KR101906714B1 - 다중 안테나 다중 사용자 환경에서 유저 캐시를 활용한 빔포밍 방법 및 시스템 - Google Patents

다중 안테나 다중 사용자 환경에서 유저 캐시를 활용한 빔포밍 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

다중 안테나 다중 사용자 환경에서 유저 캐시를 활용한 빔포밍 방법 및 시스템이 개시된다. 송신 장치에 속하는 복수의 사용자 단말들을 대상으로 빔포밍을 수행하는 방법에 있어서, 상기 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나의 사용자 단말로부터 다른 사용자 단말의 캐시(cache)에 저장된 파일의 요청을 수신하는 단계, 상기 다른 사용자 단말의 캐시에 저장된 파일에 기초하여 빔포밍 벡터를 생성하는 단계, 및 상기 빔포밍 벡터에 기초하여 상기 파일을 대상으로 빔포밍을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

다중 안테나 다중 사용자 환경에서 유저 캐시를 활용한 빔포밍 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR BEAMFORMING USING USER CACHE IN MULTI USER MIMO BROADCAST CHANNELS}
본 발명은 다중 안테나를 가진 하나의 송신 장치(예컨대, 기지국)에서 다수의 사용자 단말들로 동시에 파일을 제공하기 위한 빔포밍을 수행하는 기술에 관한 것이다.
최근 무선 통신 시스템에서 컨텐츠의 다양화 등으로 사용자가 필요로 하는 데이터의 양이 급증하였고, 계속 증가하고 있다. 전송 속도를 높이기 위해 기존에는 주파수 사용을 늘리거나, 주파수 효율을 증가시키거나, 또는 주파수 재사용을 높이는 방향으로 신호를 처리하였으나, 현재 셀룰러 시스템 링크 효율은 거의 한계에 다다랐다.
특히, 기술이 발전함에 따라 스마트폰, 태블릿 등의 휴대용 단말을 통해 TV 시청, 영화 시청 등의 서비스를 받는 사용자가 증가하고 있으며, 급격히 늘어나는 모바일 데이터 트래픽은 유튜브나 스포츠 중계, TV드라마, 뉴스 등 사용자들이 수신하는 비디오 스트리밍이 주된 원인이다. 이러한 비디오 데이터들의 트래픽들은 많은 사용자들이 인기 있는 몇 개의 비디오 클립을 공통적으로 보는 특성을 가진다. 예를 들어, 유튜브에서는 기간별로 영상에 순위가 매겨지는데, 많은 사용자들의 유튜브 시청이 상위 순위 몇 개의 비디오 컨텐츠에 집중되는 경향이 있다. 뉴스나, 일기 예보, 혹은 스포츠 경기 중계 등 많은 사람들이 공통적으로 접근하는 비디오 컨텐츠 또한 짧게는 하루에서 길게는 한 달까지 주기적으로 바뀌고 일정 시간 유지되는 속성이 있다.
그러나, 현재 무선 통신 시스템에서는 일부의 인기 비디오 컨텐츠들이 과도한 트래픽의 주요 원인 임에도 불구하고, 데이터의 인기나 사용자들의 데이터 요구 속성을 무선 통신 전송 방식에 반영하지 않고 있다. 많은 사용자들이 동일한 비디오 데이터를 서비스 받더라도 사용자들 각각은 독립적인 데이터를 서비스를 받는 것으로 간주되고 있는 실정이다. 이에 따라, 나날이 증가하는 무선 트래픽의 수요를 감당하기 위한 방법이 요구되고 있다.
한국공개특허 제10-2014-0098917호는 다중 사용자 다중입력 다중출력 (MU-MIMO) 통신 시스템에서 하이브리드 다중 안테나를 이용한 다중 사용자 빔포밍 방법 및 장치에 관한 것으로, 기지국이 다수의 안테나로 구성된 아날로그 빔포밍 그룹과 아날로그 빔포밍된 신호들에 대한 디지털 빔포밍 그룹의 2단계로 빔포밍을 수행하는 하이브리드 빔포밍 안테나를 사용할 경우 아날로그 빔포밍 벡터를 결정하는 기술을 기재하고 있다.
본 발명은 다중 안테나를 가진 하나의 송신 장치에서 복수의 사용자 단말들로 비디오 스트리밍 등의 데이터 파일을 제공하기 위한 빔포밍을 수행하는 기술에 관한 것이다.
