KR102027914B1

KR102027914B1 - 무선 통신 시스템에서 셀 간 간섭 제거 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102027914B1
Application number: KR1020130001895A
Authority: KR
Inventors: 이인규; 문성현; 이창희
Original assignee: 삼성전자주식회사; 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2019-10-02
Also published as: US20150358953A1; US9807769B2; KR20140089890A; WO2014109538A1

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따르는 단말의 신호 송수신 방법은 기지국으로부터 신호를 수신하는 단계; 상기 수신한 신호를 기반으로 노이즈 포함 신호대 간섭 비율(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)의 기대치를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 SINR의 기대치를 기반으로 빔포밍 기법을 선택하는 단계를 포함한다. CoMP 환경에서 Adaptive ICIC를 적용하여 WSR을 극대화 하되 계산의 복잡도를 줄이되 그 성능은 기존의 방식을 통해 결정하는 것과 큰 차이가 없는 방법 및 장치를 제공함으로써 보다 원활한 통신 환경을 구축하고, 품질이 향상된 통신 환경을 사용자에게 제공할 수 있다. 또한 기지국과 통신하는 단말이 선호하는 빔포밍 방식을 선택함에 있어 그 복잡도를 낮춤으로써 시스템의 복잡도가 줄어들고, 보다 빠른 연산 속도와 높은 전력 효율성을 제공할 수 있다. 또한 기지국이 보다 용이하게 최적의 통신환경을 가지는 사용자 그룹 및 빔포밍 기법 그룹을 선택할 수 있도록 한다.

Description

무선 통신 시스템에서 셀 간 간섭 제거 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ADAPTIVE INTER-CELL INTERFERENCE CANELLATION FOR WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 시스템에서 성능 향상을 보다 낮은 복잡도로 구현하기 위한 방법 및 장치이다. 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 복수의 셀간 간섭 제거를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 셀(Cell) 간 간섭을 효율적으로 처리하여 이동통신 시스템의 성능을 향상시키는 기법들이 활발히 연구되고 있다. 다중 셀 협력 통신 - CoMP(Coordinated Multiple Point transmission / reception) 시스템에서 기지국 간 데이터 공유 없이 채널 정보 공유를 통한 협력 전송 기법 - CS/CB(Coordinated Beamforming / Coordianted Scheduling)으로는 적응적 인접 셀 간섭 제거 기법(Adaptive inter-cell interference cancellation: 이하 Adaptive ICIC라 칭함)이 있다.

Adaptive ICIC는 송신단에서 복잡한 빔포밍 기법대신 단일 셀 빔포밍(MRT)과 과 Zero-forcing(ZF)빔포밍(BF), 두 기법 중 하나를 적절히 선택하는 기법을 제안 하였다. 하지만 이와 같은 Adaptive ICIC의 경우 하나의 셀 내에 여러 명의 사용자가 있는 환경에서 인접 셀 사용자의 스케줄링으로 인한 간섭을 고려하기 힘들었고, 간섭을 고려 하기 위해서는 연산 량 또는 기지국 사이의 공유 데이터의 양이 늘어나는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 보다 낮은 복잡도를 통해 Adaptive ICIC를 구현할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다. 또한 CoMP 환경에서 가중치(Weight Sum-rate, WSR)를 극대화 하면서 시스템의 복잡도를 낮출 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 단말의 신호 송수신 방법은 기지국으로부터 신호를 수신하는 단계; 상기 수신한 신호를 기반으로 노이즈 포함 신호대 간섭 비율(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)의 기대치를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 SINR의 기대치를 기반으로 빔포밍 기법을 선택하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르는 단말은 기지국으로부터 신호를 수신하는 송수신부; 및 상기 수신한 신호를 기반으로 노이즈 포함 신호대 간섭 비율(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)의 기대치를 계산하고 상기 계산된 SINR의 기대치를 기반으로 빔포밍 기법을 선택하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르는 기지국의 신호 송수신 방법은 1개 이상의 단말에 신호를 송신하는 단계; 상기 송신한 신호를 기반으로 상기 1개 이상의 단말이 선택한 빔포밍 기법을 수신하는 단계; 상기 1개 이상의 단말이 선택한 빔포밍 기법별로 상기 단말에 전송량을 최대화 할 수 있는 단말을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과를 기반으로 빔포밍 기법 및 단말을 선택하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 신호를 송수신 하는 기지국은 1개 이상의 단말에 신호를 송신하고, 상기 송신한 신호를 기반으로 상기 1개 이상의 단말이 선택한 빔포밍 기법을 수신하는 송수신부; 및 상기 1개 이상의 단말이 선택한 빔포밍 기법별로 상기 단말에 전송량을 최대화 할 수 있는 단말을 비교하고, 상기 비교 결과를 기반으로 빔포밍 기법 및 단말을 선택하는 제어부를 포함한다.

CoMP 환경에서 Adaptive ICIC를 적용하여 WSR을 극대화 하되 계산의 복잡도를 줄이되 그 성능은 기존의 방식을 통해 결정하는 것과 큰 차이가 없는 방법 및 장치를 제공함으로써 보다 원활한 통신 환경을 구축하고, 품질이 향상된 통신 환경을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한 기지국과 통신하는 단말이 선호하는 빔포밍 방식을 선택함에 있어 그 복잡도를 낮춤으로써 시스템의 복잡도가 줄어들고, 보다 빠른 연산 속도와 높은 전력 효율성을 제공할 수 있다.

또한 기지국이 보다 용이하게 최적의 통신환경을 가지는 사용자 그룹 및 빔포밍 기법 그룹을 선택할 수 있도록 한다.

도 1은 실시 예에 따른 통신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 단말의 동작을 나타낸 순서도이다.
도 3은 실시 예에 따른 기지국의 동작을 나타낸 순서도이다.
도 4a 내지 4c는 실시 예에 따른 셀 별 사용자 분포를 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 5b는 실시 예에 따른 통신 시스템의 통신 성능을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 6b는 실시 예와 다른 통신 방법들의 통신 성능을 비교하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

도 1은 실시 예에 따른 통신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1을 참고하면 제1기지국(110), 제2기지국(120) 및 제3기지국(130)은 각각 제1셀(112), 제2셀(122) 및 제3셀(132)의 단말과 신호를 송수신 할 수 있다. 그러나 실시 예에 따라 상기 각 기지국은 다른 셀에 있는 단말과 신호를 송수신 할 수 있다.

또한 제1기지국(110), 제2기지국(120) 및 제3기지국(130)은 각각 백홀 링크(backhaul link)(140)을 통해 연결 될 수 있으며, 백홀 링크(140)를 통해 각 기지국은 데이터를 공유할 수 있다. 실시 예에 따라 상기 공유하는 데이터는 상기 각 기지국에 단말로부터 수신한 정보를 포함할 수 있으며 상기 수신한 정보는 채널 상태 정보 및 각 단말이 선택한 빔포밍 방식을 포함할 수 있다.

실시 예에서 제1단말(114), 제2단말(124) 및 제3단말(134)는 각각 제1셀(112), 제2셀(122) 및 제3셀(132)안에 위치한다. 한편 실시 예에서 제1기지국(110), 제2기지국(120) 및 제3기지국(130)은 각각 제1단말(114)에 CoMP를 수행할 수 있다. 이때 스케줄링을 위한 방법 선택이 문제될 수 있다.

보다 구체적으로 도 1은 L-cell CoMP CS/CB 시스템에서 셀 개수 L이 총 3개인 시스템이다. 이 때 상기 각 기지국은

개의 송신 안테나를 가지고

명의 단일 안테나 사용자(단말)와 통신하는 것을 가정할 수 있다. 그러나 상기 기지국이 통신하는 단말은 단일 안테나 사용자에 한정되지 않으며 복수개의 안테나를 사용하는 단말과도 통신할 수 있다.

또한 각 기지국은 사용자의 채널 상태 정보(Channel State Information,CSI)를 교환 할 수 있다. 실시 예에 따라서 백홀 링크(140)의 전송량을 줄이기 위해 상기 각 기지국 상기 각 단말에 전송하는 데이터를 공유하지 않을 수 있다.

각 시간 슬롯에 사용자들은 셀 안에 독립적이고 무작위 하게 분포되어 있을 수 있다. 또한 상기 각 기지국들은 하나의 사용자만 지원한다고 가정하였을 때, 기지국

에

번째 사용자를

으로 나타내고 사용자

의 수신 신호는 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서

는

를 만족하는 빔포밍 벡터이고,

는 기지국

에서의 데이터 부호다.

는 사용자

에서 BS

로의 채널을 나타내고,

는 가우시안 노이즈를 나타내며,

는 거리에 의한 pathloss 모델을 나타낸다. 추가적으로

를

로 정의할 수 있다.

또한 실시 예에서 상기 각 기지국들이 같은 곳에 위치하고 있지 않기 때문에 상기 각 기지국 파워 제한을 가지고, 수신단에서 하나의 사용자만 검출하는 상황을 가정할 수 있다.

이와 같은 경우 사용자

에 개인의 전송률

는

로 나타낼 수 있고,

는 사용자

의 수신 SINR을 다음과 같이 나타낸다.

실시 예에서는 사용자의 fairness를 고려한 가중치 합계 비율(Weight Sum-rate, WSR)성능을 최대화할 수 있다. 또한 상기 각기지국들에 의한

명의 선택된 사용자 집합을

로 나태낼 때, WSR인

을 다음과 같이 정의할 수 있다.

여기서

는 가중치 계수로 정의 될 수 있으며 실시 예에 따라 상기 각 기지국에 기 설정되거나 상황에 따라 결정될 수 있다.

일 실시 예에 다르면 Adaptive ICIC 기법은 각 기지국에서 단일 사용자를 가정할 수 있다. 통신 시스템에서

조건일 때, 최대 파워 송신을 가정함으로써 어떠한 최적 손실도 없이 송신단의 파워 조절을 고려하지 않고 기지국은 단말에 신호를 전송할 수 있다. 또한 Adaptive ICIC 기법은 각 기지국에서 측정한 단말의 local CSI를 바탕으로 사용자의 fading 채널 상태와 위치에 따라 각 기지국이

(Maximum Ratio Transmission)와

(Zero Forcing Beamforming), 두 개의 기법 중 하나를 적절히 선택함으로써 통신 성능의 향상을 가지고 올 수 있다.

상기와 같은 경우, 하나의 셀 안에 다수의 사용자가 있는 환경에서는 최적의 빔포밍 집합

과 상기 셀 알의 다수의 사용자중 특정 사용자를 선택하는 사용자 선택과정을 진행해야 한다. 따라서 WSR을 최대화 하기 위해 사용자 집합

과 기법집합

을 함께 선택해야 하므로 시스템의 복잡도가 증가할 수 있다. 이와 같이 시스템의 복잡도가 증가하는 문제를 설명하면 다음과 같다.

상기 수학식 4의 최적의 해

는 가능한 모든 사용자와 빔포밍 기법의 조합들로 구한 WSR의 비교를 통해 구할 수 있다.

이와 같이 모든 사용자와 빔포밍 기법의 조합을 통해 최적의 해를 구하는 것은, exhaustive search의 형태로

의 복잡도를 가지므로

또는

이 매우 커질 때 계산 량이 늘어나게 된다. 또한 모든

에 대해서

를 계산하기 위해 기지국들이 매 송신마다 모든 사용자의 global CSI를 공유해야 하므로 backhaul link들의 제한적인 전송률에 너무 많은 부담을 발생시킨다. 한편 실시 예에서

의 경우 ergodic sum-rate을 채택하여 순간적인 CSI 교환을 필요로 하지 않지만 ergodic sum-rate의 closed-form수식 계산은 순간적인 전송률 계산보다 복잡한 바 이 역시 사용자의 수가 많아질 경우 많은 계산량을 필요로 한다.

또한, small scale fading이 고려 되지 않는 경우 성능 저하를 가지고 올 수 있다. 따라서 수학식 4의 해를 구하여 시스템의 성능을 향상 시키기 위해서는 기지국간 CSI 교환을 줄이고 복잡도를 낮출 필요성이 있다.

따라서 실시 예에서는 Adaptive ICIC를 보다 낮은 복잡도로 진행하기 위해 다음의 절차를 체택할 수 있다.

먼저 단말은

기대치 분석을 통한 간단한 한계점 기준을 사용하여 각각의 사용자의 선호하는 빔포밍 기법을 선택하고, 상기 단말이 선택한 빔포밍 기법을 상기 단말에 대응하는 기지국에 피드백 할 수 있다.

또한 기지국은 상기 수신한 피드백을 기반으로 최적 사용자 그룹 및 빔포밍 그룹을 포함하는 해인

를 찾기 위해 순차적인 사용자 스케줄링 알고리즘을 각 기지국이 공동으로 수행할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

도 2는 실시 예에 따른 단말의 동작을 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하면 단말은 단계 210에서 기지국으로부터 신호를 수신할 수 있다. 상기 수신되는 신호는 파일럿 신호, 제어 채널 관련 신호를 포함할 수 있으며 신호의 종류는 한정되지 않는다.

단계 220에서 상기 단말은 상기 수신한 신호를 기반으로 노이즈 포함 신호대 간섭 비율(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)을 계산할 수 있다. 실시 예에서 SINR은 SINR 기대치 분석을 통해 이루어 질 수 있다.

보다 구체적으로 실시예에서 상기 단말은 SINR 기대치 분석을 위해 상기 단말에 협력적 전송을 할 수 잇는 기지국이 각 시간 슬롯에서 동일한 빔포밍 기법을 사용한다고 가정할 수 있다.

수학식 5와 같은 가정이 없을 경우 기지국과 신호를 송수신 하는 사용자가 L명일 경우

가지의 송신 모드가 설정 가능하나, 상기 수학식 5와 같은 가정을 통해 송신 모드 중에서 오직 두 개의 경우 (

또는

)만을 고려할 수 있다.

따라서 빔포밍 기법 집합은

로 감소하고, 빔포밍 기법 집합

를 선택하는 문제는 2진법의 선택이 되어 Adaptive ICIC 의 복잡도가 줄어들 수 있다.

수학식 5에 대한 가정을 통해 SINR 기대치를 분석하는 경우에도 성능의 저하는 크지 않으며 이에 대한 설명은 도 5에 관한 부분에서 후술하도록 한다.

실시 예에 따라 사용자

의 빔포밍 기법을

이라고 나타내고, 선택한

을

번째 기지국에 피드백한다. 수학식 5의 가정을 통해 각각의 사용자단에서 전송률을 최대화 하는

을 선택하는 문제는 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서

는 모든 기지국에서 같은 빔포밍 기법

를 적용하였을 때, 사용자

의

을 나타낸다. 하지만 사용자들은 이웃한 기지국들에 빔포밍 기법을 알 수 없으며

일 경우 상기 사용자 자신의 빔포밍 기법역시 알 수 없으므로, 수신단에서 실제의

을 추정하기 어렵다.

이 경우에 각각의 사용자들은

기대치분석을 통해 송수신 성능의 척도로 사용할 수 있다.

이와 같이 수학식 7을 만족할 경우 사용자

은

를 선택하고 다른경우는

을 선택할 수 있다. 위의 연산에서 기대치는 모든 랜덤 변수에 대한 것이 아닌, 오직 알 수 없는 빔포밍 벡터들에 대한 것일 수 있다.

실시 예에서 빔포밍 기법이

인 경우, 수학식 2에서의

에 대한 사용자

의

기대치는 Jensen's inequality를 사용하여 다음과 같이 근사적으로 구할 수 있다.

또한 실시 예에서 빔포밍 기법이

인 경우는 수학식 2에서 간섭 항들은

의 영향을 무시 할 수 있는바 구해지는 SINR 기대치는 다음과 같다.

상기 수학식 8 및 9를 기반으로 수학식 7의 빔포밍에서 MRT 기법 선택에 제안된 기준은 다음과 같이 얻을 수 있다.

이 기준식은 만약 간섭 파워가 강할 경우(

보다 클 경우) 사용자

은

을 선호할 수 있따. 반면에 간섭 파워가

을 넘지 않을 경우 사용자

은

로 지원되는 것을 선호할 수 있다.

단계 230에서 상기 단말은 단계 220에서 수행된 SINR의 기대치 분석을 통해 선호하는 빔포밍 기법을 선택할 수 있다.

단계 240에서 상기 단말은 선택된 빔포밍 기법을 상기 기지국에 피드백 할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 수학식 6의 가정으로 인해 제안된 수학식 10의 분석을 통해 사용자는 자신의 간섭 채널만을 사용하여 완전히 분산 방식으로 작동 될 수 있다. 그럼에도 불구하고 성능 감소는 그리 크지 않으며 이에 대한 내용은 후술한다.

또한 수학식 10을 계산하는 복잡도는 이전의 빔포밍 기법을 모두 고려하는 계산에 비해 그 계산 복잡도가 낮은 바, 각각의 사용자들의 빔포밍 기법을 선택하는 복잡도 역시 낮아질 수 있다. 또한 각각의 사용자가 선호하는 빔포밍 기법을 기지국에 피드백 과정에서 자신의 기지국에 빔포밍 선택

을 전달하기 위하여 오직 하나의 비트만 추가적으로 요구된다.

도 3은 실시 예에 따른 기지국의 동작을 나타낸 순서도이고, 도 4a 내지 4c는 실시 예에 따른 셀 별 사용자 분포를 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 단계 310에서 상기 기지국은 단말로 신호를 송신할 수 있다. 상기 송신되는 신호는 파일럿 신호, 제어 채널 관련 신호를 포함할 수 있으며 신호의 종류는 한정되지 않는다.

단계 320에서 상기 기지국은 상기 단말로부터 단말이 선호하는 빔포밍 기법을 수신할 수 있다. 상기 기지국은 신호를 송수신 할 수 있는 단말기 전체로부터 선호하는 빔포밍 기법을 수신할 수 있다. 또한 실시 예에 따라 상기 선호하는 빔포밍 기법은 상기 단말이 도 2의 단계 220 및 230의 방법을 통해 선호하는 빔포밍 기법을 선택할 수 있다.

단계 330에서 상기 기지국은 빔포밍 기법 별로 최적의 사용자를 선택할 수 있따. 상기 기지국과 신호를 송수신 하는 모든 사용자들이 이미 선호하는 빔포밍 기법

을 선택하였기 때문에 상기 기지국(기지국의 인덱스는

)은 사용자들의 피드백

을 기반으로 두 개의 그룹으로 나눌 수 있다. 하나는

을 피드백 한 사용자들의 그룹으로

으로 정의하고, 나머지

를 피드백한 사용자 그룹을

로 정의할 수 있다. 따라서

을 대체하는 새로운 두 집합을 다음과 같이 정의 할 수 있다.

도 4의 (a)는 제1셀(410), 제2셀(420) 및 제3셀(430)은 각각 두개의 사용자 그룹을 가진다. 두개의 그룹은 각각 MRT를 선택한 사용자와 ZF를 선택한 사용자이다.

도 4의 (b)는 제1셀(440), 제2셀(450) 및 제3셀(460)은 일부의 셀(실시 예에서는 제3셀(460))이 1개의 빔포밍 기법이 선택하였고, 도 4의 (c)는 제1셀(470), 제2셀(480) 및 제3셀(490)은 일부의 셀(실시 예에서는 제2셀(480) 및 제3셀(490)이 1개의 빔포밍 기법이 선택하였다.

도 4의 (b)에서도 모든 기지국이 성능 감소가 크지 않은 하나의 사용자를 지원하기 위해 당연히

기법을 선택할 수 있다. 반면, 도 4의 (c)에서는 수학식 5의 가정 아래, 제2셀(480) 및 제3셀(490)의 기지국이 작동하기 어려울 수 있으나

가 매우 작지 않는 그런 발생 확률은 아주 낮을 수 있다.

개의 셀에 어떠한

과

에서

와

둘 다 일어날 확률은

의 상한을 가진다.

결과적으로, 이 확률은 무시할만하므로 도 4의 (a)와 같은 고려를 고려할 수 있다. 상기와 같은 사용자 분류를 통해서 수학식 4의 내용을 다음과 같이 수정 할 수 있다.

여기서

와

은 다음에 의해 결정된다.

수학식 12를 기반으로 수학식 13 및 수학식 14으로 분리하여 각각의 기법을 위한 두 개의 최적 집합

와

가 구할 수 있다.

단계 340에서 각 기법 별 선택된 최적의 사용자의 전송률을 비교할 수 있다. 다시 말해 그리고 선택된 사용자 집합의 사용자들의 WSR를 최종의 해

를 결정하기 위해 비교한다.

이 경우 수학식 13 및 수학식 14를 풀기 위해 전체 search 크기가 최악의 경우에 여전히

이다. 따라서 실시 예에서 search 공간을 줄이기 위해 제시된 알고리즘은 각각의 기지국에서

와

에 각 사용자를 순차적으로 찾는다. 이를 위해, 수학식 8 및 수학식 9를 기반으로 각 사용자 개인의 전송률을 다음과 같이 근사화 할 수 있다.

또한, 대응하는 근사 WSR을 다음과 같이 정의할 수 있다.

이러한 근사를 사용하여

와

를 찾기 위한 각 과정은 다음 실시 예에서 서술될 수 있다.

먼저

을 찾는 실시예는 다음과 같다. 총 L개의 기지국이 있으며 각 기지국은 셀을 구성할 수 있다.

1. 초기화 : n번째 기지국이

m번째 기지국

에

를 송신할 수 있다. 상기 송신은 백홀을 통해 이루어 질 수 있다.

2. 셀 1 : 기지국 1은

중 다음과 같은

를 선택할 수 있다.

또한 그 인덱스, 웨이트, 및 유효한 채널(effective channel)을 모든 다른 기지국에 전송할 수 있다.

3. 셀2 에서 셀 L-1 : n번째 기지국은 WSR을 최대화 할 수 있는

를 선택할 수 있다. 여기서 WSR은 대략적인 추정치로 구할 수 있으며 아래와 같이 구할 수 있다.

그리고 구해진

의 사용자 정보를 남은 L-n개의 기지국에 전송할 수 있다.

4. 셀 L : 주어진

및 그 사용자 정보를 중 기지국 L은 다음과 같은

를 선택한다.

다음으로

1. n<L 인 셀 n에서: 기지국 n은

를 최대화 함으로써 최고 성능을 가지는 ZFBF 사용자를 전체 ZFBF사용자 그룹에서 독립적으로 선택하고 (

) 그 사용자 인덱스, 웨이트(weight), 바람직한

및 빠지는(leakage)

중 하나 이상을 기지국 L에 보고한할 수 있다.

2. 셀 L : 최종적으로 기지국 L은 WSR을 기반으로

를 다음과 같이 얻을 수 있다.

와

의 해들은

개의 기지국 사이의 스케줄링 순서에 좌우될 수 있다. 그러나 실시 예에서 순서를 고정시킨 경우도 성능 향상의 효과가 있을 수 있다.

상기에서 설명한 과정을 거친 뒤에

와

을 얻을 수 있다. 마지막으로 수학식 12에서의

와

의 비교를 통해 최적의 사용자와 빔포밍 기법 그룹

을 결정할 수 있다.

실시 예에서 제안된 Adaptive ICIC 기법에 대한 전반적인 알고리즘을 설명하였다. 실시 예에 따른 방법을 사용할 경우 기존의 방법에 비해 비해 인접 기지국 간의 정보 교환 오버헤드가 줄어 들게 된다. 둘째, 각 기지국에서의 후보 사용자들의 수가

명이기 때문에 기지국에서 순차적인 스케줄링을 수행하기 위한 전체 search 복잡도는

밖에 되지 않는다. 반면, 기존의 기법은 exhaustive search 스케줄링을 위하여 복잡도

만큼을 필요로 한다. 따라서 실시 예에서 제안된 방법을 통해 search의 복잡도가 감소할 수 있다.

도 5a 내지 5b는 실시 예에 따른 통신 시스템의 통신 성능을 나타내는 도면이다.

도 5를 참고하면, 기존의 실시 예와 수학식 5의 가정을 사용했을 때의 sum rate 값의 비교를 하고 있다.

510은 사용자 K=5에 기존과 같이 빔포밍 기법을 각자 다르게 선택하는 것을 가정한 경우이다. 또한 520은 K=5에 수학식 5의 가정을 적용한 경우이다.

530은 사용자 K=10에 기존과 같이 빔포밍 기법을 각자 다르게 선택하는 것을 가정한 경우이다. 또한 540은 K=10에 수학식 5의 가정을 적용한 경우이다.

550은 사용자 K=4에 기존과 같이 빔포밍 기법을 각자 다르게 선택하는 것을 가정한 경우이다. 또한 560은 K=4에 수학식 5의 가정을 적용한 경우이다.

570은 사용자 K=8에 기존과 같이 빔포밍 기법을 각자 다르게 선택하는 것을 가정한 경우이다. 또한 580은 K=8에 수학식 5의 가정을 적용한 경우이다.

도면을 참고하면 불구하고 일정한 사용자의 수를 가질 때 수학식 5에 따른 가정을 적용한 경우에도 의한 성능감소는 매우 적다. 그 이유는 수학식 4의 최적의 해

는 다른 기지국간에 다른 기법이 쓰인 해일 수 있지만, 협력적인 스케줄러는 언제나 거의 같은 성능을 가지는 다른 보조 최적의 해의 집합

(수학식 5의 가정을 만족하는)을 찾을 수 있다.

도 6a 내지 6b는 실시 예와 다른 통신 방법들의 통신 성능을 비교하는 도면이다.

도 6a 내지 6b를 참조하면 실시 예에 따른 성능 향상을 다음과 같은 시뮬레이션 결과로 확인할 수 있다. 실험 환경은 다음과 같다. 셀 반경

은 0.5

이며, 사용자는 셀 범위 내에 랜덤하고 균일하게 분포되어 있다. pathloss exponent는

으로 설정하고, Small scale fading으로 uncorrelated Rayleigh fading 채널을 사용하였다. 사용자의 가중치를 계산하기 위해 Proportional Fair (PF) 스케줄링 알고리즘이 쓰였다.

제안된 기법(search 사이즈

)의 성능 비교를 위해 다음의 CS/CB 또는 JP(Joint processing)기법들을 고려 하였다.

1. Optimal exhaustive search (

): 순간적인 WSR을 최대화 하기 위해 수학식 4에 모든 가능한 조합을 고려한 기법.

2. Reduced set exhaustive search (

) : Search 공간

가 수학식 5으로 동질인 경우 (

)로 제한된 기법

3. Conventional adaptive ICIC(

) : 에르고딕 WSR의 비교를 통한 최적의

을 결정한 기법.

4. CS/CB upper bound (

) : 2-cell의 경우, 시스템 upper bound는 exhaustive 스케줄링을 결합한 Pareto optimal solution에서 얻어진 기법.

5. Inter-cell Time-division Multiple Access(TDMA) (

) 1. : Baseline 기법으로 각 송신과정에서 오직 하나의 셀만 최대 가중치 개인 전송률을 가진 사용자를 지원 하는 기법.

6. JP with ZFBF (

) : 최대 기지국 협력과 exhaustive search를 통한 ZFBF기법. 3-cell인 경우 upper bound로 간주할 수 있다.

7. Distributed MRT (

) : 마지막으로,

빔포밍을 통한 exhaustive 분산 단일 셀 기법과 구분 사용자 스케줄링이 적용된 기법.

도 6a는

와

일 때, 2-cell 네트워크의 average sum-rate 성능을 보여주고 있다.

도6b는

와

일 때, 3-cell 네트워크의 average sum-rate 성능을 보여주고 있다.

실시 예에서 제안된 기법은 낮은 복잡도를 가짐에도 불구하고 exhaustive search 경우와 같은 최적의 기법과 거의 동일한 throughput 이득을 얻는다는 것을 알 수 있다. 본 발명에서는 공동 최적 기법에 계산 복잡도를 낮추기 위해 WSR을 최대화 하는 관점에서 각 기지국에서 최선의 빔포밍 기법에 최선의 사용자를 스케줄링을 하는 두 단계로 이루어진 간단한 adaptive ICIC기법을 제시하였다. 제안된 기법은 많은 수의 사용자가 있을 때에도 단지 복잡도가 선형적으로 증가하고 상대적으로 적은 백홀 대역폭을 요구하여 실제적인 통신 환경에서 이점을 가진다.

실시 예에서 기지국 및 단말은 각각 다른 엔티티와 신호를 송수신할 수 있는 송수신부 및 상기 송수신부를 통해 송수신 되는 데이터를 기반으로 연산을 수행할 수 있는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims

통신 시스템에서 단말에 의한 신호 송수신 방법에 있어서,
기지국으로부터 신호 및 적어도 하나의 다른 기지국으로부터 적어도 하나의 간섭 신호를 수신하는 단계;
상기 신호 및 상기 적어도 하나의 간섭 신호가 제 1 빔포밍 방식을 기반으로 송신됨을 고려하여 노이즈 포함 신호대 간섭 비율(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)의 제 1 기대치를 확인하는 단계;
상기 신호 및 상기 적어도 하나의 간섭 신호가 제 2 빔포밍 방식을 기반으로 송신됨을 고려하여 SINR 의 제 2 기대치를 확인하는 단계;
상기 SINR 의 제 1 기대치 및 상기 SINR 의 제 2 기대치를 기반으로 상기 단말에 대한 빔포밍 방식을 선택하는 단계; 및
상기 선택된 빔포밍 방식을 상기 기지국에 송신하는 단계를 포함하고,
상기 선택된 빔포밍 방식은 상기 제 1 빔포밍 방식 또는 상기 제 2 빔포밍 방식이 상기 통신 시스템의 가중치(Weight Sum-rate, WSR)를 극대화하는 것인지 결정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 단말에 대한 상기 빔포밍 방식을 선택하는 단계는 상기 단말의 전송률을 기반으로 상기 단말에 대한 상기 빔포밍 방식을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제 1 빔포밍 방식은 단일 셀 빔포밍(single cell beamforming Maximum Ratio Transmission, MRT)방식이고, 상기 제 2 빔포밍 방식은 제로포싱(Zero-forcing)빔포밍 방식인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 기지국에, 상기 선택된 빔포밍 방식 송신하는 단계를 더 포함하는 방법.
통신 시스템에서 신호 송수신 하는 단말에 있어서,
신호를 송신 및 수신하는 송수신부; 및
기지국으로부터 신호 및 적어도 하나의 다른 기지국으로부터 적어도 하나의 간섭 신호를 수신하고,
상기 신호 및 상기 적어도 하나의 간섭 신호가 제 1 빔포밍 방식을 기반으로 송신됨을 고려하여 노이즈 포함 신호대 간섭 비율(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)의 제 1 기대치를 확인하고,
상기 신호 및 상기 적어도 하나의 간섭 신호가 제 2 빔포밍 방식을 기반으로 송신됨을 고려하여 SINR 의 제 2 기대치를 확인하고,
상기 SINR 의 제 1 기대치 및 상기 SINR 의 제 2 기대치을 기반으로 상기 단말에 대한 빔포밍 방식을 선택하고, 그리고
상기 선택된 빔포밍 방식을 상기 기지국에 송신하는 제어부를 포함하고,
상기 선택된 빔포밍 방식은 상기 제 1 빔포밍 방식 또는 상기 제 2 빔포밍 방식이 상기 통신 시스템의 가중치(Weight Sum-rate, WSR)를 극대화하는 것인지 결정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 단말.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 단말의 전송률을 기반으로 상기 단말에 대한 상기 빔포밍 방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 단말.
삭제
제6항에 있어서,
상기 제 1 빔포밍 방식은 단일 셀 빔포밍(single cell beamforming Maximum Ratio Transmission, MRT) 방식이고, 상기 제 2 빔포밍 방식은 제로포싱(Zero-forcing)빔포밍 방식인 것을 특징으로 하는 단말.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 선택된 빔포밍 방식을 송신하는 것을 특징으로 하는 단말.
통신 시스템에서 기지국에 의한 신호 송수신 방법에 있어서,
1개 이상의 단말에 신호를 송신하는 단계;
상기 송신한 신호를 기반으로 상기 1개 이상의 단말이 선택한 빔포밍 방식에 관한 정보를 수신하는 단계;
및 상기 정보를 기반으로, 상기 통신 시스템의 가중치(Weight Sum-rate, WSR)를 극대화하는 상기 1개 이상의 단말에 적용된 빔포밍 방식을 선택하는 단계를 포함하고,
상기 1개 이상의 단말 중 제 1 단말에 의해 선택된 빔포밍 방식은 노이즈 포함 신호대 간섭 비율(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)의 제 1 기대치 및 상기 SINR의 제 2 기대치로 확인되고,
상기 SINR의 상기 제 1 기대치는 상기 제 1 단말에 대한 신호 및 적어도 하나의 간섭 신호가 제 1 빔포밍 방식을 기반으로 송신됨을 고려하여 확인되고,
상기 SINR의 상기 제 2 기대치는 상기 제 1 단말에 대한 신호 및 상기 적어도 하나의 간섭 신호가 제 2 빔포밍 방식을 기반으로 송신됨을 고려하여 확인되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 제 1 단말에 의해 선택된 상기 빔포밍 방식은 상기 제 1 단말의 전송률을 기반으로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 빔포밍 방식을 선택하는 단계는 2개 이상의 단말 중 적어도 하나에 의해 측정된 간섭파워를 기반으로 상기 1개 이상의 단말 중 상기 2개 이상의 단말을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 빔포밍 방식을 선택하는 단계는 인접한 기지국에 의해 선택된 빔포밍 방식 및 상기 인접한 기지국과 관련된 단말에 관한 정보를 기반으로 상기 빔포밍 방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
통신 시스템에서 신호를 송수신하는 기지국에 있어서,
신호를 송신 및 수신하는 송수신부; 및
1개 이상의 단말에 신호를 송신하고,
상기 송신한 신호를 기반으로 상기 1개 이상의 단말이 선택한 빔포밍 방식에 관한 정보를 수신하고,
상기 정보를 기반으로 상기 1개 이상의 단말에 적용된 빔포밍 방식을 선택하는 제어부를 포함하고,
상기 1개 이상의 단말 중 제 1 단말에 의해 선택된 빔포밍 방식은 노이즈 포함 신호대 간섭 비율(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)의 제 1 기대치 및 상기 SINR의 제 2 기대치로 확인되고,
상기 SINR의 상기 제 1 기대치는 상기 제 1 단말에 대한 신호 및 적어도 하나의 간섭 신호가 제 1 빔포밍 방식을 기반으로 송신됨을 고려하여 확인되고,
상기 SINR의 상기 제 2 기대치는 상기 제 1 단말에 대한 신호 및 상기 적어도 하나의 간섭 신호가 제 2 빔포밍 방식을 기반으로 송신됨을 고려하여 확인되는 것을 특징으로 하는 기지국.
제16항에 있어서,
상기 제 1 단말에 의해 선택된 상기 빔포밍 방식은 상기 제 1 단말의 전송률을 기반으로 선택되는 것을 특징으로 하는 기지국.
제16항에 있어서,
상기 제어부는 2개 이상의 단말 중 적어도 하나에 의해 측정된 간섭 파워를 기반으로 상기 1개 이상의 단말 중 상기 2개 이상의 단말을 비교하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제16항에 있어서,
상기 제어부는 인접한 기지국에 의해 선택된 빔포밍 방식 및 상기 인접한 기지국과 관련된 단말에 관한 정보를 기반으로 상기 빔포밍 방식을 선택 하는 것을 특징으로 하는 기지국.
삭제