KR102299642B1 - Transmitting apparatus comprising nonlinear power amplifiers in multi-antenna single-user system and method for power allocation thereof - Google Patents

Transmitting apparatus comprising nonlinear power amplifiers in multi-antenna single-user system and method for power allocation thereof Download PDF

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Abstract

다양한 실시예들은 단일 사용자 다중 안테나 시스템의 비선형 전력 증폭기를 갖는 송신 장치 및 그의 전력 할당 방법에 관한 것이다. 다양한 실시예들에 따르면, 송신 장치는 복수 개의 안테나들을 포함하고, 안테나들을 이용하여, 단일 수신 장치를 위한 송신 신호를 출력하도록 구성되며, 수신 장치를 위한 채널 정보를 기반으로, 송신 신호에 대해, 복수 개의 오더 성분들로 이루어진 다항식 구조로, 송신 전력값을 계산하고, 수신 장치의 수신 신호에서 각 안테나에서 출력되는 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율을 최대화하기 위해, 각 오더 성분에 대해, 빔포밍 벡터를 최적화하고, 빔포밍 벡터를 기반으로 안테나들에 각각 연결되는 비선형 전력 증폭기들을 제어하도록 동작할 수 있다. Various embodiments relate to a transmitting apparatus having a nonlinear power amplifier of a single user multi-antenna system and a method of allocating power thereof. According to various embodiments, a transmitting device includes a plurality of antennas, and is configured to output a transmission signal for a single receiving device by using the antennas, and based on channel information for the receiving device, for the transmission signal, With a polynomial structure consisting of a plurality of order components, in order to calculate a transmit power value and maximize a correlation signal and noise ratio related to a transmit signal output from each antenna in a receive signal of a receiving device, for each order component, a beam It is operable to optimize the forming vector and to control the nonlinear power amplifiers respectively connected to the antennas based on the beamforming vector.

Description

단일 사용자 다중 안테나 시스템의 비선형 전력 증폭기를 갖는 송신 장치 및 그의 전력 할당 방법{TRANSMITTING APPARATUS COMPRISING NONLINEAR POWER AMPLIFIERS IN MULTI-ANTENNA SINGLE-USER SYSTEM AND METHOD FOR POWER ALLOCATION THEREOF}TRANSMITTING APPARATUS COMPRISING NONLINEAR POWER AMPLIFIERS IN MULTI-ANTENNA SINGLE-USER SYSTEM AND METHOD FOR POWER ALLOCATION THEREOF

다양한 실시예들은 단일 사용자 다중 안테나 시스템의 비선형 전력 증폭기를 갖는 송신 장치 및 그의 전력 할당 방법에 관한 것이다. Various embodiments relate to a transmitting apparatus having a nonlinear power amplifier of a single user multi-antenna system and a method of allocating power thereof.

통신 시스템은 적어도 하나의 송신 장치와 적어도 하나의 수신 장치를 포함할 수 있다. 통신 시스템은 단일 사용자 다중 안테나 시스템(multi-antenna single-user system)일 수 있으며, MISO(multi-input single-output) 시스템으로도 지칭될 수 있다. 이러한 통신 시스템에서, 각 송신 장치는 복수 개의 안테나들을 이용하여, 단일 수신 장치를 위한 송신 신호들을 출력할 수 있다. 이를 통해, 수신 장치의 수신 신호는 송신 장치로부터 출력되는 송신 신호들과 관련된 상관 신호 및 잡음을 포함할 수 있다. 이 때 송신 장치는 후술되는 바와 같이 복수 개의 비선형 전력 증폭기들을 포함할 수 있다. 각 비선형 전력 증폭기는, 증폭 이득이 강한 대신에, 입력과 출력의 관계가 비선형적인, 비선형 특성을 가질 수 있다. 이러한 비선형 특성은, 각 송신 신호로부터 왜곡 신호를 야기할 수 있다. 이에 따라, 수신 장치의 수신 신호에서 상관 신호의 크기는 감쇠될 수 있다.The communication system may include at least one transmitting device and at least one receiving device. The communication system may be a multi-antenna single-user system, and may also be referred to as a multi-input single-output (MISO) system. In such a communication system, each transmitting device may output transmission signals for a single receiving device using a plurality of antennas. Through this, the reception signal of the reception apparatus may include a correlation signal and noise related to transmission signals output from the transmission apparatus. In this case, the transmitting apparatus may include a plurality of nonlinear power amplifiers as will be described later. Each non-linear power amplifier may have a non-linear characteristic in which the relation between the input and the output is non-linear, instead of having a strong amplification gain. This non-linear characteristic can result in a distorted signal from each transmitted signal. Accordingly, the magnitude of the correlation signal in the reception signal of the reception apparatus may be attenuated.

다양한 실시예들은, 단일 사용자 다중 안테나 시스템에서, 비선형 전력 증폭기의 비선형 특성에 따른 왜곡 신호에 대해 보상할 수 있는 신호 처리 및 전력 할당이 가능한 송신 장치 및 그의 동작 방법을 제공한다. Various embodiments provide a transmitting apparatus capable of signal processing and power allocation capable of compensating for a distortion signal according to a nonlinear characteristic of a nonlinear power amplifier in a single user multi-antenna system, and an operating method thereof.

다양한 실시예들은, 송신 장치는 수신 장치의 수신 신호에서 상관 신호와 왜곡 신호를 포함하는 잡음 비율(signal to interference plus noise ratio; SINR)을 최대화할 수 있는 송신 장치 및 그의 동작 방법을 제공한다.Various embodiments provide a transmitting apparatus capable of maximizing a signal to interference plus noise ratio (SINR) including a correlated signal and a distorted signal in a received signal of the receiving apparatus, and an operating method thereof.

다양한 실시예들은, 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 복수 개의 안테나들을 포함하고, 상기 안테나들을 이용하여, 단일 수신 장치를 위한 송신 신호들을 각각 출력하는 송신 장치의 동작 방법을 제공한다. Various embodiments, in order to solve the above problem, include a plurality of antennas, and provide an operating method of a transmitting apparatus that respectively outputs transmission signals for a single receiving apparatus by using the antennas.

다양한 실시예들에 따른 송신 장치의 동작 방법은, 상기 수신 장치를 위한 채널 정보를 기반으로, 각 안테나에서 출력될 송신 신호에 대해, 복수 개의 오더 성분들로 이루어진 다항식 구조로, 송신 전력값을 계산하는 동작, 상기 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율을 최대화하기 위해, 각 오더 성분에 대해, 빔포밍 벡터를 최적화하는 동작, 및 상기 빔포밍 벡터를 기반으로 상기 안테나들에 각각 연결되는 비선형 전력 증폭기들을 제어하는 동작을 포함할 수 있다. A method of operating a transmitting apparatus according to various embodiments calculates a transmit power value with a polynomial structure including a plurality of order components for a transmit signal to be output from each antenna based on channel information for the receiving apparatus optimizing a beamforming vector for each order component to maximize a correlation signal and noise ratio related to the transmission signal, and a nonlinear power amplifier respectively connected to the antennas based on the beamforming vector may include actions to control them.

다양한 실시예들은, 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 복수 개의 안테나들을 포함하고, 상기 안테나들을 이용하여, 단일 수신 장치를 위한 송신 신호들을 각각 출력하는 송신 장치를 제공한다. Various embodiments provide a transmitting apparatus including a plurality of antennas and respectively outputting transmission signals for a single receiving apparatus by using the antennas to solve the above problem.

다양한 실시예들에 따른 송신 장치는, 상기 수신 장치를 위한 채널 정보를 기반으로, 각 안테나에서 출력될 송신 신호에 대해, 복수 개의 오더 성분들로 이루어진 다항식 구조로, 송신 전력값을 계산하도록 구성되는 전력 조절부, 상기 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율을 최대화하기 위해, 각 오더 성분에 대해, 빔포밍 벡터를 최적화하도록 구성되는 빔포밍 최적화부, 및 상기 빔포밍 벡터를 기반으로 동작하고, 상기 안테나들에 각각 연결되는 비선형 전력 증폭기들을 포함할 수 있다.A transmitting apparatus according to various embodiments is configured to calculate a transmit power value with a polynomial structure including a plurality of order components for a transmit signal to be output from each antenna based on channel information for the receiving apparatus A power adjuster, a beamforming optimizer configured to optimize a beamforming vector for each order component in order to maximize a correlation signal and a noise ratio related to the transmission signal, and operate based on the beamforming vector, wherein the It may include nonlinear power amplifiers each coupled to the antennas.

다양한 실시예들에 따르면, 송신 장치는 비선형 전력 증폭기의 비선형 특성에 따른 왜곡 신호에 대해 보상할 수 있는 신호 처리 및 전력 할당이 가능하다. 이를 위해, 송신 장치는 수신 장치의 수신 신호에서 상관 신호와 왜곡 신호를 포함하는 잡음 비율(signal to interference plus noise ratio; SINR)을 최대화하도록, 동작할 수 있다. 이 때 송신 장치는 송신 신호들의 전송 속도를 최대화하면서, 왜곡 신호를 감소시키고 상관 신호를 증폭시키기 위해, 송신 신호들에서 비선형 성분과 선형 성분을 반복적으로 조절할 수 있다.According to various embodiments, the transmitting apparatus may perform signal processing and power allocation capable of compensating for a distortion signal according to the nonlinear characteristic of the nonlinear power amplifier. To this end, the transmitting apparatus may operate to maximize a signal to interference plus noise ratio (SINR) including a correlated signal and a distorted signal in the received signal of the receiving apparatus. In this case, the transmitting apparatus may iteratively adjust a non-linear component and a linear component in the transmission signals in order to reduce a distortion signal and amplify a correlation signal while maximizing the transmission speed of the transmission signals.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 통신 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 송신 장치를 도시하는 도면이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 송신 장치의 동작 방법을 도시하는 도면이다.
도 4, 도 5a 및 도 5b는 다양한 실시예들에 따른 송신 장치의 동작 성능을 설명하기 위한 도면들이다.1 is a diagram illustrating a communication system according to various embodiments.
2 is a diagram illustrating a transmission apparatus according to various embodiments.
3 is a diagram illustrating a method of operating a transmission apparatus according to various embodiments of the present disclosure;
4, 5A, and 5B are diagrams for explaining operating performance of a transmission apparatus according to various embodiments.

이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. Hereinafter, various embodiments of the present document will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 통신 시스템(100)을 도시하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a communication system 100 according to various embodiments.

도 1을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 통신 시스템(100)은 적어도 하나의 송신 장치(110)와 적어도 하나의 수신 장치(120)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 통신 시스템(100)은 단일 사용자 다중 안테나 시스템(multi-antenna single-user system)일 수 있으며, MISO(multi-input single-output) 시스템으로도 지칭될 수 있다. 즉 각 송신 장치(110)는 복수 개의 안테나들을 이용하여, 단일 수신 장치(120)를 위한 송신 신호들을 출력할 수 있다. 이를 통해, 수신 장치(120)의 수신 신호는 송신 장치(110)로부터 출력되는 송신 신호들과 관련된 상관 신호 및 잡음을 포함할 수 있다. 이 때 송신 장치(110)는 후술되는 바와 같이 복수 개의 비선형 전력 증폭기(도 2의 210)들을 포함할 수 있다. 각 비선형 전력 증폭기(220)는, 증폭 이득이 강한 대신에, 입력과 출력의 관계가 비선형적인, 비선형 특성을 가질 수 있다. 이러한 비선형 특성은, 각 송신 신호로부터 왜곡 신호를 야기할 수 있다. 이에 따라, 수신 장치(120)의 수신 신호에서 상관 신호의 크기는 감쇠될 수 있다. Referring to FIG. 1 , a communication system 100 according to various embodiments may include at least one transmitting device 110 and at least one receiving device 120 . According to various embodiments, the communication system 100 may be a multi-antenna single-user system, and may also be referred to as a multi-input single-output (MISO) system. That is, each transmitting device 110 may output transmission signals for a single receiving device 120 using a plurality of antennas. Through this, the reception signal of the reception device 120 may include a correlation signal and noise related to transmission signals output from the transmission device 110 . In this case, the transmitting apparatus 110 may include a plurality of nonlinear power amplifiers ( 210 of FIG. 2 ) as will be described later. Each non-linear power amplifier 220 may have a non-linear characteristic in which the relationship between the input and the output is non-linear, instead of having a strong amplification gain. This non-linear characteristic can result in a distorted signal from each transmitted signal. Accordingly, the magnitude of the correlation signal in the received signal of the receiving device 120 may be attenuated.

다양한 실시예들에 따르면, 송신 장치(110)는 왜곡 신호에 대해 보상할 수 있는 신호 처리 및 전력 할당이 가능하다. 이를 위해, 송신 장치(110)는 수신 장치(120)의 수신 신호에서 상관 신호와 왜곡 신호를 포함하는 잡음 비율(SINR)을 최대화하도록, 동작할 수 있다. 이 때 송신 장치(110)는 송신 신호들의 전송 속도를 최대화하면서, 왜곡 신호를 감소시키고 상관 신호를 증폭시키기 위해, 송신 신호들에서 비선형 성분과 선형 성분을 반복적으로 조절할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 송신 장치(110)는 MISO 시스템에서의 상관 신호와 잡음 비율(SINR)을 동등한(equivalent) SISO(single-input single-output) 시스템에서의 상관 신호와 잡음 비율(SINR)로 변환한 후, 송신 전력값을 테일러 급수 전개(Taylor series expansion)에 따라 계산한 다음, 이를 다시 MISO 시스템에 변환 적용할 수 있다. According to various embodiments, the transmitting apparatus 110 may perform signal processing and power allocation capable of compensating for a distorted signal. To this end, the transmitting apparatus 110 may operate to maximize a noise ratio (SINR) including the correlation signal and the distortion signal in the received signal of the receiving apparatus 120 . In this case, the transmitting apparatus 110 may iteratively adjust a non-linear component and a linear component in the transmitted signals to reduce a distortion signal and amplify a correlation signal while maximizing the transmission speed of the transmitted signals. According to an embodiment, the transmitting apparatus 110 converts the correlation signal and noise ratio (SINR) in the MISO system to the correlation signal and noise ratio (SINR) in the equivalent single-input single-output (SISO) system. After conversion, the transmit power value can be calculated according to Taylor series expansion, and then applied to the MISO system for conversion.

도 2는 다양한 실시예들에 따른 송신 장치(110)를 도시하는 도면이다. 2 is a diagram illustrating a transmission apparatus 110 according to various embodiments.

도 2를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 송신 장치(110)는, 복수 개의 안테나(antenna)(210)들, 복수 개의 비선형 전력 증폭기(nonlinear power amplifier)(220)들, 전력 조절부(power controller)(230) 및 빔포밍 최적화부(beamforming optimizer)(240)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the transmitting apparatus 110 according to various embodiments includes a plurality of antennas 210 , a plurality of nonlinear power amplifiers 220 , and a power controller. It may include a controller 230 and a beamforming optimizer 240 .

안테나(210)들은 단일 수신 장치(120)를 위한 송신 신호들을 각각 출력할 수 있다. The antennas 210 may respectively output transmission signals for a single reception device 120 .

비선형 전력 증폭기(220)들은 안테나(210)들에 각각 연결되어 있을 수 있다. 그리고 비선형 전력 증폭기(220)들은 입력되는 신호(S 1 , ..., S K )들을 각각 증폭시켜 출력할 수 있다. 비선형 전력 증폭기(220)들로부터 각각 출력되는 신호(x1, ..., xn)들은 송신 신호들로서 안테나(210)들로 각각 전달될 수 있다. The nonlinear power amplifiers 220 may be respectively connected to the antennas 210 . In addition, the nonlinear power amplifiers 220 may amplify and output the input signals S 1 , ..., S K , respectively. Signals x 1 , ..., x n respectively output from the nonlinear power amplifiers 220 may be transmitted to the antennas 210 as transmission signals, respectively.

각 비선형 전력 증폭기(220)는, 입력과 출력의 관계가 비선형적인, 비선형 특성을 가질 수 있다. 이로 인해, 각 안테나(210)에서 출력되는 송신 신호는 선형 성분과 비선형 성분을 가질 수 있으며, 선형 성분과 비선형 성분 둘 다 각 비선형 전력 증폭기(220)에 입력되는 신호(S 1 , ..., S K )와 연관될 수 있다. 이 때 각 비선형 전력 증폭기(220)에 있어서, 증폭 이득이 크거나, 인가되는 전력이 클수록, 송신 신호에서 비선형 성분의 비율이 증가될 수 있다. 이러한 비선형 특성은, 각 안테나(210)에서 출력되는 송신 신호로부터 왜곡 신호를 야기할 수 있다. 즉 각 안테나(210)에서 출력되는 송신 신호의 크기가 각 비선형 전력 증폭기(220)의 증폭 이득에 따라 왜곡될 수 있다. 이로 인해, 수신 장치(120)의 수신 신호는 각 안테나(210)에서 출력되는 송신 신호와 관련된 상관 신호, 및 왜곡 신호를 포함하는 잡음을 포함할 수 있다. 따라서, 수신 장치(120)의 수신 신호에서 상관 신호를 증가시키기 위해서, 송신 신호에서 비선형 성분의 비율이 감소되어야 한다. 한편, 수신 장치(120)의 수신 신호에서 왜곡 신호를 감소시키기 위해서, 송신 신호에서 비선형 성분의 비율이 증가되어야 한다. Each non-linear power amplifier 220 may have a non-linear characteristic in which the relationship between the input and the output is non-linear. Due to this, the transmission signal output from each antenna 210 may have a linear component and a non-linear component, and both the linear component and the non-linear component are input to each non-linear power amplifier 220, S 1 , ..., S K ). At this time, in each nonlinear power amplifier 220 , the ratio of the nonlinear component in the transmission signal may increase as the amplification gain or the applied power increases. Such a nonlinear characteristic may cause a distortion signal from a transmission signal output from each antenna 210 . That is, the magnitude of the transmission signal output from each antenna 210 may be distorted according to the amplification gain of each nonlinear power amplifier 220 . For this reason, the reception signal of the reception apparatus 120 may include a correlation signal related to the transmission signal output from each antenna 210 and noise including a distortion signal. Accordingly, in order to increase the correlation signal in the reception signal of the reception apparatus 120 , the ratio of the nonlinear component in the transmission signal must be decreased. Meanwhile, in order to reduce the distortion signal in the reception signal of the reception device 120 , the ratio of the nonlinear component in the transmission signal should be increased.

전력 조절부(230)는 송신 신호들에 대한 송신 전력값을 조절할 수 있다. 이를 위해, 전력 조절부(230)는 수신 장치(120)를 위한 채널 정보를 기반으로, 각 안테나(210)에서 출력된 송신 신호에 대해, 송신 전력값을 계산할 수 있다. 이 때 전력 조절부(230)는 각 안테나(210)에서 출력될 송신 신호에 대해, 수신 장치(120)의 수신 신호에서 각 안테나(210)에서 출력될 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율(SINR)을 최대화하기 위해, 송신 전력값을 계산할 수 있다. 여기서, 전력 조절부(230)는 각 안테나(210)에서 출력될 송신 신호에 대해, 복수 개의 오더(order) 성분들로 이루어진 다항식 구조로, 송신 전력값을 계산할 수 있다. 예를 들면, 전력 조절부(230)는 미리 정해진 최대 전력값 이하의 범위 내에서, 송신 신호의 전송 속도를 최대화할 수 있도록, 송신 전력값을 계산할 수 있다. The power adjusting unit 230 may adjust the transmit power values for the transmit signals. To this end, the power adjuster 230 may calculate a transmit power value for the transmit signal output from each antenna 210 based on the channel information for the receiving device 120 . At this time, with respect to the transmission signal to be output from each antenna 210 , the power adjusting unit 230 is a correlation signal-to-noise ratio (SINR) related to the transmission signal to be output from each antenna 210 in the reception signal of the reception device 120 . ), a transmit power value may be calculated. Here, the power controller 230 may calculate a transmit power value with a polynomial structure including a plurality of order components for a transmit signal to be output from each antenna 210 . For example, the power control unit 230 may calculate the transmission power value to maximize the transmission speed of the transmission signal within a range less than or equal to a predetermined maximum power value.

빔포밍 최적화부(240)는 송신 전력값을 기반으로 빔포밍을 최적화할 수 있다. 빔포밍 최적화부(240)는 수신 장치(120)의 수신 신호에서 각 안테나(210)에서 출력될 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율(SINR)을 최대화하기 위해, 빔포밍 벡터를 최적화할 수 있다. 이 때 빔포킹 최적화부(240)는 송신 전력값의 각 오더 성분에 대해, 빔포밍 벡터를 최적화할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 빔포밍 최적화부(240)는 두 단계들에 따라 빔포밍 벡터를 최적화할 수 있다. 첫 번째 단계에서, 빔포밍 최적화부(240)는 상관 신호와 잡음 비율(SINR)을 최대화하기 위해, 각 오더 성분에 대해 빔포밍 결과를 최적화할 수 있다. 이 후, 두 번째 단계에서, 빔포밍 최적화부(240)는 빔포밍 결과를 기반으로, 각 오더 성분에 대해, 빔포밍 벡터를 최적화할 수 있다. The beamforming optimizer 240 may optimize beamforming based on the transmit power value. The beamforming optimizer 240 may optimize the beamforming vector in order to maximize the correlation signal and noise ratio (SINR) related to the transmission signal to be output from each antenna 210 in the reception signal of the reception apparatus 120 . . At this time, the beamforming optimization unit 240 may optimize the beamforming vector for each order component of the transmit power value. According to an embodiment, the beamforming optimizer 240 may optimize the beamforming vector according to two steps. In a first step, the beamforming optimizer 240 may optimize the beamforming result for each order component in order to maximize the correlation signal-to-noise ratio (SINR). Thereafter, in a second step, the beamforming optimizer 240 may optimize the beamforming vector for each order component based on the beamforming result.

다양한 실시예들에 따르면, 비선형 전력 증폭기(220)들이 안테나(210)들에 각각 대응하여 최적화된 빔포밍 벡터들을 기반으로, 각각 제어될 수 있다. 각 비선형 전력 증폭기(220)는 수신 장치(120)의 수신 신호에서 상관 신호를 증가시키도록, 제어될 수 있다. 이를 통해, 송신 신호에서 비선형 성분의 비율이 감소될 수 있다. 한편, 각 비선형 전력 증폭기(220)는 수신 장치(120)의 수신 신호에서 왜곡 신호를 감소시키도록, 제어될 수 있다. 이를 통해, 송신 신호에서 비선형 성분의 비율이 증가될 수 있다. According to various embodiments, each of the nonlinear power amplifiers 220 may be controlled based on beamforming vectors optimized to correspond to each of the antennas 210 . Each nonlinear power amplifier 220 may be controlled to increase a correlation signal in the received signal of the receiving device 120 . Through this, the ratio of the nonlinear component in the transmission signal may be reduced. Meanwhile, each nonlinear power amplifier 220 may be controlled to reduce a distortion signal in the received signal of the receiving device 120 . Through this, the ratio of the nonlinear component in the transmission signal may be increased.

도 3은 다양한 실시예들에 따른 송신 장치(110)의 동작 방법을 도시하는 도면이다. 3 is a diagram illustrating an operation method of the transmitting apparatus 110 according to various embodiments of the present disclosure.

도 3을 참조하면, 송신 장치(110)는 310 동작에서 수신 장치(120)에 전송할 송신 신호들에 대한 송신 전력값을 조절할 수 있다. 전력 조절부(230)는 수신 장치(120)를 위한 채널 정보를 기반으로, 각 안테나(210)에서 출력된 송신 신호에 대해, 송신 전력값을 계산할 수 있다. 이 때 전력 조절부(230)는 각 안테나(210)에서 출력될 송신 신호에 대해, 수신 장치(120)의 수신 신호에서 각 안테나(210)에서 출력될 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율(SINR)을 최대화하기 위해, 송신 전력값을 계산할 수 있다. 예를 들면, 전력 조절부(230)는 미리 정해진 최대 전력값 이하의 범위 내에서, 송신 신호의 전송 속도를 최대화할 수 있도록, 송신 전력값을 계산할 수 있다. Referring to FIG. 3 , in operation 310 , the transmitting device 110 may adjust a transmission power value for transmission signals to be transmitted to the receiving device 120 . The power adjuster 230 may calculate a transmit power value for a transmit signal output from each antenna 210 based on channel information for the receiving device 120 . At this time, with respect to the transmission signal to be output from each antenna 210 , the power adjusting unit 230 is a correlation signal-to-noise ratio (SINR) related to the transmission signal to be output from each antenna 210 in the reception signal of the reception device 120 . ), a transmit power value may be calculated. For example, the power control unit 230 may calculate the transmission power value so as to maximize the transmission speed of the transmission signal within a range less than or equal to a predetermined maximum power value.

일 실시예에 따르면, 전력 조절부(230)는 각 안테나(210)에서 출력될 송신 신호에 대해, 복수 개의 오더 성분들로 이루어진 다항식 구조로, 송신 전력값을 계산할 수 있다. 이를 위해, 전력 조절부(230)는, 먼저 하기 [수학식 1]과 같이 수신 장치(120)의 수신 신호에서 안테나(210)들에서 출력되는 송신 신호들과 관련된 상관 신호들과 잡음 비율(SINR)을 수신 장치(120)의 수신 신호에서 각 안테나(210)에서 출력되는 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율(SINR)로 변환할 수 있다. 바꿔 말하면, 전력 조절부(230)는 MISO 시스템의 상관 신호와 잡음 비율(SINR)을 동등한 SISO 시스템의 상관 신호와 잡음 비율(SINR)로 변환할 수 있다. 하기 [수학식 1]에 따르면, 송신 전력값은 0 근처에 위치된다. 따라서, 전력 조절부(230)는 0에서, 수신 장치(120)의 수신 신호에서 각 안테나(210)에서 출력되는 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율(SINR)의 미분값에 테일러 급수 전개를 3차 오더까지 취하여, 하기 [수학식 2]와 같이 오더 성분들을 획득할 수 있다. 이를 통해, 전력 조절부(230)는 하기 [수학식 3]과 같이 다항식 구조를 획득할 수 있다. According to an embodiment, the power adjusting unit 230 may calculate a transmit power value with a polynomial structure including a plurality of order components for a transmit signal to be output from each antenna 210 . To this end, the power control unit 230 first, as shown in Equation 1 below, in the received signal of the receiving device 120 , correlation signals related to the transmit signals output from the antennas 210 and the noise ratio (SINR) ) may be converted into a correlation signal and a noise ratio (SINR) related to a transmission signal output from each antenna 210 in a reception signal of the reception device 120 . In other words, the power adjusting unit 230 may convert the correlation signal-to-noise ratio (SINR) of the MISO system into the correlation signal-to-noise ratio (SINR) of the equivalent SISO system. According to the following [Equation 1], the transmit power value is located near 0. Accordingly, the power control unit 230 applies the Taylor series expansion to the differential value of the noise ratio (SINR) and the correlation signal related to the transmission signal output from each antenna 210 in the reception signal of the reception device 120 at 0. By taking the difference order, order components can be obtained as shown in Equation 2 below. Through this, the power controller 230 may obtain a polynomial structure as shown in Equation 3 below.

Figure 112019122838143-pat00001
Figure 112019122838143-pat00001

여기서,

Figure 112019122838143-pat00002
는 채널 행렬을 나타내고,
Figure 112019122838143-pat00003
는 송신 전력값을 나타내고,
Figure 112019122838143-pat00004
은 안테나들의 개수를 나타낼 수 있다.here,
Figure 112019122838143-pat00002
denotes the channel matrix,
Figure 112019122838143-pat00003
represents the transmit power value,
Figure 112019122838143-pat00004
may represent the number of antennas.

Figure 112019122838143-pat00005
Figure 112019122838143-pat00005

Figure 112019122838143-pat00006
Figure 112019122838143-pat00006

여기서,

Figure 112019122838143-pat00007
는 잡음의 크기(noise power)를 나타내고,
Figure 112019122838143-pat00008
는 동등한(equivalent) 채널 상수를 나타내고,
Figure 112019122838143-pat00009
은 각 비선형 전력 증폭기(220)의 특성에서
Figure 112019122838143-pat00010
번째 다항식 계수를 나타내고,
Figure 112019122838143-pat00011
는 콘스텔레이션(constellation)의
Figure 112019122838143-pat00012
번째 모먼트(moment)를 나타낼 수 있다. here,
Figure 112019122838143-pat00007
represents the noise power,
Figure 112019122838143-pat00008
represents an equivalent channel constant,
Figure 112019122838143-pat00009
in the characteristic of each nonlinear power amplifier 220
Figure 112019122838143-pat00010
represents the th polynomial coefficient,
Figure 112019122838143-pat00011
is the constellation
Figure 112019122838143-pat00012
The second moment may be represented.

따라서, 전력 조절부(230)는, 근사 계산(approximation)을 통해, 다항식 구조의 해를 획득할 수 있다. 예를 들면, 전력 조절부(230)는 간단한 서치(search) 또는 근의 공식을 통해, 해를 구할 수 있다. 이를 통해, 전력 조절부(230)는 해를 최대 전력값과 비교하여, 송신 전력값을 결정할 수 있다. 해가 최대 전력값 미만이면, 전력 조절부(230)는 해를 송신 전력값으로 결정할 수 있다. 한편, 해가 최대 전력값 이상이면, 전력 조절부(230)는 최대 전력값을 송신 전력값으로 결정할 수 있다. Accordingly, the power adjusting unit 230 may obtain a solution of the polynomial structure through approximation. For example, the power controller 230 may obtain a solution through a simple search or a root formula. Through this, the power controller 230 may determine the transmit power value by comparing the solution with the maximum power value. If the solution is less than the maximum power value, the power adjuster 230 may determine the solution as the transmission power value. Meanwhile, when the solution is equal to or greater than the maximum power value, the power adjusting unit 230 may determine the maximum power value as the transmission power value.

송신 장치(110)는 320 동작에서 송신 전력값을 기반으로, 빔포밍 결과를 최적화할 수 있다. 빔포밍 최적화부(240)는 송신 전력값의 각 오더 성분에 대해, 빔포밍 결과를 최적화할 수 있다. 빔포밍 최적화부(240)는 수신 장치(120)의 수신 신호에서 각 안테나(210)에서 출력될 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율(SINR)을 최대화하기 위해, 각 오더 성분에 대해, 빔포밍 결과를 최적화할 수 있다. 이를 위해, 송신 장치(110)는 320 동작에서 하기 [수학식 4]와 같이 각 오더 성분에 대해, 빔포밍 결과를 최적화할 수 있다. The transmitting apparatus 110 may optimize the beamforming result based on the transmit power value in operation 320 . The beamforming optimizer 240 may optimize the beamforming result for each order component of the transmit power value. The beamforming optimizer 240 performs beamforming for each order component in order to maximize a correlation signal and noise ratio (SINR) related to a transmission signal to be output from each antenna 210 in the reception signal of the reception device 120 . results can be optimized. To this end, in operation 320 , the transmitter 110 may optimize the beamforming result for each order component as shown in Equation 4 below.

Figure 112019122838143-pat00013
Figure 112019122838143-pat00013

여기서,

Figure 112019122838143-pat00014
는 동등한 채널 상수를 나타내고,
Figure 112019122838143-pat00015
는 잡음의 크기(noise power)를 나타내고,
Figure 112019122838143-pat00016
는 콘스텔레이션의
Figure 112019122838143-pat00017
번째 모먼트를 나타내고,
Figure 112019122838143-pat00018
는 가중치 벡터를 나타낼 수 있다. here,
Figure 112019122838143-pat00014
represents the equivalent channel constant,
Figure 112019122838143-pat00015
represents the noise power,
Figure 112019122838143-pat00016
is the constellation
Figure 112019122838143-pat00017
represents the second moment,
Figure 112019122838143-pat00018
may represent a weight vector.

일 실시예에 따르면, 빔포밍 최적화부(240)는

Figure 112019122838143-pat00019
으로 초기 설정을 한 다음, 최적
Figure 112019122838143-pat00020
를 획득할 수 있다. 빔포밍 최적화부(240)는, 최적
Figure 112019122838143-pat00021
와 상기
Figure 112019122838143-pat00022
의 오차가 임계치 이하로 수렴할 때까지 반복적으로, 최적
Figure 112019122838143-pat00023
를 획득할 수 있다. 여기서,
Figure 112019122838143-pat00024
는
Figure 112019122838143-pat00025
를 포함할 수 있다. 최적
Figure 112019122838143-pat00026
를 획득하기 위하여, 빔포밍 최적화부(240)는 모든
Figure 112019122838143-pat00027
에 대해서 반복적으로 다음의 과정을 수행할 수 있다. 즉 과정에서, 빔포밍 최적화부(240)는
Figure 112019122838143-pat00028
를 제외한
Figure 112019122838143-pat00029
를 고정하고,
Figure 112019122838143-pat00030
의 크기를 바꾸어가며 상관 신호와 잡음 비율(SINR)을 계산하고, 상관 신호와 잡음 비율(SINR)이 최대화되는
Figure 112019122838143-pat00031
로 업데이트할 수 있다.According to an embodiment, the beamforming optimizer 240 is
Figure 112019122838143-pat00019
After initial setting with
Figure 112019122838143-pat00020
can be obtained. Beamforming optimization unit 240, the optimal
Figure 112019122838143-pat00021
and above
Figure 112019122838143-pat00022
iteratively until the error of
Figure 112019122838143-pat00023
can be obtained. here,
Figure 112019122838143-pat00024
Is
Figure 112019122838143-pat00025
may include. optimal
Figure 112019122838143-pat00026
In order to obtain , the beamforming optimizer 240
Figure 112019122838143-pat00027
The following process can be iteratively performed for That is, in the process, the beamforming optimization unit 240
Figure 112019122838143-pat00028
excluding
Figure 112019122838143-pat00029
fix it,
Figure 112019122838143-pat00030
The correlation signal and noise ratio (SINR) is calculated by changing the magnitude of
Figure 112019122838143-pat00031
can be updated with

송신 장치(110)는 330 동작에서 빔포밍 결과를 기반으로, 빔포밍 벡터를 최적화할 수 있다. 빔포밍 최적화부(240)는 각 오더 성분에 대해, 빔포밍 벡터를 최적화할 수 있다. The transmitter 110 may optimize the beamforming vector based on the beamforming result in operation 330 . The beamforming optimizer 240 may optimize a beamforming vector for each order component.

일 실시예에 따르면, 빔포밍 최적화부(240)는 최적

Figure 112019122838143-pat00032
로부터 빔포밍 벡터를 최적화한 다음, 최적화된 빔포밍 벡터로 초기 설정을 할 수 있다(
Figure 112019122838143-pat00033
). 이 때
Figure 112019122838143-pat00034
번째 오더 성분이
Figure 112019122838143-pat00035
보다 작으면, 빔포밍 최적화부(240)는 하기 [수학식 5]와 같은 과정을 반복할 수 있다. 여기서, 빔포밍 최적화부(240)는
Figure 112019122838143-pat00036
일 때까지, 해당 과정을 반복할 수 있다. 바꿔 말하면,
Figure 112019122838143-pat00037
일 때, 해당 과정이 중단될 수 있다. 한편,
Figure 112019122838143-pat00038
번째 오더 성분이
Figure 112019122838143-pat00039
보다 크면, 하기 [수학식 6]과 같은 과정을 반복할 수 있다. 여기서, 빔포밍 최적화부(240)는
Figure 112019122838143-pat00040
일 때까지, 해당 과정을 반복할 수 있다. 바꿔 말하면,
Figure 112019122838143-pat00041
일 때, 해당 과정이 중단될 수 있다. 아울러, 하기 [수학식 5]와 같은 과정 또는 하기 [수학식 6]과 같은 과정은,
Figure 112019122838143-pat00042
번째 오더 성분이
Figure 112019122838143-pat00043
에 가까워질 때까지 반복될 수 있다. According to an embodiment, the beamforming optimizer 240 is
Figure 112019122838143-pat00032
After optimizing the beamforming vector from
Figure 112019122838143-pat00033
). At this time
Figure 112019122838143-pat00034
the second order component
Figure 112019122838143-pat00035
If less than, the beamforming optimizer 240 may repeat the following [Equation 5] process. Here, the beamforming optimization unit 240 is
Figure 112019122838143-pat00036
Until , the process can be repeated. In other words,
Figure 112019122838143-pat00037
, the process may be interrupted. Meanwhile,
Figure 112019122838143-pat00038
the second order component
Figure 112019122838143-pat00039
If larger, the same process as in [Equation 6] can be repeated. Here, the beamforming optimization unit 240 is
Figure 112019122838143-pat00040
Until , the process can be repeated. In other words,
Figure 112019122838143-pat00041
, the process may be interrupted. In addition, a process such as the following [Equation 5] or a process such as the following [Equation 6] is,
Figure 112019122838143-pat00042
the second order component
Figure 112019122838143-pat00043
It can be repeated until close to .

Figure 112019122838143-pat00044
Figure 112019122838143-pat00044

Figure 112019122838143-pat00045
Figure 112019122838143-pat00045

송신 장치(110)는 340 동작에서 빔포밍 벡터를 기반으로, 비선형 전력 증폭기(220)들을 제어할 수 있다. 비선형 전력 증폭기(220)들에서, 상관 신호의 크기가 증가될 수 있다. 즉 비선형 전력 증폭기(220)들에서, 송신 신호에서 비선형 성분의 비율이 증가될 수 있다. 또는 비선형 전력 증폭기(220)들에서, 왜곡 신호의 크기가 감소될 수 있다. 즉 비선형 전력 증폭기(220)들에서, 송신 신호에서 비선형 성분의 비율이 감소될 수 있다. The transmitter 110 may control the nonlinear power amplifiers 220 based on the beamforming vector in operation 340 . In the nonlinear power amplifiers 220 , the magnitude of the correlation signal may be increased. That is, in the nonlinear power amplifiers 220 , the ratio of the nonlinear component in the transmission signal may be increased. Alternatively, in the nonlinear power amplifiers 220 , the magnitude of the distortion signal may be reduced. That is, in the nonlinear power amplifiers 220 , the ratio of the nonlinear component in the transmission signal may be reduced.

도 4, 도 5a 및 도 5b는 다양한 실시예들에 따른 송신 장치(110)의 동작 성능을 설명하기 위한 도면들이다. 4, 5A, and 5B are diagrams for explaining the operating performance of the transmitting apparatus 110 according to various embodiments.

도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 송신 장치(110)는 송신 신호들의 전송 속도에 있어서 우수한 성능을 가질 수 있다. 첫 번째 일반적인 기술, 즉 동 이득 전송(equal gain transmission; EGT)과 비교하여, 다양한 실시예들에 따른 송신 장치(110)는, 도 4에 도시된 바와 같이 송신 신호들의 전송 속도에 있어서 상대적으로 우수한 성능을 나타낼 수 있다. 아울러, 두 번째 일반적인 기술, 즉 최대 비율 전송(maximum ratio transmission; MRT)과 비교하여, 다양한 실시예들에 따른 송신 장치(110)는, 도 4에 도시된 바와 같이 송신 신호들의 전송 속도에 있어서 보다 현저하게 우수한 성능을 나타낼 수 있다. 이 때 다양한 실시예들에 따른 송신 장치(110)에서 송신 신호들에 대한 송신 전력값은, 도 5a에 도시된 바와 같이 최적의 송신 전력값과 유사할 수 있다. 아울러, 다양한 실시예들에 따른 송신 장치(110)에서 각 송신 신호들에 대한 송신 전력값은, 도 5b에 도시된 바와 같이 최적의 송신 전력값과 유사할 수 있다. 4, 5A, and 5B , the transmission apparatus 110 according to various embodiments may have excellent performance in terms of transmission rates of transmission signals. Compared with the first general technique, that is, equal gain transmission (EGT), the transmitting apparatus 110 according to various embodiments is relatively superior in transmission speed of transmission signals as shown in FIG. 4 . performance can be shown. In addition, as compared with the second general technique, that is, maximum ratio transmission (MRT), the transmitting apparatus 110 according to various embodiments is faster in the transmission rate of transmission signals as shown in FIG. 4 . It can exhibit remarkably excellent performance. In this case, the transmit power values for the transmit signals in the transmitting apparatus 110 according to various embodiments may be similar to the optimal transmit power values as shown in FIG. 5A . In addition, a transmit power value for each transmit signal in the transmitting apparatus 110 according to various embodiments may be similar to an optimal transmit power value as shown in FIG. 5B .

다양한 실시예들에 따르면, 송신 장치(110)는 비선형 전력 증폭기(220)의 비선형 특성에 따른 왜곡 신호에 대해 보상할 수 있는 신호 처리 및 전력 할당이 가능하다. 이를 위해, 송신 장치(110)는 수신 장치(120)의 수신 신호에서 상관 신호와 왜곡 신호를 포함하는 잡음 비율(SINR)을 최대화하도록, 동작할 수 있다. 이 때 송신 장치(110)는 송신 신호(120)들의 전송 속도를 최대화하면서, 왜곡 신호를 감소시키고 상관 신호를 증폭시키기 위해, 송신 신호들에서 비선형 성분과 선형 성분을 반복적으로 조절할 수 있다.According to various embodiments, the transmitting apparatus 110 may perform signal processing and power allocation capable of compensating for a distortion signal according to the nonlinear characteristic of the nonlinear power amplifier 220 . To this end, the transmitting apparatus 110 may operate to maximize a noise ratio (SINR) including the correlation signal and the distortion signal in the received signal of the receiving apparatus 120 . In this case, the transmitting apparatus 110 may iteratively adjust a non-linear component and a linear component in the transmitted signals in order to maximize the transmission speed of the transmit signals 120 , reduce the distortion signal and amplify the correlation signal.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.It should be understood that the various embodiments of this document and the terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, and include various modifications, equivalents, and/or substitutions of the embodiments. In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like components. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this document, expressions such as “A or B”, “at least one of A and/or B”, “A, B or C” or “at least one of A, B and/or C” refer to all of the items listed together. Possible combinations may be included. Expressions such as "first", "second", "first" or "second" can modify the corresponding elements regardless of order or importance, and are used only to distinguish one element from another element. The components are not limited. When an (eg, first) component is referred to as being “connected (functionally or communicatively)” or “connected” to another (eg, second) component, that component is It may be directly connected to the component or may be connected through another component (eg, a third component).

본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)으로 구성될 수 있다. As used herein, the term “module” includes a unit composed of hardware, software, or firmware, and may be used interchangeably with terms such as, for example, logic, logic block, component, or circuit. A module may be an integrally formed part or a minimum unit or a part of performing one or more functions. For example, the module may be configured as an application-specific integrated circuit (ASIC).

다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다. According to various embodiments, each component (eg, a module or a program) of the described components may include a singular or a plurality of entities. According to various embodiments, one or more components or operations among the above-described corresponding components may be omitted, or one or more other components or operations may be added. Alternatively or additionally, a plurality of components (eg, a module or a program) may be integrated into one component. In this case, the integrated component may perform one or more functions of each component of the plurality of components identically or similarly to those performed by the corresponding component among the plurality of components prior to integration. According to various embodiments, operations performed by a module, program, or other component are executed sequentially, in parallel, repeatedly, or heuristically, or one or more of the operations are executed in a different order, omitted, or , or one or more other operations may be added.

Claims (15)

복수 개의 안테나들을 포함하고, 상기 안테나들을 이용하여, 단일 수신 장치를 위한 송신 신호들을 각각 출력하는 송신 장치의 동작 방법에 있어서,
상기 수신 장치를 위한 채널 정보를 기반으로, 각 안테나에서 출력될 송신 신호에 대해, 복수 개의 오더 성분들로 이루어진 다항식 구조로, 송신 전력값을 계산하는 동작;
상기 수신 장치의 수신 신호에서 상기 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율을 최대화하기 위해, 각 오더 성분에 대해, 빔포밍 벡터를 최적화하는 동작; 및
상기 빔포밍 벡터를 기반으로 상기 안테나들에 각각 연결되는 비선형 전력 증폭기들을 제어하는 동작을 포함하고,
상기 송신 전력값을 계산하는 동작은,
상기 수신 장치의 수신 신호에서 각 안테나에서 출력되는 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율의 미분값에 테일러 급수 전개를 3차 오더까지 취하여, 하기 [수학식 i]과 같이 오더 성분들을 획득하는 동작;
[수학식 i]
Figure 112021072857668-pat00134

하기 [수학식 ii]와 같이 상기 다항식 구조를 획득하는 동작;
[수학식 ii]
Figure 112021072857668-pat00135

여기서, 상기
Figure 112021072857668-pat00136
는 상기 잡음의 크기를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00137
는 동등한(equivalent) 채널 상수를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00138
은 각 비선형 전력 증폭기의 특성에서
Figure 112021072857668-pat00139
번째 다항식 계수를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00140
는 콘스텔레이션의
Figure 112021072857668-pat00141
번째 모먼트를 나타냄,
상기 다항식 구조의 해를 획득하는 동작;
상기 해가 미리 정해진 최대 전력값 미만이면, 상기 해를 상기 송신 전력값으로 결정하는 동작; 및
상기 해가 상기 최대 전력값 이상이면, 상기 최대 전력값을 상기 송신 전력값으로 결정하는 동작을 포함하고,
상기 빔포밍 벡터를 최적화하는 동작은,
상기 상관 신호와 상기 잡음 비율을 최대화하기 위해, 상기 각 오더 성분에 대해, 하기 [수학식 iii]와 같이 빔포밍 결과를 최적화하는 동작; 및
[수학식 iii]
Figure 112021072857668-pat00046
,
Figure 112021072857668-pat00047

여기서, 상기
Figure 112021072857668-pat00048
는 동등한(equivalent) 채널 상수를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00049
는 상기 잡음의 크기(noise power)를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00050
는 콘스텔레이션(constellation)의
Figure 112021072857668-pat00051
번째 모먼트(moment)를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00052
는 가중치 벡터를 나타냄,
상기 빔포밍 결과를 기반으로, 상기 각 오더 성분에 대해, 상기 빔포밍 벡터를 최적화하는 동작을 포함하는 방법.
In the operating method of a transmitting apparatus including a plurality of antennas and respectively outputting transmission signals for a single receiving apparatus by using the antennas,
calculating a transmit power value with a polynomial structure including a plurality of order components for a transmit signal to be output from each antenna based on channel information for the receiving device;
optimizing a beamforming vector for each order component to maximize a correlation signal and noise ratio related to the transmission signal in the reception signal of the reception apparatus; and
and controlling nonlinear power amplifiers respectively connected to the antennas based on the beamforming vector,
The operation of calculating the transmit power value,
obtaining order components as shown in [Equation i] by taking Taylor series expansion to a third order on a differential value of a noise ratio and a correlation signal related to a transmission signal output from each antenna in the reception signal of the reception device;
[Equation i]
Figure 112021072857668-pat00134

obtaining the polynomial structure as shown in Equation ii below;
[Equation ii]
Figure 112021072857668-pat00135

Here, the
Figure 112021072857668-pat00136
represents the magnitude of the noise, and
Figure 112021072857668-pat00137
represents an equivalent channel constant, and
Figure 112021072857668-pat00138
is the characteristic of each nonlinear power amplifier.
Figure 112021072857668-pat00139
represents the th polynomial coefficient, and
Figure 112021072857668-pat00140
is the constellation
Figure 112021072857668-pat00141
represents the second moment,
obtaining a solution of the polynomial structure;
if the solution is less than a predetermined maximum power value, determining the solution as the transmission power value; and
If the solution is equal to or greater than the maximum power value, determining the maximum power value as the transmission power value,
The operation of optimizing the beamforming vector is,
optimizing a beamforming result for each order component as shown in Equation iii below in order to maximize the correlation signal and the noise ratio; and
[Equation iii]
Figure 112021072857668-pat00046
,
Figure 112021072857668-pat00047

Here, the
Figure 112021072857668-pat00048
represents an equivalent channel constant, and
Figure 112021072857668-pat00049
represents the noise power, and
Figure 112021072857668-pat00050
is the constellation
Figure 112021072857668-pat00051
represents the second moment, and
Figure 112021072857668-pat00052
denotes the weight vector,
and optimizing the beamforming vector for each order component based on the beamforming result.
 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 빔포밍 결과를 최적화하는 동작은,
Figure 112021024459315-pat00053
으로 초기 설정을 하는 동작; 및
최적
Figure 112021024459315-pat00054
를 획득하는 동작을 포함하고,
상기 최적
Figure 112021024459315-pat00055
를 획득하는 동작은,
상기 최적
Figure 112021024459315-pat00056
와 상기
Figure 112021024459315-pat00057
의 오차가 임계치 이하로 수렴할 때까지 반복되고,
상기 최적
Figure 112021024459315-pat00058
를 획득하는 동작은,
Figure 112021024459315-pat00059
를 제외한
Figure 112021024459315-pat00060
를 고정하는 동작;
상기
Figure 112021024459315-pat00061
의 크기를 바꾸어가며 상기 상관 신호와 상기 잡음 비율을 계산하는 동작; 및
상기 상관 신호와 상기 잡음 비율이 최대화되는
Figure 112021024459315-pat00062
로 업데이트하는 동작을 포함하며,
모든
Figure 112021024459315-pat00063
에 대해서 반복되는 방법.
The method of claim 1, wherein optimizing the beamforming result comprises:
Figure 112021024459315-pat00053
operation of initial setting with ; and
optimal
Figure 112021024459315-pat00054
including the operation of obtaining
the optimal
Figure 112021024459315-pat00055
The operation to obtain
the optimal
Figure 112021024459315-pat00056
and above
Figure 112021024459315-pat00057
is repeated until the error of converges below the threshold,
the optimal
Figure 112021024459315-pat00058
The operation to obtain
Figure 112021024459315-pat00059
excluding
Figure 112021024459315-pat00060
the action of fixing it;
remind
Figure 112021024459315-pat00061
calculating the ratio of the correlation signal and the noise while changing the magnitude of ; and
The correlation signal and the noise ratio are maximized.
Figure 112021024459315-pat00062
It includes the action of updating to
every
Figure 112021024459315-pat00063
How to repeat about.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 비선형 전력 증폭기들을 제어하는 동작은,
상기 상관 신호의 크기를 증가시키도록, 상기 비선형 전력 증폭기들을 제어하는 동작; 또는
왜곡 신호의 크기를 감소시키도록, 상기 비선형 전력 증폭기들을 제어하는 동작 중 적어도 어느 하나를 포함하는 방법.
The method of claim 1 , wherein controlling the non-linear power amplifiers comprises:
controlling the non-linear power amplifiers to increase the magnitude of the correlation signal; or
at least one of controlling the non-linear power amplifiers to reduce the magnitude of the distortion signal.
 복수 개의 안테나들을 포함하고, 상기 안테나들을 이용하여, 단일 수신 장치를 위한 송신 신호들을 각각 출력하는 송신 장치에 있어서,
상기 수신 장치를 위한 채널 정보를 기반으로, 각 안테나에서 출력될 송신 신호에 대해, 복수 개의 오더 성분들로 이루어진 다항식 구조로, 송신 전력값을 계산하도록 구성되는 전력 조절부;
상기 수신 장치의 수신 신호에서 상기 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율을 최대화하기 위해, 각 오더 성분에 대해, 빔포밍 벡터를 최적화하도록 구성되는 빔포밍 최적화부; 및
상기 빔포밍 벡터를 기반으로 동작하고, 상기 안테나들에 각각 연결되는 비선형 전력 증폭기들을 포함하고,
상기 전력 조절부는,
상기 수신 장치의 수신 신호에서 각 안테나에서 출력되는 송신 신호와 관련된 상관 신호와 잡음 비율의 미분값에 테일러 급수 전개를 3차 오더까지 취하여, 하기 [수학식 iv]와 같이 오더 성분들을 획득하고,
[수학식 iv]
Figure 112021072857668-pat00142

하기 [수학식 v]와 같이 상기 다항식 구조를 획득하고,
[수학식 v]
Figure 112021072857668-pat00143

여기서, 상기
Figure 112021072857668-pat00144
는 상기 잡음의 크기를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00145
는 동등한(equivalent) 채널 상수를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00146
은 각 비선형 전력 증폭기의 특성에서
Figure 112021072857668-pat00147
번째 다항식 계수를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00148
는 콘스텔레이션의
Figure 112021072857668-pat00149
번째 모먼트를 나타냄,
상기 다항식 구조의 해를 획득하고,
상기 해가 미리 정해진 최대 전력값 미만이면, 상기 해를 상기 송신 전력값으로 결정하고,
상기 해가 상기 최대 전력값 이상이면, 상기 최대 전력값을 상기 송신 전력값으로 결정하도록 구성되고,
상기 빔포밍 최적화부는,
상기 상관 신호와 상기 잡음 비율을 최대화하기 위해, 상기 각 오더 성분에 대해, 하기 [수학식 vi]와 같이 빔포밍 결과를 최적화하고,
[수학식 vi]
Figure 112021072857668-pat00150
,
Figure 112021072857668-pat00151

여기서, 상기
Figure 112021072857668-pat00089
는 동등한(equivalent) 채널 상수를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00090
는 상기 잡음의 크기(noise power)를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00091
는 콘스텔레이션(constellation)의
Figure 112021072857668-pat00092
번째 모먼트(moment)를 나타내고, 상기
Figure 112021072857668-pat00093
는 가중치 벡터를 나타냄,
상기 빔포밍 결과를 기반으로, 상기 각 오더 성분에 대해, 상기 빔포밍 벡터를 최적화하도록 구성되는 장치.
In the transmitting apparatus comprising a plurality of antennas and respectively outputting transmission signals for a single receiving apparatus by using the antennas,
a power adjusting unit configured to calculate a transmit power value in a polynomial structure including a plurality of order components for a transmit signal to be output from each antenna, based on channel information for the receiving device;
a beamforming optimization unit configured to optimize a beamforming vector for each order component in order to maximize a correlation signal and noise ratio related to the transmission signal in the reception signal of the reception apparatus; and
Operating based on the beamforming vector and comprising nonlinear power amplifiers respectively connected to the antennas,
The power control unit,
In the received signal of the receiving device, the Taylor series expansion is taken up to the 3rd order on the differential value of the noise ratio and the correlation signal related to the transmit signal output from each antenna to obtain order components as shown in [Equation iv] below,
[Equation iv]
Figure 112021072857668-pat00142

To obtain the polynomial structure as in the following [Equation v],
[Equation v]
Figure 112021072857668-pat00143

Here, the
Figure 112021072857668-pat00144
represents the magnitude of the noise, and
Figure 112021072857668-pat00145
represents an equivalent channel constant, and
Figure 112021072857668-pat00146
is the characteristic of each nonlinear power amplifier.
Figure 112021072857668-pat00147
represents the th polynomial coefficient, and
Figure 112021072857668-pat00148
is the constellation
Figure 112021072857668-pat00149
represents the second moment,
obtaining a solution of the polynomial structure,
If the solution is less than a predetermined maximum power value, determining the solution as the transmission power value,
if the solution is greater than or equal to the maximum power value, determine the maximum power value as the transmit power value;
The beamforming optimization unit,
In order to maximize the correlation signal and the noise ratio, for each order component, the beamforming result is optimized as shown in Equation vi below,
[Equation vi]
Figure 112021072857668-pat00150
,
Figure 112021072857668-pat00151

Here, the
Figure 112021072857668-pat00089
represents an equivalent channel constant, and
Figure 112021072857668-pat00090
represents the noise power, and
Figure 112021072857668-pat00091
is the constellation
Figure 112021072857668-pat00092
represents the second moment, and
Figure 112021072857668-pat00093
denotes the weight vector,
and optimize the beamforming vector for each order component based on the beamforming result.
 삭제delete 삭제delete 제 8 항에 있어서, 상기 빔포밍 최적화부는,
Figure 112021024459315-pat00094
으로 초기 설정을 하고,
최적
Figure 112021024459315-pat00095
를 획득하고,
상기 최적
Figure 112021024459315-pat00096
는,
상기 최적
Figure 112021024459315-pat00097
와 상기
Figure 112021024459315-pat00098
의 오차가 임계치 이하로 수렴할 때까지 반복적으로 획득되고,
상기 최적
Figure 112021024459315-pat00099
는,
Figure 112021024459315-pat00100
를 제외한
Figure 112021024459315-pat00101
를 고정하고,
상기
Figure 112021024459315-pat00102
의 크기를 바꾸어가며 상기 상관 신호와 상기 잡음 비율을 계산하고,
상기 상관 신호와 상기 잡음 비율이 최대화되는
Figure 112021024459315-pat00103
로 업데이트하는 과정에 의해 획득되고,
상기 과정은,
모든
Figure 112021024459315-pat00104
에 대해서 반복되는 장치.
The method of claim 8, wherein the beamforming optimizer comprises:
Figure 112021024459315-pat00094
initial setting with
optimal
Figure 112021024459315-pat00095
to obtain,
the optimal
Figure 112021024459315-pat00096
Is,
the optimal
Figure 112021024459315-pat00097
and above
Figure 112021024459315-pat00098
It is repeatedly obtained until the error of
the optimal
Figure 112021024459315-pat00099
Is,
Figure 112021024459315-pat00100
excluding
Figure 112021024459315-pat00101
fix it,
remind
Figure 112021024459315-pat00102
calculating the ratio of the correlation signal and the noise while changing the magnitude of
The correlation signal and the noise ratio are maximized.
Figure 112021024459315-pat00103
obtained by the process of updating to
The process is
every
Figure 112021024459315-pat00104
Repeated device for.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 8 항에 있어서, 상기 비선형 전력 증폭기들은,
상기 상관 신호의 크기를 증가시키도록, 제어되거나,
왜곡 신호의 크기를 감소시키도록, 제어되는 장치. 9. The method of claim 8, wherein the non-linear power amplifiers are:
controlled to increase the magnitude of the correlation signal, or
A device controlled to reduce the magnitude of the distortion signal.
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