송신 장치에 속하는 복수의 사용자 단말들을 대상으로 빔포밍을 수행하는 방법에 있어서, 상기 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나의 사용자 단말로부터 다른 사용자 단말의 캐시(cache)에 저장된 파일의 요청을 수신하는 단계, 상기 다른 사용자 단말의 캐시에 저장된 파일에 기초하여 빔포밍 벡터를 생성하는 단계, 및 상기 빔포밍 벡터에 기초하여 상기 파일을 대상으로 빔포밍을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 파일의 요청을 수신하는 단계는, 상기 복수의 사용자 단말 중 사용자 단말 1로부터 사용자 단말 2의 캐시에 저장된 파일 2의 요청을 수신하는 단계, 및 상기 복수의 사용자 단말 중 사용자 단말 2로부터 사용자 단말 1의 캐시에 저장된 파일 1의 요청을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 빔포밍 벡터를 생성하는 단계는, 상기 파일 1 및 파일 2에 기초하여 상기 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2로 상기 파일 1 및 파일 2를 동시에 제공하기 위한 상기 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 빔포밍을 수행하는 단계는, 상기 빔포밍 벡터에 기초하여 상기 파일 1 및 파일 2를 XOR 연산함에 따라 상기 빔포밍을 수행할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 빔포밍을 수행하는 단계는, 상기 빔포밍 벡터에 기초하여 하나의 빔(beam)을 통해 둘 이상의 사용자 단말들로 서로 다른 파일을 동시에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 빔포밍을 수행하는 단계는, 상기 송신 장치에 마련된 다중 안테나에 형성된 상기 하나의 빔(beam)을 통해 둘 이상의 사용자 단말들로 서로 다른 파일을 동시에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 하나의 빔(beam)을 통해 서로 다른 파일을 제공받는 둘 이상의 사용자 단말들은, 사용자 단말들 각각에 해당하는 전송률 중 가장 작은 전송률로 파일을 제공받을 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 사용자 단말들 각각은 상기 송신 장치에서 제공하는 복수의 파일들 중 기정의된 일정 개수의 파일들을 캐시에 미리 저장하고 있을 수 있다.
복수의 사용자 단말들을 대상으로 빔포밍을 수행하는 시스템에 있어서, 상기 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나의 사용자 단말로부터 다른 사용자 단말의 캐시(cache)에 저장된 파일의 요청을 수신하는 요청 수신부, 상기 다른 사용자 단말의 캐시에 저장된 파일에 기초하여 빔포밍 벡터를 생성하는 빔포밍 벡터 생성부, 및 상기 빔포밍 벡터에 기초하여 상기 파일을 대상으로 빔포밍을 수행하는 빔포밍 수행부를 포함할 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 요청 수신부는, 상기 복수의 사용자 단말 중 사용자 단말 1로부터 사용자 단말 2의 캐시에 저장된 파일 2의 요청을 수신하고, 상기 복수의 사용자 단말 중 사용자 단말 2로부터 사용자 단말 1의 캐시에 저장된 파일 1의 요청을 수신할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 빔포밍 벡터 생성부는, 상기 파일 1 및 파일 2에 기초하여 상기 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2로 상기 파일 1 및 파일 2를 동시에 제공하기 위한 상기 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 빔포밍 수행부는, 상기 빔포밍 벡터에 기초하여 상기 파일 1 및 파일 2를 XOR 연산함에 따라 상기 빔포밍을 수행할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 빔포밍 수행부는, 상기 빔포밍 벡터에 기초하여 하나의 빔(beam)을 통해 둘 이상의 사용자 단말들로 서로 다른 파일을 동시에 제공할 수 있다.
상기 서로 다른 파일은 빔포밍 시스템에 마련된 다중 안테나에 형성된 상기 하나의 빔(beam)을 통해 둘 이상의 사용자 단말들로 동시에 제공될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 하나의 빔(beam)을 통해 서로 다른 파일을 제공받는 둘 이상의 사용자 단말들은, 사용자 단말들 각각에 해당하는 전송률 중 가장 작은 전송률로 파일을 제공받을 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 사용자 단말들 각각은 상기 송신 장치에서 제공하는 복수의 파일들 중 기정의된 일정 개수의 파일들을 캐시에 미리 저장하고 있을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 다중 안테나를 가진 하나의 송신 장치에서 복수의 사용자 단말들로 비디오 스트리밍 등의 데이터 파일을 제공하는 빔포밍을 수행함에 있어서, 사용자 단말의 캐시에 저장된 파일을 이용하여 하나의 빔을 통해 여러 사용자 단말들로 동시에 파일을 제공함으로써 채널 이득 손실을 감소시키고, 전송 속도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 송신 장치 및 사용자 단말들로 구성된 네트워크 환경을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 빔포밍 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 빔포밍 시스템의 내부구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 사용자 단말의 캐시에 저장된 파일을 XOR 연산하여 전송하는 빔포밍 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 빔포밍 방법의 이득을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 송신 장치 및 송신 장치에 속하는 복수의 사용자 단말들로 구성된 무선 통신 환경에서, 다중 안테나를 가진 하나의 송신 단이 다수의 사용자 단말들로 동시에 파일을 제공할 때 각 사용자 단말들은 사용자간 간섭을 겪게 되며, 사용자간 간섭을 없애기 위해 송신 장치에서 사용자 단말의 채널 정보를 활용하여 사용자 단말간 간섭을 미리 제거해주는 빔포밍 기술에 관한 것이다. 특히, 사용자 단말간 간섭 제거 시 채널 이득이 감소하는 데, 사용자 단말들 각각의 캐시(cache)에 저장된 파일을 이용하여 빔포밍을 수행하여 채널 이득의 손실을 감소시키는 기술에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 송신 장치에 저장된 복수의 파일들 중 사용자 단말에게 제공 가능한 일부 파일 또는 전체를 사용자 단말들 각각의 캐시에 미리 저장해두었다가, 사용자 단말의 캐시(cache)에 저장된 파일들을 이용하여 빔포밍을 수행함으로써, 하나의 빔으로 여러 사용자 단말들로 파일을 동시에 제공하는 기술에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 많은 사용자들이 수신하는(즉, 시청하는) 인기 있는 비디오 데이터 파일을 무선 통신 환경의 송신 장치나 사용자 단말들 각각에 미리 저장해두고, 다른 사용자 단말들로 상기 저장된 파일을 이용하여 셀룰러 네트워크의 데이터 트래픽을 크게 감소시키는 동시에 시스템의 성능을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
본 실시예들에서, '송신 장치'는 기지국을 나타내는 것으로서, 다중 안테나를 구비할 수 있다. 그리고, '송신 장치'는 빔포밍 시스템으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 송신 장치는 복수의 사용자 단말들로 음성 통신, 파일 전송(예컨대, 음악, 영화, TV 시청 등의 스트리밍 서비스 등)의 다양한 통신 서비스를 제공할 수 있으며, 사용자 단말은 PC, 태블릿(tablet) PC, 노트북, 스마트폰(smart phone) 등을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 송신 장치 및 사용자 단말들로 구성된 네트워크 환경을 도시한 도면이다.
도 1에서, 네트워크(100)는 하나의 송신 장치(110) 및 복수개의 사용자 단말들(120, 130, 140, 150, 160)을 포함하고 있음을 가정하기로 한다. 그리고, 도 1에서, 송신 장치(110)는 Nt개의 송신 안테나를 가지고 있고, K개의 사용자 단말들 각각은 하나의 안테나를 가지고 있음을 가정하기로 한다.
송신 장치(110)는 Nt개의 송신 안테나를 가지고 있으므로, K개의 사용자 단말들 중 최대 Nt개의 사용자 단말들을 선택하여 파일(즉, 데이터)을 송신할 수 있다. 그리고, 송신 장치(110)는 N개의 파일들을 라이브러리(Library)에 저장하고 있고, N개의 파일들 중 랜덤하게 선택된 M개씩의 파일들이 사용자 단말들 각각의 캐시(cache) 메모리에 미리 저장될 수 있다. 예컨대, N개의 파일 중 서로 다른 M개씩의 파일들이 단말들 각각에 미리 저장될 수도 있고, 일부는 다르고 일부는 동일한 M개씩의 파일들이 단말들 각각에 미리 저장될 수도 있다. 예를 들어, N개의 파일들 중 파일1, 파일2, 파일3 내지 파일 M이 사용자 단말 1(120)에 미리 저장되고, 파일 M+1, 파일 M+2 내지 2M이 사용자 단말 2(130)에 미리 저장되고, 파일 1, 파일 2, 파일 2M+1 등의 M개의 파일들이 사용자 단말 3(130)에 미리 저장될 수 있다.
그러면, 사용자 단말 K에서 수신하는 신호는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017024129763-pat00001
수학식 1에서,
Figure 112017024129763-pat00002
는 Nt차원의 복소 벡터로 나타나는 사용자 단말 k의 채널 정보를 나타내고,
Figure 112017024129763-pat00003
는 송신 장치에서 전송한 Nt차원의 복소 벡터 데이터(즉, 파일)을 나타낼 수 있다. 여기서, 송신 파워가 P이고,
Figure 112017024129763-pat00004
는
Figure 112017024129763-pat00005
크기를 갖는 단위 행렬(Identity matrix)을,
Figure 112017024129763-pat00006
Figure 112017024129763-pat00007
는 Expectation operator를 나타낼 때,
Figure 112017024129763-pat00008
를 만족할 수 있다. 그리고, 수학식 1에서,
Figure 112017024129763-pat00009
는 사용자 단말 K의 가우시안 잡음(Gaussian Noise)를 나타낸다.
송신 장치(110)에서 한 번에 사용자 단말의 집합 S에 파일을 제공할 때, 송신 장치(110)에서 제공되는 송신 데이터 x는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017024129763-pat00010
수학식 2에서,
Figure 112017024129763-pat00011
는 K개의 사용자 단말들 중 파일 전송을 위해 선택된 사용자 단말
Figure 112017024129763-pat00012
에 해당하는 Nt차원 복소 빔포밍 벡터를 나타내고,
Figure 112017024129763-pat00013
를 만족할 수 있다. 그리고,
Figure 112017024129763-pat00014
는 사용자 단말 s로 전송하고자 하는 데이터 심볼(symbol)을 나타낼 수 있다. 그러면, 선택된 사용자 단말 s에서 수신하는 신호는 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017024129763-pat00015
수학식 3과 같이 표현되는 수신 신호에서, 사용자 단말간 간섭을 제거하기 위해 제로포싱(zero-forcing) 빔포밍 벡터를 사용하는 경우, 사용자 단말 s의 빔포밍 벡터
Figure 112017024129763-pat00016
는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112017024129763-pat00017
이때, 사용자 단말 1이 파일 F1을 캐시에 저장하고 있고, 파일 F2를 요청하는 경우를 가정하고, 사용자 단말 2가 파일 F2를 캐시에 저장하고 있고, 파일 F1을 요청하는 경우를 가정하면, 송신 장치(110)는 파일 F1과 파일 F2를 XOR 연산하여 하나의 빔(beam)을 통해 동시에 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2로 보낼 수 있다. 그러면, 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2 각각은 자신이 요청한 파일 F2와 파일 F1을 수신할 수 있다. 기존에는 사용자 단말 1은 빔포밍 벡터 v1에 기초한 빔포밍을 통해 파일 F2를 수신하고, 사용자 단말 2는 빔포밍 벡터 v2에 기초한 빔포밍을 통해 파일 F1을 각각 수신하나, 본발명은 사용자 단말 1과 사용자 단말 2의 캐시에 저장된 파일을 이용하여 새로운 빔포밍 벡터v12를 생성하고, 새로운 빔포밍 벡터 v12를 이용하여 파일 F1과 파일 F2를 XOR 연산하여 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2로 전송함으로써, 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2가 하나의 빔을 통해 자신이 요청한 파일을 동시에 제공받도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 빔포밍 방법을 도시한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 빔포밍 시스템의 내부구성을 도시한 블록도이다.
도 2에서 각 단계들(210 내지 230 단계)는 도 3의 구성 요소인 요청 수신부(310), 빔포밍 벡터 생성부(320), 및 빔포밍 수행부(330)에 의해 수행될 수 있다.
도 3에 따르면, 빔포밍 시스템(300)은 기지국을 나타내는 것으로서, 요소인 요청 수신부(310), 빔포밍 벡터 생성부(320), 및 빔포밍 수행부(330)를 포함할 수 있으며, 사용자 단말들(사용자 단말 1 내지 K) 각각은 기지국에 저장된 N개의 파일들 중 송신 장치에서 결정된 M개씩의 파일들을 자신의 캐시 메모리에 미리 저장하고 있을 수 있다.
210 단계에서, 요청 수신부(310)는 기지국에 속하는 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나의 사용자 단말로부터 다른 사용자 단말의 캐시에 저장된 파일의 요청을 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말에 설치된 웹/모바일 브라우저를 통해 접속한 웹사이트에서 제공하는 비디오 스트리밍 파일 등의 요청을 수신할 수 있으며, 기지국은 K개의 사용자 단말들 각각의 캐시에 미리 저장된 파일들의 식별자 정보와 단말들의 식별자 정보를 매칭하여 저장 및 유지하고 있을 수 있다.
211 단계에서, 요청 수신부(310)는 기지국에 속하는 K개의 사용자 단말들 중 사용자 단말 1(301)로부터 사용자 단말 2(302)의 캐시에 저장된 파일 1(F1)의 제공을 요청받을 수 있다.
211 단계에서, 요청 수신부(320)는 기지국에 속하는 K개의 사용자 단말들 중 사용자 단말 2(302)로부터 사용자 단말 1(301)의 캐시에 저장된 파일 2(F2)의 제공을 요청받을 수 있다.
220 단계에서, 빔포밍 벡터 생성부(320)는 다른 사용자 단말의 캐시에 저장된 파일에 기초하여 동시에 서비스 받는 사용자들을 위한 새로운 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 빔포밍 벡터 생성부(320)는 아래의 수학식 5에 기초하여 Nt차원 복소 벡터인 빔포밍 벡터를 생성하여 사용자 단말 1과 사용자 단말 2를 동시에 서비스 할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112017024129763-pat00018
230 단계에서, 빔포밍 수행부(330)는 생성된 빔포밍 벡터에 기초하여 적어도 하나의 사용자 단말들에서 요청한 파일들을 대상으로 빔포밍을 수행하여 제공할 수 있다.
예를 들어, 빔포밍 수행부(330)는 빔포밍 벡터에 기초하여 파일 1(F1)과 파일 2(F2)를 XOR 연산하여 하나의 빔(beam)을 통해 사용자 단말 1(301) 및 사용자 단말 2(302)로 동시 전송할 수 있다. 이에 따라, 사용자 단말 1(301) 및 사용자 단말 2(302) 각각은 자신이 요청한 파일 2(F2) 및 파일 1(F1)을 제로포싱(zero-forcing) 빔포밍을 이용할 때보다 빠른 전송 속도로 제공받을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 사용자 단말의 캐시에 저장된 파일을 XOR 연산하여 전송하는 빔포밍 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 4를 참고하면, 410은 송신 장치에서 각각 서로 다른 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍을 수행하여 사용자 단말 1(411), 사용자 단말 2(412) 및 사용자 단말 3(413)으로 파일을 제공하는 동작을 나타낼 수 있다. 즉, 사용자 단말 1(411), 사용자 단말 2(412) 및 사용자 단말 3(413) 각각은 서로 다른 빔(beam)을 통해 독립적으로 파일을 제공받는 경우를 나타낼 수 있다. 예컨대, 사용자 단말 1(411)은 빔포밍 벡터 A(VA)에 기초한 빔포밍을 통해 파일 2를 제공받고, 사용자 단말 2(412)는 빔포밍 벡터 B(VB)에 기초한 빔포밍을 통해 파일 1을 제공받을 수 있다.
이때, 사용자 단말 1(411)의 얻을 수 있는 데이터율이 2R, 사용자 단말 2(412)의 얻을 수 있는 데이터 율이 0.5R, 사용자 단말 3(413)의 얻을 수 있는 데이터 율이 0.8R이라고 가정하면, 사용자 단말 1(411), 사용자 단말 2(412), 및 사용자 단말 3(413)이 모든 파일을 받는데 필요한 시간은 1초, 2초, 1초이므로, 송신 장치(300)가 모든 파일을 사용자 단말 1 내지 3(즉, 모든 사용자 단말들)로 전송하기 위해 필요한 시간은 2초가 소요될 수 있다.
420은 사용자 단말의 캐시에 저장된 파일을 이용하여 생성된 빔포밍 벡터에 기초한 빔포밍을 통해 파일을 전송하는 동작을 나타낼 수 있다. 420에서는 사용자 단말 2(422)에서 요청한 파일 1(A)이 사용자 단말 1(421) 및 사용자 단말 3(423)의 캐시에 미리 저장되어 있고, 사용자 단말 3(423)이 요청한 파일 2(B)가 사용자 단말 2(422)에 미리 저장되어 있음을 가정할 수 있다.
420을 참고하면, 송신 장치(300)는 서로 요청한 파일을 저장하고 있는 사용자 단말 2(422)와 사용자 단말 3(423)를 대상으로, 생성된 빔포밍 벡터 VAB에 기초한 빔포밍을 통해 하나의 빔(Beam 2)으로 상기 파일 1(A)과 파일 2(B)를 상기 사용자 단말 2(422)와 사용자 단말 3(423)로 동시에 전송할 수 있다. 이때, 상기 파일 1(A)과 파일 2(B)는 XOR 연산하여 동시에 전송될 수 있다. 즉, 복수개의 다중 안테나(예컨대, 2개의 안테나)에 형성된 하나의 빔(Beam 2)으로 상기 파일 1(A)과 파일 2(B)가 상기 사용자 단말 2(422)와 사용자 단말 3(423) 각각으로 동시에 전송될 수 있다.
여기서, 사용자 단말 1(421)의 얻을 수 있는 데이터율이 2R, 사용자 단말 2(422)와 사용자 단말 3(423)이 새로운 빔포밍 기법으로 얻을 수 있는 데이터율이 R, 1.1R이라고 가정할 수 있다. 그러면, 사용자 단말 2(422)와 사용자 단말 3(423)은 R과 1.1R중 작은 값(또는 가장 작은 값)의 전송율로 동시에 서비스를 제공받아야 하므로, 사용자 단말 1(421), 사용자 단말 2(422) 및 사용자 단말 3(423)이 모든 파일을 수신하는데 필요한 시간은 각각 1초, 1초, 1초에 해당할 수 있다. 이에 따라, 송신 장치에서 모든 파일을 사용자 단말들(421, 422, 423)로 전송하기 위해 소요되는 시간은 1초로서, 상기 410의 2초일 때보다 1초로 50% 감소할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 빔포밍 방법의 이득을 도시한 그래프이다.
도 5에서는 제로포싱 빔포밍과 사용자 단말의 캐시에 저장된 파일을 이용하여 빔포밍을 수행하는 본 발명의 빔포밍 간의 이득을 비교를 나타내고 있다.
도 5에서는, 송신 장치는 3개의 안테나를 가지고 있고, 3개의 안테나를 통해 3개의 사용자 단말들로 파일을 전송하는 경우를 가정할 수 있다. 이때, 송신 장치의 라이브러리(library)에 5개의 파일이 존재하고, 사용자 단말들 각각의 캐시에는 3개씩의 파일들이 저장되어 있는 경우를 가정할 수 있다. 그리고, 각 사용자 단말이 하나의 파일을 요청하고, 모든 사용자 단말들(즉, 3개의 사용자 단말들) 각각에서 요청된 파일을 해당 단말로 제공하여 모든 사용자 단말이 데이터 전송을 끝마치는 시간을 계산하면, 도 5와 같을 수 있다.
즉, 도 5에 따르면, 제로포싱 빔포밍(510)보다 사용자 단말의 캐시에 저장된 파일을 이용하여 하나의 빔을 통해 서로 다른 단말들로 서로 다른 파일들을 제공하는 빔포밍(520)을 수행하는 경우, 데이터의 전송 속도가 단축됨을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 다중 안테나를 가진 하나의 송신 장치에서 복수의 사용자 단말들로 각 단말에서 요청한 서로 다른 파일을 동시에 전송할 때, 사용자 단말들 각각의 캐시에 저장되어 있는 파일을 이용하여 빔포밍을 수행함으로써, 서로 다른 빔을 사용하여 파일을 독립적으로 제공하는 빔포밍보다 채널 이득 손실은 감소시키고, 전송 속도는 향상시킬 수 있다. 즉, 하나의 빔을 통해 여러 사용자 단말들로 동시에 파일을 제공함에 따라 전송 속도가 단축하여, 사용자 단말은 보다 빠르게 데이터 스트리밍 등의 서비스를 제공받을 수 있다.
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.
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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 기지국인 송신 장치에 속하는 복수의 사용자 단말들을 대상으로 빔포밍을 수행하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나의 사용자 단말로부터 다른 사용자 단말의 캐시 메모리에 저장된 파일의 요청을 수신하는 단계;
    상기 다른 사용자 단말의 캐시 메모리에 저장된 파일들 중 요청된 상기 파일을 제공받고자 하는 사용자 단말을 위한 빔포밍 벡터를 생성하는 단계; 및
    상기 빔포밍 벡터에 기초하여 상기 파일을 대상으로 빔포밍을 수행하는 단계
    를 포함하는 빔포밍 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파일의 요청을 수신하는 단계는,
    상기 복수의 사용자 단말 중 사용자 단말 1로부터 사용자 단말 2의 캐시 메모리에 저장된 파일 2의 요청을 수신하는 단계; 및
    상기 복수의 사용자 단말 중 사용자 단말 2로부터 사용자 단말 1의 캐시 메모리에 저장된 파일 1의 요청을 수신하는 단계
    를 포함하는 빔포밍 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터를 생성하는 단계는,
    상기 파일 1 및 파일 2에 기초하여 상기 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2로 상기 파일 1 및 파일 2를 동시에 제공하기 위한 상기 빔포밍 벡터를 생성하는 것
    을 특징으로 하는 빔포밍 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 빔포밍을 수행하는 단계는,
    상기 빔포밍 벡터에 기초하여 상기 파일 1 및 파일 2를 XOR 연산함에 따라 상기 빔포밍을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 빔포밍 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 빔포밍을 수행하는 단계는,
    상기 빔포밍 벡터에 기초하여 하나의 빔(beam)을 통해 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2로 서로 다른 파일을 동시에 제공하는 단계
    를 포함하는 빔포밍 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 빔포밍을 수행하는 단계는,
    상기 송신 장치에 마련된 다중 안테나에 형성된 상기 하나의 빔(beam)을 통해 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2로 서로 다른 파일을 동시에 제공하는 단계
    를 포함하는 빔포밍 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 빔(beam)을 통해 서로 다른 파일을 제공받는 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2 각각은, 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2 각각에 해당하는 전송률 중 가장 작은 전송률로 파일을 제공받는 것을 특징으로 하는 빔포밍 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 사용자 단말들 각각은 상기 송신 장치에서 제공하는 복수의 파일들 중 기정의된 일정 개수의 파일들을 캐시 메모리에 미리 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 빔포밍 방법.
  9. 복수의 사용자 단말들을 대상으로 빔포밍을 수행하는 기지국에 있어서,
    상기 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나의 사용자 단말로부터 다른 사용자 단말의 캐시 메모리에 저장된 파일의 요청을 수신하는 요청 수신부;
    상기 다른 사용자 단말의 캐시 메모리에 저장된 파일들 중 요청된 상기 파일을 제공받고자 하는 사용자 단말을 위한 빔포밍 벡터를 생성하는 빔포밍 벡터 생성부; 및
    상기 빔포밍 벡터에 기초하여 상기 파일을 대상으로 빔포밍을 수행하는 빔포밍 수행부
    를 포함하는 기지국.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 요청 수신부는,
    상기 복수의 사용자 단말 중 사용자 단말 1로부터 사용자 단말 2의 캐시 메모리에 저장된 파일 2의 요청을 수신하고, 상기 복수의 사용자 단말 중 사용자 단말 2로부터 사용자 단말 1의 캐시 메모리에 저장된 파일 1의 요청을 수신하는 것
    을 특징으로 하는 기지국.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 생성부는,
    상기 파일 1 및 파일 2에 기초하여 상기 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2로 상기 파일 1 및 파일 2를 동시에 제공하기 위한 상기 빔포밍 벡터를 생성하는 것
    을 특징으로 하는 기지국.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 빔포밍 수행부는,
    상기 빔포밍 벡터에 기초하여 상기 파일 1 및 파일 2를 XOR 연산함에 따라 상기 빔포밍을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 기지국.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 빔포밍 수행부는,
    상기 빔포밍 벡터에 기초하여 하나의 빔(beam)을 통해 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2로 서로 다른 파일을 동시에 제공하는 것
    을 특징으로 하는 기지국.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 서로 다른 파일은 빔포밍 시스템에 마련된 다중 안테나에 형성된 상기 하나의 빔(beam)을 통해 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2로 동시에 제공되는 것
    을 특징으로 하는 기지국.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 하나의 빔(beam)을 통해 서로 다른 파일을 제공받는 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2 각각은, 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2 각각에 해당하는 전송률 중 가장 작은 전송률로 파일을 제공받는 것을 특징으로 하는 기지국.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 사용자 단말들 각각은 빔포밍 시스템에서 제공하는 복수의 파일들 중 기정의된 일정 개수의 파일들을 캐시 메모리에 미리 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 기지국.
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