KR101307737B1 - Interference alignment with cooperative primary user in cognitive networks - Google Patents

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KR101307737B1
KR101307737B1 KR1020120017291A KR20120017291A KR101307737B1 KR 101307737 B1 KR101307737 B1 KR 101307737B1 KR 1020120017291 A KR1020120017291 A KR 1020120017291A KR 20120017291 A KR20120017291 A KR 20120017291A KR 101307737 B1 KR101307737 B1 KR 101307737B1
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박대영
구본익
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

협력적인 주 사용자가 있는 인지 네트워크에서의 간섭 정렬 방법이 개시된다. 인지 무선 시스템에서의 간섭 정렬 방법은 주 사용자의 송신기에서 특이 값 분해를 통해 송신 행렬 V1을 결정하는 (1) 단계; 부 사용자의 수신기에서 주 사용자로부터 수신되는 간섭을 영공간으로 생성하는 행렬 Bk(여기서, k=2, ..., K)를 결정하는 (2) 단계; 주 사용자의 수신기에서 부 사용자로부터 수신되는 간섭을 정렬시키는 행렬 U1을 결정하는 (3) 단계; 부 사용자의 수신기에서 다른 사용자들로부터 수신되는 간섭을 정렬시키는 행렬

Figure 112013039355047-pat00040
(여기서, k=2, ..., K)을 결정한 후, 행렬
Figure 112013039355047-pat00041
에 행렬 Bk를 곱한 행렬
Figure 112013039355047-pat00042
을 수신 행렬로 사용하는 (4) 단계; 및 부 사용자의 송신기에서 수신 행렬을 이용하여 다른 사용자들의 수신기에 간섭을 미치지 않도록 하는 행렬 Vk를 결정하는 (5)단계를 포함할 수 있다.An interference alignment method in a cognitive network with cooperating primary users is disclosed. An interference alignment method in a cognitive radio system includes (1) determining a transmission matrix V 1 through singular value decomposition at a transmitter of a main user; (2) determining a matrix B k (where k = 2,..., K), which produces in space the interference received from the primary user at the secondary user's receiver; (3) determining a matrix U 1 which aligns the interference received from the sub-user at the primary user's receiver; Matrix that aligns interference received from other users at the secondary user's receiver
Figure 112013039355047-pat00040
(Where k = 2, ..., K), then the matrix
Figure 112013039355047-pat00041
Matrix multiplied by matrix B k
Figure 112013039355047-pat00042
(4) using a as a reception matrix; And (5) determining a matrix V k that does not interfere with the receivers of other users by using the reception matrix at the transmitter of the sub-user.

Description

협력적인 주 사용자가 있는 인지 네트워크에서의 간섭 정렬 방법{INTERFERENCE ALIGNMENT WITH COOPERATIVE PRIMARY USER IN COGNITIVE NETWORKS}Interference Alignment in Cognitive Networks with Cooperative Primary Users {INTERFERENCE ALIGNMENT WITH COOPERATIVE PRIMARY USER IN COGNITIVE NETWORKS}

본 발명의 실시예들은 인지 네트워크에서의 주 사용자의 수신 측에서 부 사용자의 채널 상황을 고려하여 부 사용자로부터 오는 간섭을 정렬하는 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a method of aligning interference from a secondary user in consideration of the channel situation of the secondary user at the receiving side of the primary user in a cognitive network.

인지 무선(Cognitive radio; CR) 기술은 주파수 대역을 소유하고 있는 주 사용자(primary user)가 해당 주파수 대역을 사용하지 않고 있을 때 부 사용자(secondary user)가 임시로 사용함으로써 주파수 효율을 향상시키는 기술이다. 주 사용자는 언제든지 주파수 대역을 다시 사용할 수 있으며 부 사용자에 대해 배타적인 권한을 갖는다. 따라서, 부 사용자는 주 사용자 출현 시 주 사용자에게 일절 간섭이 미치지 않도록 해야 한다.Cognitive radio (CR) technology improves frequency efficiency by temporarily using a secondary user when a primary user who owns a frequency band is not using the frequency band. . The primary user can reuse the frequency band at any time and have exclusive rights to the secondary user. Therefore, the secondary user should ensure that the primary user does not interfere at all when the primary user appears.

간섭 정렬(Interference alignment) 방식은 네트워크 내의 각 사용자들이 서로 간의 간섭과 원하는 신호를 분리함으로써 서로 같은 주파수 대역을 사용할 수 있도록 하는 방식이다. 예컨대, 한국등록특허 제10-1094442호(시변 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서의 적응형 간섭 정렬 방법)에는 원하는 신호와 간섭을 서로 다른 공간으로 나누는 간섭 정렬 기술이 개시되어 있다.Interference alignment is a method in which each user in a network can use the same frequency band by separating interference and a desired signal from each other. For example, Korean Patent No. 10-1094442 (Adaptive Interference Alignment Method in Time-Varying Multiuser Multi-Antenna Interference Channel Environment) discloses an interference alignment technique in which desired signals and interference are divided into different spaces.

다중 안테나를 사용하는 시스템에서 각 사용자들은 서로 간에 정보를 교환하며 반복 알고리즘을 통해 간섭 정렬 방식을 사용할 수 있다. 간섭 정렬을 사용하는 시스템에서 각 사용자가 전송할 수 있는 스트림 수는 시스템 내에서 정의할 수 있는 변수와 식의 개수로 정할 수 있다.In a system using multiple antennas, each user exchanges information with each other and can use interference alignment through an iterative algorithm. In a system using interference alignment, the number of streams each user can transmit can be determined by the number of variables and expressions that can be defined in the system.

인지 무선 기술에 간섭 정렬 방식을 적용하면 사용자 간 간섭과 원하는 신호를 분리해내기 때문에 주 사용자가 주파수 대역을 사용하고 있는 중에도 부 사용자가 동일한 대역에서 동시에 사용할 수 있다.Interfering alignment schemes in cognitive radio technology separate interference between users and desired signals so that secondary users can use the same band simultaneously while the primary user is using the frequency band.

기존에는 인지 무선 기술에서 간섭 정렬 방식을 사용할 때, 주 사용자의 송수신 행렬은 부 사용자의 채널 상황에 무관하게 결정하고, 부 사용자의 송수신 행렬은 주 사용자의 채널 상황을 고려하여 송수신 행렬을 설계하여 간섭을 정렬시켰다. 그 결과, 주 사용자에서 오는 간섭, 부 사용자에서 주 사용자로 가는 간섭, 부 사용자들 간의 간섭 등이 각 수신기에서 각각 정렬되어 원하는 신호를 전송하기 위한 스트림 수를 확보할 수 있다. 그러나, 주 사용자가 데이터 스트림을 많이 사용할 경우에 부 사용자는 간섭을 정렬시키면서 보낼 수 있는 스트림이 남지 않아서 통신을 할 수가 없게 되는 문제점이 있다. 즉, 부 사용자의 전송 스트림 개수는 주 사용자의 스트림 개수에 제한을 받게 되는 것이다.In the conventional cognitive radio technology, when the interference alignment scheme is used, the transmit / receive matrix of the primary user is determined irrespective of the channel status of the sub-user, and the transmit / receive matrix of the sub-user is designed by considering the transmit / receive matrix considering the channel status of the main user. Was aligned. As a result, interference from the primary user, interference from the secondary user to the primary user, interference between the secondary users, and the like can be aligned at each receiver to secure the number of streams for transmitting a desired signal. However, when the primary user uses a lot of data streams, the secondary user may not be able to communicate because there is no stream that can be sent while aligning interference. That is, the number of transport streams of the secondary user is limited by the number of streams of the primary user.

따라서, 부 사용자가 좀 더 많은 스트림을 활용할 수 있도록 하여 전체 시스템의 전송 속도를 높일 수 있는 방법이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for a method of increasing the transmission speed of the entire system by allowing the secondary user to utilize more streams.

인지 무선 기술에서 다중 안테나를 사용한 송수신 행렬을 적절히 설계하여 수신기에서 수신되는 간섭들을 정렬시켜 전송률을 향상시키는 인지 네트워크에서의 협력적인 간섭 정렬 방법을 제공한다.In a cognitive radio technology, a coherent interference alignment method in a cognitive network improves a transmission rate by properly designing a transmission / reception matrix using multiple antennas to align interference received at a receiver.

인지 무선 시스템에서의 간섭 정렬 방법은 주 사용자의 송신기에서 특이 값 분해를 통해 송신 행렬 V1을 결정하는 (1) 단계; 부 사용자의 수신기에서 주 사용자로부터 수신되는 간섭을 영공간으로 생성하는 행렬 Bk(여기서, k=2, ..., K)를 결정하는 (2) 단계; 주 사용자의 수신기에서 부 사용자로부터 수신되는 간섭을 정렬시키는 행렬 U1을 결정하는 (3) 단계; 부 사용자의 수신기에서 다른 사용자들로부터 수신되는 간섭을 정렬시키는 행렬

Figure 112013039355047-pat00027
(여기서, k=2, ..., K)을 결정한 후, 행렬
Figure 112013039355047-pat00028
에 행렬 Bk를 곱한 행렬
Figure 112013039355047-pat00029
을 수신 행렬로 사용하는 (4) 단계; 부 사용자의 송신기에서 수신 행렬을 이용하여 다른 사용자들의 수신기에 간섭을 미치지 않도록 하는 행렬 Vk를 결정하는 (5)단계; 및
Figure 112013039355047-pat00030
(여기서, k는 부 사용자를 나타내는 인덱스, j는 다른 사용자를 나타내는 인덱스, Hkj는 다른 사용자에게 부 사용자 간의 채널 정보, Vj는 다른 사용자의 송신 행렬)에 해당되는 제1 조건, 및
Figure 112013039355047-pat00031
(여기서, 1은 주 사용자를 나타내는 인덱스, k는 부 사용자를 나타내는 인덱스, H1k는 부 사용자에서 주 사용자 간의 채널 정보, Vk는 부 사용자의 송신 행렬)에 해당되는 제2 조건이 만족될 때까지 (3) 단계 내지 (5) 단계를 반복하는 (6) 단계를 포함할 수 있으며, 이때 제1 조건과 제2 조건을 만족하면 각 사용자 간에 미치는 간섭이 제거되고 소정 개수(dk)의 전송 스트림이 부 사용자에게 보장될 수 있다.An interference alignment method in a cognitive radio system includes (1) determining a transmission matrix V 1 through singular value decomposition at a transmitter of a main user; (2) determining a matrix B k (where k = 2,..., K), which produces in space the interference received from the primary user at the secondary user's receiver; (3) determining a matrix U 1 which aligns the interference received from the sub-user at the primary user's receiver; Matrix that aligns interference received from other users at the secondary user's receiver
Figure 112013039355047-pat00027
(Where k = 2, ..., K), then the matrix
Figure 112013039355047-pat00028
Matrix multiplied by matrix B k
Figure 112013039355047-pat00029
(4) using a as a reception matrix; (5) determining a matrix V k that does not interfere with receivers of other users by using a reception matrix at a transmitter of a secondary user; And
Figure 112013039355047-pat00030
A first condition corresponding to (where k is an index representing a sub-user, j is an index representing another user, H kj is channel information between the sub-users to another user, V j is a transmission matrix of another user), and
Figure 112013039355047-pat00031
(Where 1 is an index representing the primary user, k is an index representing the secondary user, H 1k is channel information between the secondary user and the primary user, and V k is a transmission matrix of the secondary user). And (6) repeating steps (3) to (5) until the first condition and the second condition are satisfied, and interference between each user is eliminated and a predetermined number d k is transmitted. The stream can be guaranteed to the secondary user.

일 측면에 따르면, (2) 단계는

Figure 112012013817142-pat00001
(여기서, 1은 주 사용자를 나타내는 인덱스, k는 부 사용자를 나타내는 인덱스, Hk1는 주 사용자에게 부 사용자 간의 채널 정보)의 조건을 만족하는 행렬 Bk를 결정한다.According to one aspect, step (2)
Figure 112012013817142-pat00001
Where 1 is an index representing a primary user, k is an index representing a secondary user, and H k1 is a matrix B k that satisfies the condition of the primary user.

다른 측면에 따르면, (3) 단계는

Figure 112012013817142-pat00002
(여기서, 1은 주 사용자를 나타내는 인덱스, k는 부 사용자를 나타내는 인덱스, H1k는 부 사용자에서 주 사용자 간의 채널 정보, Vk는 부 사용자의 송신 행렬)의 조건을 만족하는 행렬 U1을 결정한다.According to another aspect, step (3)
Figure 112012013817142-pat00002
Determining a matrix U 1 satisfying the condition of (wherein 1 is an index, k is the section index of the user, H 1k are the channel information between the primary user in the sub-user, V k is the transmission matrix of the sub-user indicating the primary user) do.

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본 발명의 실시예에 따르면, 주 사용자의 수신 측에서 부 사용자의 채널 상황을 고려하여 부 사용자로부터 오는 간섭을 정렬시키고 제거하는 수신 필터 행렬을 제공할 수 있다. 따라서, 주 사용자의 수신 측에서 간섭 정렬에 참여하게 되면 부 사용자에서 주 사용자로 가는 간섭을 제거하기가 용이하고, 부 사용자들이 활용할 수 있는 스트림의 수를 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 간섭 정렬을 위한 송/수신 행렬을 결정하는 과정에서 부 사용자에게 더 많은 데이터 스트림을 할당할 수 있어 전체 시스템의 전송 속도를 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a reception filter matrix may be provided at the receiving side of the primary user in order to sort and remove interference from the secondary user in consideration of the channel situation of the secondary user. Therefore, when the primary user's receiving side participates in the interference alignment, it is easy to remove the interference from the secondary user to the primary user, and the number of streams available to the secondary users can be increased. As a result, in the process of determining the transmit / receive matrix for interference alignment, more data streams can be allocated to the secondary user, thereby increasing the transmission speed of the entire system.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 인지 무선 기술에서 협력적 주 사용자가 있는 간섭 정렬 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 각 부 사용자가 같은 스트림을 갖는 경우, 주 사용자와 부 사용자, 그리고 채널 용량의 총 합을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 각 부 사용자가 서로 다른 스트림을 갖고 주 사용자의 스트림 개수를 제한할 때 시스템 전송 용량을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 5명의 사용자가 있는 시스템에서 주 사용자의 스트림에 따른 전송 용량을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for describing an interference alignment system having a cooperative primary user in cognitive radio technology according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for describing a total sum of a primary user, a secondary user, and channel capacity when each secondary user has the same stream.
3 is a diagram for describing a system transmission capacity when each secondary user has different streams and limits the number of streams of the primary user.
4 is a diagram for describing a transmission capacity according to a stream of a main user in a system having 5 users.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 간섭 정렬 방법은 한정된 주파수 자원을 사용하는 인지 무선 시스템에 적용될 수 있다. 주 사용자와 부 사용자가 동시에 같은 주파수를 사용하는 무선 인지 네트워크에서 간섭 정렬 방식을 사용하여 주파수 효율성을 높일 수 있다. 그러나, 부 사용자의 데이터 스트림 수는 주 사용자의 스트림 수에 제한을 받게 되므로, 주 사용자가 많을 스트림을 차지할 경우 부 사용자는 아예 전송을 못하게 된다.The interference alignment method according to the present invention can be applied to a cognitive radio system using limited frequency resources. In a wireless cognitive network where both primary and secondary users use the same frequency at the same time, interference aligning can be used to increase frequency efficiency. However, since the number of data streams of the secondary user is limited by the number of streams of the primary user, the secondary user cannot transmit at all when the primary user occupies a large number of streams.

본 발명의 실시예에서는 주 사용자가 부 사용자로부터의 간섭 채널을 고려하여 주 사용자의 수신단 필터를 결정함으로써 부 사용자에게 좀 더 많은 스트림을 할당할 수 있고 궁극적으로 주 사용자와 부 사용자의 전송 속도의 합을 증가시킬 수 있다.In the embodiment of the present invention, the primary user can allocate more streams to the secondary user by determining the receiving filter of the primary user in consideration of the interference channel from the secondary user, and ultimately the sum of the transmission rates of the primary user and the secondary user. Can be increased.

도 1의 시스템에서 Mk, Nk는 각각 k번째 사용자의 송신, 수신 안테나 개수를 나타낸다. Hij는 j번째 사용자에서 i번째 사용자간의 채널을 나타내며 송/수신 측 모두가 채널 정보를 알고 있다고 가정한다. 주 사용자의 송신 행렬(V1)은 특이값 분해로 얻을 수 있는 우특이행렬을 사용한다. k번째 부 사용자의 수신 측에서는 주 사용자의 송신 신호를 영공간으로 정렬시키는 행렬 Bk(여기서, k=2, ..., K)를 찾고 간섭 정렬을 시작한다.In the system of FIG. 1, M k and N k represent the number of transmit and receive antennas of the k-th user, respectively. H ij represents a channel between the j th user and the i th user and assumes that both the transmitting and receiving sides know the channel information. The transmit matrix (V 1 ) of the main user uses the right-order matrix obtained by singular value decomposition. The receiving end of the k-th sub-user finds the matrix B k (where k = 2, ..., K) that aligns the transmit signal of the primary user into zero space and starts the interference alignment.

Figure 112012013817142-pat00006
Figure 112012013817142-pat00006

Figure 112012013817142-pat00007
Figure 112012013817142-pat00007

Figure 112012013817142-pat00008
Figure 112012013817142-pat00008

Figure 112012013817142-pat00009
Figure 112012013817142-pat00009

여기에서, k, i, j(단, k, j=2, ..., K이고, i=1, ..., K)는 사용자를 나타내는 인덱스이다.Here, k, i, j (where k, j = 2, ..., K and i = 1, ..., K) are indices representing the user.

k번째 부 사용자의 수신 측에서는 Bk를 찾은 이후에 다른 부 사용자에게서 오는 간섭을 제거할 수 있는

Figure 112013039355047-pat00032
행렬을 찾는다(수학식 1과 수학식 2). 주 사용자의 수신 측에서는 Bk 행렬이 없고 바로 U1 행렬이 다른 부 사용자에게서 오는 간섭을 제거한다(수학식 3). 그리고 부 사용자의 송신 측에서는 다른 사용자의 수신 측에 간섭을 미치지 않도록 하는 Vk 행렬을 찾는다.The receiving end of the k-th sub-user can find B k and then remove the interference from other sub-users.
Figure 112013039355047-pat00032
Find the matrix (Equations 1 and 2). At the receiving end of the primary user, there is no B k matrix and the U 1 matrix eliminates interference from other secondary users (Equation 3). And the transmitting side of the secondary user finds the V k matrix that does not interfere with the receiving side of the other user.

위와 같은 송수신 행렬은 각 사용자들이 정보를 교환하며 반복 알고리즘을 통해 찾을 수 있다. 수학식 2와 수학식 3을 만족하면 각 사용자들은 서로 간에 미치는 간섭은 제거하고 dk개의 전송 스트림을 얻는다(수학식 4).The above transmit and receive matrix can be found through an iterative algorithm for each user to exchange information. If the equations (2) and (3) are satisfied, each user removes interference from each other and obtains d k transport streams (Equation 4).

본 발명에 따른 간섭 정렬 방법의 동작 과정을 정리하면 다음과 같다.The operation process of the interference alignment method according to the present invention is summarized as follows.

1. 주 사용자는 특이값 분해를 수행하여 송신 행렬 V1을 결정1. The primary user performs singular value decomposition to determine the transmission matrix V 1

2. 부 사용자의 수신 측에서는 주 사용자에게서 오는 간섭을 영공간으로 생성하는 행렬 Bk(여기서, k=2, ..., K)를 결정2. The receiving side of the secondary user determines the matrix B k (where k = 2, ..., K) that produces zero space interference from the primary user.

3. 주 사용자의 수신 측에서는 다른 사용자들에게서 오는 간섭을 정렬시키는 행렬 U1을 결정3. The receiving end of the primary user determines the matrix U 1 to align the interference from other users.

4. 부 사용자의 수신 측에서는 다른 부 사용자들에게서 오는 간섭을 정렬시키는

Figure 112013039355047-pat00033
(여기서, k=2, ..., K)를 찾고
Figure 112013039355047-pat00034
인 Uk를 수신 행렬로 사용4. The receiving side of the secondary user is responsible for aligning interference from other secondary users.
Figure 112013039355047-pat00033
(Where k = 2, ..., K)
Figure 112013039355047-pat00034
U k as the receive matrix

5. 부 사용자의 송신 측에서는 수신 측에게서 행렬을 넘겨받아 수신 측에 간섭을 미치지 않게 하는 Vk 행렬을 결정5. The sending side of the secondary user determines the V k matrix that receives the matrix from the receiving side and does not interfere with the receiving side.

6. 수렴할 때까지 상기한 3~5 과정을 반복6. Repeat steps 3 to 5 until convergence

각 사용자가 받게 되는 신호는 수학식 5와 같이 표현할 수 있다. The signal received by each user can be expressed as shown in Equation 5.

Figure 112012013817142-pat00010
Figure 112012013817142-pat00010

여기에서 Xk는 k번째 사용자가 전송하고자 하는 데이터 벡터를 나타내고 Zk는 가우시안 잡음을 나타낸다.X k denotes a data vector to be transmitted by the k th user and Z k denotes Gaussian noise.

간섭 정렬 알고리즘을 통해 얻은 송신 행렬을 곱하면,Multiply the transmission matrix obtained through the interference alignment algorithm,

Figure 112012013817142-pat00011
Figure 112012013817142-pat00011

수학식 6과 같이 되고, 결국 신호와 잡음만 남게 된다. 이때 각 사용자의 채널 용량(Ck)은 수신 행렬이 채널의 고유값을 감소시키기 때문에 수학식 7과 같다.Equation 6, and only the signal and the noise is left. In this case, the channel capacity C k of each user is represented by Equation 7 because the reception matrix reduces the eigenvalue of the channel.

Figure 112012013817142-pat00012
Figure 112012013817142-pat00012

여기서, Pk행렬은 각 사용자의 출력 공분산 행렬이다.Here, the P k matrix is an output covariance matrix of each user.

한편, 동작 가능한 최대의 스트림 개수(d)를 구하기 위해서는 시스템 내의 전체 변수의 수(Nv)와 식의 수(Ne)가 먼저 정의되어야 한다. 변수의 수(Nv)는 수학식 8과 같이 정의되며, 식의 수(Ne)는 수학식 9와 같이 정의될 수 있다.On the other hand, in order to obtain the maximum number of streams d that can be operated, the total number of variables N v and the number of expressions N e in the system must be defined first. The number N v of the variables may be defined as in Equation 8, and the number N e may be defined as in Equation 9.

Figure 112012013817142-pat00013
Figure 112012013817142-pat00013

Figure 112012013817142-pat00014
Figure 112012013817142-pat00014

수학식 8의 값이 수학식 9보다 작으면(Nv<Ne) 그 시스템은 올바르게 동작할 수 없다. 그리고 모든 부 사용자의 스트림 수가 같을 때 수학식 8이 수학식 9보다 크면(Nv≥Ne) 그 시스템은 올바르게 동작할 수 있다. 각각의 부 사용자의 스트림 수가 다르다면 변수의 수와 식의 수의 총합을 고려하는 것이 아니라 각각의 사용자간에 변수의 수가 식의 수보다 클 때 시스템이 올바르게 동작할 수 있다.If the value of Equation 8 is less than Equation 9 (N v <N e ), then the system cannot operate correctly. And when Equation 8 is greater than Equation 9 (N v ≧ N e ) when all the sub-users have the same number of streams, the system can operate correctly. If the number of streams for each sub-user is different, the system can work correctly when the number of variables between each user is greater than the number of expressions, rather than considering the sum of the number of variables and the number of expressions.

스트림의 수는 정수로 표현되기 때문에 모든 부 사용자가 같은 스트림 수를 갖는 것은 시스템을 완벽히 이용하지 못하는 경우가 생기게 된다. 따라서 각 부 사용자가 다른 스트림 수를 가질 수 있도록 하는 것이 좀 더 효율적이다.Since the number of streams is represented by integers, having the same number of streams for all sub-users may not fully utilize the system. Therefore, it is more efficient to allow each secondary user to have a different number of streams.

변수의 수는 송/수신 행렬이 생성할 수 있는 공간에 대한 최소의 수로 정의된다. 식의 수는 각 사용자가 수학식 1 내지 수학식 4를 만족하도록 하는 연립다항식의 개수를 의미한다. 주 사용자의 송신 측은 간섭 정렬과 관계가 없기 때문에 변수의 수에 포함되지 않으며, 수신 측만 포함된다. The number of variables is defined as the minimum number of spaces the send / receive matrix can create. The number of equations means the number of simultaneous polynomials such that each user satisfies Equations 1 to 4. The sender of the primary user is not included in the number of variables since it is not related to the interference alignment, only the receiver.

수학식 8과 수학식 9를 보면, 전체 사용자의 스트림 수를 최대화하기 위한 특정

Figure 112012013817142-pat00015
값이 존재하게 된다.
Figure 112012013817142-pat00016
이상이 되면 전체 스트림 수가 급격하게 감소하므로 주 사용자의 수신 측에서는 주 사용자의 스트림 수를
Figure 112012013817142-pat00017
이하가 되도록 제한함으로써 전체 시스템의 전송용량을 최대화할 수 있다.In Equation 8 and Equation 9, a specific method for maximizing the number of streams of the entire user is shown.
Figure 112012013817142-pat00015
The value is present.
Figure 112012013817142-pat00016
If this is the case, the total number of streams is drastically reduced.
Figure 112012013817142-pat00017
By limiting the following to maximize the transmission capacity of the entire system.

도 2는 1명의 주 사용자와 2명의 부 사용자가 있는 환경에서 모든 사용자의 송/수신 측이 6개의 안테나를 사용할 경우에 신호 대 잡음비에 따른 채널 용량의 변화를 나타낸 것이다. 인지 무선 기술에서 간섭 정렬 방식을 사용할 경우(Cognitive IA) 주 사용자의 신호 대 잡음비가 높아질수록, 부 사용자의 스트림 개수는 줄어들고 이는 곧 채널 용량의 감소로 이어진다. 제안하는 방식(Cooperative IA)은 기존 방식에 비해 부 사용자가 좀 더 많은 스트림을 차지하므로 좀 더 높은 채널 용량을 달성할 수 있다.FIG. 2 illustrates a change in channel capacity according to signal-to-noise ratio when the transmitting / receiving side of all users uses six antennas in an environment where one main user and two secondary users are present. In Cognitive IA, the higher the signal-to-noise ratio of the primary user, the lower the number of streams of the secondary user, which leads to a decrease in channel capacity. Cooperative IA can achieve higher channel capacity because secondary users occupy more streams than existing methods.

주 사용자의 수신 측이 간섭 정렬에 참여하면 간섭을 제거하는 행렬이 채널 용량을 감소시키기 때문에 기존 방식에서 주 사용자보다 작은 채널 용량을 얻게 된다. 그러나 부 사용자의 증가량이 더 크기 때문에 총 합이 증가한다.If the receiving side of the primary user participates in the interference alignment, the matrix for canceling interference reduces the channel capacity, resulting in smaller channel capacity than the primary user in the conventional scheme. However, because the increase in secondary users is greater, the total increases.

도 3 에서는 사용자 수는 4명이고 안테나 수는 도 2의 환경과 같을 때 제안하는 방식은 부 사용자에게 더 많은 스트림 수를 제공하게 되고 각 부사용자가 서로 다른 스트림 수를 가지면 보다 효율적인 시스템이 될 수 있다. 따라서 도 2와는 다르게 모든 영역에서 기존의 방식과 같거나 높은 채널 용량을 달성한다. 그 이유는 부 사용자의 채널 용량이 많이 향상되었기 때문에 높은 성능을 나타낼 수 있는 것인데, 부 사용자들의 스트림의 개수를 보면 종전에 2개였던 것이 4개로 증가한 것을 알 수 있다.In FIG. 3, when the number of users is 4 and the number of antennas is the same as that of FIG. 2, the proposed method provides more streams to the sub-users, and each sub-user has a different number of streams. have. Thus, unlike FIG. 2, the channel capacity is the same as or higher than that of the conventional method in all regions. The reason for this is that the channel capacity of the secondary users has been greatly improved, and thus the high performance can be exhibited. The number of streams of the secondary users can be seen that the former has increased to four.

도 4는 1명의 주 사용자와 4명의 부 사용자가 있는 시스템에서 신호 대 잡음비를 30dB로 고정했을 때 주 사용자의 스트림 개수에 따른 채널 용량과 총 스트림 개수를 나타낸 것이다. 인지 무선 기반에서가 아닌 일반적인 환경에서의 간섭 정렬의 경우(Original IA), 첫 번째 사용자의 스트림 개수에 따른 전송률을 관찰하였다. 주 사용자의 스트림 개수가 많다는 것은 제안하는 방식에서 간섭 정렬에 쓰이는 행렬의 크기가 작다는 것을 의미하므로 주 사용자의 스트림 개수가 커질수록 세 가지 방식에서 주 사용자의 채널 용량은 모두 비슷해진다.4 shows the channel capacity and the total number of streams according to the number of streams of the main user when the signal-to-noise ratio is fixed to 30 dB in a system having one main user and four sub-users. In the case of interference alignment in a general environment (not based on cognitive radio base) (Original IA), the rate according to the number of streams of the first user is observed. The large number of streams of the primary user means that the matrix size used for interference alignment is small in the proposed method. As the number of streams of the primary user increases, the channel capacity of the primary user becomes similar in all three methods.

기존의 인지 무선 기반 간섭 정렬 방식은 총 스트림 수는 같더라도 주 사용자의 스트림 수를 높이면 항상 더 낮은 채널 용량을 달성할 수 있다. 그러나 제안하는 방식은 총 스트림 수가 같다면 주 사용자의 스트림 수를 높여도 비슷한 채널 용량을 달성할 수 있다. 따라서 간섭 정렬에 참여하는 것이 주 사용자에게 있어서 성능 감소의 요인이 될 수 있지만 주 사용자의 스트림 수를 늘려도 전체 시스템의 성능은 비슷하므로 전체 시스템의 관점에서 본다면 제안하는 방식은 오히려 주 사용자의 성능을 향상시킬 수도 있다.Conventional cognitive radio-based interference alignment schemes can always achieve lower channel capacity by increasing the number of streams in the main user, even though the total number of streams is the same. However, the proposed scheme can achieve similar channel capacity by increasing the number of streams of the main user if the total number of streams is the same. Therefore, participating in interference sorting can be a factor of performance reduction for the main user, but increasing the number of streams of the main user is similar to the performance of the whole system. Therefore, the proposed method improves the performance of the main user. You can also

본 발명의 실시예에 따른 방법들은 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. 또한, 상술한 파일 시스템은 컴퓨터 판독이 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.Methods according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in 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. In addition, the above-described file system can be recorded in a computer-readable recording medium.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

Claims (6)

