KR101727016B1 - 상향 링크에서의 다중 사용자 간섭 정렬 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

계층셀 환경에서, 매크로 단말기들이 피코 기지국으로 전송하는 간섭의 영향을 제거하기 위한 송/수신 빔포밍 벡터의 설계 방법이 개시된다. 또한 복수의 매크로 단말기들 중에서 매크로 기지국으로 데이터를 전송할 매크로 단말기를 선택하는 효과적인 방법이 개시된다.

Description

상향 링크에서의 다중 사용자 간섭 정렬 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ALIGNING INTERFERENCE IN UPLINK}
계층셀 환경에서, 매크로 단말기들이 피코 기지국으로 전송하는 간섭의 영향을 제거하기 위한 송/수신 빔포밍 벡터의 설계 방법이 개시된다.
차세대 이동통신 시스템에서는 충분한 주파수 자원 확보를 위하여 현재 이동통신 시스템에서 사용하는 캐리어 주파수보다 고주파를 사용할 것으로 예상된다. 이에 따라, 경로 손실(Path Loss)가 증가하고, 셀 커버리지가 줄어드는 현상이 발생한다.
반면, 셀 커버리지가 줄어드는 현상을 대비하여 셀간 거리를 줄이는 시도가 있다. 이러한 시도는 셀 가장자리에 있는 사용자에게 여러 인접 셀로부터 오는 간섭의 영향을 심화시키는 영향을 미친다. 이는 셀 가장자리 사용자의 전송속도를 감소시키게 되고, 이로 인해 QoS(Quality of Service) 보장이 어렵다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 매크로 단말기에 있어서, 빔포밍된 제1 데이터를 피코 단말기로부터 수신하는 피코 기지국과 상기 매크로 단말기간의 채널의 상태를 수신하는 수신부, 상기 채널의 상태에 기반하여 전송 빔포밍 벡터를 생성하는 빔포밍 벡터 생성부, 상기 산출된 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 제2 데이터를 빔포밍하고, 빔포밍된 상기 제2 데이터를 매크로 기지국으로 전송하는 전송부를 포함하는 매크로 단말기를 제공한다.
여기서, 제2 매크로 단말기는 제3 데이터를 빔포밍하여 상기 매크로 기지국으로 전송하고, 상기 빔포밍 벡터 생성부는 상기 제3 데이터와 상기 제2 데이터가 상기 피코 기지국에서 동일한 위상으로 수신되도록 상기 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
또한, 상기 피코 기지국은 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 제1 데이터를 수신 빔포밍하고, 상기 수신부는 상기 수신 빔포밍 벡터에 대한 정보를 수신하고, 상기 빔포밍 벡터 생성부는 상기 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
그리고, 상기 빔포밍 벡터 생성부는 피코 기지국이 수신한 상기 제1 데이터와 상기 제2 데이터가 서로 직교하도록 상기 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
또한, 제2 매크로 단말기는 제3 데이터를 빔포밍하여 상기 매크로 기지국으로 전송하고, 상기 빔포밍 벡터 생성부는 상기 제3 데이터가 상기 피코 기지국에서 수신된 위상과 상기 제2 데이터가 상기 피코 기지국에서 수신된 위상의 차이가 최소화 되도록 상기 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 피코 기지국에 있어서, 피코 단말기가 전송 빔포밍한 제1 데이터를 상기 피코 단말기로부터 수신하는 제1 수신부, 제1 매크로 단말기와 상기 피코 기지국간의 제1 채널의 상태에 기반하여 생성된 제1 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 제1 매크로 단말기가 전송 빔포밍한 제2 데이터를 상기 제1 매크로 단말기로부터 수신하는 제2 수신부를 포함하는 피코 기지국이 제공된다.
여기서, 상기 제2 수신부는 제2 매크로 단말기와 상기 피코 기지국간의 제2 채널의 상태에 기반하여 생성된 제2 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 제2 매크로 단말기가 전송 빔포밍한 제3 데이터를 상기 제2 매크로 단말기로부터 수신하고, 상기 상기 제1 전송 빔포밍 벡터와 상기 제2 전송 빔포밍 벡터는 상기 제2 수신부가 수신한 상기 제2 데이터와 상기 제3 데이터의 위상이 동일하도록 제어될 수 있다.
또한, 상기 제1 수신부가 수신한 제1 데이터와 상기 제2 수신부가 수신한 제2 데이터는 서로 직교할 수 있다.
그리고, 전송부를 더 포함하고, 상기 제1 수신부는 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 제1 데이터를 수신 빔포밍하고, 상기 전송부는 상기 수신 빔포밍 벡터에 대한 정보를 상기 제1 매크로 단말기로 전송하고, 상기 제1 전송 빔포밍 벡터는 상기 수신 빔포밍 벡터에 대한 정보를 참조하여 생성될 수 있다.
또한, 상기 피코 단말기와 상기 피코 기지국간의 채널을 추정하여 채널 행렬을 생성하는 채널 추정부, 상기 채널 행렬에 대한 특이값 분해(Singular Value Decomposition)를 수행하는 특이값 분해 수행부를 포함하고, 상기 제1 수신부는 상기 채널 행렬의 좌측 특이 행렬에 포함된 복수의 열벡터들 중에서 수신 빔포밍 벡터를 선택하고, 선택된 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 제1 데이터를 수신 빔포밍할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 매크로 기지국에 있어서, 복수의 매크로 단말기와 상기 매크로 기지국간의 채널에 대한 신호 품질 정보를 생성하는 신호 품질 정보 생성부, 상기 복수의 매크로 단말기들 중에서 상기 신호 품질 정보에 기반하여 복수의 단말기 그룹들을 생성하는 단말기 그룹핑부, 상기 각 단말기 그룹들에 대한 스케쥴링을 각각 수행하여 각 단말기 그룹에 대한 데이터 전송률을 예측하는 데이터 전송률 예측부 및 상기 데이터 전송률에 기반하여 상기 단말기 그룹들 중에서 상기 매크로 기지국으로부터 데이터를 수신할 단말기 그룹을 선택하는 단말기 선택부를 포함하는 매크로 기지국이 제공된다.
여기서, 상기 신호 품질 정보는 상기 채널의 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio) 또는 신호대간섭및잡음비(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio)일 수 있다.
또한, 상기 매크로 단말기들의 개수가 소정의 임계 개수 미만인 경우에, 소정의 기준값 보다 더 큰 값으로 신호 품질 임계값을 설정하는 임계값 설정부를 더 포함하고, 상기 단말기 그룹핑부는 상기 신호 품질 정보의 값이 상기 신호 품질 임계값 보다 더 큰 단말기들 중에서 상기 단말기 그룹을 생성할 수 있다.
그리고, 상기 매크로 단말기들의 개수가 소정의 임계 개수 이상인 경우에, 소정의 기준값 보다 작은 값으로 신호 품질 임계값을 설정하는 임계값 설정부를 더 포함하고, 상기 단말기 그룹핑부는 상기 신호 품질 정보의 값이 상기 신호 품질 임계값 보다 더 큰 단말기들 중에서 상기 단말기 그룹을 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 매크로 단말기에 있어서, 빔포밍된 제1 데이터를 피코 단말기로부터 수신하는 피코 기지국과 상기 매크로 단말기간의 채널의 상태를 수신하는 수신부, 상기 채널의 상태에 기반하여 전송 빔포밍 벡터를 생성하는 빔포밍 벡터 생성부, 상기 산출된 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 제2 데이터를 빔포밍하고, 빔포밍된 상기 제2 데이터를 매크로 기지국으로 전송하는 전송부를 포함하는 매크로 단말기를 제공한다.
여기서, 제2 매크로 단말기는 제3 데이터를 빔포밍하여 상기 매크로 기지국으로 전송하고, 상기 빔포밍 벡터 생성부는 상기 제3 데이터와 상기 제2 데이터가 상기 피코 기지국에서 동일한 위상으로 수신되도록 상기 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
또한, 상기 피코 기지국은 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 제1 데이터를 수신 빔포밍하고, 상기 수신부는 상기 수신 빔포밍 벡터에 대한 정보를 수신하고, 상기 빔포밍 벡터 생성부는 상기 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
그리고, 상기 빔포밍 벡터 생성부는 피코 기지국이 수신한 상기 제1 데이터와 상기 제2 데이터가 서로 직교하도록 상기 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
또한, 제2 매크로 단말기는 제3 데이터를 빔포밍하여 상기 매크로 기지국으로 전송하고, 상기 빔포밍 벡터 생성부는 상기 제3 데이터가 상기 피코 기지국에서 수신된 위상과 상기 제2 데이터가 상기 피코 기지국에서 수신된 위상의 차이가 최소화 되도록 상기 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 피코 기지국에 있어서, 피코 단말기가 전송 빔포밍한 제1 데이터를 상기 피코 단말기로부터 수신하는 제1 수신부, 제1 매크로 단말기와 상기 피코 기지국간의 제1 채널의 상태에 기반하여 생성된 제1 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 제1 매크로 단말기가 전송 빔포밍한 제2 데이터를 상기 제1 매크로 단말기로부터 수신하는 제2 수신부를 포함하는 피코 기지국이 제공된다.
