KR102630677B1 - 제한된 피드백 환경에서 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법은, 전차원의 대용량 안테나 시스템에서 3차원 구조를 가지는 채널 벡터의 공분산 행렬을 계산하는 단계와, 생성한 상기 공분산 행렬만을 가지고 셀 간 간섭을 제거하는 방향으로 첫 번째 프리코더를 설계하고, 설계된 상기 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에 기반하여 그룹 간 간섭을 제거하도록 두 번째 프리코더를 설계하는 단계와, 상기 첫 번째 프리코더와 상기 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용하여 양자화 및 피드백을 진행하여 세 번째 프리코더를 설계하는 단계와, 상기 첫 번째 프리코더, 상기 두 번째 프리코더, 상기 세 번째 프리코더를 이용하여 다단계 프리코딩 벡터를 도출하는 단계와, 도출된 상기 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 셀 상황에서 각 셀에 위치한 기지국이 서로 협력적으로 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

제한된 피드백 환경에서 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법 및 그 장치{MULTI-STAGE PRECODER DESIGN METHOD AND APPARATUS FOR COOPERATIVE MASSIVE MIMO NETWORKS WITH LIMITED FEEDBACK}

본 발명은 프리코더를 설계하는 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제한된 피드백 환경에서 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

대용량 안테나(massive MIMO) 시스템은 6G 모바일 통신 네트워크뿐만 아니라 미래 군사 네트워크에도 한 번에 많은 데이터를 전송하는 두드러진 장점을 통해 주요 기술로써 자리 잡아가고 있다.

한편, 다중 셀 대용량 안테나 네트워크에서는 달성 가능한 성능이 사용자 간 간섭뿐만 아니라 셀 간 간섭(other-cell interference, OCI)에도 제한된다.

따라서, 기지국 간의 협력을 통해 채널 정보(channel state information, CSI)를 공유함으로써 사용자 간 간섭과 셀 간 간섭을 같이 제거하는 간섭 조정 방법들이 연구되어 왔다.

특히, 주파수 분할 이중화(frequency-division duplex, FDD) 구조에서는 기지국이 사용자의 채널 피드백을 통해 채널 정보를 얻을 수 있기 때문에, 대용량 안테나로 인해 사용자가 부담하는 피드백 오버헤드를 무시할 수 없다.

주파수 분할 이중화 대용량 안테나 시스템은 기지국에서 채널 정보를 정확하게 아는 것이 매우 중요하다.

구체적으로, 기지국은 사용자가 피드백해 준 채널을 통해 채널 정보를 획득하는데, 여기서 사용자에 대한 채널 피드백 오버헤드가 주요한 문제점으로 작용한다.

그리고, 단일 셀이 아닌 다중 셀 시스템의 경우, 여러 셀에 위치한 기지국들이 서로 협력적으로 간섭을 조정하는 작업이 필요한데, 이는 채널 공유에 대한 추가적인 백홀 오버헤드 문제를 일으킨다.

본 발명은 이러한 시스템에서 위에 언급한 두 가지 문제점을 동시에 해결해주기 위한 다단계(multi-stage) 프리코더 기법의 차원 최적화를 수행한다.

이는 주파수 분할 이중화 다중 셀 대용량 안테나 시스템에서 피드백 오버헤드와 백홀 오버헤드를 모두 줄이면서 평균 합 전송률을 향상시키는 하향링크 프리코더 설계 분야에 적용된다.

주파수 분할 이중화 시스템에서는 상향링크와 하향링크의 독립성으로 인해 기지국이 채널 피드백을 통해 채널 정보를 얻는다.

그러나, 기지국에서 많은 수의 안테나를 운용하는 대용량 안테나 시스템에서는 요구되는 채널 피드백 비트 수가 안테나의 수에 비례하기 때문에 채널 정보 피드백에 대한 오버헤드가 매우 커지게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 단일 셀 주파수 분할 이중화 대용량 안테나 시스템에서는 그룹별 사용자 분리 채널 모델과 함께 두 단계 프리코더가 고려되었다.

이는 공간 분할과 다중화를 함께 수행하는 기법(joint spatial division and multiplexing, JSDM)으로, 먼저 오직 사용자 그룹의 공분산 행렬에만 기반하여 그룹 간 간섭(inter-group interference, IGI)을 제거함과 함께, 유효 채널의 차원을 줄여주도록 외부 프리코더를 설계한다.

그리고 양자화된 유효 채널에 기반하여 그룹 내 간섭(same-group interference, SGI)을 제거하도록 내부 프리코더를 설계한다.

반면, 다중 셀 대용량 안테나 네트워크에서는 그룹 간 간섭, 그룹 내 간섭뿐만 아니라 셀 간 간섭도 완화가 필요하다.

여기서, 기지국과의 협력을 통해 셀 간 간섭을 제거하기 위해서는 채널 공유를 위한 큰 백홀 오버헤드 문제를 피할 수 없다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 채널 공분산 행렬에 기반하여 셀 간 간섭을 제거해 주는 다단계 프리코더가 연구되었다.

그러나, 기존의 다단계 프리코더 연구는 그룹별 사용자 분리 채널에서 적용되지 않았고, 기지국에서의 완벽한 채널 정보를 가정하여 제한된 피드백 환경을 고려하지 않았다.

한국공개특허 제10-2014-0089312호(공개일: 2014. 07. 14.) 한국공개특허 제10-2016-0132595호(공개일: 2016. 11. 21.)

본 발명은, 제한된 피드백 환경에서 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은, 일 관점에 따라, 전차원의 대용량 안테나 시스템에서 3차원 구조를 가지는 채널 벡터의 공분산 행렬을 계산하는 단계와, 생성한 상기 공분산 행렬만을 가지고 셀 간 간섭을 제거하는 방향으로 첫 번째 프리코더를 설계하고, 설계된 상기 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에 기반하여 그룹 간 간섭을 제거하도록 두 번째 프리코더를 설계하는 단계와, 상기 첫 번째 프리코더와 상기 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용하여 양자화 및 피드백을 진행하여 세 번째 프리코더를 설계하는 단계와, 상기 첫 번째 프리코더, 상기 두 번째 프리코더, 상기 세 번째 프리코더를 이용하여 다단계 프리코딩 벡터를 도출하는 단계와, 도출된 상기 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 셀 상황에서 각 셀에 위치한 기지국이 서로 협력적으로 신호를 전송하는 단계를 포함하는 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 상기 계산하는 단계는, 각 셀에서 K명의 사용자가 채널 공분산 행렬의 유사성에 따라 G개의 그룹으로 나누어지도록 계산할 수 있다.

본 발명의 상기 첫 번째 프리코더()는, 아래의 수식을 통해 설계될 수 있다.

상기 수식에 있어서, 상기는 n번째 기지국의 첫 번째 프리코더에 대한 설계 파라미터로서, 부등식 을 만족하며, 여기서 는 n번째 기지국이 n번째 기지국을 제외한 모든 n'번째 셀의 모든 g"번째 사용자에 대한 공분산 행렬의 랭크를 의미하고, 상기 는 n번째 기지국으로부터 n번째 기지국을 제외한 다른 모든 셀로의 다른 셀 간섭 공분산 행렬의 지배적인 고유 벡터로 구성된 행렬의 left-singular 벡터에 대한 null-space(다른 셀로 향하는 간섭 신호의 dominant 한 성분에 대한 null-space)를 나타낸다.

본 발명의 상기 두 번째 프리코더()는, 아래의 수식을 통해 설계될 수 있다.

상기 수식에 있어서, 상기 는 n번째 기지국의 첫 번째 프리코더에 대한 설계 파라미터로서, 는 번째 그룹의 두 번째 프리코더의 설계 파라미터를, 부등식 를 만족하며, 여기서 는 그룹 에서 n번째 기지국이 n번째 셀의 다른 사용자로 향하는 간섭 공분산 행렬에 대한 랭크를 의미하며, 상기 는 그룹 에서 n번째 기지국이 n번째 셀의 다른 사용자로 향하는 간섭 공분산 행렬의 지배적인 고유 벡터로 구성된 행렬의 left-singular 벡터에 대한 null-space를 나타내며, 상기 는 그룹 의 두 번째 프리코더의 차원을 줄이기 위해 상기 를 사영한 후 다시 얻은 left-singular 벡터 에서 개의 지배적인 고유 벡터를 선택한 벡터를 나타낸다.

본 발명의 상기 세 번째 프리코더()는, 아래의 수식을 통해 설계될 수 있다.

상기 수식에 있어서, 상기

는 상기 첫 번째 프리코더와 상기 두 번째 프리코더에 의해 사영된 즉각적인 유효 채널 벡터를 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용해 양자화한 채널을 concatenate(연결)한 유효 채널 행렬을, 상기

는 n번째 기지국의

번째 사용자에 대한 세 번째 프리코딩 벡터를 나타낸다.

본 발명의 상기 첫 번째 프리코더, 상기 두 번째 프리코더, 상기 세 번째 프리코더로 설계되는 다단계의 프리코더의 사용자

에 대한 프리코딩 벡터는, 아래의 수식과 같이 구성될 수 있다.

상기 수식에 있어서, 상기

는 n번째 기지국의

번째 사용자에 대한 다단계 프리코딩 벡터를, 상기

는 상기 첫 번째 프리코더를, 상기

는 상기 두 번째 프리코더를, 상기

는 상기 세 번째 프리코더를 각각 나타낸다.

본 발명은, 다른 관점에 따라, 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 전차원의 대용량 안테나 시스템에서 3차원 구조를 가지는 채널 벡터의 공분산 행렬을 계산하는 단계와, 생성한 상기 공분산 행렬만을 가지고 셀 간 간섭을 제거하는 방향으로 첫 번째 프리코더를 설계하고, 설계된 상기 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에 기반하여 그룹 간 간섭을 제거하도록 두 번째 프리코더를 설계하는 단계와, 상기 첫 번째 프리코더와 상기 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용하여 양자화 및 피드백을 진행하여 세 번째 프리코더를 설계하는 단계와, 상기 첫 번째 프리코더, 상기 두 번째 프리코더, 상기 세 번째 프리코더를 이용하여 다단계 프리코딩 벡터를 도출하는 단계와, 도출된 상기 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 셀 상황에서 각 셀에 위치한 기지국이 서로 협력적으로 신호를 전송하는 단계를 포함하는 동작을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공할 수 있다.

본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 전차원의 대용량 안테나 시스템에서 3차원 구조를 가지는 채널 벡터의 공분산 행렬을 계산하는 단계와, 생성한 상기 공분산 행렬만을 가지고 셀 간 간섭을 제거하는 방향으로 첫 번째 프리코더를 설계하고, 설계된 상기 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에 기반하여 그룹 간 간섭을 제거하도록 두 번째 프리코더를 설계하는 단계와, 상기 첫 번째 프리코더와 상기 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용하여 양자화 및 피드백을 진행하여 세 번째 프리코더를 설계하는 단계와, 상기 첫 번째 프리코더, 상기 두 번째 프리코더, 상기 세 번째 프리코더를 이용하여 다단계 프리코딩 벡터를 도출하는 단계와, 도출된 상기 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 셀 상황에서 각 셀에 위치한 기지국이 서로 협력적으로 신호를 전송하는 단계를 포함하는 동작을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다.

본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 전차원의 대용량 안테나 시스템에서 3차원 구조를 가지는 채널 벡터의 공분산 행렬을 계산하는 공분산 행렬 생성부와, 생성한 상기 공분산 행렬만을 가지고 셀 간 간섭을 제거하는 방향으로 첫 번째 프리코더를 설계하고, 설계된 상기 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에 기반하여 그룹 간 간섭을 제거하도록 두 번째 프리코더를 설계하는 설계 파라미터 최적화부와, 상기 첫 번째 프리코더와 상기 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용하여 양자화 및 피드백을 진행하여 세 번째 프리코더를 설계하는 유효 채널 양자화 및 피드백부와, 상기 첫 번째 프리코더, 상기 두 번째 프리코더, 상기 세 번째 프리코더를 이용하여 다단계 프리코딩 벡터를 도출하는 다단계 프리코딩 벡터 도출부와, 도출된 상기 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 셀 상황에서 각 셀에 위치한 기지국이 서로 협력적으로 신호를 전송하는 다중 셀 협력적 신호 전송부를 포함하는 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제한된 피드백 환경에서 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법을 제공함으로써, 협력적 대용량 안테나 네트워크에서 피드백 오버헤드와 백홀 오버헤드를 모두 줄여주는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무선통신과 군 통신 시스템 표준 규격의 다중안테나 관련 원천기술로 활용될 수 있으며, 다중 셀 대용량 안테나 네트워크 기반 통신 시스템에 유효하게 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법을 적용할 수 있는 시스템 모델의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명에서 제안한 기법과 다양한 다른 기준 기법들의 평균 합 전송률을 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더를 설계하는 주요 과정을 도시한 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

현재 운용되고 있는 군 통신을 비롯한 많은 통신 시스템은 위와 같은 주파수 분할 이중화 구조를 사용하고 있다.

본 발명은 이러한 시스템과의 하위 호환성을 가지면서 더 높은 데이터 전송률을 달성할 수 있는 협력적 대용량 안테나 네트워크에 대해 주요 문제점들을 해결하면서 좋은 성능을 보일 수 있는 기법으로, 앞으로의 대용량 안테나 시스템 시장에 큰 도움을 주는 주요 원천기술로써 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법을 적용할 수 있는 시스템 모델의 예시도이다.

도 1을 참조하면, 제한된 피드백 환경에서 n 개의 셀이 협력하는 대용량 안테나 하향링크 시스템을 고려할 수 있다.

각 셀에서는, m 개의 안테나를 가진 하나의 기지국이 k 명의 단일 안테나를 지닌 사용자들을 서비스한다. 을 n 번째 기지국에서의 송신 신호 벡터라고 가정한다.

여기서, 는 데이터 심볼 벡터이고, 는 선형 프리코더이다. 전력 할당을 위한 피드백 오버헤드를 아끼기 위해 n 번째 기지국은 K 명의 사용자에게 동일한 전력을 할당한다고 가정한다.

여기서, K 번째 빔포밍 벡터는 을 만족한다. 그러면, n 번째 셀 내의 k 번째 사용자에서의 수신 신호는 아래의 수식 1과 같이 주어질 수 있다.

[수식 1]

상기한 수식 1에 있어서, 는 j 번째 기지국에서 n 번째 셀의 k 번째 사용자로의 채널 벡터를 나타내고, 는 으로 주어지는 가산성 복소 가우시안 잡음이다.

도 1의 시스템 모델에서는 각 기지국이 의 원소로 구성된 2차원 안테나 어레이를 장착한 전차원의 대용량 안테나 시스템을 고려할 수 있다.

여기서, 와 는 각각 방위각과 앙각 방향의 안테나 개수를 나타낸다. 따라서, 채널 벡터 는 3차원 구조를 가지고, 여기에는 3차원 채널 모델링과 표준에 널리 사용되는 공간 상관 모델에 기반한 크로네커 곱(Kronecker product)이 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 장치의 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 다단계 프리코더 설계 장치는 공분산 행렬 생성부(202), 설계 파라미터 최적화부(204), 유효채널 양자화 및 피드백부(206), 다단계 프리코딩 벡터 도출부(208) 및 다중 셀 협력적 신호 전송부(210) 등을 포함할 수 있다.

공분산 행렬 생성부(202)는 전차원의 대용량 안테나 시스템에서 3차원 구조를 가지는 채널 벡터의 공분산 행렬을 계산하는 등의 기능을 수행할 수 있다.

본 실시예의 모델에 따르면, 로 정의되는 3차원 채널 의 공분산 행렬은 로 표현된다. 여기서 와 는 각각 방위각과 앙각 방향의 공분산 행렬을 나타낸다.

각 셀에서 K 명의 사용자가 채널 공분산 행렬의 유사성에 따라 G 개의 그룹으로 나눠진다고 가정한다.

여기서 n 번째 셀의 g 번째 그룹을 로 나타내고, 그룹 의 k 번째 사용자를 로, 그리고 그룹 의 사용자 수를 로 나타내면, 로 표현할 수 있다.

더 진보된 사용자를 그룹 짓는 방법들을 통해, 동일한 그룹에 속해 있는 사용자들은 동일한 채널 공분산 행렬을 가진다고 가정한다.

그리고, j 번째 기지국으로부터 그룹 에서의 한 사용자에 대한 채널 공분산 행렬을

로 표현한다.

특잇값 분해(singular value decomposition, SVD)를 통해, 이에 상응하는 방위각과 앙각 공분산 행렬들은 각각 와 로 분해된다. 여기서 와 는 키 큰 유니터리 행렬이고, 와 는 각각 와 의 랭크를 의미하는 양의 고윳값 와 로 구성되는 대각 행렬들이다.

Karhunen-Loeve 확장을 사용하면, j 번째 기지국에서 사용자로의 채널 벡터 를 아래의 수식 2와 같이 표현할 수 있다.

[수식 2]

상기한 수식 2에 있어서, 는 j 번째 기지국으로부터 사용자까지의 경로 손실 계수이고, 동일한 그룹에 있는 사용자들은 동일한 경로 손실 계수를 갖는다고 가정한다.

는 으로 주어지며 이는 레일리 페이딩 요소이다.

크로네커 곱의 특성으로부터, 상기의 수식 2에서 와 가 됨을 알 수 있다.

다단계 프리코더

기존에 먼저 연구된 다단계 프리코더는, 각 셀의 모든 사용자들이 서로 다른 공분산 행렬을 가지지만 모든 공분산 행렬의 랭크는 같은 상황에서, 완벽한 채널 정보를 바탕으로 한 전차원 대용량 안테나 시스템에 대해 제안되었다.

본 발명의 시스템 구성에서 기존과의 차이점은 각 셀에서 사용자들이 동일한 채널 공분산 행렬에 기반하여 G개의 그룹으로 나뉘고, 각 그룹의 공분산 행렬은 일반적으로 다른 랭크를 가진다는 점이다.

따라서, 기존의 다단계 프리코더에 고려된 채널 모델은 본 발명에서 고려한 채널 모델의 특별한 경우이다.

자세히 말하면,

인 경우이고, 방위각 공분산 행렬에서 와 앙각 공분산 행렬에서 로써 각각 정의되는 경우이다.

기존의 다단계 프리코더 구성을 간단히 보면, n 번째 기지국에서의 다단계 프리코더는 아래의 수식 3과 같이 구성된다.

[수식 3]

상기의 수식 3에서

,

, 그리고

은 각각 첫 번째, 두 번째, 세 번째 프리코더이다. 첫 번째 프리코더

은 오직 채널의 공분산 행렬에만 기반하여 다른 셀로부터 오는 셀 간 간섭을 줄인다.

두 번째 프리코더

은 유효한 신호 전력에 집중한 첫 번째 프리코더에 의해 사영되어 유효 채널의 차원을 줄이도록 구성된다.

그리고, 세 번째 프리코더

은 즉각적인 유효 채널에 기반하여 그룹 내 사용자 간 간섭을 제거하도록 설계된다.

앞서 설명한 다단계 프리코더는 본 발명의 시스템 구성에서 언급한 그룹별 사용차 분리 채널 모델에 바로 적용될 수 없다. 왜냐하면, 그룹 간 간섭뿐만 아니라 셀 간 간섭도 제거가 요구되며, 일반적으로 그룹의 공분산 행렬은 사용자들의 위치에 따라 다른 랭크를 갖기 때문이다.

게다가, 세 번째 프리코더는 줄어든 차원의 즉각적인 유효 채널에 의해 사용자 간 간섭을 제거하도록 구성된다.

여기서, 양자화 오차의 영향은 주파수 분할 이중화 시스템에 대한 프리코더 설계에 고려될 수 있다.

본 실시예에서는 채널 공분산 행렬에 기반하여 셀 간 간섭과 그룹 간 간섭을 제거하고, 양자화된 유효 채널에 기반하여 그룹 내 간섭을 제거하는 제한된 피드백 환경에서의 다단계 프리코더 설계를 제안한다.

본 실시예에서는 평균 합 전송률을 최대로 만들기 위해, 프리코더 적응적 부분 공간 코드북을 고안함으로써 차원이 최적화된 다단계 프리코더 설계를 제안한다.

그리고 첫 번째와 두 번째 프리코더에서의 지배적인 고유 모드를 선택하면서 다단계 프리코더의 차원을 최적화할 수 있다.

첫 번째 프리코더 설계

n번째 기지국의 첫 번째 프리코더

은 오직 채널 공분산 행렬에만 기반하여 다른 셀에 있는 그룹들 내의 사용자를 향한 간섭을 제거하도록 설계될 수 있다. 즉,

에 기반한다. 셀 간 간섭을 제거하기 위해서, 두 단계 프리코더에서 널리 사용되었던 근사 블록 대각화(block diagonalization, BD) 기법을 적용할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 설계 파라미터 최적화부(204)는 공분산 행렬 생성부(202)를 통해 생성한 공분산 행렬만을 가지고 셀 간 간섭을 제거하는 방향으로 첫 번째 프리코더를 설계하고, 설계된 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에 기반하여 그룹 간 간섭을 제거하도록 두 번째 프리코더를 설계하는 등의 기능을 수행할 수 있다.

n 번째 기지국의 첫 번째 프리코더는 다음과 같은 기준에 의해 설계된다.

[수식 4]

먼저, n번째 기지국으로부터 n째 셀의 모든 그룹으로의 다른 셀 간섭 공분산 행렬의 지배적인 고유 벡터들로 구성된 행렬 을 다음과 같이 정의한다.

[수식 5]

위 식에서 는 중에서

개의 가장 큰 고윳값들을 모아놓은 행렬로, 여기서 이고, 이다.

행렬 을 구성함으로써, 모든 n 에 대해 n번째 기지국으로부터 오는 모든 다

셀 간섭 공분산 행렬들의 고유 벡터들은 다음과 같이 정의된다.

[수식 6]

위 식에서 이다.

특잇값 분해를 사용하면, 는 다음의 수식 7과 같이 표현할 수 있다.

[수식 7]

상기의 수식 7에 있어서, 는 의 왼쪽 특이 벡터를 나타낸다. 그리고, 은 의 영공간을 형성하는 직교 기저이다. 은 의 음이 아닌 특잇값으로 구성된 직사각 형태의 대각 행렬이다.

은 오른쪽 특이 벡터들로 구성된 유니터리 행렬이다. 이때, n번째 기지국의 첫 번째 프리코더 설계를 위해, 설계 파라미터는 을 만족해야 한다.

또한, 대규모 안테나의 덕택으로 을 만족한다고 가정한다. 이를 통해 자연스럽게 를 만족시키고, 셀 간 간섭을 완벽하게 제거할 수 있다.

이후, 근사 블록 대각화에 기반하여, n번째 기지국의 첫 번째 프리코더를 다음의 수식 8과 같은 구성을 통해 설계한다.

[수식 8]

여기서, n번째 기지국의 첫 번째 프리코더의 설계 파라미터는 을 만족한다.

상기한 수식 8에 있어서, 는 n번째 기지국의 첫 번째 프리코더에 대한 설계 파라미터로서, 부등식 을 만족하며, 여기서 는 n번째 기지국이 n번째 기지국을 제외한 모든 n'번째 셀의 모든 g"번째 사용자에 대한 공분산 행렬의 랭크를 의미하고, 는 n번째 기지국으로부터 n번째 기지국을 제외한 다른 모든 셀로의 다른 셀 간섭 공분산 행렬의 지배적인 고유 벡터로 구성된 행렬의 left-singular 벡터에 대한 null-space(다른 셀로 향하는 간섭 신호의 dominant 한 성분에 대한 null-space)를 나타낸다.

두 번째 프리코더 설계

그룹

의 두 번째 프리코더

는 오직 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에만 기반한 유효 채널의 차원을 줄이는 것뿐만 아니라 그룹 간 간섭을 제거하도록 설계된다.

n번째 기지국의 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 그룹

에 대한 유효 채널의 공분산 행렬은 다음의 수식9와 같이 주어진다.

[수식 9]

상기의 수식 9에서 이다. 여기서

에서의

는 보다 간단한 표기를 위해서 생략한다.

특잇값 분해를 통해, 유효 채널의 공분산 행렬은 다음의 수식 10과 같이 분해된다.

[수식 10]

상기의 수식 10에서 은 키 큰 유니터리 행렬이고, 은 의 랭크를 의미하는 개의 양의 고윳값들로 이루어진 대각 행렬이다. 여기서, 은

에서의

에 좌우된다.

즉, n번째 기지국의 첫 번째 프리코더의 설계 파라미터에 좌우되고, 고정된

과

에 의해 결정되는 파라미터는 다음의 수식 11과 같이 주어진다.

[수식 11]

그룹

의 두 번째 프리코더는 에 기반하여 n번째 셀의 그룹들 내에 존재하는 사용자들을 향한 간섭을 제거하도록 설계된다.

그룹 간 간섭을 제거하기 위해 마찬가지로 근사 블록 대각화를 적용하며, 그룹

의 두 번째 프리코더는 다음의 수식 12와 같은 기준으로 설계된다.

[수식 12]

먼저, 행렬 를 n번째 기지국으로부터

그룹으로의 그룹 간 간섭을 발생시키는 유효 공분산 행렬들의 지배적인 고유 벡터들에 의해 다음의 수식 13과 같이 구성된다고 정의한다.

[수식 13]

상기의 수식 13에서 은 중에서

개의 가장 큰 고유 벡터들로, 이는 를 만족하고, 이다.

여기서,

는

번째 그룹의 두 번째 프리코더의 설계 파라미터이고, 이는 n번째 셀 내의 그룹들에 의해 결정된다.

왜냐하면, n번째 셀에서의 그룹 간 간섭을 발생시키는 유효 공분산 행렬의 부분 공간이 n번째 셀 내의 그룹들에 따라

번째 그룹의 유효 채널에 서로 다른 영향을 주기 때문이다.

첫 번째 프리코더 설계와 유사한 과정을 진행하면, 특잇값 분해로부터, 는 다음의 수식 14와 같이 분해된다.

[수식 14]

상기의 수식 14에서

은 의 영공간을 형성하는 직교 기저이다. 추가로 그룹 간 간섭을 완벽히 제거하기 위해, 대규모 안테나의 덕택으로 모든

에 대해 를 만족한다고 가정한다.

그러면, 자연스럽게 를 만족한다. 여기서, 는

와

에 좌우된다.

번째 그룹의 두 번째 프리코더의 차원을 줄이기 위해, 두 단계 프리코더 설계에서의 차원 줄이는 접근법을 따라간다.

먼저, n번째 기지국의 첫 번째 프리코더

과 에 사영된 유효 채널의 공분산 행렬을 다음의 수식 15와 같이 설정한다.

[수식 15]

상기의 수식 15는 특잇값 분해로부터 도출된다. 는 양의 고윳값을 가지는

개의 고유 벡터로 구성된다. 여기서

는

의 랭크를 의미하고 다음의 수식 16을 만족한다.

[수식 16]

여기서,

와

가 함께

와

에 좌우된다.

사이의

개의 지배적인 고유 벡터들을 선택함으로써, 이를 로 표기하고 여기서 이다. 그러면, 그룹

의 차원의 축소된 두 번째 프리코더를 다음의 수식 17과 같이 설정할 수 있다.

[수식 17]

수식 17에서 이다. 즉, 그룹

의 두 번째 프리코더는 설계 파라미터인

와

에 좌우될 뿐만 아니라 n번째 기지국의 첫 번째 프리코더의 설계 파라미터

에도 좌우된다.

상기한 수식 17에 있어서, 는 n번째 기지국의 첫 번째 프리코더에 대한 설계 파라미터로서,

는

번째 그룹의 두 번째 프리코더의 설계 파라미터를, 부등식 를 만족하며, 여기서 는 그룹

에서 n번째 기지국이 n번째 셀의 다른 사용자로 향하는 간섭 공분산 행렬에 대한 랭크를 의미하며, 는 그룹

에서 n번째 기지국이 n번째 셀의 다른 사용자로 향하는 간섭 공분산 행렬의 지배적인 고유 벡터로 구성된 행렬의 left-singular 벡터에 대한 null-space를 나타내며, 는 그룹

의 두 번째 프리코더의 차원을 줄이기 위해 상기 를 사영한 후 다시 얻은 left-singular 벡터

에서

개의 지배적인 고유 벡터를 선택한 벡터를 나타낸다.

프리코더 적응적 부분 공간 코드북에 기반한 제한된 피드백 환경에서의 세 번째 프리코더 설계

세 번째 프리코더는 첫 번째와 두 번째 프리코더에 의해 사영된 즉각적인 유효 채널에 기반하여 그룹

에서의 그룹 내 간섭을 제거하도록 구성된다.

유효 채널 양자화 및 피드백부(206)는 첫 번째 프리코더와 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용하여 양자화 및 피드백을 진행함으로써 세 번째 프리코더를 설계하는 등의 기능을 수행할 수 있다.

본 실시예에서의 시스템 모델에서, 각 기지국은 제한된 피드백을 통해 즉각적인 유효 채널의 채널 방향 정보(channel direction information, CDI)를 얻는다.

n번째 기지국으로부터

사용자로의 차원이 축소된 유효 채널은 다음의 수식 18과 같이 주어진다.

[수식 18]

상기의 수식 18에서 이고,

에서의

와

에서의 (

,

)는 각각 간단한 표기를 위해 생략하였다. 또한, 차원이 축소된 유효 채널의 채널 방향 정보를 으로 나타낸다.

채널 방향 정보 피드백을 위해, n번째 기지국과 그룹

에서의 사용자들은 자신의 채널 공분산 행렬과 첫 번째, 두 번째 프리코더를 안다고 가정한다.

그래서 각 사용자가 양자화된 유효 채널을 기지국에게 피드백한다.

본 실시예에서는 첫 번째와 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 효율적으로 양자화함으로써 양자화 성능을 향상시키기 위해, 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 고안한다.

채널 통계를 활용함으로써 얻어지는 코드북 설계와 유사한 관점으로, 양자화할 부분 공간에 초점을 맞추면,

사용자에 대한 프리코더-적응적 부분 공간 코드북은 다음의 수식 19와 같이 설계된다.

[수식 19]

상기의 수식 19에서 은 고전적인 B-비트 랜덤 벡터 양자화(random vector quantizer, RVQ) 코드북이고, 이는 기지국과 사용자 사이에 공유되어 있다. 그러면, 유효 채널의 양자화된 채널 방향 정보는 다음의 수식 20과 같이 얻어진다.

[수식 20]

그리고, 양자화 오차는 으로 정의되고, 이다.

여기서, 프리코더-적응적 부분 공간 코드북으로의 양자화는 직접 양자화에 속하며, 그로 인해, 오직 랜덤 벡터 양자화 코드북으로 레일리 요소만 양자화하고 기지국에 양자화된 레일리 요소를 피드백하는 간접 양자화 기법들에 비해 성능 향상을 가져온다.

세 번째 프리코더 설계에 대해, 그룹 내 간섭을 제거하기 위해 제로-포싱(zero-forcing, ZF) 프리코더를 적용한다.

따라서, 그룹

의 세 번째 프리코더는 유효 채널의 양자화된 채널 방향 정보로부터 구성되고, 다음의 수식 21과 같이 주어진다.

[수식 21]

상기의 수식 21에서 이다.

상기한 수식 21에 있어서,

는 첫 번째 프리코더와 두 번째 프리코더에 의해 사영된 즉각적인 유효 채널 벡터를 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용해 양자화한 채널을 concatenate(연결)한 유효 채널 행렬을,

는 N번째 기지국의

번째 사용자에 대한 세 번째 프리코딩 벡터를 나타낸다.

다단계 프리코딩 벡터 도출부(208)는 상술한 바와 같은 일련의 과정들을 통해 생성한 첫 번째 프리코더, 두 번째 프리코더, 세 번째 프리코더를 이용하여 다단계 프리코딩 벡터를 도출하는 등의 기능을 수행할 수 있다.

즉, 지금까지 구한 첫 번째, 두 번째, 그리고 세 번째 프리코더를 이용하여

사용자에 대한 단위-놈 다단계 프리코딩 벡터는 다음의 수식 22와 같이 설계된다.

[수식 22]

상기의 수식 22에서

은 셀 간 간섭을 제거하기 위한 첫 번째 프리코더이고,

는 그룹 간 간섭을 제거하고 유효 채널의 차원을 줄이기 위한 두 번째 프리코더이다. 그리고

는 그룹 내 간섭을 제거하는 세 번째 프리코딩 벡터이다.

다중 셀 협력적 신호 전송부(210)는 다단계 프리코딩 벡터 도출부(208)를 통해 도출된 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 셀 상황에서 각 셀에 위치한 기지국이 서로 협력적으로 신호를 전송하는 등의 기능을 수행할 수 있다.

즉, 전술한 일련의 과정들을 통해 도출한 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 각 셀에 위치한 기지국이 협력적으로 신호를 전송하며,

사용자에서의 수신 신호를 다음의 수식 23과 같이 쓸 수 있다.

[수식 23]

상기의 수식 23에서, 각각 두 번째 항이 N번째 샐 내의 G번째 그룹에서의 그룹 내 간섭이고, 세 번째 항이 N번째 셀에서의 그룹 간 간섭, 그리고 네 번째 항이 셀 간 간섭을 나타낸다.

본 발명에서 성능은 컴퓨터 모의실험을 통해 수치상으로 평가하였으며, 2개의 셀

이 협력하는 대용량 안테나 네트워크를 고려하였다.

여기서, 기지국은

으로 구성된 균일 평면 어레이(uniform planar array, UPA)를 통해 256개의 안테나를 구성하였다.

기지국은 각 셀에서 15명의 단일 안테나 사용자들을

서비스하고, 이 사용자들은 3개의 그룹으로 나뉜다(

). 앞서 제시된 도 1과 같이, 한 셀의 반경

를 고려하고,

인 단일 고리 산란 모델(one-ring scattering model)을 고려하였다.

여기서, 방위각과 앙각에 대한 채널 공분산 행렬들은 다음의 수식 24로써 얻어진다.

[수식 24]

상기의 수식 24에서 P와 Q는

번째 요소를 나타내고,

이다. 또한, 각 기지국은 셀의 중심에 위치하고, 기지국의 안테나 고도는

이다.

각 셀에서 사용자들은 서비스하는 기지국으로부터

거리에 위치하고, 각 그룹에 대한 방위각은 각각 기지국 1에 대해 이고, 기지국 2에 대해 이다. 방위각 확산 정도는 에 의해 주어진다.

서비스하는 기지국에 대한 앙각과 각 확산은 사용자들의 위치에 따라 계산된다. 마찬가지로, 간섭을 주는 기지국들로부터의 방위각과 앙각, 그리고 각 확산도 사용자들의 위치에 따라 얻어진다.

추가로, 로 주어지는 경로 손실 모델을 적용하였다. 여기서, 이고,

는 기지국으로부터의 거리이다.

도 3은 피드백 크기가 10 비트인 상황에서, 다양한 기법에 대해 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio, SNR)에 따른 평균 합 전송률을 비교한 그래프로서, 성능 비교를 위해, 5가지 기준 기법들을 고려하였다.

1) 전체 랭크 기반 설계 파라미터를 적용한 간접 양자화 코드북

2) 최적화된 설계 파라미터를 적용한 간접 양자화 코드북

3) 전체 랭크 기반 설계 파라미터를 적용한 프리코더-적응적 부분 공간 코드북

4) 전체 랭크 기반 설계 파라미터를 적용한 첫 번째 프리코더와 최적화된 설계 파라미터를 적용한 두 번째 프리코더에 의한 프리코더-적응적 부분 공간 코드북

5) 로 값을 고정하고 두 개의 설계 파라미터를 최적화한 프리코더-적응적 부분 공간 코드북

6) 수치 탐색을 기반한 몬테-카를로 모의실험을 통해 얻은 최적화된 설계 파라미터를 적용한 프리코더-적응적 부분 공간 코드북

으로 구성된다.

여기서 1) ~ 5) 가 기준 기법의 성능이고, 6)이 본 발명에서 제안하는 기법의 성능이다.

프리코더-적응적 부분 공간 코드북은 간접 양자화 코드북보다 상대적으로 훨씬 높은 평균 합 전송률을 보임을 분명하게 알 수 있다.

예상했듯이, 최적의 설계 파라미터를 적용한 본 발명에서 제안한 기법이 다른 기법들의 성능을 능가함을 분명하게 알 수 있다.

이러한 컴퓨터 모의실험의 결과는 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용한 차원이 최적화된 다단계 프리코더가 제한된 환경에서의 협력적 대용량 안테나 네트워크에서 평균 합 전송률을 크게 높이는 결론을 보임을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더를 설계하는 주요 과정을 도시한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 공분산 행렬 생성부(202)에서는 전차원의 대용량 안테나 시스템에서 3차원 구조를 가지는 채널 벡터의 공분산 행렬을 생성(계산)한다(단계 402).

설계 파라미터 최적화부(204)에서는 공분산 행렬 생성부(202)를 통해 생성한 공분산 행렬만을 가지고 셀 간 간섭을 제거하는 방향으로 첫 번째 프리코더를 설계하고, 설계된 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에 기반하여 그룹 간 간섭을 제거하도록 두 번째 프리코더를 설계한다(단계 404).

여기에서, 첫 번째 프리코더는 전술한 수식 8과 같이 설계될 수 있으며, 두 번째 프리코더는 전술한 수식 17과 같이 설계될 수 있다.

유효 채널 양자화 및 피드백부(206)에서는 생성된 첫 번째 프리코더와 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용하여 양자화 및 피드백을 진행함으로써 세 번째 프리코더를 설계(생성)한다(단계 406).

여기에서, 세 번째 프리코더는 전술한 수식 21과 같이 설계될 수 있다.

다단계 프리코딩 벡터 도출부(208)에서는 상술한 바와 같은 일련의 과정들을 통해 생성한 첫 번째 프리코더, 두 번째 프리코더, 세 번째 프리코더를 이용하여 다단계 프리코딩 벡터를 도출한다(단계 408).

여기에서, 다단계 프리코딩 벡터는 전술한 수식 22와 같이 설계될 수 있다.

다중 셀 협력적 신호 전송부(210)에서는 다단계 프리코딩 벡터 도출부(208)를 통해 도출된 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 셀 상황에서 각 셀에 위치한 기지국이 서로 협력적으로 신호를 전송한다(단계 410).

즉, 일련의 과정들을 통해 도출한 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 각 셀에 위치한 기지국이 협력적으로 신호를 전송하며,

사용자에서의 수신 신호는 전술한 수식 23과 같이 표현될 수 있다.

한편, 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.

이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리 등에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.

그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 적어도 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

202 : 공분산 행렬 생성부
204 : 설계 파라미터 최적화부
206 : 유효 채널 양자화 및 피드백부
208 : 다단계 프리코딩 벡터 도출부
210 : 다중 셀 협력적 신호 전송부

Claims (9)

1. 전차원의 대용량 안테나 시스템에서 3차원 구조를 가지는 채널 벡터의 공분산 행렬을 계산하는 단계와,
   생성한 상기 공분산 행렬만을 가지고 셀 간 간섭을 제거하는 방향으로 첫 번째 프리코더를 설계하고, 설계된 상기 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에 기반하여 그룹 간 간섭을 제거하도록 두 번째 프리코더를 설계하는 단계와,
   상기 첫 번째 프리코더와 상기 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용하여 양자화 및 피드백을 진행하여 세 번째 프리코더를 설계하는 단계와,
   상기 첫 번째 프리코더, 상기 두 번째 프리코더, 상기 세 번째 프리코더를 이용하여 다단계 프리코딩 벡터를 도출하는 단계와,
   도출된 상기 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 셀 상황에서 각 셀에 위치한 기지국이 서로 협력적으로 신호를 전송하는 단계를 포함하되,
   상기 첫 번째 프리코더()는,
   수식 에 의해 설계되고,
   상기 는 n번째 기지국의 첫 번째 프리코더에 대한 설계 파라미터로서, 부등식 을 만족하며, 상기 는 n번째 기지국이 n번째 기지국을 제외한 모든 n'번째 셀의 모든 g"번째 사용자에 대한 공분산 행렬의 랭크를 의미하고, 상기 는 n번째 기지국으로부터 n번째 기지국을 제외한 다른 모든 셀로의 다른 셀 간섭 공분산 행렬의 지배적인 고유 벡터로 구성된 행렬의 left-singular 벡터에 대한 다른 셀로 향하는 간섭 신호의 dominant한 성분에 대한 null-space를 나타내는
   협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 계산하는 단계는,
   각 셀에서 K명의 사용자가 채널 공분산 행렬의 유사성에 따라 G개의 그룹으로 나누어지도록 계산하는
   협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 두 번째 프리코더()는,
   아래의 수식을 통해 설계되는
   
   상기 수식에 있어서, 상기 는 n번째 기지국의 첫 번째 프리코더에 대한 설계 파라미터로서, 는 번째 그룹의 두 번째 프리코더의 설계 파라미터를, 부등식 를 만족하며, 여기서 는 그룹 에서 n번째 기지국이 n번째 셀의 다른 사용자로 향하는 간섭 공분산 행렬에 대한 랭크를 의미하며, 상기 는 그룹 에서 n번째 기지국이 n번째 셀의 다른 사용자로 향하는 간섭 공분산 행렬의 지배적인 고유 벡터로 구성된 행렬의 left-singular 벡터에 대한 null-space를 나타내며, 상기 는 그룹 의 두 번째 프리코더의 차원을 줄이기 위해 상기 를 사영한 후 다시 얻은 left-singular 벡터 에서 개의 지배적인 고유 벡터를 선택한 벡터를 나타내는.
   협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 세 번째 프리코더()는,
   아래의 수식을 통해 설계되는
   
   상기 수식에 있어서, 상기

   

   는 상기 첫 번째 프리코더와 상기 두 번째 프리코더에 의해 사영된 즉각적인 유효 채널 벡터를 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용해 양자화한 채널을 concatenate(연결)한 유효 채널 행렬을, 상기

   

   는 n번째 기지국의

   

   번째 사용자에 대한 세 번째 프리코딩 벡터를 나타내는,
   협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 첫 번째 프리코더, 상기 두 번째 프리코더, 상기 세 번째 프리코더로 설계되는 다단계의 프리코더의 사용자

   

   에 대한 프리코딩 벡터는,
   아래의 수식과 같이 구성되는
   
   상기 수식에 있어서, 상기

   

   는 n번째 기지국의

   

   번째 사용자에 대한 다단계 프리코딩 벡터를, 상기

   

   는 상기 첫 번째 프리코더를, 상기

   

   는 상기 두 번째 프리코더를, 상기

   

   는 상기 세 번째 프리코더를 각각 나타내는
   협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 방법.
7. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
   상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
   전차원의 대용량 안테나 시스템에서 3차원 구조를 가지는 채널 벡터의 공분산 행렬을 계산하는 단계와,
   생성한 상기 공분산 행렬만을 가지고 셀 간 간섭을 제거하는 방향으로 첫 번째 프리코더를 설계하고, 설계된 상기 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에 기반하여 그룹 간 간섭을 제거하도록 두 번째 프리코더를 설계하는 단계와,
   상기 첫 번째 프리코더와 상기 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용하여 양자화 및 피드백을 진행하여 세 번째 프리코더를 설계하는 단계와,
   상기 첫 번째 프리코더, 상기 두 번째 프리코더, 상기 세 번째 프리코더를 이용하여 다단계 프리코딩 벡터를 도출하는 단계와,
   도출된 상기 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 셀 상황에서 각 셀에 위치한 기지국이 서로 협력적으로 신호를 전송하는 단계를 포함하는 동작을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하되,
   상기 첫 번째 프리코더()는,
   수식 에 의해 설계되고,
   상기 는 n번째 기지국의 첫 번째 프리코더에 대한 설계 파라미터로서, 부등식 을 만족하며, 상기 는 n번째 기지국이 n번째 기지국을 제외한 모든 n'번째 셀의 모든 g"번째 사용자에 대한 공분산 행렬의 랭크를 의미하고, 상기 는 n번째 기지국으로부터 n번째 기지국을 제외한 다른 모든 셀로의 다른 셀 간섭 공분산 행렬의 지배적인 고유 벡터로 구성된 행렬의 left-singular 벡터에 대한 다른 셀로 향하는 간섭 신호의 dominant한 성분에 대한 null-space를 나타내는,
   컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
8. 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
   상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
   전차원의 대용량 안테나 시스템에서 3차원 구조를 가지는 채널 벡터의 공분산 행렬을 계산하는 단계와,
   생성한 상기 공분산 행렬만을 가지고 셀 간 간섭을 제거하는 방향으로 첫 번째 프리코더를 설계하고, 설계된 상기 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에 기반하여 그룹 간 간섭을 제거하도록 두 번째 프리코더를 설계하는 단계와,
   상기 첫 번째 프리코더와 상기 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용하여 양자화 및 피드백을 진행하여 세 번째 프리코더를 설계하는 단계와,
   상기 첫 번째 프리코더, 상기 두 번째 프리코더, 상기 세 번째 프리코더를 이용하여 다단계 프리코딩 벡터를 도출하는 단계와,
   도출된 상기 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 셀 상황에서 각 셀에 위치한 기지국이 서로 협력적으로 신호를 전송하는 단계를 포함하는 동작을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하되,
   상기 첫 번째 프리코더()는,
   수식 에 의해 설계되고,
   상기 는 n번째 기지국의 첫 번째 프리코더에 대한 설계 파라미터로서, 부등식 을 만족하며, 상기 는 n번째 기지국이 n번째 기지국을 제외한 모든 n'번째 셀의 모든 g"번째 사용자에 대한 공분산 행렬의 랭크를 의미하고, 상기 는 n번째 기지국으로부터 n번째 기지국을 제외한 다른 모든 셀로의 다른 셀 간섭 공분산 행렬의 지배적인 고유 벡터로 구성된 행렬의 left-singular 벡터에 대한 다른 셀로 향하는 간섭 신호의 dominant한 성분에 대한 null-space를 나타내는,
   컴퓨터 프로그램.
9. 전차원의 대용량 안테나 시스템에서 3차원 구조를 가지는 채널 벡터의 공분산 행렬을 계산하는 공분산 행렬 생성부와,
   생성한 상기 공분산 행렬만을 가지고 셀 간 간섭을 제거하는 방향으로 첫 번째 프리코더를 설계하고, 설계된 상기 첫 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널의 공분산 행렬에 기반하여 그룹 간 간섭을 제거하도록 두 번째 프리코더를 설계하는 설계 파라미터 최적화부와,
   상기 첫 번째 프리코더와 상기 두 번째 프리코더에 의해 사영된 유효 채널을 프리코더-적응적 부분 공간 코드북을 이용하여 양자화 및 피드백을 진행하여 세 번째 프리코더를 설계하는 유효 채널 양자화 및 피드백부와,
   상기 첫 번째 프리코더, 상기 두 번째 프리코더, 상기 세 번째 프리코더를 이용하여 다단계 프리코딩 벡터를 도출하는 다단계 프리코딩 벡터 도출부와,
   도출된 상기 다단계 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 셀 상황에서 각 셀에 위치한 기지국이 서로 협력적으로 신호를 전송하는 다중 셀 협력적 신호 전송부를 포함하되,
   상기 첫 번째 프리코더()는,
   수식 에 의해 설계되고,
   상기 는 n번째 기지국의 첫 번째 프리코더에 대한 설계 파라미터로서, 부등식 을 만족하며, 상기 는 n번째 기지국이 n번째 기지국을 제외한 모든 n'번째 셀의 모든 g"번째 사용자에 대한 공분산 행렬의 랭크를 의미하고, 상기 는 n번째 기지국으로부터 n번째 기지국을 제외한 다른 모든 셀로의 다른 셀 간섭 공분산 행렬의 지배적인 고유 벡터로 구성된 행렬의 left-singular 벡터에 대한 다른 셀로 향하는 간섭 신호의 dominant한 성분에 대한 null-space를 나타내는
   협력적 대용량 안테나 네트워크를 위한 다단계 프리코더 설계 장치.

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