KR20060005681A - 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템의 데이터 전송 방법 - Google Patents

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KR20060005681A
KR20060005681A KR1020040054563A KR20040054563A KR20060005681A KR 20060005681 A KR20060005681 A KR 20060005681A KR 1020040054563 A KR1020040054563 A KR 1020040054563A KR 20040054563 A KR20040054563 A KR 20040054563A KR 20060005681 A KR20060005681 A KR 20060005681A
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Abstract

본 발명에 따른 다중 사용자 다중입출력통신 시스템의 데이터 전송 방법에서는 기지국이 단말들로부터 채널 정보를 수신하고, 상기 채널 정보를 이용하여 현재 시점의 단말의 수를 계산하고, 상기 단말의 수에 따라 사용자 스케줄링 방식을 결정하고, 상기 결정된 스케줄링 방식과 각 단말의 채널 정보에 따라 데이터를 변조 및 부호화 하여 전송한다. 본 발명에 따른 데이터 전송 방법에서는 채널 환경에 따라 사용자 스케줄링 방법을 적응적으로 선택함으로써 효율적인 자원 할당이 가능하다.
송신 다이버시티, 빔포밍, PARC, S-PARC, MIMO

Description

다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템의 데이터 전송 방법{DATA TRANSMISSION METHOD FOR MULTIUSER MIMO COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 종래의 MIMO 시스템 중 하나인 PARC의 송신기의 구조를 보인 블록도;
도 2는 종래의 MIMO 시스템 중 하나인 S-PARC의 송신기 구조를 보인 블록도;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 사용자 MIMO 시스템의 기지국 송신기를 보인 블록도;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중사용자 MIMO 시스템 (PU2RC)와 종래의 PARC-MMSE 의 출력 성능 비교 테스트 결과를 그래프;
도 5는 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PU2RC와 종래의 PARC-MMSE, 그리고 SPAEC의 성능 비교 실험 결과를 보인 그래프 그리고
도 6은 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중사용자 MIMO 시스템에서 하이브리드 스케줄링을 적용할 경우의 성능 비교 실험 결과를 보인 그래프이다.
본 발명은 무선통신시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다중사용자 다중입출력 통신 시스템에서의 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 개선된 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
3세대 이동통신 시스템에의 표준화와 더불어 다양한 무선 멀티미디어 서비스를 지원할 수 있는 고속의 데이터전송 기법들이 연구 개발되고 있다. 고속하향링크 패킷전송(High Speed Downlink Packet Access: HSDPA)은 광대역코드분할다중접속(wideband code division multiple access: WCDMA)의 하향링크 데이터 전송 규격으로 10Mbps의 비트 전송율을 지원한다. HSDPA 시스템은 적응 변조 및 코딩 (adaptive modulation and coding: AMC), 하이브리드 자동 재전송 (hybrid automatic repeat request: HARQ), 패스트 셀 선택 (fast cell selection), 및 다중입출력(multiple input multiple output: MIMO) 안테나 처리 등 다양한 기술들을 포함한다. MIMO 시스템에서는 다수의 데이터 스트림이 다중 안테나를 통해 병렬로 전송되므로 스펙트럼 효율은 물론 데이터 전송율을 증가시킨다. 시공간블록부호화는 완전전송 다이버시티를 달성하기 위한 중요한 기술 중 하나이며 수신기에서 간단한 최대 우도 복호화 알고리즘을 가능하게 한다. 빔포밍은 간섭 제거 및 선형 결합에 의해 링크 신뢰도를 증진시키는 또 다른 방법이다. 송수신 다이버시티는 패이딩을 변화를 줄일 수 있는 잘 알려진 방법으로 잘 알려져 있는 기술이며 이를 통해 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 공간 다중화 (spatial multiplexing) 는 다중 송신 안테나를 통해 서로 다른 데이터 심볼을 동시에 전송함으로써 다중화 이득을 얻기 위해 이용된다.
최근들어, MIMO는 3GPP의 WCDMA/HSDPA에 적용하기 위해 가장 활발하게 연구가 진행되고 있는 기술이다. 3GPP에 제안된 기법들은 빔포밍(beamforming), 시공간블록부호화, 송신다이버시티, 및 변조방식과 같은 다양한 MIMO 기술들의 조합을 기반으로 하고 있다. 3GPP MIMO 의 중요한 요소 중의 하나는 채널 품질 지시자 (channel quality indicator: CQI) 시그널링 이다. 다양한 형태의 전송 기법에 따라 링크 품질 추정 알고리즘은 물룐 요구되는 CQI 정보 또한 변할 수 있다. 따라서, CQI 정보의 궤환 시그널링은, 특히 링크 용량을 최대화 하고 오류율을 줄이기 위해 적응 변조 및 부호화 (AMC), 및/또는 선부호화(precoding) 기법을 이용하는, 다중 송신 안테나를 가지는 송신기에서 최적의 방법으로 설계되어야 한다. 실제 채널 환경에서 다중사용자 시그널링은 시스템 설계의 중요한 관심사 주의 하나이다. 스케줄링 알고리즘은, 단일사용자 MIMO의 점대점(point-to-point) 링크 용량을 증가를 위해 설계되다면, 다중 사용자 MIMO 시스템에서는 전체 시스템 용량 증가를 고려하여야 한다.
3GPP MIMO 기술 보고서에서 루슨트 테크놀로지(lucent technologies)는 안테나별 전송율 제어 (per-antenna rate control: PARC)라 불리는 다중 안테나 기법을 제안하였다. 도 1은 PARC의 송신 안테나 구조를 보인 블록도로서, 입력된 데이터 스트림은 역다중화기(11)에 의해 역다중화되어 병렬로 배치된 부호화및변조기(13)에 전달되고 상기 부호화및변조기(13)를 구성하는 각각의 부호/변조 모듈(13-1 ~ 13-k)에 의해 부호화 및 변조되어 확산기(15)로 입력된다. 상기 확산기(15)에 입력된 각각의 병렬 신호는 확산코드와 곱해진 후 스크램블러(17)에 의해 혼합되어 대 응하는 송신 안테나(19-1~19-k)를 통해 송신된다.
PARC 에서는 개별적으로 부호화된 데이터 스트림들이 각 안테나를 통해 동일한 전력으로 그러나 다른 데이터율로 전송되며 모든 스트림에 대해 확산 코드가 재사용된다. 각 안테나에 대한 데이터 양 (data rate) 은 변조차수, 부호율, 확산코드의 수와 같은 전송자원을 적응적으로 할당 함으로써 제어된다. 각 송신 안테나의 복호 후 신호대간섭및잡음비 (signal-to-interference-plus-noise ratio: SINR)는 수신기에서 추정되어 송신기로 궤환 되며 이는 각 안테나의 데이터 량을 결정하는데 이용된다. PARC 에서는 링크 적응(link adaptation)을 위해 종래의 스칼라 시그널링보다 더 많은 궤환 오버헤드를 가지는 벡터 시그널링이 요구된다.
PARC 시스템에서, 송신 및 수신 안테나의 수를 각각 Mt 와 Mr, Hk(t)를 Mr X Mt MIMO 채널 행렬, nk(t)를 분산
Figure 112004030992360-PAT00001
을 가지는 Mr X 1 백색가우시안잡음(AWGN) 벡터, 그리고 Es 을 전체 송신 에너지 (t는 타임슬롯 인덱스)라 가정할 때, 다중 사용자 MIMO 시스템에서 k번째 사용자를 위한 Mr X 1 수신신호 벡터는 다음 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112004030992360-PAT00002
여기서,
Figure 112004030992360-PAT00003
이고
Figure 112004030992360-PAT00004
는
Figure 112004030992360-PAT00005
를 만족시키는 제한 전 력을 가지는 k번째 사용자를 위한
Figure 112004030992360-PAT00006
송신 심볼 벡터이다. 따라서 PARC 시스템에서는 특정 시점에서 오직 한 명의 사용자만이 서비스를 제공 받게 된다.
수신기에 최소 평균 제곱 오차 (minimum mean squared error: MMSE) 필터링과 연속간섭제거(successive interference cancellation: SIC)가 적용될 때, 수신 SINR, 즉, 복호후 SINR과 PARC의 용량 성능을 나타내기 위해, 선부호화를 위한 궤환벡터는 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004030992360-PAT00007
여기서
Figure 112004030992360-PAT00008
는
Figure 112004030992360-PAT00009
차원 제곱 단위 행렬이고
Figure 112004030992360-PAT00010
는
Figure 112004030992360-PAT00011
번째 열이 0으로 채워진
Figure 112004030992360-PAT00012
의 수축된 행렬이다. m번째 스트림의 수신 SINR은 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004030992360-PAT00013
따라서, 용량은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004030992360-PAT00014
여기서
Figure 112004030992360-PAT00015
이다. 수학식 2에서
Figure 112004030992360-PAT00016
를
Figure 112004030992360-PAT00017
로 대체하면,
Figure 112004030992360-PAT00018
표시되는 수신SINR 과 용량을 MMSE 수신을 위해 유도할 수 있다.
PARC 의 경우 플랫 패이딩 MIMO 채널에서 완전 개루프 용량을 달성할 수 있지만 SNR이 낮고 수신 안테나의 수가 송신 안테나의 수보다 적을 경우 개루프 용량과 폐루프 용량에 심각한 차이를 보이는 단점이 있다. 폐루프 MIMO 의 근접 용량을 얻기 위한 방법으로 에릭슨 사에 의해 제안된 선택적 PARC (selective PARC: SPARC) 기법이 있다. SPARC 는 안테나 선택 이득으로 용량 손실을 보상한다. 도 2는 종래의 MIMO 시스템 중의 하나인 SPARC의 송신기 구조를 보인 블록도이다.
도 2에서, AMC 제어기 (27)는 안테나 스위치(23)와 부호화/변조기 (21)를 통해 안테나들 (29-1 ~ 29-k)과 변조 및 부호화의 적응 모드를 제어한다. 적응 모드의 정보를 기바니으로 모든 송신 파라미터들이 결정되고 선택된 안테나 (29-1 ~ 29-k)에 매핑된다. 모든 송신 안테나에 대한 적절한 전력 분배는 안테나 처리기(25)에 의해 이루어진다.
그러나 SPARC는 한번에 하나의 송신 안테나만을 이용하므로 사용자의 수에 대해 용량이득이 제한적인 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 본 발명의 목적은 사용자 스케줄링을 위해 사용자 다이버시트를 이용하고 피드백 정보를 기반으로 하는 송신 빔포밍을 적용하는 새로운 다중 사용자 MIMO 전송 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 채널 환경에 따라 사용자 스케줄링 방법을 적응적으로 선택함으로써 효율적인 자원 할당이 가능한 다중 사용자 MIMO 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단말의 수신구조에 따라 최적의 피드백 알고리즘을 적응적을 선택함으로써 통신 환경에 따른 시스템 용량을 최대화 할 수 있는 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중사용자 다중입출력통신스템을 위한 데이터 전송 방법에서는 기지국이 단말들로부터 채널 정보를 수신하고, 상기 채널 정보를 이용하여 현재 시점의 단말의 수를 계산하고, 상기 단말의 수에 따라 사용자 스케줄링 방식을 결정하고, 상기 결정된 스케줄링 방식과 각 단말의 채널 정보에 따라 데이터를 변조 및 부호화 하여 전송한다.
상기 채널 정보는 각 채널에 대한 빔형성 벡터와 채널 품질 지시자인 것을 특징으로 한다.
상기 사용자 스케줄링 방식은 단일 사용자 단말에 모든 송신 안테나를 할당 하는 단일 사용자 할당 방식과 모든 사용자 단말이 각각의 송신 안테나를 점유하기 위해 경쟁하는 경쟁 할당 방식을 포함한다.
상기 스케줄링 방식을 결정하는 단계는 상기 스케줄링 방식의 스위칭을 위한 임계값을 설정하고, 현재 시점의 단말의 수가 상기 임계값 보다 큰지를 판단하고, 상기 단말의 수가 임계값보다 작거나 같으면 상기 단일 사용자 할당 스케줄링방식을 선택하고, 상기 단말의 수가 임계값보다 크면 경쟁 할당 스케줄링 방식을 선택하는 것을 포함한다.
상기 경쟁 할당 방식은 사용자 단말들의 수신기 구조에 따라 다른 용량 매트릭을 사용한다.
상기 단말의 수신기 구조는 선형(linear) 수신기 또는 비선형 (non-linera) 수신기인 것을 특징으로 한다.
상기 비선형 수신기는 연속간섭제거(SIC) 수신기인 것을 특징으로 한다.
상기 수신기 구조가 비선형 수신기일 경우 상기 매트릭은 다음 수학식:
Figure 112004030992360-PAT00019
,
여기서 Q는 모든 사용자 단말 중 가능한 부분 세트, k는 사용자 인텍스, 아이겐 인덱스
Figure 112004030992360-PAT00020
은 신호대잡음및간섭비(SINR)를 나타낸다.
상기 수신기 구조가 선형 수신기일 경우 상기 매트릭은 다음 수학식:
Figure 112004030992360-PAT00021
에 의해 표현되며, 여기서 k는 사용자 인덱스, m은 아이겐벡터 인텍스,
Figure 112004030992360-PAT00022
은 신호대잡음및간섭 비(SINR)를 나타낸다.
본 발명의 데이터 전송 방법은 단말의 수에 따라 피드백 방식을 결정하는 것을 더욱 포함한다.
상기 피드백 방식은 완전 피드백, 부분 피드백, 또는 하이브리드 피드백 방식인 것을 특징으로 한다.
상기 완전 피드백 방식의 피드백 정보는 다음 수학식:
Figure 112004030992360-PAT00023
로 나타내며, 여기서
Figure 112004030992360-PAT00024
는 선택된 벡터들의 집합을 나타내는 지시자이고,
Figure 112004030992360-PAT00025
은
Figure 112004030992360-PAT00026
을 기반으로 수신기에서 추정된 수신 SINR들인 것을 특징으로 한다.
상기 부분 피드백 방식의 피드백 정보는 다음 수학식:
Figure 112004030992360-PAT00027
으로 나타내며, 여기서
Figure 112004030992360-PAT00028
는 선택된 벡터들의 집합을 나타내는 지시자이고,
Figure 112004030992360-PAT00029
은
Figure 112004030992360-PAT00030
을 기반으로 수신기에서 추정된 수신 SINR들인 것을 특징으로 한다.
상기 하이브리드 피드백 방식의 피드백 정보는 다음 수학식:
Figure 112004030992360-PAT00031
로 나타내며, 여기서
Figure 112004030992360-PAT00032
는 선택된 벡터들의 집합을 나타내는 지시자이고,
Figure 112004030992360-PAT00033
은
Figure 112004030992360-PAT00034
을 기반으로 MMSE 수신기에서 추정된 수신 SINR이고
Figure 112004030992360-PAT00035
은 SIC 수신기에서 추정된 SINR 인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중사용자 MIMO 전송 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 폐루프 MIMO 와 하향링크 사용자 다이버시티라는 두 가지 중요한 특징을 가진다. 다시 말해, 송신 안테나 어레이 이득은 궤환 시그널링을 통해 달성되고 그에 따라 용량/오차 비가 개선된다. 시공간 영역에서 사용자 다이버시티를 이용함으로써 모든사용자들에 대한 벡터 채널들의 총 용량이 최대화 된다. 수신 SINR, 채널 행렬의 부공간 (subspace) 구조, 그리고 수신기 구조와 같은 파라미터들은 링크 출력 성능을 결정하는 중요한 요소들이다. 더욱이, 다중사용자 MIMO 시스템은 송신 안테나의 수가 수신 안테나의 수보다 많은 경우 시스템 용량을 보상할 수 있다.
본 발명의 단위 기저 행렬 (unitary basis matrix)을 이용한 다중 사용자 MIMO 방법을 사용자별 단위 전송량 제어(per-user unitary rate control: PU2RC)로 부르기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 사용자 MIMO 시스템의 기지국 송신기를 보인 개략도이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국 송신기는 단말로부터 수신되는 채널 상태 정보를 분석하여 k 사용자들의 우선순위를 결정하고 각 사용자별 데이터에 대한 변조 및 부호화 수준을 결정하는 AMC 제어기 (35), 상기 AMC 제어기 (35)에 의해 결정된 우선 순위 정보와 변조 및 부호화 수준 정보를 이용하여 입력되는 각 사용자들의 데이터와 해당 사용자 데이터의 전송율을 선택하는 사용자/전송율 선택기 (31), 상기 사용자/전송율 선택기 (31)로부터 출력되는 사용자별 변조및 부호화 정보를 이용하여 해당 사용자별 데이터를 변조 및 부호화하는 다수의 부호기/변조기 (33-1 ~ 33-k), 그리고 상기 부호기/변조기들 (33-1 ~ 33-k)로부터 출력되는 신호를 상기 AMC 제어기(35)에서 제공되는 채널정보를 이용하여 변환하여 단위 기저 행렬로 변환하여 다수의 안테나들 (39-1~39-k)을 통해 전송하는 단위기저변환기(37)로 이루어진다.
본 발명에 따른 다중 사용자 MIMO 시스템에서 수학식 1에 사용된 가정을 동일하게 적용하면 수신 신호 벡터는 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112004030992360-PAT00036
여기서
Figure 112004030992360-PAT00037
는 총 송신 스트림의 수이고,
Figure 112004030992360-PAT00038
,
Figure 112004030992360-PAT00039
는 빔포밍 행렬, 그리고
Figure 112004030992360-PAT00040
는 를 만족하는 전력 제약조건을 가진 송신 신호 벡터이다. 본 발명의 PU2RC는 다중 사용자 MIMO 방법이므로 각
Figure 112004030992360-PAT00042
가 다른 사용자에게 독립적으로 할당 될 수 있다.
수학식 5에서 빔포밍 행렬
Figure 112004030992360-PAT00043
이 단위 행렬, 즉,
Figure 112004030992360-PAT00044
이라고 가정하면 매치 필터 빔포밍(matched filter beamforming: MF-BF)에 의해 얻어진 용량을 개선할 수 있다. MF-BF은 더티 페이퍼 부호화 (dirty-paper coding: DPC)와 같은 다른 송신 사전 부호화 방법들에 비해 간단하게 구현될 수 있지만 공간 영역 사용자 다이버시티와 조합된 MF-BF는 상당한 용량 성능 증가를 가져온다. 시공간 영역에서의 사용자 다이버시티를 이용하기 위해
Figure 112004030992360-PAT00045
는 다음 수학식 6에 의해 표현된다.
Figure 112004030992360-PAT00046
조건:
Figure 112004030992360-PAT00047
여기서
Figure 112004030992360-PAT00048
은 그라스마니안 라인 팩킹 (Grassmannian line packing)과 같은 부분공간 패킹을 이용하여 얻어진
Figure 112004030992360-PAT00049
의 m 번째 아이겐벡터의 양자화 된 버전이고,
Figure 112004030992360-PAT00050
은 k번째 사용자를 위한 vk,m(t) 의 수신 SINR 함수 이다.
Figure 112004030992360-PAT00051
은 다음 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004030992360-PAT00052
여기서 b는 k번째 사용자와 t l 위한 수신 빔포밍 벡터이고, L=Mt이면 품질은 유지된다. 다른 송신 빔포밍 벡터들, 즉 {tm}m≠1은 T(t)의 단위 특성상 L→Mt일 때 쉽게 무익해지므로, 수학식 7에서 이용되지 않는다.
따라서, 송신기에서 본 발명에 따른 PU2RC의 단위 빔포밍은 공간 영역에서의 단순화된 사용자 다이버시티와 수신 SINR의 효과적 계산이라는 두 가지 장점을 가진다.
폐루프 MIMO 에서는 궤환 채널을 통해 사용자 단말로부터 채널 정보를 얻는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 사용자 MIMO 시스템에서는 두 가지 종류의 채널 정보가 기지국으로 피드백 되며, 이는 빔포밍 벡터와 이에 대응하는 채널 품질이다. 다시 말해, 빔포밍 벡터와 채널 품질은 상기한 각 유저의 양자화된 아이겐벡터, 즉 {vk,m(t)}m와 수신 SINR, 즉 {ρ k (v k,m(t))}m 을 말한다.
본 발명에서는 부분 공간(subspace) 패킹에 의해 미리 결정된 세트로부터 양자화된 벡터를 고려한다. 실제 구현상 어려움이 있는 아이겐 분해를 위해 선택이 바람직하다. 더욱이, 궤환 시그널링을 기반으로 하는 AMC가 이용된다면 양자화된 정보가 적응 수준의 수에 따라 궤환되어야 한다. 최상의 벡터들로 구성된 세트가 선택되고 이 벡터 세트는 수신기의 최대 합 양(sum rate)에 대응하고 서로 정규 직교되도록 선택적으로 제한된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 사용자 MIMO 시스템에서는 상술한 피드백 정보의 특성에 따라 세가지 피드백 프로토콜, 즉, 완전 피드백, 부분 피드백, 그리고 하이브리드 프드백을 고려한다.
피드백 시그널링을 위한 k번째 사용자의 정보는 다음 수학식 8및 수학식 9로 주어진다.
Figure 112004030992360-PAT00053
Figure 112004030992360-PAT00054
상기 수학식 8과 수학식 9는 완전 피드백과 부분 피드백 프로토콜을 각각 나타내며, 여기서
Figure 112004030992360-PAT00055
는 선택된 벡터들의 세트 인덱스이고,
Figure 112004030992360-PAT00056
은
Figure 112004030992360-PAT00057
을 기반으로 수신기에서 추정된 수신 SINR들이다. 모든
Figure 112004030992360-PAT00058
은 MMSE 수신을 기반으로 하는 복호 후 SINR 을 나타낸다. 피드백 부하를 줄이기 위해, 수학식 9의
Figure 112004030992360-PAT00059
는 수학식 8에서와 같은 모든 벡터들에 대한 SINR 대신 최대 SINR
Figure 112004030992360-PAT00060
과 그 인덱스
Figure 112004030992360-PAT00061
를 포함한다. 최대 SINR
Figure 112004030992360-PAT00062
은 다음 수학식 10과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112004030992360-PAT00063
실제로, 피드백 전송은 다음과 같이 재구성될 수 있다. 수학식 9의
Figure 112004030992360-PAT00064
를 이용하여 상기 벡터들의 세트를 정의하기 위해 1 비트가 사용되고, 2 비트로 최대 SINR의 인덱스를 나타내고, 현재 HSDPA 규격의 SINR 피드백 시그널링을 위한 비트 수와 동일한 5 비트가 최대 SINR에 대해 할당되도록 구현될 수 있다.
마지막으로, 하이브리드 피드백을 위한 프로토콜은 다음 수학식 11과 같이 표현된다.
Figure 112004030992360-PAT00065
여기서 SINR 은 MMSE와 SIC 수신기 구조 (
Figure 112004030992360-PAT00066
와
Figure 112004030992360-PAT00067
)를 포함하 고, 반면 수학식 11과 수학식 8에서의 SINR 의 수는 동일하다.
MIMO 시스템에서는 두 개의 기본 스케줄링 방법이 고려된다. 이중 하나는 모든 송신 안테나가 단일 사용자 다중화 방식을 기반으로 선택된 단일 사용자에게 할당되는 것으로 PARC 방식에 적용된다. 수신기 구조에 관계없이 수신기 용량은 수학식 12와 같이 표현된다.
Figure 112004030992360-PAT00068
여기서
Figure 112004030992360-PAT00069
는
Figure 112004030992360-PAT00070
이거나 혹은
Figure 112004030992360-PAT00071
일 수 있다. 나머지 하나는 모든 사용자들이 성능 향상을 위해 각 송신 안테나에 대해 독립적으로 경쟁하는 것이다. 이 방식의 용량은 특정 수신기 구조에 따라 다르므로 SIC 수신기와 선형 수신기 각각에 대해 수학식 13 및 수학식 14와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004030992360-PAT00072
Figure 112004030992360-PAT00073
여기서 Q는 모든 사용자들에 대한 가능한 부분 세트이고, Qm+1은 m번째 계층에서 복호화 후 사용자가 제로화 되고
Figure 112004030992360-PAT00074
인 Qm의 수축된 버전이다.
수학식 13의 용량이 수학식 12의 용량과 명백히 같다는 사실, 즉
Figure 112004030992360-PAT00075
로부터, 진보된 수신기들을 사용할 때, 단순화를 위해 수학식 12의 스케줄러를 사용할 수도 있다.
진보된 수신기들을 통해 최대 용량을 달성하기 위해, 하이브리드 스케줄러가 사용될 수도 있다. 하이브리드 스케줄러는 수학식 15와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112004030992360-PAT00076
여기서 SIC 수신기를 위한
Figure 112004030992360-PAT00077
와 선형 수신기를 위한
Figure 112004030992360-PAT00078
의 두 개의 매트릭(metrics)이 적당한 사용자를 선택하기 위해 사용된다. 여기서 스케줄링 될 사용자들의 수에 의해 임계점이 결정된 후
Figure 112004030992360-PAT00079
와
Figure 112004030992360-PAT00080
사이에서 스케줄링 방식을 간단하게 스위칭함으로써 하이브리드 스케줄링을 위해 하나의 매트릭 만이 사용된다.
실제로,
Figure 112004030992360-PAT00081
을 만족하는 임계점
Figure 112004030992360-PAT00082
을 선택하는 것이 요구되므로 하이브리드 스케줄러의 조건은 수학식 16과 같이 수정된다.
Figure 112004030992360-PAT00083
Figure 112004030992360-PAT00084
스케줄링 방법이 활성화 되기 전에는 스케줄링 할 사용자가 얼마나 많은지 확실하게 알기 어려우므로 수신을 단일 사용자 SIC (SU-SIC)로 제약하는 하이브리드 방식을 사용할 수 있으며 이는 수학식 17과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112004030992360-PAT00085
여기서
Figure 112004030992360-PAT00086
는 수학식 11의 SINR 들의 요소이고,
Figure 112004030992360-PAT00087
는 제한 조건
Figure 112004030992360-PAT00088
와
Figure 112004030992360-PAT00089
를 만족하는 송신 안테나들의 j번째 부분그룹을 나타낸다.
종래의 SIC 수신기들이 송신 안테나들로부터 수신되는 모든간섭들을 제거하려고 시도하는데 반해, SU-SIC 수신기들은 자신에 의한 간섭 (self interference)만을 제거할 뿐 다른 사용자에 대한 간섭은 제거하지 않는다.
네트워크의 관점에서, 수학식 17의 스케줄링 알고리즘은 송신기가 수학식 12 내지 수학식 14의 알고리즘들 중 하나를 선택하여 융통성 있게 적용함으로써 최적 의 스케줄링이 가능하다. 수학식 17의 복잡도는 용량 성능의 희생 없이 수학식 12의 CQI 피드백과 거의 동일한 양을 사용함으로써, 즉 수학식 11의 피드백 프로토콜
Figure 112004030992360-PAT00090
를 이용함으로써 단순화가 가능하다.
도 4 내지 도 6은 상기한 다중 사용자 MIMO 시스템에 대한 컴퓨터 모의 실험결과를 보인 도면들이다.
모든 모의 실험에서,
Figure 112004030992360-PAT00091
이고 PU2RC, MMSE 선형 수신기를 채택한 PARC(PAEC-MMSE), 그리고 SIC 수신기들이 PARC를 위해 사용되었다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중사용자 MIMO 시스템 (PU2RC)와 종래의 PARC-MMSE 의 출력 성능 비교 테스트 결과를 그래프이다.
도 4에서, 본 발명의 PU2RC 방식이 빔포밍을 적용하지 않는 PU2RC 시스템에 비해 4비트의 피드백으로 약 2dB의 송신 빔포밍이득을 가지기 때문에 PARC-MMSE 성능을 능가하고 사용자 다이버시트가 적용된 경우와 적용되지 않은 경우의 PARC-MMSE 에 비해 각각 약 3.5dB와 7dB 만큼 추가의 사용자 다이버시트 이득을 얻는 것을 알 수 있다. 사용자 다이버시트가 적용되는 PARC-MMSE에 대한 추가적인 이득은 PARC 방식에서는 이용될 수 없는 공간 영역에서의 사용자 다이버시티 이득이다. 사용자 수는 K=10으로 가정한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PU2RC와 종래의 PARC-MMSE, 그리고 SPAEC의 성능 비교 실험 결과를 보인 그래프이다. 실험을 위해 평균 SNR=10dB에서 송신 빔포밍을 위해 PU2RC에 1비트의 피드백이 적용되었다. 도 5에서 보는 바와 같이, 모든 송신 안테나들에 대한 피드백 정보가 사용자 단말들로부터 기지국으로 전송될 경우 PU2RC가 PARC-MMSE보다 월등한 성능을 보이고 있으며, 부분 피드백, 즉, 선택된 기저 혹은 안테나 벡터의 SINR 의 가정하에서도 PU2RC가 S-PARC와 같은 PAEC 기법에 대해 상당한 이득을 가짐을 알 수 있다. 이는 부분 피드백을 적용할 경우 SPARC는 하나의 송신 안테나 만을 이용하기 때문이고, 결과적으로 사용자 수와 관련하여 제한된 용량 이득을 가지기 때문이다. 반면 PU2RC의 경우 최대 송신 안테나 수 만큼의 데이터 스트림을 전송할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중사용자 MIMO 시스템에서 하이브리드 스케줄링을 적용할 경우의 성능 비교 실험 결과를 보인 그래프이다. 도 6에서 보는 바와 같이, 사용자 수가 7 이하인 경우 SIC 수신기를 이용하는 PARC의 성능은 PU2RC의 성능보다 우수하지만, 사용자의 수가 증가하면 선형 수신기를 사용하는 PU2RC는 가 PARC보다 우수한 성능을 보이고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 결과로부터 PU2RC 와 PARC 의 하이브리드 스케줄링 기법은 사용자 수와 관계 없이 각각의 기법보다 좋은 성능을 보임을 알 수 있다. 모든 기법들의 성능은 최적 빔포밍을 이용한 PU2RC에 의해 상한이 결정된다.
본 발명의 다중 사용자 MIMO 시스템의 이득은 시공간 사용자 다이버시티와 송신 단위 빔형성을 적용함으로써 달성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 다중 사용자 MIMO 시스템에서는 사용자의 수에 비례하여 다중 사용자 이득을 얻을 수 있으며 송신기에서 수신기로부터 피드백 되는 단위 기저 변환을 이용하여 빔형성 이득을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 다중 사용자 MIMO 시스템에서는 사용자 스케줄링을 진보된 수신기와 조합함으로써 단일 사용자 다중화 전송 방식에 비해 용량 성능의 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 다중 사용자 MIMO 시스템에서는 개선된 피드백 시그널링을 통해 빔포밍 행렬과 SINR에서의 양자화 오차를 줄일 수 있기 때문에 신뢰성 있는 데이터 전송이 가능하다.

Claims (15)

  1. 단말들로부터 피드백 되는 채널 정보를 수신하여 기지국이 상기 채널 정보에따라 사용자별 데이터 전송을 수행하는 다중 사용자 다중입출력통신 시스템에 있어서,
    단말들로부터 채널 정보를 수신하고
    상기 채널 정보를 이용하여 현재 시점의 단말의 수를 계산하고
    상기 단말의 수에 따라 사용자 스케줄링 방식을 결정하고
    상기 결정된 스케줄링 방식과 각 단말의 채널 정보에 따라 데이터를 변조 및 부호화 하여 전송하는 데이터 전송 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 채널 정보는 각 채널에 대한 빔형성 벡터와 채널 품질 지시자인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 사용자 스케줄링 방식은 단일 사용자 단말에 모든 송신 안테나를 할당 하는 단일 사용자 할당 방식과 모든 사용자 단말이 각각의 송신 안테나를 점유하기 위해 경쟁하는 경쟁 할당 방식을 포함하는 데이터 전송 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 스케줄링 방식을 결정하는 단계는:
    상기 스케줄링 방식의 스위칭을 위한 임계값을 설정하고:
    현재 시점의 단말의 수가 상기 임계값 보다 큰지를 판단하고
    상기 단말의 수가 임계값보다 작거나 같으면 상기 단일 사용자 할당 스케줄링방식을 선택하고
    상기 단말의 수가 임계값보다 크면 경쟁 할당 스케줄링 방식을 선택하는 것을 포함하는 데이터 전송 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 스케줄링 방식을 결정하는 단계는:
    현재 시점의 단말의 수가 미리 정해진 임계값 보다 큰지를 판단하고
    상기 단말의 수가 상기 임계값 보다 작거나 같으면 모든 송신안테나를 단일 사용자 단말에 할당하는 단일 사용자 할당 스케줄링 방식을 선택하고
    상기 단말의 수가 임계값보다 크면 모든 사용자 단말이 각각의 송신 안테나를 점유하기 위해 경쟁하는 경쟁 할당 스케줄링 방식을 선택하는 것을 포함하는 데이터 전송 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 경쟁 할당 방식은 사용자 단말들의 수신기 구조에 따 라 다른 용량 매트릭을 사용하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 단말의 수신기 구조는 선형(linear) 수신기 또는 비선형 (non-linera) 수신기인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 비선형 수신기는 연속간섭제거 (SIC) 수신기인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 수신기 구조가 비선형 수신기일 경우 상기 매트릭은 다음 수학식:
    Figure 112004030992360-PAT00092
    에 의해 표현되며, 여기서 Q는 모든 사용자 단말 중 가능한 부분 세트, k는 사용자 인덱스, 아이겐벡터 인텍스,
    Figure 112004030992360-PAT00093
    은 신호대잡음및간섭비(SINR)를 나타내는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 수신기 구조가 선형 수신기일 경우 상기 매트릭은 다음 수학식:
    Figure 112004030992360-PAT00094
    에 의해 표현되며, 여기서 k는 사용자 인덱스, 아이겐벡터 인텍스,
    Figure 112004030992360-PAT00095
    은 신호대잡음및간섭비(SINR)를 나타내는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 단말의 수에 따라 피드백 방식을 결정하는 것을 더욱 포함하는 데이터 전송 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 피드백 방식은 완전 피드백, 부분 피드백, 또는 하이브리드 피드백 방식인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 완전 피드백 방식의 피드백 정보는 다음 수학식:
    Figure 112004030992360-PAT00096
    로 나타내며, 여기서
    Figure 112004030992360-PAT00097
    는 선택된 벡터들의 집합을 나타내는 지시자이고,
    Figure 112004030992360-PAT00098
    은
    Figure 112004030992360-PAT00099
    을 기반으로 수신기에서 추정된 수신 SINR들인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 부분 피드백 방식의 피드백 정보는 다음 수학식:
    Figure 112004030992360-PAT00100
    으로 나타내며, 여기서
    Figure 112004030992360-PAT00101
    는 선택된 벡터들의 집합을 나타내는 지시자이고,
    Figure 112004030992360-PAT00102
    은 을 기반으로 수신기에서 추정된 수신 SINR들인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 하이브리드 피드백 방식의 피드백 정보는 다음 수학식:
    Figure 112004030992360-PAT00104
    의로 나타내며, 여기서
    Figure 112004030992360-PAT00105
    는 선택된 벡터들의 집합을 나타내는 지시자이고,
    Figure 112004030992360-PAT00106
    은
    Figure 112004030992360-PAT00107
    을 기반으로 MMSE 수신기에서 추정된 수신 SINR이고
    Figure 112004030992360-PAT00108
    은 SIC 수신기에서 추정된 SINR 인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100761818B1 (ko) * 2005-11-07 2007-09-28 한국전자통신연구원 두 개의 유니터리 행렬로 구성되는 프리코딩 행렬을 이용한폐루프 ｍｉｍｏ 방식의 데이터 전송 방법 및 송신 장치
WO2009093851A1 (en) 2008-01-25 2009-07-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for allocating feedback channel in multiple antenna communication system
KR100925125B1 (ko) * 2006-07-25 2009-11-04 삼성전자주식회사 다중 입력 다중 출력 시스템에서 다중 사용자 및 단독사용자를 스케줄링하기 위한 장치 및 방법
US8098746B2 (en) 2006-06-14 2012-01-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for transmitting/receiving data in a closed-loop multi-antenna system
KR101299411B1 (ko) * 2007-02-05 2013-08-23 삼성전자주식회사 데이터 전송 모드 결정 장치 및 그 방법
KR20140142309A (ko) * 2012-04-26 2014-12-11 알까뗄 루슨트 톤당 일정한 콘스텔레이션 크기를 위한 조정가능 부호율
CN111726191A (zh) * 2019-03-21 2020-09-29 中兴通讯股份有限公司 信号处理方法、装置及计算机可读存储介质

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101500639B1 (ko) * 2012-09-07 2015-03-09 주식회사 케이티 펨토 기지국에서의 다운링크 무선자원 할당 방법 및 이를 위한 펨토 기지국

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100761818B1 (ko) * 2005-11-07 2007-09-28 한국전자통신연구원 두 개의 유니터리 행렬로 구성되는 프리코딩 행렬을 이용한폐루프 ｍｉｍｏ 방식의 데이터 전송 방법 및 송신 장치
US8098746B2 (en) 2006-06-14 2012-01-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for transmitting/receiving data in a closed-loop multi-antenna system
KR101274871B1 (ko) * 2006-06-14 2013-06-17 삼성전자주식회사 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서의 데이터송/수신장치 및 방법
KR100925125B1 (ko) * 2006-07-25 2009-11-04 삼성전자주식회사 다중 입력 다중 출력 시스템에서 다중 사용자 및 단독사용자를 스케줄링하기 위한 장치 및 방법
US7941186B2 (en) * 2006-07-25 2011-05-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for scheduling multiuser/single user in multiple input multiple output (MIMO) system
KR101299411B1 (ko) * 2007-02-05 2013-08-23 삼성전자주식회사 데이터 전송 모드 결정 장치 및 그 방법
WO2009093851A1 (en) 2008-01-25 2009-07-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for allocating feedback channel in multiple antenna communication system
EP2248279A4 (en) * 2008-01-25 2017-08-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for allocating feedback channel in multiple antenna communication system
KR20140142309A (ko) * 2012-04-26 2014-12-11 알까뗄 루슨트 톤당 일정한 콘스텔레이션 크기를 위한 조정가능 부호율
CN111726191A (zh) * 2019-03-21 2020-09-29 中兴通讯股份有限公司 信号处理方法、装置及计算机可读存储介质

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