여기서, 상기 제2 수신부는 제2 매크로 단말기와 상기 피코 기지국간의 제2 채널의 상태에 기반하여 생성된 제2 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 제2 매크로 단말기가 전송 빔포밍한 제3 데이터를 상기 제2 매크로 단말기로부터 수신하고, 상기 상기 제1 전송 빔포밍 벡터와 상기 제2 전송 빔포밍 벡터는 상기 제2 수신부가 수신한 상기 제2 데이터와 상기 제3 데이터의 위상이 동일하도록 제어될 수 있다.
또한, 상기 제1 수신부가 수신한 제1 데이터와 상기 제2 수신부가 수신한 제2 데이터는 서로 직교할 수 있다.
그리고, 전송부를 더 포함하고, 상기 제1 수신부는 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 제1 데이터를 수신 빔포밍하고, 상기 전송부는 상기 수신 빔포밍 벡터에 대한 정보를 상기 제1 매크로 단말기로 전송하고, 상기 제1 전송 빔포밍 벡터는 상기 수신 빔포밍 벡터에 대한 정보를 참조하여 생성될 수 있다.
또한, 상기 피코 단말기와 상기 피코 기지국간의 채널을 추정하여 채널 행렬을 생성하는 채널 추정부, 상기 채널 행렬에 대한 특이값 분해(Singular Value Decomposition)를 수행하는 특이값 분해 수행부를 포함하고, 상기 제1 수신부는 상기 채널 행렬의 좌측 특이 행렬에 포함된 복수의 열벡터들 중에서 수신 빔포밍 벡터를 선택하고, 선택된 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 제1 데이터를 수신 빔포밍할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 매크로 기지국에 있어서, 복수의 매크로 단말기와 상기 매크로 기지국간의 채널에 대한 신호 품질 정보를 생성하는 신호 품질 정보 생성부, 상기 복수의 매크로 단말기들 중에서 상기 신호 품질 정보에 기반하여 복수의 단말기 그룹들을 생성하는 단말기 그룹핑부, 상기 각 단말기 그룹들에 대한 스케쥴링을 각각 수행하여 각 단말기 그룹에 대한 데이터 전송률을 예측하는 데이터 전송률 예측부 및 상기 데이터 전송률에 기반하여 상기 단말기 그룹들 중에서 상기 매크로 기지국으로부터 데이터를 수신할 단말기 그룹을 선택하는 단말기 선택부를 포함하는 매크로 기지국이 제공된다.
여기서, 상기 신호 품질 정보는 상기 채널의 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio) 또는 신호대간섭및잡음비(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio)일 수 있다.
또한, 상기 매크로 단말기들의 개수가 소정의 임계 개수 미만인 경우에, 소정의 기준값 보다 더 큰 값으로 신호 품질 임계값을 설정하는 임계값 설정부를 더 포함하고, 상기 단말기 그룹핑부는 상기 신호 품질 정보의 값이 상기 신호 품질 임계값 보다 더 큰 단말기들 중에서 상기 단말기 그룹을 생성할 수 있다.
그리고, 상기 매크로 단말기들의 개수가 소정의 임계 개수 이상인 경우에, 소정의 기준값 보다 작은 값으로 신호 품질 임계값을 설정하는 임계값 설정부를 더 포함하고, 상기 단말기 그룹핑부는 상기 신호 품질 정보의 값이 상기 신호 품질 임계값 보다 더 큰 단말기들 중에서 상기 단말기 그룹을 생성할 수 있다.
도 1은 계층 셀에서의 셀간 간섭을 도시한 도면이다.
도 2는 피코 기지국으로 전송되는 간섭을 제거하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 피코 기지국으로 전송되는 간섭을 감소시키는 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 각 단말기들에 대한 전송 빔포밍 벡터 정보를 전송하는 개념을 도시한 도면이다.
도 5는 피코 기지국으로 전송되는 간섭을 감소시키는 데이터 간섭 정렬 기법의 일실시예를 단계별로 설명한 순서도이다.
도 6은 피코 기지국으로 전송되는 간섭을 감소시키는 데이터 간섭 정렬 기법의 다른 실시예를 단계별로 설명한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 단말기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 피코 기지국의 구조를 도시한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 매크로 기지국의 구조를 도시한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 계층 셀에서의 셀간 간섭을 도시한 도면이다.
도 1의 (a)는 계층 셀에서 피코 기지국과 매크로 기지국이 각각 수신하는 신호를 나타낸 도면이다.
피코 기지국(130)은 매크로 기지국(110)에 속한 기지국으로서, 매크로 기지국(110)에 할당된 무선 자원(주파수 대역, 시간 구간) 중에서 일부 무선 자원을 할당받아 데이터 전송에 사용한다. 따라서 피코 기지국(130)이 사용하는 무선 자원은 매크로 기지국(110)이 사용하는 무선 자원과 동일할 수 있다.
매크로 단말기(120)는 매크로 기지국(110)으로 제1 데이터를 전송한다. 매크로 기지국(110)의 커버리지는 상대적으로 피코 기지국(130)의 커버리지보다 더 넓은 것이 일반적이다. 따라서 매크로 단말기(120)는 상대적으로 강한 전송 전력으로 제1 데이터를 전송한다. 매크로 단말기(120)가 전송한 제1 데이터는 피코 기지국(130)으로 전송되고, 이는 피코 기지국(130)에 간섭 신호로서 작용한다.
피코 단말기(140)는 피코 기지국(130)으로 제2 데이터를 전송한다. 피코 기지국(130)의 커버리지는 상대적으로 매크로 기지국(110)의 커버리지보다 좁은 것이 일반적이다. 따라서, 피코 단말기(140)는 매우 작은 전송 전력으로 제2 데이터를 전송한다. 따라서 피코 단말기(140)가 전송한 제2 데이터는 피코 단말기(140)로부터 가까운 거리에 위치한 피코 기지국(130)으로만 전송되고, 피코 단말기(140)로부터 먼 거리에 위치한 매크로 기지국(110)으로 전송되지 않는다. 도 1의 (a)를 참조하면, 피코 단말기(140)로부터 매크로 기지국(110)으로 전송되는 간섭 신호는 없거나, 그 세기가 매우 작은 것으로 가정할 수 있다.
도 1의 (b)는 도 1의 (a)에서 설명한 일실시예에 따른 채널 환경을 모델링 한 것이다.
피코 단말기(150)가 전송한 제2 데이터는 피코 단말기(150)와 피코 기지국(160)간의 채널(191)을 이용하여 피코 기지국(160)으로 전송된다. 피코 단말기(150)가 전송한 제2 데이터는 매크로 기지국(180)으로 전송되지 않는다. 즉, 피코 단말기(150)와 매크로 기지국(180)간의 채널(193)은 그 크기가 매우 작은 것으로 가정할 수 있다.
반면, 매크로 단말기(170)가 전송한 제1 데이터는 매크로 단말기(170)와 피코 기지국(160)간의 채널(192)을 이용하여 피코 기지국(160)으로 전송되어, 간섭 신호로서 작용한다. 또한 매크로 단말기(170)가 전송한 제1 데이터는 매크로 단말기(170)와 매크로 기지국(180)간의 채널(194)을 이용하여 매크로 기지국(180)으로 전송된다.
도 1의 (b)에서 피코 단말기(150)로부터 매크로 기지국(180)으로 전송되는 간섭 신호는 없거나, 그 세기가 매우 작은 것으로 생각할 수 있으므로, 피코 단말기(150)와 매크로 기지국(180) 간의 채널은 무시할 수 있다. 도 1의 (b)에서 의미있는 채널들(191, 192, 194)만을 생각하면, 알파벳 Z와 유사한 모양을 형성한다. 따라서 도 1의 (b)와 같이 계층 셀에서의 간섭 채널을 Z채널 모델이라고 할 수 있다.
도 2는 피코 기지국으로 전송되는 간섭을 제거하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 Z 채널 모델을 고려하면, 피코 단말기(210)로부터 매크로 기지국(260)으로 전송되는 간섭 신호는 없거나, 그 세기가 무시할 수 있을 정도로 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 매크로 단말기들(230, 240, 250)로부터 피코 기지국(220)으로 전송되는 간섭 신호의 영향을 제어할 수 있다면, 매크로 기지국(260)및 피코 기지국(220)의 데이터 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
도 2에서는 피코 기지국(220)이 2개의 수신 안테나를 구비하고, 매크로 기지국(260)은 3개의 수신 안테나를 구비하고, 매크로 단말기들(230, 240, 250) 및 피코 단말기(210)는 모두 각각 2개의 전송 안테나를 구비한다고 가정한다.
또한, 매크로 기지국(260)과 피코 기지국(220)은 동일한 무선 자원을 이용하여 데이터를 수신한다고 가정한다.
도 2에 도시된 실시예에서는 매크로 단말기들(230, 240, 250)이 피코 기지국(220)으로 전송하는 간섭 신호의 수신 위상을 정렬하여 전체 시스템이 전송할 수 있는 데이터 스트림의 수(DOF)를 증가시킬 수 있다.
매크로 단말기들(230, 240, 250)은 복수의 전송 안테나를 이용하여 데이터 스트림의 위상을 제어하여 전송한다. 일측에 따르면, 매크로 단말기들(230, 240, 250)은 각 매크로 단말기들(230, 240, 250)이 전송한 데이터 스트림(231, 241, 251)이 피코 기지국(230)에서 동일한 위상(222, 223, 224)으로 정렬하여 수신되도록 각 데이터 스트림의 위상을 제어할 수 있다.
각 단말기(210, 230, 240, 250)가 전송한 데이터 스트림은 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112010051458053-pat00001

여기서, i는 단말기에 대한 인덱스로서, 피코 단말기(210)에 대해서는 i=1이고, 매크로 단말기(230, 240, 250)에 대해서는 i=2, 3, 4로 결정될 수 잇다. 또한
Figure 112010051458053-pat00002
는 전송되는 데이터 스트림이고,
Figure 112010051458053-pat00003
는 피코 단말기(210) 또는 매크로 단말기(230, 240, 250)가 데이터 스트림의 위상을 제어하기 위하여 사용한 전송 빔포밍 벡터이다.
Figure 112010051458053-pat00004
는 데이터 스트림의 전송 전력이다.
이 경우에, 피코 기지국(220)이 수신한 수신 신호
Figure 112010051458053-pat00005
및 매크로 기지국(260)이 수신한 수신 신호
Figure 112010051458053-pat00006
는 하기 수학식 2 및 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112010051458053-pat00007

[수학식 3]
Figure 112010051458053-pat00008

여기서,
Figure 112010051458053-pat00009
는 단말기 i와 기지국 j 간의 무선 채널의 채널 행렬이다. 도 2에서, 피코 기지국(210)는 기지국 1로, 매크로 기지국(260)은 기지국 2로 생각할 수 있다. 또한,
Figure 112010051458053-pat00010
는 기지국 j에 더해지는 열잡음(thermal noise) 성분을 나타낸다.
피코 단말기(210)가 전송한 데이터 스트림(211)은 매크로 단말기(230, 240, 250)가 전송한 데이터 스트림(222, 223, 224)과는 다른 위상으로 수신된다. 피코 기지국(220)은 복수의 수신 안테나 및 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 동일한 위상으로 정렬하여 수신된 간섭 신호를 제거할 수 있다.
일측에 따르면, 도 2에 도시된 데이터 전송 시스템은 하기 수학식 4와 같이 피코 단말기(210)와 피코 기지국(220)간의 채널의 채널 행렬
Figure 112010051458053-pat00011
을 특이값 분해(SVD: Singular Value Decomposition)하여 최적의 전송 빔포밍 벡터 및 수신 빔포밍 벡터를 얻을 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112010051458053-pat00012

일측에 따르면, 피코 단말기(210)는
Figure 112010051458053-pat00013
벡터로 전송 빔포밍을 수행하고, 피코 기지국(220)은
Figure 112010051458053-pat00014
벡터로 수신 빔포밍을 수행하여 최적의 데이터 전송 효율을 얻을 수 있다.
이 경우에, 매크로 단말기들(230, 240, 250)은 각각 전송한 데이터 스트림들이
Figure 112010051458053-pat00015
벡터와 직교하는 방향으로 정렬되어 수신되도록 각 매크로 단말기들(230, 240, 250)이 전송하는 데이터 스트림들의 위상을 제어할 수 있다.
데이터 스트림이
Figure 112010051458053-pat00016
벡터와 직교한다면, 피코 기지국(220)은 매크로 단말기들(230, 240, 250)로부터의 간섭 신호를 완전히 제거할 수 있다.
Figure 112010051458053-pat00017
벡터와 직교하는 벡터를 라고 하면,
Figure 112010051458053-pat00019
벡터는 하기 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112010051458053-pat00020

여기서,
Figure 112010051458053-pat00021
는 매크로 단말기 i가 사용하는 전송 빔포밍 벡터이다.
상기 수학식 5는 하기 수학식 6과 같이 표현 가능하다.
[수학식 6]
Figure 112010051458053-pat00022

여기서,
Figure 112010051458053-pat00023
을 수학식 6에 곱하면 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112010051458053-pat00024

여기서,
Figure 112010051458053-pat00025
이고,
Figure 112010051458053-pat00026
Figure 112010051458053-pat00027
의 널 스페이스(null space)에 존재한다. 이 조건을 만족하는
Figure 112010051458053-pat00028
는 하기 수학식 8과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112010051458053-pat00029

여기서, k=2,3,4,
Figure 112010051458053-pat00030
이고,
Figure 112010051458053-pat00031
Figure 112010051458053-pat00032
의 크기를 일정하기 유지시키기 위한 상수이다.
매크로 단말기들(230, 240, 250)이 수학식 8의
Figure 112010051458053-pat00033
를 이용하여 데이터 스트림을 전송 빔포밍하면, 각 데이터 스트림은 피코 단말기(210)가 피코 기지국(220)으로 전송한 데이터 스트림(221)과는 직교(orthogonal)하게 된다. 피코 기지국(210)은 제로 포싱(ZF: Zero-Forcing), MMSE(Minimum Mean Square Error) 등의 다양한 수신 기법을 이용하여 간섭 신호를 제거하고, 피코 단말기(210)로부터 데이터 스트림을 수신할 수 있다.
상기 설명한 바에 따라서 데이터 스트림을 전송하면, 각 단말기들(210, 230, 240, 250)은 1개씩, 모두 4개의 데이터 스트림을 셀 간 간섭 없이 전송할 수 있다.
도 2에서 설명한 방법에 따라서 전송 빔포밍 벡터, 수신 빔포밍 벡터를 생성한다면, 매크로 기지국(260)의 수신 안테나의 개수가 증가함에 따라 DOF도 하기 수학식 9와 같이 선형적으로 증가한다.
[수학식 9]
Figure 112010051458053-pat00034

여기서,
Figure 112010051458053-pat00035
은 피코 기지국(220)의 수신 안테나 수이고,
Figure 112010051458053-pat00036
는 매크로 기지국(260)의 수신 안테나 수이다.
만약 추가적인 매크로 단말기가 수학식 8에 따라서 결정된 전송 빔포밍 벡터를 사용한다고 하면, 추가된 매크로 단말기가 전송한 데이터 스트림도 기존 매크로 단말기(230, 240, 250)가 전송한 데이터 스트림과 동일한 위상으로 수신된다. 따라서, 피코 기지국(220)은 매크로 단말기의 개수에 관계없이 매크로 단말기로부터의 간섭 신호를 제거할 수 있다.
도 3은 피코 기지국으로 전송되는 간섭을 감소시키는 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 3에서는 피코 기지국(310)의 수신 안테나 개수가 3개 이상인 경우, 매크로 기지국(370)의 수신 안테나개수가 4개인 경우를 도시한 것이다.
도 3의 실시예에서도 앞서 설명한 도 2의 실시예에서처럼 매크로 단말기(330, 340, 350, 360)들이 전송한 데이터 스트림(331, 341, 351, 361)들이 피코 기지국(320)에서 동일한 위상으로 정렬으로 되어야, 피코 단말기(210)가 2개의 데이터 스트림(311, 312)을 전송 할 수 있다. 만약에 매크로 단말기(330, 340, 350, 360)들이 전송한 데이터 스트림들(331, 341, 351, 361)이 동일한 위상으로 정렬되지 않는다면, 피코 단말기(310)는 2개 미만의 데이터 스트림 만을 전송할 수 있다. 즉, 1개의 데이터 스트림만을 전송할 수 있다.
결과적으로 이 경우에는 상기 설명한 도 2에 비해 전송 가능한 데이터 스트림이 증가하지 않아, DOF 이득이 발생하지 않는다.
도 3에 도시된 바와 같이 피코 단말기(310)는 채널 행렬 채널 행렬
Figure 112010051458053-pat00037
을 특이값 분해(SVD: Singular Value Decomposition)하여 최적의 전송 빔포밍 벡터 및 수신 빔포밍 벡터를 얻을 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112010051458053-pat00038

여기서, 피코 단말기(310)는
Figure 112010051458053-pat00039
Figure 112010051458053-pat00040
를 이용하여 전송 빔포밍을 수행하여 2개의 데이터 스트림을 피코 기지국(320)으로 전송할 수 있다. 또한 피코 기지국(320)는
Figure 112010051458053-pat00041
Figure 112010051458053-pat00042
를 이용하여 수신 빔포밍을 수행할 수 있다.
매크로 단말기(330, 340, 350, 360)들이 전송한 데이터 스트림이
Figure 112010051458053-pat00043
Figure 112010051458053-pat00044
와 직교하는
Figure 112010051458053-pat00045
방향으로 정렬된다면, 매크로 단말기(330, 340, 350, 360)들이 전송한 데이터 스트림들(331, 341, 351, 361)이 피코 기지국(320)에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
매크로 단말기(330, 340, 350, 360)들이 전송한 데이터 스트림들(331, 341, 351, 361)이 정렬될 조건을 표현하면 하기 수학식 11과 같다.
[수학식 11]
Figure 112010051458053-pat00046

상기 수학식 11을 정리하면 하기 수학식 12와 같다.
[수학식 12]
Figure 112010051458053-pat00047

수학식 12에
Figure 112010051458053-pat00048
을 곱하면 하기 수학식 13과 같다.
[수학식 13]
Figure 112010051458053-pat00049

여기서,
Figure 112010051458053-pat00050
이다.
Figure 112010051458053-pat00051
Figure 112010051458053-pat00052
의 널 스페이스에 존재하는 벡터들 중에서 찾을 수 있다.
만약
Figure 112010051458053-pat00053
Figure 112010051458053-pat00054
의 널 스페이스에서 찾지 못한다면, 매크로 단말기들(330, 340, 350, 360)이 피코 기지국(320)으로 전송하는 간섭 신호의 영향을 완전히 제거할 수는 없다. 이 경우에, 매크로 단말기들(330, 340, 350, 360)이 피코 기지국(320)으로 전송하는 간섭 신호의 영향을 최소화할 수 있는
Figure 112010051458053-pat00055
를 찾을 수 있다.
매크로 단말기들(330, 340, 350, 360)이 피코 기지국(320)으로 전송하는 간섭 신호의 영향을 최소화할 수 있는
Figure 112010051458053-pat00056
는 하기 수학식 14와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 14]
Figure 112010051458053-pat00057

수학식 14는 하기 수학식 15에 따라서 그 해를 구할 수 있다.
[수학식 15]
Figure 112010051458053-pat00058

마지막의
Figure 112010051458053-pat00059
의 범위는 하기 수학식 16을 참고하여 산출할 수 있다.
[수학식 16]
Figure 112010051458053-pat00060

여기서,
Figure 112010051458053-pat00061
는 임의의 대칭행렬이다. 수학식 15에서의
Figure 112010051458053-pat00062
도 역시 대칭행렬이므로,
Figure 112010051458053-pat00063
Figure 112010051458053-pat00064
의 고유치(eigenvalue)들을 가질 수 있다. 즉,
Figure 112010051458053-pat00065
의 최소값은
Figure 112010051458053-pat00066
의 최소 고유치일 수 있다. 이 경우,
Figure 112010051458053-pat00067
Figure 112010051458053-pat00068
의 최소 고유치에 대응하는 고유벡터일 수 있다.
매크로 단말기(330, 340, 350, 360)가 수학식 14에 따라서 전송 빔포밍 벡터를 결정하면, 각 매크로 단말기(330, 340, 350, 360)가 전송한 데이터 스트림들은 일정한 범위 내에 위치할 수 있다. 매크로 단말기(330, 340, 350, 360)의 개수가 증가함에 따라서 적절한 매크로 단말기를 선택하고, 선택된 매크로 단말기만이 데이터 스트림을 전송하게 함으로써, 데이터 스트림들이 분포하는 범위의 크기를 감소시킬 수 있다. 데이터 스트림이 분포하는 범위가 작아지면, 좀더 정확히 간섭 정렬이 되었다고 할 수 있다. 따라서, 매크로 단말기(330, 340, 350, 360)들의 개수가 충분히 많다면, 매크로 단말기(330, 340, 350, 360)로부터의 간섭을 완전히 정렬할 수 있고, DOF는 하기 수학식 17에 따라서 산출할 수 있다.
[수학식 17]
Figure 112010051458053-pat00069

따라서, 매크로 기지국(370)의 수신 안테나 개수가 매크로 단말기(330, 340, 350, 360)의 개수에 비하여 상당히 큰 경우에, 도 3에 도시된 데이터 전송 시스템은 데이터를 효율적으로 전송할 수 있다.
매크로 단말기의 개수가 증가한다면, 그 중에서 데이터를 전송할 매크로 단말기를 선택하는 것은 매우 복잡해진다. 이 경우에, 간섭 정렬 기술이 높은 SNR(Signal to Noise Ratio) 영역에서 이득이 높고, 매크로 단말기의 개수가 적을수록 정확하게 간섭을 정렬하기 어렵다는 점을 이용하여, 복수의 매크로 단말기들 중에서 데이터를 전송할 매크로 단말기를 선택할 수 있다.
일측에 따르면, 채널의 SNR이 높거나, 매크로 단말기의 개수가 적다면, 매크로 단말기들 중에서 비교적 적은 개수의 예비 단말기 그룹을 선택하고, 예비 단말기 그룹 중에서 매크로 기지국의 데이터 전송 용량을 최대화할 수 있는 단말기 그룹을 선택할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 채널의 SNR이 낮거나, 매크로 단말기의 개수가 많다면, 매크로 단말기들 중에서 비교적 많은 개수의 예비 단말기 그룹을 선택할 수 있다.
도 4는 각 단말기들에 대한 전송 빔포밍 벡터 정보를 전송하는 개념을 도시한 도면이다.
도 4의 (a)는 기지국간 백홀 링크를 이용하여 매크로 단말기(411)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 전송하는 개념을 도시한 도면이다. 도 4의 (a)에서, 피코 기지국(423)은 매크로 단말기(411)와 피코 기지국(423)간의 매크로 채널을 측정한다. 또한 피코 기지국(423)은 피코 단말기(413)와 피코 기지국(423)간의 피코 채널을 측정한다.
피코 기지국(423)은 도 2 또는 도 3에서 설명된 실시예에 따라서 매크로 단말기(411)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 결정한다. 피코 기지국(423)은 매크로 단말기(411)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 백홀 링크를 이용하여 매크로 기지국(410)으로 전송한다. 매크로 기지국(410)은 매크로 단말기(411)가 사용할 전송 빔포밍 벡터의 정보를 매크로 단말기(411)로 전송한다.
도 4의 (b)는 OTA(Over-The-Air)채널을 이용하여 매크로 단말기(431)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 전송하는 개념을 도시한 도면이다. 도 4의 (b)에서 피코 기지국(443)은 매크로 단말기(431)와 피코 기지국(443)간의 매크로 채널을 측정한다. 또한 피코 기지국(443)은 피코 단말기(433)와 피코 기지국(443)간의 피코 채널을 측정한다.
피코 기지국(443)은 도 2 또는 도 3에서 설명된 실시예에 따라서 매크로 단말기(431)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 결정한다. 피코 기지국(443)은 매크로 단말기(431)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 직접 매크로 단말기(431)로 전송한다.
도 4의 (c)는 TDD(Time Division Duplex)방식을 사용하는 데이터 전송 시스템에서, 매크로 단말기(451)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 매크로 단말기(451)로 전달하는 개념을 도시한 것이다.
도 4의 (c)에서 피코 기지국(463)은 매크로 단말기(451)와 피코 기지국(463)간의 매크로 채널을 측정한다. 또한 피코 기지국(463)은 피코 단말기(433)와 피코 기지국(463)간의 피코 채널을 측정한다.
피코 기지국(463)은 수신 빔포밍 벡터를 송신 빔포밍 벡터로 활용하여 레퍼런스 시그널을 매크로 단말기(451)로 전송한다. 매크로 단말기(451)는 모든 매크로 단말기가 레퍼런스 시그널을 이용하녀 채널 벡터를 널링(nulling)하는 송신 빔포밍 벡터를 결정한다.
도 5는 피코 기지국으로 전송되는 간섭을 감소시키는 데이터 간섭 정렬 기법의 일실시예를 단계별로 설명한 순서도이다. 도 5에서 피코 기지국(511)은 매크로 단말기(512, 513)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 결정하고, 매크로 기지국(514)을 경유하여 전송 빔포밍 벡터를 매크로 단말기(512, 513)로 전송한다.
단계(520)에서 피코 단말기(510)는 제1 데이터를 피코 기지국(511)으로 전송한다.
단계(521)에서 매크로 단말기(512, 513)는 제2 데이터를 매크로 기지국(514)으로 전송한다.
단계(522)에서 매크로 단말기(512, 513)가 전송한 제2 데이터는 피코 기지국(511)에 간섭 신호로서 수신된다.
단계(530)에서 피코 기지국(511)은 매크로 단말기(512, 513)로부터 수신한 간섭 신호의 세기와 임계치를 비교한다. 만약 간섭 신호의 세기가 임계치보다 더 크다면, 단계(531)에서 피코 기지국(511)은 매크로 기지국(514)에 사운딩 요청을 전송한다.
단계(532)에서 매크로 기지국은 사운딩 요청에 응답하여 사운딩 코디네이션을 수행한다.
단계(533)에서 피코 기지국(511)은 사운딩 응답을 수신한다.
단계(540)에서 매크로 기지국(514)은 사운딩 트리거를 매크로 단말기(512, 513)로 전송한다.
단계(541)에서 매크로 단말기(512, 513)는 사운딩 신호를 피코 기지국(541)으로 전송한다.
단계(542)에서 피코 단말기(510)는 사운딩 신호를 피코 기지국(511)으로 전송한다.
단계(550)에서 피코 기지국(511)은 피코 단말기(510)로부터 수신한 사운딩 신호 및 매크로 단말기(512, 513)로부터 수신한 사운딩 신호에 기반하여 피코 기지국(511)과 피코 단말기(510)간의 피코 채널 및 피코 기지국(511)과 매크로 단말기(512, 513)간의 매크로 채널을 추정한다.
단계(560)에서 피코 기지국(511)은 도 2 또는 도 3에서 설명한 바에 따라서 매크로 단말기(512, 513)에 대한 전송 빔포밍 벡터 및 피코 단말기(510)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 생성한다.
단계(541)에서 피코 기지국(511)은 피코 단말기(510)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 피코 단말기(510)로 전송한다.
단계(561)에서 피코 기지국(511)은 매크로 단말기(512, 513)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 매크로 기지국(514)으로 전송한다. 일측에 따르면 피코 기지국(511)은 피코 기지국(511)과 매크로 기지국(514)간의 백홀 링크를 이용하여 매크로 단말기(512, 513)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 매크로 기지국(514)으로 전송할 수 있다.
단계(562)에서 매크로 기지국(514)은 매크로 단말기(512, 513)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 매크로 단말기(512, 513)로 전송한다.
단계(590)에서 피코 단말기(510)는 피코 단말기(510)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 제1 데이터를 전송 빔포밍한다.
단계(570)에서 매크로 단말기(513)는 매크로 단말기(513)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 제2 데이터를 전송 빔포밍 한다. 단계(571)에서 매크로 단말기(513)가 전송한 제2 데이터는 피코 기지국(511)에 간섭 신호로서 전송된다.
단계(580)에서 매크로 단말기(512)는 매크로 단말기(512)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 제3 데이터를 전송 빔포밍 한다. 단계(581)에서 매크로 단말기(512)가 전송한 제3 데이터는 피코 기지국(511)에 간섭 신호로서 전송된다.
단계(571) 및 단계(581)에서 매크로 단말기(512, 513)가 각각 전송한 간섭 신호는 피코 기지국(511)에서 동일한 위상으로 수신될 수 있다. 또한 이 경우에, 간섭 신호의 위상은 피코 단말기(510)가 전송한 제1 데이터의 수신 위상과 직교할 수 있다.
도 6은 피코 기지국으로 전송되는 간섭을 감소시키는 데이터 간섭 정렬 기법의 다른 실시예를 단계별로 설명한 순서도이다.
단계(620)내지 단계(640)은 도 5에서의 단계(520)내지 단계(530)과 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
만약 간섭 신호의 세기가 임계치보다 더 크다면, 단계(641)에서 피코 기지국(611)은 사운딩 코디네이션을 수행한다.
단계(642)에서 피코 기지국(611)은 매크로 단말기(612, 613)로 사운딩 요청을 전송한다. 매크로 단말기(612, 613)는 단계(643)에서 사운딩 요청을 매크로 기지국(614)으로 전송한다.
단계(644)에서 매크로 기지국(614)은 사운딩 요청에 응답하여 사운딩 허용 메시지를 매크로 단말기(612, 613)로 전송한다.
단계(645)에서 매크로 단말기(612, 613)는 사운딩 신호를 피코 기지국(611)으로 전송한다.
단계(646)에서 피코 단말기(610)는 사운딩 신호를 피코 기지국(611)으로 전송한다.
이하 단계(650)내지 단계(674)는 도 5에서의 단계(550)내지 단계(581)과 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 매크로 단말기의 구조를 도시한 블록도이다.
매크로 단말기(700)는 수신부(710) 및 전송부(720)를 포함한다.
피코 기지국(740)은 전송 빔포밍된 제1 데이터 스트림을 피코 단말기(760)로부터 수신한다. 매크로 단말기(700)는 제2 데이터 스트림을 전송 빔포밍하여 매크로 기지국(730)으로 전송하고, 제2 매크로 단말기(750)는 제3 데이터 스트림을 전송 빔포밍하여 매크로 기지국(730)으로 전송한다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 매크로 단말기(700) 및 제2 매크로 단말기(750)는 피코 기지국(740)으로 강한 간섭 신호를 전송하나, 피코 단말기(760)는 매크로 기지국(730)으로 간섭 신호를 전송하지 않거나, 약한 간섭 신호만을 전송하는 것으로 가정할 수 있다.
일측에 따르면. 피코 기지국(740)은 매크로 단말기(700)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 생성한다. 피코 기지국(740)은 도 2 또는 도 3에서 설명한 바와 같이 매크로 단말기(700)와 피코 기지국(740)간의 채널 및 피코 기지국(740)과 피코 단말기(760)간의 채널에 기반하여 매크로 단말기(700)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
수신부(710)는 매크로 단말기(700)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 피코 기지국(740)으로부터 수신한다.
전송부(720)는 전송 빔포밍 벡터의 정보를 참조하여 전송 빔포밍 벡터를 식별하고, 식별된 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 제2 데이터 스트림을 전송 빔포밍한다. 전송부(720)는 전송 빔포밍된 제2 데이터 스트림을 매크로 기지국(730)으로 전송한다.
일측에 따르면, 제2 매크로 단말기(750)는 피코 기지국(740)으로부터 제2 매크로 단말기(750)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 수신할 수 있다. 제2 매크로 단말기(750)는 제2 매크로 단말기(750)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 제3 데이터 스트림을 전송 빔포밍할 수 있다.
제2 데이터 스트림 및 제3 데이터 스트림은 피코 기지국(740)에 전송될 수 있다. 이 경우, 제2 데이터 스트림 및 제3 데이터 스트림은 피코 기지국(740)에 간섭 신호로서 작용한다.
제2 데이터 스트림 및 제3 데이터 스트림은 매크로 기지국(730)뿐만 아니라, 피코 기지국(740)으로도 전송된다. 피코 기지국(740)으로 전송된 제2 데이터 스트림 및 제3 데이터 스트림은 간섭 신호로서 작용한다.
이 경우에, 피코 기지국(740)은 제2 데이터 스트림과 제3 데이터 스트림이 피코 기지국(740)에서 동일한 위상으로 수신되도록 매크로 단말기(700) 및 제2 매크로 단말기 단말기(750)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다.
또한, 피코 기지국(740)은 제1 데이터 스트림이 피코 기지국(740)에서 수신된 위상과 제2 데이터 스트림이 피코 기지국(740)에서 수신된 위상이 서로 직교하도록 매크로 단말기(700) 및 피코 단말기(760)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 피코 기지국의 구조를 도시한 블록도이다.
피코 기지국(800)은 채널 행렬 생성부(810), 빔포밍 벡터 생성부(820), 전송부(830) 및 수신부(840)를 포함한다.
채널 행렬 생성부(810)는 피코 기지국(800)과 피코 단말기(880)간의 채널 상태를 추정하여 채널 행렬을 생성한다.
빔포밍 벡터 생성부(820)는 피코 기지국(800)과 피코 단말기(880)간의 채널 행렬에 기반하여 피코 단말기(880)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 생성한다. 또한 빔포밍 벡터 생성부(820)는 피코 기지국(800)과 피코 단말기(880)간의 채널 행렬에 기반하여 제1 매크로 단말기(860) 및 제2 매크로 단말기(870)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 생성한다.
전송부(830)는 피코 단말기(880)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 피코 단말기(880)로 전송한다. 또한 전송부(830)는 제1 매크로 단말기(860)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 제1 매크로 단말기(860)로 전송하고, 제2 매크로 단말기(870)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 제2 매크로 단말기(870)로 전송한다.
피코 단말기(880)는 피코 단말기(880)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 참조하여 피코 단말기(880)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 식별하고, 식별된 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 제1 데이터 스트림을 전송 빔포밍한다.
수신부(840)는 전송 빔포밍된 제1 데이터 스트림을 수신한다. 이 경우, 빔포밍 벡터 생성부(820)는 채널 행렬에 기반하여 수신 빔포밍 벡터를 생성한다. 수신 빔포밍 벡터를 생성하는 구성에 대해서는 도 2 내지 도 3에서 상세히 설명하였으므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다. 수신부는 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 제1 데이터 스트림을 수신 빔포밍할 수 있다.
일측에 따르면, 제1 매크로 단말기(860) 및 제2 매크로 단말기(870)는 각 매크로 단말기(860, 870)에 대한 전송 빔포밍 벡터의 정보를 수신한다. 제1 매크로 단말기(860)는 제1 매크로 단말기(860)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 제2 데이터 스트림을 전송 빔포밍하고, 전송 빔포밍된 제2 데이터 스트림을 매크로 기지국(850)으로 전송한다. 제2 매크로 단말기(880)도 유사하게 제3 데이터 스트림을 전송 빔포밍하여 매크로 기지국(850)으로 전송한다.
전송 빔포밍된 제2 데이터 스트림 및 전송 빔포밍된 제3 데이터 스트림은 피코 기지국(800)으로도 전송된다. 이 경우에, 제2 데이터 스트림 및 제3 데이터 스트림은 피코 기지국(800)에 간섭신호로서 작용한다.
이 경우, 빔포밍 벡터 생성부(820)는 제2 데이터 스트림의 피코 기지국(800)에서의 수신 위상과 제3 데이터 스트림의 피코 기지국(800)의 수신 위상이 동일하도록 제1 매크로 단말기(860)에 대한 전송 빔포밍 벡터와 제2 매크로 단말기(870)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다. 이 경우, 수신부(840)는 전송 빔포밍된 제3 데이터 스트림을 전송 빔포밍된 제2 데이터 스트림과 동일한 위상으로 수신할 수 있다.
일측에 따르면 빔포밍 벡터 생성부(820)는 수신부(840)가 수신 빔포밍하여 수신한 제1 데이터 스트림과 수신부(840)가 수신한 제2 데이터 스트림이 서로 직교하도록 제1 매크로 단말기(860)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다. 상기 실시예에 대해서는 도 2에서 상세히 설명하였으므로, 여기서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다른 측면에 따르면, 빔포밍 벡터 생성부(820)는 수신부(840)가 제3 데이터 스트림을 수신한 위상과 수신부(840)가 제2 데이터 스트림을 수신한 위상의 차이가 최소화 되도록 제1 매크로 단말기(860)에 대한 전송 빔포밍 벡터 및 제2 매크로 단말기(870)에 대한 전송 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다. 상기 구성에 대해서는 도 3에서 상세히 설명하였으므로, 여기서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 매크로 기지국의 구조를 도시한 블록도이다.
매크로 기지국(900)는 신호 품질 정보 생성부(910), 단말기 그룹핑부(920), 전송률 예측부(930) 및 단말기 선택부(940)를 포함한다.
신호 품질 정보 생성부(910)는 매크로 단말기들(951, 952, 953, 954)과 매크로 기지국(900)간의 채널에 대한 신호 품질 정보를 생성한다. 일측에 따르면, 신호 품질 정보는 채널의 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio) 또는 신호대간섭및잡음비(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio)일 수 있다.
단말기 그룹핑부(920)는 복수의 매크로 단말기들을 복수의 단말기 그룹(961, 962, 963)으로 구분한다. 일측에 따르면, 단말기 그룹핑부(920)는 각 단말기에 대한 신호 품질 정보에 기반하여 매크로 단말기들을 그룹핑할 수 있다.
일측에 따르면, 단말기 그룹핑부(920)는 각 매크로 단말기들의 신호 품질 정보를 소정의 임계치와 비교하고, 비교 결과에 따라서 매크로 단말기들을 그룹핑할 수 있다.
매크로 기지국(900)은 단말기 그룹(961, 962, 963)들 중에서 어느 하나의 단말기 그룹을 선택하고, 선택된 단말기 그룹에 포함된 단말기들로부터 데이터를 수신할 수 있다.
매크로 기지국(900)이 간섭 정렬 기법을 사용하여 데이터를 수신하는 경우에, 매크로 단말기의 신호대잡음비가 높거나 매크로 단말기들의 개수가 적다면, 간섭 정렬 기법의 이득은 증가한다.
따라서, 매크로 단말기들의 개수가 적다면, 단말기 그룹핑부(920)는 매우 높은 신호 품질을 가지는 매크로 단말기들 중에서 단말기 그룹을 설정할 수 있다. 즉, 매크로 단말기들의 개수가 소정의 임계 개수 이상인 경우에, 단말기 그룹핑부(920)는 소정의 기준값 보다 더 큰 값으로 신호 품질 임계값을 설정하고, 신호 품질 정보의 값이 신호 품질 임계값 보다 더 큰 단말기들 중에서 단말기 그룹을 생성할 수 있다.
또한 매크로 단말기들의 개수가 많다면, 단말기 그룹핑부(920)는 채널의 절대 값이 큰 매크로 단말기들 중에서 단말기 그룹을 설정할 수 있다. 즉, 매크로 단말기들의 개수가 소정의 임계 개수 이하인 경우에, 소정의 기준값보다 더 작은 값으로 신호 품질 임계값을 설정하고, 신호 품질 정보의 값이 신호 품질 임계값보다 더 큰 단말기들 중에서 단말기 그룹을 생성할 수 있다. 이 경우, 대부분의 매크로 단말기가 단말기 그룹에 포함될 수 있다.
단말기 전송률 예측부(930)는 각 단말기 그룹들에 대한 스케쥴링을 수행하여 각 단말기 그룹에 대한 데이터 전송률을 예측한다.
가장 높은 성능을 위해서는 매크로 단말기들로 구성된 가능한 모든 조합에 대하여 빔포밍 벡터 계산을 포함한 데이터 전송률 예측을 수행해야 한다. 그러나 이는 매우 많은 계산량을 요구한다. 따라서, 단말기 전송률 예측부(930)는 신호 품질 정보의 값이 우수한 일부 매크로 단말기들을 대상으로 하여 단말기 그룹을 구성하고, 그 중에서 데이터를 전송할 단말기 그룹을 선택할 수 있다.
일측에 따르면, 단말기 전송률 예측부(930)는 각 단말기 그룹에 속한 매크로 단말기들에 대하여 간섭 정렬 기법을 가상적으로 적용하여 각 매크로 단말기들에 대한 데이터 전송률을 예측하고, 단말기 그룹에 속한 매크로 단말기들의 데이터 전송률을 모두 더하여 각 단말기 그룹에 대한 데이터 전송률을 예측할 수 있다.
단말기 선택부(940)는 각 단말기 그룹(961, 962, 963)에 대한 데이터 전송률에 기반하여 복수의 단말기 그룹(961, 962, 963) 중에서 매크로 기지국(900)으로부터 데이터를 수신할 단말기 그룹을 선택한다.
110: 매크로 기지국
120: 매크로 단말기
130: 피코 기지국
140: 피코 단말기
150: 피코 단말기
160: 피코 기지국
170: 매크로 단말기
180: 매크로 기지국

Claims (14)

  1. 피코 기지국에 있어서,
    상기 피코 기지국과 피코 단말기 간의 채널을 추정하여 채널 행렬을 생성하는 채널 행렬 생성부;
    상기 채널 행렬에 기반하여 상기 피코 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터 및 매크로 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터를 생성하는 빔포밍 벡터 생성부;
    상기 피코 단말기로 상기 피코 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터를 전송하고, 상기 매크로 단말기로 상기 매크로 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터를 전송하는 전송부; 및
    상기 피코 단말기로부터 상기 피코 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 전송 빔포밍된 제1 데이터 스트림을 수신하고, 상기 매크로 단말기로부터 상기 매크로 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 전송 빔포밍된 제2 데이터 스트림을 수신하는 수신부
    를 포함하는 피코 기지국.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 생성부는 제2 매크로 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터를 생성하고,
    상기 전송부는 상기 제2 매크로 단말기로 상기 제2 매크로 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터를 전송하고,
    상기 수신부는 상기 제2 매크로 단말기로부터 상기 제2 매크로 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 전송 빔포밍된 제3 데이터 스트림을 상기 제2 데이터 스트림과 동일한 위상으로 수신하는 피코 기지국.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 생성부는 상기 채널 행렬에 기반하여 수신 빔포밍 벡터를 생성하고,
    상기 수신부는 상기 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 제1 데이터 스트림에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 피코 기지국.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 산출부는 상기 수신부가 수신 빔포밍하여 수신한 상기 제1 데이터 스트림과 상기 피코 기지국이 수신한 상기 제2 데이터 스트림이 서로 직교하도록 상기 매크로 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터를 생성하는 피코 기지국.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 산출부는 하기 수학식 1 또는 하기 수학식 2에 따라서 상기 매크로 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터를 산출하는 피코 기지국.

    [수학식 1]

    Figure 112016108345844-pat00070


    [수학식 2]

    Figure 112016108345844-pat00071


    여기서,
    Figure 112016108345844-pat00072
    는 상기 매크로 단말기에 대한 전송 빔포밍 벡터이고,
    Figure 112016108345844-pat00073
    는 임의의 상수이다. 또한,
    Figure 112016108345844-pat00074
    Figure 112016108345844-pat00075
    는 하기 수학식 3과 같다.

    [수학식 3]

    Figure 112016108345844-pat00076

    여기서, uH는 피코 기지국의 수신 빔포밍 벡터이고,
    Figure 112016108345844-pat00078
    는 상기 매크로 단말기와 상기 피코 기지국간의 채널 행렬이다. 또한,
    Figure 112016108345844-pat00079
    는 임의의 상수이다.
  6. 제3항에 있어서,
    제2 매크로 단말기는 제3 데이터를 빔포밍하여 상기 매크로 기지국으로 전송하고,
    상기 빔포밍 벡터 산출부는 상기 수신부가 상기 제3 데이터 스트림을 수신한 위상과 상기 수신부가 상기 제2 데이터 스트림을 수신한 위상의 차이가 최소화 되도록 상기 전송 빔포밍 벡터를 산출하는 피코 기지국.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 산출부는 하기 수학식 4에 따라서 자기 상관 행렬을 생성하고, 상기 자기 상관 행렬의 최소 고유값에 대응하는 고유벡터를 상기 매크로 단말기에 대한 상기 전송 빔포밍 벡터로 산출하는 피코 기지국.

    [수학식 4]

    Figure 112010051458053-pat00080


    여기서,
    Figure 112010051458053-pat00081
    는 자기 상관 행렬이고,
    Figure 112010051458053-pat00082
    는 상기 매크로 단말기로부터 상기 피코 기지국간의 채널 상태 행렬이다.
  8. 매크로 기지국에 있어서,
    복수의 매크로 단말기와 상기 매크로 기지국간의 채널에 대한 신호 품질 정보를 생성하는 신호 품질 정보 생성부;
    상기 복수의 매크로 단말기들 중에서 상기 신호 품질 정보에 기반하여 복수의 단말기 그룹들을 생성하는 단말기 그룹핑부;
    상기 각 단말기 그룹들에 대한 스케쥴링을 각각 수행하여 각 단말기 그룹에 대한 데이터 전송률을 예측하는 데이터 전송률 예측부; 및
    상기 데이터 전송률에 기반하여 상기 단말기 그룹들 중에서 상기 매크로 기지국으로부터 데이터를 수신할 단말기 그룹을 선택하는 단말기 선택부
    를 포함하는 매크로 기지국.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 신호 품질 정보는 상기 채널의 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio) 또는 신호대간섭및잡음비(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio)인 매크로 기지국.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 매크로 단말기들의 개수가 소정의 임계 개수 미만인 경우에, 소정의 기준값 보다 더 큰 값으로 신호 품질 임계값을 설정하는 임계값 설정부
    를 더 포함하고,
    상기 단말기 그룹핑부는 상기 신호 품질 정보의 값이 상기 신호 품질 임계값 보다 더 큰 단말기들 중에서 상기 단말기 그룹을 생성하는 매크로 기지국.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 매크로 단말기들의 개수가 소정의 임계 개수 이상인 경우에, 소정의 기준값 보다 작은 값으로 신호 품질 임계값을 설정하는 임계값 설정부
    를 더 포함하고,
    상기 단말기 그룹핑부는 상기 신호 품질 정보의 값이 상기 신호 품질 임계값 보다 더 큰 단말기들 중에서 상기 단말기 그룹을 생성하는 매크로 기지국.
  12. 피코 단말기로부터 전송 빔포밍된 제1 데이터 스트림을 수신하는 피코 기지국으로부터 전송 빔포밍 벡터의 정보를 수신하는 수신부
    상기 전송 빔포밍 벡터를 이용하여 제2 데이터 스트림을 전송 빔포밍하고, 상기 전송 빔포밍된 제2 데이터 스트림을 매크로 기지국으로 전송하는 전송부
    를 포함하고,
    상기 전송 빔포밍 벡터는 상기 피코 단말기와 상기 피코 기지국간의 채널의 채널 행렬에 기반하여 산출된 매크로 단말기.
  13. 제12항에 있어서,
    제2 매크로 단말기는 제3 데이터 스트림을 전송 빔포밍하고, 상기 전송 빔포밍된 제3 데이터 스트림을 상기 매크로 기지국으로 전송하고,
    상기 제2 데이터 스트림과 상기 제3 데이터 스트림은 상기 피코 기지국에서 동일한 위상으로 수신되는 매크로 단말기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 데이터 스트림의 수신 위상과 상기 제2 데이터 스트림의 수신 위상은 서로 직교하는 매크로 단말기.
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