KR102038302B1 - 비직교 다중 접속을 위한 빔포밍 장치 및 방법 - Google Patents

비직교 다중 접속을 위한 빔포밍 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102038302B1
KR102038302B1 KR1020180038985A KR20180038985A KR102038302B1 KR 102038302 B1 KR102038302 B1 KR 102038302B1 KR 1020180038985 A KR1020180038985 A KR 1020180038985A KR 20180038985 A KR20180038985 A KR 20180038985A KR 102038302 B1 KR102038302 B1 KR 102038302B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
beamforming
vector
base station
optimal
user
Prior art date
Application number
KR1020180038985A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190115817A (ko
Inventor
김윤희
정연진
윤주흠
Original Assignee
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경희대학교 산학협력단 filed Critical 경희대학교 산학협력단
Priority to KR1020180038985A priority Critical patent/KR102038302B1/ko
Publication of KR20190115817A publication Critical patent/KR20190115817A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102038302B1 publication Critical patent/KR102038302B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/28—Cell structures using beam steering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0203—Power saving arrangements in the radio access network or backbone network of wireless communication networks
    • H04W52/0206—Power saving arrangements in the radio access network or backbone network of wireless communication networks in access points, e.g. base stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
    • Y02D70/442—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

빔포밍 방법이 개시된다. 상기 빔포밍 방법은 상기 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 제1 목적함수를 통해 상기 기지국의 셀 영역 내의 사용자 쌍(i,j)에 대한 전력 할당비를 최적화하여 최적의 전력 할당비를 구하는 단계, 및 상기 최적의 전력 할당비를 이용하여 상기 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 제2 목적함수를 통해 상기 사용자 쌍에 대한 빔조종 벡터를 최적화하여 최적의 빔조종 벡터를 구하는 단계를 포함하고, 상기 제1 목적함수는
Figure 112018033354517-pat00320
에 의해 정의된다. 여기서,
Figure 112018033354517-pat00321
는 전력 할당비로서
Figure 112018033354517-pat00322
이고,
Figure 112018033354517-pat00323
는 빔조종 벡터이고,
Figure 112018033354517-pat00324
이고,
Figure 112018033354517-pat00325
이고,
Figure 112018033354517-pat00326
는 사용자 쌍 유효채널 벡터이고,
Figure 112018033354517-pat00327
(
Figure 112018033354517-pat00328
)이고,
Figure 112018033354517-pat00329
는 수신단의 잡음 분산.

Description

비직교 다중 접속을 위한 빔포밍 장치 및 방법{Beamforming Device and Method for Non-orthogonal Multiple Acecess}
본 발명은 빔포밍 장치 및 방법에 대한 것으로서, 보다 구체적으로 다중 안테나를 지원하는 셀룰러 하향 링크에서 비직교 다중 접속(NOMA)을 위한 빔포밍 장치 및 방법에 대한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
그러나, 기존의 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal frequency division multiple acess) 방식을 기반으로 한 무선 통신 시스템은 5G 이동통신 시스템이 요구하는 높은 전송률과 대규모 연결성을 지원할 수 없다. 또한, 하향링크 시스템에서 정보 전송을 할 때 각 사용자의 최소 전송률을 보장하기 위해서는 기지국의 소비전력을 증가시키거나 대역폭을 늘려야 하는데, 보장하는 최소 전송률의 증가에 따라 필요한 소비전력은 지수적으로 증가하므로 소비전력을 증가시키는 것에는 한계가 있으며, 주파수 자원은 한정적이기 때문에 대역폭을 늘리는 것에도 한계가 있다. 따라서 비직교 다중 접속 방식(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)을 도입하고 이와 더불어 다중 안테나 기술을 적용하는 것이 필요하다.
이에 대하여 특허문헌 1을 살펴보면, NOMA 기반 하향링크 시스템에서 클러스터 생성과 빔포밍 벡터를 이용해 공간 자원의 공유에 따른 간섭을 줄이는 방법을 제공하였으나, 생성된 클러스터 내에서 상대적으로 기지국과 가까운 사용자의 채널을 기준으로 빔포밍 벡터를 생성했으며, 기지국의 소비전력을 고려하지 않았다는 문제점이 있으며, 특허문헌 2를 살펴보면, NOMA 기반 하향링크 시스템에서 복수의 단말에 대한 타입 정보에 기초하여 타입별 빔포밍 벡터를 비직교적으로 생성하고 이에 대한 자원을 할당하는 방법을 제공하였으나, 단말의 타입을 구분지어 빔포밍 벡터를 생성하여 시스템의 복잡도를 증가시키는 것은 물론 기지국의 소비전력을 고려하지 않은 문제점이 있다.
한편, 특허문헌 1,2의 문제점을 해결하기 위해 비특허문헌 1에서는 두 사용자를 지원하기 위해 각각의 사용자에게 독립적인 빔포밍 벡터를 사용했고 최적의 빔포밍 벡터를 얻기 위해 반복적 최적화 방법이 고려되었지만, 복잡도가 매우 높을 뿐만 아니라 구현 가능성이 낮다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0125643호 대한민국 공개특허 제10-2016-0146501호
Z. Chen, Z. Ding, X. Dai, and G. K. Karagiannidis, "On the application of quasi-degradation to MISO-NOMA downlink," IEEE Trans. Sig. Process., vol. 64, no. 23, pp. 6174-6189, Dec. 2016.
본 발명의 목적은 하향링크를 위한 NOMA 방식에서 하나의 쌍을 이루는 두 사용자에 대하여 각 사용자의 최소 전송률을 보장하고, 기지국의 소비전력을 최소화할 수 있는 빔포밍 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국의 소비전력을 최소화하는 빔포밍 방법에 있어서, 상기 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 제1 목적함수를 통해 상기 기지국의 셀 영역 내의 사용자 쌍(i,j)에 대한 전력 할당비를 최적화하여 최적의 전력 할당비를 구하는 단계 및 상기 최적의 전력 할당비를 이용하여 상기 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 제2 목적함수를 통해 상기 사용자 쌍에 대한 빔조종 벡터를 최적화하여 최적의 빔조종 벡터를 구하는 단계를 포함하고, 상기 제1 목적함수는
Figure 112018033354517-pat00001
에 의해 정의될 수 있다.
여기서,
Figure 112018033354517-pat00002
는 전력 할당비로서
Figure 112018033354517-pat00003
이고,
Figure 112018033354517-pat00004
는 빔조종 벡터이고,
Figure 112018033354517-pat00005
이고,
Figure 112018033354517-pat00006
이고,
Figure 112018033354517-pat00007
는 사용자 쌍 유효채널 벡터이고,
Figure 112018033354517-pat00008
(
Figure 112018033354517-pat00009
)이고,
Figure 112018033354517-pat00010
는 수신단의 잡음 분산.
여기에, 상기 최적의 전력 할당비는
Figure 112018033354517-pat00011
일 수 있다.
여기에, 상기 제2 목적함수는
Figure 112018033354517-pat00012
에 의해 정의될 수 있다. 여기서,
Figure 112018033354517-pat00013
.
여기에, 상기 최적의 빔조종 벡터를 구하는 단계는 상기 제2 목적함수를
Figure 112018033354517-pat00014
를 적용하여
Figure 112018033354517-pat00015
으로 변형하는 단계를 더 포함하고, 상기 최적의 빔조종 벡터는
Figure 112018033354517-pat00016
와 같이 정의될 수 있다. 여기서,
Figure 112018033354517-pat00017
,
Figure 112018033354517-pat00018
이고,
Figure 112018033354517-pat00019
.
