KR20060132149A

KR20060132149A - 다중안테나 시스템에서 협력 멀티플랙싱을 지원하기 위한장치 및 방법

Info

Publication number: KR20060132149A
Application number: KR1020050052310A
Authority: KR
Inventors: 김성진; 박대영; 이광복
Original assignee: 삼성전자주식회사; 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-21

Abstract

다중 안테나 시스템에서 협력 수신을 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 하위 인덱스의 수신기들의 검출 신호들과 송신기로부터 벡터 신호를 수신할 경우, 상기 수신된 하위 인덱스의 수신기들의 검출 신호들을 복원하는 과정과, 상기 송신기부터 수신된 벡터 신호에서 상기 복원된 신호를 제거하여, 상기 수신된 벡터 신호에서 상기 복원된 신호를 제거한 신호를 이용하여 수신 데이터로 검출하는 과정과, 다음 인덱스를 갖는 수신기가 존재하는지 확인하여, 상기 다음 인덱스를 갖는 수신기가 존재하면, 상기 다음 인덱스를 갖는 수신기들과 신호 결정기로 상기 검출한 수신 데이터를 전송하는 과정을 포함하여, 재전송신호에 포함되는 잡음을 제거할 수 있는 이점이 있다.

협력 멀티플렉싱(Cooperative Multiplexing), 다중 안테나, 신호 재 복원기, 잡음 제거

Description

다중안테나 시스템에서 협력 멀티플랙싱을 지원하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SUPPORTING COOPERATIVE MULTIPLEXING IN MULTIPLE ANTENNA SYSTEM}

도 1은 본 발명에 따른 협력 멀티플랙싱의 개략적인 구조를 도시하는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 피드백 신호를 결정하기 위한 송수신기 구조를 도시하는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 제어수신기에서 피드백 신호를 생성하는 절차를 도시하는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신기의 구조를 도시하는 도면,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신기의 동작 절차를 도시하는 도면,

도 6은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신기의 구조를 도시하는 도면, 및

도 7은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신기의 동작 절차를 도시하는 도면.

본 발명은 다중 안테나 시스템에서 협력 멀티플랙싱(Cooperative Multiplexing)을 지원하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 상기 다중 안테나 시스템에서 여러 수신기들의 중계 신호(Relay Signal)를 이용하여 멀티플랙싱 효과를 얻는 경우, 상기 수신기들이 재전송하는 중계 신호에 포함되어 있는 잡음을 제거하여 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 무선 멀티미디어 시대를 맞이하여 대용량의 데이터를 무선채널을 이용하여 고속으로 전송해야하는 필요성이 급격히 증대되면서, 이동 채널 및 무선 채널을 통한 인터넷 서비스를 지원하기 위해 무선·고속 데이터 전송 시스템에 대하여 전 세계적으로 활발하게 연구되고 있다.

상기 이동 채널 및 무선 채널을 통한 인터넷 서비스를 지원하기 위한 연구 중 하나로 데이터 전송률(data rate)을 증가시키기 위한 방법 중 하나로, 상기 MIMO시스템이 대두되고 있다.

상기 MIMO 시스템은, 복수의 송수신 안테나를 포함하여, 보다 높은 데이터 전송률을 가지므로 송수신기간의 무선 링크의 용량이 비 MIMO시스템에 비하여 향상된다는 점에서 유리하다. 또한, 다중 경로가 풍부한 환경에서는 다수의 직교 채널들이 상기 송수신기 간에 생성될 수 있어, 단일 사용자에 대한 데이터는 동시에 동 일한 대역폭을 사용하여, 상기 직교 채널들을 통하여 병렬적으로 대기를 통해 송신될 수 있으므로 비 MIMO 시스템보다 높은 스펙트럼 효율이 달성된다.

하지만, 상기 MIMO시스템은 적은 수의 안테나에 따라 상기 MIMO 시스템의 성능( 데이터 전송률 )이 좌우된다. 예를 들어, 상기 MIMO시스템에서 4 개의 안테나를 구비하는 기지국과 2 개의 안테나를 구비하는 단말이 통신할 경우, 상기 MIMO시스템은 상기 4 개의 안테나를 구비하는 기지국에 의해 상기 MIMO시스템의 성능이 좌우되는 것이 아니라, 상기 2 개의 안테나를 구비하는 단말에 의해 상기 MIMO시스템의 성능이 좌우된다.

상술한 바와 같이, 상기 MIMO시스템은 적은 수의 안테나에 그 성능이 결정되는데, 단말에 장착할 수 있는 아테나 개수는 한계가 있다. 즉, 상기 MIMO시스템을 사용하여 데이터의 전송률을 높이는 것에는 한계가 있다. 상기 MIMO시스템의 한계를 극복하기 위해, 즉 보다 높은 데이터 전송률을 얻기 위하여 일정구간 내에 존재하는 복수의 단말들이 협력하여 데이터를 수신하는, 즉 상기 여러 대의 단말들의 안테나들을 하나의 단말이 사용하는 것처럼 사용하는 협력 멀티플랙싱이 대두되고 있다.

상기 협력 멀티플랙싱은, 일정 영역 내에 존재하는 단말들을 통합하여 하나의 단말이 많은 수의 안테나를 구비하는 것과 같은 효과를 얻기 위한 방법이다. 즉, 특정 단말이 기지국으로부터 데이터 신호를 수신할 때, 상기 특정 단말의 중계 단말들이 상기 기지국으로부터 상기 특정 단말이 수신하고자하는 상기 데이터 신호를 수신하여 상기 특정 단말로 상기 데이터 신호를 재전송해 줌으로써 상기 특정 단말은 많은 수의 안테나를 갖는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이 협력 멀티플랙싱 기술은 중계 단말이 특정 단말로 전송되는 데이터 신호를 중계해줌으로써 상기 특정 단말이 많은 수의 수신 안테나를 구비하는 것과 동일한 효과를 얻는다. 종래기술에 따르면, 상기 중계 단말이 상기 특정 단말로 상기 데이터 신호를 중계할 때, 상기 중계 단말은 수신된 아날로그 형태의 상기 데이터 신호를 그대로 증폭하여 상기 특정 단말로 재전송하는데, 이때 잡음까지 함께 증폭되어 재전송된다. 이 경우, 상기 특정 단말이 재전송 받은 데이터 신호를 복구할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 다중안테나 시스템의 협력 멀티플랙싱 기법 사용 시, 협력 단말기들이 수신 신호에서 잡음을 제거하여 중계하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다중 안테나 시스템의 협력 멀티플랙싱 기법 사용 시, 수신단에서 협력 신호의 잡음을 제거하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 다수의 수신기들과 협력 수신을 수행하기 위한 수신 장치는, 하위 인덱스를 갖는 수신기들의 검출신호를 제공받아 수신신호를 복원하는 복원기와, 수신안테나를 통해 수신된 수신신호에서 상기 복원된 신호를 제거하는 감산기와, 상기 감산기의 출력신호를 제공받아 현재 수신기에 수신된 신호를 검출하는 검출기를 포함하 는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2견지에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 협력 수신을 수행하기 위한 수신방법은, 하위 인덱스의 수신기들의 검출 신호들과 송신기로부터 벡터 신호를 수신할 경우, 상기 수신된 하위 인덱스의 수신기들의 검출 신호들을 복원하는 과정과, 상기 송신기부터 수신된 벡터 신호에서 상기 복원된 신호를 제거하여, 상기 수신된 벡터 신호에서 상기 복원된 신호를 제거한 신호를 이용하여 수신 데이터로 검출하는 과정과, 다음 인덱스를 갖는 수신기가 존재하는지 확인하여, 상기 다음 인덱스를 갖는 수신기가 존재하면, 상기 다음 인덱스를 갖는 수신기들과 신호 결정기로 상기 검출한 수신 데이터를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3견지에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 협력 수신을 수행하기 위한 제어 수신기의 동작 방법은, 모든 수신기로부터 기저대역 변화된 채널 정보를 수신할 경우, 상기 협력 수신에 사용될 인덱스 조합을 선택하여, 상기 협력 수신에 사용될 수신기들을 선택하는 과정과, 상기 선택된 수신기들의 빔포밍 벡터를 생성하여, 상기 생성된 빔포밍 벡터와 목적 수신기 및 상기 선택된 수신기들의 인덱스 정보를 송신기에 피드백하는 과정과, 상기 선택된 수신기들의 순서를 정한 인덱스 정보를 상기 각 수신기에 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명은, 다중 안테나 시스템에서 여러 수신기들의 중계 신호(Relay Signal)를 이용하여 멀티플랙싱(Multiplexing) 효과를 얻을 때, 상기 중계 수신기들이 수신신호에서 잡음을 제거하여 중계하기 위한 기술에 대해 설명할 것이다. 여기서, 상기 중계 신호는 송신기로부터 데이터 신호를 수신한 중계 수신기들이 상기 수신한 데이터 신호를 상기 목적 수신기로 재전송해 주는 신호를 나타낸다. 이하 설명에서, 송신기로부터 데이터를 전송받는 목적지를 목적 수신기로 칭하고, 상기 목적 수신기로 신호를 중계해주는 수신기를 중계 수신기라 칭하며, 상기 목적 수신기와 중계 수신기들을 모두 협력 수신기라 칭하기로 한다. 또한, 제어 수신기는 모든 수신기들 중에서 협력 수신을 제어하는 수신기로 모든 수신기들의 빔포밍 벡터정보를 알고 있으며, 협력 수신에 사용될 상기 협력 수신기들을 결정하여 상기 송신기로 피드백 신호를 전송하는 역할을 수행한다.

도 1은 본 발명에 따른 협력 멀티플랙싱의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 이하 설명에서 복수의 안테나(M_TX개)를 구비하는 송신기(101)와, L 개의 수신기들(103, 105)이 협력 멀티플랙싱을 수행하며, 수신기 L(105)은 상기 송신기(101)가 전송하는 데이터를 최종 수신하는 목적 수신기인 것으로 가정한다. 여기서, 상기 수신기들이 구비하는 안테나 수는 수신기마다 다를 수 있다. 또한, 이하 설명에서 제어 수신기는 상기 송신기(101)가 데이터를 전송할 수신기들 중 협력 멀티플랙싱의 제어를 담당하는 수신기를 나타낸다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 송신기(101)는 상기 제어 수신기로부터 피드백 신호(107)를 수신하여 상기 피드백 신호(107)에 포함된 협력 수신기들(103, 105)의 인덱스 정보를 확인한다. 또한, 상기 피드백 신호에 포함된 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 협력 수신기들(103, 105)로 전송할 빔을 형성하여, 상기 형성된 벡터신호를 상기 수신기들(103, 105)로 전송한다. 여기서, 상기 피드백 신호(107)는 상기 제어 수신기에서 전달한 빔포밍 벡터와 지정된 수신기의 인덱스 정보를 포함하고 있다.

상기 벡터 신호를 수신한 수신기 1(103)은 상기 수신된 벡터 신호에서 상기 수신기 1(103)의 수신신호를 검출한다. 이후, 상기 수신기 1(103)은 상기 검출된 신호를 다른 수신기들(수신기 2 ~ 수신기 K)에 전송한다. 여기서, 상기 수신기 L(105)을 제외한 나머지 수신기들은 상기 수신기 1(103)과 동일한 동작을 수행한다. 즉, 상기 수신기들은 자기보다 상위 인덱스를 갖는 수신기에만 상기 검출 신호를 전송한다.

상기 수신기 L(105)은 상기 송신기(101) 및 다른 수신기들이 전송한 신호들을 수신하여 최종 수신데이터를 생성한다.

도 2는 본 발명에 따른 피드백 신호를 결정하기 위한 송수신기 구조를 도시하고 있다.

상기 도 2를 참조하면, 먼저, 송신기(200)는 전송할 신호를 발생하는 전송신 호 발생기(201, 207)와, 전송 채널의 상태를 추정하기 위한 파일럿(pilot) 신호를 생성하는 파일럿 신호 생성기(202, 208), 및 가산기(203, 209)와 M_t개의 송신안테나(205, 211) 들로 구성된다.

상기 전송 신호 발생기(201, 207)와 상기 파일럿 신호 생성기(202, 208)에서 생성된 상기 전송신호와 파일럿 신호를 상기 가산기(203, 209)를 이용하여 각 안테나(205, 211)별로 더하여 해당 송신 안테나(205, 211)들을 통해 전송한다. 여기서, 상기 송신기(200)가 상기 각 안테나(205, 211)들을 통해 상기 전송신호와 파일럿 신호가 합해진 신호를 전송할 때, 수신기(220)에서 서로 다른 송신 안테나별로 채널을 구분하여 추정할 수 있도록 하기 위하여, 상기 파일럿 신호를 상기 파일럿 신호끼리 서로 직교하며 전송 데이터신호와도 직교하게 구성하여 전송한다. 여기서, 상기 파일럿 신호에 직교성을 부여하는 방법은, CDM(Code Division Multiplexing)방식으로 다른 왈쉬 코드(Walsh code)를 할당하는 것이 일반적이지만, 다른 주파수(FDM : Frequency Domain Multiplexing) 또는 서로 다른 시간(TDM : Time Domain Multiplexing)을 할당하는 방법도 사용된다.

다음으로, 수신기(220)는 M_R개의 수신안테나(221, 225)들과 상기 각 수신 안테나(2221, 225)별로 파일럿 신호를 추정하는 파일럿 신호 추정기(223, 224, 227, 228), 전체 채널을 추정하는 채널 추정기(229), 및 추정된 전체 채널을 기저대역 변환하는 기저대역 등가 채널 변환기(231)로 구성된다.

상기 수신안테나(221, 225)들은 상기 송신기(200)가 전송한 신호를 수신하 여, 상기 수신된 신호를 각 수신안테나(221, 225)에 연결된 파일럿 신호 추정기(223, 224, 227, 228)로 제공한다.

상기 파일럿 신호 추정기(223, 224, 227, 228)는 상기 제공받은 수신 신호를 이용하여 상기 송신기(200)의 각 송신 안테나(205, 211)별로 파일럿 신호를 추정하여, 상기 추정된 파일럿 신호들을 상기 채널 추정기(229)에 제공한다.

상기 채널 추정기(229)는 상기 파일럿 신호 추정기(223, 224, 227, 228)에서 제공되는 파일럿 신호들을 모아 상기 송신기(200)와 수신기(220)로 이루어진 다중 안테나 시스템의 전체 채널(H_k)을 추정한다. 이후, 상기 기저대역 등가 채널 변환기(231)는 상기 채널 추정기(229)에서 제공되는 H_k를 기저대역 변환하여 기저대역 변환 채널(F_k)을 생성하여, 상기 F_k를 제어 수신기의 피드백 신호 결정기(233)로 전송한다.

이후, 상기 기저대역 변환 채널을 수신한 상기 제어 수신기의 피드백 신호 결정기(233)는 상기 수신된 기저대역 변환 채널정보를 이용하여 빔포밍 행렬을 생성한다(하기 도 3에서 상세히 설명한다). 즉 피드백신호를 생성한다.

도 3은 본 발명에 따른 제어 수신기에서 피드백 신호를 생성하는 절차를 도시하고 있다.

상기 도 3을 참조하면, 상기 제어 수신기는 301단계에서 모든 수신기들로부터 송신기와 상기 각 수신기들 사이의 채널(H_k)을 기저대역변환한 채널 정보(F_k)들이 모두 수신되는지 확인한다.

상기 모든 수신기들의 F_k들이 수신되면, 상기 제어 수신기는 303단계로 진행하여 상기 F_k를 이용하여 그리디 MMSE-DP(Greedy MMSE-DP) 프로시져(Procedure)에 적용하여 협력 수신에 사용될 수신기들의 인덱스 조합을 선택한다.

여기서, 상기 그리디 MMSE-DP 프로시져를 이용하여 상기 수신기들의 인덱스 조합을 선택하는 과정은, 먼저, 상기 제어수신기는 상기 모든 수신기의 인덱스 순서에 따라 차례대로 수신 SNR(Signal to Noise Rate)을 산출한다.

하기 수학식 1은 수신기 m의 x번째 수신 SNR(

)을 산출하는 수식이다.

여기서, m은 상기 수신기의 인덱스를 나타내며, f_k,i는 k번째 수신기의 i번째 안테나와 송신기 사이의 채널(h_k,i)을 SVD(Singular Vector Decomposition)해서 생성된 우측 singular 벡터를 이용하여 변환한 채널을 나타내고, P는 상기 전체 전력을 나타낸다.

상기 m번째 수신기의 수신 SNR을 산출한 후, 상기 제어 수신기는 상기 산출한 수신 SNR을 이용하여 m번째 선택된 인덱스 조합을 하기 수학식 2를 이용하여 선택한다.

하기 수학식 2는 m번째 인덱스 조합을 선택하기 위한 수식이다.

여기서,

는

를 나타내며, k는 전체 수신기 즉, 1 부터 K까지의 수신기들의 인덱스를 나타내고, i는 각 수신기들이 구비하는 안테나 수를 나타낸다. 이때, 상기 j는 1 부터 m-1까지를 나타내며, (k, i)=(k_j, i_j)를 제외한다.

상기 수학식 1, 2를 통해 m번째 인덱스 조합을 선택한 후, 상기 제어 수신기는 상기 m 번째 수신기에 대한 가산 용량을 산출한다.

하기 수학식 3은 m 번째 인덱스 조합의 가산 용량(R_m)을 산출한다.

상기 수학식 3을 이용하여 산출한 m번째 가산용량(R_m)은 m-1번째 가산용량(R_m-1)과 비교하여 상기 R_m이 상기 R_m-1보다 작거나 같아( R_m≤ R_m-1) 질 때까지, 상기 m을 한단계씩 증가시키면서 상기 수학식 1,2,3을 반복하여 수행한다.

이후, 상기 R_m이 R_m-1보다 작거나 같아질 경우, 상기 제어수신기는 305단계로 진행하여 상기 303단계에서 선택된 인덱스 조합에 포함되는 수신기들에 대한 빔포밍 벡터(q_j)를 생성한다. 여기서, 상기 빔포밍 벡터(q_j)는 하기 수학식 4를 이용하여 산출한다.

하기 수학식 4는 빔포밍 벡터를 산출하기 위한 수식이다.

여기서, 상기 각 수신기의 채널(h_{k, j})과, 하나의 수신기에 할당되는 전력(P/L)을 이용하여 각 수신기의 빔포밍 벡터를 생성한다.

상기 각 수신기들의 빔포밍 벡터를 생성한 후, 상기 제어 수신기는 307단계로 진행하여 상기 산출한 빔포밍 벡터들({q_j}_j=1 ^L)과 송신기로부터 정보를 수신할 목적 수신기의 인덱스(k_L)를 상기 송신기로 피드백한다.

이후, 상기 제어 수신기는 309단계로 진행하여 상기 303단계에서 선택한 협력 수신에 사용될 수신기들의 순서 정하여 인덱스 정보({k_j}_j=1 ^L)를 상기 해당 수신기들에 전송한 후, 상기 제어 수신기는 본 알고리즘을 종료한다.

도 4는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신기의 구조를 도시하고 있다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 다중 안테나 시스템의 송신기(200)는 피드백 신호 수신기(401), 사용자 신호 분류기(403), 빔형성 장치(405, 406), 파일럿 신호 생성기(202, 208), 및 M_t개의 송신 안테나(205, 211)로 구성된다.

상기 피드백 신호 수신기(401)는 상기 제어 수신기로부터 피드백신호를 수신하여, 상기 피드백 신호에 포함된 협력 수신에 사용될 수신기들의 인덱스 정보를 상기 사용자 신호분류기(403)에 제공한다. 또한, 상기 피드백 신호에 포함된 빔포밍 벡터를 상기 빔 형성기(405, 406)에 제공한다.

상기 사용자 신호 분류기(403)는 상기 협력 수신에 사용될 수신기들의 인덱스 정보를 제공받아, 총 K 개의 수신기에 제공할 전송 신호들 중, 상기 제공받은 인덱스를 갖는 수신기들에 전송할 신호들(이하, 데이터 부스트림이라 칭함)을 선택하여, 상기 데이터 부스트림을 상기 빔 형성기(405, 406)에 제공한다. 여기서, 상기 데이터 부스트림들은, P(전체 전력)/L(지정된 수신기 개수)의 전력이 할당되며, 미리 설정된 변조 및 부호화 과정을 거쳤다고 가정한다.

상기 빔 형성기(405, 406)는 제공받은 상기 빔 형성 벡터와 상기 데이터 부스트림을 승산 하여 협력 수신기들에 전송할 빔을 형성하여 상기 가산기(203, 209)에 제공한다.

상기 가산기(203, 209)는 상기 빔 형성기의 출력신호와 상기 파일럿 신호 발생기(202, 208)에서 생성한 파일럿 신호들을 더한 신호를 상기 각 송신 안테나 (205, 211) 들을 통하여 상기 협력 수신기들로 전송한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신기의 동작절차를 도시하고 있다.

상기 도 5를 참조하면, 먼저 송신기(200)는 501단계에서 제어 수신기로부터 피드백 신호가 수신되는지 확인한다, 여기서, 상기 피드백 신호는 빔포밍 벡터들과 협력 수신기들의 인덱스 정보를 포함한다.

상기 피드백 신호를 수신하면, 상기 송신기(200)는 503단계로 진행하여 상기 수신된 빔포밍 벡터로부터 협력 수신기들( L 개 )의 인덱스 정보를 확인한 후, 상기 송신기(200)는 505단계로 진행하여 상기 협력 수신기들의 인덱스 정보를 이용하여 전체 K 개의 수신기에 제공할 전송 신호들 중, 상기 협력 수신기들의 전송 신호(이하, 데이터 부스트림이라 칭함)들을 선택한다.

이후, 상기 송신기(200)는 507단계로 진행하여 상기 데이터 부스트림들을 상기 피드백신호에 포함된 빔포밍 벡터와 승산 하여 빔을 형성한다.

상기 빔을 형성한 후, 상기 송신기(200)는 509단계로 진행하여 507단계에서 형성된 빔과 상기 파일럿 신호 발생기들(202, 208)에서 생성된 파일럿들과 더한다.

이후, 상기 송신기(200)는 511단계로 진행하여 상기 빔 형성기들(405, 406)의 출력신호와 전송 채널의 상태를 추정하기 위해 생성된 파일럿들을 더한 신호를 상기 협력 수신기들로 전송한다.

이후, 상기 송신기(200)는 본 알고리즘을 종료한다.

도 6은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신기의 구조를 도시하고 있다. 이하 설명에서 수신기들은 전체 시스템 안의 K 개의 수신기들 중에서 제어 수신기에 의해 선택된 L 개의 협력 수신기들(601, 603, 605)만 도시한다. 상기 도시된 L 개의 수신기들(601, 603, 605)은 상기 제어 수신기에서 결정된 순서대로 인덱스를 갖으며, 마지막 L 번째 수신기(605)가 정보 수신을 위한 목적 수신기이다. 또한, 상기 수신기들(601, 603, 605)의 인덱스는 신호의 검출 및 릴레이에 있어서 우선 순위를 나타낸다. 즉, 수신기 1(601)은 수신기 2(602)에 비해 먼저 신호를 검출하고, 상기 검출된 신호를 자신보다 높은 인덱스 값을 갖는 수신기들에 전달한다.

상기 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 다중 안테나 시스템의 수신기들(601, 603, 605)은 각각 신호를 수신하는 안테나(611, 621, 631), 수신된 신호를 복조(De-Modulation) 및 복호(De-coding)하여 데이터 신호를 검출하는 신호 검출기(601, 603, 605), 상위 인덱스를 갖는 수신기의 검출신호를 수신하여 재복원하는 신호 재복원기(623, 633), 상기 L 개의 수신기들(601, 603, 605) 전체에서 검출한 신호들을 모아 하나의 신호로 생성하는 신호 집결기(639)로 구성된다.

상기 수신기 1(601)은 송신기로부터 전송된 신호인 M_r,1×1 크기의 벡터(y₁)가 상기 안테나(611)을 통해 수신되면, 상기 수신기 1(601)은, 상기 y₁을 상기 신호 검출기(613)에 전송한다. 여기서, 상기 M_r.1은 첫번째 수신기의 r개의 안테나를 나타내며, 상기 y_L은 하기 수학식 5과 같은 형태를 갖는다.

하기 수학식 5은 수신기 L에서 수신하는 벡터 y_L을 나타낸다.

상기 y_L는 수신기 L에서 수신하는 벡터를 나타내며, H_(L)은 송신기과 수신기 L사이의 채널을 나타내고, n_L은 수신 신호에 포함된 잡음을 나타낸다. 또한, Q_s는 q_n의 빔포밍 벡터들의 빔포밍 행렬을 나타낸다.

상기 신호 검출기(613)는 상기 y₁을 미리 설정된 방법에 적용하여 상기 송신기의 첫번째 신호 s₁을 검출한다. 예를 들어, 부호화 블록 크기가 1이고 BPSK(Binary Phase-Shift Keying) 신호의 경우, 상기 s₁의 검출 방법은, 하기 수학식 6을 이용하여 산출한다.

하기 수학식 6은 BPSK신호인 s_L을 산출하기 위한 수식이다.

상기, U_(L)은 H_(L)=U_(L)D_(L)V^H _(L)와 같이 채널 H_(L)의 SVD(Singular Vector Decomposition)처리에 의해 생성된 벡터이며,

은 L번째 수신기에서 수신한 벡터에서 이전 수신기에서 검출신호를 복원한 벡터를 제거한 벡터신호이다, 여기서

은 첫번째 수신기이므로 y₍₁₎과 동일하게나타낸다. 또한, 상기 수신기 L에서의 검출신호

은 s₁과 동일하게 사용한다.

즉, 상기 수학식 6과 같이 임계치 비교 방법을 이용하여 상기 s₁을 검출한 후, 상기 수신기 1(601)은 상기 s₁을 수신기 2(603)부터 수신기 L(605)까지, 즉 상위 인덱스를 갖는 수신기들에 전송한다.

상기 수신기 2(603)는 상기 송신기로부터 신호 벡터 y₂(y₂ = H₍₂₎Q_s+n₂)와 이전 순서의 수신기인 상기 수신기 1(601)로부터 s₁을 수신하여, 상기 y₂는 감산기(625)로 전송하고, 상기 s₁은 신호 재복원기(623)로 전송한다.

상기 신호 재복원기(623)은 상기 s₁을 제공받아 상기 s₁에 해당하는 수신신호를 처리하여 H₍₂₎를 고려한 상기 송신기에서 전송된 신호 y_I,2로 재복원한다. 여기서, 상기 y_I,L은 하기 수학식 7과 같은 형태를 갖는다.

하기 수학식 7은 y_I,L을 나타낸다.

상기 수학식 7은 현재 수신기에서 바로 이전 수신기까지의 빔포밍 벡터를 이용하여 상기 y_I,L을 산출한다.

상기 신호 재복원기(623)는 상기 y_I,L을 산출한 후, 상기 y_I,L을 상기 감산기(627)에 제공한다. 상기 감산기(627)은 상기 y₂에서 상기 y_I,L을 제거하여 상기 수신기 2(603)의 수신벡터(

)를 산출한다(

= y₂-y_I,2). 이후, 상기 산출된

는 신호 검출기(627)에 제공되면, 상기 신호 검출기(627)는 상기 수신기 2(603)의 수신신호(s₂)를 검출하여 수신기 3부터 상기 수신기 L(605)까지 재전송한다.

이후, 상기 수신기 3부터 수신기 L-1까지는 상기 수신기 2와 동일한 동작을 수행한다.

상기 수신기 L(605)은 상기 송신기로부터 신호 벡터 y_L(y_L = H_(L)Q_s+n_L)와 이전 순서의 수신기들(수신기 1 ~ 수신기L-1)로부터 s₁~ s_L-1을 수신하여, 상기 y_L는 감산기(635)로 전송하고, 상기 s₁~ s_L-1을 신호 재복원기(633)로 전송한다.

상기 신호 재복원기(633)는 상기 s₁~ s_L-1을 제공받아 상기 수학식 3을 이용하여 H_L을 고려한 상기 송신기에서 온 신호인 y_I,L을 재 복원한 후, 즉 수신기 1부터 수신기 L-1까지의 수신신호를 재복원한 후, 상기 y_I,L을 상기 감산기(635)에 제공한다.

상기 감산기(635)는 상기 y_L에서 상기 y_I,L을 제거하여 상기 수신기 L(605)의 수신벡터(

)를 산출하여(

= y_L-y_I,L), 상기

를 상기 신호 검출기(637)에 제공한다. 이후, 상기 신호 검출기(637)는 상기

를 이용하여 상기 수신기 L(605)의 데이터 신호 s_L을 검출하여, 상기 s_L을 상기 신호 집결기(639)에 제공한다.

상기 신호 집결기(639)는 상기 s₁~ s_L를 모두 수신하여 상기 목적 수신기의 최종 신호를 산출한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신기의 동작 절차를 도시하고 있다. 이하 설명에서, 수신기는 L의 인덱스를 갖는 것으로 가정하고, 각 수신기들은 인덱스 값에 따라 내림차순으로 정렬된다.

상기 도 7을 참조하면, 상기 수신기는 701단계에서 송신기로부터 전송되는 벡터 신호(y_L)와 상기 수신기의 인덱스 L보다 낮은 인덱스 값을 갖는 중계 수신기들로부터 전송되는 상기 중계 수신기들의 검출신호(s₁~s_L-1)가 수신되는지 확인한다.

상기 y_L과 s₁~ s_L-1가 이 수신되면, 상기 수신기는 703단계로 진행하여 상기 수신된 s₁~ s_L-1을 상기 수학식 7에 적용하여 상기 중계 수신기들의 신호를 재복원 (y_I,L)한 후, 상기 수신기는 705단계로 진행하여 상기 y_L에서 중계 수신기들로부터 수신한 신호(y_I,L)를 제거한다(

= y_L-y_I,L).

이후, 상기 수신기는 707단계로 진행하여 상기

을 이용하여 상기 송신기에서 상기 수신기에 전송한 s_L을 검출한 후, 상기 수신기는 709단계로 진행하여 상기 수신기의 인덱스의 상위 인덱스를 갖는 수신기가 있는지 확인한다. 상기 상위 인덱스를 갖는 수신기가 있으면, 상기 수신기는 711단계로 진행하여 상위 인덱스를 갖는 수신기들과 상기 신호 집결기(639)로 상기 s_L을 전송한 후, 상기 수신기는 본 알고리즘을 종료한다.

만일, 상기 수신기의 인덱스의 다음 인덱스를 갖는 수신기가 없으면, 상기 수신기는 713단계로 진행하여 상기 신호 집결기(639)로 상기 s_L을 전송한 후, 상기 수신기는 본 알고리즘을 종료한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 협력 수신에 사용되는 수신기들에서 재 전송할 신호를 복원하여 잡음을 제거하여 재 전송함으로써, 상기 수신 신호를 최종 수신할 목적 수신기에서 잡음을 제거한 신호를 수신할 수 있다. 즉, 적은 수의 안테나를 구비하면서도 목적 수신기에서도 많은 수의 안테나를 구비하는 효과를 얻을 때, 재 전송신호에 포함되는 잡음을 제거할 수 있는 이점이 있다.

Claims

다중안테나 시스템에서 다수의 수신기들과 협력(Cooperative) 수신을 수행하기 위한 수신 장치에 있어서,

하위 인덱스를 갖는 협력 수신기들의 검출신호를 제공받아 수신 신호를 복원하는 복원기와,

송신기로부터 수신된 신호에서 상기 복원된 신호를 제거하는 제거기와,

상기 제거기의 출력신호를 제공받아 복조 및 복호하여 데이터 신호를 검출하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 복원기는, 하기 수학식 8과 같이 상기 복원 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서, 상기 H_(L)는 L 번째 수신기의 수신 채널, q_n은 빔포밍 벡터, s_n은 하위 인덱스 수신기들의 검출신호를 나타낸다.
제 1항에 있어서,

상기 수신기가 상기 송신기로부터 정보를 수신할 목적 수신기인 경우,

상기 신호 검출기로부터의 L 번째 검출신호와 상기 하위 인덱스 수신기들로부터 수신된 L-1개의 검출신호들을 집결하여 최종 수신신호를 산출하는 신호 집결기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
다중 안테나 시스템에서 협력 수신을 수행하기 위한 송신 장치에 있어서,

제어 수신기로부터 빔포밍 벡터와 상기 협력 수신에 사용될 수신기들의 인덱스 정보를 포함하는 피드백신호를 수신하는 피드백 신호 수신기와,

상기 피드백 신호 수신기로부터 상기 협력 수신에 사용될 수신기들의 인덱스 정보를 제공받아 상기 수신기들에 전송할 데이터 신호를 선택하는 신호분류기와,

상기 피드백 신호 수신기로부터 상기 빔포밍 벡터와 상가 신호분류기에서 선택한 데이터 신호를 승산하여 빔을 형성하는 빔형성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 4항에 있어서,

상기 제어 수신기는, 모든 수신기 중에서 상기 협력 수신을 제어하는 수신기를 나타내는 것을 특징으로 하는 장치.
다중 안테나 시스템에서 협력 수신을 수행하기 위한 수신방법에 있어서,

하위 인덱스의 수신기들의 검출 신호들과 송신기로부터 벡터 신호가 수신될 경우, 상기 수신된 하위 인덱스의 수신기들의 검출 신호들을 복원하는 과정과,

상기 송신기로부터 수신된 벡터 신호에서 상기 복원된 신호를 제거하여, 상기 수신된 벡터 신호에서 상기 복원된 신호를 제거한 신호를 이용하여 수신 데이터로 검출하는 과정과,

상위 인덱스를 갖는 수신기가 존재하는지 확인하여, 상기 상위 인덱스를 갖는 수신기가 존재하면, 상기 상위 인덱스를 갖는 수신기들과 신호 결정기로 상기 검출한 수신 데이터를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서,

상기 인덱스는, 상기 협력 수신을 제어하는 제어 수신기에서 상기 협력 수신에 사용되는 수신기들의 순서를 정하는 것을 특징으로 하는 방법
제 6항에 있어서,

상기 복원된 신호는, 하기 수학식 9을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서, 상기 H_(L)는 L 번째 수신기의 수신 채널, q_n은 빔포밍 벡터, s_n은 하위 인덱스 수신기들의 검출신호를 나타낸다.
제 6항에 있어서,

상기 상위 인덱스를 갖는 수신기가 존재하지 않을 경우, 상기 검출한 수신신호를 신호 집결기에 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서,

상기 수신기가 상기 송신기로부터 정보를 수신할 목적 수신기인 경우,

상기 신호 집결기를 포함하여, 상기 협력 수신에 사용된 모든 수신기들의 검 출신호를 모두 수신하여 최종 수신신호를 산출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
다중 안테나 시스템에서 협력 수신을 수행하기 위한 송신 방법에 있어서,

제어 수신국으로부터 빔포밍 벡터와 상기 협력 수신에 사용될 수신기들의 인덱스 정보를 포함하는 피드백신호를 수신할 경우,

상기 피드백 신호의 협력 수신에 사용될 수신기들의 인덱스 정보를 이용하여 전송할 데이터 신호들을 선택하는 과정과,

상기 피드백 신호의 빔포밍 벡터와 상기 선택된 데이터 신호를 승산하여 빔을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 11항에 있어서,

상기 제어 수신기는, 상기 다중 안테나 시스템에 포함되는 모든 수신기들 중 협력 수신을 제어하는 수신기를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
다중 안테나 시스템에서 협력 수신을 수행하기 위한 제어 수신기의 동작 방법에 있어서,

모든 수신기들로부터 기저대역 변화된 채널 정보를 수신할 경우, 상기 협력 수신에 사용될 인덱스 조합을 선택하여, 상기 협력 수신에 사용될 수신기들을 선택하는 과정과,

상기 선택된 수신기들의 빔포밍 벡터를 생성하여, 상기 생성된 빔포밍 벡터와 목적 수신기 및 상기 선택된 수신기들의 인덱스 정보를 송신기에 피드백하는 과정과,

상기 선택된 수신기들의 순서를 정한 인덱스 정보를 상기 각 수신기에 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 13항에 있어서,

상기 협력 수신에 사용될 수신기들을 선택하는 과정은,

각 수신기들의 수신 SNR(Signal to Noise Rate)을 산출하는 과정과,

상기 산출된 수신 SNR을 이용하여 상기 m번째 인덱스 조합을 선택하는 과정과,

상기 m번째 인덱스 조합의 가산 용량(R_m)을 산출하여 상기 R_m이 R_m-1보다 작을때 까지의 인덱스 조합을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징이로 하는 방법.
제 14항에 있어서,

상기 수신 SNR은, 하기 수학식 10을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서, m은 상기 수신기의 인덱스, f_k,i는 k번째 수신기의 i번째 안테나와 송신기 사이의 채널(h_k,i)을 SVD(Singular Vector Decomposition)해서 생성된 우측 singular 벡터를 이용하여 변환한 채널, P는 상기 전체 전력을 나타낸다.
제 14항에 있어서,

상기 선택된 m번째 인덱스 조합은, 하기 수학식 11을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서,
는
를 나타내며, k는 전체 수신기 즉, 1 부터 K까지의 수신기들의 인덱스, i는 각 수신기들이 구비하는 안테나 수,
는 상기 m번째 조합의 수신 SNR을 나타낸다.
제 14항에 있어서,

상기 빔포밍 벡터는 하기 수학식 12를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서, q_j는 j번째 수신기의 빔포밍 벡터, h_k,i는 k,i 인덱스 조합에 포함된 수신기들의 채널 정보를 나타낸다.