KR101510588B1 - 다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서의 하이브리드 무선／기저대역 시스템 설계 방법 - Google Patents

다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서의 하이브리드 무선／기저대역 시스템 설계 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101510588B1
KR101510588B1 KR20140029520A KR20140029520A KR101510588B1 KR 101510588 B1 KR101510588 B1 KR 101510588B1 KR 20140029520 A KR20140029520 A KR 20140029520A KR 20140029520 A KR20140029520 A KR 20140029520A KR 101510588 B1 KR101510588 B1 KR 101510588B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
designing
baseband
mimo
hybrid
rti
Prior art date
Application number
KR20140029520A
Other languages
English (en)
Inventor
이용훈
김민현
신증호
Original Assignee
한국과학기술원
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 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR20140029520A priority Critical patent/KR101510588B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101510588B1 publication Critical patent/KR101510588B1/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
    • H04B7/0686—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H04B7/0695—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission using beam selection
    • 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
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0868—Hybrid systems, i.e. switching and combining
    • H04B7/088—Hybrid systems, i.e. switching and combining using beam selection

Landscapes

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

Abstract

다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 무선/기저대역 시스템 설계 방법이 개시된다. 다중 사용자 MIMO(multiple input multiple output) 간섭 채널 환경에서, 전체 송신단과 수신단에서 전체 수신 신호의 평균자승오차가 최소가 되는 RF 빔과 기저대역(baseband) MIMO 처리 행렬을 동시 설계하는 단계를 포함하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법을 제공한다.

Description

다중 사용자 ＭＩＭＯ 간섭 채널에서의 하이브리드 무선／기저대역 시스템 설계 방법{DESIGN METHOD FOR HYBRID RF/BASEBAND SYSTEM IN MULTIUSER MIMO INTERFERENCE CHANNELS}
본 발명의 실시예들은 다중 사용자-다중 안테나(Multi-User Multiple Input Multiple Output) 시스템에서의 하이브리드 무선/기저대역(RF/baseband) MIMO 설계 기법에 관한 것이다.
근래 무선 통신은 기가 단위의 고속 데이터 전송율을 달성하기 위해 60GHz 대역의 mmWave 통신과 같은 초고주파 통신이 주목을 받고 있다. 초고주파 통신은 안테나 고집적이 가능하고 수 기가의 데이터 전송율을 낼 수 있으나 발생 신호의 파장이 작아서 급격한 경로 감쇄 및 반사나 대기 환경에 민감한 문제점을 갖고 있다.
이에 대한 해결방안으로 최근에는 다수의 안테나를 써서 빔포밍 이득을 얻으면서 동시에 사용하는 RF 체인(chain)의 개수를 줄이거나 구현 복잡도를 감소시키는 빔포밍 구조에 대한 연구가 이루어지고 있다. 예컨대, 한국공개특허공보 제10-2013-0127376호(공개일 2013년 11월 22일) "아날로그 및 디지털 하이브리드 빔포밍을 통한 통신 방법 및 장치"에는 단말과 기지국의 신호 송수신에 있어 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍의 조합을 통한 하이브리드 빔 포밍 구조에 대한 내용이 개시되어 있다.
그러나, 다수의 안테나를 이용한 빔포밍 시스템을 구현할 때, 믹서(mixer)와 ADC(analog-to-digital converter)/DAC(digital-to-analog converter) 등으로 구성된 RF 체인(chain)을 모든 안테나 별로 할당하는 것은 복잡하고 비용이 많이 든다.
다중 사용자 MIMO 간섭 환경에서 각 송수신단의 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템 설계 방법을 제공한다.
모든 사용자에 대한 수신 신호의 MSE(Mean square error)가 최소가 되도록 RF 단과 baseband MIMO를 동시에 설계하며 등가 채널 모델링을 통하여 송신단의 설계 방법을 제공한다.
RF 단의 하드웨어 구현 복잡도를 크게 감소시키는 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템 구조를 제공한다.
다중 사용자 MIMO(multiple input multiple output) 간섭 채널 환경에서, 전체 송신단과 수신단에서 전체 수신 신호의 평균자승오차가 최소가 되는 RF 빔과 기저대역(baseband) MIMO 처리 행렬을 동시 설계하는 단계를 포함하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법을 제공한다.
