KR101935648B1 - Method and Device for Determining SNR loss rate and Designing Precoder Considering Desired PAR - Google Patents

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KR101935648B1 KR1020170012923A KR20170012923A KR101935648B1 KR 101935648 B1 KR101935648 B1 KR 101935648B1 KR 1020170012923 A KR1020170012923 A KR 1020170012923A KR 20170012923 A KR20170012923 A KR 20170012923A KR 101935648 B1 KR101935648 B1 KR 101935648B1
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Abstract

목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법 및 장치가 개시된다. 개시된 방법은, 추정된 채널을 이용하여 수신기들로 유효하게 전송되는 빔과 연관된 유효 전력 프리코더 및 영 공간으로 전송되는 빔과 연관된 영 공간 프리코더를 설계하는 단계(a); 상기 유효 전력 프리코더에 적용될 SNR 손실율 및 상기 영 공간 프리코더에 적용될 영 공간 파워 조절 매트릭스를 결정하여 통합 프리코더를 설계하는 단계(b); 및 상기 SNR 손실율에 기초하여 각 수신기별로 적용될 SNR 손실율을 결정하는 단계(c)를 포함하되, 상기 SNR 손실율 및 영 공간 파워 조절 매트릭스는 목표 PAR을 고정한 상태에서 SNR 손실율이 최소화되도록 컨벡스 최적화를 통해 결정하며, 상기 수신기별로 적용될 SNR 손실율은 각 수신기와의 채널 품질 정보 및 각 수신기에 요구되는 QoS를 이용하여 결정된다. 개시된 발명에 의하면, 다중 안테나 시스템에서 목표 PAR을 만족시키면서 SNR 손실율을 최소화할 수 있는 장점이 있다.A method and apparatus for SNR loss rate determination and precoder design considering a target PAR are disclosed. The disclosed method includes: (a) designing a null-space precoder associated with a beam to be transmitted in a null space and a real power precoder associated with a beam that is effectively transmitted to receivers using an estimated channel; (B) designing an integrated precoder by determining an SNR loss factor to be applied to the active power precoder and a null space power adjustment matrix to be applied to the null space precoder; And (c) determining an SNR loss rate to be applied to each receiver based on the SNR loss rate, wherein the SNR loss ratio and the null space power adjustment matrix are determined through convex optimization so that the SNR loss rate is minimized while the target PAR is fixed And an SNR loss rate to be applied to each receiver is determined using channel quality information with each receiver and QoS required for each receiver. According to the disclosed invention, there is an advantage that the SNR loss rate can be minimized while satisfying the target PAR in the multi-antenna system.

Description

목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법 및 장치{Method and Device for Determining SNR loss rate and Designing Precoder Considering Desired PAR}Field of the Invention [0001] The present invention relates to SNR loss rate determination and pre-coder design method and apparatus considering target PAR,

본 발명의 실시예들은 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법 및 장치에 관한 것이다. Embodiments of the present invention are directed to a method and apparatus for SNR loss rate determination and precoder design that takes into account a target PAR.

차세대 5G 이동통신 시스템의 웨이브폼(Waveform) 기술로서 복잡도는 비교적 높지만 주파수 효율이 좋은 FBMC, GFDM, UFMC등의 기법들이 논의되고 있고, Q-OFDM과 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 같이 현재 사용되고 있는 OFDM 기반의 기법 또한 활발하게 논의되고 있다. 하지만 OFDM 방식은 첨두 전력 대비 평균 소모전력 비율이 (peak-to-average power ratio, 이하 PAR) 높아서 전력 증폭기의 선형 동작 구간이 (dynamic range) 충분하게 보장되지 않으면 비선형 신호 왜곡이 발생한다. As a waveform technology of the next generation 5G mobile communication system, techniques such as FBMC, GFDM and UFMC which have relatively high complexity but high frequency efficiency are being discussed, and OFDM-based (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Is also being actively discussed. However, in the OFDM scheme, nonlinear signal distortion occurs if the dynamic range of the power amplifier is not sufficiently ensured because the peak-to-average power ratio (PAR) is high.

현재 OFDM에서 PAR을 감소시키는 기술에 대해서 활발하게 연구 개발이 진행되고 있으며, 이들 기술을 크게 비선형 방식과 선형 방식으로 나눌 수 있다. 비선형 방식에는 clipping 기법, clipping & filtering 기법, peak windowing, peak cancellation 기법 등이 있으며, 선형방식에는 SLM (Selective Mapping), PTS (Partial Transmit Sequence), peak windowing 등이 있다.Currently, research and development is underway on technologies to reduce PAR in OFDM, and these technologies can be largely divided into nonlinear and linear methods. Nonlinear methods include clipping, clipping & filtering, peak windowing, and peak cancellation. Linear methods include Selective Mapping (SLM), Partial Transmit Sequence (PTS), and peak windowing.

Clipping 기법은 기본적으로 구현이 용이하고 하드웨어 복잡도가 매우 낮다는 장점이 있으나, 비선형 왜곡(nonlinear distortion)이 발생하는 문제점이 있다. 이 비선형 왜곡에 의해 OFDM 신호의 대역내(in-band)에서는 EVM(Error Vector Magnitude) 성능 열화가 발생하며, 대역외(out-band)에서는 인접대역에 대한 대역외 송출(out-band emission)이 증가하여 스펙트럼(spectrum) 성능이 열화된다.The clipping technique is basically easy to implement and has a low hardware complexity. However, there is a problem that nonlinear distortion occurs. This nonlinear distortion causes EVM (Error Vector Magnitude) deterioration at the in-band of the OFDM signal and out-band emission for the adjacent band at the out-band And the spectrum performance deteriorates.

Clipping 기법 이외에도 SLM(selective mapping), PTS(Partial Transmit Sequence), tone reservation 등의 기법이 존재하나 이러한 방법들도 선형 왜곡이 발생하고 많은 복잡도를 가지며 공간적 자원을 적절히 활용하지 못하는 문제점이 있었다.In addition to the clipping technique, techniques such as SLM (selective mapping), PTS (partial transmit sequence), and tone reservation techniques exist. However, these methods also have a problem in that linear distortion occurs, has a large complexity, and can not appropriately utilize spatial resources.

한편, 송신기에 탑재된 전력 증폭기의 스펙에 따라서 필요한 백-오프(back-off)를 감안하여 전력 자원을 사용함으로써 비선형 신호 왜곡 현상을 피할 수 있다. 그러나, 이러한 방식은 송신 커버리지를 크게 감소시키는 주된 요인이 될 수 있다.On the other hand, nonlinear signal distortion can be avoided by using power resources in consideration of necessary back-off according to the specifications of the power amplifier mounted on the transmitter. However, this approach can be a major factor in greatly reducing transmit coverage.

또한, 효과적인 고용량 데이터 전송을 위해서, 저지연/초고속 데이터 송수신 기법에서도 다중안테나(multiple input multiple output, 이하 MIMO)를 활용한 데이터 송수신 방식이 사용될 개연성이 높다. 그러나, OFDM 시스템에 MIMO 프리코딩 기법이 적용되면 PAR 성능이 더욱 악화되는 단점이 있다.  Also, for effective high capacity data transmission, it is highly probable that a data transmission / reception method using multiple input multiple output (MIMO) is also used in a low delay / ultra high speed data transmission / reception technique. However, if the MIMO precoding scheme is applied to the OFDM system, the PAR performance becomes worse.

본 발명은 목표 PAR을 만족시키면서 다중 안테나 시스템에 적용 가능한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법 및 장치를 제안한다. The present invention proposes a SNR loss rate determination and precoder design method and apparatus applicable to a multi-antenna system while satisfying a target PAR.

본 발명의 일 측면에 따르면, 추정된 채널을 이용하여 수신기들로 유효하게 전송되는 빔과 연관된 유효 전력 프리코더 및 영 공간으로 전송되는 빔과 연관된 영 공간 프리코더를 설계하는 단계(a); 상기 유효 전력 프리코더에 적용될 SNR 손실율 및 상기 영 공간 프리코더에 적용될 영 공간 파워 조절 매트릭스를 결정하여 통합 프리코더를 설계하는 단계(b); 및 상기 SNR 손실율에 기초하여 각 수신기별로 적용될 SNR 손실율을 결정하는 단계(c)를 포함하되, 상기 SNR 손실율 및 영 공간 파워 조절 매트릭스는 목표 PAR을 고정한 상태에서 SNR 손실율이 최소화되도록 컨벡스 최적화를 통해 결정하며, 상기 수신기별로 적용될 SNR 손실율은 각 수신기와의 채널 품질 정보 및 각 수신기에 요구되는 QoS를 이용하여 결정되는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method comprising: (a) designing a null-space precoder associated with a beam to be transmitted in a null space and a real power precoder associated with a beam that is effectively transmitted to receivers using an estimated channel; (B) designing an integrated precoder by determining an SNR loss factor to be applied to the active power precoder and a null space power adjustment matrix to be applied to the null space precoder; And (c) determining an SNR loss rate to be applied to each receiver based on the SNR loss rate, wherein the SNR loss ratio and the null space power adjustment matrix are determined through convex optimization so that the SNR loss rate is minimized while the target PAR is fixed And an SNR loss rate to be applied to each receiver is determined based on channel quality information of each receiver and a target PAR determined using QoS required for each receiver.

상기 SNR 손실율(

Figure 112017009626690-pat00001
) 및 영 공간 파워 조절 매트릭스는 다음의 컨벡스 최적화를 통해 결정된다. The SNR loss rate (
Figure 112017009626690-pat00001
) And the null space power control matrix are determined by the following convex optimization.

Figure 112017009626690-pat00002
Figure 112017009626690-pat00002

위 수학식에서, t는 영 공간 파워 조절 매트릭스 T를 구성하는 벡터이고, d는 데이터 스트림을 의미하며, K는 총 서브 캐리어의 수를 의미함.

Figure 112017009626690-pat00003
는 역 푸리에 변환 행렬을 의미함.In the above equation, t is a vector constituting the space power modulation matrix T, d is a data stream, and K is the total number of subcarriers.
Figure 112017009626690-pat00003
Denotes an inverse Fourier transform matrix.

상기 단계(c)는 채널 품질이 양호하고 요구되는 QoS가 낮은 수신기에 상대적으로 낮은 SNR 손실율을 적용하고 채널 품질이 양호하지 않고 요구되는 QoS가 높은 수신기에 대해 상대적으로 높은 SNR 손실율을 적용한다. The step (c) applies a relatively low SNR loss rate to a receiver with a good channel quality and a low required QoS and applies a relatively high SNR loss rate to a receiver with a bad channel quality and a high required QoS.

상기 유효 전력 프리코더(

Figure 112017009626690-pat00004
)는 상기 추정된 채널에 대한 SVD에 의해 획득되는 매트릭스
Figure 112017009626690-pat00005
Figure 112017009626690-pat00006
를 이용하여 다음의 수학식과 같이 설계된다. The active power precoder (
Figure 112017009626690-pat00004
) Is a matrix obtained by SVD for the estimated channel
Figure 112017009626690-pat00005
And
Figure 112017009626690-pat00006
Is designed using the following equation.

Figure 112017009626690-pat00007
Figure 112017009626690-pat00007

위 수학식에서, 아래첨자 k는 서브 캐리어를 나타내는 인덱스이고, 위 첨자 j는 수신기를 나타내는 인덱스임. In the above equation, the subscript k is an index representing a subcarrier, and the subscript j is an index representing a receiver.

상기 영 공간 프리코더(

Figure 112017009626690-pat00008
)는
Figure 112017009626690-pat00009
의 영 공간을 생성하는 기저벡터 들 중 cj개의 기저벡터로 이루어진 일열 매트릭스인
Figure 112017009626690-pat00010
와 상기 추정된 채널에 대한 SVD에 의해 획득되는 매트릭스
Figure 112017009626690-pat00011
를 이용하여 다음의 수학식과 같이 설계된다. The zero space pre-coder (
Figure 112017009626690-pat00008
)
Figure 112017009626690-pat00009
Of the base vectors generating the null space of c j
Figure 112017009626690-pat00010
And a matrix obtained by the SVD for the estimated channel
Figure 112017009626690-pat00011
Is designed using the following equation.

Figure 112017009626690-pat00012
Figure 112017009626690-pat00012

위 수학식에서, R은 수신기의 수신 필터를 의미하고, H는 추정된 채널을 의미하며, 위첨자 j는 수신기 인덱스를 의미하고, 아래첨자 k는 서브캐리어 인덱스를 의미함. In the above equation, R denotes a reception filter of a receiver, H denotes an estimated channel, a superscript j denotes a receiver index, and a subscript k denotes a subcarrier index.

상기 결정된 SNR 손실율 및 영 공간 파워 조절 매트릭스 T가 적용된 통합 프리코더(F)는 다음의 수학식과 같이 설계된다. The integrated precoder (F) to which the determined SNR loss rate and the null space power adjustment matrix T are applied is designed according to the following equation.

Figure 112017009626690-pat00013
Figure 112017009626690-pat00013

위 수학식에서,

Figure 112017009626690-pat00014
는 유효 전력 프리코더를 의미하고,
Figure 112017009626690-pat00015
는 영 공간 프리코더를 의미함. In the above equation,
Figure 112017009626690-pat00014
Quot; means an active power precoder,
Figure 112017009626690-pat00015
Means a zero-space precoder.

상기 SNR 손실율(

Figure 112017009626690-pat00016
) 및 영 공간 파워 조절 매트릭스는 다음의 추가적인 조건을 고려하여 컨벡스 최적화를 통해 결정된다. The SNR loss rate (
Figure 112017009626690-pat00016
) And the zero space power control matrix are determined through the convex optimization taking into account the following additional conditions.

Figure 112017009626690-pat00017
Figure 112017009626690-pat00017

위 수학식에서,

Figure 112017009626690-pat00018
는 역 푸리에 변환 행렬을 의미하고,
Figure 112017009626690-pat00019
Figure 112017009626690-pat00020
를 만족하는
Figure 112017009626690-pat00021
를 원소로 하는 대각 매트릭스이고, M은 송신기의 안테나 수이며,
Figure 112017009626690-pat00022
는 목표 PAR을 의미하고,
Figure 112017009626690-pat00023
는 심볼의 송신 전력을 의미하며, t는 영 공간 파워 조절 매트릭스를 구성하는 벡터이며, b는 다음의 수학식과 같이 정의되며, In the above equation,
Figure 112017009626690-pat00018
Denotes an inverse Fourier transform matrix,
Figure 112017009626690-pat00019
The
Figure 112017009626690-pat00020
Satisfy
Figure 112017009626690-pat00021
Where M is the number of antennas of the transmitter,
Figure 112017009626690-pat00022
Means the target PAR,
Figure 112017009626690-pat00023
T denotes a transmission power of a symbol, t denotes a vector constituting a zero space power control matrix, b denotes a following equation,

Figure 112017009626690-pat00024
Figure 112017009626690-pat00024

Figure 112017009626690-pat00025
Figure 112017009626690-pat00026
는 추정된 채널에 대한 SVD를 이용하여 획득되는 매트릭스이고,
Figure 112017009626690-pat00027
는 송신 신호 벡터임.
Figure 112017009626690-pat00025
And
Figure 112017009626690-pat00026
Is a matrix obtained using the SVD for the estimated channel,
Figure 112017009626690-pat00027
Is a transmission signal vector.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 추정된 채널을 이용하여 수신기들로 유효하게 전송되는 빔과 연관된 유효 전력 프리코더를 설계하는 유효 전력 프리코더 설계부; 영 공간으로 전송되는 빔과 연관된 영 공간 프리코더를 설계하는 영 공간 프리코더 설계부; 상기 유효 전력 프리코더에 적용될 SNR 손실율 및 상기 영 공간 프리코더에 적용될 영 공간 파워 조절 매트릭스를 결정하여 통합 프리코더를 설계하는 통합 프리코더 설계부; 및 상기 SNR 손실율에 기초하여 각 수신기별로 적용될 SNR 손실율을 결정하는 수신기별 SNR 손실율 결정부를 포함하되, 상기 SNR 손실율 및 영 공간 파워 조절 매트릭스는 목표 PAR을 고정한 상태에서 SNR 손실율이 최소화되도록 컨벡스 최적화를 통해 결정하며, 상기 수신기별로 적용될 SNR 손실율은 각 수신기와의 채널 품질 정보 및 각 수신기에 요구되는 QoS를 이용하여 결정되는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 장치가 제공된다. According to another aspect of the present invention there is provided an active power precoder comprising: a real power precoder designing unit for designating a real power precoder associated with a beam that is effectively transmitted to receivers using an estimated channel; A zero space pre-coder designing a zero space pre-coder associated with the beam transmitted to the zero space; An integrated precoder designing unit for designating an integrated precoder by determining an SNR loss rate to be applied to the active power precoder and a null space power adjustment matrix to be applied to the null space precoder; And an SNR loss rate determination unit for each receiver that determines an SNR loss rate to be applied to each receiver based on the SNR loss rate, wherein the SNR loss rate and the null space power adjustment matrix are determined by performing convex optimization so that the SNR loss rate is minimized while the target PAR is fixed And an SNR loss rate to be applied to each receiver is determined based on channel quality information of each receiver and a target PAR determined using QoS required for each receiver.

본 발명에 의하면, 다중 안테나 시스템에서 목표 PAR을 만족시키면서 SNR 손실율을 최소화할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage that the SNR loss rate can be minimized while satisfying the target PAR in the multi-antenna system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법이 적용되는 다중 사용자 MIMO OFDM 시스템의 구조를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 PAR을 고려한 프리코더 및 SNR 손실율 설정 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명에서 전제하는 통합 프리코더의 개념적 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 및 프리코더 설계 장치의 구조를 도시한 블록도.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a structure of a multi-user MIMO-OFDM system to which an SNR loss rate determination and precoder design method considering a target PAR according to an embodiment of the present invention is applied.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method and apparatus for setting a precoder and an SNR loss rate,
FIG. 3 is a conceptual structure of an integrated precoder according to the present invention; FIG.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a structure of an SNR loss rate and precoder designing apparatus considering a target PAR according to an embodiment of the present invention; FIG.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법이 적용되는 다중 사용자 MIMO OFDM 시스템의 구조를 도시한 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a structure of a multi-user MIMO-OFDM system to which an SNR loss rate determination and precoder design method considering a target PAR according to an embodiment of the present invention is applied.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법이 적용되는 통신 시스템은 다수(M개)의 안테나를 가지는 하나의 송신기 및 다수(N개)의 안테나를 가지는 다수(J개)의 수신기를 포함한다. 이때,

Figure 112017009626690-pat00028
인 경우,
Figure 112017009626690-pat00029
이고,
Figure 112017009626690-pat00030
이면,
Figure 112017009626690-pat00031
의 관계를 가질 수 있다. 1, a communication system to which a method according to an embodiment of the present invention is applied includes a transmitter having a plurality of (M) antennas and a plurality (J) of receivers having a plurality of (N) . At this time,
Figure 112017009626690-pat00028
Quot;
Figure 112017009626690-pat00029
ego,
Figure 112017009626690-pat00030
If so,
Figure 112017009626690-pat00031
. ≪ / RTI >

송신 안테나별로 IDFT(Inverse Fourier Transform) 변환이 이루어지고, IDFT 변환 후 송신 안테나별로 P/S 변환 및 CP(Cyclic Prefix) 추가 작업이 이루어진다. Inverse Fourier Transform (IDFT) conversion is performed for each transmit antenna, and P / S conversion and CP (Cyclic Prefix) addition are performed for each transmit antenna after IDFT conversion.

또한 수신기별로 S/P 변환 및 CP 제거 작업이 이루어지며, CP가 제거된 신호에 대해 DFT(Discrete Fourier Transform) 변환이 이루어진다. 송신기와 수신기 사이에는 추정된 채널 정보를 피드백하는 피드백 채널이 존재한다. In addition, S / P conversion and CP removal are performed for each receiver, and DFT (Discrete Fourier Transform) conversion is performed on the signal from which the CP is removed. There is a feedback channel between the transmitter and the receiver that feeds back the estimated channel information.

송신기는

Figure 112017009626690-pat00032
개의 데이터 스트림이 실려 있는 신호 벡터
Figure 112017009626690-pat00033
를 k번째 부반송파를 통해 j번째 수신기에 전송한다. 여기서 신호벡터
Figure 112017009626690-pat00034
는 QAM 변조 신호를 포함할 수 있다. 이때,
Figure 112017009626690-pat00035
을 만족한다. 여기서, k는 서브 캐리어를 의미하는 인덱스이고, j는 수신기를 의미하는 인덱스이다. The transmitter
Figure 112017009626690-pat00032
Signal vectors carrying data streams
Figure 112017009626690-pat00033
To the jth receiver through the kth subcarrier. Here,
Figure 112017009626690-pat00034
May comprise a QAM modulated signal. At this time,
Figure 112017009626690-pat00035
. Here, k is an index indicating a subcarrier, and j is an index indicating a receiver.

Figure 112017009626690-pat00036
는 송신기와 j번째 수신기 사이의 채널 매트릭스로 정의된다. 또한, j번째 수신기를 위한 k번째 서브캐리어의 프리코딩 매트릭스는
Figure 112017009626690-pat00037
로 정의되고, k번째 서브케리어의 j번째 수신기의 수신 필터는
Figure 112017009626690-pat00038
로 정의되며, 잡음 벡터는
Figure 112017009626690-pat00039
으로 정의된다.
Figure 112017009626690-pat00036
Is defined as the channel matrix between the transmitter and the jth receiver. Further, the precoding matrix of the k < th > subcarrier for the j < th &
Figure 112017009626690-pat00037
, And the reception filter of the j < th > receiver of the k < th &
Figure 112017009626690-pat00038
, And the noise vector is defined as
Figure 112017009626690-pat00039
.

j번째 수신기의 서브 캐리어별 수신 신호는 다음의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다. The reception signal for each subcarrier of the j-th receiver can be defined as Equation (1).

Figure 112017009626690-pat00040
Figure 112017009626690-pat00040

한편, 서브 캐리어별 신호벡터

Figure 112017009626690-pat00041
Figure 112017009626690-pat00042
와 같이 정의될 수 있으며, 이는 각 수신기별 QAM 신호의 집합으로 정의될 수 있을 것이다. 또한, 서브 캐리어별 프리코더
Figure 112017009626690-pat00043
Figure 112017009626690-pat00044
로 정의될 수 있으며, 이는 각 서브캐리어에 대한 프리코딩 매트릭스들의 집합으로 정의될 수 있을 것이다. 각 신호벡터에 프리코더가 적용되므로, 안테나를 통해 송신되는 신호는
Figure 112017009626690-pat00045
로 정의될 수 있을 것이다. 본 실시예에서는 모든
Figure 112017009626690-pat00046
에 대해
Figure 112017009626690-pat00047
를 만족한다는 것을 가정한다. On the other hand, the subcarrier-
Figure 112017009626690-pat00041
The
Figure 112017009626690-pat00042
, Which may be defined as a set of QAM signals for each receiver. Further, the subcarrier-
Figure 112017009626690-pat00043
The
Figure 112017009626690-pat00044
, Which may be defined as a set of precoding matrices for each subcarrier. Since the precoder is applied to each signal vector, the signal transmitted through the antenna is
Figure 112017009626690-pat00045
. In this embodiment,
Figure 112017009626690-pat00046
About
Figure 112017009626690-pat00047
≪ / RTI >

여기서, I는 아이덴터티 매트릭스이고 Ps는 송신 심볼의 전력을 의미한다. Here, I is the identity matrix and Ps is the power of the transmission symbol.

모든 서브 캐리어에 대해 하나의 벡터 또는 행렬로 표현하기 위해

Figure 112017009626690-pat00048
Figure 112017009626690-pat00049
Figure 112017009626690-pat00050
로 정의한다. To represent one vector or matrix for all subcarriers
Figure 112017009626690-pat00048
Wow
Figure 112017009626690-pat00049
And
Figure 112017009626690-pat00050
.

벡터

Figure 112017009626690-pat00051
의 모든 원소들은 그림 1의 재배열 블록(reordering block)에서 일대일 대응 행렬
Figure 112017009626690-pat00052
를 통해서 다음과 같이 M개의 송신 안테나를 통해서 전송된다.
Figure 112017009626690-pat00053
.
Figure 112017009626690-pat00054
는 i번째 안테나를 통해서 전송되는 주파수 축 신호를 의미하고, 이에 상응하는 시간 축 신호 벡터를
Figure 112017009626690-pat00055
으로 나타낸다. 이때,
Figure 112017009626690-pat00056
이다.
Figure 112017009626690-pat00057
는 역 푸리에 변환 행렬이고, 블록 대각행렬
Figure 112017009626690-pat00058
를 구성한다.vector
Figure 112017009626690-pat00051
All the elements of the reordering block of Fig.
Figure 112017009626690-pat00052
Through M transmit antennas as follows.
Figure 112017009626690-pat00053
.
Figure 112017009626690-pat00054
Denotes a frequency-axis signal transmitted through an i-th antenna, and a corresponding time-axis signal vector
Figure 112017009626690-pat00055
Respectively. At this time,
Figure 112017009626690-pat00056
to be.
Figure 112017009626690-pat00057
Is an inverse Fourier transform matrix, and a block diagonal matrix
Figure 112017009626690-pat00058
.

PAR은 평균 파워와 최대 파워의 비를 나타내는 지표로서, PAR이 클 경우 파워 앰프의 선형 증폭 구간을 벗어나는 문제로 인해 신호의 왜곡이 발생할 수 있다. PAR is an index indicating the ratio of the average power to the maximum power. When the PAR is large, the distortion of the signal may occur due to a problem of deviating from the linear amplification section of the power amplifier.

송신기의 i번째 안테나에서 전송되는 신호에 대한 PAR은 다음의 수학식 2와 같이 정의될 수 있다. The PAR for the signal transmitted from the i < th > antenna of the transmitter can be defined as Equation (2).

Figure 112017009626690-pat00059
Figure 112017009626690-pat00059

한편, 송신기의 모든 안테나에 대한 PAR은 다음의 수학식 3과 같이 근사화될 수 있으며, 수학식 3의 근사화는

Figure 112017009626690-pat00060
, 즉 재배열 블록의 일대일 대응 매트릭스가 아이덴터티(Identity) 매트릭스라고 가정한 것이다. On the other hand, the PAR for all antennas of the transmitter can be approximated as shown in Equation (3), and the approximation of Equation
Figure 112017009626690-pat00060
, That is, a one-to-one correspondence matrix of the rearrangement block is an identity matrix.

Figure 112017009626690-pat00061
Figure 112017009626690-pat00061

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 PAR을 고려한 프리코더 및 SNR 손실율 설정 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating an overall flow of a precoder and an SNR loss rate setting method considering a target PAR according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 통합 프리코더를 위한 우선 유효 전력 프리코더와 영공간 프리코더를 설계한다(단계 200). 여기서 통합 프리코더는 모든 사용자 및 서브 캐리어에 대한 프리코더를 의미한다. Referring to FIG. 2, a first active power precoder and a null space pre-coder for an integrated precoder are designed (step 200). Here, the integrated precoder means a precoder for all users and subcarriers.

본 실시예에서는 본 발명의 발명자에 의해 제안된 프리코더의 사용이 전제된다, 본 발명에서 전제하는 프리코더에 대한 보다 상세한 내용은 본 발명의 발명자의 특허인 등록특허 제10-1500882호에 상세히 기술되어 있으며, 해당 특허의 내용은 본 발명의 이해를 위해 참조될 수 있을 것이다. In the present embodiment, the use of the precoder proposed by the inventor of the present invention is presupposed. Further details of the precoder according to the present invention are described in detail in the Patent No. 10-1500882 of the inventor of the present invention And the contents of the patent may be referred to for the understanding of the present invention.

도 3은 본 발명에서 전제하는 통합 프리코더의 개념적 구조를 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a conceptual structure of an integrated precoder according to the present invention.

본 발명자에 의해 제안된 통합 프리코더는 PAR 조절을 위해 목표 수신기로 전달되는 빔에 대한 유효 전력 프리코더(300)와 영 공간으로 빔을 송신하기 위한 영공간(Null Space) 프리코더(310)의 합으로 이루어진다. The integrated precoder proposed by the present inventor includes an active power precoder 300 for the beam delivered to the target receiver for PAR control and a null space precoder 310 for transmitting the beam in the null space .

유효 전력 프리코더(300)에는 향후 결정하게 되는 SNR 손실율(1-

Figure 112017009626690-pat00062
) 중
Figure 112017009626690-pat00063
에 해당되는 유효 전력비가 적용되고, 영공간 프리코더(310)에는 향후 결정하게 되는 영공간 파워 조절 매트릭스가 적용된다. 여기서 영공간(Null Space)는 수신기들에 간섭을 미치지 않는 공간을 의미한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리코더는 유효 전력의 빔을 수신기를 향해 전송하도록 하고 일부의 빔에 대해서는 간섭이 없는 영 공간으로 전송하도록 빔포밍을 수행하는 것이다. In the active power precoder 300, the SNR loss rate (1-
Figure 112017009626690-pat00062
) Of
Figure 112017009626690-pat00063
And the zero space power control matrix to be determined in future is applied to the null space precoder 310. [ Here, the null space means a space that does not interfere with the receivers. That is, the precoder according to an embodiment of the present invention performs beamforming so as to transmit a beam of active power toward a receiver and transmit the beam to a zero space free of interference for some beams.

본 실시예에서 유효 전력 프리코더(300)는

Figure 112017009626690-pat00064
로 정의하고 영공간 프리코더(310)는
Figure 112017009626690-pat00065
로 정의한다. 본 발명의 통합 프리코더는 다음의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. In this embodiment, the active power precoder 300
Figure 112017009626690-pat00064
And the null space precoder 310 defines
Figure 112017009626690-pat00065
. The integrated precoder of the present invention can be expressed as the following Equation (4).

Figure 112017009626690-pat00066
Figure 112017009626690-pat00066

유효 전력 프리코더(

Figure 112017009626690-pat00067
)에 곱해지는
Figure 112017009626690-pat00068
는 유효 전력비에 해당되며, SNR 손실율은 (1-
Figure 112017009626690-pat00069
)로 표현할 수 있다. 영공간 프리코더(
Figure 112017009626690-pat00070
)에 곱해지는 T는 영공간으로의 파워 조절 매트릭스이다. 영공간으로의 파워 조절을 위한 변수 매트릭스인 T는 특정 서브캐리어(k)에 대해
Figure 112017009626690-pat00071
로 정의될 수 있다. Active power precoder (
Figure 112017009626690-pat00067
)
Figure 112017009626690-pat00068
Corresponds to the effective power ratio, and the SNR loss rate corresponds to (1-
Figure 112017009626690-pat00069
). Young Space PreCoder (
Figure 112017009626690-pat00070
) Is the power control matrix to the null space. T, which is a variable matrix for power adjustment to the null space, is defined for a particular subcarrier (k)
Figure 112017009626690-pat00071
. ≪ / RTI >

유효 전력 프리코더(300)는 추정되는 채널 정보를 이용하여 설계한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 추정된 채널을 SVD(Singular Value Decomposition)로 표현한다. The active power precoder 300 designes using the estimated channel information. According to a preferred embodiment of the present invention, the estimated channel is represented by SVD (Singular Value Decomposition).

SVD에 의해 채널을 표현할 경우 채널의 영공간을 생성하는 기저벡터들에 대한 열벡터로 이루어지는 매트릭스

Figure 112017009626690-pat00072
가 정의된다.
Figure 112017009626690-pat00073
매트릭스는 유효 채널인
Figure 112017009626690-pat00074
의 최대 고유값(Eigen value) 방향의 벡터들로 이루어진다.
Figure 112017009626690-pat00075
역시 SVD를 통해 획득되는 매트릭스이다.
Figure 112017009626690-pat00076
와 관계가 성립할 때,
Figure 112017009626690-pat00077
Figure 112017009626690-pat00078
의 처음
Figure 112017009626690-pat00079
개의 열벡터로 이루어지는 매트릭스로 정의될 수 있을 것이다. A matrix consisting of column vectors for basis vectors that produce the null space of a channel when representing a channel by SVD
Figure 112017009626690-pat00072
Is defined.
Figure 112017009626690-pat00073
The matrix is the effective channel
Figure 112017009626690-pat00074
And a vector in the direction of the maximum eigenvalue.
Figure 112017009626690-pat00075
It is also a matrix obtained through SVD.
Figure 112017009626690-pat00076
When the relationship is established,
Figure 112017009626690-pat00077
The
Figure 112017009626690-pat00078
The beginning of
Figure 112017009626690-pat00079
Lt; RTI ID = 0.0 > matrix. ≪ / RTI >

정의된

Figure 112017009626690-pat00080
Figure 112017009626690-pat00081
를 이용하여 사용자(j)별 유효 전력 프리코딩 매트릭스는
Figure 112017009626690-pat00082
로 정의되며, 유효 전력 프리코더는 다음의 수학식 5와 같이 정의된다. Defined
Figure 112017009626690-pat00080
And
Figure 112017009626690-pat00081
Lt; RTI ID = 0.0 > (j) < / RTI >
Figure 112017009626690-pat00082
, And the active power precoder is defined by the following Equation (5).

Figure 112017009626690-pat00083
Figure 112017009626690-pat00083

편, 영 공간 프리코더의 설계를 위해

Figure 112017009626690-pat00084
의 영 공간을 생성하는 기저벡터 들 중 cj개의 기저벡터로 이루어진 일열 매트릭스인
Figure 112017009626690-pat00085
를 정의한다. For the design of a binary, zero-space precoder
Figure 112017009626690-pat00084
Of the base vectors generating the null space of c j
Figure 112017009626690-pat00085
.

영공간 프리코더를 구성하는 수신기(j)별 영 공간 프리코딩 매트릭스는

Figure 112017009626690-pat00086
로 정의되며, 영 공간 프리코더는 다음의 수학식 6과 같이 정의된다. The null space precoding matrix for each receiver (j) constituting the null space precoder is
Figure 112017009626690-pat00086
And the null space precoder is defined as Equation (6).

Figure 112017009626690-pat00087
Figure 112017009626690-pat00087

이와 같이, 영 공간 프리코더 및 유효 전력 프리코더가 개별적으로 설계되면, 통합 프리코더에 적용할 SNR 손실율 (

Figure 112017009626690-pat00088
)와 영공간으로의 파워 조절을 위한 변수에 대한 매트릭스 T를 결정한다(단계 202). As such, if the null space precoder and the active power precoder are individually designed, the SNR loss rate to be applied to the integrated precoder
Figure 112017009626690-pat00088
And a matrix T for a variable for power adjustment to the null space (step 202).

서브 캐리어별 송신 신호 벡터(QAM 변조 신호에 프리코더가 적용된 신호)를

Figure 112017009626690-pat00089
라고 할 때,
Figure 112017009626690-pat00090
의 관계가 성립한다. 컨벡스 최적화 문제를 구성하기 위해 하나의 매트릭스 또는 벡터로 표현하면 다음의 수학식 7 내지 수학식 9와 같이 표현될 수 있다. (A signal to which the precoder is applied to the QAM modulation signal)
Figure 112017009626690-pat00089
When you say,
Figure 112017009626690-pat00090
. In order to construct the convex optimization problem, a matrix or a vector may be expressed by the following equations (7) to (9).

Figure 112017009626690-pat00091
Figure 112017009626690-pat00091

Figure 112017009626690-pat00092
Figure 112017009626690-pat00092

Figure 112017009626690-pat00093
Figure 112017009626690-pat00093

위 수학식 9의 벡터 t는 설계에 의해 정해지는 변수인데, 수학식 3에서 정의한 PARL의 분모를 벡터 t에 대해 다음의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다. The vector t in Equation (9) is a variable determined by the design. The denominator of PAR L defined in Equation (3) can be expressed as Equation (10) with respect to the vector t.

Figure 112017009626690-pat00094
Figure 112017009626690-pat00094

그렇다면, PARL은 영공간으로의 파워 조절을 위한 변수에 대한 매트릭스 T의 원소인 벡터 t와

Figure 112017009626690-pat00095
에 대한 함수로 근사화될 수 있으며, 근사화된 PAR은 다음의 수학식 11과 같이 정의될 수 있다. Then PAR L is the vector t, which is the element of the matrix T for the variable for power adjustment to the null space
Figure 112017009626690-pat00095
, And the approximated PAR can be defined as: < EMI ID = 11.0 >

Figure 112017009626690-pat00096
Figure 112017009626690-pat00096

만일 SNR 손실율을 임의의 고정된 값으로 설정한다면, t의 가능한 범위는 컨벡스 공(Convex ball)로 정의될 수 있다. 이 경우, 근사화된 PAR은 다음의 수학식 12와 같이 정의될 수 있으며, 수학식 12는 SNR 손실율이 임의로 고정되고 K가 매우 큰 자연수임을 가정할 때 성립한다.If the SNR loss rate is set to any fixed value, the possible range of t can be defined as a convex ball. In this case, the approximated PAR can be defined by the following Equation (12), and Equation (12) holds when the SNR loss rate is arbitrarily fixed and K is a natural number which is very large.

Figure 112017009626690-pat00097
Figure 112017009626690-pat00097

요구되는 PAR 값을

Figure 112017009626690-pat00098
로 정의하고,
Figure 112017009626690-pat00099
로 설정하며, 선형 근사화를 통해
Figure 112017009626690-pat00100
를 고려한다. The required PAR value
Figure 112017009626690-pat00098
Respectively,
Figure 112017009626690-pat00099
, And by linear approximation
Figure 112017009626690-pat00100
.

이와 같이, 요구되는 PAR 값을 고정한 상태에서, 수신 SNR 손실을 최소화하기 위한 SNR 손실율 (1-

Figure 112017009626690-pat00101
) 및 영공간으로의 파워 조절 매트릭스인 T를 구하기 위한 컨벡스 최적화는 다음의 수학식 13과 같이 정의될 수 있다. In this way, in a state in which the required PAR value is fixed, the SNR loss rate (1-
Figure 112017009626690-pat00101
) And the power control matrix T for the null space can be defined as Equation (13). &Quot; (13) "

Figure 112017009626690-pat00102
Figure 112017009626690-pat00102

결국, 수신 SNR 손실율 (1-

Figure 112017009626690-pat00103
)을 최소화하면서 영 공간으로의 파워 조절 매트릭스인 T를 구성하는 벡터 t에 대해
Figure 112017009626690-pat00104
의 구속 조건 및
Figure 112017009626690-pat00105
구속 조건 하에서 목표 PAR을 만족하면서 최소화된 수신 SNR 손실율 (1-
Figure 112017009626690-pat00106
)을 컨벡츠 최적화를 통해 구하는 것이다. As a result, the received SNR loss rate (1-
Figure 112017009626690-pat00103
) For the vector t constituting the power control matrix T for the null space
Figure 112017009626690-pat00104
And
Figure 112017009626690-pat00105
Under constrained conditions, the received SNR loss rate (1-
Figure 112017009626690-pat00106
) Through context optimization.

위 수학식 13의 최적화 문제를 풀기 위해, infeasible path-following method와 같은 내부 점 선형 계획법(Interior Point Method) 기법으로 최적에 가까운 해

Figure 112017009626690-pat00107
를 찾고
Figure 112017009626690-pat00108
Figure 112017009626690-pat00109
같이 분할하여 K개의 벡터를 찾는다. 모든 k에 대해 찾은 벡터
Figure 112017009626690-pat00110
를 이용하여 서브 캐리어별 영 공간으로의 파워 조절 매트릭스인
Figure 112017009626690-pat00111
를 획득한다. 모든 사용자에 대한 통합 프리코더는
Figure 112017009626690-pat00112
,
Figure 112017009626690-pat00113
의 블록 대각화를 통해 설계될 수 있을 것이다. 최종 설계되는 통합 프리코더는 수학식 4에 정의되어 있다. In order to solve the optimization problem of Equation (13), an interior point method (interior point method) such as an infeasible path-following method
Figure 112017009626690-pat00107
Looking for
Figure 112017009626690-pat00108
To
Figure 112017009626690-pat00109
Then, K vectors are searched. Vector found for all k
Figure 112017009626690-pat00110
The subcarrier-to-subspace power adjustment matrix < RTI ID = 0.0 >
Figure 112017009626690-pat00111
. An integrated precoder for all users
Figure 112017009626690-pat00112
,
Figure 112017009626690-pat00113
It can be designed through block diagonalization. The final designed integrated precoder is defined in Equation (4).

모든 사용자 및 서브캐리어에 대한 통합 프리코더에 적용될 SNR 손실율이 결정되면, 각 수신기에게 적용될 프리코더의 SNR 손실율을 결정한다(단계 204). 각 수신기에게 적용될 SNR 손실율은 통합 프리코더에서 각 수신기별 프리코더의 유효 전력 프리코더에 곱해지는 SNR 손실율이며, 각 수신기별 SNR 손실율의 합은 결정된 SNR 손실율에 비례한다. Once the SNR loss rate to be applied to the integrated precoder for all users and subcarriers is determined, the SNR loss rate of the precoder to be applied to each receiver is determined (step 204). The SNR loss rate to be applied to each receiver is the SNR loss rate multiplied by the effective power precoder of the precoder of each receiver in the integrated precoder and the sum of the SNR loss rates for each receiver is proportional to the determined SNR loss rate.

각 수신기에게 적용될 SNR 손실율은 송신기와 각 수신기와의 채널 품질 정보 및 각 수신기에 대해 요구되는 QoS에 의해 결정한다. 예를 들어, 특정 수신기의 채널 품질 정보가 양호하고 요구되는 QoS가 높지 않다면 해당 수신기에게 상대적으로 높은 SNR 손실율을 적용한다. 또한, 특정 수신기의 채널 품질 정보가 양호하지 않고 요구되는 QoS가 높다면, 해당 수신기에게 상대적으로 낮은 SNR 손실율을 적용한다. The SNR loss rate to be applied to each receiver is determined by the channel quality information of the transmitter and each receiver and the QoS required for each receiver. For example, if the channel quality information of a particular receiver is good and the required QoS is not high, a relatively high SNR loss rate is applied to the receiver. In addition, if the channel quality information of a particular receiver is not good and the required QoS is high, a relatively low SNR loss rate is applied to the receiver.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 및 프리코더 설계 장치의 구조를 도시한 블록도이다. 4 is a block diagram illustrating a structure of an SNR loss factor and precoder designing apparatus considering a target PAR according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SNR 손실율 및 프리코더 설계 장치는, 유효 전력 프리코더 설계부(400), 영 공간 프리코더 설계부(410), 통합 프리코더 설계부(420) 및 수신기별 SNR 손실율 결정부(430)를 포함한다. 4, the apparatus for designing an SNR loss rate and precoder according to an embodiment of the present invention includes an active power precoder design unit 400, a null space precoder design unit 410, an integrated precoder design unit 420, And an SNR loss rate determining unit 430.

유효 전력 프리코더 설계부(400)는 통합 프리코더 중 수신기들로의 유효 젼력과 연관된 유효 전력 프리코더를 설계한다. 앞서 설명한 바와 같이, 유효 전력 프리코더는 채널을 SVD로 표현한 매트릭스에 기초하여 결정되며, 수학식 5와 같이 설계된다. Active power precoder design section (400) designs active power precoder associated with effective power to receivers of integrated pre-coder. As described above, the effective power precoder is determined based on a matrix representing the channel by SVD, and is designed as shown in Equation (5).

영 공간 프리코더 설계부(410)는 통합 프리코더 중 영 공간으로의 빔과 연관된 프리코더인 영 공간 프리코더를 설계한다. 영 공간 프리코더는 채널을 SVD로 표현한 매트릭스와

Figure 112017009626690-pat00114
의 영 공간을 생성하는 기저벡터 들 중 cj개의 기저벡터로 이루어진 일열 매트릭스인
Figure 112017009626690-pat00115
를 이용하여 결정되며, 수학식 6과 같이 설계된다. The zero space pre-coder design section 410 designs a zero-space precoder which is a precoder associated with the beam into the null space of the integrated precoder. The zero-space precoder is a matrix of SVD channels
Figure 112017009626690-pat00114
Of the base vectors generating the null space of c j
Figure 112017009626690-pat00115
And is designed as shown in Equation (6).

통합 프리코더 설계부(420)는 유효 전력 프리코더에 적용될 SNR 손실율(1-

Figure 112017009626690-pat00116
)과 영 공간 프리코더에 적용될 영 공간 파워 조절 매트릭스(T)를 결정하여 수학식 4와 같이 통합 프리코더를 설계한다. The integrated precoder design section 420 calculates the SNR loss rate (1-
Figure 112017009626690-pat00116
) And a space power control matrix (T) to be applied to the null space precoder. The integrated precoder is designed as shown in Equation (4).

수신기별 SNR 손실율 결정부(430)는 결정된 통합 프리코더의 SNR 손실율에 기초하여 각 수신기별로 적용될 프리코더의 SNR 손실율을 결정한다. 앞서 설명한 바와 같이, 수신기별 SNR 손실율은 송신기 및 각 수신기의 채널 품질 정보 및 요구되는 QoS를 이용하여 결정할 수 있을 것이다. The receiver-specific SNR loss rate determination unit 430 determines the SNR loss rate of the precoder to be applied to each receiver based on the determined SNR loss rate of the integrated precoder. As described above, the SNR loss rate for each receiver can be determined using the channel quality information of the transmitter and each receiver and the required QoS.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (14)

추정된 채널을 이용하여 수신기들로 유효하게 전송되는 빔과 연관된 유효 전력 프리코더 및 영 공간으로 전송되는 빔과 연관된 영 공간 프리코더를 설계하는 단계(a);
상기 유효 전력 프리코더에 적용될 SNR 손실율 및 상기 영 공간 프리코더에 적용될 영 공간 파워 조절 매트릭스를 결정하여 통합 프리코더를 설계하는 단계(b); 및
상기 SNR 손실율에 기초하여 각 수신기별로 적용될 SNR 손실율을 결정하는 단계(c)를 포함하되,
상기 SNR 손실율 및 영 공간 파워 조절 매트릭스는 목표 PAR을 고정한 상태에서 SNR 손실율이 최소화되도록 컨벡스 최적화를 통해 결정하며,
상기 수신기별로 적용될 SNR 손실율은 각 수신기와의 채널 품질 정보 및 각 수신기에 요구되는 QoS를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법.
(A) designing a null-space precoder associated with a beam to be transmitted to the null space and a real power precoder associated with the beam that is effectively transmitted to the receivers using the estimated channel;
(B) designing an integrated precoder by determining an SNR loss factor to be applied to the active power precoder and a null space power adjustment matrix to be applied to the null space precoder; And
(C) determining an SNR loss rate to be applied to each receiver based on the SNR loss rate,
The SNR loss ratio and the null space power adjustment matrix are determined through the convex optimization so that the SNR loss rate is minimized while the target PAR is fixed,
Wherein the SNR loss rate to be applied to each receiver is determined using channel quality information with each receiver and a QoS required for each receiver, and the SNR loss rate determination and precoder designing method considering the target PAR.
제1항에 있어서,
상기 SNR 손실율(
Figure 112017009626690-pat00117
) 및 영 공간 파워 조절 매트릭스는 다음의 컨벡스 최적화를 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법.
Figure 112017009626690-pat00118

위 수학식에서, t는 영 공간 파워 조절 매트릭스 T를 구성하는 벡터이고, d는 데이터 스트림을 의미하며, K는 총 서브 캐리어의 수를 의미함.
Figure 112017009626690-pat00119
는 역 푸리에 변환 행렬을 의미함.
The method according to claim 1,
The SNR loss rate (
Figure 112017009626690-pat00117
) And the null space power control matrix are determined through the following convex optimization.
Figure 112017009626690-pat00118

In the above equation, t is a vector constituting the space power modulation matrix T, d is a data stream, and K is the total number of subcarriers.
Figure 112017009626690-pat00119
Denotes an inverse Fourier transform matrix.
제1항에 있어서,
상기 단계(c)는 채널 품질이 양호하고 요구되는 QoS가 낮은 수신기에 상대적으로 낮은 SNR 손실율을 적용하고 채널 품질이 양호하지 않고 요구되는 QoS가 높은 수신기에 대해 상대적으로 높은 SNR 손실율을 적용하는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법.
The method according to claim 1,
The step (c) is characterized by applying a relatively low SNR loss rate to a receiver having a good channel quality and a low required QoS, applying a relatively high SNR loss rate to a receiver having a poor channel quality and a high required QoS SNR loss rate and precoder design method considering target PAR.
제2항에 있어서,
상기 유효 전력 프리코더(
Figure 112017009626690-pat00120
)는 상기 추정된 채널에 대한 SVD에 의해 획득되는 매트릭스
Figure 112017009626690-pat00121
Figure 112017009626690-pat00122
를 이용하여 다음의 수학식과 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법.
Figure 112017009626690-pat00123

위 수학식에서, 아래첨자 k는 서브 캐리어를 나타내는 인덱스이고, 위 첨자 j는 수신기를 나타내는 인덱스임.
3. The method of claim 2,
The active power precoder (
Figure 112017009626690-pat00120
) Is a matrix obtained by SVD for the estimated channel
Figure 112017009626690-pat00121
And
Figure 112017009626690-pat00122
Wherein the SNR loss rate is calculated using Equation (1).
Figure 112017009626690-pat00123

In the above equation, the subscript k is an index representing a subcarrier, and the subscript j is an index representing a receiver.
제2항에 있어서,
상기 영 공간 프리코더(
Figure 112017009626690-pat00124
)는
Figure 112017009626690-pat00125
의 영 공간을 생성하는 기저벡터 들 중 cj개의 기저벡터로 이루어진 일열 매트릭스인
Figure 112017009626690-pat00126
와 상기 추정된 채널에 대한 SVD에 의해 획득되는 매트릭스
Figure 112017009626690-pat00127
를 이용하여 다음의 수학식과 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법.
Figure 112017009626690-pat00128

위 수학식에서, R은 수신기의 수신 필터를 의미하고, H는 추정된 채널을 의미하며, 위첨자 j는 수신기 인덱스를 의미하고, 아래첨자 k는 서브캐리어 인덱스를 의미함.
3. The method of claim 2,
The zero space pre-coder (
Figure 112017009626690-pat00124
)
Figure 112017009626690-pat00125
Of the base vectors generating the null space of c j
Figure 112017009626690-pat00126
And a matrix obtained by the SVD for the estimated channel
Figure 112017009626690-pat00127
Wherein the SNR loss rate is calculated using Equation (1).
Figure 112017009626690-pat00128

In the above equation, R denotes a reception filter of a receiver, H denotes an estimated channel, a superscript j denotes a receiver index, and a subscript k denotes a subcarrier index.
제2항에 있어서,
상기 결정된 SNR 손실율 및 영 공간 파워 조절 매트릭스 T가 적용된 통합 프리코더(F)는 다음의 수학식과 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법.
Figure 112017009626690-pat00129

위 수학식에서,
Figure 112017009626690-pat00130
는 유효 전력 프리코더를 의미하고,
Figure 112017009626690-pat00131
는 영 공간 프리코더를 의미함.
3. The method of claim 2,
Wherein the integrated precoder (F) to which the determined SNR loss rate and the null space power adjustment matrix T are applied is designed according to the following equation: SNR loss rate < RTI ID = 0.0 >
Figure 112017009626690-pat00129

In the above equation,
Figure 112017009626690-pat00130
Quot; means an active power precoder,
Figure 112017009626690-pat00131
Means a zero-space precoder.
제2항에 있어서,
상기 SNR 손실율(
Figure 112017009626690-pat00132
) 및 영 공간 파워 조절 매트릭스는 다음의 추가적인 조건을 고려하여 컨벡스 최적화를 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 방법.
Figure 112017009626690-pat00133

위 수학식에서,
Figure 112017009626690-pat00134
는 역 푸리에 변환 행렬을 의미하고,
Figure 112017009626690-pat00135
Figure 112017009626690-pat00136
를 만족하는
Figure 112017009626690-pat00137
를 원소로 하는 대각 매트릭스이고, M은 송신기의 안테나 수이며,
Figure 112017009626690-pat00138
는 목표 PAR을 의미하고,
Figure 112017009626690-pat00139
는 심볼의 송신 전력을 의미하며, t는 영 공간 파워 조절 매트릭스를 구성하는 벡터이며, b는 다음의 수학식과 같이 정의되며,
Figure 112017009626690-pat00140

Figure 112017009626690-pat00141
Figure 112017009626690-pat00142
는 추정된 채널에 대한 SVD를 이용하여 획득되는 매트릭스이고,
Figure 112017009626690-pat00143
는 송신 신호 벡터임.
3. The method of claim 2,
The SNR loss rate (
Figure 112017009626690-pat00132
) ≪ / RTI > and the null space power control matrix are determined through convex optimization taking into account the following additional conditions: < EMI ID = 16.1 >
Figure 112017009626690-pat00133

In the above equation,
Figure 112017009626690-pat00134
Denotes an inverse Fourier transform matrix,
Figure 112017009626690-pat00135
The
Figure 112017009626690-pat00136
Satisfy
Figure 112017009626690-pat00137
Where M is the number of antennas of the transmitter,
Figure 112017009626690-pat00138
Means the target PAR,
Figure 112017009626690-pat00139
T denotes a transmission power of a symbol, t denotes a vector constituting a zero space power control matrix, b denotes a following equation,
Figure 112017009626690-pat00140

Figure 112017009626690-pat00141
And
Figure 112017009626690-pat00142
Is a matrix obtained using the SVD for the estimated channel,
Figure 112017009626690-pat00143
Is a transmission signal vector.
추정된 채널을 이용하여 수신기들로 유효하게 전송되는 빔과 연관된 유효 전력 프리코더를 설계하는 유효 전력 프리코더 설계부;
영 공간으로 전송되는 빔과 연관된 영 공간 프리코더를 설계하는 영 공간 프리코더 설계부;
상기 유효 전력 프리코더에 적용될 SNR 손실율 및 상기 영 공간 프리코더에 적용될 영 공간 파워 조절 매트릭스를 결정하여 통합 프리코더를 설계하는 통합 프리코더 설계부; 및
상기 SNR 손실율에 기초하여 각 수신기별로 적용될 SNR 손실율을 결정하는 수신기별 SNR 손실율 결정부를 포함하되,
상기 SNR 손실율 및 영 공간 파워 조절 매트릭스는 목표 PAR을 고정한 상태에서 SNR 손실율이 최소화되도록 컨벡스 최적화를 통해 결정하며,
상기 수신기별로 적용될 SNR 손실율은 각 수신기와의 채널 품질 정보 및 각 수신기에 요구되는 QoS를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 장치.
A real power precoder designing a real power precoder associated with a beam that is effectively transmitted to receivers using an estimated channel;
A zero space pre-coder designing a zero space pre-coder associated with the beam transmitted to the zero space;
An integrated precoder designing unit for designating an integrated precoder by determining an SNR loss rate to be applied to the active power precoder and a null space power adjustment matrix to be applied to the null space precoder; And
And a receiver-specific SNR loss rate determining unit for determining an SNR loss rate to be applied to each receiver based on the SNR loss rate,
The SNR loss ratio and the null space power adjustment matrix are determined through the convex optimization so that the SNR loss rate is minimized while the target PAR is fixed,
Wherein the SNR loss rate to be applied to each receiver is determined using channel quality information with each receiver and QoS required for each receiver.
제8항에 있어서,
상기 SNR 손실율(
Figure 112017009626690-pat00144
) 및 영 공간 파워 조절 매트릭스는 다음의 컨벡스 최적화를 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 장치.
Figure 112017009626690-pat00145

위 수학식에서, t는 영 공간 파워 조절 매트릭스 T를 구성하는 벡터이고, d는 데이터 스트림을 의미하며, K는 총 서브 캐리어의 수를 의미함.
Figure 112017009626690-pat00146
는 역 푸리에 변환 행렬을 의미함.
9. The method of claim 8,
The SNR loss rate (
Figure 112017009626690-pat00144
) And the null space power adjustment matrix are determined through the following convex optimization.
Figure 112017009626690-pat00145

In the above equation, t is a vector constituting the space power modulation matrix T, d is a data stream, and K is the total number of subcarriers.
Figure 112017009626690-pat00146
Denotes an inverse Fourier transform matrix.
제8항에 있어서,
상기 수신기별 SNR 손실율 결정부는 채널 품질이 양호하고 요구되는 QoS가 낮은 수신기에 상대적으로 낮은 SNR 손실율을 적용하고 채널 품질이 양호하지 않고 요구되는 QoS가 높은 수신기에 대해 상대적으로 높은 SNR 손실율을 적용하는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 장치.
9. The method of claim 8,
The receiver-specific SNR loss rate determination unit applies a relatively low SNR loss rate to a receiver having a good channel quality and a low required QoS and applies a relatively high SNR loss rate to a receiver having a bad channel quality and a high required QoS SNR loss rate decision and precoder design device considering target PAR.
제9항에 있어서,
상기 유효 전력 프리코더(
Figure 112017009626690-pat00147
)는 상기 추정된 채널에 대한 SVD에 의해 획득되는 매트릭스
Figure 112017009626690-pat00148
Figure 112017009626690-pat00149
를 이용하여 다음의 수학식과 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 장치.
Figure 112017009626690-pat00150

위 수학식에서, 아래첨자 k는 서브 캐리어를 나타내는 인덱스이고, 위 첨자 j는 수신기를 나타내는 인덱스임.
10. The method of claim 9,
The active power precoder (
Figure 112017009626690-pat00147
) Is a matrix obtained by SVD for the estimated channel
Figure 112017009626690-pat00148
And
Figure 112017009626690-pat00149
Wherein the SNR loss rate is determined according to the following equation.
Figure 112017009626690-pat00150

In the above equation, the subscript k is an index representing a subcarrier, and the subscript j is an index representing a receiver.
제9항에 있어서,
상기 영 공간 프리코더(
Figure 112017009626690-pat00151
)는
Figure 112017009626690-pat00152
의 영 공간을 생성하는 기저벡터 들 중 cj개의 기저벡터로 이루어진 일열 매트릭스인
Figure 112017009626690-pat00153
와 상기 추정된 채널에 대한 SVD에 의해 획득되는 매트릭스
Figure 112017009626690-pat00154
를 이용하여 다음의 수학식과 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 장치.
Figure 112017009626690-pat00155

위 수학식에서, R은 수신기의 수신 필터를 의미하고, H는 추정된 채널을 의미하며, 위첨자 j는 수신기 인덱스를 의미하고, 아래첨자 k는 서브캐리어 인덱스를 의미함.
10. The method of claim 9,
The zero space pre-coder (
Figure 112017009626690-pat00151
)
Figure 112017009626690-pat00152
Of the base vectors generating the null space of c j
Figure 112017009626690-pat00153
And a matrix obtained by the SVD for the estimated channel
Figure 112017009626690-pat00154
Wherein the SNR loss rate is determined according to the following equation.
Figure 112017009626690-pat00155

In the above equation, R denotes a reception filter of a receiver, H denotes an estimated channel, a superscript j denotes a receiver index, and a subscript k denotes a subcarrier index.
제9항에 있어서,
상기 결정된 SNR 손실율 및 영 공간 파워 조절 매트릭스 T가 적용된 통합 프리코더(F)는 다음의 수학식과 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 장치.
Figure 112017009626690-pat00156

위 수학식에서,
Figure 112017009626690-pat00157
는 유효 전력 프리코더를 의미하고,
Figure 112017009626690-pat00158
는 영 공간 프리코더를 의미함.
10. The method of claim 9,
Wherein the integrated precoder (F) to which the determined SNR loss rate and the null space power adjustment matrix T are applied is designed according to the following equation: < EMI ID = 1.0 >
Figure 112017009626690-pat00156

In the above equation,
Figure 112017009626690-pat00157
Quot; means an active power precoder,
Figure 112017009626690-pat00158
Means a zero-space precoder.
제9항에 있어서,
상기 SNR 손실율(
Figure 112018084559509-pat00159
) 및 영 공간 파워 조절 매트릭스는 다음의 추가적인 조건을 고려하여 컨벡스 최적화를 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 목표 PAR을 고려한 SNR 손실율 결정 및 프리코더 설계 장치.
Figure 112018084559509-pat00160

위 수학식에서,
Figure 112018084559509-pat00161
는 역 푸리에 변환 행렬을 의미하고,
Figure 112018084559509-pat00162
Figure 112018084559509-pat00163
를 만족하는
Figure 112018084559509-pat00164
를 원소로 하는 대각 매트릭스이고, M은 송신기의 안테나 수이며,
Figure 112018084559509-pat00165
는 목표 PAR을 의미하고,
Figure 112018084559509-pat00166
는 심볼의 송신 전력을 의미하며, t는 영 공간 파워 조절 매트릭스를 구성하는 벡터이며, b는 다음의 수학식과 같이 정의되며,
Figure 112018084559509-pat00167

Figure 112018084559509-pat00168
Figure 112018084559509-pat00169
는 추정된 채널에 대한 SVD를 이용하여 획득되는 매트릭스이고,
Figure 112018084559509-pat00170
는 송신 신호 벡터임.



10. The method of claim 9,
The SNR loss rate (
Figure 112018084559509-pat00159
) ≪ / RTI > and the null space power control matrix are determined through the convex optimization taking into account the following additional conditions: < EMI ID = 16.1 >
Figure 112018084559509-pat00160

In the above equation,
Figure 112018084559509-pat00161
Denotes an inverse Fourier transform matrix,
Figure 112018084559509-pat00162
The
Figure 112018084559509-pat00163
Satisfy
Figure 112018084559509-pat00164
Where M is the number of antennas of the transmitter,
Figure 112018084559509-pat00165
Means the target PAR,
Figure 112018084559509-pat00166
T denotes a transmission power of a symbol, t denotes a vector constituting a zero space power control matrix, b denotes a following equation,
Figure 112018084559509-pat00167

Figure 112018084559509-pat00168
And
Figure 112018084559509-pat00169
Is a matrix obtained using the SVD for the estimated channel,
Figure 112018084559509-pat00170
Is a transmission signal vector.



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