여기에, 상기 최적의 빔조종 벡터를 이용하여 빔포밍 벡터를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기에, 상기 최적의 전력 할당비를 이용하여 단말기에 송신될 심볼에 전력을 할당하는 단계, 상기 사용자 쌍에 송신하고자 하는 심볼을 부호화하고, 상기 부호화된 심볼을 중첩하여 중첩 부호 신호를 생성하는 단계, 및 상기 생성된 중첩 부호 신호에 대하여 상기 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기에, 상기 빔포밍 벡터는 상기 기지국의 셀 반경 내에 상기 사용자 쌍만 있는 경우 상기 사용자 쌍 유효채널 벡터(
Figure 112018033354517-pat00020
)를 실제 채널 벡터(
Figure 112018033354517-pat00021
)로 둘 때의 상기 최적의 빔조종 벡터와 같고, 상기 기지국의 셀 반경 내에 한 쌍 이상의 사용자들이 있는 경우 상기 사용자 쌍 유효채널 벡터가
Figure 112018033354517-pat00022
일 때의 상기 빔포밍 벡터는
Figure 112018033354517-pat00023
에 의해 정의될 수 있다. 여기서,
Figure 112018033354517-pat00024
은 사용자 i, j를 제외한 하향링크 채널의 널 공간(null space)을 형성하는 기저 벡터의 행렬이고,
Figure 112018033354517-pat00025
이고, M은 기지국의 안테나 수, K는 사용자의 수.
여기에, 상기 사용자 쌍을 선정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기에, 상기 사용자 쌍을 선정하는 단계는 상기 최적의 전력 할당비 및 상기 최적의 빔조종 벡터를 이용하여 최적의 소비전력을 구하는 단계, 및 상기 기지국의 전체 소비전력을 최소화하기 위한 제3 목적함수에 대하여 사용자 쌍 지표를 최적화하여 최적의 사용자 쌍 지표를 구하는 단계를 포함하고, 상기 제3 목적함수는
Figure 112018033354517-pat00026
에 의해 정의될 수 있다. 여기서,
Figure 112018033354517-pat00027
는 사용자 쌍 지표이고,
Figure 112018033354517-pat00028
는 최적의 소비전력.
여기에, 상기 최적의 소비전력은
Figure 112018033354517-pat00029
에 의해 정의될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국의 소비전력을 최소화하는 빔포밍 방법에 있어서, 상기 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 제1 목적함수를 통해 상기 기지국의 셀 영역 내의 사용자 쌍(i,j)에 대한 전력 할당비를 최적화하여 최적의 전력 할당비를 구하는 단계, 상기 최적의 전력 할당비를 이용하여 상기 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 제2 목적함수를 통해 상기 사용자 쌍에 대한 빔조종 벡터를 최적화하여 최적의 빔조종 벡터를 구하는 단계, 및 상기 사용자 쌍을 선정하는 단계를 포함하고, 상기 사용자 쌍을 선정하는 단계는 사용자 쌍 유효채널 벡터(
Figure 112018033354517-pat00030
)의 상관계수를
Figure 112018033354517-pat00031
에 의해 산출하는 단계, 상기 기지국의 셀 영역 내의 모든 사용자 집합에 대하여 상기 산출된 상관계수가 가장 높은 순서대로 상기 사용자 쌍을 선정하는 단계, 및 상기 선정된 사용자 쌍을 상기 모든 사용자 집합에서 제거시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 목적함수는
Figure 112018033354517-pat00032
에 의해 정의되고, 상기 제2 목적함수는
Figure 112018033354517-pat00033
에 의해 정의될 수 있다. 여기서,
Figure 112018033354517-pat00034
는 전력 할당비로서
Figure 112018033354517-pat00035
이고,
Figure 112018033354517-pat00036
는 빔조종 벡터이고,
Figure 112018033354517-pat00037
이고,
Figure 112018033354517-pat00038
이고,
Figure 112018033354517-pat00039
는 사용자 쌍 유효채널 벡터이고,
Figure 112018033354517-pat00040
(
Figure 112018033354517-pat00041
)이고,
Figure 112018033354517-pat00042
는 수신단의 잡음 분산,
Figure 112018033354517-pat00043
.
여기에, 상기 최적의 빔조종 벡터를 구하는 단계는 상기 제2 목적함수를
Figure 112018033354517-pat00044
를 적용하여
Figure 112018033354517-pat00045
으로 변형하는 단계를 더 포함하고, 상기 최적의 빔조종 벡터는
Figure 112018033354517-pat00046
와 같이 정의될 수 있다. 여기서,
Figure 112018033354517-pat00047
,
Figure 112018033354517-pat00048
이고,
Figure 112018033354517-pat00049
.
여기에, 상기 사용자 쌍을 선정하는 단계는 상기 모든 사용자 집합 내의 사용자가 쌍을 형성할 때까지 반복 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국의 소비전력을 최소화하는 빔포밍 장치에 있어서, 상기 기지국의 셀 영역 내의 사용자 쌍(i,j)에 대한 최적의 전력 할당비 및 최적의 빔조종 벡터를 생성하고, 상기 최적의 빔조종 벡터를 이용하여 빔포밍 벡터를 생성하고, 상기 사용자 쌍을 선정하는 제어부, 상기 사용자 쌍에 송신하고자 하는 심볼을 부호화하고, 상기 부호화된 심볼을 중첩하여 중첩 부호 신호를 생성하는 중첩 부호화부, 및 상기 중첩 부호화부를 통해 생성된 중첩 부호 신호에 대하여 상기 빔포밍 벡터 생성부를 통하여 생성된 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍을 수행하는 빔형성부를 포함할 수 있다.
여기에, 상기 제어부는 제1 목적함수를 통해 상기 사용자 쌍에 대한 전력 할당비를 최적화하여 상기 최적의 전력 할당비를 구하고, 제2 목적함수를 통해 상기 사용자 쌍에 대한 빔조종 벡터를 최적화하여 상기 최적의 빔조종 벡터를 구하여 상기 빔포밍 벡터를 생성하는 빔포밍 벡터 생성부, 상기 사용자 쌍을 선정하는 선정부, 및 상기 최적의 전력 할당비를 이용하여 상기 사용자 쌍(i,j)에 송신할 심볼에 각각 전력을 할당하는 전력 할당부를 포함하고, 상기 제1 목적함수는
Figure 112018033354517-pat00050
에 의해 정의되고, 상기 제2 목적함수는
Figure 112018033354517-pat00051
에 의해 정의될 수 있다. 여기서,
Figure 112018033354517-pat00052
는 전력 할당비로서
Figure 112018033354517-pat00053
이고,
Figure 112018033354517-pat00054
는 빔조종 벡터이고,
Figure 112018033354517-pat00055
이고,
Figure 112018033354517-pat00056
이고,
Figure 112018033354517-pat00057
는 사용자 쌍 유효채널 벡터이고,
Figure 112018033354517-pat00058
(
Figure 112018033354517-pat00059
)이고,
Figure 112018033354517-pat00060
는 수신단의 잡음 분산,
Figure 112018033354517-pat00061
.
여기에, 상기 빔포밍 벡터 생성부는 상기 제2 목적함수를
Figure 112018033354517-pat00062
를 적용하여
Figure 112018033354517-pat00063
으로 변형하고, 상기 최적의 빔조종 벡터는
Figure 112018033354517-pat00064
와 같이 정의될 수 있다. 여기서,
Figure 112018033354517-pat00065
,
Figure 112018033354517-pat00066
이고,
Figure 112018033354517-pat00067
.
여기에, 상기 선정부는 상기 사용자 쌍 유효채널 벡터(
Figure 112018033354517-pat00068
)의 상관계수를
Figure 112018033354517-pat00069
에 의해 산출하고, 상기 기지국의 셀 영역 내의 모든 사용자 집합에 대하여 상기 산출된 상관계수가 가장 높은 순서대로 상기 사용자 쌍을 선정할 수 있다.
여기에, 상기 선정부는 상기 선정된 사용자 쌍을 상기 모든 사용자 집합에서 제거시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 하향링크를 위한 NOMA 방식에서 하나의 쌍을 이루는 두 사용자에 대하여 각 사용자의 최소 전송률을 보장하고, 기지국의 소비전력을 최소화할 수 있다.
또한, 빔포밍 방법 및 사용자 쌍 구성의 복잡도를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비직교 다중 접속 기반 하향링크 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 쌍 선정 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 사용자 쌍 선정 방법의 순서도이다.
도 6a는 최소 전송률에 따른 빔포밍 기법들의 소비전력에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 6b는 사용자 수에 따른 빔포밍 기법들의 소비전력에 대한 그래프를 도시한 것이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 본 명세서 상에 발명과 관련된 수학식을 기재함에 있어서, 기재하고자 하는 수학식에 포함된 기호가 이전에 기재된 수학식에 이미 포함된 경우라면, 해당 기호의 의미에 대한 기재는 이전에 기재된 수학식과 병기한 것으로 대체한다. 이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 장치 및 방법이 적용될 수 있는 비직교 다중 접속(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA) 기반 시스템에서 신호 송신을 위한 기술에 대하여 간략히 설명하기로 한다.
비직교 다중 접속(이하, NOMA) 기술은 중첩코딩(Superposition Coding, SC) 기술을 활용한 송신부와 순차적 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC) 기술을 활용한 수신부를 포함하며, 5G 이동통신 시스템이 요구하는 높은 전송률과 대규모 연결성을 지원하고, 뛰어난 스펙트럼 효율을 달성할 수 있다.
여기서, 송신부의 중첩코딩 기술은 다중 사용자를 포함하는 시스템에서 각 사용자의 정보를 동시에 전송하기 위한 것으로서, 이를 위해 송신부는 각 사용자의 정보를 부호화하기 위하여 사용자의 수에 맞는 부호화기를 포함할 수 있다.
여기서, 수신부의 순차적 간섭 제거 기술은 다중 수신 신호를 동시에 처리하기 위한 것으로서, 보다 강한 신호강도를 갖는 신호를 먼저 복호화하여 제거한 다음에, 나머지 신호로부터 약한 신호강도를 갖는 신호를 제거한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비직교 다중 접속 기반 하향링크 시스템을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 비직교 다중 접속 기반 하향링크 시스템(1)은 하나의 기지국(10)과 하나의 쌍을 이루는 두 개의 사용자 단말기(20a, 20b)를 포함할 수 있다.
여기서, 기지국(10)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 소형 기지국, 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS) 등을 지칭할 수도 있고, BS, ABS, HR-BS, 소형 기지국, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, HR-RS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
여기서, 단말기(20a, 20b)는 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이러한 기지국(10)은 하나의 쌍을 이루는 단말기(20a, 20b)에 적어도 하나 이상의 빔을 사용하여 신호를 생성 및 단말기(20a, 20b)에 전송할 수 있으며, 이를 위하여 기지국(10)은 M개(여기서, M은 자연수임)의 안테나를 포함할 수 있다. 이때, 사용자 쌍(i,j)에 대하여 기지국(10)이 사용자 i에 보내는 송신신호는 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112018033354517-pat00070
여기서,
Figure 112018033354517-pat00071
는 기지국(10)으로부터 생성된 송신신호,
Figure 112018033354517-pat00072
는 심볼(
Figure 112018033354517-pat00073
)을 전송하기 위해 필요한 사용자 i,j에 대한 기지국(10)의 소비전력,
Figure 112018033354517-pat00074
는
Figure 112018033354517-pat00075
을 조건으로 하는 빔포밍 벡터,
Figure 112018033354517-pat00076
는 순차적 간섭 제거를 위해
Figure 112018033354517-pat00077
값을 가지는 전력 할당비를 의미한다. 한편, 빔포밍 벡터(
Figure 112018033354517-pat00078
)에 대하여는 빔포밍 장치 및 방법에서 후술하기로 한다.
상술한 바와 같이 기지국(10)은 셀 영역 내에 위치한 적어도 하나 이상의 단말기(20a, 20b)에 대하여 데이터 심볼들을 중첩하여 송신할 수 있는데, 이때 단말기(20a, 20b)의 위치에 따라 보다 가까운 곳에 위치한 단말기(20a)에는 상대적으로 적은 전력을 할당할 수 있으며, 보다 먼 곳에 위치한 단말기(20b)에는 상대적으로 많은 전력을 할당할 수 있다.
단말기(20a, 20b)는 기지국(10)의 셀 영역 내에 위치하여 기지국(10)으로부터 신호를 수신한다. 기지국(10)으로부터의 신호를 수신하기 위하여, 단말기(20a, 20b)는 하나의 안테나 또는 복수개의 안테나를 포함할 수 있으나, 본 실시예에서는 단말기(20a, 20b)가 하나의 안테나를 포함한 경우를 가정하여 설명한다. 이때, 단말기(20a, 20b) k가 기지국(10)으로부터 수신하는 신호는 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112018033354517-pat00079
여기서,
Figure 112018033354517-pat00080
는 기지국(10)으로부터 단말기(20a, 20b)까지의 실제 채널 벡터이고,
Figure 112018033354517-pat00081
는 사용자 쌍 지표이고,
Figure 112018033354517-pat00082
는 사용자 k에 대한 가산 가우시안 잡음 벡터이다. 이때,
Figure 112018033354517-pat00083
의 H는 에르메트 전치(Hermitian transpose)연산을 의미한다.
상기 수학식 2에서 사용자 i,j가 쌍을 이루는 경우(즉, 사용자 쌍 지표의 값이 1인 경우) 쌍을 이룬 사용자의 단말기(20a, 20b)가 수신하는 신호는 아래의 수학식 3과 같다.
Figure 112018033354517-pat00084
여기서,
Figure 112018033354517-pat00085
으로서,
Figure 112018033354517-pat00086
는 사용자 쌍 유효채널 벡터를 의미한다. 즉, 상기 수학식 2,3에서와 같이 기지국의 셀 반경 내에 한 쌍의 사용자 쌍만 있는 경우 사용자 쌍 유효채널 벡터(
Figure 112018033354517-pat00087
)는 실제 채널 벡터(
Figure 112018033354517-pat00088
)와 같고, 기지국의 셀 반경 내에 한 쌍 이상의 사용자들이 있는 경우 사용자 쌍 유효채널 벡터는
Figure 112018033354517-pat00089
와 같다.
여기서,
Figure 112018033354517-pat00090
은 사용자 i, j를 제외한 하향링크 채널의 널 공간(null space)을 형성하는 기저 벡터의 행렬이고,
Figure 112018033354517-pat00091
이고, M은 기지국의 안테나 수, K는 단말기(즉, 사용자) 수를 의미한다.
일 실시 예에 따라 쌍을 이룬 사용자 i,j 중에서 사용자 i의 단말기(20a, 20b)에서 연속 간섭 제거가 수행되는 경우 사용자 i에 대한 전송률(
Figure 112018033354517-pat00092
) 및 사용자 j에 대한 전송률(
Figure 112018033354517-pat00093
) 각각은 아래의 수학식 4와 같다.
Figure 112018033354517-pat00094
여기서,
Figure 112018033354517-pat00095
이다. 이때, 사용자 쌍
Figure 112018033354517-pat00096
에 대하여
Figure 112018033354517-pat00097
라면, 연속 간섭 제거를 수행하는 단말기는 사용자 k의 단말기이다. 한편, 상기 사용자 i,j에 대한 각각의 전송률은 후술할 빔포밍 장치 및 방법을 통하여 최저 전송률(
Figure 112018033354517-pat00098
)을 만족할 수 있다.
또한, 단말기(20a, 20b)는 적어도 하나 이상의 단말기(20a, 20b)들이 클러스터링될 수 있다. 바람직하게는, 도 1과 같이 두 개의 단말기(20a, 20b)가 한 쌍으로 클러스터링되어 보다 낮은 복잡도에서 송신 전력을 최소화하도록 할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 단말기(20a, 20b)는 순차적 간섭 제거에 따라 상대적으로 강한 신호강도를 갖는 간섭 신호를 먼저 복호화하여 제거하고, 이후에 자신과 관련된 신호에 대한 복호화를 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 장치(11)는 도 1의 비직교 다중 접속 기반 하향링크 시스템(1)에 적용될 수 있는 것으로서, 제어부(100), 중첩 부호화부(200) 및 빔형성부(300)를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 장치(11)는 기지국(10)의 소비전력이 최소가 되는 단말기의 쌍을 선정하거나, 각 단말기들의 전력을 할당하거나, 전송률에 따라 신호를 스케일링 및 원하는 방향으로 전송할 수 있도록 빔을 형성한다.
여기서, 빔포밍 장치(11)가 빔을 형성하는 것은 상술한 빔포밍 벡터(
Figure 112018033354517-pat00099
)를 생성하여, 생성된 빔포밍 벡터를 이용하여 신호를 생성하는 것을 의미할 수 있다. 빔포밍 벡터는 기지국으로부터 신호를 수신하는 한 쌍의 단말기(i, j) 모두에 공통적(common)인 빔일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 다른 빔에 의한 간섭의 제거를 고려하지 않을 경우에 빔포밍 벡터는 아래의 수학식 5와 같다.
Figure 112018033354517-pat00100
여기서,
Figure 112018033354517-pat00101
은 신호가 사용자 i와 j를 향하도록 하는 빔조종 벡터이다. 이러한 빔조종 벡터의 방향 설정 및 스케일링에 따라 기지국에서 신호 송신에 소비되는 전력이 달라지므로, 전체 시스템의 성능 결정에 있어서 중요한 요소로 작용한다. 빔조종 벡터에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
일 실시 예에 따라, 다른 빔에 의한 간섭의 제거를 고려할 경우에 빔포밍 벡터(
Figure 112018033354517-pat00102
)는 아래의 수학식 6과 같다.
Figure 112018033354517-pat00103
여기서,
Figure 112018033354517-pat00104
은 상술한 바와 같이 사용자 i, j를 제외한 하향링크 채널의 널 공간(null space)을 형성하는 기저 벡터의 행렬이다.
즉, 다른 빔에 의한 간섭의 제거를 고려할 경우의 빔포밍 벡터는 상기 수학식 5와 달리 빔조종 벡터에 사용자 쌍끼리 존재하는 간섭을 제거하기 위한 간섭 제거(zero-forcing) 기반의 블록 대각화가 수행된다. 이때, 기저 벡터의 행렬(
Figure 112018033354517-pat00105
)을 얻기 위하여 사용자 i와 j를 제외한 나머지 사용자들의 채널(
Figure 112018033354517-pat00106
)에 대한 특이값 분해(singular value decomposition)가 아래의 수학식 7에 의해 수행될 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00107
즉, 상기 수학식 7에 의해 사용자 i와 j를 제외한 나머지 사용자들의 채널에 대한 특이값 분해를 통해 얻은 right unitary matrix로부터 기저 벡터의 행렬(
Figure 112018033354517-pat00108
)을 얻을 수 있다.
상술한 실시 예인 다른 빔에 의한 간섭의 제거를 고려한 경우와 고려하지 않은 경우 모두에서 빔포밍 장치(11)는 사용자 i,j에 대한 기지국의 소비전력 최소화하기 위하여 아래의 수학식 8에 의한 최적화를 수행할 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00109
여기서,
Figure 112018033354517-pat00110
는 사용자 i,j에 대한 기지국의 소비전력이다.
한편, 빔포밍 장치(11)는 아래와 같은 제1 제약조건 하에서 상기 수학식 8에 의한 최적화를 수행한다.
Figure 112018033354517-pat00111
즉, 빔포밍 장치(11)는 기지국의 소비전력을 최소화하기 위해 최적화를 수행하여 사용자 쌍 지표(
Figure 112018033354517-pat00112
), 전력 할당비(
Figure 112018033354517-pat00113
)와 빔조종 벡터(
Figure 112018033354517-pat00114
)를 생성할 수 있다.
빔포밍 장치(11)에 포함된 제어부(100)는 신호를 송신할 사용자 쌍을 선정하고, 사용자 각각에 대하여 송신할 신호에 대한 전력을 할당하고, 빔포밍 벡터를 생성하는 것으로서 빔포밍 벡터 생성부(110), 선정부(130) 및 전력 할당부(150)를 포함한다.
빔포밍 벡터 생성부(110)는
Figure 112018033354517-pat00115
에 의한 최적화를 수행하여 최적의 전력 할당비(
Figure 112018033354517-pat00116
)와 최적의 빔조종 벡터(
Figure 112018033354517-pat00117
)를 생성할 수 있다. 이는 등가적으로 아래의 수학식 9로 나타낼 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00118
여기서,
Figure 112018033354517-pat00119
(
Figure 112018033354517-pat00120
)이고,
Figure 112018033354517-pat00121
는 수신단의 잡음 분산이고,
Figure 112018033354517-pat00122
이다.
한편, 빔포밍 벡터 생성부(110)는 상기 제1 제약조건에 아래의 제약조건이 추가된 제2 제약조건 하에서 상기 수학식 9에 의한 최적화를 수행한다.
Figure 112018033354517-pat00123
즉, 제2 제약조건은 상기 제1 제약조건과
Figure 112018033354517-pat00124
조건을 모두 포함할 수 있다.
상기 수학식 9의 목적 함수는 전력 할당비의 변화에 따라 각각 단조 감소함수, 단조 증가함수이므로 두 함수가 같을 경우의 전력 할당비가 최적의 전력 할당비이다. 이때, 최적의 전력 할당비(
Figure 112018033354517-pat00125
)는 아래의 수학식 10과 같다.
Figure 112018033354517-pat00126
상기 수학식 10에 의한 최적의 전력 할당비로부터 아래의 수학식 11과 같은 사용자 i,j에 대한 기지국의 소비전력을 도출할 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00127
여기서,
Figure 112018033354517-pat00128
이고,
Figure 112018033354517-pat00129
이다.
상기 수학식 11에서 알 수 있듯이 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 빔조종 벡터를 구하기 위해서는 상기 수학식 11의 맨 우측 항에 해당하는 값이 최소가 되어야 함을 알 수 있다. 이러한 최적화 문제는 아래의 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00130
한편, 상기 수학식 12에
Figure 112018033354517-pat00131
와 같은 부등식을 적용하여 아래의 수학식 13에 의한 최적화 문제로도 나타낼 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00132
상기 수학식 13에 의한 최적화 문제의 해를 구하여 최적의 빔조종 벡터(
Figure 112018033354517-pat00133
)를 구할 수 있다. 이하에서는 수학식 13에 의한 최적화 문제의 해를 구하는 과정을 개시한다.
상기 수학식 13의 최적화 문제를 변수 t에 대하여 아래의 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00134
여기서, 상기 수학식 14는 아래의 제3 제약조건을 만족해야 한다.
Figure 112018033354517-pat00135
Figure 112018033354517-pat00136
이때, 사용자 쌍 유효채널 벡터를 Gram-Schmidt 직교화 과정을 통해 아래의 수학식 15와 같은 정규직교 벡터의 선형 조합으로 나타낼 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00137
여기서, 직교 벡터는
Figure 112018033354517-pat00138
,
Figure 112018033354517-pat00139
이고,
Figure 112018033354517-pat00140
이다.
상기 직교 벡터를 이용하여, 빔조종 벡터를
Figure 112018033354517-pat00141
와 같이 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 수학식 13의
Figure 112018033354517-pat00142
를 아래의 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00143
상기 수학식 16에 따라, 위상 벡터(
Figure 112018033354517-pat00144
)는 오로지
Figure 112018033354517-pat00145
에만 영향을 미치며, 상기 수학식 14에 의한 목적함수는
Figure 112018033354517-pat00146
가 증가함에 따라 같이 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서,
Figure 112018033354517-pat00147
를 최대화시키기 위한 최적의 위상 벡터(
Figure 112018033354517-pat00148
)는 임의의 위상(
Figure 112018033354517-pat00149
)에 대하여 아래의 수학식 17과 같다.
Figure 112018033354517-pat00150
상기 최적의 위상 벡터에 따라서,
Figure 112018033354517-pat00151
를 아래의 수학식 18과 같이 새로이 나타낼 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00152
여기서,
Figure 112018033354517-pat00153
이다.
이에 따라, 상기 최적의 위상 벡터에 따른 상기 수학식 14에 의한 목적함수는
Figure 112018033354517-pat00154
라 할 때, 아래의 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00155
여기서, 상기 수학식 19는 아래의 제4 제약조건을 만족해야 한다.
Figure 112018033354517-pat00156
한편, 상기 수학식 19의 해는 오로지
Figure 112018033354517-pat00157
일 때만 존재하므로, 상기 제4 제약조건 중에서
Figure 112018033354517-pat00158
와
Figure 112018033354517-pat00159
를 제거하면, 상기 수학식 19에 의한 목적함수는 아래의 수학식 20에 의해 나타낼 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00160
여기서, 상기 수학식 20은 아래의 제5 제약조건을 만족해야 한다.
Figure 112018033354517-pat00161
이때,
Figure 112018033354517-pat00162
이고,
Figure 112018033354517-pat00163
이고,
Figure 112018033354517-pat00164
이고,
Figure 112018033354517-pat00165
이다. 한편,
Figure 112018033354517-pat00166
를
Figure 112018033354517-pat00167
와 같은 선형 함수로 나타내고,
Figure 112018033354517-pat00168
를
Figure 112018033354517-pat00169
와 같은 볼록 함수(convex function)로 나타낼 때,
Figure 112018033354517-pat00170
와
Figure 112018033354517-pat00171
의 관계에서 세 가지 케이스를 고려할 수 있다.
[케이스 1]
만일
Figure 112018033354517-pat00172
라면, 상기 제5 제약조건 중에서
Figure 112018033354517-pat00173
만 고려할 수 있다. 이러한 케이스 1은
Figure 112018033354517-pat00174
와
Figure 112018033354517-pat00175
에서
Figure 112018033354517-pat00176
이고,
Figure 112018033354517-pat00177
일 때만 성립한다. 따라서,
Figure 112018033354517-pat00178
(이하, 제1 조건)라면,
Figure 112018033354517-pat00179
는 1이다.
[케이스 2]
Figure 112018033354517-pat00180
와
Figure 112018033354517-pat00181
의 교점이
Figure 112018033354517-pat00182
에서만 존재하면, 상기 제5 제약조건을 모두 고려할 수 있다. 이때, 상기 교점은
Figure 112018033354517-pat00183
(이하, 제2 조건)에서만 존재한다. 따라서, 제2 조건에서
Figure 112018033354517-pat00184
이다.
[케이스 3]
만일
Figure 112018033354517-pat00185
에서
Figure 112018033354517-pat00186
라면, 상기 제5 제약조건 중에서
Figure 112018033354517-pat00187
만 고려할 수 있다. 이러한 케이스 3은
Figure 112018033354517-pat00188
이고
Figure 112018033354517-pat00189
일 때만 성립한다. 이때, 최적의 해는
Figure 112018033354517-pat00190
라면
Figure 112018033354517-pat00191
의 최대점(maximum point)인
Figure 112018033354517-pat00192
으로부터 얻을 수 있으며,
Figure 112018033354517-pat00193
라면
Figure 112018033354517-pat00194
으로부터 얻을 수 있다. 이에 따라,
Figure 112018033354517-pat00195
(이하, 제3 조건)에서 최적의 해는
Figure 112018033354517-pat00196
이고,
Figure 112018033354517-pat00197
(이하, 제4 조건)에서 최적의 해는
Figure 112018033354517-pat00198
이다.
상술한 과정을 통하여, 상기 수학식 13에 의한 최적의 빔조종 벡터는 아래의 수학식 21 과 같이 구할 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00199
여기서,
Figure 112018033354517-pat00200
이고
Figure 112018033354517-pat00201
이다.
상기 수학식 21의 최적의 빔조종 벡터는
Figure 112018033354517-pat00202
와 임의의 위상(
Figure 112018033354517-pat00203
)를 이용해 아래의 수학식 22로도 나타낼 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00204
여기서,
Figure 112018033354517-pat00205
는 임의의 위상값이고,
Figure 112018033354517-pat00206
는 제1 조건(
Figure 112018033354517-pat00207
)에서 1이고,
제2 조건(
Figure 112018033354517-pat00208
)에서
Figure 112018033354517-pat00209
이고,
제3 조건(
Figure 112018033354517-pat00210
)에서
Figure 112018033354517-pat00211
이고,
제4 조건(
Figure 112018033354517-pat00212
)에서
Figure 112018033354517-pat00213
이다.
또한, 상기 제1 조건 내지 제4 조건에서
Figure 112018033354517-pat00214
이고,
Figure 112018033354517-pat00215
이고,
Figure 112018033354517-pat00216
이고,
Figure 112018033354517-pat00217
이다.
즉, 빔포밍 벡터 생성부(110)는 기지국의 소비전력을 최소화하는 빔포밍 벡터를 생성하기 위하여 전력 할당비 및 빔조종 벡터에 대하여 상술한 바와 같이 최적화를 수행하고, 수행 결과에 따라 최적의 전력 할당비(
Figure 112018033354517-pat00218
)와 최적의 빔조종 벡터(
Figure 112018033354517-pat00219
)를 생성한다. 이때, 최적의 빔조종 벡터는 상술한 바와 같이 제1 조건 내지 제4 조건에 따라 각각 다른 최적의 값을 갖는다. 빔포밍 벡터 생성부(110)는 상기 생성된 최적의 빔조종 벡터를 이용하여 최종적으로 빔포밍 벡터(
Figure 112018033354517-pat00220
)를 생성한다.
선정부(130)는 기지국의 셀 영역 내의 단말기를 보유한 사용자 중에서 신호를 송신할 사용자 쌍(i,j)을 선정한다. 일 실시 예에 따라, 선정부(130)는 아래의 수학식 23에 의한 최적화를 수행하여 기지국의 셀 영역 내의 사용자들에게 신호를 송신하기 위한 기지국의 전체 소비전력이 최소가 되는 사용자 쌍을 선정한다.
Figure 112018033354517-pat00221
여기서,
Figure 112018033354517-pat00222
는 사용자 쌍 지표로서 사용자가 쌍을 이루는지 여부에 따라 0 또는 1의 값을 가지며,
Figure 112018033354517-pat00223
는 사용자 i,j에 대한 기지국의 최적의 소비전력이다. 이때, 최적의 소비전력은 아래의 수학식 24에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112018033354517-pat00224
여기서,
Figure 112018033354517-pat00225
는 제어부(100)에 의해 생성된 최적의 빔조종 벡터에 따라 상기 수학식 11에 의해 계산된다. 이때,
Figure 112018033354517-pat00226
는 상기 제1 조건 내지 제4 조건에 따라 제1 조건에서
Figure 112018033354517-pat00227
이고,
제2 조건에서
Figure 112018033354517-pat00228
이고,
제3 조건에서
Figure 112018033354517-pat00229
이고,
제4 조건에서
Figure 112018033354517-pat00230
이다.
여기서,
Figure 112018033354517-pat00231
이다.
한편, 선정부(130)는 아래와 같은 제6 제약조건 하에서 상기 수학식 23에 의한 최적화를 수행한다.
Figure 112018033354517-pat00232
Figure 112018033354517-pat00233
이때, 사용자 쌍 지표(
Figure 112018033354517-pat00234
)는 모든 사용자(1,…,K)에 대하여 순차적 간섭 제거를 수행하는 사용자에 관계없이 사용자 i와 j가 쌍이 되면 1이고, 그렇지 않으면 0이다.
한편, 상기 수학식 23에 의한 최적화를 수행하는 경우 복잡도(complexity)는 시스템 내의 사용자 수 K에 대하여
Figure 112018033354517-pat00235
와 같으므로, 사용자 수가 증가할 수록 큰 폭으로 증가한다. 따라서, 일 실시 예에 따른 선정부(130)는 상기 수학식 23에 의한 최적화를 수행하여 사용자 쌍을 선정하는 대신에, 사용자 쌍 유효채널 벡터(
Figure 112018033354517-pat00236
)의 상관계수를 이용하여 사용자 쌍을 선정할 수도 있다. 이때, 사용자 쌍 유효채널 벡터의 상관계수는
Figure 112018033354517-pat00237
와 같이 나타낼 수 있다. 즉, 선정부(130)는 모든 사용자 k의 사용자 쌍에 대하여 상기 상관계수를 산출하고, 산출된 상관계수가 높은 순서대로 사용자 쌍을 선정할 수 있다.
상술한 실시예들에 의해 선정부(130)는 기지국의 셀 영역 내의 사용자들에게 신호를 송신하기 위한 기지국의 전체 소비전력이 최소가 되는 사용자 쌍 지표(
Figure 112018033354517-pat00238
)를 선정할 수 있다.
전력 할당부(150)는 제어부를 통해 생성된 최적의 전력 할당비(
Figure 112018033354517-pat00239
)를 이용하여 선정된 사용자 쌍(i,j)에 송신할 심볼에 각각 전력을 할당한다. 이때, 상술한 바와 같이 보다 가까운 곳에 위치한 단말기(20a)에는 상대적으로 적은 전력을 할당할 수 있으며, 보다 먼 곳에 위치한 단말기(20b)에는 상대적으로 많은 전력을 할당할 수 있다.
중첩 부호화부(200)는 사용자 쌍(i,j)에 송신하고자 하는 심볼을 부호화하고, 부호화된 심볼을 중첩하여 중첩 부호 신호를 생성한다.
빔형성부(300)는 중첩 부호화부(200)를 통해 생성된 중첩 부호 신호에 대하여 빔포밍 벡터 생성부(110)를 통하여 생성된 빔포밍 벡터(
Figure 112018033354517-pat00240
)를 이용하여 빔포밍을 수행한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 방법의 순서도이다. 이하에서는 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
S310 단계는 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 빔형성을 위하여,
Figure 112018033354517-pat00241
범위 내의 값을 갖는 전력 할당비에 대하여 상기 수학식 9에 의한 최적화를 수행한다. 최적화 수행 결과에 따라, 최적의 전력 할당비는 상기 수학식 10과 같다.
S320 단계는 빔조종 벡터에 대하여 S310 단계를 통하여 구한 최적의 전력 할당비를 이용하여 상기 수학식 9에 의한 최적화를 수행한다. 최적화 수행 결과에 따라, 최적의 빔조종 벡터는 상기 수학식 21과 같다.
S330 단계는 S320 단계를 통해 생성된 최적의 빔조종 벡터를 이용하여 빔포밍 벡터를 생성한다. 일 실시 예에 따라, 기지국의 셀 반경 내에 한 쌍의 사용자들(즉, 두 명의 사용자)만 있는 경우, 빔포밍 벡터는 사용자 쌍 유효채널 벡터(
Figure 112018033354517-pat00242
)를 실제 채널 벡터(
Figure 112018033354517-pat00243
)로 둘 때의 최적의 빔조종 벡터와 같다.
다른 실시 예에 따라, 기지국의 셀 반경 내에 한 쌍 이상의 사용자들이 있는 경우 사용자 쌍 유효채널 벡터가
Figure 112018033354517-pat00244
일 때의 빔포밍 벡터는 상기 수학식 6에 의해 생성된다. 즉, 이 경우에는 셀 반경 내의 K명의 사용자에 대하여 전송 대상 사용자 쌍 외에 다른 사용자 쌍에 의한 간섭을 제거하기 위하여 간섭 제거 기반의 블록 대각화가 수행될 수 있다. 한편, 간섭 제거를 위한 널 공간을 형성하는 기저 벡터의 행렬을 얻기 위하여 S330 단계는 추가로 특이값 분해를 수행할 수 있다.
S340 단계는 S310 단계 및 S320 단계에서 생성된 최적의 전력 할당비를 이용하여 단말기에 송신될 심볼(
Figure 112018033354517-pat00245
)에 전력을 할당한다. 일 실시 예에 따라, 사용자 i,j에 대하여
Figure 112018033354517-pat00246
비율로 기지국의 소비전력이 할당될 수 있다.
S350 단계는 상기 수학식 1에 따라 단말기에 송신할 신호를 최종적으로 생성한다. 보다 구체적으로, S350 단계는 사용자 쌍(i,j)에 송신하고자 하는 심볼을 부호화하고, 부호화된 심볼을 중첩하여 중첩 부호 신호를 생성한 다음에, 생성된 중첩 부호 신호에 대하여 빔포밍 벡터(
Figure 112018033354517-pat00247
)를 이용하여 빔포밍을 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 쌍 선정 방법의 순서도이다.
도 4를 참조하면, S410 단계는 상기 수학식 24에 의한 최적화를 수행하여 기지국의 최적의 소비전력을 구한다. 이때, 기지국의 최적의 소비전력은 상기 제1 조건 내지 제4 조건에 따라 다른 값을 가질 수 있다.
S420 단계는 상기 수학식 23에 의한 최적화를 수행하여 기지국의 전체 소비전력이 최소가 될 때의 사용자 쌍을 선정한다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 사용자 쌍 선정 방법의 순서도이다.
도 5를 참조하면, S510 단계는 사용자 쌍 유효채널 벡터(
Figure 112018033354517-pat00248
)의 상관계수를
Figure 112018033354517-pat00249
에 의해 산출한다. S530 단계는 기지국의 셀 영역 내의 모든 사용자 집합에 대하여 상기 산출된 상관계수가 가장 높은 순서대로 사용자 쌍을 선정한다. S550 단계는 선정된 사용자 쌍을 상기 모든 사용자 집합에서 제거시킨다. 상기 S530 단계 내지 S550 단계는 모든 사용자 집합 내의 사용자가 쌍을 형성할 때까지 반복 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이 도 4의 실시예에 의한 사용자 선정 방법 뿐만 아니라, 도 5의 실시예에 의한 사용자 선정 방법에 의하여도 사용자 쌍 선정에 따른 복잡도를 감소시킬 수 있다.
도 6a는 최소 전송률에 따른 빔포밍 기법들의 소비전력에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 6a를 참조하면, M(기지국의 안테나 수)=K(사용자 수)=8이고, 기지국의 단일 셀 반경은 500[m]이고, 잡음 전력은 -104[dBm]이고, 거리 d에서의 경로 손실은
Figure 112018033354517-pat00250
이고, 매크로 셀의 전파 모델은 10[MHz]의 대역폭을 갖는 3GPP TR 36.931 모델인 조건 하에 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 방법과 다른 빔포밍 기법들의 성능을 기지국의 소비전력을 통해 비교하였다. 이때, 도시된 성능을 나타낸 빔포밍 기법들은 각각 제안된 기법(PBD)과 기존의 기법들(ZF, HBD, LBD, Hybrid)로서 ZF는 간섭 제거 기반의 빔포밍 기법이고, HBD(LBD)는 high(low) SNR을 갖는 사용자를 향한 빔포밍 기법이고, Hybrid는 비특허문헌 1에 의한 빔포밍 기법이다.
도 6a과 같이, 제안된 빔포밍 기법(PBD)은 기존의 다른 빔포밍 기법(ZF, HBD, LBD, Hybrid)에 비하여 모든 최소 전송률에서 보다 낮은 전력으로도 기지국이 신호를 송신할 수 있음을 알 수 있다.
도 6b는 사용자 수에 따른 빔포밍 기법들의 소비전력에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 6b를 참조하면, 상술한 도 6a에서의 조건 하에 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 방법과 다른 빔포밍 기법들의 성능을 기지국의 소비전력을 통해 비교하였다. 이때, 도시된 성능을 나타낸 빔포밍 기법들에 적용된 사용자 쌍 선정 기법에서 MPAA는 메시지 전달 알고리즘 기반의 기법이고, ECPA는 사용자 쌍 유효채널 벡터의 상관계수를 이용한 기법이고, SUPA는 상기 수학식 15를 이용한 기법이다.
도 6b와 같이, 제안된 빔포밍 기법(PBD)에 제안된 사용자 쌍 선정 기법(MPPA, ECPA)를 적용하면 보다 낮은 전력으로도 기지국이 신호를 송신할 수 있음을 알 수 있다. 특히, PBD에 ECPA 기법이 적용된 경우 사용자 수가 증가할수록 PBD에 MPPA를 적용한 경우와 성능이 유사해짐을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 의한 빔포밍 장치(11) 및 방법에 의하면 각 사용자에 대한 최소 전송률을 보장함과 동시에 기지국의 소비전력을 최소화할 수 있다. 도 6a 내지 도 6b에서 확인한 바와 같이, 기존의 빔포밍 기법들에 비하여 보다 소비전력 측면에서 보다 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의한 빔포밍 장치(11) 및 방법은 사용자 쌍 선정기법을 적용하여 상술한 소비전력 측면의 성능을 극대화할 수 있으며, 복잡도를 감소시킬 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 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 (18)

  1. 기지국의 소비전력을 최소화하는 빔포밍 방법에 있어서,
    상기 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 제1 목적함수를 통해 상기 기지국의 셀 영역 내의 사용자 쌍(i,j)에 대한 전력 할당비를 최적화하여 최적의 전력 할당비를 구하는 단계; 및
    상기 최적의 전력 할당비를 이용하여 상기 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 제2 목적함수를 통해 상기 사용자 쌍에 대한 빔조종 벡터를 최적화하여 최적의 빔조종 벡터를 구하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 목적함수는
    Figure 112018033354517-pat00251
    에 의해 정의되는 빔포밍 방법.
    여기서,
    Figure 112018033354517-pat00252
    는 전력 할당비로서
    Figure 112018033354517-pat00253
    이고,
    Figure 112018033354517-pat00254
    는 빔조종 벡터이고,
    Figure 112018033354517-pat00255
    이고,
    Figure 112018033354517-pat00256
    이고,
    Figure 112018033354517-pat00257
    는 사용자 쌍 유효채널 벡터이고,
    Figure 112018033354517-pat00258
    (
    Figure 112018033354517-pat00259
    )이고,
    Figure 112018033354517-pat00260
    는 수신단의 잡음 분산.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최적의 전력 할당비는
    Figure 112018033354517-pat00261
    인 빔포밍 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 목적함수는
    Figure 112018033354517-pat00262
    에 의해 정의되는 빔포밍 방법.
    여기서,
    Figure 112018033354517-pat00263
    .
  4. 제3항에 있어서,
    상기 최적의 빔조종 벡터를 구하는 단계는
    상기 제2 목적함수를
    Figure 112018033354517-pat00264
    를 적용하여
    Figure 112018033354517-pat00265
    으로 변형하는 단계를 더 포함하고,
    상기 최적의 빔조종 벡터는
    Figure 112018033354517-pat00266
    와 같이 정의되는 빔포밍 방법.
    여기서,
    Figure 112018033354517-pat00267
    ,
    Figure 112018033354517-pat00268
    이고,
    Figure 112018033354517-pat00269
    .
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최적의 빔조종 벡터를 이용하여 빔포밍 벡터를 생성하는 단계를 더 포함하는 빔포밍 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최적의 전력 할당비를 이용하여 단말기에 송신될 심볼에 전력을 할당하는 단계;
    상기 사용자 쌍에 송신하고자 하는 심볼을 부호화하고, 상기 부호화된 심볼을 중첩하여 중첩 부호 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 중첩 부호 신호에 대하여 상기 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍을 수행하는 단계를 더 포함하는 빔포밍 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터는 상기 기지국의 셀 반경 내에 상기 사용자 쌍만 있는 경우 상기 사용자 쌍 유효채널 벡터(
    Figure 112018033354517-pat00270
    )를 실제 채널 벡터(
    Figure 112018033354517-pat00271
    )로 둘 때의 상기 최적의 빔조종 벡터와 같고, 상기 기지국의 셀 반경 내에 한 쌍 이상의 사용자들이 있는 경우 상기 사용자 쌍 유효채널 벡터가
    Figure 112018033354517-pat00272
    일 때의 상기 빔포밍 벡터는
    Figure 112018033354517-pat00273
    에 의해 정의되는 빔포밍 방법.
    여기서,
    Figure 112018033354517-pat00274
    은 사용자 i, j를 제외한 하향링크 채널의 널 공간(null space)을 형성하는 기저 벡터의 행렬이고,
    Figure 112018033354517-pat00275
    이고, M은 기지국의 안테나 수, K는 사용자의 수.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 사용자 쌍을 선정하는 단계를 더 포함하는 빔포밍 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 사용자 쌍을 선정하는 단계는
    상기 최적의 전력 할당비 및 상기 최적의 빔조종 벡터를 이용하여 최적의 소비전력을 구하는 단계; 및
    상기 기지국의 전체 소비전력을 최소화하기 위한 제3 목적함수에 대하여 사용자 쌍 지표를 최적화하여 최적의 사용자 쌍 지표를 구하는 단계를 포함하고,
    상기 제3 목적함수는
    Figure 112018033354517-pat00276
    에 의해 정의되는 빔포밍 방법.
    여기서,
    Figure 112018033354517-pat00277
    는 사용자 쌍 지표이고,
    Figure 112018033354517-pat00278
    는 최적의 소비전력.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 최적의 소비전력은
    Figure 112018033354517-pat00279
    에 의해 정의되는 빔포밍 방법.
  11. 기지국의 소비전력을 최소화하는 빔포밍 방법에 있어서,
    상기 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 제1 목적함수를 통해 상기 기지국의 셀 영역 내의 사용자 쌍(i,j)에 대한 전력 할당비를 최적화하여 최적의 전력 할당비를 구하는 단계;
    상기 최적의 전력 할당비를 이용하여 상기 기지국의 소비전력을 최소화하기 위한 제2 목적함수를 통해 상기 사용자 쌍에 대한 빔조종 벡터를 최적화하여 최적의 빔조종 벡터를 구하는 단계; 및
    상기 사용자 쌍을 선정하는 단계를 포함하고,
    상기 사용자 쌍을 선정하는 단계는
    사용자 쌍 유효채널 벡터(
    Figure 112018033354517-pat00280
    )의 상관계수를
    Figure 112018033354517-pat00281
    에 의해 산출하는 단계;
    상기 기지국의 셀 영역 내의 모든 사용자 집합에 대하여 상기 산출된 상관계수가 가장 높은 순서대로 상기 사용자 쌍을 선정하는 단계; 및
    상기 선정된 사용자 쌍을 상기 모든 사용자 집합에서 제거시키는 단계를 포함하고,
    상기 제1 목적함수는
    Figure 112018033354517-pat00282
    에 의해 정의되고, 상기 제2 목적함수는
    Figure 112018033354517-pat00283
    에 의해 정의되는 빔포밍 방법.
    여기서,
    Figure 112018033354517-pat00284
    는 전력 할당비로서
    Figure 112018033354517-pat00285
    이고,
    Figure 112018033354517-pat00286
    는 빔조종 벡터이고,
    Figure 112018033354517-pat00287
    이고,
    Figure 112018033354517-pat00288
    이고,
    Figure 112018033354517-pat00289
    는 사용자 쌍 유효채널 벡터이고,
    Figure 112018033354517-pat00290
    (
    Figure 112018033354517-pat00291
    )이고,
    Figure 112018033354517-pat00292
    는 수신단의 잡음 분산,
    Figure 112018033354517-pat00293
    .
  12. 제11항에 있어서,
    상기 최적의 빔조종 벡터를 구하는 단계는
    상기 제2 목적함수를
    Figure 112018033354517-pat00294
    를 적용하여
    Figure 112018033354517-pat00295
    으로 변형하는 단계를 더 포함하고,
    상기 최적의 빔조종 벡터는
    Figure 112018033354517-pat00296
    와 같이 정의되는 빔포밍 방법.
    여기서,
    Figure 112018033354517-pat00297
    ,
    Figure 112018033354517-pat00298
    이고,
    Figure 112018033354517-pat00299
    .
  13. 제11항에 있어서,
    상기 사용자 쌍을 선정하는 단계는 상기 모든 사용자 집합 내의 사용자가 쌍을 형성할 때까지 반복 수행되는 빔포밍 방법.
  14. 기지국의 소비전력을 최소화하는 빔포밍 장치에 있어서,
    상기 기지국의 셀 영역 내의 사용자 쌍(i,j)에 대한 최적의 전력 할당비 및 최적의 빔조종 벡터를 생성하고, 상기 최적의 빔조종 벡터를 이용하여 빔포밍 벡터를 생성하고, 상기 사용자 쌍을 선정하는 제어부;
    상기 사용자 쌍에 송신하고자 하는 심볼을 부호화하고, 상기 부호화된 심볼을 중첩하여 중첩 부호 신호를 생성하는 중첩 부호화부; 및
    상기 중첩 부호화부를 통해 생성된 중첩 부호 신호에 대하여 빔포밍 벡터 생성부를 통하여 생성된 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍을 수행하는 빔형성부를 포함하고,
    상기 제어부는
    제1 목적함수를 통해 상기 사용자 쌍에 대한 전력 할당비를 최적화하여 상기 최적의 전력 할당비를 구하고, 제2 목적함수를 통해 상기 사용자 쌍에 대한 빔조종 벡터를 최적화하여 상기 최적의 빔조종 벡터를 구하여 상기 빔포밍 벡터를 생성하는 빔포밍 벡터 생성부;
    상기 사용자 쌍을 선정하는 선정부; 및
    상기 최적의 전력 할당비를 이용하여 상기 사용자 쌍(i,j)에 송신할 심볼에 각각 전력을 할당하는 전력 할당부를 포함하고,
    상기 제1 목적함수는
    Figure 112019503461317-pat00300
    에 의해 정의되고, 상기 제2 목적함수는
    Figure 112019503461317-pat00301
    에 의해 정의되는 빔포밍 장치.
    여기서,
    Figure 112019503461317-pat00302
    는 전력 할당비로서
    Figure 112019503461317-pat00303
    이고,
    Figure 112019503461317-pat00304
    는 빔조종 벡터이고,
    Figure 112019503461317-pat00305
    이고,
    Figure 112019503461317-pat00306
    이고,
    Figure 112019503461317-pat00307
    는 사용자 쌍 유효채널 벡터이고,
    Figure 112019503461317-pat00308
    (
    Figure 112019503461317-pat00309
    )이고,
    Figure 112019503461317-pat00310
    는 수신단의 잡음 분산,
    Figure 112019503461317-pat00311
    .
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 생성부는
    상기 제2 목적함수를
    Figure 112019056019296-pat00312
    를 적용하여
    Figure 112019056019296-pat00313
    으로 변형하고,
    상기 최적의 빔조종 벡터는
    Figure 112019056019296-pat00314
    와 같이 정의되는 빔포밍 장치.
    여기서,
    Figure 112019056019296-pat00315
    ,
    Figure 112019056019296-pat00316
    이고,
    Figure 112019056019296-pat00317
    .
  17. 제14항에 있어서,
    상기 선정부는
    상기 사용자 쌍 유효채널 벡터(
    Figure 112019056019296-pat00318
    )의 상관계수를
    Figure 112019056019296-pat00319
    에 의해 산출하고, 상기 기지국의 셀 영역 내의 모든 사용자 집합에 대하여 상기 산출된 상관계수가 가장 높은 순서대로 상기 사용자 쌍을 선정하는 빔포밍 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 선정부는 상기 선정된 사용자 쌍을 상기 모든 사용자 집합에서 제거시키는 빔포밍 장치.
KR1020180038985A 2018-04-04 2018-04-04 비직교 다중 접속을 위한 빔포밍 장치 및 방법 KR102038302B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180038985A KR102038302B1 (ko) 2018-04-04 2018-04-04 비직교 다중 접속을 위한 빔포밍 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180038985A KR102038302B1 (ko) 2018-04-04 2018-04-04 비직교 다중 접속을 위한 빔포밍 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190115817A KR20190115817A (ko) 2019-10-14
KR102038302B1 true KR102038302B1 (ko) 2019-11-26

Family

ID=68171457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180038985A KR102038302B1 (ko) 2018-04-04 2018-04-04 비직교 다중 접속을 위한 빔포밍 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102038302B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112584403B (zh) * 2020-11-02 2022-11-01 河南理工大学 Noma小小区最大速率最小功率的联合优化方法
KR102509406B1 (ko) * 2021-01-28 2023-03-10 홍익대학교세종캠퍼스산학협력단 Swipt를 이용한 다중 사용자 miso-noma 네트워크에서 스펙트럼 효율을 위한 하이브리드 사용자 쌍 구성 방법
US11201643B1 (en) 2021-08-04 2021-12-14 King Abdulaziz University Method, apparatus and system for transmission of data in a power domain non-orthogonal multiple access system
CN114245448A (zh) * 2021-11-18 2022-03-25 国网福建省电力有限公司漳州供电公司 一种用于电力5g微基站的功率分配方法
CN114630338B (zh) * 2022-04-14 2024-02-02 北京邮电大学 一种单小区多用户场景下的波束管理方法及装置
CN117639903B (zh) * 2024-01-23 2024-05-07 南京控维通信科技有限公司 一种基于noma辅助的多用户卫星通信方法及系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101242177B1 (ko) * 2011-08-12 2013-03-12 고려대학교 산학협력단 다중 입력 단일 출력에서 빔포밍 설계 장치 및 방법
KR102070938B1 (ko) 2013-04-19 2020-01-29 삼성전자주식회사 다중 사용자 빔포밍 시스템에서 비 직교 다중 접속 기법을 운용하기 위한 방법 및 장치
KR20160146501A (ko) 2015-06-11 2016-12-21 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 비직교다중접속을 위한 다중 사용자 선택 및 자원 할당 방법 및 장치

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Shimei Liu et al, "User selection and power schedule for downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) system" 2015 IEEE Int'l Conference on Communication Workshop (2015.06.12.) 1부.*
정연진 외 4명, "비직교 다중접속 (NOMA) 시스템에서의 단말 쌍 구성과 전력 할당", 2016년도 한국통신학회 하계종합학술발표회 논문집 (2016.06.30.) 1부.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190115817A (ko) 2019-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102038302B1 (ko) 비직교 다중 접속을 위한 빔포밍 장치 및 방법
KR101584993B1 (ko) 복수의 송/수신 페어들의 송/수신 모드를 선택하는 방법 및 장치
JP6474889B2 (ja) Ｍｉｍｏ送信機の前処理フィルタを用いた伝送信号生成方法
US8976892B2 (en) Beamforming method and apparatus using a rate splitting scheme in a multi-cell multi-antenna interference channel
JP5427290B2 (ja) 空間多重無線伝送システム、空間多重無線伝送方法、及びコンピュータプログラム
JP6161333B2 (ja) 干渉アラインメントに基づくプリコーディング方法、送信機およびデバイス
BRPI1106984A2 (pt) Método, em um nó, para um sistema de comunicação celular, aparelho para uma estação de retransmissão para uma rede de comunicação sem fio, aparelho para uma estação móvel para uma rede de comunicação sem fio, e, método, em uma estação móvel, para uma rede de comunicação sem fio
CN104767556A (zh) 一种基于部分干扰对齐的协调波束赋形方法及装置
KR20230045455A (ko) 무선 통신 시스템에서 지능형 반사 평면을 기반한 데이터 통신을 위한 장치 및 방법
KR20140041884A (ko) 전송 발산 방법, 및 관련 장치 및 시스템
KR20170054046A (ko) 무선 통신 시스템에서 복호화 방법 및 장치
EP3369187B1 (en) Lattice reduction-aided symbol detection
KR102072285B1 (ko) 대역 내 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법 및 장치
KR20160130978A (ko) Mimo 수신기의 수신 신호 처리 방법
KR102264026B1 (ko) Mimo 수신기의 수신 신호 처리 방법
US20170170880A1 (en) Precoding Method, Apparatus, and System
US20190393945A1 (en) Compressing and decompressing beamspace coefficients
KR101566860B1 (ko) 간섭 채널에서의 선형 프리코딩 방법 및 장치
KR102118389B1 (ko) 기지국장치 및 기지국장치의 동작 방법
CN108631829B (zh) 联合功率分配、预编码与解码方法及其基站
CN113595599B (zh) 面向5g的群簇协作通信异构系统和干扰抑制的方法
KR20190037239A (ko) 네트워크 제어 포인트 및 중앙 처리 노드에서 사용하기 위한 전자 디바이스 및 방법
KR20180080768A (ko) 복수의 무선 신호들을 컴바이닝하는 방법 및 장치
KR102110493B1 (ko) 무선 네트워크에서 밀리미터파 기반 통신 방법 및 장치들
KR102360264B1 (ko) 통신 서비스 제공 방법 및 상기 방법을 수행하는 제어 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant