KR101567673B1 - 블라인드 간섭 정렬을 이용한 이중 통신 방법 - Google Patents

Abstract

블라인드 간섭 정렬을 이용한 이중 통신 방법이 개시된다. 개시된 방법은, 통신 가능한 N개의 단말을 SNR 순으로 정렬하는 단계(a); 상기 SNR 순으로 정렬된 단말 집합 {U1,...... UN}(U1이 가장 SNR이 높은 단말)을 r(2이상의 자연수이면서 N보다 작거나 같음)을 조절하면서 제1 파트인 {U1,..Ur} 및 제2 파트인 {U(r+1),....UN)로 이루어지는 다수의 그룹을 형성하는 단계(b); 각 단말 그룹별로 제1 파트의 단말들에 대해 블라인드 간섭 정렬을 적용할 경우의 제1 평균 전송률 및 제2 파트의 단말들에 대해 블라인드 간섭 정렬을 적용하지 않고 서로 다른 무선 자원을 할당하여 통신할 경우의 제2 평균 전송률을 이용하여 상기 다수의 그룹 중 어느 하나의 그룹을 선택하는 단계(c); 및 상기 선택된 그룹의 제1 파트 단말들에 블라인드 간섭 정렬을 적용하여 통신하는 단계(d)를 포함한다. 개시된 방법에 의하면, 블라인드 간섭 정렬을 부분적으로 적용하여 전송률을 향상시킬 수 있으며, 다양한 신호대 잡음비를 가지는 단말이 존재하는 환경에서 블라인드 간섭 정렬을 효율적으로 적용할 수 있는 장점이 있다.

Description

블라인드 간섭 정렬을 이용한 이중 통신 방법{Dual Communication Method Using Blind Interference Alignment}

본 발명은 블라인드 간섭 정렬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 블라인드 간섭 정렬을 이용한 이중 통신 방법에 관한 것이다.

최근 다양한 종류의 스마트 기기의 사용이 크게 늘어남에 따라 무선 데이터 사용량이 급증하고 있으며, 향후 2020년에는 데이터 트래픽이 현재의 1000배 수준까지 증가할 것으로 전망되고 있다.

이러한 가운데 트래픽 폭증을 수용하기 이한 방안으로 작은 반경의 셀을 촘촘히 설치하여 네트워크 용량을 증가시키는 소형셀 기술이 각광받고 있다.

소형셀 네트워크는 기존의 중대형 셀에 비해 셀의 모양과 크기가 다양해진다.이런 환경에서 네트워크 용량을 증대시키기 위해서는 사용자간의 간섭을 효과적으로 제어하는 기술이 필요하며, 대표적인 기술로 기지국과 단말의 다중 안테나를 이용한 MIMO 기술이 있다.

다중 안테나를 이용한 MIMO 기술은 각 사용자에게 가는 신호를 공간적으로 구분하는 기술로서 이를 구현하기 위해서는 기지국이 사용자의 순시적 채널 상태 정보를 정확하게 알아야 한다.

그러나, 채널 피드백 용량이 제한된 시스템에서 최적의 전송률을 얻기 위해서 사용자는 신호대 잡음비에 비례하는 비트수를 필요로 하기 때문에 구현을 위한 부담이 늘어나게 되어 채널 정보 피드백을 필요로 하는 MIMO 간섭 제어 기술은 소형셀에 바로 적용되기 어려운 문제점이 있다.

근래에 들어, 채널 상태 정보의 피드백 없이 동일 셀 사용자간 간섭을 정렬하여 최대의 다중화 이득을 얻는 블라인드 간섭 정렬에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

블라인드 간섭 정렬은 둘 이상의 사용자로 이루어지는 MISO 브로드캐스팅 채널에서 사용자들의 채널 상관 시간과 채널 상관 대역폭을 활용하여 최대의 다중화 이득을 얻는 전송 기법으로서 높은 다중화 이득을 확보할 수 있으나 낮은 신호대 잡음비에서는 단일 사용자 전송 방식에 비해 낮은 성능을 보이는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 블라인드 간섭 정렬을 부분적으로 적용하여 전송률을 향상시킬 수 있는 통신 방법을 제안한다.

또한, 본 발명은 다양한 신호대 잡음비를 가지는 단말이 존재하는 환경에서 블라인드 간섭 정렬을 효율적으로 적용할 수 있는 방법을 제안한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 통신 가능한 N개의 단말을 SNR 순으로 정렬하는 단계(a); 상기 SNR 순으로 정렬된 단말 집합 {U1,...... UN}(U1이 가장 SNR이 높은 단말)을 r(2이상의 자연수이면서 N보다 작거나 같음)을 조절하면서 제1 파트인 {U1,..Ur} 및 제2 파트인 {U(r+1),....UN)로 이루어지는 다수의 그룹을 형성하는 단계(b); 각 단말 그룹별로 제1 파트의 단말들에 대해 블라인드 간섭 정렬을 적용할 경우의 제1 평균 전송률 및 제2 파트의 단말들에 대해 블라인드 간섭 정렬을 적용하지 않고 서로 다른 무선 자원을 할당하여 통신할 경우의 제2 평균 전송률을 이용하여 상기 다수의 그룹 중 어느 하나의 그룹을 선택하는 단계(c); 및 상기 선택된 그룹의 제1 파트 단말들에 블라인드 간섭 정렬을 적용하여 통신하는 단계(d)를 포함하는 블라인드 간섭 정렬 기반 이중 통신 방법이 제공된다.

상기 방법은, 상기 선택된 그룹의 제2 파트 단말들에 서로 다른 무선 자원을 할당하여 통신하는 단계를 더 포함한다.

상기 선택된 그룹의 제2 파트 단말들에 서로 다른 타임 슬롯을 할당하여 통신한다.

상기 단계(c)는 상기 제1 평균 전송률 및 상기 제2 평균 전송률의 합이 가장 큰 그룹을 선택한다.

본 발명에 의하면, 블라인드 간섭 정렬을 부분적으로 적용하여 전송률을 향상시킬 수 있으며, 다양한 신호대 잡음비를 가지는 단말이 존재하는 환경에서 블라인드 간섭 정렬을 효율적으로 적용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 시스템 모델을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블라인드 간섭 정렬 기반 이중 통신 방법의 동작 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블라인드 간섭 정렬 기반의 이중 통신 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

도 1은 본 발명이 적용되는 시스템 모델을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명이 적용되는 시스템은 기지국 장치(100) 및 다수(K)개의 단말(110)을 포함한다.

기지국 장치(100)는 다수의 단말들(110)에게 다운 링크를 통해 신호를 송신하거나 업링크를 통해 다수의 단말들(110)로부터 신호를 수신하는 기능을 한다. 기지국 장치(100)는 미리 설정된 범위(셀)에 있는 단말들(110)과 통신을 수행하며 통신 영역은 기지국 장치(100)에서 송신하는 파워에 의해 결정된다.

일례로, 본 발명의 기지국 장치(100)는 소형셀에 사용되는 기지국 장치일 수 있으며 소형셀은 무선 데이터 용량이 증가하면서 트래픽이 폭증하는 것을 수용하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명에서, 기지국 장치(100)는 다수의 안테나를 구비하고 있으며, 단말들은 하나의 안테나를 구비하고 있는 MISO 시스템이 전제된다. 이때, 단말들은 재구성(Reconfigurable) 안테나를 구비할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블라인드 간섭 정렬 기반 이중 통신 방법의 동작 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 기지국 장치(100)는 기지국 장치(100)의 통신 영역 내에 있는 단말들 중 제1 파트의 단말과는 블라인드 간섭 정렬을 적용하여 통신한다. 또한, 기지국 장치(100)는 제2 파트의 단말과는 블라인드 간섭 정렬을 적용하지 않고 통신을 수행한다.

즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기지국 장치(100)의 통신 영역 내에 있는 단말들 중 일부의 단말들과는 블라인드 간섭 정렬을 이용하여 통신하나 다른 일부의 단말들과는 블라인드 간섭 정렬을 이용한 통신을 수행하지 않는 것이다.

블라인드 간섭 정렬은 채널 상태 정보를 피드백하지 않고 동일 셀에 속하는 사용자 단말들간 간섭을 정렬하여 최대의 다중화 이득을 얻기 위한 방법 중 하나이다.

블라인드 간섭 정렬은 기지국 장치의 송신 블록 코딩 기법과 사용자의 수신 모드 선택 기법을 이용하여 송신단의 채널 정보 없이 간섭을 제어하는 방법으로서, 채널 피드백 오류로 인한 성능 저하를 방지할 수 있고 사용자의 수가 많을수록 다중 사용자 MISO 시스템에서 최대 다중화 이득을 달정할 수 있게 된다.

또한, 블라인드 간섭 정렬은 다중 셀 상황에서 셀간 간섭 제어 기법으로도 사용될 수 있어 기존의 채널 정보 피드백 기반의 다중 안테나 간섭 제어 기술에 비해 셀 간의 피드백 오버헤드를 낮추면서 간섭을 효과적으로 제어할 수 있으며, 특히 소형셀에서 효과적으로 적용될 수 있다.

그러나, 채널 상태 정보를 순시적으로 피드백할 필요가 없다는 장점에도 불구하고 블라인드 간섭 정렬은 SNR(Signal to Noise Ratio)이 좋은 상황에서는 기존의 개방 루프 MISO 전송 방식에 비해 높은 다중화 이득을 확보하여 양호한 전송률을 달성하는 반면 SNR이 낮은 상황에서는 간섭을 제거하는 과정에서 발생하는 잡음 증폭으로 인해 기존의 개장 루프 전송 방식에 비해 오히려 성능이 낮아지는 문제점이 존재하였다.

전력 할당 기법을 이용하여 낮은 SNR에서 블라인드 간섭 정렬을 적용할 수 있는 방법이 제안되기도 하였으나 여전히 높은 성능을 제공할 수는 없었다.

본 발명에서는 효율적으로 블라인드 간섭 정렬을 사용할 수 있도록 다수의 사용자 단말들 중 블라인드 간섭 정렬을 사용할 단말들을 선택하는 방법을 제안한다. 본 발명에서는 제안되는 방법을 통해 선택되는 단말들에 대해서만 블라인드 간섭 정렬을 적용한다. 또한, 선택되지 않은 단말들에 대해서는 블라인드 간섭 정렬을 사용하지 않고 서로 다른 무선 자원을 할당하여 통신을 수행한다. 예를 들어, TDMA와 같이 서로 다른 타임 슬롯을 사용하여 간섭을 제어하도록 한다.

이하에서는 기지국 장치(100)의 셀 영역 내에 존재하여 기지국 장치(100)와 통신하는 단말들 중 블라인드 간섭 정렬을 적용할 단말 그룹을 형성하는 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블라인드 간섭 정렬 기반의 이중 통신 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 우선 기지국 장치(100)의 셀 영역 내에 있는 단말들의 SNR을 획득한다(300). 각 단말들의 SNR은 단말들로부터 피드백 형태로 제공받을 수 있다.

각 단말들의 SNR 정보가 획득되면, 셀 영역에 존재하는 단말들을 SNR 순으로 정렬한다(단계 302). 셀 영역 내에 K개의 단말들이 존재할 경우, {U1, U2, U3,....., UK}(U1이 가장 SNR이 높고, UK가 가장 SNR이 낮음)와 같이 SNR순으로 정렬한다.

셀 영역에 존재하는 단말들을 SNR순으로 정렬하면, 정렬된 단말들을 두 개의 파트로 구분하는 다수의 단말 그룹을 생성한다(단계 304). 정렬된 단말 순서에 기초하여 두 개의 파트로 단말들이 분리된다.

예를 들어, 5개의 단말 {U1, U2, U3, U4, U5}이 존재할 경우 {U1, U2} 및 {U3, U4, U5}와 같이 2개의 파트로 분리된다. 전체 단말을 2개의 파트로 분리할 때 SR 정렬 순서에 기초하여 2개의 파트로 분리되며, 각 파트에 속하는 원소들은 SNR 순으로 부여된 순번이 바뀌지 않는다. 다시 말해, {U1, U2} 및 {U3, U4, U5}와 같이 두 개의 파트로 분리될 수는 있어도 {U1, U3} 및 {U2, U4, U5}와 같이 분리될 수는 없다.

이를 다시 표현하면, {U1, U2, ......UK}로 SNR 순으로 K개의 단말이 정렬될 때, 제1 파트는 {U1, U2,....Ur}이고, 제2 파트는 {U(r+1),....UK}로 분리된다. 제1 파트 및 제2 파트는 r을 조절하면서 다양한 방식으로 분리되며, r은 2 이상의 자연수이고 K와 같거나 K보다 작다. 이때, r=2인 경우의 제1 파트 및 제2 파트를 제1 그룹으로 정의하고, r=3인 경우의 제1 파트 및 제2 파트를 제2 그룹으로 정의한다. 제1 파트와 제2 파트의 합집합은 전체 사용자 단말이고 제1 파트와 제2 파트의 교집합은 공집합이다.

5개의 단말이 존재할 경우 다음과 같이 4개의 그룹으로 제1 파트 및 제2 파트가 분리될 수 있다.

제1 그룹: {U1, U2} // {U3, U4, U5}

제2 그룹: {U1, U2, U3} // {U4, U5}

제3 그룹: {U1, U2, U3, U4} // {U5}

제4 그룹: {U1, U2, U3, U4, U5} //

K개의 단말이 존재할 경우, (K-1)개의 그룹으로 제1 파트 및 제2 파트가 분리된다.

