KR101741361B1 - Mtehod for optimal transceiver design in interference alignment based cognitive radio network - Google Patents

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KR101741361B1
KR101741361B1 KR1020160054590A KR20160054590A KR101741361B1 KR 101741361 B1 KR101741361 B1 KR 101741361B1 KR 1020160054590 A KR1020160054590 A KR 1020160054590A KR 20160054590 A KR20160054590 A KR 20160054590A KR 101741361 B1 KR101741361 B1 KR 101741361B1
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김재명
조남
문굉치
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is a method for designing an optimal transceiver in a cognitive radio network based on interference alignment. The method for designing the optimal transceiver in the cognitive radio network including multiple secondary users and a primary user in which a transmitter and a receiver based on multiple antennas have a pair structure includes: a step of determining either a first interference alignment technique of aligning interference influencing the primary user (PU) from the multiple secondary users (SU) participating in the cognitive radio network and the interference between the multiple secondary users (SU) in accordance with a use purpose or a second interference alignment technique of aligning the interference influencing the primary user from the secondary users excepting for the interference between the multiple secondary users, as a technique for the interference alignment; and a step of generating a precoding matrix to remove the interference to the primary user based on the determined interference alignment technique.

Description

간섭 정렬 기반의 인지 무선 네트워크에서 최적의 송수신 장치 설계 방법{MTEHOD FOR OPTIMAL TRANSCEIVER DESIGN IN INTERFERENCE ALIGNMENT BASED COGNITIVE RADIO NETWORK}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of designing an optimal transceiver apparatus for an interference-

본 발명의 실시예들은 인지무선네트워크(Cognitive Radio Network)에서 간섭 정렬 기법을 사용하여 효율적인 채널 사용을 위한 최적의 송신 및 수신 장치 설계 기술에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to techniques for designing optimal transmission and reception devices for efficient channel use using interference alignment techniques in a cognitive radio network.

본 연구는 미래창조과학부 및 정보통신기술진흥센터의 대학ICT연구센터육성 지원사업의 연구결과로 수행되었다(IITP-2016-H8501-16-1019).This study was conducted as a result of the research project of the future ICT Research Center of the Creation Science Department and the Information and Communication Technology Promotion Center (IITP-2016-H8501-16-1019).

특허과제번호는 1711035210이다.The patent assignment number is 1711035210.

이동 통신 서비스의 발전과 무선 스펙트럼에 대한 요구가 폭발적으로 증대함에 따라 스펙트럼의 효율성을 개선하는 것이 최근 무선 통신 연구에 있어 주요 문제로 대두되고 있다. 이러한 스펙트럼의 부족 문제를 해결하기 위한 방안으로 인지 무선(Cognitive Radio, CR) 기술이 존재한다. 인지 무선 기술은 전파 환경을 측정하여 측정된 전파 환경에 적합하게 무선 기기의 운용 파라미터를 설정하여 동작하는 무선 기술이다. 예를 들어, 무선 기기의 전송 용량을 채널 특성에 맞게 최대화, 기기 간 간섭 최소화, 다른 기종 시스템 간에 상호 동작성 촉진, 또는 비사용 주파수를 찾아서 1차 사용자가 사용하지 않는 시간에 이용하는 기술이 인지 무선 기술의 범주에 속한다.As the development of mobile communication services and the demand for wireless spectrum explosively increase, improving the efficiency of spectrum has recently become a major problem in wireless communication research. Cognitive Radio (CR) technology exists as a solution to the lack of spectrum. Cognitive radio technology is a wireless technology that operates by measuring the propagation environment and setting operation parameters of the wireless device in accordance with the measured propagation environment. For example, the technology that maximizes the transmission capacity of a wireless device according to channel characteristics, minimizes interference between devices, promotes mutual operation between different types of systems, or uses unused frequencies for a time not used by a primary user, It belongs to the category of technology.

인지무선 네트워크에서 언더레이(underlay) 방식의 스펙트럼 공유 기술이 대표적인 기술인데, 언더레이 방식의 경우, 우선사용자(Primary User, PU(에 대한 간섭을 제어하는 것이 주요 이슈(issue)이다. 우선사용자에 대한 간섭을 제어하는 다양한 방법들이 존재하나, 우선사용자에 대한 서비스 품질(QoS)를 보장하면서도 인지무선 사용자(Secondary User, SU)의 성능을 개선시키는 트레이드 오프(trade off) 문제는 여전히 해결해야 할 과제이다.Underlay scheme spectrum sharing technology is a typical technology in cognitive wireless networks. In the case of underlay scheme, it is a major issue to control interference with a primary user (PU). First, There are various methods for controlling the interference of the user. However, the trade off problem of improving the performance of a secondary user (SU) while guaranteeing quality of service (QoS) to the user is still a problem to be solved to be.

간섭 정렬(Interference Alignment, IA) 기술은 신호 부공간(subspace) 내의 간섭을 제거하기 위해 프리코딩 행렬(precoding matrix) 및 디코딩 행렬(decoding matrix)을 사용하여 간섭을 제어하는 기술이다. 간섭 정렬을 이용하면 신호 공간 내에서 수신하고자 하는 신호는 간섭에 제약없이 복구될 수 있다. 최근에는 간섭 정렬로 인한 무선 네트워크 시스템의 성능 향상을 인지 무선에 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 간섭 정렬 기반의 인지무선 네트워크에서 주요 연규 이슈 중 하나는 우선 사용자(PU)의 낮은 SINR(Signal to Interference Noise Ratio)을 해결하는 것이다.The Interference Alignment (IA) technique is a technique for controlling interference using a precoding matrix and a decoding matrix to remove interference in a signal subspace. With interference alignment, the signal to be received within the signal space can be recovered without interference. Recently, research is being conducted to apply the performance enhancement of wireless network system to cognitive radio due to interference sorting. One of the major problems in interference-based cognitive wireless networks is solving the low signal-to-interference noise ratio (SINR) of the user (PU).

아래의 비특허문헌 [1] H. Zhou , T. Ratnarajah , and Y. C. Liang , "On secondary network interference alignment in cognitive radio," in Proc . IEEE DySPAN, Aachen , Germany, May 2011, pp. 637-641.에서는, 프리코딩 행렬과 전력할당을 사용하는 방법을 하나의 우선사용자와 다수의 인지무선 사용자들이 공존하는 인지무선 네트워크에 적용하여 인지무선 사용자의 전송률을 향상시키는 기술을 설명하고 있다. 비특허문헌 [2] F. Rezaei and A. Tadaion , "Interference alignment in cognitive radio networks," IET Commun ., vol. 8, no. 10, pp. 1769-1777, Jul . 2014.에서는, 우선사용자 간 협력 통신을 수행하고, 워터필링방법과 간섭제거기법을 사용하여 인지무선 네트워크에서 간섭 정렬을 빠르게 수행하는 기술을 설명하고 있다. 그러나, 비특허 문헌 [1] 및 [2]의 경우, 우선사용자의 성능향상에 대한 문제 해결 연구를 추가적으로 요구하고 있다. H. Zhou , T. Ratnarajah , and YC Liang , "On secondary network interference alignment in cognitive radio, " in Proc . IEEE DySPAN, Aachen , Germany, May 2011, pp. 637-641. Describes a technique for improving the transmission rate of a cognitive wireless user by applying a method of using a precoding matrix and power allocation to a cognitive wireless network in which a first user and a plurality of cognizant wireless users coexist. Non-Patent Document [2] F. Rezaei and A. Tadaion , "Interference alignment in cognitive radio networks," IET Commun ., Vol. 8, no. 10, pp. 1769-1777, Jul . In 2014 , we first describe a technique for performing cooperative communication between users and quickly performing interference alignment in a cognitive radio network using a water filling method and an interference cancellation technique. However, in the case of non-patent documents [1] and [2], a problem solving study on the performance improvement of the user is additionally demanded.

따라서, 간섭 정렬 기반의 인지무선 네트워크에서 우선사용자(PU)에 대한 서비스 품질(QoS)를 보장하면서도 인지무선 사용자(Secondary User, SU)의 성능을 개선시키는 트레이드 오프(trade off)를 해결하면서 우선사용자(PU)의 성능(예컨대, SINR)을 개선시키기 위한 간섭 정렬 기법이 요구된다.Accordingly, it is an object of the present invention to solve a trade off that improves the performance of a secondary user (SU) while ensuring quality of service (QoS) for a priority user (PU) in a cognitive wireless network based on interference- An interference alignment technique is needed to improve the performance (e.g., SINR) of the PU.

[1] H. Zhou, T. Ratnarajah, and Y. C. Liang, "On secondary network interference alignment in cognitive radio," in Proc. IEEE DySPAN, Aachen, Germany, May 2011, pp. 637-641.[1] H. Zhou, T. Ratnarajah, and Y. C. Liang, "On secondary network interference in cognitive radio," Proc. IEEE DySPAN, Aachen, Germany, May 2011, pp. 637-641. [2] F. Rezaei and A. Tadaion, "Interference alignment in cognitive radio networks," IET Commun., vol. 8, no. 10, pp. 1769-1777, Jul. 2014.[2] F. Rezaei and A. Tadaion, "Interference alignment in cognitive radio networks," IET Commun., Vol. 8, no. 10, pp. 1769-1777, Jul. 2014. [3] K. Gomadam, V. R. Cadambe, and S. A. Jafar, "A distributed numerical approach to interference alignment and applications to wireless interference networks," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 57, no. 6, pp. 3309-3322, Jun. 2011.[3] K. Gomadam, V. R. Cadambe, and S. A. Jafar, "A Distributed Numerical Approach to Interference Alignment and Applications to Wireless Interference Networks," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 57, no. 6, pp. 3309-3322, Jun. 2011. [4] H. Huang and V.K.N. Lau, "Partial interference alignment for K-user MIMO interference cahnnels," IEEE Trans. Signal Process., vol. 59, no. 10, pp. 4900-4908, Aug. 2011.[4] H. Huang and V.K.N. Lau, "Partial interference alignment for K-user MIMO interference cahnnels," IEEE Trans. Signal Process., Vol. 59, no. 10, pp. 4900-4908, Aug. 2011. [5] H. Gao et al., "New uplink opportunistic interference alignment: An active alignment approach, " In Proc. IEEE WCNC 2013, pp. 3099-3104, Shanghai, China, Apr. 2013.[5] H. Gao et al., "New uplink opportunistic interference alignment: An active alignment approach," In Proc. IEEE WCNC 2013, pp. 3099-3104, Shanghai, China, Apr. 2013. [6] H. Men, N. Zhao, M. Jin and J. M. Kim, "Optimal Transceiver Design for Interference Alignment Based Cognitive Radio Networks," in IEEE Communications Letters, vol. 19, no. 8, pp. 1442-1445, Aug. 2015.[6] H. Men, N. Zhao, M. Jin and J. M. Kim, "Optimal Transceiver Design for Interference Alignment Based Cognitive Radio Networks," IEEE Communications Letters, vol. 19, no. 8, pp. 1442-1445, Aug. 2015.

본 발명은 간섭 정렬 기반의 인지무선 네트워크에서 최적의 송신 및 수신 장치(Optimal Transceiver Design, OTD)를 설계하는 기술에 관한 것으로서, 우선사용자(PU)에 대한 간섭을 정렬하기 위해 인지무선 사용자(SU)의 프리코딩 행렬을 생성함에 있어서 부분적 간섭 정렬(Partial-IA, PIA)을 사용하고, 우선사용자(PU)가 인지무선 사용자(SU)에게 미치는 간섭은 고려하지 않고, 인지무선 사용자(SU)가 우선사용자(PU)에게 미치는 간섭을 고려하여 간섭을 정렬하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for designing an Optimal Transceiver Design (OTD) in an interference-based cognitive radio network, wherein a cognitive radio user (SU) is used to sort interference to a user (PU) (PIA) is used in generating the precoding matrix of the UE and the perceptual radio user (SU) takes priority over the interference of the user (PU) on the perceived wireless user (SU) To a technique for aligning interference in consideration of interference to a user (PU).

또한, 우선사용자에 해당하는 송신장치에서 우선사용자(PU)의 성능을 최대화하는 우선사용자(PU)의 프리코딩 행렬을 생성되고, 인지무선 사용자(SU)의 수신장치에서 인지무선 사용자(SU)의 성능을 최대화하기 위해 수신 SINR을 최대화하는 디코딩 행렬을 생성하는 기술에 관한 것이다.The precoding matrix of the priority user (PU) maximizing the performance of the priority user (PU) is generated in the transmission apparatus corresponding to the user. To a technique for generating a decoding matrix that maximizes a received SINR in order to maximize performance.

다중 안테나 기반의 송신 장치와 수신 장치가 페어(pair) 구조를 가지는 우선사용자(Primary User)와 복수의 인지무선 사용자(Secondary User)를 포함하는 인지무선네트워크에서 송신 장치에서의 간섭 정렬 방법에 있어서, 사용 목적에 따라 상기 인지무선네트워크에 참여하는 복수의 인지무선 사용자들(SU)로부터 우선사용자(PU)에 미치는 간섭(Interference) 및 복수의 인지무선 사용자들 간에 미치는 간섭을 정렬하는 제1 간섭 정렬 기법과 상기 복수의 인지무선 사용자들 간의 간섭을 제외하고 상기 인지무선 사용자들로부터 우선사용자에 미치는 간섭을 정렬하는 제2 간섭 정렬 기법 중 어느 하나를 간섭 정렬을 위한 기법으로 결정하는 단계, 및 상기 결정된 간섭 정렬 기법에 기초하여 상기 우선사용자에 대한 간섭을 제거하기 위한 프리코딩 행렬을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.A method of interference arrangement in a transmitter in a cognitive radio network including a primary user having a pair structure and a plurality of cognitive radio users (Secondary User) A first interference sorting technique for sorting interferences between a plurality of cognitive radio users (SU) participating in the perceptual wireless network and interference between a plurality of cognizant wireless users, And a second interference alignment scheme for aligning interference on a preference user from the perceived wireless users, excluding interference between the plurality of perceived wireless users, as a technique for interference alignment, and determining the determined interference Generating a precoding matrix for eliminating interference to the preferred user based on an alignment scheme; . ≪ / RTI >

일측면에 따르면, 상기 프리코딩 행렬을 생성하는 단계는, 상기 제1 간섭 정렬 기법에 따라 상기 우선사용자의 신호와 다른 인지무선 사용자로부터 수신된 신호의 간섭 공분산을 계산하는 단계, 계산된 간섭 공분산을 포함하는 간섭 공분산 행렬을 대상으로 고유값 분해를 수행하는 단계, 및 상기 고유값 분해를 통해 획득된 고유값 벡터들 에 기초하여 상기 프리코딩 행렬을 생성할 수 있다.According to an aspect, generating the precoding matrix comprises: calculating an interference covariance of a signal received from a different cognizant wireless user from a signal of the preferential user according to the first interference alignment technique; Performing an eigenvalue decomposition on an interferometric covariance matrix including the eigenvalue decomposition, and generating the precoding matrix based on the eigenvalue vectors obtained through the eigenvalue decomposition.

다른 측면에 따르면, 상기 제1 간섭 정렬 기법에 따라 생성된 프리코딩 행렬은, 상기 다른 인지무선 사용자에 미치는 간섭을 감소 또는 최소화하는 프리코딩 행렬일 수 있다.According to another aspect, the precoding matrix generated according to the first interference alignment technique may be a precoding matrix that reduces or minimizes interference to the other cognizant wireless users.

또 다른 측면에 따르면, 상기 프리코딩 행렬을 생성하는 단계는, 상기 제2 간섭 정렬 기법에 따라 다른 인지무선 사용자로부터 수신된 신호를 제외하고, 상기 우선사용자로부터 수신된 신호만을 이용하여 간섭 공분산 행렬을 생성하는 단계, 상기 생성된 간섭 공분산 행렬에 대해 고유값 분해를 수행하는 단계, 및 상기 고유값 분해를 통해 획득된 고유값 벡터들을 포함하는 상기 프리코딩 행렬을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect, the step of generating the precoding matrix further comprises the steps of: removing a signal received from another cognitive radio user according to the second interference alignment technique; Performing eigenvalue decomposition on the generated interference covariance matrix, and generating the precoding matrix including the eigenvalue vectors obtained through the eigenvalue decomposition.

또 다른 측면에 따르면, 상기 제2 간섭 정렬 기법에 따라 생성된 프리코딩 행렬은, 상기 우선사용자에게 영향을 미치는 간섭을 감소 또는 최소화하는 프리코딩 행렬일 수 있다.According to another aspect, the precoding matrix generated according to the second interference alignment technique may be a precoding matrix that reduces or minimizes interference affecting the preferred user.

또 다른 측면에 따르면, 상기 수신 장치가 상기 복수의 인지무선 사용자들 중 어느 하나의 인지무선 사용자인 경우, 상기 수신 장치에서, 상기 우선 사용자에 해당하는 송신 장치로부터 수신되는 신호와 상기 복수의 인지무선 사용자들 중 상기 어느 하나의 인지무선 사용자를 제외한 다른 인지무선 사용자에 해당하는 송신 장치로부터 수신되는 신호에 기초하여 상기 인지무선 사용자의 SINR(Signal to Interference Noise Ratio)이 최대화되는 디코딩 행렬이 생성될 수 있다. 이때, 상기 프리코딩 행렬을 생성하는 단계는, 상기 디코딩 행렬에 따라 상기 프리코딩 행렬을 생성할 수 있다.According to another aspect of the present invention, when the receiving device is any one of the plurality of cognizant wireless users, the signal received from the transmitting device corresponding to the preferred user and the plurality of cognitive radio A decoding matrix may be generated in which a signal to interference noise ratio (SINR) of the perceived wireless user is maximized based on a signal received from a transmitting apparatus corresponding to another cognizant wireless user except for any one of the cognizant wireless users have. In this case, the step of generating the precoding matrix may generate the precoding matrix according to the decoding matrix.

본원발명은, 부분적인 간섭 정렬(PIA)을 이용하는 서로 다른 두 개의 간섭 정렬 기법(Algorithm)을 이용하여 사용목적에 따라 적절한 기법을 이용하여 프리코딩 행렬 및 디코딩 행렬을 생성함으로써, 우선사용자(PU)의 수신장치에서는 인지무선 사용자(SU)로부터 수신되는 간섭을 정렬할 수 있으며, 우선사용자(PU)의 프리코딩 행렬을 이용하여 우선사용자(PU)의 성능을 최대화할 수 있다.The present invention creates a precoding matrix and a decoding matrix using a suitable technique according to the purpose of use by using two different interference sorting algorithms using partial interference alignment (PIA) The receiving apparatus of the first embodiment can sort the interference received from the cognitive radio user (SU) and maximize the performance of the priority user (PU) by using the precoding matrix of the user (PU).

또한, 인지무선 사용자(SU)의 수신장치에서 인지무선사용자(SU)의 디코딩 행렬을 생성함으로써, 인지무선 사용자(SU)의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the performance of the perceived wireless user (SU) can be improved by generating a decoding matrix of the perceived wireless user (SU) at the receiving device of the perceived wireless user (SU).

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서 간섭 정렬 기반의 인지무선 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 인지무선 네트워크에서 간섭 정렬을 위한 프리코딩 행렬을 생성하는 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 프리코딩 행렬을 생성하는 송신 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, PIA-SU 알고리즘에 기초하여 간섭 정렬을 수행하는 인지무선 네트워크를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, PIA-NSU 알고리즘에 기초하여 간섭 정렬을 수행하는 인지무선 네트워크를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, PIA-SU 및 PIA-NSU 알고리즘에 기초하여 간섭정렬을 수행함에 따른 우선사용자와 인지무선 사용자의 성능을 도시한 도면이다.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an interference-based cognitive radio network according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a flow diagram illustrating an operation for generating a precoding matrix for interference alignment in a cognitive radio network, in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing an internal configuration of a transmitting apparatus for generating a precoding matrix.
4 is a diagram illustrating a perceptual wireless network that performs interference alignment based on a PIA-SU algorithm, in one embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a perceptual wireless network that performs interference alignment based on a PIA-NSU algorithm, in one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating performance of a priority user and a cognizant wireless user in performing interference alignment based on the PIA-SU and PIA-NSU algorithms in an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 실시예들은 다중 안테나(Multi Input Multi Output) 기반의 송신 장치와 수신 장치가 페어(pair)를 이루는 인지무선 네트워크에서 우선사용자(PU)에 대한 간섭을 감소 또는 제거하는 간섭 정렬 기술에 관한 것이다. 특히, 인지무선 네트워크에 참여하는 인지무선 사용자(SU)의 송신 장치에서 사용 목적에 따라 부분적인 간섭 정렬(PIA)을 이용하여 서로 다른 두 가지 방식 중 어느 하나의 방식으로 프리코딩 행렬(precoding matrix)를 생성하는 기술에 관한 것이다. 예컨대, 우선사용자(PU) 및 다른 인지무선 사용자(SU)로의 간섭을 고려하여 프리코딩 행렬을 생성하는 제1 간섭 정렬 기법(PIA-SU)과 인지무선 사용자(SU)로의 간섭은 고려하지 않고 우선사용자(PU)로의 간섭만을 고려하여 프리코딩 행렬을 생성하는 제2 간섭 정렬 기법(PIA-NSU) 중 어느 하나가 사용목적에 따라 이용될 수 있다.The embodiments are directed to interference cancellation techniques for reducing or eliminating interference to a priority user (PU) in a cognitive radio network in which a transmitter and a receiver are based on a Multi Input Multi Output (MIMO). In particular, in a transmitting apparatus of a cognitive radio user (SU) participating in a cognitive radio network, a precoding matrix is formed in one of two different ways using partial interference alignment (PIA) To a technique for generating a signal. For example, without considering the interference to the first interference alignment technique (PIA-SU) and the cognitive radio user (SU) that generates the precoding matrix considering the interference to the user PU and other cognizant wireless users Any one of the second interference alignment technique (PIA-NSU) that generates a precoding matrix considering only the interference to the user (PU) can be used according to the purpose of use.

또한, 본 실시예들은 상기 인지무선 사용자(SU)의 송신 장치와 페어(pair)를 이루는 인지무선 사용자(SU)의 수신 장치에서, 상기 인지무선 사용자의 송신 장치로부터 수신되는 신호의 SINR을 최대화하는 디코딩행렬을 생성하는 기술에 관한 것이다. In addition, the embodiments may be configured such that in a receiving apparatus of a cognitive radio user (SU) forming a pair with a transmitting apparatus of the cognitive radio user (SU), the SINR of a signal received from the transmitting apparatus of the cognizant wireless user is maximized To a technique for generating a decoding matrix.

또한, 본 실시예들은 우선사용자(PU)의 송신 장치에서 우선사용자(PU)의 성능을 최대화하는 프리코딩 행렬을 생성하고, 상기 우선사용자(PU)의 송신 장치와 페어(pair)를 이루는 우선사용자(PU)의 수신 장치에서 인지무선 네트워크에 참여하는 적어도 하나의 인지무선 사용자(SU)의 송신 장치로부터의 간섭을 최소화하는 디코딩 행렬을 생성하는 기술에 관한 것이다.Also, the embodiments of the present invention may be configured such that a transmitting apparatus of a user (PU) first generates a precoding matrix for maximizing the performance of a priority user (PU) and generates a precoding matrix for a priority user To a technique for minimizing interference from a transmitting device of at least one cognizant wireless user (SU) participating in a perceptual wireless network at a receiving device of a wireless local area network (PU).

이하의 실시예들에서, 인지무선 사용자(SU)의 송신장치에서 생성되는 프리코딩 행렬은, '인지무선 사용자의 프리코딩 행렬', 인지무선 사용자(SU)의 수신장치에서 생성되는 디코딩 행렬은, '인지무선 사용자의 디코딩 행렬', 우선사용자(PU)의 송신장치에서 생성되는 프리코딩 행렬은 '우선사용자의 프리코딩 행렬', 우선사용자(PU)의 수신장치에서 생성되는 디코딩 행렬은 '우선사용자의 디코딩 행렬'로 명명할 수 있다.In the following embodiments, the precoding matrix generated in the transmitting apparatus of the cognitive radio user (SU) is a precoding matrix of the 'cognitive radio user', the decoding matrix generated in the receiving apparatus of the cognizant wireless user (SU) The decoding matrix generated in the receiving apparatus of the priority user (PU) is a decoding matrix generated by the priority user (PU) Quot; decoding matrix " of < / RTI >

본 명세서에서, 인지무선 사용자(SU)는 페어(pair)를 이루는 인지무선 사용자에 해당하는 송신 장치(즉, 송신 노드) 및 수신 장치(즉, 수신 노드)를 의미하고, 우선사용자(PU)는 페어(pair)를 이루는 우선사용자에 해당하는 송신 장치(즉, 송신 노드) 및 수신 장치(즉, 수신 노드)를 의미할 수 있다. 다시 말해, 송신 인지무선 사용자 노드와 페어(pair) 관계를 갖는 수신 인지무선 사용자 노드, 송신 우선사용자 노드와 페어(pair) 관계를 수신 우선사용자 노드가 인지무선 네트워크에 참여할 수 있다.In this specification, the perceived wireless user (SU) refers to a transmitting apparatus (i.e., transmitting node) and a receiving apparatus (i.e., receiving node) corresponding to a pair of cognizant wireless users. (I.e., a transmitting node) and a receiving apparatus (i.e., a receiving node) corresponding to a priority user constituting a pair. In other words, a receiving priority user node can participate in a cognitive wireless network in a pair relationship with a receiving wireless user node having a pair relationship with a transmitting wireless user node and a transmitting priority user node.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서 간섭 정렬 기반의 인지무선 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an interference-based cognitive radio network according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1을 참고하면, 인지무선 네트워크(100)는 복수의 송신장치들(110)과 복수의 수신장치들(120)로 구성될 수 있다. 송신장치들(110)은 우선사용자(PU, 111)와 인지무선 사용자들(112)을 포함하며, 수신장치들(120)는 우선사용자(121) 및 인지무선 사용자들(122)을 포함할 수 있다. 이때, 송신 노드인 우선 사용자(111)와 수신 노드인 우선 사용자(121)는 서로 대응하며, 송신 노드인 인지무선 사용자들(112)과 수신 노드인 인지무선 사용자들(121)은 서로 대응하는 관계, 즉, 페어(pair)를 이룰 수 있다. 도 1에서는 인지무선 사용자들(112, 122)이 복수개인 경우를 도시하였으나, 이는 실시예에 해당되며, 인지무선 사용자들(112, 122)은 하나일 수도 있고, 하나 이상일 수도 있다. Referring to FIG. 1, the perceived wireless network 100 may include a plurality of transmission devices 110 and a plurality of reception devices 120. The transmitting devices 110 include a user (PU 111) and a cognizant wireless users 112 and the receiving devices 120 may include a user 121 and a cognizant wireless users 122 have. At this time, the priority user 111, which is a transmitting node, and the priority user 121, which is a receiving node, correspond to each other, and the cognitive radio users 112, , That is, a pair. Although FIG. 1 shows a case where there are a plurality of cognizant wireless users 112 and 122, this corresponds to the embodiment, and the cognizant wireless users 112 and 122 may be one or more than one.

이하에서는 도 2 내지 도 5를 참고하여 인지무선 네트워크에 참여한 페어(pair)구조의 우선사용자(PU)가 하나이고, 페어(pair) 구조의 인지무선 사용자들이 복수개인 경우를 가정하여 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIG. 2 to FIG. 5, a case will be described on the assumption that there is one pair of PU participating in the perceived wireless network and a plurality of cognizant wireless users having a pair structure .

도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 인지무선 네트워크에서 간섭 정렬을 위한 프리코딩 행렬을 생성하는 동작을 설명하는 흐름도이고, 도 3은 프리코딩 행렬을 생성하는 송신 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation of generating a precoding matrix for interference alignment in a cognitive radio network according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 illustrates an internal configuration of a transmitting apparatus for generating a precoding matrix Block diagram.

구체적으로, 도 2 및 도 3은 인지무선 사용자(SU)의 송신 장치(즉, 송신 노드)에서 부분적인 간섭 정렬(PIA)을 이용하여 우선사용자(PU)의 수신 장치(즉, 수신 노드)에 미치는 간섭을 제거하기 위한 프리코딩 행렬을 생성하는 동작에 관한 것이다. 즉, 상기 프리코딩 행렬은 우선사용자(PU)의 수신 장치에서의 간섭 정렬을 위한 것으로서, 인지무선 사용자들(SUs)이 우선사용자(PU)에게 미치는 간섭만을 고려한 것이지, 우선사용자(PU)가 인지무선 사용자들(SUs)에게 미치는 간섭은 고려하지 않을 수 있다.Specifically, FIGS. 2 and 3 illustrate how a receiving device (i.e., a receiving node) of a priority user (PU) receives a partial interference alignment (PIA) from a transmitting device And generating a precoding matrix for eliminating the interference. That is, the precoding matrix is for interference sorting in the receiving apparatus of the user PU, considering only the interference of the perceived wireless users SUs to the user PU, Interference to wireless users (SUs) may not be considered.

이때, 부분적인 간섭 정렬(PIA)을 이용한 서로 다른 두 개의 기법(PIA-SU, PIA-NSU) 중 어느 하나의 기법에 기초하여 상기 프리코딩 행렬이 생성될 수 있다. 여기서, PIA-SU(PIA considering interference between SUs)는 인지무선 사용자(SU)가 우선사용자(PU)에게 영향을 미치는 간섭을 고려함에 있어서, 인지무선 사용자들(SUs) 간의 간섭을 함께 고려하여 프리코딩 행렬을 생성하는 기법을 나타내며, PIA-NSU(PIA not considering interference between SUs)는 우선사용자(PU)에게 영향을 미치는 간섭을 고려함에 있어서, 인지무선 사용자들(SUs) 간의 간섭은 고려하지 않고 프리코딩 행렬을 생성하는 기법을 나타낼 수 있다.At this time, the precoding matrix may be generated based on any one of two different techniques (PIA-SU, PIA-NSU) using partial interference alignment (PIA). In consideration of the interference that a cognitive radio user (SU) affects a priority user (PU), the PIA considering interference (SU) between the cognitive radio users (SUs) (PIA-NSU) is a scheme for considering interference that affects a user (PU). In consideration of interference, interference between perceived wireless users (SUs) is not considered, May represent a technique for generating a matrix.

도 2에서 각 단계들(210 및 220)은 도 3에 도시된 송신 장치(301)의 구성요소들인 결정부(310), 프리코딩 행렬 생성부(320), 및 전송부(330)에 의해 수행될 수 있다. 도 3에서, 송신장치(301)는 인지무선 사용자의 송신장치로 동작하는 경우를 예로 들어 설명하나, 상기 송신장치(301)는 우선사용자(PU)의 송신장치로 동작할 수도 있다.2, each of the steps 210 and 220 is performed by a determination unit 310, a precoding matrix generation unit 320, and a transmission unit 330, which are components of the transmission apparatus 301 shown in FIG. . 3, the transmitting apparatus 301 operates as a transmitting apparatus of a perceived wireless user. However, the transmitting apparatus 301 may operate as a transmitting apparatus of a user (PU).

210 단계에서, 결정부(310)는 사용 목적에 기초하여 우선사용자(PU)로의 간섭을 정렬하기 위한 간섭 정렬 기법을 결정할 수 있다. 이때, 결정부(310)는 사용 목적에 따라 제1 간섭 정렬 기법(PIA-SU) 및 제2 간섭 정렬 기법(PIA-NSU) 중 어느 하나를 간섭 정렬을 위한 기법으로 결정할 수 있다. In step 210, the determination unit 310 may determine an interference alignment technique for sorting the interference to the user (PU) first based on the purpose of use. At this time, the determination unit 310 may determine any one of the first interference alignment technique (PIA-SU) and the second interference alignment technique (PIA-NSU) as a technique for interference alignment, depending on the purpose of use.

예를 들어, 사용 목적이 우선사용자(PU)의 전송률 향상인 경우, 결정부(310)는 PIA-NSU 알고리즘을 간섭 정렬 기법으로 결정할 수 있다. 사용 목적이 우선사용자(PU)의 QoS 보장인 경우, 결정부(310)는 PIA-SU 알고리즘을 간섭 정렬 기법으로 결정할 수 있다. 이때, PIA-SU 및 PIA-NSU 알고리즘 이외에 사용 목적에 따라 완전 간섭 정렬 기법(full IA)이 간섭 정렬을 위한 기법으로 결정될 수도 있다.For example, when the purpose of use is enhancement of the transmission rate of the user (PU), the determination unit 310 may determine the PIA-NSU algorithm by the interference alignment technique. When the purpose of use is QoS guarantee of the user (PU), the determination unit 310 can determine the PIA-SU algorithm as an interference sorting technique. In this case, the full IA may be determined as a technique for interference alignment according to the purpose of use, in addition to the PIA-SU and PIA-NSU algorithms.

위의 비특허문헌 [4] H. Huang and V.K.N . Lau , "Partial interference alignment for K-user MIMO interference cahnnels ," IEEE Trans. Signal Process., vol. 59, no. 10, pp. 4900-4908, Aug . 2011., [5] H. Gao et al., "New uplink opportunistic interference alignment: An active alignment approach, " In Proc . IEEE WCNC 2013, pp. 3099-3104, Shanghai, China, Apr. 2013., [6] H. Men, N. Zhao , M. Jin and J. M. Kim, "Optimal Transceiver Design for Interference Alignment Based Cognitive Radio Networks," in IEEE Communications Letters, vol. 19, no. 8, pp. 1442-1445, Aug . 2015.에서는 PIA-SU 및 PIA-NSU의 실시예를 확인할 수 있고 비특허문헌 [3]에서는 완전간섭정렬기법의 실시예를 확인할 수 있다. 우선사용자(PU)가 인지무선사용자(SU)와 상호간 배타적인 네트워크를 구성할 경우 중, 사용 목적이 우선사용자(PU)에 대한 보호목적만을 달성하는 것이면, PIA-NSU 알고리즘이 이용될 수 있다. 그리고, 사용 목적이 인지무선사용자(SU)간에 간섭을 고려하는 것이면, PIA-SU 알고리즘이 이용될 수 있다. 그리고 우선사용자(PU)와 인지무선사용자(SU)간 협력적인 네트워크를 구성할 경우에는 완전간섭정렬기법(full IA)이 이용될 수 있다. [ Non-Patent Document 4] H. Huang and VKN . Lau , "Partial interference alignment for K-user MIMO interference cahnnels ," IEEE Trans. Signal Process., Vol. 59, no. 10, pp. 4900-4908, Aug. 2011. [5] H. Gao et al., "New uplink opportunistic interference alignment: An active alignment approach," In Proc . IEEE WCNC 2013, pp. 3099-3104, Shanghai, China, Apr. 2013. [6] H. Men, N. Zhao , M. Jin and JM Kim, "Optimal Transceiver Design for Interference Alignment Based Cognitive Radio Networks," IEEE Communications Letters, vol. 19, no. 8, pp. 1442-1445, Aug. In 2015 , an embodiment of PIA-SU and PIA-NSU can be confirmed, and in the non-patent document [3], an embodiment of a perfect interference sorting technique can be confirmed. The PIA-NSU algorithm can be used if the user PU only constructs a mutually exclusive network with the cognizant wireless user SU, if the purpose of use is to achieve the protection objective for the user PU first. And, if the purpose of use is to consider interference between aware wireless users (SU), then the PIA-SU algorithm can be used. In case of constructing a cooperative network between the first user (PU) and the cognitive radio user (SU), a full interference scheme (full IA) can be used.

여기서, PIA-SU 알고리즘은 인지무선 네트워크에 참여하는 복수의 인지 무선사용자들로부터 우선사용자에게 미치는 간섭과 복수의 인지무선 사용들 간에 미치는 간섭을 고려하여 간섭 정렬을 수행하는 것을 나타내고, PIA-NSU 알고리즘은 인지무선 네트워크에 참여하는 복수의 인지 무선 사용자들로부터 우선사용자에게 미치는 간섭만을 고려하고, 복수의 인지무선 사용자들 간에 미치는 간섭은 고려하지 않고 간섭 정렬을 수행하는 것을 나타낼 수 있다. PIA-SU 알고리즘 및 PIA-NSU 알고리즘에 대한 자세한 설명은 도 4 및 도 5를 참고하여 후술하기로 한다.Here, the PIA-SU algorithm indicates that the interference sorting is performed considering the interference between the first user and the plurality of cognitive radio uses from a plurality of cognitive radio users participating in the cognitive radio network, and the PIA-NSU algorithm Only interference from a plurality of cognitive radio users participating in the cognitive radio network to the first user may be considered and interference alignment may be performed without consideration of the interference between the plurality of cognizant wireless users. A detailed description of the PIA-SU algorithm and the PIA-NSU algorithm will be described later with reference to FIG. 4 and FIG.

220 단계에서, 프리코딩 행렬 생성부(320)는 결정된 간섭 정렬 기법에 따라 프리코딩 행렬을 생성할 수 있다.In operation 220, the precoding matrix generator 320 may generate a precoding matrix according to the determined interference alignment technique.

일례로, PIA-SU 알고리즘이 간섭 정렬 기법으로 결정된 경우, 프리코딩 행렬 생성부(320)는 우선사용자(PU)의 신호와 다른 인지무선 사용자로부터 수신된 신호의 간섭 공분산을 계산하고, 계산된 간섭 공분산을 포함하는 간섭 공분산 행렬을 생성할 수 있다. 그리고, 프리코딩 행렬 생성부(320)는 간섭 공분산 행렬을 대상으로 고유값 분해를 수행하여 획득된 고유값 백터들을 포함하는 프리코딩 행렬을 생성할 수 있다. 즉, 우선사용자(PU)의 송신기로부터 수신된 신호와 다른 인지무선 사용자들의 송수신기로부터 수신되는 신호가 간섭으로 분류되어 간섭 공간에 정렬하고, 자신이 원하는 신호를 송신하는 인지무선사용자의 신호는 수신 신호 공간에 정렬하기 위한 프리코딩 행렬이 생성될 수 있다. 여기서, 다른 인지무선 사용자는, 인지무선 네트워크에 참여한 복수의 인지무선 사용자들 중 상기 결정된 간섭 정렬 기법에 따라 프리코딩 행렬을 생성하는 인지무선 사용자를 제외한 나머지 인지무선 사용자를 의미할 수 있다. 예컨대, 도 1에서, 인지무선 사용자(SU1)에서 상기 프리코딩 행렬을 생성하는 경우, 다른 인지무선 사용자는 SU2 내지 SUK일 수 있다.For example, if the PIA-SU algorithm is determined to be an interference alignment scheme, the precoding matrix generator 320 first calculates the interference covariance of the signal received from the other user (PU) An interference covariance matrix including covariance can be generated. The precoding matrix generator 320 may generate a precoding matrix including eigenvalue vectors obtained by performing eigenvalue decomposition on the interference covariance matrix. That is, a signal received from a transmitter of a user (PU) is classified into interference and a signal received from a transceiver of other cognitive radio users is arranged in an interference space, and a signal of a cognitive radio user, A precoding matrix for aligning in space can be generated. Herein, another cognitive radio user may refer to a cognitive radio user other than the cognitive radio user who generates a precoding matrix according to the determined interference alignment scheme among a plurality of cognitive radio users participating in the cognitive radio network. For example, in FIG. 1, when generating the precoding matrix at the perceived wireless user SU1, the other cognitive wireless users may be SU2 through SUK.

이처럼, PIA-SU 알고리즘에 기초하여 생성된 프리코딩 행렬은 인지무선 사용자들 간의 간섭까지 고려함에 따라, 다른 인지 무선 사용자에게 미치는 간섭을 감소 또는 최소화하기 위해 이용될 수 있다.As such, the precoding matrix generated based on the PIA-SU algorithm can be used to reduce or minimize interference to other cognitive wireless users, as well as considering interference between cognizant wireless users.

다른 예로, PIA-NSU 알고리즘이 간섭 정렬 기법으로 결정된 경우, 프리코딩 행렬 생성부(320)는 다른 인지무선 사용자로부터 수신된 신호를 제외하고, 우선사용자(PU)로부터 수신된 신호만을 이용하여 간섭 공분산 행렬을 생성할 수 있다. 그리고, 프리코딩 행렬 생성부(320)는 간섭 공분산 행렬에 대해 고유값 분해를 수행하여 획득된 고유값 벡터들에 기초하여 프리코딩 행렬을 생성할 수 있다. 이처럼, PIA-NSU 알고리즘에 따라 생성된 프리코딩 행렬은 우선사용(PU)에게 미치는 간섭만을 고려한 것이므로, 우선사용자(PU)에 미치는 간섭을 최소화하기 위해 이용될 수 있다.In another example, when the PIA-NSU algorithm is determined to be an interference alignment technique, the precoding matrix generator 320 may use the signals received from the user PU, except for signals received from other cognitive radio users, A matrix can be generated. The precoding matrix generator 320 may generate a precoding matrix based on the eigenvalue vectors obtained by performing eigenvalue decomposition on the interference covariance matrix. As described above, since the precoding matrix generated according to the PIA-NSU algorithm considers only the interference to the priority usage (PU), it can be used to minimize the interference to the user (PU).

이상의 PIA-SU 또는 PIA-NSU 알고리즘과 같이 부분적인 간섭 정렬(PIA)을 이용하여 프리코딩 행렬 생성함에 따라, 우선사용자(PU)에게 미치는 간섭이 정렬될 수 있다. 예컨대, 송신장치(310)의 전송부(330)는 생성된 프리코딩 행렬에 기초하여 전송하려는 데이터 스트림을 프리코딩(precoding)하여 전송할 수 있다.As the precoding matrix is generated using partial interference alignment (PIA), such as the PIA-SU or PIA-NSU algorithm described above, the interference to the user (PU) can be aligned first. For example, the transmitting unit 330 of the transmitting apparatus 310 may precode and transmit a data stream to be transmitted based on the generated precoding matrix.

이때, 본원발명은 인지무선 사용자 입장에서, 인지무선 사용자의 성능을 향상 또는 최대화하기 위해 수신신호 간 간섭비를 최대화하는 디코딩 행렬이 생성될 수 있으며, 생성된 디코딩 행렬에 기초하여 수신 신호가 디코딩될 수 있다.At this time, in the present invention, in order to improve or maximize the performance of the perceived wireless user, a decoding matrix for maximizing the interference ratio between received signals may be generated for a cognitive wireless user, and based on the generated decoding matrix, .

일례로, 인지무선 사용자의 수신장치(122-1)는, 우선사용자의 송신장치(PU, 111)로부터 수신되는 신호와 복수의 인지무선 사용자의 송신장치들(112-2, 112-3) 각각으로부터 수신되는 신호에 기초하여 자신과 페어(pair)를 이루는 송신장치(112-1)로부터 수신된 신호의 SINR(signal to interference ratio)를 최대화하는 디코딩 행렬을 생성할 수 있다. For example, the receiving device 122-1 of the cognitive radio user first receives signals from the transmitting device (PU) 111 of the user and transmitting devices 112-2 and 112-3 of the plurality of cognitive radio users (SINR) of a signal received from a transmitting apparatus 112-1 forming a pair with the receiving apparatus 112-1 based on a signal received from the transmitting apparatus 112-1.

이하에서는 다중 안테나 기반의 인지무선 네트워크에 하나의 우선사용자(PU)와 K개의 인지무선 사용자(SU)가 참여하는 (K+1) 사용자의 MIMO-CR 간섭네트워크에서 인지무선 송신장치로 동작하는 경우를 고려하여 송신장치에서 PIA-SU, PIA-NSU 알고리즘에 따라 프리코딩 행렬을 생성하는 동작, 인지무선 수신장치로 동작하는 경우를 고려하여 수신장치에서 인지무선 사용자의 SINR을 최대화하는 디코딩 행렬을 생성하는 동작, 우선사용자의 송신장치로 동작하는 경우를 고려하여 송신장치에서 우선사용자(PU)의 데이터 전송률을 최대화하기 위한 프리코딩 행렬을 생성하는 동작, 및 우선사용자의 수신장치로 동작하는 경우를 고려하여 수신장치에서 디코딩 행렬을 생성하는 동작을 수학식들을 참고하여 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, when the MIMO-CR interference network operates as a cognitive radio transmission apparatus in a (K + 1) -user MIMO-CR interference network in which a PU and a K- A precoding matrix is generated according to the PIA-SU and PIA-NSU algorithms in the transmitter, and a decoding matrix for maximizing the SINR of the perceived wireless user is generated in the receiver considering the case of operating as a cognitive radio receiver An operation of generating a precoding matrix for maximizing a data rate of a priority user (PU) in a transmitting apparatus in consideration of a case of operating as a transmitting apparatus of a user, and a case of operating as a receiving apparatus of a user first And generating a decoding matrix at the receiving apparatus will be described in detail with reference to mathematical expressions.

상기 MIMO-CR 간섭네트워크에서 0번째 사용자는 우선사용자(PU)를 의미하고, 나머지 K개의 사용자는 인지무선 사용자(SU)를 의미할 수 있다. 이때, 우선사용자 또는 인지무선 사용자로 동작하는 송신장치는 M개의 안테나를 가지고 있고, 수신장치는 N개의 안테나를 갖고 있을 수 있다. 복소수의 N개의 행과 M개의 열로 이루어진

Figure 112016042686300-pat00001
행렬
Figure 112016042686300-pat00002
는 j번째 송신 장치에서 i번째 수신장치로 가는 채널 계수를 나타낼 수 있다. 여기서,
Figure 112016042686300-pat00003
이고, 채널계수
Figure 112016042686300-pat00004
의 모든 성분들은 독립항등분포를 따르며, 확률분표는
Figure 112016042686300-pat00005
를 따를 수 있다. 이때, i번째 수신장치에서의 수신신호는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. The 0th user in the MIMO-CR interference network means a priority user (PU), and the remaining K users can mean a cognitive radio user (SU). At this time, a transmitting apparatus operating as a user or a cognizant wireless user may have M antennas, and the receiving apparatus may have N antennas. Consisting of N rows and M columns of complex numbers
Figure 112016042686300-pat00001
procession
Figure 112016042686300-pat00002
May represent a channel coefficient from the j < th > transmitter to the i < th > receiver. here,
Figure 112016042686300-pat00003
And the channel coefficient
Figure 112016042686300-pat00004
All components of the equation follow the independent distribution, and the probability distribution is
Figure 112016042686300-pat00005
. At this time, the received signal at the i-th receiving apparatus can be expressed by Equation (1) below.

Figure 112016042686300-pat00006
Figure 112016042686300-pat00006

수학식 1에서,

Figure 112016042686300-pat00007
는 i번째 사용자(즉, i번째 송신장치)의 송신신호, 즉, 송신심볼(symbol)을 나타내고,
Figure 112016042686300-pat00008
는 j번째 사용자(즉, j번째 송신장치)의 송신신호를 나타내고,
Figure 112016042686300-pat00009
Figure 112016042686300-pat00010
을 따르는 CSCG(Circularly Symmetric Complex Gaussian) 잡음 벡터를 나타내고,
Figure 112016042686300-pat00011
는 j번째 송신 장치에서 i번째 수신장치로의 채널 계수를 나타내고,
Figure 112016042686300-pat00012
는 i번째 송신 장치에서 i번째 수신장치로의 채널 계수를 나타낼 수 있다. 수학식 1에 따르면, 사용자들 간 간섭(예컨대, 우선사용자에게 영향을 주는 복수의 인지무선 사용자들에 의한 간섭 및 복수의 인지무선 사용자들 간의 간섭)으로 인해 우선사용자(PU)와 인지무선 사용자(SU)의 전송 성능이 감소될 수 있다. 이에 따라, 사용자들 간의 간섭을 제거하기 위해 간섭 정렬 알고리즘(예컨대, PIA-SU, PIA-NSU)이 인지무선 네트워크에 적용될 수 있다. i번째 사용자의 d개의 전송 스트림을 아래의 수학식 2를 통해 수신될 수 있다. 즉, 간섭 정렬 알고리즘이 적용된 i번째 수신장치에서의 수신신호는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.In Equation (1)
Figure 112016042686300-pat00007
Denotes a transmission signal, i.e., a transmission symbol, of the i-th user (i.e., the i-th transmission apparatus)
Figure 112016042686300-pat00008
Denotes a transmission signal of the j-th user (i.e., the j-th transmission apparatus)
Figure 112016042686300-pat00009
silver
Figure 112016042686300-pat00010
(Circularly Symmetric Complex Gaussian) noise vector,
Figure 112016042686300-pat00011
Represents the channel coefficient from the j < th > transmitter to the i < th > receiver,
Figure 112016042686300-pat00012
May represent the channel coefficient from the i < th > transmitter to the i < th > receiver. According to Equation (1), interference between users (e.g., interference by a plurality of cognizant wireless users affecting a user first and interference between a plurality of cognizant wireless users) SU) can be reduced. Accordingly, interference cancellation algorithms (e.g., PIA-SU, PIA-NSU) can be applied to the perceived wireless network to eliminate interference between users. The d transport streams of the i-th user may be received via Equation (2) below. That is, the received signal at the i-th receiving apparatus to which the interference sorting algorithm is applied can be expressed by Equation (2) below.

수학식 1에서,

Figure 112016042686300-pat00013
는 i번째 사용자(즉, i번째 송신장치)의 송신신호, 즉, 송신심볼(symbol)을 나타내고,
Figure 112016042686300-pat00014
는 j번째 사용자(즉, j번째 송신장치)의 송신신호를 나타내고,
Figure 112016042686300-pat00015
Figure 112016042686300-pat00016
을 따르는 CSCG(Circularly Symmetric Complex Gaussian) 잡음 벡터를 나타내고,
Figure 112016042686300-pat00017
는 j번째 송신 장치에서 i번째 수신장치로의 채널 계수를 나타내고,
Figure 112016042686300-pat00018
는 i번째 송신 장치에서 i번째 수신장치로의 채널 계수를 나타낼 수 있다. 수학식 1에 따르면, 사용자들 간 간섭(예컨대, 우선사용자에게 영향을 주는 복수의 인지무선 사용자들에 의한 간섭 및 복수의 인지무선 사용자들 간의 간섭)으로 인해 우선사용자(PU)와 인지무선 사용자(SU)의 전송 성능이 감소될 수 있다. 이에 따라, 사용자들 간의 간섭을 제거하기 위해 간섭 정렬 알고리즘(예컨대, PIA-SU, PIA-NSU)이 인지무선 네트워크에 적용될 수 있다. i번째 사용자의 d개의 전송 스트림을 아래의 수학식 2를 통해 수신될 수 있다. 즉, 간섭 정렬 알고리즘이 적용된 i번째 수신장치에서의 수신신호는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.In Equation (1)
Figure 112016042686300-pat00013
Denotes a transmission signal, i.e., a transmission symbol, of the i-th user (i.e., the i-th transmission apparatus)
Figure 112016042686300-pat00014
Denotes a transmission signal of the j-th user (i.e., the j-th transmission apparatus)
Figure 112016042686300-pat00015
silver
Figure 112016042686300-pat00016
(Circularly Symmetric Complex Gaussian) noise vector,
Figure 112016042686300-pat00017
Represents the channel coefficient from the j < th > transmitter to the i < th > receiver,
Figure 112016042686300-pat00018
May represent the channel coefficient from the i < th > transmitter to the i < th > receiver. According to Equation (1), interference between users (e.g., interference by a plurality of cognizant wireless users affecting a user first and interference between a plurality of cognizant wireless users) SU) can be reduced. Accordingly, interference cancellation algorithms (e.g., PIA-SU, PIA-NSU) can be applied to the perceived wireless network to eliminate interference between users. The d transport streams of the i-th user may be received via Equation (2) below. That is, the received signal at the i-th receiving apparatus to which the interference sorting algorithm is applied can be expressed by Equation (2) below.

Figure 112016042686300-pat00019
Figure 112016042686300-pat00019

수학식 2에서,

Figure 112016042686300-pat00020
는 i번째 송신장치에서 전송한 송신신호를 나타내고, 송신전력 P는
Figure 112016042686300-pat00021
로 표현될 수 있다.
Figure 112016042686300-pat00022
는 i번째 송신장치의 프리코딩 행렬을 나타내고,
Figure 112016042686300-pat00023
는 상기 i번째 송신장치와 페어(pair)를 이루는 i번째 수신장치의 디코딩 행렬을 나타낼 수 있다. 이때, 사용자들 간의 간섭을 제거하기 위해 프리코딩 행렬
Figure 112016042686300-pat00024
와 디코딩 행렬
Figure 112016042686300-pat00025
는 아래의 수학식 3 및 수학식 4를 만족해야 한다. In Equation (2)
Figure 112016042686300-pat00020
Represents the transmission signal transmitted from the i < th > transmission apparatus, and the transmission power P is
Figure 112016042686300-pat00021
. ≪ / RTI >
Figure 112016042686300-pat00022
Represents the precoding matrix of the i < th > transmitter,
Figure 112016042686300-pat00023
May represent a decoding matrix of an i-th receiving apparatus that is a pair with the i-th transmitting apparatus. At this time, in order to eliminate interference between users, a precoding matrix
Figure 112016042686300-pat00024
And a decoding matrix
Figure 112016042686300-pat00025
Must satisfy the following equations (3) and (4).

Figure 112016042686300-pat00026
Figure 112016042686300-pat00026

Figure 112016042686300-pat00027
Figure 112016042686300-pat00027

수학식 4에서 d는 전송 스트림의 개수를 나타낼 수 있다.In Equation (4), d represents the number of transport streams.

위의 수학식 3 및 4에 따라, d에 대한 제한 조건은 아래의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.According to Equations (3) and (4) above, the constraint for d can be expressed as Equation (5) below.

Figure 112016042686300-pat00028
Figure 112016042686300-pat00028

수학식 5에서, M은 송신장치의 안테나 수, N은 수신장치의 안테나 수, K는 인지무선 사용자(SU)의 수, d는 전송 스트림의 수를 나타낼 수 있다. In Equation (5), M represents the number of antennas of the transmitting apparatus, N represents the number of antennas of the receiving apparatus, K represents the number of recognized wireless users (SU), and d represents the number of transport streams.

수학식 5는 완전간섭정렬(full-IA) 기법을 이용하여 간섭정렬이 가능하기 위해 만족해야 하는 조건을 나타낸 것으로서, 우선사용자(PU)에 대해 부하를 줄 수 있다. 완전간섭정렬(full-IA) 기법을 이용하는 경우, 우선사용자(PU)에 대한 간섭은 제거될 수 있으나, 전송률은 같은 조건의 단일 사용자 다중안테나 시스템의 전송률보다 낮을 수 있다. 즉, 우선사용자(PU)가 모든 인지무선 사용자들 간의 간섭을 제거함에 따라 우선사용자의 전송률(transmission rate)이 제한받기 때문이다. 이에 따라, 우선사용자(PU)는 우선사용자의 전송률을 향상시키기 위한 프리코딩 행렬을 생성할 필요가 있다. 예컨대, 우선사용자의 전송률을 향상시키는 프리코딩 행렬을 생성하는 기법으로서, 인지무선 사용자들(SUs) 간의 간섭을 고려하는 PIA-SU 알고리즘 및 인지무선 사용자들(SUs) 간의 간섭을 고려하지 않는 PIA-NSU 알고리즘이 이용될 수 있다. 이때, 인지무선 사용자들(SUs) 간의 간섭은 우선사용자(PU)에서 정렬될 수 있다. 이에 따라, 우선사용자(PU)의 프리코딩 행렬은 우선사용자의 전송률(throughput)을 최대화하도록 생성될 수 있으며, 인지무선 사용자들의 성능(performance)을 개선하기 위한 디코딩 행렬이 생성될 수 있다.Equation (5) represents a condition that must be satisfied in order to enable interference alignment using a full-IA technique. First, a load can be given to a user PU. If full-IA techniques are used, the interference to the user (PU) may be eliminated first, but the data rate may be lower than that of a single user multi-antenna system of the same conditions. That is, the transmission rate of the user is limited as the PU removes the interference between all the cognizant wireless users. Accordingly, the user PU needs to first generate a precoding matrix for improving the transmission rate of the user. For example, a technique for generating a precoding matrix that improves a user's transmission rate may include a PIA-SU algorithm that considers interference between cognitive radio users (SUs) and a PIA-SU algorithm that does not consider interference between cognitive radio users (SUs) The NSU algorithm can be used. At this time, the interference between the acknowledged wireless users (SUs) can be firstly aligned in the user (PU). Accordingly, the precoding matrix of the user PU may first be generated to maximize the throughput of the user, and a decoding matrix may be generated to improve the performance of the perceived wireless users.

도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, PIA-SU 알고리즘에 기초하여 간섭 정렬을 수행하는 인지무선 네트워크를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a perceptual wireless network that performs interference alignment based on a PIA-SU algorithm, in one embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 인지무선 네트워크(400)는 하나의 우선사용자(PU)의 송신장치(401) 및 페어(pair)를 이루는 수신장치(405), 복수의 인지무선 사용자들 각각의 송신장치(402, 403, 404) 및 페어(pair)를 이루는 수신장치(406, 407, 408)를 포함할 수 있다.4, the cognitive radio network 400 includes a transmitting device 401 and a pairing receiving device 405 of a single priority user (PU), a transmitting device 402, 403, 404 and a receiving device 406, 407, 408, which form a pair.

먼저, PIA-SU 알고리즘은 인지무선 사용자들 간의 간섭을 제거하기 위해서는 아래의 수학식 6의 조건을 만족할 수 있다. First, the PIA-SU algorithm can satisfy the condition of Equation (6) below in order to remove the interference between the cognitive radio users.

Figure 112016042686300-pat00029
Figure 112016042686300-pat00029

즉, 위의 수학식 6 및 도 4에 따르면, 인지무선 사용자들(402, 403, 404)로부터 우선사용자(405)에게 미치는 간섭들(

Figure 112016042686300-pat00030
,
Figure 112016042686300-pat00031
,
Figure 112016042686300-pat00032
)은 우선사용자의 수신장치에서 동일한 서브공간(subspace), 즉, 간섭공간에 정렬될 수 있다. 예컨대, 상기 우선사용자(405)에게 미치는 간섭들이 정렬되는 서브공간은 우선사용자의 송신장치(401)로부터 수신한 신호가 정렬되는 서브공간과 직교(orthogonal)할 수 있다.That is, according to equation (6) and FIG. 4 above, the interference (s) from the cognizant wireless users 402,403, 404 to the first user 405
Figure 112016042686300-pat00030
,
Figure 112016042686300-pat00031
,
Figure 112016042686300-pat00032
May first be aligned in the same subspace, i. E., An interference space, at the receiving device of the user. For example, the subspace in which the interference to the preferred user 405 is aligned may first be orthogonal to the subspace in which the signal received from the user's transmitter 401 is aligned.

그리고, 인지무선 사용자들(402, 403, 404) 간의 모든 간섭들은 해당 인지무선 사용자의 수신장치에서 동일한 서브공간에 정렬될 수 있다. 예컨대, 인지무선 사용자의 수신장치(406)에서 수신되는 신호들을 대상으로, 인지무선 사용자의 수신장치(406)에 간섭을 미치는 인지무선 사용자의 송신장치(403, 404)에서 전송되어 인지무선 사용자의 수신장치(406)에서 수신된 신호들(

Figure 112016042686300-pat00033
,
Figure 112016042686300-pat00034
), 즉, 인지무선 사용자들 간의 간섭은 동일한 서브공간에 정렬될 수 있다. 동일한 방법으로, 인지무선 사용자의 수신장치(407)에 간섭을 미치는 인지무선 사용자들 간의 간섭이 동일한 서브공간에 정렬되고, 인지무선 사용자의 수신장치(408)에 간섭을 미치는 인지무선 사용자들 간의 간섭이 동일한 서브공간에 정렬될 수 있다.All interferences between the perceived wireless users 402, 403, and 404 may then be aligned in the same subspace in the receiving device of the perceived wireless user. For example, the signals received at the receiving device 406 of the cognizant wireless user may be transmitted to the receiving device 406 of the cognizant wireless user and transmitted from the transmitting devices 403 and 404 of the cognitive wireless user, The signals received at the receiving device 406 (
Figure 112016042686300-pat00033
,
Figure 112016042686300-pat00034
), I.e., the interference between cognizant wireless users may be aligned in the same subspace. In the same way, the interference between the cognitive wireless users that are interfering with the receiving wireless device 407 of the cognizant wireless user is aligned in the same subspace and the interference between the cognizant wireless users that are interfering with the receiving wireless device 408 of the cognizant wireless user Can be aligned in the same subspace.

이때, 위의 수학식 6을 만족하기 위해 변형된 회귀적 간섭정렬 알고리즘이 이용될 수 있다. 회귀적 간섭정렬 알고리즘에서 정방향(forward direction) 알고리즘은 아래의 수학식 7에 기초하여 획득되고, 역방향(reverse direction) 알고리즘은 아래의 수학식 8에 기초하여 획득될 수 있다. 위의 비특허문헌 [3] K. Gomadam, V. R. Cadambe , and S. A. Jafar , "A distributed numerical approach to interference alignment and applications to wireless interference networks," IEEE Trans. Inf . Theory, vol. 57, no. 6, pp. 3309-3322, Jun . 2011.에 따른 회귀적 간섭정렬 알고리즘을 아래의 수학식 7 및 수학식 8과 같이 수정함으로써, 정방향에서의 공분산행렬과 역방향에서의 공분산행렬이 각각 계산될 수 있다.At this time, a modified recursive interference sorting algorithm may be used to satisfy Equation (6) above. In a recursive interference sorting algorithm, a forward direction algorithm is obtained based on Equation (7) below, and a reverse direction algorithm can be obtained based on Equation (8) below. [3] K. Gomadam, VR Cadambe , and SA Jafar , "A Distributed Numerical Approach to Interference Alignment and Applications to Wireless Interference Networks," IEEE Trans. Inf . Theory, vol. 57, no. 6, pp. 3309-3322, Jun . 2011. By modifying the recursive interference sorting algorithm according to Equation (7) and Equation (8) below, the covariance matrix in the forward direction and the covariance matrix in the reverse direction can be respectively calculated.

Figure 112016042686300-pat00035
Figure 112016042686300-pat00035

Figure 112016042686300-pat00036
Figure 112016042686300-pat00036

수학식 7 및 수학식 8에서, P는 송신전력, d는 전송스트림의 수, H는 채널 계수, V는 프리코딩 행렬, Q는 간섭공분산행렬을 나타낼 수 있다.In Equations (7) and (8), P denotes transmit power, d denotes the number of transport streams, H denotes a channel coefficient, V denotes a precoding matrix, and Q denotes an interference covariance matrix.

수학식 7에 따르면, 우선사용자(401)를 포함한 다른 인지무선 사용자들(403, 404)로부터 수신된 신호 각각의 간섭공분산이 계산되고, 계산된 각각의 간섭공분산을 포함하는 간섭공분산 행렬이 생성될 수 있다. 이때, 간섭공분산 행렬을 대상으로 고유값 분해가 수행됨으로써, 디코딩 행렬이 생성될 수 있다.According to Equation (7), the interference covariance of each of the signals received from other cognizant wireless users 403,404, including the user 401 first, is calculated, and an interference covariance matrix containing each calculated interference covariance is generated . At this time, eigenvalue decomposition is performed on the interference covariance matrix, so that a decoding matrix can be generated.

수학식 8에서, 역방향 알고리즘은 각 인지무선 사용자의 수신장치에서 간섭누설(interference leakage)만을 고려할 수 있다. 수학식 8에 따른 간섭공분산행렬에 대해 고유값 분해가 수행됨으로써, 역방향에 대한 디코딩 행렬이 생성될 수 있다. 이때, 회귀적 간섭정렬 알고리즘에서 순방향 알고리즘과 역방향 알고리즘, 즉, 위의 수학식 7 및 수학식 8에 따른 계산은 기정의된 성능이 수렴할 때까지 번갈아 가면 반복 수행될 수 있다. 이러한 순방향 및 역방향 알고리즘을 반복 수행하는 동작을 통해 무선인지 사용자들 간의 간섭을 제거하기 위한 무선인지 사용자의 프리코딩 행렬과 우선사용자의 디코딩 행렬이 생성될 수 있다. In Equation (8), the backward algorithm can consider only interference leakage at the receiving device of each recognized wireless user. Eigenvalue decomposition is performed on the interference covariance matrix according to Equation (8), so that a decoding matrix for the reverse direction can be generated. In this case, the forward algorithm and the backward algorithm in the recursive interference sorting algorithm, that is, the calculation according to Equation (7) and Equation (8) above, can be repeatedly performed alternately until the predetermined performance converges. Through the iterative operation of the forward and backward algorithms, a precoding matrix of the wireless perceptual user and a decoding matrix of the preferential user for eliminating the interference between the wireless perceptual users can be generated.

PIA-SU 알고리즘에서, 각 사용자의 전송 가능 스트림의 수는 M, N, K개로 동일할 수 있으며, PIA-SU 알고리즘의 전송 가능한 데이터 스트림의 수는 완전 간섭 정렬 알고리즘(full IA)보다 클 수 있다. PIA-SU 알고리즘의 경우, 복수의 인지무선 사용자들로부터의 신호가 우선사용자에게 미치는 간섭을 고려한 것일 뿐, 우선사용자에 의한 신호가 각 인지무선 사용자에게 미치는 간섭을 고려하지 않았기 때문에 완전 간섭 정렬 알고리즘에 비해 많은 데이터 스트림을 전송할 수 있다.In the PIA-SU algorithm, the number of transmittable streams for each user may be equal to M, N, K, and the number of transmittable data streams of the PIA-SU algorithm may be greater than the full interference sorting algorithm (full IA) . In the case of the PIA-SU algorithm, only the interference of the signals from a plurality of cognitive wireless users to the users is taken into consideration. First, since the interference of the signals by the users to each cognitive wireless user is not considered, A larger number of data streams can be transmitted.

다시 수학식 6의 조건을 만족하는 전체 방정식의 수(

Figure 112016042686300-pat00037
)와 전체 변수의 개수(
Figure 112016042686300-pat00038
)는 아래의 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.The number of total equations satisfying the condition of Equation (6) (
Figure 112016042686300-pat00037
) And the total number of variables (
Figure 112016042686300-pat00038
) Can be expressed by Equation (9) below.

Figure 112016042686300-pat00039
Figure 112016042686300-pat00039

수학식 9에서 Bezout의 이론에 따르면, 다항식이 해를 가질 조건은 전체 방정식의 수(

Figure 112016042686300-pat00040
)와 전체 변수의 개수(
Figure 112016042686300-pat00041
)보다 크지 않아야 한다. 이에 따라, 수학식 6에서 식의 개수가 변수의 개수보다 크지 않아야 수학식 6의 조건이 만족될 수 있다. 그러면, 각 사용자의 최대 전송스트림의 수 d는 아래의 수학식 10과 같이 표현될 수 있다. 즉, PIA-SU 알고리즘을 이용하는 경우, 수학식 10에 기초하여 전송가능한 최대 전송 데이터 스트림의 수가 계산될 수 있다.According to Bezout's theory in equation (9), the condition that a polynomial has a solution is the number of total equations
Figure 112016042686300-pat00040
) And the total number of variables (
Figure 112016042686300-pat00041
). Accordingly, the condition of Equation (6) can be satisfied only when the number of equations in Equation (6) is not larger than the number of variables. Then, the maximum number of transport streams d of each user can be expressed by Equation (10) below. That is, when using the PIA-SU algorithm, the maximum number of transmittable data streams that can be transmitted can be calculated based on Equation (10).

Figure 112016042686300-pat00042
Figure 112016042686300-pat00042

수학식 5에서, M은 송신장치의 안테나 수, N은 수신장치의 안테나 수, K는 인지무선 사용자(SU)의 수, d는 전송 스트림의 수를 나타낼 수 있다. In Equation (5), M represents the number of antennas of the transmitting apparatus, N represents the number of antennas of the receiving apparatus, K represents the number of recognized wireless users (SU), and d represents the number of transport streams.

도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, PIA-NSU 알고리즘에 기초하여 간섭 정렬을 수행하는 인지무선 네트워크를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a perceptual wireless network that performs interference alignment based on a PIA-NSU algorithm, in one embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 인지무선 네트워크(500)는 하나의 우선사용자(PU)의 송신장치(501) 및 페어(pair)를 이루는 수신장치(505), 복수의 인지무선 사용자들 각각의 송신장치(502, 503, 504) 및 페어(pair)를 이루는 수신장치(506, 507, 508)를 포함할 수 있다.5, the cognitive radio network 500 includes a transmitting device 501 and a pair of receiving devices 505 of a single priority user (PU), a transmitting device of each of a plurality of cognitive radio users 502, 503, 504, and a receiving device 506, 507, 508, which form a pair.

PIA-NSU 알고리즘은, 우선사용자의 수신장치(505)에서 모든 간섭들이 완벽하게 제거되는 것을 조건으로 할 수 있으며, 상기 조건은 아래의 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.The PIA-NSU algorithm may first be conditional on that all interference is completely removed from the user's receiving device 505, and the condition can be expressed as Equation (11) below.

Figure 112016042686300-pat00043
Figure 112016042686300-pat00043

수학식 11 및 도 5에 따르면, PIA-NSU 알고리즘의 경우, 우선사용자(505)에서 모든 간섭들은 정렬되되, 인지무선 사용자들 간의 간섭을 고려하지 않고 상기 모든 간섭들이 정렬될 수 있다. 이때, 수학식 11의 조건을 만족하기 위해 PIA-SU와 유사한 방법이 적용될 수 있다. 정방향 알고리즘의 경우, 우선사용자의 수신장치(505)에서 간섭누설(interference leakage)만을 고려하여, 아래의 수학식 12와 같이 우선사용자의 간섭공분산행렬이 생성될 수 있다.According to Equation 11 and FIG. 5, in the case of the PIA-NSU algorithm, all of the interferences are first sorted in the user 505, but all of the interferences can be aligned without considering the interference between the acknowledged wireless users. At this time, a method similar to PIA-SU can be applied to satisfy the condition of Equation (11). In the case of the forward algorithm, first, the interference covariance matrix of the user can be generated as shown in Equation (12) below, considering only interference leakage in the receiver 505 of the user.

Figure 112016042686300-pat00044
Figure 112016042686300-pat00044

PIA-NSU에서 역방향 알고리즘의 경우, 인지무선 사용자의 간섭공분산 행렬은 아래의 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.In the case of the reverse algorithm in the PIA-NSU, the interference covariance matrix of the cognitive radio user can be expressed by Equation (13) below.

Figure 112016042686300-pat00045
Figure 112016042686300-pat00045

이때, PIA-NSU 알고리즘에서 정방향 및 역방향 모두에 있어서, 해당하는 디코딩 행렬은 수학식 12와 수학식 13 각각의 고유값 분해를 통해 획득될 수 있다. 이에 따라, 인지무선 사용자의 프리코딩 행렬과 우선사용자의 디코딩 행렬은 정방향 및 역방향 알고리즘에 기초하여 획득될 수 있다.At this time, in the forward and reverse directions in the PIA-NSU algorithm, the corresponding decoding matrix can be obtained through eigenvalue decomposition of Equation (12) and Equation (13). Accordingly, the precoding matrix of the perceived wireless user and the preference user's decoding matrix can be obtained based on the forward and backward algorithms.

그러면, PIA-NSU 알고리즘에서 최대 전송 가능한 스트림의 개수 d는 아래의 수학식 14와 같이 표현될 수 있다.Then, the maximum number of transportable streams d in the PIA-NSU algorithm can be expressed by Equation (14) below.

Figure 112016042686300-pat00046
Figure 112016042686300-pat00046

수학식 14 및 수학식 10에 따르면, PIA-NSU 알고리즘을 이용하는 경우 전송 스트림의 개수(d)가 PIA-SU 알고리즘을 이용하는 경우보다 큰 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. PIA-SU 및 PIA-NSU 알고리즘에서 우선사용자의 수신장치는 복수의 인지무선 사용자들 각각에 해당하는 송신장치에서 우선사용자의 수신장치로 가는 채널정보(Channel State Information, CSI)만 가지고 있으면 된다. 완전간섭정렬(full IA)의 경우, 우선사용자의 송신장치와 수신장치 모두에서 복수의 인지무선 사용자들 각각에 해당하는 송신장치와 우선사용자의 수신장치 간의 채널정보를 알고 있어야 한다. 따라서, 인지무선 네트워크에서 PIA-SU 및 PIA-NSU 알고리즘을 이용하여 데이터를 송수신하는 경우, 우선사용자에 대한 오버헤드(overhead)가 완전간섭정렬(full IA) 기법을 이용할 때보다 상당히 감소할 수 있을 뿐만 아니라, 우선사용자가 전송할 수 있는 전송 데이터 스트림의 수(d) 역시 완전간섭정렬(full IA) 기법보다 증가할 수 있다. 이때, PIA-NSU 알고리즘을 이용하는 경우가 PIA-SU 알고리즘을 이용할 때보다 상기 d가 클 수 있으나, PIA-NSU 알고리즘의 경우, 인지무선 사용자들 간의 간섭을 고려하지 않기 때문에 PIA-NSU의 성능은 PIA-SU의 성능보다 감소될 수 있다. According to Equations (14) and (10), it can be confirmed that the number (d) of transport streams when using the PIA-NSU algorithm is larger than the case of using the PIA-SU algorithm. In the PIA-SU and PIA-NSU algorithms, the receiving apparatus of the user may have only channel state information (CSI) from the transmitting apparatus corresponding to each of the plurality of cognitive radio users to the receiving apparatus of the user. In the case of full interference (full IA), channel information between a transmitting apparatus corresponding to each of a plurality of cognizant wireless users and a receiving apparatus of a priority user must first be known in both the transmitting apparatus and the receiving apparatus of the user. Therefore, when transmitting and receiving data using a PIA-SU and a PIA-NSU algorithm in a cognitive radio network, the overhead for a user can be significantly reduced compared to when using a full IA scheme In addition, the number of transmission data streams (d) that can be transmitted by the user first may also increase over the full IA scheme. In this case, the above-mentioned d may be larger than when the PIA-NSU algorithm is used, but the PIA-NSU algorithm does not consider the interference between the cognitive wireless users, -SU. ≪ / RTI >

간섭정렬 기반의 인지무선 네트워크에서 낮은 SNR과 중간 SNR을 수신하는 경우, 우선사용자의 성능요구조건을 만족하기 어려울 수 있다. 이에 따라, 우선사용자의 프리코딩 행렬은 데이터 전송률을 최대화하기 위해 인지무선 사용자들로부터의 모든 간섭에 직교하도록 디코딩 행렬에 따라 생성될 수 있다.In case of receiving low SNR and intermediate SNR in an interference-based cognitive wireless network, it may be difficult to satisfy the performance requirement of the user first. Accordingly, the user ' s precoding matrix may be first generated according to a decoding matrix to be orthogonal to all interferences from the cognizant wireless users to maximize the data rate.

우선사용자의 전송용량 R은 아래의 수학식 15와 같이 표현될 수 있다.First, the transmission capacity R of the user can be expressed by the following equation (15).

Figure 112016042686300-pat00047
Figure 112016042686300-pat00047

수학식 15에서, R은 우선사용자의 전송용량, I는 단위행렬(identity matrix), P는 송신전력, d는 전송 스트림의 수, U는 디코딩 행렬, V는 프리코딩 행렬, H는 채널 계수,

Figure 112016042686300-pat00048
은 수신기의 잡음분산을 나타낼 수 있다.In Equation 15, R denotes a transmission capacity of a user first, I denotes an identity matrix, P denotes a transmission power, d denotes the number of transport streams, U denotes a decoding matrix, V denotes a precoding matrix, H denotes a channel coefficient,
Figure 112016042686300-pat00048
May represent the noise variance of the receiver.

우선사용자의 데이터 전송률을 최대화하기 위해 수학식 15에서

Figure 112016042686300-pat00049
는 아래의 수학식 16의 조건을 만족해야 하며, 수학식 16에 대한 최적해는 아래의 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.First, in order to maximize the data transfer rate of the user,
Figure 112016042686300-pat00049
Must satisfy the condition of the following equation (16), and the optimal solution of the equation (16) can be expressed as the following equation (17).

Figure 112016042686300-pat00050
Figure 112016042686300-pat00050

Figure 112016042686300-pat00051
Figure 112016042686300-pat00051

수학식 17에서

Figure 112016042686300-pat00052
는 특이값 분해를 통해 획득되는 좌측특이벡터 연산을 나타낼 수 있다. 수학식 17에 기초하여 우선사용자의 프리코딩 행렬
Figure 112016042686300-pat00053
이 생성될 수 있다.In Equation 17,
Figure 112016042686300-pat00052
Can represent a left singular vector operation obtained through singular value decomposition. Based on Equation (17), the user's precoding matrix
Figure 112016042686300-pat00053
Can be generated.

Proof:

Figure 112016042686300-pat00054
의 특이값 분해(Singular Value Decomposition, SVD)는 아래의 수학식 18과 같이 표현될 수 있다.Proof:
Figure 112016042686300-pat00054
The singular value decomposition (SVD) can be expressed by Equation (18) below.

Figure 112016042686300-pat00055
Figure 112016042686300-pat00055

수학식 18에서,

Figure 112016042686300-pat00056
각각은 특이값 분해를 통해 획득되는 값일 수 있다.In Equation 18,
Figure 112016042686300-pat00056
Each may be a value obtained through singular value decomposition.

수학식 18과 같이, 우선사용자의 송신장치와 우선사용자의 수신장치 간의 채널계수

Figure 112016042686300-pat00057
와 디코딩 행렬
Figure 112016042686300-pat00058
에 기초하여 특이값 분해(SVD)를 수행함으로써, 우선사용자의 데이터 전송률을 최대화하는 우선사용자의 프리코딩 행렬이 생성될 수 있다.As shown in Equation (18), the channel coefficient between the transmitting apparatus of the user and the receiving apparatus of the preferred user
Figure 112016042686300-pat00057
And a decoding matrix
Figure 112016042686300-pat00058
By performing singular value decomposition (SVD) based on the precoding matrix, the precoding matrix of the preferred user that maximizes the data rate of the user first can be generated.

그러면, 위의 수학식 15의 로그(log)의 지수부분은 아래의 수학식 19와 같이 표현될 수 있다.Then, the exponential part of the log of Equation (15) can be expressed as Equation (19) below.

Figure 112016042686300-pat00059
Figure 112016042686300-pat00059

수학식 19로부터 위의 수학식 16에 대한 최적해가 얻어질 수 있으며, 최적해는 아래의 수학식 20과 같이 표현될 수 있다.From Equation (19), an optimal solution to Equation (16) can be obtained, and an optimal solution can be expressed as Equation (20) below.

Figure 112016042686300-pat00060
Figure 112016042686300-pat00060

수학식 20에서

Figure 112016042686300-pat00061
Figure 112016042686300-pat00062
의 특이값 분해를 통해 얻어지는 좌측 특이값 행렬을 나타낼 수 있다. 이처럼 위의 수학식 18 내지 수학식 20의 증명 과정을 통해, 위의 수학식 16의 최적해는 수학식 17과 같이 정의될 수 있으며, 우선사용자의 최적 프리코딩 행렬
Figure 112016042686300-pat00063
은 우선사용자의 데이터 전송률을 최대화하도록 구성되며
Figure 112016042686300-pat00064
와 동일한 신호부공간에 놓여질 수 있다.In equation (20)
Figure 112016042686300-pat00061
The
Figure 112016042686300-pat00062
The left singular value matrix obtained by the singular value decomposition of the left singular value matrix. Through the proof process of Equations (18) to (20), the optimal solution of Equation (16) can be defined as Equation (17)
Figure 112016042686300-pat00063
Is first configured to maximize the user ' s data rate
Figure 112016042686300-pat00064
Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI >

위의 수학식 17을 이용하여 생성된 프리코딩 행렬을 이용하여 송신 신호를 프리코딩하여 전송함으로써, 우선사용자의 데이터 전송률을 최대화할 수 있으나, 인지무선 사용자에 대한 간섭이 고려되지 않았기 대문에 인지무선 사용자의 QoS가 감쇄될 수 있다. 이에 따라, 인지무선 사용자의 디코딩 행렬은 인지무선 사용자의 전송성능을 개선하도록 설계될 수 있다.By precoding and transmitting the transmission signal using the precoding matrix generated using Equation (17) above, the data rate of the user can be maximized first. However, since the interference to the cognizant wireless user is not considered, The QoS of the user can be attenuated. Accordingly, the decoding matrix of the perceived wireless user may be designed to improve the transmission performance of the perceived wireless user.

위의 수학식 17에 따라 생성된 우선사용자의 프리코딩 행렬과 PIA-SU 및 PIA-NSU 알고리즘에서 인지무선 사용자의 수신장치에서의 간섭은 완전히 정렬되지 않기 때문에 인지무선 사용자의 수신신호간섭잡음비(SINR)을 최대화하는 디코딩 행렬이 이용될 수 있다. 상기 SINR을 최대화하는 디코딩 행렬을 생성하는 문제는 아래의 수학식 21과 같이 표현될 수 있다. Since the precoding matrix of the priority user generated according to Equation (17) above and the interference in the receiving apparatus of the perceived wireless user in the PIA-SU and PIA-NSU algorithms are not completely aligned, the received signal interference noise ratio (SINR ) May be used. The problem of generating a decoding matrix maximizing the SINR can be expressed as Equation (21).

Figure 112016042686300-pat00065
Figure 112016042686300-pat00065

수학식 21에서,

Figure 112016042686300-pat00066
는 아래의 수학식 22와 같이 표현될 수 있다.In Equation 21,
Figure 112016042686300-pat00066
Can be expressed by the following equation (22).

Figure 112016042686300-pat00067
Figure 112016042686300-pat00067

주어진 프리코딩 행렬

Figure 112016042686300-pat00068
에 대해 수학식 21의 최적 디코딩 행렬은 아래의 수학식 23에 따라 획득된 프리코딩 벡터
Figure 112016042686300-pat00069
에 기초하여 생성될 수 있다.A given precoding matrix
Figure 112016042686300-pat00068
The optimal decoding matrix of Equation (21) is obtained by using the precoding vector < RTI ID = 0.0 >
Figure 112016042686300-pat00069
. ≪ / RTI >

Figure 112016042686300-pat00070
Figure 112016042686300-pat00070

수학식 23에 따른 디코딩 행렬에 기초하여 인지무선 사용자의 수신장치에서 수신된 신호에 대한 디코딩을 수행함으로써, 인지무선 사용자의 성능이 향상될 수 있다. 이때, 우선사용자의 전송전력이 상대적으로 강할 때 인지무선 사용자의 QoS는 보장받지 못할 수 있다. 인지무선 사용자로부터 우선사용자에게 미치는 간섭이 제거되기 때문에, 수학식 15에서 인지무선 사용자의 송신전력을 향상시키는 것이 우선사용자의 성능에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 이에 따라, 필요한 경우 인지무선 사용자의 성능 향상을 위해 송신전력이 증가될 수 있으며, 인지무선 사용자의 송신전력이 증가되더라도 우선사용자의 성능은 송신전력 증가 전과 마찬가지로 유지될 수 있다.By performing decoding on the received signal at the receiving device of the perceived wireless user based on the decoding matrix according to equation (23), the performance of the perceived wireless user can be improved. At this time, the QoS of the wireless user may not be guaranteed when the transmission power of the user is relatively strong. It is understood that improving the transmission power of the cognizant wireless user does not affect the performance of the user first because the interference to the first user from the cognizant wireless user is eliminated. Accordingly, if necessary, the transmission power can be increased to improve the performance of the wireless user. Even if the transmission power of the perceived wireless user is increased, the performance of the user can be maintained as before the transmission power increase.

이상에서 제안하는 최적 송수신 장치 설계(OTD) 기법에서 인지무선 사용자의 프리코딩 행렬은 우선사용자의 수신장치에서의 간섭을 정렬하기 위해 협력적으로 설계될 수 있으며, 우선사용자의 프리코딩 행렬은 PIA-SU 및 PIA-NSU 알고리즘을 통해 간섭을 제거하여 우선사용자의 데이터 전송률을 높이지만 인지무선 사용자의 성능을 감쇄시킴을 알 수 있다. 이에 따라, PIA-SU 및 PIA-NSU 알고리즘을 이용하여 프리코딩하여 데이터를 송신함에 따라 감쇄되는 인지무선 사용자의 성능을 개선하기 위해 인지무선 사용자의 SINR을 최대화하는 디코딩 행렬이 인지무선 사용자의 수신장치에서 이용될 수 있다. In the proposed OTD scheme, the precoding matrix of the cognitive wireless user can be designed to cooperate to align the interference in the user's receiving apparatus. First, the precoding matrix of the user is PIA- SU and PIA-NSU algorithms are used to remove the interference, thereby increasing the data rate of the first user, but attenuating the performance of the cognitive radio user. Accordingly, in order to improve the performance of the cognitive radio user to be attenuated by precoding using the PIA-SU and PIA-NSU algorithms to transmit data, a decoding matrix maximizing the SINR of the cognitive radio user is transmitted to the receiving device ≪ / RTI >

정리해보면, PIA_SU 알고리즘 또는 PIA-NSU 알고리즘에 기초하여 우선사용자의 디코딩 행렬

Figure 112016042686300-pat00071
및 인지무선 사용자의 프리코딩 행렬
Figure 112016042686300-pat00072
이 생성될 수 있다. 그리고, 우선사용자의 디코딩 행렬
Figure 112016042686300-pat00073
과 위의 수학식 17에 기초하여 우선사용자의 프리코딩 행렬
Figure 112016042686300-pat00074
이 생성될 수 있다. 이어, 수학식 23에 기초하여 인지무선 사용자의 SINR을 최대화하는 디코딩 행렬
Figure 112016042686300-pat00075
,
Figure 112016042686300-pat00076
이 생성될 수 있으며, 간섭정렬 기반의 인지무선 네트워크에서 최적의 송수신기를 설계하는 알고리즘(OTD)은 아래의 표 1과 같을 수 있다.In summary, based on the PIA_SU algorithm or the PIA-NSU algorithm, the user's decoding matrix
Figure 112016042686300-pat00071
And a precoding matrix of the cognitive radio user
Figure 112016042686300-pat00072
Can be generated. Then, first, the user's decoding matrix
Figure 112016042686300-pat00073
On the basis of Equation (17), the user's precoding matrix
Figure 112016042686300-pat00074
Can be generated. Then, based on Equation (23), a decoding matrix for maximizing the SINR of the perceived wireless user
Figure 112016042686300-pat00075
,
Figure 112016042686300-pat00076
(OTD) for designing an optimal transceiver in an interference-based cognitive radio network may be as shown in Table 1 below.

Figure 112016042686300-pat00077
Figure 112016042686300-pat00077

위의 표 1에 기초하여 PIA-SU 및 PIA-NSU 알고리즘에 따라 간섭 정렬을 수행한 경우의 전송률은 도 6과 같을 수 있다. 도 6에서, 시뮬레이션은 3개의 인지무선 사용자와 하나의 우선사용자로 구성된 간섭정렬 기반의 인지무선 네트워크를 가정하였으며, 인지무선 사용자의 송신장치와 수신장치 그리고 우선사용자의 송신장치와 수신장치가 8개의 안테나를 가지며, 송신채널은 잡음분산

Figure 112016042686300-pat00078
이 1인 플랫 레일레히 블록 페이딩(flat Rayleigh block fading) 채널인 경우를 가정할 수 있다. 이때, 각 사용자의 전송 데이터 스트림의 수(d)는 위의 수학식 4, 수학식 10 및 수학식 14에 기초하여 계산될 수 있다. 예컨대, 완전간섭정렬을 이용한 경우의 전송 스트림의 수(d)는 3, PIA-SU 알고리즘을 이용한 경우의 전송 스트림의 수(d)는 3, PIA-NSU 알고리즘을 이용한 경우의 전송 스트림의 수(d)는 4로 계산될 수 있다.The transmission rates when the interference alignment is performed according to the PIA-SU and PIA-NSU algorithms based on Table 1 above may be as shown in FIG. In FIG. 6, the simulation assumes an interference-based cognitive radio network consisting of three cognizant wireless users and one priority user. The cognitive wireless user's transmitter and receiver, and firstly the user's transmitter and receiver, Antenna, and the transmission channel has a noise variance
Figure 112016042686300-pat00078
It can be assumed that the channel is a flat Rayleigh block fading channel. At this time, the number (d) of transmission data streams of each user can be calculated based on Equation (4), Equation (10) and Equation (14). For example, the number (d) of transport streams when using the full interference alignment is 3, the number of transport streams (d) when using the PIA-SU algorithm is 3, the number of transport streams using the PIA- d) can be calculated as 4.

도 6에서 그래프(601)은 우선사용자(PU)의 성능을 도시하고 있고, 그래프(602)는 인지무선 사용자(SU)의 성능을 도시하고 있다.In Figure 6, graph 601 shows the performance of the user PU first, and graph 602 shows the performance of the perceived wireless user (SU).

도 6을 참고하면, 완전간섭정렬(full IA, 630)을 이용할 때보다 PIA-SU(620) 및 PIA-NSU(610)를 이용하는 경우에 우선사용자(PU)의 QoS가 상당히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, PIA-NSU(610)가 PIA-SU(620)보다 우선사용자(PU)의 전송성능을 더 증가시킴을 확인할 수 있다. PIA-NSU(640)보다 PIA-SU(650)가 인지무선사용자의 전송성능을 더 증가시킴을 확인할 수 있다. 완전정렬기법(full IA), PIA-SU, PIA-NSU 알고리즘 각각에서의 도 6에 따른 시뮬레이션 결과는 아래의 표 2와 같이 정리될 수 있다.6, it can be seen that the QoS of the user PU is significantly increased in the case of using the PIA-SU 620 and the PIA-NSU 610 rather than using the full interference 630 have. It can be confirmed that the PIA-NSU 610 further increases the transmission performance of the user PU prior to the PIA-SU 620. It can be seen that the PIA-SU 650 increases the transmission performance of the perceived wireless user more than the PIA-NSU 640. The results of the simulation according to FIG. 6 in the full IA, PIA-SU, and PIA-NSU algorithms can be summarized as shown in Table 2 below.

알고리즘algorithm 오버헤드Overhead 복잡도Complexity PU의 전송률(rate)The rate of the PU SU의 전송률(rate)The SU rate Full IAFull IA Prize Prize Ha Prize PIA-SUPIA-SU medium medium medium medium PIA-NSUPIA-NSU Ha Ha Prize Ha

표 2에 따르면, 사용 목적에 따라 PIA-SU. POA-NSU 및 완전간섭정렬기법(full IA) 중 어느 하나가 선택적으로 이용되어 사용 목적에 알맞은 프리코딩 행렬이 생성될 수 있다. 예컨대, 사용목적이 인지무선사용자의 성능은 고려하지 않고 우선사용자(PU)에 대한 보호목적만을 고려하는 경우에는 PIA-NSU를 이용하여 프리코딩 행렬이 생성될 수 있다. 사용목적이 인지무선사용자들 간의 간섭을 고려하는 경우, 즉, 인지무선사용자의 성능을 일정 수준으로 보장해야 하는 경우에는 PIA-SU에 기초하여 프리코딩 행렬이 생성될 수 있다. 그리고, 우선사용자와 인지무선사용자 간에 협력적인 네트워크를 사용한 경우에는 완전간섭정렬기법에 기초하여 프리코딩 행렬이 생성될 수 있다.According to Table 2, PIA-SU. POA-NSU and full IA may be selectively used to generate a precoding matrix suitable for the purpose of use. For example, if the purpose of use is not concerned with the performance of the perceived wireless user and only the protection objective for the user (PU) is considered, the precoding matrix may be generated using the PIA-NSU. When the purpose of use is to consider the interference between the perceived wireless users, that is, when the performance of the perceived wireless users should be guaranteed to a certain level, a precoding matrix may be generated based on the PIA-SU. And, if a collaborative network is used between a user and a cognizant wireless user, a precoding matrix can be generated based on a perfect interference sorting technique.

이처럼, 본원발명은 부분적인 간섭 정렬(PIA)을 이용하여 프리코딩 행렬을 생성하여 간섭을 정렬함으로써, 오버헤드 및 시스템의 복잡도를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 사용목적에 따라 PIA-SU 및 PIA-NSU 중 어느 하나를 적절하게 선택적으로 이용하여 프리코딩 행렬을 생성함으로써, 우선사용자의 성능을 최대화할 수도 있고, 인지무선사용자(SU)의 성능을 향상시킬 수도 있다.As such, the present invention can reduce the overhead and complexity of the system by creating precoding matrices using partial interference alignment (PIA) to align the interference, as well as reduce the overhead and system complexity of the PIA-SU and PIA-NSU May be used to maximize the performance of the user and improve the performance of the perceived wireless user (SU).

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (6)

다중 안테나 기반의 송신 장치와 수신 장치가 페어(pair) 구조를 가지는 우선사용자(Primary User)와 복수의 인지무선 사용자(Secondary User)를 포함하는 인지무선네트워크에서 송신 장치에서의 간섭 정렬 방법에 있어서,
상기 인지무선네트워크에 참여하는 복수의 인지무선 사용자들(SU)로부터 우선사용자(PU)에 미치는 간섭(Interference) 및 복수의 인지무선 사용자들 간에 미치는 간섭을 정렬하는 제1 간섭 정렬 기법과 상기 복수의 인지무선 사용자들 간의 간섭을 제외하고 상기 인지무선 사용자들로부터 우선사용자에 미치는 간섭을 정렬하는 제2 간섭 정렬 기법 중 어느 하나를 사용 목적에 따라 간섭 정렬을 위한 기법으로 결정하는 단계; 및
상기 결정된 간섭 정렬 기법에 기초하여 상기 우선사용자에 대한 간섭을 제거하기 위한 프리코딩 행렬을 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 간섭 정렬 기법은, 상기 우선사용자(PU)로부터 상기 복수의 인지무선 사용자들(SU) 각각에 미치는 간섭을 제외하고, 상기 복수의 인지무선 사용자들(SU)로부터 우선사용자(PU)에 미치는 간섭(Interference) 및 복수의 인지무선 사용자들 간에 미치는 간섭을 정렬하는 기법을 나타내고,
상기 프리코딩 행렬을 생성하는 단계는,
상기 결정된 간섭 정렬 기법이 상기 제1 간섭 정렬 기법인 경우, 상기 제1 간섭 정렬 기법에 따라 상기 우선사용자의 신호와 다른 인지무선 사용자로부터 수신된 신호의 간섭 공분산을 계산하는 단계;
계산된 간섭 공분산을 포함하는 간섭 공분산 행렬을 대상으로 고유값 분해를 수행하는 단계;
상기 고유값 분해를 통해 획득된 고유값 벡터들 에 기초하여 상기 프리코딩 행렬을 생성하는 단계;
상기 결정된 간섭 정렬 기법이 상기 제2 간섭 정렬 기법인 경우, 상기 제2 간섭 정렬 기법에 따라 다른 인지무선 사용자로부터 수신된 신호를 제외하고, 상기 우선사용자로부터 수신된 신호만을 이용하여 간섭 공분산 행렬을 생성하는 단계;
상기 생성된 간섭 공분산 행렬에 대해 고유값 분해를 수행하는 단계; 및
상기 고유값 분해를 통해 획득된 고유값 벡터들을 포함하는 상기 프리코딩 행렬을 생성하는 단계
를 포함하는 인지무선네트워크에서의 간섭 정렬 방법.
A method of interference arrangement in a transmitter in a cognitive radio network including a primary user having a pair structure and a plurality of cognitive radio users (Secondary User) based on a transmitting apparatus and a receiving apparatus based on a multiple antenna,
A first interference alignment technique for aligning interferences between a plurality of cognitive radio users (SU) participating in the perceptual wireless network and a first user (PU) and interferences between a plurality of perceived wireless users; A second interference sorting technique for sorting the interference on the first user from the perceived wireless users except for the interference among the wireless users, determining the interference sorting technique according to the purpose of use; And
Generating a precoding matrix for eliminating interference to the preferred user based on the determined interference alignment technique
Lt; / RTI >
The method of claim 1, wherein the first interference alignment technique further comprises: receiving from the plurality of cognizant wireless users (SU) a priority user (PU), excluding interference on each of the plurality of cognizant wireless users (SU) from the priority user And a technique for sorting the interference among a plurality of cognizant wireless users,
Wherein generating the precoding matrix comprises:
Calculating an interference covariance of a signal received from a different cognizant wireless user from a signal of the preferred user according to the first interference alignment technique if the determined interference alignment technique is the first interference alignment technique;
Performing eigenvalue decomposition on an interference covariance matrix including the calculated interference covariance;
Generating the precoding matrix based on the eigenvalue vectors obtained through the eigenvalue decomposition;
If the determined interference alignment technique is the second interference alignment technique, an interference covariance matrix is generated using only the signal received from the priority user, except for signals received from other cognitive radio users according to the second interference alignment technique ;
Performing eigenvalue decomposition on the generated interference covariance matrix; And
Generating the precoding matrix including eigenvalue vectors obtained through the eigenvalue decomposition
Wherein the interference is received by the receiver.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 간섭 정렬 기법에 따라 생성된 프리코딩 행렬은, 상기 다른 인지무선 사용자에 미치는 간섭을 감소 또는 최소화하는 프리코딩 행렬인 것
을 특징으로 하는 인지무선네트워크에서의 간섭 정렬 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the precoding matrix generated according to the first interference alignment technique is a precoding matrix for reducing or minimizing interference to the other cognizant wireless users
Gt; interference < / RTI > in a cognitive radio network.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 간섭 정렬 기법에 따라 생성된 프리코딩 행렬은, 상기 우선사용자에게 영향을 미치는 간섭을 감소 또는 최소화하는 프리코딩 행렬인 것
을 특징으로 하는 인지무선네트워크에서의 간섭 정렬 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the precoding matrix generated according to the second interference alignment technique is a precoding matrix for reducing or minimizing interference affecting the preferred user
Gt; interference < / RTI > in a cognitive radio network.
제1항에 있어서,
상기 수신 장치가 상기 복수의 인지무선 사용자들 중 어느 하나의 인지무선 사용자인 경우, 상기 수신 장치에서, 상기 우선 사용자에 해당하는 송신 장치로부터 수신되는 신호와 상기 복수의 인지무선 사용자들 중 상기 어느 하나의 인지무선 사용자를 제외한 다른 인지무선 사용자에 해당하는 송신 장치로부터 수신되는 신호에 기초하여 상기 인지무선 사용자의 SINR(Signal to Interference Noise Ratio)이 최대화되는 디코딩 행렬이 생성되고,
상기 프리코딩 행렬을 생성하는 단계는, 상기 디코딩 행렬에 따라 상기 프리코딩 행렬을 생성하는 것을 특징으로 하는 인지무선네트워크에서의 간섭 정렬 방법.
The method according to claim 1,
Wherein when the receiving device is any one of the plurality of cognizant wireless users, the receiving device transmits a signal received from the transmitting device corresponding to the preferred user and a signal received from any one of the plurality of cognizant wireless users A decoding matrix is generated in which a signal to interference noise ratio (SINR) of the perceived wireless user is maximized based on a signal received from a transmitting apparatus corresponding to another cognizant wireless user,
Wherein generating the precoding matrix comprises generating the precoding matrix according to the decoding matrix.
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CN108039900A (en) * 2017-12-07 2018-05-15 哈尔滨工程大学 A kind of precoding interference elimination method based on subspace estimation

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