KR20090017957A

KR20090017957A - 송신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20090017957A
Application number: KR1020070132645A
Authority: KR
Inventors: 최준일; 마사아키 후지
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-02-19
Also published as: KR101321374B1; JP5133007B2; JP2009049604A

Abstract

본 발명은 송신 장치에 관한 것으로, 그 송신 장치는 복수의 사용자 단말들로부터 귀환된 채널 행렬들을 이용하여, 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나 이상의 사용자 단말의 복수의 안테나들 각각에 관한 채널 행렬인 서브셋 행렬(subset matrix)을 설정하는 서브셋 행렬 설정부, 설정된 서브셋 행렬을 이용하여 소정 연산을 수행함으로써 사용자 단말의 복수의 안테나들 각각에 대응되는 웨이트 벡터들로 구성되는 빔포밍 행렬을 산출하는 빔포밍 행렬 산출부, 송신하고자 하는 데이터에 대하여 산출된 빔포밍 행렬에 따라 빔포밍 처리를 수행함으로써 빔포밍 후 송신 신호를 생성하는 빔포밍 처리부, 및 빔포밍 후 송신 신호를 복수의 사용자 단말들로 송신하는 안테나들을 포함하며, 적은 연산량을 통해 각 사용자 단말간의 간섭을 제거하면서, 다이버시티 효과를 가져올 수 있게 한다.

Description

송신 장치 및 방법{Transmitting apparatus and method}

본 발명은 송신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 이동 통신 시스템에서의 멀티 사용자 MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output) 방식에 관한 송신 장치 및 송신 방법에 관한 것이다.

무선 장치 간의 통신 속도를 고속화하는 기술의 하나로서, 다입력ㅇ다출력 전송 방식이 알려져 있다. 이 방식은 글자 그대로 복수의 안테나를 이용한 신호의 입출력을 기본으로 하고 있다. 이 방식의 특징은 서로 다른 복수의 안테나들을 이용하여 같은 타이밍에 같은 주파수로 복수의 송신 데이터를 한꺼번에 송신할 수 있다는 점에 있다. 그 때문에, 동시에 송신 가능한 채널의 수가 증가함에 따라, 증가한 채널의 수만큼 단위 시간당 송신할 수 있는 정보량을 증가시킬 수 있게 된다. 또한, 이 방식은 통신 속도를 향상시키면서도, 점유하는 주파수 대역이 증가되지 않는다는 이점도 있다.

그러나, 동일 주파수의 반송파 성분을 가진 복수의 변조 신호가 동시에 송신되기 때문에, 수신측에서는 혼합된 변조 신호를 분리할 수단이 필요하게 된다. 그래서, 수신측에서는 무선 전송로의 전송 특성을 나타내는 채널 행렬을 추정하고, 그 채널 행렬에 기초하여 수신 신호로부터 각 서브 스트림에 대응하는 송신 신호를 분리한다. 이때, 채널 행렬은 파일럿 심볼 등을 이용하여 추정된다.

그렇지만, 전송로 내에서 부가되는 잡음나 서브 스트림간에 생기는 간섭 등의 영향을 충분히 제거하여 서브 스트림마다 송신 신호를 정밀하게 재현하기 위해서는 특별한 아이디어가 필요하다. 근래, MIMO 신호 검출에 관한 다양한 기술이 개발되고 있다. 특히 최근에는 MIMO 방식의 신호 전송이 가능한 복수의 통신 장치를 포함하는 멀티 사용자 MIMO 시스템에 관하여 관심이 집중되고 있다. 멀티 사용자 MIMO 시스템에서의 신호 검출 방법으로는, 예를 들어, 최소 평균 제곱 오차(MMSE:Minimum Mean Squared Error, 이하 'MMSE'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하여 신호를 검파하는 방법이 알려져 있다. 이 방법은 수신측에서 MMSE 검파 후의 SINR(Signal power to Interference plus Noise power Ratio)을 산출하여 송신측에 귀환시키고, 이 MMSE 검파 후의 SINR에 기초하여 전송 제어 파라미터를 설정함으로써 전송 특성을 향상시키는 기술이다.

나아가, 이러한 MMSE 검파 방식보다도 전송 특성을 향상시킬 수 있는 방식으로, 예를 들어, 최대 우도(ML:Maximum Likelihood, 이하, 'ML'이라 칭하기로 한다) 검파 방식 등을 멀티 사용자 MIMO 시스템의 수신측에 이용할 수도 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 적은 연산량을 통해 사용자 단말간의 간섭을 제거하면서, 다이버시티 이득을 가져오는 송신 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 송신 장치는 복수의 사용자 단말들로부터 귀환된 채널 행렬들을 이용하여, 상기 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나 이상의 사용자 단말의 복수의 안테나들 각각에 관한 채널 행렬인 서브셋 행렬(subset matrix)을 설정하는 서브셋 행렬 설정부; 상기 설정된 서브셋 행렬을 이용하여 소정 연산을 수행함으로써 상기 사용자 단말의 복수의 안테나들 각각에 대응되는 웨이트 벡터들로 구성되는 빔포밍 행렬을 산출하는 빔포밍 행렬 산출부; 송신하고자 하는 데이터에 대하여 상기 산출된 빔포밍 행렬에 따라 빔포밍 처리를 수행함으로써 빔포밍 후 송신 신호를 생성하는 빔포밍 처리부; 및 상기 빔포밍 후 송신 신호를 상기 복수의 사용자 단말들로 송신하는 안테나들을 포함한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 송신 방법은 복수의 사용자 단말들로부터 귀환된 채널 행렬들을 이용하여, 상기 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나 이상의 사용자 단말의 복수의 안테나들 각각에 관한 채널 행렬인 서브셋 행렬(subset matrix)을 설정하는 단계; 상기 설정된 서브셋 행렬을 이용하여 소정 연산을 수행함으로써 상기 사용자 단말의 복수의 안테나들 각각에 대응되는 웨이트 벡터들로 구성되는 빔포밍 행렬을 산출하는 단계; 송신하고자 하는 데이터에 대하여 상기 산출된 빔포밍 행렬에 따라 빔포밍 처리를 수행함으로써 빔포밍 후 송신 신호를 생성하는 단계; 및 상기 빔포밍 후 송신 신호를 상기 복수의 사용자 단말들로 송신하는 단계를 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기된 송신 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가진 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 첨부함으로써 중복 설명을 생략한다.

우선, 본 발명에 관한 바람직한 실시예들에 대해 설명하기에 앞서 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예가 갖는 목적에 대해, 도 1 및 도 2를 참조하면서 간단히 설명한다. 도 1은 역행렬 연산에 의해 산출된 빔포밍 행렬을 이용하여 통신하는 멀티 사용자 MIMO 시스템(1)의 구성을 도시한 블록도이다. 도 2는 특이값 분해에 의해 산출된 빔포밍 행렬을 이용하여 통신하는 멀티 사용자 MIMO 시스템(2)의 구성을 도시한 블록도이다.

우선, 도 1을 참조하여 2 개의 사용자 단말을 갖는 멀티 사용자 MIMO 시스템(1)에 대해 간단히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 멀티 사용자 MIMO 시스템(1)은 송신 장치(10)와 복수의 사용자 단말들(20(사용자 단말A(20-1), 사용자 단말(20-2))들로 구성된다. 그리고, 송신 장치(10)는 빔포밍 행렬 계산부(12), 빔포밍 처리부(14), 복수의 안 테나(16)를 포함하고, 사용자 단말들(20)은 복수의 안테나들(22)을 가지고 있다. 이때, 설명의 편의상, 송신 장치(10)의 안테나 개수가 4개이고, 사용자 단말들의 개수가 2개이며, 각 사용자 단말들(20)의 안테나 개수가 2개의 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

이하의 설명에 있어서, 다음의 수학식 1의 식 (1) 및 식 (2)에 나타내는 바와 같이, 사용자 단말 A(20-1)에 의해 추정되는 채널 행렬을 H_A, 사용자 단말 B(20-2)에 의해 추정되는 채널 행렬을 H_B로 표기한다. 또한, 수학식 1의 식 (3)에 나타난 바와 같이, 멀티 사용자 MIMO 채널의 채널 행렬을 H로 표기한다. 또한, 각 사용자 단말에 의해 추정된 채널 행렬을 서브 채널 행렬이라고 부르기로 한다.

먼저, 빔포밍 행렬 계산부(12)는 각 사용자 단말들(20)로부터 귀환된 서브 채널 행렬에 다음의 식 (4)에 나타난 바와 같이 역행렬 연산을 함으로써 빔포밍 행렬(W)을 산출한다. 이때, 빔포밍 행렬은 복수의 안테나를 통해 신호를 송신할 때, 채널의 상태에 따라 가중치를 가함으로써 사용자 단말(20)이 목적한 신호를 수신할 수 있도록 하는 행렬을 말하고, 특히 이 계산은 사용자 단말들(20)이 가진 안테나를 각각 수신 장치로 판단하여, 전체 안테나 간의 간섭 성분을 제거하는 역할을 한다. 이때, 위첨자 H는 에르미트(hermitian) 연산을 나타내는 기호이다.

여기에서, 사용자 단말 A(20-1)에 대해 송신되는 송신 심볼 벡터를 s_A=[s₁, s₂]^T, 사용자 단말 B(20-2)에 대해 송신되는 송신 심볼 벡터를 s_B=[s₃, s₄]^T로 표기하고, 이들을 정리하여 송신 장치(10)에 의해 송신되는 송신 심볼 벡터를 s=[s_A ^T, s_B ^T]로 표기한다. 마찬가지로, 사용자 단말 A(20-1)에 의해 수신되는 수신 심볼 벡터를 r_A=[r₁, r₂]^T, 사용자 단말 B(20-2)에 의해 수신되는 수신 심볼 벡터를 r_B=[r₃, r₄]^T로 표기하고, 이들을 정리하여 멀티 사용자 MIMO 시스템(1)에 수신되는 수신 심볼 벡터를 r=[r_A ^T, r_B ^T]로 표기한다. 단, 위첨자 T는 전치를 나타내는 기호이다.

빔포밍 처리부(14)는 빔포밍 행렬 계산부(12)에 의해 산출된 빔포밍 행렬(W) 을 송신 심볼 벡터(s)에 작용시켜 사용자 단말들(20)에 대해 송신한다. 이때, 식(4)를 이용하면 멀티 사용자 MIMO 시스템(1)에서의 수신 심볼 벡터 r=[r_A ^T, r_B ^T]는 다음의 식(5)와 같이 표현된다. 그리고, 이러한 식(5)로부터 알 수 있듯이, 빔포밍 후의 실효적인 채널 행렬(HW)은 빔간의 간섭을 나타내는 비대각 요소가 모두 제거된 대각 행렬이 된다.

이상, 도 1을 참조하여 설명한 방법에 의하면, 각 사용자 단말기가 구비하는 복수의 안테나 간의 간섭 성분이 제거되기 때문에, 다이버시티 이득이 상실된다. 그렇지만, 상기 식 (4)에 나타낸 바와 같이 비교적 단순한 역행렬 연산에 의해 빔포밍 행렬이 산출되기 때문에 연산량이 적다는 장점이 있다.

다음으로, 도 2를 참조하여 특이값 분해에 의해 산출된 빔포밍 행렬을 이용하여 통신하는 멀티 사용자 MIMO 시스템(1)에 대해 간단히 설명한다. 이때, 상기 도 1에 도시된 멀티 사용자 MIMO 시스템(1)과 실질적으로 동일한 기능 구성에 대해서는 동일한 부호를 첨부함으로써 중복 설명을 생략하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 멀티 사용자 MIMO 시스템(2)은 송신 장치(30)와 복수의 사용자 단말들(40 사용자 단말A(40-1), 사용자 단말B(40-2))로 구성된다. 그리고, 송신 장치(30)는 빔포밍 행렬 계산부(32), 빔포밍 처리부(14), 복수의 안테나(16)를 포함하며, 사용자 단말(40-1, 40-2)은 복수의 안테나들(22)과 MIMO 신호 검출부(42)를 포함한다.

우선, 빔포밍 행렬 계산부(32)는 각 사용자 단말들(40)로부터 귀환된 서브 채널 행렬들을 특이값 분해(Singular Value Decomposition:SVD)함으로써 빔포밍 행렬(W)을 산출한다. 예를 들어, 빔포밍 행렬 계산부(32)는 사용자 단말 B(40-2)로부터 귀환된 서브 채널 행렬(H_B)에 대해 다음의 식(6)과 같이 특이값 분해함으로써 특이값 벡터(V_B)를 산출한다. 이때, 특이값 0에 대응하는 우특이값 벡터(V_B ⁽⁰⁾)는 서브 채널 행렬(H_B)에 대한 영공간 벡터(null space vector)에 해당한다. 그러므로, 빔포밍 행렬 계산부(32)는 이 우특이값 벡터(V_B ⁽⁰⁾)를 사용자 단말 A(40-1)에 대한 빔포밍 행렬 성분으로 사용한다.

마찬가지로, 빔포밍 행렬 계산부(32)는 사용자 단말 A(40-1)로부터 귀환된 서브 채널 행렬(H_A)에 대해 다음의 식 (7)과 같이 특이값 분해함으로써 특이값 벡터(V_A)를 산출한다. 이때, 특이값 0에 대응하는 우특이값 벡터(V_A ⁽⁰⁾)는 서브 채널 행렬(H_A)에 대한 영공간 벡터에 해당한다. 그러므로, 빔포밍 행렬 계산부(32)는 이 우특이값 벡터(V_A ⁽⁰⁾)를 사용자 단말 B(40-2)에 대한 빔포밍 행렬 성분으로 사용한다.

이를 통해, 빔포밍 행렬 계산부(32)는 빔포밍 행렬 W=[(V_B ⁽⁰⁾), (V_A ⁽⁰⁾)]을 산출한다.

이어, 빔포밍 처리부(14)는 빔포밍 행렬 계산부(32)에 의해 산출된 빔포밍 행렬(W)을 송신 심볼 벡터(s)에 작용시킨다. 앞에서 설명된 바와 같이, 빔포밍 행렬(W)은 다른 사용자 단말의 서브 채널 행렬에 대한 영공간 벡터를 성분으로 하고 있다. 이러한 이유로 이 빔포밍 행렬(W)을 사용하면, 사용자 단말간의 간섭 성분이 제거된다. 즉, 송신 심볼 벡터(s)에 이 빔포밍 행렬(W)을 작용시키면, 수신 심볼 벡터(r)는 다음의 식(8)과 같이 표현된다.

이러한 식(8)과 같이, 사용자 단말간의 간섭 성분이 제거되어 있기 때문에, 각 사용자 단말이 구비하는 MIMO 신호 검출부들(42)은 자신의 사용자 단말의 서브 채널을 추정하고, MMSE 검파나 MLD 검파 등의 기술을 이용하여 신호를 검출할 수 있다.

이상 설명한 방법에 의하면, 각 사용자 단말이 구비하는 복수의 안테나간의 간섭 성분을 남기면서 사용자 단말간의 간섭 성분을 제거할 수 있게 된다. 즉, 사용자 단말간의 간섭을 0으로 하면서, 사용자 단말마다 MIMO 서브 채널이 형성된다. 그러나, 식(6) 및 식(7)에 의한 특이값 분해를 위하여 요구되는 연산 부하가 매우 높기 때문에, 연산 처리 능력이 특별히 높은 송신 장치를 이용하지 않는 한, 이러한 방법을 실현시키기는 어렵다. 즉, 이러한 송신 장치가 매우 값이 비싼 것은 물론, 소형 기기에 응용하는 것은 현실적으로 곤란하다.

이와 같이 채널 이득의 저하 및 연산 부하의 증대의 문제를 해소하는 것이 이하에 설명하는 실시 예에서의 구체적인 목적이다.

<본 발명의 제 일 실시예>

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 사용자 시스템에 대해 설명한다. 본 실시예는 사용자 단말간의 간섭이 제거되면서, 각 사용자 단말에 따른 MIMO 서브 채널로부터 산출되는 빔포밍 행렬이 비교적 연산량이 적은 역행렬 연산에 기초하여 산출되는 점에 특징이 있다.

[멀티 사용자 MIMO 시스템(1000)의 구성]

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 사용자 MIMO 시스템(1000)의 구성 과 이 멀티 사용자 MIMO 시스템(1000)에 포함되는 송신 장치(100)의 구성을 도시한 블록도이다. 먼저, 도 3을 참조하여 본 실시형태에 관한 멀티 사용자 MIMO 시스템(1000)의 구성에 대해 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 멀티 사용자 MIMO 시스템(1000)은 송신 장치(100)와 사용자 단말들(사용자 단말A(200-1), 사용자 단말B(200-2))로 구성된다. 또한, 사용자 단말들(200)은 복수의 안테나들(202 #1, 202 #2, 202 #3, 202 #4)을 포함하고, 송신 장치(100)에는 각 사용자 단말들(200)에 추정된 서브 채널 행렬들(H_A, H_B)이 귀환된다.

[송신 장치(100)의 기능 구성]

도 3을 참조하여, 본 실시예에 따른 송신 장치(100)의 기능 구성에 대해 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 송신 장치(100)는 서브셋 행렬 설정부(102), 역행렬 연산부(104), 빔포밍 행렬 생성부(108), 빔포밍 처리부(110), 복수의 안테나들(112)로 구성된다. 그리고, 역행렬 연산부(104) 또는 빔포밍 행렬 생성부(108)는 도 1 또는 도 2에 도시된 빔포밍 행렬 계산부(12, 32)의 일 예이다.

(서브셋 행렬 설정부(102))

서브셋 행렬 설정부(102)는 채널 행렬(H)의 요소에 기초하여, 하나의 사용자 단말A(200-1)가 가진 안테나(202)의 하나(#i)와, 다른 사용자 단말 B(200-2)가 가진 전체 안테나들(202)에 관한 서브셋 행렬(H_i')을 설정한다. 이러한 서브셋 행렬 설정부(102)는 멀티 사용자 MIMO 시스템(1000)에 포함되는 모든 사용자 단말들(200)에 대해, 각 사용자 단말들(200)이 구비하는 안테나(202)(#i)마다에 대하여 서브셋 행렬(H_i')을 설정한다. 이때, #i는 i번째의 안테나(202)를 나타내는 인덱스이다.

예를 들어, 서브셋 행렬 설정부(102)는 다음의 식(9)와 같이, 사용자 단말A(200-1)의 안테나(#1)와 사용자 단말B(200-2)의 전안테나(#3, #4)에 관한 서브셋 행렬(H₁')을 설정한다. 마찬가지로, 서브셋 행렬 설정부(102)는 다음의 식(10)과 같이 사용자 단말A(200-1)의 안테나(#2)와 사용자 단말B(200-2)의 전안테나(#3, #4)에 관한 서브셋 행렬(H₂'), 다음의 식(11)과 같이 사용자 단말B(200-2)의 안테나(#3)와 사용자 단말A(200-1)의 전안테나(#1, #2)에 관한 서브셋 행렬(H₃') 및 다음의 식(12)와 같이 사용자 단말B(200-2)의 안테나(#4)와 사용자 단말A(200-1)의 전안테나(#1, #2)에 관한 서브셋 행렬(H₄')을 설정한다.

(역행렬 연산부(104))

역행렬 연산부(104)는 서브셋 행렬 설정부(102)에 의해 설정된 각 서브셋 행렬들(H_i')에 대해, 다음의 식(13)에 나타난 바와 같은 역행렬 연산을 함으로써 각 서브셋 행렬들(H_i')에 대한 빔포밍 웨이트들(W_i')를 산출한다. 이 연산은 앞서 기술된 식(4)와 대응되며, 식(4)와 비교할 때 서브셋 행렬에 포함되지 않은 안테나에 의한 간섭 성분이 제거되지 않는 점에서 다르다. 이러한 차이점으로 인해, 빔포밍 후의 멀티 사용자 MIMO 채널 내에 사용자 단말마다 MIMO 서브 채널이 형성될 수 있다.

(빔포밍 행렬 생성부(108))

빔포밍 행렬 생성부(108)는 서브셋 행렬들(H_i')에 대해 산출된 빔포밍 웨이트(W_i')들을 이용하여, 채널 행렬(H)을 사용자 단말 단위로 블럭 대각화하기 위한 빔포밍 행렬(W')을 생성한다. 우선, 빔포밍 행렬 생성부(108)는 빔포밍 웨이트 W_i'의 구성 성분 W_i'={w_j ⁽ⁱ⁾; j=1, 2,…}(이하, '웨이트 벡터'라 칭하기로 한다) 중에서 사용자 단말(200)의 안테나(#i)에 대응되는 웨이트 벡터(w_k ⁽ⁱ⁾)를 추출한다. 단, k는 안테나(#i)에 대응되는 구성 성분의 인덱스를 나타낸다. 그리고, 빔포밍 행렬 생성부(108)는 추출된 웨이트 벡터(w_k ⁽ⁱ⁾(k=1, 2, …))를 이용하여 빔포밍 행렬(W')을 생성한다.

일 예로서, 사용자 단말A(200-1)의 안테나(#1)에 대응되는 웨이트 벡터(w_k ⁽ⁱ⁾)를 선택하는 방법은 다음과 같다. 우선, 앞서 기술된 식 (9)를 참조하면, 안테나(#1)에 대한 서브셋 행렬(H₁')의 첫번째 행(row)에 사용자 단말A(200-1)의 안테나(#1)에 대응하는 행렬 성분이 존재하는 것을 알 수 있다. 그리고, 상기한 식(13)에 따라 이 서브셋 행렬(H₁')에 역행렬 연산을 하면, 다음의 식(14)를 얻을 수 있다. 이때, 서브셋 행렬(H₁')의 첫번째 행(row)의 성분은 빔포밍 웨이트(W₁')의 첫번째 열(column)의 성분에 대응한다. 따라서, 빔포밍 행렬 생성부(108)는 빔포밍 웨이트(W₁')의 첫번째 열(column)에 위치하는 벡터(w₁ ⁽¹⁾)을 웨이트 벡터로 추출한다.

마찬가지로, 빔포밍 행렬 생성부(108)는 사용자 단말(200)의 안테나(#i(i=2,3,4))에 대해서도, 웨이트 벡터(w₁ ⁽²⁾, w₃ ⁽³⁾, w₃ ⁽⁴⁾)를 추출한다. 그리고, 빔포밍 행렬 생성부(108)는 추출된 웨이트 벡터(w₁ ⁽¹⁾, w₁ ⁽²⁾, w₃ ⁽³⁾, w₃ ⁽⁴⁾)를 이용하여 다음의 식 (15)에 나타난 바와 같이 빔포밍 행렬(W')을 생성한다.

(빔포밍 처리부(110))

빔포밍 처리부(110)는 빔포밍 행렬 생성부(108)에 의해 생성된 빔포밍 행렬(W')을 이용하여 송신 심볼 벡터(s)에 빔포밍을 실시한 후, 빔포밍 후의 송신 심볼 벡터를 사용자 단말(200)에 송신한다. 그 결과, 수신 심볼 벡터(r)는 다음의 식(16)과 같이 표현되는데, 식(16)에 의하면, 빔포밍 후의 실행적인 채널 행렬(HW')은 사용자 단말마다 블럭 대각화되고, 사용자 단말간의 간섭 성분이 제거되어 있음을 알 수 있다. 그리고, 이 실행적인 채널 행렬(HW')에는 사용자 단말(200)이 구비하는 복수의 안테나간의 간섭 성분이 남아 있다. 예를 들면, 다음의 식 (16)에서 ρ₂₁은 안테나(#1)에 대한 웨이트 벡터와 안테나(#2)의 채널 벡터에 따른 상호 상관 성분으로서, 안테나(#2)에 의해 수신되는 성분이다.

이러한 효과는 본 실시예에 따른 서브셋 행렬 설정부(102)에 의해, MIMO 서브 채널을 남기도록 서브셋 행렬이 선택된 결과로 인해 얻어진다. 이 방식에 의하면, 사용자 단말 (200)이 가진 하나의 안테나를 향한 빔이 그 사용자 단말의 다른 안테나에 대해 널(null)을 형성하지 않고, 나아가 그 다른 안테나를 향한 빔이 상기 하나의 안테나에 대해 널(null)을 형성하지 않도록 제어된다. 그 결과, 각 사용자 단말(200)이 가진 복수의 안테나들에 대해 MIMO 채널을 형성하면서, 사용자 단 말들(200) 사이에서 서로 간섭을 하지 않도록 멀티 사용자 MIMO 채널의 채널 행렬을 블럭 대각화할 수 있다.

[구체적인 구성예]

도 4를 참조하면서 본 실시예에 따른 송신 장치(100) 및 사용자 단말(200)에 대한 실시 상황을 상정하여, 보다 구체적인 장치의 구성예에 대해 간단히 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 사용자 MIMO 시스템(1000)의 구체적인 구성예를 블록도로 도시한 것이다.

[송신 장치(100)의 구성예]

도 4에 도시된 바와 같이, 송신 장치(100)는 서브셋 행렬 설정부(102), 역행렬 연산부(104), 빔포밍 행렬 생성부(108), 빔포밍 처리부(110), SP(시리얼/패러럴) 변환부(122), 채널 부호화부(124) 및 변조 매핑부(126)로 구성된다. 그리고, 역행렬 연산부(104)와 빔포밍 행렬 생성부(108)를 합하여 빔포밍 행렬 산출부라고 한다.

먼저, 서브셋 행렬 설정부(102)는 각 사용자 단말들(200)로부터 귀환된 서브 채널 행렬(H_A, H_B)에 기초하여 서브 채널 행렬(H_i')을 설정한다. 이어서, 역행렬 연산부(104)는 각 서브 채널 행렬(H_i')에 역행렬 연산을 함으로써 각 안테나에 대응되는 빔포밍 웨이트(W_i')를 산출한다. 그리고, 빔포밍 행렬 생성부(108)는 이 빔포밍 웨이트(W_i')에 기초하여 빔포밍 행렬(W')을 생성하고, 이 빔포밍 행렬(W')을 빔포밍 처리부(110)에 전송한다.

또한, 각 사용자 단말들(200)에 대해 송신되는 데이터(데이터(u_A, u_B))는 SP 변환부(122)들에 의해 복수의 서브 스트림으로 분배된다. 그리고, 각 서브 스트림의 데이터는 각 채널 부호화부들(124)에 의해 채널 부호화된 후, 변조 매핑부들(126)에 의해 소정의 변조 방식으로 변조 매핑된다.

그리고, 빔포밍 처리부(110)는 변조 매핑부들(126)로부터 입력된 송신 심볼을 포함하는 송신 심볼 벡터(s)에 대해 빔포밍 행렬 생성부(108)에 의해 생성된 빔포밍 행렬(W')을 작용시킨다. 그리고, 빔포밍 처리부(110)는 안테나(112)를 통해 빔포밍 후의 송신 심볼 벡터를 사용자 단말(200)들에 송신한다.

[사용자 단말(200)의 구성예]

도 4에 도시된 바와 같이, 사용자 단말(200)은 빔포밍 후 서브 채널 추정부(204), 최우 검출부(206) 및 채널 복호화부(208)로 구성된다. 빔포밍 후 서브 채널 추정부(204)는 빔포밍 후의 서브 채널 행렬을 추정한다.

최우 검출부(206)는 추정된 빔포밍 후의 서브 채널 행렬에 기초하여, 수신된 빔포밍 후의 수신 심볼 벡터에 대해 최우 검출(MLD: Maximum Likelihood Detection)법을 사용하여 신호들을 검출한다.

채널 복호화부(208)는 최우 검출부(206)에 의해 검출된 신호를 채널복호화함으로써 데이터를 재생한다.

이상, 본 실시형태에 관한 멀티 사용자 MIMO 시스템(1000)에 대해 상세히 설명했다. 상기한 구성을 적용하면, 제로 포싱ㅇ빔포밍(zero-forcing beam forming) 기술을 이용하는 멀티 사용자 MIMO 시스템에 있어서, 어떤 사용자 단말에 멀티 스트림을 송신하기 위한 빔포밍 행렬을 쉽게 계산할 수 있다. 따라서, 상기 사용자 단말에 대한 처리량(throughput)을 증대시킬 수 있게 된다. 이러한 기술은 사용자 단말이 복수의 안테나를 갖고, MIMO 신호 검출 알고리즘을 구비하고 있는 경우에 유효하다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 멀티 사용자 MIMO 시스템의 일 구성예를 도시한 블록도이다.

도 2는 멀티 사용자 MIMO 시스템의 다른 일 구성예를 도시한 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 장치의 보다 상세한 구성을 도시한 블록도이다.

Claims

복수의 사용자 단말들로부터 귀환된 채널 행렬들을 이용하여, 상기 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나 이상의 사용자 단말의 복수의 안테나들 각각에 관한 채널 행렬인 서브셋 행렬(subset matrix)을 설정하는 서브셋 행렬 설정부;

상기 설정된 서브셋 행렬을 이용하여 소정 연산을 수행함으로써 상기 사용자 단말의 복수의 안테나들 각각에 대응되는 웨이트 벡터들로 구성되는 빔포밍 행렬을 산출하는 빔포밍 행렬 산출부;

송신하고자 하는 데이터에 대하여 상기 산출된 빔포밍 행렬에 따라 빔포밍 처리를 수행함으로써 빔포밍 후 송신 신호를 생성하는 빔포밍 처리부; 및

상기 빔포밍 후 송신 신호를 상기 복수의 사용자 단말들로 송신하는 안테나들을 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 서브셋 행렬 설정부는

상기 적어도 하나 이상의 사용자 단말의 각 안테나에 관하여, 상기 사용자 단말의 하나의 안테나와 상기 하나의 사용자 단말이 아닌 다른 사용자 단말의 안테나에 관한, 서브셋 행렬을 설정하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 빔포밍 행렬 산출부는

상기 설정된 서브셋 행렬에 역행렬 연산을 함으로써 상기 각 안테나에 대응 되는 빔포밍 웨이트들을 계산하는 역행렬 연산부; 및

상기 채널 행렬을 상기 복수의 사용자 단말들 각각에 대하여 블록 대각화하는 빔포밍 행렬을 생성하는 빔포밍 행렬 생성부를 포함하는 것을 특징으로 송신 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 빔포밍 행렬 생성부는

소정 안테나에 대응되는 상기 빔포밍 웨이트 중에서 상기 소정 안테나에 대응되는 벡터 성분을 추출하여, 상기 추출된 벡터 성분을 상기 소정 안테나에 관한 빔포밍 웨이트 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
복수의 사용자 단말들로부터 귀환된 채널 행렬들을 이용하여, 상기 복수의 사용자 단말들 중 적어도 하나 이상의 사용자 단말의 복수의 안테나들 각각에 관한 채널 행렬인 서브셋 행렬(subset matrix)을 설정하는 단계;

상기 설정된 서브셋 행렬을 이용하여 소정 연산을 수행함으로써 상기 사용자 단말의 복수의 안테나들 각각에 대응되는 웨이트 벡터들로 구성되는 빔포밍 행렬을 산출하는 단계;

송신하고자 하는 데이터에 대하여 상기 산출된 빔포밍 행렬에 따라 빔포밍 처리를 수행함으로써 빔포밍 후 송신 신호를 생성하는 단계; 및

상기 빔포밍 후 송신 신호를 상기 복수의 사용자 단말들로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 서브셋 행렬을 설정하는 단계는

상기 적어도 하나 이상의 사용자 단말의 각 안테나에 관하여, 상기 사용자 단말의 하나의 안테나와 상기 하나의 사용자 단말이 아닌 다른 사용자 단말의 안테나에 관한, 서브셋 행렬을 설정하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 빔포밍 행렬을 산출하는 단계는

상기 설정된 서브셋 행렬에 역행렬 연산을 함으로써 상기 각 안테나에 대응되는 빔포밍 웨이트들을 계산하는 단계; 및

상기 채널 행렬을 상기 복수의 사용자 단말들 각각에 대하여 블록 대각화하는 빔포밍 행렬을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 송신 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 빔포밍 행렬 생성부는

소정 안테나에 대응되는 상기 빔포밍 웨이트 중에서 상기 소정 안테나에 대응되는 벡터 성분을 추출하여, 상기 추출된 벡터 성분을 상기 소정 안테나에 관한 빔포밍 웨이트 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
제 5 항 내지 제 8 항의 방법 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.