KR101518991B1 - Apparatus and method for regularized coordinated beamforming in multiple antenna - Google Patents

Apparatus and method for regularized coordinated beamforming in multiple antenna Download PDF

Info

Publication number
KR101518991B1
KR101518991B1 KR1020080073590A KR20080073590A KR101518991B1 KR 101518991 B1 KR101518991 B1 KR 101518991B1 KR 1020080073590 A KR1020080073590 A KR 1020080073590A KR 20080073590 A KR20080073590 A KR 20080073590A KR 101518991 B1 KR101518991 B1 KR 101518991B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
beamforming vector
vector
beamforming
transmission
transmit
Prior art date
Application number
KR1020080073590A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100012283A (en
Inventor
김은용
고은석
김영수
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020080073590A priority Critical patent/KR101518991B1/en
Publication of KR20100012283A publication Critical patent/KR20100012283A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101518991B1 publication Critical patent/KR101518991B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613Diversity 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
    • H04B7/0615Diversity 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
    • H04B7/0617Diversity 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
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202Channel estimation
    • H04L25/0204Channel estimation of multiple channels

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 위한 송신기는, 채널정보를 이용하여 송신 빔포밍 벡터를 산출하는 제 1 빔포밍 벡터 생성부와, 상기 송신 빔포밍 벡터를 정규화하는 제 2 빔포밍 벡터 생성부와, 상기 정규화된 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 데이터를 프리코딩하여 전송하는 선부호기를 포함하여, 사용자간 간섭을 제거하려는 제약으로 인해 발생하는 잡음이 크게 증폭되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to an apparatus and method for normalized common beamforming in a multi-antenna system, and a transmitter for normalized common beamforming in a multi-antenna system includes a first beamforming vector for calculating a transmission beamforming vector using channel information, A second beamforming vector generator for normalizing the transmission beamforming vector, and a pre-coder for precoding and transmitting data using the normalized transmission beamforming vector, There is an advantage that the noise generated due to the constraint can be prevented from being greatly amplified.

다중안테나, 파일럿, 공동 빔포밍(Coordinated Beamforming), 정규화 송신 빔포빙 벡터. Multiple antennas, Pilot, Coordinated Beamforming, Normalized transmit beamforming vectors.

Description

다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REGULARIZED COORDINATED BEAMFORMING IN MULTIPLE ANTENNA}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR REGULARIZED COORDINATED BEAMFORMING IN MULTIPLE ANTENNA [0002] BACKGROUND OF THE INVENTION [0003]

본 발명은 다중안테나 시스템에서 공동 빔포밍(coordinated beamforming:이하 "CBF"라 칭함)에 관한 것으로, 특히 간섭과 잡음을 최소화하는 정규화 공동 빔포밍을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to co-ordinated beamforming (CBF) in a multi-antenna system, and more particularly to an apparatus and method for normalized co-beamforming that minimizes interference and noise.

다중 안테나를 장착한 기지국에서 다중 사용자 단말에 동시에 데이터 스트림들을 전송하기 위한 프리코딩(precoding) 및 포스트 프로세싱(post-processing) 방법에는 선형 방식과 비선형 방식이 있다. 공동 빔포밍(coordinated beamforming:이하 "CBF"라 칭함)은 선형방식에 해당한다. 또한 선형방식은 다시 유니터리 프리코딩(unitary precoding) 방식과 넌유니터리 프리코딩(non-unitary precoding) 방식으로 구분되며, 상기 CBF는 넌유니터리 프리코딩 방식에 해당한다. 즉, 상기 CBF는 송ㆍ수신기에서 선형연산을 통해 다중 사용자 통신을 하지만, 송신기의 프리코딩 행렬이 유니터리 행렬이 아니다.There are a linear method and a non-linear method for precoding and post-processing methods for simultaneously transmitting data streams to multiple user terminals in a base station equipped with multiple antennas. Coordinated beamforming (CBF) corresponds to a linear method. Also, the linear scheme is divided into a unitary precoding scheme and a non-unitary precoding scheme, and the CBF corresponds to a non-unitary precoding scheme. That is, the CBF performs multi-user communication through a linear operation in the transmitter and receiver, but the precoding matrix of the transmitter is not a unitary matrix.

상기 CBF 방식은 송신기에서 수신기들의 하향링크 채널상태 정보를 이용하여, 프리코딩 행렬과 수신 빔포밍 벡터(또는 행렬)를 계산한다. 단, 이때 프리코딩 행렬과 수신 빔포밍 벡터는 수신기기에서 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 결합(combining)을 한 후에 사용자 간 간섭(inter-user interference, or Multiple-Access interference)이 전혀 발생하지 않음을 만족해야 한다. 위 성질을 만족하는 프리코딩 행렬과 수신 빔포밍 벡터는 일반적으로 반복(iteration) 특성을 통해 구할 수 있다.The CBF scheme calculates a precoding matrix and a reception beamforming vector (or matrix) using the downlink channel state information of the receivers in the transmitter. However, at this time, the precoding matrix and the reception beamforming vector do not generate inter-user interference (or multiple-access interference) after combining using the reception beamforming vector at the receiving apparatus. Must be satisfied. The precoding matrix and the reception beamforming vector satisfying the above properties are generally obtained through the iteration property.

상기 CBF 방식에서 기지국은 단말기에 수신 빔포밍 벡터를 전달하기 위해 다음과 같은 두 가지 방법을 사용할 수 있다. 첫 번째 방법은 파일럿 빔포밍(pilot beamforming)을 이용하는 것이다. 각 단말에 중복 사용되지 않도록 전용 파일럿(dedicated pilot)을 할당한 뒤, 각 단말에 해당하는 송신 빔포밍 벡터를 사용하여 파일럿을 빔포밍하면, 단말은 유효채널(effective channel)을 추정한 뒤, 이에 정합필터(matched filter)를 형성하여 수신 빔포밍 벡터로 사용하게 된다. 이 방법은 단말마다 파일럿을 중첩되지 않게(직교하게) 할당해야 하므로 사용자 스트림수가 늘어날수록 많은 전용 파일럿이 필요하게 된다. 두 번째 방법은 각 단말의 송신 빔포밍 벡터를 양자화(quantization)하여 포워딩 채널(하향링크 제어채널)을 통해 전달하는 것이다. 이 경우 역시 단말마다 송신 빔포밍 벡터가 다르므로 포워딩 채널의 용량은 단말 수에 비례하여 증가하게 된다.In the CBF scheme, a base station can use the following two methods to transmit a reception beamforming vector to a terminal. The first method is to use pilot beamforming. After assigning a dedicated pilot so as not to be redundantly used in each terminal and performing beamforming of the pilot using the transmission beamforming vector corresponding to each terminal, the terminal estimates an effective channel, A matched filter is formed and used as a reception beamforming vector. In this method, pilots need to be allocated to each terminal without being overlapped (orthogonally), so that the number of dedicated pilots is required as the number of user streams increases. The second method is to quantize the transmission beamforming vector of each terminal and transmit it through a forwarding channel (downlink control channel). In this case, since the transmission beamforming vectors are different for each terminal, the capacity of the forwarding channel increases in proportion to the number of terminals.

