KR101599668B1

KR101599668B1 - 빔 포밍 벡터 제공 시스템, 그 제공 장치, 그 제공 방법, 이를 수행하는 컴퓨터 프로그램 및 이를 기록한 기록매체

Info

Publication number: KR101599668B1
Application number: KR1020150038151A
Authority: KR
Inventors: 이광복; 김두희
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-03-15
Also published as: US20160285523A1; US9628200B2

Abstract

본 발명은 고밀도 소형셀 환경의 빔 포밍 벡터 제공 시스템, 그 제공 장치, 그 제공 방법, 이를 수행하는 컴퓨터 프로그램 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것이다. 이를 위하여 복수의 기지국으로 구성되고, 복수의 기지국 각각의 신호 송출을 제어하는 빔 포밍 벡터 제공 장치를 포함하는 송신단; 및 송신단에서 송출되는 신호가 수신되고, 적어도 하나의 단말부가 포함되는 수신단;을 포함하고, 빔 포밍 벡터 제공 장치는, 복수의 기지국에 의해 단말부에서 발생되는 간섭 채널이 제거될 확률인 ψ을 정의하고, 네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 ψ로 표현하며, 평균 전송률을 최대화하는 ψ의 값을 계산하고, ψ에 대응되는 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 시스템이 제공된다. 이에 따르면 최적의 빔 포밍 벡터를 찾기 위해 반복적으로 계산 작업을 수행할 필요가 없고, one-shot으로 최적에 가까운 평균 전송률을 구현할 수 있는 효과가 발생된다.

Description

빔 포밍 벡터 제공 시스템, 그 제공 장치, 그 제공 방법, 이를 수행하는 컴퓨터 프로그램 및 이를 기록한 기록매체{System and apparatus for providing beamforming vector for wireless network systems, method, program and recording media using thereof}

본 발명은 고밀도 소형셀 환경의 빔 포밍 벡터 제공 시스템, 그 제공 장치, 그 제공 방법, 이를 수행하는 컴퓨터 프로그램 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빔 포밍 벡터를 결정할 때에 기지국이 간섭을 제거할 확률을 고려함으로써, 반복수행 없이 전체 시스템의 복잡도를 저감시킬 수 있는 고밀도 소형셀 환경의 빔 포밍 벡터 제공 장치, 그 제공 방법, 이를 수행하는 컴퓨터 프로그램 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것이다.

오늘날의 모바일 데이터 트래픽은 통신사의 이른바 무제한 요금제에 의해 전례 없는 속도로 증가하고 있다. 이러한 폭발적인 트래픽 증가를 충족시키기 위하여 셀의 크기를 줄여서 더 많은 소형셀들을 촘촘히 고밀도로 설치하는 접근방식이 제안되고 있었다(대표적으로 Femtocell). 그러나 초소형 셀을 통한 공간 재사용의 이득은 필연적으로 매우 높은 관리 비용을 수반할 수 밖에 없다. 인프라망이 소형 셀의 추가로 점점 더 밀집될수록 셀간 간섭(ICI)이 더 심해지고, 이를 관리하기 위해 이전보다 더 많은 양의 정보와 계산을 요구하기 때문이다. 따라서 복잡도를 낮추면서 간섭을 효율적으로 관리하는 관리 기법이 필요하다.

보다 구체적으로, 다중 접속 시스템에서는 시스템의 성능 향상과 용량 증대를 위하여 다중 안테나를 이용한 빔 포밍(BeamForming, BF) 기술을 사용한다. 통상적으로 빔 포밍은 복수의 안테나를 일정한 간격으로 배치하고, 동일한 신호에 대해 안테나별로 주어진 가중치 벡터(weighting vector)를 곱하여 전송하는 것을 의미한다.

셀간 간섭(ICI)는 무선 송수신 시스템의 성능을 좌우하는 가장 중요한 요소 중 하나다. 전송률 성능은 ICI에 의해 상당히 영향 받는데, 특히 낮은 주파수 재사용률이 적용된 시스템일수록 그러하다. 따라서 업계에서는 각 셀의 빔 형성에 의해 ICI를 저감하려는 노력이 있어왔다. 종래의 대표적인 예로는, CoMP(Coordinated multi-point) 기술이 있다 CoMP는 엄밀히 말해 3GPP-LTE(3rd generation partnership project long term evolution) 시스템을 위해 제안되었지만, 최적의 셀간 협력 빔 포밍의 계산은 수학적으로 지나치게 복잡하다는 문제가 있었다. CoMP는 셀간 간섭을 최소화하는 것을 전제로 하여 셀 하나에서의 신호세기의 최대화를 추구하고 있었기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 다른 접근 방식이 비특허문헌 3 내지 9에서 제안되었다.

비특허문헌 3과 4에서는 SGINR(Signal power and generated interference to neighboring cells and noise power ratio)이라는 새로운 체계가 정의되었는데, 이에 따르면 셀간 협력 빔 포밍은 각각 최대화될 수 있다. SGINR 기반의 협력 빔 포밍은 네트워크 전체의 전송률을 증대시키기 위해 신호세기의 최대화를 추구하는 동시에 셀간 간섭을 최소화하는 것을 고려하고 있다. SGINR을 기반으로 한 셀간 협력 빔 포밍은 2-셀 시스템의 전송률을 최대화하는 최적의 빔 포밍에 대응된다고 볼 수 있다.

안테나별로 최적의 가중치 벡터를 구하기 위해 제로 포싱(zero forcing, ZF) 빔 포밍이 사용될 수 있다. 제로 포싱 빔 포밍은 송신시 채널의 역행렬을 미리 곱하여 간섭 신호를 제거하는 것으로서, 정보 수신 대상이 아닌 타 수신기에 간섭이 발생하지 않도록 빔 포밍을 수행하므로 이타적인 빔 포밍으로 간주된다.

이에 반해, 최대 비 전송(maximal ratio transmission, MRT) 빔 포밍은 타 수신기에 미치는 간섭을 고려하지 않고 특정 수신기의 방향으로만 전력이 집중되도록 빔 포밍을 수행하므로 이기적인 빔 포밍으로 간주된다.

따라서 채널 조건이 양호한 통신 환경에서는 최대 비 전송 빔 포밍과 같은 이기적 빔 포밍을 사용할 때 높은 전송 효율을 기대할 수 있고, 채널 조건이 열악한 통신 환경에서는 제로 포싱 빔 포밍과 같은 이타적 빔 포밍을 사용할 때 높은 전송 효율을 기대할 수 있다.

다만, 채널 조건은 시간에 따라 수시로 변동하므로 최적의 전송 효율을 위해서는 채널 조건에 따라 이기적 빔 포밍과 이타적 빔 포밍을 적절히 결합하여 적용할 것이 요구된다. 비특허문헌 5 내지 8에서도 ZF와 MRT를 적절히 리니어 컴비네이션(linear combination)하여 적용하는 빔 포밍을 제안하고 있다.

MISO(multiple-input single-output) 시스템에서의 이타적 빔 포밍 및 이기적 빔 포밍에 대한 단순한 선형 관계에서는 파레토 최적(Pareto optimality)이 나타난다는 것이 비특허문헌 5에서 개시되었다. 부분적으로 CSI(channel state information)가 가능한 트랜스미터에 대한 MISO 시스템에서의 파레토 최적이 비특허문헌 6에서 개시되었다. 또한 게임이론의 측면에서 바라본 MIMO(multiple-input multiple-output) 시스템이 비특허문헌 7에서 개시되었다. 이러한 비특허문헌은, 각각의 BS(base station)가 준분포형(semi-distributed)으로 동작할 수 있도록 해주는 베이시안 게임을 이용하여 최적에 가까운 성능을 달성하기 위한 것이다. 비특허문헌 8에서는 발생된 간섭의 정도를 bargaining value로 이용하는 빔 포밍 스킴(Beamforming scheme)이 제안되었다. 이는 CSI의 순시값과 통계값을 모두 고려한 것이다. 비특허문헌 9에는 virtual-SINR에 기반한 셀간 협력 빔 포밍이 제안되었다.

US 공개특허 2006/0189280, Pattern diversity to support a MIMO communications system and associated methods, InterDigital Technology Corporation 한국 등록특허 10-1488771, 다중입력 단일출력 간섭채널에서 채널분포 정보와 간섭 수준 조정을 이용한 빔포밍 장치 및 방법, 한국과학기술원

S. Cartreux, P. F. Driessen, and L. J. Greenstein, "Simulation results for an interference-limited multiple-input multiple-output cellular sysetm," IEEE Commun. Lett., vol. 4, no. 11, pp. 334-336, Nov. 2000. 3GPP, TR 36.819, v11.1.0 "Coordinated multi-point operation for LTE physical layer aspedcts(release 11)," Dec. 2011. M. Sadek, A. Tarighat, and A. H. Sayed, "A leakage-based precoding scheme for downlink multi-user MIMO channels," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 6, no. 5, pp. 11711-1721, May 2007. B. O. Lee, H. W. Je, O.-S. Shin, and K. B. Lee, "A novel uplink MIMO transmission scheme in a multicell environment." IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 8, no. 10, pp. 4981-4987, Oct. 2009. E. A. Jorswieck, E. G. Larsson, and D. Danev, "Complete characterization of the Pareto boundary for the MISO interference channel," IEEE Trans. Signal Processing, vol. 56, no. 10, pp. 5292-5296, Oct. 2008. J. Lindblom, E. Karipidis, and E. G. Larsson, "Selfishness and altrusim on the MISO interference channel: the case of partial transmit CSI," IEEE Commun. letters, vol. 13, no. 9, pp. 667-669, Sep. 2009. Z. K. M. Ho, and D. Gesbert, "Balancing egoism and altruism on interference channel: The MIMO cas," in IEEE International conference on communications (ICC) 2010, Cape Town, South Africa, May 2010. J. Lindblom, and E. Karipidis, "Cooperative beamforming for the MISO interference channel," IEEE European Wireless Conference (EW) 2010, Lucca, Italy, Apr. 2010. S. H. Park, H. Park, H. Kong, and I. Lee, "New beamforming techiques based on virtual SINR maximization for coordinated multi-cell transmission," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 11, no. 3, pp. 1034-1044, Mar. 2012. N. Jindal, J. G. Andrews, and S. Weber, "Rethinking MIMO for wireless networs: Linear throughput increase with multiple receive antennas," IEEE Interantional Conference on Communications (ICC) 2009, Dresden, Germany, Jun. 2009.

그러나 앞서 언급된 셀간 협력 빔 포밍 벡터 제공 방법(비특허문헌 5 내지 9)은 셀간 협력 빔 포밍 벡터를 계산하기 위한 반복적인 과정이 요구되는 문제점이 있었다. 종래의 빔 포밍 스킴에서는 각각의 BS가 모든 채널 환경의 변화에 대해 새로운 빔 포밍 벡터를 생성해야한다는 것이다. 따라서 채널 환경이 연속적으로 변화하는 경우에는 종래의 이러한 방법에 따르면 굉장한 복잡성이 수반될 수밖에 없었다. 따라서 실제 업무에서는 이러한 복잡성을 줄이는 것이 핵심이며, 복잡성을 줄이기 위한 빔 포밍 벡터 제공 방법이 필요한 실정이다.

따라서 본 발명은 종래의 이러한 문제를 해소하기 위해 제안되었으며, 본 발명은 최적의 빔 포밍 벡터를 제공하기 위한, one-shot으로 계산되는(반복수행이 요구되지 않는) 셀간 협력 빔 포밍 스킴을 제공하는 것을 목적으로 한다

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.

본 발명의 목적은, 복수의 기지국으로 구성되고, 상기 복수의 기지국 각각의 신호 송출을 제어하는 빔 포밍 벡터 제공 장치를 포함하는 송신단; 및 상기 송신단에서 송출되는 신호가 수신되고, 적어도 하나의 단말부가 포함되는 수신단;을 포함하고, 상기 빔 포밍 벡터 제공 장치는, 상기 복수의 기지국에 의해 상기 단말부에서 발생되는 간섭 채널이 제거될 확률인 ψ을 정의하고, 네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 ψ로 표현하며, 상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값을 계산하고, 상기 ψ에 대응되는 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하며, 상기 송신단은, 상기 빔 포밍 벡터 제공 장치에 의해 도출된 상기 제거해야할 간섭채널의 범위를 토대로, 각각의 상기 기지국에서 해당 간섭채널 범위를 선택하여 제거하는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 시스템을 제공하여 달성될 수 있다.

또한 상기 평균 전송률은 이하 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 할 수 있다.

[수학식]

상기 수학식에서, E(·)는 기대값,

는 네트워크 전체의 전송률,

는 전송률 기대값의 상한치,

는 i번째 기지국의 인접 셀에 대한 m개의 생성된 간섭 채널 및 i번째 셀의 단말부에 대한 l개의 수신된 간섭 채널을 제거하는 경우의 i번째 셀의 MS에 대한 SINR을 의미함.

또한 상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값의 계산은 이하의 수학식으로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.

[수학식]

,

상기 수학식에서,

는 네트워크 전체의 전송률,

는 전송률 기대값의 상한치, ψ^*은 최적 확률, ψ^D는 극점을 의미함.

본 발명의 목적은, 적어도 하나의 단말부가 포함되는 수신단에 신호를 송출하고, 복수의 기지국으로 구성되는 송신단에 구비되고, 상기 복수의 기지국에 의해 상기 단말부에서 발생되는 간섭 채널이 제거될 확률인 ψ을 정의하고, 네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 ψ로 표현하며, 상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값을 계산하고, 상기 ψ에 대응되는 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 장치를 제공하여 달성될 수 있다.

[수학식]

상기 수학식에서, E(·)는 기대값,

는 네트워크 전체의 전송률,

는 전송률 기대값의 상한치,

[수학식]

,

상기 수학식에서,

는 네트워크 전체의 전송률,

본 발명의 목적은, 적어도 하나의 단말부가 포함되는 수신단에 신호를 송출하고, 복수의 기지국으로 구성되는 송신단의 빔 포밍 벡터 제공 장치에 의해 수행되는 빔 포밍 벡터 제공 방법에 있어, 상기 복수의 기지국에 의해 상기 단말부에서 발생되는 간섭 채널이 제거될 확률인 ψ을 정의하는 단계; 네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 상기 ψ로 표현하는 단계; 상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값을 계산하는 단계; 및 상기 ψ에 대응되는, 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 방법을 제공하여 달성될 수 있다.

[수학식]

상기 수학식에서, E(·)는 기대값,

는 네트워크 전체의 전송률,

는 전송률 기대값의 상한치,

[수학식]

,

상기 수학식에서,

는 네트워크 전체의 전송률,

본 발명의 목적은, 적어도 하나의 단말부가 포함되는 수신단에 신호를 송출하고, 복수의 기지국으로 구성되는 송신단의 빔 포밍 벡터 제공 장치에 의해 수행되는 빔 포밍 벡터 제공 방법을 컴퓨터상에서 수행하는 프로그램에 있어서, 상기 복수의 기지국에 의해 상기 단말부에서 발생되는 간섭 채널이 제거될 확률인 ψ을 정의하는 단계; 네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 상기 ψ로 표현하는 단계; 상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값을 계산하는 단계; 및 상기 ψ에 대응되는, 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 방법을 컴퓨터상에서 수행하는 프로그램을 제공하여 달성될 수 있다.

본 발명의 목적은, 적어도 하나의 단말부가 포함되는 수신단에 신호를 송출하고, 복수의 기지국으로 구성되는 송신단의 빔 포밍 벡터 제공 장치에 의해 수행되는 빔 포밍 벡터 제공 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서, 상기 복수의 기지국에 의해 상기 단말부에서 발생되는 간섭 채널이 제거될 확률인 ψ을 정의하는 단계; 네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 상기 ψ로 표현하는 단계; 상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값을 계산하는 단계; 및 상기 ψ에 대응되는, 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 방법을 컴퓨터상에서 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하여 달성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명의 일실시예에 따라 제공되는 셀간 협력 빔 포밍 스킴은 전체 네트워크의 평균적인 전송률을 최대화할 수 있는 효과가 있다. 종래의 선행 문헌 및 그 선행 문헌에서 제안하는 방법들은 즉각적인 전송률의 최대화 및 반복적인 계산의 불가피한 필요에 집중하고 있었는데 반해, 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 방법은 전체 네트워크 또는 시스템 일부의 평균적인 전송률을 최대화하는 것에 집중하는 것이다.

둘째, 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 방법에 따르면, 최적의 빔 포밍 벡터를 찾기 위해 반복적으로 계산 작업을 수행할 필요가 없고, one-shot으로 최적에 가까운 평균 전송률을 구현할 수 있는 효과가 발생된다.

셋째, 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 방법에 따르면, 2-cell 시스템뿐만 아니라, k-cell 시스템에 손쉽게 적용 가능해지는 효과가 발생된다.

넷째, 계산 과부하의 지속 가능한 저감을 생각해볼 때, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크의 빔 포밍 벡터 제공 시스템은 셀룰러 네트워크, 특히 초소형 고밀도 네트워크에 적합한 효과가 발생된다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 시스템의 모식도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 장치의 블럭도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 방법의 흐름도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션 데이터의 이격거리 대 옵티멀 채널값을 도시한 그래프,
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 2-cell에서의 시뮬레이션 값을 종래의 빔 포밍과 비교한 비교데이터,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3-cell에서의 시뮬레이션 값을 종래의 빔 포밍과 비교한 비교데이터이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

빔 포밍 벡터 제공 시스템

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 시스템이다. 구체적으로는 MISO 간섭채널 시스템의 구성요소를 도시한 구성도이고, 본 발명의 일실시예는 MISO를 기초로 기술되나, 이는 설명의 편의에 따른 것이고, 본 발명의 범위가 MIMO를 포함하지 않음을 시인하는 것은 아니다. 통상의 기술자라면 MISO에 대한 본 발명의 기술적 사상의 기술을 토대로 충분히 MIMO에도 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 도 1을 참조하면, 빔 포밍 벡터 제공 시스템(10)은 k개의 기지국(BS, base station) 및 각 기지국에서 정보를 수신하고자 하는 n개의 단말기(MS, mobile station)를 포함할 수 있다. 빔 포밍 벡터 제공 시스템(10)의 각 BS는 N_t개의 송신 안테나를 구비하고 있으며, 상기 MS는 하나의 수신 안테나를 구비할 수 있다.

빔 포밍 벡터 제공 시스템(10)의 각 BS는 서로 다른 하나의 MS와 짝을 이루어 자신과 짝을 이루는 MS로 정보를 전송할 수 있다. 상기 MS는 상기 전송되는 과정에서 다른 BS으로부터 오는 간섭 신호에 영향을 받을 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 이하 설명에서 빔 포밍 벡터 제공 시스템(10)의 채널모델은 MISO 간섭채널이라고 정의할 수 있다.

이하 설명에서는 k=2, n=1인 송수신 쌍을 포함하는 간섭채널 시스템인 빔 포밍 벡터 제공 시스템(10)을 기초로 기술하도록 한다. 다시 말해, 빔 포밍 벡터 제공 시스템(10)은 2개의 BS인 송신단(110)을 포함할 수 있다. 빔 포밍 벡터 제공 시스템(10)은 1개의 MS인 수신단(120)을 포함할 수 있다. 상기 BS는 각각 N개의 안테나를 구비할 수 있고, 상기 BS는 1개의 안테나를 구비할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 명확한 이해를 위하여, 하나의 셀 당 하나의 유저가 위치되는 다운 링크 트랜스미션(downlink transmission)의 2-cell 모델을 가정하여 설명하도록 한다.

빔 포밍 벡터 제공 장치

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 장치의 구성요소를 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 빔 포밍 벡터 제공 장치(1)는 기지국이 간섭을 제거할 확률을 이용하여 전송률을 최대화하는 송수신 빔을 설계할 수 있다. 빔 포밍 벡터 제공 장치(1)는 송신단(110)에 구비될 수 있다. 빔 포밍 벡터 제공 장치(1)는 송신단(110)에 장착된 데스크톱, 랩톱, 태블릿 PC 또는 핸드헬드 컴퓨터 등의 퍼스널 컴퓨터 시스템일 수 있다.

또한 빔 포밍 벡터 제공 장치(1)는 송신단(110)에 장착된 슈퍼 컴퓨터, 대형 컴퓨터 등의 고사양 컴퓨터일 수 있다. 빔 포밍 벡터 제공 장치(1)는 입력부(210), 제어부(220), 출력부(230) 및 저장부(240)를 포함할 수 있다.

입력부(210)는 빔 포밍이 형성되는데 필요한 채널분포 정보를 입력받을 수 있다. 상기 채널분포 정보는 지역적 채널분포일 수 있다.

출력부(230)는 빔 포밍의 형성된 결과를 출력할 수 있다.

따라서 송신단은 빔 포밍 벡터 제공 장치(1)에서 출력된 최적화된 빔 포밍을 수신단에 전송할 수 있다.

저장부(240)는 빔 포밍을 하는데 이용되는 상기 입력부의 입력값, 빔 포밍 설계 알고리즘 및 변수값 중 적어도 하나가 저장될 수 있다. 저장부(240)는 입력부(210)에서 입력받은 입력값이 저장될 수 있다. 또한 저장부(240)는 상기 입력값이 변경될 경우, 기존에 있던 입력값을 지우고 새로운 입력값을 업데이트할 수 있다.

제어부(220)는 ①BS가 간섭을 제거할 확률(ψ)을 정의하고, ②네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 ψ로 표현하며, ③평균 전송률을 최대화하는 ψ의 값을 계산하고, ④ψ에 대응되는 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하며, ⑤각 BS에서 해당 간섭채널 범위를 선택하여 제거하는 단계를 이용하여 전송률을 최대화하는 송수신 빔을 설계할 수 있다.

또한 기지국은 송신기 또는 송신단일 수 있고, 단말기는 수신기 또는 수신단일 수 있다.

빔 포밍 벡터 제공 방법

도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 방법을 도시한 흐름도이다. 도 3를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 방법은 ①BS가 간섭을 제거할 확률(ψ)을 정의하는 단계(S10), ②네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 ψ로 표현하는 단계(S20), ③평균 전송률을 최대화하는 ψ의 값을 계산하는 단계(S30), ④ψ에 대응되는 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하는 단계(S40), ⑤각 BS에서 해당 간섭채널 범위를 선택하여 제거하는 단계(S50)을 포함할 수 있다.

결국 본 발명에서 제안하는 무선 네트워크의 빔 포밍 벡터 제공 시스템, 빔 포밍 벡터 제공 장치 및 빔 포밍 벡터 제공 방법은, 전송률의 최적화를 목표로 하고 있고, one-shot으로 협력 빔 포밍 벡터가 계산되는 방법이다. 이하에서 보다 구체적으로 기술하도록 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크의 빔 포밍 벡터 제공 장치에 따르면 각각의 셀들이 기결정된 메트릭(global selfishness로 불림)에 따라서 자율적으로 값을 결정하게 되는 것을 가능하게 해주게 된다. global selfishness는 네트워크 상에서 네트워크 전체의 전송률을 최대화 하기 위해 이기적으로 또는 이타적으로 행동하는 셀의 양으로 정의될 수 있다. 또한 global selfishness는 평균값과 같이 특정 시점의 순간이 아닌 특정 기간에 대한 특성값으로 이해될 수 있다.

이하 설명에서 볼드된 소문자는 벡터를 의미하고, "∥·∥"은 노름(norm)을 의미하며, "Pr(·)"는 확률을 의미하고, "E(·)"는 기대값을 의미할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 다운링크 트랜스미션의 2-cell 모델에서는, 각각의 BS가 N_t개의 안테나를 구비하고, 하나의 MS는 1개의 안테나를 구비하는 모델을 가정할 수 있다. 이러한 모델에서, i번째의 MS에서의 수신 벡터(y_i)는 아래 수학식과 같이 표현될 수 있다. 이는 본 발명을 통상의 기술자에게 설명하기 위한 가정에 불과하고, 본 발명의 범위를 한정하지 않으며, MIMO 환경에서도 이용될 수 있다.

위 수학식 1에서, h _ji는 j번째 셀의 BS와 i번째 셀의 MS 사이에 작용하는 크기가 1 ×N_t인 채널 벡터를 의미한다. w _i는 i번째 셀의 BS에서의 크기가 N_t×1인 협력 빔포밍 벡터를 의미한다. x _i는 i번째 셀의 BS에서 i번째 셀의 MS로 전송된 시그널을 의미한다. 수학식 1에서 위의 식은 2-cell의 네트워크 환경을 상정한 것이고, 아래의 식은 k-cell의 네트워크 환경을 상정한 것이다. 설명의 편의상 이하에서는 2-cell을 이용한다.

이때 h _ji의 요소들은 독립적이며, 제로 평균과 단위 분산을 갖는 가우시안 분포(Gaussian distribution)와 유사하게 분포되는 것를 가정했다. n _i는 단위 분산을 갖는 i번째 셀의 MS에서의 AWGN(Additive white Gaussian noise)를 의미한다. ρ_i는 i번째 셀의 MS의 SNR(Signal-to-noise ratio)를 의미한다. ρ_ji는 j번째 셀의 BS에 의해 발생되는 i번째 셀의 MS에 대한 간섭의 INR(Interference-to-noise ratio)를 의미한다.

i번째 셀의 MS에서 수신되는 SINR(Signal-to-interference-plus-noise ratio)인 γ_i는 수학식 1에 의해 아래와 같이 계산될 수 있다.

수학식 2에서 위의 수식은 2-cell 네트워크 환경을 상정한 수식이고, 아래의 수식은 k-cell의 네트워크 환경을 상정한 수식이다. 계산의 편의를 위해 수학식 2에서 위의 수식을 이용하면, 수학식 2에서 i번째 셀의 MS에 대한 최대 용량(achievable rate) R_i는 아래와 같이 계산될 수 있다.

그리고 모든 셀에 대한 네트워크 전체의 전송률은 이하와 같이 계산될 수 있다.

결국, 2-cell을 포함한 k-cell 네트워크 모델에서 각 기지국은 R_sum을 최대화하기 위한 최적의 w _i를 결정하여야 한다. 하지만 수학적으로 수학식 2는 풀 수 없으므로, 기존에는 파레토 최적을 찾거나(비특허문헌 6), 게임 이론의 측면에서 바라보는(비특허문헌 7) 방식이 제안되었다. 그러나 비특허문헌 6, 7의 방법은 셀의 개수가 2개를 초과하는 경우에는 셀간 복잡한 커플링 때문에 정확한 값을 구하는 것이 상당히 어려워지는 문제가 발생되었다.

따라서 본 발명의 일실시예에서는 이러한 문제점을 해소하기 위해 BS가 간섭을 제거할 확률(ψ)을 정의하고, 간섭채널의 크기가 일정 크기 이상이면 제거되도록 적절한 ψ의 값을 구한다. 보다 구체적으로, ①BS가 간섭을 제거할 확률(ψ)을 정의하고,②네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 ψ로 표현하며, ③평균 전송률을 최대화하는 ψ의 값을 계산하고, ④ψ에 대응되는 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하며, ⑤각 BS에서 해당 간섭채널 범위를 선택하여 제거하는 단계를 제공하게 된다.

구체적으로, 이상의 수학식 1 내지 수학식 4로 설명이 가능한 본 발명의 일실시예인 모델을 전제로, 이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크의 빔 포밍 벡터 제공 시스템을 설명하도록 한다.

①BS가 간섭을 제거할 확률(ψ)을 정의하는 단계(S10)

본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크의 빔 포밍 벡터 제공 시스템은 기설정된 메트릭인 global selfishness에 따라 기술되는 단순한 빔 포밍 방법을 포함하여, 반복적이지 않은 방법으로 옵티말에 가까운 전송률을 쉽게 구현할 수 있다.

협력 빔 포밍과 관련하여, 기설정된 메트릭인 global selfishness는, 각 셀이 네트워크 전체의 전송률을 최대화하기 위하여 어느 정도의 이기적 알고리즘 또는 이타적 알고리즘으로 사용되는지로 해석될 수 있다. global selfishness의 값인 λ은 네트워크 정책과 같이 기계산된 값으로 공유된다. 각 셀은 통계적 채널 조건 또는 주어진 λ에 의해 이기적 또는 이타적으로 모두 구현될 수 있다. 구체적으로, i번째 셀은, 간섭 채널의 채널 게인을 체크하는 것으로 해당 셀의 인접 셀에 대한 간섭 채널이 우세한지 아닌지에 관해 결정할 수 있다. 상기 간섭 채널의 채널 게인의 체크는 λ를 이용하며, 구체적으로는 이하의 수학식을 이용하여 상기 간섭 채널의 채널 게인을 체크할 수 있다.

φ_i는 i번째 셀의 우세한 간섭 채널의 세트를 의미한다. 우세한 간섭 채널을 제거하는 빔 포밍 벡터는 이하의 수학식을 이용하여 계산될 수 있다.

λ가 작으면, 전체 네트워크는 각 셀이 인접 셀과의 간섭을 제거시키는 방향으로 각각의 협력 빔 포밍 벡터를 결정하려고 하는 이타적인 알고리즘 환경으로 접어들게 된다. λ가 0으로 수렴하면 모든 간섭 채널은 제거되며 ZF 빔 포밍과 동등해지게 된다.

이와 반대로 λ이 크면, 전체 네트워크는 각 셀이 인접 셀과의 간섭을 고려하지 않고 특정 수신기의 방향으로만 전력이 집중되는 이기적인 알고리즘 환경으로 접어들게 된다. λ가 무한대로 발산하면 MRT 빔 포밍과 동등해지게 된다.

λ의 결정과 관련하여, 이하의 표는 각각의 BS가 어떠한 방향으로 기능하는지에 따라 가능한 4가지 케이스를 기재하고 있다.

	BS₁	BS₂	확률
케이스 1	이기적(Egoistic)	이기적	(1-ψ)²
케이스 2	이기적	이타적(Altruistic)	(1-ψ)ψ
케이스 3	이타적	이기적	ψ(1-ψ)
케이스 4	이타적	이타적	ψ²

표 1에 기재된 바와 같이, 각각의 케이스에 해당될 확률은 위와 같이 정의될 수 있다. 구체적으로 ψ는 이하 수학식과 같이 정의될 수 있다.

케이스 1은 모든 BS가 이기적으로 기능하는 것을 의미하고, 다시 말해 어떠한 BS와 MS도 간섭 채널을 제거하는 기능을 하지 않는 것을 의미한다. 케이스 2 및 케이스 3에서는 하나의 BS가 간섭 채널 중 하나를 제거하는 방향으로 기능하고, MS에서 수신되는 간섭 채널은 인접된 BS에 의해 제거되는 것을 의미한다. 케이스 4는 모든 BS가 간섭 채널을 제거하는 기능을 하고, 간섭 채널을 수신한 모든 MS의 해당 간섭 채널이 인접된 BS에 의해 제거되는 것을 의미한다.

②네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 ψ로 표현하는 단계(S20)

i번째 BS가 인접 셀에 대한 m개의 생성된 간섭 채널 및 i번째 셀의 MS에 대한 l개의 수신된 간섭 채널을 제거하는 경우, i번째 셀의 MS에 대한 SINR을

로 정의 할 수 있다. 이러한

는 이하의 수학식에 의해 계산될 수 있다.

상기 수학식 8에서,

은 n의 자유도를 갖는 Chi-square 분포의 확률 변수를 의미한다. β(·)는 Beta 분포의 확률 변수를 의미한다. 수학식 8의 분자는 비특허문헌 10의 lemma 2에 기재된 바를 통해 도출될 수 있으며, 수학식 8의 분모는 N_t 차원에서 h _ji와 w _j가 독립적이고 등방적이라는 사실에 의해 도출될 수 있고 이들의 벡터곱은 Beta 분포의 확률 변수로 표현될 수 있는 것이다. 왜냐하면 MS에 수신되는 l개의 간섭 채널은 인접된 BS에 의해 제거되고, 수학식 2의 분모는 위와 같이 표현될 수 있기 때문이다. 이때, 위에서 가정한 4가지 가능한 케이스를 상정하여 볼 때, R_sum(ψ)는 수학식 4와 8을 이용하여 이하 수학식과 같이 도출될 수 있다.

전송률의 분석과 관련하여, 전송률의 기대값과 그 상한치를 이하 수학식에서 도출하였다. 전송률 기대값의 상한치는

로 정의 될 수 있다.

상기 수학식 10에서 부등식은 Jensen's inequality를 따랐다. 수학식 10을 이용하여

은 이하 수학식으로 정리될 수 있다.

상기 수학식 11의

에 따르면 최적 확률 ψ^*를 결정할 수 있다.

③평균 전송률을 최대화하는 ψ의 값을 계산하는 단계(S30)

최적 확률 ψ*는

을

로 최대화하게 된다. 특히,

은 ψ의 2차 함수인 것을 확인할 수 있는데, 먼저 A가 0 보다 작아서

이 ψ에 대한 오목함수인 것을 상정해볼 수 있다. 극점인 ψ^D는, ψ^D지점은 [0,1]이면 ψ^*이 된다. 만약 ψ^D가 0 이하이거나 1 보다 크다면, ψ^*은 각각 0 또는 1이 된다. 또한 A가 0 보다 커서

이 ψ에 대한 볼록함수인 것을 상정해보면, ψ가 0 또는 1일때의 ψ^D가 최적 확률 ψ^*이 된다. 즉, ψ^D 는 이하 수학식과 같이 정리될 수 있다.

④ψ에 대응되는 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하는 단계(S40)

더 나아가, 위의 수학식을 통해 λ의 최적값인 λ^*을 구할 수 있다. 왜냐하면

는 감마(N_t,1) 분포를 갖고, ψ과 λ 사이는 1 대 1 대응관계가 성립하기 때문이다. 따라서 λ^*는 ψ^*의 도출에 의해 특정 값이 결정될 수 있다.

⑤각 BS에서 해당 간섭채널 범위를 선택하여 제거하는 단계(S50)

λ^*값이 결정되면 각 BS에 대해 λ^*값 이상의 채널을 제거하는 방식으로 간단히 네트워크 전체 전송률의 최적화를 이룰 수 있다. 구체적으로는 이후 데이터에서 확인될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면 위의 특징에 의해 종래의 복잡성이 단번에 해결될 수 있는 효과가 있다. 보다 구체적으로는 본 발명의 일실시예에 따라 도출되는 λ^*와 채널의 단순한 비교에 의해 옵티멀에 가까운 네트워크 전체의 전송률을 나타낼 수 있게 된다. 스킴(scheme)에 대한 계산의 복잡성은 주로 벡터의 실시간의 반복적인 프리코딩에서 요인되는데, 본 발명의 일실시예에 따르면 이러한 반복작업 없이 한번의 계산을 통해 전송률 최적화를 이룰 수 있게 되는 효과가 발생된다. 예를 들어, 선행문헌의 종래 기술의 반복 스킴에 따르면 일반적으로 30회 이상의 프리코딩 벡터 계산 반복이 요구되었다.

실시예 시뮬레이션 데이터

위에 언급된 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크의 빔 포밍 벡터 제공 시스템과 관련하여, 이하에서는 수치적인 실시예 시뮬레이션 데이터를 기재한다. 이는 통상의 기술자가 발명을 이해하고 효과를 확인하는데 도움이 될 것이나, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

본 발명의 일실시예 시뮬레이션 데이터는, 2-cell 모델을 기초로 하였고, Nt = 2, Nr = 1로 설정하였다. 시뮬레이션 내에서 pathloss 수치는 3.7로 설정하였다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션 데이터의 이격거리 대 옵티멀 채널값을 도시한 그래프이다. 도 4의 시뮬레이션의 SNR은 20dB로 설정하였다. 도 4에 도시된 바와 같이 λ^*의 값이 MS와 BS 사이의 거리에 따라 변화하는 것을 확인할 수 있다. 본 시뮬레이션에서 MS1은 고정적으로 0.5R와 R에 위치되고, MS2는 0.5R과 R의 사이에 위치된다(R은 셀의 반지름). 도 4에서 점선은 본 발명의 일실시예에 의해 평균 전송률의 근사값에서 도출된 λ^*(본 발명)이고, 실선은 실제 채널 인식을 포함하는 평균 전송률에서 도출된 실제값(비교데이터)이다. 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 시스템은 λ^*에 대한 약간의 과대평가에도 불구하고, λ^*를 도출해내는데 현저하게 효율적인 시스템임을 확인할 수 있다. 도 4에 따르면, MS가 BS의 가까이에 위치하고 있을 때에는 λ^*의 최적값이 상승하는 것을 확인할 수 있고, 이에 따르면 셀 각각에서 신호 세기를 최대화하기 위해 각각의 셀이 이기적인 알고리즘으로 구동된다는 것을 알 수 있다. 반대로 MS가 이동하여 셀의 모서리로 위치하게 되면, λ^*의 최적값은 점차 감소하게 되고, 이에 따르면 셀 각각에서 인접 셀의 간섭 채널을 제거하기 위해 각각의 셀이 이타적인 알고리즘으로 구동된다는 것을 알 수 있다.

도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 2-cell에서의 시뮬레이션 값을 종래의 빔 포밍과 비교한 비교데이터이다. 도 5에 도시된 바와 같이 2-cell에서의 평균 전송률 퍼포먼스를 종래 기술과 대비할 수 있다. 도 5에서는 비반복적인 ZF 및 MRT, 반복적인 스킴(scheme) 및 아이겐 빔 포밍(Eigen beamforming)을 이용하여 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션 값과 대비하였다. MS들은 0.5R과 R의 사이에 위치된다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션에 따르면 비반복적인 종래 기술인 ZF 및 MRT 보다, 전체 SNR 값 안에서도 더 나은 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다. 게다가 반복수행에 비해서도 평균 전송률 측면에서 큰 차이를 보이지 않고 있다. 구체적으로 도 3에서는 반복수행(시뮬레이션 환경에서 약 40회 연산)에 비해 약 93%의 성능을 달성하고 있는 것을 확인할 수 있다. 계산 과부하의 지속 가능한 저감을 생각해볼 때, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크의 빔 포밍 벡터 제공 시스템은 셀룰러 네트워크, 특히 초소형 고밀도 네트워크에 적합할 수 있다. SGINR 기반인 아이겐 빔 포밍의 경우, 2-cell에서는 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션 데이터와 근접한 퍼포먼스를 보인다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3-cell에서의 시뮬레이션 값을 종래의 빔 포밍과 비교한 비교데이터이다. 도 6에 도시된 바와 같이 3-cell에서의 평균 전송률 퍼포먼스를 종래 기술과 대비할 수 있다. 도 6에서는 3-cell에서의 평균 전송률 퍼포먼스를 비반복적인 ZF 및 MRT 및 아이겐 빔 포밍을 이용하여 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션 값과 비교하였다. 3-cell에서는 반복수행이 불가하므로, 반복수행 시뮬레이션은 제외되었다. 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션에 따르면 간섭이 낮은 구간에서는 아이겐 빔 포밍이 가장 전송률 퍼포먼스가 좋고, ZF가 가장 퍼포먼스가 낮은 것을 확인할 수 있다. 그러나 간섭이 큰 특정 SNR 값(도 6에서는 약 12dB) 이상에서는 본 발명의 일실시예에 따른 결과가 가장 전송률 퍼포먼스가 좋은 것을 확인할 수 있다.

따라서 셀 엣지 등 간섭의 해소가 유의미한 구간에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 전송률 퍼포먼스가 아이겐 빔 포밍을 포함한 종래 기술의 퍼포먼스에 비해 가장 뛰어난 것을 확인할 수 있다. 특히 아이겐 빔 포밍은 셀의 개수가 많아질수록 그 퍼포먼스가 현격하게 저감되는데 반해, 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 방법에 따르면 셀의 개수나 안테나의 개수에 상관없이 향상된 전송률 퍼포먼스를 얻을 수 있게 된다.

컴퓨터상에서 빔 포밍 벡터 제공 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램 및 이를 기록한 기록매체

본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터상에서 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램은, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 방법의 각 단계에 의해 수행되도록 컴퓨터 시스템상에서 구현될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터상에서 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 방법을 수행하는 컴퓨터상에서 판독가능한 기록매체는, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 빔 포밍 벡터 제공 방법의 각 단계에 의해 수행되도록 컴퓨터 시스템 상에서 구현된 컴퓨터 프로그램이 기록된 USB, CD 등의 유형적인 기록매체를 의미할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 빔 포밍 벡터 제공 장치
10: 빔 포밍 벡터 제공 시스템
110: 송신단(BS)
120: 수신단(MS)
210: 입력부
220: 제어부
230: 출력부
240: 저장부

Claims

복수의 기지국으로 구성되고, 상기 복수의 기지국 각각의 신호 송출을 제어하는 빔 포밍 벡터 제공 장치를 포함하는 송신단; 및
상기 송신단에서 송출되는 신호가 수신되고, 적어도 하나의 단말부가 포함되는 수신단;
을 포함하고,
상기 빔 포밍 벡터 제공 장치는,
상기 복수의 기지국에 의해 상기 단말부에서 발생되는 간섭 채널이 제거될 확률인 ψ을 정의하고, 네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 ψ로 표현하며, 상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값을 계산하고, 상기 ψ에 대응되는 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하며,
상기 송신단은, 상기 빔 포밍 벡터 제공 장치에 의해 도출된 상기 제거해야할 간섭채널의 범위를 토대로, 각각의 상기 기지국에서 해당 간섭채널 범위를 선택하여 제거하는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 시스템.
제1항에 있어서,
상기 평균 전송률은 이하 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 시스템:
[수학식]

상기 수학식에서, E(·)는 기대값,
는 네트워크 전체의 전송률,
는 전송률 기대값의 상한치,
는 i번째 기지국의 인접 셀에 대한 m개의 생성된 간섭 채널 및 i번째 셀의 단말부에 대한 l개의 수신된 간섭 채널을 제거하는 경우의 i번째 셀의 MS에 대한 SINR을 의미함.
제1항에 있어서,
상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값의 계산은 이하의 수학식으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 시스템:
[수학식]

,

상기 수학식에서,
는 네트워크 전체의 전송률,
는 전송률 기대값의 상한치, ψ^*은 최적 확률, ψ^D는 극점, A, B, C는 상기 빔 포밍 벡터 제공 장치의 파워 및 상기 적어도 하나의 단말부의 위치에 따라 결정되는 상수를 의미함.
적어도 하나의 단말부가 포함되는 수신단에 신호를 송출하고, 복수의 기지국으로 구성되는 송신단에 구비되고,
상기 복수의 기지국에 의해 상기 단말부에서 발생되는 간섭 채널이 제거될 확률인 ψ을 정의하고, 네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 ψ로 표현하며, 상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값을 계산하고, 상기 ψ에 대응되는 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 장치.
제4항에 있어서,
상기 평균 전송률은 이하 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 장치:
[수학식]

상기 수학식에서, E(·)는 기대값,
는 네트워크 전체의 전송률,
는 전송률 기대값의 상한치,
는 i번째 기지국의 인접 셀에 대한 m개의 생성된 간섭 채널 및 i번째 셀의 단말부에 대한 l개의 수신된 간섭 채널을 제거하는 경우의 i번째 셀의 MS에 대한 SINR을 의미함.
제4항에 있어서,
상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값의 계산은 이하의 수학식으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 장치:
[수학식]

,

상기 수학식에서,
는 네트워크 전체의 전송률,
는 전송률 기대값의 상한치, ψ^*은 최적 확률, ψ^D는 극점, A, B, C는 상기 빔 포밍 벡터 제공 장치의 파워 및 상기 적어도 하나의 단말부의 위치에 따라 결정되는 상수를 의미함.
적어도 하나의 단말부가 포함되는 수신단에 신호를 송출하고, 복수의 기지국으로 구성되는 송신단의 빔 포밍 벡터 제공 장치에 의해 수행되는 빔 포밍 벡터 제공 방법에 있어서,
상기 복수의 기지국에 의해 상기 단말부에서 발생되는 간섭 채널이 제거될 확률인 ψ을 정의하는 단계;
네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 상기 ψ로 표현하는 단계;
상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값을 계산하는 단계; 및
상기 ψ에 대응되는, 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 방법.
제7항에 있어서,
상기 평균 전송률은 이하 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 방법:
[수학식]

상기 수학식에서, E(·)는 기대값,
는 네트워크 전체의 전송률,
는 전송률 기대값의 상한치,
는 i번째 기지국의 인접 셀에 대한 m개의 생성된 간섭 채널 및 i번째 셀의 단말부에 대한 l개의 수신된 간섭 채널을 제거하는 경우의 i번째 셀의 MS에 대한 SINR을 의미함.
제7항에 있어서,
상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값의 계산은 이하의 수학식으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 방법:
[수학식]

,

상기 수학식에서,
는 네트워크 전체의 전송률,
는 전송률 기대값의 상한치, ψ^*은 최적 확률, ψ^D는 극점, A, B, C는 상기 빔 포밍 벡터 제공 장치의 파워 및 상기 적어도 하나의 단말부의 위치에 따라 결정되는 상수를 의미함.
적어도 하나의 단말부가 포함되는 수신단에 신호를 송출하고, 복수의 기지국으로 구성되는 송신단의 빔 포밍 벡터 제공 장치에 의해 수행되는 빔 포밍 벡터 제공 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서,
상기 복수의 기지국에 의해 상기 단말부에서 발생되는 간섭 채널이 제거될 확률인 ψ을 정의하는 단계;
네트워크 전체(network-wide)의 평균 전송률을 상기 ψ로 표현하는 단계;
상기 평균 전송률을 최대화하는 상기 ψ의 값을 계산하는 단계; 및
상기 ψ에 대응되는, 제거해야할 간섭채널의 범위를 구하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 포밍 벡터 제공 방법을 컴퓨터상에서 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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