일 측면에 따르면, 상기 RF 빔과 기저대역 MIMO 처리 행렬을 동시 설계하는 단계는, 모든 사용자에 대한 수신 신호의 평균자승오차가 최소가 되도록 수신단의 RF 빔을 설계한 후 상기 수신단과의 등가 채널 모델링을 통하여 송신단의 RF 빔을 설계할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 RF 빔의 설계를 위한 RF 빔 계수는 기저대역 MIMO 계수를 고려하여 선택될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 기저대역 MIMO 처리 행렬의 설계를 위한 기저대역 MIMO 계수는 상기 RF 빔의 설계 결과를 고려하여 계산될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 RF 빔의 설계를 위한 RF 빔 계수는 실수 값(real value)으로 설계할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 RF 빔 계수를 실수 값으로 설계함에 있어 실수 값으로 구성된 DCT(discrete cosine transform) 행렬을 사용할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 RF 빔의 설계를 위한 RF 빔 계수는 이진 값(binary value)으로 설계할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 RF 빔 계수를 이진 값으로 설계함에 있어 이진 값으로 구성된 아다마르(Hadamard) 행렬을 사용할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 RF 빔은 후보 RF 빔 셋(set)에서 희소 신호 프로세싱(sparse signal processing) 알고리즘을 통해 선택되고, 상기 기저대역 MIMO 처리 행렬은 최소 자승법으로 선택될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 RF 빔과 기저대역 MIMO 처리 행렬을 동시 설계하는 단계 이전에, 모든 안테나 별 RF 체인(chain)을 가지는 시스템(Full complexity RF system)에 대한 수신단의 컴바이너(combiner)를 설계하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 RF 빔과 기저대역 MIMO 처리 행렬을 동시 설계하는 단계 이전에, 모든 안테나 별 RF 체인(chain)을 가지는 시스템(Full complexity RF system)에 대한 송신단의 프리코더(precoder)를 설계하는 단계를 더 포함할 수 있다.
모든 사용자에 대한 수신 신호의 평균자승오차가 최소가 되는 RF 빔과 기저대역(baseband) MIMO(multiple input multiple output) 처리 행렬을 동시 설계하는 수신단과, 상기 수신단과의 등가 채널 모델링을 통하여 RF 빔과 기저대역 MIMO 처리 행렬을 동시 설계하는 송신단을 포함하고, RF 대역에서의 아날로그 빔 포밍 구조와 기저대역에서의 디지털 MIMO 처리가 결합된 하이브리드 빔포밍을 이용하여 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템을 제공한다.
다중 사용자 MIMO 간섭 환경에서 각 송수신단의 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템 설계 방법을 제공할 수 있다.
모든 사용자에 대한 수신 신호의 MSE(Mean square error)가 최소가 되도록 RF 단과 baseband MIMO를 동시에 설계하며 등가 채널 모델링을 통하여 송신단의 설계 방법을 제공할 수 있다.
RF 단의 하드웨어 구현 복잡도를 크게 감소시키는 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템 구조를 제공할 수 있다.
도 1은 송수신단이 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템을 사용하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널 환경을 나타낸 그림.
도 2는 송신단의 빔 설계를 위한 등가 채널 모델을 나타낸 그림.
도 3은 수신 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템의 빔 설계 알고리즘을 나타낸 그림.
도 4는 송신 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템의 빔 설계 알고리즘을 나타낸 그림.
도 5는 제안 방안이 동작하는 전체 과정을 나타낸 그림.
도 6은 실질 계수를 가지는 RF 빔포밍 구조를 사용하는 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템 구조를 나타낸 그림.
도 7은 이진 계수를 가지는 RF 빔포밍 구조를 사용하는 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템 구조를 나타낸 그림.
도 8은 다중 사용자 간섭 환경에서 기존과 제안 방안에 대하여 합산 전송율(achievable sum rate) 성능을 비교한 그림.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
초고주파 통신에서는 RF 대역에서의 아날로그 빔포밍 구조와 기저대역에서의 디지털 MIMO 처리(processing)를 결합한 하이브리드 빔포밍 시스템을 사용함으로써 안테나로부터의 신호를 프리코딩(precoding)/컴바이닝(combining) 하는데 필요한 RF 체인의 개수를 줄이면서 빔포밍 이득과 멀티플렉싱(multiplexing) 이득을 동시에 얻을 수 있다.
다중 사용자 MIMO 환경에서의 송수신 빔 설계 기법은 모든 안테나 별 RF 체인이 붙어있는 시스템(Full complexity RF system)에 대해 제안된 바 있다. 하지만 초고주파 통신 환경에서 사용할 수 있는 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템의 송수신 빔 설계 방법은 아직 제안된 바 없다. 기존 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템의 송수신빔 설계 기법은 단일 사용자 MIMO 환경을 위한 것으로써 이를 다중 사용자 MIMO 간섭 채널 환경으로 단순하게 확장하여 적용하면 사용자 간의 간섭을 효과적으로 제거하지 못한다. 따라서, 다중 사용자 MIMO 간섭 채널 환경에 적합한 새로운 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템 송수신 빔 설계 기법의 제안이 필요하다.
본 발명에서는 다중 사용자 간섭 채널 환경에서 모든 송신단 및 수신단이 전체 수신 신호의 평균자승오차가 최소가 되도록 RF 빔과 baseband MIMO 처리부를 설계하는 방법을 제안한다. 제안 기법은 전체 수신 신호의 평균자승오차를 최소화하는 최적 수신 빔을 설계한 후, 이에 근사하는 RF 빔과 baseband MIMO 처리부를 계산한다. 여기에서 RF 빔은 후보 빔 set에서 희소 신호 처리(sparse signal processing) 알고리즘을 이용하여 선택하고 baseband MIMO 처리부는 최소 자승법으로 최적화한다. 송신단은 평균자승오차를 최소화하는 등가 시스템을 모델링하면 수신단과 같은 형태로 RF 빔과 baseband MIMO 처리부를 설계할 수 있다.
자세한 설계 방안은 구체적인 실시 예를 통하여 설명하도록 한다. 또한, 추가적으로 안테나 별 빔 계수를 실수 값(real value) 또는 이진 값(binary value)으로 구현하는 하드웨어 구조의 제안을 통하여 기존에 복소 계수(complex coefficient)로 구현하던 위상 배열(phased array) RF 빔포밍 구조 대비 하드웨어의 구현 복잡도를 줄일 수 있는 본 발명의 다양한 실시예가 있음을 밝힌다.
도 1은 송수신단이 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템을 사용하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널 환경을 나타낸 그림이다.
본 발명에서는 도 1과 같이 K명의 다중 사용자 간 통신을 위한 MIMO 간섭 채널 환경에서의 하이브리드 빔포밍 시스템을 고려한다.
이때, 송신단은 Nt개의 안테나와
Figure 112014024274817-pat00001
개의 RF 체인을 가지며, 수신단은 Nr개의 안테나와
Figure 112014024274817-pat00002
개의 RF 체인을 가지는 구조를 가정한다.
각 송신기는 Ns개의 데이터 스트림을 전송하며, 단 Ns는
Figure 112014024274817-pat00003
를 만족하도록 한다.
k번째 하이브리드 송신기 구조는
Figure 112014024274817-pat00004
크기의 RF 빔포머
Figure 112014024274817-pat00005
와,
Figure 112014024274817-pat00006
크기의 baseband 프리코더
Figure 112014024274817-pat00007
로 구성되며, 그에 대응하는 k번째 하이브리드 수신기 구조는
Figure 112014024274817-pat00008
크기의 RF 빔포머
Figure 112014024274817-pat00009
와,
Figure 112014024274817-pat00010
크기의 baseband 컴바이너
Figure 112014024274817-pat00011
로 구성된다.
이를 통해, k번째 수신기에서의 수신 신호(
Figure 112014024274817-pat00012
)는 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014024274817-pat00013
여기서,
Figure 112014024274817-pat00014
는
Figure 112014024274817-pat00015
수신 신호 벡터이며,
Figure 112014024274817-pat00016
는 평균이 0이고 분산이
Figure 112014024274817-pat00017
인
Figure 112014024274817-pat00018
복수 AWGN(additive white Gaussian noise) 잡음 벡터, 즉
Figure 112014024274817-pat00019
이다. 본 발명에서는 모든 수신기의 잡음 분산은 모두 동일하다고 가정한다. 즉,
Figure 112014024274817-pat00020
이다. 또한,
Figure 112014024274817-pat00021
는 j번째 송신기와 k번째 수신기와의
Figure 112014024274817-pat00022
채널 행렬을 나타내며, 협대역 블록 페이딩(narrowband block fading) 채널을 가정한다.
Figure 112014024274817-pat00023
는 k번째 송신기의
Figure 112014024274817-pat00024
정규화 된 데이터 벡터이며, 개별 전력(individual power)으로
Figure 112014024274817-pat00025
를 만족한다고 가정한다. k번째 수신기에서는 최종 컴바이닝 과정으로써
Figure 112014024274817-pat00026
와의 연산으로
Figure 112014024274817-pat00027
의 추정 심볼 벡터를 얻게 된다.
본 발명에 따른 하이브리드 RF/baseband MIMO 설계를 위해서는 모든 사용자 간의 채널 정보와 모든 안테나 별 RF 체인이 붙어 있는 시스템(Full complexity RF system)에서의 송신단의 프리코더와 수신단의 컴바이너 정보가 요구된다. 이때, k번째 송신기의 프리코더는
Figure 112014024274817-pat00028
크기의
Figure 112014024274817-pat00029
, 그에 대응하는 수신기의 컴바이너는
Figure 112014024274817-pat00030
크기의
Figure 112014024274817-pat00031
라 하면, MSE(mean squared error)를 최소화 하는 송수신 빔 설계 문제는 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112014024274817-pat00032
여기에서, 송수신단 빔을 동시에 설계하기가 어렵기 때문에 문제를 좀 더 쉽게 풀기 위하여 수신단 빔을 구할 때 송신단 빔을 고정하고, 송신단 빔을 설계할 때 수신단의 빔을 고정하여 반복적으로 연산하는 방법을 사용한다.
각각의 반복적인 연산을 통해 수렴하여 얻어지는 송신기의 프리코더
Figure 112014024274817-pat00033
와 수신기의 컴바이너
Figure 112014024274817-pat00034
는 수학식 3과 수학식 4와 같다.
[수학식 3]
Figure 112014024274817-pat00035
[수학식 4]
Figure 112014024274817-pat00036
이때,
Figure 112014024274817-pat00037
는 상기 정의한 k번째 송신기의 개별 전력 제약조건을 만족하는 라그랑즈 승수(Lagrange Multiplier)이다.
여기서 구한 송수신단 빔 설계의 최적해를 RF 빔포밍부와 baseband MIMO 처리부로 나눠서 설계하는 것이 본 발명에서 제안하는 빔 설계 방안이다.
먼저, 수신단의 빔 설계를 고려해볼 때 최소평균자승오차 관점의 RF 빔 설계 문제는 수학식 5와 같이 프로베니우스놈(Frobenius norm) 최소화 문제로 변형할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112014024274817-pat00038
여기서,
Figure 112014024274817-pat00039
는 수신 신호 공분산 행렬
Figure 112014024274817-pat00040
을 의미하며, 최소평균자승오차 관점에서 최적의 baseband MIMO
Figure 112014024274817-pat00041
에 대하여 RF 빔 설계에 대한 해를 구할 수 있다.
본 발명에서는 기존 위상 배열 구조의 RF 빔보다 구현이 간단한 RF 빔 셋(set)을 고려한다. RF 빔 셋으로부터 선택된 RF 빔포밍부가
Figure 112014024274817-pat00042
(이때,
Figure 112014024274817-pat00043
는 기저 벡터(basis vector)의 개수) 크기의
Figure 112014024274817-pat00044
라 하면, baseband MIMO를 구하는 문제는 수학식 6과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112014024274817-pat00045
도 2는 송신단의 빔 설계를 위한 등가 채널 모델을 나타낸 그림이다. 송신단의 빔은 도 2와 같이 역 채널 모델링(송수신단의 역할을 바꾼 채널 모델)을 이용하면 수신단과 마찬가지의 방법으로 구할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112014024274817-pat00046
수신단과 마찬가지로 선택된 RF 빔포밍부가
Figure 112014024274817-pat00047
(이때,
Figure 112014024274817-pat00048
는 기저 벡터(basis vector)의 개수) 크기의
Figure 112014024274817-pat00049
라 하면, RF 빔포밍을 고려한 문제를 다시 정리하면 수학식 8과 같다. 단 송신단에서는 송신 전력 조건이 있으므로 이를 고려한다.
[수학식 8]
Figure 112014024274817-pat00050
수신단과 송신단에서의 문제를 풀기 위하여 OMP(orthogonal matching pursuit) 알고리즘을 이용하며, RF 빔과 baseband MIMI 행렬을 도출하는 알고리즘은 도 3과 도 4와 같다. 즉, 도 3은 수신 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템의 빔 설계 알고리즘을 나타낸 그림이고, 도 4는 송신 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템의 빔 설계 알고리즘을 나타낸 그림이다.
여기에서 구해진
Figure 112014024274817-pat00051
,
Figure 112014024274817-pat00052
는 각각 수신단에서 선택된 RF 빔과 그에 해당되는 baseband MIMO 처리 행렬을 의미한다. 마찬가지로,
Figure 112014024274817-pat00053
,
Figure 112014024274817-pat00054
는 각각 송신단에서 선택된 RF 빔과 그에 해당되는 baseband MIMO 처리 행렬을 의미한다.
상기한 본 발명의 전체 과정을 요약하면 도 5와 같다.
하이브리드 RF/baseband MIMO 설계를 위해서는 모든 사용자 간의 채널 정보를 획득하여(S1), 모든 안테나 별 RF 체인이 붙어 있는 시스템(Full RF complexity를 가지는 시스템)에 대한 수신단 컴바이너를 설계한 후(S2), 수신단의 RF단과 baseband MIMO를 동시에 설계한다(S3).
한편, 송신단 설계를 위해서는 역 채널 모델링을 이용하여 송신단의 빔을 구하고(S4), 수신단 설계와 마찬가지로 모든 안테나 별 RF 체인이 붙어 있는 시스템(Full RF complexity를 가지는 시스템)에 대한 송신단 프리코더를 설계한 후(S5), 송신단의 RF단과 baseband MIMO를 동시에 설계한다(S6).
도 6과 도 7은 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템 구조를 나타낸 것으로, 도 6은 real 계수를 가지는 RF 빔포밍 구조를 사용하는 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템 구조를, 도 7은 binary 계수를 가지는 RF 빔포밍 구조를 사용하는 하이브리드 RF/baseband MIMO 시스템 구조를 도시한 것이다.
본 발명에서는
Figure 112014024274817-pat00055
또는
Figure 112014024274817-pat00056
가 사전 정의된 RF 빔 셋 행렬로부터 RF 체인 수에 해당되는 컬럼(column)이 선택되는데, RF 빔 셋 행렬에 따라 제안 구조의 전송 성능이 달라지게 된다. 즉, 복소수 값(complex value)으로 구성되는 RF 빔 셋 행렬이 최적이지만 이는 안테나 별로 크기와 위상을 모두 조절해야 할 경우에 안테나 수에 따른 하드웨어 구현 복잡도가 크게 증가하는 단점이 있다. 본 발명에서는 이러한 구현 복잡도를 크게 줄이면서도 전송 성능 열화를 줄이는 RF 빔 셋 행렬을 제안한다.
본 발명에서 제안하는 RF 빔 셋 행렬로는 실시 예로서 실수 값으로만 구성되는 DCT(discrete cosine transform) 행렬, 이진 값을 가지는 아다마르(Hadamard) 행렬을 제안한다.
DCT 행렬과 아다마르 행렬에 대한 예시는 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112014024274817-pat00057
다만, 수학식 9는 실수 값 또는 이진 계수를 가지는 RF 빔포밍 셋의 한 실시예로서, RF 빔포밍이 DCT 또는 아다마르로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 효과를 검증하기 위하여 컴퓨터 모의실험을 수행하였다.
모의실험 환경은 다음과 같다.
송수신기는 각각 2개이며, 안테나 수는 64개이며 RF chain 수는 4개이다. 각 송신기의 데이터 스트림 수는 2개이며 채널 모델은 Extended Saleh-Valenzuela 모델을 기반으로 하는 double parametric 채널 모델을 사용하였다. Scatter의 수는 3개, scatter당 ray의 수는 10개이며, 각 ray의 angular spread는 5도이다.
기존 방안은 위상 배열 RF 빔포밍 구조를 사용하며, 빔 선택 시 response(빔에 대한 CQI: CINR, RSSI 등)가 좋은 빔을 선택한 후에 유효 채널을 기반으로 baseband를 MSE가 최소가 되도록 설계한다.
본 모의 실험에서 위상 배열 RF 빔으로는 DFT(Discrete Fourier Transform) 빔을, real valued RF 빔과 binary valued RF 빔으로 각각 DCT 빔과 아다마르 빔을 사용하였다.
송신단 SNR에 대하여 achievable sum rate를 기존 및 제안 방안에 대하여 나타내면 도 8과 같다. 도 8에 나타난 결과를 통해 알 수 있듯이, 제안하는 설계 기법을 통하여 기존 설계 기법 대비 더 좋은 전송 성능을 얻을 수 있으며, 제안하는 RF 빔포밍 구조의 사용은 RF 회로의 구현 복잡도를 크게 줄이면서 간단해진 RF 회로로 인해 발생하는 성능 열화를 보완할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 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 실시예를 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. 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 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 다중 사용자 MIMO(multiple input multiple output) 간섭 채널 환경에서,
    전체 송신단과 수신단에서 전체 수신 신호의 평균자승오차가 최소가 되는 RF 빔과 기저대역(baseband) MIMO 처리 행렬을 동시 설계하는 단계
    를 포함하고,
    상기 RF 빔과 기저대역 MIMO 처리 행렬을 동시 설계하는 단계는,
    모든 사용자에 대한 수신 신호의 평균자승오차가 최소가 되도록 수신단의 RF 빔을 설계한 후 상기 수신단과의 등가 채널 모델링을 통하여 송신단의 RF 빔을 설계하는 것
    을 특징으로 하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 RF 빔의 설계를 위한 RF 빔 계수는 기저대역 MIMO 계수를 고려하여 선택되는 것
    을 특징으로 하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기저대역 MIMO 처리 행렬의 설계를 위한 기저대역 MIMO 계수는 상기 RF 빔의 설계 결과를 고려하여 계산되는 것
    을 특징으로 하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 RF 빔의 설계를 위한 RF 빔 계수는 실수 값(real value)으로 설계하는 것
    을 특징으로 하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 RF 빔 계수를 실수 값으로 설계함에 있어 실수 값으로 구성된 DCT(discrete cosine transform) 행렬을 사용하는 것
    을 특징으로 하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 RF 빔의 설계를 위한 RF 빔 계수는 이진 값(binary value)으로 설계하는 것
    을 특징으로 하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 RF 빔 계수를 이진 값으로 설계함에 있어 이진 값으로 구성된 아다마르(Hadamard) 행렬을 사용하는 것
    을 특징으로 하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법.
  9. 다중 사용자 MIMO(multiple input multiple output) 간섭 채널 환경에서,
    전체 송신단과 수신단에서 전체 수신 신호의 평균자승오차가 최소가 되는 RF 빔과 기저대역(baseband) MIMO 처리 행렬을 동시 설계하는 단계
    를 포함하고,
    상기 RF 빔은 후보 RF 빔 셋(set)에서 희소 신호 프로세싱(sparse signal processing) 알고리즘을 통해 선택되고, 상기 기저대역 MIMO 처리 행렬은 최소 자승법으로 선택되는 것
    을 특징으로 하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 RF 빔과 기저대역 MIMO 처리 행렬을 동시 설계하는 단계 이전에,
    모든 안테나 별 RF 체인(chain)을 가지는 시스템(Full complexity RF system)에 대한 수신단의 컴바이너(combiner)를 설계하는 단계
    를 더 포함하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 RF 빔과 기저대역 MIMO 처리 행렬을 동시 설계하는 단계 이전에,
    모든 안테나 별 RF 체인(chain)을 가지는 시스템(Full complexity RF system)에 대한 송신단의 프리코더(precoder)를 설계하는 단계
    를 더 포함하는 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서의 하이브리드 RF/기저대역 시스템 설계 방법.
