KR101346042B1 - 다중 입/출력 통신 방법 및 이를 이용한 다중 입/출력 통신시스템 - Google Patents

다중 입/출력 통신 방법 및 이를 이용한 다중 입/출력 통신시스템 Download PDF

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Abstract

다중 입/출력 통신 시스템이 개시된다. 다중 입/출력 통신 시스템은 복수의 사용자들로부터 피드백된 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)를 기초로 선택(selected) 사용자에 대응하는 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 선택 빔포밍 벡터 결정부, 상기 채널 품질 정보를 이용하여 비선택(non-selected) 사용자에게 비선택 빔포밍 벡터를 할당한 경우에 대한 성능 정보를 생성하는 성능 정보 생성부 및 상기 성능 정보를 고려하여 상기 비선택 사용자에 대응하는 추가 빔포밍 벡터를 선택하는 추가 빔포밍 벡터 선택부를 포함한다.
다중 입/출력, MIMO, PU2RC

Description

다중 입/출력 통신 방법 및 이를 이용한 다중 입/출력 통신 시스템{METHOD OF COMMUNICATING MULTI INPUT MULTI OUTPUT AND SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 다중 입/출력(MIMO: MULTI INPUT MULTI OUTPUT) 기술을 이용하여 데이터를 송/수신하는 다중 입/출력 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 사용자에게 적합한 빔포밍 벡터를 선택하여 데이터 전송률(data rate)을 높이는 다중 입/출력 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 무선 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 음성 통신뿐만 아니라 화상 통신, 데이터 통신, 인스턴트 메신저, 영화 감상, 웹 서비스, 게임 등 다양한 서비스가 무선 통신 기술로 제공되고 있다. 그러나, 사용자들은 대용량의 데이터를 더 빠른 속도로 전송하고, 높은 품질을 갖춘 서비스를 강하게 요구하고 있다.
높은 전송 속도를 얻기 위하여 기지국에 다수의 안테나를 사용하여 전송 속도를 높이는 기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 다수의 안테나를 사용하여 통신하는 기술에 따르면, 기지국과 단말에 설치된 복수의 안테나 사이에 형성된 다수의 무선 채널을 통해 다이버시티(Diversity) 이득이 얻어진다.
또한, 다중 사용자 다이버시티(Multi-User Diversity) 기술은 기지국의 셀 영역에 존재하는 다수의 단말 중에서 기지국과 단말 사이의 무선 채널 상태가 우수한 일부의 단말에 대해서만 데이터 전송을 집중하여 데이터 전송률(data rate)을 높이는 통신 방법이다.
최근, 다중 사용자 다이버시티 기술과 다중 입/출력 통신 기술을 혼합한 다중 사용자 다중 입/출력(MU-MIMO: Multi User Multi Input Multi Output) 기술이 각광 받고 있다. 즉, 다중 사용자 다중 입/출력 기술에 따르면, 기지국은 데이터를 다중 사용자에게 다수의 안테나를 통하여 전송한다. 따라서, 다중 사용자로 인한 이득과 다수의 안테나의 존재로 인한 이득이 얻어질 수 있다. 다만, 다중 사용자 다중 입/출력 기술이 사용되는 경우, 다중 사용자 사이에는 간섭이 발생하여 데이터 전송률이 감소되는 단점이 존재한다.
이 때, 특정 사용자들만을 타겟으로 빔포밍을 수행하는 기법이 존재할 수 있다. 상기 기법에 따라, 특정 사용자에게만 데이터가 전송되면, 다중 사용자 사이에 발생하는 간섭이 감소될 수 있다.
그러나, 특정 사용자들만을 타겟으로 빔포밍을 수행하는 기법에는 많은 단점이 존재한다. 예를 들어, 총 네 명의 사용자가 존재할 때, 두 명의 사용자만이 타겟으로 선택된 경우를 가정한다. 이 때, 선택된 두 명의 사용자에 대응하는 두 개의 빔포밍 벡터들이 선택될 것이고, 선택된 두 개의 빔포밍 벡터들을 통하여 빔포밍이 수행될 것이다. 이 경우, 선택되지 않은 빔포밍 벡터들이 낭비됨으로써 다중 사용자 이득이 감소할 수 있다. 즉, 미리 준비된 다수의 빔포밍 벡터들 중 선택된 특정 사용자들을 위한 빔포밍 벡터들만 빔포밍에 이용되는 점에서 빔포밍 벡 터의 낭비가 심해질 수 있는 단점이 존재한다.
따라서, 선택되지 않은 빔포밍 벡터들을 빔포밍에 이용하여 다중 사용자 이득을 증가시킬 뿐만 아니라 보다 효율적으로 빔포밍 벡터들을 활용할 수 있는 다중 입/출력 통신 시스템 및 그 방법의 필요성이 절실하게 요구된다.
본 발명은 피드백된 채널 품질 정보를 이용하여 비선택 사용자에게 비선택 빔포밍 벡터를 할당함으로써 데이터 전송률을 극대화할 수 있는 다중 입/출력 통신 시스템 및 그 방법을 제공한다.
본 발명은 채널 품질 정보를 기초로 비선택 사용자에게 최적화된 빔포밍 벡터를 할당함으로써 보다 효과적으로 빔포밍 벡터를 활용할 수 있는 다중 입/출력 통신 시스템 및 그 방법을 제공한다.
본 발명은 성능 정보를 고려하여 추가 빔포밍 벡터를 선택함으로써 다중 사용자 이득을 극대화하면서도 부작용을 최소화할 수 있는 다중 입/출력 통신 시스템 및 그 방법을 제공한다.
본 발명은 채널 품질 정보를 기초로 채널 벡터를 추정하여 추가 빔포밍 벡터를 선택함으로써 보다 효과적으로 비선택 빔포밍 벡터를 비선택 사용자에게 할당할 수 있는 다중 입/출력 통신 시스템 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 시스템은 복수의 사용자들로부터 피드백된 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)를 기초로 선택(selected) 사용자에 대응하는 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 선택 빔포밍 벡터 결정부, 상기 채널 품질 정보를 이용하여 비선택(non-selected) 사용자에게 비선택 빔포밍 벡터를 할당한 경우에 대한 성능 정보를 생성하는 성능 정보 생성부 및 상 기 성능 정보를 고려하여 상기 비선택 사용자에 대응하는 추가 빔포밍 벡터를 선택하는 추가 빔포밍 벡터 선택부를 포함한다.
이 때, 상기 성능 정보 생성부는 상기 채널 품질 정보를 기초로 상기 비선택 사용자에 상응하는 채널 벡터를 추정하는 채널 벡터 추정부 및 상기 채널 벡터를 이용하여 상기 성능 정보를 계산하는 성능 정보 계산부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 방법은 복수의 사용자들로부터 피드백된 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)를 기초로 선택(selected) 사용자에 대응하는 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 단계, 상기 채널 품질 정보를 이용하여 비선택(non-selected) 사용자에게 비선택 빔포밍 벡터를 할당한 경우에 대한 성능 정보를 생성하는 단계 및 상기 성능 정보를 고려하여 상기 비선택 사용자에 대응하는 추가 빔포밍 벡터를 선택하는 단계를 포함한다.
본 발명은 피드백된 채널 품질 정보를 이용하여 비선택 사용자에게 비선택 빔포밍 벡터를 할당함으로써 데이터 전송률을 극대화하는 다중 입/출력 통신 시스템 및 그 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 채널 품질 정보를 기초로 비선택 사용자에게 최적화된 빔포밍 벡터를 할당함으로써 보다 효율적으로 빔포밍 벡터를 활용할 수 있는 다중 입/출력 통신 시스템 및 그 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 성능 정보를 고려하여 추가 빔포밍 벡터를 선택함으로써 다중 사용자 이득을 극대화하면서도 부작용을 최소화하는 다중 입/출력 통신 시스템 및 그 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 채널 품질 정보를 기초로 채널 벡터를 추정하여 추가 빔포밍 벡터를 선택함으로써 보다 효과적으로 비선택 빔포밍 벡터를 비선택 사용자에게 할당하는 다중 입/출력 통신 시스템 및 그 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 시스템이 설치된 기지국 및 다중 사용자들의 단말기를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 기지국(110)에는 복수의 안테나가 설치되어 있으며, 네 명의 사용자(A, B, C, D)들에 대응하는 단말기들(121, 122, 123, 124)이 도시되어 있다.
기지국(110) 또는 단말기들(121, 122, 123, 124)은 적어도 하나의 프리코딩 매트릭스를 저장할 수 있다. 이 때, 프리코딩 매트릭스는 복수의 빔포밍 벡터를 포함할 수 있고, 빔포밍 벡터들은 프리코딩 매트릭스의 열(column) 또는 행(row) 벡터일 수 있다.
기지국(110)에 설치된 복수의 안테나와 사용자들(A, B, C, D) 단말기들(121, 122, 123, 124) 사이에는 다수의 무선 채널들이 형성된다. 이 때, 기지국(110)은 파일럿 신호를 단말기들(121, 122, 123, 124)로 전송할 수 있고, 파일럿 신호를 수신한 단말기들(121, 122, 123, 124)은 무선 채널들과 관련된 정보를 기지 국(110)으로 피드백할 수 있다.
이 때, 무선 채널들과 관련된 정보는 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)를 포함할 수 있다. 이 때, 채널 품질 정보는 사용자의 단말기들(121, 122, 123, 124) 각각이 선호하는 빔포밍 벡터와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 기지국(110) 또는 각각의 단말기들(121, 122, 123, 124)이 프리코딩 매트릭스 C1, C2, C3를 저장하고 있다고 가정한다. 이 때, 프리코딩 매트릭스 C1은
Figure 112007055992315-pat00001
이고, C2는
Figure 112007055992315-pat00002
이며, C3는
Figure 112007055992315-pat00003
이다. 이 때, 프리코딩 매트릭스 C1, C2, C3에 포함된
Figure 112007055992315-pat00004
는 빔포밍 벡터로서 열 벡터일 수 있다. 이 때, 프리코딩 매트릭스 C1에 포함된 네 개의 빔포밍 벡터들은 크기가 '1'이고 서로 직교성을 갖는다. 마찬가지로, 프리코딩 매트릭스 C2 및 C3 각각에 포함된 네 개의 빔포밍 벡터들도 크기가 '1'이고 서로 직교성을 갖는다.
이 때, 기지국(110)으로부터 파일럿 신호를 수신한 각각의 단말기들(121, 122, 123, 124)은 자신이 선호하는 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 사용자 A의 단말기(121)는
Figure 112007055992315-pat00005
, 사용자 B의 단말기(122)는
Figure 112007055992315-pat00006
, 사용자 C의 단말기(123)는
Figure 112007055992315-pat00007
, 사용자 D의 단말기(124)는
Figure 112007055992315-pat00008
을 자신이 선호하는 빔포밍 벡터 로 결정할 수 있다.
이 때, 각각의 단말기들(121, 122, 123, 124)은 자신이 선호하는 빔포밍 벡터와 관련된 정보를 포함하는 채널 품질 정보를 기지국(110)으로 피드백할 수 있다.
또한, 기지국(110)은 복수의 사용자들(A, B, C, D)로부터 피드백된 채널 품질 정보를 기초로 선택 사용자에 대응하는 선택 빔포밍 벡터를 결정한다. 이 때, 기지국(110)은 복수의 사용자들(A, B, C, D) 중 적어도 한 명의 사용자를 선택 사용자로 선택할 수 있다. 이 때, 기지국(110)은 PU2RC(Per User Unitary Rate Control) 기법에 따라 상기 선택 사용자를 선택하여 상기 선택 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다. 이 때, 기지국(110)은 데이터 전송률(data rate)의 합을 기준으로 고려하여 상기 선택 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다.
상술한 예에서, 기지국(110)은 선택 사용자를 (A, B), (C) 또는 (D)로 결정할 수 있다. 즉, 기지국(110)은 채널 품질 정보를 기초로 사용자들(A, B, C, D)이 선호하는 빔포밍 벡터들이 동일한 프리코딩 매트릭스에 속하는지 여부를 고려하여 선택 사용자를 결정한다. 따라서, 사용자 A, B는 프리코딩 매트릭스 C1에 속하는 빔포밍 벡터인
Figure 112007055992315-pat00009
및
Figure 112007055992315-pat00010
를 자신이 선호하는 빔포밍 벡터로 결정하였으므로, 함께 선택 사용자로 결정될 수 있다.
기지국(110)이 선택 사용자를 결정하는 데에는 다양한 기준이 존재할 수 있다. 이 때, 기지국(110)이 데이터 전송률의 합을 기준으로 선택 사용자를 결정하 는 것이 효과적일 수 있다.
예를 들어, 기지국(110)이 선택 사용자를 (A, B), (C), (D)로 결정한 경우 데이터 전송률의 합을 각각 R1, R2, R3이라고 할 때, 기지국(110)은 데이터 전송률의 합이 최대가 되도록 선택 사용자를 결정할 수 있다. 만약, R1, R2, R3 중 R1이 가장 크다면, 기지국(110)은 선택 사용자를 (A, B)로 결정할 수 있다. 이 때, 선택 사용자(A, B)에 대응하는 선택 빔포밍 벡터는
Figure 112007055992315-pat00011
과
Figure 112007055992315-pat00012
으로 결정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 따라 복수의 빔포밍 벡터들을 포함하는 프리코딩 매트릭스의 일예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 기지국 또는 사용자의 단말기에 저장될 수 있는 프리코딩 매트릭스들(C1, C2, C3)이 도시되어 있다. 프리코딩 매트릭스 C1, C2, C3는 각각 네 개의 빔포밍 벡터들(211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224, 231, 232, 233, 234)을 포함한다.
도 1와 관련하여 설명한 예에서, 사용자 A, B는 자신이 선호하는 빔포밍 벡터로 빔포밍 벡터(211) 및 빔포밍 벡터(212)를 결정하고, 사용자 C 및 사용자 D는 각각 선호하는 빔포밍 벡터로 빔포밍 벡터(224) 및 빔포밍 벡터(233)를 결정한다. 이 때, 데이터 전송률의 합을 기준으로 고려하면 선택 사용자는 사용자 A, B로 결정될 수 있다. 사용자 A, B가 선택 사용자로 결정되면, 선택 빔포밍 벡터는 빔포밍 벡터(211) 및 빔포밍 벡터(212)로 결정된다.
다만, 사용자 A, B, C, D 중 선택 사용자로 결정되지 못한 사용자 C, D는 비선택 사용자로 결정된다. 이 때, 선택 빔포밍 벡터(211, 212)로 결정되지 못한 프리코딩 매트릭스 C1의 빔포밍 벡터(213, 214)들은 비선택 빔포밍 벡터로 결정된다. 이 때, 비선택 빔포밍 벡터(213, 214)는 빔포밍 수행 과정에 이용되지 않으므로 빔포밍 벡터가 낭비되는 결과가 초래된다. 특히, 프리코딩 매트릭스 C1의 사이즈가 커질수록 그 낭비는 심해진다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 다른 다중 입/출력 통신 시스템은 선택 빔포밍 벡터 결정부(310), 채널 벡터 추정부(321), 성능 정보 계산부(322) 및 추가 빔포밍 벡터 선택부를 포함한다.
선택 빔포밍 벡터 결정부(310)는 복수의 사용자들로부터 피드백된 채널 품질 정보를 기초로 선택 사용자에 대응하는 선택 빔포밍 벡터를 결정한다. 이 때, 선택 빔포밍 벡터 결정부(310)는 PU2RC(Per User Unitary Rate Control) 기법에 따라 상기 선택 사용자를 선택하여 선택 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다. 이 때, 선택 빔포밍 벡터 결정부(310)는 데이터 전송률의 합을 기준으로 고려하여 선택 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다. 이하, 선택 빔포밍 벡터 결정부(310)에 관하여 도 1 및 도 2와 관련하여 상세히 설명하였으므로 이하 생략한다.
또한, 성능 정보 생성부(320)는 채널 품질 정보를 이용하여 비선택 사용자에게 비선택 빔포밍 벡터를 할당한 경우에 대한 성능 정보를 생성한다. 이 때, 성능 정보 생성부(320)는 비선택 빔포밍 벡터가 두 개 이상인 경우 각각의 비선택 빔 포밍 벡터를 비선택 사용자에게 할당한 경우에 대한 성능 정보를 생성할 수 있다.
이 때, 성능 정보 생성부(320)는 채널 품질 정보를 기초로 비선택 사용자에 상응하는 채널 벡터를 추정하는 채널 벡터 추정부(321) 및 채널 벡터를 이용하여 성능 정보를 계산하는 성능 정보 계산부(322)를 포함할 수 있다.
이 때, 성능 정보는 비선택 사용자의 신호 대 간섭-잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio) 또는 복수의 사용자들에 대한 데이터 전송률 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 다시 도 2를 참조하면, 성능 정보 생성부(320)는 비선택 사용자 C에게 비선택 빔포밍 벡터(213, 214)를 할당한 경우 비선택 사용자 C의 신호 대 간섭-잡음비와 관련된 정보를 포함하는 성능 정보를 생성할 수 있다. 이 때, 비선택 사용자 C에게 비선택 빔포밍 벡터(213)를 할당한 경우 비선택 사용자 C의 신호 대 간섭-잡음비와 비선택 빔포밍 벡터(214)를 할당한 경우 비선택 사용자 C의 신호 대 간섭-잡음비를 포함하는 성능 정보가 생성될 수 있다. 또한, 성능 정보 생성부(320)는 비선택 사용자 C에게 비선택 빔포밍 벡터(214, 214)를 할당한 경우, 모든 사용자들에 대한 데이터 전송률과 관련된 정보를 포함하는 성능 정보를 생성할 수 있다.
또한, 채널 벡터 추정부(321)는 채널 품질 정보를 기초로 비선택 사용자에 상응하는 채널 벡터를 추정한다. 즉, 기지국과 비선택 사용자 사이에도 채널이 형성되고, 그 무선 채널은 채널 벡터로 표현될 수 있다. 이 때, 채널 벡터는 비선택 사용자에 의해 피드백된 채널 품질 정보를 기초로 추정될 수 있다.
또한, 성능 정보 계산부(322)는 채널 벡터를 이용하여 성능 정보를 계산한다. 예를 들어, 비선택 사용자와 기지국 사이의 채널에 대한 채널 벡터가 계산되면, 비선택 사용자의 신호 대 간섭-잡음비는 그 채널 벡터를 이용하여 계산될 수 있다.
채널 벡터 추정(321) 및 성능 정보 계산부(322)의 구체적인 동작에 관하여는 도 4와 관련하여 설명한다.
또한, 추가 빔포밍 벡터 선택부(330)는 성능 정보를 고려하여 비선택 사용자에 대응하는 추가 빔포밍 벡터를 선택한다. 이 때, 추가 빔포밍 벡터 선택부(330)는 신호 대 간섭-잡음비가 최대가 되도록 추가 빔포밍 벡터를 선택할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 비선택 사용자 C에게 비선택 빔포밍 벡터(213)를 할당한 경우와 비선택 빔포밍 벡터(214)를 할당한 경우에 대한 비선택 사용자 C의 성능 정보가 생성될 수 있다. 이 때, 상기 성능 정보에는 각각의 신호 대 간섭-잡음비 또흔 모든 사용자에 대한 데이터 전송률 중 적어도 하나와 관련된 정보가 포함될 수 있다. 예를 들어, 비선택 사용자 C에게 비선택 빔포밍 벡터(213) 및 비선택 빔포밍 벡터(214)를 할당한 경우 비선택 사용자 C의 신호 대 간섭-잡음비가 각각 10dB, 30dB으로 나타날 수 있다. 이 때, 추가 빔포밍 벡터 선택부(330)는 신호 대 간섭-잡음비가 30dB가 되는 비선택 빔포밍 벡터(214)를 추가 빔포밍 벡터로 선택할 수 있다.
또한, 도 3에 도시되지 아니하였으나, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/ 출력 통신 시스템은 선택 사용자 및 비선택 사용자에게 데이터 스트림으로부터 생성된 전송 신호를 전송하는 신호 전송부를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 선택 빔포밍 벡터 및 비선택 빔포밍 벡터의 일예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면,
Figure 112007055992315-pat00013
는 비선택 사용자(410)와 기지국 사이에 형성된 채널의 채널 벡터를 나타낸다.
