KR102656410B1 - 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치 및 방법 - Google Patents

정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치 및 방법이 개시된다. 수신 안테나 분할 방법은, 유저로부터 수신 빔포밍 벡터를 수신하는 단계, 수신된 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 제로 포싱(ZF: zero forcing) 송신 빔포밍 행렬을 생성하는 단계, 생성된 제로 포싱 송신 빔포밍 행렬을 이용하여 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 계산하는 단계 및 계산된 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 이용하여 각 유저의 최적 안테나 구성을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치 및 방법{Apparatus and method for partitioning receive antenna for simultaneous wireless transmission of information and power}
본 발명은 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 포그 무선 액세스 네트워크(F-RAN: Fog Radio Access Network)는 스펙트럼 효율(SE: Spectral Efficiency), 지연(Latency) 등과 같은 서비스 품질(QoS)을 수용하기 위하여, 5세대(B5G) 이상의 이동 통신 시스템에서 유망한 네트워크 아키텍처로 많은 주목을 받고 있다. 포그 무선 액세스 네트워크의 기본 아이디어는 에지 컴퓨팅 및 클라우드 컴퓨팅을 모두 신중하게 활용하는 것이므로, 포그 무선 액세스 네트워크의 간섭(Interference) 문제는 적은 수의 원격 무선 헤드(RRH: Remote Radio Head) 간의 상대적으로 낮은 무선 자원 관리를 통해 효과적으로 완화될 수 있다. 한편, 배터리로 구동되는 IoT 장치가 RF 신호를 통해 에너지를 수확하고, 데이터 신호를 수신할 수 있는 SWIPT(simultaneous wireless information and power transfer) 개념이 제안된 바 있다. 다양한 SWIPT 기술이 있는데, 그 중에서 SWIPT 지원 네트워크의 스펙트럼 효율 또는 에너지 하베스팅 성능을 향상시키기 위하여 빔포밍 기술이 제안되었다.
간섭은 오랫동안 기존 무선 네트워크에서 주요 성능 제한 요소로 간주되어 왔지만, SWIPT 지원 네트워크에서 에너지 하베스팅에 유용한 자원으로 사용될 수 있다. 특히, 간섭 정렬(IA: Interference Alignment) 기술은 에너지 하베스팅 소스로 간섭을 이용하기 위하여 최근에 SWIPT 지원 네트워크에 적용되어 왔다.
SWIPT 지원 네트워크에서 전송 전력과 전력 분할(PS: power splitting) 비율을 함께 최적화하여 도청 방지 성능을 향상시킨 새로운 인공 잡음 지원 간섭 정렬 방식이 제안된 바 있다. 그리고, SWIPT 지원 K-유저 MIMO 간섭 네트워크에서 간섭 정렬 기반 송신 빔포밍 기술과 함께 수신 안테나 선택(RAS: receive antenna selection) 기술이 채택된 바 있다. 여기서, 수신 안테나 선택 기술이 비율-에너지 트레이드오프(rate-energy(R-E) tradeoff) 측면에서 균일한 전력 분할 기술을 능가하는 것으로 나타났다. 그리고, SWIPT 지원 K-user MIMO 간섭 네트워크에서 간섭 정렬 기반 송신 빔포밍 기술과 함께 각 수신기에서의 전력 분할 최적화 알고리즘이 제안된 바 있다.
대한민국공개특허공보 제10-2021-0061606호(2021.05.28)
본 발명은 다중 안테나 원격 무선 헤드(RRH: Remote Radio Head)를 가지는 포그 액세스 포인트(F-AP: fog-access point) 및 에너지 하베스팅과 정보 디코딩 용도의 두 그룹의 안테나를 가지는 다중 안테나 유저로 구성되는 SWIPT 지원 포그 무선 액세스 네트워크(F-RAN: Fog Radio Access Network)에서, 수신 안테나 분할을 통해 다운링크 간섭 정렬(IA: Interference Alignment)을 수행하는 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치가 수행하는 수신 안테나 분할 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 방법은, 유저로부터 수신 빔포밍 벡터를 수신하는 단계, 상기 수신된 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 제로 포싱(ZF: zero forcing) 송신 빔포밍 행렬을 생성하는 단계, 상기 생성된 제로 포싱 송신 빔포밍 행렬을 이용하여 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 계산하는 단계 및 상기 계산된 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 이용하여 각 유저의 최적 안테나 구성을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 수신 빔포밍 벡터는 하기 수학식으로 나타내어진다.
여기서, 는 원격 무선 헤드(RRH: Remote Radio Head) i에서 유저 j의 단위 규격의 수신 빔포밍 벡터이고, 는 안테나 구성 행렬이고, 는 정보 디코딩 안테나 빔포밍 벡터이고, LID는 정보 디코딩 안테나의 개수이고, l은 가능한 안테나 구성의 인덱스이다.
상기 정보 디코딩 안테나 빔포밍 벡터는 하기 수학식으로 나타내어진다.
여기서, 는 안테나 구성 행렬이고, 는 i번째 원격 무선 헤드의 j번째 유저에서 k번째 원격 무선 헤드까지의 소규모 페이딩 채널 행렬이고, 는 집합 행렬이다.
상기 제로 포싱 송신 빔포밍 행렬은 하기 수학식으로 구성된다.
여기서, 는 원격 무선 헤드 i의 제로 포싱 송신 빔포밍 행렬이고, 는 원격 무선 헤드 i에서 S개의 유저에 대한 안테나 구성 세트로서, 이고, ()이고, 이고, 이다.
상기 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지는 하기 수학식으로 획득된다.
여기서, 및 는 각각 원격 무선 헤드 i의 유저 j의 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지이고, 는 유저에서 원격 무선 헤드까지의 대규모 경로 손실 이득이고, P는 원격 무선 헤드의 송신 전력이고, 는 전송 신호 벡터이고, 는 백색 가우시안 잡음이고, 이고, 는 에너지 하베스팅 안테나의 인덱스를 보여주는 지시자 행렬이다.
상기 최적 안테나 구성을 산출하는 단계는, 하기의 가중치 합 목적함수(weighted sum objective function)의 최적 솔루션을 찾아 상기 최적 안테나 구성을 산출한다.
여기서, 이고, 이고, 이고, 이고, 및 는 각각 원격 무선 헤드 i의 유저 j의 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 장치는, 명령어를 저장하는 메모리 및 상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 명령어는, 유저로부터 수신 빔포밍 벡터를 수신하는 단계, 상기 수신된 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 제로 포싱(ZF: zero forcing) 송신 빔포밍 행렬을 생성하는 단계, 상기 생성된 제로 포싱 송신 빔포밍 행렬을 이용하여 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 계산하는 단계 및 상기 계산된 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 이용하여 각 유저의 최적 안테나 구성을 산출하는 단계를 포함하는 수신 안테나 분할 방법을 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치 및 방법은, 다중 안테나 원격 무선 헤드(RRH: Remote Radio Head)를 가지는 포그 액세스 포인트(F-AP: fog-access point) 및 에너지 하베스팅과 정보 디코딩 용도의 두 그룹의 안테나를 가지는 다중 안테나 유저로 구성되는 SWIPT 지원 포그 무선 액세스 네트워크(F-RAN: Fog Radio Access Network)에서, 수신 안테나 분할을 통해 다운링크 간섭 정렬(IA: Interference Alignment)을 수행함으로써, 최적에 가까운 비율-에너지 트레이드오프(rate-energy(R-E) tradeoff) 성능을 달성하여 계산 복잡성을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 장치가 수행하는 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 방법을 슈도코드로 나타낸 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 방법의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 장치가 수행하는 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 방법을 슈도코드로 나타낸 도면이다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 방법에 대하여 설명하기로 한다.
S110 단계에서, 수신 안테나 분할 장치는, 유저로부터 수신 빔포밍 벡터를 수신한다.
본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 장치는, 포그 액세스 포인트(F-AP: fog-access point), M개의 안테나를 갖는 K개의 원격 무선 헤드(RRH: Remote Radio Head) 및 L개의 렉테나(rectenna)를 가지는 S(S≤M)개의 유저로 구성되는 포그 무선 액세스 네트워크(F-RAN: Fog Radio Access Network)에 포함되는 장치이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 장치는 포그 액세스 포인터 및 원격 무선 헤드를 포함할 수 있다.
렉테나는 다이오드 및 저역 통과 필터로 구성된 특수한 형태의 안테나로, RF 신호를 직류 신호로 변환하여 배터리 재충전하는데 사용된다. 이후에는, 렉테나와 수신 안테나를 혼용하여 사용할 수 있다.
각 원격 무선 헤드가 각 유저에게 단일 단일 데이터 스트림을 전송한다고 가정할 수 있으며, 시분할 이중 통신(TDD: Time Division Duplex) 시스템이 고려될 수 있다. 모든 유저는 익명의 RF 신호로부터 배터리에 에너지를 수확할 수 있다. 각 유저에서, 수신 신호는 정보 디코딩(ID: information decoding) 및 에너지 하베스팅(EH: energy harvesting)으로 동시에 이용되고, 수신 안테나는 정보 디코딩 안테나 및 에너지 하베스팅 안테나의 두 그룹으로 나누어진다.
i번째 원격 무선 헤드의 j번째 유저에서 k번째 원격 무선 헤드까지의 채널은 로 나타낼 수 있다. 여기서, 및 는 각각 i, 및 에 대하여, i번째 원격 무선 헤드의 j번째 유저에서 k번째 원격 무선 헤드까지의 대규모 경로 손실 이득 및 소규모 페이딩 채널 행렬을 나타낸다.
여기서, 이며, 는 원격 무선 헤드 i에서의 j번째 유저로부터 원격 무선 헤드 k까지의 거리를 나타낸다. 그리고, 는 경로 손실 지수를 나타낸다.
의 각 요소는 독립적이고, 는 동일하게 분포한다고 가정할 수 있다. 그리고, 시간 불변 주파수 플랫 페이딩(time-invariant frequency-flat fading), 즉, 채널 계수가 전송 블록 동안 일정하고, 모든 전송 블록에 대하여 새로운 값으로 독립적으로 변경된다고 가정할 수 있다.
원격 무선 헤드 i에서의 j번째 유저는 모든 원격 무선 헤드의 파일럿 신호를 이용하여 채널 (k=1, …, K)를 추정한다. 원격 무선 헤드 i에서의 유저 j의 수신 신호는 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
여기서, Pk는 원격 무선 헤드 k의 송신 전력을 나타내고, 는 제로 포싱(ZF: zero forcing) 필터링 기반 빔포밍 행렬을 나타낸다. 그리고, 는 전송 신호 벡터이고, 는 평균이 0이고 분산 N0인 백색 가우시안 잡음이다.
각 유저와 원격 무선 헤드 간의 채널 행렬이 유저 측에서 추정된다고 가정할 수 있다. 실제 시스템에서, 다운링크 채널 추정을 위한 채널 상태는 원격 무선 헤드로부터 전송된 채널 상태 정보 참조 신호(CSI-RS: channel state information reference signals)에 의하여 획득될 수 있다. 추정된 채널 행렬을 기반으로 각 유저는 수신 빔포밍 벡터를 구성하고, 이를 관련 원격 무선 헤드로 피드백한다.
을 원격 무선 헤드 i에서 유저 j의 단위 규격 수신 빔포밍 벡터라고 하면, 여기서, LID는 정보 디코딩 안테나의 개수이고, l은 가능한 안테나 구성의 인덱스이다. 즉, 이고, 이다.
을 수신 빔포밍 벡터 에서 에너지 하베스팅 안테나의 일부를 제거한 정보 디코딩 안테나의 빔포밍 벡터로 정의할 수 있다.
수신 간섭을 최소화하는 일반화된 다운링크 간섭 정렬(GDIA: generalized downlink Interference Alignment) 기술을 기반으로, 주어진 LID 및 l에 대하여 정보 디코딩 안테나 빔포밍 벡터는 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
여기서, 는 안테나 구성 행렬을 나타내고, 는 집합 행렬을 나타낸다.
의 특이값 분해(SVD: singular value decomposition)는 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
여기서, 및 는 단일 행렬이고, 는 대각 행렬이다. 그럼, 수학식 2의 최적 는 하기 수학식으로 획득될 수 있다.
여기서, 는 의 마지막 열 벡터이다. 결과적으로, 원격 무선 헤드 i에서 유저 j의 수신 빔포밍 벡터는 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
이와 같이 수신 빔포밍 벡터가 구성된 후, 유저는 수신 빔포밍 벡터를 연결된 원격 무선 헤드로 보내어, 포그 액세스 포인트로 전송한다. 이러한 피드백 정보에 기반하여, 포그 액세스 포인트는 제로 포싱 필터링 기반의 송신 빔포밍 행렬을 설계하고, 각 유저의 최적 안테나 구성을 선택할 수 있다.
S120 단계에서, 수신 안테나 분할 장치는, 수신된 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 제로 포싱(ZF: zero forcing) 송신 빔포밍 행렬을 생성한다.
본 발명의 실시예에서는, M≥S일 때, 셀 내부 간섭을 완벽하게 제거하기 위하여, 원격 무선 헤드에서 선형 제로 포싱 필터링 기반 송신 빔포밍이 채택된다. 원격 무선 헤드 i에서 S개의 유저에 대한 안테나 구성 세트는 로 나타낼 수 있다. 즉, 이고, 여기서, ()이다. 수신 빔포밍 벡터 및 채널 행렬을 기반으로, 원격 무선 헤드 i는 제로 포싱 송신 빔포밍 행렬 를 하기 수학식으로 구성할 수 있다.
여기서, 정규화 요소 이고, 유효한 정보 디코딩 채널 벡터 이다.
S130 단계에서, 수신 안테나 분할 장치는, 생성된 제로 포싱 송신 빔포밍 행렬을 이용하여 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 계산한다.
S140 단계에서, 수신 안테나 분할 장치는, 계산된 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 이용하여 각 유저의 최적 안테나 구성을 산출한다.
포그 액세스 포인트에서, 각 유저의 최적 안테나 구성은 가중치 합 목적함수(weighted sum objective function)를 이용하여, 각 원격 무선 헤드의 피드백 데이터를 기반으로 완전 탐색(exhaustive search)을 통해 획득될 수 있다. 가중치 합 목적함수는 가중치 를 이용하여 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
여기서, 이고, 이고, 이고, 이다.
그리고, 및 는 각각 원격 무선 헤드 i의 유저 j의 정규화된 달성 가능한 데이터 전송률 및 정규화된 하베스팅 에너지를 나타낸다. 여기서, 정보 인코딩 안테나의 개수 LID 및 안테나 구성 인덱스 는 주어진다.
달성 가능한 데이터 전송률 및 정규화된 하베스팅 에너지는 하기 수학식으로 획득될 수 있다.
여기서, 이다.
정규화된 데이터 전송률 및 정규화된 하베스팅 에너지는 각각 수학식 9 및 수학식 10을 기반으로 결정될 수 있다. 수학식 10에서, 는 에너지 하베스팅 안테나의 인덱스를 보여주는 지시자 행렬을 나타낸다. 는 및 의 관계식을 이용하여 쉽게 획득될 수 있다. 여기서, 은 임의의 L×L 순열 행렬(permutation matrix)을 나타낸다. 부가 백색 가우스 잡음(AWGN: additive white Gaussian noise) 및 추가 변환 잡음은 실제로 원하는 신호 및 간섭 신호보다 훨씬 작으므로, 수학식 10에서 생략될 수 있다.
각 원격 무선 헤드에서, 각 유저의 달성 가능한 데이터 전송률 및 정규화된 하베스팅 에너지가 안테나 구성에 따른 각 유저로부터의 피드백 정보를 기반으로, 계산된다. 그런 다음, 포그 액세스 포인트는 원격 무선 헤드로부터 수신된 달성 가능한 데이터 전송률의 가중치 합 및 하베스팅 에너지의 합을 기반으로, 수학식 8의 최적 솔루션을 찾는다. 원격 무선 헤드는 포그 액세스 포인트로 스칼라 값을 전송하기 때문에, 피드백에 대한 부담이 없다. 더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 방법은 포그 무선 액세스 네트워크에 과중한 부담을 주지 않으며, 포그 액세스 포인트가 제공해야 하는 계산 작업 및 원격 무선 헤드의 수가 많지 않기 때문에, 제한된 백홀(backhaul)을 가정하더라도, 네트워크에서 쉽게 사용될 수 있다. 포그 무선 액세스 네트워크는 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud-RAN)보다 현저히 적다.
도 2는 최적의 안테나 구성을 위한 완전 탐색의 계산 복잡도를 감소시키기 위하여, 낮은 복잡도로 최적에 가까운 비율-에너지 트레이드오프 성능을 달성하는 안테나 구성 선택 알고리즘을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 우선, 모든 유저의 수신 빔포밍 벡터가 균일한 빔포밍으로 초기화된 후에, 유저는 모든 안테나 구성에 대하여 차례대로, 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지의 가중치의 합을 최대화하는 빔포밍 벡터를 선택한다. 이 절차는 외부 루프의 미리 정의된 반복 횟수로 반복된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 방법의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 방법의 비율-에너지 트레이드오프 영역을 RAS 방식 및 ZF-RAS 방식과 같은 기존 방식으로 평가하였다. RAS 방식에서는, 간단한 안테나 선택 방법이 수신기에 사용되고, 간섭 정렬 개념이 송신기에 채택되었다. 그래서, 수학식 2 내지 수학식 6과 같이, 수신 빔포밍은 임의의 순열 행렬로부터 구성되었고, 송신 빔포밍은 누설 간섭을 최소화하도록 설계되었다. ZF-RAS 방식은 수신 안테나가 확장된 RAS 기술이다. 여기서, 수신 안테나는 수신기에서 선택되고, 셀 내 간섭을 제거하기 위하여 각 원격 무선 헤드에서 제로 포싱 기반 송신 빔포밍이 사용된다. 그런 다음, 기존 방식은 둘다 모든 유저의 최적 안테나 구성을 결정하기 위하여, 수학식 8의 가중치 합 목적함수를 사용한다. 단순화를 위하여, , 으로 가정한다. 그리고, 원격 무선 헤드의 전송 전력은 1W로 설정된다. 즉, Pk=1W, 이다.
도 3은, K=2, M=3, LID=2, S=2, SNR=10dB, Qreq=0.3일 때, 주어진 요구 하베스팅 에너지에 대한 수신 안테나의 개수에 따른 평균 합비율을 나타낸다. 여기서, Qreq는 정규화된 최대 하베스팅 에너지에 의한 요구 하베스팅 에너지를 나타낸다. 최대 하베스팅 에너지는 LID=0일 때, 획득될 수 있다. 즉, 모든 안테나가 에너지 하베스팅에 사용된다. 모든 방식에서, 수신 안테나의 개수가 증가함에 따라 달성 가능한 평균 합비율이 향상되었다. 그리고, 주어진 요구 하베스팅 에너지에 대하여, 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 방법(GDIA_RAP)이 달성 가능한 평균 합비율 측면에서 가장 높은 성능을 보여준다.
도 4는, K=2, M=3, L=4, S=2, SNR=10dB일 때의 비율-에너지 트레이드오프 영역을 보여준다. 다른 LID 값에 따른 의 변화에 따라 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 방법과 기존 방식의 비율-에너지 트레이드오프 영역을 비교하였다. LID=1일 때, 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 방법과 기존 방식의 성능은 둘 사이에 수신 빔포밍 벡터의 차이가 없기 때문에, 정확히 동일하다. LID=4일 때, 달성 가능한 데이터 전송률은 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 방법이 가장 높은 반면에, RAS 방식은 안테나 선택 다이버시티 이득을 사용할 수 없기 때문에, 가장 낮은 성능을 보인다. 모든 LID 값에서, RAS 방식은 가장 작은 비율-에너지 트레이드오프 영역을 보여준다. 그리고, LID가 고정되지 않을 때 채택된 최적의 안테나 구성을 나타내는 LID * 값을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 방법이 가장 넓은 비율-에너지 트레이드오프 영역을 갖는다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 수신 안테나 분할 방법은 낮은 계산 복잡도를 가지면서, 최적에 가까운 비율-에너지 트레이드오프 성능을 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치는 프로세서(10), 메모리(20), 통신부(30) 및 인터페이스부(40)를 포함한다.
프로세서(10)는 메모리(20)에 저장된 처리 명령어를 실행시키는 CPU 또는 반도체 소자일 수 있다.
메모리(20)는 다양한 유형의 휘발성 또는 비휘발성 기억 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(20)는 ROM, RAM 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 메모리(20)는 본 발명의 실시예에 따른 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 방법을 수행하는 명령어들을 저장할 수 있다.
통신부(30)는 통신망을 통해 다른 장치들과 데이터를 송수신하기 위한 수단이다.
인터페이스부(40)는 네트워크에 접속하기 위한 네트워크 인터페이스 및 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 프로세서
20: 메모리
30: 통신부
40: 인터페이스부

Claims (7)

  1. 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치가 수행하는 수신 안테나 분할 방법에 있어서,
    유저로부터 수신 빔포밍 벡터를 수신하는 단계;
    상기 수신된 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 제로 포싱(ZF: zero forcing) 송신 빔포밍 행렬을 생성하는 단계;
    상기 생성된 제로 포싱 송신 빔포밍 행렬을 이용하여 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 이용하여 각 유저의 최적 안테나 구성을 산출하는 단계를 포함하되,
    상기 수신 빔포밍 벡터는 하기 수학식으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 수신 안테나 분할 방법.

    여기서, 는 원격 무선 헤드(RRH: Remote Radio Head) i에서 유저 j의 단위 규격의 수신 빔포밍 벡터이고, 는 안테나 구성 행렬이고, 는 정보 디코딩 안테나 빔포밍 벡터이고, LID는 정보 디코딩 안테나의 개수이고, l은 가능한 안테나 구성의 인덱스임
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정보 디코딩 안테나 빔포밍 벡터는 하기 수학식으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 수신 안테나 분할 방법.

    여기서, 는 안테나 구성 행렬이고, 는 i번째 원격 무선 헤드의 j번째 유저에서 k번째 원격 무선 헤드까지의 소규모 페이딩 채널 행렬이고, 는 집합 행렬임
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제로 포싱 송신 빔포밍 행렬은 하기 수학식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수신 안테나 분할 방법.

    여기서, 는 원격 무선 헤드 i의 제로 포싱 송신 빔포밍 행렬이고, 는 원격 무선 헤드 i에서 S개의 유저에 대한 안테나 구성 세트로서, 이고, ()이고, 이고, 임
  5. 제1항에 있어서,
    상기 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지는 하기 수학식으로 획득되는 것을 특징으로 하는 수신 안테나 분할 방법.


    여기서, 및 는 각각 원격 무선 헤드 i의 유저 j의 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지이고, 는 유저에서 원격 무선 헤드까지의 대규모 경로 손실 이득이고, P는 원격 무선 헤드의 송신 전력이고, 는 전송 신호 벡터이고, 는 백색 가우시안 잡음이고, 이고, 는 에너지 하베스팅 안테나의 인덱스를 보여주는 지시자 행렬임
  6. 제1항에 있어서,
    상기 최적 안테나 구성을 산출하는 단계는,
    하기의 가중치 합 목적함수(weighted sum objective function)의 최적 솔루션을 찾아 상기 최적 안테나 구성을 산출하는 것을 특징으로 하는 수신 안테나 분할 방법.

    여기서, 이고, 이고, 이고, 이고, 및 는 각각 원격 무선 헤드 i의 유저 j의 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지임
  7. 정보 및 전력의 동시 무선 전송을 위한 수신 안테나 분할 장치에 있어서,
    명령어를 저장하는 메모리; 및
    상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되,
    상기 명령어는,
    유저로부터 수신 빔포밍 벡터를 수신하는 단계;
    상기 수신된 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 제로 포싱(ZF: zero forcing) 송신 빔포밍 행렬을 생성하는 단계;
    상기 생성된 제로 포싱 송신 빔포밍 행렬을 이용하여 달성 가능한 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 데이터 전송률 및 하베스팅 에너지를 이용하여 각 유저의 최적 안테나 구성을 산출하는 단계를 포함하는 수신 안테나 분할 방법을 수행하고,
    상기 수신 빔포밍 벡터는 하기 수학식으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 수신 안테나 분할 장치.

    여기서, 는 원격 무선 헤드(RRH: Remote Radio Head) i에서 유저 j의 단위 규격의 수신 빔포밍 벡터이고, 는 안테나 구성 행렬이고, 는 정보 디코딩 안테나 빔포밍 벡터이고, LID는 정보 디코딩 안테나의 개수이고, l은 가능한 안테나 구성의 인덱스임
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