여기서, 제1 파트는 블라인드 간섭 정렬을 적용하여 통신을 하는 사용자 단말들의 집합이고, 제2 파트는 서로 다른 무선 자원을 할당하여 간섭을 제거하는 사용자 단말들의 집합이다. 위의 예에서, 제4 그룹은 모든 단말에 대해 블라인드 간섭 정렬이 적용되는 경우이다.

다수의 그룹으로 제1 파트 및 제2 파트가 분리되면, 각 그룹별도 제1 파트의 평균 전송률 및 제2 파트의 평균 전송률을 획득한다(단계 306). 제1 파트의 평균 전송률은 블라인드 간섭 정렬이 적용될 경우의 평균 전송률이고, 제2 파트의 평균 전송률은 TDMA와 같이 단말별로 다른 무선 자원이 적용될 경우의 평균 전송률이다.

제1 파트의 평균 전송률은 다양한 방식으로 획득할 수 있으며, 어떠한 방법에 의해 평균 전송률을 획득하여도 무방하다. 클로즈드 폼의 수학식을 통해 평균 전송률을 획득할 수도 있으며 반복 연산에 의해 평균 전송률을 획득할 수도 있을 것이다. 평균 전송률은 다양한 방식을 선택적으로 적용하여 획득할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제2 파트의 평균 전송률은 제2 파트의 단말들에 적용되는 통신 방식에 기초하여 획득할 수 있을 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 제2 파트의 단말들에는 서로 다른 무선 자원을 사용하는 다양한 통신 방식이 적용될 수 있으므로 적용되는 통신 방식마다 다른 방식으로 평균 전송률을 구할 수 있을 것이다.

각 그룹별 제1 파트 및 제2 파트의 평균 전송률을 획득하면, 제1 파트 및 제2 파트의 평균 전송률이 가장 큰 그룹을 선택한다(단계 308). 평균 전송률의 합이 가장 큰 그룹의 분리 상태에 기초하여 블라인드 간섭 정렬을 적용할 사용자 단말들 및 블라인드 간섭 정렬을 적용하지 않을 사용자 단말이 선택된다.

평균 전송률의 합이 가장 큰 그룹의 제1 파트에 속한 사용자 단말들이 블라인드 간섭 정렬을 적용할 사용자 단말들로 선택되고 제2 파트에 속한 사용자 단말들이 블라인드 간섭 정렬을 적용하지 않고 서로 다른 무선 자원을 사용하는 사용자 단말들로 선택된다.

사용자 단말들이 선택되면, 제1 파트에 속한 단말들에 대해 블라인드 간섭 정렬을 적용하여 통신을 수행하고 제2 파트에 속한 단말들에 대해 서로 다른 무선 자원을 사용하는 통신 방식을 적용하여 통신을 수행한다(단계 310).

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 블라인드 간섭 정렬을 선택적으로 적용함으로써 전체적인 전송률 및 통신 성능을 향상시킬 수 있으며, 특히 기지국 장치(100)와 통신하는 단말들의 수가 증가할 때 통신 성능이 더 크게 향상될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (4)

1. 통신 가능한 N개의 단말을 SNR 순으로 정렬하는 단계(a);
   상기 SNR 순으로 정렬된 단말 집합 {U1,...... UN}(U1이 가장 SNR이 높은 단말)을 r(2이상의 자연수이면서 N보다 작거나 같음)을 조절하면서 제1 파트인 {U1,..Ur} 및 제2 파트인 {U(r+1),....UN)로 이루어지는 다수의 그룹을 형성하는 단계(b);
   각 단말 그룹별로 제1 파트의 단말들에 대해 블라인드 간섭 정렬을 적용할 경우의 제1 평균 전송률 및 제2 파트의 단말들에 대해 블라인드 간섭 정렬을 적용하지 않고 서로 다른 무선 자원을 할당하여 통신할 경우의 제2 평균 전송률을 이용하여 상기 다수의 그룹 중 어느 하나의 그룹을 선택하는 단계(c); 및
   상기 선택된 그룹의 제1 파트 단말들에 블라인드 간섭 정렬을 적용하여 통신하는 단계(d)를 포함하되,
   상기 선택된 그룹의 제2 파트 단말들에 블라인드 간섭 정렬을 적용하지 않고 서로 다른 무선 자원을 할당하여 통신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블라인드 간섭 정렬 기반 이중 통신 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 선택된 그룹의 제2 파트 단말들에 서로 다른 타임 슬롯을 할당하여 통신하는 것을 특징으로 하는 블라인드 간섭 정렬 기반 이중 통신 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 단계(c)는 상기 제1 평균 전송률 및 상기 제2 평균 전송률의 합이 가장 큰 그룹을 선택하는 것을 특징으로 하는 블라인드 간섭 정렬 기반 이중 통신 방법.

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