종래 기술은 송ㆍ수신 빔포밍 벡터를 계산함에 있어서, 사용자 간의 간섭을 제거하기 위해 제로포싱(zero-forcing) 기반의 반복적 알고리즘(iterative algorithm)을 사용한다. 즉, 초기 수신 빔포밍 벡터로부터 반복적으로 송ㆍ수신 빔포밍 벡터를 기 조건에 만족할 때까지 업데이트하여 송ㆍ수신 빔포밍 벡터를 결정하는 것이다. 따라서, 종래 기술에서 얻어진 송ㆍ수신 빔포밍 벡터를 사용할 경우, 이상적인 경우(채널 오류와 잡음이 없는 경우) 사용자 간의 간섭이 모두 제거된다. 하지만, 실제 환경은 이상적일 수 없으며 이로 인해 사용자간 간섭을 완전히 제거하려는 제약으로 인해 결과적으로 잡음이 크게 증폭되는 현상이 발생하게 된다. 이는 특히 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio: SNR)가 낮을수록 성능을 크게 열화 시키게 된다.The prior art uses an iterative algorithm based on zero-forcing to remove inter-user interference in calculating transmission and reception beamforming vectors. That is, the transmission / reception beamforming vector is updated by repeatedly updating the transmission / reception beamforming vector from the initial reception beamforming vector until the condition is satisfied. Therefore, when using the transmission and reception beamforming vectors obtained in the prior art, interference between users is eliminated in an ideal case (no channel error and no noise). However, the actual environment can not be ideal, and as a result, the noise is greatly amplified due to the restriction to completely eliminate interference between users. In particular, the lower the signal-to-noise ratio (SNR), the worse the performance is.

역해이론(regularized inversion) 기법은 기존의 ZF-BF(Zero-forcing Beamforming) 기법에 정규화(regularization)을 결합한 기법으로, 정규화 인자 (regularization factor)를 역연산(inverse operation)에 추가하여 나쁜 채널상태의 행렬(ill-conditioned channel matrix)의 역을 방지함으로써, 위와 같은 문제를 해결할 수 있었다.The regularized inversion technique combines the regular ZF-BF (Zero-Forcing Beamforming) technique with regularization. It adds a regularization factor to the inverse operation, By preventing the inverse of the ill-conditioned channel matrix, the above problem can be solved.

하지만, 수신기에 다중 안테나가 있고, 송ㆍ수신 빔포밍 벡터를 반복적 알고리즘(iterative algorithm)을 통해 계산하는 CBF의 경우에, 정규화를 적용하는 방법이 알려져 있지 않고, 최적의 정규화 요소를 구하는 방법 또한 알려져 있지 않다.However, there is no known method of applying normalization in the case of a CBF in which a receiver has multiple antennas and a transmission / reception beamforming vector is calculated through an iterative algorithm, and a method of obtaining an optimal normalization element is also known It is not.

본 발명의 목적은 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍(regularized coordinated beamforming)을 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for normalized coordinated beamforming in a multi-antenna system.

본 발명의 다른 목적은 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 통해 간섭(interference)과 잡음(noise)을 동시에 최소화하도록 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for simultaneously minimizing interference and noise through normalized common beamforming in a multi-antenna system.

본 발명의 또 다른 목적은 다중안테나 시스템에서 송ㆍ수신 빔포밍 벡터를 산출 시 파일럿을 사용하여 오버헤드(overhead)를 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide an apparatus and a method for reducing an overhead using a pilot when calculating transmission and reception beamforming vectors in a multi-antenna system.

본 발명의 또 다른 목적은 LTE(Long Term Evolution) 시스템과 같은 공통 파일럿(common pilot) 기반의 무선통신 시스템에서 정규화 공동 빔포밍(regularized coordinated beamforming)을 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide an apparatus and method for normalized co-ordinated beamforming in a common pilot based wireless communication system such as an LTE (Long Term Evolution) system.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 위한 송신기에 있어서, 채널정보를 이용하여 송신 빔포밍 벡터를 산출하는 제 1 빔포밍 벡터 생성부와, 상기 송신 빔포밍 벡터를 정규화하는 제 2 빔포밍 벡터 생성부와, 상기 정규화된 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 데이터를 프리코딩하여 전송하는 선부호기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a transmitter for normalized common beamforming in a multi-antenna system, comprising: a first beamforming vector generator for calculating a transmission beamforming vector using channel information; A second beamforming vector generator for normalizing the transmission beamforming vector, and a pre-coder for precoding and transmitting data using the normalized transmission beamforming vector.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 위한 수신기에 있어서, 기준 송신 빔포밍 벡터에 의해 빔포밍된 제 1 파일럿 신호로부터 수신 빔포밍 벡터를 계산하는 채널추정부와, 상기 계산된 수신 빔포밍 벡터로부터 유효채널 이득을 계산하는 유효채널 이득 계산부와, 상기 유효채널 이득을 이용하여 채널 등화를 수행하고 데이터를 수신하는 후부호기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention there is provided a receiver for normalized common beamforming in a multi-antenna system, comprising: a receiver for receiving a beamforming vector from a first pilot signal beamformed by a reference transmit beamforming vector, An effective channel gain calculator for calculating an effective channel gain from the calculated reception beamforming vector; and a post-encoder for performing channel equalization using the effective channel gain and receiving data, .

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 위한 송신 방법에 있어서, 채널정보를 이용하여 송신 빔포밍 벡터를 산출하는 과정과, 상기 송신 빔포밍 벡터를 정규화하는 과정과, 상기 정규화된 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 데이터를 프리코딩하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a transmission method for normalized common beamforming in a multi-antenna system, the method comprising: calculating a transmission beamforming vector using channel information; And normalizing the vector, and precoding and transmitting the data using the normalized transmission beamforming vector.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 위한 수신 방법에 있어서, 기준 송신 빔포밍 벡터에 의해 빔포밍된 제 1 파일럿 신호로부터 수신 빔포밍 벡터를 계산하는 과정과, 상기 계산된 수신 빔포밍 벡터로부터 유효채널 이득을 계산하는 과정과, 상기 유효채널 이득을 이용하여 채널 등화를 수행하고 데이터를 수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a receiving method for normalized common beamforming in a multi-antenna system, the method comprising: receiving a first beamformed beamformed by a reference beamforming vector, Calculating an effective channel gain from the calculated reception beamforming vector, and performing channel equalization using the effective channel gain and receiving data.

상술한 바와 같이, 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 수행함으로 써, 사용자간 간섭을 제거하려는 제약으로 인해 발생하는 잡음이 크게 증폭되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 즉, 간섭과 잡음을 고려하여 공동 빔포밍을 수행할 수 있다. 따라서, 낮은 SNR 무선채널 환경에서, 종래기술보다 상당히 우수한 처리율을 얻을 수 있다.As described above, by performing the normalized common beamforming in the multi-antenna system, there is an advantage that the noise generated due to the restriction to cancel the interference between users can be prevented from being greatly amplified. That is, joint beamforming can be performed in consideration of interference and noise. Therefore, in a low SNR wireless channel environment, a throughput significantly superior to the prior art can be obtained.

그리고, 정규화 공동 빔포밍 기법에서도 수신 빔포밍 벡터를 수신기로 전달할 시 파일럿을 이용하여 오버헤드를 줄일 수 있으며, 공통 파일럿 기반의 LTE 시스템에도 본 발명을 적용할 수 있다. In the normalized common beamforming scheme, the overhead can be reduced by using the pilot when transmitting the reception beamforming vector to the receiver, and the present invention can be applied to the common pilot based LTE system.

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 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and these may be changed according to the intention of the user, the operator, or the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

이하, 본 발명은 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍(regularized coordinated Beamforming)을 위한 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described with reference to an apparatus and method for normalized coordinated beamforming in a multi-antenna system.

특히, 간섭 제약으로 인한 잡음의 증가를 방지하는 위한 정규화 공동 빔포밍 을 수행하고, 오버헤드를 줄이기 위한 파일럿 기법이 적용되는 정규화 공동 빔포밍을 위한 장치 및 방법을 설명하기로 한다.In particular, an apparatus and a method for normalized common beamforming to perform normalized common beamforming to prevent an increase in noise due to interference restriction and to apply a pilot technique to reduce overhead will be described.

또한, 본 발명은 LTE(Long Term Evolution)와 같은 공통 파이롯(common pilot) 기반의 시스템에 본 발명을 적용하는 방법을 설명하기로 한다.In addition, the present invention will be described with respect to a method of applying the present invention to a common pilot based system such as LTE (Long Term Evolution).

본 발명에 의한 동작을 수행하기 위해서 다음과 같은 가정이 요구된다. 먼저 송신기는 모든 수신기에 대한 하향링크 채널정보를 획득하기 위해, TDD(Time Division Duplexing) 방식에서는 상향링크 사운딩 채널(uplink sounding channel)을 이용하거나, 피드백 채널(feedback channel)을 통해 단말이 추정한 하향링크 채널정보를 이용할 수 있다. 마지막으로, 채널이 천천히 변하는 평탄 페이딩(flat fading) 채널을 가정한다.In order to perform the operation according to the present invention, the following assumptions are required. First, in order to obtain downlink channel information for all receivers, the transmitter uses an uplink sounding channel in a time division duplexing (TDD) scheme or a downlink sounding channel estimated by a terminal through a feedback channel The downlink channel information can be used. Finally, we assume a flat fading channel with slowly varying channels.

도 1은 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 수행하는 송신기를 도시하고 있다.FIG. 1 illustrates a transmitter for performing normalized co-beamforming in a multi-antenna system in accordance with the present invention.

상기 도 1을 참조하면, 상기 송신기는 부호기(101), 변조기(103), 역다중화기(105), 선부호기(107), RF처리기(109), 채널확인부(111), 제 1 빔포밍 벡터 생성부(113), 제 2 빔포밍 벡터생성부(115) 및 빔포밍 벡터 선택부(117)를 포함하여 구성된다.1, the transmitter includes a coder 101, a modulator 103, a demultiplexer 105, a pre-coder 107, an RF processor 109, a channel checker 111, a first beamforming vector A second beamforming vector generation unit 115, and a beamforming vector selection unit 117. The second beamforming vector generation unit 115,

상기 부호기(101)는 송신 데이터를 해당 변조 수준(예 : MCS(Modulation and Coding Scheme)레벨)에 따라 부호화하여 출력한다. 상기 변조기(103)는 상기 부호 기(101)로부터 부호화된 데이터를 해당 변조 수준에 따라 변조하여 출력한다. 상기 역다중화기(105)는 상기 변조기(103)로부터 제공받은 변조 심볼들을 송신 안테나의 개수와 동일하게 역다중화하여 복수의 데이터 스트림을 출력한다.The encoder 101 encodes transmission data according to a modulation level (for example, a Modulation and Coding Scheme (MCS) level) and outputs the encoded data. The modulator 103 modulates the encoded data from the encoder 101 according to the modulation level and outputs the modulated data. The demultiplexer 105 demultiplexes the modulation symbols provided from the modulator 103 to have the same number as the number of transmission antennas, and outputs a plurality of data streams.

상기 제 1 빔포밍 벡터 생성부(113)는 상기 채널 확인부(311)로부터 제공받은 각 스트림들의 채널상태 정보를 이용하여 송ㆍ수신 빔포밍 벡터들을 생성하고, 상기 생성한 송신 빔포밍 벡터 값들을 모두 선부호기(107)와 상기 제 2 빔포밍 벡터 생성부(115)와 상기 빔포밍 벡터 선택부(117)로 제공한다. 종래 반복적 접근법(lterative approach)으로 상기 채널상태 정보를 이용하여 송수신 빔포밍 벡터를 생성한다. 즉, 초기 빔포밍 벡터로부터 기 조건에 만족할 때까지 반복적으로 송ㆍ수신 빔포밍 벡터를 업데이트한다.The first beamforming vector generator 113 generates transmit and receive beamforming vectors using channel state information of the streams supplied from the channel determiner 311 and outputs the generated transmit beamforming vector values To the pre-coder 107, the second beamforming vector generator 115, and the beamforming vector selector 117. In a conventional iterative approach, a transmit / receive beamforming vector is generated using the channel state information. That is, the transmit / receive beamforming vector is updated from the initial beamforming vector repeatedly until the condition is satisfied.

상기 송ㆍ수신 빔포밍 벡터를 하기 <수학식 1>과 같이 나타내기로 한다.The transmit / receive beamforming vector is expressed as Equation (1).

Figure 112008054256510-pat00001
Figure 112008054256510-pat00001

Figure 112008054256510-pat00002
Figure 112008054256510-pat00002

여기서, M은 송신 빔포밍 벡터이고, mk는 k 번째 안테나의 송신 빔포밍 벡터 값이고, W은 수신 빔포밍 벡터이고, wk는 k 번째 안테나의 수신 빔포밍 벡터 값이다.Where M is the transmit beamforming vector, m k is the transmit beamforming vector value of the kth antenna, W is the receive beamforming vector, and w k is the receive beamforming vector value of the kth antenna.

상기 제 2 빔포밍 벡터 생성부(115)는 상기 제 1 빔포밍 벡터 생성부(113)로부터의 송신 빔포밍 벡터 값들을 정규화한다. 이때 상기 제 2 빔포밍 벡터 생성부(115)로부터의 송신 빔포밍 벡터(M)를 하기 <수학식 2>와 같이 정규화함으로써, 사용자 간섭 제한으로 인한 잡음 증가를 방지할 수 있다.The second beamforming vector generation unit 115 normalizes the transmission beamforming vector values from the first beamforming vector generation unit 113. [ At this time, the transmission beamforming vector M from the second beamforming vector generator 115 is normalized as shown in Equation (2) below, whereby noise increase due to user interference restriction can be prevented.

Figure 112008054256510-pat00003
Figure 112008054256510-pat00003

Figure 112008054256510-pat00004
Figure 112008054256510-pat00004

여기서, Mreg는 정규화된 송신 빔포밍 벡터이고, I는 단위행렬 혹은 단위벡터, M은 상기 제 1 빔포밍 벡터 생성부(113)로부터 제공받은 송신 빔포밍 벡터이고, (ㆍ)H는 허미션(Hermitian) 연산이고, (ㆍ)-1은 역연산(inverse operation)이고, P는 송신전력이고, No은 잡음전력이고, Hk는 k 번째 단말의 채널행렬이고, mk는 k 번째 송신 빔포밍 벡터 값이고,

Figure 112008054256510-pat00005
는 프로베니우스놈(frobenius norm) 연산을 의미한다.Here, M reg is the normalized transmission beamforming vectors, I is the identity matrix or a unit vector, M is the transmission beamforming vector received from the first beam-forming vector generation section 113, (and) H is the Hermitian (Hermitian) operation, and (and) -1 is the inverse operation (inverse operation), and P is the transmission power, and N o is the noise power, and H k is a channel matrix of the k th MS, m k is the k-th transmission Beamforming vector value,
Figure 112008054256510-pat00005
Means the frobenius norm operation.

상기 채널 확인부(111)는 서비스 영역에 위치하는 수신기들로 데이터를 전송하기 위한 스트림들의 채널상태를 확인한다. 예를 들어, 상기 채널 확인부(111)는 상기 수신기들이 상향링크 채널을 통해 전송하는 사운딩 신호를 이용하여 상기 스트림들의 채널상태를 추정한다. 다른 실시 예로 상기 채널 확인부(111)는 상기 수신기들로부터 제공받은 피드백 신호에 포함된 채널상태를 확인한다.The channel check unit 111 checks the channel state of streams for transmitting data to receivers located in the service area. For example, the channel identifying unit 111 estimates the channel state of the streams using the sounding signals transmitted by the receivers through the uplink channel. In another embodiment, the channel check unit 111 checks the channel state included in the feedback signal received from the receivers.

상기 빔포밍 벡터 선택부(117)는 하기 <수학식 3> 기준에 따라 기준 송신 빔포밍 벡터(mj) 값을 선택하여 상기 선부호기(107)로 제공한다. 즉, 수신기에서 무선채널에 대해 빔포밍 신호 세기를 크게 하는 송신 빔포밍 벡터의 값을 선택하여 기준 송신 빔포밍 벡터로 결정한다.The beamforming vector selector 117 selects the value of the reference transmission beamforming vector m j according to the following Equation (3), and provides it to the pre-coder 107. That is, the receiver selects a value of the transmission beamforming vector for increasing the beamforming signal strength with respect to the radio channel, and determines the reference transmission beamforming vector as a reference transmission beamforming vector.

Figure 112008054256510-pat00006
Figure 112008054256510-pat00006

여기서, Hk는 k번째 단말의 채널행렬이고, mj는 j번째 송신 빔포밍 벡터 값이다.Where H k is the channel matrix of the k th UE and m j is the j th transmit beamforming vector value.

상기 선부호기(107)는 기준 빔(reference beam)을 형성하기 위해서, 상기 빔포밍 벡터 선택부(117)로부터의 기준 송신 빔포밍 벡터(mj) 값을 제 1 파일럿신호에 곱해 해당 RF 처리기(109)로 출력한다. 또한, 상기 선부호기(107)는 해당 수신기에서 수신되는 신호에 대해 채널왜곡을 보상하도록, 제 2 파일럿 신호를 다음과 같이 만들어 RF 처리기(109)로 출력한다.The pre-coder 107 multiplies the first transmit signal by the first transmit signal vector m j from the beamforming vector selector 117 to form a reference beam, 109). Also, the pre-coder 107 generates a second pilot signal as follows to output to the RF processor 109 so as to compensate for channel distortion of a signal received at the receiver.

Figure 112008054256510-pat00007
Figure 112008054256510-pat00007

그리고, 상기 선부호기(107)는 상기 제 2 빔포밍 벡터생성부(115)로부터 제공받은 정규화된 송신 빔포밍 벡터 값들과 상기 역다중화기(105)로부터 제공받은 각 안테나를 통해 전송할 데이터 스트림을 선부호화하여 출력한다. 즉, 상기 선부호기(107)는 각각의 스트림에 대한 빔을 형성하기 위해 상기 제 2 빔포밍 벡터생성부(115)로부터 제공받은 정규화된 송신 빔포밍 벡터를 각각의 스트림으로 전송할 데이터에 곱한다. 이는 하기 <수학식 4>와 같이 표현할 수 있다. 여기서, 상기 선부호기(107)는 첫 번째 안테나 신호를 제 1 RF처리기(109-1)로 출력되고, Nt번째 안테나 신호를 제 Nt RF처리기(109-Nt)로 출력된다.The preamble encoder 107 pre-encodes the normalized transmit beamforming vector values provided from the second beamforming vector generator 115 and the data stream to be transmitted through each antenna provided from the demultiplexer 105, And outputs it. That is, the pre-coder 107 multiplies the data to be transmitted in each stream by the normalized transmission beamforming vector provided from the second beamforming vector generator 115 to form a beam for each stream. This can be expressed as Equation (4) below. Here, the pre-coder 107 is output to the first antenna 1 RF signal to a processor (109-1) and output to the RF processor t N (109-N t), the N t th antenna signal.

Figure 112008054256510-pat00008
Figure 112008054256510-pat00008

여기서, mk R은 k 번째 안테나의 정규화된 송신 빔포밍 벡터값, bk는 k 번째 안테나를 통해 송신되는 데이터 스트림, β는 송신전력을 일반화(normalization)하기 위한 인자이다.Where m k R is a normalized transmit beamforming vector value of the kth antenna, b k is a data stream transmitted through the kth antenna, and? Is a factor for normalizing the transmit power.

상기 RF처리기들(109-1 내지 109-Nt)은 상기 선부호기(107)로부터 제공받은 데이터 스트림을 아날로그 신호로 변환한다. 이후, 상기 RF처리기들(109-1 내지 109-Nt)은 상기 아날로그 신호를 실제 전송 가능한 고주파(RF : Radio Frequency)신호로 변환하여 해당 안테나를 통해 송신한다.Wherein the RF processor (109-1 to 109-N t) converts the data stream received from the encoder 107, the line to an analog signal. Then, the RF processor (109-1 to 109-N t) is the analog signal the actual transferable high frequency: convert (RF Radio Frequency) signal to be transmitted via the antenna.

도 2는 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 수행하는 수신기를 도시하고 있다.2 shows a receiver for performing normalized co-beamforming in a multi-antenna system according to the present invention.

상기 도 2를 참조하면, 상기 수신기는 RF처리기(201), 후부호기(203), 채널 추정부(205), 유효채널 이득 계산부(209), 채널등화기(211), 복조기(213) 및 복호기(215)를 포함하여 구성된다.2, the receiver includes an RF processor 201, a post coder 203, a channel estimator 205, an effective channel gain calculator 209, a channel equalizer 211, a demodulator 213, And a decoder 215.

상기 RF처리기(201-1 내지 201-NR)는 각각의 안테나를 통해 수신되는 고주파(RF : Radio Frequency) 신호를 기저 대역 신호로 변환하여 출력한다. 상기 수신되는 신호에는 데이터 부반송파에 의한 신호와 파일럿 부반송파에 의한 신호를 포함한다.The RF processors 201-1 to 201- NR convert a radio frequency (RF) signal received through each antenna into a baseband signal and output the baseband signal. The received signal includes a signal by a data subcarrier and a signal by a pilot subcarrier.

상기 채널 추정부(405)는 상기 RF처리기(401-1 내지 401-NR)로부터 제공받은 신호에 포함된 파일럿을 이용하여 송신기와의 채널을 추정하고 수신 빔포밍 벡터를 산출한다. 여기서, 상기 파일럿은 제 1 파일럿과 제 2 파일럿으로 구분되며, 상기 제 1 파일럿은 수신 빔포밍 벡터를 추정하기 위해서 송신기에서 기준 빔을 형성하는데 사용되고, 상기 제 2 파일럿은 수신기에서 채널왜곡을 보상하기 위해 사용되는 것이다. 상기 수신 빔포밍 벡터 값은 하기 <수학식 5>와 같이 계산된다.The channel estimator 405 estimates a channel with a transmitter using the pilots included in the signals provided from the RF processors 401-1 to 401- NR , and calculates a reception beamforming vector. Here, the pilot is divided into a first pilot and a second pilot, the first pilot is used to form a reference beam at a transmitter to estimate a reception beamforming vector, and the second pilot is used to compensate for channel distortion at a receiver It is used for. The reception beamforming vector value is calculated by Equation (5).

Figure 112008054256510-pat00009
Figure 112008054256510-pat00009

여기서, 기준 빔을 사용하는 수신기일 때(j=k), 수신 빔포밍 벡터는

Figure 112008054256510-pat00010
이 되고, 기준 빔을 사용하지 않는 수신기일 때(k≠j), 수신 빔포밍 벡터는 f(ㆍ)에 의한 직교 벡터로 산출된다. 상기 f(ㆍ)는 2x1 벡터에 대해서 하나의 직교 벡터를 출력하는 함수이다. 예를 들어, [p, q]^T 인 벡터에 대해 쉽게 [q*, -p*]^T 와 같은 직교 벡터를 구할 수 있다. yk , pilot -A 는 제 1 파일럿을 수신한 신호이다.Here, when the receiver using the reference beam (j = k), the reception beamforming vector is
Figure 112008054256510-pat00010
And the receiver does not use the reference beam (k? J), the reception beamforming vector is calculated as an orthogonal vector by f (?). F (?) Is a function for outputting one orthogonal vector with respect to a 2x1 vector. For example, we can easily find an orthogonal vector such as [q *, -p *] ^ T for a vector of [p, q] ^ T. y k , pilot -A is the signal that received the first pilot.

상기 유효채널 이득 계산부(209)는 상기 채널추정부(205)로부터의 계산된 수신 빔포밍 벡터값을 이용하여 제 2 파일럿 신호에 대해 유효채널 이득을 계산한다. 상기 유효채널 이득은 하기 <수학식 6>과 같다.The effective channel gain calculation unit 209 calculates the effective channel gain for the second pilot signal using the calculated reception beamforming vector value from the channel estimation unit 205. [ The effective channel gain is expressed by Equation (6).

Figure 112008054256510-pat00011
Figure 112008054256510-pat00011

여기서,

Figure 112008054256510-pat00012
는 k 번째 수신 빔포밍 벡터값이고, (ㆍ)H는 허미션(Hermitian) 연산이고, yk , plot -B은 제 2 파일럿에 의한 수신신호, β는 송신전력을 일반 화(normalization)하기 위한 인자, mk R은 k 번째 안테나의 정규화된 송신 빔포밍 벡터값,
Figure 112008054256510-pat00013
는 k 번째 단말의 수신빔포밍 벡터에서의 위상에러이다.here,
Figure 112008054256510-pat00012
Is the k-th receive beamforming vector value, (and) H is the Hermitian (Hermitian) operation is, y k, plot -B is received by the second pilot signal, β is to General Chemistry (normalization) the transmit power M k R is the normalized transmit beamforming vector value of the kth antenna,
Figure 112008054256510-pat00013
Is the phase error at the reception beamforming vector of the k &lt; th &gt;

상기 채널등화기(211)는 상기 유효채널 이득 계산부(209)로부터의 유효채널 이득을 역수를 통해 등화(equalization)를 수행한다.The channel equalizer 211 performs equalization on the effective channel gain from the effective channel gain calculator 209 through an inverse number.

상기 후부호기(203)는 상기 채널등화기(211)로부터 제공받은 유효 채널 정보를 이용하여 수신데이터를 검출한다. 이는 하기 <수학식 7>과 같다.The post encoder 203 detects received data using effective channel information provided from the channel equalizer 211. This is shown in Equation (7) below.

Figure 112008054256510-pat00014
Figure 112008054256510-pat00014

여기서, 여기서,

Figure 112008054256510-pat00015
는 k 번째 수신 빔포밍 벡터값이고, (ㆍ)H는 허미션(Hermitian) 연산이고, yk은 데이터 부반송파에 의한 수신신호, nk'는 잡음이다.Here,
Figure 112008054256510-pat00015
( H ) is a Hermitian operation, y k is a received signal by a data subcarrier, and n k 'is a noise.

상기 복조기(213)는 상기 후부호기(203)로부터 제공받은 신호를 해당 변조 수준(MCS(Modulation and Coding Scheme)레벨)에 따라 복조한다.The demodulator 213 demodulates the signal received from the post coder 203 according to the modulation level (Modulation and Coding Scheme) level.

상기 복호기(215)는 상기 복조기(213)로부터 제공받은 신호를 해당 변조 수준에 따라 복호하여 원본 데이터를 검출한다.The decoder 215 decodes the signal supplied from the demodulator 213 according to the modulation level to detect original data.

도 3은 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 수행하는 송신기 동작을 도시하고 있다.FIG. 3 illustrates a transmitter operation for performing normalized common beamforming in a multiple antenna system in accordance with the present invention.

상기 도 1을 참조하면, 상기 송신기는 301 단계에서 서비스 영역에 위치하는 수신기들로 데이터를 전송하기 위한 스트림들의 채널상태를 확인한다. 예를 들어, 상기 송신기는 상기 수신기들이 상향링크 채널을 통해 전송하는 사운딩 신호를 이용하여 상기 스트림들의 채널상태를 추정하거나, 상기 수신기들로부터 제공받은 피드백 신호에 포함된 채널상태를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, in step 301, the transmitter checks channel states of streams for transmitting data to receivers located in a service area. For example, the transmitter can estimate the channel state of the streams using the sounding signal transmitted by the receivers through the uplink channel, or check the channel state included in the feedback signal provided from the receivers.

이후, 상기 송신기는 303 단계에서 채널정보를 각 스트림들의 채널상태 정보를 이용하여 송ㆍ수신 빔포밍 벡터들을 생성한다. 상기 생성한 송신 빔포밍 벡터 값들은, 종래 반복적 접근법(lterative approach)으로 상기 채널상태 정보가 이용되어 생성된다. 즉, 초기 빔포밍 벡터로부터 반복적으로 송수신 빔포밍 벡터를 업데이트하여, 그 값이 임계값에 만족할 때까지 수행된다.In step 303, the transmitter generates transmission and reception beamforming vectors using channel state information of each stream. The generated transmit beamforming vector values are generated using the channel state information in a conventional approach. That is, the transmit / receive beamforming vector is repeatedly updated from the initial beamforming vector until the value is satisfied with the threshold value.

이후, 상기 송신기는 305 단계에서 생성한 송신 빔포밍 벡터값들을 정규화한다. 상기 송신 빔포밍 벡터를 정규화함으로써, 사용자 간섭 제한에 따른 잡음 증가를 방지할 수 있다(상기 수학식 2 참조).Then, the transmitter normalizes the transmission beamforming vector values generated in step 305. [ By normalizing the transmission beamforming vector, it is possible to prevent an increase in noise due to user interference limitation (see Equation (2)).

이후, 상기 송신기는 307 단계에서 기준 빔포밍을 형성하기 위해 기준 송신 빔포밍 벡터를 제 1 파일럿과 곱해 선부호를 수행한다. 이때, 기준 송신 빔포밍 벡터는 상기 <수학식 3> 기준에 따라 선택된다.In step 307, the transmitter multiplies the reference transmit beamforming vector by a first pilot to form a reference beamforming, thereby performing a pre-coding. At this time, the reference transmission beamforming vector is selected according to the criterion of Equation (3).

이후, 상기 송신기는 309 단계에서 수신기에서 채널왜곡을 보상할 수 있도록 하기 위해 제 2 파일럿 신호를 아래와 같이 전송한다.In step 309, the transmitter transmits a second pilot signal as follows to compensate for channel distortion in the receiver.

Figure 112008054256510-pat00016
Figure 112008054256510-pat00016

이후, 상기 송신기는 311 단계에서 정규화된 송신 빔포밍 벡터를 사용하여 각 안테나를 통해 전송할 데이터 스트림을 전송한다.In step 311, the transmitter transmits a data stream to be transmitted through each antenna using a normalized transmission beamforming vector.

이후, 상기 송신기는 정규화 공동 빔포밍 절차를 종료한다.Thereafter, the transmitter terminates the normalized common beamforming procedure.

3GPP LTE와 같은 공통 파일럿(common pilot) 기반의 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 적용하기 위한 송신기의 동작은 하기 도 4와 같다.The operation of the transmitter for applying the normalized common beamforming in a common pilot based system such as 3GPP LTE is shown in FIG.

도 4는 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 수행하는 송신기 동작의 흐름도를 도시하고 있다.4 shows a flow diagram of a transmitter operation for performing normalized common beamforming in a multi-antenna system in accordance with the present invention.

상기 도 4를 참조하면, 상기 송신기는 401 단계에서 우선 코드북(codebook)의 모든 코드워드(codeword)(기준 송신 빔포밍 벡터)에 대해서 송ㆍ수신 빔포밍 벡터를 유도하고, 이중 전송률의 합(sum-rate)을 최대가 되게 하는 코드북을 찾는다.Referring to FIG. 4, the transmitter derives a transmit / receive beamforming vector for all code words (reference transmit beamforming vector) of a codebook in step 401, and calculates a sum -rate) to the maximum.

이후, 상기 송신기는 403 단계에서 검색된 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 도 3에서와 마찬가지로 정규화 송신 빔포밍 벡터를 구한다. Then, the transmitter calculates a normalized transmission beamforming vector using the transmission beamforming vector searched in step 403, as in FIG.

이후, 상기 송신기는 405 단계에서 전용 파일럿(dedicated pilot) 용도로 사용되는 LTE의 port 5를 통해 수신기에서 채널왜곡을 보상하도록 정규화된 송신 빔포밍 벡터를 전송하고, 위에서 계산된 최적의 기준 빔 인덱스(reference beam index)를 제어채널(control channel)을 통해 수신기에 전달한다.Then, in step 405, the transmitter transmits a normalized transmission beamforming vector to compensate for channel distortion in a receiver through port 5 of LTE used for a dedicated pilot, and transmits the normalized reference beam index reference beam index) to the receiver through a control channel.

이후, 상기 송신기는 407 단계에서 port 0~3을 통해 정규화 송신 빔포밍 벡터로 빔포밍된 데이터를 송신한다.In step 407, the transmitter transmits the beamformed data to the normalized transmission beamforming vector through ports 0 to 3.

이때, 수신기에서는 제어채널을 통해 받은 기준 빔포밍 인덱스를 통해 자신의 수신 빔포밍 벡터를 계산하고, port 5를 통해 받은 신호를 이용하여 유효채널이득(effective channel gain)을 구할 수 있다. 상기 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 데이터를 수신한 뒤, 유효채널이득을 통해 등화(equalization)을 하면 데이터의 충분통계량(sufficient statistic)을 얻게 된다.At this time, the receiver calculates its own reception beamforming vector through the reference beamforming index received through the control channel, and obtains the effective channel gain using the signal received through the port 5. After receiving the data using the receive beamforming vector, equalization is performed through the effective channel gain to obtain a sufficient statistic of data.

이후, 상기 송신기는 정규화 공동 빔포밍 절차를 종료한다.Thereafter, the transmitter terminates the normalized common beamforming procedure.

도 5는 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 수행하는 수신기 동작의 흐름도를 도시하고 있다.Figure 5 shows a flow diagram of a receiver operation for performing normalized common beamforming in a multiple antenna system in accordance with the present invention.

상기 도 5를 참조하면, 상기 수신기는 501 단계에서 전용 파일럿 톤을 사용하여 유효채널을 추정한다.Referring to FIG. 5, in step 501, the receiver estimates a valid channel using a dedicated pilot tone.

이후, 상기 수신기는 503 단계에서 자신이 기준 빔 사용자인지를 판단한다. 각각의 수신기는 제어정보(MAP)를 통해 자신이 기준 빔 사용자(reference beam user)(즉, 기준 송신 빔포밍 벡터를 사용하는 단말을 칭함)인지 아닌지를 알 수 있다.In step 503, the receiver determines whether the user is a reference beam user. Each receiver can know through the control information (MAP) whether or not it is a reference beam user (i.e., a terminal using the reference transmission beamforming vector) or not.

이후, 상기 수신기는 제 1 파일럿의 신호에 대한 기준 송신 빔포밍 벡터로부터 수신 빔포밍 벡터를 계산한다(상기 <수학식 5> 참조). 즉, 기준 빔을 사용하는 수신기일 때(j=k), 수신 빔포밍 벡터는

Figure 112008054256510-pat00017
이 되고, 기준 빔을 사용하지 않는 수신기일 때(k≠j), 수신 빔포밍 벡터는 f(ㆍ)에 의한 직교 벡터로 산출된다. 상기 f(ㆍ)는 2x1 벡터에 대해서 하나의 직교 벡터를 출력하는 함수이다. 예를 들어, [p, q]^T 인 벡터에 대해 쉽게 [q*, -p*]^T 와 같은 직교 벡터를 구할 수 있다. yk , pilot -A 는 제 1 파일럿을 수신한 신호이다.Then, the receiver calculates a reception beamforming vector from the reference transmission beamforming vector for the signal of the first pilot (see Equation (5)). That is, when the receiver uses a reference beam (j = k), the reception beamforming vector is
Figure 112008054256510-pat00017
And the receiver does not use the reference beam (k? J), the reception beamforming vector is calculated as an orthogonal vector by f (?). F (?) Is a function for outputting one orthogonal vector with respect to a 2x1 vector. For example, we can easily find an orthogonal vector such as [q *, -p *] ^ T for a vector of [p, q] ^ T. y k , pilot -A is the signal that received the first pilot.

이후, 상기 수신기는 507 단계로 진행하여 계산한 수신 빔포밍 벡터로부터 제 2 파일럿 신호에 대한 유효채널 이득을 계산한다(상기 <수학식 6> 참조).Then, the receiver calculates an effective channel gain for the second pilot signal from the calculated reception beamforming vector in step 507 (see Equation (6)).

이후, 상기 수신기는 509 단계로 진행하여 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 데이터를 수신하고 채널 등화를 수행한다(상기 <수학식 7> 참조).In step 509, the receiver receives data using a reception beamforming vector and performs channel equalization (see Equation (7)).

이후, 상기 수신기는 정규화 공동 빔포밍 절차를 종료한다.Thereafter, the receiver terminates the normalized common beamforming procedure.

상술한 바와 같이, 공동 빔포밍(coordinated beamforming)을 수행하기 위한 송ㆍ수신 빔포밍 벡터를 구하는데 있어서, system-wide MSE(Mean Squared Error)를 최소가 되게 하는 송신 빔포밍 벡터를 구함으로써, 간섭제한에 의한 잡음 증가문제를 해결할 수 있다. 또한, 공동 빔포밍 수행시 오버헤드를 줄이기 위한 파일럿 사용 기법을 적용할 수 있다.As described above, the transmission beamforming vector for minimizing the system-wide MSE (Mean Squared Error) in obtaining the transmission and reception beamforming vectors for performing the coordinated beamforming is obtained, It is possible to solve the noise increase problem due to the limitation. In addition, a pilot use technique may be applied to reduce the overhead in performing the common beamforming.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이 다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of various modifications within the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

도 1은 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 수행하는 송신기1 is a block diagram of a transmitter for performing normalized common beamforming in a multi-

도 2는 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 수행하는 수신기,2 shows a receiver for performing normalized common beamforming in a multi-antenna system according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 수행하는 송신기 동작 흐름도,3 is a flow chart of a transmitter operation for performing normalized common beamforming in a multi-antenna system according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 수행하는 송신기 동작 흐름도 및,FIG. 4 is a flowchart of a transmitter operation for performing normalized common beamforming in a multi-antenna system according to the present invention, and FIG.

도 5는 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 수행하는 수신기 동작의 흐름도.5 is a flow diagram of a receiver operation for performing normalized common beamforming in a multiple antenna system in accordance with the present invention.

Claims (16)

다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 위한 송신기에 있어서,A transmitter for normalized common beamforming in a multiple antenna system, 채널정보를 이용하여 송신 빔포밍 벡터를 산출하는 빔포밍 벡터 생성부와,A beamforming vector generator for calculating a transmission beamforming vector using channel information, 기준 빔(reference beam)을 형성하기 위해 기준 송신 빔포밍 벡터를 제 1 파일럿 신호에 곱하고, 상기 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 데이터를 프리코딩하는 선부호기와,A pre-coder for multiplying a first transmit beamforming vector by a first transmit beamforming vector to form a reference beam and precoding the data using the transmit beamforming vector; 상기 제 1 파일럿 신호 및 상기 프리코딩된 데이터를 수신기로 송신하는 RF처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.And an RF processor for transmitting the first pilot signal and the precoded data to a receiver. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 빔포밍 벡터 생성부는,Wherein the beamforming vector generator comprises: 초기 빔포밍 벡터로부터 기 조건에 만족할 때까지 반복적으로 송ㆍ수신 빔포밍 벡터를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 송신기.And updates the transmit / receive beamforming vector repeatedly from the initial beamforming vector until the condition is satisfied. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 빔포밍 벡터 생성부는,Wherein the beamforming vector generator comprises: system-wide MSE(Mean Squared Error)를 최소가 되게 하는 상기 송신 빔포밍 벡터를 정규화하는 것을 특징으로 하는 송신기.and normalizes the transmit beamforming vector that minimizes a system-wide MSE (Mean Squared Error). 제 3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 송신 빔포밍 벡터는 하기 <수학식 8>를 통해 정규화되는 것을 특징으로 하는 송신기.Wherein the transmit beamforming vector is normalized by Equation (8).
Figure 112008054256510-pat00018
Figure 112008054256510-pat00018
Figure 112008054256510-pat00019
Figure 112008054256510-pat00019
여기서, Mreg는 정규화된 송신 빔포밍 벡터이고, I는 단위행렬 혹은 단위벡터, M은 상기 제 1 빔포밍 벡터 생성부(113)로부터 제공받은 송신 빔포밍 벡터이고, (ㆍ)H는 허미션(Hermitian) 연산이고, (ㆍ)-1은 역연산(inverse operation)이고, P는 송신전력이고, No은 잡음전력이고, Hk는 k 번째 단말의 채널행렬이고, mk는 k 번째 송신 빔포밍 벡터 값이고,
Figure 112008054256510-pat00020
는 프로베니우스놈(frobenius norm) 연산을 의미한다.
Here, M reg is the normalized transmission beamforming vectors, I is the identity matrix or a unit vector, M is the transmission beamforming vector received from the first beam-forming vector generation section 113, (and) H is the Hermitian (Hermitian) operation, and (and) -1 is the inverse operation (inverse operation), and P is the transmission power, and N o is the noise power, and H k is a channel matrix of the k th MS, m k is the k-th transmission Beamforming vector value,
Figure 112008054256510-pat00020
Means the frobenius norm operation.
제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 산출된 송신 빔포밍 벡터 중 상기 기준 빔을 형성하기 위한 상기 기준 송신 빔포밍 벡터를 선택하는 빔포밍 벡터 선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.And a beamforming vector selector for selecting the reference transmission beamforming vector for forming the reference beam among the calculated transmission beamforming vectors. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 선부호기는, 상기 기준 송신 빔포밍 벡터를 제 1 파일럿 신호에 곱한 후, 상기 수신기에서 수신되는 신호에 대해 채널왜곡을 보상하도록, 상기 송신 빔포밍 벡터를 제 2 파일럿 신호에 곱하고,Wherein the preamble encoder multiplies the transmit beamforming vector by a second pilot signal to multiply the reference transmit beamforming vector by a first pilot signal and then compensate for channel distortion for a signal received at the receiver, 상기 RF처리기는, 상기 제 2 파일럿 신호를 상기 수신기로 전송하는 것을 특징으로 하는 송신기.And the RF processor transmits the second pilot signal to the receiver. 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 위한 수신기에 있어서,A receiver for normalized common beamforming in a multiple antenna system, 기준 송신 빔포밍 벡터에 의해 빔포밍된 제 1 파일럿 신호로부터 수신 빔포밍 벡터를 계산하는 채널추정부와,A channel estimator for calculating a reception beamforming vector from a first pilot signal beamformed by a reference transmission beamforming vector, 상기 계산된 수신 빔포밍 벡터로부터 유효채널 이득을 계산하는 유효채널 이득 계산부와,An effective channel gain calculator for calculating an effective channel gain from the calculated reception beamforming vector; 상기 유효채널 이득을 이용하여 채널 등화를 수행하고 데이터를 수신하는 후부호기와,A post coder that performs channel equalization using the effective channel gain and receives data; 상기 제 1 파일럿 신호 및 데이터를 송신기로부터 수신하는 RF처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.And an RF processor for receiving the first pilot signal and data from a transmitter. 제 7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 채널 추정부는, 하기 <수학식 9>를 통해 수신 빔포밍 벡터를 계산하는 것을 특징으로 하는 수신기.Wherein the channel estimator calculates a reception beamforming vector using Equation (9).
Figure 112014121683752-pat00021
Figure 112014121683752-pat00021
여기서, 기준 빔을 사용하는 수신기일 때(j=k), 수신 빔포밍 벡터는
Figure 112014121683752-pat00031
이 되고, 기준 빔을 사용하지 않는 수신기일 때(k≠j), 수신 빔포밍 벡터는 f(·)에 의한 직교 벡터로 산출되고, 상기 f(·)는 2×1 벡터에 대해서 하나의 직교 벡터를 출력하는 함수이고, yk, pilot-A 는 제1파일럿을 수신한 신호를 의미한다.
Here, when the receiver using the reference beam (j = k), the reception beamforming vector is
Figure 112014121683752-pat00031
(K ≠ j), the reception beamforming vector is calculated as an orthogonal vector by f (·), and f (·) is a single orthogonal vector for a 2 × 1 vector Yk, and pilot-A denotes a signal that has received the first pilot.
다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 위한 송신 방법에 있어서,A transmission method for normalized common beamforming in a multiple antenna system, 채널정보를 이용하여 송신 빔포밍 벡터를 산출하는 과정과,Calculating a transmission beamforming vector using channel information, 기준 빔(reference beam)을 형성하기 위해서, 기준 송신 빔포밍 벡터를 제 1 파일럿 신호에 곱하는 과정과,Multiplying a first transmit signal by a first transmit beamforming vector to form a reference beam, 상기 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 데이터를 프리코딩하는 과정과,Precoding data using the transmission beamforming vector; 상기 제 1 파일럿 신호 및 상기 프리코딩된 데이터를 수신기로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And transmitting the first pilot signal and the precoded data to a receiver. 제 9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 송신 빔포밍 벡터는,The transmission beamforming vector may include: 초기 빔포밍 벡터로부터 기 조건에 만족할 때까지 반복적으로 송ㆍ수신 빔포밍 벡터가 업데이트되어 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein the transmit and receive beamforming vectors are updated and calculated from the initial beamforming vector repeatedly until a predetermined condition is satisfied. 제 9항에 있어서,10. The method of claim 9, system-wide MSE(Mean Squared Error)를 최소가 되게 상기 송신 빔포밍 벡터를 정규화하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.further comprising the step of normalizing the transmit beamforming vector to minimize a system-wide MSE (Mean Squared Error). 제 11항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 송신 빔포밍 벡터는 하기 <수학식 10>를 통해 정규화되는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein the transmit beamforming vector is normalized by < EMI ID = 10.0 >
Figure 112008054256510-pat00022
Figure 112008054256510-pat00022
Figure 112008054256510-pat00023
Figure 112008054256510-pat00023
여기서, Mreg는 정규화된 송신 빔포밍 벡터이고, I는 단위행렬 혹은 단위벡터, M은 상기 제 1 빔포밍 벡터 생성부(113)로부터 제공받은 송신 빔포밍 벡터이고, (ㆍ)H는 허미션(Hermitian) 연산이고, (ㆍ)-1은 역연산(inverse operation)이고, P는 송신전력이고, No은 잡음전력이고, Hk는 k 번째 단말의 채널행렬이고, mk는 k 번째 송신 빔포밍 벡터 값이고,
Figure 112008054256510-pat00024
는 프로베니우스놈(frobenius norm) 연산을 의미한다.
Here, M reg is the normalized transmission beamforming vectors, I is the identity matrix or a unit vector, M is the transmission beamforming vector received from the first beam-forming vector generation section 113, (and) H is the Hermitian (Hermitian) operation, and (and) -1 is the inverse operation (inverse operation), and P is the transmission power, and N o is the noise power, and H k is a channel matrix of the k th MS, m k is the k-th transmission Beamforming vector value,
Figure 112008054256510-pat00024
Means the frobenius norm operation.
제 9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 산출된 송신 빔포밍 벡터 중 상기 기준 빔을 형성하기 위한 상기 기준 송신 빔포밍 벡터를 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And selecting the reference transmit beamforming vector to form the reference beam among the calculated transmit beamforming vectors. 제 9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 수신기에서 수신되는 신호에 대해 채널왜곡을 보상하도록, 상기 송신 빔포밍 벡터를 제 2 파일럿 신호에 곱하는 과정과,Multiplying the transmission beamforming vector by a second pilot signal to compensate for channel distortion of a signal received at the receiver, 상기 제 2 파일럿 신호에 곱해진 상기 송신 빔포밍 벡터를 상기 수신기로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And transmitting the transmission beamforming vector multiplied to the second pilot signal to the receiver. 다중안테나 시스템에서 정규화 공동 빔포밍을 위한 수신 방법에 있어서,A receiving method for normalized common beamforming in a multiple antenna system, 기준 송신 빔포밍 벡터에 의해 빔포밍된 제 1 파일럿 신호로부터 수신 빔포밍 벡터를 계산하는 과정과,Calculating a reception beamforming vector from a first beamformed beamformed by a reference transmission beamforming vector; 상기 계산된 수신 빔포밍 벡터로부터 유효채널 이득을 계산하는 과정과,Calculating an effective channel gain from the calculated reception beamforming vector; 상기 유효채널 이득을 이용하여 채널 등화를 수행하는 과정과,Performing channel equalization using the effective channel gain; 상기 제 1 파일럿 신호 및 데이터를 송신기로부터 수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And receiving the first pilot signal and data from a transmitter. 제 15항에 있어서,16. The method of claim 15, 상기 수신 빔포밍 벡터를 계산하는 과정은,Wherein the step of calculating the reception beamforming vector comprises: 하기 <수학식 11>를 통해 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.(11). &Lt; EMI ID = 11.0 >
Figure 112014044399783-pat00025
Figure 112014044399783-pat00025
여기서, 기준 빔을 사용하는 수신기일 때(j=k), 수신 빔포밍 벡터는
Figure 112014044399783-pat00032
이 되고, 기준 빔을 사용하지 않는 수신기일 때(k≠j), 수신 빔포밍 벡터는 f(·)에 의한 직교 벡터로 산출되고, 상기 f(·)는 2×1 벡터에 대해서 하나의 직교 벡터를 출력하는 함수이고, yk, pilot-A 는 제1파일럿을 수신한 신호를 의미한다.
Here, when the receiver using the reference beam (j = k), the reception beamforming vector is
Figure 112014044399783-pat00032
(K ≠ j), the reception beamforming vector is calculated as an orthogonal vector by f (·), and f (·) is a single orthogonal vector for a 2 × 1 vector Yk, and pilot-A denotes a signal that has received the first pilot.
KR1020080073590A 2008-07-28 2008-07-28 Apparatus and method for regularized coordinated beamforming in multiple antenna KR101518991B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080073590A KR101518991B1 (en) 2008-07-28 2008-07-28 Apparatus and method for regularized coordinated beamforming in multiple antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080073590A KR101518991B1 (en) 2008-07-28 2008-07-28 Apparatus and method for regularized coordinated beamforming in multiple antenna

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100012283A KR20100012283A (en) 2010-02-08
KR101518991B1 true KR101518991B1 (en) 2015-05-11

Family

ID=42086529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080073590A KR101518991B1 (en) 2008-07-28 2008-07-28 Apparatus and method for regularized coordinated beamforming in multiple antenna

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101518991B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102002696B1 (en) * 2017-04-12 2019-10-01 한국과학기술원 Method of estimating channel
KR102101514B1 (en) * 2018-08-23 2020-04-23 서강대학교산학협력단 The multi-beam transmission apparatus and multi-beam transmission method for operating by the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070280116A1 (en) 2006-06-05 2007-12-06 Hong Kong University Of Science And Technology Adaptive multi-user mimo non-cooperative threshold-based wireless communication system using limited channel feedback

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070280116A1 (en) 2006-06-05 2007-12-06 Hong Kong University Of Science And Technology Adaptive multi-user mimo non-cooperative threshold-based wireless communication system using limited channel feedback

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MURTHY, CHANDRA R. ET. AL, "Training-based and semiblind channel estimation for MIMO systems with maximum ratio transmission", IEEE Transactions on SP, Vol. 54, No. 7, Pages 2546-2558 (2006.07.31. 공개)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100012283A (en) 2010-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8934565B2 (en) Reference signaling scheme using compressed feedforward codebooks for multi-user, multiple-input multiple-output (MU-MIMO) systems
US7872981B2 (en) Rate selection for eigensteering in a MIMO communication system
KR100947214B1 (en) Method and system for a delta quantizer for mimo pre-coders with finite rate channel state information feedback
US8824583B2 (en) Reduced complexity beam-steered MIMO OFDM system
JP5296232B2 (en) Multimode terminal in wireless MIMO system
CN103685101B (en) There is the receptor of multi layer interference cancellation
KR100958092B1 (en) Method and system for adaptive allocation of feedback resources for cqi and transmit pre-coding
US9154211B2 (en) Systems and methods for beamforming feedback in multi antenna communication systems
KR101408938B1 (en) Apparatus and method for beamforming based on generalized eigen analysis in a multiple input multiple output wireless communication system
KR100958093B1 (en) Method and system for codebook design of mimo pre-coders with finite rate channel state information feedback
US20070211813A1 (en) MIMO precoding in the presence of co-channel interference
US8306089B2 (en) Precoding technique for multiuser MIMO based on eigenmode selection and MMSE
KR20080078813A (en) Method to determine the number of data streams to be used in a mimo system
WO2007046621A1 (en) Apparatus and method for transmitting/receiving data in multi-user multi-antenna communication system
TWI446740B (en) A method for communicating in a mimo context
KR20110044876A (en) System for sending and receiving channel state information
KR20080075442A (en) Method and system for rate reduction pre-coding matrices
US8472566B2 (en) Apparatus and method for transmitting pilot signal in wireless communication system
US8363587B2 (en) Signaling methods for MMSE precoding with eigenmode selection
KR101518991B1 (en) Apparatus and method for regularized coordinated beamforming in multiple antenna
US8767880B2 (en) Processing data in a receiver circuit and receiver circuit
KR101267569B1 (en) Apparatus for transmission in multiple input multiple output system
KR101505085B1 (en) Apparatus and method for vector perturbation based on eigne value normalization in multi user mimo system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
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: 20180427

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee