KR101730730B1 - OFDM System and Method for power allocation using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OFDM 시스템 및 그것을 이용한 전력 할당 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 OFDM 시스템 및 그것을 이용한 전력 할당 방법에 따르면, 다중 안테나를 이용하는 수신단 및 송신단을 포함하는 OFDM 시스템의 전력 할당 방법에 있어서 상기 송신단 및 수신단은 채널 상태에 대한 가중치 및 비트 정보를 코드북 형태로 저장하는 단계, 상기 송신단은 트레이닝 신호를 상기 수신단에게 전송하는 단계, 상기 수신단으로부터 상기 트레이닝 신호에 포함한 복수의 서브캐리어 각각에 대한 채널 상태에 따른 비트 정보를 피드백 받는 단계, 복수의 서브캐리어 그룹별로 해당 비트 정보에 대응하는 가중치를 적용하여 전력을 재할당하는 단계, 그리고 상기 서브캐리어 그룹에 대응하는 서브채널별로 상기 재할당된 전력을 통하여 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 코드북을 기반으로 피드백 정보를 발생시키며, 채널의 상황에 맞게 서브캐리어 그룹마다 다르게 전력을 할당함으로써 무선 채널 환경을 겪는 무선 통신 시스템에 신뢰성을 향상시키고 불필요한 오버헤드를 줄일 수 있다.
The present invention relates to an OFDM system and a power allocation method using the same.
According to an OFDM system and a power allocation method using the OFDM system according to the present invention, in a power allocation method of an OFDM system including a receiving end and a transmitting end using multiple antennas, the transmitting end and the receiving end calculate a weight and bit information on a channel state as a codebook Receiving a training signal from the receiving terminal; receiving, by the transmitting terminal, a training signal from the receiving terminal; receiving feedback information on bit information according to a channel state of each of a plurality of subcarriers included in the training signal from the receiving terminal; Allocating power by applying a weight corresponding to the bit information, and transmitting data through the reallocated power for each subchannel corresponding to the subcarrier group.
According to the present invention, feedback information is generated based on a codebook, and power is allocated differently for each subcarrier group according to channel conditions, thereby improving reliability and unnecessary overhead in a wireless communication system experiencing a wireless channel environment.

Description

OFDM 시스템 및 그것을 이용한 전력 할당 방법{OFDM System and Method for power allocation using the same}[0001] OFDM SYSTEM AND POWER ALLOCATION METHOD USING THE SAME [0002]

본 발명은 OFDM 시스템 및 그것을 이용한 전력 할당 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 무선통신 환경에서 채널 상태를 나타내는 피드백 정보에 따라 전력을 재할당하는 OFDM 시스템 및 그것을 이용한 전력 할당 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an OFDM system and a power allocation method using the OFDM system. More particularly, the present invention relates to an OFDM system for reallocating power according to feedback information indicating a channel state in a wireless communication environment and a power allocation method using the same.

최근 무선 통신 시스템에서는 제안된 전력과 대역폭에서 높은 전송률과 신뢰성을 요구한다. 따라서 높은 대역 효율을 지닌 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기술과 전송률을 향상시킬 수 있는 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 무선 기술 시스템이 결합한 MIMO-OFDM 시스템이 사용된다. In recent wireless communication systems, high transmission rate and reliability are required in the proposed power and bandwidth. Accordingly, a MIMO-OFDM system combining OFG (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) technology with high band efficiency and MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) wireless technology system capable of improving data rate is used.

무선 통신 환경에서는 다중 경로 페이딩에 의해서 전송신호의 왜곡과 감쇄가 발생하는데, 여기서 신호의 왜곡과 감쇄는 수신단에서 원 신호를 복원하는 데 어려움을 겪게 된다. In a wireless communication environment, distortion and attenuation of a transmission signal occur due to multipath fading. In this case, distortion and attenuation of the signal cause difficulty in restoring the original signal at the receiving end.

이와 같은 어려움을 극복하기 위한 가장 쉬운 방법으로는 시스템의 전송전력을 높이는 방법이 있으나, LTE(Long term Evolution)나 Wi-Fi(Wireless Fidelity)와 같은 시스템은 스펙에서 전송전력이 정해져 있기 때문에 전송전력을 높이는 데는 한계가 있다. The easiest way to overcome this difficulty is to increase the transmission power of the system. However, since systems such as LTE (Long Term Evolution) and Wi-Fi (Wireless Fidelity) There is a limit to heightening.

즉, 한정된 전력을 사용하면서 시스템으로서 신뢰성을 확보해야 하므로 채널 상태에 따라 전력을 재할당하는 방법이 사용된다. That is, since reliability is secured as a system while using limited power, a method of reallocating power according to the channel state is used.

이때, 채널 정보를 파악하기 위해서는 피드백 정보를 사용해야 하는데, 수신단에서 송신단으로 많은 피드백 정보를 보내는 것은 많은 채널의 정보를 알 수 있지만, 그에 따라 통신상에서 오버헤드를 발생시켜 채널의 전송률을 낮출 수 있다. At this time, it is necessary to use feedback information in order to grasp the channel information. Although it is possible to know a lot of channel information by sending a lot of feedback information from the receiving end to the transmitting end, it can reduce the transmission rate of the channel by generating overhead in communication.

그러므로 피드백 정보를 최소화하기 위해 인접한 서브캐리어들을 그룹화 시키고 채널 정보 및 가중치를 포함하는 코드북을 이용하여 서브캐리어 그룹 마다 각각의 채널 정보에 따라 전력을 할당하는 기술이 요구된다.Therefore, a technique of grouping adjacent subcarriers and allocating power according to channel information for each subcarrier group using a codebook including channel information and a weight is required in order to minimize feedback information.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1024510호(2011.03.31 공고)에 개시되어 있다.The technology to be a background of the present invention is disclosed in Korean Patent No. 10-1024510 (published on Mar. 31, 2011).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선통신 환경에서 채널 상태를 나타내는 피드백 정보에 따라 전력을 재할당하는 OFDM 시스템 및 그것을 이용한 전력 할당 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an OFDM system for reallocating power according to feedback information indicating a channel state in a wireless communication environment and a power allocation method using the OFDM system.

이와 같은 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 다중 안테나를 이용하는 수신단 및 송신단을 포함하는 OFDM 시스템의 전력 할당 방법에 있어서 상기 송신단 및 수신단은 채널 상태에 대한 가중치 및 비트 정보를 코드북 형태로 저장하는 단계, 상기 송신단은 트레이닝 신호를 상기 수신단에게 전송하는 단계, 상기 수신단으로부터 상기 트레이닝 신호에 포함한 복수의 서브캐리어 각각에 대한 채널 상태에 따른 비트 정보를 피드백 받는 단계, 복수의 서브캐리어 그룹별로 해당 비트 정보에 대응하는 가중치를 적용하여 전력을 재할당하는 단계, 그리고 상기 서브캐리어 그룹에 대응하는 서브채널별로 상기 재할당된 전력을 통하여 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of allocating power in an OFDM system including a receiving end and a transmitting end using multiple antennas, the transmitting end and the receiving end including weight and bit information for a channel state, Receiving a training signal from the receiving terminal; receiving, by the transmitting terminal, a training signal from the receiving terminal; receiving feedback information on bit information according to a channel state of each of a plurality of subcarriers included in the training signal from the receiving terminal; Allocating power by applying a weight corresponding to the bit information, and transmitting data through the reallocated power for each subchannel corresponding to the subcarrier group.

상기 비트 정보는 N개의 비트로 이루어지며, 상기 코드북은, 기 설정된 채널 상태의 최대값 및 최소값을 2N개의 그룹으로 나누어 그룹핑되며, 해당되는 그룹의 중앙값의 역수가 상기 가중치(weighting factor)로 선택될 수 있다.The bit information is made up of N bits, and the codebook is grouped by dividing a maximum value and a minimum value of a predetermined channel state into 2N groups, and a reciprocal of a median value of the corresponding group is selected as the weighting factor .

상기 수신단은 상기 트레이닝 신호를 수신하면서 SINR을 측정하며, 상기 SINR이 기준값보다 낮으면 상기 N이 3인 코드북을 이용하여 비트 정보를 피드백하고, 상기 SINR이 상기 기준값 이상이면 상기 N이 4인 코드북을 이용하여 비트 정보를 피드백할 수 있다.Wherein the receiver measures the SINR while receiving the training signal and feeds back bit information using the codebook with N = 3 if the SINR is lower than the reference value, and if the SINR is equal to or greater than the reference value, So that bit information can be fed back.

상기 전력을 재할당하는 단계는, 다음 수학식을 통해 각각의 해당 서브캐리어에 정규화된 전력값(Wi)을 재할당할 수 있다.The step of reallocating the power may reallocate the normalized power value (W i ) to each corresponding subcarrier through the following equation.

Figure 112015099783332-pat00001
Figure 112015099783332-pat00001

여기서, FFTSize는 전체 서브캐리어 개수, P(Ni)는 i번째 서브캐리어의 할당전 송신 전력, P(Nc)는 전체 송신 전력,

Figure 112015099783332-pat00002
는 i번째 서브캐리어에 대응하는 가중치(weighting factor)를 나타낸다. Here, FFTSize is the total number of subcarriers, P (N i ) is the transmission power before allocation of the i-th subcarrier, P (N c ) is the total transmission power,
Figure 112015099783332-pat00002
Represents a weighting factor corresponding to the i-th subcarrier.

상기 트레이닝 신호(Y)는 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.The training signal Y can be expressed by the following equation.

Figure 112015099783332-pat00003
Figure 112015099783332-pat00003

여기서, Nc는 상기 서브캐리어의 총 개수, wn은 n번째 서브캐리어의 정규화 factor, Xn은 n번째 서브캐리어의 심볼, Hn은 n번째 서브캐리어에 대응하는 서브채널, Nn는 n번째 가우시안 잡음을 나타낸다.Here, N c is the sub-channel, Nn is the n-th Gaussian corresponding to the total number, w n is an n-normalization factor, X n is an n th subcarrier of the second sub-carrier symbols, Hn is the n-th subcarrier of the subcarriers It represents noise.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다중 안테나를 이용하는 수신단 및 송신단을 포함하는 OFDM 시스템에 있어서 상기 송신단은, 채널 상태에 대한 가중치 및 비트 정보를 코드북 형태로 저장하는 코드북 저장부, 트레이닝 신호를 상기 수신단에게 전송하고, 상기 수신단으로부터 상기 트레이닝 신호에 포함한 복수의 서브캐리어 각각에 대한 채널 상태에 따른 비트 정보를 피드백 받는 통신부, 그리고 복수의 서브캐리어 그룹별로 해당 비트 정보에 대응하는 가중치를 적용하여 전력을 재할당하는 전력 할당부를 포함하며, 상기 통신부는, 상기 서브캐리어 그룹에 대응하는 서브채널 별로 상기 재할당된 전력을 통하여 데이터를 전송한다.According to another embodiment of the present invention, in an OFDM system including a receiving end and a transmitting end using multiple antennas, the transmitting end includes a codebook storage for storing weight values and bit information for channel states in the form of a codebook, And a receiver for receiving the feedback information from the receiver and for receiving the bit information according to a channel state for each of a plurality of subcarriers included in the training signal, And the communication unit transmits data through the reallocated power for each subchannel corresponding to the subcarrier group.

본 발명에 따르면 코드북을 기반으로 피드백 정보를 발생시키며, 채널의 상황에 맞게 서브캐리어 그룹마다 다르게 전력을 할당함으로써 무선 채널 환경을 겪는 무선 통신 시스템에 신뢰성을 향상시키고 불필요한 오버헤드를 줄일 수 있다. According to the present invention, feedback information is generated based on a codebook, and power is allocated differently for each subcarrier group according to channel conditions, thereby improving reliability and unnecessary overhead in a wireless communication system experiencing a wireless channel environment.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용하는 수신단과 송신단의 OFDM 통신을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템에서 인접한 서브 채널들의 그룹핑을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 3비트 코드북 및 4비트 코드북을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송신단을 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신단에서 전력을 재할당하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예 중에서 SISO-OFDM 방식과 기존의 기법 및 MIMO-OFDM 방식과 기존의 기법의 비트 오류 확률을 나타낸 도면이다.
1 is a diagram for explaining OFDM communication between a receiving end and a transmitting end using multiple antennas according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining grouping of adjacent subchannels in an OFDM system according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams illustrating a 3-bit codebook and a 4-bit codebook according to an embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram illustrating a transmitting terminal according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a process of reallocating power in a transmitter according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B are diagrams illustrating the bit error probability of the SISO-OFDM scheme, the conventional scheme, the MIMO-OFDM scheme, and the conventional scheme, among the embodiments of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용하는 수신단과 송신단의 OFDM 통신을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining OFDM communication between a receiving end and a transmitting end using multiple antennas according to an embodiment of the present invention.

도 1에서는 송신단(Transmitter)과 수신단(Receiver)은 트레이닝 신호(훈련 신호)를 주고 받으면서 채널의 상태를 추정하는데, 이때, 각각의 채널은 독립적이고 다음 전송이 발송될 때까지 정적인 상태를 유지한다고 가정한다.In FIG. 1, a transmitter and a receiver receive a training signal (training signal) and estimate the state of the channel. At this time, each channel is independent and remains static until the next transmission is transmitted I suppose.

먼저, 송신단은 비트 단위로 전송하고자 하는 데이터(Bit stream)를 전력 할당(Power control)하여 여러 개의 안테나를 이용하여 수신단으로 전송한다.First, a transmitting terminal performs power control of data to be transmitted on a bit-by-bit basis and transmits the data to a receiving end using several antennas.

수신단은 신호를 수신하면, 채널 상태를 확인하여 피드백 정보를 미리 약속된 코드북 정보에 기초하여 생성하고 생성한 피드백 정보를 송신단으로 전달한다.Upon receipt of the signal, the receiving end confirms the channel state, generates feedback information based on the promised codebook information in advance, and transmits the generated feedback information to the transmitting end.

피드백 정보는 채널의 상태에 따른 가변 변조 기법에 대한 정보를 포함하고 있다. 따라서 수신단은 피드백 정보를 송신단에 전송하게 된다. 피드백 정보를 받은 송신단은 Variable modulation 블록에서 채널 상태에 맞게 전력을 재할당해준다. The feedback information includes information on a variable modulation technique according to the state of the channel. Therefore, the receiving end transmits the feedback information to the transmitting end. The transmitter that receives the feedback information reallocates the power according to the channel state in the variable modulation block.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템에서 인접한 서브 채널들의 그룹핑을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining grouping of adjacent subchannels in an OFDM system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 OFDM 시스템에서 인접한 서브채널들의 각각의 진폭(Amplitude)를 나타내는 그래프이다. 이때 그래프의 형태를 살펴보면 n-1, n, n+1의 지점에서 진폭은 n+100에서 보다 유사한 값을 가진다. 즉, 서로 인접한 서브캐리어들은 인접하지 않은 서브캐리어보다 유사한 채널 진폭의 값을 가지는 것을 알 수 있다. 따라서,도 2에서와 같이 유사한 채널 진폭의 값을 가지는 인접한 서브캐리어들은 같은 그룹으로 그룹화(A, B, C, D, ?, N, M)하여 그룹별로 채널 상태에 맞게 전력을 할당할 수 있다.2 is a graph showing the amplitudes of adjacent subchannels in an OFDM system. At this time, if we look at the shape of the graph, the amplitude at n-1, n, n + 1 has a similar value at n + 100. That is, it can be seen that adjacent subcarriers have values of channel amplitudes similar to those of non-adjacent subcarriers. Therefore, as shown in FIG. 2, adjacent subcarriers having similar channel amplitude values are grouped into the same group (A, B, C, D,?, N, M) .

여기서, 유사한 채널 진폭의 값의 범위는 서브 채널들의 진폭 유형에 따라 추후에 관리자에 의해 용이하게 변경 설정할 수 있으며, 설정된 범위안에 포함되는 채널 진폭의 값을 갖는 인접한 서브캐리어들을 같은 그룹으로 그룹화할 수도 있다.Here, the range of values of the similar channel amplitudes can be easily changed by the manager later according to the amplitude type of the subchannels, and the adjacent subcarriers having the value of the channel amplitude included in the set range can be grouped into the same group have.

이와 같이 서브캐리어들을 그룹화하면 그에 따라 채널 정보를 파악하기 위한 피드백 정보를 최소화할 수 있기 때문에 통신상에서 오버헤드의 발생률을 낮추면서 충분한 피드백 정보를 전달할 수 있다.By grouping the subcarriers as described above, feedback information for grasping channel information can be minimized accordingly, so that sufficient feedback information can be transmitted while reducing the incidence of overhead in communication.

이하에서 언급되는 채널 상태는 채널의 진폭 값(Amplitude)를 포함하는 개념으로, 설명의 편의상 채널의 상태 값을 채널의 진폭 값과 동일한 의미로 혼용하여 설명하기로 한다.The channel state described below includes the amplitude of the channel. For convenience of explanation, the state value of the channel is used in the same meaning as the amplitude value of the channel.

이하에서는 도 3a 및 도 3b를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 송신단과 수신단이 공유하는 코드북에 대하여 설명한다.Hereinafter, a codebook shared by a transmitter and a receiver according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. FIG.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 3비트 코드북을 나타낸 도면이고 도 3b는 4비트 코드북을 나타낸 도면이다.FIG. 3A is a diagram illustrating a 3-bit codebook according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a diagram illustrating a 4-bit codebook.

설명의 편의상 도 3a 및 도 3b에서는 채널의 최소 진폭값은 0, 최대 진폭값은 2.5로 가정하였다.For convenience of explanation, in FIGS. 3A and 3B, it is assumed that the minimum amplitude value of the channel is 0 and the maximum amplitude value is 2.5.

먼저, 코드북은 송신단과 수신단 사이의 사전 약속으로 구성된다. 채널의 최소 진폭값은 0이고 채널의 최대 진폭 값은 랜덤 값이기 때문에 CDF(Cumulative Distribution Function) 99%에 해당되는 값을 시뮬레이션을 통해서 정한다. First, a codebook is composed of a pre-appointment between a transmitting end and a receiving end. Since the minimum amplitude value of the channel is 0 and the maximum amplitude value of the channel is a random value, a value corresponding to 99% of CDF (Cumulative Distribution Function) is determined through simulation.

그리고 코드북은 n 비트에 따라서 2n개의 부분으로 나눠지고 코드북의 전력을 할당하는 가중치(weighting factor)는 채널의 범위의 중앙값의 역수로 결정된다. The codebook is divided into 2 n parts according to n bits, and the weighting factor for allocating the power of the codebook is determined by the reciprocal of the median value of the range of the channel.

즉, 채널 상태가 좋은 서브캐리어에는 적은 전력이 할당되고,채널 상태가 좋지 않은 서브캐리어에는 높은 전력을 할당하여 결과적으로 채널의 상태를 플랫하게 만들어 준다.That is, a small power is allocated to a subcarrier having a good channel state, and a high power is allocated to a subcarrier having a poor channel state, thereby flattening the channel state.

이와 같은 코드북은 수신단에서 생성되며, 수신단이 생성된 적어도 하나의 코드북을 송신단으로 전달하여 공유할 수 있다. 이때, 송신단에서 코드북을 생성하여 수신단으로 전달할 수도 있다.Such a codebook may be generated at the receiving end, and the receiving end may transmit at least one generated codebook to the transmitting end to share. At this time, the transmitter may generate a codebook and transmit the codebook to the receiver.

이와 같이 코드북을 공유하고 저장한 후 수신단은 송신단에서 받은 트레이닝 신호를 통해서 피드백 정보를 코드북에 기초하여 생성한다.After sharing and storing the codebook, the receiving end generates the feedback information based on the codebook through the training signal received from the transmitting end.

예를 들어, 트레이닝 신호의 채널 상태 값이 1.35Amplitude라고 가정하면, 수신단은 먼저 채널의 진폭이 코드북의 범위 안에 있음을 판단하고 피드백 값을 결정한다.For example, assuming that the channel state value of the training signal is 1.35 Amplitude, the receiver first determines that the amplitude of the channel is within the range of the codebook, and determines the feedback value.

도 3a와 같이 3비트 코드북을 사용하는 경우, 채널 상태 값 1.35은 채널의 최소, 최대 범위 안에 있으며, 해당되는 weighting factor는 0.7692이고 bits는 010이고, 도 3b와 같이 4비트 코드북을 사용하는 경우, 채널 진폭 1.35에 해당되는 weighting factor는 0.7477이고 bits는 0010이다.3A, when the 3-bit codebook is used, the channel state value 1.35 is in the minimum and maximum range of the channel, the corresponding weighting factor is 0.7692 and the bits are 010. If a 4-bit codebook is used as shown in FIG. 3B, The weighting factor corresponding to the channel amplitude of 1.35 is 0.7477 and the bits are 0010.

이때, 수신단이 보내는 피드백 정보는 비트 값(bits)을 나타내며, 3비트의 경우에는 010을, 4비트의 경우에는 0010을 나타낸다. At this time, the feedback information sent from the receiving terminal indicates bit values (010) in the case of 3 bits and 0010 in the case of 4 bits.

이처럼 수신단이 bits의 값을 포함하는 피드백 정보를 송신단에 전송하면 송신단은 공유하는 코드북을 기초로 가중치(weighting factor)를 알 수 있고 그에 따라 데이터에 전력을 재할당한다. If the receiving end transmits the feedback information including the value of bits to the transmitting end, the transmitting end knows the weighting factor based on the shared codebook and reallocates power to the data accordingly.

여기서, 수신단은 트레이닝 신호를 수신하면서 SINR을 측정하며, SINR이 기준값보다 낮으면 N이 3인 코드북을 이용하여 비트 정보를 피드백하고, SINR이 기준값 이상이면 상기 N이 4인 코드북을 이용하여 비트 정보를 피드백할 수 있다.If the SINR is equal to or greater than the reference value, the receiving end measures the SINR while receiving the training signal. If the SINR is less than the reference value, Can be fed back.

즉, 채널 상태가 나쁜 경우에는 보다 정확하게 데이터를 전송하기 위해 그룹별 채널 상태 간격이 상대적으로 넓은 3비트 코드북을 선택할 수 있으며 채널의 상태가 좋은 경우 채널을 세밀하게 나누어도 높은 전송률이 유지되므로 그룹별 채널 상태 간격이 상대적으로 좁은 4비트의 코드북을 선택할 수 있다.That is, if the channel state is bad, a 3-bit codebook having a relatively wide channel state interval per group can be selected to transmit data more accurately. If the channel state is good, a high transmission rate is maintained even if the channel is finely divided. A codebook of 4 bits having a relatively narrow channel state interval can be selected.

이와 같이 N비트 코드북을 선택하는 것은 가변적으로 채널 상태에 따라 달리 선택할 수 있다.Thus, the selection of the N-bit codebook can be variably selected depending on the channel state.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송신단을 나타낸 구성도이다.4 is a configuration diagram illustrating a transmitting terminal according to an embodiment of the present invention.

송신단(100)은 코드북 저장부(110), 통신부(120), 전력 할당부(130)를 포함한다. The transmission terminal 100 includes a codebook storage unit 110, a communication unit 120, and a power allocation unit 130.

코드북 저장부(110)는 채널 상태에 대한 가중치 및 비트 정보를 코드북 형태로 저장한다.The codebook storage unit 110 stores weight values and bit information for channel states in the form of a codebook.

이때, 비트 정보는 N개의 비트로 이뤄지며 각 비트 정보에 따라 적어도 하나의 코드북을 저장한다.At this time, the bit information consists of N bits and stores at least one codebook according to each bit information.

코드북 저장부(110)는 수신단과의 시뮬레이션의 결과를 통신부(120)를 통해 수신하여 동일한 방식을 통해 각각 동일한 코드북을 생성하여 저장할 수 있고 수신단에서 생성된 코드북을 통신부(120)를 통해 전달받아 저장할 수 있다.The codebook storage unit 110 receives the results of the simulation with the receiving end through the communication unit 120, and can generate and store the same codebooks through the same method. The codebook generated at the receiving end is received through the communication unit 120 and stored .

통신부(120)는 트레이닝 신호를 수신단에게 전송하고 수신단으로부터 트레이닝 신호에 포함한 복수의 서브캐리어 각각에 대한 채널 상태에 따른 비트 정보를 피드백 받는다.The communication unit 120 transmits the training signal to the receiving end and receives feedback information on the bit information according to the channel state for each of a plurality of subcarriers included in the training signal from the receiving end.

그리고 통신부(120)는 서브캐리어 그룹에 대응하는 서브채널 별로 전력할당부(130)로부터 재할당된 전력을 통해 데이터를 전송한다. Then, the communication unit 120 transmits the data through the reallocated power from the power allocation unit 130 for each subchannel corresponding to the subcarrier group.

전력 할당부(130)는 복수의 서브캐리어 그룹별로 해당 비트 정보에 대응하는 기 저장된 코드북을 통해 가중치를 적용하여 전력을 재할당한다.The power allocation unit 130 re-allocates power by applying a weight through a pre-stored codebook corresponding to the corresponding bit information for each of a plurality of sub-carrier groups.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신단에서 전력을 재할당하는 과정을 나타내는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a process of reallocating power in a transmitter according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 앞서 설명한 코드북을 생성하는 과정은 생략하고 수신단은 송신단과 동일한 코드북을 저장하고 있다고 가정한다. Hereinafter, it is assumed that the process of generating the codebook described above is omitted and the receiving end stores the same codebook as the transmitting end.

먼저, 송신단(100)은 채널 상태에 대한 가중치 및 비트 정보를 코드북 형태로 저장한다(S510).First, the transmitting terminal 100 stores weight values and bit information for channel states in a codebook form (S510).

이때 코드북은 도 3a 및 도 3b와 같이 생성될 수 있으며,수신단이 저장한 코드북과 동일한 것으로 수신단에서 전달받아 저장할 수 있다.In this case, the codebook can be generated as shown in FIGS. 3A and 3B, and can be received and stored in the receiving terminal in the same way as the codebook stored by the receiving end.

다음으로 송신단(100)은 트레이닝 신호를 수신단에게 전송한다(S520).Next, the transmitting terminal 100 transmits the training signal to the receiving terminal (S520).

여기서 트레이닝 신호(Y)는 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Here, the training signal Y can be expressed by the following equation (1).

Figure 112015099783332-pat00004
Figure 112015099783332-pat00004

여기서, Nc는 상기 서브캐리어의 총 개수, wn은 n번째 서브캐리어의 정규화 factor, Xn은 n번째 서브캐리어의 심볼, Hn은 n번째 서브캐리어에 대응하는 서브채널, Nn는 n번째 가우시안 잡음을 나타낸다.Here, N c is the sub-channel, Nn is the n-th Gaussian corresponding to the total number, w n is an n-normalization factor, X n is an n th subcarrier of the second sub-carrier symbols, Hn is the n-th subcarrier of the subcarriers It represents noise.

송신단(100)은 수신단으로부터 트레이닝 신호에 포함한 복수의 서브캐리어 각각에 대한 채널 상태에 따른 비트 정보를 피드백 받는다(S530). 그리고 송신단(100)은 비트 정보를 수신하면 코드북을 통해 역으로 가중치 및 해당 서브캐리어의 채널 진폭을 확인할 수 있다.The transmitting terminal 100 receives bit information according to channel conditions for each of a plurality of subcarriers included in the training signal from the receiving terminal (S530). When the transmitter 100 receives the bit information, it can check the weights and the channel amplitudes of the subcarriers inversely through the codebook.

송신단(100)은 복수의 서브캐리어 그룹별로 해당 비트 정보에 대응하는 가중치를 적용하여 전력을 재할당한다(S540).The transmitting terminal 100 re-allocates power by applying a weight corresponding to the corresponding bit information for each of a plurality of subcarrier groups (S540).

이때, 송신단(100)은 다음 수학식 2를 통해 각각의 해당 서브캐리어에 정규화된 전력값(Wi)을 재할당할 수 있다.At this time, the transmitting end 100 can re-allocate the normalized power value W i to each corresponding subcarrier through Equation (2).

Figure 112015099783332-pat00005
Figure 112015099783332-pat00005

여기서, FFTSize는 전체 서브캐리어 개수, P(Ni)는 i번째 서브캐리어의 할당전 송신 전력, P(Nc)는 전체 송신 전력,

Figure 112015099783332-pat00006
는 i번째 서브캐리어에 대응하는 가중치(weighting factor)를 나타낸다. Here, FFTSize is the total number of subcarriers, P (N i ) is the transmission power before allocation of the i-th subcarrier, P (N c ) is the total transmission power,
Figure 112015099783332-pat00006
Represents a weighting factor corresponding to the i-th subcarrier.

이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 정규화를 통해서 사용할 수 있는 전력 내에서 각 서브캐리어별로 상이하게 전력을 할당함으로써 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, reliability can be improved by allocating power differently for each subcarrier within the power available through normalization.

송신단(100)은 서브캐리어 그룹에 대응하는 서브채널별로 재할당된 전력을 통하여 데이터를 전송한다(S550).The transmitting terminal 100 transmits the data through the reallocated power for each subchannel corresponding to the subcarrier group (S550).

이하에서는 도 6a 및 도 6b를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템과 기존의 방식과의 비트 오류 확률 차이를 설명한다. Hereinafter, the bit error probability difference between the OFDM system and the conventional system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예 중에서 SISO-OFDM 방식과 기존의 기법 및 MIMO-OFDM 방식과 기존의 기법의 비트 오류 확률을 나타낸 도면이다.6A and 6B are diagrams illustrating the bit error probability of the SISO-OFDM scheme, the conventional scheme, the MIMO-OFDM scheme, and the conventional scheme, among the embodiments of the present invention.

여기서, 기존의 기법이란 피드백 정보 없이 데이터를 전송하는 방법으로 채널의 상태를 고려하지 않고 모든 서브캐리어에 같은 전력을 할당하는 방법을 나타낸다.Here, the conventional technique is a method of transmitting data without feedback information, which indicates a method of allocating the same power to all subcarriers without considering the channel state.

먼저, 도 6a에서는 FFT 크기는 256, QPSK 방식을 사용하였고 무선 채널은 레일리 채널, 그리고 3-bit 코드북이 사용되었다.First, in FIG. 6A, the FFT size is 256, the QPSK scheme is used, the Rayleigh channel and the 3-bit codebook are used for the wireless channel.

도 6a는 본 발명의 실시예 중에서 SISO-OFDM(Single In Single Out-OFDM) 방식과 기존 방식의 SNR(dB)에 대한 비트 오류 확률(Bit Error Rate: BER)를 나타낸 그래프이다. 본 발명의 실시예에 따른 제안하는 SISO-OFDM의 방법으로는 4개의 서브캐리어씩 그룹(☆), 16개의 서브캐리어씩 그룹(△), 32개의 서브캐리어씩 그룹(○), 64개의 서브캐리어씩 그룹(□)으로 각각 2n개의 서브캐리어 그룹으로 나누었다. FIG. 6A is a graph illustrating a bit error rate (BER) for an SISO-OFDM scheme and an SNR (dB) of an existing scheme in an embodiment of the present invention. In the proposed SISO-OFDM method according to the embodiment of the present invention, a group (4) of four subcarriers, a group of sixteen subcarriers, a group of 32 subcarriers, (□), respectively, into 2 n subcarrier groups.

도 6a의 그래프를 보면 본 발명의 실시예에서 제안하는 기법(☆, △, ○, □)은 기존의 기법(

Figure 112015099783332-pat00007
)보다 SNR(dB)의 값이 커질수록 비트 오류 확률(BER)이 낮은 것을 알 수 있다.Referring to the graph of FIG. 6A, the techniques proposed in the embodiment of the present invention (*,?,?,?
Figure 112015099783332-pat00007
, The bit error probability (BER) is lower as the value of SNR (dB) becomes larger.

또한, 64개의 서브캐리어씩 그룹을 하는 것보다 32,16,4 와 같이 더 적게 그룹화할수록 BER 성능이 좋아지는 것을 확인할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예와 같이 4개의 서브캐리어씩 그룹화시키는 경우(☆)에는 기존의 방법보다 5dB SNR 이득을 얻는다.In addition, it can be seen that the BER performance is improved as the grouping of 32, 16, and 4 is smaller than that of grouping 64 subcarriers. Particularly, in the case of grouping four subcarriers as in the embodiment of the present invention (*), a gain of 5 dB SNR is obtained compared with the conventional method.

다음으로, 도 6b는 본 발명에서 제안된 MIMO-OFDM(Multiple Input Multiple Output-OFDM) 방식과 기존의 방식 간의 BER 그래프를 나타낸다. 도 6에서는 FFT 크기는 256, 16QAM 방식을 사용하였고, 무선채널은 레일리 채널, 4-bit 코드북이 사용되었다. Next, FIG. 6B shows a BER graph between the MIMO-OFDM scheme proposed in the present invention and the conventional scheme. In FIG. 6, the FFT size is 256, 16QAM, and the radio channel is a Rayleigh channel and a 4-bit codebook.

본 발명의 실시예에서 제안된 기법으로 2개의 서브캐리어씩 그룹(☆), 4개의 서브캐리어씩 그룹(◇), 8개의 서브캐리어씩 그룹(□)으로 나누어 측정하였다.In the technique proposed in the embodiment of the present invention, a group (2) is divided into two subcarriers, a group (4) is divided into four subcarriers, and a group (□) is divided into 8 subcarriers.

도 6b에서 보면, 본 발명의 실시예에서 제안된 기법(☆, ◇, □)은 전체적으로 기존의 기법(

Figure 112015099783332-pat00008
) 보다 SNR(dB)의 값이 커질수록 비트 오류 확률(BER)이 낮은 것을 알 수 있다.6B, the techniques proposed in the embodiment of the present invention (,,,,))
Figure 112015099783332-pat00008
, The bit error probability (BER) is lower as the value of SNR (dB) becomes larger.

특히 8개와4개로 그룹화된 각 서브캐리어(◇, □)들은 SNR이 커질수록 기존의 기법보다 큰 성능 차이를 보이지 않지만, 2개씩 그룹화된 서브캐리어(☆)들은 기존의 기법보다 3dB 가량 SNR 이득을 얻는 것을 알 수 있다.In particular, each subcarrier (,,)) grouped into 8 and 4 does not show a larger performance difference than the conventional scheme as the SNR increases. However, the subcarriers grouped by 2 have a SNR gain of about 3 dB .

본 발명의 실시예에 따르면 코드북을 기반으로 피드백 정보를 발생시키며, 채널의 상황에 맞게 서브캐리어 그룹마다 다르게 전력을 할당함으로써 무선 채널 환경을 겪는 무선 통신 시스템에 신뢰성을 향상시키고 불필요한 오버헤드를 줄일 수 있다. According to the embodiment of the present invention, feedback information is generated based on a codebook, and power is allocated differently for each subcarrier group according to channel conditions, thereby improving reliability and reducing unnecessary overhead in a wireless communication system experiencing a wireless channel environment have.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 송신단 110: 코드북 저장부
120: 통신부 130: 전력 할당부
100: Transmitter 110: Codebook storage
120: communication unit 130: power allocation unit

Claims (10)

다중 안테나를 이용하는 수신단 및 송신단을 포함하는 OFDM 시스템의 전력 할당 방법에 있어서
상기 송신단 및 수신단은 채널 상태에 대한 가중치 및 비트 정보를 코드북 형태로 저장하는 단계,
상기 송신단은 트레이닝 신호를 상기 수신단에게 전송하는 단계,
상기 수신단으로부터 상기 트레이닝 신호에 포함한 복수의 서브캐리어 각각에 대한 채널 상태에 따른 비트 정보를 피드백 받는 단계,
복수의 서브캐리어 그룹별로 해당 비트 정보에 대응하는 가중치를 적용하여 전력을 재할당하는 단계, 그리고
상기 서브캐리어 그룹에 대응하는 서브채널별로 상기 재할당된 전력을 통하여 데이터를 전송하는 단계를 포함하고,
상기 비트 정보는 N개의 비트로 이루어지며,
상기 코드북은, 기 설정된 채널 상태의 최대값 및 최소값을 2N개의 그룹으로 나누어 그룹핑되며, 해당되는 그룹의 중앙값의 역수가 상기 가중치(weighting factor)로 선택되는 OFDM 시스템의 전력 할당 방법.
In a power allocation method of an OFDM system including a receiving end using a multiple antenna and a transmitting end
The transmitter and receiver may store the weight and the bit information of the channel state in the form of a codebook,
The transmitting end transmits a training signal to the receiving end,
Receiving, from the receiving end, bit information according to a channel state for each of a plurality of subcarriers included in the training signal;
Allocating power by applying a weight corresponding to the corresponding bit information for each of a plurality of subcarrier groups, and
And transmitting data through the reallocated power for each subchannel corresponding to the subcarrier group,
The bit information is composed of N bits,
Wherein the codebook is grouped by dividing a maximum value and a minimum value of a predetermined channel state into 2N groups and a reciprocal of a median value of the group is selected as the weighting factor.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 수신단은 상기 트레이닝 신호를 수신하면서 SINR을 측정하며,
상기 SINR이 기준값보다 낮으면 상기 N이 3인 코드북을 이용하여 비트 정보를 피드백하고, 상기 SINR이 상기 기준값 이상이면 상기 N이 4인 코드북을 이용하여 비트 정보를 피드백하는 OFDM 시스템의 전력 할당 방법.
The method according to claim 1,
The receiver measures the SINR while receiving the training signal,
And if the SINR is less than the reference value, feeds back bit information using the codebook having N = 3 and feeds back bit information using the codebook having N = 4 if the SINR is equal to or greater than the reference value.
제1항에 있어서,
상기 전력을 재할당하는 단계는,
다음 수학식을 통해 각각의 해당 서브캐리어에 정규화된 전력값(Wi)을 재할당하는 OFDM 시스템의 전력 할당 방법:
Figure 112015099783332-pat00009

여기서, FFTSize는 전체 서브캐리어 개수, P(Ni)는 i번째 서브캐리어의 할당전 송신 전력, P(Nc)는 전체 송신 전력,
Figure 112015099783332-pat00010
는 i번째 서브캐리어에 대응하는 가중치(weighting factor)를 나타낸다.
The method according to claim 1,
The step of reallocating the power comprises:
A power allocation method of an OFDM system for reallocating normalized power values (W i ) to respective subcarriers using the following equation:
Figure 112015099783332-pat00009

Here, FFTSize is the total number of subcarriers, P (N i ) is the transmission power before allocation of the i-th subcarrier, P (N c ) is the total transmission power,
Figure 112015099783332-pat00010
Represents a weighting factor corresponding to the i-th subcarrier.
제1항에 있어서,
상기 트레이닝 신호(Y)는 다음 수학식을 포함하는 OFDM 시스템의 전력 할당 방법:
Figure 112015099783332-pat00011

여기서, Nc는 상기 서브캐리어의 총 개수, wn은 n번째 서브캐리어의 정규화 factor, Xn은 n번째 서브캐리어의 심볼, Hn은 n번째 서브캐리어에 대응하는 서브채널, Nn는 n번째 가우시안 잡음을 나타낸다.
The method according to claim 1,
Wherein the training signal (Y) comprises a power assignment method of an OFDM system comprising:
Figure 112015099783332-pat00011

Here, N c is the sub-channel, Nn is the n-th Gaussian corresponding to the total number, w n is an n-normalization factor, X n is an n th subcarrier of the second sub-carrier symbols, Hn is the n-th subcarrier of the subcarriers It represents noise.
다중 안테나를 이용하는 수신단 및 송신단을 포함하는 OFDM 시스템에 있어서
상기 송신단은,
채널 상태에 대한 가중치 및 비트 정보를 코드북 형태로 저장하는 코드북 저장부,
트레이닝 신호를 상기 수신단에게 전송하고, 상기 수신단으로부터 상기 트레이닝 신호에 포함한 복수의 서브캐리어 각각에 대한 채널 상태에 따른 비트 정보를 피드백 받는 통신부, 그리고
복수의 서브캐리어 그룹별로 해당 비트 정보에 대응하는 가중치를 적용하여 전력을 재할당하는 전력 할당부를 포함하며,
상기 통신부는,
상기 서브캐리어 그룹에 대응하는 서브채널 별로 상기 재할당된 전력을 통하여 데이터를 전송하고,
상기 비트 정보는 N개의 비트로 이루어지며,
상기 코드북은, 기 설정된 채널 상태의 최대값 및 최소값을 2N개의 그룹으로 나누어 그룹핑되며,해당되는 그룹의 중앙값의 역수가 상기 가중치(weighting factor)로 선택되는 OFDM 시스템.
In an OFDM system including a receiving end using multiple antennas and a transmitting end
The transmitting end transmits,
A codebook storage unit for storing weight values and bit information for channel states in a codebook form,
A communication unit for transmitting a training signal to the receiving end and feedbacking bit information according to channel conditions for each of a plurality of subcarriers included in the training signal from the receiving end;
And a power allocator for allocating power by applying a weight corresponding to the corresponding bit information for each of a plurality of subcarrier groups,
Wherein,
Data is transmitted through the re-allocated power for each sub-channel corresponding to the sub-carrier group,
The bit information is composed of N bits,
Wherein the codebook is grouped by dividing a maximum value and a minimum value of a predetermined channel state into 2N groups and a reciprocal of a median value of the group is selected as the weighting factor.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 수신단은 상기 트레이닝 신호를 수신하면서 SINR을 측정하며,
상기 SINR이 기준값보다 낮으면 상기 N이 3인 코드북을 이용하여 비트 정보를 피드백하고, 상기 SINR이 상기 기준값 이상이면 상기 N이 4인 코드북을 이용하여 비트 정보를 피드백하는 OFDM 시스템.
The method according to claim 6,
The receiver measures the SINR while receiving the training signal,
And feedback the bit information using the codebook with N = 3 if the SINR is lower than the reference value, and feed back bit information using the codebook with N = 4 if the SINR is equal to or greater than the reference value.
제6항에 있어서,
상기 전력을 재할당하는 단계는,
다음 수학식을 통해 각각의 해당 서브캐리어에 정규화된 전력값(Wi)을 재할당하는 OFDM 시스템:
Figure 112015099783332-pat00012

여기서, FFTSize는 전체 서브캐리어 개수, P(Ni)는 i번째 서브캐리어의 할당전 송신 전력, P(Nc)는 전체 송신 전력,
Figure 112015099783332-pat00013
는 i번째 서브캐리어에 대응하는 가중치(weighting factor)를 나타낸다.
The method according to claim 6,
The step of reallocating the power comprises:
An OFDM system for reallocating normalized power values (W i ) to respective subcarriers through the following equation:
Figure 112015099783332-pat00012

Here, FFTSize is the total number of subcarriers, P (N i ) is the transmission power before allocation of the i-th subcarrier, P (N c ) is the total transmission power,
Figure 112015099783332-pat00013
Represents a weighting factor corresponding to the i-th subcarrier.
제6항에 있어서,
상기 트레이닝 신호(Y)는 다음 수학식을 포함하는 OFDM 시스템:
Figure 112015099783332-pat00014

여기서, Nc는 상기 서브캐리어의 총 개수, wn은 n번째 서브캐리어의 정규화 factor, Xn은 n번째 서브캐리어의 심볼, Hn은 n번째 서브캐리어에 대응하는 서브채널, Nn는 n번째 가우시안 잡음을 나타낸다.
The method according to claim 6,
The training signal (Y) is an OFDM system comprising:
Figure 112015099783332-pat00014

Here, N c is the sub-channel, Nn is the n-th Gaussian corresponding to the total number, w n is an n-normalization factor, X n is an n th subcarrier of the second sub-carrier symbols, Hn is the n-th subcarrier of the subcarriers It represents noise.
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Antonio G. Marques et al.; Minimizing Power in Wireless OFDMA with Limited-Rate Feedback; IEEE Wireless Communications and Networking Conference, 2007. WCNC 2007.; 11-15 March 2007*

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