+1번째 반복에서 제2 빔 포밍 벡터의 비율을 더욱 늘린다. 반대로 수신기로부터 '속도 감소'를 통보받으면 j+1번째 반복에서 제2 빔 포밍 벡터의 비율을 줄인다.
일반적으로 j번째 반복에서 사용되는 빔 포밍 벡터는 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009042540794-pat00011
수학식 7에서
Figure 112009042540794-pat00012
는 미리 결정된 상수로서, 수신기로부터의 피드백 정보 중 채널 상태 정보를 이용하여 계산된다.
이때, 제1 빔 포밍 벡터와 제2 빔 포밍 벡터의 종류에 따라 빔 포밍 벡터의 갱신은 다음과 같이 구분될 수 있다.
첫 번째는, MTR 빔 포밍 벡터와 ZF 빔 포밍 벡터를 결합한 경우이다.
벡터 결정 모듈(141)은 초기 빔 포밍 벡터로 MRT 빔 포밍 벡터 및 ZF 빔 포밍 벡터 중 어느 하나를 결정할 수 있다. 일반적으로, MRT 빔 포밍으로 시작한 경우라면 빔 포밍이 반복될 때마다 점진적으로 ZF 빔 포밍으로 접근(zero forcing increment)해가고, 반대로 ZF 빔 포밍으로 시작한 경우라면 빔 포밍이 반복될 때마다 MRT 빔 포밍으로 접근(maximum ratio transferring increment)해가는 양상으로 갱신될 수 있다. 이를 각각 수식으로 표현하면 수학식 8과 같다.
Figure 112009042540794-pat00013
두 번째는, ZF 빔 포밍 벡터와 직교(orthogonal) ZF 빔 포밍 벡터를 결합한 경우이다.
벡터 결정 모듈(141)은 초기 빔 포밍 벡터로 ZF 빔 포밍 벡터 및 직교 ZF 빔 포밍 벡터 중 어느 하나를 결정할 수 있다. 일반적으로, ZF 빔 포밍으로 시작한 경우라면 빔 포밍이 반복될 때마다 점진적으로 직교 ZF 빔 포밍으로 접근해가고, 반대로 직교 ZF 빔 포밍으로 시작한 경우라면 빔 포밍이 반복될 때마다 ZF 빔 포밍으로 접근해가는 양상으로 갱신될 수 있다.
여기서, ZF 빔 포밍 벡터는 수학식 9를 이용하여 구할 수 있고, 직교 ZF 빔 포밍 벡터는 수학식 10을 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112009042540794-pat00014
Figure 112009042540794-pat00015
그리고, 빔 포밍이 반복될 때마다 수행되는 빔 포밍 벡터의 갱신은 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009042540794-pat00016
한편, 벡터 결정 모듈(141)은 수신기로부터 반복 중지 정보가 수신되면 더 이상의 빔 포밍 벡터 갱신을 중단하고 현재의 빔 포밍 벡터를 그대로 유지한다. 이를 위해 수신기는 빔 포밍 벡터의 갱신이 반복될 때마다 자신에게 할당될 수 있는 데이터 전송 속도를 계산하고, 계산된 속도가 바로 이전의 반복시의 속도보다 감소한 경우 송신기로 반복 중지 정보를 전송한다. 속도 증감 정보를 반복 중지 정보로 이용할 수 있음은 전술한 바와 같다.
다음으로, 이상에 설명한 송신기가 빔 포밍 벡터를 반복적으로 갱신하는 방법을 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 빔 포밍 벡터 갱신 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
수신기로부터 수신된 피드백 정보(S101)가 채널 상태 정보이면(S102), 송신 기는 채널 상태를 감안하여 제1 빔 포밍 벡터와 제2 빔 포밍 벡터를 선형 결합하여 초기 빔 포밍 벡터를 결정한다(S103). 일반적으로 낮은 SNR의 채널에서는 초기 빔 포밍 벡터로 제1 빔 포밍 벡터를 결정하고, 높은 SNR의 채널에서는 제2 빔 포밍 벡터로 결정하는 것이 바람직하다.
