KR101371140B1 - 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한장치 및 방법 - Google Patents

다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 안테나 시스템에 관한 것으로 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전 처리를 위한 기지국의 방법에 있어서 피드백 정보를 수신하는 과정과 상기 피드백 정보를 이용하여 특정 부 반송파 그룹의 전 처리기와 단말기를 선택하는 과정과 상기 특정 부 반송파 그룹에서 부 반송파 별로 전력을 할당하는 과정과 상기 특정 부 반송파 그룹에 대해 전처리를 수행하는 과정을 포함하는 것으로 다중 반송파 양자화 전처리 시스템의 통계적인 수용 능력 특성을 파악하여 통계적인 그룹 내의 수용 능력을 등화 함으로써 평균적으로 보았을 때 그룹 내의 수용 능력 손실을 최소화할 수 있다. 즉, 추가적인 사용자 단말기로부터의 피드백 없이 시스템의 환경을 파악하여 다중 반송파 양자화 전처리 시스템에 적합하도록 부 반송파 파워 할당을 할 수 있다.
Figure R1020070032980
MIMO, 전 처리기, 기지국, 단말기, 통계적 특성.

Description

다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PRECODING MYLTI CARRIER QUANTIZATION IN MULTI INPUT MULTI OUTPUT SYSTEM}
도 1은 일반적인 사용자 단말기 그룹 내의 수용 능력 곡선을 도시한 도면,
도 2는 일반적인 다중 안테나 시스템을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 단말기 및 네트워크 장치의 블록 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 단말기 및 네트워크 장치의 동작과정을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 부 반송파 그룹에서 선택한 전 처리기가 달성 가능한 가장 높은 데이터 레이트와 가장 낮은 데이터 레이트 간의 비율을 도시한 누적분포함수의 연산 결과를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 각 부 반송파 그룹별로 전 처리기를 선택하였을 때, 각각의 부 반송파가 가장 큰 수용 능력을 가진 경우를 따로 모아 평균화한 결과를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통계적인 특성을 이용한 수용 능력 등화를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 상관도 0.4에서의 방식과 기존의 수용 능력 성능을 비교한 그래프, 및,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 상관도 0.8에서의 방식과 기존의 방식에서 비트 에러 레이트를 비교한 그래프.
본 발명은 다중 입력 다중 출력, 즉, 다중 안테나(MIMO:Multi Input Multi Output, 이하, MIMO라고 칭한다) 시스템에 관한 것으로, 특히 다중 반송파 양자화 전처리기의 성능 향상을 위한 부 반송파 전력을 할당하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 다중 안테나 시스템을 도시한 것이다.
상기 도 1를 참조하면, 기존 다중 사용자 단말기 환경에서의 매트릭스 타입 양자화 전처리 시스템을 도시한 것이다. 사용자 단말기(150)는 가장 선호하는 전 처리기와 데이터 레이트를 피드백하고 기지국(110)은 상기 사용자 단말기(150)로부터 수신한 피드백 정보를 바탕으로 하나의 그룹 단위로 사용자 단말기를 선택하고 해당하는 데이터를 할당하여 서비스한다.
다중 사용자 환경에서의 폐 루프 방식의 MIMO 시스템은 각 사용자 단말기에 대한 전 처리(Pre-Coding) 매트릭스에 대한 스트림 별 신호대 잡음 및 간섭(Signal to Noise plus Interference Ratio, 이하 SNIR이라고 칭한다)값을 이용하여 다중 사용자 단말기에서 다이버시티 이득(Diversity Gain)을 얻을 수 있다.
다중 반송파 시스템에서 모든 부 반송파 별로 피드백 정보를 구성하는 것은 부하가 크기 때문에 여러 부 반송파를 하나의 그룹으로 묶고 이를 대표하는 하나의 채널상태정보(CQI:Channel Quality Information)와 전 처리 인덱스를 전송한다.
도 2는 일반적인 사용자 단말기 그룹 내의 수용 능력 곡선을 도시한 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 일반적으로 가장 낮은 성능의 부 반송파에 대해 수용 능력(Capacity)이 가장 높은 전처리 벡터를 선택하는 피드백 기법은 간단한 방식으로 인해 기지국에서의 사용자 단말기에 대해 할당과 적응 변조 기법을 적용하는데 널리 사용되고 있다.
하지만, 아웃터지(outage)를 방지하기 위해, 선택한 전 처리기의 그룹 내에서 가장 낮은 수용 능력을 피드백함으로써 그보다 높은 수용 능력을 갖는 부 반송파들은 수용 능력 측면에서 손실이 발생한다. 이 경우, 그룹 내의 평균 수용 능력과 가장 낮은 수용 능력의 차이를 줄이는 것이 수용 능력 손실(Capacity loss)을 줄이는 방법이다.
이를 위해, 채널 환경이 좋은 부 반송파에 대해서는 작은 파워를 할당하고 채널환경이 좋지 않은 부 반송파에 대해서는 큰 파워를 할당하면 그룹 내의 수용 능력을 등화시키는 것이 가능하다.
하지만, 이 경우 매 심볼 타임마다 그룹 별로 파워 레벨을 피드백해야 하고 기지국에서는 이들에게 매 심볼 타임마다 할당해야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 다중안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중안테나 시스템에서 수용 능력 손실을 줄이는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 추가적인 피드백 없이도 기지국에서 시스템의 수용 능력 손실을 최소화할 수 있도록 그룹 내 부 반송파의 파워를 할당하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전 처리를 위한 기지국의 방법에 있어서 피드백 정보를 수신하는 과정과 상기 피드백 정보를 이용하여 특정 부 반송파 그룹의 전 처리기와 단말기를 선택하는 과정과 상기 특정 부 반송파 그룹에서 부 반송파 별로 전력을 할당하는 과정과 상기 특정 부 반송파 그룹에 대해 전처리를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한 기지국에 있어서 제공받은 피드백 정보를 출력하는 시스템 파라미터부와 상기 피드백 정보를 이용하여 특정 부 반송파 그룹의 전 처리기와 단말기를 선택하는 전력 할당 패턴 결정부와 상기 특정 부 반송파 그룹에서 부 반송파 별로 전력을 할당하는 대역 전력 할당부와 상기 특정 부 반송파 그룹에 대해 전처리를 수행하는 전처리기 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한 단말기의 방법에 있어서 기지국으로부터 수신한 신호에 대해 채널추정을 수행하는 과정과 채널 추정 결과에 따라 전 처리기 및 데이터 레이트를 결정하는 과정과 상기 결정 결과를 상기 기지국으로 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한 단말기에 있어서 기지국으로부터 수신한 신호에 대해 채널 추정을 수행하는 채널 추정부와 채널 추정 결과에 따라 전 처리기 및 데이터 레이트를 결정하고 결정 결과를 상기 기지국으로 피드백하는 프리코더 및 레이트 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 5 견지에 따르면 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한 시스템에 있어서 피드백 정보를 수신하고 상기 피드백 정보를 이용하여 특정 부 반송파 그룹의 전 처리기와 단말기를 선택하고 상기 특정 부 반송파 그룹에서 부 반송파 별로 전력을 할당하고 상기 특정 부 반송파 그룹에 대해 전처리를 수행하는 기지국과 기지국으로부터 수신한 신호에 대해 채널추정을 수행하고 채널 추정 결과에 따라 전 처리기 및 데이터 레이트를 결정하고 상기 결정 결과를 상기 기지국으로 피드백하는 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세 한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 다중안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한 장치 및 방법에 대해 설명할 것이다. 본 발명은 시스템의 통계적인 특성을 이용하여 추가적인 피드백과 복잡도의 증가 없이 시스템의 수용 능력 손실을 최소화하도록 부 반송파의 전력을 할당한다.
일반적으로, 다중 반송파 시스템에서 모든 부 반송파 별로 피드백 정보를 구성하는 것은 부하가 크기 때문에 여러 부 반송파를 하나의 그룹으로 묶고 이를 대표하는 하나의 채널상태정보(CQI:Channel Quality Information)와 전 처리 인덱스를 전송한다.
다중 사용자 다중 부 반송파 하향 링크 MIMO 시스템에 대해 설명하면 하기와 같다.
기지국은 Nt 개의 송신 안테나를 구비하고 각 사용자 단말기는 Nr 개의 수신 안테나를 구비하고, K 는 시스템 내에 존재하는 전체 사용자 단말기의 수를 나타내고, M은 부 반송파의 수를 나타낸다고 설정한다. 그리고, 기지국과 모든 사용자 단말기는 미리 약속된 공통의 유니터리(unitary) 매트릭스 코드 셋(
Figure 112007025948942-pat00001
)을 구비하고 있다고 설정한다.
사용자 단말기가 전송한 채널 정보에 따라 기지국에서는 각 부 반송파에 대해 하나의 매트릭스 코드를 선택해 전처리를 수행한다. 부 반송파 별 매트릭스 코 드의 선택과 스트림 별 사용자 단말기 선택은 공동으로 수행된다.
만약 매트릭스 코드(
Figure 112007025948942-pat00002
)가 m 번째 부 반송파의 전 처리 매트릭스로 선택되고 각 스트림에 Nt 개의 사용자 단말기 그룹
Figure 112007025948942-pat00003
이 선택되었다면, i 번째 스트림에 할당이 되는 사용자 단말기 ki 의 전처리 벡터는 P m 의 i 번째 행인
Figure 112007025948942-pat00004
이 된다. 기지국에서 전송된 신호는 하기 <수학식 1>과 같이 표현된다.
Figure 112007025948942-pat00005
여기서
Figure 112007025948942-pat00006
는 선택된 사용자 단말기의 정보로 이루어진 크기 Nt x 1 의 벡터이다.
만약, 사용자 단말기 k가 m 번째 부 반송파의 i 번째 스트림에 할당되었다면 사용자 단말기 k의 수신기에서의 SNIR는 MMSE 기법을 사용했을 때 하기 <수학식 2>와 같이 구해진다.
Figure 112007025948942-pat00007
이 경우, 달성 가능한 데이터 레이트는 하기 <수학식 3> 과 같다.
Figure 112007025948942-pat00008
각 사용자 단말기로부터 기지국으로 전송되는 채널 정보는 피드백 채널에서 에러와 지연은 없고, 각 사용자 단말기는 모든 부 반송파의 채널 정보를 완벽하게 알고 있다고 가정한다. 이 경우, 제한된 채널 정보만이 기지국으로 피드백될 수 있다.
따라서, 모든 부 반송파에 대해서 각각의 채널 정보를 피드백하는 것이 아니라 일정 수의 부 반송파를 하나의 그룹으로 묶어 그룹 단위로 채널 정보를 피드백하는 시스템이 고려된다.
전체 부 반송파는 G 개의 그룹으로 나눌 수 있다고 설정하면, 일반적으로 전체 부 반송파의 수(M)는 G의 배수이며 하나의 그룹에 들어가는 부 반송파의 수는
Figure 112007025948942-pat00009
가 된다.
고려하는 하나의 부 반송파 그룹을 g 라고 할 때, 사용자 단말기 k 는 각 매트릭스 코드 P와 그에 포함되는 모든 전처리 벡터 P(i) 에 대해서 그룹 g에서 달성할 수 있는 대표 데이터 레이트(
Figure 112007025948942-pat00010
)를 구한다. 상기 대표 데이터 레이트는 하기 <수학식 4와> 같다.
Figure 112007025948942-pat00011
여기서,
Figure 112007025948942-pat00012
은 그룹 g에 포함되어 있는 부 반송파를 나타낸다.
그리고, 여기에서 각 부 반송파마다 구하는 대표 값의 수는 매트릭스 코드의 수에 Nt를 곱한 수이다. 각각의 대표 값은 그룹 g내에서 달성 가능한 가장 낮은 데이터 레이트를 가지는 부 반송파의 것으로 한다.
이후, 사용자 단말기는 기지국으로 피드백할 대표 값을 선택하게 되는데 그 과정은 하기 <수학식 5>와 같다.
Figure 112007025948942-pat00013
만약, 사용자 단말기 k가 기지국에서 어느 스트림에 할당이 되었다면, 그룹 g 내의 모든 부 반송파는 피드백 보낸 데이터 레이트를 모두 만족시키므로 기지국 에서의 전처리 매트릭스 선택과 스트림 별 사용자 단말기 할당은 부 반송파 단위가 아닌 부 반송파 그룹 단위로 이루어진다.
본 발명은 기지국에서 채널의 특성에 따라 부 반송파의 파워 할당 패턴을 결정하는 방식으로 동작한다. 즉, 기지국은 상위 계층을 통해 얻은 채널 정보로부터 전력 할당 패턴을 결정하는 부분과 각 부 반송파 단위로 전력을 할당하는 부분으로 구성되고 동작한다.
그리고, 본 발명에서 기지국은 다중 반송파 양자화 전처리 시스템의 그룹 내의 통계적인 수용 능력(Capacity) 특성을 이용하여 미리 정해진 패턴에 따라 부 반송파의 전력을 결정한다.
다중 반송파 양자화 전처리 시스템에서 각 사용자 단말기의 각 그룹은 "maxmin" 기법을 이용하여 선호하는 전 처리기를 선택한다. 선택하는 과정은 하기 <수학식 6>과 같다.
Figure 112007025948942-pat00014
여기서, Pg는 그룹 g에 대한 전 처리기의 매트릭스 코드를 나티내고, H는 채널 행렬, I는 단위 행렬을 나타낸다.
여기서, 기지국으로 피드백되는 정보는 선택한 매트릭스 코드와 스트림의 인덱스와 그에 해당하는 채널 정보 (
Figure 112007025948942-pat00015
)이다.
각 사용자 단말기가 각 부 반송파 그룹마다 가장 선호하는 전 처리기를 선택하였을 경우, 해당되는 부 반송파 그룹 내에서 피드백되는 가장 낮은 수용 능력과 가장 높은 수용 능력 간의 통계적인 특성은 채널을 여러 번 생성하면 얻을 수 있다.
Figure 112007025948942-pat00016
라고 할 때, 고려하는 부 반송파 그룹 g에서 선택한 전 처리기가 달성 가능한 가장 높은 데이터 레이트와 가장 낮은 데이터 레이트 간의 비율, (
Figure 112007025948942-pat00017
)의 누적분포함수(CDF:Cummulative Density Function)는 도 5에 도시되어 있다.
전 처리기를 선택할 때, 최대 값과 최소 값의 차이가 너무 큰 경우는 최소 값이 작을 확률이 크기 때문에 선택될 확률이 작다. 각 부 반송파 그룹별로 전 처리기를 선택하였을 때, 각각의 부 반송파가 가장 큰 수용 능력을 가진 경우를 따로 모아 평균화한 결과를 도 6에 도시하였다.
부 반송파 그룹 최 외곽의 부 반송파가 가장 높은 수용 능력을 가진 경우를 살펴보면 상대적인 수용 능력 값이 상대적인 부 반송파 간의 거리가 어느 정도 이상 떨어지면 더 이상 감소하지 않는 것을 알 수 있다.
따라서, 채널 환경을 바꿔가면서 선택된 모든 전 처리기에 대해서 그룹 내 수용 능력 평균을 취하면 상기 도 6처럼 가운데가 오목한 모양의 곡선을 얻을 수 있다.
그러면, 도 7과 같이 기지국에서 통계적인 수용 능력 곡선의 반대 모양을 가지도록 부 반송파 파워 할당 패턴을 결정하고 그에 따라 부 반송파 파워 할당을 하면 통계적인 그룹 내의 수용 능력을 등화 시키는 것이 가능하다.
부 반송파 파워 할당 패턴은 시스템의 코헤런스 대역폭(coherence bandwidth)과 신호대 잡음 비에 따라 결정될 수 있다. 상기 코헤런스 대역폭이 작을수록 그리고 상기 신호대 잡음 비가 높을수록 부 반송파 파워 할당 패턴의 기울기가 커진다.
이 경우, 송신 단에서 파워 패턴을 결정할 때 시스템의 통계적인 특성을 이용하는 것이므로 각 사용자 단말기가 기지국으로 추가적으로 피드백 정보를 구성할 필요는 없다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 장치 및 단말기의 블록 구성을 도시한 도면이다.
송신 단에서 미리 정해진 파워 할당 패턴에 따라 하나의 그룹 단위로 부 반송파 파워 할당하여 서비스한다. 여기서 필요한 시스템 정보는 통계적인 특성을 고 려한 것으로 평균 신호 대 잡음 비와 코히어런스 대역폭은 긴 주기(long term)로 피드백 받을 수 있지만, 기존의 시스템에서도 셀 크기나 환경에 따라 고려하는 채널 모델이 존재하고 고려되는 경로 수에 따른 전력 패턴을 가지고 있다면 본 발명의 기법을 사용함에 있어 추가적으로 필요한 피드백 정보는 없다.
상기 도 3을 참조하여 네트워크 장치(기지국)에 대해 설명하면, 시스템 파라미터기(312)는 단말기가 전송한 피드백 정보를 상위 계층으로부터 제공받고 전력 할당 패턴 결정기(313)로 제공한다. 상기 피드백 정보는 전 처리기의 매트릭스 코드와 스트림의 인덱스와 그에 해당하는 채널 정보
Figure 112007025948942-pat00018
이다.
상기 전력 할당 패턴 결정기(313)는 제공받은 상기 피드백 정보를 이용하여 특정 부 반송파 그룹에서 단말기로부터 전달된 전 처리기와 사용자를 선택한다. 상기 선택과정에서는 전술한 바 있는 "maxmin" 기법이 사용된다. 상기 "maxmin" 기법은 상기 <수학식 6>에 기술되어 있다.
