KR101751350B1 - 위치 추정 서비스 및 데이터 통신을 동시에 지원하기 위한 분산 안테나 시스템에서의 빔포밍 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신호를 송신하는 송신기와 상기 신호를 수신하는 수신기 사이에는 비동기화 오차가 존재하는 통신 시스템에서 전력 소모가 최소화되도록 하는 빔포밍 벡터를 조정하는 빔포밍 방법 및 장치에 관한 것으로, 1통신부를 이용하여 상기 단말로 제1신호를 전송하고, 제2통신부를 이용하여 상기 단말로 전송하는 단계, 상기 복수의 신호들의 도착 시간 차이(Time Difference Of Arrival; TDOA)에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계, 상기 빔포밍 벡터에 기반하여 상기 단말로 데이터를 전송하는 단계, 상기 단말로부터 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신하는 단계 및 상기 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 상기 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계를 포함한다.

Description

위치 추정 서비스 및 데이터 통신을 동시에 지원하기 위한 분산 안테나 시스템에서의 빔포밍 방법 및 장치{BEAMFORMING METHOD AND DEVICE FOR JOINT LOCALIZATION AND DATA TRANSMISSION IN DISTRIBUTED ANTENNA SYSTEMS}
기분 분야는 빔포밍 벡터를 제공하는 기술에 관한 것으로, 특히, 기지국 및 단말의 통신 환경에 따라 빔포밍 벡터를 조정하는 빔포밍 방법 및 장치에 관한 것이다.
이동 통신 시스템은 정보 사회로의 발전함에 따라 사회, 경제, 문화 활동의 기반 인프라로서의 핵심 기술이 되고 있다. 높은 정보 전송 율과 낮은 전송 오류율을 목적으로 하는 전송 신호를 생성하는 방법 및 다중 안테나를 이용한 빔포밍(beamforming) 방법에 대한 연구가 진행되어 왔다. 이동 통신 시스템의 발전에 따라 이동 통신 시스템은 단순히 데이터 통신을 제공하는 수단이 아닌 다양한 서비스를 제공할 수 있다. 근래에는 통신망에서 이동 단말의 위치를 추정하는 기술이 각광받고 있다. 즉, 실내, 빌딩 숲 속과 같은 GPS 음영지역, 태풍, 지진과 같은 자연 재해를 비롯하여 테러, 가스 유출, 전쟁 등과 같은 대규모 사고로 인한 재난 및 긴급 상황에서 사용자의 위치를 파악하는 기술이 활발히 연구되고 있다.
측위 기술은 사용자 혹은 이동 단말의 위치를 측정하기 위한 기술일 수 있다. 측위 기술은 통신 망의 기지국 수신 신호를 이용하는 네트워크에 기반하는 방식과 이동 단말에 장착된 GPS 수신기 등을 이용하는 단말에 기반하는 방식으로 구분할 수 있다. 또한, 상기의 방식들을 혼합하여 사용하는 혼합 방식도 있을 수 있다.
네트워크에 기반하는 방식은 위치 정확도가 기지국의 셀 크기 및 측정 방식에 따라 차이가 많을 수 있으며, 일반적으로 수백 미터에서 수 킬로미터의 측정 오차를 가질 수 있다. 이에 반해, 단말에 기반하는 방식은 단말에 GPS 수신기와 같은 신호 수신 장치를 추가로 장착해야 할 수 있다. 단말에 기반하는 방식은 네트워크에 기반하는 방식에 비해 위치 정확도가 높을 수 있다. 그러나, 단말에 기반하는 방식은 높은 건물이 밀집된 도심 지역, 산림, 실내 등과 같은 GPS 음영 지역에서 GPS 수신 신호를 제대로 수신하지 못해 위치 추정에 어려움을 겪을 수 있다.
이러한 종래 측위 기술은 위치 정확도 향상을 목적으로 제안되어 왔다. 하지만, 위치 추정 서비스 이외의 서비스를 위치 추정 서비스와 함께 제공하는 장치나 방법에 대한 연구는 미비한 상태이다. 이에 따라, 위치 추정 서비스를 제공함에 있어서, 기존 통신 망의 원천적인 요구사항인 데이터 통신과의 고려가 요구되는 실정이다.
한국공개특허 제10-2014-0014355호 (공개일:2015년 2월 27일)에는 빔포밍 벡터를 조정하는 장치 및 방법이 개시되어 있다. 특히, 기지국에서 단말기로 전송한 신호의 도착시각(time of arrival, TOA)을 기반으로 단말의 위치를 추정하는 방법을 이용하여 빔포밍 벡터를 생성하는 장치와 방법이 개시되어 있다. 도착 시간(TOA)을 기반으로 빔포밍 벡터를 생성하는 방법은 기지국과 단말기 간에 동기식 통신을 수행한다는 전제하에서만 사용될 수 있다. 즉, 기지국과 단말기가 비동기 통신을 수행하는 경우라면 개시된 장치와 방법으로는 빔포밍 벡터를 생성할 수 없게 된다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
또 다른 목적은, 기지국과 단말기가 비동기식 통신을 수행하는 경우에 전력 소모가 최소화되도록 하는 빔포밍 벡터를 조정하는 빔포밍 방법 및 장치에 관한 것이다.
상기와 같은 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른
본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치에 의해 수행되는 단말에 대한 기지국의 빔포밍 벡터를 생성하는 방법은, 제1 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계, 방법 1을 위해 피셔 정보행렬의 하한을 계산하는 단계; 방법 2를 위해 블락 코오디네이트 이터레이티브 방법 (Block coordinate iterative method) 에 의해 피셔 정보행렬을 계산하는 단계; 방법 1과 방법 2에 대하여 양성 반-한정(positive semidefinite)에 대한 슈어 컴플리먼트 조건(Schur complement condition)을 적용하고, 상기 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도에 관한 행렬을 생성하는 단계; 상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하는 상기 단말이 상기 기지국으로부터 데이터를 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 선형화하는 단계; 상기 위치 정확도에 대한 행렬 및 상기 선형화된 상기 데이터 레이트에 관한 함수에 기반하여 상기 위치 정확도가 소정의 위치 정확도 범위 내인 제1 조건 및 상기 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트 이상인 제2 조건을 만족하는 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계; 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 하는 제3 조건을 만족하는 제2 빔포밍 벡터를 생성하는 단계; 및 방법 1과 방법 2 중 전력 소비량을 계산하여 이 중 최소 전력을 생성하는 빔포밍 벡터를 선택하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치는, 제1 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 빔포밍 코베리언스 행렬 생성부, 방법 1과 방법 2를 위해 피셔 정보 행렬의 하한의 계산 및 플락 코오디네이트 이터레이티브 방법 (Block coordinate iterative method)를 계산하고, 이에 대해 양성 반-한정(positive semidefinite)에 대한 슈어 컴플리먼트 조건(Schur complement condition)을 적용하며, 상기 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도에 관한 행렬을 생성하는 위치 정확도 생성부, 상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하는 상기 단말이 상기 기지국으로부터 데이터를 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 선형화하는 선형화부, 상기 위치 정확도에 대한 행렬 및 상기 선형화된 상기 데이터 레이트에 관한 함수에 기반하여 상기 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내인 제1 조건 및 상기 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트 이상인 제2 조건을 만족하는 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하고, 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 하는 제3 조건을 만족하는 제2 빔포밍 벡터를 생성하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 단말기 및 그 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
기지국과 단말 간의 클락 오프셋이 존재하는 비동기 상황이 고려되기 때문에, 비동기화된 시스템에서도 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 빔포밍 벡터를 조정할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 예에 따른 단말기의 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 개념도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 제어방법을 구체적으로 설명하기 위한 개념도
도 4는 일 예에 따른 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 빔포밍 벡터를 조정하는 방법의 흐름도
도 5는 일 예에 따른 두 단말들 간의 거리 차이에 따른 빔포밍 벡터 조정 시스템을 나타내는 개념도
도 6은 일 예에 따른 두 단말들 간의 거리 차이에 따른 기지국들의 평균 소비 전력을 나타내는 그래프
도 7은 도 4에서 상술한 두 가지의 서로 다른 빔포밍 설계 기법을 선택적으로 사용한 결과를 보여주는 그래프
도 8은 일 예에 따른 배치된 기지국들 및 단말기들
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치를 설명하기 위한 블록도들
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 예에 따른 단말기의 위치를 추정하는 방법을 도시한다.
본 명세서에서 설명되는 단말기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
상기 단말기는 이동통신 모듈을 구비하고, 상기 이동통신 모듈은 이동통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), LTE(Long Term Evolution) 등)에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다
또한, 상기 단말기는 위치정보 모듈을 구비할 수 있다. 위치정보 모듈은 단말기의 위치를 획득하기 위한 것으로, 대표적인 예로는 GPS(Global Position System) 모듈 및 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈을 포함할 수 있다. 상기 GPS모듈은 3개 이상의 위성으로부터 떨어진 거리 정보와 정확한 시간 정보를 산출한 다음 상기 산출된 정보에 삼각법을 적용함으로써, 위도, 경도, 및 고도에 따른 3차원의 현 위치 정보를 정확히 산출할 수 있다. 현재, 3개의 위성을 이용하여 위치 및 시간 정보를 산출하고, 또 다른 1개의 위성을 이용하여 상기 산출된 위치 및 시간 정보의 오차를 수정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, GPS 모듈은 현 위치를 실시간으로 계속 산출함으로써 속도 정보를 산출할 수 있다. 다만, 실내와 같이 위성 신호의 음영 지대에서는 GPS 모듈을 이용하여 정확히 단말기의 위치를 측정하는 것이 어렵다. 이에 따라, GPS 방식의 측위를 보상하기 위해, WPS (WiFi Positioning System)이 활용될 수 있다.
와이파이 위치추적 시스템(WPS: WiFi Positioning System)은 단말기에 구비된 WiFi모듈 및 상기 WiFi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)를 이용하여, 단말기의 위치를 추적하는 기술로서, WiFi를 이용한 WLAN(Wireless Local Area Network)기반의 위치 측위 기술을 의미한다.
와이파이 위치추적 시스템은 와이파이 위치측위 서버, 단말기, 상기 단말기와 접속된 무선 AP, 임의의 무선 AP정보가 저장된 데이터 베이스를 포함할 수 있다.
무선 AP와 접속 중인 단말기는 와이파이 위치 측위 서버로 위치정보 요청 메시지를 전송할 수 있다.
와이파이 위치측위 서버는 단말기의 위치정보 요청 메시지(또는 신호)에 근거하여, 단말기와 접속된 무선 AP의 정보를 추출한다. 상기 단말기와 접속된 무선 AP의 정보는 단말기를 통해 상기 와이파이 위치측위 서버로 전송되거나, 무선 AP에서 와이파이 위치측위 서버로 전송될 수 있다.
상기 단말기의 위치정보 요청 메시지에 근거하여, 추출되는 무선 AP의 정보는 MAC Address, SSID, RSSI, 채널정보, Privacy, Network Type, 신호세기(Signal Strength) 및 노이즈 세기(Noise Strength )중 적어도 하나일 수 있다.
와이파이 위치측위 서버는 위와 같이, 단말기와 접속된 무선 AP의 정보를 수신하여, 미리 구축된 데이터베이스로부터 단말기가 접속 중인 무선 AP와 대응되는 무선 AP 정보를 추출할 수 있다. 이때, 상기 데이터 베이스에 저장되는 임의의 무선 AP 들의 정보는 MAC Address, SSID, 채널정보, Privacy, Network Type, 무선 AP의 위경도 좌표, 무선 AP가 위치한 건물명, 층수, 실내 상세 위치정보(GPS 좌표 이용가능), AP소유자의 주소, 전화번호 등의 정보일 수 있다. 이때, 측위 과정에서 이동형 AP나 불법 MAC 주소를 이용하여 제공되는 무선 AP를 측위 과정에서 제거하기 위해, 와이파이 위치측위 서버는 RSSI 가 높은 순서대로 소정 개수의 무선 AP 정보만을 추출할 수도 있다.
이후, 와이파이 위치측위 서버는 데이터 베이스로부터 추출된 적어도 하나의 무선 AP 정보를 이용하여 단말기의 위치정보를 추출(또는 분석)할 수 있다. 포함된 정보와 상기 수신된 무선 AP 정보를 비교하여, 상기 단말기의 위치정보를 추출(또는 분석)한다.
단말기의 위치정보를 추출(또는 분석)하기 위한 방법으로, Cell-ID 방식, 핑거 프린트 방식, 삼각 측량 방식 및 랜드마크 방식 등이 활용될 수 있다.
Cell-ID 방식은 단말기가 수집한 주변의 무선 AP 정보 중 신호 세기가 가장 강한 무선 AP의 위치를 단말기의 위치로 결정하는 방법이다. 구현이 단순하고 별도의 비용이 들지 않으며 위치 정보를 신속히 얻을 수 있다는 장점이 있지만 무선 AP의 설치 밀도가 낮으면 측위 정밀도가 떨어진다는 단점이 있다.
핑거프린트 방식은 서비스 지역에서 참조위치를 선정하여 신호 세기 정보를 수집하고, 수집한 정보를 바탕으로 단말기에서 전송하는 신호 세기 정보를 통해 위치를 추정하는 방법이다. 핑거프린트 방식을 이용하기 위해서는, 사전에 미리 전파 특성을 데이터베이스화할 필요가 있다.
삼각 측량 방식은 적어도 세개의 무선 AP의 좌표와 단말기 사이의 거리를 기초로 단말기의 위치를 연산하는 방법이다. 단말기와 무선 AP사이의 거리를 측정하기 위해, 신호 세기를 거리 정보로 변환하거나, 무선 신호가 전달되는 시간(Time of Arrival, ToA)을 이용할 수 있다.
랜드마크 방식은 위치를 알고 있는 랜드마크 발신기를 이용하여 단말기의 위치를 측정하는 방법이다.
이렇게 추출된 단말기의 위치정보는 상기 와이파이 위치측위 서버를 통해 단말기로 전송됨으로써, 단말기는 위치정보를 획득할 수 있다.
단말기는 적어도 하나의 무선 AP 에 접속됨으로써, 위치 정보를 획득할 수 있다. 이때, 단말기의 위치 정보를 획득하기 위해 요구되는 무선 AP의 개수는 단말기가 위치한 무선 통신환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 단말기의 위치를 추정하는 방법으로 도 1과 같은 네트워크가 고려될 수 있다. 도 1의 네트워크는 복수의 기지국들(A 내지 C)과 복수의 단말기들을 포함한다.
여기서, 단말기는 상기 기지국들의 위치 정보를 정확히 아는 것을 전제로 한다. 예를 들어, 기지국은 단말기에 전송하는 신호에 고유의 위치 정보를 포함하여 전송할 수 있다. 다른 예를 들어, 단말기는 메모리 또는 서버에 저장되어 있는 기지국의 위치 정보를 획득할 수 있다.
더불어, 신호를 송신하는 송신기와 상기 신호를 수신하는 수신기 사이에는 비동기화 오차가 존재한다고 전제한다. 예를 들어, 송신 단말기와 수신 단말기, 또는 단말기와 기지국 간에는 비동기화 오차가 존재하는 것으로 가정한다.
상술한 전제하에서, 기지국은 단말기로 신호를 전송할 수 있다. 송수신기간의 비동기화 가정으로 인해 단말기는 하나의 기지국이 아닌 두 기지국의 수신시간의 차로 거리정보를 획득한다. 그리고, 단말기는 신호가 생성된 두 기지국을 초점으로 하는 가상의 쌍곡선을 생성하고, 생성된 쌍곡선들의 교점을 단말기의 위치로 추정할 수 있다.
이러한 신호의 전송 도착 시각의 차를 기반으로 단말의 위치를 추정하는 방법을 도착시간 차이(time of difference arrival, TDOA) 방법이라고 호칭한다.
상기 도착시간 차이(TDOA) 방법은 신호의 송신기 및 수신기 간의 비동기화를 전제로 한다.
다른 예로, 단말기는 복수의 기지국들로 신호를 전송할 수 있다. 송수신기간의 비동기화 가정으로 인해 기지국들은 상기 단말기로부터 수신된 신호의 수신시간의 차로 거리정보를 획득한다. 상기 복수의 기지국들은 상기 단말로부터 수신된 신호의 도착시간 차이(TDOA)를 이용하여 상기 단말기의 위치를 추정할 수 있다.
전자 장치에 의해 수행되는, 빔포밍 벡터에 기반하여 단말로 신호를 전송하는 단계, 상기 전송된 신호에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계, 상기 빔포밍 벡터에 기반하여 상기 단말로 데이터를 전송하는 단계, 상기 단말로부터 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신하는 단계 및 상기 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 상기 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계를 포함하는, 빔포밍 벡터 조정 방법이 제공된다.
상기 신호를 전송하는 단계는 파일럿 구간 및 데이터 전송 구간 중 상기 파일럿 구간 동안 상기 신호를 전송할 수 있다.
상기 단말로 전송되는 신호는 복수일 수 있다.
상기 복수의 신호들은 상기 전자 장치의 복수의 안테나들을 통해 각각 전송될 수 있다.
상기 단말의 위치를 추정하는 단계는 상기 복수의 신호들의 각 도착 시간 차이(Time Difference Of Arrival; TDOA)에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정할 수 있다.
상기 빔포밍 벡터 조정 방법은 상기 위치 정확도가 상기 소정의 위치 정확도의 범위 내인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 벡터 조정 방법은 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트가 상기 소정의 데이터 레이트에 비해 더 큰지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 신호는 상기 전자 장치와 상기 단말이 공유하는 파일럿 코드를 포함하는 파일럿 정보 및 상기 빔포밍 벡터 중 적어도 하나를 이용하여 생성될 수 있다.
상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트는 상기 단말의 유효 채널 이득 및 상기 전자 장치가 다른 단말을 위해 전송한 신호에 기반하여 계산될 수 있다.
상기 위치 정확도는 상기 빔포밍 벡터와 관련된 피셔 정보 행렬에 기반하여 계산될 수 있다.
상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계는 상기 빔포밍 벡터의 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계는 상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 상기 수신한 데이터 레이트에 관한 함수를 선형화함으로써 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계는 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는 메이져리제이션-미니미제이션(majorization-minimization) 알고리즘을 사용하여 상기 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 상기 선형화함으로써 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성할 수 있다.
상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는 비동기화 오차에 대한 소유 정보량의 정도에 따라 두가지 빔포밍 코베리언스 행렬 생성 방법을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는 슈어 컴프리먼트 조건 (Schur complement condition)에 따라 측위 요구 조건을 세미 데피니트 프로그래밍 (semi-definite programming: SDP) 형태로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는 상기 빔포밍 코베리언스 행렬과 관련된 피셔 정보 행렬의 하한을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는 상기 빔포밍 코베리언스 행렬과 관련된 피셔 정보 행렬의 컨벡스가 아닌 성질을 컨벡스로 만들기 위해 블락 코오디네이트 이터레이티브 (block coordinate iterative method) 방법을 사용하여 목적이 되고자 하는 기지국의 빔포밍 코베리언스 행렬만 고려하되, 나머지 빔포밍 코베리언스 행렬은 고정시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
전자 장치에 있어서, 빔포밍 벡터에 기반하여 단말로 신호를 전송하는 통신부 및 상기 전송된 신호에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정하는 처리부를 포함하고, 상기 통신부는 상기 빔포밍 벡터에 기반하여 상기 단말로 데이터를 전송하고, 상기 단말로부터 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신하고, 상기 처리부는 상기 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 상기 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 상기 빔포밍 벡터를 조정하는, 전자 장치가 제공된다.
전자 장치에 의해 수행되는 단말에 대한 기지국의 빔포밍 벡터를 생성하는 방법에 있어서, 제1 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계, 비동기화 오차에 대한 정보량이 클 경우, 제 1 방법인 TDOA기반 위치 추정의 피셔 정보 행렬의 하한을 생성하는 단계, 제 2방법인 블락 코오디네이트 이터레이티브 방법을 사용하는 단계, 제 1방법과 제 2 방법에 대하여 모두 양성 반-한정(positive semidefinite)에 대한 슈어 컴플리먼트 조건(Schur complement condition)을 적용하고, 상기 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도에 관한 행렬을 생성하는 단계, 상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하는 상기 단말이 상기 기지국으로부터 데이터를 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 선형화하는 단계, 상기 위치 정확도에 대한 행렬 및 상기 선형화된 상기 데이터 레이트에 관한 함수에 기반하여 상기 위치 정확도가 소정의 위치 정확도 범위 내인 제1 조건 및 상기 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트 이상인 제2 조건을 만족하는 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계 및 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 하는 제3 조건을 만족하는 제2 빔포밍 벡터를 생성하는 단계를 포함하는 빔포밍 벡터 생성 방법이 제공된다.
전자 장치에 있어서, 제1 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 빔포밍 코베리언스 행렬 생성부, 피셔 정보 행렬의 하한을 생성하는 단계 및 블락 코오디네이트 이터레이티브 방법을 사용하여 피셔 정보 행렬을 변형하는 피셔 정보 행렬 변형부, 상기 양성 반-한정(positive semidefinite)에 대한 슈어 컴플리먼트 조건(Schur complement condition)을 적용하고, 상기 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도에 관한 행렬을 생성하는 위치 정확도 생성부, 상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하는 상기 단말이 상기 기지국으로부터 데이터를 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 선형화하는 선형화부, 상기 위치 정확도에 대한 행렬 및 상기 선형화된 상기 데이터 레이트에 관한 함수에 기반하여 상기 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내인 제1 조건 및 상기 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트 이상인 제2 조건을 만족하는 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하고, 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 하는 제3 조건을 만족하는 제2 빔포밍 벡터를 생성하는 제어부를 포함하는, 전자 장치가 제공된다.
기지국 및 상기 기지국과 연결된 중앙 유닛을 포함하는 시스템에 의해 수행되는, 상기 기지국이 빔포밍 벡터에 기반하여 단말로 신호를 전송하는 단계, 상기 기지국이 상기 전송된 신호에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계, 상기 기지국이 상기 빔포밍 벡터에 기반하여 상기 단말로 데이터를 전송하는 단계, 상기 기지국이 상기 단말로부터 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신하는 단계 및 상기 중앙 유닛이 상기 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 상기 수신한 데이터 레이트가 상기 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록, 상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계를 포함하는, 빔포밍 벡터 조정 시스템이 제공된다.
단말의 위치를 추정하는 방법으로 도 1과 같은 네트워크가 고려될 수 있다. 도 1의 네트워크는 복수의 기지국들 및 단말 간의 네트워크일 수 있다. 단말은 기지국의 위치 정보를 완벽히 안다고 가정하고 송수신기 간의 비동기화 오차가 존재한다고 전제한다. 기지국은 단말로 신호를 전송할 수 있다. 송수신기간의 비동기화 가정으로 인해 단말은 하나의 기지국이 아닌 두 기지국의 수신시간의 차로 거리정보를 획득한다. 자세히는 신호가 생성된 두 기지국을 초점으로 하는 가상의 쌍곡선을 생성할 수 있다. 생성된 쌍곡선들의 교점이 단말의 위치로 추정될 수 있다. 이러한 신호의 전송 도착 시각의 차를 기반으로 단말의 위치를 추정하는 방법을 도착 시간 차이 (Time Of Difference Arrival:TDOA) 방법이라고 할 수 있다. TDOA 방법은 신호의 송신기 및 수신기 간의 비동기화를 전제로 한다.
기지국 및 단말 간의 데이터 통신을 제공하는 서비스 및 단말의 위치를 추정하는 서비스가 각각 개별적으로 제공될 수 있다. 또한, 데이터 통신을 제공하는 서비스 및 단말의 위치를 추정하는 서비스가 동시에 제공될 수 있다.
상기의 서비스들을 동시에 제공하기 위해서는 기지국의 많은 전력 소비가 요구될 수 있다. 이러한 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로, 단말에 제공되는 데이터 전송량 및 단말의 위치 추정의 정확도를 함께 고려하는 방법이 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 구성도이다. 도 2는 데이터 통신과 위치 추정 서비스를 동시 지원하는 다중 사용자 분산 안테나 시스템 모델을 나타내는 도면이다.
기지국 및 단말 간의 데이터 통신을 제공하는 서비스 및 단말의 위치를 추정하는 서비스가 각각 개별적으로 제공될 수 있다. 또한, 데이터 통신을 제공하는 서비스 및 단말의 위치를 추정하는 서비스가 동시에 제공될 수 있다.
상기의 서비스들을 동시에 제공하기 위해서는 기지국의 많은 전력 소비가 요구될 수 있다. 이러한 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로, 단말에 제공되는 데이터 전송량 및 단말의 위치 추정의 정확도를 함께 고려하는 방법이 이용될 수 있다. 단말기의 위치가 정확하게 추정되는 경우 기지국은 빔포밍(beamforming) 기법을 이용함으로써 최소의 전력을 소비하면서 단말에 제공할 수 있는 데이터 레이트(rate)를 증가시킬 수 있다.
빔포밍 벡터를 조정하는 시스템(200)은 하나 이상의 장치들로 이루어진 시스템일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 시스템(200)은 중앙 유닛(205) 및 기지국(210)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템(200)은 복수의 기지국들(210 내지 240)을 포함할 수 있다.
각 기지국은 중앙 유닛(205)과 통신할 수 있다. 상기 통신은 유선 통신 또는 무선 통신일 수 있다.
기지국(210)은 다중 안테나를 포함할 수 있다.
상기 시스템(200)은 δxδ 크기의 지역 내에 다중 안테나를 장착한 NB개의 기지국과 단일 안테나가 장착된 NM개의 단말기를 포함한다. 여기서, δ는 임의의 길이를 나타낸다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, NB 개의 기지국들은 기지국들(210 내지 240)일 수 있고, NM 개의 단말들은 단말들(252 내지 256)일 수 있다. 상기 시스템(200) 내의 각 단말은 모든 기지국들로부터 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 각 단말은 기지국들로부터 수신한 신호를 기반으로 상기 도착시간 차이(TDOA) 방법을 사용하여 단말기의 위치를 추정할 수 있다.
본 발명에서 상기 단말기의 위치는 이차원 위치 정보를 전제로 하며, 기지국 j와 단말기 i의 위치 정보를 각각 [수학식 1]과 [수학식 2]로 정의한다. 기지국 j는 상기 시스템(200) 내의 임의의 기지국을 의미하고, 단말기 i는 상기 시스템(200) 내의 임의의 단말기일 수 있다. i 및 j는 1 이상의 정수일 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00001
[수학식 1]에서, PB ,j는 기지국 j의 위치 정보이고, xB ,j는 기지국 j의 x축의 위치 정보, 그리고 yB ,j는 기지국 j의 y축의 위치 정보이다.
Figure 112015066331469-pat00002
[수학식 2]에서, PM ,i는 단말기 i의 위치 정보이고, xM ,i는 단말기 i의 x축의 위치 정보, 그리고 yM ,i는 단말기 i의 y축의 위치 정보이다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 기지국 j와 이동 단말 i간 거리와 각도는 [수학식 3]과 [수학식 4]로 정의한다.
Figure 112015066331469-pat00003
Figure 112015066331469-pat00004
[수학식 3]에서, dji는 기지국 j 및 단말기 i 간의 거리이고, [수학식 4]에서, φji는 기지국 j 및 단말기 i 간의 각도이다.
기지국들(210 내지 240)은 시 분할 다중 접속(Time division multiple access; TDMA) 방식 또는 주파수 분할 다중 접속(Frequency division multiple access; FDMA) 방식을 이용하여 통신을 할 수 있다. 기지국(210)과 단말(252)의 통신 채널은 비 선택적 주파수 채널일 수 있다. 통신 채널은 데이터 전송 구간 동안 일정할 수 있다.
한편, 단말기는 기지국들(210 내지 240)과 비동기화되고, 단말기가 기지국들(210 내지 240)과 비동기화됨으로써 단말기의 위치는 도착시간 차이(TDOA) 방법에 의하여 추정될 수 있다.
이하에서는, 기지국과 단말기 i의 비동기 오차를 bi라고 정의한다.
기지국(210)은 시 분할 듀플렉스(Time Division Duplex; TDD) 시스템을 기반으로 업링크 트레이닝을 통해 채널 정보를 소유하고 있을 수 있다. 기지국(210)의 채널 정보는 기지국(210)의 빔포밍 벡터를 조정 또는 생성할 수 있는 중앙 유닛(205)으로 전송될 수 있다.
이하에서는, 본 발명을 위해 다음과 같은 가정을 전제한다. 각각의 기지국은 시 분할 다중 접속(Time division multiple access; TDMA) 방식 또는 주파수 분할 다중 접속(Frequency division multiple access; FDMA)방식을 통해 서로 직교 성을 가지는 주파수 자원을 통해 통신을 한다.
이때, 기지국과 이동 단말의 통신 채널은 비 선택적 주파수 채널인 것으로 가정하고, 각각의 정보 전송 구간 동안에는 일정한 것으로 가정한다.
또한, 각각의 이동 단말은 모든 기지국과 비동기화가 되어 있다고 가정하고, 기지국과 단말기 i의 비동기 오차를 bi라고 정의한다. 비동기 오차 bi는 일반적으로 송수신기에 알려져 있지 않다.
본 발명에서는 비동기 오차와 이에 대한 priori 정보량을 고려함으로써 TDOA기반 측위 시스템을 고려한다. 기지국은 시 분할 듀플렉스(Time Division Duplex; TDD) 시스템을 기반으로 업링크 트레이닝을 통해 채널 정보를 소유하고 있다고 가정한다. 이러한 기지국의 채널 정보는 시스템 목적에 최적화된 기지국의 빔포밍 생성을 담당하고 있는 중앙유닛(Central Unit, 205)에게 전송된다고 가정한다.
빔포밍 벡터를 조정하는 방법에 대해, 하기에서 도 3 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명된다.
도 3은 일 실시 예에 따른 빔포밍 벡터 조정 방법의 흐름도를 도시한다.
먼저, 기지국 j은 빔포밍 벡터에 기반하여 단말기 i로 신호를 전송할 수 있다(S310).
기지국 j가 단말기 i로 전송하는 전송 정보는 위치 추정과 채널 정보 추정을 위한 파일럿 구간과 데이터 정보를 전송하는 구간으로 나뉜다. 각 신호 프레임의 총 구간은 T로 정의하였으며 파일럿 구간은 Tp,데이터 전송 구간은 나머지로 할당된다. 즉, 기지국 j가 단말기 i로 정보를 전송하는 구간(T)은 파일럿 구간(Tp) 및 데이터 전송 구간(Td)으로 나뉠 수 있다. 파일럿 구간은 단말의 위치를 추정하기 위한 구간 및 채널 정보의 추정을 위한 구간이고, 데이터 전송 구간은 데이터를 전송하는 구간이다. 각 신호 프로엠의 총 구간을 T로 정의하면, 상기 총 구간(T)은 파일럿 구간(Tp)과 나머지 구간에 해당하는 데이터 전송 구간(Td)으로 이루어진다.
이때, 상기 파일럿 구간(Tp) 동안 기지국 j가 전송하는 신호는 [수학식 5]으로 정의된다.
Figure 112015066331469-pat00005
[수학식 5]에서, xj (p)(t)는 상기 파일럿 구간 내의 t 시각에서 기지국 j가 전송하는 신호(또는, 기지국 j의 전송 신호)이다. wji는 단말기 i에 대한 기지국 j의 빔포밍 벡터이고, sji (p)(t)는 상기 파일럿 구간 내의 t 시각의 파일럿 정보를 의미한다.
상기 파일럿 정보는 하기의 [수학식 6]로 정의된다.
Figure 112015066331469-pat00006
[수학식 6]에서, mji (p)(l)은 기지국 j 및 단말기 i가 공유하는 파일럿 코드이다. g(t-lTs)는 단일 에너지의 펄스 신호를 의미하고, Ts는 심볼 구간이고, np는 파일럿 구간에서 전송되는 비트 수를 의미한다.
단일 에너지 펄스 신호는 에얼리어싱(aliasing)이 일어나지 않도록 나이퀴스트 정리를 만족하는 심볼 구간을 가지는 펄스일 수 있다. 파일럿 정보는 채널 추정 및 단말기 i의 위치 추정을 위해 사용된다.
기지국 j가 전송하는 신호는 기지국 j와 단말기 i가 공유하는 파일럿 코드를 포함하는 파일럿 정보 및 빔포밍 벡터 중 적어도 하나에 의하여 생성되는 신호를 의미한다.
단말기 i가 기지국 j로부터 수신한 신호는 하기의 [수학식 7]로 정의된다.
Figure 112015066331469-pat00007
[수학식 7]에서, yji (p)(t)는 상기 파일럿 구간 내의 t 시각에서 단말기 i가 기지국 j로부터 수신하는 신호를 의미한다. ξji는 패스 로스(path loss)를 의미하며, 상기 패스 로스는 채널의 대규모 페이딩(large-scale fading)을 모델링한 파라미터이다. 예를 들어, 패스 로스는 고층 건물 또는 장애물과 같은 통신 환경에 영향을 주는 음영 효과(shadowing effect)를 고려할 수 있다. 상기 패스 로스는 하기의 [수학식 8]로 정의될 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00008
[수학식 8]에서, △는 채널 환경에 따라 기지국 j 및 단말기 i 간의 거리 별 패스 로스(path loss)를 조절할 수 있는 기준거리이다. η는 패스 로스 지수이고, 상기 패스 로스 지수는 실험적으로 결정된다.
[수학식 7]에서, hji는 기지국 j 및 단말기 i 간의 컴플렉스 채널 벡터(complex channel vector)를 의미한다. hji는 소규모 페이딩(small-scale fading)을 모델링한 채널이고, hji *는 hji의 수반 행렬이다.
[수학식 7]에서, τji는 신호의 전송 지연 시간을 의미하며, 상기 전송 지연 시간은 하기의 [수학식 9]로 정의된다.
Figure 112015066331469-pat00009
[수학식 9]에서, c는 신호 속도, bi는 송수신기 간의 비동기 오차(clock offset)를 의미한다.
[수학식 7]에서, zji (p)(t)는 평균이 0이고, 양측 전력밀도 (two-aided power spectral density)가 N0인 콤플레스 화이트 가우시안(complex white Gaussian) 잡음일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 단말기(252)는 기지국(210)이 제2 단말기(253)를 위해 전송한 신호를 수신할 수 있다. 단말기 i에 수신된 기지국 j가 전송한 단말기 k를 위한 신호의 유효 채널 이득은 하기의 [수학식 10]으로 정의된다. 단말기 k는 단말기 i 이외의 시스템(200) 내의 d임의의 단말기일 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00010
다음으로, 단말기의 위치를 추정한다(S320). 기지국(210) 또는 중앙 유닛(205)은 전송된 신호에 기반하여 단말기(252)의 위치를 추정할 수 있다.
시스템(200)내에서 기지국들(210 내지 240)의 위치 정보는 단말기(252)에게 알려져 있을 수 있다. 단말기(252)는 단계(S310)에서 파일럿 구간 동안 수신한 신호에 기반하여 자신의 위치를 추정할 수 있다. 예를 들어, 단말기(252)는 복수의 기지국들로부터 수신한 신호들에 기반하여 단말기(252)의 위치를 추정할 수 있다.
단말기(252)의 위치는 복수의 신호들의 도착시간 차이(TDOA)에 기반하여 추정될 수 있다.
다음으로, 빔포밍 벡터에 .기반하여 단말로 데이터를 전송하는 단계(S330)가 진행될 수 있다.
기지국(210)이 빔포밍 벡터에 기반하여 단말(252)로 데이터를 전송하는 단계(S330)는 데이터 전송 구간 동안 데이터를 전송할 수 있다.
단말기(252)는 기지국(210)이 전송한 데이터를 수신할 수 있다. 단말기(252)는 단말기(252)가 데이터를 수신한 데이터 레이트를 계산할 수 있다.
예를 들어, 단말 i가 기지국 j로부터 수신하는 데이터에 대한 데이터 레이트는 하기의 [수학식 19]로 정의될 수 있다. 데이터 전송 구간의 수신 신호를 기반으로 하여, 단말기가 획득할 수 있는 정보 전송량과 위치 추정의 정확도를 수치적으로 표현할 수 있다.
먼저, 기지국 j로부터 단말기 i가 얻을 수 있는 정보 전송량은 하기의 [수학식 11]로 정의된다.
Figure 112015066331469-pat00011
[수학식 11]에서, Wj는 모든 단말기들을 위한 기지국 j의 빔포밍 벡터일 수 있다.
[수학식 11]에서, rji(Wj)는 단말 i가 기지국 j로부터 수신하는 데이터에 대한 데이터 레이트일 수 있다. rji(Wj)의 단위는 bits/s/Hz일 수 있다
SINRji(Wj)는 기지국 j 및 단말기 i 간의 신호 대비 간섭 신호 및 잡음비이며, 하기의 [수학식 12]로 정의될 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00012
[수학식 12]에서와 같이, 신호 대비 간섭 신호 및 잡음 비는 앞서 정의된 유효 채널로 정의되며, 기지국 j가 단말기 i를 제외한 나머지 단말기를 위해 전송한 신호는 모두 간섭신호로 간주함을 전제로 한다. 즉, 데이터 레이트는 단말 i의 유효 채널 이득 및 기지국 j가 다른 단말기를 위해 전송한 신호에 기반하여 계산될 수 있다.
다음으로, 단말기로부터 단말기가 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신하는 단계(S340)가 진행된다. 즉, 단계(S340)에서, 기지국(210)은 단말기(252)로부터 단말기(252)가 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신할 수 있다.
다음으로, 중앙 유닛(205)은 추정된 단말기(252)의 위치 및 단말기(252)의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내인지 여부를 판단할 수 있다(S350).
예를 들어, 단말기 i에 대해, 하기의 [수학식 13]이 만족되는 경우, 중앙 유닛(205)는 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내인 것으로 판단할 수 있다. 위치 정확도는 빔포밍 벡터와 관련된 피셔 정보 행렬에 기반하여 계산될 수 있다.
Figure 112017038015414-pat00055
[수학식 13]에서, Qi는 소정의 위치 정확도일 수 있다.
다음으로, 중앙 유닛(205)은 단말기(252)가 데이터를 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 큰지 여부를 판단할 수 있다(S360).
예를 들어, 단말 i에 대해, 하기의 [수학식 13]이 만족되는 경우, 중앙 유닛(205)는 단말기 i가 데이터를 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 큰 것으로 판단할 수 있다.
Figure 112017038015414-pat00056
[수학식 14]에서, Ri는 단말 i에 대한 소정의 데이터 레이트일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단말기 i는 하나 이상의 기지국들로부터 데이터를 각각 수신할 수 있다. 단말기 i가 하나 이상의 기지국들로부터 데이터를 각각 수신하는 경우, 단말기기 i가 하나 이상의 기지국로부터 데이터를 각각 수신하는 데이터 레이트의 총 합이 단말기 i가 시스템(200)으로부터 데이터를 수신한 데이터 레이트일 수 있다.
다음으로, 중앙 유닛(205)은 추정된 단말기(252)의 위치 및 단말기(252)의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 빔포밍 벡터를 조정할 수 있다(S380).
예를 들어, 단말기 i에 대해, 단계(350)의 [수학식 13] 및 [수학식 14] 중 적어도 하나가 만족되지 않는 경우에, 중앙 유닛(205)은 빔포밍 벡터를 조정할 수 있다.
빔포밍 벡터가 하기의 [수학식 15]을 통해 데이터에 대한 전력 소비가 최소화되도록 조정될 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00015
한편, 본 발명에서의 위치 정확도의 기준은 SPE(Squared position error)로부터 시작된다. 단말기(252)의 위치 정확도는 제곱 위치 에러(Squared Position Error, SPE)를 이용하여 계산될 수 있다. SPE는 하기의 [수학식 16]로 정의된다.
Figure 112015066331469-pat00016
[수학식 16]에서, pM ,i는 실제의 단말 i의 위치일 수 있고,
Figure 112015066331469-pat00017
는 추정된 단말 i의 위치일 수 있다. ρi(W)는 SPE일 수 있다.
본 발명은 [수학식 16]에서 제시된 SPE가 크라머-라오 경계(Cramer-Rao bound, CRB)에 바운드된다는 사실에 입각하여 위치 정확도의 기준으로 CRB를 사용하였다. SPE와 CRB의 관계는 하기의 [수학식 17]과 같은 관계를 가질 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00018
[수학식 17]의 우변은 CRB로써 피셔 정보 행렬의 역행렬의 트레이스 값으로 정의되고, 피셔 정보 행렬(Fisher information matrix)의 정의는 하기의 [수학식 18]로 정의된다.
Figure 112015066331469-pat00019
[수학식 18]에서 Kbi는 [수학식 19]로 정의된다.
Figure 112015066331469-pat00020
한편, [수학식 18]에서 Wj는 모든 단말기들을 위한 기지국 j의 빔포밍 벡터이다. 모든 단말기들을 위한 기지국 j의 빔포밍 벡터는 하기의 [수학식 20]로 정의의된다.
Figure 112017038015414-pat00057
[수학식 16] 및 [수학식 17]에서, W는 모든 기지국의 빔포밍 벡터를 의미할 수 있다. 모든 기지국의 빔포밍 벡터는 하기의 [수학식 21]로 정의될 수 있다.
Figure 112017038015414-pat00058
[수학식 18]에서, SNRji(Wj)는 기지국 j 및 단말기 i 간의 신호 대 잡음비일 수 있다. 기지국 j 및 단말기 i 간의 신호 대 잡음비는 하기의 [수학식 22]로 정의된다.
삭제
Figure 112015066331469-pat00023
[수학식 18]에서, β는 유효 대역폭일 수 있다. 유효 대역폭은 하기의 [수학식 23]으로 정의될 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00024
[수학식 23]에서, G(f)는 전술된 [수학식 6]의 단일 에너지의 펄스 신호를 퓨리에 변환(Fourier transform)한 신호일 수 있다.
[수학식 18]에서, Jbi는 비동기 오차에 대한 priori 정보량의 의미하며, 하기의 [수학식 24]로 정의된다.
Figure 112015066331469-pat00025
[수학식 18]에서,
Figure 112015066331469-pat00026
는 두 기지국과 단말기의 방향 행렬을 의미하며, 하기의 [수학식 25]로 정의된다.
Figure 112015066331469-pat00027
여기서, 주목해야할 점은 단말기 i에게 데이터 전송 시, 단말기 i이외의 다른 단말기들을 위한 신호는 모두 간섭신호로 간주하지만, 위치 추정 시에는 간섭 신호로 간주하지 않는다는 점이다. 따라서 데이터 통신을 위해서는, 간섭 신호를 줄여야 하지만 높은 위치 정확도를 획득하기 위해서는 기지국 j의 신호 모두의 세기를 높여야 함을 의미한다. 위의 [수학식 18]는 bi=0일 때의 측위 기법인 TOA기반 측위 시스템의 피셔 정보 행렬과의 관계식으로 아래와 같이 다시 표현될 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00028
여기서, 방향벡터는
Figure 112015066331469-pat00029
로 정의되고,
TOA기반 측위 시스템의 피셔 정보 행렬은
Figure 112015066331469-pat00030
로 나타나며,
기지국과 단말기의 방향 행렬은
Figure 112015066331469-pat00031
와 같이 나타난다.
빔포밍 벡터를 조정하는 방법에 대해, 하기에서 도 4를 참조하여 상세히 설명된다.
일 실시예에 따르면, 빔포밍 벡터를 조정하는 방법은 단말기(252)의 데이터 레이트 및 추정된 단말기(252)의 위치를 성능 평가 기준으로 할 수 있다. 즉, 성능 평가 기준을 만족하지 못하는 경우, 빔포밍 벡터가 조정될 수 있다.
조정된 빔포밍 벡터는 데이터 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 조정될 수 있다. 따라서, 빔포밍 벡터는 전술된 [수학식 13], [수학식 14] 및 [수학식 15]의 조건들을 모두 만족해야 할 수 있다.
즉, 데이터 전송량과 CRB를 데이터 통신과 위치 추정 서비스의 수준 평가 기준으로 하여 요구 서비스 조건을 충족하며 기지국 전력 소비를 최소화하려면, [수학식 13], [수학식 14] 및 [수학식 15]를 모두 만족해야한다.
이하에서는, 두 가지 빔포밍 설계 기법을 제안한다.
먼저, bi의 priori 정보량이 클 때 사용하는 방법을 설명한다. 도 4는 일 예에 따른 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 빔포밍 벡터를 조정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
전술된 단계(S370)는 하기의 단계들(S410 내지 S430)을 포함할 수 있다.
단계(S410)에서, 중앙 유닛(205)는 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 벡터의 빔포밍 코베리언스(covariance) 행렬을 생성할 수 있다. 빔포밍 코베리언스 행렬은 하기의 [수학식 26]로 정의될 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00032
TOA기반 피셔정보 행렬과 TDOA기반 피셔 정보행렬과의 관계를 [수학식 28]을 이용하여 TOA기반 피셔 정보행렬의 하한을 산출한다.
Figure 112015066331469-pat00033
[수학식 27]을 사용하여 [수학식 13]를 하기의 [수학식 29]로 변환한다.
Figure 112015066331469-pat00034
이때, 위에서 정의하였던 단말기 i에 수신된 기지국 j의 단말기 k를 위한 신호의 유효 채널 이득을 빔포밍 코베리언스 행렬로 하기의 [수학식 30]으로 다시 정의한다.
