KR102329454B1 - 무선망 환경에서의 간섭정렬 및 다중안테나 신호처리 방법 및 장치 - Google Patents

무선망 환경에서의 간섭정렬 및 다중안테나 신호처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 안테나를 가진 엑세스 포인트들과 다양한 안테나 수를 가진 사용자 단말들로 이루어진 다중셀 랜덤 엑세스 무선망 상의 무선통신 시스템에서, 새로운 사용자 단말이 엑세스 포인트에 접속하는 경우, 엑세스 포인트들에 현재 접속한 사용자 단말들의 수를 고려하여, 새로이 접속한 사용자 단말들 중, 더 적은 접속 사용자 단말을 갖는 AP 셀로 접속하는 사용자 단말을 선택하여 서비스 사용자 집합에 추가되도록 업데이트하고, 사용자 단말들이 사용할 신호 영역과 간섭 공간의 영역을 관리해 서비스함으로써 자유도가 높은 서비스를 제공할 수 있는, 간섭정렬 및 다중안테나 신호처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

무선망 환경에서의 간섭정렬 및 다중안테나 신호처리 방법 및 장치{Method and Apparatus for Interference Alignment and Multi-Antenna Signal Process in Wireless Network}
본 발명은 무선랜 등 다중셀 랜덤 엑세스 무선망 환경에서의 간섭정렬과 다중안테나 신호처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 복수의 안테나를 가진 엑세스 포인트들과 다양한 안테나 수를 가진 사용자 단말들로 이루어진 다중셀 랜덤 엑세스 무선망 상의 무선통신 시스템에서 간섭정렬 및 다중안테나 신호처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1과 같이, 다중셀 무선망 환경에서 K개의 송신기(Tx)와 K개의 수신기(Tx)로 이루어진 무선통신 시스템에서, 각각의 송신기(Tx)가 각 셀에서 메시지를 전송함에 있어서 채널간 간섭이 발생하며, 이러한 간섭 채널에 대한 모델을 분석하여 다중셀 무선망에 대한 자유도, 전송률 등의 향상을 위한 연구가 진행되고 있다.
도 1과 같은 K개의 송신기(Tx)와 K개의 수신기(Tx) 환경에서의 해당 K-사용자 간섭채널의 자유도는 [수학식1]과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 신호대잡음비(SNR)는 Signal-to-Noise Ratio이고, Csum(SNR)은 간섭 채널 전체의 전송용량의 합이다.
[수학식1]
Figure 112015054289468-pat00001
즉, 간섭채널의 자유도란 신호대잡음비(SNR)가 큰 영역에서 단일 사용자 대비 몇 배의 전송이득이 있는지를 판별하는 중요한 척도이다. 도 1에서 확인할 수 있듯이, 모든 수신기들에서 송신기(Tx)의 신호를 수신할 수 있는 무선채널의 특성상, 송신기(Tx)가 특정 구분된 수신기(Rx)로 메시지를 전송하는 경우에 대하여 많은 전문가들은 K-사용자 간섭채널의 자유도(DoF, Degree of Freedom)는 1이라고 예측하기도 하였다.
그러나, 많은 전문가들의 예측을 깨고 2008년도에 University of California, Irvine의 Syed Jafar 연구그룹에서 간섭정렬이라는 새로운 간섭제어 패러다임을 도출하면서, 도 1과 같은 K-사용자 간섭채널에서의 자유도는 K/2가 됨을 밝힌 바 있다. 예를 들어, 도 1과 같은 무선통신 시스템에서, K=3인 3-사용자 간섭채널에서 간섭정렬을 이용하여 4개의 구분된 데이터 스트림을 전송할 수 있는, 즉 자유도 4/3를 달성할 수도 있다.
빔형성에 기반한 신호공간 간섭 정렬(Signal Space Interference Alignment)로서 시작된 간섭정렬은, 많은 연구 그룹에서 Real Interference Alignment, Ergodic Interference Alignment 등의 방식으로 발전하였고, 다중셀 또는 단일셀 무선망 환경에서 상향 링크나 하향 링크를 고려하여 사용자가 증가할수록 자유도를 향상시키기 위한 개선된 방법이 필요한 실정이다. 또한, CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 랜덤 엑세스 환경이나 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 환경에서, 사용자 단말의 백오프(Backoff) 시간을 채널 이득에 따라 조절하여 채널 이득이 큰 사용자가 확률적으로 먼저 액세스 포인트에 엑세스 하도록 유도하는 기회적 랜덤 엑세스 기법 등에 대한 연구도 진행되고 있지만, 사용자가 증가할수록 자유도를 향상시키기 위한 개선된 방법이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 복수의 안테나를 가진 엑세스 포인트들과 다양한 안테나 수를 가진 사용자 단말들로 이루어진 다중셀 랜덤 엑세스 무선망 상의 무선통신 시스템에서, 새로운 사용자 단말이 엑세스 포인트에 접속하는 경우, 엑세스 포인트들에 현재 접속한 사용자 단말들의 수를 고려하여, 새로이 접속한 사용자 단말들 중, 더 적은 접속 사용자 단말을 갖는 AP 셀로 접속하는 사용자 단말을 선택하여 서비스 사용자 집합에 추가되도록 업데이트하고, 사용자 단말들이 사용할 신호 영역과 간섭 공간의 영역을 관리해 서비스함으로써 자유도가 높은 서비스를 제공할 수 있는, 간섭정렬 및 다중안테나 신호처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 간섭정렬을 이용한 무선통신 시스템에서의 통신 방법은, 소정의 수 이내에서 m개(자연수)의 송신 안테나를 가진 하나 이상의 사용자 단말이 전송하는 송신빔을 통하여 데이터 스트림을 수신하는 제1AP 및 제2AP를 포함하는 무선통신 시스템에서, 상기 제1AP는 N1개(자연수)의 제1수신 안테나를 이용하여 상기 데이터 스트림을 수신하고, 상기 제2AP는 N2개(자연수)의 제2수신 안테나를 이용하여 상기 데이터 스트림을 수신하는 단계; 및 상기 제1AP와 상기 제2AP에 새롭게 접속하는 사용자 단말들 중 일부가 선택적으로 접속 사용자 단말 집합에 추가되도록 업데이트하며, 업데이트된 상기 접속 사용자 단말 집합을 위한 복수의 상기 제1 및 제2 수신 안테나에 대한 간섭정렬의 적용으로 상기 접속 사용자 단말 집합의 각 단말이 선형독립인 송신빔들을 전송하는 단계를 포함한다.
상기 송신빔들을 전송하는 단계에서, 상기 제1 또는 제2 AP 중 어느 하나에 접속한 사용자 단말이 인접하는 상기 제1 또는 제2 AP 중 다른 하나가 형성하는 신호 공간의 일부를 사용하되, 미리 정해진 순서의 신호 공간을 시용하도록 간섭정렬을 적용할 수 있다.
여기서, 상기 제1 또는 제2 AP 를 통한 서비스를 종료하는 사용자 단말의 발생에 따라 해당 사용자 단말의 신호 공간을 추가하여 간섭정렬을 적용할 수 있다.
상기 송신빔들을 전송하는 단계에서, 상기 제1AP와 상기 제2AP에 새롭게 접속하는 사용자 단말들이 존재하면, 각각의 AP에 이미 접속한 사용자 단말의 수를 비교하여, 새롭게 접속하는 상기 사용자 단말들 중 더 적게 접속한 사용자 단말 수를 갖는 AP로 접속하는 하나 이상의 사용자 단말을 상기 접속 사용자 단말 집합에 추가되도록 업데이트할 수 있다.
여기서, 새롭게 접속하는 상기 사용자 단말들 중 송신 안테나 수가 가장 많은 사용자 단말을 선택하여 상기 접속 사용자 단말 집합에 추가할 수 있다.
상기 송신빔들을 전송하는 단계에서, 상기 제1AP 또는 상기 제2AP 중 어느 하나의 AP에 접속한 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수가, 상기 해당 사용자 단말이 접속하지 않은 다른 하나의 AP의 수신 안테나 수 보다 큰 경우에, 상기 다른 하나의 AP에 접속한 사용자 단말들이 상기 어느 하나의 AP로의 모든 송신빔들에 대하여 간섭 널링을 적용할 수 있다.
상기 송신빔들을 전송하는 단계에서, 상기 제1AP 또는 상기 제2AP 중 어느 하나의 AP에 접속한 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수가, 상기 해당 사용자 단말이 접속하지 않은 다른 하나의 AP의 수신 안테나 수 이하인 경우에, 상기 다른 하나의 AP에 접속한 사용자 단말들 중 상기 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수 보다 작은 사용자 단말이 상기 어느 하나의 AP로의 송신빔들에 대하여 간섭 널링을 적용할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 간섭정렬을 이용하는 무선통신 시스템은, 소정의 수 이내에서 m개(자연수)의 송신 안테나를 가진 하나 이상의 사용자 단말이 전송하는 송신빔을 통하여 데이터 스트림을 수신하는 제1AP 및 제2AP를 포함하고, 상기 제1AP는 N1개(자연수)의 제1수신 안테나를 이용하여 상기 데이터 스트림을 수신하고, 상기 제2AP는 N2개(자연수)의 제2수신 안테나를 이용하여 상기 데이터 스트림을 수신하며, 상기 제1AP와 상기 제2AP에 새롭게 접속하는 사용자 단말들 중 일부가 선택적으로 접속 사용자 단말 집합에 추가되도록 업데이트하며, 업데이트된 상기 접속 사용자 단말 집합을 위한 복수의 상기 제1 및 제2 수신 안테나에 대한 간섭정렬의 적용으로 상기 접속 사용자 단말 집합의 각 단말이 선형독립인 송신빔들을 전송하도록 설정하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제1 또는 제2 AP 중 어느 하나에 접속한 사용자 단말이 인접하는 상기 제1 또는 제2 AP 중 다른 하나가 형성하는 신호 공간의 일부를 사용하되, 미리 정해진 순서의 신호 공간을 시용하도록 간섭정렬을 적용할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제1 또는 제2 AP 를 통한 서비스를 종료하는 사용자 단말의 발생에 따라 해당 사용자 단말의 신호 공간을 추가하여 간섭정렬을 적용할 수 있다..
상기 제어기는, 상기 제1AP와 상기 제2AP에 새롭게 접속하는 사용자 단말들이 존재하면, 각각의 AP에 이미 접속한 사용자 단말의 수를 비교하여, 새롭게 접속하는 상기 사용자 단말들 중 더 적게 접속한 사용자 단말 수를 갖는 AP로 접속하는 하나 이상의 사용자 단말을 상기 접속 사용자 단말 집합에 추가되도록 업데이트할 수 있다.
상기 제어기는, 새롭게 접속하는 상기 사용자 단말들 중 송신 안테나 수가 가장 많은 사용자 단말을 선택하여 상기 접속 사용자 단말 집합에 추가할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제1AP 또는 상기 제2AP 중 어느 하나의 AP에 접속한 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수가, 상기 해당 사용자 단말이 접속하지 않은 다른 하나의 AP의 수신 안테나 수 보다 큰 경우에, 상기 다른 하나의 AP에 접속한 사용자 단말들이 상기 어느 하나의 AP로의 모든 송신빔들에 대하여 간섭 널링을 적용하할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제1AP 또는 상기 제2AP 중 어느 하나의 AP에 접속한 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수가, 상기 해당 사용자 단말이 접속하지 않은 다른 하나의 AP의 수신 안테나 수 이하인 경우에, 상기 다른 하나의 AP에 접속한 사용자 단말들 중 상기 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수 보다 작은 사용자 단말이 상기 어느 하나의 AP로의 송신빔들에 대하여 간섭 널링을 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 무선통신 시스템에서의 간섭정렬 및 다중안테나 신호처리 방법 및 장치에 따르면, 다양한 안테나 수를 가진 액세스 포인트 등 무선통신 장비 간의 효율적인 스케줄링 및 간섭정렬 기법을 제공한다. 즉, 기존의 간섭정렬 기법은 단일 안테나를 가진 사용자/엑세스포인트, 또는 동일한 수의 안테나를 가진 사용자/엑세스포인트에 대해 연구되었지만, 본 발명에서는 사용자간 혹은 엑세스 포인트간 상이한 수의 안테나를 가진 환경을 고려하며, 이러한 일반적인 환경에서 효율적인 사용자 스케줄링 및 간섭정렬 기법을 도출하였다.
또한, 랜덤 엑세스 무선망에서 매 시간 사용자가 엑세스포인트에 새롭게 접속하고 또한 서비스를 종료하는 환경에서 실시간 사용자 및 간섭정렬 업데이트 기법을 제공한다. 즉, 기존 셀룰라 환경에서의 간섭정렬은 매 시간 사용자 스케줄링을 재설정하고 이를 통해 간섭정렬을 수행하였지만, 무선랜과 같은 랜덤 엑세스망에서 매 시간 새로운 사용자가 AP에 접속을 시도하며 또한 일부 사용자가 서비스를 종료하는 환경에서, 본 발명에서는 이와 같이 실시간으로 변화하는 사용자 환경에 맞게 효율적으로 실시간 사용자 업데이트 및 간섭정렬 업데이트 기법을 도출하였다.
이와 같이 본 발명에서는, (1) 랜덤 엑세스 무선망에서 다양한 안테나 수를 가진 장비들 간의 효율적인 간섭정렬 기법 제공, (2) 실시간으로 변화하는 무선환경에 대응하는 적응적 간섭정렬 기법 제공, 및 (3) 매 슬롯 새롭게 서비스사용자를 구성하는 기존 기법 대비 일부 서비스사용자만 효율적으로 업데이트하는 알고리즘 제공 등 기술적 우수성 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에서는, (1) 간섭정렬을 적용하지 않은 기존 랜덤 엑세스 무선망보다 현저히 향상된 전송율 제공, 및 (2) 신호공간 중 간섭이 차지하는 공간을 고정시키는 기존 간섭정렬 기법은 간섭공간 비율에 따라 전송율이 현저히 차이나며 실시간으로 변화하는 환경에서는 성능 열화가 심한 것에 대비하여 본 발명의 동적(Dynamic) 간섭정렬은 이러한 기술적 한계를 극복하고 실시간 변화화는 환경에서도 향상된 전송율을 제공 등의 성능적 우수성 있다.
도 1은 종래의 무선 통신 시스템에서의 K-사용자 간섭채널 모델 및 자유도를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 가진 엑세스 포인트들과 다양한 안테나 수를 가진 사용자 단말들로 이루어진 다중셀 랜덤 엑세스 무선망 상의 무선통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 동적(Dynamic) 간섭정렬 동작의 개념을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4는 도 3의 동적 간섭정렬 동작에 따라 슬롯시간별 간섭신호가 차지하는 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 동적 간섭정렬 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템(100)의 (N1=N2=6, mmax=4,5,6)의 예에서 동적 간섭정렬 동작에 따른 자유도 및 전송율에 대한 예시적인 성능 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템(100)의 (N1=N2=8, mmax=5,6,7,8)의 예에서 동적 간섭정렬 동작에 따른 자유도 및 전송율에 대한 예시적인 성능 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
먼저, 본 발명의 설명을 위하여 다음과 같이 정의된 표기법을 사용하기로 한다. 즉, [1:n] 은 {1,2,...,n}을 의미한다. i∈[1:2]에 대해
Figure 112015054289468-pat00002
는
Figure 112015054289468-pat00003
관계에 있다. 행렬 A에 대해 [A]1:n 는 1번째부터 n번째 행벡터들로 이루어진 부분행렬을 의미하며, 벡터 a에 대해 [a]1:n 는 1번째부터 n번째 성분들로 이루어진 부분벡터를 의미한다. 또한, [A]n 는 n째 행벡터, [a]n 는 n번째 성분을 의미한다. 0n은 n×1 all-zero 벡터를 의미한다. AT 는 Transpose를 의미하며 AH 는 Conjugate Transpose를 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 가진 엑세스 포인트들(AP1, AP2)과 다양한 안테나 수를 가진 사용자 단말들(i, j, m)로 이루어진 다중셀 랜덤 엑세스 무선망 상의 무선통신 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서, 제1AP(AP1)는 N1개(자연수)의 수신 안테나를 가지며, 제1AP 셀(110) 내에서 m개(자연수)의 (송신) 안테나를 가진 사용자 단말들(i=1, j, m)과 통신하며, 제2AP(AP2)는 N2개(자연수)의 수신 안테나를 가지며, 제2AP 셀(120) 내에서 m개(자연수)의 안테나를 가진 사용자 단말들(i=2, j, m)과 통신한다. 이하에서 두개의 셀(110, 120)에 대하여 설명하지만 본 발명의 간섭 정렬 기법은 더 많은 셀에 대하여 유사한 방법으로 확장 적용이 가능하다. 여기서, 제1AP 셀(110)은 제1AP(AP1)의 커버리지 영역이고, 제2AP 셀(120)은 제2AP(AP2)의 커버리지 영역이다.
이때, i번째 셀의 m개의 안테나를 가진 사용자 단말의 집합을 Si (m) 라고 표기하기로 하며, i∈[1:2], m∈[1:mmax]이고, mmax는 미리 정해질 수 있는 사용자 단말의 송신 안테나의 최대값(자연수)이다. 편의상 서비스를 받는 Si (m) 의 j번째 사용자 단말은 '사용자 단말 (i,j,m)’으로 표기한다.
본 발명에서 슬롯 기반 데이터 전송을 가정하며, 매 슬롯마다 일부 사용자 단말이 서비스를 종료하고 새로운 사용자 단말이 각각의 AP(AP1, AP2)에 접속을 시도한다. Si (m) 은 이전 슬롯에서 서비스를 종료하지 않은 사용자 단말, 및 새롭게 i번째 AP에 접속을 시도한 사용자 단말들 중 일부를 선택하여 구성될 수 있다. Si (m) 을 어떻게 구성하는지에 대하여, 제안하는 바와 같이 하기의 간섭 정렬 기법에서 자세히 설명한다.
본 발명에서 사용자 단말(i,j,m)과 AP(AP1, AP2) 간의 송수신 데이터나 메시지(통신 신호)는, WCDMA, LTE 등의 프로토콜에 따른 무선 이동 통신을 위한 신호일 수 있으며, 이외에도 경우에 따라서는 WiFi, 블루투스, 지그비 등 무선 근거리 통신을 위한 신호일 수도 있고, 다른 무선 통신을 위한 신호에도 확장되어 적용될 수도 있다. 또한, 엑세스 포인트(AP, Access Point)(AP1, AP2)는 위와 같은 통신 신호를 사용자 단말(i, j, m)과 주고 받는 공유기 또는 펨토셀/피코셀 등 소형셀 기지국일 수 있으며, 경우에 따라서는 매크로 기지국이나 그 중계기일 수도 있다.
각 AP(AP1, AP2)와 사용자 단말(i,j,m)이 송수신 메시지의 채널정보를 미리 획득하여 알고 있다고 가정하면, 각 AP(AP1, AP2)가 수신하는 신호 yi는 i∈[1:2]에 대해 [수학식2]와 같다.
[수학식2]
Figure 112015054289468-pat00004
여기서, Hi ,j (m) 는 사용자 단말(i,j,m)에서 i번째 AP로 송신하는 채널 신호의 Ni×m 채널 (신호) 벡터이며,
Figure 112015054289468-pat00005
는 사용자 단말
Figure 112015054289468-pat00006
에서 i번째 AP로 송신하는 채널 신호의 Ni×m 채널 (신호) 벡터이며, xi ,j (m) 는 사용자 단말(i,j,m)의 m×1전송신호이며, zi는 i번째 AP의 Ni×1 가우시안 백색 잡음신호이다. 각 사용자 단말은 통신 신호 전송시 평균 전송 파워 P를 만족하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템(100)에서 동적(Dynamic) 간섭정렬 동작의 개념을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 4는 도 3의 동적 간섭정렬 동작에 따라 슬롯 시간별 간섭신호가 차지하는 영역을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에서는 매 슬롯마다 일부 사용자 단말을 효율적으로 업데이트하는 스케줄링 기법을 제안하고자 하며, 또한 업데이트된 사용자 단말에 대해 효과적인 다중안테나 간섭정렬 기법을 제안하고자 한다. 도 3, 4의 설명에서, 설명의 편의상, 제1AP(AP1)는 3개의 수신안테나를 가지고 3개의 신호공간을 확보하고, 제2AP(AP2)는 4개의 수신안테나를 가지고 4개의 신호공간을 확보할 수 있는 경우의 예를 설명한다. 예를 들어, 하기하는 바와 같은 동적 간섭정렬의 제어는 각각의 AP에 구비된 제어기(도시되지 않음), 또는 AP들을 전반적으로 제어하는 외부의 제어기(도시되지 않음) 등이, 필요한 정보를 송수신하여 획득함으로써 수행될 수 있다.
도 3에서, 먼저, 제1슬롯 시간 동안(S1), 각 AP(AP1, AP2)가 사용자 단말의 접속을 기다린다(도 4의 <슬롯#1> 참조).
다음 슬롯에서(S2), 2개의 송신 안테나를 가지는 제1사용자 단말(410)이 2번째 AP(AP2)에 접속한다(도 4의 <슬롯#2> 참조). 이때 각 AP(AP1, AP2)는 셀간 간섭 신호공간을 업데이트하고 2번째 AP(AP2)은 제1사용자 단말(410)로 채널정보에 대한 빔벡터를 피드백할 수 있다. 여기서, 해당 제1사용자 단말(410)은 인접하는 1번째 AP(AP1)의 3개의 신호공간 중 1개의 신호공간(예, 미리 정해진 #1)에 대응된 통신 신호를 전달하지 않도록 간섭정렬이 적용될 수 있다. 즉, 사용자 단말(410)은 2번째 AP(AP2) 셀(120) 내의 4개의 신호공간을 통해 구분된 데이터 스트림을 2번째 AP(AP2)로 전송할 수 있으며, 1번째 AP(AP1) 셀(110) 내의 2개의 신호공간을 통해 구분된 데이터 스트림을 1번째 AP(AP1)로 전송할 수 있다.
다음 S3 슬롯에서, 송신 안테나가 2개인 제2사용자 단말(420)이 1번째 AP(AP1)에 접속한다(도 4의 <슬롯#3> 참조). 이때 각 AP(AP1, AP2)는 셀간 간섭 신호공간을 업데이트하고 1번째 AP(AP1)은 제2사용자 단말(420)로 채널정보에 대한 빔벡터를 피드백할 수 있다. 여기서, 해당 제2사용자 단말(420)은 2번째 AP(AP2)의 4개의 신호공간 중 1개의 신호공간(예, 미리 정해진 #1)에 대응된 통신 신호를 전달하지 않도록 간섭정렬이 적용될 수 있다.
다음 S4 슬롯에서는, 송신 안테나가 3개인 제3사용자 단말(430)이 1번째 AP(AP1)에 더 접속한다(도 4의 <슬롯#4> 참조). 이때 각 AP(AP1, AP2)는 셀간 간섭 신호공간을 업데이트하고 1번째 AP(AP1)은 제3사용자 단말(430)로 채널정보에 대한 빔벡터를 피드백할 수 있다. 여기서, 해당 제3사용자 단말(430)은 2번째 AP(AP2)의 4개의 신호공간 중 2개의 신호공간(예, 미리 정해진 #1, #2)에 대응된 통신 신호를 전달하지 않도록 간섭정렬이 적용될 수 있다. 이와 같이 간섭 정렬시 미리 정해진 순서로 특정 신호공간부터 순차적으로 간섭정렬을 수행할 수 있다.
다음 S5 슬롯에서는, 송신안테나가 3개인 제4사용자 단말(440)이 2번째 AP(AP2)에 접속한다(도 4의 <슬롯#5> 참조). 이때 각 AP(AP1, AP2)는 셀간 간섭 신호공간을 업데이트하고 2번째 AP(AP2)은 제4사용자 단말(440)로 채널정보에 대한 빔벡터를 피드백할 수 있다. 여기서, 해당 제4사용자 단말(440)은 1번째 AP(AP1)의 3개의 신호공간 중 2개의 신호공간(예, 미리 정해진 #1, #2)에 대응된 통신 신호를 전달하지 않도록 간섭정렬이 적용될 수 있다. 여기서도 이와 같은 간섭 정렬시 미리 정해진 순서로 특정 신호공간부터 순차적으로 간섭정렬을 수행할 수 있다.
마지막으로 S6 슬롯에서는, 2번째 AP(AP2)에 접속중인 2개의 안테나를 가진 제1사용자 단말(410)이 서비스를 종료함으로써, 1번째 AP(AP1)에서의 통신 신호를 전달하지 않는 간섭 공간이 2에서 1로 줄어들고, S4 슬롯 시간의 신호 공간과 같이 다시 가용 신호 공간이 더 확보되도록 각 AP(AP1, AP2)는 셀간 간섭 신호공간을 업데이트한다(도 4의 <슬롯#6> 참조). 이와 같은 가용 신호 공간의 유동적인 변경은 간섭 정렬시 미리 정해진 순서로 특정 신호공간부터 순차적으로 간섭정렬을 수행하고, 해당 정보(예, 간섭 정렬 적용 수, 또는 단말별 사용 신호공간 정보 등)를 저장한 후 사용자 단말의 서비스 종료에 따라 해당 신호 공간을 추가함으로써 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템(100)에서 동적 간섭정렬 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6 내지 도 9는 도 5의 동적 간섭정렬 동작에 참고하기 위한 간섭 영역의 계산과 각 셀 내의 사용자 단말의 업데이트 관련 알고리즘에 대한 수도(pseudo) 코드의 예들이다.
본 발명의 무선통신 시스템(100)에서 동적 간섭정렬 동작은, 크게 다음 두 부분으로 이루어져 있다. 즉, (1) 이미 서비스에 접속한 사용자 단말 이외에 새롭게 접속하는 사용자 단말들 중 일부를 선택하여 Si (m) 를 업데이트하는 사용자 단말 스케줄링과, (2) 업데이트된 사용자 단말의 집합을 위한 다중안테나 간섭정렬 적용에 의한 빔벡터 설정이다.
예를 들어, 하기하는 바와 같은 간섭정렬 동작에 따른 사용자 단말 스케줄링과 빔벡터 설정 방법은 각각의 AP에 구비된 제어기(도시되지 않음), 또는 AP들을 전반적으로 제어하는 외부의 제어기(도시되지 않음) 등이, 필요한 정보를 송수신하여 획득함으로써 수행될 수 있다.
<서비스 사용자 단말 업데이트 알고리즘>
먼저, 도 5에서, 신호 영역(사용자 단말들이 각 AP로 전송하는 송신빔들의 설정 영역)과 간섭 공간의 영역(AP 안테나 수에 따른 신호 간섭 공간들의 설정 영역)을 초기화한다(S100).
각 AP(AP1, AP2)의 셀내(110, 120) 사용자 단말들은 각 AP(AP1, AP2)에 접속하여 통신 신호를 송수신함으로써 서비스를 제공받을 수 있다. 이때, 각 서비스 사용자 단말이 자유도 1을 달성하면서 서비스 받도록 하기 위해서 신호 공간에서 간섭이 차지하는 간섭 공간의 영역을 계산하기 위하여, 각 AP(AP1, AP2)에 사용자 단말이 새롭게 접속하는 지 여부를 판단한다(S110). 여기서 사용자 단말의 새로운 접속 여부 판단은 소정의 주기로 주기적으로 판단될 수 있다.
소정의 제어기는, 각 AP(AP1, AP2)에 기 접속하여 서비스가 종료되지 않은 m개(m의 최대값은 mmax까지 가능한 것으로 가정)의 송신안테나를 가진 사용자 단말들 Ai (m) 이외에, 각 AP(AP1, AP2)에 새롭게 접속하는 m개의 송신안테나를 가진 사용자 단말 Bi (m) 이 존재하면, 각 AP(AP1, AP2)에 이미 접속한 사용자 단말수를 비교한다.
이에 따라 AP1에 접속한 사용자 단말 수(
Figure 112015054289468-pat00007
) 보다 AP2에 접속한 사용자 단말 수(
Figure 112015054289468-pat00008
)가 크고(S120), 새로이 접속하는 사용자 단말(들) Bi (m) 중 AP1에 접속을 시도하는 사용자 단말(들)이 존재할 수 있다(S130). 또한, AP1에 접속한 사용자 단말 수가 AP2에 접속한 사용자 단말 수 이상이고(S120), 새로이 접속하는 사용자 단말(들) Bi (m) 중 AP2에 접속을 시도하는 사용자 단말(들)이 존재하지 않으며(S140), 새로이 접속하는 사용자 단말(들) Bi (m) 중 AP1에 접속을 시도하는 사용자 단말(들)이 존재할 수도 있다(S130).
이때에는 상기 제어기는, AP1에 접속을 시도하는 사용자 단말(들) 중 송신 안테나 수가 가장 많은 사용자 단말 k(복수 가능)을 선택할 수 있고(S131), Ai (m) 에 Bi (m) 중 해당 사용자 단말 k를 추가하여 Si (m) 를 업데이트하게 되며(S1 (m)에 k 추가됨), 소정의 알고리즘에 따라 업데이트된 사용자 단말들 Si (m) 이 사용할 신호 영역과 간섭 공간의 영역을 산출함으로써, 이를 바탕으로 각 AP(AP1, AP2)가 업데이트된 사용자 단말들 Si (m) 에 서비스를 제공할 수 있게 된다(S132).
마찬가지로, S120 단계에서, AP1에 접속한 사용자 단말 수(
Figure 112015054289468-pat00009
)가 AP2에 접속한 사용자 단말 수(
Figure 112015054289468-pat00010
) 이상일 수 있다. 이때 새로이 접속하는 사용자 단말(들) Bi (m) 중 AP2에 접속을 시도하는 사용자 단말(들)이 존재할 수 있다(S140). 또한, AP1에 접속한 사용자 단말 수 보다 AP2에 접속한 사용자 단말 수가 크고(S120), 새로이 접속하는 사용자 단말(들) Bi (m) 중 AP1에 접속을 시도하는 사용자 단말(들)이 존재하지 않으며(S130), 새로이 접속하는 사용자 단말(들) Bi (m) 중 AP2에 접속을 시도하는 사용자 단말(들)이 존재할 수도 있다(S140).
이때에는 상기 제어기는, AP2에 접속을 시도하는 사용자 단말(들) 중 송신 안테나 수가 가장 많은 사용자 단말 k(복수 가능)을 선택할 수 있고(S141), Ai (m) 에 Bi (m) 중 해당 사용자 단말 k를 추가하여 Si (m) 를 업데이트하게 되며(S2 (m)에 k 추가됨), 소정의 알고리즘에 따라 업데이트된 사용자 단말들 Si (m) 이 사용할 신호 영역과 간섭 공간의 영역을 산출함으로써, 이를 바탕으로 각 AP(AP1, AP2)가 업데이트된 사용자 단말들 Si (m) 에 서비스를 제공할 수 있게 된다(S142).
이와 같이 본 발명의 서비스 사용자 단말 업데이트 알고리즘에 따라, 각각의AP(AP1, AP2)에 사용자 단말이 새롭게 접속하는 경우에, 새로이 접속한 사용자 단말(들) 중, 더 적게 접속 사용자 단말 수를 갖는 AP 셀로 접속하는 사용자 단말 k(송신 안테나 수가 가장 많은 하나 이상의 단말)을 선택하여 Si (m) 에 추가되도록 업데이트하고, 사용자 단말들이 사용할 신호 영역과 간섭 공간의 영역을 관리해 서비스함으로써 자유도가 높은 서비스를 제공할 수 있도록 한다.
<간섭정렬 기법>
위와 같은 사용자 단말 업데이트 알고리즘에 의해 서비스를 받는 각 서비스 사용자 단말 집합
Figure 112015054289468-pat00011
,
Figure 112015054289468-pat00012
에서, 각 사용자 단말은 자유도 1을 획득하며 통신을 수행할 수 있다. 이를 위해 하기하는 바와 같이 간섭정렬 기법 및 각 AP(AP1, AP2) 수신기의 다중안테나 디코딩 기법을 제안한다.
먼저, 사용자 단말(i, j, m)의 송신기는 [수학식3]과 같이 송신빔 xi ,j (m)을 통해 통신 신호를 전송한다.
[수학식3]
Figure 112015054289468-pat00013
여기서, vi ,j (m) 와 si ,j (m) 는 각각 사용자 (i,j,m) 의 m×1 송신빔 벡터와 평균 전송파워가 P인 해당 데이터(신호) 스트림이다. 또한, γi,j (m) 는 전송파워가 P를 만족하도록
Figure 112015054289468-pat00014
로 설정한다.
<Case I: m>Ni >
이 Case I의 경우, AP i(예, AP1)에 접속한 사용자 단말(i, j, m)의 송신 안테나 수(m)가 AP
Figure 112015054289468-pat00015
(해당 사용자 단말이 접속하지 않은 AP)의 수신 안테나 수(Ni)보다 크기 때문에, 사용자 단말
Figure 112015054289468-pat00016
에서의 모든 송신빔에 의한 간섭이 AP i에 미치지 않게 할 수 있고, [수학식4]와 같이 사용자 단말
Figure 112015054289468-pat00017
에서 i번째 AP로 송신하는 채널 신호의 Ni×m 채널 (신호) 벡터
Figure 112015054289468-pat00018
와 해당 송신빔 벡터
Figure 112015054289468-pat00019
의 곱이 n×1 all-zero 벡터 0Ni를 만족한다. 이와 같은 간섭 널링(IN, Interference Nulling) 조건에서, AP들의 다중 수신 안테나(N1, N2)에 대한 간섭정렬을 적용하여 사용자 단말이 각 AP로 선형독립인 해당 송신빔을 전송하도록 설정할 수 있다. 즉, 상기 소정의 제어기는, AP i(예, AP1)에 접속한 사용자 단말(i, j, m)의 송신 안테나 수(m)가 AP
Figure 112015054289468-pat00020
(해당 사용자 단말이 접속하지 않은 AP)의 수신 안테나 수(Ni) 보다 큰 경우, AP
Figure 112015054289468-pat00021
에 접속한 사용자 단말들
Figure 112015054289468-pat00022
이 AP i로 전송하는 송신빔들
Figure 112015054289468-pat00023
에 대하여 간섭널링 적용으로 해당 신호에 의한 간섭이 AP i에 미치지 않게 할 수 있다.
[수학식4]
Figure 112015054289468-pat00024
여기서,
Figure 112015054289468-pat00025
라고 정의하며
Figure 112015054289468-pat00026
,
Figure 112015054289468-pat00027
를 각각 Ni×Ni, Ni×(m-Ni) 행렬이라 하고,
Figure 112015054289468-pat00028
라고 정의하며
Figure 112015054289468-pat00029
,
Figure 112015054289468-pat00030
를 각각 Ni×1, (m-Ni)×1 백터라고 하자.
이때, 임의로 선택된
Figure 112015054289468-pat00031
에 대하여 [수학식4]를 만족하는
Figure 112015054289468-pat00032
는 [수학식5]와 같다.
[수학식5]
Figure 112015054289468-pat00033

<Case II: m=Ni>
이 Case II의 경우에는, [수학식4]를 만족시킬 수 없으며, 대신에 [수학식6]을 만족하는
Figure 112015054289468-pat00034
를 구할 수 있다. 여기서도 이와 같은 간섭 널링(IN, Interference Nulling) 조건에서, AP들의 다중 수신 안테나(N1, N2)에 대한 간섭정렬을 적용하여 사용자 단말이 각 AP로 선형독립인 해당 송신빔을 전송하도록 설정할 수 있다. 즉, 상기 소정의 제어기는, AP i(예, AP1)에 접속한 사용자 단말(i, j, m)의 송신 안테나 수(m)가 AP
Figure 112015054289468-pat00035
(해당 사용자 단말이 접속하지 않은 AP)의 수신 안테나 수(Ni) 이하인 경우, 사용자 단말
Figure 112015054289468-pat00036
중 AP i에 접속한 사용자 단말(i, j, m)의 송신 안테나 수 보다 작은 사용자 단말(들)([1:m-1])이 AP i로 전송하는 송신빔들
Figure 112015054289468-pat00037
에 대하여 간섭널링 적용으로 해당 신호에 의한 간섭이 AP i에 미치지 않게 할 수 있다.
[수학식6]
Figure 112015054289468-pat00038
여기서,
Figure 112015054289468-pat00039
라고 정의하며,
Figure 112015054289468-pat00040
를 (m-1)×(m-1) 행렬,
Figure 112015054289468-pat00041
를 (m-1)×1 벡터라고 정의하면 [수학식6]을 만족하는
Figure 112015054289468-pat00042
는 [수학식7]과 같다.
[수학식7]
Figure 112015054289468-pat00043
각각의 AP(AP1, AP2)는 위와 같은 송신빔(또는 송신신호)를 바탕으로 Ni개의 다중 수신 안테나를 통해 수신하는 신호에 대한 제로 포싱(Zero-forcing)을 통해 목적 데이터 스트림을 수신할 수 있다.
좀 더 구체적으로, AP i가 사용자 단말 (i,j,m)의 데이터 스트림을 수신하는 방법은 다음과 같다.
먼저, [수학식8]과 같이 해당 식에서 Ni에 대한 argmax값 Li을 정의한다.
[수학식8]
Figure 112015054289468-pat00044
또한, [수학식2], [수학식3]으로부터, [수학식9]가 유도될 수 있다.
[수학식9]
Figure 112015054289468-pat00045
또한, [수학식10]과 같이 정의하면, [수학식9], [수학식10]으로부터 [수학식11]을 유도할 수 있다.
[수학식10]
Figure 112015054289468-pat00046
[수학식11]
Figure 112015054289468-pat00047
여기서 [수학식12], [수학식13]이 참조된다.
[수학식12]
Figure 112015054289468-pat00048
[수학식13]
Figure 112015054289468-pat00049
이때,
Figure 112015054289468-pat00050
에서 Si ,j (m) 은 [수학식14]와 같이 Zero-Forcing에 의해 데이터 스트림
Figure 112015054289468-pat00051
으로 수신된다.
[수학식14]
Figure 112015054289468-pat00052
마지막으로, [수학식14]의 수신 데이터 스트림 신호
Figure 112015054289468-pat00053
에 대한 SNR(Signal to Noise Ratio)을 통해 [수학식15]와 같은 전송율
Figure 112015054289468-pat00054
을 달성할 수 있다.
[수학식15]
Figure 112015054289468-pat00055
또한, 달성 가능한 전송율이 전송파워
Figure 112015054289468-pat00056
가 증가할수록
Figure 112015054289468-pat00057
로 증가하므로 본 발명의 제안된 기법을 통해 달성 가능한 각 AP에 대한 자유도 합은 [수학식16]과 같다.
[수학식16]
Figure 112015054289468-pat00058
상술한 바와 같은, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템(100)에서의 동적 간섭정렬 성능에 대한 분석을 위해 모의 실험을 수행하였다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템(100)의 (N1=N2=6, mmax=4,5,6)의 예에서 동적 간섭정렬 동작에 따른 자유도 및 전송율에 대한 예시적인 성능 그래프이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템(100)의 (N1=N2=8, mmax=5,6,7,8)의 예에서 동적 간섭정렬 동작에 따른 자유도 및 전송율에 대한 예시적인 성능 그래프이다.
도 6과 도 7에서, 서비스를 받는 각 사용자 단말은 매 슬롯마다 확률 0.5로 서비스를 종료한다고 가정하였으며, 매 슬롯마다 각 셀에서 K명이 접속을 시도한다고 가정하였다. 또한, 접속을 시도하는 사용자 단말의 송신 안테나 수는
Figure 112015054289468-pat00059
에서 mmax 사이에서 균등하게 분포함을 가정하였다.
먼저, K에 따른 동적 간섭정렬의 성능 분석을 위하여, 도 6과 같이 P=20dB, N1=N2=6, mmax=4,5,6 에 대해 K를 변화시키며 모의실험을 수행하였다. 도 6에서, 간섭정렬을 적용하지 않은 경우(610, 620)에 비교하여, 본 발명의 동적 간섭정렬을 적용한 경우(mmax=4,5,6)에, 각 AP에 대한 자유도 합 및 전송율(rate) 합에서 이득이 있음을 알 수 있다. 즉, 간섭정렬을 적용하지 않은 경우(610, 620), mmax가 증가하더라도 자유도 합과 전송율 합이 더 이상 증가하지 않는다. 그러나, 본 발명의 동적 간섭정렬을 적용하면(mmax=4,5,6), 자유도 합 및 전송율 합을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 예를 들어, 도 6의 예에서 P=20dB 기준으로 mmax=6인 경우 기존 전송율 합 대비 57% 정도의 성능 향상이 있음을 확인하였다.
마찬가지로, 도 7과 같이 P=20dB, N1=N2=8, mmax=5,6,7,8에 대해 K를 변화시키며 모의실험을 수행하였다. 도 7에서, 간섭정렬을 적용하지 않은 경우(710, 720)에 비교하여, 본 발명의 동적 간섭정렬을 적용한 경우(mmax=5,6,7,8)에, 각 AP에 대한 자유도 합 및 전송율(rate) 합에서 이득이 있음을 알 수 있다. 즉, 간섭정렬을 적용하지 않은 경우(710, 720), mmax가 증가하더라도 자유도 합과 전송율 합이 더 이상 증가하지 않는다. 그러나, 본 발명의 동적 간섭정렬을 적용하면(mmax=5,6,7,8), 자유도 합 및 전송율 합을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 예를 들어, 도 7의 예에서 P=20dB 기준으로 mmax=8인 경우 기존 전송율 합 대비 49% 정도의 성능 향상이 있음을 확인하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 기술적 우수성으로서, (1) 랜덤 엑세스 무선망에서 다양한 안테나 수를 가진 사용자 단말이나 AP 등의 장비들 간의 효율적인 간섭정렬 기법을 제공하며, (2) 실시간으로 변화하는 무선환경에 대응하는 적응적 간섭정렬 기법을 제공하고, 및 (3) 매 슬롯 새롭게 서비스 사용자를 구성하는 기존 기법 대비 일부 서비스 사용자만 추가하도록 효율적으로 업데이트하는 알고리즘을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 성능적 우수성으로서, (1) 간섭정렬을 적용하지 않은 기존 랜덤 엑세스 무선망보다 현저히 향상된 전송율을 제공하며, (2) 신호공간 중 간섭이 차지하는 공간을 고정시키는 기존 간섭정렬 기법은 간섭공간 비율에 따라 전송율이 현저히 차이나며 실시간으로 변화하는 환경에서는 성능 열화가 심한 것에 대비하여 본 발명의 동적(Dynamic) 간섭정렬은 이러한 기술적 한계를 극복하고 실시간 변화화는 환경에서도 향상된 전송율을 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
엑세스 포인트(AP, Access Point)(AP1, AP2)
AP1 셀(110)
AP1 셀(120)
사용자 단말(i, j, m)

Claims (14)

  1. 간섭정렬을 이용한 무선통신 시스템에서의 통신 방법에 있어서,
    소정의 수 이내에서 m개(자연수)의 송신 안테나를 가진 하나 이상의 사용자 단말이 전송하는 송신빔을 통하여 데이터 스트림을 수신하는 제1AP 및 제2AP를 포함하는 무선통신 시스템에서, 상기 제1AP는 N1개(자연수)의 제1수신 안테나를 이용하여 상기 데이터 스트림을 수신하고, 상기 제2AP는 N2개(자연수)의 제2수신 안테나를 이용하여 상기 데이터 스트림을 수신하는 단계; 및
    상기 제1AP와 상기 제2AP에 새롭게 접속하는 사용자 단말들 중 일부가 선택적으로 접속 사용자 단말 집합에 추가되도록 업데이트하며, 업데이트된 상기 접속 사용자 단말 집합을 위한 복수의 상기 제1 및 제2 수신 안테나에 대한 간섭정렬의 적용으로 상기 접속 사용자 단말 집합의 각 단말이 선형독립인 송신빔들을 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 송신빔들을 전송하는 단계에서,
    상기 제1AP 또는 상기 제2AP 중 어느 하나의 AP에 접속한 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수가, 상기 해당 사용자 단말이 접속하지 않은 다른 하나의 AP의 수신 안테나 수 이하인 경우에, 상기 다른 하나의 AP에 접속한 사용자 단말들 중 상기 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수 보다 작은 사용자 단말이 상기 어느 하나의 AP로의 송신빔들에 대하여 간섭 널링을 적용하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신빔들을 전송하는 단계에서,
    상기 제1 또는 제2 AP 중 어느 하나에 접속한 사용자 단말이 인접하는 상기 제1 또는 제2 AP 중 다른 하나가 형성하는 신호 공간의 일부를 사용하되, 미리 정해진 순서의 신호 공간을 시용하도록 간섭정렬을 적용하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 AP 를 통한 서비스를 종료하는 사용자 단말의 발생에 따라 해당 사용자 단말의 신호 공간을 추가하여 간섭정렬을 적용하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신빔들을 전송하는 단계에서,
    상기 제1AP와 상기 제2AP에 새롭게 접속하는 사용자 단말들이 존재하면, 각각의 AP에 이미 접속한 사용자 단말의 수를 비교하여, 새롭게 접속하는 상기 사용자 단말들 중 더 적게 접속한 사용자 단말 수를 갖는 AP로 접속하는 하나 이상의 사용자 단말을 상기 접속 사용자 단말 집합에 추가되도록 업데이트하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    새롭게 접속하는 상기 사용자 단말들 중 송신 안테나 수가 가장 많은 사용자 단말을 선택하여 상기 접속 사용자 단말 집합에 추가하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송신빔들을 전송하는 단계에서,
    상기 제1AP 또는 상기 제2AP 중 어느 하나의 AP에 접속한 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수가, 상기 해당 사용자 단말이 접속하지 않은 다른 하나의 AP의 수신 안테나 수 보다 큰 경우에, 상기 다른 하나의 AP에 접속한 사용자 단말들이 상기 어느 하나의 AP로의 모든 송신빔들에 대하여 간섭 널링을 적용하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  7. 삭제
  8. 간섭정렬을 이용하는 무선통신 시스템에 있어서,
    소정의 수 이내에서 m개(자연수)의 송신 안테나를 가진 하나 이상의 사용자 단말이 전송하는 송신빔을 통하여 데이터 스트림을 수신하는 제1AP 및 제2AP를 포함하고, 상기 제1AP는 N1개(자연수)의 제1수신 안테나를 이용하여 상기 데이터 스트림을 수신하고, 상기 제2AP는 N2개(자연수)의 제2수신 안테나를 이용하여 상기 데이터 스트림을 수신하며,
    상기 제1AP와 상기 제2AP에 새롭게 접속하는 사용자 단말들 중 일부가 선택적으로 접속 사용자 단말 집합에 추가되도록 업데이트하며, 업데이트된 상기 접속 사용자 단말 집합을 위한 복수의 상기 제1 및 제2 수신 안테나에 대한 간섭정렬의 적용으로 상기 접속 사용자 단말 집합의 각 단말이 선형독립인 송신빔들을 전송하도록 설정하는 제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 제1AP 또는 상기 제2AP 중 어느 하나의 AP에 접속한 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수가, 상기 해당 사용자 단말이 접속하지 않은 다른 하나의 AP의 수신 안테나 수 이하인 경우에, 상기 다른 하나의 AP에 접속한 사용자 단말들 중 상기 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수 보다 작은 사용자 단말이 상기 어느 하나의 AP로의 송신빔들에 대하여 간섭 널링을 적용하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제1 또는 제2 AP 중 어느 하나에 접속한 사용자 단말이 인접하는 상기 제1 또는 제2 AP 중 다른 하나가 형성하는 신호 공간의 일부를 사용하되, 미리 정해진 순서의 신호 공간을 시용하도록 간섭정렬을 적용하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제1 또는 제2 AP 를 통한 서비스를 종료하는 사용자 단말의 발생에 따라 해당 사용자 단말의 신호 공간을 추가하여 간섭정렬을 적용하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제1AP와 상기 제2AP에 새롭게 접속하는 사용자 단말들이 존재하면, 각각의 AP에 이미 접속한 사용자 단말의 수를 비교하여, 새롭게 접속하는 상기 사용자 단말들 중 더 적게 접속한 사용자 단말 수를 갖는 AP로 접속하는 하나 이상의 사용자 단말을 상기 접속 사용자 단말 집합에 추가되도록 업데이트하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어기는, 새롭게 접속하는 상기 사용자 단말들 중 송신 안테나 수가 가장 많은 사용자 단말을 선택하여 상기 접속 사용자 단말 집합에 추가하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제1AP 또는 상기 제2AP 중 어느 하나의 AP에 접속한 해당 사용자 단말의 송신 안테나 수가, 상기 해당 사용자 단말이 접속하지 않은 다른 하나의 AP의 수신 안테나 수 보다 큰 경우에, 상기 다른 하나의 AP에 접속한 사용자 단말들이 상기 어느 하나의 AP로의 모든 송신빔들에 대하여 간섭 널링을 적용하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
  14. 삭제
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106850855A (zh) * 2017-03-27 2017-06-13 嘉兴爱尔特云网络科技有限责任公司 无线局域网远程监控方法、服务器、无线接入点及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100184436A1 (en) * 2007-03-27 2010-07-22 Kyocera Corporation Radio Base Station and Radio Communication Method

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1928115A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-04 Nokia Siemens Networks Gmbh & Co. Kg Adaptive modulation and coding in a SC-FDMA system
US8693316B2 (en) * 2009-02-10 2014-04-08 Qualcomm Incorporated Access point resource negotiation and allocation over a wireless interface
WO2011037413A2 (ko) 2009-09-23 2011-03-31 한국전자통신연구원 다중 송수신 노드를 가지는 인접 셀 간섭 관리 방법 및 장치
KR101084780B1 (ko) 2009-12-09 2011-11-21 주식회사 케이티 다중 안테나 다중 송수신기 무선 네트워크에서 간섭정렬을 이용한 저복잡도 스케줄링 방법
KR20130112743A (ko) 2012-04-04 2013-10-14 한국전자통신연구원 다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서 간섭 정렬에 기반한 기지국과 단말의 통신 방법 및 다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서 간섭 정렬 및 블록 순차적 간섭 선­제거를 이용한 통신 방법
KR102150547B1 (ko) 2013-01-18 2020-09-02 한국전자통신연구원 다중 셀 중첩환경에서 다중 안테나를 이용한 실용적인 간섭정렬 방법
US20140294109A1 (en) 2013-04-01 2014-10-02 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for opportunistic interference alignment (oia) in single-user multiple-input multiple-output (su-mimo) transmission
KR102154273B1 (ko) * 2013-05-21 2020-09-09 한국전자통신연구원 다중 안테나 적용 통신 시스템에서 부분 간섭 정렬 장치 및 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100184436A1 (en) * 2007-03-27 2010-07-22 Kyocera Corporation Radio Base Station and Radio Communication Method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Sang-Woon Jeon외 1명. Degrees of Freedom of Uplink Downlink Multiantenna Cellular Networks(2014.04.24.)*

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