KR101672642B1 - 편파 대용량 mimo 시스템에서 3d 빔을 활용한 다이버시티와 멀티플렉싱 방법 및 장치 - Google Patents

편파 대용량 mimo 시스템에서 3d 빔을 활용한 다이버시티와 멀티플렉싱 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 방법 및 장치가 제시된다. 본 발명에서 제안하는 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 방법은 모든 사용자들로부터 입사 신호 시퀀스들(incident signal sequences)을 검출하는 단계, 상기 입사 신호 시퀀스에 따른 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류하는 단계, 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 미리 정해진 기준을 따라 3D 빔포밍을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비하는 단계를 포함한다.

Description

편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티와 멀티플렉싱 방법 및 장치{Method and Apparatus for Diversity and Multiplexing by 3D beams in Polarized Massive MIMO System}
본 발명은 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티와 멀티플렉싱 방법 및 장치에 관한 것이다.
대용량 MIMO(M-MIMO) 5G 네트워크에서, 데이터 비율(data rates)을 기가바이트(gigabit)까지 늘리기 위한 시스템을 제안되었다. 하지만, 이용 가능한 공간의 제약은 M-MIMO 적용을 제한한다. 그러므로, 안테나 편파는 이러한 제한에 대처하기 위해 M-MIMO 시스템의 고려를 필요로 한다. 이뿐만 아니라, 안테나 편파는 또한 수평 및 수직(H&V: horizontal and vertical) 어레이 확장을 피함으로써 3D-빔포밍(3D-BF: 3D Beam forming)을 실현할 수 있다.
한국등록특허 10-141567
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 5G 시스템을 위한 3D-BF 적용과 연관된 PM-MIMO 시스템을 제공하는데 있다. 다이버시티와 멀티플렉싱을 위한 시스템구조는 3D 빔을 통해 달성된다. 최적의 빔폭을 위한 효율적인 어레이 선택 기법이 제안되고, 3D 빔을 활용해 다이버시티의 확장 및 멀티플렉싱 이득들(multiplexing gains)에 의한 시스템 성능 유지를 시도하고자 한다. 또한, PM-MIMO에서 제시되는 블라인드 채널 추정 기법은 파일럿 손상을 방지하고, 시스템의 스펙트럼 효율도 향상시킨다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 방법은 모든 사용자들로부터 입사 신호 시퀀스들(incident signal sequences)을 검출하는 단계, 상기 입사 신호 시퀀스에 따른 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류하는 단계, 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 미리 정해진 기준을 따라 3D 빔 활용을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비하는 단계를 포함한다.
상기 입사 신호 시퀀스에 따른 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류하는 단계는 상기 입사 신호 시퀀스의 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고, 상기 모든 사용자들의 입사 신호 시퀀스에 대하여 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류한다.
상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 미리 정해진 기준을 따라 3D 빔포밍을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비하는 단계는 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는지 판단하는 단계를 포함한다.
상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는 경우, 해당 입사각에 대하여 3D 빔을 활용한 다이버시티를 적용한다.
상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하지 않는 경우, 해당 입사각에 대하여 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱을 적용한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 장치는 모든 사용자들로부터 입사 신호 시퀀스들(incident signal sequences)을 검출하는 검출부, 상기 입사 신호 시퀀스에 따른 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류하는 분류부, 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 미리 정해진 기준을 따라 3D 빔포밍을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비하는 세트 형성부를 포함한다.
상기 분류부는 상기 입사 신호 시퀀스의 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고, 상기 모든 사용자들의 입사 신호 시퀀스에 대하여 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류한다.
상기 세트 형성부는 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는지 판단하는 판단부, 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는 경우, 해당 입사각에 대하여 3D 빔을 활용한 다이버시티를 적용하는 다이버시티부, 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하지 않는 경우, 해당 입사각에 대하여 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱을 적용하는 멀티플렉싱부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 안테나 편파(Antenna polarization)는 M-MIMO 시스템의 공간 제약(space constraint)의 문제를 해결할 수 있다. HPWB(Average half power beam-width)은 제안된 AE 선택 기법에 의해 제안된 PM-MIMO 시스템이 생성된 빔-폭을 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PM-MIMO 시스템의 구조이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PM-MIMO 시스템의 MUX에 의한 3D 빔 생성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 빔을 활용한 다이버시티 시스템의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱 시스템의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입사 신호를 통한 브랜치의 세트 상에서의 선택을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PM-MIMO 시스템에 기반한 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 전송 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 HPBW의 확률 밀도 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 NLOS(non line-of-sight) 환경에서의 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱 사용자들 평균 BLER 사이의 비교 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PM-MIMO 시스템의 구조이다.
도 1은 제안된 PM-MIMO 시스템을 나타내고, 여기에서 3개의 직교적으로 상호-위치한(orthogonally co-located) 안테나 브랜치들(branches)은 대용량(massive) MIMO 각 어레이 엘리먼트(AE: array element)에 적용된다. 상기 3D 빔포밍(3D-BF: 3D beam forming)은 제안된 PM-MIMO에 의해 실현될 수 있고, 상기 생성된 빔들(beams)은 X-Y, X-Z, 및 Y-Z 평면들 각각에서 조종(steered)되고 변형(varied)될 수 있다.
Figure 112015065550012-pat00001
는 각 안테나 브랜치에서 곱해진 3D-BF 가중치들을 나타내고, 여기에서 p (1, 2, ..., P ), b (1, 2, 3), 및 q (1, 2, ..., Q )는 각각 AE 식별자, 브랜치 식별자, 및 멀티플렉서(MUX: multiplexer) 식별자를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PM-MIMO 시스템의 MUX에 의한 3D 빔 생성을 나타내는 도면이다.
빔폭(beam-width)은 어레이 구성과 관련 있고, 이것은 AEs의 수 및 AE 공간(AE space)에 반비례한다. 각 AE에서 3개의 상호-위치한 브랜치들 사이의 공간이 제로(zero)로 고정되기 때문에, 도 1에 나타낸 것과 같이, 이것은 빔폭을 360˚까지 확장할 수 있고, 상기 빔들은 각 AE에서 상호-위치한 브랜치들(co-located branches) 대신 크로스-어레이 브랜치들(cross-array branches)을 통해 생성된다.
그러므로, PM-MIMO 시스템의 MUX는 아래와 같은 3개의 직교 빔들을 생성할 수 있다:
: X-Y 평면에서 조정 및 변형된 빔은 A p B1의 브랜치들의 세트에 의해 형성된다. 여기에서 p = 1, 2, ..., P 이다.
: Z-X 평면에서 조정 및 변형된 빔은 A p B2의 브랜치들의 세트에 의해 형성된다.
: Y-Z 평면에서 조정 및 변형된 빔은 A p B3의 브랜치들의 세트에 의해 형성된다.
도 2는 PM-MIMO 시스템의 MUX에 의해 생성된 3D 빔들을 나타내고, 여기에서 3개의 직교 빔들은 각각 X-Y, Z-X 밑 Y-Z 평면들 상에서 조정 및 변형될 수 있다.
그리고, 제안하는 발명은 다음을 가정한다.
- 각 AE에서 3개의 상호-위치한 안테나 브랜치들은 완벽하게 직교한다.
- 사용자들의 위치는 기지국(BS: base station)에 의해 알려진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 빔을 활용한 다이버시티 시스템의 구조를 나타내는 도면이다.
제안하는 3D-BF 다이버시티 시스템은 각각 3개의 상호-위치한 안테나 브랜치들을 구비한 다중 사용자들(multiple users)을 고려하고, 여기에서 MUX에 의해 생성된 3개의 빔들이 사용자를 위해 형성된다.
BS에서, 3개의 안테나 및 TxBF(제로 초점(zero-forcing) BF)에 대한 상기 공간-시간 블록 코드(STBC: space-time block code) 인코더가 적용되고, 각각의 사용자에서 상기 STBC 디코더 및 EGC(equal gain combining) Rx 결합(combining)이 적용된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱 시스템의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 제안된 3D-BF 멀티플렉싱 시스템의 구조를 나타내고, 여기에서 생성된 각각의 빔은 한 명의 사용자에게만 사용된다. 이러한 경우, 상기 데이터 비율은 3D-BF 다이버시티 시스템보다 3배 더 높다.
또한, 3개의 상호-위치한 안테나 브랜치를 갖는 상기 다중 사용자들(multiple users) 각각을 고려해야 한다. BS에서, 상기TxBF(제로-초점(zero-forcing) BF)는 구비되고, 각 사용자에 대한 Rx 사이드(side)에서 Rx EGC 결합(combining)이 적용된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
모든 사용자들로부터 입사 신호 시퀀스들(incident signal sequences)을 검출하는 단계1, 상기 입사 신호 시퀀스에 따른 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류하는 단계2, 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 미리 정해진 기준을 따라 3D 빔포밍을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비하는 단계3을 포함한다.
먼저, 제안된 기법은 모든 사용자들(UEs: users)로부터 입사 신호 시퀀스들(incident signal sequences)을 검출한다(510).
그리고 입사 신호 시퀀스에 따른 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류하는 단계2에서는 상기 입사 신호 시퀀스의 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고(521), 상기 모든 사용자들의 입사 신호 시퀀스에 대하여 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류한다. 더욱 상세하게는, 상기 입사 신호 시퀀스를 max(αk, βk, γk)에 따른 3개의 카테고리들로 분류한다. αk가 최대인지 판단(522)하고, αk가 최대인 경우 αk = max(αk, βk, γk)로 분류한다(523). αk가 최대가 아닌 경우, βk가 최대인지 판단(524)한다. βk가 최대인 경우, βk = max(αk, βk, γk)로 분류한다(525). βk가 최대가 아닌 경우, γk = max(αk, βk, γk)로 분류한다(256). 그리고, k = k+1로 변경(527)하고, k > K인지 판단(528)한다. k > K가 아닌 경우, 상기 입사 신호 시퀀스의 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾는 단계(521)부터 반복한다. k > K인 경우, 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 미리 정해진 기준을 따라 3D 빔포밍을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비하는 단계3으로 이동한다. 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입사 신호를 통한 브랜치의 세트 상에서의 선택을 설명하기 위한 도면이다.
예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, αk, βk, 및 γk 는 k th 입사 신호(k번째 incident signal)의 X, Y, Z 축에 따른 예각(acute angles) 나타낸다. 오프 보어-가시 각도(off bore-sight angle)를 고려함으로써 빔-폭 확장(beam-width extension)을 피하기 위해, 3D-BF의 설계에서 아래 기준을 따라야 한다:
a) αk = max(αk, βk, γk)일 때, k th 입사 신호를 위한 빔을 형성하기 위해 A p B3의 브랜치들의 세트를 사용한다.
b) βk = max(αk, βk, γk)일 때, k th 입사 신호를 위한 빔을 형성하기 위해 A p B2의 브랜치들의 세트를 사용한다.
c) γk = max(αk, βk, γk)일 때, k th 입사 신호를 위한 빔을 형성하기 위해 A p B1의 브랜치들의 세트를 사용한다.
여기에서, αk, βk, 및 γk는 각각 수학식(1), 수학식(2), 수학식(3)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112015065550012-pat00002
수학식(1)
Figure 112015065550012-pat00003
수학식(2)
Figure 112015065550012-pat00004
수학식(3)
상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 미리 정해진 기준을 따라 3D 빔포밍을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비하는 단계3은 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는지 판단하는 단계(531)를 포함한다.
상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는 경우, 해당 입사각에 대하여 3D 빔을 활용한 다이버시티를 적용(532)한다. 반면에, 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하지 않는 경우, 해당 입사각에 대하여 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱을 적용(533)한다. 그리고, k > K가 아닌 경우, 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는지 판단하는 단계(531)로 이동한다. k > K인 경우, 제안하는 편파 대용량 MIMO 시스템에서3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 과정을 종료(534)한다. 도 7을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PM-MIMO 시스템에 기반한 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 전송 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
다시 말해, 각 카테고리에 대하여 제안된 기법들은 미리 제공된 상기 기준을 따라 3D-BF을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비한다. 셀-에지(cell-edge) 사용자들에 대한 상기 3D-BF 적용이 결정되면, 셀-에지 사용자들 성능을 유지하기 위해 상기 3D 빔을 활용한 다이버시티가 적용된다. 그렇지 않으면, 도 7에 나타낸 논-셀-에지(non-cell-edge) 사용자들을 위한 시스템 처리량(throughput)을 증가시키기 위해 상기 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱이 적용된다.
3D 빔을 활용한 다이버시티을 적용을 위한 블라인드 채널 추정(BCE: Blind channel estimation)에있어서, 종래 기술에 따르면 상기 BS AEs는 채널 벡터들(channel vectors) 사이에 페어 직교성(pair-wise orthogonality)을 보호하기 위한 비상관 Tx 방사 패턴(uncorrelated Tx radiation pattern)을 야기하는 몇몇 파장(wavelength) (λ)에 의해 분리된다. 하지만, 공간-시간 M-MIMO 시스템들에서, 채널 벡터들(channel vectors) 사이에 상기 인접한 AE 공간이 보통 반 파장 신호(half signal wave-length)보다 동일하거나 더 작게 고정되기 때문에 페어 직교성(pair-wise orthogonality)은 유지될 수 없다.
종래 기술에 따른 BCE 기법에 기반하여 EVD(eigenvalue decomposition)을 수정한다. 상기 수정된 접근(approach)은 PM-MIMO 시스템의 특정 특성들을 통해 페어 직교성(pair-wise orthogonality)에 악영향을 줄 수 있다. 다시 말해, 상기 시스템에서 편파 크로스-브랜치 링크들(particular characteristics)은 상기 인접 AE 간격(adjacent AE spacing)이 반 파장 신호(half signal wave-length)보다 동일하거나 더 낮게 설정될지라도 보통 낮은 상관 관계를 갖는다.
채널 행렬(channel matrix) 수학식(4)는 사용자를 위한 BS AE로부터 9개의 편파 링크들을 유지한다. 수학식(4)의 벡터들은 랜덤이고, BCE의 페어 직교성(pair-wise orthogonality) 충족 조건을 따른다.
따라서, 상기 채널 서브-행렬(channel sub-matrix) 수학식(4)에 의해 얻어진 수신된 신호의 공분산 행렬(covariance matrix)에 기반하여 EVD기반 BCE를 적용한다.
Figure 112015065550012-pat00005
수학식(4)
여기에서, η전송 전력(transmission power), I는 스케터들의 수(number of scatterers), μ는 상호-편파 식별(XPD: cross-polarization discrimination) 값이고, μ는 수신된 상호-브랜치 전력(Received Co-branch Power)/수신된 상호-브랜치 전력(Received Cross-branch Power)과 같다.
상기 시스템 모델은 수학식(5)와 같이 주어진다.
Figure 112015065550012-pat00006
수학식(5)
상기 수신된 신호의 공분산(covariance matrix)은 수학식(6)과 같이 정의된다.
Figure 112015065550012-pat00007
수학식(6)
상기 추정된 채널은 EVD 프로세싱(processing)을 통해
Figure 112015065550012-pat00008
의 고유 벡터(eigenvectors)로서 얻어질 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 HPBW의 확률 밀도 그래프이다.
제안하는 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 방법 및 장치를 통해 안테나 편파(Antenna polarization)는 M-MIMO 시스템의 공간 제약(space constraint)의 문제를 해결할 수 있다.
HPWB(Average half power beam-width)은 도 8에 나타낸 것과 같이 제안된 AE 선택 기법(w/ the consideration of OBSAE)에 의해 50°로 효과적으로 유지할 수 있다. 하지만, 이것은 오프 보어-가시 각 효과(OBSAE: off bore-sight angle effect)가 고려되지 않은 경우(w/o the consideration of OBSAE), 대략 15°정도 확장된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 NLOS(non line-of-sight) 환경에서의 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱 사용자들 평균 BLER 사이의 비교 그래프이다.
도 9에 따른 PACE 및 BCE 사이의 사용자들 평균 블록 에러 비율(BLER: block error rate) 비교 그래프에서 파일럿 보조 채널 추정(PACE: pilot assistant channel estimation)과 비교하면, BCE 기법은 파일럿 혼성(pilot contamination)의 부재 때문에 더 높은 스펙트럼 효율 및 더 우수한 성능을 갖는다. 높은 SNR 및 낮은 모빌리티(mobility)로 인해, PACE는 BCE 기법보다 더 우수하다. 하지만, BCE 기법은 다른 모빌리티를 갖는 성능을 유지할 수 있다. 종래 기술에 따른 Ngo와 BCE를 비교해보면, 상기 제안된 BCE는 더 우수하고, EVD이 채널 서브 행렬(channel sub-matrix)에 의해 얻어진 상기 신호 공분산 행렬(signal covariance matrix)에 기반하여 수행되기 때문에 더 낮은 복잡도를 갖는다.
도 9에 따른 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 사이의 사용자들 평균 블록 에러 비율(BLER: block error rate) 비교 그래프에서 데이터 비율은 ' 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱 = 3 X 3D 빔을 활용한 다이버시티'로 나타낼 수 있다. 그리고, PACE 성능은 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱과 비교하면, 주로 STBC의 이득 때문에 3D 빔을 활용한 다이버시티에 의해 10-2 (3 km/h 경우)의 목표 BLER 에서 대략 3 dB SNR 이득이 달성된다.
하지만, 상기 이득은 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱의 경우에서 상기 파일럿 혼성 효과(pilot contamination effect)가 감소되기 때문에 너무 크지 않고, 더 적은 수의 안테나가 동일한 파일럿 위치들(pilot positions)을 사용한다. BCE 성능은 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱의 경우에 제약 조건이 충족되지 않기 때문에 유지될 수 없다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 장치(1000)는 검출부(1010), 분류부(1020), 세트 형성부(1030)를 포함한다.
검출부(1010)는 모든 사용자들로부터 입사 신호 시퀀스들(incident signal sequences)을 검출한다.
분류부(1020)는 상기 입사 신호 시퀀스에 따른 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류한다. 분류부(1020)는 상기 입사 신호 시퀀스의 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고, 상기 모든 사용자들의 입사 신호 시퀀스에 대하여 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류한다. 더욱 상세하게는, 상기 입사 신호 시퀀스를 max(αk, βk, γk)에 따른 3개의 카테고리들로 분류한다.
예를 들어, αk, βk, 및 γk 는 k th 입사 신호(k번째 incident signal)의 X, Y, Z 축에 따른 예각(acute angles) 나타낸다. 오프 보어-가시 각도(off bore-sight angle)를 고려함으로써 빔-폭 확장(beam-width extension)을 피하기 위해, 3D-BF의 설계에서 아래 기준을 따라야 한다:
a) αk = max(αk, βk, γk)일 때, k th 입사 신호를 위한 빔을 형성하기 위해 A p B3의 브랜치들의 세트를 사용한다.
b) βk = max(αk, βk, γk)일 때, k th 입사 신호를 위한 빔을 형성하기 위해 A p B2의 브랜치들의 세트를 사용한다.
c) γk = max(αk, βk, γk)일 때, k th 입사 신호를 위한 빔을 형성하기 위해 A p B1의 브랜치들의 세트를 사용한다.
세트 형성부(1030)는 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 미리 정해진 기준을 따라 3D 빔포밍을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비한다. 세트 형성부(1030)는 판단부(1031), 다이버시티부(1032), 멀티플렉싱부(1033)를 포함한다.
판단부(1031)는 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는지 판단한다.
다이버시티부(1032)는 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는 경우, 해당 입사각에 대하여 3D 빔을 활용한 다이버시티를 적용한다.
멀티플렉싱부(1033)는 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하지 않는 경우, 해당 입사각에 대하여 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱을 적용한다.
다시 말해, 각 카테고리에 대하여 제안된 기법들은 미리 제공된 상기 기준을 따라 3D-BF을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비한다. 셀-에지(cell-edge) 사용자들에 대한 상기 3D-BF 적용이 결정되면, 셀-에지 사용자들 성능을 유지하기 위해 상기 3D 빔을 활용한 다이버시티가 적용된다. 그렇지 않으면, 논-셀-에지(non-cell-edge) 사용자들을 위한 시스템 처리량(throughput)을 증가시키기 위해 상기 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱이 적용된다.
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, 콘트롤러, 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 콘트롤러를 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.

Claims (8)

  1. 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 방법에 있어서,
    모든 사용자들로부터 입사 신호 시퀀스들(incident signal sequences)을 검출하는 단계;
    상기 입사 신호 시퀀스에 따른 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류하는 단계; 및
    상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 미리 정해진 기준을 따라 3D 빔포밍을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비하는 단계
    를 포함하고,
    상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 미리 정해진 기준을 따라 3D 빔포밍을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비하는 단계는,
    상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는지 판단하는 단계
    를 포함하고,
    상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하지 않는 경우, 해당 입사각에 대한 사용자들의 시스템 처리량을 증가시키기 위해 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱을 적용하고,
    상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는 경우, 해당 입사각에 대하여 3D 빔을 활용한 다이버시티를 적용하고,
    사용자를 위한 기지국 어레이 엘리먼트로부터 미리 정해진 수의 편파 링크들을 유지하고, 블라인드 채널 추정의 페어 직교성 충족 조건을 따르며, 랜덤 벡터들, 전송 전력, 스케터들의 수, 상호-편파 식별 값, 수신된 상호-브랜치 전력/ 상호-브랜치 전력의 값을 이용하여 채널 서브-행렬 수학식을 구하고,
    3D 빔을 활용한 다이버시티 적용을 위해 채널 서브-행렬 수학식에 의해 얻어진 수신된 신호의 공분산 행렬을 이용하여 수정된 EVD기반 블라인드 채널 추정을 적용함으로써 수신된 신호의 공분산을 구하는
    편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입사 신호 시퀀스에 따른 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류하는 단계는,
    상기 입사 신호 시퀀스의 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고, 상기 모든 사용자들의 입사 신호 시퀀스에 대하여 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류하는 것
    을 특징으로 하는 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 장치에 있어서,
    모든 사용자들로부터 입사 신호 시퀀스들(incident signal sequences)을 검출하는 검출부;
    상기 입사 신호 시퀀스에 따른 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류하는 분류부; 및
    상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 미리 정해진 기준을 따라 3D 빔포밍을 위해 사용되는 브랜치들의 세트를 준비하는 세트 형성부
    를 포함하고,
    상기 세트 형성부는,
    상기 미리 정해진 개수의 카테고리들에 대하여 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는지 판단하는 판단부;
    상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는 경우, 해당 입사각에 대하여 3D 빔을 활용한 다이버시티를 적용하는 다이버시티부; 및
    상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하지 않는 경우, 해당 입사각에 대한 사용자들의 시스템 처리량을 증가시키기 위해 3D 빔을 활용한 멀티플렉싱을 적용하는 멀티플렉싱부
    를 포함하고,
    상기 미리 정해진 개수의 카테고리들 각각에 속한 입사각들이 셀-에지 UE에 속하는 경우, 해당 입사각에 대하여 3D 빔을 활용한 다이버시티를 적용하고,
    사용자를 위한 기지국 어레이 엘리먼트로부터 미리 정해진 수의 편파 링크들을 유지하고, 블라인드 채널 추정의 페어 직교성 충족 조건을 따르며, 랜덤 벡터들, 전송 전력, 스케터들의 수, 상호-편파 식별 값, 수신된 상호-브랜치 전력/ 상호-브랜치 전력의 값을 이용하여 채널 서브-행렬 수학식을 구하고,
    3D 빔을 활용한 다이버시티 적용을 위해 채널 서브-행렬 수학식에 의해 얻어진 수신된 신호의 공분산 행렬을 이용하여 수정된 EVD기반 블라인드 채널 추정을 적용함으로써 수신된 신호의 공분산을 구하는
    편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분류부는,
    상기 입사 신호 시퀀스의 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고, 상기 모든 사용자들의 입사 신호 시퀀스에 대하여 X, Y, 및 Z 축에 따른 각각의 최대 예각들을 찾고 상기 미리 정해진 개수의 카테고리들로 분류하는 것
    을 특징으로 하는 편파 대용량 MIMO 시스템에서 3D 빔을 활용한 다이버시티 및 멀티플렉싱 장치.
  8. 삭제
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