Figure 112017038015414-pat00059
[수학식 30]와 임의의 positive semidefinite 행렬을 사용하여, Schur complement condition을 적용하면 [수학식 13]는 하기의 [수학식 31]으로 대체할 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00036
다음으로, 단계(S420)에서, 중앙 유닛(205)는 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 수신한 데이터 레이트에 관한 함수를 선형화함으로써 로컬(local) 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성할 수 있다.
빔포밍 코베리언스 행렬의 rank=1 특성을 relax한다. [수학식 14]에 함수 중 컨벡스가 아닌 부분을 1차 선형화하여 컨벡스 프로그래밍을 만드는 MM (Majorization minimization) 알고리즘을 적용한다. 이러한 과정을 통해 얻어진 local 빔포밍 코베리언스 행렬 값으로부터 eigenvector approximation과 scaling을 통해 최종적인 빔포밍 벡터를 설계한다.
단계(S430)에서, 중앙 유닛(205)은 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 빔포밍 벡터를 조정할 수 있다. 중앙 유닛(205)은 고유 값 근사(eigen value approximation)를 이용하여 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다. 빔포밍 벡터는 하기의 [수학식 32]로 생성될 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00037
[수학식 32]에서,
Figure 112015066331469-pat00038
는 빔포밍 코베리언스 행렬의 가장 큰 고유 값(eigen value)이고,
Figure 112015066331469-pat00039
는 가장 큰 고유 값에 상응하는 고유 벡터(eigenvector)를 의미한다.
중앙 유닛(205)은 [수학식 32]을 통해 생성된 빔포밍 벡터가 실행이 가능한 벡터인 경우 생성된 빔포밍 벡터를 최종적인 빔포밍 벡터로 결정할 수 있다.
중앙 유닛(205)은 생성된 빔포밍 벡터가 실행이 가능하지 않은 벡터인 경우, 빔포밍 벡터를 스케일링(scaling)할 수 있다. 빔포밍 벡터를 스케일링 하는 방법은 하기의 [수학식 33]으로 정의될 수 있다.
Figure 112015066331469-pat00040
[수학식 35]의 왼쪽의 빔포밍 벡터가 스케일링된 빔포밍 벡터일 수 있다. δinc는 양의 스케일링 인자일 수 있다. 중앙 유닛(205)은 생성된 빔포밍 벡터를 기존의 빔포밍 벡터로 대체함으로써 빔포밍 벡터를 조정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 빔포밍 조정 방법은 전술된 조건들에 대하여 실행 가능성을 항상 보장할 수 있다. 따라서, 빔포밍 조정 방법은 분산 안테나 시스템에서, 데이터 통신을 제공하는 서비스 및 단말의 위치를 추정하는 서비스를 동시에 가능하게 할 수 있다. 또한, 빔포밍 조정 방법은 데이터를 전송하는 기지국의 전력 소비를 최소화할 수 있다.
한편, 두 번째 빔포밍 설계 기법은 [수학식 17]에 기반하여 block coordinate iterative method를 적용한 방법이다.
첫 번째 빔포밍 설계 기법은 비동기화 오차에 대한 priori 정보량이 크다는 제한이 있지만, 두번째 방법은 이와 같은 제한이 없으므로 사용이 더욱 자유롭다는 이점이 있다. 간단히 말하면 각각의 iteration마다 하나의 기지국 j의 covariance matrix를 최적화하고 그 외의 나머지 기지국들의 covariance matrix를 고정시킨다. 그 후 첫 번째 방법과 마찬가지로 MM 알고리즘, rank relaxation, eigen approximation, scaling 방법으로 최종적인 빔포밍 벡터를 결정한다.
먼저, 중앙 유닛(205)은 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 벡터의 빔포밍 코베리언스(covariance) 행렬을 생성한다. 빔포밍 코베리언스 행렬은 상술한 [수학식 26]로 생성될 수 있다.
다음으로, [수학식 13]을 하기의 [수학식 34]로 대체한다.
Figure 112015066331469-pat00041
여기서,
Figure 112015066331469-pat00042
이고,
Figure 112015066331469-pat00043
로 정의한다. 또한, n번째 iteration에서의 단말기 i를 위한 기지국 j에서의 convariance matrix는
Figure 112015066331469-pat00044
로 정의한다.
다음으로, 첫 번째 방법에서 상술한 4), 5), 6)의 과정을 수행한다.
이로써, 빔포밍 벡터가 조정되게 된다.
본 발명에 따르면, 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 빔포밍 벡터를 조정하는 장치 및 방법이 제공된다.
송수신기의 비동기화를 전제로 데이터 통신을 제공하는 서비스 및 단말의 위치를 추정하는 서비스를 동시에 제공하는 빔포밍 벡터 조정 장치 및 방법이 제공된다.
도 5는 일 예에 따른 두 단말들 간의 거리 차이에 따른 빔포밍 벡터 조정 시스템을 도시한다.
일 실시예에 따르면, 도 5와 같이 기지국들(210 내지 240) 및 단말들(252 및 253)이 배치될 수 있다. 기지국들(210 내지 240)은 정사각형의 셀의 각 꼭지점에 위치할 수 있다. 단말(252)는 셀의 중심에 위치할 수 있고, 단말(253)은 x축과 평행하게 움직일 수 있다. 예를 들어, 기지국은 5개의 안테나를 포함할 수 있다.
단말(253)이 움직임으로써 기지국이 소비하는 평균 전력의 변화에 대해, 하기에서 도 6을 참조하여 설명된다.
도 6은 일 예에 따른 두 단말들 간의 거리 차이에 따른 기지국들의 평균 소비 전력을 도시한다.
도 6을 참조하면, 데이터 통신만 지원할 경우, 두 단말 간 거리가 멀어짐에 따라 평균 소비 전력이 감소함을 알 수 있다. 이는 거리 차이가 커짐에 따라 서로에게 미치는 간섭신호의 영향이 감소함으로써 설명된다. 이에 반해, 위치 추정 서비스만 지원할 경우, 평균 소비 전력이 증가한다. 이는 앞서 기술한 바와 같이, 위치 추정 서비스는 자신을 위한 신호뿐만이 아니라, 다른 단말을 위한 신호도 위치 추정에 이용하기 때문에 거리차이가 커짐에 따라 신호 대 잡음 비가 감소함으로 설명된다. 또한 데이터 통신과 위치 추정 서비스를 동시 지원할 경우, 각각의 서비스를 단독으로 지원할 때의 소비되었던 전력 중 최대치보다 항상 더 큰 전력이 요구된다는 것을 알 수 있다. 또한 TOA기반 측위와 비교하였을 때, 전체적으로 더 큰 전력이 소비됨을 확인 할 수 있다. 이는 송수신기 간의 비동기화로 인해 동일한 위치 추정 서비스 질을 지원하는데 있어 더 많은 전력이 필요함으로 설명된다. 덧붙여, 데이터통신과 위치 추정을 동시 지원할 경우, 이동 단말 간 거리가 멀어질 경우 위치 추정 서비스만 지원할 경우로 수렴하지 않는 것을 알 수 있다. 이는 TDOA 기반 측위로 인해 요구되는 신호의 세기가 커짐에 따라 데이터 통신량에 미치는 간섭의 영향이 커져서 발생되는 것으로 설명된다.
도 7은 도 4에서 상술한 두 가지의 서로 다른 빔포밍 설계 기법을 선택적으로 사용한 결과를 보여주는 도면이다.
면에서 알 수 있듯이, 비동기화 오차에 대한 priori 정보량이 커짐에 따라 전력 소비량이 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 또한, 낮은 priori 정보량을 소유할 때는 두 번째 방법이 전력 사용량 측면에서 더 적은 적력을 요구로 하고, 높은 priori 정보량을 소유할 때는 첫 번째 방법이 더 적합함을 알 수 있다.