상기 선택된 패턴 정보는 대역 전력 할당기(314)로 제공되고, 상기 대역 전력 할당기(314)는 단말기로 전송할 신호에 대해 상기 그룹 내의 부 반송파 별로 전력을 할당한다.
상기 부 반송파 별로 전력이 할당된 신호는 유니터리 프리코더(318)로 제공되어 전 처리되고 이후, 본 발명에서는 미 도시되었지만 변조과정 등을 거친 후 안 테나를 통해 방사된다. 이외의 블록의 기능은 기존과 동일하다.
상기 도 3을 참조하여 단말기에 대해 설명하면, 프리코더/레이트결정기(352)는 전 처리기 및 레이트를 결정하고 이를 상기 네트워크 장치로 피드백한다. 상기 단말기가 상기 네트워크 장치로 피드백하는 정보는 전 처리기의 매트릭스 코드와 스트림의 인덱스와 그에 해당하는 채널 정보 (
Figure 112007025948942-pat00019
)이다. 이외의 블록의 기능은 기존과 동일하다.
상기 단말기 및 기지국은 본 발명에서는 미 도시되었지만, 외부로의 통신을 위한 통신 인터페이스를 제공하는 통신 모듈 및 저장장치인 메모리가 사용된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 단말기 및 네트워크 장치의 동작과정을 도시한 도면이다.
상기 도 4를 참조하여 상기 네트워크 장치(기지국)에 대해 설명하면, g 번째 부 반송파 그룹에서 단말기로부터 전달된 전 처리기와 사용자(Nt 명)를 선택한다(405 단계). 상기 선택과정에서는 전술한 바 있는 "maxmin" 기법이 사용된다. 상기 "maxmin" 기법은 상기 <수학식 6>에 기술되어 있다.
그리고 전송할 신호에 대해 채널 코딩 및 적응 변조과정을 수행한다(410 단계).
이후, 상기 채널 코딩 및 적응 변조 과정을 거친 신호에 대해 상기 그룹 내의 부 반송파 별로 전력을 할당한다(415 단계). 상기의 과정 중 또는 상기의 과정 전에서 상기 기지국은 상기 단말기로부터 피드백 정보를 수신한다.
그리고, 상기 전력 할당 단계에서, 도면에서는 미 도시하였지만 본 발명의 통계적 전력 패턴 결정 과정 및 긴 주기 피드백 또는 주어진 시스템 정보를 고려한 전력 패턴 결정 과정이 선행된다.
이후, 상기의 과정(410 단계~415 단계)을 상기 g 번째 부 반송파 그룹에서의 사용자 Nt명과 사용자 단말기의 수신 안테나의 수(Nr) 중 작은 값만큼 반복하고(420, 425단계), 상기 g 번째 그룹에 대해 유니터리 프리코딩 및 밴드 매핑 과정을 수행한다(430 단계).
이후, 전체 그룹(G) 내부의 다른 그룹에 대해 상기의 과정(405 단계~430 단계)을 반복하고(440 단계), 반복 과정을 종료하면 출력 신호를 변조하여 송신하고(445 단계) 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
상기 도 4를 참조하여 상기 사용자 단말기에 대해 설명하면, 상기 사용자 단말기는 상기 네트워크 장치가 전송한 정보를 본 발명에서는 미 도시하였지만 무선통신 인터페이스를 제공하는 통신모듈을 통해 수신하고(450 단계). 이에 대해 채널 추정을 수행한다(465 단계).
이후, 전술한 본 발명에 따른 전처리기 및 레이트를 결정하고 이를 상기 네트워크 장치로 피드백(460 단계)한다. 상기 사용자 단말기가 상기 네트워크 장치로 피드백하는 정보는 전 처리기의 매트릭스 코드와 스트림의 인덱스와 그에 해당하는 채널 정보 (
Figure 112007025948942-pat00020
)이다.
이후, 상기 추정한 데이터에 대해 복조 및 채널 디코딩과 같은 일반적인 수신과정을 수행하고 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
본 발명에서의 통계적인 전력 패턴에 대한 룩업 테이블은 <표 1>을 실시 예에 해당하는 시스템 파라미터로 고려할 때 <표 2>와 같이 구할 수 있다.
Antenna configuration Tx : 4, Rx : 2
Number of sub-carriers 63
SNR 0, 5, 10 dB
Number of sub-carriers in one band 9
Number of multipath 6
Codebook matrix 3bits 802.16E code book
상기 <표 1>은 모의실험용 파라미터를 나타낸 것이다.
0/8 1/7 2/6 3/5 4
SNR 0dB 0.8168 0.8391 0.9183 1.0507 1.2835
SNR 5dB 0.7810 0.8103 0.9022 1.0699 1.3271
SNR 10dB 0.7520 0.7868 0.8951 1.0831 1.3590
SNR 15dB 0.7389 0.7764 0.8950 1.0896 1.3694
상기 <표 2> 는 표 2. 신호대 잡음비(SNR)별 부 반송파 전력 배분을 나타낸 것이다. 여기에서, 평균전력은 1, 다중 경로(number of multipath)의 수는 6이다.
종래 기술과 본 발명의 수용 능력 성능과 비트 에러 레이트를 사용자 단말기 수와 신호 대 잡음비에 따라 비교하면 하기와 같다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 상관도 0.4에서의 방식과 기존의 수용 능력 성능을 비교한 그래프이다.
상기 도 8을 참조하면, 기존 방식과 본 발명의 방식 사이의 수용 능력 성능차이를 나타낸다. 사용자 단말기 수와 신호 대 잡음비에 상관없이 기존 방식에 비해 약 5% 정도의 이득이 있음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 상관도 0.8에서의 방식과 기존의 방식에서 비트 에러 레이트를 비교한 그래프이다.
상기 도 9를 참조하면, 다중 사용자 단말기 환경에서의 기존 방식과 본 발명의 방식의 비트 에러 레이트를 나타낸 것이다.
신호 대 잡음비가 증가할수록 기존 방식과의 성능 차이가 더 커지는데, 신호 대 잡음비가 커질수록 파워 할당 패턴의 기울기가 더 커지고 따라서 성능 개선의 여지가 더 크기 때문이다. 또한, 다중 사용자 단말기 환경에서 기존 방식에 비해 사용자 단말기가 10개 더 있는 것과 같은 성능 향상을 얻는 것을 알 수 있다.
전체적으로, 기존 기법에 비해 성능 향상의 효과가 있으며 기존 기법에서 추가적으로 필요한 피드백이 없고 기지국에서 파워 할당 패턴을 정하는데 필요한 복잡도 또한 크지 않다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 다중 반송파 양자화 전처리 시스템의 통계적인 수용 능력 특성을 파악하여 통계적인 그룹 내의 수용 능력을 등화 함으로써 평균적으로 보았을 때 그룹 내의 수용 능력 손실을 최소화할 수 있다. 즉, 추가적인 사용자 단말기로부터의 피드백 없이 시스템의 환경을 파악하여 다중 반송파 양자화 전처리 시스템에 적합하도록 부 반송파 파워 할당을 할 수 있다.

Claims (19)

  1. 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전 처리를 위한 기지국의 방법에 있어서,
    피드백 정보를 수신하는 과정과,
    상기 피드백 정보를 이용하여 특정 부 반송파 그룹의 전 처리기와 단말기를 선택하는 과정과,
    상기 특정 부 반송파 그룹에서 부 반송파 별로 전력을 할당하는 과정과,
    상기 특정 부 반송파 그룹에 대해 전처리를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 특정 부 반송파 그룹에서 부 반송파 별로 전력을 할당하는 과정은,
    상기 특정 부 반송파 그룹에서의 단말기와 단말기의 수신 안테나의 수 중 작은 값만큼 전력 할당을 반복하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 피드백 정보를 이용하여 특정 부 반송파 그룹의 전 처리기와 단말기를 선택하는 과정은,
    하기 <수학식 7>을 이용하여 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112013098218680-pat00038
    여기서, Pg는 그룹 g에 대한 전 처리기의 매트릭스 코드를 의미하고, H는 채널 행렬, I는 단위 행렬을 의미하고,
    Figure 112013098218680-pat00046
    는 부 반송파 그룹을 g라 할 때, 그룹 g에서 달성할 수 있는 대표 데이터 레이트를 의미하고, i는 전송 스트림의 인덱스를 의미하고, k는 시스템 내에 존재하는 사용자 단말기의 인덱스를 의미하고, m은 전송 부 반송파의 인덱스를 의미하고, P(i)는 매트릭스 코드 P에 포함되는 전처리 벡터를 의미하고,
    Figure 112013098218680-pat00047
    는 총 송신전력을 의미하고, Mt는 송신 안테나 개수를 의미한다.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 전 처리기의 매트릭스 코드와 스트림의 인덱스와 그에 해당하는 채널 정보인 대표 데이터 레이트 (
    Figure 112013098218680-pat00039
    )인 것을 특징으로 하는 방법.
    여기서, 채널 정보에 해당하는 대표 데이터 레이트
    Figure 112013098218680-pat00048
    는 하나의 부 반송파 그룹 g에서 선택한 전 처리기가 달성 가능한 가장 낮은 데이터 레이트를 의미하고, i는 전송 스트림의 인덱스를 의미하고, k는 시스템 내에 존재하는 사용자 단말기의 인덱스를 의미하고, m은 전송 부 반송파의 인덱스를 의미하고, P(i)는 매트릭스 코드 P에 포함되는 전처리 벡터를 의미한다.
  5. 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한 기지국에 있어서
    제공받은 피드백 정보를 출력하는 시스템 파라미터부와,
    상기 피드백 정보를 이용하여 특정 부 반송파 그룹의 전 처리기와 단말기를 선택하는 전력 할당 패턴 결정부와,
    상기 특정 부 반송파 그룹에서 부 반송파 별로 전력을 할당하는 대역 전력 할당부와,
    상기 특정 부 반송파 그룹에 대해 전처리를 수행하는 전처리기 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전력 할당 패턴 결정부는,
    상기 특정 부 반송파 그룹에서의 단말기와 단말기의 수신 안테나의 수 중 작은 값만큼 전력 할당을 반복하는 것을 특징으로 하는 기지국,
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 전 처리기의 매트릭스 코드와 스트림의 인덱스와 그에 해당하는 채널 정보그룹에서 달성할 수 있는 대표 데이터 레이트 (
    Figure 112013098218680-pat00040
    )인 것을 특징으로 하는 기지국.
    여기서, 채널 정보에 해당하는 대표 데이터 레이트
    Figure 112013098218680-pat00049
    는 하나의 부 반송파 그룹 g에서 선택한 전 처리기가 달성 가능한 가장 낮은 데이터 레이트를 의미하고, i는 전송 스트림의 인덱스를 의미하고, k는 시스템 내에 존재하는 사용자 단말기의 인덱스를 의미하고, m은 전송 부 반송파의 인덱스를 의미하고, P(i)는 매트릭스 코드 P에 포함되는 전처리 벡터를 의미한다.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 전력 할당 패턴 결정부는 하기 <수학식 8>을 이용하여 전 처리기와 단말기를 선택하는 것을 특징으로 하는 기지국.
    Figure 112013098218680-pat00041
    여기서, Pg는 그룹 g에 대한 전 처리기의 매트릭스 코드를 의미하고, H는 채널 행렬, I는 단위 행렬을 의미하고,
    Figure 112013098218680-pat00050
    는 부 반송파 그룹을 g라 할 때, 그룹 g에서 달성할 수 있는 대표 데이터 레이트를 의미하고, i는 전송 스트림의 인덱스를 의미하고, k는 시스템 내에 존재하는 사용자 단말기의 인덱스를 의미하고, m은 전송 부 반송파의 인덱스를 의미하고, P(i)는 매트릭스 코드 P에 포함되는 전처리 벡터를 의미하고,
    Figure 112013098218680-pat00051
    는 총 송신전력을 의미하고, Mt는 송신 안테나 개수를 의미한다.
  9. 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한 단말기의 방법에 있어서,
    기지국으로부터 수신한 신호에 대해 채널추정을 수행하는 과정과
    채널 추정 결과에 따라 전 처리기 및 데이터 레이트를 결정하는 과정과,
    상기 결정 결과를 상기 기지국으로 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    채널 추정한 신호에 대해 복조 및 디코딩을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 피드백하는 결정 결과는 전 처리기의 매트릭스 코드와 스트림의 인덱스와 그에 해당하는 채널 정보그룹에서 달성할 수 있는 대표 데이터 레이트 (
    Figure 112013098218680-pat00042
    )인 것을 특징으로 하는 방법.
    여기서, 채널 정보에 해당하는 대표 데이터 레이트
    Figure 112013098218680-pat00052
    는 하나의 부 반송파 그룹 g에서 선택한 전 처리기가 달성 가능한 가장 낮은 데이터 레이트를 의미하고, i는 전송 스트림의 인덱스를 의미하고, k는 시스템 내에 존재하는 사용자 단말기의 인덱스를 의미하고, m은 전송 부 반송파의 인덱스를 의미하고, P(i)는 매트릭스 코드 P에 포함되는 전처리 벡터를 의미한다.
  12. 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한 단말기에 있어서,
    기지국으로부터 수신한 신호에 대해 채널 추정을 수행하는 채널 추정부와,
    채널 추정 결과에 따라 전 처리기 및 데이터 레이트를 결정하고 결정 결과를 상기 기지국으로 피드백하는 프리코더 및 레이트 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 채널 추정부가 출력한 신호에 대해 복조 및 디코딩을 수행하는 복조 및 복호부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 전 처리기의 매트릭스 코드와 스트림의 인덱스와 그에 해당하는 채널 정보그룹에서 달성할 수 있는 대표 데이터 레이트 (
    Figure 112013098218680-pat00043
    )인 것을 특징으로 하는 단말기.
    여기서, 채널 정보에 해당하는 대표 데이터 레이트
    Figure 112013098218680-pat00053
    는 하나의 부 반송파 그룹 g에서 선택한 전 처리기가 달성 가능한 가장 낮은 데이터 레이트를 의미하고, i는 전송 스트림의 인덱스를 의미하고, k는 시스템 내에 존재하는 사용자 단말기의 인덱스를 의미하고, m은 전송 부 반송파의 인덱스를 의미하고, P(i)는 매트릭스 코드 P에 포함되는 전처리 벡터를 의미한다.
  15. 다중 안테나 시스템에서 다중 반송파 양자화 전처리를 위한 시스템에 있어서,
    피드백 정보를 수신하고, 상기 피드백 정보를 이용하여 특정 부 반송파 그룹의 전 처리기와 단말기를 선택하고, 상기 특정 부 반송파 그룹에서 부 반송파 별로 전력을 할당하고 상기 특정 부 반송파 그룹에 대해 전처리를 수행하는 기지국과,
    기지국으로부터 수신한 신호에 대해 채널추정을 수행하고 채널 추정 결과에 따라 전 처리기 및 데이터 레이트를 결정하고 상기 결정 결과를 상기 기지국으로 피드백하는 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 전 처리기의 매트릭스 코드와 스트림의 인덱스와 그에 해당하는 채널 정보그룹에서 달성할 수 있는 대표 데이터 레이트 (
    Figure 112013098218680-pat00044
    )인 것을 특징으로 하는 시스템.
    여기서, 채널 정보에 해당하는 대표 데이터 레이트
    Figure 112013098218680-pat00054
    는 하나의 부 반송파 그룹 g에서 선택한 전 처리기가 달성 가능한 가장 낮은 데이터 레이트를 의미하고, i는 전송 스트림의 인덱스를 의미하고, k는 시스템 내에 존재하는 사용자 단말기의 인덱스를 의미하고, m은 전송 부 반송파의 인덱스를 의미하고, P(i)는 매트릭스 코드 P에 포함되는 전처리 벡터를 의미한다.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 기지국은 하기 <수학식 9>을 이용하여 전 처리기와 단말기를 선택하는 것을 특징으로 하는 시스템.
    Figure 112013098218680-pat00045
    여기서, Pg는 그룹 g에 대한 전 처리기의 매트릭스 코드를 의미하고, H는 채널 행렬, I는 단위 행렬을 의미하고,
    Figure 112013098218680-pat00055
    는 부 반송파 그룹을 g라 할 때, 그룹 g에서 달성할 수 있는 대표 데이터 레이트를 의미하고, i는 전송 스트림의 인덱스를 의미하고, k는 시스템 내에 존재하는 사용자 단말기의 인덱스를 의미하고, m은 전송 부 반송파의 인덱스를 의미하고, P(i)는 매트릭스 코드 P에 포함되는 전처리 벡터를 의미하고,
    Figure 112013098218680-pat00056
    는 총 송신전력을 의미하고, Mt는 송신 안테나 개수를 의미한다.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 특정 부 반송파 그룹에서 부 반송파 별로 전력을 할당하는 과정은,
    상기 특정 부 반송파 그룹에서 부 반송파 별로 통계적 전력 패턴 결정 절차 또는 긴 주기 피드백 또는 주어진 시스템 정보를 고려하여 전력을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 5항에 있어서,
    상기 전력 할당 패턴 결정부는,
    상기 특정 부 반송파 그룹에서 부 반송파 별로 통계적 전력 패턴 결정 절차 또는 긴 주기 피드백 또는 주어진 시스템 정보를 고려하여 전력을 할당하는 것을 특징으로 하는 기지국.
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KR20060068082A (ko) * 2004-12-15 2006-06-21 삼성전자주식회사 다중 안테나 통신 시스템

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