KR102107296B1 - Method for aligning interference of multi-user multi-cell mimo channel - Google Patents

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Abstract

안테나 스위칭 패턴(재구성 가능한 안테나) 방식을 이용하여 간섭 신호 중 일부가 자연적으로 동일한 방향으로 정렬되도록 하는 스위칭 패턴 매트릭스와 빔포밍 매트릭스를 제안한다. 일 실시예에 따른 신호 전송 방법은 수신기에 기초하여 송신 심볼 벡터를 결정하는 단계, 수신기에 포함된 안테나의 스위칭 패턴 매트릭스에 기초하여 빔포밍 매트릭스를 결정하는 단계, 및 송신 심볼 벡터 및 빔포밍 매트릭스를 이용하여 신호를 빔포밍한 후 수신기 각각에게 빔포밍된 신호를 전송하는 단계를 포함한다.We propose a switching pattern matrix and a beamforming matrix in which some of the interference signals are naturally aligned in the same direction using an antenna switching pattern (reconfigurable antenna) method. The signal transmission method according to an embodiment includes determining a transmission symbol vector based on a receiver, determining a beamforming matrix based on a switching pattern matrix of an antenna included in the receiver, and transmitting symbol vectors and a beamforming matrix. And beamforming the signal using the method, and transmitting the beamformed signal to each of the receivers.

Figure R1020180063506
Figure R1020180063506

Description

다중 사용자 다중 셀 MIMO 채널의 간섭 정렬 방법{METHOD FOR ALIGNING INTERFERENCE OF MULTI-USER MULTI-CELL MIMO CHANNEL}{METHOD FOR ALIGNING INTERFERENCE OF MULTI-USER MULTI-CELL MIMO CHANNEL}

아래 실시예들은 K-사용자 다중 셀 다중 입력 다중 출력(MIMO) 가우시안 간섭 채널에 대한 조인트 간섭 정렬 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 채널 상태 정보가 알려지지 않은 경우, 재구성 가능한 다중 모드 안테나를 사용하여 부분공간으로 간섭 신호를 정렬하는 방법에 관한 것이다.The following embodiments relate to a joint interference alignment method for a K-user multi-cell multi-input multiple-output (MIMO) Gaussian interference channel, and more specifically, when channel state information is unknown, a part using a reconfigurable multi-mode antenna It relates to a method of aligning interference signals into spaces.

간섭 정렬(IA: Interference Alignment)은 무선 통신 시스템에서 가장 두드러진 기술 중 하나다. 무선 네트워크에 있어서 브로드캐스트 특성 때문에, 간섭은 달성할 수 있는 데이터 전송률에 대한 중요한 제약요소이다. 간섭을 극복하는 것이 무선 네트워크에서 중요한 문제이다. 간섭 정렬 기법이 사용될 때, 신호는 의도하지 않은 목적지에서는 가능한 한 작은 차원을 점유하면서 목적지에서 해독될 수 있도록 주의 깊게 선택된 방향으로 송신된다.Interference Alignment (IA) is one of the most prominent technologies in wireless communication systems. Because of the broadcast nature of wireless networks, interference is an important constraint on the achievable data rate. Overcoming interference is an important problem in wireless networks. When an interference alignment technique is used, the signal is transmitted in a carefully selected direction so that it can be decoded at the destination while occupying as little dimension as possible at the unintended destination.

다중 입력 및 다중 출력(MIMO: Multi Input-Multi Output) 간섭 채널의 정확한 채널 용량 영역은 독립적 인 채널 행렬 및 각각의 독립적 사용자 노드에서 임의의 수의 안테나를 기반으로 특징 지어진다. 달성 가능한 자유도(DoF: Degree Of Freedom)는 독립적인 간섭 없는 신호 크기의 총 수를 기반으로 결정될 수 있다. 이러한 정렬은 다중 사용자 및 다중 셀 네트워크 설정으로 분류될 수 있다. 간섭 정렬 기술은 간섭 신호를 정렬함으로써 무선 네트워크의 총 용량과 자유도(DoF)를 증가시킬 수 있다. 간섭 정렬(IA)은 시간, 주파수 및 사용자 수와 같은 제한된 자원을 필요하기 때문에 시변 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 간섭 네트워크를 위한 최상의 접근 방법일 수 있다. The exact channel capacity region of a multi-input and multi-output (MIMO) interference channel is characterized based on an independent channel matrix and an arbitrary number of antennas at each independent user node. The achievable degree of freedom (DoF) can be determined based on the total number of independent interference-free signal sizes. This arrangement can be categorized into multi-user and multi-cell network settings. Interference alignment technology can increase the total capacity and degree of freedom (DoF) of the wireless network by aligning the interference signals. Interference alignment (IA) may be the best approach for time-varying multiple-input and multiple-output (MIMO) interference networks because it requires limited resources such as time, frequency and number of users.

일부 특수한 경우에는 간섭 정렬을 위하여 완벽하고 불완전한 채널 정보와 같은 글로벌 채널 지식이 필요하다. 예를 들어, 다중 입력 및 다중 출력 (MIMO) 중계 채널에 대한 빔포밍 매트릭스를 생성함으로써 의도되지 않은 수신기에서 간섭 신호를 정렬하고 재구성하기 위해 시공간 간섭 정렬 (STIA) 기술이 사용될 수 있다. 직교 주파수 분할 멀티플렉싱-인터리빙 분할 다중 접속 무선 센서 네트워크에 대한 조인트 간섭 정렬 및 전력 할당 전략은 전반적인 시스템 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나 이러한 간섭 정렬 방법은 불완전하고 완벽한 채널 상태 정보(CSI: Channel State Information)와 같은 전역 채널 지식을 필요로 하며 이는 실용적인 시스템 모델에서 항상 사용할 수 없다. In some special cases, global channel knowledge such as complete and incomplete channel information is required for interference alignment. For example, spatio-temporal interference alignment (STIA) technology can be used to align and reconstruct interference signals in unintended receivers by generating beamforming matrices for multiple input and multiple output (MIMO) relay channels. Joint interference alignment and power allocation strategies for orthogonal frequency division multiplexing-interleaving division multiple access wireless sensor networks can improve overall system performance. However, this interference alignment method requires global channel knowledge such as incomplete and complete Channel State Information (CSI), which is not always available in practical system models.

아래에서 설명할 실시예들은 엇갈린 안테나 스위칭을 통한 다중 사용자 다중 셀 MIMO 채널의 조인트 간섭 정렬 및 전력 할당 기법을 제안한다.The embodiments to be described below propose a joint interference alignment and power allocation scheme for multi-user multi-cell MIMO channels through staggered antenna switching.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 채널 상태 정보(CSI)에 대한 지식없이 간섭 신호를 정렬할 수 있는 블라인드 간섭 정렬 기술을 이용한 통신 방법을 제안한다. 특히, 안테나 스위칭 패턴(재구성 가능한 안테나) 방식을 이용하여 간섭 신호 중 일부가 자연적으로 동일한 방향으로 정렬되도록 하는 스위칭 패턴 매트릭스와 빔포밍 매트릭스를 제안한다.According to an embodiment of the present invention, a communication method using a blind interference alignment technique capable of aligning an interference signal without knowledge of channel state information (CSI) is proposed. In particular, a switching pattern matrix and a beamforming matrix are proposed in which some of the interference signals are naturally aligned in the same direction using an antenna switching pattern (reconfigurable antenna) method.

일 측에 따른 신호 전송 방법은 수신기들로 전송할 송신 심볼들을 포함하는 송신 심볼 벡터를 획득하는 단계, 상기 수신기들의 안테나 모드들을 제어하는 스위칭 패턴 매트릭스에 기초하여 결정된 빔포밍 벡터들, 및 상기 송신 심볼 벡터에 기초하여, 빔포밍 매트릭스를 결정하는 단계, 상기 빔포밍 매트릭스를 이용하여 상기 송신 심볼 벡터를 빔포밍함으로써 전송 신호를 생성하는 단계, 및 다중 안테나를 이용하여 상기 전송 신호를 상기 수신기들로 전송하는 단계를 포함한다.The signal transmission method according to an aspect includes obtaining a transmission symbol vector including transmission symbols to be transmitted to receivers, beamforming vectors determined based on a switching pattern matrix controlling antenna modes of the receivers, and the transmission symbol vector Based on the step of determining a beamforming matrix, generating a transmission signal by beamforming the transmission symbol vector using the beamforming matrix, and transmitting the transmission signal to the receivers using multiple antennas Includes steps.

상기 스위칭 패턴 매트릭스는 상기 수신기들에서 발생하는 간섭 신호들 중 적어도 일부가 자연적으로 동일한 방향으로 정렬되도록 미리 정해진 값을 갖을 수 있다.The switching pattern matrix may have a predetermined value such that at least some of the interference signals generated by the receivers are naturally aligned in the same direction.

상기 빔포밍 매트릭스를 결정하는 단계는 상기 송신 심볼 벡터에 포함된 송신 심볼들 각각에 대응하여, 상기 빔포밍 벡터들 중 해당하는 송신 심볼을 위한 빔포밍 벡터를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the beamforming matrix may include selecting a beamforming vector for a corresponding transmission symbol among the beamforming vectors, corresponding to each of the transmission symbols included in the transmission symbol vector.

상기 수신기에 포함된 안테나는 두 개의 동작 모드를 갖는 재구성 안테나를 포함할 수 있다.The antenna included in the receiver may include a reconstructed antenna having two operating modes.

상기 스위칭 패턴 매트릭스 P는-상기 스위칭 패턴 매트릭스에 포함된 성분 '1'과 성분 '2'는 각각 제1 동작모드, 및 제2 동작모드를 나타냄-는,The switching pattern matrix P-components '1' and component '2' included in the switching pattern matrix respectively represent a first operation mode and a second operation mode,-

Figure 112018054242774-pat00001
를 포함할 수 있다.
Figure 112018054242774-pat00001
It may include.

상기 송신 심볼들 각각은 제1 송신 심볼 및 제2 송신 심볼 중 어느 하나를 포함하고, 상기 빔포밍 벡터들은,Each of the transmission symbols includes one of a first transmission symbol and a second transmission symbol, and the beamforming vectors,

Figure 112018054242774-pat00002
를 포함하고,
Figure 112018054242774-pat00002
Including,

Figure 112018054242774-pat00003
는 k번 수신기로 상기 제1 송신 심볼을 전송하는 경우 선택되는 빔포밍 벡터를 나타내고,
Figure 112018054242774-pat00004
는 k번 수신기로 상기 제2 송신 심볼을 전송하는 경우 선택되는 빔포밍 벡터를 나타낼 수 있다.
Figure 112018054242774-pat00003
Denotes a beamforming vector selected when transmitting the first transmission symbol to receiver k,
Figure 112018054242774-pat00004
May indicate a beamforming vector selected when the second transmission symbol is transmitted to the k-th receiver.

타 측에 따른 신호 수신 방법은 수신기의 신호 수신 방법에 있어서, 송신기로부터 빔포밍된 신호를 수신하는 단계, 상기 송신기와 미리 공유된 빔포밍 매트릭스를 획득하는 단계, 상기 수신기 및 주변 수신기들을 포함하는 수신기들의 안테나 모드들을 제어하는 스위칭 패턴 매트릭스에 기초하여, 채널 매트릭스를 생성하는 단계, 상기 채널 매트릭스 및 상기 빔포밍 매트릭스에 기초하여, 상기 빔포밍된 신호로부터 원하는 신호와 간섭 신호를 분리하는 단계, 및 상기 원하는 신호로부터 상기 수신기를 위한 송신 심볼을 획득하는 단계를 포함한다.The signal reception method according to the other side includes: receiving a beamformed signal from a transmitter, obtaining a beamforming matrix previously shared with the transmitter, and a receiver including the receiver and peripheral receivers Generating a channel matrix based on a switching pattern matrix controlling the antenna modes of the channel, separating a desired signal and an interference signal from the beamformed signal based on the channel matrix and the beamforming matrix, and And obtaining a transmission symbol for the receiver from a desired signal.

상기 스위칭 패턴 매트릭스는 상기 간섭 신호 중 적어도 일부가 자연적으로 동일한 방향으로 정렬되도록 미리 정해진 값을 갖을 수 있다.The switching pattern matrix may have a predetermined value such that at least some of the interference signals are naturally aligned in the same direction.

상기 수신기에 포함된 안테나는 두 개의 동작 모드를 갖는 재구성 안테나를 포함할 수 있다.The antenna included in the receiver may include a reconstructed antenna having two operating modes.

상기 스위칭 패턴 매트릭스 P는-상기 스위칭 패턴 매트릭스에 포함된 성분 '1'과 성분 '2'는 각각 제1 동작모드, 및 제2 동작모드를 나타냄-는,The switching pattern matrix P-components '1' and component '2' included in the switching pattern matrix respectively represent a first operation mode and a second operation mode,-

Figure 112018054242774-pat00005
를 포함할 수 있다.
Figure 112018054242774-pat00005
It may include.

상기 송신 심볼들 각각은 제1 송신 심볼 및 제2 송신 심볼 중 어느 하나를 포함하고,Each of the transmission symbols includes one of the first transmission symbol and the second transmission symbol,

상기 빔포밍 벡터들은,The beamforming vectors,

Figure 112018054242774-pat00006
를 포함하고,
Figure 112018054242774-pat00007
는 k번 수신기로 상기 제1 송신 심볼을 전송하는 경우 선택되는 빔포밍 벡터를 나타내고,
Figure 112018054242774-pat00008
는 k번 수신기로 상기 제2 송신 심볼을 전송하는 경우 선택되는 빔포밍 벡터를 나타낼 수 있다.
Figure 112018054242774-pat00006
Including,
Figure 112018054242774-pat00007
Denotes a beamforming vector selected when transmitting the first transmission symbol to receiver k,
Figure 112018054242774-pat00008
May indicate a beamforming vector selected when the second transmission symbol is transmitted to the k-th receiver.

상기 빔포밍된 신호를 수신하는 단계는 상기 스위칭 패턴 매트릭스에 기초하여, 상기 수신기의 안테나 모드를 스위칭하면서 상기 송신기로부터 전송된 신호를 수신하는 단계를 포함하 할 수 있다.The step of receiving the beamformed signal may include receiving a signal transmitted from the transmitter while switching the antenna mode of the receiver based on the switching pattern matrix.

타 측에 따른 기지국은 상기 송신기와 연결되어 신호를 전송하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 수신기들로 전송할 송신 심볼들을 포함하는 송신 심볼 벡터를 획득하고, 상기 수신기들의 안테나 모드들을 제어하는 스위칭 패턴 매트릭스에 기초하여 결정된 빔포밍 벡터들, 및 상기 송신 심볼 벡터에 기초하여, 빔포밍 매트릭스를 결정하고, 상기 빔포밍 매트릭스를 이용하여 상기 송신 심볼 벡터를 빔포밍함으로써 전송 신호를 생성하고, 상기 송신기는 다중 안테나를 이용하여 상기 전송 신호를 상기 수신기들로 전송하고, 상기 스위칭 패턴 매트릭스는 상기 수신기들에서 발생하는 간섭 신호 중 적어도 일부가 자연적으로 동일한 방향으로 정렬되도록 미리 정해진 값을 갖을 수 있다.A base station according to the other side includes a processor connected to the transmitter and transmitting a signal, the processor obtaining a transmission symbol vector including transmission symbols to be transmitted to receivers, and a switching pattern matrix controlling antenna modes of the receivers Based on the beamforming vectors determined based on, and the transmission symbol vector, a beamforming matrix is determined, and the transmission symbol vector is beamformed using the beamforming matrix to generate a transmission signal, and the transmitter is multiplexed. The transmission signal is transmitted to the receivers using an antenna, and the switching pattern matrix may have a predetermined value such that at least some of the interference signals generated by the receivers are naturally aligned in the same direction.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 채널 상태 정보(CSI)에 대한 지식없이 간섭 신호를 정렬할 수 있다. 특히, 제안된 스위칭 패턴 매트릭스와 빔포밍 매트릭스를 이용하여 간섭 신호 중 일부를 자연적으로 동일한 방향으로 정렬하여 간섭 신호를 보다 쉽게 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an interference signal may be aligned without knowledge of channel state information (CSI). Particularly, by using the proposed switching pattern matrix and beamforming matrix, some of the interference signals can be naturally aligned in the same direction to more easily remove the interference signals.

도 1은 셀(L=1) 당 5명의 사용자(K=5)에 대한 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 가우시안 간섭 채널 모델에 대한 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 셀(L=1) 당 5명의 사용자(K=5)에 대한 다중 입력 및 다중 출력(MIMO)에 있어서, 1, 3, 5번 수신기의 간섭 정렬을 도시한 도면.
도 3은 일 실시예에 따른 셀(L=3) 당 5명의 사용자(K=5)에 대한 다중 입력 및 다중 출력(MIMO)에 있어서, 각 셀 당 3명의 사용자는 셀 엣지에 위치하는 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 가우시안 간섭 채널 모델에 대한 도면.
도 4는 일 실시예에 따른 사용자를 셀 센터 사용자(CCUs), 셀 중간 사용자(CMUs) 및 셀 엣지 사용자(CEUs)의 세 가지 기본 그룹으로 분할한 모습을 도시한 도면.
도 5는 일 실시예에 따른 셀 엣지 사용자의 거리에 따른 신호 대 간섭 잡음 비 성능을 셀간 간섭의 유무에 따라 도시한 그래프.
도 6은 일 실시예에 따른 용량 대비 신호 대 간섭 잡음 비(SINR)를 셀 엣지 사용자들 사이의 협력 여부에 따라 도시한 그래프.
1 is a diagram of a multiple input and multiple output (MIMO) Gaussian interference channel model for 5 users per cell (L = 1) (K = 5).
FIG. 2 is a diagram illustrating interference alignment of receivers 1, 3, and 5 in multiple input and multiple output (MIMO) for five users (K = 5) per cell (L = 1) according to an embodiment. .
FIG. 3 illustrates multiple inputs and multiple outputs (MIMO) for 5 users (K = 5) per cell (L = 3) according to an embodiment, wherein 3 users per cell are multiple inputs located at a cell edge. And Multiple Output (MIMO) Gaussian Interference Channel Model.
FIG. 4 is a view showing a user divided according to an embodiment into three basic groups: cell center users (CCUs), cell intermediate users (CMUs), and cell edge users (CEUs).
5 is a graph illustrating the signal-to-interference noise ratio performance according to the distance of a cell edge user according to the presence or absence of inter-cell interference according to an embodiment.
6 is a graph illustrating a signal-to-interference noise ratio (SINR) versus capacity according to an embodiment depending on whether or not cooperation is performed between cell edge users.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, various changes may be made to the embodiments, and the scope of the patent application right is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents, or substitutes for the embodiments are included in the scope of rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "include" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof described herein, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, detailed descriptions thereof will be omitted.

도 1은 셀(L=1) 당 5명의 사용자(K=5)에 대한 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 가우시안 간섭 채널 모델에 대한 도면이다. 1 is a diagram of a multi-input and multi-output (MIMO) Gaussian interference channel model for five users (K = 5) per cell (L = 1).

도 1를 참조하면, 일 실시예에 따른 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 시스템에서 송신기(110)와 수신기는 복수개의 안테나를 가질 수 있다. 예를 들어, 송신기(110)는 5개의 안테나를 가질 수 있다. 일 실시예에 따른 수신기에 포함된 안테나는 재구성 가능한 다중 모드 안테나(이하, 재구성 안테나)일 수 있다. 재구성 안테나는, 수신기 스위치를 이용하여 2 개의 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 1번 수신기(130)는 수신기 스위치를 이용하여 안테나(131) 또는 안테나(132)를 선택하여 2개의 모드로 동작할 수 있다. 일 실시예에 따른 송신기(110)는 기지국, 수신기는 단말기일 수 있다.Referring to FIG. 1, in a multi-input and multi-output (MIMO) system according to an embodiment, the transmitter 110 and the receiver may have a plurality of antennas. For example, the transmitter 110 may have five antennas. The antenna included in the receiver according to an embodiment may be a reconfigurable multi-mode antenna (hereinafter, a reconstructed antenna). The reconstructed antenna may operate in two modes using a receiver switch. For example, the receiver 130 may operate in two modes by selecting the antenna 131 or the antenna 132 using a receiver switch. The transmitter 110 according to an embodiment may be a base station and a receiver may be a terminal.

송신기(110)의 1번 안테나(111)는 1번 수신기(130)로 원하는 신호를 전송할 수 있다. 1번 안테나(111)가 전송한 신호는 2번 수신기(140) 내지 5번 수신기(170)에게 간섭 신호로 작용할 수 있다. 마찬가지로, 2번 안테나(112)는 2번 수신기(140)으로 원하는 신호를 전송할 수 있고, 이 신호는 2번 수신기(140)를 제외한 나머지 수신기들에게 간섭 신호로 작용할 수 있다.The antenna 110 of the transmitter 110 may transmit a desired signal to the receiver 130. The signal transmitted by the antenna 1 111 may act as an interference signal to the receivers 140 to 5 and the receiver 170. Similarly, the antenna 2 112 can transmit a desired signal to the receiver 2 140, and this signal can act as an interference signal to the remaining receivers except the receiver 2 140.

각 수신기는 원하는 신호뿐만 아니라 복수의 간섭 신호도 같이 수신할 수 있다. 송신기(110)의 각 안테나들이 각 수신기들에게 미치는 간섭의 영향을 감소시키기 위하여 간섭 정렬을 할 수 있다. 간섭 정렬은 신호 벡터공간을 복수개의 부분 공간으로 분리하여, 원하는 송신단 안테나에서 오는 신호는 신호 부분 공간에 존재하게 하고, 원하지 않는 송신단 안테나에서 오는 신호는 간섭 부분 공간에 존재하도록 하여, 수신단에서 원하는 신호를 간섭의 영향 없이 검파 할 수 있도록 하는 것일 수 있다.Each receiver can receive a plurality of interference signals as well as a desired signal. Interference alignment may be performed in order to reduce the effect of interference on each receiver of each antenna of the transmitter 110. The interference alignment divides the signal vector space into a plurality of subspaces, so that signals from the desired transmitting end antenna are present in the signal subspace, and signals from the unwanted transmitting end antennas are present in the interference subspace, so that the desired signal at the receiving end It may be to enable detection without interference.

간섭을 정렬할 신호 벡터공간을 만드는 방법은 여러가지일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 수신기에 포함된 안테나의 스위칭 패턴과 빔포밍 벡터를 이용하여 간섭 신호를 정렬한 신호 벡터공간을 만들 수 있다.There can be several ways to create a signal vector space to align interference. According to an embodiment, a signal vector space in which interference signals are aligned may be created using a switching pattern of an antenna included in a receiver and a beamforming vector.

일 실시예에 따른 빔포밍(Beamforming)은 이동통신 시스템에서 기지국이 단말들에게 전송하는 다운로드 빔포밍일 수 있다. 다운링크 빔포밍에서 기지국은 단말들에게 전송할 신호 정보인 s에 빔포밍 벡터인 w를 곱한 x=ws를 다중 안테나를 통해 내보낼 수 있다. 다중 빔을 사용하면 한 사용자뿐만 아니라 다수의 사용자에게 동시에 신호를 전송할 수 있다. 빔을 통해 사용자간 간섭을 줄이면서 다중 사용자와 통신하는 방식을 공간 분할 다중 접속 (SDMA)이라 한다. 공간 분할 다중 접속에서는 전송할 신호 정보 벡터(송신 심볼 벡터)인 s에 빔포밍 매트릭스인 W를 곱한 x=W s를 다중 안테나를 통해 내보낼 수 있다. 빔포밍 매트릭스 W=[w1, w2,…, wM] 는 M×L매트릭스이고, 송신 심볼 벡터 s=[s1, s2,…, sM]T는M×1벡터일 수 있다. 송신 심볼 벡터 및 빔포밍 매트릭스에 기초하여 신호를 빔포밍한 후, 수신기 각각에게 빔포밍된 신호를 전송할 수 있다.Beamforming according to an embodiment may be download beamforming that a base station transmits to terminals in a mobile communication system. In the downlink beamforming, the base station may transmit x = ws multiplied by the beamforming vector w to s, which is signal information to be transmitted to terminals, through multiple antennas. By using multiple beams, signals can be transmitted to multiple users simultaneously as well as one user. A method of communicating with multiple users while reducing interference between users through a beam is called spatial division multiple access (SDMA). In spatial division multiple access, x = W s obtained by multiplying s, which is a signal information vector (transmission symbol vector) to be transmitted, by W, which is a beamforming matrix, can be transmitted through multiple antennas. Beamforming matrix W = [w 1 , w 2 ,… , w M ] is the M × L matrix, and the transmission symbol vector s = [s 1, s 2 ,… , s M ] T may be an M × 1 vector. After beamforming a signal based on a transmission symbol vector and a beamforming matrix, a beamformed signal may be transmitted to each receiver.

기존의 방법에 따른 빔포밍 벡터는 각 송신기 안테나와 수신기들의 채널 상태에 따라 결정될 수 있다. 각 송신기 안테나들이 채널 상태를 고려하여 빔포밍 벡터를 결정하므로 계산량이 많고, 빔포밍 벡터가 수렴하기까지 오랜 시간이 소요되고, 각 안테나들이 수렴되지 않은 빔포밍 벡터를 사용하여 데이터를 전송한다면, 데이터 전송의 효율이 낮을 수 있다.The beamforming vector according to the conventional method may be determined according to channel conditions of each transmitter antenna and receivers. Since each transmitter antenna determines the beamforming vector in consideration of the channel state, it has a large amount of computation, and it takes a long time for the beamforming vector to converge, and if each antenna transmits data using an unconverged beamforming vector, data Transmission efficiency may be low.

일 실시예에 따른 빔포밍 벡터는 수신기에 포함된 안테나의 스위칭 패턴 매트릭스에 기초하여 결정될 수 있다.

Figure 112018054242774-pat00009
는 k번 수신기로 상기 제1 송신 심볼을 전송하는 경우 선택되는 빔포밍 벡터를 나타내고,
Figure 112018054242774-pat00010
는 k번 수신기로 상기 제2 송신 심볼을 전송하는 경우 선택되는 빔포밍 벡터를 나타낼 수 있다. 스위칭 패턴 매트릭스는 간섭 신호 중 적어도 일부가 자연적으로 동일한 방향으로 정렬되도록 미리 정해진 값을 가질 수 있다. 스위칭 패턴 매트릭스를 결정하는 자세한 방법은 후술하겠다.The beamforming vector according to an embodiment may be determined based on the switching pattern matrix of the antenna included in the receiver.
Figure 112018054242774-pat00009
Denotes a beamforming vector selected when transmitting the first transmission symbol to receiver k,
Figure 112018054242774-pat00010
May indicate a beamforming vector selected when the second transmission symbol is transmitted to the k-th receiver. The switching pattern matrix may have a predetermined value such that at least some of the interference signals are naturally aligned in the same direction. A detailed method for determining the switching pattern matrix will be described later.

각각의 수신기는 원하는 신호와 간섭 신호를 같이 수신할 수 있다. 수신기는 송신기(110)로부터 빔포밍된 신호를 수신하고, 송신기(110)와 미리 공유된 빔포밍 매트릭스를 획득할 수 있다. 수신기는 복수의 수신기들의 안테나 모드들을 제어하는 스위칭 패턴 매트릭스에 기초하여 채널 매트릭스를 생성할 수 있다. 복수의 수신기들은 자기 자신 및 주변의 수신기들을 포함할 수 있다. 수신기는 채널 매트릭스 및 빔포밍 매트릭스에 기초하여, 빔포밍 신호로부터 원하는 신호와 간섭 신호를 분리할 수 있다. 수신기는 원하는 신호로부터 자기 자신에게 전송된 송신 심볼을 획득할 수 있다. 이에 대한 자세한 방법은 후술하겠다.Each receiver can receive a desired signal and an interference signal together. The receiver may receive a beamformed signal from the transmitter 110 and obtain a beamforming matrix previously shared with the transmitter 110. The receiver may generate a channel matrix based on a switching pattern matrix that controls antenna modes of a plurality of receivers. The plurality of receivers may include itself and surrounding receivers. The receiver may separate a desired signal and an interference signal from the beamforming signal based on the channel matrix and the beamforming matrix. The receiver can acquire a transmission symbol transmitted to itself from a desired signal. A detailed method of this will be described later.

일 실시예에 따른 재구성 가능한 다중 모드 안테나 스위칭 패턴은 수학식 1을 만족할 수 있다.The reconfigurable multi-mode antenna switching pattern according to an embodiment may satisfy Equation 1.

Figure 112018054242774-pat00011
Figure 112018054242774-pat00011

수학식1의 행렬 PK컬럼 벡터는

Figure 112018054242774-pat00012
가 전체 컬럼 랭크(Rank)를 갖는 것과 동일한 차원(Dimension)을 가질 수 있다. 완전히 독립적인 사용자 수(K)가 5인 다중 사용자 다중 입력 및 다중 출력(MU MIMO) 가우시안 간섭 채널을 고려하면, 각각의 독립적인 사용자는 복수(예를 들어, 5 개)의 간섭 시간 슬롯에 걸쳐 복수(예를 들어, 2개)의 독립적인 심볼
Figure 112018054242774-pat00013
Figure 112018054242774-pat00014
를 송신하기 때문에 가능한 재구성 가능한 다중 모드 안테나 패턴(P) 중 하나가 수학식 2와 같이 주어질 수 있다.The matrix P K column vector in Equation 1 is
Figure 112018054242774-pat00012
May have the same dimension as having the entire column rank. Considering a multi-user multi-input and multi-output (MU MIMO) Gaussian interference channel with a fully independent number of users (K) of 5, each independent user spans multiple (e.g., 5) interference time slots. Multiple (eg 2) independent symbols
Figure 112018054242774-pat00013
And
Figure 112018054242774-pat00014
Since it transmits, one of the reconfigurable multi-mode antenna patterns P that can be given may be given as in Equation 2.

Figure 112018054242774-pat00015
Figure 112018054242774-pat00015

일 실시예에 따른 수학식 2의 스위칭 패턴 매트릭스의 성분 '1'과 성분 '2'는 각각 제1 동작모드, 제2 동작모드로 동작함을 나타낼 수 있다.Components '1' and '2' of the switching pattern matrix of Equation 2 according to an embodiment may indicate that they operate in a first operation mode and a second operation mode, respectively.

일 실시예에 따르면, 수신기에 포함된 안테나는 두 가지 스위칭 모드에서만 동작하는 저가의 재구성 가능한 안테나를 사용할 수 있다. K번 수신기에 대한 안테나 스위칭 패턴을 아래와 같이 설계할 수 있다.According to one embodiment, the antenna included in the receiver may use a low-cost reconfigurable antenna operating only in two switching modes. The antenna switching pattern for receiver K can be designed as follows.

1번 수신기는 두 번째 타임 슬롯이 끝날 때 제1동작 모드에서 제2 동작 모드로 안테나를 전환할 수 있다. 1번 수신기의 스위칭 패턴은

Figure 112018054242774-pat00016
와 같고, 송신기의 k번 안테나 및 1번 수신기에 기초하여 설계된 채널 매트릭스는 H1k=diag([h1k(1) h1k(1) h1k(2) h1k(2) h1k(2)])와 같을 수 있다.When the second time slot ends, the first receiver may switch the antenna from the first operation mode to the second operation mode. The switching pattern of receiver 1 is
Figure 112018054242774-pat00016
The channel matrix designed based on the antenna k and the receiver 1 of the transmitter is H 1k = diag ([h 1k (1) h 1k (1) h 1k (2) h 1k (2) h 1k (2) ]).

2번 수신기의 경우 안테나 모드를 세 번 전환할 수 있다. 제1 시간 슬롯의 끝에서 안테나를 제2 동작 모드에서 제1 동작 모드로 스위칭하고, 제2 시간 슬롯의 끝에서 안테나를 제1 동작 모드에서 제2 동작 모드로 스위칭하며, 제4 시간 슬롯의 끝에서 안테나를 제2 동작 모드에서 제1 동작 모드로 스위칭할 수 있다. 2번 수신기의 스위칭 패턴은

Figure 112018054242774-pat00017
와 같고, 송신기의 k번 안테나 및 2번 수신기에 기초하여 설계된 채널 매트릭스는 H2k=diag([h2k(2) h2k(1) h2k(2) h2k(2) h2k(1)])와 같을 수 있다.For the second receiver, the antenna mode can be switched three times. At the end of the first time slot, the antenna is switched from the second operation mode to the first operation mode, and at the end of the second time slot, the antenna is switched from the first operation mode to the second operation mode, and at the end of the fourth time slot In the antenna can be switched from the second operation mode to the first operation mode. The switching pattern of receiver 2 is
Figure 112018054242774-pat00017
The channel matrix designed based on the antenna k and the receiver 2 of the transmitter is H 2k = diag ([h 2k (2) h 2k (1) h 2k (2) h 2k (2) h 2k (1) ]).

3번 수신기의 경우 안테나 모드를 두 번 전환할 수 있다. 제 1 시간 슬롯의 끝에서, 안테나를 제1동작 모드에서 제2 동작 모드로 스위칭하고, 제 4 시간 슬롯의 끝에서 안테나를 제1 동작 모드로 다시 스위칭할 수 있다. 3번 수신기의 스위칭 패턴은

Figure 112018054242774-pat00018
와 같고, 송신기의 k번 안테나 및 3번 수신기에 기초하여 설계된 채널 매트릭스는 H3k=diag([h3k(1) h3k(2) h3k(2) h3k(2) h3k(1)])와 같을 수 있다.In case of receiver 3, the antenna mode can be switched twice. At the end of the first time slot, the antenna can be switched from the first operating mode to the second operating mode, and the antenna can be switched back to the first operating mode at the end of the fourth time slot. The switching pattern of receiver 3 is
Figure 112018054242774-pat00018
The channel matrix designed based on the antenna k and the receiver 3 of the transmitter is H 3k = diag ([h 3k (1) h 3k (2) h 3k (2) h 3k (2) h 3k (1) ]).

4번 수신기는 세 번째 타임 슬롯이 끝나면 제1 동작 모드 제2동작 모드로 안테나를 전환할 수 있다. 4번 수신기의 스위칭 패턴은

Figure 112018054242774-pat00019
와 같고, 송신기의 k번 안테나 및 4번 수신기에 기초하여 설계된 채널 매트릭스는 H4k=diag([h4k(2) h4k(2) h4k(2) h4k(1) h4k(1))와 같을 수 있다.After the third time slot, the receiver 4 may switch the antenna to the first operation mode and the second operation mode. The switching pattern of receiver 4 is
Figure 112018054242774-pat00019
The channel matrix designed based on the antenna k and the receiver 4 of the transmitter is H 4k = diag ([h 4k (2) h 4k (2) h 4k (2) h 4k (1) h 4k (1) ).

5번 수신기의 경우 안테나 모드를 세 번 전환할 수 있다. 제1 시간 슬롯의 끝에서 안테나를 제2 동작 모드에서 제1 동작 모드로 스위칭하고, 제2 시간 슬롯의 끝에서 안테나를 제1 동작 모드에서 제2 동작 모드로 스위칭하며, 제3 시간 슬롯의 끝에서 안테나를 제2 동작 모드에서 제1 동작 모드로 스위칭할 수 있다. 5번 수신기의 스위칭 패턴은

Figure 112018054242774-pat00020
와 같고, 송신기의 k번 안테나 및 3번 수신기에 기초하여 설계된 채널 매트릭스는 H5k=diag([h5k(2)h5k(1)h5k(2)h5k(1)h5k(1)])와 같을 수 있다.In case of receiver 5, the antenna mode can be switched three times. At the end of the first time slot, the antenna is switched from the second operation mode to the first operation mode, and at the end of the second time slot, the antenna is switched from the first operation mode to the second operation mode, and at the end of the third time slot In the antenna can be switched from the second operation mode to the first operation mode. The switching pattern of receiver 5 is
Figure 112018054242774-pat00020
The channel matrix designed based on the antenna k and the receiver 3 of the transmitter may be equal to H5k = diag ([h5k (2) h5k (1) h5k (2) h5k (1) h5k (1)]). .

일 실시예에 따른 각 사용자는 두 개의 기호

Figure 112018054242774-pat00021
Figure 112018054242774-pat00022
를 전송할 수 있다. 빔포밍 벡터는 수학식 3과 같이 주어질 수 있다.Each user according to an embodiment has two symbols
Figure 112018054242774-pat00021
Wow
Figure 112018054242774-pat00022
Can send. The beamforming vector may be given by Equation 3.

Figure 112018054242774-pat00023
Figure 112018054242774-pat00023

도 2는 일 실시예에 따른 셀(L=1) 당 5명의 사용자(K=5)에 대한 다중 입력 및 다중 출력(MIMO)에 있어서, 1, 3, 5번 수신기의 간섭 정렬을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating interference alignment of receivers 1, 3, and 5 in multiple input and multiple output (MIMO) for five users (K = 5) per cell (L = 1) according to an embodiment. to be.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 송신단(210)은 1번 송신기(211), 2번 송신기(212), 3번 송신기(213), 4번 송신기(214) 및 5번 송신기(215)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 수신단(220)은 1번 수신기(221), 2번 수신기(222), 3번 수신기(223), 4번 수신기(224) 및 5번 수신기(225)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the transmitting end 210 according to an embodiment includes the first transmitter 211, the second transmitter 212, the third transmitter 213, the fourth transmitter 214, and the fifth transmitter 215. It may include. The receiver 220 according to an embodiment may include a receiver 1 221, a receiver 2 222, a receiver 3 223, a receiver 4 224, and a receiver 5 225.

일 실시예에 따른 각 송신기는 스위칭 모드에 따라 2 개의 신호를 송신할 수 있다. 예를 들어, 1번 송신기(211)는 1번 수신기(221)에게 제1 동작 모드에 따른 신호

Figure 112018054242774-pat00024
과, 제2 동작 모드에 따른 신호
Figure 112018054242774-pat00025
를 송신할 수 있다.Each transmitter according to an embodiment may transmit two signals according to a switching mode. For example, the first transmitter 211 signals the first receiver 221 according to the first operation mode.
Figure 112018054242774-pat00024
And, signal according to the second operation mode
Figure 112018054242774-pat00025
Can be sent.

일 실시예에 따른 각 수신기는 원하는 신호뿐만 아니라 간섭 신호도 수신할 수 있다. 예를 들어, 1번 수신기(221)는 1번 송신기(211)에서 송신한 신호

Figure 112018054242774-pat00026
,
Figure 112018054242774-pat00027
뿐만 아니라, 나머지 송신기(212, 213, 214, 215)에서 송신한 신호도 간섭 신호로 수신하여 총 10개의 신호를 수신할 수 있다.Each receiver according to an embodiment may receive an interference signal as well as a desired signal. For example, the first receiver 221 is a signal transmitted from the first transmitter 211
Figure 112018054242774-pat00026
,
Figure 112018054242774-pat00027
In addition, the signals transmitted by the remaining transmitters 212, 213, 214, and 215 can also be received as interference signals to receive a total of 10 signals.

일 실시에 따른 각 수신기는 간섭 정렬을 통해 간섭 신호와 원하는 신호를 공간적으로 분리하여 원하는 신호만 디코딩하여 송신 심볼 벡터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 1번 수신기(221)는 간섭 정렬을 통해 수신한 10개의 신호를 공간적으로 분리할 수 있다. 아래에서 간섭 정렬 방법을 자세히 서술하겠다.Each receiver according to an embodiment may spatially separate an interference signal and a desired signal through interference alignment to decode only a desired signal to obtain a transmission symbol vector. For example, referring to FIG. 2, the first receiver 221 may spatially separate ten signals received through interference alignment. The interference alignment method will be described in detail below.

일 실시예에 따른 1번 수신기는 아래에서 설명되는 바와 같이, 대응하는 빔포밍 벡터 및 채널 벡터를 각각 곱함으로써 2 개의 원하는 심볼 및 8 개의 간섭 심볼을 디코딩 할 수 있다는 것을 관찰할 수 있다.As described below, the receiver 1 according to an embodiment can observe that two desired symbols and eight interfering symbols can be decoded by multiplying the corresponding beamforming vector and channel vector, respectively.

일 실시예에 따른 1번 수신기가 수신하는 신호를 y1, 그 때의 잡음(Noise)를 Z1이라 하면, y1은 수학식 4와 같을 수 있다.If the signal received by the receiver 1 according to an embodiment is y 1 , and the noise (Noise) at that time is Z 1 , y 1 may be equal to Equation (4).

Figure 112018054242774-pat00028
Figure 112018054242774-pat00028

송신 신호x는 송신 심볼 벡터인 s에 빔포밍 매트릭스인 W를 곱한 x=W s일 수 있다. 채널 매트릭스와 송신 신호의 곱은 채널 매트릭스와 빔포밍 매트릭스 및 송신 심볼 벡터의 곱으로 나타낼 수 있다. 채널 매트릭스와 빔포밍 매트릭스의 곱은 아래 표 1과 같이 나타낼 수 있다.The transmission signal x may be x = W s obtained by multiplying the transmission symbol vector s by W, which is a beamforming matrix. The product of the channel matrix and the transmission signal can be represented by the product of the channel matrix, the beamforming matrix, and the transmission symbol vector. The product of the channel matrix and the beamforming matrix can be represented as shown in Table 1 below.

Figure 112018054242774-pat00029
Figure 112018054242774-pat00029

표 1를 참고하면, 수학식4는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. Referring to Table 1, Equation 4 may be expressed as Equation 5.

Figure 112018054242774-pat00030
Figure 112018054242774-pat00030

수학식 5를 간단히 하면 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.If Equation 5 is simplified, it can be expressed as Equation 6.

Figure 112018054242774-pat00031
Figure 112018054242774-pat00031

수학식 6의 송신 심볼 벡터와 곱해지는 매트릭스를 R1이라 할 수 있다. R1으로부터, 신호들 (h11및 h12), (h12 및 h13), (h14 및 h15)는 자연적으로 동일한 방향으로 정렬될 수 있다. 1번 수신기에서, 송신기 신호는 간섭 신호 부분 공간에 정렬되고, 동일 차원의 부분 공간에 정렬 된 간섭 신호는 수학식 7과 같이 소거될 수 있다.The matrix multiplied by the transmission symbol vector of Equation 6 may be referred to as R 1 . From R 1 , the signals (h 11 and h 12 ), (h 12 and h 13 ), (h 14 and h 15 ) can be naturally aligned in the same direction. In the first receiver, the transmitter signal is aligned in the interference signal subspace, and the interference signal aligned in the same dimension subspace can be canceled as shown in Equation (7).

Figure 112018054242774-pat00032
Figure 112018054242774-pat00032

수학식 7에 따라 간섭 신호가 제거되면, R1은 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.When the interference signal is removed according to Equation 7, R 1 may be expressed as Equation 8.

Figure 112018054242774-pat00033
Figure 112018054242774-pat00033

R1은 5 x 7(full-rank) 매트릭스이고, 이는 2 차원 원하는 신호 부분 공간 및 5 차원 간섭 신호 부분 공간을 포함할 수 있다. 동일한 차원의 부분 공간에 정렬 된 3 차원 간섭 신호를 제거함으로써, 1번 수신기는 2/7의 정규화 된 DoF를 달성 할 수 있다.R 1 is a 5 × 7 (full-rank) matrix, which may include a 2-dimensional desired signal subspace and a 5-dimensional interfering signal subspace. By removing the 3D interfering signals aligned in the same dimensional subspace, receiver 1 can achieve 2/7 normalized DoF.

일 실시예에 따른 3번 수신기가 수신하는 신호를 y3, 그 때의 잡음(Noise)를 Z3이라 하면, y3은 수학식 9와 같을 수 있다.If the signal received by the receiver 3 according to an embodiment is y 3 and the noise at that time is Z 3 , y 3 may be equal to Equation (9).

Figure 112018054242774-pat00034
Figure 112018054242774-pat00034

일 실시예에 따른 3번 수신기의 수신 신호 y3를 1번 수신기와 마찬가지의 방법으로 구할 수 있다. 신호 (h33및 h32), (h31 및 h32), (h34 및 h35)는 자연스럽게 같은 방향으로 정렬될 수 있다. 3번 수신기 에서, 송신기 신호는 간섭 신호 부분 공간에 정렬되고, 동일 차원의 부분 공간에 정렬 된 간섭 신호는 수학식 10과 같이 소거될 수 있다.The received signal y 3 of the receiver 3 according to an embodiment may be obtained in the same manner as the receiver 1. The signals (h 33 and h 32 ), (h 31 and h 32 ), and (h 34 and h 35 ) can be naturally aligned in the same direction. In receiver 3, the transmitter signal is aligned in the interfering signal subspace, and the interference signal aligned in the same dimension subspace can be canceled as shown in Equation (10).

Figure 112018054242774-pat00035
Figure 112018054242774-pat00035

일 실시예에 따른 5번 수신기가 수신하는 신호를 y5, 그 때의 잡음(Noise)를 Z5이라 하면, y5은 수학식 11과 같을 수 있다.If the signal received by the receiver 5 according to an embodiment is y 5 and the noise (Noise) at that time is Z 5 , y 5 may be equal to Equation (11).

Figure 112018054242774-pat00036
Figure 112018054242774-pat00036

일 실시예에 따른 5번 수신기의 수신 신호 y3를 1번 수신기와 마찬가지의 방법으로 구할 수 있다. 신호 (h55및 h54), (h51 및 h52), (h52 및 h53)는 자연스럽게 같은 방향으로 정렬될 수 있다. 5번 수신기 에서, 송신기 신호는 간섭 신호 부분 공간에 정렬되고, 동일 차원의 부분 공간에 정렬 된 간섭 신호는 수학식 12와 같이 소거될 수 있다.The received signal y 3 of receiver 5 according to an embodiment may be obtained in the same manner as receiver 1. The signals (h 55 and h 54 ), (h 51 and h 52 ) and (h 52 and h 53 ) can be naturally aligned in the same direction. In receiver 5, the transmitter signal is aligned in the subspace of the interfering signal, and the interference signal aligned in the subspace of the same dimension can be canceled as shown in Equation (12).

Figure 112018054242774-pat00037
Figure 112018054242774-pat00037

일 실시예에 따른 간섭 정렬 방법에 따르면, 2차원 원하는 신호 부분 공간을 생성하기 위해, 8 차원 부분 공간을 정렬하고 유사한 차원의 간섭 부분 공간 신호를 제거할 수 있다. 행렬 R-n은 원하는 신호 및 간섭 심벌을 포함하며, 동일한 차수의 부분 공간에서 정렬되는 간섭 심벌은 소거될 수 있다. 이를 이용하여 원하는 신호를 채널 상태 정보(CSI) 없이, 보다 적은 오버헤드를 가지고 간섭 정렬을 할 수 있다.According to the interference alignment method according to an embodiment, in order to generate a 2-dimensional desired signal subspace, an 8-dimensional subspace may be aligned and an interference subspace signal having a similar dimension may be removed. The matrix R -n includes a desired signal and an interference symbol, and interference symbols aligned in the same order subspace can be canceled. By using this, the desired signal can be interference-aligned with less overhead without channel state information (CSI).

도 3은 일 실시예에 따른 셀(L=3) 당 5명의 사용자(K=5)에 대한 다중 입력 및 다중 출력(MIMO)에 있어서, 각 셀 당 3명의 사용자는 셀 엣지에 위치하는 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 가우시안 간섭 채널 모델에 대한 도면이다.FIG. 3 illustrates multiple inputs and multiple outputs (MIMO) for 5 users (K = 5) per cell (L = 3) according to an embodiment, wherein 3 users per cell are multiple inputs located at a cell edge. And a multiple output (MIMO) Gaussian interference channel model.

도 3을 참조하면, 셀 엣지 단말기 사용자들(Cell Edge Mobile User)간의 부분 협력을 고려하여 다중 셀 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 네트워크를 할 수 있다. 셀 엣지(Cell edge) 협력에 초점을 맞추기 때문에, 주파수 재사용 기술이 무선 시스템에서 일정한 거리 후에 동일한 주파수를 사용하는 것으로 간주할 수 있다.Referring to FIG. 3, a multi-cell multi-input and multi-output (MIMO) network may be performed in consideration of partial cooperation between cell edge mobile users. Because it focuses on cell edge cooperation, it can be considered that the frequency reuse technology uses the same frequency after a certain distance in the wireless system.

복수의 인접한 셀들 사이의 간섭이 발생하는 환경에서, 셀 엣지에 위치한 유저를 검출하고, 해당하는 유저에 대하여만 전술한 간접 정렬 기법을 이용하여 협력 통신을 수행하는 방식으로 응용될 수 있다.In an environment in which interference between a plurality of adjacent cells occurs, it can be applied in a manner of detecting a user located at a cell edge and performing cooperative communication using the above-described indirect alignment technique only for the corresponding user.

일 실시예에 따른 기지국(Base Station) 협력은 송신기와 단말기 사용자들(Mobile User)를 동기화하기 위해 유선 백홀 링크를 통해 제어 분배, 데이터 신호 전송, 채널 상태 정보(CSI) 및 프리 코더를 포함할 수 있다. 기지국은 이러한 정보를 이용하여 환경 및 통신 전략을 원하는 채널 조건에 적응시킬 수 있다. Base station cooperation according to an embodiment may include control distribution, data signal transmission, channel state information (CSI), and precoder through a wired backhaul link to synchronize transmitter and terminal users (Mobile User). have. The base station can use this information to adapt the environment and communication strategy to the desired channel conditions.

일 실시예에 따른 셀 엣지 사용자들(CEU: Cell-Edge User) 성능을 향상시키기 위해 다중 셀 환경 시나리오에서 다중 사용자 부분 협력을 조사할 수 있다. 신호 대 간섭 잡음 비(SINR: Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio)는 각 단말기 사용자들(MU)의 전송 속도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 한 번에 한 명의 사용자를 공동으로 전송함으로써 신호 대 간섭 잡음 비(SINR)를 개선하기 위해 3 개의 기지국 (L=3)에 대한 셀 엣지 사용자들(CEU) 간의 부분 협력 전송을 고려할 수 있다. In order to improve cell-edge user (CEU) performance according to an embodiment, multi-user partial cooperation may be investigated in a multi-cell environment scenario. The signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) may determine the transmission speed of each terminal user (MU). For example, consider partial cooperative transmission between cell edge users (CEUs) for three base stations (L = 3) to improve signal-to-interference noise ratio (SINR) by co-transmitting one user at a time. You can.

일 실시예에 따른 기지국 협력 방법론은 기지국이 전체 시스템 성능을 극대화하기 위해 정보를 교환하는 고속 유선 백홀을 통해 연결되기 때문에 합리적일 수 있다. 일 실시예에 따른 완전히 협력적인 다운 링크 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 가우시안 간섭 채널 네트워크는 최대 합계 속도 및 처리량을 초래할 수 있다. 단말기 사용자들과 기지국 사이의 많은 양의 글로벌 채널 상태 정보(CSI) 교환으로 인해 전체 비용이 증가할 수 있다.The base station cooperation methodology according to an embodiment may be reasonable because the base stations are connected through a high-speed wired backhaul exchanging information to maximize overall system performance. A fully cooperative downlink multiple input and multiple output (MIMO) Gaussian interference channel network according to one embodiment may result in maximum total speed and throughput. The overall cost may increase due to the large amount of global channel state information (CSI) exchange between the terminal users and the base station.

일 실시예에 따른 정상 동작에서 단말기 사용자들(MU) 간의 비협조적 전송 방식을 고려할 수 있다. 다운 링크 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 가우시안 간섭 채널 네트워크에 대한 SINRnc은 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.In a normal operation according to an embodiment, a non-cooperative transmission method between terminal users MU may be considered. SINR nc for a downlink multiple input and multiple output (MIMO) Gaussian interference channel network may be expressed as Equation (13).

Figure 112018054242774-pat00038
Figure 112018054242774-pat00038

비협력적 전송 방식 하에서 단말기 사용자들의 bits/s/Hz 용량은 샤논(Shannon) 용량 공식을 사용하여 표현되며, 여기서 λ는 이론적 코딩 기법과 실제 코딩 기법 사이의 결정된 신호 대 간섭 잡음 비(SINR) 차이일 수 있다.Under the non-cooperative transmission method, the bit / s / Hz capacity of terminal users is expressed using the Shannon capacity formula, where λ is the difference between the determined signal-to-interference noise ratio (SINR) between the theoretical coding technique and the actual coding technique. Can be

일반적으로 사용자 간의 완전한 협력은 높은 합계 비율과 처리량을 이끌어낼 수 있다. 셀 엣지(CE) 근처에 위치하는 사용자는 인접 셀들과 동일 채널 간섭을 겪을 수 있다. 완전한 협력은 채널 상태 정보(CSI), 송신기 및 프리 코딩 정보와 같은 사용자 및 기지국 간의 많은 양의 정보 교환으로 인해 비용 효율성을 증가 시키지만, 사용자 간의 완벽한 협력은 일반적으로 복잡성을 높여주고 백홀 링크에 많은 부하를 부과할 수 있다. In general, full collaboration between users can lead to high total ratios and throughput. A user located near the cell edge CE may experience co-channel interference with adjacent cells. Full collaboration increases cost effectiveness due to the large amount of information exchange between the user and the base station, such as channel status information (CSI), transmitter and precoding information, but seamless collaboration between users generally increases complexity and loads on the backhaul link. Can be charged.

일 실시예에 따르면, 셀 엣지 사용자(CEU) 간의 협력을 고려하여 비용 효율성을 개선하고, 기지국에서 많은 정보와 복잡한 정보를 교환할 수 있다. 인접한 셀 엣지 사용자(CEU)들과의 협력을 고려할 수 있다. 다운 링크 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 가우스 간섭 채널 네트워크에 대한 SINRnc는 제안된 셀 엣지 사용자들 협력 계획에 의존 할 것이기 때문에, bits/s/Hz 단위의 셀 엣지 사용자들 협력 하에서 단말기 사용자들의 bits/s/Hz 용량은 수학식 14와 같을 수 있다.According to an embodiment, cost efficiency may be improved by considering cooperation between cell edge users (CEUs), and a lot of information and complex information may be exchanged at a base station. Collaboration with adjacent cell edge users (CEUs) can be considered. SINR nc for downlink multiple input and multiple output (MIMO) Gaussian interference channel network will depend on the proposed cell edge users cooperation plan, bits of terminal users under the cooperation of cell edge users in bits / s / Hz The / s / Hz capacity may be equal to Equation 14.

Figure 112018054242774-pat00039
Figure 112018054242774-pat00039

수학식 14의 α는 협조하는 셀 엣지 사용자 간의 자원 배분 할당 비율(proportion of resource sharing allocation)을 의미할 수 있다. 일 실시예에 따르면, α=0.5일 수 있다. 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 다운링크 전송 방식, 즉,

Figure 112018054242774-pat00040
>
Figure 112018054242774-pat00041
를 보다 양호하게 수행하기 위한 자원 제약에 대한 셀 엣지 사용자 협력 방식에 대한 정확한 표현은 수학식 15와 같을 수 있다.Α in Equation 14 may mean a proportion of resource sharing allocation between cooperating cell edge users. According to an embodiment, α = 0.5. Multiple input and multiple output (MIMO) downlink transmission methods, i.e.
Figure 112018054242774-pat00040
>
Figure 112018054242774-pat00041
An accurate expression of a cell edge user cooperation method for resource constraints to perform better may be as shown in Equation (15).

Figure 112018054242774-pat00042
Figure 112018054242774-pat00042

일 실시예에 따른 셀 엣지 사용자들이 인접한 셀 엣지 사용자들 간의 협력 다운링크 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 전송 방식을 수행하는 것이 좋을 수 있다.It may be desirable for cell edge users according to an embodiment to perform a cooperative downlink multiple input and multiple output (MIMO) transmission scheme between adjacent cell edge users.

일 실시예에 따른 주파수 재사용(FR: Frequency Re-Use)은 셀룰러 무선 시스템에서 일정 거리 후에 동일한 주파수를 재사용하는 것일 수 있다. 제한된 주파수 대역폭은 기지국으로부터 사용자 위치를 식별 할 때 다수의 서브 그룹들로 분할되며, 여기서 몇몇 서브 캐리어들을 포함하는 각각의 그룹은 차례로 인접한 셀들에 할당될 수 있다. 부분 주파수 재사용(FFR) 및 소프트 주파수 재사용(SFR) 기술은 셀간 간섭(ICI: intercell interference), 조정 셀간 간섭(ICIC: intercell interference coordination)을 줄이고 셀 엣지 사용자들의 스펙트럼 효율성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있다.Frequency Re-Use (FR) according to an embodiment may be to reuse the same frequency after a certain distance in a cellular wireless system. The limited frequency bandwidth is divided into a plurality of sub-groups when identifying a user location from a base station, where each group including several sub-carriers can be assigned to adjacent cells in turn. Partial frequency reuse (FFR) and soft frequency reuse (SFR) technologies can help reduce intercell interference (ICI), coordination intercell interference (ICIC) and improve spectral efficiency for cell edge users. have.

일반적으로, 부분 주파수 재사용(FFR) 및 소프트 주파수 재사용(SFR) 기술은 셀을 내부 및 외부 영역으로 분할하고, 각 영역에 대해 상이한 주파수 재사용 인자가 사용될 수 있다. 기지국으로부터 셀 엣지 사용자까지의 거리는 나쁜 채널 조건 및 낮은 서비스 품질(QoS: quality of service)를 야기할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 셀 센터(CC), 셀 중앙(CM) 및 셀 에지(CE) 사용자의 위치를 파악해야 할 수 있다. 다운링크 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 가우시안 간섭 채널에서, L개의 셀 내의 k 개의 단말기 사용자에 대한 신호 대 간섭 잡음 비(SINR)는 수학식 16과 같을 수 있다.In general, partial frequency reuse (FFR) and soft frequency reuse (SFR) techniques divide cells into internal and external regions, and different frequency reuse factors can be used for each region. The distance from the base station to the cell edge user can cause bad channel conditions and low quality of service (QoS). In order to solve this problem, it may be necessary to determine the location of the cell center (CC), cell center (CM), and cell edge (CE) users. In a downlink multiple input and multiple output (MIMO) Gaussian interference channel, a signal-to-interference noise ratio (SINR) for k terminal users in L cells may be expressed as Equation (16).

Figure 112018054242774-pat00043
Figure 112018054242774-pat00043

수학식 15의

Figure 112018054242774-pat00044
은 기지국에 의해 할당 된 다운링크 송신 전력이고,
Figure 112018054242774-pat00045
은 K 번째 단말기 사용자에 대한 채널 이득이고,
Figure 112018054242774-pat00046
은 제로 평균 부가 백색 가우스 잡음 (AWGN: additive white Gaussian noise) 전력일 수 있다.Equation (15)
Figure 112018054242774-pat00044
Is the downlink transmission power allocated by the base station,
Figure 112018054242774-pat00045
Is the channel gain for the K-th terminal user,
Figure 112018054242774-pat00046
May be zero average additive white Gaussian noise (AWGN) power.

도 4는 일 실시예에 따른 사용자를 셀 센터 사용자(CCUs), 셀 중간 사용자(CMUs) 및 셀 엣지 사용자(CEUs)의 세 가지 기본 그룹으로 분할한 모습을 도시한 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a user is divided into three basic groups of cell center users (CCUs), cell intermediate users (CMUs), and cell edge users (CEUs) according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 셀 엣지 사용자가 셀간 간섭(ICI)의 영향을 크게 받기 때문에 주변 셀의 간섭을 고려해야할 수 있다. 셀간 간섭(ICI) 신호는 낮은 서비스 품질(QoS) 및 낮은 처리량 문제를 극복하기 위해 식별되고 정렬 되어야할 수 있다. 기지국 근처의 사용자는 셀 센터 사용자(CCUs)로 간주되고 평균 간섭을 갖는 사용자는 셀 중간 사용자(CMUs)로 간주되며 인접 셀의 간섭이 더 높은 사용자는 셀 엣지 사용자(CEUs)로 간주될 수 있다. 사용자를 효율적으로 페어링하기 위해 중앙값을 사용하여 셀 센터 사용자(CCUs), 셀 중간 사용자(CMUs) 및 셀 엣지 사용자(CEUs)의 세 가지 기본 그룹으로 사용자를 분할할 수 있다. 셀 중간 사용자(CMUs)는 수학식 17과 같을 수 있다.Referring to FIG. 4, since a cell edge user according to an embodiment is greatly affected by inter-cell interference (ICI), interference of neighboring cells may be considered. Inter-cell interference (ICI) signals may need to be identified and aligned to overcome low quality of service (QoS) and low throughput problems. Users near the base station are considered cell center users (CCUs), users with average interference are considered cell intermediate users (CMUs), and users with higher interference from neighboring cells can be considered cell edge users (CEUs). To efficiently pair users, you can use the median to divide users into three basic groups: cell center users (CCUs), cell middle users (CMUs), and cell edge users (CEUs). Cell middle users (CMUs) may be as shown in Equation (17).

Figure 112018054242774-pat00047
Figure 112018054242774-pat00047

수학식 17를 고려하여 셀 엣지 사용자를 식별할 수 있다. 셀 엣지 사용자와 셀간 간섭(ICI) 간의 조정은 기지국 및 단말기 사용자 성능의 전반적인 스펙트럼 효율성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 u4와 w5, v5와 w4, u5와 v4각각의 부분 협력을 고려할 수 있다.The cell edge user may be identified by considering Equation 17. Coordination between cell edge users and intercell interference (ICI) can help improve the overall spectral efficiency of base station and terminal user performance. For example, partial cooperation of u 4 and w 5 , v 5 and w 4 , u 5 and v 4 of FIG. 3 may be considered.

일 실시예에 따른 셀의 수L이 3인 경우, 셀 엣지 사용자 간의 합산, 총용량, 전력 배분 및 실현 가능 조건은 다음의 세 가지 경우에서 논의될 수 있다.When the number L of cells according to an embodiment is 3, the summation, total capacity, power distribution, and feasible conditions between cell edge users can be discussed in the following three cases.

케이스 1: 셀 1 및 셀 3의 셀 엣지 단말기 사용자{u4 및 w5} 간의 부분 협력은 수학식 18과 같을 수 있다.Case 1: Partial cooperation between the cell edge terminal users {u 4 and w 5 } of cells 1 and 3 may be expressed as Equation 18.

Figure 112018054242774-pat00048
Figure 112018054242774-pat00048

일 실시예에 따른 셀 1과 셀 3의 사용자들에 대한 협력을 위해 SINRu4와 SINRw5를 고려해야할 수 있다. 수학식 17의

Figure 112018054242774-pat00049
,
Figure 112018054242774-pat00050
일 수 있다. 셀 엣지 사용자의 부분 협력에 의해 달성 된 총 용량은 수학식 19와 같을 수 있다.SINR u4 and SINR w5 may be considered for cooperation of users of cells 1 and 3 according to an embodiment. Equation 17
Figure 112018054242774-pat00049
,
Figure 112018054242774-pat00050
Can be The total capacity achieved by partial cooperation of the cell edge user may be equal to Equation 19.

Figure 112018054242774-pat00051
Figure 112018054242774-pat00051

셀 1과 셀 3에서의 CEU 부분 협력을 위한 최적의 전력 할당은 {

Figure 112018054242774-pat00052
,
Figure 112018054242774-pat00053
}이고 해당 채널 이득은 각각 {
Figure 112018054242774-pat00054
,
Figure 112018054242774-pat00055
}일 수 있다. 셀 1과 셀 3에서의 CEU 부분 협력을 위한 최적의 전력 할당 {
Figure 112018054242774-pat00056
,
Figure 112018054242774-pat00057
}는 수학식 20과 같을 수 있다.The optimal power allocation for CEU partial cooperation in cells 1 and 3 is {
Figure 112018054242774-pat00052
,
Figure 112018054242774-pat00053
} And the corresponding channel gain is {
Figure 112018054242774-pat00054
,
Figure 112018054242774-pat00055
}. Optimal power allocation for CEU partial cooperation in cells 1 and 3 {
Figure 112018054242774-pat00056
,
Figure 112018054242774-pat00057
} May be equal to Equation 20.

Figure 112018054242774-pat00058
Figure 112018054242774-pat00058

수학식 20은

Figure 112018054242774-pat00059
를 만족할 수 있다. 나머지 케이스인 v5와 w4, u5와 v4간의 부분 협력도 마찬가지 방법으로 구할 수 있다.Equation 20 is
Figure 112018054242774-pat00059
Can be satisfied. The remaining cases, v 5 and w 4 , and partial cooperation between u 5 and v 4 can be obtained in the same way.

일 실시예에 따르면, 채널 상태 정보(CSI)가 없을 경우, 셀 엣지 단말기 사용자에 대한 안테나 스위칭 및 전력 분석을 통해 K-사용자 다중 셀 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 가우시안 간섭 채널을 특성화할 수 있다. 총 K-사용자 통신 쌍의 수를 송신기 M과 수신기 안테나 N의 수보다 작게 제한할 수 있다. 일 실시예에 따른 K개의 독립 사용자가 n개의 심볼을 전송하기 때문에 완전히 연결된 K-사용자 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 가우시안 간섭 채널을 고려할 수 있다. K-사용자에 대한 무작위로 생성 된 송신 전략을 가정하여 안테나 스위칭 패턴을 설계할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 미리 설정된 2개의 모드들 중에서 재구성 가능한 다중 모드 안테나 스위치를 고려할 수 있다. 수학식 21과 같이 원하는 신호와 간섭 신호에 대한 입력 및 출력 관계를 계산할 수 있다.According to an embodiment, when there is no channel state information (CSI), a K-user multi-cell multi-input and multi-output (MIMO) Gaussian interference channel may be characterized through antenna switching and power analysis for a cell edge terminal user. . The total number of K-user communication pairs can be limited to less than the number of transmitters M and N of the receiver antennas. Since K independent users transmit n symbols according to an embodiment, fully connected K-user multiple input and multiple output (MIMO) Gaussian interference channels may be considered. The antenna switching pattern can be designed by assuming a randomly generated transmission strategy for the K-user. According to an embodiment, a reconfigurable multi-mode antenna switch among two preset modes may be considered. As shown in Equation 21, input and output relations of a desired signal and an interference signal can be calculated.

Figure 112018054242774-pat00060
Figure 112018054242774-pat00060

도 5는 일 실시예에 따른 셀 엣지 사용자의 거리에 따른 신호 대 간섭 잡음 비 성능을 셀간 간섭의 유무에 따라 도시한 그래프이다.5 is a graph illustrating the signal-to-interference noise ratio performance according to the distance of a cell edge user according to the presence or absence of inter-cell interference according to an embodiment.

도 5를 참조하면, 일 실시예에 다른 셀간 간섭(ICI)시 부분 협력이 있는 경우는 그렇지 않은 경우보다 더 나은 성능을 달성함을 보여준다. 예를 들어, 셀간 협력이 없는 경우에는, 10 dB와 0 dB의 신호 대 간섭 잡음 비(SINR)는 0.55km에서 0.9 km로 증가하지만, 일 실시예에 다른 셀간 협력이 있는 경우 신호 대 간섭 잡음 비(SINR)값은 0.6km에서 1km로 증가하고, 그 폭이 더 크다. 인접 셀로부터의 셀 엣지 사용자들 사이의 협력이 셀간 간섭(ICI)이 없는 경우에 비해 셀 엣지 단말기 사용자 성능을 향상시키는 것을 고려하면, 셀간 간섭(ICI)을 갖는 제안 된 방식에 대한 신호 대 간섭 잡음 비(SINR)의 과감한 변화가 기대될 수 있다. Referring to FIG. 5, it is shown that in one embodiment, when there is partial cooperation in inter-cell interference (ICI), better performance is achieved than the case where it is not. For example, in the absence of inter-cell cooperation, the signal-to-interference noise ratio (SINR) of 10 dB and 0 dB increases from 0.55 km to 0.9 km, but in one embodiment there is signal-to-interference noise ratio if there is another cell-to-cell cooperation. The (SINR) value increases from 0.6 km to 1 km, and its width is larger. Signal-to-interference noise for the proposed scheme with inter-cell interference (ICI), considering that collaboration between cell-edge users from neighboring cells improves cell-edge terminal user performance compared to the absence of inter-cell interference (ICI) A drastic change in the ratio (SINR) can be expected.

도 6은 일 실시예에 따른 용량 대비 신호 대 간섭 잡음 비(SINR)를 셀 엣지 사용자들 사이의 협력 여부에 따라 도시한 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating a signal-to-interference noise ratio (SINR) versus capacity according to an embodiment depending on whether cooperation is performed between cell edge users.

도 6을 참조하면, 신호 대 간섭 잡음 비(SINR)가 5[dB]에서 20[dB]로 증가 할 때 일 실시예에 따른 부분 협력 셀 엣지 사용자의 체계 용량은 12C[bps/Hz]에서 37.5C[bps/Hz]로 증가할 수 있다. 협력이 없는 경우, 용량은 9.5C[bps/Hz]에서 22C[bps/Hz]로 증가할 수 있다. 협력 셀 엣지 사용자의 경우 15C[bps/Hz]에서 47.5C[bps/Hz]까지 증가할 수 있다. 이 결과는 인접한 셀 엣지 단말기 사용자들 간의 완벽한 협력을 고려하여 전반적인 단말기 사용자들의 성능이 향상 될 것으로 예상된다. 일 실시예에 따른 셀 엣지 단말기 사용자들 간의 부분 협력을 이용할 경우, 비 협력 셀 엣지 단말기 사용자들 보다 우수한 성능을 보였고, 전체 협력 셀 엣지 단말기 사용자들과 비교해도 거의 비슷한 성능을 보일 수 있다. Referring to FIG. 6, when the signal-to-interference noise ratio (SINR) increases from 5 [dB] to 20 [dB], the system capacity of the partially cooperative cell edge user according to an embodiment is 37.5 at 12C [bps / Hz]. It can be increased to C [bps / Hz]. Without cooperation, the capacity can increase from 9.5C [bps / Hz] to 22C [bps / Hz]. For a cooperative cell edge user, it can increase from 15C [bps / Hz] to 47.5C [bps / Hz]. This result is expected to improve the performance of the overall terminal users in consideration of perfect cooperation between adjacent cell edge terminal users. When using partial cooperation between cell edge terminal users according to an embodiment, performance is superior to that of non-cooperative cell edge terminal users, and almost similar performance can be achieved even when compared with all of the cooperative cell edge terminal users.

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.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Hardware devices specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes produced by a compiler. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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.The software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device. Software and / or data may be interpreted by a processing device, or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodied in the transmitted signal wave. The software may be distributed on networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and / or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (13)

수신기들로 전송할 송신 심볼들을 포하는 송신 심볼 벡터를 획득하는 단계;
상기 수신기들의 안테나 모드들을 제어하는 스위칭 패턴 매트릭스에 기초하여 결정된 빔포밍 벡터들, 및 상기 송신 심볼 벡터에 기초하여, 빔포밍 매트릭스를 결정하는 단계;
상기 빔포밍 매트릭스를 이용하여 상기 송신 심볼 벡터를 빔포밍함으로써 전송 신호를 생성하는 단계; 및
다중 안테나를 이용하여 상기 전송 신호를 상기 수신기들로 전송하는 단계
를 포함하고,
상기 스위칭 패턴 매트릭스 P는-상기 스위칭 패턴 매트릭스에 포함된 성분 '1'과 성분 '2'는 각각 제1 동작모드, 및 제2 동작모드를 나타냄-,
Figure 112019124523203-pat00075
를 포함하는 신호 전송 방법.
Obtaining a transmission symbol vector containing transmission symbols to be transmitted to the receivers;
Determining beamforming matrices based on a switching pattern matrix that controls antenna modes of the receivers, and a beamforming matrix based on the transmission symbol vector;
Generating a transmission signal by beamforming the transmission symbol vector using the beamforming matrix; And
Transmitting the transmission signal to the receivers using multiple antennas
Including,
The switching pattern matrix P-component '1' and component '2' included in the switching pattern matrix indicate a first operation mode and a second operation mode, respectively,
Figure 112019124523203-pat00075
Signal transmission method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 스위칭 패턴 매트릭스는 상기 수신기들에서 발생하는 간섭 신호들 중 적어도 일부가 자연적으로 동일한 방향으로 정렬되도록 미리 정해진 값을 갖는 신호 전송 방법.
According to claim 1,
The switching pattern matrix is a signal transmission method having a predetermined value such that at least some of the interference signals generated by the receivers are naturally aligned in the same direction.
제1항에 있어서,
상기 빔포밍 매트릭스를 결정하는 단계는
상기 송신 심볼 벡터에 포함된 송신 심볼들 각각에 대응하여, 상기 빔포밍 벡터들 중 해당하는 송신 심볼을 위한 빔포밍 벡터를 선택하는 단계
를 포함하는 신호 전송 방법.
According to claim 1,
Determining the beamforming matrix is
Selecting a beamforming vector for a corresponding transmission symbol among the beamforming vectors, corresponding to each of the transmission symbols included in the transmission symbol vector
Signal transmission method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 수신기에 포함된 안테나는 두 개의 동작 모드를 갖는 재구성 안테나를 포함하는 신호 전송 방법.
According to claim 1,
The antenna included in the receiver includes a reconstructed antenna having two operating modes.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 송신 심볼들 각각은 제1 송신 심볼 및 제2 송신 심볼 중 어느 하나를 포함하고,
상기 빔포밍 벡터들은,
Figure 112018054242774-pat00062
를 포함하고,
Figure 112018054242774-pat00063
는 k번 수신기로 상기 제1 송신 심볼을 전송하는 경우 선택되는 빔포밍 벡터를 나타내고,
Figure 112018054242774-pat00064
는 k번 수신기로 상기 제2 송신 심볼을 전송하는 경우 선택되는 빔포밍 벡터를 나타내는 신호 전송 방법.
According to claim 1,
Each of the transmission symbols includes one of the first transmission symbol and the second transmission symbol,
The beamforming vectors,
Figure 112018054242774-pat00062
Including,
Figure 112018054242774-pat00063
Denotes a beamforming vector selected when transmitting the first transmission symbol to receiver k,
Figure 112018054242774-pat00064
Is a method of transmitting a signal indicating a beamforming vector selected when the second transmission symbol is transmitted to the k-th receiver.
수신기의 신호 수신 방법에 있어서,
송신기로부터 빔포밍된 신호를 수신하는 단계;
상기 송신기와 미리 공유된 빔포밍 매트릭스를 획득하는 단계;
상기 수신기 및 주변 수신기들을 포함하는 수신기들의 안테나 모드들을 제어하는 스위칭 패턴 매트릭스에 기초하여, 채널 매트릭스를 생성하는 단계;
상기 채널 매트릭스 및 상기 빔포밍 매트릭스에 기초하여, 상기 빔포밍된 신호로부터 원하는 신호와 간섭 신호를 분리하는 단계; 및
상기 원하는 신호로부터 상기 수신기를 위한 송신 심볼을 획득하는 단계
를 포함하고,
상기 스위칭 패턴 매트릭스 P는-상기 스위칭 패턴 매트릭스에 포함된 성분 '1'과 성분 '2'는 각각 제1 동작모드, 및 제2 동작모드를 나타냄-,
Figure 112019124523203-pat00076
를 포함하는 신호 수신 방법.
In the method of receiving the signal of the receiver,
Receiving a beamformed signal from a transmitter;
Obtaining a beamforming matrix previously shared with the transmitter;
Generating a channel matrix based on a switching pattern matrix that controls antenna modes of receivers including the receiver and peripheral receivers;
Separating a desired signal and an interference signal from the beamformed signal based on the channel matrix and the beamforming matrix; And
Obtaining a transmission symbol for the receiver from the desired signal
Including,
The switching pattern matrix P-component '1' and component '2' included in the switching pattern matrix indicate a first operation mode and a second operation mode, respectively,
Figure 112019124523203-pat00076
Signal receiving method comprising a.
제7항에 있어서,
상기 스위칭 패턴 매트릭스는 상기 간섭 신호 중 적어도 일부가 자연적으로 동일한 방향으로 정렬되도록 미리 정해진 값을 갖는 신호 수신 방법.
The method of claim 7,
The switching pattern matrix is a signal reception method having a predetermined value such that at least a portion of the interference signal is naturally aligned in the same direction.
제7항에 있어서,
상기 수신기에 포함된 안테나는 두 개의 동작 모드를 갖는 재구성 안테나를 포함하는 신호 수신 방법.
The method of claim 7,
The antenna included in the receiver includes a reconstructed antenna having two operating modes.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 송신 심볼들 각각은 제1 송신 심볼 및 제2 송신 심볼 중 어느 하나를 포함하고,
빔포밍 벡터들은,
Figure 112019124523203-pat00066
를 포함하고,
Figure 112019124523203-pat00067
는 k번 수신기로 상기 제1 송신 심볼을 전송하는 경우 선택되는 빔포밍 벡터를 나타내고,
Figure 112019124523203-pat00068
는 k번 수신기로 상기 제2 송신 심볼을 전송하는 경우 선택되는 빔포밍 벡터를 나타내는 신호 수신 방법.
The method of claim 7,
Each of the transmission symbols includes one of the first transmission symbol and the second transmission symbol,
Beamforming vectors,
Figure 112019124523203-pat00066
Including,
Figure 112019124523203-pat00067
Denotes a beamforming vector selected when transmitting the first transmission symbol to receiver k,
Figure 112019124523203-pat00068
Is a signal receiving method indicating a beamforming vector selected when the second transmission symbol is transmitted to the k-th receiver.
제7항에 있어서,
상기 빔포밍된 신호를 수신하는 단계는
상기 스위칭 패턴 매트릭스에 기초하여, 상기 수신기의 안테나 모드를 스위칭하면서 상기 송신기로부터 전송된 신호를 수신하는 단계
를 포함하는, 신호 수신 방법.
The method of claim 7,
The step of receiving the beamformed signal is
Receiving a signal transmitted from the transmitter while switching an antenna mode of the receiver based on the switching pattern matrix
Including, the signal receiving method.
송신기;
상기 송신기와 연결되어 신호를 전송하는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는
수신기들로 전송할 송신 심볼들을 포함하는 송신 심볼 벡터를 획득하고, 상기 수신기들의 안테나 모드들을 제어하는 스위칭 패턴 매트릭스에 기초하여 결정된 빔포밍 벡터들, 및 상기 송신 심볼 벡터에 기초하여, 빔포밍 매트릭스를 결정하고, 상기 빔포밍 매트릭스를 이용하여 상기 송신 심볼 벡터를 빔포밍함으로써 전송 신호를 생성하고,
상기 송신기는 다중 안테나를 이용하여 상기 전송 신호를 상기 수신기들로 전송하고,
상기 스위칭 패턴 매트릭스는 상기 수신기들에서 발생하는 간섭 신호 중 적어도 일부가 자연적으로 동일한 방향으로 정렬되도록 미리 정해진 값을 갖고,
상기 스위칭 패턴 매트릭스 P는-상기 스위칭 패턴 매트릭스에 포함된 성분 '1'과 성분 '2'는 각각 제1 동작모드, 및 제2 동작모드를 나타냄-,
Figure 112019124523203-pat00077
를 포함하는 기지국.
transmitter;
And a processor connected to the transmitter to transmit a signal,
The processor
A transmission symbol vector including transmission symbols to be transmitted to receivers is obtained, and beamforming vectors determined based on a switching pattern matrix that controls antenna modes of the receivers, and a beamforming matrix is determined based on the transmission symbol vector. And generates a transmission signal by beamforming the transmission symbol vector using the beamforming matrix,
The transmitter transmits the transmission signal to the receivers using multiple antennas,
The switching pattern matrix has a predetermined value such that at least some of the interference signals generated by the receivers are naturally aligned in the same direction,
The switching pattern matrix P-component '1' and component '2' included in the switching pattern matrix indicate a first operation mode and a second operation mode, respectively,
Figure 112019124523203-pat00077
Base station comprising a.
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