KR101679132B1 - 대규모 안테나를 이용하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 신호 전송 방법 - Google Patents

대규모 안테나를 이용하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 신호 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대규모 다중 안테나를 사용하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 신호를 동시에 전송하는 방법에 관한 것이다. 대규모 안테나를 사용하여 다중 사용자의 신호를 동시에 전송하는 기존의 ZFBF(Zeroforcing Beamforming)과 같은 다중 신호 전송 기법은 매우 큰 연산 복잡도를 필요로 하여 실장이 용이하지 못하다. 본 발명은 다중사용자 빔간의 간섭을 순차적으로 제거함으로써 기존의 ZFBF보다 성능 열화는 크지 않으면서 대규모 안테나를 사용하는 다중 신호 전송 기법의 실장 복잡도를 크게 줄일 수 있다.

Description

대규모 안테나를 이용하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 신호 전송 방법 {A method for multi-user signal transmission in massive antenna-based wireless communication systems}
본 발명은 대규모 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자 신호를 동시에 전송하는 실장 복잡도가 낮은 다중 신호 전송 기법에 관한 것이다.
스마트폰 보급에 따른 무선 멀티미디어 서비스의 활성화, 비디오 트래픽 사용의 빈도가 높아지는 등의 무선 통신 수요 확대로 인해 무선 데이터 사용량이 폭발적으로 급증하고, 기존의 전송 방식으로 처리가 쉽지 않은 빅데이터(big data) 환경이 도래하고 있다. 차세대 통신 용량 확보를 위해서 셀 밀도, 주파수 대역 그리고 주파수 효율적 측면을 중심으로 많은 연구가 진행되고 있다. 그 중 최근 주파수 효율을 높이기 위한 기술로서, 대규모 안테나(massive multiple-input multiple output; 이하 M-MIMO라 칭함) 시스템의 사용이 고려되고 있다. 또한, 이 M-MIMO 기술은 적은 에너지로 높은 주파수 효율을 내는 특징으로 인해, 에너지 효율적인 녹색 통신(green communications) 기술 중 하나로 크게 주목 받고 있다.
M-MIMO 시스템은 많은 안테나의 사용으로 높은 자유도(degree of freedoms)를 갖게 되었고, 이를 통해 다수의 사용자를 동시에 서비스하고 높은 성능 이득을 가질 수 있게 되었다. 하지만 기존의 공간 다중화 기술들을 M-MIMO 시스템에 직접 적용하여 실장 하는 것이 용이하지 못하다. 대표적 기존 공간 다중화 기술로 최대 비율 전송기법(Maximal ratio transmission: 이하 MRT로 칭함)과 강제 영점 빔포밍 기법(Zero-forcing Beamforming; 이하 ZFBF로 칭함)이 많이 사용되고 있다.
MRT기법은 송신단에서 추정한 채널 벡터를 정규화(normalization)하여 빔 형성 벡터로 발생하는 기법으로, 실장 복잡도는 낮으나 전송 빔들 사이에 간섭이 존재하게 된다. ZFBF 기법은 추정한 채널 정보를 기반으로 다중 사용자 간의 간섭을 제거한 빔 형성 벡터를 발생하여 신호를 전송하는 기법이다. 생성된 빔 간의 간섭을 제거하기 위해서 추정한 채널 행렬을 의사 역변환(pseudo-inverse) 한 후 정규화하여 빔 형성 벡터로 사용하게 되는데, M-MIMO 시스템은 사용자 채널 행렬이 매우 크게 되므로 ZFBF 빔 형성 벡터 발생에 매우 큰 연산 복잡도를 필요로 한다. 따라서 본 발명은 상기 제기된 문제를 해결하기 위하여 성능은 ZFBF와 비슷하나, 연산 복잡도를 감소시킨 다중 사용자 빔 생성 기법을 제안한다. 본 발명은 상용 방법으로 생성된 빔 형성 벡터로부터 간섭을 순차적으로 제거함으로써, 요구되는 성능을 줄어든 실장 복잡도로 또는 요구되는 복잡도로 더 나은 전송 성능을 제공할 수 있게 한다.
M-MIMO 시스템은 실질적으로 기존의 공간 다중화 기술로는 M-MIMO 시스템에 적용하기에 많은 어려움이 따른다. 특히, 상용하는 기존의 공간 다중화 기술인 ZFBF 기법은, 추정한 채널 행렬을 의사역변환(pseudo-inverse)하고 정규화 과정을 통해 다중 사용자 간의 간섭을 제거한 빔 형성 벡터를 생성한다. 하지만, 많은 안테나를 갖는 M-MIMO 시스템은, 다중 사용자 채널 행렬을 매우 크게 하여, 매우 큰 연산 복잡도를 필요로 하므로 실제적으로 운용하기에는 많은 어려움이 따른다.
본 발명은 제기된 문제를 해결하기 위하여 초기 빔 형성 벡터를 기초로, 초기 빔 형성 벡터로부터 유발되는 간섭을 제거하고 싶은 큰 간섭부터 제거할 수 있도록 생성한 간섭 제거 벡터를 순차적으로 더하는 방식을 통해, 원하는 성능에 좀 더 낮은 연산 복잡도로 혹은 원하는 복잡도에 좀 더 나은 성능을 갖도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 대규모의 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 기지국이
Figure 112014127017300-pat00001
명의 다중 사용자 신호를 선택하고 (상기 선택된
Figure 112014127017300-pat00002
명의 사용자 집합을
Figure 112014127017300-pat00003
라 칭함), 상기 선택한
Figure 112014127017300-pat00004
명의 사용자 채널 정보에 따라 상용의 다중빔 형성 기법을 이용하여 생성된 빔 형성 벡터
Figure 112014127017300-pat00005
를 이용하여 상기
Figure 112014127017300-pat00006
명의 다중 사용자 신호를 동시에 전송하는 다중 신호 전송 방법에 있어서, 상기 선택된 사용자
Figure 112014127017300-pat00007
신호가 간섭을 주는 다른 사용자들
Figure 112014127017300-pat00008
중에서 간섭을 제거할 사용자 집합
Figure 112014127017300-pat00009
을 결정하는 과정, 상기 결정된 사용자 집합
Figure 112014127017300-pat00010
에 속한 사용자들에 대한 간섭 제거 벡터를 생성하는 과정, 상기 생성된 간섭 제거 벡터를 이용하여 다중 빔을 생성하고 상기 선택된
Figure 112014127017300-pat00011
명의 사용자에게 동시에 신호를 전송하는 과정을 포함한다.
또한, 상기 선택된 사용자
Figure 112014127017300-pat00012
신호가 간섭을 주는 다른 사용자들
Figure 112014127017300-pat00013
Figure 112014127017300-pat00014
중에서 간섭을 제거할 사용자 집합
Figure 112014127017300-pat00015
을 결정하는 과정은, 요구되는 전송 성능과 허용되는 실장 복잡도를 고려하여 제거해야 할 간섭의 수
Figure 112014127017300-pat00016
을 결정하는 과정과, 상기 선택된 사용자
Figure 112014127017300-pat00017
의 신호가 다른 사용자
Figure 112014127017300-pat00018
에게 유발하는 간섭크기를
Figure 112014127017300-pat00019
이라고 할 때, 상기 간섭량
Figure 112014127017300-pat00020
이 큰 사용자 순서로 (즉,
Figure 112014127017300-pat00021
) 정렬하여
Figure 112014127017300-pat00022
로 결정하는 과정을 포함한다.
또한, 상기 결정된 사용자 집합
Figure 112014127017300-pat00023
에 속한 사용자들에 대한 간섭 제거 벡터를 생성하는 과정은, 상기
Figure 112014127017300-pat00024
에 속한 사용자
Figure 112014127017300-pat00025
의 간섭을 제거하기 위한 간섭 제거 벡터
Figure 112014127017300-pat00026
는, 상기 선택된 사용자
Figure 112014127017300-pat00027
와 사용자
Figure 112014127017300-pat00028
의 채널을 제외한 집합
Figure 112014127017300-pat00029
에 속한 모든 사용자의 채널과 직교하는 벡터로 상기
Figure 112014127017300-pat00030
에 속한 모든 사용자에 대해 상기 간섭 제거 벡터
Figure 112014127017300-pat00031
을 결정하는 과정, 기지국과 상기 사용자
Figure 112014127017300-pat00032
사이의 채널 벡터가
Figure 112014127017300-pat00033
이라 할 때, 상기 생성된
Figure 112014127017300-pat00034
의 가중치
Figure 112014127017300-pat00035
를
Figure 112014127017300-pat00036
로 결정하고 상기 사용자
Figure 112014127017300-pat00037
의 간섭 제거 벡터
Figure 112014127017300-pat00038
를
Figure 112014127017300-pat00039
으로 결정하는 과정을 포함한다. 또한, 상기 결정된 사용자들의 간섭 제거 벡터를 이용하여 다중 빔을 생성하여 동시에 신호를 전송하는 과정은, 상기 결정된 사용자
Figure 112014127017300-pat00040
의 간섭 제거 벡터
Figure 112014127017300-pat00041
를 초기 빔 생성벡터
Figure 112014127017300-pat00042
에 더하여 사용자
Figure 112014127017300-pat00043
의 빔 형성 벡터
Figure 112014127017300-pat00044
를
Figure 112014127017300-pat00045
로 결정하고, 이를 정규화하여 빔 형성 벡터
Figure 112014127017300-pat00046
를
Figure 112014127017300-pat00047
으로 최종 생성하는 과정, 상기 선택된 모든 다중 사용자의 빔 형성 벡터에 상기 과정을 반복하여 빔 형성 벡터
Figure 112014127017300-pat00048
를 생성하는 과정, 상기 사용자
Figure 112014127017300-pat00049
의 신호를
Figure 112014127017300-pat00050
라 할 때, 상기 생성된 빔 형성 벡터를 이용하여 상기 선택된 사용자들의 신호를
Figure 112014127017300-pat00051
로 생성하여 전송하는 과정을 포함한다.
기존의 복잡도를 낮추기 위한 제안된 빔 생성 기법들의 경우, 단말로부터 빔 생성을 위해 받는 사용자들의 채널 정보를 최소화하여 빔 생성에 필요한 추가 정보는 기지국에서 유추하도록 함으로써 복잡도를 낮추는 방식들이 많았다. 차세대 통신 시스템인 M-MIMO 시스템은 매우 많은 안테나를 사용하게 되어 기존의 ZFBF 기법을 사용하는데 매우 큰 연산 복잡도를 요구하게 된다. 이 문제를 완화하여 실장 가능한 복잡도를 제공하기 위해서 본 발명은 복잡도가 적은 MRT같은 상용의 다중 빔 형성 기법으로 생성된 사용자 신호에서, 실장 가능한 복잡도 또는 요구되는 전송 성능 등을 고려하여 간섭 제거 개수를 결정하고, 이 개수 만큼 큰 간섭부터 순차적으로 제거함으로써 기존의 ZFBF보다 실장 복잡도를 크게 줄이면서도 성능 열화가 크지 않는 있는 대규모 안테나 사용 환경에 적합한 다중 신호 전송 기법을 제안한다. 또한 간섭 제거 수를 가변 할 수 있으므로 실장 복잡도를 고려하여 전송 성능을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기지국과 단말의 관계를 도시한 도면
도 2는 본 발명의 다중 빔 생성 기법이 적용된 무선 통신 시스템에서의 동작 과정을 도시한 도면
도 3은 본 발명의 다중 빔 생성을 위해 간섭 제거 벡터를 생성하는 과정을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MRT 기법 기초로 간섭 제거 벡터를 생성하는 과정을 도시한 도면
도 1은 본 발명에서 제안하는 낮은 복잡도의 빔 생성 기법에서 기지국(101)과 사용자(106)간의 관계를 나타낸 도면이다.
Figure 112014127017300-pat00052
개의 전송 안테나(102)를 사용하는 기지국(101)이 서비스하는 사용자의 집합
Figure 112014127017300-pat00053
속한
Figure 112014127017300-pat00054
명의 사용자에게 동시에 신호를 전송한다고 가정한다. 이 때, 사용자
Figure 112014127017300-pat00055
를 포함한
Figure 112014127017300-pat00056
명의 사용자 집합을
Figure 112014127017300-pat00057
라 한다. 기지국이 다중 사용자 선택기(scheduler)(103)를 통해 선택한 상기 다중 사용자를 선택하고, 선택한 상기 사용자
Figure 112014127017300-pat00058
로부터 간섭을 제거 받을 사용자
Figure 112014127017300-pat00059
명을 간섭 제거 개수 결정기(104)를 통해 결정한다. 해당 간섭 제거 개수에 따라 선택된 사용자
Figure 112014127017300-pat00060
명에게 간섭 제거 벡터(105)를 생성한다. 신호 생성기(106)는
Figure 112014127017300-pat00061
명의 사용자에게 다중 전송할 심볼 신호를 형성하고, 빔 형성기(107)를 통해 전송할 신호를 생성한다. 이 때, 상기 사용자
Figure 112014127017300-pat00062
가 기지국으로부터 수신한 신호는 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00063
여기서
Figure 112014127017300-pat00064
는 기지국부터 사용자
Figure 112014127017300-pat00065
로의 경로 손실(path loss)을,
Figure 112014127017300-pat00066
는 기지국부터 사용자
Figure 112014127017300-pat00067
사이의
Figure 112014127017300-pat00068
채널 벡터를,
Figure 112014127017300-pat00069
와
Figure 112014127017300-pat00070
는 각각 기지국이 전송하는
Figure 112014127017300-pat00071
빔 형성 벡터와 송신 신호를, 그리고
Figure 112014127017300-pat00072
는 평균이 0이고 분산이
Figure 112014127017300-pat00073
인 가산성 백색 가우시안 잡음 (additive white Gaussian noise; 이하 AWGN라 지칭함)을, 윗첨자
Figure 112014127017300-pat00074
는 켤레 전치 연산(Conjugate-transpose operation)을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 설명을 쉽게 하기 위하여, 제안하는 다중 빔 생성 기법이 적용된 무선 통신 시스템에서의 동작 과정을 간단히 나타낸 도면이다. 201단계는 기지국은 집합
Figure 112014127017300-pat00075
에 속한 사용자들로부터 받은 채널 및 운용 상태 정보를 이용하여 동시에 서비스할
Figure 112014127017300-pat00076
명의 사용자를 선택한다. 202단계에서는, 상기 선택된 사용자들의 채널 정보를 이용하여 MRT 같은 상용의 다중 신호 전송 기법을 사용한 빔 형성 벡터를 생성하고, 203단계에서는 제거해야 할 간섭 신호의 수
Figure 112014127017300-pat00077
을 결정한다. 상기 제거해야 할 간섭 신호의 수는 얼마나 많은 간섭을 제거할지를 나태나는 수로, 요구되는 성능과 허용 가능한 복잡도를 고려하여 결정할 수 있다. 204단계는 제거할 간섭 신호의 수만큼의 간섭 제거 사용자 집합을 결정하는 단계이다. 상기 사용자
Figure 112014127017300-pat00078
에 사용되는 빔 형성 벡터가
Figure 112014127017300-pat00079
인 경우, 사용자
Figure 112014127017300-pat00080
가 다른 사용자
Figure 112014127017300-pat00081
에게 미치는 간섭량
Figure 112014127017300-pat00082
은 하기 <수학식2>로 나타낼 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00083
이 경우, 사용자
Figure 112014127017300-pat00084
가 동시에 서비스되는 다른 사용자에게 미치는 총 간섭량은 하기 <수학식3>으로 나타낼 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00085
사용자
Figure 112014127017300-pat00086
가 다른 사용자에게 미치는 간섭을 제거하기 위한 일 예로, <수학식 2>로 계산된 사용자
Figure 112014127017300-pat00087
가 다른 사용자에게 미치는 간섭 크기 순으로 간섭을 제거 할 수 있다. 이 경우, 간섭을 크기 순으로 정렬하고, 이들 사용자 지수를
Figure 112014127017300-pat00088
라 하면,
Figure 112014127017300-pat00089
인 경우,
Figure 112014127017300-pat00090
이다. 사용자
Figure 112014127017300-pat00091
가 다른 사용자에게 미치는 간섭이 큰 사용자 순으로 정렬한
Figure 112014127017300-pat00092
명의 사용자 집합을
Figure 112014127017300-pat00093
이라고 하면, 하기 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00094
사용자
Figure 112014127017300-pat00095
를 기반으로 간섭 제거 벡터를 연산하기 위해, 사용자
Figure 112014127017300-pat00096
를 포함하여 정렬한 집합을
Figure 112014127017300-pat00097
이라 하면 하기 <수학식5>로 나타낼 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00098
205단계는 사용자
Figure 112014127017300-pat00099
로부터 상기 결정된 집합
Figure 112014127017300-pat00100
에 속하는 사용자에 미치는 간섭을 제거 하기 위한 간섭 제거 벡터를 생성하는 단계이다. 상기 사용자
Figure 112014127017300-pat00101
의 사용자
Figure 112014127017300-pat00102
에 대한 간섭 제거 벡터는 사용자
Figure 112014127017300-pat00103
과
Figure 112014127017300-pat00104
를 제외한 집합
Figure 112014127017300-pat00105
내 사용자의 빔형성 방향과 모두 직교하도록 만들어진다. 따라서, MRT 빔형성을 고려했을 경우, 집합
Figure 112014127017300-pat00106
내 사용자의 채널과 모두 직교하도록 만들어진다. 상기 간섭 제거 벡터가 초기 빔 형성 벡터와 더해지면 사용자
Figure 112014127017300-pat00107
의 신호는 집합
Figure 112014127017300-pat00108
에 속한 사용자 신호와 직교하게 된다. 206단계에서는 초기 발생한 빔 형성 벡터에 상기 간섭 제거 벡터를 더하고 크기를 정규화를 함으로써, 각 사용자의 빔 형성 벡터를 생성한다. 특이한 예로,
Figure 112014127017300-pat00109
인 경우에는 상용의 ZFBF 성능과 동일한 성능을 얻을 수 있다.
도 3과 도4는 본 발명에서 제안하는 낮은 복잡도 빔 생성 기술을 위해 간섭 제거 벡터를 생성하는 과정을 도식화한 도면과 그 예이다. 301단계에서는 사용자
Figure 112014127017300-pat00110
의 초기 빔 형성 벡터를 설정하는 단계로, 간섭 제거 벡터를 생성하지 않는다면 최종 빔 형성 벡터
Figure 112014127017300-pat00111
는 초기 설정한
Figure 112014127017300-pat00112
와 같게 된다. 초기 설정 빔 형성 벡터는 하기 <수학식6>으로 나타낸다.
Figure 112014127017300-pat00113
302단계에서는 다른 사용자에게 미치는 간섭을 제거하기 위해, 제거할 간섭 신호 수 만큼 간섭을 제거하는 간섭 제거 벡터를 생성한다. 이 때, 사용자
Figure 112014127017300-pat00114
의 간섭 제거 집합
Figure 112014127017300-pat00115
에 속한 사용자
Figure 112014127017300-pat00116
에 대한 간섭 제거 벡터를
Figure 112014127017300-pat00117
라 하자. 상기
Figure 112014127017300-pat00118
는 사용자
Figure 112014127017300-pat00119
의 채널과 사용자
Figure 112014127017300-pat00120
의 채널을 제외한 집합
Figure 112014127017300-pat00121
내 사용자들의 채널과 직교하는 벡터로서, 일 예로 다중 사용자 3명인 경우, 사용자 1에 대한 간섭 제거 벡터를 구하는 과정을 도 4에보인다. MRT 기법으로 발생된 정규화 채널 벡터
Figure 112014127017300-pat00122
를 초기 빔 형성 벡터로 사용하는 경우, 세 명의 다중 사용자 중 사용자 1의 사용자 2와 3에 대한 간섭 제거 벡터
Figure 112014127017300-pat00123
와
Figure 112014127017300-pat00124
를 발생하는 과정을 보인다. 이 때, 사용자 1에 대해 간섭 제거 수
Figure 112014127017300-pat00125
을 2로 결정하면 사용자 1을 포함한 간섭 제거 사용자 집합은
Figure 112014127017300-pat00126
가 된다. 사용자 2에 대한 간섭 제거 벡터
Figure 112014127017300-pat00127
는 사용자 1의 사용자 2에 대한 간섭을 제거하기 위해, 사용자 1과 2의 채널벡터를 제외한 다른 채널벡터와는 직교하도록 만들어지고,
Figure 112014127017300-pat00128
도 같은 방법으로 사용자 3의 간섭을 제거하기 위해, 사용자1과 3의 채널벡터를 제외한 다른 채널벡터와는 직교하도록 만들어진다. 상기 과정에 따라 생성된 간섭 제거 벡터는 하기 <수학식 7>로 나타낼 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00129
Figure 112014127017300-pat00130
Figure 112014127017300-pat00131
Figure 112014127017300-pat00132
상기 예와 같이, 사용자
Figure 112014127017300-pat00133
에 미치는 간섭을 없애기 위해서, 벡터
Figure 112014127017300-pat00134
는 벡터
Figure 112014127017300-pat00135
와 동일하다고 설정하고, 즉
Figure 112014127017300-pat00136
로 하고, 사용자
Figure 112014127017300-pat00137
과 사용자
Figure 112014127017300-pat00138
를 제외한 집합
Figure 112014127017300-pat00139
에 속한 다른 사용자의 채널들과 직교하도록 반복적으로 연산을 한다. 사용자
Figure 112014127017300-pat00140
의 간섭 제거 벡터의 연산에 사용되는
Figure 112014127017300-pat00141
는 하기 <수학식 8>과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00142
여기서, 벡터
Figure 112014127017300-pat00143
는 초기 설정된 빔 형성 벡터,
Figure 112014127017300-pat00144
는 사용자
Figure 112014127017300-pat00145
와
Figure 112014127017300-pat00146
를 제외한 사용자 채널 벡터를 나타낸다. 최종적으로 사용자
Figure 112014127017300-pat00147
에 대한 간섭 제거 벡터
Figure 112014127017300-pat00148
는 사용자
Figure 112014127017300-pat00149
와
Figure 112014127017300-pat00150
를 제외한 집합
Figure 112014127017300-pat00151
의 정렬된 사용자와 직교하는 간섭 제거 벡터를 하기 <수학식 9> 와 같이 발생할 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00152
303단계에서는 상기 결정된 간섭 제거 벡터의 가중치를 생성한다. 간섭 제거 벡터의 가중치
Figure 112014127017300-pat00153
는 사용자
Figure 112014127017300-pat00154
가 사용자
Figure 112014127017300-pat00155
에 미치는 간섭량을 생성하기 위하여 하기 <수학식 10>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00156
일례로 도 4의 간섭 제거 벡터
Figure 112014127017300-pat00157
와
Figure 112014127017300-pat00158
의 가중치는 하기 <수학식 11>으로 나타낼 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00159
Figure 112014127017300-pat00160
304단계에서는 생성한 간섭 제거 벡터의 수가 기지국에서 상기 결정된 간섭 제거 수
Figure 112014127017300-pat00161
과 같아질 때까지 302단계와 303단계를 반복한다. 일 예로, 도 4인 경우, 간섭 제거 수
Figure 112014127017300-pat00162
가 2로 설정되어, 사용자 1이 미치는 모든 간섭을 제거하는 벡터를 발생하고 있으므로, 사용자 1에 대해 사용자 2와 사용자3의 간섭 제거 벡터
Figure 112014127017300-pat00163
와
Figure 112014127017300-pat00164
을 모두 생성하게 된다. 만약, 간섭 제거 수
Figure 112014127017300-pat00165
이 1로 설정되고, 간섭에 따라 정렬된 사용자 1의 집합
Figure 112014127017300-pat00166
이
Figure 112014127017300-pat00167
로 되어있다면, 사용자 1에 대해 간섭량이 큰 사용자 2에 대한 간섭만 제거 할 수 있다. 상위 단계에서 사용자 1이 가장 간섭을 받는 사용자의 간섭만 제거해도, 적은 연산량으로 간섭량을 크게 줄일 수 있다. 305 단계에서는, 초기 설정한 빔 형성 벡터
Figure 112014127017300-pat00168
와 이전 단계에서의 가중된 간섭 제거 벡터
Figure 112014127017300-pat00169
를 더한 벡터
Figure 112014127017300-pat00170
를 정규화를 함으로써 최종 빔 형성 벡터
Figure 112014127017300-pat00171
를 하기 <수학식 12>으로 생성한다.
Figure 112014127017300-pat00172
상기 제안된 간섭 제거 기법의 복잡도를 계산하기 위하여,
Figure 112014127017300-pat00173
는 벡터를 정규화하는데 필요한 복잡도,
Figure 112014127017300-pat00174
는 기하학적으로 직교하는 연산을 위해 필요한 복잡도,
Figure 112014127017300-pat00175
는 간섭 제거 벡터의 가중치를 위해서 필요한 복잡도라고 정의하면 각각 하기 <수학식 13>과 같이 표시할 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00176
본 발명에서 제안하는 빔 형성 벡터를 생성할 때, 초기 설정한 빔 생성 기법을 MRT라고하면
Figure 112014127017300-pat00177
필요한 최종 연산 복잡도는 하기 <수학식 14>로 나타낼 수 있다.
Figure 112014127017300-pat00178
만약 최종적으로 305단계에서 선택된 사용자의 빔 형성 벡터가 주는 간섭을 모두 제거하는 벡터를 생성했다면, 선택된 사용자가 다른 사용자에게 간섭을 주지 않는 빔 형성 벡터를 생성 할 수 있다. 이 때, 다중 사용자 수가 채널 행렬의 Rank와 같거나 MRT 기법을 초기 빔 형성 벡터로 할 경우에는, 추정 채널 행렬의 의사 역행렬 연산을 기반으로 하는 상용의 ZFBF 기법과 같은 성능을 갖는다.

Claims (4)

  1. 대규모의 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 기지국이
    Figure 112016089634089-pat00179
    명의 다중 사용자 신호를 선택하고 (상기 선택된
    Figure 112016089634089-pat00180
    명의 사용자 집합을
    Figure 112016089634089-pat00181
    라 칭함), 상기 선택한
    Figure 112016089634089-pat00182
    명의 사용자 채널 정보에 따라 상용의 다중빔 형성 기법을 이용하여 생성된 빔 형성 벡터
    Figure 112016089634089-pat00183
    를 이용하여 상기
    Figure 112016089634089-pat00184
    명의 다중 사용자 신호를 동시에 전송하는 다중 신호 전송 방법에 있어서,
    상기 선택된 사용자
    Figure 112016089634089-pat00185
    신호가 간섭을 주는 다른 사용자들
    Figure 112016089634089-pat00186
    중에서 간섭 영향이 큰 사용자 순으로 간섭을 제거할 사용자 집합
    Figure 112016089634089-pat00187
    을 결정하는 과정,
    상기 결정된 사용자 집합
    Figure 112016089634089-pat00188
    에 속한 사용자들에 발생하는 간섭을 제거하기 위한 간섭 제거 벡터를 생성하는 과정,
    상기 생성된 간섭 제거 벡터와 상기 빔 형성 벡터
    Figure 112016089634089-pat00234
    를 이용하여 다중 빔을 생성하고 상기 선택된
    Figure 112016089634089-pat00189
    명의 사용자에게 동시에 신호를 전송하는 과정을 포함하는 다중 신호 전송 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 선택된 사용자
    Figure 112014127017300-pat00190
    신호가 간섭을 주는 다른 사용자들
    Figure 112014127017300-pat00191
    중에서 간섭을 제거할 사용자 집합
    Figure 112014127017300-pat00192
    을 결정하는 과정은,
    요구되는 전송 성능과 허용되는 실장 복잡도를 고려하여 제거해야 할 간섭의 수
    Figure 112014127017300-pat00193
    을 결정하는 과정과,
    상기 선택된 사용자
    Figure 112014127017300-pat00194
    의 신호가 다른 사용자
    Figure 112014127017300-pat00195
    에게 유발하는 간섭크기를
    Figure 112014127017300-pat00196
    이라고 할 때, 상기 간섭량
    Figure 112014127017300-pat00197
    이 큰 사용자 순서로 (즉,
    Figure 112014127017300-pat00198
    ) 정렬하여
    Figure 112014127017300-pat00199
    로 결정하는 과정을 포함하는 다중 신호 전송 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결정된 사용자 집합
    Figure 112016089634089-pat00200
    에 속한 사용자들에 대한 간섭 제거 벡터를 생성하는 과정은,
    상기
    Figure 112016089634089-pat00201
    에 속한 사용자
    Figure 112016089634089-pat00202
    의 간섭을 제거하기 위한 간섭 제거 벡터
    Figure 112016089634089-pat00203
    는, 상기 선택된 사용자
    Figure 112016089634089-pat00204
    와 사용자
    Figure 112016089634089-pat00205
    의 채널을 제외한 집합
    Figure 112016089634089-pat00206
    에 속한 모든 사용자의 채널과 직교하는 벡터로
    Figure 112016089634089-pat00207
    에 속한 모든 사용자에 대해 상기 간섭 제거 벡터
    Figure 112016089634089-pat00208
    을 결정하는 과정,
    기지국과 상기 사용자
    Figure 112016089634089-pat00209
    사이의 채널 벡터가
    Figure 112016089634089-pat00210
    이라 할 때, 상기 생성된
    Figure 112016089634089-pat00211
    의 가중치
    Figure 112016089634089-pat00212
    를
    Figure 112016089634089-pat00213
    로 결정하고 상기 사용자
    Figure 112016089634089-pat00214
    의 간섭 제거 벡터
    Figure 112016089634089-pat00215
    를
    Figure 112016089634089-pat00216
    으로 결정하는 과정을 포함하는 다중 신호 전송 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 결정된 사용자들의 간섭 제거 벡터를 이용하여 다중 빔을 생성하여 동시에 신호를 전송하는 과정은,
    상기 결정된 사용자
    Figure 112014127017300-pat00217
    의 간섭 제거 벡터
    Figure 112014127017300-pat00218
    를 초기 빔 생성벡터
    Figure 112014127017300-pat00219
    에 더하여 사용자
    Figure 112014127017300-pat00220
    의 빔 형성 벡터
    Figure 112014127017300-pat00221
    를 로 결정하고, 이를 정규화하여 빔 형성 벡터
    Figure 112014127017300-pat00223
    를
    Figure 112014127017300-pat00224
    으로 최종 생성하는 과정,
    상기 선택된 모든 다중 사용자의 빔 형성 벡터에 상기 과정을 반복하여 빔 형성 벡터
    Figure 112014127017300-pat00225
    를 생성하는 과정,
    상기 사용자
    Figure 112014127017300-pat00226
    의 신호를
    Figure 112014127017300-pat00227
    라 할 때, 상기 생성된 빔 형성 벡터를 이용
    하여 상기 선택된 사용자들의 신호를
    Figure 112014127017300-pat00228
    로 생성하여 전송하는 과정을 포함하는 다중 신호 전송 방법.
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