KR101625805B1 - maximum sum-rate based power efficient interference alignment in multi user mimo system - Google Patents

maximum sum-rate based power efficient interference alignment in multi user mimo system Download PDF

Info

Publication number
KR101625805B1
KR101625805B1 KR1020150129919A KR20150129919A KR101625805B1 KR 101625805 B1 KR101625805 B1 KR 101625805B1 KR 1020150129919 A KR1020150129919 A KR 1020150129919A KR 20150129919 A KR20150129919 A KR 20150129919A KR 101625805 B1 KR101625805 B1 KR 101625805B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transmitter
interference
receiver
matrix
power
Prior art date
Application number
KR1020150129919A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
장성진
김재명
주종옥
배인산
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
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 인하대학교 산학협력단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
Priority to KR1020150129919A priority Critical patent/KR101625805B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101625805B1 publication Critical patent/KR101625805B1/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
    • H04B7/08Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842Weighted combining
    • H04B7/0848Joint weighting
    • H04B7/0857Joint weighting using maximum ratio combining techniques, e.g. signal-to- interference ratio [SIR], received signal strenght indication [RSS]
    • 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
    • H04B7/0413MIMO systems
    • H04B7/0452Multi-user MIMO systems
    • 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
    • H04B7/0837Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842Weighted combining
    • H04B7/0862Weighted combining receiver computing weights based on information from the transmitter
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

Disclosed is a maximum sum-rate based power efficient interference alignment method in a multi-user MIMO system. The maximum sum-rate based power efficient interference alignment method in a multi-user MIMO system comprises a step of, for interference alignment on an interference channel, calculating a sum rate of working power of a transmitter as an objective function by taking into account the working power and then calculating pre-coding of the transmitter via the objective function.

Description

다중사용자다중안테나 시스템에서 용량합 최대화 기반의 전력효율적인 간섭정렬방법{maximum sum-rate based power efficient interference alignment in multi user mimo system}[0001] The present invention relates to a power-efficient interference sorting method based on capacity sum maximization in a multi-user multi-antenna system,

아래의 설명은 다중안테나 기반의 다중사용자들로 구성된 네트워크에서 효율적인 전력 사용을 위해 간섭정렬 알고리즘을 구성하는 방법에 관한 것이다.The following description relates to a method for constructing an interference sorting algorithm for efficient power usage in a network composed of multiple users based on multiple antennas.

다중 사용자로 구성된 네트워크에서는 시간, 채널, 공간적인 무선자원을 동시에 사용할 경우 사용자 간에 간섭이 발생한다. 이러한 간섭채널에서 간섭을 제거하는 일반적인 방법은 시간을 나누어 쓰는 시분할다중접속, 주파수를 나누어 쓰는 주파수분할다중접속 등이 있다. 그러나, 이들 방법은 시간이나, 주파수적인 측면의 자원을 한 사용자에게만 할당하여 대역효율이 낮아지게 된다.In a multi-user network, interference occurs between users when using time, channel, and spatial radio resources at the same time. A common method for removing interference in such an interference channel is time division multiple access which divides time, frequency division multiple access which divides frequency, and the like. However, these methods allocate resources in terms of time and frequency only to a single user, resulting in a low band efficiency.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 간섭정렬(IA: Interference Alignment) 알고리즘이 제안되었다. 간섭정렬은 수신기에서 다수의 간섭신호를 특정 신호 영역에 정렬 시킨 후 원하는 메시지만을 복조하는 방식이다. 이를 위해서는 각각의 송신기 송신신호가 원하지 않는 수신기의 신호공간 영역에 포함되지 않고, 원하는 수신기의 신호공간 영역에 포함되도록 송신기의 송신신호를 조정해야 한다. 간섭정렬 알고리즘은 단일안테나 시스템과 다중안테나 시스템에 모두 적용할 수 있으나 단일안테나 시스템에 적용할 경우 심볼확장이 요구되며 이러한 경우 상당한 기간의 채널에 대한 정보가 필요하므로 채널이 변하는 무선채널에 적용하기 어렵다. 간섭정렬은 간섭채널의 다른 사용자들로부터 수신되는 간섭들이 모두 제한된 공간에 정렬되도록 송수신벡터를 설계함으로써 K명의 M×M 다중안테나 기반의 시변화간섭채널상에서 KM/2의 자유도(DoF: Degree of Freedom)가 달성됨이 증명되었다. 자유도는 높은 SNR에서 합용량과 log(SNR) 비율의 극한으로써 다중화 이득(multiplexing gain)으로 해석될 수 있다. 간섭정렬 알고리즘에는 비반복적(closed-form) 방법과 반복적(iterative) 방법이 있는데, 비반복적 방법은 모든 사용자에 대한 채널정보를 알아야 하고 K=3이 아닌 경우에 대해 기존 간섭정렬 알고리즘의 확장이 불가능하다. 반복알고리즘은 간섭정렬을 위한 송수신벡터가 닫힌 형태로 구해지진 않지만 모든 채널정보를 필요로 하는 문제점을 해결할 수 있다.Therefore, to solve this problem, an interference alignment (IA) algorithm has been proposed. The interference alignment is a method of aligning a plurality of interference signals in a specific signal area at a receiver and demodulating only a desired message. To do this, the transmit signal of the transmitter must be adjusted so that each transmitter transmit signal is not included in the signal space region of the unwanted receiver but is included in the signal space region of the desired receiver. The interference alignment algorithm can be applied to both a single antenna system and a multi-antenna system, but when applied to a single antenna system, a symbol extension is required. In this case, since information about a significant period of channel is required, . Interference alignment is achieved by designing the transmit and receive vectors such that all interferences received from other users of the interfering channel are aligned in a limited space so that the KM / 2 degree of freedom (DoF) of the K M / Freedom has been proven to be achieved. The degree of freedom can be interpreted as the multiplexing gain as the extremum of the sum capacity and log (SNR) ratio at high SNR. The interference sorting algorithm has a closed-form method and an iterative method. The non-iterative method needs to know the channel information for all users and it is impossible to extend the existing interference sorting algorithm for cases other than K = 3 Do. The iterative algorithm can solve the problem that the transmission / reception vector for interference alignment is not obtained in a closed form, but requires all the channel information.

