KR102570904B1 - 다중 사용자 다중 안테나 통신을 위한 인티저 포싱 기법 - Google Patents

다중 사용자 다중 안테나 통신을 위한 인티저 포싱 기법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시는 다중 사용자(multi user; MU) MIMO(multiple input multiple output) 통신 시스템의 기지국에서 인티저 포싱(integer forcing; IF) 기법을 이용하는 통신 방법에 있어서, 상기 지지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 원하는 신호(desired signal) 및 인접 셀 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 간섭 신호를 포함하는 수신 신호를 수신하는 동작; 상기 인접 셀 기지국으로부터 수신되는 상기 간섭 신호에 관한 정보에 근거하여 상기 간섭 신호를 고려한 IF 필터를 결정하는 동작; 상기 결정된 IF 필터를 이용하여 상기 수신 신호를 필터링하는 동작; 및 상기 필터링된 수신 신호를 이용하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 탐지하거나 디코딩하는 동작을 포함하는 방법을 제공한다.

Description

다중 사용자 다중 안테나 통신을 위한 인티저 포싱 기법{INTEGER FORCING SCHEME FOR MULTI USER MIMO COMMUNICATION}
본 개시는 무선 통신 시스템의 인티저 포싱 기법에 관한 것으로써, 다중 사용자 MIMO 통신을 지원하는 인티저 포싱 기법에 관한 것이다.
4G (4th-Generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G (5th-Generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (beyond 4G network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (post LTE)의 시스템이라 불리고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파 (mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가 (60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서 전파의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍 (beamforming), 거대 배열 다중 입력 다중 출력 (massive MIMO), 전차원 다중입출력 (full dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나 (array antenna), 아날로그 빔형성 (analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (device to device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (coordinated multi-points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조 (advanced coding modulation: ACM) 방식인 FQAM (hybrid FSK and QAM modulation) 및 SWSC (sliding window superposition coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC (filter bank multi carrier), NOMA (non-orthogonal multiple access), 및 SCMA (sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
무선 통신 시스템의 주파수 효율 및 전송률을 높이기 위한 기법 중 MIMO(multiple input multiple output) 전송 기법은 다수의 송수신 안테나를 이용하여 여러 데이터 스트림(data stream)을 한번에 보낼 수 있는 기법으로, 안테나 개수에 비례하여 전송률을 올릴 수 있다는 장점이 있다.
MIMO 무선 통신 시스템의 송신단에서 전송되는 심볼 간 간섭(inter-symbol interference)을 극복하기 위해, 수신단은 선형(linear) 기법을 이용하는 선형 등화기(linear equalizer)를 적용할 수 있다. 기존 MIMO 송수신 기법으로, 제로포싱(zero-forcing; ZF), MMSE(minimum mean squared error) 기법 등의 선형 기법과, 최우도(ML) 기법, 스피어 디코딩(sphere decoding) 등의 비선형 기법들이 제안되었다. 비선형 기법은 성능은 좋지만, 복잡도가 높다는 단점이 있으며 (특히 안테나 개수가 커지면 급격하게 복잡도가 높아짐), 선형 기법은 복잡도는 상대적으로 크지 않으나, 성능 측면에서 비선형 기법에 비해 떨어진다는 단점이 있다.
복잡도 측면에서는 기존의 선형 기법들과 비슷한 복잡도를 가지면서도, 성능 측면에서는 (비선형 기법이고) 최적의 성능 기법인 최우도(maximum likelihood; ML) 기법에 근접하는 성능을 제공하는 인티저 포싱(integer forcing; IF) MIMO 기법이 새롭게 제안되었다.
하지만 IF 기법을 상향링크(uplink; UL)/하향링크(downlink; DL) 다중 사용자(multi user; MU) MIMO(MU-MIMO) 통신에 적용하는 방안은 아직까지 제안되지 않았다.
본 개시에서는 IF 기법을 MU-MIMO 통신에 적용하기 위한 송수신 기법을 제안한다.
구체적으로, 본 개시는 UL MU-MIMO 통신시, IF 기법을 이용하는 기지국의 인터셀(inter-cell; 셀간) 간섭 제어 방법, IF 필터(filter) 설정 방법, MCS(modulation and coding scheme) 할당 방법 등을 제안한다.
또한 본 개시는 DL MU-MIMO 통신시, 기지국 프리코딩(precoding)과 IF 기법을 결합하는 방법, 단말의 인트라셀(intra cell; 셀 내) 간섭/인터셀(inter cell; 셀간) 간섭 제어 기법 등을 제안한다.
본 개시는 다중 사용자(multi user; MU) MIMO(multiple input multiple output) 통신 시스템의 기지국에서 인티저 포싱(integer forcing; IF) 기법을 이용하는 통신 방법에 있어서, 상기 지지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 원하는 신호(desired signal) 및 인접 셀 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 간섭 신호를 포함하는 수신 신호를 수신하는 동작; 상기 인접 셀 기지국으로부터 수신되는 상기 간섭 신호에 관한 정보에 근거하여 상기 간섭 신호를 고려한 IF 필터를 결정하는 동작; 상기 결정된 IF 필터를 이용하여 상기 수신 신호를 필터링하는 동작; 및 상기 필터링된 수신 신호를 이용하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 탐지하거나 디코딩하는 동작을 포함하는 방법을 제안한다.
본 개시는 제1 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 단말의 제1 그룹과 제2 MCS를 갖는 단말의 제2 그룹을 포함하는 다중 사용자(multi user; MU) MIMO(multiple input multiple output) 통신 시스템에서 인티저 포싱(integer forcing; IF) 기법을 이용하는 단말의 통신 방법에 있어서, 기지국으로부터 상기 제1 MCS 또는 상기 제2 MCS를 설정하는 시그널링을 수신하는 동작; 상기 제1 MCS 또는 제2 MCS 중 전송 데이터 스트림에 적용할 MCS를 결정하는 동작; 상기 결정된 MCS가 제1 MCS인 경우, 상기 전송 데이터 스트림에 상기 제1 MCS를 이용한 인코딩을 수행하는 동작; 상기 결정된 MCS가 제1 MCS인 경우, 상기 전송 데이터 스트림에 상기 제2 MCS를 이용한 인코딩을 수행하고 상기 제1 MCS를 이용한 인코딩을 수행하는 동작; 및 상기 인코딩된 데이터 스트림을 전송하는 동작을 포함하는 방법을 제안한다.
본 개시는 다중 사용자(multi user; MU) MIMO(multiple input multiple output) 통신 시스템에서 인티저 포싱(integer forcing; IF) 기법을 이용하는 기지국에 있어서, 상기 지지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 원하는 신호(desired signal) 및 인접 셀 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 간섭 신호를 포함하는 수신 신호를 수신하는 송수신부; 및 상기 인접 셀 기지국으로부터 수신되는 상기 간섭 신호에 관한 정보에 근거하여 상기 간섭 신호를 고려한 IF 필터를 결정하고, 상기 결정된 IF 필터를 이용하여 상기 수신 신호를 필터링하고, 상기 필터링된 수신 신호를 이용하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 탐지하거나 디코딩하는 제어부를 포함하는 기지국을 제안한다.
본 개시는 제1 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 단말의 제1 그룹과 제2 MCS를 갖는 단말의 제2 그룹을 포함하는 다중 사용자(multi user; MU) MIMO(multiple input multiple output) 통신 시스템에서 인티저 포싱(integer forcing; IF) 기법을 이용하는 단말에 있어서, 기지국으로부터 상기 제1 MCS 또는 상기 제2 MCS를 설정하는 시그널링을 수신하는 송수신부; 및 상기 제1 MCS 또는 제2 MCS 중 전송 데이터 스트림에 적용할 MCS를 결정하고, 상기 결정된 MCS가 제1 MCS인 경우, 상기 전송 데이터 스트림에 상기 제1 MCS를 이용한 인코딩을 수행하고, 상기 결정된 MCS가 제1 MCS인 경우, 상기 전송 데이터 스트림에 상기 제2 MCS를 이용한 인코딩을 수행하고 상기 제1 MCS를 이용한 인코딩을 수행하고, 상기 인코딩된 데이터 스트림을 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 단말을 제안한다.
IF 성능 이득은 안테나 수가 증가하거나, 채널이 싱귤러 될수록 (즉, 컨디션 넘버가 증가할수록) 증가하는데, MU-MIMO 통신의 경우, 기지국의 안테나 수가 많고 여러 사용자를 동시에 지원하기 때문에, 유효 채널 매트릭스의 사이즈가 커지고 컨디션 넘버가 증가한다. 따라서, 본 개시의 제안 기법 사용시, SU-MIMO 통신에서 얻었던 IF 성능 이득에 비해, 더 높은 성능 이득을 얻을 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 IF 기법이 적용된 송신단과 수신단의 구조를 예시하는 도면;
도 2는 본 개시에 따른 무선 통신 시스템에서 UL MU-MIMO 채널을 예시하는 도면;
도 3은 본 개시에 따른 IF 필터의 다이버시티 모드를 예시하는 도면;
도 4는 본 개시에 따른 IF 필터의 MRC 모드를 예시하는 도면;
도 5는 본 개시에 따른 계층적 인코딩을 적용하여 SNR이 서로 다른 단말을 스케줄링하는 경우의 MU-MIMO IF 기법을 예시하는 도면;
도 6은 본 개시에 따른 MCS를 다르게 설정하는 블록 대각 매트릭스를 예시하는 도면;
도 7은 본 개시에 따른 무선 통신 시스템에서 DL MU-MIMO 채널을 예시하는 도면;
도 8은 본 개시에 따른 DL MU-MIMO 프리코딩 기법을 예시하는 도면;
도 9는 본 개시의 실시예들에 따라서 동작하는 기지국의 통신 방법의 플로우 차트;
도 10은 본 개시의 실시예들에 따라서 동작하는 단말의 통신 방법의 플로우 차트;
도 11은 본 개시에 따른 기지국 장치의 구성을 예시하는 도면;
도 12는 본 개시에 따른 단말 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예를 상세하게 설명한다. 하기에서 본 개시를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 개시의 자세한 설명에 앞서, 본 명세서에서 사용되는 몇 가지 용어들에 대해 해석 가능한 의미의 예를 제시한다. 하지만, 아래 제시하는 해석 예로 한정되는 것은 아님을 주의하여야 한다.
송신단은 무선 통신 시스템에서 정보 비트를 송신하는 주체로써, UL 전송에서는 단말이 DL 전송에서는 기지국이 될 수 있다.
수신단은 무선 통신 시스템에서 정보 비트를 수신하는 주체로써, UL 전송에서는 기지국이 DL 전송에서는 단말이 될 수 있다.
기지국(Base Station)은 단말과 통신하는 일 주체로서, BS, NodeB(NB), eNodB(eNB), AP(Access Point) 등으로 지칭될 수도 있다.
단말(User Equipment)은 기지국과 통신하는 일 주체로서, UE, 이동국(Mobile Station; MS), 이동장비(Mobile Equipment; ME), 디바이스(device), 터미널(terminal) 등으로 지칭될 수도 있다.
원하는 신호(desired signal)은 송신단으로부터 전송된 신호 중 수신단이 수신하기를 희망하는 신호를 의미하고, 간섭 신호는 상기 수신단이 수신한 신호 중 상기 원하는 신호가 아닌 신호를 의미한다. 따라서, 수신 신호는 원하는 신호와 간섭 신호를 포함할 수 있다.
도 1은 IF 기법이 적용된 송신단과 수신단의 구조를 예시하는 도면이다.
인티저 포싱(integer forcing; IF) 기법의 기본적인 동작은 다음과 같다.
IF 기법은 선형 코드(linear code)(100)들의 모듈로(modulo) 합이 또 다른 코드(code)가 된다는 특성을 이용하여, 수신단이 채널 반전(channel inversion) 없이 코드워드의 합 자체를 디코딩(120)하는 기법이다. 이를 통해서 기존의 선형 기법들이 가지고 있는 다중(multiple) 데이터 스트림을 디멀티플렉싱(demultiplexing)할 때 생기는 노이즈 증폭을 피할 수 있다. 즉, 상기 수신단은, 코드워드들의 합 역시 다른 코드워드라는 성질을 이용하여, 채널 반전을 수행하지 않고 먼저 상기 코드워드의 합을 바로 , 로 디코딩 할 수 있다. 그 후, 상기 수신단은 송신된 오리지널(original) 데이터 스트림인 x1, x2 를 디코딩하기 위하여 채널 반전(inversion)을 통해 선형 방정식(linear equation)을 풀 수 있다(130).
구체적으로, 상기 수신단은 먼저 포싱 매트릭스(forcing matrix)(또는 IF 필터) B 를 이용하여 채널 매트릭스 H 를 인티저 매트릭스(integer matrix) A 로 포싱할 수 있다. 예를 들면, 수신 신호는 y'=By=Ax+(BH-A)x+ z 로 표현되는데, 수신단은 (BH-A)x+ z 을 유효 노이즈(effective noise)로 취급하여 상기 채널 매트릭스를 인티저 매트릭스로 포싱할 수 있다. 이어서, 상기 수신단은 선형 코드의 성질(즉, 코드워드의 선형 합계도 코드워드임)을 이용하여, 오리지널 코드워드들의 합인 을 SISO 디코더(120)로 직접 디코딩()할 수 있다. 상기 디코딩의 결과, 상기 수신단은 노이즈 없는(noise-free) 선형 합계 코드워드 로부터 오리지널 코드워드인 들을 추출할 수 있다(예를 들어, 반전 연산 의 과정을 이용하여).
도 1 내에 기재된 수학식(①, ②, ③)에서, z 는 노이즈 벡터(noise vector) 를 뜻하며, am,j 은 인티저 매트릭스 A의 (m,l)-번째 엘리먼트이고, 는 [,] 으로 구성된 매트릭스이고, 는 [,]로 구성된 매트릭스이다.
IF 기법의 성능 이득은 안테나 개수가 증가하거나, 채널이 싱귤러(singular) 가 될수록 증가한다. 채널이 싱귤러가 된다는 것은 채널의 상관도(correlation)가 증가하는 것을 의미하며, 상기 싱귤러 특성은 컨디션 넘버(condition number)에 의해 표현될 수 있다. 컨디션 넘버는 채널 매트릭스의 최대 싱귤러 랭크(max. singular rank)를 최소 싱귤러 랭크(min. singular rank)를 나눈 값으로 정의되며, 상기 컨디션 넘버가 증가할수록 상기 채널이 싱귤러 된다(싱귤러 특성이 향상된다).
MU-MIMO 통신의 경우, 기지국의 안테나 수가 많고 상기 기지국이 여러 사용자를 동시에 지원하기 때문에, 유효 채널(effective channel) 매트릭스의 사이즈가 커지고 컨디션 넘버가 증가한다. 따라서, IF 기법은 SU-MIMO(single user-MIMO) 통신에 비해 MU-MIMO 통신에서 더 높은 성능 이득을 얻을 수 있다.
그런데, SU-MIMO 통신은 하나의 사용자를 고려하므로, SU-MIMO 만을 고려하는 IF 기법을 그대로 UL MU-MIMO에 적용하면, MU-MIMO 단말들의 MCS(modulation and coding scheme)를 (또는 상기 단말의 스트림들의 MCS를) 하나의 MCS로 같게 운용해야 한다는 제약 조건이 있다. 따라서, 같은 MCS 를 사용하여 UL 전송하고자 하는 단말(들)을 최적으로 그룹핑하는 기법 또는 다른 MCS 를 사용하는 사용자도 MU-MIMO IF 기법에서 지원할 수 있는 방안이 요구된다.
또한, IF 기법을 DL MU-MIMO 에 적용하는 경우, 송신단의 프리코딩 기법과 IF 기법을 조합하는 방안이 요구된다. 그 외에도 기지국이 안테나가 많다는 점을 이용하여, DL 송수신시 기존 IF 대비 성능이득을 얻는 방안, DL SU-MIMO 통신에서는 고려되지 않은 인트라 셀 간섭 및 인터셀 간섭을 고려한 송수신 기법 등이 요구된다.
이에 본 개시는, SU-MIMO 환경에서 개발된 IF 기법을 MU-MIMO 환경에 적용하기 위한 방안들을 제안한다. 구체적으로, UL MU-MIMO 통신시, IF 기법을 활용한 기지국의 인터셀 간섭 제어 방법, IF 필터 설정 방법, 및 MCS 할당 방법 등을 제안한다. 또한 DL MU-MIMO 통신시, 기지국 프리코딩(precoding)과 단말의 IF 를 결합하는 방법, 단말의 인트라셀/인터셀 간섭 제어 기법 등을 제안한다.
UL MU-MIMO IF 기법에 대해 설명한다.
도 2는 무선 통신 시스템에서 UL MU-MIMO 채널을 예시하는 도면이다.
도 2를 참고하면, 기지국(200)은 M 개의 안테나(202)를 사용하고, 단말(210)은 L 개의 안테나를 사용한다고 가정한다. 도 2에서 상기 기지국(200)으로 UL 전송 중인 단말의 개수는 N 이며, 따라서 기지국(200)과 N개의 단말들 간의 채널 H 는 매트릭스로 주어진다. 또한, 인접 셀에 의해 발생하는 인터셀 간섭(inter cell interference; ICI) 채널 F 는 매트릭스로 주어지며, 여기서 S 는 상기 인접 셀에 의해 서비스 되는 단말(220)의 개수를 나타낸다.
본 개시가 제안하는 UL MU-MIMO IF 기법은 다음의 동작 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 첫 번째 동작은 인터셀 간섭 제어 동작이고, 두 번째 동작은 IF 필터의 수신 모드를 결정하는 동작이며, 세 번째 동작은 각 단말 별 전송 스트림 개수 및 MCS를 결정하는 동작이다.
먼저, UL MU-MIMO IF 기법에서 기지국의 인터셀 간섭 제어 동작에 대해 설명한다.
여기서, 기지국은 인터셀 간섭 신호의 채널 F 및 인터셀 간섭 신호의 크기에 대해서는 알고 있다고 가정한다.
상기 기지국은 인터셀 간섭 신호의 크기가 임계 값(threshold) 이상인지를 판단하여 (예를 들어, 인지 판단), 인터셀 간섭 제어를 수행할지 여부에 대해 판단할 수 있다. 상기 인터셀 간섭 신호의 크기가 상기 임계 값보다 작은 경우에는, 상기 인터셀 간섭 신호를 노이즈 취급하고 별도의 간섭 제어 기법을 적용하지는 않을 수 있다. 한편, 상기 인터셀 간섭 신호의 크기가 상기 임계 값 이상이라고 판단하여 인터셀 간섭 제어 기법을 적용하는 경우, 상기 기지국이 획득한 간섭 정보의 수준(: 간섭 정보의 자세한 정도)에 따라서 다음과 같이 서로 다른 간섭 제어 기법을 적용할 수 있다.
A. 기지국이 획득한 간섭 정보가 간섭 신호의 채널 및 INR(interference to noise ratio) 크기일 때:
기지국은, IF 기법을 위한 필터 적용 시, 서빙 셀(serving cell)의 사용자뿐만 아니라, 인터셀 간섭까지 고려하여 다음 수학식과 같은 포싱 매트릭스 B를 IF 필터로써 사용할 수 있다.
Figure 112016097004911-pat00017
여기서, I 는 단위 매트릭스(identity matrix)이고, HT는 H의 전치(transpose) 매트릭스이고, ()-1은 반전 매트릭스를 뜻한다.
B. 기지국이 간섭 신호의 심볼 레벨의 정보(예를 들어, 변조 차수(modulation order))는 획득하지만, 코드워드 레벨(codeword level)의 정보는 획득하지 못할 때:
여기서, 심볼 레벨의 정보는 예로써, BPSK(binary phase shift keying), 16QAM, 64QAM 과 같은 변조 차수 정보일 수 있다. 기지국은 IF 탐지(detection) 및 심볼 레벨 SIC(successive interference cancellation; 연속적 간섭 제거)을 수행할 수 있다. 즉, 상기 기지국은 i) 간섭 심볼 및 원하는 심볼(desired symbol)의 합 자체에 대하여 IF 탐지를 수행한 뒤, ii) 상기 IF 탐지된 간섭 심볼 및 원하는 심볼 값을 바탕으로 상기 간섭 심볼의 합을 심볼 레벨 블라인드 탐지(blind detection)하며, iii) 상기 IF 탐지된 간섭 심볼 및 원하는 심볼에서 상기 블라인드 탐지된 간섭 심볼을 SIC 하여 상기 원하는 심볼을 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 간섭 심볼의 합에 대한 블라인드 탐지는 컨스텔레이션(constellation)을 고려한 LLR(log likelihood ratio) 계산을 통해 수행될 수 있는데, 상기 컨스텔레이션은 상기 간섭 신호의 심볼 레벨 정보 즉, 변조 차수에 의해 결정될 수 있다. 컨스텔레이션을 고려한 LLR 계산에 의한 블라인드 탐지에 대한 보다 자세한 설명은 본 개시의 본질을 흐릴 수 있으므로 생략한다. 이 경우 상기 기지국은 다음의 수학식2와 같은 IF 필터 B를 사용할 수 있다.
Figure 112016097004911-pat00018
C. 기지국이 간섭 신호의 디코딩이 가능한 수준의 코드워드 레벨 정보(예를 들어, 인코딩 기법, 부호화율)까지 획득할 수 있고, 상기 기지국의 안테나가 많은 경우:
상기 기지국은 상기 코드워드 레벨 정보를 이용하여 IF 디코딩 기법을 적용할 수 있다. 즉, 상기 기지국은 i) 간섭 신호와 원하는(desired) 신호의 합을 먼저 IF 디코딩 한 뒤, ii) 상기 디코딩된 신호를 바탕으로 상기 간섭 신호와 원하는 신호를 각각 디코딩 할 수 있다. 예를 들어, 상기 간섭 신호와 원하는 신호 각각의 디코딩은 컨스텔레이션을 고려한 LLR 계산과 반전(inversion) 연산을 통해 수행될 수 있는데, 상기 컨스텔레이션은 상기 간섭 신호의 심볼 레벨 정보 즉, 변조 차수에 의해 결정될 수 있다. 컨스텔레이션을 고려한 LLR 계산, 반전 연산을 이용한 디코딩에 대한 보다 자세한 설명은 본 개시의 본질을 흐릴 수 있으므로 생략한다. 상기 간섭 신호와 원하는 신호의 디코딩시 에러가 발생하면, 상기 기지국은 에러를 선언할 수 있다. 그런데, 상기 원하는 신호의 디코딩은 성공하고, 상기 간섭 신호의 디코딩을 실패하는 경우는 에러(error)로 취급하지 않을 수 있다. 이 경우 상기 기지국은 상기 수학식2와 같은 IF 필터 B를 사용할 수 있다.
이어서, UL MU-MIMO IF 기법에서 기지국이 IF 필터(또는 IF inner filter)의 수신 모드를 결정하는 동작에 대해 설명한다.
기지국은 통상적으로 많은 안테나를 사용하기 때문에, 상기 많은 안테나를 이용하여 IF 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 인터셀 간섭 제어 동작에서 결정된 IF 필터 B를 적용하여 얻을 수 있는 유효 채널(effective channel)에 기반하여, 상기 기지국은 각 단말의 스트림(stream) 개수를 결정할 수 있다. 만약 모든 단말의 스트림 개수의 합보다 상기 기지국의 수신 안테나 개수가 클 경우, 상기 기지국은 다음의 두 가지 모드(mode) 중 어느 하나를 이용하여, IF 성능을 향상시킬 수 있다.
첫 번째 수신 모드는 다이버시티 모드(diversity mode)이다.
도 3은 다이버시티 모드를 예시하는 도면이다.
기지국(300)의 안테나(302) 개수가 많은 경우, 상기 기지국(300)은 단말들(310, 312)이 전송한 스트림의 개수보다 더 많은 선형 합(linear sum)을 상기 많은 안테나들로부터 얻을 수 있다. 다이버시티 모드에서 상기 기지국(300)은 각 수신 안테나마다 수신한 선형 합(linear sum)에 대한 디코딩을 수행한다. 따라서, 이 경우의 IF 필터는 상기 기지국의 모든 안테나의 선형 합을 이용하도록 설정될 수 있다. 도 3에서 L1(x1, x2), L2(x1, x2), L3(x1, x2), L4(x1, x2)는 상기 수신기의 안테나들에서 수신된 신호에 IF 필터를 적용하여 획득한 선형 합을 나타낸다. 상기 기지국의 수신 안테나마다 수행된 디코딩 결과 중 상기 단말들이 전송한 스트림의 개수 (여기서는 2) 이상의 선형 합에 대한 디코딩이 성공하면, 전송된 전체(overall) 스트림의 디코딩을 성공하는 것이 된다. 따라서, 상기 기지국은 다이버시티 모드에서 안테나 개수로 인한 다이버시티 이득의 획득이 가능하다.
두 번째 수신 모드는 MRC(maximal ratio combining; 최대 비율 결합) 모드이다.
도 4는 MRC 모드를 예시하는 도면이다.
도 4에서는 두 개의 단말(410, 412)이 각 하나의 스트림을 상기 기지국(400)으로 UL 전송하는 경우를 가정한다. 기지국(400)은 수신 안테나(402)의 MRC를 통해 SNR 이득을 얻는 방법도 고려할 수 있다.
MRC 모드에서 상기 기지국(400)은 유효 채널 매트릭스의 사이즈가 스트림 개수(여기서는 2)와 같아지도록 조정한 MRC 매트릭스 를 IF 필터로써 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 MRC 매트릭스 (즉, IF 필터)는 채널 매트릭스 H 의 레프트 싱귤러 벡터(left singular vector)들 중에서 선택되며, 의 사이즈가 스트림 전체 개수(여기서는 2)와 같게 선택된다. 그리고, 상기 기지국은 다수의 안테나에 의해 정의되는 상기 채널 매트릭스 중에서 선택된 일부의 레프트 싱귤러 벡터들(즉, MRC 매트릭스)를 이용함으로써 SNR 이득을 얻을 수 있다. 도 4에서 L'1(x1, x2), L'2(x1, x2) 는 상기 수신기의 안테나들에서 수신된 신호에 MRC 매트릭스를 적용하여 획득한 선형 합을 나타낸다. MRC 모드는 특히, RF 체인(radio frequency chain)의 개수에 비해 안테나 개수가 많은 하이브리드 빔포밍(Hybrid beam-forming) 시스템에서 큰 이득을 기대할 수 있다.
상기 두 개의 IF 필터 수신 모드는 MU-MIMO 환경에서뿐만 아니라, SU-MIMO 환경에서도 적용 가능하다. 다만, 다이버시티 이득과 MRC 구현을 위해서는 수신단인 기지국의 안테나 개수가 송신단인 단말의 안테나 개수보다 많아야 할 것이다.
이어서, UL MU-MIMO IF 기법에서 단말 별 스트림 개수 및 MCS 를 결정하는 동작에 대해 설명한다.
앞서 설명하였듯이, SU-MIMO IF 기법에서는 하나의 사용자(즉, 단말)에 대한 하나의 MCS 만을 고려하였으므로, SU-MIMO IF를 그대로 MU-MIMO IF에 적용할 경우, 다수 사용자(즉, 단말들)간의 MCS도 하나만을 적용해야 한다는 제약 조건이 있다. 그러나, 다수의 단말의 MCS가 항상 동일할 수는 없으므로, 서로 다른 MCS의 단말들을 지원하기 위한 UL MU-MIMO IF 기법을 제안한다.
A. 같은 MCS 단말 그룹핑(또는 페어링) 기반 IF 기법:
기지국은 같은 MCS 를 할당할 단말(또는 스트림)을 그룹핑(grouping)하여 IF 기법을 적용할 수 있다. 이때, 각 단말이 UL 전송하는 스트림 개수는 서로 달라도 무방하다. 이때, 상기 기지국은 그룹핑된 단말들의 코드워드 합(codeword sum)을 먼저 디코딩한 후, 반전 A 연산을 통해 각각의 단말의 코드워드를 디코딩할 수 있다.
비록 기지국이 MCS 가 같은 단말들을 그룹핑해야 한다는 제한이 있으나, 본 개시에 따른 IF 수신기는, 기존 MMSE 수신기 또는 MMSE-SIC 수신기에 비해 채널간의 상관도(correlation)에 강건(robust) 하므로, 비교적 가까운 거리에 있는 (그래서 통신 환경이 유사하고 그래서 같은 MCS를 사용할 가능성이 높은) 사용자들을 그룹핑하더라도 성능 이득을 기대할 수 있다.
B. 계층적 인코딩(layered encoding)을 적용:
앞서 설명된 그룹핑 기반 IF 기법은 SU-MIMO IF 기법을 활용하여 쉽게 적용할 수 있으나, 기지국이 MCS 가 같은 단말들만을 그룹핑 해야 한다는 스케줄링(scheduling)의 제한이 있다. 기지국이 서로 다른 MCS의 단말들도 함께 스케줄링 할 수 있도록 하기 위해, IF 기법에 계층적 인코딩(layered encoding)이 적용될 수 있다. 구체적으로, 상기 기지국은 할당할 MCS(예를 들어, 부호화율)에 관계 없이 모든 단말들에게 동일하게 제1 MCS를 적용하고, 채널이 좋지 않은 그룹에 속하는 단말들에게 추가적으로 제2 MCS를 적용하는, 계층적 인코딩을 스케줄링할 수 있다. 즉, 상기 기지국은 채널이 좋지 않은 단말에게도, 채널이 좋은 단말과 같은 MCS 를 할당하고, 상기 채널이 좋지 않은 단말에게는 추가적인 MCS를 적용할 수 있다.
도 5는 본 개시에 따른 계층적 인코딩을 적용하여 SNR이 서로 다른 단말을 스케줄링하는 경우의 MU-MIMO IF 기법을 예시하는 도면이다.
예를 들면, 채널이 양호한(예를 들어, 채널 측정치가 임계값 이상의) 단말1(510)이 속하는 제1 그룹과 채널이 양호하지 않은(예를 들어, 채널 측정치가 임계값 미만의) 단말2(512)가 속하는 제2 그룹이 존재하는 경우(), 기지국(500)은 상기 제1 그룹 및 제2 그룹의 단말(510, 512) 모두에게 채널이 양호한 그룹에 적용할 제1 MCS를 스케줄링하고, 상기 제2 그룹의 단말에게는 제2 MCS를 추가적으로 적용하도록 스케줄링 할 수 있다. MCS라는 용어에도 불구하고, 계층적 인코딩에서 기지국이 단말에게 서로 스케줄링하는 스킴은 (변조 스킴을 제외한) 코딩 스킴(coding scheme)만을 의미할 수 있다. 여기서, 상기 제1 그룹 및 제2 그룹의 단말에게 모두 적용되는 상기 제1 MCS는 외부 코드(outer code)라고 호칭할 수 있고, 채널 상태가 양호하지 않은 상기 제2 그룹의 단말에게 적용되는 상기 제2 MCS는 내부 코드(inner code)라고 호칭할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 단말1(510)의 채널 품질(quality)이 좋아서, SNR(signal to noise ratio) 기준으로 상기 단말1(510)은 16QAM(quadrature amplitude modulation) 0.75-부호화율(code rate), 상기 단말2(512)는 16QAM 0.5-부호화율을 할당해야 하는 경우를 고려하자. 여기서, s1, s2는 각각 단말1(510), 단말2(512)의 정보 비트(information bits)를 나타내고, , , 는 코드 생성 매트릭스(code generation matrix)를 나타낸다. 이때, 기지국(500)은 상기 단말1(510) 및 단말2(512)에 모두 적용되는 외부 코드(520)로써 16QAM, 0.75-부호화율을 스케줄링한다. 그러면, 상기 단말2(512)는 자신의 SNR 기준 더 높은 MCS를 할당 받았으므로, 상기 기지국(500)은 상기 단말2(512)가 2/3-부호화율의 내부 코드(522)를 추가로 사용하도록 스케줄링한다.
이 경우, 상기 기지국은 IF 기법 적용시 먼저 외부 코드를 적용하여 상기 단말1의 스트림을 디코딩하고 상기 단말2의 스트림을 분리할 수 있고, 상기 분리된 단말2의 스트림에 대해서는 내부 코드를 추가로 적용하여 디코딩을 성공할 수 있다.
C. 인티저 매트릭스의 구조를 특정 구조로 제한하는 기법:
도 6은 MCS를 다르게 설정하는 블록 대각 매트릭스를 예시하는 도면이다.
IF 기법 적용 시, 기지국은 인티저 매트릭스 A를 블록 대각 매트릭스(block diagonal matrix)(600)로 특정하여, 서로 다른 MCS 를 지원받도록 할 수 있다.
구체적으로, 기지국은 SNR 기준 MCS 가 같은 단말끼리 그룹핑을 하고, 상기 그룹핑된 단말들의 인티저 매트릭스를 블록 대각 매트릭스로 설정할 수 있다. 그 후, 상기 기지국은 각 그룹(블록 대각 매트릭스를 구성하는 각 블록 매트릭스 610, 620) 마다 IF 기법을 적용할 수 있다. 본 기법은 인티저 매트릭스의 블록 대각 구조로 인하여 MCS 가 다른 단말간의 인티저 선형 합(integer linear sum)은 피할 수 있으나, 인티저 매트릭스를 블록 대각 매트릭스로 제한하기 때문에, 모든 사용자들이 같은 MCS 를 사용하는 상황 대비, 노이즈 증가(noise enhancement)가 상대적으로 다소 높아질 수 있다.
D. 심볼 들의 합에 대하여 IF 탐지를 먼저 수행한 뒤, 서로 다른 변조 레벨 간의 심볼 SIC 를 수행하는 기법:
기지국은 MMSE-SIC 와 유사하게 변조 레벨 간 심볼 SIC 를 수행하고, 변조 레벨 별로 각 심볼을 모두 탐지한 후에는, 디코딩을 수행한다. 상기 기지국은 심볼 SIC 를 수행하기 때문에, 코드워드 SIC 를 수행하는 기법 대비 성능이 다소 떨어질 수 있으나(약 1dB 정도), MCS가 서로 다른 단말에도 MU-MIMO IF를 적용할 수 있으므로 이점이 있다. 이때, 단말에게 할당되는 변조 차수와 부호화율이 모두 달라도 본 기법은 적용될 수 있다.
DL MU-MIMO IF 기법에 대해 설명한다.
도 7은 무선 통신 시스템에서 DL MU-MIMO 채널을 예시하는 도면이다.
UL MU-MIMO 채널에서와 마찬가지로, 기지국(700)은 M 개의 안테나(702)를 사용하고, 단말(710)은 L 개의 안테나를 사용한다고 가정한다. 다만, 이라고 가정된다. 상기 기지국(700)에 의해 서비스되는 단말의 개수는 N이며, 따라서 기지국(700)과 각 단말 i 간의 채널 H[i]는 매트릭스로 주어진다. 또한, 단말(710) i 가 겪는 인터셀 간섭 채널 F[i]는 매트릭스로 주어진다.
본 개시의 DL MU-MIMO IF 기법은 다음의 동작 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 첫 번째 동작은 송신단(즉, 단말)의 프리코딩 설정/단말 당 스트림 설정 동작이고, 두 번째 동작은 수신단의 SU(single user) 멀티 스트림 디코딩 또는 인터셀/인트라셀 간섭 제어 동작이다.
먼저, DL MU-MIMO IF 기법에서 송신단 프리코딩을 설정하는 동작을 설명한다.
도 8은 DL MU-MIMO 프리코딩 기법을 예시하는 도면이다.
기존의 DL MU-MIMO 기법 중 하나인 ZF(zero forcing) 프리코딩의 경우, 각 스트림 전송 시 다음 수학식을 만족시키도록 설정될 수 있다.
Figure 112016097004911-pat00029
위 수학식3은 ZF 프리코딩을 적용하는 경우 서로 다른 단말(i≠j)에 대해 퍼펙트 널링(perfect nulling; 사용자간 간섭을 완전히 제거시키는 동작)이 이루어짐을 나타낸다.
하지만, 기지국/단말의 안테나 개수, 단말 개수에 따라서 상기 수학식 3을 만족시키는 ZF 솔루션(Solution)이 존재하지 않을 수 있다(예를 들어, 인 경우). 따라서, ZF 솔루션이 존재하지 않는 경우에 사용자 간 간섭의 퍼펙트 널링이 불가능하므로, 부분적 널링(partial nulling)하거나 잔여 인트라 셀(residual intra-cell) 간섭 처리를 할 수 있다.
또한, DL 단말(810, 812) 간의 거리가 가까운 경우 또는 분산 각(angle of spread)이 작을 때, 다중 경로(multi-path)가 보장되지 않을 때 등의 경우에는, 채널 간 상관도가 높아지는 현상이 발생할 수 있는데, 이때 전체 채널(overall channel)은 거의 싱귤러(near singular) 되므로, 빔포밍을 적용한 뒤 얻게 되는 유효 채널 이득(effective channel gain)인 이 작아지게 되어 성능열화가 크게 발생할 수 있다.
따라서, 위와 같은 DL MU-MIMO 기법의 성능열화를 극복하기 위한 방안으로 본 개시에서는 다음과 같은 IF-프리코딩을 제안한다.
구체적으로, 1) 간섭을 널링(nulling)하는 대신, 각 원하는 링크(desired link) 를 최대화(maximize) 하는 방향으로 프리코딩을 수행할 수 있다. 2) 부분적 널링 또는 프리코딩을 수행하지 않을 수 있다. 3) 널링을 위한 프리코딩이 아닌 채널 변화를 보상(compensate)하게 만드는 방향으로(채널 변화에 강건한) 프리코딩을 수행한다.
위와 같은 방법으로 프리코딩을 설정하는 경우, 각 단말은 다른 단말의 신호도 간섭 신호로써 함께 받게 되는데, 이때 단말에서는 간섭 신호(의 일부 또는 전부) 및 원하는 신호를 IF 로 디코딩을 시도할 수 있다. 이때 디코딩을 시도할 수 있는 간섭의 총 차원(dimension)은 원하는 신호의 L-차원(L-desired dimension)으로 주어지며, 간섭 량을 조절하기 위하여 상기 부분적 널링을 수행할 수도 있다.
또한 각 단말 간의 MCS 가 서로 다를 경우에는, 간섭 디코딩을 용이하게 하기 위해, UL MU-MIMO 에서 설명한 바와 같은 계층적 인코딩(내부 코드/외부 코드)을 DL MU-MIMO에도 사용하거나, IF 탐지 및 심볼 레벨 SIC 를 적용할 수 있다.
제안 방법은 단말의 수신 안테나 개수가 일정 수 이상일 때/컨디션 넘버가 특정 값 이상일 때 큰 이득을 얻을 수 있다. 따라서, 전체 채널 의 컨디션 넘버가 임계 값보다 크거나, ZF 프리코딩 적용 시 얻게 되는 유효 채널 이득의 크기가 임계 값 보다 작을 때(즉, 일 때), 본 개시의 제안 기법을 수행할 수 있다.
이어서, DL MU-MIMO IF 기법에서 수신단의 멀티 스트림 디코딩 또는 인터셀/인트라셀 간섭 제어 동작을 설명한다.
A. 단일 사용자 멀티-스트림/단일-스트림 디코딩:
ZF 프리코딩 등으로, 인트라셀 간섭이 완벽히 제거되었을 때에 해당하며, 해당 사용자에 단일 스트림(single stream) 전송인 경우에는 MMSE 기법을 적용할 수 있고, 멀티 스트림(multi stream) 전송인 경우에는, 간섭에 대한 고려 없이 IF 기법을 적용하여 디코딩 할 수 있다.
B. 인트라 셀 간섭 완화(mitigation):
송신단의 IF 프리코딩시 대응되는 수신단의 디코딩 기법으로, 간섭 및 원하는 신호를 디코딩 한다.
C. 인터셀 간섭 완화:
UL MU-MIMO 에서 기지국이 인터셀 간섭을 제어하는 것과 마찬가지로, DL MU-MIMO에서 단말도 인터셀 간섭을 제어할 수 있다. UL MU-MIMO 에서의 기지국의 동작과 마찬가지로 DL MU-MIMO 에서의 단말의 동작 역시, 간섭에 대한 정보 수준에 따라 간섭 제어 기법을 다르게 적용할 수 있으며, 단말의 수신 안테나의 개수가 충분할 경우에 적용될 수 있다.
한편, DL/UL 통신 모두에 있어서, 기지국이 인터셀 간섭(ICI)을 제어하기 위해서는, 간섭 채널 정보를 획득해야 하며, 기법에 따라 상기 기지국에게 간섭 채널 정보, 변조 차수, 부호화율, 코드북(codebook) 등이 제공되어야 한다. 따라서, 상기 간섭 채널 정보의 전달을 위한 기지국간 시그널링이 수행될 수 있다.
또한, 2 계층 코드(Two-layered Code)와 같은 계층적 인코딩을 사용하기 위해서는, 외부 코드, 내부 코드의 MCS 가 모두 정의되거나(pair of outer code & inner code), 시그널링을 통해 기지국으로부터 단말에게 계층적 인코딩 수행 여부/해당 내부 코드 및 MCS가 제공될 수 있다.
또한, DL MU-MIMO통신에서, IF 프리코딩 인트라 셀 간섭 제어 기법을 수행할 경우, ZF/IF MU-MIMO 프리코딩 수행 여부와, 인트라셀 간섭에 대한 정보가 제공될 수도 있을 것이다.
도 9는 본 개시의 실시예들에 따라서 동작하는 기지국의 통신 방법의 플로우 차트이다.
MU-MIMO 통신 시스템에서 IF 기법을 이용하는 기지국은 자신이 서비스하는 적어도 하나의 단말로부터 원하는 신호를 수신하면서 인접 셀 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 간섭 신호를 수신할 수 있다(900).
상기 기지국은 상기 인접 셀로부터 상기 간섭 신호에 관한 정보를 수신할 수 있으며 상기 간섭 신호에 관한 정보에 근거하여 상기 간섭 신호를 고려한 IF 필터를 결정할 수 있다(902). 선택적으로, 상기 IF 필터는 상기 기지국에 구비되는 모든 안테나가 각각 선형 합을 산출하도록 설정되거나(다이버시티 모드), 또는 상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 스트림의 개수만큼의 선형 합을 산출하도록 설정(MRC 모드)될 수 있다. 이때, 상기 간섭 신호에 관한 정보가 상기 간섭 신호의 심볼 레벨 정보(예, 변조 차수)를 포함하는 경우, 상기 기지국은 상기 탐지된 원하는 신호 및 간섭 신호에 대해 상기 변조 차수 기반 블라인드 탐지를 수행하여 간섭 심볼을 획득하고, 상기 필터링된 수신 신호에서 상기 간섭 심볼을 SIC할 수도 있다. 또한, 상기 간섭 신호에 관한 정보가 상기 간섭 신호의 코드워드 레벨 정보(예, 인코딩 정보)를 포함하는 경우, 상기 기지국은 상기 디코딩된 원하는 신호 및 간섭 신호에 대해 상기 인코딩 정보 기반 디코딩을 수행하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 디코딩할 수도 있다.
상기 기지국은 상기 결정된 IF 필터를 이용하여 상기 수신 신호를 필터링 할 수 있다(904).
상기 기지국은 상기 필터링된 수신 신호를 이용하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 탐지하거나 디코딩할 수 있다(906). 이때, 상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말들은 서로 다른 MCS를 사용할 수 있다. 따라서, 서로 다른 MCS를 사용하는 단말들의 UL 전송을 수신하기 위해 다양한 방안으로 IF 기법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기지국은 같은 MCS를 사용하는 단말들의 코드워드 합만을 하도록 구현될 수 있다. 다른 예로써, 제1 MCS를 갖는 단말의 제1 그룹과 제2 MCS를 갖는 단말의 제2 그룹 모두에 대해 외부 코드로써 상기 제1 MCS를 이용한 디코딩을 하고, 상기 제2 그룹에 대해서는 내부 코드로써 상기 제2 MCS를 이용한 추가적 디코딩을 할 수 있다. 다른 예로써, 상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹은 상기 IF 필터 내에 구분되는 별도의 블록 매트릭스를 이용하는 블록 대각 매트릭스로써 설정될 수 있다. 다른 예로써, 상기 제1 그룹은 상기 제1 MCS를 이용하여 블라인드 탐지되고, 상기 제2 그룹은 상기 제2 MCS를 이용하여 블라인드 탐지될 수 있다.
선택적으로, 상기 기지국은 상기 적어도 하나의 단말에게 계층적 인코딩을 위한 설정 정보(계층적 인코딩 수행 여부, 제1 MCS, 제2 MCS에 관한 정보 등)를 전달하기 위한 시그널링을 송신할 수 있다.
도 10은 본 개시의 실시예들에 따라서 동작하는 단말의 통신 방법의 플로우 차트이다.
MU-MIMO 통신 시스템에서 IF 기법을 이용하는 단말은, 기지국으로부터 계층적 인코딩을 수행할지 여부 및 계층적 인코딩(제1 MCS, 제2 MCS)에 관한 시그널링을 수신할 수 있다(1000).
상기 단말은 자신이 적용할 MCS를 상기 시그널링으로부터 결정할 수 있다(1002).
상기 결정된 MCS가 제1 MCS인 경우, 상기 단말은 전송할 데이터 스트림에 상기 제1 MCS(예를 들어, 16QAM 0.75-부호화율)를 적용하여 인코딩할 수 있다(1004).
상기 결정된 MCS가 제2 MCS인 경우, 상기 단말은 전송할 데이터 스트림에 제2 MCS(예를 들어, 16QAM 0.5-부호화율)적용하여 인코딩하고, 상기 제1 MCS(예를 들어, 16QAM 0.75-부호화율)적용하여 추가적 인코딩할 수 있다(1006).
상기 단말은 상기 인코딩된 데이터 스트림을 상기 기지국으로 전송할 수 있다(1008).
도 11은 본 개시에 따른 기지국 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
기지국 장치(1100)는 인접 셀 기지국 또는 단말과 신호 송수신을 수행하는 송수신부(1105)와, 상기 기지국 장치(1100)의 모든 동작을 제어하는 제어부(1110)을 포함할 수 있다. 본 개시에서 상술된 기지국에서 수행되는 모든 기법 또는 방법들은 상기 제어부(1110)의 제어에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있다. 그러나, 상기 제어부(1110) 및 상기 송수신부(1105)는 반드시 별도의 장치로 구현되어야 하는 것은 아니고, 단일 칩과 같은 형태로써 하나의 구성부로 구현될 수 있음은 물론이다.
도 12는 본 개시에 따른 단말 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
단말 장치(1200)는 기지국과 신호 송수신을 수행하는 송수신부(1205)와, 상기 단말 장치(1200)의 모든 동작을 제어하는 제어부(1210)을 포함할 수 있다. 본 개시에서 상술된 단말에서 수행되는 모든 기법 또는 방법들은 상기 제어부(1210)의 제어에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있다. 그러나, 상기 제어부(1210) 및 상기 송수신부(1205)는 반드시 별도의 장치로 구현되어야 하는 것은 아니고, 단일 칩과 같은 형태로써 하나의 구성부로 구현될 수 있음은 물론이다.
상기 도 1 내지 도 12가 예시하는 방법 예시도, 시스템의 구성도, 장치 구성도 등은 본 개시의 권리범위를 한정하기 위한 의도가 없음을 유의하여야 한다. 즉, 상기 도 1 내지 도 12에 기재된 모든 구성 또는 동작이 본 개시의 실시를 위한 필수 구성요소인 것으로 해석되어서는 안되며, 일부 구성요소 만을 포함하여도 본 개시의 본질을 해치지 않는 범위 내에서 구현될 수 있다.
앞서 설명한 동작들은 해당 프로그램 코드를 저장한 메모리 장치를 통신 시스템의 기지국 또는 단말 장치 내의 임의의 구성부에 구비함으로써 실현될 수 있다. 즉, 기지국 또는 단말 장치의 제어부는 메모리 장치 내에 저장된 프로그램 코드를 프로세서 혹은 CPU(Central Processing Unit)에 의해 읽어내어 실행함으로써 앞서 설명한 동작들을 실행할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 기지국 또는 단말 장치의 다양한 구성부들과, 모듈(module)등은 하드웨어(hardware) 회로, 일 예로 상보성 금속 산화막 반도체(complementary metal oxide semiconductor) 기반 논리 회로와, 펌웨어(firmware)와, 소프트웨어(software) 및/혹은 하드웨어와 펌웨어 및/혹은 머신 판독 가능 매체에 삽입된 소프트웨어의 조합과 같은 하드웨어 회로를 사용하여 동작될 수도 있다. 일 예로, 다양한 전기 구조 및 방법들은 트랜지스터(transistor)들과, 논리 게이트(logic gate)들과, 주문형 반도체와 같은 전기 회로들을 사용하여 실시될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 다중 사용자(multi user; MU) MIMO(multiple input multiple output) 통신 시스템의 기지국에서 인티저 포싱(integer forcing; IF) 기법을 이용하는 통신 방법에 있어서,
    상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 원하는 신호(desired signal) 및 인접 셀 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 간섭 신호를 포함하는 수신 신호를 수신하는 동작;
    상기 인접 셀 기지국으로부터 수신되는 상기 간섭 신호에 관한 정보에 근거하여 상기 간섭 신호를 고려한 IF 필터를 결정하는 동작;
    상기 결정된 IF 필터를 이용하여 상기 수신 신호를 필터링하는 동작;
    상기 필터링된 수신 신호를 이용하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 탐지하거나 디코딩하는 동작; 및
    상기 간섭 신호에 관한 정보가 상기 간섭 신호의 변조 차수를 포함하는 경우, 상기 탐지된 원하는 신호 및 간섭 신호에 대해 상기 변조 차수 기반 블라인드 탐지하여 간섭 심볼을 획득하고, 상기 필터링된 수신 신호에서 상기 간섭 심볼을 SIC(successive interference cancellation)하는 동작을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 IF 필터는,
    상기 기지국에 구비되는 모든 안테나가 각각 선형 합을 산출하도록 설정되거나, 또는 상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 스트림의 개수만큼의 선형 합을 산출하도록 설정됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터링된 수신 신호를 이용하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 탐지하거나 디코딩하는 동작은:
    상기 필터링된 수신 신호 중 같은 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 적어도 하나의 단말로부터 전송된 코드워드들의 합을 디코딩함으로써 상기 원하는 신호를 디코딩하는 동작임을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말은 제1 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 단말의 제1 그룹과 제2 MCS를 갖는 단말의 제2 그룹을 포함하고,
    상기 필터링된 수신 신호를 이용하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 탐지하거나 디코딩하는 동작은:
    상기 필터링된 수신 신호에 대해 상기 제1 MCS를 이용하는 디코딩하여 상기 제1 그룹의 원하는 신호와 상기 제2 그룹의 원하는 신호를 분리하는 동작; 및
    상기 제2 그룹의 원하는 신호에 대해 상기 제2 MCS를 이용하는 디코딩하는 동작을 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말은 제1 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 단말의 제1 그룹과 제2 MCS를 갖는 단말의 제2 그룹을 포함하고,
    상기 IF 필터는, 상기 제1 그룹의 단말을 위한 제1 블록 매트릭스와 상기 제2 그룹의 단말을 위한 제2 블록 매트릭스를 포함하는 블록 대각 매트릭스임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말은 제1 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 단말의 제1 그룹과 제2 MCS를 갖는 단말의 제2 그룹을 포함하고,
    상기 필터링된 수신 신호를 이용하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 탐지하거나 디코딩하는 동작은:
    상기 필터링된 수신 신호에 상기 제1 MCS를 이용하여 상기 제1 그룹의 원하는 신호를 블라인드 탐지하는 동작; 및
    상기 필터링된 수신 신호에 상기 제2 MCS를 이용하여 상기 제2 그룹의 원하는 신호를 블라인드 탐지하는 동작을 포함하는 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 간섭 신호에 관한 정보가 상기 간섭 신호의 인코딩 정보를 포함하는 경우, 상기 디코딩된 원하는 신호 및 간섭 신호에 대해 상기 인코딩 정보 기반 디코딩하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 디코딩하는 동작을 더 포함하는 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말에게, 상기 제1 MCS 또는 상기 제2 MCS를 설정하는 시그널링을 전송하는 동작을 더 포함하는 방법.
  10. 제1 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 단말의 제1 그룹과 제2 MCS를 갖는 단말의 제2 그룹을 포함하는 다중 사용자(multi user; MU) MIMO(multiple input multiple output) 통신 시스템에서 인티저 포싱(integer forcing; IF) 기법을 이용하는 단말의 통신 방법에 있어서,
    기지국으로부터 상기 제1 MCS 또는 상기 제2 MCS를 설정하는 시그널링을 수신하는 동작;
    상기 제1 MCS 또는 제2 MCS 중 전송 데이터 스트림에 적용할 MCS를 결정하는 동작;
    상기 결정된 MCS가 제1 MCS인 경우, 상기 전송 데이터 스트림에 상기 제1 MCS를 이용한 인코딩을 수행하는 동작;
    상기 결정된 MCS가 제1 MCS인 경우, 상기 전송 데이터 스트림에 상기 제2 MCS를 이용한 인코딩을 수행하고 상기 제1 MCS를 이용한 인코딩을 수행하는 동작; 및
    상기 인코딩된 데이터 스트림을 전송하는 동작을 포함하는 방법.
  11. 다중 사용자(multi user; MU) MIMO(multiple input multiple output) 통신 시스템에서 인티저 포싱(integer forcing; IF) 기법을 이용하는 기지국에 있어서,
    상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 원하는 신호(desired signal) 및 인접 셀 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 간섭 신호를 포함하는 수신 신호를 수신하는 송수신부; 및
    상기 인접 셀 기지국으로부터 수신되는 상기 간섭 신호에 관한 정보에 근거하여 상기 간섭 신호를 고려한 IF 필터를 결정하고, 상기 결정된 IF 필터를 이용하여 상기 수신 신호를 필터링하고, 상기 필터링된 수신 신호를 이용하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 탐지하거나 디코딩하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 간섭 신호에 관한 정보가 상기 간섭 신호의 변조 차수를 포함하는 경우, 상기 제어부는 상기 탐지된 원하는 신호 및 간섭 신호에 대해 상기 변조 차수 기반 블라인드 탐지하여 간섭 심볼을 획득하고, 상기 필터링된 수신 신호에서 상기 간섭 심볼을 SIC(successive interference cancellation)하도록 구성되는 기지국.
  12. 제11항에 있어서, 상기 IF 필터는,
    상기 기지국에 구비되는 모든 안테나가 각각 선형 합을 산출하도록 설정되거나, 또는 상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 스트림의 개수만큼의 선형 합을 산출하도록 설정됨을 특징으로 하는 기지국.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 필터링된 수신 신호 중 같은 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 적어도 하나의 단말로부터 전송된 코드워드들의 합을 디코딩함으로써 상기 원하는 신호를 디코딩하는 기지국.
  14. 제11항에 있어서, 상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말은 제1 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 단말의 제1 그룹과 제2 MCS를 갖는 단말의 제2 그룹을 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 필터링된 수신 신호에 대해 상기 제1 MCS를 이용하는 디코딩하여 상기 제1 그룹의 원하는 신호와 상기 제2 그룹의 원하는 신호를 분리하고, 상기 제2 그룹의 원하는 신호에 대해 상기 제2 MCS를 이용하는 디코딩하는 기지국.
  15. 제11항에 있어서, 상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말은 제1 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 단말의 제1 그룹과 제2 MCS를 갖는 단말의 제2 그룹을 포함하고,
    상기 IF 필터는, 상기 제1 그룹의 단말을 위한 제1 블록 매트릭스와 상기 제2 그룹의 단말을 위한 제2 블록 매트릭스를 포함하는 블록 대각 매트릭스임을 특징으로 하는 기지국.
  16. 제11항에 있어서, 상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말은 제1 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 단말의 제1 그룹과 제2 MCS를 갖는 단말의 제2 그룹을 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 필터링된 수신 신호에 상기 제1 MCS를 이용하여 상기 제1 그룹의 원하는 신호를 블라인드 탐지하고, 상기 필터링된 수신 신호에 상기 제2 MCS를 이용하여 상기 제2 그룹의 원하는 신호를 블라인드 탐지하는 기지국.
  17. 삭제
  18. 제11항에 있어서,
    상기 간섭 신호에 관한 정보가 상기 간섭 신호의 인코딩 정보를 포함하는 경우, 상기 제어부는 상기 디코딩된 원하는 신호 및 간섭 신호에 대해 상기 인코딩 정보 기반 디코딩하여 상기 원하는 신호 및 상기 간섭 신호 중 적어도 하나를 디코딩하는 기지국.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기지국에 의해 서비스되는 적어도 하나의 단말에게, 상기 제1 MCS 또는 상기 제2 MCS를 설정하는 시그널링을 전송하도록 제어하는 기지국.
  20. 제1 MCS(modulation and coding scheme)를 갖는 단말의 제1 그룹과 제2 MCS를 갖는 단말의 제2 그룹을 포함하는 다중 사용자(multi user; MU) MIMO(multiple input multiple output) 통신 시스템에서 인티저 포싱(integer forcing; IF) 기법을 이용하는 단말에 있어서,
    기지국으로부터 상기 제1 MCS 또는 상기 제2 MCS를 설정하는 시그널링을 수신하는 송수신부; 및
    상기 제1 MCS 또는 제2 MCS 중 전송 데이터 스트림에 적용할 MCS를 결정하고, 상기 결정된 MCS가 제1 MCS인 경우, 상기 전송 데이터 스트림에 상기 제1 MCS를 이용한 인코딩을 수행하고, 상기 결정된 MCS가 제1 MCS인 경우, 상기 전송 데이터 스트림에 상기 제2 MCS를 이용한 인코딩을 수행하고 상기 제1 MCS를 이용한 인코딩을 수행하고, 상기 인코딩된 데이터 스트림을 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 단말.

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