이후, 수신기로부터 속도 증감 정보가 피드백되면(S104), 송신기는 속도 증감 여부에 따라 다음 빔 포밍 벡터를 결정한다(S105). 예를 들어, 이전의 빔 포밍 벡터 갱신에서 제2 빔 포밍 벡터의 비율을 늘린 경우, 수신기로부터 '속도 증가'를 통보받으면 이번 갱신에서는 제2 빔 포밍 벡터의 비율을 더욱 늘린다. 반대로, 수신기로부터 '속도 감소'를 통보받으면 이번 갱신에서는 제2 빔 포밍 벡터의 비율을 줄인다.
만약, 수신기로부터 반복 중지 정보가 피드백되면(S106), 송신기는 더 이상의 빔 포밍 벡터 갱신을 중단하고 이전에 결정된 빔 포밍 벡터를 계속 유지한다(S107).
이상에서는 피드백 정보를 이용하여 빔 포밍 벡터를 결정하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 시간 분할 듀플렉스(Time Division Duplex, TDD) 방식의 가역적 채널 특성을 이용하면 피드백 정보 없이도 빔 포밍 벡터의 반복적 갱신이 가능하다.
TDD 방식에서는 가상의 신호 대 간섭 및 잡음 비(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)를 이용하여 제1 빔 포밍 벡터와 제2 빔 포밍 벡터의 최적의 결합 비율을 구할 수 있다.
도 3a는 하향 링크의 가상 SINR을 구하기 위한 기지국 및 단말의 배치도이다.
도 3a를 참고할 때, 단말 1의 하향 링크 SINR은 수학식 12와 같이 구할 수 있고,
Figure 112009042540794-pat00017
단말 1의 하향 링크 가상 SINR은 수학식 13과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112009042540794-pat00018
또한 도 3b를 참고할 때, 단말 1의 상향 링크 SINR은 수학식 14와 같이 구할 수 있고,
Figure 112009042540794-pat00019
단말 1의 상향 링크 가상 SINR은 수학식 15와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112009042540794-pat00020
여기서, 기지국 1은 전체 시스템 관점에서 최대의 데이터 전송 용량을 가지도록 수학식 16과 같은 빔 포밍 벡터를 구할 수 있다.
Figure 112009042540794-pat00021
그리고, 기지국 2는 전체 시스템 관점에서 최대의 데이터 전송 용량을 가지도록 수학식 17과 같은 빔 포밍 벡터를 구할 수 있다.
Figure 112009042540794-pat00022
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니고 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
또한, 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다중 셀 다중 사용자 환경에도 적용이 가능하며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 역시 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 송신기의 구조를 간략하게 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 빔 포밍 벡터 갱신 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 3a는 하향 링크의 가상 SINR을 구하기 위한 기지국 및 단말의 배치도이고, 도 3b는 상향 링크의 가상 SINR을 구하기 위한 기지국 및 단말의 배치도이다.

Claims (9)

  1. 채널 간 간섭을 고려하는 제1 빔 포밍과 채널 간 간섭을 고려하지 않는 제2 빔 빔포밍을 동시에 지원하는 송신기에 있어서,
    수신기로부터 피드백 정보를 수신하는 피드백 수신모듈, 및
    초기 빔 포밍 시 상기 제1 빔 포밍을 위한 제1 벡터와 상기 제2 빔 포밍을 위한 제2 벡터를 결합하여 초기 빔 포밍 벡터를 결정하고, 다음 빔 포밍부터는 상기 수신된 피드백 정보를 참조하여 상기 빔 포밍 벡터의 제1 벡터 및 제2 벡터의 결합 비율을 갱신하는 벡터 결정 모듈
    를 포함하는 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 채널 정보를 포함하며,
    상기 벡터 결정 모듈은 상기 채널 정보를 이용하여 상기 초기 빔 포밍 벡터를 결정하는 송신기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 속도 증감 정보를 포함하며,
    상기 벡터 결정 모듈은 상기 속도 증감 정보를 이용하여 상기 빔 포밍 벡터를 갱신하는 송신기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 반복 중지 정보를 포함하며,
    상기 벡터 결정 모듈은 상기 반복 중지 정보가 수신되면 이전에 결정된 빔 포밍 벡터를 그대로 고정하는 송신기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 벡터로 영 강압 빔 포밍 벡터가 사용되고, 상기 제2 벡터로 최대비 전송 빔 포밍 벡터가 사용되는 송신기.
  6. 채널 간 간섭을 고려하는 제1 빔 포밍과 채널 간 간섭을 고려하지 않는 제2 빔 빔포밍을 동시에 지원하는 송신기의 빔 포밍 벡터 갱신 방법에 있어서,
    수신기로부터 피드백 정보를 수신하는 단계;
    초기 빔 포밍에 있어서, 상기 피드백 정보를 이용하여 상기 제1 빔 포밍을 위한 제1 벡터와 상기 제2 빔 포밍을 위한 제2 벡터를 결합한 빔 포밍 벡터를 결정하는 단계,
    이후의 빔 포밍 반복에 있어서, 상기 수신된 피드백 정보를 이용하여 상기 결정된 빔 포밍 벡터의 제1 벡터 및 제2 벡터의 결합 비율을 수정하는 단계
    를 포함하는 빔포밍 벡터의 반복적 갱신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 채널 상태 정보를 포함하며,
    초기 빔 포밍 벡터는 상기 채널 상태 정보를 이용하여 결정되는 빔포밍 벡터의 반복적 갱신 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 속도 증감 정보를 포함하며,
    상기 빔 포밍 벡터는 상기 속도 증감 정보를 이용하여 갱신되는 빔포밍 벡터의 반복적 갱신 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 벡터로 영 강압 빔 포밍 벡터가 사용되고, 상기 제2 벡터로 직교 영 강압 빔 포밍 벡터가 사용되는 빔포밍 벡터의 반복적 갱신 방법.
KR1020090063703A 2008-08-26 2009-07-13 빔 포밍 벡터의 반복적 갱신 방법 및 이를 지원하는 송신기 KR101231912B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/060,897 US8824576B2 (en) 2008-08-26 2009-08-06 Method and transmitter for iteratively modifying beamforming vector
PCT/KR2009/004391 WO2010024539A2 (en) 2008-08-26 2009-08-06 Method and transmitter for iteratively modifying beamforming vector

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080083478 2008-08-26
KR20080083478 2008-08-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100024891A KR20100024891A (ko) 2010-03-08
KR101231912B1 true KR101231912B1 (ko) 2013-02-08

Family

ID=42176612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090063703A KR101231912B1 (ko) 2008-08-26 2009-07-13 빔 포밍 벡터의 반복적 갱신 방법 및 이를 지원하는 송신기

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8824576B2 (ko)
KR (1) KR101231912B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9084260B2 (en) * 2005-10-26 2015-07-14 Intel Corporation Systems for communicating using multiple frequency bands in a wireless network
KR101711158B1 (ko) * 2010-12-22 2017-03-14 한국전자통신연구원 셀룰러 시스템에서 인접 셀간 간섭 제어 방법
US8625713B2 (en) * 2011-09-19 2014-01-07 Alcatel Lucent Method for beamforming transmissions from a network element having a plurality of antennas, and the network element
KR20130117085A (ko) * 2012-04-17 2013-10-25 한국전자통신연구원 보안 통신 방법 및 시스템
KR102202935B1 (ko) 2013-06-21 2021-01-14 삼성전자 주식회사 대규모 다중 안테나 무선통신 시스템에서 에너지 효율적인 신호 전송 방법 및 장치
US11134403B2 (en) * 2018-09-26 2021-09-28 Apple Inc. Rate feedback for wireless video streaming

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1221810A (en) * 1915-03-25 1917-04-03 Shurloc Elevator Safety Company Inc Elevator safety system.
KR20070052511A (ko) * 2005-11-17 2007-05-22 삼성전자주식회사 다중 사용자 간섭 제거 장치 및 방법
US20080039146A1 (en) * 2006-08-10 2008-02-14 Navini Networks, Inc. Method and system for improving robustness of interference nulling for antenna arrays
US20080108390A1 (en) * 2006-11-07 2008-05-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for beamforming in a communication system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG96568A1 (en) 2000-09-21 2003-06-16 Univ Singapore Beam synthesis method for downlink beamforming in fdd wireless communication system.
US7151951B2 (en) 2002-12-23 2006-12-19 Telefonktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Using beamforming and closed loop transmit diversity in a multi-beam antenna system
WO2007130578A2 (en) * 2006-05-04 2007-11-15 Quantenna Communications, Inc. Multiple antenna receiver system and method
US8073069B2 (en) * 2007-01-05 2011-12-06 Apple Inc. Multi-user MIMO-SDMA for finite rate feedback systems
ES2361200T3 (es) * 2007-03-21 2011-06-14 Alcatel Lucent Método para determinar técnicas de transmisión mimo, estación de base y terminal móvil.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1221810A (en) * 1915-03-25 1917-04-03 Shurloc Elevator Safety Company Inc Elevator safety system.
KR20070052511A (ko) * 2005-11-17 2007-05-22 삼성전자주식회사 다중 사용자 간섭 제거 장치 및 방법
US20080039146A1 (en) * 2006-08-10 2008-02-14 Navini Networks, Inc. Method and system for improving robustness of interference nulling for antenna arrays
US20080108390A1 (en) * 2006-11-07 2008-05-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for beamforming in a communication system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100024891A (ko) 2010-03-08
US20110158347A1 (en) 2011-06-30
US8824576B2 (en) 2014-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4689271B2 (ja) Ｍｉｍｏシステムにおけるパケット・データ送信
JP5500894B2 (ja) 端末装置および通信方法
US7542734B2 (en) Data transmission scheme in wireless communication system
US7889130B2 (en) Multi-antenna transmitting apparatus and retransmittal method of multi-antenna transmitting apparatus
US9820290B2 (en) Virtual antenna mapping method and apparatus for feedback of virtual antenna mapping information in MIMO system
US8971962B2 (en) Distributed antenna system, base station device, and antenna selection control method
KR100754722B1 (ko) 무선 통신 시스템에서 채널 상태 정보를 이용한 데이터송수신 장치 및 방법
US9287957B2 (en) Method for multi-antenna uplink transmission
CN103262458B (zh) 一种用于调整信道质量指示的方法和设备
US9979508B2 (en) Communication device and communication method
KR100975700B1 (ko) 통신 시스템에서 전력 제어 방법 및 시스템
KR20160139426A (ko) 무선 통신시스템의 피드백 정보 송수신 장치 및 방법
KR20080020585A (ko) 다중 안테나 시스템에서의 데이터 송/수신장치 및 방법과이를 제공하는 시스템
WO2011112314A1 (en) Methods for reducing interference in communication systems
US20100232538A1 (en) Transmitting Apparatus, Transmission Control Method, And Communication Apparatus
KR101231912B1 (ko) 빔 포밍 벡터의 반복적 갱신 방법 및 이를 지원하는 송신기
US8139519B2 (en) Method for transmitting and identifying transmit power value in multi-user MIMO
US10778388B2 (en) Method and apparatus for resource management in wireless communication systems
WO2008098442A1 (fr) Procédé et moyen de réglage de débit et de puissance d'un sous-canal en fonction de l'espace
US20070049214A1 (en) Transmit antenna switching apparatus and method in MIMO system
CN107070515B (zh) 一种莱斯衰落信道条件下的d2d协作传输方法
JP5340344B2 (ja) 通信装置及び通信方法
KR20070067910A (ko) 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱 및빔포밍 신호 송수신 장치 및 방법
JP4776292B2 (ja) 通信装置及び通信方法
KR20190116859A (ko) 다중 안테나 무선 통신 시스템에서의 통신 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160128

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170125

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180130

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190130

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200130

Year of fee payment: 8