도 8은 일 예에 따른 배치된 기지국들 및 단말기들을 도시한다.
일 실시예에 따르면, 도 8과 같이 기지국들(210 내지 240) 및 단말들(252 내지 256)이 배치될 수 있다. 기지국들(210 내지 240)은 정사각형의 셀의 각 꼭지점에 위치할 수 있다. 단말들(252 내지 256)은 셀 내에 임의적으로 위치할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 전자 장치를 도시한다.
전술된 시스템(200)은 하나의 전자 장치(900)에서 구현될 수 있다.
전자 장치(900)는 통신부(910), 처리부(920) 및 저장부(930)를 포함할 수 있다.
전자 장치(100)는 전술된 빔포밍 조정 시스템(200)에 대응할 수 있다. 통신부(910)는 전술된 기지국(210)에 대응할 수 있다. 처리부(920)는 전술된 중앙 유닛(205)에 대응할 수 있다. 시스템(200)의 복수의 기지국들은 전자 장치(900)의 복수의 안테나들에 대응할 수 있다.
저장부(930)는 통신부(910)가 수신한 정보 및 처리부(920)에 의해 생성된 정보를 저장할 수 있다.
따라서, 전술된 실시예들에서 시스템(200)은 전자 장치(900)로 대체될 수 있다. 또한, 기지국(210)은 통신부(910)로 대체될 수 있고, 중앙 유닛(205)는 처리부(920)로 대체될 수 있다. 기지국(210) 및 중앙 유닛(205) 간의 통신은 통신부(910) 및 처리부(920) 간의 통신으로 대체될 수 있다. 말하자면, 시스템(200), 기지국(210) 및 중앙 유닛(205)에 대하여 설명된 기능, 동작 및 구성 등은 전자 장치(900), 통신부(910) 및 처리부(920)에 각각 적용될 수 있다.
예를 들어, 전자 장치(900)의 통신부(910)는 빔포밍 벡터에 기반하여 단말(252)로 신호를 전송할 수 있고, 빔포밍 벡터에 기반하여 단말(252)로 데이터를 전송할 수 있다.예를 들어, 처리부(920)는 전송된 신호에 기반하여 단말(252)의 위치를 추정할 수 있고, 추정된 단말(252)의 위치 및 단말(252)의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 빔포밍 벡터를 조정할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 전자 장치를 도시한다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(1000)는 빔포밍 코베리언스 생성부(1010), 위치 정확도 생성부(1020), 선형화부(1030) 및 제어부(1040)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔포밍 코베리언스 생성부(1010), 위치 정확도 생성부(1020), 선형화부(1030) 및 제어부(1040)는 전자 장치(1000)에 포함된 하나의 프로세서에 의해 수행되는 각각의 유닛일 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 전자 장치(1000)는 전술된 중앙 유닛(205) 또는 전자 장치(900)의 처리부(920)에 대응할 수 있다. 즉, 전자 장치(1000)의 빔포밍 코베리언스 생성부(1010), 위치 정확도 생성부(1020), 선형화부(1030) 및 제어부(1040)가 수행하는 각 기능은 중앙 유닛(205) 또는 전자 장치(900)의 처리부(920)가 수행하는 기능으로 이해될 수 있다.
전자 장치(1000)는 제1 빔포밍 벡터를 이용하여 제2 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다. 제2 빔포밍 벡터는 전술된[수학식 12] 내지 [수학식 14]의 조건들을 만족하는 빔포밍 벡터일 수 있다.
본 발명은 종래 기술(한국공개특허 제10-2014-0014355호)과 달성하고자 하는 시스템 목적(데이터 서비스와 위치 추정 서비스를 동시에 고려한 최소 전력을 사용하는 빔포밍 디자인) 측면에서는 동일하지만, 이를 해결하기 위해 빔포밍을 디자인하는 해결방법이 다르다.
TDOA 기반 위치 추정을 고려할 시에는 기지국과 단말 간의 클락 오프셋이 존재하는 비동기 상황을 생각해야 하므로, 빔포밍 벡터를 디자인을 위한 빔포밍 코베리언스 행렬 생성부 및 위치 정확도 생성부 부분이 차별성을 갖게 된다. 비동기 상황에서 위치 정확도를 나타내는 CRB의 수식이 TOA기반 위치 추정과 다르게, w에 관한 복잡한 관계를 가지는 [수학식 16]과 [수학식 17] 같이 변하게 되므로 빔포밍 디자인을 위해 다른 빔포밍 디자인 기법이 필요하게 된다.
만약, TOA기반 위치 추정에서 제안된 빔포밍 방법을 비동기 상황에서 적용한다면, 요구되는 위치 정확도 및 데이터 서비스 조건에 만족하는 빔포밍 벡터를 생성하지 못할 것이다.
위치 정확도 생성부분에서 본 발명은 클락 오프셋에 대한 정보량 정도에 따른 두 가지 방법을 제안하였다.
첫 번째로는 [수학식 27]을 사용하여 [수학식 28]로 위치 정확도 생성부를 디자인하는 방법으로, TOA기반 위치 추정에서 제안되었던 알고리즘, 즉 MM method, rank relaxation, eigen approximation, scaling을 사용하는 방법이다.
하지만, 첫번째 방법은 클락 오프셋에 관한 정보량이 충분할 때만 유효한 방법이기 때문에, 사용에 제한이 없는 보편적인 빔포밍 디자인 방법으로 두 번째 방법을 제시하였다.
두 번째 방법은 block coordinate iterative method를 적용한 방법으로써, 각각의 iteration마다 하나의 기지국의 코베리언스 행렬을 최적화하고 그 외의 나머지 기지국들의 코베리언스 행렬은 고정시킨다. 그 후 첫 번째 방법에서 제안되었던 MM method, rank relaxation, eigen approximation, scaling을 사용하여 최종적인 빔포밍 벡터를 구한다.

Claims (7)

  1. 제1통신부 및 제2통신부를 포함하는 전자 장치에 의해 수행되는 빔포밍 벡터 조정 방법에 관한 것으로,
    상기 제1통신부를 이용하여 단말로 제1신호를 전송하고, 상기 제2통신부를 이용하여 상기 단말로 제2신호를 전송하는 단계;
    상기 제1신호 및 상기 제2신호를 포함하는 복수의 신호들의 도착 시간 차이(Time Difference Of Arrival; TDOA)에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계;
    상기 빔포밍 벡터에 기반하여 상기 단말로 데이터를 전송하는 단계;
    상기 단말로부터 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 상기 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계는,
    상기 빔포밍 벡터의 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계;
    상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 상기 수신한 데이터 레이트에 관한 함수를 선형화함으로써 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계; 및
    상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계를 포함하며,
    상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 통신부에 의하여 생성되는 비동기화 오차에 대한 소유 정보량의 정도에 따라 서로 다른 방법으로 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 벡터 조정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는,
    슈어 컴프리먼트 조건 (Schur complement condition)에 따라 측위 요구 조건을 세미 데피니트 프로그래밍 (semi-definite programming: SDP) 형태로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 벡터 조정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는,
    상기 빔포밍 코베리언스 행렬과 관련된 피셔 정보 행렬의 하한을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 벡터 조정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는,
    상기 빔포밍 코베리언스 행렬과 관련된 피셔 정보 행렬의 컨벡스가 아닌 성질이 컨벡스로 이루어지도록, 블락 코오디네이트 이터레이티브 (block coordinate iterative method) 방법을 사용하여 상기 제1 및 제2 통신부의 빔포밍 코베리언스 행렬만 고려하되, 나머지 빔포밍 코베리언스 행렬은 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 벡터 조정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는,
    메이져리제이션-미니미제이션(majorizationminimization) 알고리즘을 사용하여 상기 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 상기 선형화함으로써 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 벡터 조정 방법.
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