간섭채널 상의 간섭정렬을 위한 반복 알고리즘으로는 신호간섭잡음비 최대화(max-SINR: maximum signal-to-interference-plus-noise ratio) 알고리즘, 용량합 최대화(maxium sum-rate) 알고리즘, 교차적 간섭최소화(alternating minimization) 등이 있으며, 이들 알고리즘은 자신과 연결된 링크는 채널정보를 알고, 나머지는 채널의 통계만 알면 된다는 점에서 분산알고리즘(distributed algorithm)이라 할 수 있다. 이러한 반복알고리즘은 SINR, sum-rate 등의 목적함수를 최대화하도록 송신벡터와 수신벡터를 번갈아가며 갱신한다. 기존의 알고리즘들의 목적은 송신용량을 최대화하는 것으로써 송신기를 설계함에 있어 송신용량뿐만 아니라 전력효율적인 측면에서의 성능도 고려하는 알고리즘 연구 필요성이 제기된다.The iterative algorithms for interference alignment on interfering channels include a maximum signal-to-interference plus-noise ratio (max-SINR) algorithm, a maxium sum-rate algorithm, and alternating minimization. These algorithms can be called distributed algorithms in that the link connected to them knows the channel information, and the rest of them know only the statistics of the channel. This iterative algorithm alternately updates the transmit vector and the receive vector to maximize the objective function such as SINR, sum-rate, and so on. The purpose of existing algorithms is to maximize the transmission capacity and to design a transmitter, there is a need to study algorithms that consider not only transmission capacity but also performance in terms of power efficiency.

다중안테나 기반의 다중사용자들로 구성된 네트워크에서 효율적인 전력 사용을 위해 간섭정렬 알고리즘을 구성하는 방법을 제공한다.A method for constructing an interference sorting algorithm for efficient power usage in a network composed of multiple users based on multiple antennas is provided.

다중 안테나를 갖는 다중 사용자 간섭환경에서 간섭정렬을 수행하는 데에 있어 송신기가 전력이 부족할 때 사용하는 전력을 최소화하면서도 어느 정도의 성능을 만족하기 위해 프리코딩을 구성하는 것이다. 이를 위해, 용량합 최대화 알고리즘에서 사용하는 목적함수인 용량합을 사용하는 전력을 고려하여 새로이 설계하고 이를 사용하여 프리코딩을 구성함으로써 사용전력을 줄이고 전력효율성을 최대화할 수 있다.In order to perform interference alignment in a multi-user interference environment with multiple antennas, precoding is configured to satisfy some performance while minimizing the power used when the transmitter is running out of power. To do this, we design a new scheme considering the power using the capacity sum, which is an objective function used in the capacity sum maximization algorithm, and configure precoding by using it to reduce power consumption and maximize power efficiency.

컴퓨터로 구현되는 다중사용자다중안테나(MIMO) 시스템에서의 간섭정렬방법에 있어서, 간섭채널 상의 간섭정렬을 위해 송신기의 사용전력을 고려하여 상기 사용전력에 대한 용량합(sum-rate)을 목적함수로서 계산한 후 상기 목적함수를 통해 상기 송신기의 프리코딩을 계산하는 단계를 포함하는 간섭정렬방법을 제공한다.A method of interfering alignment in a multi-user multi-antenna (MIMO) system implemented by a computer, comprising the steps of: calculating a sum- And calculating precoding of the transmitter through the objective function after the calculation.

일 측면에 따르면, 상기 단계는, 수학식 1을 통해 상기 용량합(Rsum)을 계산할 수 있다. 수학식 1:

Figure 112015089280962-pat00001
(여기서, Id는 간섭신호를 나타내고, Sk는 k번째 수신기에서 수신된 신호의 공분산 행렬을 나타내고, Qk는 k번째 수신기에서의 간섭 더하기 잡음의 공분산 행렬을 나타낸다.)According to an aspect, the step may calculate the sum of capacitances (R sum ) through Equation (1). Equation (1)
Figure 112015089280962-pat00001
(Where I d denotes the interference signal, S k denotes the covariance matrix of the signal received at the kth receiver, and Q k denotes the covariance matrix of interference plus noise in the kth receiver).

다른 측면에 따르면, 상기 단계는, l번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vl에 대해 누설 간섭을 최소화 하는 k번째 수신기의 디코딩 행렬 Uk를 구성하는 제1 단계; 상기 k번째 수신기의 디코딩 행렬 Uk에 대한 용량합의 미분을 계산하는 제2 단계; 상기 k번째 수신기의 디코딩 행렬 Uk에 대한 용량합의 미분에 최단기선(geodesic) 해법을 적용하여 상기 k번째 수신기에 대한 간섭정렬의 해를 계산하는 제3 단계; l번째 수신기의 디코딩 행렬 Ul에 대해 누설 간섭을 최소화 하는 k번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vk를 구성하는 제4 단계; 상기 k번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vk에 대한 용량합의 미분을 계산하는 제5 단계; 및 상기 k번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vk에 대한 용량합의 미분에 최단기선 해법을 적용하여 상기 k번째 송신기에 대한 간섭정렬의 해를 계산하는 제6 단계를 포함한다.According to another aspect, the step comprises: a first step of constructing a decoding matrix U k of the kth receiver that minimizes leakage interference for the precoding matrix V l of the lth transmitter; A second step of calculating a differential of a capacity sum with respect to a decoding matrix U k of the kth receiver; A third step of calculating a solution of the interference alignment for the kth receiver by applying a shortest geodesic solution to the differential of the capacity sum with respect to the decoding matrix Uk of the kth receiver; a fourth step of constructing a precoding matrix V k of the k-th transmitter that minimizes leakage interference for the decoding matrix Ul of the lth receiver; A fifth step of calculating a differential of a capacity sum with respect to a precoding matrix V k of the k-th transmitter; And a sixth step of calculating a solution of the interference alignment for the k-th transmitter by applying a shortest starter solution to the differential of the capacity sum for the precoding matrix V k of the k-th transmitter.

