KR101625741B1 - 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템 및 방법이 제시된다. 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 방법에 있어서, 각각의 상기 사용자가 채널 크기를 양자화 하는 단계; 및 각각의 상기 사용자가 상기 채널 크기에 따라 채널 방향의 피드백 정확도를 바꾸어 상기 채널 방향을 양자화 하는 단계를 포함한다.

Description

다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템 및 방법{System and Method for Codebook Design for Multiuser Communication System}
본 발명은 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 채널 크기를 반영하여 채널 방향 양자화 하는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이 발명은　2014년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구이다(No. 2011-0029329).
종래에는 사용자당 일정 크기의 피드백이 할당될 때 전체 피드백 양을 둘로 나누어 각각의 크기에 맞게 채널 크기와 채널 방향을 독립적으로 양자화 하였다. 하지만, 피드백 오차로 인한 성능 손실을 살펴보면 채널 방향 양자화 오차가 채널 크기에 따라 증가한다는 것을 알 수 있고, 따라서 채널 방향 양자화가 채널 크기에 따라 적응적으로 행해져야 한다는 결론에 도달할 수 있다.
또한, 종래의 피드백 기법에서는 네트워크에 있는 전체 사용자 수를 고려하지 않았다. 만약 네트워크 상에 많은 사용자가 존재한다면 더 큰 채널을 가진 사용자가 존재할 확률이 더 커진다. 따라서, 네트워크 상의 사용자 수를 고려하여 사용자가 많을 경우 채널 크기가 큰 사용자가 좀더 자세한 채널 방향을 피드백 함으로써 시스템의 성능을 증가시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 채널 크기를 반영하여 채널 방향 양자화 함으로써 피드백 오차로 인한 성능 손실을 줄일 수 있는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 네트워크에 있는 사용자의 수를 고려하여 사용자가 많을 경우, 채널 크기가 큰 사용자가 더 자세한 채널 방향을 피드백 함으로써, 시스템의 성능을 증가시킬 수 있는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템에 있어서, 각각의 상기 사용자가 채널 크기를 양자화 하는 채널 크기 양자화기; 및 상기 채널 크기 양자화기에서의 상기 채널 크기에 따라 채널 방향의 피드백 정확도를 바꾸어 상기 채널 방향을 양자화 하는 채널 방향 양자화기를 포함한다.
상기 채널 방향의 피드백 정확도는 네트워크 상의 전체 사용자의 수에 따라 상기 채널 크기에 따른 상기 채널 방향의 피드백 정확도가 변화할 수 있다.
상기 채널 방향 양자화기는 네트워크 상의 전체 사용자의 수가 많을수록 더 큰 상기 채널 크기를 가진 상기 사용자가 많아지고, 더 큰 상기 채널 크기를 가진 상기 사용자가 더 많은 수의 상기 채널 방향을 가져 상기 채널 방향의 피드백 정확도가 높아질 수 있다.
상기 채널 방향 양자화기는 전체 사용자의 수가 많아질수록 상기 채널 크기가 큰 상기 사용자가 더 많은 수의 코드워드를 사용하여 상기 채널 방향을 측정할 수 있다.
각각의 상기 사용자는 양자화된 상기 채널 크기 정보와 상기 채널 방향 정보를 송신부에 보내고, 상기 채널 크기 정보와 상기 채널 방향 정보를 바탕으로 상기 송신부에 의해 선택된 상기 사용자가 빔포밍될 수 있다.
다른 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 방법에 있어서, 각각의 상기 사용자가 채널 크기를 양자화 하는 단계; 및 각각의 상기 사용자가 상기 채널 크기에 따라 채널 방향의 피드백 정확도를 바꾸어 상기 채널 방향을 양자화 하는 단계를 포함한다.
상기 채널 방향의 피드백 정확도는 네트워크 상의 전체 사용자의 수에 따라 상기 채널 크기에 따른 상기 채널 방향의 피드백 정확도가 변화할 수 있다.
상기 채널 방향을 양자화 하는 단계는 네트워크 상의 전체 사용자의 수가 많을수록 더 큰 상기 채널 크기를 가진 상기 사용자가 많아지고, 더 큰 상기 채널 크기를 가진 상기 사용자가 더 많은 수의 상기 채널 방향을 가져 상기 채널 방향의 피드백 정확도가 높아질 수 있다.
전체 사용자의 수가 많아질수록 상기 채널 크기가 큰 상기 사용자가 더 많은 수의 코드워드를 사용하여 상기 채널 방향을 측정할 수 있다.
각각의 상기 사용자는 양자화된 상기 채널 크기 정보와 상기 채널 방향 정보를 송신부에 보내는 단계; 및 상기 송신부에 의해 선택된 상기 사용자가 빔포밍되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 채널 크기를 반영하여 채널 방향 양자화 함으로써 피드백 오차로 인한 성능 손실을 줄일 수 있는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 네트워크에 있는 사용자의 수를 고려하여 사용자가 많을 경우, 채널 크기가 큰 사용자가 더 자세한 채널 방향을 피드백 함으로써, 시스템의 성능을 증가시킬 수 있는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1의 (a)는 일반적인 코드북 구조를 나타낸 도이고, 도 1의 (b)는 일반적인 코드북 구조의 예를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 방법을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자화기의 성능을 평가하기 위한 코드북의 예를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신신호 잡음비(SNR)에 따른 코드북의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 수에 따른 코드북의 성능을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
무선 통신 시스템의 성능은 송신부에서 채널 정보를 이용함으로써 크게 향상될 수 있다. 시분할 송수신 시스템의 경우 상향 링크의 채널로부터 송신부가 직접 채널 정보를 얻을 수 있다. 하지만, 주파수 분할 송수신 시스템의 경우 상향 링크의 채널과 하향 링크에서 다른 주파수를 사용하므로, 두 링크의 채널이 독립적이고 송신부는 수신부로부터 채널 정보를 받아야 한다. 이때, 실제 시스템에서는 업링크 채널이 제한되므로 수신부에서는 자신의 채널을 일정 크기로 양자화하여 보내주어야 한다. 시스템의 성능은 양자화 오류에 따라 저하되는데, 이러한 현상은 특히, 송신부가 다수의 사용자를 한꺼번에 서비스하는 다중 사용자 다중 안테나 채널에서 두드러진다. 따라서, 제한된 피드백 크기 하에서 효율적인 채널 피드백 기법이 필요하게 된다.
통상적으로 무선 통신 시스템은 하나의 송신부가 다수의 사용자를 가지고 있다. 이때, 송신부는 채널 상황이 좋은 사용자를 선택하여 서비스 함으로써 시스템 성능을 증가시킬 수 있다. 그리고, 사용자 선택을 위해서는 채널의 방향뿐만 아니라 채널의 크기도 필요하다. 하지만, 일정 피드백 크기 하에서 어떻게 채널 크기와 방향을 동시에 피드백 할지 심도 있게 연구되지 않았다. 또한, 사용자가 많을수록 일정 크기 이상의 채널 크기를 가지고 있는 사용자의 수가 많아지기 때문에 네트워크의 상황에 맞게 전체 사용자의 수를 고려한 효율적인 피드백 기법이 필요하다.
도 1의 (a)는 일반적인 코드북 구조를 나타낸 도이고, 도 1의 (b)는 일반적인 코드북 구조의 예를 나타낸 도이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 코드북 구조(100)는 채널 크기 양자화기(110)와 채널 방향 양자화기(120)를 포함할 수 있으며, 일반적인 코드북 구조는 채널의 크기와 채널의 방향이 각각 독립적으로 양자화 된 후 서로 곱해지게 된다.
예를 들어, 기존의 일반적인 채널 양자화기는
Figure 112014065548816-pat00001
비트 채널 크기 양자화기(110)
Figure 112014065548816-pat00002
와
Figure 112014065548816-pat00003
비트 채널 방향 양자화기(120)
Figure 112014065548816-pat00004
를 사용할 수 있다. 다시 말하면, 일반적인 양자화기(
Figure 112014065548816-pat00005
)는
Figure 112014065548816-pat00006
로 표현할 수 있다. 이때,
Figure 112014065548816-pat00007
Figure 112014065548816-pat00008
는
Figure 112014065548816-pat00009
비트 채널 크기 코드북이고,
Figure 112014065548816-pat00010
는
Figure 112014065548816-pat00011
비트 채널 방향 코드북이 될 수 있다. 따라서, 도 1의 (b)와 같이 일반적인 코드북 구조의 예를 나타낼 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델을 나타낸 도이다.
도 2를 참조하면, 시스템 모델(200)은 다수의 안테나를 가진 송신부(210)이 다수의 사용자들(220)을 서비스할 수 있다. 이때, 송신부(210)은 총 M개의 안테나를 가지고 있고, 각 사용자(220)는 하나의 수신 안테나를 가지고 있다고 가정할 수 있다. 그리고, 각 사용자(220)는 자신의 채널을 양자화 하여 송신부(210)으로 건네줄 수 있다.
k 번째 사용자(220)에서 수신된 신호 yk는 다음 식과 같이 모델링 될 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00012
여기서,
Figure 112014065548816-pat00013
는 k 번째 사용자에서의 채널이고,
Figure 112014065548816-pat00014
는 송신부에서의 송신 신호이며,
Figure 112014065548816-pat00015
은 가우시안 노이즈이다. 그리고, 송신부에서 최대 송신파워를 P라고 할 때, 송신 신호는
Figure 112014065548816-pat00016
를 만족하여야 한다.
또한, 각 사용자(220)가 B 비트의 피드백 비트를 사용하여 송신부(210)에게 채널정보를 알려준다고 가정할 수 있다. 그리고, 송신부(210)이 사용자(220)를 선택하기 위해서는 각 사용자의 채널 크기 정보(Channel Gain Information; CGI)와 채널 방향 정보(Channel Direction Information; CDI)를 모두 알아야 하므로, 각 사용자가 보내는 B 비트 피드백 안에는 채널 크기 정보와 채널 방향 정보가 모두 포함되어 있어야 한다.
예를 들어, 송신부가 M개의 안테나를 가지고 있는 경우, 전체 K명의 사용자 중에 최대 M명을 선택하여 동시에 서비스 할 수 있다. 이때, 선택된 사용자의 집합을
Figure 112014065548816-pat00017
라고 할 때, 선택된 사용자 집합
Figure 112014065548816-pat00018
는
Figure 112014065548816-pat00019
와
Figure 112014065548816-pat00020
를 만족시켜야 한다. 여기서, [K]={1, 2, ..., K}이고, ||는 집합의 원소 수를 나타낸다.
송신부가 선택된 사용자
Figure 112014065548816-pat00021
를 서비스 하기 위해서 빔포밍 벡터를
Figure 112014065548816-pat00022
로 표시하면, 송신 신호는
Figure 112014065548816-pat00023
로 주어질 수 있다. 이때,
Figure 112014065548816-pat00024
는 사용자 s를 위한 메시지로 사용자 s를 위한 송신파워가
Figure 112014065548816-pat00025
일 때
Figure 112014065548816-pat00026
를 만족할 수 있다.
따라서, 선택된 사용자
Figure 112014065548816-pat00027
에서 수신된 신호(ys)는 다음 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00028
또한, 얻을 수 있는 전송 속도는 다음 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00029
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템을 나타낸 도이다.
도 3을 참조하면, 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템(300)은 채널 크기 양자화기(310)과 채널 방향 양자화기(320)을 포함할 수 있다.
채널 크기 양자화기(310)는 각각의 상기 사용자가 채널 크기를 양자화 할 수 있다.
채널 방향 양자화기(320)는 채널 크기 양자화기(310)에서의 상기 채널 크기에 따라 채널 방향의 피드백 정확도를 바꾸어 상기 채널 방향을 양자화 할 수 있다. 이때, 상기 채널 방향의 피드백 정확도는 네트워크 상의 전체 사용자의 수에 따라 상기 채널 크기에 따른 상기 채널 방향의 피드백 정확도가 변화할 수 있다. 그리고, 채널 방향 양자화기(320)는 네트워크 상의 전체 사용자의 수가 많을수록 더 큰 상기 채널 크기를 가진 상기 사용자가 많아지게 되고, 더 큰 상기 채널 크기를 가진 상기 사용자가 더 많은 수의 상기 채널 방향을 가져 상기 채널 방향의 피드백 정확도가 높아질 수 있다. 다시 말하면, 상기 채널 방향 양자화기(320)는 전체 사용자의 수가 많아질수록 상기 채널 크기가 큰 상기 사용자가 더 많은 수의 코드워드를 사용하여 상기 채널 방향을 측정할 수 있다.
또한, 각각의 상기 사용자는 양자화된 상기 채널 크기 정보와 상기 채널 방향 정보를 송신부에 보낼 수 있다. 이러한, 상기 채널 크기 정보와 상기 채널 방향 정보를 바탕으로 상기 송신부에 의해 선택된 상기 사용자가 빔포밍될 수 있다.
