KR20090020954A - 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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Abstract

다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법이 개시된다. 복수의 사용자들 각각에 대한 무선 채널들의 채널 매트릭스들을 인지하는 단계, 특이값 분해(singular value decomposition: SVD) 기법을 이용하여 상기 채널 매트릭스들 각각을 좌측 특이 매트릭스, 특이 매트릭스 및 우측 특이 매트릭스로 분해하는 단계, 상기 특이 매트릭스를 기초로 제1 사용자를 선택하고, 상기 좌측 특이 매트릭스를 이용하여 상기 제1 사용자에 상응하는 제1 빔포밍 벡터를 결정하는 단계, 상기 제1 빔포밍 벡터를 기초로 기준 매트릭스를 생성하는 단계 및 상기 기준 매트릭스를 이용하여 나머지 사용자들 각각에 상응하는 적어도 하나의 나머지 빔포밍 벡터를 생성하는 단계를 포함한다.
빔포밍, 다중 사용자, 다중 입/출력

Description

다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법 및 그 시스템{METHOD OF ASSINGING BEAM FORMING VECTOR FOR MULTIPLE USERS AND SYSTEM OF ENABLING THE METHOD}
본 발명은 다중 입/출력(Multiple Input Multiple Output) 통신 시스템에 관한 것으로 특히, 다중 사용자가 존재하는 경우 각각의 사용자에게 최적의 빔포밍 벡터를 할당하기 위한 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
최근 무선 통신 환경에서 음성 서비스를 비롯한 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하고, 고품질 및 고속의 데이터 전송을 지원하기 위해 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구의 일환으로 공간 영역의 채널을 이용하는 다중 입/출력 통신 시스템과 관련된 기술이 급속도로 발전하고 있다.
다중 입/출력 기술은 다중 안테나를 사용함으로써 한정된 주파수 자원 내에서 채널 용량을 증대하여 높은 데이터 전송률을 제공한다. 다중 입/출력 기술은 산란체가 풍부한 채널 환경에서 다중 송수신 안테나를 사용함으로써 이론적으로는 송신 및 수신 안테나 중 적은 수의 안테나 수에 비례하는 채널 용량을 제공한다.
하나의 기지국이 적어도 두 명의 사용자를 지원하는 다중 사용자 환경에서, 다중 사용자를 고려한 다중 입/출력 통신 시스템의 전체 채널 용량을 증가시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
다중 사용자 기반의 다중 입/출력 통신 시스템에서 상향 링크는 다중 사용자가 동일한 기지국을 향해 데이터를 전송하고, 하향 링크는 기지국이 다중 사용자들에게 신호를 전송한다. 또한, 다중 사용자들 사이에 사용자들은 어떠한 협조도 할 수 없다는 점이 단일 사용자 기반의 다중 입/출력 통신 시스템과 다른 점이다.
다중 사용자 기반의 다중 입/출력 통신 시스템에서 기지국에서부터 각각의 사용자로 다양한 무선 채널들이 형성된다. 이 때, 다양한 무선 채널들 사이에는 서로 간섭이 발생하며, 이에 따라 사용자 각각이 수신하는 신호의 신호 대 간섭 및 잡음 비(Signal to Interference and Noise Ratio, SINR)는 감소한다.
최근, 상기 간섭을 감소시키기 위한 기술로서 다양한 연구가 진행 중에 있으며, 대표적으로, 기지국에서 데이터 스트림에 빔포밍 벡터가 곱해져서 생성된 신호를 전송하는 기법과, 수신단에서 수신한 신호에 빔포밍 벡터가 곱해져서 생성된 신호를 검출하는 기법에 관한 연구가 활발히 진행 중이다.
채널 상태에 따라 빔포밍 벡터가 적절히 결정되어야 채널들 사이에 발생하는 간섭이 감소될 수 있다. 다만, 무선 채널의 채널 상태는 변동이 크고, 변동하는 채널에 상응하는 빔포밍 벡터를 생성하는 데에는 많은 무선 자원 및 하드웨어 자원 등이 소모된다.
즉, 빔포밍 벡터를 생성하는 데 복잡한 연산이 요구되거나, 많은 시간이 소모되는 등 많은 문제점이 존재한다. 특히, 빔포밍 벡터를 생성하기 위하여 복잡한 연산을 수행하는 것은 다중 입/출력 통신 시스템 전체적인 성능을 크게 감소시키는 원인이 된다.
따라서, 복잡한 연산을 수행하지 않으며 신속하게 채널 상태에 적합한 빔포밍 벡터를 생성할 수 있는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법 및 그 시스템이 필요성이 요구된다.
본 발명은 무선 채널들의 채널 매트릭스들을 간단한 연산을 이용하여 서로 직교성을 갖는 빔포밍 벡터들을 결정함으로써 무선 자원 및 하드웨어 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법 및 그 시스템을 제공한다.
본 발명은 기준 매트릭스를 새롭게 정의하고, 이를 이용하여 서로 직교성을 갖는 빔포밍 벡터들을 결정함으로써 높은 신호 대 간섭 및 잡음 비를 갖는 수신 신호를 검출할 수 있는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법 및 그 시스템을 제공한다.
본 발명은 기준 매트릭스를 순차적으로 업데이트하여 빔포밍 벡터를 결정함으로써 보다 효율적으로 빔포밍 벡터를 할당할 수 있는 빔포밍 벡터 할당 방법 및 그 시스템을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법은 특이값 분해(singular value decomposition: SVD) 기법을 이용하여 복수의 사용자들 각각에 대한 채널 매트릭스들을 좌측 특이 매트릭스, 특이 매트릭스 및 우측 특이 매트릭스로 분해하는 단계, 상기 특이 매트릭스를 기초로 제1 사용자를 선택하고, 상기 좌측 특이 매트릭스를 이용하여 상기 제1 사용자에 상응하는 제1 프리(pre) 빔포밍 벡터 및 제1 컴바이닝(combining) 벡터를 결정하는 단계, 상기 제1 컴바이닝 벡터 를 기초로 기준 매트릭스를 생성하는 단계 및 상기 기준 매트릭스를 이용하여 나머지 사용자들 각각에 상응하는 적어도 하나의 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 나머지 컴바이닝 벡터를 생성하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 나머지 컴바이닝 벡터를 생성하는 단계는 특이값 분해 기법을 이용하여 상기 기준 매트릭스를 기준 좌측 특이 매트릭스, 기준 특이 매트릭스 및 기준 우측 특이 매트릭스로 분해하고, 상기 기준 좌측 특이 매트릭스, 상기 기준 특이 매트릭스 및 상기 기준 우측 특이 매트릭스를 기초로 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 상기 나머지 컴바이닝 벡터를 생성하는 단계일 수 있다.
이 때, 상기 나머지 빔포밍 벡터를 생성하는 단계는 상기 기준 좌측 특이 매트릭스를 기초로 제2 사용자에 상응하는 제2 프리 빔포밍 벡터 및 제2 컴바이닝 벡터를 생성하는 단계, 상기 제2 컴바이닝 벡터를 이용하여 상기 기준 매트릭스를 업데이트하는 단계 및 업데이트된 상기 기준 매트릭스를 이용하여 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 상기 나머지 컴바이닝 벡터를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 시스템은 특이값 분해(singular value decomposition: SVD) 기법을 이용하여 복수의 사용자들 각각에 대한 채널 매트릭스들을 좌측 특이 매트릭스, 특이 매트릭스 및 우측 특이 매트릭스로 분해하는 채널 매트릭스 분해부, 상기 특이 매트릭스를 기초로 제1 사용자를 선택하고, 상기 좌측 특이 매트릭스를 이용하여 상기 제1 사용자에 상응하는 제1 프리(pre) 빔포밍 벡터 및 제1 컴바이닝(combining) 벡터를 결정하는 제1 빔포밍 벡터 결정부, 상기 제1 컴바이닝 벡터를 기초로 기준 매트릭스를 생성하는 기준 매트릭스 생성부 및 상기 기준 매트릭스를 이용하여 나머지 사용자들 각각에 상응하는 적어도 하나의 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 나머지 컴바이닝 벡터를 생성하는 나머지 빔포밍 벡터 생성부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치는 기지국이 제1 사용자에 대한 제1 컴바이닝 벡터를 기초로 기준 매트릭스를 생성하고, 상기 기준 매트릭스를 이용하여 나머지 사용자에 상응하는 나머지 컴바이닝 벡터와 관련된 컴바이닝 벡터 정보를 생성하는 경우 상기 컴바이닝 벡터 정보를 상기 기지국으로부터 수신하는 정보 수신부, 수신된 상기 컴바이닝 벡터 정보를 기초로 컴바이닝 벡터를 생성하는 컴바이닝 벡터 생성부 및 상기 컴바이닝 벡터를 이용하여 무선 채널을 통해 전송된 신호를 컴바이닝하는 컴바이너(combiner)를 포함한다.
본 발명은 무선 채널들의 채널 매트릭스들을 간단한 연산을 이용하여 서로 직교성을 갖는 빔포밍 벡터들을 결정함으로써 무선 자원 및 하드웨어 자원을 효율적으로 사용하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법 및 그 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 기준 매트릭스를 새롭게 정의하고, 이를 이용하여 서로 직교성을 갖는 빔포밍 벡터들을 결정함으로써 높은 신호 대 간섭 및 잡음 비를 갖는 수신 신호를 검출하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법 및 그 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 기준 매트릭스를 순차적으로 업데이트하여 빔포밍 벡터를 결정함으로써 보다 효율적으로 빔포밍 벡터를 할당하는 빔포밍 벡터 할당 방법 및 그 시스템을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 다중 사용자가 존재하는 다중 입/출력 통신 시스템의 일예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 기지국(110)은 복수의 안테나를 포함하고, 복수의 사용자 단말기들(121, 122, 123)은 기지국(110)으로부터 전송된 신호를 수신한다. 사용자 단말기들(121, 122, 123)은 무선 채널을 통하여 기지국(110)으로부터 신호를 수신한다.
K 개의 사용자 단말기들(121, 122, 123)에는 적어도 하나의 안테나가 설치된다. 기지국(110)의 송신 안테나와 사용자 단말기들(121, 122, 123)의 안테나들 사이에는 다양한 무선 채널이 형성된다. 따라서, 사용자 단말기들(121, 122, 123) 각각이 수신하는 신호는 무선 채널의 상태에 따라 각각 달라진다.
사용자 k의 단말기(122)에 설치된 안테나의 개수가 Nr이고 기지국(110)에 설치된 안테나의 개수를 Nt라고 가정한다. 일반적으로 Nr은 Nt보다 작다. 이 때, 기지국(110)으로부터 사용자 k의 단말기(122)기 방향으로 형성된 무선 채널은 채널 매트릭스
Figure 112007061652865-PAT00001
로 표현될 수 있다. 이 때,
Figure 112007061652865-PAT00002
의 사이즈(size)는 Nr x Nt이다.
기지국(110)은 다양한 방법을 통하여 채널 매트릭스
Figure 112007061652865-PAT00003
를 인지할 수 있다. 특히, 사용자 단말기들(121, 122, 123) 각각으로부터 무선 채널의 채널 상태에 관한 정보를 포함하는 피드백 정보를 기초로 채널 매트릭스
Figure 112007061652865-PAT00004
를 인지할 수 있다. 이 때, 채널 상태에 관한 정보에는 채널 방향 정보(channel direction information) 또는 채널 품질 정보(channel quality information) 등이 포함될 수 있다.
이 때, 기지국은 데이터 스트림을 사용자 단말기들(121, 122, 123)로 전송할 수 있으며, 데이터 스트림은
Figure 112007061652865-PAT00005
로 표현될 수 있다.
각각의 사용자 단말기들(121, 122, 123)과 기지국(110) 사이에 형성되는 무선 채널들 사이에는 서로 간섭이 존재할 수 있다. 기지국(110)은 상기 간섭에 따른 영향을 줄이기 위하여 미리 데이터 스트림
Figure 112007061652865-PAT00006
에 빔포밍 벡터들(
Figure 112007061652865-PAT00007
,
Figure 112007061652865-PAT00008
,
Figure 112007061652865-PAT00009
)을 곱하여 전송 신호를 생성한다. 마찬가지로, 사용자 단말기들(121, 122, 123)은 무선 채널을 통하여 수신한 신호에 컴바이닝(combining) 벡터들(
Figure 112007061652865-PAT00010
,
Figure 112007061652865-PAT00011
,
Figure 112007061652865-PAT00012
)을 곱하여 수신 신호를 컴바인(combine)한다. 이 때,
Figure 112007061652865-PAT00013
,
Figure 112007061652865-PAT00014
및
Figure 112007061652865-PAT00015
는 프리 빔포밍 벡터로서 Nt x 1의 사이즈를 가지며,
Figure 112007061652865-PAT00016
,
Figure 112007061652865-PAT00017
및
Figure 112007061652865-PAT00018
는 컴바이닝 벡터로서 1 x Nr의 사이즈를 갖는다.
따라서, 사용자 k의 단말기(122)가 전송 신호를 컴바인(combine)한 후의 신호는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00019
(
Figure 112007061652865-PAT00020
: 잡음)
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법은 특이값 분해(singular value decomposition: SVD) 기법을 이용하여 복수의 사용자들 각각에 대한 채널 매트릭스들을 좌측 특이 매트릭스, 특이 매트릭스 및 우측 특이 매트릭스로 분해한다(S210). 이 때, 채널 매트릭스들은 상기 복수의 사용자들 각각으로부터 피드백된 피드백 정보를 기초로 인지될 수 있다.
예를 들어, 다시 도 1을 참조하면, 기지국(110)은 사용자 k 단말기(122)로 부터 피드백된 피드백 정보를 기초로 기지국(110)으로부터 사용자 k 단말기(122)로의 무선 채널의 채널 매트릭스
Figure 112007061652865-PAT00021
를 인지한다. 이 때, 피드백 정보는 무선 채널의 상태에 관한 정보를 포함할 수 있다.
채널 매트릭스
Figure 112007061652865-PAT00022
는 특이값 분해 기법을 이용하여 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00023
이 때,
Figure 112007061652865-PAT00024
는 좌측 특이 매트릭스이며,
Figure 112007061652865-PAT00025
는 특이 매트릭스,
Figure 112007061652865-PAT00026
는 우측 특이 매트릭스이다.
Figure 112007061652865-PAT00027
의 사이즈는 Nr x Nt이므로,
Figure 112007061652865-PAT00028
의 사이즈는 Nr x Nr이고,
Figure 112007061652865-PAT00029
의 사이즈는 Nr x Nt이고,
Figure 112007061652865-PAT00030
의 사이즈는 Nt x Nt이다. 또한,
Figure 112007061652865-PAT00031
의 대각 방향에는 적어도 하나의 특이값이 존재하며,
Figure 112007061652865-PAT00032
및
Figure 112007061652865-PAT00033
는 유니터리(unitary) 매트릭스이다.
또한, K 개의 사용자 단말기들이 존재하는 경우 K 개의 사용자 단말기들 각각에 대한 채널 매트릭스들이 인지될 수 있으므로, K개의 채널 매트릭스들이 특이 값 분해된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법은 상기 특이 매트릭스를 기초로 제1 사용자를 선택하고, 상기 좌측 특이 매트릭스를 이용하여 상기 제1 사용자에 상응하는 제1 프리(pre) 빔포밍 벡터 및 제1 컴바이닝(combining) 벡터를 결정한다(S220). 이 때, 제1 사용자는 특이 매트릭스의 원소들인 특이값들을 기초로 선택될 수 있다.
즉, 사용자 단말기의 개수가 K 개인 경우 K 개의 특이 매트릭스가 존재할 수 있다. 또한, K 개의 특이 매트릭스들 각각은 적어도 하나의 특이값을 포함한다. 상기 수학식 2를 참조하면,
Figure 112007061652865-PAT00034
에 포함되는 특이값들 중 가장 큰 특이값을
Figure 112007061652865-PAT00035
라고 가정하는 경우, k가 1부터 K까지의 범위에 속하는 자연수일 때 제1 사용자는 하기 수학식 3을 이용하여 선택될 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00036
상기 수학식 3을 참조하면, K 개의 특이 매트릭스들 각각에 대하여, K 개의 가장 큰 특이값(
Figure 112007061652865-PAT00037
)들이 선택되고, 선택된 K 개의 가장 큰 특이값(
Figure 112007061652865-PAT00038
)들 중 가장 큰 특이값에 상응하는 k 값이 k*로 결정되고, 이에 따라 제1 사용자가 선택된 다.
또한, 사용자 k*에 상응하는 채널 매트릭스
Figure 112007061652865-PAT00039
는 하기 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00040
상기 수학식 4를 참조하면, 제1 사용자인 사용자 k*에 상응하는 제1 컴바이닝 벡터는 하기 수학식 5를 통해 결정될 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00041
상기 수학식 5를 참조하면,
Figure 112007061652865-PAT00042
는 좌측 특이 매트릭스인
Figure 112007061652865-PAT00043
의 제1열에 존재하는 열 벡터이고, 제1 컴바이닝 벡터
Figure 112007061652865-PAT00044
는
Figure 112007061652865-PAT00045
로 결정될 수 있다.
또한, 제1 프리 빔포밍 벡터
Figure 112007061652865-PAT00046
도 하기 수학식 6과 같이 좌측 특이 매트릭스를 기초로 결정될 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00047
(여기서,
Figure 112007061652865-PAT00048
,
Figure 112007061652865-PAT00049
이고,
Figure 112007061652865-PAT00050
는
Figure 112007061652865-PAT00051
의 1열에 존재하는 열벡터이고,
Figure 112007061652865-PAT00052
는 k*에 대응하는 채널 매트릭스임.)
또한, 본 발명의 일실시예에 다중 사용자 빔포밍 할당 방법은 제1 컴바이닝 벡터를 기초로 기준 매트릭스를 생성한다(S230).
이 때, 기준 매트릭스를 이용하여 제1 사용자를 제외한 나머지 사용자들 각각에 상응하는 나머지 빔포밍 벡터가 결정될 수 있다. 또한, 둘 이상의 나머지 빔포밍 벡터들이 존재하는 경우, 나머지 빔포밍 벡터들은 서로 직교성을 갖는다.
여기서, 제1 사용자만이 결정된 경우, 매트릭스 G는 하기 수학식 7과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00053
Figure 112007061652865-PAT00054
제1 사용자가 결정된 경우에 대한 매트릭스 G가 상기 수학식 7과 같이 정의되면, 매트릭스 G를 기초로 기준 매트릭스 S가 하기 수학식 8과 같이 생성될 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00055
이 때, 기준 매트릭스 S는 하기 수학식 9와 같이 특이값 분해 기법을 이용하여 기준 좌측 특이 매트릭스, 기준 특이 매트릭스 및 기준 우측 특이 매트릭스로 분해된다.
Figure 112007061652865-PAT00056
상기 수학식 9를 참조하면, 기준 좌측 특이 매트릭스는
Figure 112007061652865-PAT00057
이고, 기준 특이 매트릭스는
Figure 112007061652865-PAT00058
이며, 기준 우측 특이 매트릭스는
Figure 112007061652865-PAT00059
이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 할당 방법은 기준 좌측 특이 매트릭스를 기초로 제2 사용자에 상응하는 제2 프리 빔포밍 벡터 및 제2 컴바이닝 벡터를 생성한다(S240).
이 때,
Figure 112007061652865-PAT00060
의
Figure 112007061652865-PAT00061
번째 열벡터를
Figure 112007061652865-PAT00062
로 정의하고, T를 나머지 사용자의 집합으로 정의하면, 하기 수학식 10을 통하여
Figure 112007061652865-PAT00063
와
Figure 112007061652865-PAT00064
이 정해질 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00065
(여기서, N은 Nt 또는 Nr 중 작은 수로서, 일반적으로 Nr이고,
Figure 112007061652865-PAT00066
는
Figure 112007061652865-PAT00067
의
Figure 112007061652865-PAT00068
번째 열벡터이며, T는 나머지 사용자 집합임.)
상기 수학식 10을 참조하면, K명의 사용자 중에서 제1 사용자만이 결정된 경우 나머지 사용자 집합인 T의 원소의 개수는 K-1개가 되고, K-1 명의 사용자 중에서 제2 사용자가 결정된다. 즉, 일반적으로 결정된 사용자의 수가 a 명인 경우 나머지 사용자 집합 T는 전체 사용자 중에서 결정된 사용자를 제외하여 K-a 개의 원소를 가지며, a+1 번째 사용자는 K-a 개의 원소들로부터 결정된다.
또한,
Figure 112007061652865-PAT00069
는 N(일반적으로 Nr) 개의 열 벡터들을 포함하나, 제1 사용자만이 결정된 경우
Figure 112007061652865-PAT00070
은 2부터 N(일반적으로 Nr)까지의 범위에 속하는 자연수일 수 있고, 상기 수학식 10을 통하여
Figure 112007061652865-PAT00071
이 결정된다.
즉, 일반적으로 결정된 사용자의 수가 t-1 명인 경우, t 번째 사용자에 대한 프리 빔포밍 벡터 및 컴바이닝 벡터를 생성하기 위해 상기 수학식 10에서와 같이
Figure 112007061652865-PAT00072
의 t 번째부터 N(일반적으로 Nr) 번째까지의 열 벡터들이 사용될 수 있다. 이 때,
Figure 112007061652865-PAT00073
의 t 번째부터 N(일반적으로 Nr) 번째까지의 열 벡터들은
Figure 112007061652865-PAT00074
에 포함되는 특이값을 가지지 않는 열 벡터들일 수 있다.
또한, 제1 사용자가 결정된 경우, 상기 수학식 10을 이용하여, 다수의
Figure 112007061652865-PAT00075
중에서
Figure 112007061652865-PAT00076
가 최대가 되도록 하는
Figure 112007061652865-PAT00077
및
Figure 112007061652865-PAT00078
가 정해질 수 있고, 이에 따라 제2 사용자, 제2 프리 빔포밍 벡터 및 제2 컴바이닝 벡터가 결정된다.
즉, 제2 사용자에 상응하는
Figure 112007061652865-PAT00079
및
Figure 112007061652865-PAT00080
가 정해진 경우, 기준 좌측 특이 매트릭스인
Figure 112007061652865-PAT00081
를 기초로 제2 컴바이닝 벡터가 하기 수학식 11과 같이 생성될 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00082
또한, 제2 사용자에 상응하는 프리 빔포밍 벡터
Figure 112007061652865-PAT00083
는 하기 수학식 12와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00084
Figure 112007061652865-PAT00085
(
Figure 112007061652865-PAT00086
: 사용자
Figure 112007061652865-PAT00087
의 채널 매트릭스)
상기 수학식 12 및 상기 수학식 5를 참조하면, 제1 사용자에 대한 프리 빔포밍 벡터와 제2 사용자에 대한 프리 빔포밍 벡터가 서로 직교성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법은 제2 컴바이닝 벡터를 이용하여 기준 매트릭스를 업데이트한다(S250).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법은 업데이트된 기준 매트릭스를 이용하여 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 나머지 컴바이닝 벡터를 생성한다(S260).
단계(S210) 내지 단계(S250)를 통하여 제1 사용자 및 제2 사용자에 상응하는 제1 빔포밍 벡터 및 제2 빔포밍 벡터가 결정되었으므로, 나머지 사용자에 상응하는 빔포밍 벡터를 결정하기 위해 기준 매트릭스 S가 업데이트 된다.
상기 수학식 12에서 생성된
Figure 112007061652865-PAT00088
는 상기 수학식 7에서 매트릭스 G에 새롭게 삽입되며, 따라서 기준 매트릭스 S가 업데이트 된다. 즉, 한 명의 사용자에 상응하는 빔포밍 벡터가 결정될 때마다 생성되는 새로운 g가 매트릭스 G에 삽입되어, 매트릭스 G는 업데이트 되고, 결국 상기 수학식 8에서 정의된 기준 매트릭스 S가 순차적으로 업데이트된다.
따라서, t번째 사용자 및 그에 상응하는 프리 빔포밍 벡터, 컴바이닝 벡터를 생성하기 위한 매트릭스 G는 하기 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00089
상기 수학식 13을 참조하면, 매트릭스 G를 통해서 프리 빔포밍 벡터들이 순차적으로 생성되므로, 생성된 각각의 프리 빔포밍 벡터들은 서로 직교성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
제1 빔포밍 벡터가 결정되는 과정에서 g1이 생성되고, 생성된 g1을 기초로 제2 사용자, 제2 프리 빔포밍 벡터 및 제2 컴바이닝 벡터가 결정될 수 있다. 또한, 제2 빔포밍 벡터가 결정되는 과정에서 g2가 생성되고, 생성된 g2를 기초로 매트릭스 G 및 기준 매트릭스 S가 업데이트된다. 업데이트된 기준 매트릭스 S를 이용하여 제3 사용자 및 그에 상응하는 프리 빔포밍 벡터 및 컴바이닝 벡터가 생성된다.
일반적으로, 제t 빔포밍 벡터가 결정되는 과정에서
Figure 112007061652865-PAT00090
가 생성되고, 생 성된
Figure 112007061652865-PAT00091
를 기초로 매트릭스 G 및 기준 매트릭스 S가 업데이트된다. 따라서, 상기 수학식 8 내지 상기 수학식 12를 통하여 제t+1 사용자 및 제t+1 사용자에 상응하는 프리 빔포밍 벡터 및 컴바이닝 벡터가 결정된다. 결국, 상술한 과정을 통해 서로 직교성을 가지며, 모든 사용자에 상응하는 빔포밍 벡터들 및 컴바이닝 벡터들이 결정될 수 있다.
이 때,
Figure 112007061652865-PAT00092
는 하기 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007061652865-PAT00093
(
Figure 112007061652865-PAT00094
: 제t 빔포밍 벡터에 대응하는 사용자 인덱스)
본 발명에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법은 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 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소 프트웨어 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. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 시스템은 채널 매트릭스 분해부(310), 제1 빔포밍 벡터 결정부(320), 기준 매트릭스 생성부(330) 및 나머지 빔포밍 벡터 생성부(350)를 포함한다.
채널 매트릭스 분해부(310)는 특이값 분해(singular value decomposition: SVD) 기법을 이용하여 복수의 사용자들 각각에 대한 채널 매트릭스들을 좌측 특이 매트릭스, 특이 매트릭스 및 우측 특이 매트릭스로 분해한다.
또한, 제1 빔포밍 벡터 결정부(320)는 상기 특이 매트릭스를 기초로 제1 사용자를 선택하고, 상기 좌측 특이 매트릭스를 이용하여 상기 제1 사용자에 상응하 는 제1 프리(pre) 빔포밍 벡터 및 제1 컴바이닝(combining) 벡터를 결정한다.
또한, 기준 매트릭스 생성부(330)는 상기 제1 빔포밍 벡터를 기초로 기준 매트릭스를 생성한다.
또한, 나머지 빔포밍 벡터 생성부(340)는 상기 기준 매트릭스를 이용하여 나머지 사용자들 각각에 상응하는 적어도 하나의 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 나머지 컴바이닝 벡터를 생성한다.
이 때, 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터의 개수가 각각 둘 이상인 경우 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터들 각각은 서로 직교성(orthogonal)을 갖는 것일 수 있다.
이 때, 나머지 빔포밍 벡터 생성부(340)는 특이값 분해 기법을 이용하여 상기 기준 매트릭스를 기준 좌측 특이 매트릭스, 기준 특이 매트릭스 및 기준 우측 특이 매트릭스로 분해하고, 상기 기준 좌측 특이 매트릭스, 상기 기준 특이 매트릭스 및 상기 기준 우측 특이 매트릭스를 기초로 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 상기 나머지 컴바이닝 벡터를 생성할 수 있다.
이 때, 도 3에 도시되지 아니하였으나, 나머지 빔포밍 벡터 생성부(340)는 상기 기준 좌측 특이 매트릭스를 기초로 제2 사용자에 상응하는 제2 프리 빔포밍 벡터 및 제2 컴바이닝 벡터를 생성하는 제2 빔포밍 벡터 결정부, 상기 제2 컴바이닝 벡터를 이용하여 상기 기준 매트릭스를 업데이트하는 기준 매트릭스 업데이트부 및 업데이트된 상기 기준 매트릭스를 이용하여 상기 나머지 빔포밍 벡터를 선택하는 나머지 빔포밍 벡터 선택부를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 장치에 관하여 설명되지 아니한 내용은 도 1 내지 도 2를 통 하여 이미 설명한 바와 같으므로 이하 생략한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치는 정보 수신부(410), 컴바이닝 벡터 생성부(420) 및 컴바이너(430)를 포함한다.
정보 수신부(410)는 기지국이 제1 사용자에 대한 제1 컴바이닝 벡터를 기초로 기준 매트릭스를 생성하고, 상기 기준 매트릭스를 이용하여 나머지 사용자에 상응하는 나머지 컴바이닝 벡터와 관련된 컴바이닝 벡터 정보를 생성하는 경우 상기 컴바이닝 벡터 정보를 상기 기지국으로부터 수신한다.
즉, 도 1 내지 도 3과 관련하여 설명된 과정을 통하여 기지국은 기준 매트릭스를 이용하여 복수의 사용자들에 대하여 그들에 상응하는 빔포밍 벡터 또는 컴바이닝 벡터를 생성한다. 이 때, 기지국은 사용자 단말기로 컴바이닝 벡터와 관련된 컴바이닝 벡터 정보를 전송할 수 있다.
컴바이닝 벡터 정보는 다양한 방식으로 전송될 수 있다. 예를 들어, 기지국은 컴바이닝 벡터 자체를 사용자 단말기로 전송할 수 있고, 컴바이닝 벡터의 인덱스만을 전송할 수 있다. 다만, 컴바이닝 벡터의 인덱스만 사용자 단말기로 전송되는 경우에 사용자 단말기는 미리 컴바이닝 벡터들의 집합인 코드북을 저장할 수 있다.
컴바이닝 벡터 생성부(420)는 수신된 상기 컴바이닝 벡터 정보를 기초로 컴바이닝 벡터를 생성한다.
예를 들어, 기지국이 컴바이닝 벡터의 인덱스만을 사용자 단말기로 전송한 경우, 컴바이닝 벡터 생성부(420)는 그 인덱스를 이용하여 코드북에 저장된 다수의 컴바이닝 벡터 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
또한, 컴바이너(430)는 생성된 컴바이닝 벡터를 이용하여 무선 채널을 통해 전송된 신호를 컴바이닝한다. 즉, 컴바이너(430)는 상기 수학식 1과 같이 컴바이닝 벡터를 무선 채널을 통해 전송된 신호에 곱함으로써 컴바이닝을 수행할 수 있다.
기지국이 컴바이닝 벡터를 생성하는 것과 관련하여서는 도 1 내지 도 3에서 설명한 바 있으므로 이하 생략한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 다중 사용자가 존재하는 다중 입/출력 통신 시스템의 일예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치를 나타낸 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
S210: 채널 매트릭스들을 분해하는 단계
S220: 제1 프리 빔포밍 벡터 및 제1 컴바이닝 벡터 생성 단계
S230: 기준 매트릭스 생성
S240: 제2 프리 빔포밍 벡터 및 제2 컴바이닝 벡터 생성 단계
S250: 기준 매트릭스 업데이트 단계
S260: 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 나머지 컴바이닝 벡터 생성 단계

Claims (13)

  1. 특이값 분해(singular value decomposition: SVD) 기법을 이용하여 복수의 사용자들 각각에 대한 채널 매트릭스들을 좌측 특이 매트릭스, 특이 매트릭스 및 우측 특이 매트릭스로 분해하는 단계;
    상기 특이 매트릭스를 기초로 제1 사용자를 선택하고, 상기 좌측 특이 매트릭스를 이용하여 상기 제1 사용자에 상응하는 제1 프리(pre) 빔포밍 벡터 및 제1 컴바이닝(combining) 벡터를 결정하는 단계;
    상기 제1 컴바이닝 벡터를 기초로 기준 매트릭스를 생성하는 단계; 및
    상기 기준 매트릭스를 이용하여 나머지 사용자들 각각에 상응하는 적어도 하나의 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 나머지 컴바이닝 벡터를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나머지 프리 빔포밍 벡터의 개수가 각각 둘 이상인 경우 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터들 각각은 서로 직교성(orthogonal)을 갖는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 나머지 컴바이닝 벡터를 생성하는 단계는
    특이값 분해 기법을 이용하여 상기 기준 매트릭스를 기준 좌측 특이 매트릭스, 기준 특이 매트릭스 및 기준 우측 특이 매트릭스로 분해하고, 상기 기준 좌측 특이 매트릭스, 상기 기준 특이 매트릭스 및 상기 기준 우측 특이 매트릭스를 기초로 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 상기 나머지 컴바이닝 벡터를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 나머지 빔포밍 벡터를 생성하는 단계는
    상기 기준 좌측 특이 매트릭스를 기초로 제2 사용자에 상응하는 제2 프리 빔포밍 벡터 및 제2 컴바이닝 벡터를 생성하는 단계;
    상기 제2 컴바이닝 벡터를 이용하여 상기 기준 매트릭스를 업데이트하는 단계; 및
    업데이트된 상기 기준 매트릭스를 이용하여 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 상기 나머지 컴바이닝 벡터를 선택하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프리(pre) 빔포밍 벡터 및 제1 컴바이닝(combining) 벡터를 결정하는 단계는
    상기 특이 매트릭스의 원소들인 특이값들을 기초로 상기 제1 사용자를 선택 하고, 상기 제1 사용자에 상응하는 상기 제1 프리(pre) 빔포밍 벡터 및 상기 제1 컴바이닝(combining) 벡터를 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
  7. 특이값 분해(singular value decomposition: SVD) 기법을 이용하여 복수의 사용자들 각각에 대한 채널 매트릭스들을 좌측 특이 매트릭스, 특이 매트릭스 및 우측 특이 매트릭스로 분해하는 채널 매트릭스 분해부;
    상기 특이 매트릭스를 기초로 제1 사용자를 선택하고, 상기 좌측 특이 매트릭스를 이용하여 상기 제1 사용자에 상응하는 제1 프리(pre) 빔포밍 벡터 및 제1 컴바이닝(combining) 벡터를 결정하는 제1 빔포밍 벡터 결정부;
    상기 제1 컴바이닝 벡터를 기초로 기준 매트릭스를 생성하는 기준 매트릭스 생성부; 및
    상기 기준 매트릭스를 이용하여 나머지 사용자들 각각에 상응하는 적어도 하나의 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 나머지 컴바이닝 벡터를 생성하는 나머지 빔포밍 벡터 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 나머지 프리 빔포밍 벡터의 개수가 각각 둘 이상인 경우 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터들 각각은 서로 직교성(orthogonal)을 갖는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 나머지 빔포밍 벡터 생성부는
    특이값 분해 기법을 이용하여 상기 기준 매트릭스를 기준 좌측 특이 매트릭스, 기준 특이 매트릭스 및 기준 우측 특이 매트릭스로 분해하고, 상기 기준 좌측 특이 매트릭스, 상기 기준 특이 매트릭스 및 상기 기준 우측 특이 매트릭스를 기초로 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터 및 상기 나머지 컴바이닝 벡터를 생성하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 나머지 빔포밍 벡터 생성부는
    상기 기준 좌측 특이 매트릭스를 기초로 제2 사용자에 상응하는 제2 프리 빔포밍 벡터 및 제2 컴바이닝 벡터를 생성하는 제2 빔포밍 벡터 결정부;
    상기 제2 컴바이닝 벡터를 이용하여 상기 기준 매트릭스를 업데이트하는 기준 매트릭스 업데이트부; 및
    업데이트된 상기 기준 매트릭스를 이용하여 상기 나머지 빔포밍 벡터를 선 택하는 나머지 빔포밍 벡터 선택부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 나머지 프리 빔포밍 벡터의 개수가 각각 둘 이상인 경우 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터들 각각은 서로 직교성(orthogonal)을 갖는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 빔포밍 벡터 할당 시스템.
  12. 기지국이 제1 사용자에 대한 제1 컴바이닝 벡터를 기초로 기준 매트릭스를 생성하고, 상기 기준 매트릭스를 이용하여 나머지 사용자에 상응하는 나머지 컴바이닝 벡터와 관련된 컴바이닝 벡터 정보를 생성하는 경우 상기 컴바이닝 벡터 정보를 상기 기지국으로부터 수신하는 정보 수신부;
    수신된 상기 컴바이닝 벡터 정보를 기초로 컴바이닝 벡터를 생성하는 컴바이닝 벡터 생성부; 및
    상기 컴바이닝 벡터를 이용하여 무선 채널을 통해 전송된 신호를 컴바이닝하는 컴바이너(combiner)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 기준 매트릭스를 이용하여 상기 나머지 사용자에 상응 하는 나머지 프리 빔포밍 벡터를 생성하고, 상기 나머지 프리 빔포밍 벡터를 이용하여 데이터 스트림을 빔포밍하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
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