인지 무선 시스템에서의 간섭 정렬 방법에 있어서,
주 사용자의 송신기에서 특이 값 분해를 통해 송신 행렬 V1을 결정하는 (1) 단계;
부 사용자의 수신기에서 상기 주 사용자로부터 수신되는 간섭을 영공간으로 생성하는 행렬 Bk(여기서, k=2, ..., K)를 결정하는 (2) 단계;
상기 주 사용자의 수신기에서 상기 부 사용자로부터 수신되는 간섭을 정렬시키는 행렬 U1을 결정하는 (3) 단계;
상기 부 사용자의 수신기에서 다른 사용자들로부터 수신되는 간섭을 정렬시키는 행렬
Figure 112013039355047-pat00035
(여기서, k=2, ..., K)을 결정한 후, 상기 행렬
Figure 112013039355047-pat00036
에 상기 행렬 Bk를 곱한 행렬
Figure 112013039355047-pat00037
을 수신 행렬로 사용하는 (4) 단계;
상기 부 사용자의 송신기에서 상기 수신 행렬을 이용하여 상기 다른 사용자들의 수신기에 간섭을 미치지 않도록 하는 행렬 Vk를 결정하는 (5)단계; 및
Figure 112013039355047-pat00038
(여기서, k는 부 사용자를 나타내는 인덱스, j는 다른 사용자를 나타내는 인덱스, Hkj는 다른 사용자에게 부 사용자 간의 채널 정보, Vj는 다른 사용자의 송신 행렬)에 해당되는 제1 조건, 및
Figure 112013039355047-pat00039
(여기서, 1은 주 사용자를 나타내는 인덱스, k는 부 사용자를 나타내는 인덱스, H1k는 부 사용자에서 주 사용자 간의 채널 정보, Vk는 부 사용자의 송신 행렬)에 해당되는 제2 조건이 만족될 때까지 상기 (3) 단계 내지 상기 (5) 단계를 반복하는 (6) 단계
를 포함하고,
상기 제1 조건과 상기 제2 조건을 만족하면 각 사용자 간에 미치는 간섭이 제거되고 소정 개수(dk)의 전송 스트림이 상기 부 사용자에게 보장되는 것
을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.In the interference alignment method in a cognitive radio system,
(1) determining a transmission matrix V 1 through singular value decomposition at the transmitter of the primary user;
(2) determining a matrix B k (where k = 2, ..., K) that generates interference received from the primary user in zero space at a receiver of a secondary user;
Determining (3) a matrix U 1 in the receiver of the primary user that aligns interference received from the secondary user;
A matrix that aligns interference received from other users at the receiver of the secondary user
Figure 112013039355047-pat00035
(Where k = 2, ..., K), then the matrix
Figure 112013039355047-pat00036
Times matrix B k
Figure 112013039355047-pat00037
(4) using a as a reception matrix;
(5) determining, by the sub-user's transmitter, a matrix V k that does not interfere with the receivers of the other users using the reception matrix; And
Figure 112013039355047-pat00038
A first condition corresponding to (where k is an index representing a sub-user, j is an index representing another user, H kj is channel information between the sub-users to another user, V j is a transmission matrix of another user), and
Figure 112013039355047-pat00039
(Where 1 is an index representing the primary user, k is an index representing the secondary user, H 1k is channel information between the secondary user and the primary user, and V k is a transmission matrix of the secondary user). Repeat step (3) to step (5) until step (6)
Lt; / RTI &gt;
When the first condition and the second condition are satisfied, interference between each user is eliminated and a predetermined number (d k ) of transport streams are guaranteed to the secondary user.
&Lt; / RTI &gt; 제1항에 있어서,
상기 (2) 단계는,
Figure 112012013817142-pat00018
(여기서, 1은 주 사용자를 나타내는 인덱스, k는 부 사용자를 나타내는 인덱스, Hk1는 주 사용자에게 부 사용자 간의 채널 정보)의 조건을 만족하는 상기 행렬 Bk를 결정하는 것
을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.The method of claim 1,
The step (2)
Figure 112012013817142-pat00018
Determining the matrix B k that satisfies the condition (where 1 is an index representing a primary user, k is an index representing a secondary user, and H k1 is channel information between secondary users to the primary user).
&Lt; / RTI &gt; 제1항에 있어서,
상기 (3) 단계는,
Figure 112012013817142-pat00019
(여기서, 1은 주 사용자를 나타내는 인덱스, k는 부 사용자를 나타내는 인덱스, H1k는 부 사용자에서 주 사용자 간의 채널 정보, Vk는 부 사용자의 송신 행렬)의 조건을 만족하는 행렬 U1을 결정하는 것
을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.The method of claim 1,
Step (3),
Figure 112012013817142-pat00019
Determining a matrix U 1 satisfying the condition of (wherein 1 is an index, k is the section index of the user, H 1k are the channel information between the primary user in the sub-user, V k is the transmission matrix of the sub-user indicating the primary user) To do
&Lt; / RTI &gt; 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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Chan-Byoung Chae et al., "Jointly optimized two-cell MIMO systems", IEEE GLOBECOM Workshops (GC Wkshps) 2011, pp. 421 - 425(2011.12.09) *
Chan-Byoung Chae et al., "Jointly optimized two-cell MIMO systems", IEEE GLOBECOM Workshops (GC Wkshps) 2011, pp. 421 - 425(2011.12.09)*

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