예를 들어, 사용자 k가 B 비트 코드북
Figure 112014065548816-pat00030
를 사용하고, 사용자 k의 양자화 과정을
Figure 112014065548816-pat00031
로 표현하면 사용자 k의 양자화 된 채널
Figure 112014065548816-pat00032
는 다음 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00033
이때, 송신부는 피드백을 통하여 채널 정보를 얻으므로, 모든 사용자의 피드백이 끝난 후 송신부는 실제 채널
Figure 112014065548816-pat00034
대신에 양자화 된 채널
Figure 112014065548816-pat00035
의 정보를 가지게 되고, 양자화 된 채널 정보를 이용하여 사용자를 선택하고 빔포밍을 할 수 있다.
송신부가 사용자에게 동일한 파워를 할당할 때, 시스템이 얻을 수 있는 총 전송속도(R)는 다음 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00036
이와 같이, 본 발명은 평균 전송 속도를 높일 수 있는 채널 양자화 기법을 제안할 수 있다. 다시 말해서, 각 사용자에서의 채널 양자화기
Figure 112014065548816-pat00037
와 코드북
Figure 112014065548816-pat00038
를 제안할 수 있다.
채널 양자화 과정을 더 상세히 설명하면, 사용자 k의 채널
Figure 112014065548816-pat00039
은 채널 크기
Figure 112014065548816-pat00040
와 채널 벡터
Figure 112014065548816-pat00041
로 나누어질 수 있으므로, 양자화 된 채널
Figure 112014065548816-pat00042
또한 채널 크기
Figure 112014065548816-pat00043
와 채널 방향
Figure 112014065548816-pat00044
로 나누어질 수 있다. 따라서, 사용자 k의 양자화 과정
Figure 112014065548816-pat00045
은 다음과 같이 채널 크기 양자화기
Figure 112014065548816-pat00046
와 채널 방향 양자화기
Figure 112014065548816-pat00047
의 곱으로 표현될 수 있고, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00048
여기서,
Figure 112014065548816-pat00049
이고,
Figure 112014065548816-pat00050
이다.
이때, 원래 채널 방향은 다음과 같이 양자화 된 채널 방향으로 표현이 가능하며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00051
여기서, Zk는 다음과 같이 주어지는 채널 방향 양자화 오차이고, ek는 크기가 1인 채널 방향 양자화 오류의 방향 벡터이다.
본 발명에 따른 코드북 구조는 채널 피드백 오류의 영향에 기반을 둘 수 있다. 그리고, 위에서 설명한 바와 같이, 양자화 된 채널을 이용했을 때 얻을 수 있는 성능은 다음 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00052
이때,
Figure 112014065548816-pat00053
은 두 개의 항
Figure 112014065548816-pat00054
와
Figure 112014065548816-pat00055
를 이용하여,
Figure 112014065548816-pat00056
과 같이 표현될 수 있으며,
Figure 112014065548816-pat00057
와
Figure 112014065548816-pat00058
를 각각 다음 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00059
그리고,
Figure 112014065548816-pat00060
는 간섭에 의한 성능 손실로, 다음 식과 같이 바운드 될 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00061
여기서, 식 (a)는 로그(log) 함수의 오목성(concavity)에 의해 성립할 수 있고, 식 (b)는 젠슨 부등식에 의해 성립할 수 있다. 또한, 식 (c)는 두 텀
Figure 112014065548816-pat00062
와
Figure 112014065548816-pat00063
가 서로 독립적이기 때문에 성립 가능하다. 따라서, 상기 식의 마지막 부분에서 확인할 수 있듯이, 성능 손실은 채널의 크기와 채널 방향 양자화 오류 값에 비례하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 방법을 나타낸 도이다.
도 4를 참조하면, 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템을 이용하여 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계를 할 수 있다.
단계(410)에서, 채널 크기 양자화기는 각각의 사용자가 채널 크기를 양자화 할 수 있다.
단계(420)에서, 채널 방향 양자화기는 채널 크기에 따라 채널 방향의 피드백 정확도를 바꾸어 채널 방향을 양자화 할 수 있다. 이때, 채널 크기에 따른 채널 방향의 피드백 정확도는 네트워크 상의 전체 사용자의 수에 따라 상기 채널 크기에 따른 상기 채널 방향의 피드백 정확도가 변화할 수 있다. 이는, 사용자의 수가 많을수록 더 큰 채널을 가지는 사용자가 존재할 확률이 높아지기 때문이다.
즉, 상기 채널 방향을 양자화 하는 단계는 네트워크 상의 전체 사용자의 수가 많을수록 더 큰 상기 채널 크기를 가진 상기 사용자가 많아지고, 더 큰 상기 채널 크기를 가진 상기 사용자가 더 많은 수의 상기 채널 방향을 가져 상기 채널 방향의 피드백 정확도가 높아질 수 있다. 그리고, 전체 사용자의 수가 많아질수록 상기 채널 크기가 큰 상기 사용자가 더 많은 수의 코드워드를 사용하여 상기 채널 방향을 측정할 수 있다.
이후, 각각의 상기 사용자는 양자화된 상기 채널 크기 정보와 상기 채널 방향 정보를 송신부에 보낼 수 있다.
이어, 상기 송신부에 의해 양자화된 상기 채널 크기 정보와 상기 채널 방향 정보가 반영되어 선택된 상기 사용자가 빔포밍될 수 있다.
도 4의 (b)는 4 비트 코드북의 예를 나타내는 것으로, 채널 크기가 작을 경우 채널을 4 방향 중 하나의 방향으로 양자화 하고, 채널 크기가 클 경우 채널을 8 방향 중 하나의 방향으로 양자화 할 수 있다.
또한, 채널 코드북 방향은 사용자의 수에 따라 변화하는데, 예를 들어 사용자 수에 따른 8 비트 코드북의 경우 다음의 [표 1]과 같이 동작할 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00064
여기서, 모두 8 비트 코드북이므로 각각의 경우 총 코드워드 개수는 2^8=128개로 동일하다.
이를 수식으로 나타낼 경우, 예를 들어 코드북이
Figure 112014065548816-pat00065
비트의 채널 크기 코드북
Figure 112014065548816-pat00066
를 사용할 수 있다. 그리고, 각 채널 크기 코드북의 양자화 값에 해당하는
Figure 112014065548816-pat00067
개의 채널 크기 부-코드북(sub-codebook)
Figure 112014065548816-pat00068
가 존재할 수 있다. 이때, 코드북은 총
Figure 112014065548816-pat00069
개의 코드워드를 가지며 다음 식과 같이 표현이 가능하다.
Figure 112014065548816-pat00070
추가적으로, 본 발명의 코드북을 다음과 같이 최적화할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 코드북의 구조는
Figure 112014065548816-pat00071
값에 연관되어 있는데, 이 값은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00072
여기서, Vi는 i 번째 채널 크기 코드워드에 해당하는 채널 벡터 스페이스의 보로노이 영역(Voronoi region)이다. 상기 식에서, 식 (a)는 채널 크기와 채널 방향이 독립적이기 때문에 성립될 수 있고, 식 (b)는 채널 크기 양자화의 대푯값
Figure 112014065548816-pat00073
의 정의에 따라 성립될 수 있다. 따라서, 해결하려는 문제는 다음 식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00074
하지만, 이 문제는 바로 해결하기 어려우므로 다음과 같은 관계식을 이용할 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00075
이때, 식 (a)는 랜덤 벡터 채널 크기 코드북을 가정에 의해 성립하고, 식 (b)는 베타 함수의 속성
Figure 112014065548816-pat00076
에 의해 성립할 수 있다.
따라서, 문제를 다음 식과 같이 바꿀 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00077
이는, convex 문제로 답이 다음 식과 같이 쉽게 얻어질 수 있다.
Figure 112014065548816-pat00078
여기서,
Figure 112014065548816-pat00079
Figure 112014065548816-pat00080
로부터 코드북이 전체 피드백 비트 수를 바꾸지 않으면서 최적화 되었다는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자화기의 성능을 평가하기 위한 코드북의 예를 나타낸 그래프이다.
예를 들어, 양자화기의 성능을 평가하기 위해서 송신부가 4개의 안테나를 가지고 있는 상황을 고려할 수 있다. 먼저, 채널 크기 양자화에 Lloyd-Max 양자화기가 사용된다고 가정하고, 2 비트 채널 크기 양자화기
Figure 112014065548816-pat00081
를 도출할 수 있다.
도 5를 참조하면, 2 비트 채널 크기 양자화기에 따라 총 8 비트의 최적화된 벡터 채널 양자화기를 도출할 수 있다. 여기서, 채널 크기 양자화기에 사용되는 비트 수가 2 비트이므로 총 4개의 채널 크기 양자화 값이 존재하고, 각 채널 크기 양자화 값에 따른 코드북의 크기가 사용자 수에 따라 변하게 된다. 따라서, 사용자 수가 많아질수록 채널 크기가 큰 사용자가 더 많은 수의 코드워드를 사용하여 채널 방향을 측정하게 될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신신호 잡음비(SNR)에 따른 코드북의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 채널 양자화기를 사용한 성능은 확인할 수 있다. 이때, CGI는 채널 크기 정보(Channel Gain Information)를 의미하고, CDI는 채널 방향 정보(Channel Direction Information)을 의미할 수 있다. 여기서, 제안된 코드북(two-stage codebook)의 성능이 기존 구조의 코드북(product codebook) 보다 더 높은 성능을 얻을 수 있고, 채널 크기를 완벽히 아는 이론적 성능(perfect CGI+8 bit CDI codebook)에 근접함을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 수에 따른 코드북의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 사용자 수에 따라 얻을 수 있는 시스템 성능을 나타내는 것으로, 제안된 코드북(two-stage codebook)으로 얻을 수 있는 성능이 사용자 수에 따라 기존 구조의 코드북(product codebook) 보다 훨씬 빠르게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 제안된 코드북이 기존 구조의 코드북보다 이론적 성능(perfect CGI+8 bit CDI codebook)에 근접함을 확인할 수 있다. 이는, 제안한 코드북의 설계에 사용자 수를 반영함으로써, 사용자의 수가 증가할수록 빠르게 성능이 증가할 수 있는 것이다.
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, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable 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 컨트롤러를 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.
200: 시스템 모델
210: 송신부
220: 사용자
300: 적응형 코드북 설계 시스템
310: 채널 크기 양자화기
320: 채널 방향 양자화기

Claims (10)

  1. 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템에 있어서,
    각각의 상기 사용자가 채널 크기를 양자화하는 채널 크기 양자화기; 및
    상기 채널 크기 양자화기에서의 상기 채널 크기에 따라 채널 방향의 피드백 정확도를 바꾸어 상기 채널 방향을 양자화하는 채널 방향 양자화기
    를 포함하고,
    상기 채널 방향의 피드백 정확도는,
    상기 무선 통신시스템 상의 전체 사용자의 수가 많을수록 일정 크기 이상의 채널 크기를 가진 상기 사용자가 많아지고, 상기 양자화된 채널 방향이 더 많은 수의 채널 방향을 포함하게 됨에 따라 높아지고,
    상기 채널 방향 양자화기는,
    네트워크 상의 전체 사용자의 수가 많을수록 상기 일정 크기 이상의 채널 크기를 가진 사용자가 더 많은 코드워드를 사용하여 상기 채널 방향을 양자화하는 것
    을 특징으로 하는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널 방향의 피드백 정확도는
    네트워크 상의 전체 사용자의 수에 따라 상기 채널 크기에 따른 상기 채널 방향의 피드백 정확도가 변화하는 것
    을 특징으로 하는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 사용자는 양자화된 상기 채널 크기 정보와 상기 채널 방향 정보를 송신부에 보내고, 상기 채널 크기 정보와 상기 채널 방향 정보를 바탕으로 상기 송신부에 의해 선택된 상기 사용자가 빔포밍되는 것
    을 특징으로 하는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 시스템.
  6. 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 방법에 있어서,
    각각의 상기 사용자가 채널 크기를 양자화하는 단계; 및
    각각의 상기 사용자가 상기 채널 크기에 따라 채널 방향의 피드백 정확도를 바꾸어 상기 채널 방향을 양자화하는 단계
    를 포함하고,
    상기 채널 방향의 피드백 정확도는,
    상기 무선 통신시스템 상의 전체 사용자의 수가 많을수록 일정 크기 이상의 채널 크기를 가진 상기 사용자가 많아지고, 상기 양자화된 채널 방향이 더 많은 수의 채널 방향을 포함하게 됨에 따라 높아지고,
    상기 채널 방향을 양자화하는 단계는,
    네트워크 상의 전체 사용자의 수가 많을수록 상기 일정 크기 이상의 채널 크기를 가진 사용자가 더 많은 코드워드를 사용하여 상기 채널 방향을 양자화하는 것
    을 특징으로 하는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 채널 방향의 피드백 정확도는
    네트워크 상의 전체 사용자의 수에 따라 상기 채널 크기에 따른 상기 채널 방향의 피드백 정확도가 변화하는 것
    을 특징으로 하는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    각각의 상기 사용자는 양자화된 상기 채널 크기 정보와 상기 채널 방향 정보를 송신부에 보내는 단계; 및
    상기 송신부에 의해 선택된 상기 사용자가 빔포밍되는 단계
    를 더 포함하는 다수의 사용자가 존재하는 무선 통신시스템에서 채널 피드백을 위한 적응형 코드북 설계 방법.
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