또 다른 측면에 따르면, 상기 단계는, 상기 k번째 수신기에 대한 간섭정렬의 해와 상기 k번째 송신기에 대한 간섭정렬의 해가 수렴할 때까지 상기 제1 단계 내지 상기 제6 단계를 반복 수행한다.According to another aspect, the step repeats the first through sixth steps until the solution of the interference alignment for the kth receiver and the solution of the interference alignment for the kth transmitter converge.

또 다른 측면에 따르면, 상기 l번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vl과 상기 k번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vk은 안테나 개수와 자유도를 행과 열의 개수로 하는 송신전력에 따른 프리코딩 벡터로 나타낸다.According to another aspect, the precoding matrix V l of the l-th transmitter and the precoding matrix V k of the k-th transmitter are expressed by a precoding vector according to the transmission power with the number of antennas and the number of columns.

또 다른 측면에 따르면, 상기 제3 단계는, 상기 k번째 수신기의 디코딩 행렬 Uk을 그라스만 다양체(Grassmann manifold)에 대한 탄젠트 벡터의 SVD(singular value decomposition)를 이용하여 갱신하고, 상기 제6 단계는, 상기 k번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vk를 그라스만 다양체에 대한 탄젠트 벡터의 SVD를 이용하여 갱신한다.According to another aspect, in the third step, the decoding matrix U k of the kth receiver is updated using a singular value decomposition (SVD) of a tangent vector for a Grassmann manifold, The precoding matrix V k of the k-th transmitter is updated using the SVD of the tangent vector for Grassman manifold.

본 발명의 실시예들에 따르면, 간섭정렬을 사용하는 모바일 기기에서 전력이 부족하여 전력 최소화 모드로 동작할 필요가 있을 때 사용전력을 고려하여 목적함수를 재구성함으로써 이에 따라 프리코딩을 사용하는 전력효율적인 용량합 최대화 간섭정렬 알고리즘을 적용할 수 있으며 사용전력을 줄이고 전력효율성을 최대화할 수 있다.According to embodiments of the present invention, when a mobile device using interference alignment needs to operate in a power minimization mode due to power shortage, it is possible to reconfigure the objective function in consideration of power usage, Capacity sum maximization interference sorting algorithm can be applied, and power consumption can be reduced and power efficiency can be maximized.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭정렬에 참여하는 다중안테나 시스템으로 이뤄진 네트워크를 나타내는 그림이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 송신전력을 고려한 용량합 최대화 알고리즘의 구현을 나타내는 그림이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 송신전력을 고려한 용량합 최대화 알고리즘의 SNR 대비 정규화된 전력사용을 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 송신전력을 고려한 용량합 최대화 알고리즘의 반복회수 대비 정규화된 전력사용을 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 송신전력을 고려한 용량합 최대화 알고리즘의 SNR 대비 평균용량합을 나타낸 그림이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 송신전력을 고려한 용량합 최대화 알고리즘의 SNR 대비 사용전력 당 평균용량합인 전력효율을 나타낸 그림이다.
1 is a diagram illustrating a network comprised of multiple antenna systems participating in interference alignment in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an implementation of a capacity sum maximization algorithm considering transmission power according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph illustrating normalized power consumption versus SNR of a capacity sum maximization algorithm considering transmission power according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating normalized power consumption versus the number of repetitions of a capacity sum maximization algorithm considering transmission power according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating an average capacity-to-SNR ratio of a capacity-sum maximization algorithm considering transmission power according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph illustrating power efficiency as a sum of average SNR per used power of a capacity sum maximization algorithm considering transmission power according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 전력사용량을 고려한 프리코딩을 설계하기 위해 용량합 최대화 알고리즘에 사용되는 용량합미분을 새롭게 구성하는 방법인 간섭정렬 알고리즘에 대한 기술이다. 이를 위해, 용량합에 관련된 목적함수를 송신기의 전력사용량을 고려해 새롭게 구성하고, 이러한 목적함수를 통해 송신기의 프리코딩을 설계함으로써 전력효율을 최대화할 수 있는 절전모드로 동작할 수 있다.The present invention relates to an interference sorting algorithm which is a method of newly constructing a capacity sum derivative used in a capacity sum maximization algorithm to design precoding considering power consumption. For this purpose, the objective function related to the capacity sum is newly constructed in consideration of the power consumption of the transmitter, and by operating the precoding of the transmitter through the objective function, the power saving mode can be operated in which the power efficiency can be maximized.

본 발명은 전력효율적인 프리코딩을 고려한 용량합을 목적함수로 구성하고, 이러한 목적함수를 사용하여 송신기의 프리코딩을 계산한 뒤, 수신기에서는 기존의 방법으로 수신기의 디코딩을 계산하는 일련의 방법이 반복적으로 수행되면서 간섭을 정렬하게 된다.In the present invention, a series of methods for calculating the decoding of a receiver using an existing method is repeatedly performed after the capacity sum considering power-efficient precoding is configured as an objective function, the precoding of the transmitter is calculated using the objective function, And the interference is aligned.

본 발명에서 제안하는 다중 안테나를 갖는 다중 사용자 간섭환경에서의 전력효율적인 용량합 최대화 간섭정렬 알고리즘은 목적함수로서 사용전력을 고려한 용량합을 구성한 후 이를 미분하고 그라스만 다양체(Grassmann manifold)에 대한 탄젠트 벡터를 구성하고, 탄젠트 벡터의 compact SVD를 사용하는 그라스만 다양체에 대한 최단기선(geodesic) 해법을 포함할 수 있다. 목적함수로서의 사용전력을 고려한 용량합을 구성하는 방법은 기존의 용량합에 송신기의 사용전력을 고려하여 사용전력에 대한 최적함수로 사용할 수 있다. 이때, 탄젠트 벡터는 목적함수에 따른 프리코딩 행렬의 방향성을 도출할 수 있는 방법이고, 최단기선해법은 목적함수를 위해 프리코딩 행렬을 도출하는데 사용되는 방법이다.The power efficient capacity sum maximization interference sorting algorithm in the multi-user interference environment with multiple antennas proposed in the present invention comprises a capacity sum considering the power used as an objective function, differentiating the capacity sum, and calculating a tangent vector of Grassmann manifold And a shortest geodesic solution for a Grassman manifold using a compact SVD of tangent vectors. The method of constructing the capacity sum considering the use power as the objective function can be used as an optimal function for the use power considering the power used by the transmitter for the existing capacity sum. At this time, the tangent vector is a method of deriving the directionality of the precoding matrix according to the objective function, and the short-term baseline solution is a method used to derive the precoding matrix for the objective function.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭정렬에 참여하는 다중안테나 시스템(100)으로 이뤄진 네트워크를 나타내는 그림이다.1 is a diagram illustrating a network comprised of multiple antenna systems 100 participating in an interference alignment in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1은 다중안테나를 갖고 있는 3개 이상의 K 사용자(송신기-수신기 쌍)들에 대한 간섭채널 네트워크를 나타내고 있다. 각각의 송신기(102)와 수신기(103)가

Figure 112015089280962-pat00002
개의 송신 안테나(101)와
Figure 112015089280962-pat00003
개의 수신 안테나(104)를 갖는다고 할 때, 얻을 수 있는 자유도는
Figure 112015089280962-pat00004
다. 본 발명에서 모든 사용자는
Figure 112015089280962-pat00005
개의 동일한 안테나와
Figure 112015089280962-pat00006
의 동일한 자유도를 갖는 것을 가정한다. 이러한 대칭적 다중안테나 간섭 채널은
Figure 112015089280962-pat00007
로 표현될 수 있다. 이러한 시스템 모델에서 송신기(102)와 수신기(103) 중 송신기 k는 수신기 k와 원하는 신호를 주고 받게 되고, 따라서 송신기 k는 원하지 않는 모든 수신기들에 대해 동일채널 간섭을 발생시키게 된다. 본 발명에서 고려하는 다중안테나 간섭채널모델은 협대역 블록페이딩이고, 여기서 채널은 하나의 심볼전송구간 동안 정적인 것으로 간주한다.Figure 1 shows an interference channel network for three or more K users (transmitter-receiver pairs) having multiple antennas. Each transmitter 102 and receiver 103
Figure 112015089280962-pat00002
The transmission antennas 101 and
Figure 112015089280962-pat00003
Lt; RTI ID = 0.0 > 104, < / RTI >
Figure 112015089280962-pat00004
All. In the present invention, all users
Figure 112015089280962-pat00005
With the same antenna
Figure 112015089280962-pat00006
Of the same degree of freedom. This symmetric multi-antenna interference channel
Figure 112015089280962-pat00007
. ≪ / RTI > In this system model, the transmitter k of the transmitter 102 and the receiver 103 is exchanged with the receiver k for the desired signal, so that transmitter k causes co-channel interference for all undesired receivers. The multi-antenna interference channel model considered in the present invention is narrowband block fading, where the channel is considered static for one symbol transmission period.

따라서, 수신기 k에서 수신된 신호(

Figure 112015089280962-pat00008
)는 수학식 1과 같다.Thus, the signal received at receiver k
Figure 112015089280962-pat00008
) ≪ / RTI >

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112015089280962-pat00009
Figure 112015089280962-pat00009

여기서,

Figure 112015089280962-pat00010
는 안테나 개수 N과 자유도 d를 행과 열의 개수로 하는 송신기 k의 프리코딩 벡터를 나타낸다. 이러한 프리코딩 벡터는
Figure 112015089280962-pat00011
의 유니터리 행렬이고 d의 열은 선형독립이며 Pk는 송신기 k의 송신전력을 나타낸다. 그리고,
Figure 112015089280962-pat00012
는 N×N 크기의 l번째 송신기에서 k번째 수신기로 가는 독립항등분포를 갖는 복소페이딩 계수로 이뤄진 다중안테나 채널행렬을 나타낸다. 또한, Hkk는 송신기 k에서 수신기 k로 가는 다중안테나 채널행렬을, xk는 송신기 k의 송신신호를, vk는 송신기 k의 프리코딩 행렬을 나타낸다.
Figure 112015089280962-pat00013
는 공분산행렬이
Figure 112015089280962-pat00014
가 되는 수신기 k에서의 0평균 독립항등분포를 갖는 복소가우시안 잡음벡터를 나타낸다. 송신하는 심볼 xl는 독립항등분포를 가지고 채널 Hkl는 full rank이며 상호독립임을 가정한다. 이러한 신호 모델은 모든 K개의 송신기 동기화되고 주파수 오프셋은 없는 것으로 가정한다. 그러면, 수신기 k에서 디코딩을 통해 수신되는 신호는 수학식 2와 같다.here,
Figure 112015089280962-pat00010
Represents the precoding vector of the transmitter k having the number N of antennas and the degree of freedom d as the number of rows and columns. This precoding vector
Figure 112015089280962-pat00011
The column of d is linearly independent and P k is the transmit power of transmitter k. And,
Figure 112015089280962-pat00012
Denotes a multi-antenna channel matrix formed of a complex fading coefficient having an independent-likelihood distribution from the Nth N-th transmitter to the kth receiver. H kk denotes a multi-antenna channel matrix from a transmitter k to a receiver k, x k denotes a transmission signal of the transmitter k, and v k denotes a precoding matrix of the transmitter k.
Figure 112015089280962-pat00013
Is the covariance matrix
Figure 112015089280962-pat00014
And a zero-mean independent term distribution at receiver k, which is a complex Gaussian noise vector. It is assumed that the transmitted symbol x l has independent distribution and the channel H kl is full rank and mutually independent. This signal model assumes that all K transmitters are synchronized and that there is no frequency offset. Then, the signal received through decoding at the receiver k is expressed by Equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112015089280962-pat00015
Figure 112015089280962-pat00015

여기서,

Figure 112015089280962-pat00016
는 디코딩을 통해 추정한 k의 송신신호,
Figure 112015089280962-pat00017
는 N행 d열의 선형독립열을 갖는 디코딩 행렬이고 직교성을 갖도록
Figure 112015089280962-pat00018
의 유니터리 행렬로 설계될 수 있다.here,
Figure 112015089280962-pat00016
A transmission signal of k estimated through decoding,
Figure 112015089280962-pat00017
Is a decoding matrix with linearly independent columns of N rows and d columns and is orthogonally
Figure 112015089280962-pat00018
Lt; / RTI >

이러한 프리코딩, 디코딩, 신호모델들을 고려할 때 시스템의 순시 용량합은 수학식 3과 같다.Considering these precoding, decoding, and signal models, the instantaneous capacity sum of the system is given by Equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112015089280962-pat00019
Figure 112015089280962-pat00019

여기서,

Figure 112015089280962-pat00020
는 수신기 k에서 수신된 신호의 공분산행렬을 나타내고,
Figure 112015089280962-pat00021
는 수신기 k에서의 간섭 더하기 잡음의 공분산 행렬을 나타낸다. here,
Figure 112015089280962-pat00020
Denotes the covariance matrix of the received signal at receiver k,
Figure 112015089280962-pat00021
Represents the covariance matrix of interference plus noise at receiver k.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 송신전력을 고려한 용량합 최대화 알고리즘(200)의 구현을 나타내는 그림이다.2 is a diagram illustrating an implementation of a capacity sum maximization algorithm 200 considering transmission power according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서는 용량합 최대화 알고리즘(200)에서 송신기 전력이 부족할 때 송신기 전력을 줄임으로써 전력최소화 모드로 동작할 수 있도록 용량합을 수학식 4와 같이 구성한다.In the present invention, the capacity sum maximization algorithm 200 configures the capacity sum as Equation (4) so as to operate in the power minimization mode by reducing the transmitter power when the transmitter power is insufficient.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112015089280962-pat00022
Figure 112015089280962-pat00022

여기서,

Figure 112015089280962-pat00023
Figure 112015089280962-pat00024
는 수학식 5와 수학식 6으로 구성된다.here,
Figure 112015089280962-pat00023
Wow
Figure 112015089280962-pat00024
Is composed of Equations (5) and (6).

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112015089280962-pat00025
Figure 112015089280962-pat00025

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112015089280962-pat00026
Figure 112015089280962-pat00026

여기서,

Figure 112015089280962-pat00027
는 상수 파라미터이고 적절한 성능을 위해 실험적으로 구성하였다.here,
Figure 112015089280962-pat00027
Is a constant parameter and is experimentally constructed for proper performance.

수학식 4의 용량합을

Figure 112015089280962-pat00028
에 대해 미분한 용량합의 미분
Figure 112015089280962-pat00029
은 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.The capacity sum of Equation (4)
Figure 112015089280962-pat00028
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112015089280962-pat00029
Can be expressed by Equation (7).

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure 112015089280962-pat00030
Figure 112015089280962-pat00030

Figure 112015089280962-pat00031
에 대한 용량합의 미분은 이와 유사하게 얻어질 수 있다. 용량합의 미분을 한 뒤 간섭정렬의 해를 빠르게 찾을 수 있도록 그라스만(Grassmann) 다양체(manifold)에 대한 탄젠트 벡터를 사용하며 이러한 탄젠트 벡터는 수학식 8로 표현될 수 있다.
Figure 112015089280962-pat00031
Can be obtained in a similar manner. The tangent vector for the Grassmann manifold is used to quickly find the solution of the interference alignment after differentiating the capacity sum, and such a tangent vector can be expressed by equation (8).

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure 112015089280962-pat00032
Figure 112015089280962-pat00032

이러한 탄젠트 벡터를 사용하는 교차적 간섭최소화에 대한 해는 수학식 9로 표현되는 그라스만 다양체에 대한 최단기선(geodesic)해법으로 구할 수 있다. 여기서,

Figure 112015089280962-pat00033
은 수학식 7로 나타낸 용량합의 미분을 나타내고,
Figure 112015089280962-pat00034
은 탄젠트벡터를 나타낸다. 그리고, Vk는 송신기 k의 프리코딩벡터,
Figure 112015089280962-pat00035
는 Vk의 허미션을 나타낸다.The solution to the minimization of the cross interference using this tangent vector can be found by the shortest geodesic solution for the Grassman manifold expressed in Equation (9). here,
Figure 112015089280962-pat00033
Represents the differential of the capacity sum expressed by the equation (7)
Figure 112015089280962-pat00034
Represents a tangent vector. V k is a precoding vector of the transmitter k,
Figure 112015089280962-pat00035
Represents the hermetian of V k .

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112015089280962-pat00036
Figure 112015089280962-pat00036

여기서

Figure 112015089280962-pat00037
Figure 112015089280962-pat00038
의 compact 특이값 분해(SVD: singular value decomposition)을 나타낸다. 그리고,
Figure 112015089280962-pat00039
는 수학식 9에 의해
Figure 112015089280962-pat00040
로 갱신되며, t는 알고리즘 갱신을 위한 증분량(step size)을 나타낸다.here
Figure 112015089280962-pat00037
The
Figure 112015089280962-pat00038
(Singular value decomposition) of SVD. And,
Figure 112015089280962-pat00039
Is expressed by Equation (9)
Figure 112015089280962-pat00040
, And t represents the step size for updating the algorithm.

송신전력을 고려한 용량합 최대화 알고리즘은 도 2와 같고, 간섭정렬을 위한 일련의 반복적인 과정은 표 1과 같다.The capacity sum maximization algorithm considering the transmission power is shown in FIG. 2, and a series of iterative processes for interference alignment are shown in Table 1. [

1. 초기화: 임의의 k번째 송신기의 프리코딩 행렬

Figure 112015089280962-pat00041
로 알고리즘 시작
2. 간섭정렬을 위한 반복 과정의 시작
3. l번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vl에 대해 누설간섭을 최소화 하는 k번째 수신기의 디코딩 행렬
Figure 112015089280962-pat00042
을 구성
Figure 112015089280962-pat00043

여기서,
Figure 112015089280962-pat00044
는 d개의 최소고유값을 나타낸다.
4. 수학식 7과 같이 k번째 수신기의 디코딩 행렬
Figure 112015089280962-pat00045
에 대한 용량합의 미분을 계산
5. k번째 수신기의 디코딩 행렬
Figure 112015089280962-pat00046
를 그라스만 다양체에 대한 탄젠트 벡터의 compact SVD를 사용하여
Figure 112015089280962-pat00047
로 갱신
(k번째 수신기에 대한 간섭정렬의 해를 구함)
6. l번째 수신기의 디코딩 행렬
Figure 112015089280962-pat00048
에 대해 누설간섭을 최소화 하는 k번째 송신기의 프리코딩 행렬
Figure 112015089280962-pat00049
를 구성
Figure 112015089280962-pat00050

7. 수학식 7을 사용하여 k번째 송신기의 프리코딩 행렬
Figure 112015089280962-pat00051
에 대한 용량합의 미분을 계산
8. 수학식 9를 사용하여 k번째 송신기의 프리코딩 행렬
Figure 112015089280962-pat00052
를 그라스만 다양체에 대한 탄젠트 벡터의 compact SVD를 사용하여 갱신
(k번째 송신기에 대한 간섭정렬의 해를 구함)
9. k번째 수신기와 송신기 간의 간섭정렬의 해가 수렴할 때까지 상기한 3. 과정 내지 8. 과정을 반복 수행함1. Initialization: The precoding matrix of any kth transmitter
Figure 112015089280962-pat00041
Start the algorithm with
2. Start an iterative process for interference alignment
3. The decoding matrix of the kth receiver that minimizes the leakage interference for the precoding matrix V l of the lth transmitter
Figure 112015089280962-pat00042
Constitute
Figure 112015089280962-pat00043

here,
Figure 112015089280962-pat00044
Represents the d minimum eigenvalues.
4. The decoding matrix of the k < th > receiver as shown in Equation (7)
Figure 112015089280962-pat00045
Calculate the derivative of the capacity sum for
5. The decoding matrix of the kth receiver
Figure 112015089280962-pat00046
Using the compact SVD of the tangent vector for the Grassman manifold
Figure 112015089280962-pat00047
Update to
(Obtain the solution of the interference alignment for the kth receiver)
6. The decoding matrix of the lth receiver
Figure 112015089280962-pat00048
Lt; RTI ID = 0.0 > k < / RTI > transmitter that minimizes leakage interference
Figure 112015089280962-pat00049
Constitute
Figure 112015089280962-pat00050

7. Using Equation (7), the precoding matrix < RTI ID = 0.0 >
Figure 112015089280962-pat00051
Calculate the derivative of the capacity sum for
8. Using Equation (9), the precoding matrix < RTI ID = 0.0 >
Figure 112015089280962-pat00052
Using the compact SVD of the tangent vector for Grassman manifold
(Obtain the solution of the interference alignment for the kth transmitter)
9. Repeat steps 3 to 8 until the solution of the interference alignment between the k-th receiver and the transmitter converges.

도 3, 도 4, 도 5, 도 6은 본 발명에 대한 컴퓨터 시뮬레이션의 성능검증 결과로서 시스템 환경은 안테나 수 N=2와 사용자 수 K=3를 가정하였고 각각의 송신기에서 사용하는 전력은 정규화된 전력(

Figure 112015089280962-pat00053
)을 사용하는 것을 가정하였다. 그리고, 사용된 상수
Figure 112015089280962-pat00054
는 실험적인 값으로서 0.1을 사용하였다.3, 4, 5, and 6 illustrate the results of computer simulation of the present invention. In the system environment, the number of antennas N = 2 and the number of users K = 3 are assumed, and the power used in each transmitter is normalized power(
Figure 112015089280962-pat00053
) Is assumed to be used. And, the constant used
Figure 112015089280962-pat00054
0.1 was used as an experimental value.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 SNR에 대한 정규화 전력의 사용량을 나타낸 결과 그래프(300)로, 기존의 용량합 최대화 알고리즘(310)과 전력최적화 용량합 최대화 알고리즘(320)에 대해 비교한 도면이다.FIG. 3 is a graph 300 showing the amount of normalized power used for the SNR according to an exemplary embodiment of the present invention. In the graph 300, a comparison is made between an existing capacity sum maximization algorithm 310 and a power optimization capacity sum maximization algorithm 320 FIG.

기존의 알고리즘은 20dB에서 50dB 사이에서 95%의 전력을 사용하나 본 발명에 따른 알고리즘은 50%의 전력만을 사용하는 것을 확인할 수 있다.The conventional algorithm uses 95% power between 20dB and 50dB, but the algorithm according to the present invention uses only 50% power.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 알고리즘 반복횟수에 대한 정규화 전력의 사용량을 나타낸 결과 그래프(400)로, SNR 5dB에서 기존의 용량합 최대화 알고리즘(410)과 전력최적화 용량합 최대화 알고리즘(420)에 대해 비교한 도면이다.FIG. 4 is a graph 400 showing the amount of normalized power used for the number of iterations of an algorithm according to an embodiment of the present invention. In the SNR 5dB, an existing capacity sum maximization algorithm 410 and a power optimization capacity sum maximization algorithm 420 ). ≪ / RTI >

본 발명에 따른 방법은 대략적으로 60%의 전력을 사용하고 이를 통해 본 발명에 따른 알고리즘이 더 적은 전력을 사용하는 것을 확인할 수 있다.The method according to the present invention uses approximately 60% of the power, thereby confirming that the algorithm according to the present invention uses less power.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 SNR에 대한 평균 용량합을 나타낸 결과 그래프(500)로, 기존의 용량합 최대화 알고리즘(510)과 전력최적화 용량합 최대화 알고리즘(520)에 대해 비교한 도면이다.5 is a graph 500 showing the average capacity sum of the SNR according to an exemplary embodiment of the present invention, and is a graph comparing the existing capacity sum maximization algorithm 510 and the power optimization capacity sum maximization algorithm 520 to be.

