KR101698352B1 - 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법 - Google Patents

자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101698352B1
KR101698352B1 KR1020140112436A KR20140112436A KR101698352B1 KR 101698352 B1 KR101698352 B1 KR 101698352B1 KR 1020140112436 A KR1020140112436 A KR 1020140112436A KR 20140112436 A KR20140112436 A KR 20140112436A KR 101698352 B1 KR101698352 B1 KR 101698352B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
users
preprocessor
cell
user
matrix
Prior art date
Application number
KR1020140112436A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160025324A (ko
Inventor
이경천
팜 칸
Original Assignee
서울과학기술대학교 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 서울과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority to KR1020140112436A priority Critical patent/KR101698352B1/ko
Publication of KR20160025324A publication Critical patent/KR20160025324A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101698352B1 publication Critical patent/KR101698352B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
    • H04L1/0618—Space-time coding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03—Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법에 관한 것으로, 각 채널별로 송신할 소스 신호를 입력받는 신호입력부, 상기 소스 신호 사이의 간섭을 정렬하여 각 송신 안테나가 전송할 정렬 신호를 산출하는 전처리기를 생성하는 전처리기 생성부, 상기 전처리기를 실행하여 상기 소스 신호가 정렬된 상기 정렬 신호를 산출하는 전처리부 및 상기 정렬 신호를 전파 신호로 변환하여 상기 각 송신 안테나를 통해 송신하는 송신부를 포함하며, 멀티셀 멀티유저 MIMO 네트워크의 업링크 채널에서 간섭 정렬시 사용자의 자유도를 향상시킴으로써 네트워크의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INTERFERENCE ALIGNMENT IMPROVING DEGREES OF FREEDOM}
본 발명은 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부분공간으로 간섭을 정렬함으로써 사용자가 전송할 수 있는 데이터 스트림의 수인 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 네트워크에 있어서 브로드캐스트 특성 때문에, 간섭은 달성할 수 있는 데이터 전송률에 대한 중요한 제약 요소이다. 따라서 간섭을 극복하는 것이 무선 네트워크에서 중요한 문제이며, 최근 간섭 채널 내의 각 사용자 단말기가 채널 안의 총 사용자 단말기 수와 무관하게 절반의 간섭 없는 자유도(Degree Of Freedom)을 달성할 수도 있다는 사실이 알려졌다. 이 간섭 정렬(Interference Alignment) 기법에 의하여 얻어진 이러한 결과는 간섭 채널이 반드시 간섭의 제약을 받는 것은 아니라는 사실을 보였다. 간섭 정렬 기법이 사용될 때, 신호는 의도하지 않은 목적지에서는 가능한 한 작은 차원을 점유하면서 목적지에서 해독될 수 있도록 주의 깊게 선택된 방향으로 송신된다.
현재 다중 셀(Multicell) 다중 사용자(Multiuser) 다중 입출력(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) 네트워크에서 간섭 정렬 기법을 적용하는 기술이 제안되고 있으나 이러한 간섭 정렬 기법에 의하여 달성할 수 있는 자유도는 이론적인 최대치(Upper Bound)에 미치지 못할 뿐더러 실험적으로도 사용자 수가 늘어날 수록 얻을 수 있는 자유도가 제한된다는 문제가 있다.
한국공개특허 제10-2013-0143662호(공개일: 2013.12.31., 발명의 명칭 : 부분적으로 연결된 준정적 MIMO 간섭 채널을 위한 동적 간섭 정렬, 청구범위 제1항)가 있다.
본 발명은, 같은 수신기에서 간섭을 야기하는 사용자 집합 중 일부에 의하여 야기되는 간섭에 의하여 전개되는 부분공간으로 간섭을 정렬하고 완전 열계수(Full Column Rate) 행렬인 전처리기를 산출함으로써 사용자의 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 간섭 정렬 방법은 셀당 사용자 수보다 작은 부분공간 생성용 사용자 수를 산출하는 단계, 상기 부분공간의 차원을 산출하기 위한 한계 사용자 수를 나타내는 사용자 수 지수를 산출하는 단계, 상기 부분공간 생성용 사용자 수 및 상기 사용자 수 지수에 근거하여 모든 전처리기가 완전 열계수 행렬이 되도록 각 사용자가 전송하는 채널 수를 결정하는 단계, 정렬 대상 셀에 대하여, 상기 정렬 대상 셀의 제1 사용자 수 만큼의 사용자들로부터 정렬 대상 셀을 제외한 각 셀의 베이스 스테이션으로의 각 채널 행렬에 대해, 상기 정렬 대상 셀의 제2 사용자 수 만큼의 계수를 무작위로 산출하는 단계, 및 상기 무작위로 산출된 계수를 상기 각 채널 행렬에 곱하여 산출되는 계수 행렬에 근거하여, 상기 제1 사용자 수 만큼의 전처리기를 생성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 사용자 수는 상기 각 셀당 사용자 수에서 상기 사용자 수 지수를 차감하여 산출되고, 상기 제2 사용자 수는 상기 부분공간 생성용 사용자 수에서 상기 사용자 수 지수를 차감하여 산출된다.
바람직하게는, 상기 전처리기를 생성하는 단계에서 생성되는 전처리기는 상기 정렬 대상 셀의 제1 사용자 수 만큼의 각 사용자에 대하여, 각 사용자의 송신 안테나 수 만큼의 행과 상기 각 사용자가 전송하는 채널 수 만큼의 열을 가지며, 상기 계수 행렬에 곱하여져 영행렬을 산출하는 전처리 행렬로 표현된다.
바람직하게는, 본 발명의 일 측면에 따른 간섭 정렬 방법은 각 셀 중의 하나를 정렬 대상 셀로 설정하는 단계, 상기 전처리기를 생성하지 않은 셀로 상기 정렬 대상 셀을 갱신하는 단계, 모든 셀에 대하여 전처리기를 생성할 때까지 상기 계수를 산출하는 단계, 상기 전처리기를 생성하는 단계 및 상기 정렬 대상 셀을 갱신하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 간섭 정렬 장치는, 각 채널별로 송신할 소스 신호를 입력받는 신호입력부, 상기 소스 신호 사이의 간섭을 정렬하여 각 송신 안테나가 전송할 정렬 신호를 산출하는 전처리기를 생성하는 전처리기 생성부, 상기 전처리기를 실행하여 상기 소스 신호가 정렬된 상기 정렬 신호를 산출하는 전처리부, 및 상기 정렬 신호를 전파 신호로 변환하여 상기 각 송신 안테나를 통해 송신하는 송신부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 전처리기 생성부는, 셀당 사용자 수보다 작은 부분공간 생성용 사용자 수를 산출하고, 상기 부분공간의 차원을 산출하기 위한 한계 사용자 수를 나타내는 사용자 수 지수를 산출하며, 상기 부분공간 생성용 사용자 수 및 상기 사용자 수 지수에 근거하여 모든 전처리기가 완전 열계수 행렬이 되도록 각 사용자가 전송하는 채널 수를 결정하고, 정렬 대상 셀에 대하여, 상기 정렬 대상 셀의 제1 사용자 수 만큼의 사용자들로부터 정렬 대상 셀을 제외한 각 셀의 베이스 스테이션으로의 각 채널 행렬에 대해, 상기 정렬 대상 셀의 제2 사용자 수 만큼의 계수를 무작위로 산출하며, 상기 무작위로 산출된 계수를 상기 각 채널 행렬에 곱하여 산출되는 계수 행렬에 근거하여, 상기 제1 사용자 수 만큼의 전처리기를 생성한다.
바람직하게는, 상기 제1 사용자 수는 상기 각 셀당 사용자 수에서 상기 사용자 수 지수를 차감하여 산출되고, 상기 제2 사용자 수는 상기 부분공간 생성용 사용자 수에서 상기 사용자 수 지수를 차감하여 산출된다.
바람직하게는, 상기 전처리기 생성부는, 상기 사용자 수 지수 만큼의 전처리기를 무작위로 생성한다.
바람직하게는, 상기 전처리기 생성부가 생성하는 전처리기는 상기 정렬 대상 셀의 제1 사용자 수 만큼의 각 사용자에 대하여, 각 사용자의 송신 안테나 수 만큼의 행과 상기 각 사용자가 전송하는 채널 수 만큼의 열을 가지며, 상기 계수 행렬에 곱하여져 영행렬을 산출하는 전처리 행렬로 표현되고, 상기 전처리부는 상기 전처리 행렬에 상기 채널별 소스 신호를 나타내는 벡터를 곱하여 상기 정렬 신호를 나타내는 벡터를 산출한다.
바람직하게는, 상기 전처리부는, 각 셀 중의 하나를 정렬 대상 셀로 설정하고, 상기 전처리기를 생성하지 않은 셀로 상기 정렬 대상 셀을 갱신하며, 모든 셀에 대하여 전처리기를 생성할 때까지 상기 계수의 산출, 상기 전처리기의 생성 및 상기 정렬 대상 셀의 갱신을 반복한다.
본 발명에 따르면, 멀티셀 멀티유저 MIMO 네트워크의 업링크 채널에서 간섭 정렬시 사용자의 자유도를 향상시킴으로써 네트워크의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치를 포함하는 단말기로 구성되는 MIMO 네트워크 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 하나의 베이스 스테이션의 신호 공간을 셀간 간섭의 부분공간으로 분할하는 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 방법의 동작을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 정렬 방법에 의하여 얻어지는 자유도를 기존의 간섭 정렬 방법과 비교하는 그래프이다.
이하에서는 본 발명에 따른 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치를 포함하는 단말기로 구성되는 MIMO 네트워크 시스템의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 멀티셀 멀티유저 MIMO 네트워크 시스템은 복수 개의 셀(Cell1, Cell2, Cell3)로 구성될 수 있으며, 각 셀에는 하나의 수신을 담당하는 베이스 스테이션(BS1, BS2, BS3)과 복수 개의 송신을 담당하는 사용자용 단말기(USER1, USER2, USER3)가 포함될 수 있다.
이 때 베이스 스테이션(BS1, BS2, BS3)은 복수 개의 수신 안테나를 구비하고 복수 채널의 신호를 수신할 수 있으며, 각 단말기(USER1, USER2, USER3)는 복수 개의 송신 안테나를 구비하고 복수 채널의 소스 신호를 송신할 수 있다. 여기에서 베이스 스테이션(BS1, BS2, BS3)이 구비한 수신 안테나의 수가 Mr로, 각 단말기(USER1, USER2, USER3)가 구비한 송신 안테나의 수가 Nt로 표시된다. 각 단말기(USER1, USER2, USER3)는 소스 신호를 정렬하여 각 송신 안테나별로 전송할 정렬 신호를 산출할 수 있다.
상술한 바와 같이, MIMO 네트워크 시스템에서 복수 개의 단말기가 각각 복수 개의 채널의 신호를 복수 개의 안테나를 통하여 송신하며, 하나의 베이스 스테이션은 복수 개의 안테나를 통하여 복수 채널의 신호를 동시에 수신할 수 있다. 이 때, 각 수신 안테나가 물리적으로 수신한 신호는 하나의 송신 안테나로부터 송신되는 신호만일 수 없으며, 여러 송신 안테나가 송신하는 신호 사이의 간섭에 의하여 형성되는 신호를 수신하게 된다.
이 때, 송신측에서 하나의 안테나를 통하여 하나의 채널의 신호를 송신하지 않고 미리 복수 개의 안테나 사이에서 발생하는 간섭을 고려하여, 각 간섭이 정렬된 결과 수신 측에서 해독할 수 있는 채널의 수를 극대화할 수 있도록 여러 채널의 신호를 합성한 신호를 하나의 안테나를 통하여 송신함으로써 네트워크의 성능을 향상시킬 수 있으며, 이렇게 각 안테나가 간섭이 정렬된 송신할 신호를 산출하는 것을 신호의 전처리(Precode)라 한다. 이러한 신호의 전처리가 각 단말기(User1, User2, User3)에 포함된 본 발명에 따른 간섭 정렬 장치에 의하여 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 예에서는 세 개의 셀이 도시되었지만 이하에서 멀티셀 멀티유저 MIMO 네트워크 시스템에 존재하는 셀의 수를 L로 나타내고, 각 셀에 포함되어 있는 사용자 단말기의 수를 K로 나타낸다. 또한
Figure 112014081831189-pat00001
={1,2,...,L} 은 시스템에 존재하는 셀의 집합을 나타내고,
Figure 112014081831189-pat00002
={1,2,...,K} 는 각 셀에 포함되어 있는 사용자 단말기의 집합을 나타낸다. 한편
Figure 112014081831189-pat00003
는 행렬 [A 1 A 2 ... A n ]의 컬럼 공간(Column Space)을 나타내고,
Figure 112014081831189-pat00004
는 행렬 A의 널 공간(Null Space)을 나타낸다. 또한 m × n 행렬은 m개의 행과 n개의 열로 이루어진 행렬을 지칭한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치는, 송신부(100), 전처리부(200), 신호입력부(300), 전처리기 생성부(400)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 상술한 바와 같이 각 단말기 기(User1, User2, User3)에 간섭 정렬 장치가 포함될 수 있으므로, 각 단말기 (User1, User2, User3) 역시 송신부(100), 전처리부(200), 신호입력부(300), 전처리기 생성부(400)를 포함하여 이루어질 수 있다.
신호입력부(300)는 각 채널별로 송신할 소스 신호를 입력받는다. 이하에서 단말기 k가 셀 l에서 송신하는 신호 벡터를 s lk로 나타낸다. 이 때, 베이스 스테이션 i가 수신하는 신호 벡터 y i는 아래의 수학식 1에 의하여 주어진다. 하나의 단말기에 복수 개의 송신 안테나가 구비되고 하나의 베이스 스테이션에 복수의 수신 안테나가 구비되므로 송신 신호와 수신 신호는 벡터로 표현될 수 있다.
Figure 112014081831189-pat00005
상기 수학식 1에서,
Figure 112014081831189-pat00006
는 베이스 스테이션 i에서 셀 l내의 단말기 k로의 채널 행렬을 나타내고, V lk 는 셀 l내의 단말기 k가 사용하는 전처리 행렬을 나타내며, z i는 베이스 스테이션 i에서 평균 0(zero mean)인 일정 분산(unit variance)의 원형 대칭(circular symmetric) 가산 백색 가우시안 잡음 백터(additive white Gaussian noise vector)를 나타낸다. 이에 더하여 모든 채널 행렬이 알려져 있고, 채널은 레일리 감쇄(Rayleigh fading)한다고 가정할 수 있다. 따라서 채널 행렬의 계수는 복소 독립한 평균 0이고 일정 분산인 가우시안 분포의 무작위 변수이다.
전처리기 생성부(400)는 소스 신호 사이의 간섭을 정렬하여 각 송신 안테나가 전송할 정렬 신호를 산출하는 전처리기를 생성한다. 이러한 전처리기를 생성하는 과정은 상술한 바와 같이 주어진 셀 l에 대하여 전처리 행렬 V lk를 구하는 것으로 모델링할 수 있다. 이러한 전처리기를 생성하는 알고리즘은 다음의 수학식 2에 의하여 주어진다.
Figure 112014081831189-pat00007
상기 수학식 2에서, κ는 셀당 사용자 수보다 작은 부분공간(Subspace) 생성용 사용자 수를 나타내고, β는 부분공간의 차원을 산출하기 위한 한계 사용자 수를 나타내는 사용자 수 지수를 나타낸다. 또한 K1는 각 셀에 대한 제1 사용자 수를, K2는 제2 사용자 수를 나타낸다.
Figure 112014081831189-pat00008
는 전처리 행렬을 구하기 위한 방정식인 이하 수학식 6 의 계수 행렬를 구하기 위한 계수를 나타낸다. 이 때, α는 현재 전처리기를 생성하는 셀을 나타낸다.
즉, 전처리기 생성부(400)는 먼저 셀당 사용자 수보다 작은 부분공간 생성용 사용자 수 κ를 산출한다. 이 때, κ는 다음의 수학식 3을 만족하는 κ로 산출될 수 있다.
Figure 112014081831189-pat00009
또한, 전처리기 생성부(400)는 부분공간의 차원을 산출하기 위한 한계 사용자 수를 나타내는 사용자 수 지수 β를 산출한다. 이 때, β는 다음의 수학식 4를 만족하는 β로 산출될 수 있다.
Figure 112014081831189-pat00010
이어서, 전처리기 생성부(400)는 부분공간 생성용 사용자 수 κ 및 사용자 수 지수 β에 근거하여 모든 전처리기가 완전 열계수 행렬이 되도록 각 사용자가 전송하는 채널 수 d를 결정한다. 이 때, 채널 수는 다음의 수학식 5를 만족하는 d로 산출될 수 있다.
Figure 112014081831189-pat00011
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 하나의 베이스 스테이션의 신호 공간을 셀간 간섭의 부분공간으로 분할하는 예를 도시하는 도면이다. 도 3의 예에서, 셀의 수는 L=3 이고, 셀당 사용자 단말기 수는 K=6이고, 부분공간 생성용 사용자 수 κ=2로 설정되었다. 도 3에서 베이스 스테이션 BS2의 신호 공간이 도시되었다. 도 3에서 부분공간의 차원은 부분공간을 나타내는 원의 반경과 같도록 도시되었으며, 모든 작은 원은 같은 반경 d, 즉 각 사용자에 의하여 송신되는 데이터 스트림의 수를 가진다. 도 3에서 복적하는 신호가 분리될 수 있으며, 셀 1 및 셀 3의 각 6개의 사용자 단말기로부터의 채널간 간섭 신호가 이러한 6개의 사용자 단말기 중 2개의 사용자 단말기, 즉 USER1 및 USER2로부터의 채널간 간섭 신호에 의하여 커버되는 부분공간으로 통합됨이 도시되었다. 따라서 베이스 스테이션 BS2에는 셀 1 및 셀 3의 K 사용자 중 κ 사용자만으로부터의 채널 간섭만이 영향을 미친다.
이 때, 각 셀당 사용자 수 K에서 사용자 수 지수 β를 차감한 사용자 수를 제1 사용자 수 K1으로 표시하고, 부분공간 생성용 사용자 수 κ에서 사용자 수 지수 β를 차감한 사용자 수를 제2 사용자 수 K2로 표시할 수 있다. 여기에서 제1 사용자 수와 제2 사용자 수의 차, 즉 K1 - K2 = K - κ를 K12로 표시할 수 있다. 이 경우, 전처리기를 나타내는 완전 열계수 행렬인 전처리 행렬은 다음의 수학식 6에 의하여 산출할 수 있다.
Figure 112014081831189-pat00012
상기 수학식 6에서
Figure 112014081831189-pat00013
는 난수로 생성되는 행렬 계수이며, 상술한 바와 같이
Figure 112014081831189-pat00014
는 채널 행렬, V lk는 전처리 행렬을 나타낸다. 이 때, 상기 수학식 6의 좌변의, 곱해지는 행렬 계수와 채널 행렬로 이루어진 (L-1)K12Mr × K1Nt 행렬이, 난수로 산출된 계수를 각 채널 행렬에 곱하여 산출되는 계수 행렬이 된다. 또한 전처리 생성부(400)가 생성하는 전처리기는 각 사용자 단말기의 송신 안테나 수(Nt) × 각 사용자 단말기가 전송하는 채널 수(d) 행렬인 전처리 행렬 V lk로 표현된다.
즉, 전처리기 생성부(400)는 정렬 대상 셀 α에 대하여, 정렬 대상 셀의 제1 사용자 수 K1 만큼의 사용자들로부터 정렬 대상 셀을 제외한 각 셀의 베이스 스테이션으로의 각 채널 행렬에 대해, 정렬 대상 셀의 제2 사용자 수 만큼의 계수를 난수로 산출한다.
또한, 전처리기 생성부(400)는 난수로 산출된 계수를 상기 각 채널 행렬에 곱하여 산출되는 계수 행렬에 근거하여, 상기 제1 사용자 수 만큼의 전처리기를 생성한다. 즉, 전처리기 생성부(400)는 상기 수학식 6의 행렬방정식을 풀어서, 전처리 행렬 V lk를 셀 l 및 1≤k≤K1 에 대하여 구할 수 있다. 이에 더하여 전처리기 생성부(400)는 사용자 수 지수 β 만큼의 전처리기를 무작위로 생성할 수 있다. 즉, 전처리기 생성부는 K1 만큼의 전처리기를 상기 수학식 6에 의하여 생성하고, 나머지 전처리기를 무작위로 생성하여 모든 사용자에 대한 전처리기를 생성할 수 있다.
전처리부(200)는 전처리기 생성부(400)가 생성한 전처리기를 실행하여 소스 신호가 정렬된 정렬 신호를 산출한다.
즉, 전처리부는 상기 수학식 1에서 입력된 소스 신호를 나타내는 벡터 s lk로를 전처리 행렬 V lk에 곱하여 각 안테나가 송신하는 신호들의 벡터인 V lk s lk를 산출하는 역할을 한다.
송신부(100)는 전처리부(200)가 산출한 정렬 신호를 전파 신호로 변환하여 각 송신 안테나(110)를 통해 송신한다. 이 때 송신부(100)에는 도 1에 도시된 바와 같이 모두 Nt개의 송신 안테나(110)가 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 방법의 동작을 도시한 순서도이다. 이를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 방법을 설명한다.
먼저 전처리기 생성부(300)가 셀당 사용자 수보다 작은 부분공간 생성용 사용자 수, 즉 상기 수학식 3의 κ를 산출한다(S110).
이어서, 전처리기 생성부(300)가 부분공간의 차원을 산출하기 위한 한계 사용자 수를 나타내는 사용자 수 지수, 즉 상기 수학식 4의 β를 산출한다(S120).
이후, 전처리기 생성부(300)가 부분공간 생성용 사용자 수 및 상기 사용자 수 지수에 근거하여 모든 전처리기가 완전 컬럼 랭크가 되도록 각 사용자가 전송하는 채널 수, 즉 상기 수학식 5에 의하여 표현되는 d를 결정한다(S130).
이어서, 전처리기 생성부(300)가 전처리기를 생성할 대상 셀을 결정한다(S140). 본 발명에 따른 간섭 정렬 방법은 하나의 셀을 대상으로 적용될 수도 있고, 네트워크 상의 모든 셀을 대상으로 전처리기를 미리 생성하여 간섭 정렬을 적용할 수도 있다. 전자의 경우 상기 단계(S140)에서 외부에서 정렬 대상 셀을 입력받거나 기 설정된 셀을 정렬 대상 셀로 결정함으로써 결정한 셀을 대상으로 전처리기를 생성하여 간섭 정렬을 적용할 수 있다.
이후, 전처리기 생성부(300)가 정렬 대상 셀에 대하여, 정렬 대상 셀의 제1 사용자 수 만큼의 사용자들로부터 정렬 대상 셀을 제외한 각 셀의 베이스 스테이션으로의 각 채널 행렬에 대해, 정렬 대상 셀의 제2 사용자 수 만큼의 계수를 난수로 산출하고, 난수로 산출된 계수를 상기 각 채널 행렬에 곱하여 계수 행렬을 산출한다(S150).
즉, 전처리기 생성부(300)는 상기 수학식 6에 의하여 표현되는 전처리 행렬의 산출을 위한 방정식의 요소인 계수 행렬을 산출할 수 있다.
이어서, 전처리기 생성부(300)는 상기 수학식 6의 방정식을 풀어서 제1 사용자 수 만큼의 전처리기를 생성한다(S160). 또한 전처리기 생성부(300)는 부분공간 생성용 사용자 수 만큼의 전처리기를 무작위로 생성할 수 있다. 여기에서, 제1 사용자 수는 상기 각 셀당 사용자 수에서 상기 부분공간 생성용 사용자 수를 차감하여 산출되고, 상기 제2 사용자 수는 상기 각 셀당 사용자 수에서 상기 사용자 수 지수를 차감하여 산출될 수 있다.
이 때, 하나의 셀을 대상으로 간섭 정렬 방법을 적용하는 경우, 전처리기 생성부(300)는 상기 단계(S160) 이후 전처리기의 생성을 종료할 수 있다. 모든 셀을 대상으로 간섭 정렬 방법을 적용하는 경우에는, 이어서 전처리기 생성부(300)는 모든 셀에 대해서 전처리기를 생성하였는지 여부를 판단한다(S170).
만일 상기 단계(S170)에서 모든 셀에 대해 전처리기를 생성하였다고 판단한 경우, 전처리기 생성부(300)는 전처리기의 생성을 종료할 수 있다. 만일 모든 셀에 대해 전처리기를 생성하지 않은 경우, 상기 전처리기 생성부(300) 전처리기를 생성하지 않은 셀로 정렬 대상 셀을 갱신하고(S180), 상기 단계(S150) 내지 단계(S170)을 반복할 수 있다. 즉, 상기 전처리기 생성부(300)는 모든 셀에 대하여 전처리기를 생성할 때까지 계수를 산출하는 단계(S150), 전처리기를 생성하는 단계(S160) 및 정렬 대상 셀을 갱신하는 단계(S180)를 반복할 수 있다.
이어서, 전처리부(200)가 전처리기 생성부(300)가 생성한 전처리기를 실행하여 소스 신호가 정렬된 정렬 신호를 산출한다. 즉, 전처리부는 상기 수학식 1에서 입력된 소스 신호를 나타내는 벡터 s lk를 전처리 행렬 V lk에 곱하여 각 안테나가 송신하는 정렬 신호들의 벡터인 V lk s lk를 산출할 수 있다.
이후, 송신부(100)가 정렬 신호를 전파 신호로 변환하여 각 송신 안테나(110)를 통하여 송신하고 프로세스를 종료한다.
여기에서, 본 발명에 다른 간섭 정렬 방법의 프로세스에 전처리부(200)가 전처리기를 실행하는 단계와 송신부(100)가 신호를 송신하는 단계를 포함하는 것으로 기술하였으나, 실시예에 따라서 전처리기 생성부(300)가 전처리기를 생성하는 단계만이 별도의 프로세스로 실행될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 정렬 방법에 의하여 얻어지는 자유도를 기존의 간섭 정렬 방법과 비교하는 그래프이다. 상기 도 5에서, [18]은 G. Sridharan 등에 의하여 2013년 "Degrees of freedom of mimo cellular networks"에서 제안된 방법이고, [19]는 K.Lee 에 의하여 2013년 "uplink interference alignment for two-cell MIMO interference channels"(IEEE Trans. Veh. Technol., vol.62, no.4, pp.1861-1865)에서 제안된 방법이며, [21]은 D. Hwang 등에 의하여 2012년 "Interference alignment for the multi-cell multiuser interference channel"(IEEE Commun. Lett., vol.16, no.6, pp.831-833)에서 제안된 방법이고, [23]은 Y.Ma 등에 의하여 2012년 "On the achievability of interference alignment for three-cell constant cellular interfering networks"(IEEE Commun. Lett., vol.16, no.9., pp.1384-1387)에서 제안된 방법이다.
상기 도 5의 예에서, L=2, Mr=6, Nt=4의 경우에 K, 즉 셀당 사용자 수를 변화시키면서 얻어지는 자유도를 각 간섭 정렬 방법에 대하여 도시하였다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 간섭 정렬 방법에 의하여 얻을 수 있는 자유도는 이론적 한계치에는 미치지 못한다. 그러나, 본 발명에 따르면 셀당 사용자 수가 늘어날 수록 현재까지 제안된 다른 간섭 정렬 방법들에 비하여 더 우수한 자유도를 얻을 수 있으며, 다른 간섭 정렬 방법들과 달리, 셀당 사용자 수가 늘어날 수록 자유도 역시 이론적 한계치와 유사한 양상으로 거시적으로 증가한다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 멀티셀 멀티유저 MIMO 네트워크의 업링크 채널에서 간섭 정렬시 사용자의 자유도를 향상시킴으로써 네트워크의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 송신부 110 : 송신 안테나
200 : 전처리부 300 : 신호입력부
400 : 전처리기 생성부 Cell1, Cell2, Cell3 : 셀
BS1, BS2, BS3 : 베이스 스테이션 User1, User2, User3 : 단말기

Claims (10)

  1. 셀 당 사용자 수보다 작은 부분공간 생성용 사용자 수(κ)를 산출하는 단계;
    상기 부분공간의 차원을 산출하기 위한 한계 사용자 수(β)를 나타내는 사용자 수 지수를 산출하는 단계;
    상기 부분공간 생성용 사용자 수(κ) 및 상기 사용자 수 지수(β)에 근거하여 모든 전처리기가 완전 열계수 행렬이 되도록 각 사용자가 전송하는 채널 수(d) 를 결정하는 단계;
    정렬 대상 셀에 대하여, 상기 정렬 대상 셀의 제1 사용자 수(K1) 만큼의 사용자들로부터 정렬 대상 셀을 제외한 각 셀의 베이스 스테이션으로의 각 채널 행렬에 대해, 상기 정렬 대상 셀의 제2 사용자 수(K2) 만큼의 계수를 무작위로 산출하는 단계; 및
    상기 무작위로 산출된 계수(
    Figure 112016116486018-pat00026
    )를 상기 각 채널 행렬(
    Figure 112016116486018-pat00027
    ) 에 곱하여 산출되는 계수 행렬에 근거하여, 상기 제1 사용자 수 만큼의 전처리기를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 전처리기를 생성하는 단계에서 생성되는 전처리기는 상기 정렬 대상 셀의 제1 사용자 수 (K1)만큼의 각 사용자(κ)에 대하여, 각 사용자의 송신 안테나 수(Nt) 만큼의 행과 상기 각 사용자가 전송하는 채널 수(d) 만큼의 열을 가지며, 상기 계수 행렬을 곱하여져 영행렬을 산출하는 전처리 행렬로 표현되며,
    상기 사용자 수(κ)는 다음 식 11을 만족하고,
    Figure 112016116486018-pat00020
    ... 식 11
    L은 멀티셀 멀티유저 MIMO 네트워크 시스템에 존재하는 셀의 수이고, K는 각 셀에 포함되어 있는 사용자 단말기의 수이며, 수신 안테나의 수가 Mr로 이고 송신 안테나의 수가 Nt 이다.
    상기 한계 사용자수(β)는 다음 식 12를 만족하며,
    Figure 112016116486018-pat00021
    ... 식 12
    상기 전처리 행렬(V lk)을 다음 식 13을 만족하는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.
    Figure 112016116486018-pat00022
    ... 식 13
    여기서, 각 셀당 사용자 수 K에서 사용자 수 지수 β를 차감한 사용자 수를 제1 사용자 수 K1으로 표시하고, 부분공간 생성용 사용자 수 κ에서 사용자 수 지수 β를 차감한 사용자 수를 제2 사용자 수 K2로 표시하며, 제1 사용자 수와 제2 사용자 수의 차, 즉 K1 - K2 = K - κ를 K12로 표시한다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 사용자 수는 상기 각 셀당 사용자 수에서 상기 사용자 수 지수를 차감하여 산출되고, 상기 제2 사용자 수는 상기 부분공간 생성용 사용자 수에서 상기 사용자 수 지수를 차감하여 산출되는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    각 셀 중의 하나를 정렬 대상 셀로 설정하는 단계;
    상기 전처리기를 생성하지 않은 셀로 상기 정렬 대상 셀을 갱신하는 단계; 및
    모든 셀에 대하여 전처리기를 생성할 때까지 상기 계수를 산출하는 단계와 상기 전처리기를 생성하는 단계 및 상기 정렬 대상 셀을 갱신하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 간섭 정렬 방법.
  5. 각 채널별로 송신할 소스 신호를 입력받는 신호입력부;
    상기 소스 신호 사이의 간섭을 정렬하여 각 송신 안테나가 전송할 정렬 신호를 산출하는 전처리기를 생성하는 전처리기 생성부;
    상기 전처리기를 실행하여 상기 소스 신호가 정렬된 상기 정렬 신호를 산출하는 전처리부; 및
    상기 정렬 신호를 전파 신호로 변환하여 상기 각 송신 안테나를 통해 송신하는 송신부를 포함하고,
    상기 전처리기 생성부는,
    셀당 사용자 수보다 작은 부분공간 생성용 사용자 수(κ)를 산출하고, 상기 사용자 수(κ)는 다음 식 21을 만족하고,
    Figure 112016116486018-pat00023
    .. 식 21
    여기서, L은 멀티셀 멀티유저 MIMO 네트워크 시스템에 존재하는 셀의 수이고, K는 각 셀에 포함되어 있는 사용자 단말기의 수이며, 수신 안테나의 수가 Mr 이고 송신 안테나의 수가 Nt 이다.
    상기 부분공간의 차원을 산출하기 위한 한계 사용자 수(β)를 나타내는 사용자 수 지수를 산출하며, 상기 한계 사용자 수는 다음 식 22를 만족하고,
    Figure 112016116486018-pat00024
    ... 식 22
    상기 부분공간 생성용 사용자 수(κ) 및 상기 사용자 수 지수(β)에 근거하여 모든 전처리기가 완전 열계수 행렬이 되도록 각 사용자가 전송하는 채널 수(d) 를 결정하고,
    정렬 대상 셀에 대하여, 상기 정렬 대상 셀의 제1 사용자 수(K1) 만큼의 사용자들로부터 정렬 대상 셀을 제외한 각 셀의 베이스 스테이션으로의 각 채널 행렬에 대해, 상기 정렬 대상 셀의 제2 사용자 수(K2)만큼의 계수를 무작위로 산출하며,
    상기 무작위로 산출된 계수(
    Figure 112016116486018-pat00028
    )를 상기 각 채널 행렬(
    Figure 112016116486018-pat00029
    )에 곱하여 산출되는 계수 행렬에 근거하여, 상기 제1 사용자 수(K1) 만큼의 전처리기를 생성하도록 구비되며,
    상기 전처리기는,
    상기 정렬 대상 셀의 제1 사용자 수(K1) 만큼의 각 사용자(κ)에 대하여, 각 사용자의 송신 안테나 수(Nt) 만큼의 행과 상기 각 사용자가 전송하는 채널 수(d) 만큼의 열을 가지며, 상기 계수 행렬에 곱하여져 영행렬을 산출하는 전처리 행렬로 표현되고, 상기 전처리 행렬은 다음 식 23을 만족하며,
    Figure 112016116486018-pat00025
    ... 식 23
    여기서, 각 셀당 사용자 수 K에서 사용자 수 지수 β를 차감한 사용자 수를 제1 사용자 수 K1으로 표시하고, 부분공간 생성용 사용자 수 κ에서 사용자 수 지수 β를 차감한 사용자 수를 제2 사용자 수 K2로 표시하며, 제1 사용자 수와 제2 사용자 수의 차, 즉 K1 - K2 = K - κ를 K12로 표시한다.
    상기 전처리부는
    상기 전처리 행렬에 상기 채널별 소스 신호를 나타내는 벡터를 곱하여 상기 정렬 신호를 나타내는 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 장치.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 사용자 수는 상기 각 셀당 사용자 수에서 상기 사용자 수 지수를 차감하여 산출되고, 상기 제2 사용자 수는 상기 부분공간 생성용 사용자 수에서 상기 사용자 수 지수를 차감하여 산출되는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 전처리기 생성부는, 상기 사용자 수 지수 만큼의 전처리기를 무작위로 생성하는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 장치.
  9. 삭제
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 전처리부는, 각 셀 중의 하나를 정렬 대상 셀로 설정하고,
    상기 전처리기를 생성하지 않은 셀로 상기 정렬 대상 셀을 갱신하며,
    모든 셀에 대하여 전처리기를 생성할 때까지 상기 계수의 산출, 상기 전처리기의 생성 및 상기 정렬 대상 셀의 갱신을 반복하는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 장치.
KR1020140112436A 2014-08-27 2014-08-27 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법 KR101698352B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140112436A KR101698352B1 (ko) 2014-08-27 2014-08-27 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140112436A KR101698352B1 (ko) 2014-08-27 2014-08-27 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160025324A KR20160025324A (ko) 2016-03-08
KR101698352B1 true KR101698352B1 (ko) 2017-01-20

Family

ID=55534347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140112436A KR101698352B1 (ko) 2014-08-27 2014-08-27 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101698352B1 (ko)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080073432A (ko) * 2007-02-06 2008-08-11 삼성전자주식회사 다중 안테나 시스템에서 간섭 제거 장치 및 방법
US9001914B2 (en) 2011-05-06 2015-04-07 Dynamic Invention Llc Dynamic interference alignment for partially connected quasi-static MIMO interference channel

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Khanh Pham 외 1인, "Interference Alignment for Multicell Multiuser MIMO Uplink Channels", arXiv:1408.4994v1 [cs.IT], Cornell University Library, 2014.08.21.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160025324A (ko) 2016-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2451086B1 (en) Method of assigning precoding vectors in a mobile cellular network
KR101727016B1 (ko) 상향 링크에서의 다중 사용자 간섭 정렬 시스템 및 방법
KR101562557B1 (ko) Massive MIMO 하향링크를 위한 두 단계 빔포머 기반의 사용자 스케줄링 방법, 장치 및 기록매체
CN104734754A (zh) 一种波束赋形权值训练方法及基站、终端
US9559759B2 (en) System and method for massive MIMO communication
KR101435427B1 (ko) 프리코딩 행렬을 결정하는 방법 및 대응하는 통신 방법들 및 디바이스들
US8891643B2 (en) Method and apparatus for allocating transmission power in multi input multi output system
Kwon et al. Limited feedback hybrid beamforming for multi-mode transmission in wideband millimeter wave channel
CN106027214B (zh) 一种多小区大规模mimo系统导频分配方法
US8217835B2 (en) Method and apparatus for beam-forming signal in multi user-MIMO wireless communication system
CN102857278A (zh) 一种资源分配方法
CN102300326A (zh) 多用户多输入多输出mimo通信系统的调度方法和基站
JP2013506380A (ja) マルチユーザ無線システムのパイロット信号割当の方法および装置
CN104113399B (zh) 多用户mimo系统中基于矩阵条件数的用户选择方法
KR101698352B1 (ko) 자유도를 향상시키는 간섭 정렬 장치 및 방법
KR101335898B1 (ko) 복수 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서 간섭 정렬을 위한 피드백 방법
CN104918260A (zh) 小区间的干扰中和方法及装置
CN109787666B (zh) 一种频域调度方法、装置及设备
KR101997822B1 (ko) 다중셀 협력통신 시스템에서 협력적 신호 전송 방법
Almasi et al. Reconfigurable intelligent surface-aided NOMA with limited feedback
Tölli et al. Mode selection and transceiver design for rate maximization in underlay D2D MIMO systems
WO2017154555A1 (ja) 基地局
CN103326768B (zh) 信道信息反馈的方法、装置及系统
CN103414506B (zh) 一种量化误差和计算复杂度折中的多基站信道反馈方法
KR101725664B1 (ko) Mimo 시스템 및 그것을 기반으로 하는 송신 신호 전력 제어 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191224

Year of fee payment: 4