Figure 112007055992315-pat00014
는 비선택 사용자(410)가 선호하는 빔포밍 벡터로서, 비선택 사용자(410)가 기지국으로 피드백한 채널 품질 정보를 통해 파악될 수 있다.
Figure 112007055992315-pat00015
는 선택 사용자에 대응하는 선택 빔포밍 벡터를 의미하고,
Figure 112007055992315-pat00016
는 비선택 빔포밍 벡터로서,
Figure 112007055992315-pat00017
와
Figure 112007055992315-pat00018
는 동일한 프리코딩 매트릭스에 포함되는 빔포밍 벡터들이다. 이 때,
Figure 112007055992315-pat00019
,
Figure 112007055992315-pat00020
및
Figure 112007055992315-pat00021
는 크기가 '1'이다. 또한,
Figure 112007055992315-pat00022
는
Figure 112007055992315-pat00023
와 방향은 같고 크기가 '1'인
Figure 112007055992315-pat00024
의 방향 벡터이다. 또한,
Figure 112007055992315-pat00025
는 비선택 사용자(410)가 선호하는 빔포밍 벡터와 채널 벡터가 이루는 각도이다.
Figure 112007055992315-pat00026
는
Figure 112007055992315-pat00027
와
Figure 112007055992315-pat00028
의 차를 나타내는 에러 벡터이다.
선택 빔포밍 벡터
Figure 112007055992315-pat00029
는 선택 사용자와 대응된다. 이 때, 선택 사용자 는 적어도 한 명의 사용자를 포함할 수 있다. 또한, 비선택 빔포밍 벡터
Figure 112007055992315-pat00030
는 선택 빔포밍 벡터
Figure 112007055992315-pat00031
가 속하는 프리코딩 매트릭스에 포함되는 빔포밍 벡터이므로,
Figure 112007055992315-pat00032
와
Figure 112007055992315-pat00033
는 서로 직교성을 갖는다.
채널 벡터
Figure 112007055992315-pat00034
는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007055992315-pat00035
이 때, 본 발명은 비선택 사용자(410)로부터 피드백된 채널 품질 정보
Figure 112007055992315-pat00036
를 기초로 채널 벡터의 크기를 추정할 수 있다.
비선택 사용자(410)로부터 피드백된 채널 품질 정보
Figure 112007055992315-pat00037
는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007055992315-pat00038
여기서, P는 전송 신호의 파워이고, M은 송신단 또는 기지국에 설치된 안테나의 개수이며, x는
Figure 112007055992315-pat00039
가 속하는 프리코딩 매트릭스에 포함되는 빔포밍 벡터의 인덱스이고,
Figure 112007055992315-pat00040
는
Figure 112007055992315-pat00041
가 속하는 프리코딩 매트릭스에 포함되는 빔포밍 벡터들이다.
이 때, 상기 수학식 2로부터, 하기 수학식 3이 도출될 수 있다.
Figure 112007055992315-pat00042
상기 수학식 3을 참조하면, 비선택 사용자(410)에 상응하는 채널 벡터의 크 기는 비선택 사용자(410)로부터 피드백된 채널 품질 정보
Figure 112007055992315-pat00043
를 포함하는 식으로 표현될 수 있다.
이 때, 비선택 사용자(410)에게 비선택 빔포밍 벡터
Figure 112007055992315-pat00044
를 할당한 경우에 대한 비선택 사용자(410)의 신호 대 간섭-잡음비는 하기 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007055992315-pat00045
상기 수학식 4를 참조하면, 비선택 사용자(410)에게 비선택 빔포밍 벡터
Figure 112007055992315-pat00046
를 할당한 경우에 대한 신호 대 간섭-잡음비는 비선택 사용자(410)로부터 피드 백된
Figure 112007055992315-pat00047
를 포함하는 식으로 표현될 수 있다. 기지국은
Figure 112007055992315-pat00048
,
Figure 112007055992315-pat00049
,
Figure 112007055992315-pat00050
,
Figure 112007055992315-pat00051
,
Figure 112007055992315-pat00052
를 알고 있으므로, 비선택 사용자(410)에게 비선택 빔포밍 벡터
Figure 112007055992315-pat00053
를 할당한 경우 비선택 사용자(410)의 신호 대 간섭-잡음비의 범위가 계산될 수 있다.
이 때, 본 발명의 추가 빔포밍 벡터 선택부는 상기 신호 대 간섭-잡음비가 최대가 되는 k를 선택할 수 있다. 이 때, 선택된 k에 상응하는 빔포밍 벡터가 비선택 사용자(410)에 대응하는 추가 빔포밍 벡터로 선택된다.
이 때,
Figure 112007055992315-pat00054
가 가질 수 있는 값은 하기 수학식 5와 같은 범위로 제한된다.
Figure 112007055992315-pat00055
여기서,
Figure 112007055992315-pat00056
는 서로 이웃하고 있는 빔포밍 벡터들이 이루는 각도의 최대값이다.
따라서, 에러 벡터
Figure 112007055992315-pat00057
와 관련하여 상기 수학식 5로부터 하기 수학식 6이 도출될 수 있다.
Figure 112007055992315-pat00058
이 때, 임의의 빔포밍 벡터 v는 크기가 '1'이므로 상기 수학식 6으로부터 하기 수학식 7이 도출될 수 있다.
Figure 112007055992315-pat00059
따라서, 상기 수학식 4와 상기 수학식 7을 이용하면 신호 대 간섭-잡음비는 하기 수학식 8에 나타난 범위에 속하는 것으로 표현될 수 있다.
Figure 112007055992315-pat00060
이 때, 다수의 사용자로부터 피드백되는 데이터의 비트 개수가 매우 크다면,
Figure 112007055992315-pat00061
는 '0'에 가까워진다. 이 때, 비선택 사용자(410)의 신호 대 간섭-잡음비는 하기 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007055992315-pat00062
상기 수학식 9를 참조하면, 본 발명의 추가 빔포밍 벡터 선택부는 상기 신호 대 간섭-잡음비가 최대가 되도록 k 및 추가 빔포밍 벡터를 선택할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 비선택 빔포밍 벡터를 재활용함으로써 빔포밍 벡터가 낭비되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 신호 대 간섭-잡음비를 유지하면서 비선택 사용자에게 비선택 빔포밍 벡터를 할당할 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 방법은 복수의 사용자들로부터 피드백된 채널 품질 정보를 기초로 선택 사용자에 대응하는 선택 빔포밍 벡터를 결정한다(S510)
이 때, 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 단계(S510)는 PU2RC(Per User Unitary Rate Control) 기법에 따라 상기 선택 사용자를 선택하여 상기 선택 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다.
이 때, 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 단계(S510)는 데이터 전송률의 합을 기준으로 고려하여 상기 선택 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다.
이 때, 성능 정보는 비선택 사용자의 신호 대 간섭-잡음비 또는 복수의 사용자에 대한 데이터 전송률 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 방법은 채널 품질 정보를 이용하여 비선택 사용자에게 비선택 빔포밍 벡터를 할당한 경우에 대한 성능 정보를 생성한다(S520).
이 때, 성능 정보를 생성하는 단계(S520)는 채널 품질 정보를 기초로 상기 비선택 사용자에 상응하는 채널 벡터를 추정하는 단계(S521) 및 상기 채널 벡터를 이용하여 상기 성능 정보를 생성하는 단계(S522)를 포함할 수 있다.
이 때, 성능 정보를 생성하는 단계(S520)는 비선택 빔포밍 벡터가 두 개 이 상인 경우 각각의 비선택 빔포밍 벡터를 상기 비선택 사용자에게 할당한 경우에 대한 상기 성능 정보를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 방법은 성능 정보를 고려하여 비선택 사용자에 대응하는 추가 빔포밍 벡터를 선택한다(S530). 이 때, 추가 빔포밍 벡터를 선택하는 단계(S530)는 신호대 간섭-잡음비 또는 상기 데이터 전송률 중 적어도 하나가 최대가 되도록 추가 빔포밍 벡터를 선택할 수 있다.
또한, 도 5에 도시되지 아니하였으나, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 방법은 상기 선택 사용자 및 상기 비선택 사용자에게 데이터 스트림으로부터 생성된 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 단계에 관하여 설명되지 아니한 내용은 도 1 내지 도 4를 통하여 이미 설명한 바와 같으므로 이하 생략한다.
본 발명에 따른 다중 입/출력 통신 방법은 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 media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 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 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
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.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 시스템이 설치된 기지국 및 다중 사용자들의 단말기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 따라 복수의 빔포밍 벡터들을 포함하는 프리코딩 매트릭스의 일예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 선택 빔포밍 벡터 및 비선택 빔포밍 벡터의 일예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 입/출력 통신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
310: 선택 빔포밍 벡터 결정부
321: 채널 벡터 추정부
322: 성능 정보 계산부
330: 추가 빔포밍 벡터 선택부

Claims (17)

  1. 복수의 사용자들로부터 피드백된 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)를 기초로 선택(selected) 사용자에 대응하는 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 선택 빔포밍 벡터 결정부;
    상기 채널 품질 정보를 이용하여 비선택(non-selected) 사용자에게 비선택 빔포밍 벡터를 할당한 경우에 대한 성능 정보를 생성하는 성능 정보 생성부; 및
    상기 성능 정보를 고려하여 상기 비선택 사용자에 대응하는 추가 빔포밍 벡터를 선택하는 추가 빔포밍 벡터 선택부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성능 정보 생성부는
    상기 채널 품질 정보를 기초로 상기 비선택 사용자에 상응하는 채널 벡터를 추정하는 채널 벡터 추정부; 및
    상기 채널 벡터를 이용하여 상기 성능 정보를 계산하는 성능 정보 계산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성능 정보 생성부는
    상기 비선택 빔포밍 벡터가 두 개 이상인 경우 각각의 상기 비선택 빔포밍 벡터를 상기 비선택 사용자에게 할당한 경우에 대한 상기 성능 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 성능 정보는 상기 비선택 사용자의 신호 대 간섭-잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio) 또는 상기 복수의 사용자들에 대한 데이터 전송률 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 추가 빔포밍 벡터 선택부는
    상기 신호 대 간섭-잡음비 또는 상기 데이터 전송률 중 적어도 하나가 최대가 되도록 상기 추가 빔포밍 벡터를 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 선택 빔포밍 벡터 결정부는
    PU2RC(Per User Unitary Rate Control) 기법에 따라 상기 선택 사용자를 선택하여 상기 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 선택 빔포밍 벡터 결정부는
    데이터 전송률(data rate)의 합을 기준으로 고려하여 상기 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 선택 사용자 및 상기 비선택 사용자에게 데이터 스트림으로부터 생성된 전송 신호를 전송하는 신호 전송부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 시스템.
  9. 복수의 사용자들로부터 피드백된 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)를 기초로 선택(selected) 사용자에 대응하는 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 단계;
    상기 채널 품질 정보를 이용하여 비선택(non-selected) 사용자에게 비선택 빔포밍 벡터를 할당한 경우에 대한 성능 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 성능 정보를 고려하여 상기 비선택 사용자에 대응하는 추가 빔포밍 벡터를 선택하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 성능 정보를 생성하는 단계는
    상기 채널 품질 정보를 기초로 상기 비선택 사용자에 상응하는 채널 벡터를 추정하는 단계; 및
    상기 채널 벡터를 이용하여 상기 성능 정보를 계산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 성능 정보를 생성하는 단계는
    상기 비선택 빔포밍 벡터가 두 개 이상인 경우 각각의 상기 비선택 빔포밍 벡터를 상기 비선택 사용자에게 할당한 경우에 대한 상기 성능 정보를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 성능 정보는 상기 비선택 사용자의 신호 대 간섭-잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio) 또는 상기 복수의 사용자들에 대한 데이터 전송률 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    추가 빔포밍 벡터를 선택하는 단계는
    상기 신호 대 간섭-잡음비 또는 상기 데이터 전송률 중 적어도 하나가 최대가 되도록 상기 추가 빔포밍 벡터를 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 단계는
    PU2RC(Per User Unitary Rate Control) 기법에 따라 상기 선택 사용자를 선택하여 상기 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 단계는
    데이터 전송률(data rate)의 합을 기준으로 고려하여 상기 선택 빔포밍 벡터를 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 선택 사용자 및 상기 비선택 사용자에게 데이터 스트림으로부터 생성된 전송 신호를 전송하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입/출력 통신 방법.
  17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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