적은 전력을 사용하는 대신 본 발명에 따른 방법이 평균적으로 4.45bps/Hz의 용량합손실을 보는 것을 확인할 수 있다.It can be seen that instead of using less power, the method according to the present invention averages a capacity sum loss of 4.45 bps / Hz.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 SNR에 대한 사용전력 당 평균용량합인 전력효율을 나타낸 결과 그래프(600)로, 기존의 용량합 최대화 알고리즘(610)과 전력최적화 용량합 최대화 알고리즘(620)에 대해 비교한 도면이다.FIG. 6 is a graph 600 showing the power efficiency as an average capacity ratio per used power of the SNR according to an embodiment of the present invention. The conventional capacity sum maximization algorithm 610 and the power optimization capacity sum maximization algorithm 620 ). ≪ / RTI >

10dB까지는 기존 알고리즘의 전력효율이 다소 좋으나 15dB 이상에서는 본 발명에 따른 방법의 성능이 좋아지기 시작하며 50dB에 이르러서는 본 발명에 따른 방법이 수치적으로 34의 전력효율만큼 더 향상되는 것을 확인할 수 있다.
Up to 10dB, the power efficiency of the existing algorithm is rather good, but at 15dB or more, the performance of the method according to the present invention starts to improve. It can be seen that the method according to the present invention is improved by 34 power efficiency numerically by 50dB .

이처럼 본 발명의 실시예들에 따르면, 다중 안테나를 갖는 다중 사용자 간섭환경에서 간섭정렬을 수행하는 데에 있어 송신기가 전력이 부족할 때 사용하는 전력을 최소화하면서도 어느 정도의 성능을 만족하기 위해 프리코딩을 구성하는 것이다. 이를 위해, 용량합 최대화 알고리즘에서 사용하는 목적함수인 용량합을 사용하는 전력을 고려하여 새로이 설계하고 이를 사용하여 프리코딩을 구성함으로써 사용전력을 줄이고 전력효율성을 최대화할 수 있다.As described above, according to embodiments of the present invention, in order to perform interference alignment in a multi-user interference environment having multiple antennas, precoding is performed to satisfy a certain performance while minimizing power used when a transmitter lacks power. . To do this, we design a new scheme considering the power using the capacity sum, which is an objective function used in the capacity sum maximization algorithm, and configure precoding by using it to reduce power consumption and maximize power efficiency.

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, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented as a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA), a programmable logic unit, a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

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.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

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.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (6)

컴퓨터로 구현되는 다중사용자다중안테나(MIMO) 시스템에서의 간섭정렬방법에 있어서,
간섭채널 상의 간섭정렬을 위해 송신기의 사용전력을 고려하여 상기 사용전력에 대한 용량합(sum-rate)을 목적함수로서 계산한 후 상기 목적함수를 통해 상기 송신기의 프리코딩을 계산하는 단계
를 포함하고,
상기 단계는,
상기 간섭정렬을 사용하는 상기 송신기에서 전력 최소화 모드로 동작하도록 상기 송신기의 사용전력을 고려하여 상기 용량합과 관련된 목적함수를 재구성하는 것으로,
l번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vl에 대해 누설 간섭을 최소화 하는 k번째 수신기의 디코딩 행렬 Uk를 구성하는 제1 단계;
상기 k번째 수신기의 디코딩 행렬 Uk에 대한 용량합의 미분을 계산하는 제2 단계;
상기 k번째 수신기의 디코딩 행렬 Uk에 대한 용량합의 미분에 최단기선(geodesic) 해법을 적용하여 상기 k번째 수신기에 대한 간섭정렬의 해를 계산하는 제3 단계;
l번째 수신기의 디코딩 행렬 Ul에 대해 누설 간섭을 최소화 하는 k번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vk를 구성하는 제4 단계;
상기 k번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vk에 대한 용량합의 미분을 계산하는 제5 단계; 및
상기 k번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vk에 대한 용량합의 미분에 최단기선 해법을 적용하여 상기 k번째 송신기에 대한 간섭정렬의 해를 계산하는 제6 단계
를 포함하고,
상기 제3 단계는,
상기 k번째 수신기의 디코딩 행렬 Uk을 그라스만 다양체(Grassmann manifold)에 대한 탄젠트 벡터의 SVD(singular value decomposition)를 이용하여 갱신하고,
상기 제6 단계는,
상기 k번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vk를 그라스만 다양체에 대한 탄젠트 벡터의 SVD를 이용하여 갱신하고,
상기 단계는,
상기 k번째 수신기에 대한 간섭정렬의 해와 상기 k번째 송신기에 대한 간섭정렬의 해가 수렴할 때까지 상기 제1 단계 내지 상기 제6 단계를 반복 수행하는 것
을 특징으로 하는 간섭정렬방법.
A method of interference alignment in a computer implemented multiuser multi antenna (MIMO) system,
Calculating a sum-rate for the used power in consideration of the power used by the transmitter for the interference alignment on the interference channel as an objective function, and calculating precoding of the transmitter through the objective function
Lt; / RTI >
Wherein the step
And reconstructing an objective function related to the sum of the capacities considering the power used by the transmitter to operate in a power minimization mode in the transmitter using the interference alignment,
constructing a decoding matrix U k of the kth receiver that minimizes leakage interference for the precoding matrix V l of the lth transmitter;
A second step of calculating a differential of a capacity sum with respect to a decoding matrix U k of the kth receiver;
A third step of calculating a solution of the interference alignment for the kth receiver by applying a shortest geodesic solution to the differential of the capacity sum with respect to the decoding matrix Uk of the kth receiver;
a fourth step of constructing a precoding matrix V k of the k-th transmitter that minimizes leakage interference for the decoding matrix Ul of the lth receiver;
A fifth step of calculating a differential of a capacity sum with respect to a precoding matrix V k of the k-th transmitter; And
A sixth step of calculating a solution of the interference alignment for the k-th transmitter by applying a short-term guide solution to the differential of the capacity sum with respect to the precoding matrix V k of the k-th transmitter,
Lt; / RTI >
In the third step,
The decoding matrix U k of the k-th receiver is updated using singular value decomposition (SVD) of a tangent vector for Grassmann manifold,
In the sixth step,
The precoding matrix V k of the k-th transmitter is updated using the SVD of the tangent vector for the grub only manifold,
Wherein the step
Repeating the first through sixth steps until the solution of the interference alignment for the kth receiver and the solution of the interference alignment for the kth transmitter converge
≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 단계는,
수학식 1을 통해 상기 용량합(Rsum)을 계산하는 것
을 특징으로 하는 간섭정렬방법.
수학식 1:
Figure 112015089280962-pat00055

(여기서, Id는 간섭신호를 나타내고, Sk는 k번째 수신기에서 수신된 신호의 공분산 행렬을 나타내고, Qk는 k번째 수신기에서의 간섭 더하기 잡음의 공분산 행렬을 나타낸다.)
The method according to claim 1,
Wherein the step
The calculation of the capacity sum (R sum ) through Equation (1)
≪ / RTI >
Equation (1)
Figure 112015089280962-pat00055

(Where I d denotes the interference signal, S k denotes the covariance matrix of the signal received at the kth receiver, and Q k denotes the covariance matrix of interference plus noise in the kth receiver).
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 l번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vl과 상기 k번째 송신기의 프리코딩 행렬 Vk은 안테나 개수와 자유도를 행과 열의 개수로 하는 송신전력에 따른 프리코딩 벡터로 나타내는 것
을 특징으로 하는 간섭정렬방법.
The method according to claim 1,
The precoding matrix V l of the 1 < th > transmitter and the precoding matrix V k of the k < th > transmitter are expressed by a precoding vector according to the transmission power of the number of antennas and the number of degrees of freedom
≪ / RTI >
삭제delete
KR1020150129919A 2015-09-14 2015-09-14 maximum sum-rate based power efficient interference alignment in multi user mimo system KR101625805B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150129919A KR101625805B1 (en) 2015-09-14 2015-09-14 maximum sum-rate based power efficient interference alignment in multi user mimo system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150129919A KR101625805B1 (en) 2015-09-14 2015-09-14 maximum sum-rate based power efficient interference alignment in multi user mimo system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101625805B1 true KR101625805B1 (en) 2016-05-30

Family

ID=57124844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150129919A KR101625805B1 (en) 2015-09-14 2015-09-14 maximum sum-rate based power efficient interference alignment in multi user mimo system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101625805B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102287794B1 (en) * 2021-04-29 2021-08-09 세종대학교산학협력단 Millimeter wave-based Multi-User massive MIMO-based hybrid beamforming system and analog precoder matrix acquisition method applied thereto

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. Razaviyayn et al.; Linear Transceiver Design for Interference Alignment: Complexity and Computation; IEEE Transactions on Information Theory (Volume:58, Issue: 5); 30 Jan. 2012; Page(s):2896 - 2910*
Santamaria et al.; Maximum Sum-Rate Interference Alignment Algorithms for MIMO Channels; Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2010), 2010 IEEE; 6-10 Dec. 2010; Page(s):1 - 6*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102287794B1 (en) * 2021-04-29 2021-08-09 세종대학교산학협력단 Millimeter wave-based Multi-User massive MIMO-based hybrid beamforming system and analog precoder matrix acquisition method applied thereto
US11711123B2 (en) 2021-04-29 2023-07-25 Industry Academy Cooperation Foundation Of Sejong University Millimeter wave-based multi-user massive MIMO-based hybrid beamforming system and analog precoder matrix acquisition method applied thereto

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ngo et al. The multicell multiuser MIMO uplink with very large antenna arrays and a finite-dimensional channel
JP4597170B2 (en) Scheduling system and method in multiple input multiple output system
Bansal et al. Analysis of hierarchical rate splitting for intelligent reflecting surfaces-aided downlink multiuser MISO communications
US20200366341A1 (en) Software-defined massive multi-input multi-output (mimo)
WO2021142629A1 (en) Downlink beamforming in mu-mimo system
US9450787B2 (en) System and method for early termination in iterative null-space directed singular value decomposition for MIMO
Parihar et al. Energy and spectral efficiency of very large multiuser MIMO systems
KR101625805B1 (en) maximum sum-rate based power efficient interference alignment in multi user mimo system
Lindblom et al. Does non-orthogonal spectrum sharing in the same cell improve the sum-rate of wireless operators?
Garg et al. Partially loaded superimposed training scheme for large MIMO uplink systems
Khosroazad et al. Using physical layer network coding to improve NOMA system throughput with energy harvesting users
KR20200001397A (en) Basement apparatus, and control method thereof
KR101556482B1 (en) Method and Apparatus for INTERFERENCE ALIGNMENT METHOD WITH SLNR MAXIMIZATION IN MIMO INTERFERENCE CHANNEL
KR101819318B1 (en) Effective interference cancellation method with limited channel feedback for time varying multi-user mimo system
US11870514B2 (en) Multi-user coordination
KR101680981B1 (en) mmse algorithm for power efficient interference alignment in mimo interference channel
Yu et al. Adaptive beam tracking for interference alignment for multiuser time-varying MIMO interference channels
KR101549305B1 (en) Relay and the transmit filter determination method
CN112823479A (en) Non-linear precoding procedure
Chen et al. On the design of multiple-antenna non-orthogonal multiple access
Wiesmayr et al. Distributed Joint Multi-cell Optimization of IRS Parameters with Linear Precoders
US20240137079A1 (en) User selection for mu-mimo
US20240154653A1 (en) Neural network for mu-mimo user selection
Nigus et al. Multi-antenna channel capacity enhancement in wireless communication
Yaqot et al. Potentials of MIMO and neural networks in industrial cognitive networks

Legal Events

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

Payment date: 20190408

Year of fee payment: 4