  12. 삭제
KR20140029520A 2014-03-13 2014-03-13 다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서의 하이브리드 무선／기저대역 시스템 설계 방법 KR101510588B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20140029520A KR101510588B1 (ko) 2014-03-13 2014-03-13 다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서의 하이브리드 무선／기저대역 시스템 설계 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20140029520A KR101510588B1 (ko) 2014-03-13 2014-03-13 다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서의 하이브리드 무선／기저대역 시스템 설계 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101510588B1 true KR101510588B1 (ko) 2015-04-10

Family

ID=53034032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20140029520A KR101510588B1 (ko) 2014-03-13 2014-03-13 다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서의 하이브리드 무선／기저대역 시스템 설계 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101510588B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102182810B1 (ko) * 2019-10-16 2020-11-25 한국과학기술원 Ofdm 기반의 광대역 다중 안테나 시스템에서 하이브리드 송수신기 동시 설계 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030075885A (ko) * 2002-03-21 2003-09-26 엘지전자 주식회사 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호처리 장치 및 방법
JP2012515483A (ja) * 2009-01-19 2012-07-05 エスティー‐エリクソン（フランス）エスエーエス Ｍｕ−ｍｉｍｏシステムにおける基地局によって送信されるデータのビームビームフォーミングを行う方法、及びその方法を実行する装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030075885A (ko) * 2002-03-21 2003-09-26 엘지전자 주식회사 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호처리 장치 및 방법
JP2012515483A (ja) * 2009-01-19 2012-07-05 エスティー‐エリクソン（フランス）エスエーエス Ｍｕ−ｍｉｍｏシステムにおける基地局によって送信されるデータのビームビームフォーミングを行う方法、及びその方法を実行する装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문1:IEEE *
논문1:IEEE*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102182810B1 (ko) * 2019-10-16 2020-11-25 한국과학기술원 Ofdm 기반의 광대역 다중 안테나 시스템에서 하이브리드 송수신기 동시 설계 방법
US11159215B2 (en) 2019-10-16 2021-10-26 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method for simultaneous design of hybrid transceiver in OFDM-based wideband multi-antenna system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen Hybrid beamforming with discrete phase shifters for millimeter-wave massive MIMO systems
US20180248596A1 (en) Channel estimation for millimeter-wave communication/data link and the corresponding codebook design
US9488685B2 (en) Over-the-air test
US20200382346A1 (en) Efficient sparse channel estimation based on compressed sensing
Xiao et al. Iterative joint beamforming training with constant-amplitude phased arrays in millimeter-wave communications
KR101547421B1 (ko) 통계적 채널정보 기반의 혼합 빔포밍 방법, 및 이를 수행하는 장치들
Xia et al. Multi-stage iterative antenna training for millimeter wave communications
KR102228091B1 (ko) 밀리미터파 기반 대규모 mimo 시스템의 하이브리드 빔포밍 장치 및 방법
CN108075811A (zh) 用于混合预编码的方法以及通信设备
CN112868208A (zh) 用于传送导频码元的方法
KR20160000222A (ko) 다운링크 mu-mimo을 위한 반복적 간섭 정렬 방법 및 장치
KR101510588B1 (ko) 다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서의 하이브리드 무선／기저대역 시스템 설계 방법
KR102182810B1 (ko) Ofdm 기반의 광대역 다중 안테나 시스템에서 하이브리드 송수신기 동시 설계 방법
KR101819318B1 (ko) 제한된 채널 피드백 환경에서 다중 사용자 다중 안테나 시스템의 효율적 간섭 제거 방법 및 그 시스템
KR20190090209A (ko) 대규모 안테나 시스템의 하이브리드 빔포밍 방법 및 빔포밍 장치
KR102079436B1 (ko) 가시선 채널 환경에서 원형 배열 안테나를 이용한 다중 안테나 시스템과 그 설계 장치 및 방법
Chiang et al. Hybrid beamforming strategy for wideband millimeter wave channel models
KR101813781B1 (ko) 파일럿 빔 생성 방법 및 이를 수행하는 장치
KR102425095B1 (ko) 주파수 분할-다중 입력 다중 출력 방식을 지원하는 통신 시스템에서 빔 포밍 동작을 수행하는 장치 및 방법
KR102215381B1 (ko) 무선랜에서 이종의 간섭정렬 기법에 기초하여 무선 통신을 수행하는 방법 및 장치
KR102225576B1 (ko) 매시브 mimo 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 위한 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터 추정 방법 및 이를 수행하는 장치
KR102002696B1 (ko) 채널 추정 방법
KR102326689B1 (ko) 밀리미터파 대역 다중 안테나 시스템의 고해상도 채널 파라미터 추정 방법 및 장치
KR102027442B1 (ko) mmWave 대역을 위한 통신 방법 및 그 장치
KR102397219B1 (ko) 다중 안테나 전이중 통신 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180403

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee