KR102103667B1 - 다중 사용자 빔포밍 시스템의 다중모드 전송 방법 - Google Patents

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KR102103667B1 KR1020190013331A KR20190013331A KR102103667B1 KR 102103667 B1 KR102103667 B1 KR 102103667B1 KR 1020190013331 A KR1020190013331 A KR 1020190013331A KR 20190013331 A KR20190013331 A KR 20190013331A KR 102103667 B1 KR102103667 B1 KR 102103667B1
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박현철
권기림
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명에서 제안하는 다중 사용자 빔포밍 시스템의 다중모드 전송 방법이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 다중 사용자 빔포밍 시스템의 다중모드 전송 방법은 복수의 사용자에 대한 피드백에 사용될 빔 도메인 채널 정보를 추출하는 단계, 추출된 빔 도메인 채널 정보를 이용하여 복수의 사용자로부터 추출된 빔 도메인 채널 정보 중 제한된 피드백 정보를 기지국을 통해 수신하는 단계, 복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 단계, 복수의 사용자 중 선택된 사용자들에게 기지국을 통해 스케줄링된 빔 행렬의 방향 정보를 피드포워드(feedforward)하는 단계 및 스케줄링된 빔포밍 행렬을 이용하여 신호를 송수신하는 단계를 포함한다.

Description

다중 사용자 빔포밍 시스템의 다중모드 전송 방법{Method for Multi-mode Transmission of Multi-user Beamforming System}
본 발명은 다중 사용자 빔포밍 시스템의 다중모드 전송 방법에 관한 것이다.
빔포밍 기술은 다수의 안테나를 이용하여 전송신호를 특정 방향으로 집중시키는 기술을 말한다. 특히, 5G 이동통신 시스템에서 고려하는 밀리미터파 통신 등의 고주파 채널에서는 빔포밍을 통해 높은 경로감쇄를 극복할 수 있을 뿐만 아니라, 대량의 안테나를 사용하여 좁은 빔 폭을 형성함으로써 공간 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.
다중 안테나를 사용하여 기존의 디지털 MIMO 기술을 적용하기 위해서는 안테나 수만큼의 RF 체인(chain)이 필요하다. 그러나 대량의 안테나를 사용하게 되면 하드웨어 복잡도와 전력소모가 대폭 증가하여 시스템 구현이 불가능해진다. 이를 위해, 안테나에 비해 훨씬 적은 수의 RF 체인을 사용하는 디지털-아날로그 하이브리드 빔포밍 구조가 쓰이고 있다. 여기서 아날로그 빔포밍 블록은 신호의 위상만 제어할 수 있는 RF 이상기(phase shifter)로만 구성되어 있다.
송신기는 빔포밍 설계를 하기 위해 수신기로부터 채널 정보(CSI)를 피드백 받아야 하는데, 수 십에서 수백 개의 안테나를 사용하는 거대 안테나 시스템에서는 너무 큰 채널 크기로 인해 비현실적으로 높은 피드백 오버헤드를 요구한다. 이를 위해, 채널정보의 일부만 피드백하여 사용하는 제한된 피드백 시스템이 필요하다.
또한, 모든 사용자에게 동일한 수의 공간다중화를 지원하는 것은 전송 용량 관점에서 최적이 아니다. 사용자 별 채널 정보를 이용하여 서로 다른 수의 공간다중화를 지원하는 다중모드(multi-mode) 전송을 통해 주파수 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 안테나 수보다 적거나 같은 수의 RF 체인을 사용하는 하이브리드 빔포밍 시스템에서 제한된 피드백 정보를 사용하여 다중모드 전송을 통해 주파수 효율을 높이는 방법을 제공하는데 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 다중 사용자 빔포밍 시스템의 다중모드 전송 방법은 복수의 사용자에 대한 피드백에 사용될 빔 도메인 채널 정보를 추출하는 단계, 추출된 빔 도메인 채널 정보를 이용하여 복수의 사용자로부터 추출된 빔 도메인 채널 정보 중 제한된 피드백 정보를 기지국을 통해 수신하는 단계, 복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 단계, 복수의 사용자 중 선택된 사용자들에게 기지국을 통해 스케줄링된 빔 행렬의 방향 정보를 피드포워드(feedforward)하는 단계 및 스케줄링된 빔포밍 행렬을 이용하여 신호를 송수신하는 단계를 포함한다.
추출된 빔 도메인 채널 정보를 이용하여 제한된 피드백 정보를 복수의 사용자로부터 기지국을 통해 수신하는 단계는 추출된 빔 도메인 채널 정보를 직교 기저 행렬(orthogonal basis matrices)을 이용하여 채널을 분해하고, 직교 기저 행렬을 형성하기 위해 방향 코사인 도메인에서 단일 샘플링된 가상 각(virtual angles)을 이용한다.
복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 단계는 기지국에서 피드백 정보를 이용하여 채널행렬을 복원하기 위해, 피드백 받은 원소와, 0으로 구성된 추정 값을 구성하고, 기지국은 0으로 구성된 추정 값을 이용하여 채널 행렬을 복원하고, 기지국에서 복원된 모든 사용자의 채널을 이용하여 스케줄링 및 빔포밍 행렬 설계를 수행한다.
복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 단계는 기지국에서 사용자들의 빔 공간 효율을 모아 행렬을 형성하는 단계, 행렬에서 가장 큰 크기를 갖는 원소에 해당하는 행과 열의 빔 인덱스 페어(beam index pair)를 선택하는 단계, 선택된 사용자와 빔 인덱스 페어를 업데이트하고, 기지국의 송신 빔으로부터 간섭을 회피하도록 선택된 빔 인덱스 페어 중 일부 열은 스케줄링에서 제외하는 단계 및 사용자들의 빔 공간 효율을 모아 생성된 행렬의 나머지 값들에 대하여 가장 큰 크기를 갖는 원소에 해당하는 행과 열의 인덱스 페어를 선택하는 단계와 선택된 사용자와 빔 인덱스 페어를 업데이트하고, 기지국의 송신 빔으로부터 간섭을 회피하도록 선택된 빔 인덱스 페어 중 일부 열은 스케줄링에서 제외하는 단계를 반복하는 단계 및 스케줄링 후, 업데이트된 빔 인덱스 페어로 기지국의 RF 빔포밍 행렬과 기저밴드(baseband) 빔포밍 행렬을 구성하는 단계를 포함한다.
스케줄링 후, 업데이트된 빔 인덱스 페어로 기지국의 RF 빔포밍 행렬과 기저밴드 빔포밍 행렬을 구성하는 단계는 다중모드 전송을 수행하기 위해 사용자들에게 공간다중화 수가 적응적으로 할당된다.
스케줄링 후, 업데이트된 빔 인덱스 페어로 기지국의 RF 빔포밍 행렬과 기저밴드 빔포밍 행렬을 구성하는 단계는 필요 시, 유효 채널에 대하여 기저밴드 빔포밍 기술을 적용하여 기지국의 기저밴드 빔포밍 행렬을 설계한다.
복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 단계는 빔간 간섭이 적은 사용자들만 선택되지 않도록 사용자들의 공정성을 고려하여 모든 사용자들에 대하여 선택되는 스케줄링 알고리즘을 이용한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 제한된 피드백 정보를 사용하여 대량의 안테나를 사용하는 시스템의 채널정보 피드백 오버헤드를 대폭 줄일 수 있으며, 다중모드 전송을 통해 주파수효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 5G 이동통신 시스템의 대표 기술 중 하나인 밀리미터파 빔포밍 시스템에 적용하여, 임의의 지역에 소형 셀 기지국을 설치 및 운용하여 면적 당 전송용량을 증대시키고, 이를 통해 폭증하는 데이터 트래픽을 수용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 하향링크 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 시스템의 다중모드 전송 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제한된 피드백 정보를 이용하여 RF 빔포밍 행렬을 스케줄링하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 인덱스 페어를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 하향링크 시스템의 블록도이다.
시스템의 동작 과정은 다음과 같다. 먼저, 각 사용자는 피드백에 사용할 빔 도메인 채널 정보를 추출한다. 본 발명의 실시예에 따르면,
Figure 112019011984232-pat00001
개의 복소수와 해당 값들의 빔 도메인 인덱스들을 추출한다. 기지국은 총
Figure 112019011984232-pat00002
명의 사용자로부터 제한된 피드백 정보를 받는다. 기지국은 사용자와 RF 빔포밍 행렬
Figure 112019011984232-pat00003
를 스케줄링하여 정한다. 이때, 사용자 별로 서로 다른 스트림 수가 할당된다. 기지국은 선택된 사용자들에게 스케줄링된 빔의 방향 정보를 피드포워드(feedforward)한다. 필요 시에는 기저밴드(baseband) 빔포밍 행렬
Figure 112019011984232-pat00004
도 계산하여 피드포워드 한다. 이후, 이와 같이 정해진 빔포밍 행렬을 이용하여 신호를 송수신한다. 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 시스템의 다중모드 전송 방법을 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 시스템의 다중모드 전송 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
제안하는 다중 사용자 빔포밍 시스템의 다중모드 전송 방법은 복수의 사용자에 대한 피드백에 사용될 빔 도메인 채널 정보를 추출하는 단계(110), 추출된 빔 도메인 채널 정보를 이용하여 복수의 사용자로부터 추출된 빔 도메인 채널 정보 중 제한된 피드백 정보를 기지국을 통해 수신하는 단계(120), 복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 단계(130), 복수의 사용자 중 선택된 사용자들에게 기지국을 통해 스케줄링된 빔 행렬의 방향 정보를 피드포워드(feedforward)하는 단계(140) 및 스케줄링된 빔포밍 행렬을 이용하여 신호를 송수신하는 단계(150)를 포함한다.
단계(110)에서, 복수의 사용자에 대한 피드백에 사용될 빔 도메인 채널 정보를 추출한다.
본 발명의 실시예에 따른, 전체 사용자
Figure 112019011984232-pat00005
명 중
Figure 112019011984232-pat00006
번째 사용자의 다중경로 채널 모델을 다음과 같이 나타낼 수 있다:
Figure 112019011984232-pat00007
여기서,
Figure 112019011984232-pat00008
는 경로이득,
Figure 112019011984232-pat00009
는 채널에 존재하는 다중경로 성분의 수,
Figure 112019011984232-pat00010
는 송신 안테나로 나가는 각 경로 성분의 엘리베이션(elevation)/방위각(azimuth angle),
Figure 112019011984232-pat00011
는 수신 안테나로 들어오는 각 경로 성분의 엘리베이션/방위각,
Figure 112019011984232-pat00012
는 송신/수신 배열 안테나의 정규화된 행렬 응답 벡터(normalized array response vector)이고,
Figure 112019011984232-pat00013
는 배열 안테나 종류에 따라 정해진다.
본 발명의 실시예에 따른,
Figure 112019011984232-pat00014
번째 사용자의 안테나 수신 신호 모델은 다음과 같이 나타낼 수 있다:
Figure 112019011984232-pat00015
Figure 112019011984232-pat00016
번째 사용자의 수신 빔포밍 후의 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다:
Figure 112019011984232-pat00017
여기서,
Figure 112019011984232-pat00018
이다.
단계(120)에서, 추출된 빔 도메인 채널 정보를 이용하여 복수의 사용자로부터 추출된 빔 도메인 채널 정보 중 제한된 피드백 정보를 기지국을 통해 수신한다. 추출된 빔 도메인 채널 정보를 직교 기저 행렬(orthogonal basis matrices)을 이용하여 채널을 분해하고, 직교 기저 행렬을 형성하기 위해 방향 코사인 도메인에서 단일 샘플링된 가상 각(virtual angles)을 이용한다.
제한된 피드백 모델에 대하여 설명한다. 먼저, 사용자는 채널을 추정한 후, 다음과 같이 직교 기저 행렬을 이용하여 채널을 분해한다:
Figure 112019011984232-pat00019
여기서,
Figure 112019011984232-pat00020
,
Figure 112019011984232-pat00021
는 직교 기저 행렬
Figure 112019011984232-pat00022
를 형성하기 위해 방향 코사인 도메인에서 단일 샘플링된 가상 각,
Figure 112019011984232-pat00023
는 빔 공간 채널 효율이고, 아래의 벡터 표현을 이용하여 나타낼 수 있다:
Figure 112019011984232-pat00024
또한,
Figure 112019011984232-pat00025
과
Figure 112019011984232-pat00026
에 해당하는 RF 빔포밍 벡터를 이용하여 다음과 같은 집합을 정의할 수 있다:
Figure 112019011984232-pat00027
각 사용자는
Figure 112019011984232-pat00028
를 추출한 후, 이 중
Figure 112019011984232-pat00029
개의 원소만 피드백 채널을 통해 기지국으로 알려준다.
만약 고주파 채널인 경우에는, 채널이 공간적으로 스파스(sparse)한 특성을 가지므로 매우 적은 수의 원소
Figure 112019011984232-pat00030
만 사용해도 다음과 같이 좋은 성능을 기대할 수 있다. 다시 말해, 고주파 채널에서 채널 행렬은 낮은 랭크 특성(low rank property)을 갖는다.
Figure 112019011984232-pat00031
여기서
Figure 112019011984232-pat00032
은
Figure 112019011984232-pat00033
의 원소 중 크기가
Figure 112019011984232-pat00034
번째 큰 원소의 인덱스이다. 기지국은 피드백 정보를 토대로 채널행렬을 복원하기 위해, 피드백 받은
Figure 112019011984232-pat00035
개 원소와,
Figure 112019011984232-pat00036
개의 0으로 구성된 추정 값
Figure 112019011984232-pat00037
을 구성한다. 기지국은
Figure 112019011984232-pat00038
을 사용하여 채널 행렬을 다음과 같이 복원한다:
Figure 112019011984232-pat00039
여기서
Figure 112019011984232-pat00040
는
Figure 112019011984232-pat00041
의 원소 중 크기가
Figure 112019011984232-pat00042
번째 큰 원소이다. 기지국은 위와 같이 복원한 모든 사용자의 채널
Figure 112019011984232-pat00043
을 이용하여 스케줄링 및 빔포밍 행렬 설계를 수행한다.
단계(130)에서, 복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성한다. 기지국에서 피드백 정보를 이용하여 채널행렬을 복원하기 위해, 피드백 받은 원소와, 0으로 구성된 추정 값을 구성하고, 기지국은 0으로 구성된 추정 값을 이용하여 채널 행렬을 복원한다. 기지국에서 복원된 모든 사용자의 채널을 이용하여 스케줄링 및 빔포밍 행렬 설계를 수행한다. 도 3 및 도 4를 참조하여 복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 과정을 더욱 상세히 설명한다.
단계(140)에서, 복수의 사용자 중 선택된 사용자들에게 기지국을 통해 스케줄링된 빔 행렬의 방향 정보를 피드포워드(feedforward)하고, 단계(150)에서 스케줄링된 빔포밍 행렬을 이용하여 신호를 송수신한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제한된 피드백 정보를 이용하여 빔포밍 행렬을 구성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 단계는 기지국에서 사용자들의 빔 공간 효율을 모아 행렬을 형성하는 단계(310), 행렬에서 가장 큰 크기를 갖는 원소에 해당하는 행과 열의 빔 인덱스 페어(beam index pair)를 선택하는 단계(320), 선택된 사용자와 빔 인덱스 페어를 업데이트하고, 기지국의 송신 빔으로부터 간섭을 회피하도록 선택된 빔 인덱스 페어 중 일부 열은 스케줄링에서 제외하는 단계(330) 및 사용자들의 빔 공간 효율을 모아 생성된 행렬의 나머지 값들에 대하여 가장 큰 크기를 갖는 원소에 해당하는 행과 열의 인덱스 페어를 선택하는 단계와 선택된 사용자와 빔 인덱스 페어를 업데이트하고, 기지국의 송신 빔으로부터 간섭을 회피하도록 선택된 빔 인덱스 페어 중 일부 열은 스케줄링에서 제외하는 단계를 반복하는 단계(340) 및 스케줄링 후, 업데이트된 빔 인덱스 페어로 기지국의 RF 빔포밍 행렬과 기저밴드(baseband) 빔포밍 행렬을 구성하는 단계(350)를 포함한다.
단계(310)에서, 기지국에서 사용자들의 빔 공간 효율을 모아 다음과 같이 행렬
Figure 112019011984232-pat00044
를 형성한다:
Figure 112019011984232-pat00045
여기서
Figure 112019011984232-pat00046
는
Figure 112019011984232-pat00047
로 구할 수 있다.
단계(320)에서, 행렬에서 가장 큰 크기를 갖는 원소에 해당하는 행과 열의 빔 인덱스 페어(송신 빔(Tx beam), 수신 빔(Rx beam))를 선택한다:
Figure 112019011984232-pat00048
여기서, 선택된 사용자와 사용자의 수신 빔 인덱스는 다음과 같이 구할 수 있다:
Figure 112019011984232-pat00049
단계(330)에서, 선택된 사용자와 빔 인덱스 페어를 다음과 같이 업데이트한다:
Figure 112019011984232-pat00050
이후, 기지국의 송신 빔으로부터 간섭을 회피하도록 선택된 빔 인덱스 페어 중 일부 열은 스케줄링에서 제외한다. 다시 말해, 선택된 빔 인덱스 페어의 같은 행에 있는 0이 아닌 값에 해당하는 열을 0으로 만든다. 해당 열은 스케줄링에서 제외되며, 이를 통해 사용자들은 선택된 행에 해당하는 기지국의 송신 빔으로부터 간섭을 회피할 수 있다.
단계(340)에서
Figure 112019011984232-pat00051
의 나머지 값들에 대하여 단계(320)과 단계(330)의 과정을 반복한다. 송신 빔 수가
Figure 112019011984232-pat00052
가 되거나 모든 0이 아닌 열들이 없어질 때까지 반복한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 인덱스 페어를 나타내는 도면이다.
도 4는 사용자 및 빔 스케줄링 결과 예제를 나타내고,
Figure 112019011984232-pat00053
이다. 위 표의 값들은 행렬
Figure 112019011984232-pat00054
에서 0이 아닌 원소들의 크기의 제곱을 의미한다. 할당된 스트림의 수는
Figure 112019011984232-pat00055
이고, 선택된 사용자 집합은
Figure 112019011984232-pat00056
이다.
다시 도 3을 참조하면, 단계(350)에서 스케줄링 후 업데이트된 빔 인덱스 페어로 기지국의 RF 빔포밍 행렬과 기저밴드(baseband) 빔포밍 행렬을 구성한다.
스케줄링 후,
Figure 112019011984232-pat00057
에 있는 선택된 빔 조합으로
Figure 112019011984232-pat00058
와
Figure 112019011984232-pat00059
를 구성한다. 이를 통해 사용자들에게 공간다중화 수가 적응적으로 할당되어 다중모드 전송이 가능하다. 필요 시에는, 유효 채널
Figure 112019011984232-pat00060
에 대하여 BD(block diagonalization) 프리코딩(precoding) 등의 기저밴드 빔포밍 기술을 적용하여
Figure 112019011984232-pat00061
를 설계한다.
빔 도메인 스케줄링 알고리즘은 다음과 같다.
Figure 112019011984232-pat00062
알고리즘의 입력에서 어떤 기준치
Figure 112019011984232-pat00063
값을 입력 받는다. 앞서 설명한 식
Figure 112019011984232-pat00064
에서
Figure 112019011984232-pat00065
를 구성할 때, 각 원소 크기의 제곱이 가장 큰 값을 가지는 원소보다
Figure 112019011984232-pat00066
비율만큼 작으면 0으로 설정한다. 이와 같이, 작은 양의 간섭은 제거하는 것보다 단순히 무시함으로써 더 높은 전송 용량을 달성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 빔간 간섭이 적은 사용자들만 선택되지 않도록 사용자들의 공정성을 고려하여 모든 사용자들에 대하여 선택되는 스케줄링 알고리즘을 이용할 수 있다. 빔 도메인에서 빔간 간섭을 최소화하는 방식으로 설계한 알고리즘을 사용하면, 서로 빔간 간섭이 적은 사용자들만 선택될 가능성이 높다. 따라서 사용자들의 공정성을 고려하여 모든 사용자들이 골고루 선택될 수 있는 스케줄링 알고리즘을 추가로 제안한다.
사용자 공정성을 고려한 빔 스케줄링 알고리즘은 다음과 같다.
Figure 112019011984232-pat00067
본 발명은 5G 이동통신 시스템의 대표 기술 중 하나인 밀리미터파 빔포밍 시스템에 적용할 수 있다. 5G 밀리미터파 통신은 학계뿐만 아니라 산업계에서도 많은 관심을 받고 있으며, 본 발명을 통해 5G 이동통신 시장에서의 기술적 우위를 차지할 수 있다. 또한, 제한된 피드백 정보를 사용하여 대량의 안테나를 사용하는 시스템의 채널정보 피드백 오버헤드를 대폭 줄일 수 있으며, 다중모드 전송을 통해 주파수효율을 증대시킬 수 있다.
밀리미터파 통신 시스템과 같이 고주파 채널을 사용하는 빔포밍 시스템의 경우 주파수 특성상 소형 셀에 적합하며, 셀 커버리지가 좁아지므로 기지국 수는 반대로 늘어나게 되어 밀리미터파 통신 기지국의 기술수요가 늘어날 것이다.
이와 같이 미래 이동통신 시스템에서는 임의의 지역에 소형 셀 기지국을 설치운용하여 면적 당 전송용량을 증대시키고, 이를 통해 폭증하는 데이터 트래픽을 수용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 사용자는 채널의 다중경로 성분의 위치와 경로이득을 포함하는 가상의 빔 도메인 채널표현 식을 이용하여 피드백 정보를 생성하며, 기지국은 사용자들의 피드백 정보를 이용하여 빔 도메인에서 스케줄링을 한다. 하나 또는 다수의 단말들이 기지국으로 빔 도메인 채널 정보만 피드백하고, 기지국에서 이를 이용하여 스케줄링과 빔포밍 행렬 설계에 사용한다. 다중 사용자를 고려하며 기지국과 각 사용자가 다수의 RF 체인을 사용하여 다중모드 전송이 가능하여 이를 통해 주파수효율을 향상시킬 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 체제 상에서 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 장치에 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.　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 복수의 사용자에 대한 피드백에 사용될 빔 도메인 채널 정보를 추출하는 단계;
    추출된 빔 도메인 채널 정보를 이용하여 복수의 사용자로부터 추출된 빔 도메인 채널 정보 중 제한된 피드백 정보를 기지국을 통해 수신하는 단계;
    복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 단계;
    복수의 사용자 중 선택된 사용자들에게 기지국을 통해 스케줄링된 빔 행렬의 방향 정보를 피드포워드(feedforward)하는 단계; 및
    스케줄링된 빔포밍 행렬을 이용하여 신호를 송수신하는 단계
    를 포함하고,
    추출된 빔 도메인 채널 정보를 이용하여 제한된 피드백 정보를 복수의 사용자로부터 기지국을 통해 수신하는 단계는,
    추출된 빔 도메인 채널 정보를 직교 기저 행렬(orthogonal basis matrices)을 이용하여 채널을 분해하고, 직교 기저 행렬을 형성하기 위해 방향 코사인 도메인에서 단일 샘플링된 가상 각(virtual angles)을 이용하는
    다중모드 전송 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 단계는,
    기지국에서 피드백 정보를 이용하여 채널행렬을 복원하기 위해, 피드백 받은 원소와, 0으로 구성된 추정 값을 구성하고, 기지국은 0으로 구성된 추정 값을 이용하여 채널 행렬을 복원하는
    다중모드 전송 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    기지국에서 복원된 모든 사용자의 채널을 이용하여 스케줄링 및 빔포밍 행렬 설계를 수행하는
    다중모드 전송 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 단계는,
    기지국에서 사용자들의 빔 공간 효율을 계산하여 행렬을 형성하는 단계;
    행렬에서 가장 큰 크기를 갖는 원소에 해당하는 행과 열의 빔 인덱스 페어(beam index pair)를 선택하는 단계;
    선택된 사용자와 빔 인덱스 페어를 업데이트하고, 기지국의 송신 빔으로부터 간섭을 회피하도록 선택된 빔 인덱스 페어 중 일부 열은 스케줄링에서 제외하는 단계;
    사용자들의 빔 공간 효율을 계산하여 행렬을 생성하고, 생성된 행렬의 나머지 값들에 대하여 가장 큰 크기를 갖는 원소에 해당하는 행과 열의 인덱스 페어를 선택하는 단계와 선택된 사용자와 빔 인덱스 페어를 업데이트하고, 기지국의 송신 빔으로부터 간섭을 회피하도록 선택된 빔 인덱스 페어 중 일부 열은 스케줄링에서 제외하는 단계를 반복하는 단계; 및
    스케줄링 후, 업데이트된 빔 인덱스 페어로 기지국의 RF 빔포밍 행렬과 기저밴드(baseband) 빔포밍 행렬을 구성하는 단계
    를 포함하는 다중모드 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    스케줄링 후, 업데이트된 빔 인덱스 페어로 기지국의 RF 빔포밍 행렬과 기저밴드 빔포밍 행렬을 구성하는 단계는,
    다중모드 전송을 수행하기 위해 사용자들에게 공간다중화 수가 적응적으로 할당되는
    다중모드 전송 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    스케줄링 후, 업데이트된 빔 인덱스 페어로 기지국의 RF 빔포밍 행렬과 기저밴드 빔포밍 행렬을 구성하는 단계는,
    필요 시, 유효 채널에 대하여 기저밴드 빔포밍 기술을 적용하여 기지국의 기저밴드 빔포밍 행렬을 설계하는
    다중모드 전송 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    복수의 사용자에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여 기지국이 각 사용자들에게 전송할 신호의 수(mode)와 해당하는 빔의 방향을 스케줄링하여 기지국 및 사용자들의 빔포밍 행렬을 구성하는 단계는,
    빔간 간섭이 적은 사용자들만 선택되지 않도록 사용자들의 공정성을 고려하여 모든 사용자들에 대하여 선택되는 스케줄링 알고리즘을 이용하는
    다중모드 전송 방법.
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