KR20090040237A

KR20090040237A - Ｍｉｍｏ 무선 통신 시스템

Info

Publication number: KR20090040237A
Application number: KR1020080102211A
Authority: KR
Inventors: 미쓰리 후누꿈부레; 마이클 존 빔스 하트
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2009-04-23
Also published as: US20090103486A1; KR20110038660A; CN101414992B; KR101088601B1; JP2009112001A; GB0720559D0; JP5262562B2; CN101414992A; EP2051400A2; EP2051400A3; EP2051401A3; EP2051401A2; KR101122824B1; EP2051401B1; JP2009105893A; US8111709B2

Abstract

다중의 인접 셀 각각에 있는 사용자들이 그 셀의 기지국에 의해 서브되고, 이 기지국은 각 MIMO 채널에서 셀 내 각 사용자로의 송신 링크를 갖는 MIMO OFDMA 시스템에서의 무선 통신 방법이 제공된다. 이 방법은 다음 단계들을 수행하는 제1 셀의 기지국 (BS_A)를 포함한다. 이 단계들은, 기지국 (BSB) 또는 다른 셀의 사용자 (B)로부터 이 다른 셀 내 사용자들에 대해 야기하는 간섭의 감소에 대한 하나 이상의 요청을 수신하는 단계; 제로 포싱의 대상이 될 MIMO 채널을 선택하기 위하여 제1 셀 내 사용자들에 대한 자신의 송신 링크들 중에서 계수 부족 MIMO 채널 (H_A)을 식별하는 단계; 및 다른 셀 내 적어도 한 사용자 (B)에 의해 경험되는 간섭을 줄이기 위해 선택된 MIMO 채널 (H_A)에서의 송신에 제로 포싱을 적용하는 단계이다. 계수 부족 MIMO 채널은 제로 포싱에 기인한 전체 데이터 용량의 감소를 최소화하도록 선택되고, 이것은 채널 행렬의 고유값을 검사하고 및 그 비를 계산함으로써 얻어진다. 또한, 선택된 채널 (H_A)과 다른 셀 내 사용자 (B)에 대한 채널 (H_B) 사이의 상관관계가 조사되고 이들이 임계값 이상 상관되면, 제1 셀 내 다른 채널이 대신 선택된다.

MIMO 채널, 무선 통신 방법, 제로 포싱, 계수 부족

Description

ＭＩＭＯ 무선 통신 시스템{MIMO WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 다중 입력, 다중 출력 (MIMO) 능력을 갖는 무선 통신 시스템에 관한 것이며 IEEE 802.16 표준에 따르는 것을 포함하는 OFDMA 시스템에 특히 한정되는 것이 아니다. IEEE Std 802.16-2004 "고정 광대역 무선 액세스 시스템용 무선 인터페이스" 및 IEEE Std 802.16e-2005 "IEEE Std 802.16-2004에 대한 보정 2 및 정오표 1"의 전체 내용이 참조로 여기 병합된다.

기지국 (base station: BS)이 그 BS 범위 내의 다수의 가입자국 (subscriber station: SS 또는 MS, 사용자라 하기도 함)과 통신하는 무선 통신 시스템이 널리 알려져 있다. 하나의 BS에 의해 커버되는 영역을 셀 (cell)이라고 하고 일반적으로 인접합 셀들과 거의 끊김없이 넓은 지역을 커버하도록 많은 기지국들이 적절한 위치에 설치된다. 각 BS는 자신의 이용가능한 대역폭, 즉 주파수 및 시간 자원을 사용자들을 위한 개별적인 자원 할당으로 분할한다. 더 많은 사용자 및/또는 더 많은 데이터 집약형 서비스를 수용하기 위하여 이러한 시스템의 용량을 증가시키고자 하는 요구가 꾸준히 있어 왔다.

OFDM은 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 공지의 기술이다. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) 기반 통신 방법은, 주파수가 균등하게 이격된 다수의 서브캐리어 (주파수 핑거(finger)라고도 함) 중에서 송신되도록 데이터 심볼을 분할하므로, 주파수 분할 다중화이다. 각 서브캐리어 상에 소량의 데이터만을 실어 보냄으로써, 가입자당 비트율이 낮게 유지되고 따라서 심볼간 간섭이 감소된다. 위상, 진폭, 또는 위상과 진폭을 모두 조정함으로써 서브캐리어 상에 데이터를 변조시킨다.

명칭 OFDM 중에서 "직교 (orthogonal)" 부분은, 서브캐리어들의 간격들이 다른 서브캐리어들에 대해 수학적인 의미에서 직교하도록 특별히 선택된다는 것을 의미한다. 더 정확히 말하면, 이들은 인접 서브캐리어들의 측대역들이 중첩될 수 있도록 하지만 여전히 일반적으로 ICI라고 하는 서브캐리어간 간섭 없이 수신될 수 있도록 주파수 축을 따라 정렬된다. 수학 용어에서, 각 서브캐리어의 사인파는 선형 채널의 고유함수라고 하는데, 여기서 각 사인곡선의 피크는 모든 다른 사인곡선의 영 (null)과 일치한다. 이것은 서브캐리어 간격을 심볼 기간의 역수의 배수로 함으로써 달성될 수 있다.

개별 서브캐리어들 또는 서브캐리어들의 집합들이 무선 통신 시스템의 서로 다른 사용자들에게 할당될 때, 그 결과는 OFDMA라고 하는 다중 액세스 시스템이다. (이 명세서에서, OFDM이란 용어는 이후로는 OFDMA를 포함하는 것으로 사용된다.) 하나의 셀에서 각 사용자에게 별개의 주파수/시간 자원을 할당함으로써, OFDMA는 하나의 셀 내의 사용자들 사이에서 실질적으로 간섭을 피할 수 있다. 그러나, 인 접 셀들로부터의 간섭은 후술하는 바와 같이 여전히 문제일 수 있다.

기본 OFDM 방법의 다른 변형예는 MIMO OFDM이라 하는데, 여기서 MIMO는 다중 입력 다중 출력을 의미한다. 이 방법은 BS와 각 사용자 사이에서 달성가능한 데이터 용량을 증대시키기 위해 송신기와 수신기 모두에서 다수의 안테나를 채용한다. 예컨대, 4×4 MIMO 채널은 송신기와 수신기가 각각 4개의 안테나를 사용하여 서로 통신하는 것이다. 송신기와 수신기가 동일한 수의 안테나를 채용할 필요는 없다. 일반적으로, 무선 통신 시스템에서의 기지국은, 전력, 비용 및 크기 제한에서의 차이 때문에, 모바일 핸드셋에 비해 더 많은 안테나를 구비할 것이다.

하나의 수신기 (가입자국)과 통신하는 송신기 (예컨대, 기지국)의 가장 간단한 예를 고려하면, MIMO 채널은 송신기와 수신기 사이의 무선 링크의 주파수 (또는 등가적으로 시간 지연) 응답이다. 이것은 모든 서브캐리어를 포함하고, 전체 송신 대역폭을 커버한다. MIMO 채널은 많은 개별 무선 링크를 포함하므로 Nt×Nr SISO 채널 (서브채널이라고도 함)을 갖는다. 예를 들면, 2×2 MIMO 구성은 4개의 링크를 포함하므로, 4개의 SISO 채널을 갖는다. SISO 채널은 하나 이상의 데이터 스트림을 수신기로 송신하기 위해 다양한 방법으로 조합될 수 있다.

도 1은 일반화된 MIMO 시스템의 개념도이다. 도 1에서, 송신기는 Nt개의 송신 안테나를 이용하여 신호를 송신하고, 수신기는 Nr개의 수신 안테나를 이용하여 송신기로부터 신호를 수신한다. 송신기와 수신기 사이의 개별 SISO 채널 또는 서브채널의 특징은 H_0,0 내지 H_Nr-1,Nt-1로 표기되고, 도면에 도시된 바와 같이, 이들은 채널 행렬 또는 채널 응답 행렬 H라고 하는 행렬의 항들을 형성한다. "H_0,0"는 송신 안테나 0 에서 수신 안테나 0 으로 신호를 송신하기 위한 채널 특성 (예컨대, 채널 주파수 응답)을 나타낸다. "H_Nr-1,Nt-1"은 송신 안테나 Nt-1에서 수신 안테나 Nr-1로 신호를 송신하기 위한 채널 특성을 나타낸다. 수신 안테나가 송신기에 의해 개별적으로 어드레스할 수 없으므로, 최대 Nt개의 데이터 스트림이 있다.

도 1에서, 송신 안테나 N₀ 내지 N_Nt-1를 이용하여 송신되는 심볼 x₀ 내지 x_Nt-1는 송신 벡터 x를 형성한다. 마찬가지로, 수신 안테나 N₀ 내지 N_Nr-1를 이용하여 수신되는 수신 신호 y₀ 내지 y_Nr-1는 함께 수신 신호 벡터 y를 형성한다. 프리코딩(precoding) (아래 참조)없이, 벡터 y 와 x는 y = H.x + n와 같은 관계식을 갖는데, 여기서 H는 채널 행렬이고 n은 각 수신 안테나에서의 잡음(noise)을 나타내는 항이다.

채널 행렬 H는 독립적인 행 또는 열의 수인 계수 (rank)를 갖는다. 이 행 또는 열의 일부가 상호 종속일 때 (개별 서브채널들 사이의 상관관계를 나타냄), 이 MIMO 채널을 "계수 부족 (rank deficient)"이라 한다. 이러한 경우, 이 MIMO 채널은 상관관계 때문에 최대 데이터 처리량을 제공할 수 없다.

MIMO 송신 방법은 소위 비적응적 구성과 적응적 구성을 포함한다. 비적응적 구성의 경우, 송신기가 조건 (채널 프로파일)의 변화를 고려할 수 없으므로, 송신기는 채널 특성에 대해 알지 못하고 이것은 성능을 제한한다. 적응적 구성은 정보 (채널 상태 정보 또는 CSI)를 송신기로 피드백하거나 CSI를 국부적으로 도출하는 수신기에 의존하므로, 송신된 신호를 변화하는 조건에 적응시켜 데이터 처리량을 최대화하도록 할 수 있다. 수신기로부터 송신기로의 피드백 경로 (도시되지 않음)는 송신기에게 채널 특성을 알리는 피드백 신호를 전달한다.

폐루프 시스템은 FDD (Frequency Division Duplex) 시스템에서 필요로 하는데, 여기서 업링크 (모바일에서 기지국으로) 및 다운링크 (기지국에서 모바일로)는 2개의 서로 다른 캐리어 주파수를 채용한다. 주파수 변화 때문에, 업링크 및 다운링크 채널은 서로 다르고 CSI는 피드백될 필요가 있다. TDD (Time Division Duplex) 시스템에서, 업링크 및 다운링크는 동일 주파수에서 2개의 인접한 타임 슬롯으로 송신된다. 이 2개의 타임 슬롯은 채널 코히런스(coherence) 시간 내에 있기 때문에 (채널이 변경되지 않음) 채널 상태 정보가 피드백될 필요가 없다. 송신기는 역 링크에서 수신 신호로부터 채널을 평가할 수 있는데, 일반적으로 역 링크에서 송신된 신호로의 송신기에 의한 파일롯 또는 공지의 파형의 삽입에 의해 도움받는다.

기재하는 본 발명은 TDD 및 FDD 시스템에 모두 적용가능하지만, 업링크보다는, 다운링크, 즉 송신기로서 작용하는 기지국에서 수신기로서 작용하는 사용자로의 송신과 관련된다.

일반적으로, MIMO 구성은 송신기에서의 프리코딩을 포함하고, 이에 의해 송신될 데이터 심볼은 각 서브캐리어, 서브채널 또는 서브채널 그룹의 고유벡터 (eigenvector)를 이용하여 가중치가 더해진다. 즉, 채널상태 정보는 송신 벡터 x 를 채널 조건에 적용시키는 데에 사용된다. 이것은 소위 고유모드 시그널링 (eigenmode signalling)이라 하는 병렬 SISO 채널 집합으로 MIMO 채널이 분해될 수 있게 하는 데 효과적이므로, 심볼들이 수신기에서 완전하게 분리된다 (완전한 채널상태 정보가 주어짐). 채널에서 이용가능한 고유모드는 공간 모드 (spatial mode)라 부르기도 한다. 그러나, 각 주파수 대역 또는 서브채널 그룹의 프리코딩 가중치 (weight)는 항상 업데이트될 필요가 있다. 이 대역 또는 서브채널 그룹의 최적 또는 바람직한 폭은 MIMO 채널의 공간 모드의 코히런스 대역폭에 달려 있다. 이 코히런스 대역폭의 계산은 OFDM 주파수 스펙트럼을 통해 MIMO 채널 행렬로부터 고유값을 얻는 것에 기초한다. 프리코딩은, 처리의 복잡도를 제한하면서 합리적인 결과를 얻는 선형 (linear)이거나, 또는 최적에 가까운 결과를 얻지만 복잡도가 더 커지는 비선형 (non-linear)일 수 있다. 선형 프리코딩의 일 형태는 아래에 언급되는 바와 같이 소위 "제로-포싱 (zero-forcing)"이다.

도 2는 더 구체적으로 MIMO 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. MIMO 시스템 (1)은 복수의 송신 안테나를 포함하는 송신기 (2), 및 복수의 수신 안테나를 포함하는 수신기 (3)를 포함한다.

송신기 (2)는 Nt개의 송신 안테나를 이용하여 0부터 Nt-1까지의 심볼을 병렬로 송신하는데, 이 심볼은 수직 인코딩이라고 하는 하나의 데이터 스트림으로부터 생성되거나, 수평 인코딩이라고 하는 상이한 데이터 스트림들로부터 생성될 수 있다. 또한, 각 송신 심볼은 예컨대 변조 방법이 BPSK이면 1비트 데이터에 대응하고, 변조 방법이 QPSK이면 2비트 데이터에 대응한다. 수신기 (3)는 Nr개의 수신 안테나를 이용하여 송신기 (2)로부터 송신된 신호를 수신하고, 이것은 수신 신호로부터 송신 심볼을 재생하는 신호 재생기 (4)를 포함한다. 이 구성에서, 많은 공간 모드가 Nt 및 Nr의 최소값에 대응하여 이용가능하다.

도 2에서 화살표로 표시된 바와 같이, 복수의 송신 안테나 각각으로부터 송신된 신호는 복수의 수신 안테나 각각에 의해 수신되어, 총 Nt×Nr개의 서브채널을 생성한다. 즉, 송신 안테나 (0)로부터 송신된 신호는 수신 안테나 (0) 내지 (Nr-1)에 의해 수신되고, 마찬가지로 송신 안테나 (Nt-1)로부터 송신된 신호는 수신 안테나 (0) 내지 (Nr-1)에 의해 수신된다. i번째 송신 안테나에서 j번째 수신 안테나로 신호를 전파하는 서브채널의 특성은 "H_ij"로 표현되고 Nt×Nr 채널 행렬 H의 하나의 성분 항을 형성한다.

서브채널 특성은 일반적으로 파일롯 신호를 송신함으로써 실제 데이터의 송신 이전에 측정된다. 송신기 (2)는 먼저 송신 안테나 (0)를 이용하여 파일롯 신호를 송신한다. 수신기 (3)는 수신 안테나 (0) 내지 (Nr-1)를 통해 송신 안테나 (0)로부터 송신된 파일롯 신호를 수신한다. 이 경우, 파일롯 신호의 송신 전력은 미리 결정되므로, 수신기 (3)는 수신 안테나 (0) 내지 (Nr-1)를 통해 수신된 신호의 전력, SNR 등을 모니터링함으로써 채널 행렬에서 제1행의 각 성분 (H_0,0 내지 H_0,Nr-1)을 얻는다. 그후, 채널 행렬에서 2번째 내지 Nt번째 행의 각 성분이 각 송신 안테나로부터 송신된 파일롯 신호를 이용하여 동일한 방식으로 얻어질 수 있다.

MIMO 시스템 (1)에서, 심볼 x(x₀~x_Nt-1)이 송신기 (2)로부터 송신되면, 수신기 (3)에서 검출된 신호 y(y₀~y_Nr-1)는 수학식 1로 표현된다. 따라서, 잡음 n이 없는 경우, 수신기 (3)는 채널 행렬 H를 검출하고 채널 행렬 H의 각 성분이 신호에 미치는 영향에 대응하는 역(inverse) 연산을 행함으로써 정확한 송신 심볼을 얻을 수 있다. 그러나, 실제로, 잡음 n은 존재하고, 또한 채널 행렬 H는 절대적인 정확도로 결정될 수 없다. 따라서, 수신기 (3)는 수신 신호 y 및 채널 행렬 H로부터 송신 신호를 평가하고 평가값의 오류를 최소화하는 알고리즘을 도입한다.

배경 설명으로서, MIMO-OFDM 송신기 및 수신기가 도 3 및 4를 참조하여 대략적으로 설명될 것이다. 도 3은 MIMO-OFDM 송신기의 개략도이다. 고속 이진 데이터가 인코딩되고 (컨볼루션 코드가 일예이다), 인터리빙되고, 변조된다 (BPSK, QPSK, 64QAM 등과 같은 변조방식 이용). 독립적인 채널 인코더가 각 송신 안테나에 대해 사용될 수 있다. 이어서, 데이터는 N개의 서브캐리어에 공급되는 병렬 저속 변조 데이터 스트림으로 변환된다. 각 인코더로부터의 출력은 복수의 서브 캐리어 상에 개별적으로 실어 보내진다. 변조된 신호는 N-포인트 역 고속 퓨리에 변환 (IFFT)에 의해 주파수 분할 다중화된다. 결과적인 OFDM 신호는 D/A 컨버터에 의해 아날로그 신호로 변환되고 RF 대역으로 업컨버트되어 대기를 통해 송신된다.

도 4에 개략적으로 도시된 MIMO-OFDM 수신기에서, Nr개의 수신 안테나로부터의 수신 신호는 대역통과필터 (BPF)에 의해 여과된 후, 더 낮은 주파수로 다운컨버트된다. 이 다운컨버트된 신호는 A/D 컨버터에 의해 샘플링되고 (즉, 디지털 신호로 변환됨), 가드(guard) 간격이 제거된다. 그 후 샘플링된 데이터가 N-포인트 고 속 퓨리에 변환기 (FFT)에 공급된다. Nr개의 수신 안테나를 통해 수신된 신호들 각각은 퓨리에 변환이 행해진 후에, MIMO 신호 처리기 (11)에 공급된다. 여기서, MIMO 신호 처리기 (11)는, 채널 행렬 H를 이용하고 송신기측에서 적용된 프리코딩을 고려하여, 채널 특성에 대한 보상을 행하는 알고리즘을 실행하는 신호 재생기 (4)를 포함한다. 예를 들면, 후술하는 "제로-포싱"은 다른 사용자로부터의 간섭을 제거하여 주파수 도메인에서 각 서브캐리어에 대한 채널을 보상하는 데에 이용된다. 이 예에서, MIMO 신호 처리기 (11)의 출력은 Nt개의 독립 데이터 스트림이고, 각 데이터 스트림은 독립적으로 복조되고, 디인터리빙되고, 디코딩된다. 그러나, 단일 스트림이 다중화된다면, 즉 송신기에서 다중 안테나에 수직 인코딩이 적용된다면, 단일 데이터 스트림을 형성하도록 출력을 역다중화할 수 있다.

간섭 제거를 위한 MIMO 시스템에서의 제로 포싱의 방법은 잘 문서화되어 있고, 다음 문서는 이러한 기술에 대한 좋은 참조문헌이다:

Q.H. Spencer 등의 "멀티유저 MIMO 채널에서 다운링크 공간 다중화를 위한 제로 포싱 방법", IEEE Trans. on Signal Processing, Vol. 52, No. 2, Feb. 2004.

상기 설명은 MIMO 신호를 단일 수신기로 송신하는 단일 송신기의 경우를 고려하였지만, 물론 실제의 MIMO 무선 통신 시스템은 이보다 훨씬 정교하여, 많은 상호 인접한 셀들을 제공하는데 이 셀들의 각각에서 기지국이 각 MIMO 채널을 통해 다수의 가입자국에 동시에 송신한다. 실제로, 이 인접 셀들은 어느 정도 중첩되어 한 셀 내의 한 기지국으로부터의 송신은 인접 셀들의 가장자리에서 사용자들에게 간섭을 일으킬 수 있다. 셀들이 육각형 격자 배열을 가지면, 한 셀은 최대 6개의 인접 셀들에 인접할 수 있어, 특정 사용자로의 송신이 둘 이상의 다른 셀에서 간섭을 일으킬 수 있다.

MIMO 및 OFDMA는 IEEE802.16m (Advanced WiMAX 또는 Gigabit WiMAX라고도 함)에 따르는 것들과 같은 미래의 무선 통신 시스템에서 고용량 데이터 처리량을 가능하게 하는 것으로 기대된다 . 그러나, 상기 다수 사용자 간섭 영향은 이러한 시스템에서 상기 예상 용량 증대를 달성하는 데 상당한 장애가 될 수 있다. 예를 들면, 특정 주파수/시간 자원을 이용하여 하나의 BS와 통신하는 하나의 셀의 가장자리 근처에 있는 사용자는 동일 주파수/시간 자원을 이용하는 다른 BS에 의해 서브되는 인접 셀의 사용자와 간섭할 수 있다. 간섭 감소를 위한 한가지 유망한 방법은 더 높은 간섭 영향을 가지는 사용자, 즉 통상 셀 가장자리 사용자로의 제로 포싱을 위한 공간 모드 중 일부를 사용하는 것이다. 제로 포싱은 일종의 빔 형성으로 간주될 수 있어서, 하나 이상의 공간 모드를 희생함으로써 송신기로부터의 무선파의 빔은 간섭이 감소되어야 하는 사용자의 방향으로 영(null)을 형성한다. 제로 포싱을 위한 공간 모드를 사용하는 것에서의 불이익은 MIMO 용량의 일부의 손실 가능성이다.

따라서, 셀 용량에 대한 최소한의 영향으로, 공간 모드들 중 일부가 제로 포싱을 위해 사용될 수 있는 BS에서 사용자를 식별하는 알고리즘을 개발하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 제1 셀 및 서로 인접한 하나 이상의 제2 셀을 갖는 MIMO 시스템에서의 무선 통신 방법으로서, 각 셀은 기지국에 의해 서브되고 복수의 고정 또는 이동 가입자국을 갖고, 상기 기지국은 각 MIMO 채널에서 상기 셀 내의 각 가입자국으로의 송신 링크를 가지며, 상기 방법은, 상기 제1 셀의 상기 기지국에서,

상기 제1 셀의 상기 기지국으로부터의 송신에 의해 야기된 상기 제2 셀 내의 가입자국에 대한 간섭의 감소 요청을 상기 제2 셀로부터 수신하는 단계;

프리코딩의 대상이 될 MIMO 채널을 선택하기 위해 상기 기지국으로부터 상기 제1 셀 내의 각 가입자국으로의 송신 링크들 중에서 계수 부족 MIMO 채널을 식별하는 단계; 및

상기 제2 셀 내의 상기 가입자국이 받는 간섭을 줄이기 위해 상기 선택된 MIMO 채널에서의 송신에 프리코딩을 적용하는 단계

를 포함하는 무선 통신 방법이 제공된다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 하나 이상의 다른 셀들에 인접한 제1 셀 내의 사용자들에게 각 MIMO 채널을 통해 데이터를 송신하는 셀룰라 무선 통신 시스템에서 사용되는 기지국으로서, 상기 기지국은 상기 제1 셀의 외부로부터 수신된 요청에 응답하여, 상기 제1 셀 내의 상기 사용자들 중 하나로의 송신을 프리코딩함으로써, 상기 송신에 의해 야기되어 상기 다른 셀들 내의 하나 이상의 사용자들이 받는 간섭을 감소시키며, 상기 기지국은 상기 MIMO 채널의 구성 서브채널들 중에 상관관 계가 존재하는지의 여부에 기초하여 프리코딩을 위해 사용자들 중 하나에 대한 MIMO 채널을 선택하도록 구성되는 기지국이 제공된다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 각각이 제2 양태에 상술된 기지국과 상기 기지국에 의해 서브되는 복수의 가입자국을 포함하는 복수의 셀로 구성된 MIMO 무선 통신 시스템으로서, 상기 가입자국들의 각각은 상기 기지국으로부터의 자신의 다운링크에서의 간섭을 검출하도록 구성되고 간섭 감소 요청을 송신하도록 동작가능한 MIMO 무선 통신 시스템이 제공된다.

본 발명의 제4 양태에 따르면, MIMO 셀룰라 네트워크 내의 가입자국으로서,

자신의 셀의 기지국으로부터 MIMO 송신을 수신하는 복수의 안테나;

상기 네트워크의 다른 셀 내의 기지국으로부터의 간섭을 검출하는 수단;

상기 간섭을 무효화하는 요청을 송신하는 수단; 및

기지국으로부터의 요청에 따라 현재 사용중인 자신의 안테나의 수를 적응적으로 선택하는 수단

을 포함하는 가입자국이 제공된다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 더 큰 간섭 영향을 겪는 다른 셀 사용자 (셀 가장자리에 위치)로의 제로 포싱을 위한 사용자 선택 기술을 제공할 수 있다.

도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하기 전에, 기본 원리를 먼저 요약 설명하기로 한다.

MIMO 제로 포싱의 기본 개념은 다음과 같이 설명될 수 있다. 사용자 A가 기지국 BS_A에 의해 서브되고, 인접 셀의 가장자리 또는 그 근처에 있는 다른 사용자 B가 다른 기지국 BS_B에 의해 서브되는 것으로 한다. 편의상, 사용자 A는 "셀 내 (in-cell)" 사용자라 하고, 사용자 B는 인접 셀 사용자 또는 "셀 가장자리 (cell edge)" 사용자라 하는데, 이러한 사용자는 물리적으로 셀 가장자리에 위치할 필요는 없다. 두 사용자 A 및 B는 무선 채널 H_A 및 H_B을 통해 기지국 BS_A에 보이고, Nr₁×Nt 및 Nr₂×Nt (수신 안테나의 수 × 송신 안테나의 수) MIMO 시스템을 각각 채용하면 (Nt=Nr₁+Nr₂), (BS_A로부터) A로의 송신 데이터 벡터는 Nt×Nr₁ 프리코딩 행렬 V₀로 프리코딩될 수 있어서 이 송신으로부터 사용자 B에 대한 간섭이 없다. 행렬 V_S는 (특이값 분해를 통해) 무선 채널 H_S의 특이 벡터를 얻음으로써 생성된다. 행렬 V₀는 Nt>Nr₂로서 영(null) 공간에 걸치는 H_B의 우측 특이 행렬 V_S의 마지막 (Nt-Nr₂) 열 벡터로 구성된다. 수학적 표기로, 이것은 다음과 같이 쓸 수 있다:

여기서, U_s는 좌측 특이 행렬이고 D는 대각 요소로서 n개의 특이값을 갖는 대각 행렬이다.

V_o (수학식 1 참조)로 프리코딩한 사용자 A에 대한 Nr₁×1 수신 신호 벡터 y는 다음과 같이 된다:

여기서, x는 Nt×1 송신 벡터이고 Nr₁×1 벡터 n은 잡음 부가를 나타낸다. V₀가 (Nt-Nr₂) 열을 포함하므로, A로부터의 송신은 프리코딩의 결과로서 Nr₁=(Nt-Nr₂) 병렬 스트림으로 제한된다. 이것은, 이 프리코딩 방법이 적용되지 않으면 Nt (A가 Nt×Nt MIMO 시스템을 채용할 가능성이 있으면) 병렬 데이터 스트림이 가능하다는 점을 감안하면, 결과적으로 용량 손실을 가져온다. 그러나, 실제 손실은 그보다도 제로 포싱을 위해 사용되어야 하는 Nr₂스트림에 대해 이용가능한 용량에 의존할 것이다. 또한, 무선 채널 H_A은 A로의 효과적인 데이터 송신을 달성하기 위하여 동일한 기지국으로부터 무선 채널 H_B로부터 비상관(de-correlated)되도록 요청받는다. 즉, 이것이 사용자 B에 의해 보여진 영 빔 (null beam)에 가까우면 사용자 A에게 강한 신호를 제공하는 것은 불가능하다.

상술된 바와 같이, 본 발명은 셀간(inter-cell) 간섭이 인접 셀들에서 동일한 시간/주파수 자원의 활용으로부터의 충돌에 의해 생성되는 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 시스템에 특히 적용가능하다. 사용자 B가 서빙 기지국 BS_B의 셀 가장자리에 접근하면, 그는 동일한 시간/주파수 자원으로 자신의 사용자 A를 서브하는 인접 셀 기지국 BS_A로부터 상당한 간섭을 겪을 것이다. 사용자 B에 대한 간섭은, 예컨대, BS_A가 고전력으로 송신하는 경우 사용자 B가 셀 가장자리로 접근하지 않더라도 발생할 수 있다. 이것을 처리하는 공지의 방법은 시간 및/또는 주파수 영역에서 사용자들을 분리하는 것이지만, 이것은 결과적으로 시스템의 용량의 감소를 가져올 것이다. 대신에, 본 발명은 사용자 B에 대한 간섭이 무효화(nullified)되도록 사용자 A로 송신되는 신호를 행렬 V₀로 프리코딩할 수 있는 상기 프리코딩 방법을 이용한다. 이 또한 용량의 손실을 포함하므로 (프리코드 행렬의 영향이 송신되는 심볼의 수를 감소시키는 것이기 때문에 더 적은 데이터가 사용자 A에 의해 수신됨), 본 발명은 이 문제를 해결하고자 한다.

본 발명은 BS_A에서 활동중인 사용자들을 탐지하여 사용자 A를 선택하는 알고리즘을 제공하여 상기한 용량 손실을 최소화하고 사용자 B에게 부여된 간섭 감소의 결과로서 용량의 순 이득을 얻는다. 셀 가장자리 간섭을 다루는 공지의 기술과 비교하면, 본 발명은 용량의 순 이득을 달성할 가능성을 제공한다. 이 알고리즘은 최대 계수 부족 채널 (most rank-deficient channel), 즉 병렬 MIMO 스트림의 일부를 제거함으로써 가장 덜 영향받을 사용자에게 제로 포싱을 적용한다.

이하 본 발명의 일실시예에 대해 더 구체적으로 설명하기로 한다. 편의상, 다음의 설명은 본 발명의 기술을 수행하는 것으로서 "기지국"을 언급하고 있지만, 일반적으로 본 발명은 중계국, 피어-투-피어 네트워크에서의 가입자국 등을 포함하는 무선 통신 시스템에서 다수의 사용자와 통신할 수 있는 임의의 송신기에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 청구항에서 사용된 "기지국"이라는 용어는 넓게 해석되어야 한다.

순 용량 이득을 보장하기 위해, 기지국은 그 활동중인 사용자 중에서 "계수 부족" MIMO 채널 (즉, 둘 이상의 구성 MIMO 서브채널이 상관되는 채널, 따라서 이들이 전체 사용자 용량에 최소의 용량 개선을 제공할 것이다)을 검색하고, 최대 계수 부족 채널에 프리코딩 벡터를 할당한다.

계수 부족 채널을 식별하기 위해, 기지국은 절대 MIMO 채널 행렬 (H.H*, *는 켤레 전치행렬을 나타냄)의 고유값을 보고, 가장 작은 값 (λ₁)에 대한 가장 큰 고유값 (λ_m)의 비를 측정한다. 일반적으로, 기지국은 다른 목적 (워터필링(waterfilling), 고유 분해 등)으로 이 고유값들을 이미 계산할 것이므로 추가적인 처리 오버헤드는 높지 않다. 본 발명은 또한 수신 안테나 Nr₁ 및 Nr₂의 수는 제로 포싱에 필요한 공간 모드의 수에 따라서 Nr₁+Nr₂=Nt의 제약 내에서 적응적으로 선택될 수 있다고 가정한다. 즉, 각 가입자국이 하나 이상의 안테나를 스위치 오프할 수 있어야 한다. 이 요건은 사용자 A와 동일한 주파수/시간 자원을 공유할 수 있어서 제로 포싱의 이익을 얻는 셀 가장자리 사용자의 수 (다중 셀 내, 반드시 셀 가장자리에 있는 것은 아니다)에 기초한다. r개의 셀 가장자리 사용자에게 동시에 제로 포싱을 적용하는 데에는 최소한 r개의 공간 모드가 요구된다.

일반적으로, k개의 공간 모드가 제로-포싱에 사용되면 (즉, Nt-Nr₁=Nr₂=k), 이 알고리즘은 비율 합 (λ_m/λ₁+λ_m/λ₂+......+λ_m/λ_Nr2)을 계산하고 프리코딩에 최대 합 비율을 갖는 채널을 이용할 것이다. 여기서, λ₂는 두번째로 가장 낮은 고유값이고, λ_Nr2는 오름차순으로 Nr₂번째 고유값이다. 선택된 채널 H_A과 H_B 사이의 채널 상관관계에 대한 최종 검사를 행하고 이 상관관계가 소정의 임계값 ρ_th 보다 작으면 프리코딩을 행한다. 채널 상관관계가 ρ_th 보다 높으면, 그 선택을 버리고, 고유값의 합 비율이 가장 높은 다음 채널을 선택하는데, 이것은 전에 언급된 효과적인 데이터 송신을 위한 요건 때문이다. 이 프로세스는 H_A와 H_B 사이의 채널 상관관계가 ρ_th 보다 작은 것으로 알려질 때까지 반복된다. 두 벡터 X와 Y 사이의 상관관계 ρ(X,Y)는 다음과 같이 정의된다:

여기서, E[]는 기대 연산자를 나타내고 *는 켤레 복소수를 나타낸다. 이 알고리즘의 유효성을 테스트하기 위해, 시스템 레벨 시뮬레이터로부터 생성된 SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) 값과 실제 MIMO 채널 데이터를 이용하여 일군의 시뮬레이션을 행하였다. MIMO 채널 데이터는 2개의 인접 셀로 구획될 수 있는 측정 위치를 커버하는 4×4 시스템에 대한 것이다. 각 셀은 활동중인 사 용자로서 간주될 수 있는 13개의 측정 위치를 포함한다. 이 셀 전개는 도 5에 도시된다.

도 5는 실제 세계 지도 데이터에 기초한 시뮬레이션용으로 채용된 사용자 및 셀의 구성을 도시한다. 도면에서 실선은 상호 인접한 육각형 셀의 셀 가장자리를 나타내고, 원 내의 숫자는 개별 가입자국 또는 사용자를 나타낸다. 도면의 가장자리에서 연장된 삼각형은 각 셀의 기지국을 나타낸다.

시뮬레이션에 있어서, 2개의 셀 가장자리 사용자(BS_A로부터의 사용자 2 및 BS_B로부터의 사용자 1)가 인접 셀로부터 최대 간섭을 받는 사용자로서 식별되었다. 그 간섭을 무효화하기 위해 MIMO 프리코딩을 행하였다. 즉, 본 발명의 방법이 2번 적용되었다. 원래의 4×4 MIMO 시스템은 제로 포싱을 적용하기 위해 4×2 MIMO 시스템으로 축소되었고, 따라서 간섭 제거에 2개의 공간 모드가 채용되었다. 본 발명의 방법은 BS_A에서 사용자 3 및 BS_B에서 사용자 7을 프리코딩을 적용할 수 있는 계수 부족 채널로서 식별하였고, 그 사용자에 대한 결과적인 용량 감소가 최소로 될 것이다. 이 프리코딩 알고리즘을 이용 및 비이용하여 셀 가장자리 사용자 및 선택된 프리코딩 사용자에 대해 채널 용량을 계산하였다. nxn MIMO 시스템에 대한 채널 용량은 다음과 같이 주어진다.

여기서, I_n은 단위 행렬이고, H는 채널 행렬이고, n_T는 송신되는 병렬 데이터 스트림의 수이다. SINR은 기지국으로부터의 거리에 따라 시스템 레벨 시뮬레이터로부터 선택되었다. 셀 반경은 1000m로 가정된다. 시스템 레벨 시뮬레이터는 가장 중요한 간섭원을 이용 및 비이용하여 SINR을 생성하기 위해 사용되었다. 셀 가장자리 사용자의 경우, 이 2개의 SINR 값이 비교에서 적용되었다. BS_B 셀에 대한 합 MIMO 용량 (셀 가장자리 사용자 및 프리코딩된 사용자의 합)에 대한 누적 분산 함수가 도 6 및 도 7에 도시된다. 도 6은 프리코딩의 용량을 선택 알고리즘 및 프리코딩되지 않은 4×4 시스템과 비교한다. 도 7은 사용자의 임의 선택 (시뮬레이션의 각 반복에 대해 13명의 사용자로부터 임의로 선택)에 적용되는 프리코딩과 프리코딩되지 않은 4×4 시스템을 비교한다. 도 6 및 도 7의 각각에서, 가로좌표는 제로 포싱 알고리즘에 의해 영향받는 두 사용자, 즉 간섭이 감소될 셀 사용자와 제로 포싱을 위한 하나 이상의 공간 모드를 제공하는 계수 부족 사용자의 용량을 나타낸다. 세로좌표는 용량의 전체적인 개선의 확률을 나타낸다.

도면들은 프리코딩을 위한 임의 선택에 대한 제안된 채널 선택 알고리즘의 이익을 명확히 보여준다. 제안된 선택 알고리즘은 프리코딩되지 않은 시스템에 비해 개선된 합 용량 (즉, 순 용량 이익)을 시간의 80%에서 준다. 그러나, 임의 채널 선택으로, 순 용량 이득은 시간의 단지 30%만 발생하고 나머지에 대해서는 상당한 손실을 입는다. 이 결과들은 측정된 채널 및 생성된 SINR 값에 대해 특정적이지만 (각 사용자에 대해 1000번 반복함), 이들은 제안된 알고리즘의 이익의 징후를 나타낸다.

따라서, 간섭의 감소에 기인하여, 간섭되는 사용자의 용량의 개선이 개별 사용자 용량의 감소보다 더 크기 때문에, 이 시나리오에서는 제로 포싱에 계수 부족 사용자들의 2개의 스트림을 이용하는 것이 시스템 용량 관점에서 보았을 때 더 유리하였다고 결론지을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 각 기지국에 의해 수행되는 방법의 흐름도가 도 8에 도시된다.

단계 S1에서, 인접 셀의 사용자 (사용자 B)가 기지국 BS_A로부터의 송신으로 인한 높은 간섭을 받는다고 보고한다. 일반적으로 그것은 업링크에서 메시지를 그 자신의 기지국 BS_B로 송신함으로써 행한다. 다음에 (S2), 기지국 BS_A는 사용자 B에 할당된 시간/주파수 자원에 관한 정보와 함께 간섭의 통지를 수신한다. 이 예에서, 이것은 예컨대 백본(backbone) 네트워크 (유선 또는 무선)를 통해 BS_B부터 BS_A로 전달된다. 이러한 통지를 2회 이상 수신하면 (S3), BS_A는 제로 포싱을 위해 둘 이상의 공간 모드를 희생할지 여부를 결정하기 위해 순 용량 이익 (아래 참조)의 기준을 이용하여 그것들을 대조확인하고 필요하다면 우선순위를 정한다. 그후, BS_A는 그 셀 내의 사용자들 중 어느 것이 제로 포싱을 위해 공간 모드를 제공하여야 하는지 결정한다. 전체적으로 데이터 용량의 손실을 최소화하기 위해, 이미 언급된바와 같이 계수 부족 MIMO 채널을 선택한다. 이것은 그 활동중인 사용자들 각각 에 대해 (즉, 그 자신의 셀 내의 사용자들) 상기한 바와 같이 고유값 비율 또는 비율 합을 계산하는 것을 포함한다. 단계 S5에서, 최대 계수 부족 채널 H_A (이 경우, 가장 높은 비율 합 λ_m/λ₁+λ_m/λ₂+......+λ_m/λ_Nr2을 갖는 채널로서 결정)를 선택하고 이 채널과 셀 가장자리 사용자 B의 채널 H_B 사이의 상관관계를 조사한다. 상관관계가 너무 높은 경우 (S6, 예), 단계 S5를 반복하고, 다른 계수 부족 채널을 선택한다.

추가적인 조사로서 (도 8의 단계 S3에서 표시), 기지국이 제로 포싱을 수행하는 것으로부터 예상되는 순 용량 이익, 즉 감소된 간섭에 의해 가능해진 사용자 B에 대한 MIMO 채널에서의 용량의 이득에서 사용자 A에 대한 계수 부족 채널에서의 용량의 손실을 뺀 순 용량 이익을 구하는 것이 바람직하다. 순 용량 이익이 구해지지 않으면, 이 절차는 포기된다. 이 계산을 하기 위해, 반드시 필수적인 것은 아니지만, 기지국이 사용자 B를 서브하는 기지국과 정보를 교환하고, 및/또는 시스템 내의 중앙 제어기로부터 정보를 수신하는 것이 도움이 될 것이다. 그렇지 않으면 (S6, 아니오), 제로 포싱을 수행하고, BS_B에 의해 가장자리 셀 사용자 B에 할당된 것과 동일한 주파수/시간 자원을 사용자 A에게 할당하는 것을 포함한다.

도 8은 하나 이상의 셀 가장자리 사용자 (사용자 B)에 대한 간섭을 제거하거나 감소시키기 위해 단일 사용자 (사용자 A)에 대한 제로 포싱을 행하는 단계들을 도시한다. 이 프로세스는 더 많은 공간 모드를 희생하여 추가 사용자들에 대한 제로 포싱을 행하도록 반복될 수 있다. 다른 방법으로, 때로는 단일의 셀 내 사용자 에 대한 제로 포싱을 행하여 둘 이상의 셀 가장자리 사용자가 받는 간섭을 줄이는 것이 가능할 수 있다. 이러한 둘 이상의 셀 가장자리 사용자는 다중의 인접 셀들 내에 있을 수 있고 동일한 시간/주파수 자원이 할당될 수 있다. 그러나, 활동중인 수신기들의 (이 셀 가장자리 사용자들과 하나의 셀 내 계수 부족 사용자의) 총 합은 Nt, 즉 기지국에서의 송신 안테나의 수를 초과해서는 안된다.

효과적이기 위해서는, 본 발명의 채널 선택 알고리즘은 셀 가장자리 사용자가 상당한 간섭 감소을 예상할 수 있음에 따라 통상적으로 셀 가장자리 사용자에 유리하게 적용되어야 한다. 한편, 물리적으로 셀 가장자리에 있지 않는 사용자가 다른 기지국으로부터 상당한 간섭을 받을 수 있다. 그러나, 실제로는 제한된 수의 계수 부족 MIMO 채널만이 이용가능할 것 같고, 따라서, 기지국이 간섭 감소 요청시 작용할 때 선택적인 것이 바람직하다. 일부 경우에, 이들이 식별될 수 있다고 가정하면 이러한 요청을 셀 가장자리 사용자에게 한정하는 것이 바람직할 수 있고, 이것은 단지 그들이 셀 가장자리 사용자인 경우에 요청을 하도록 가입자국을 구성함으로써, 또는 단지 셀 가장자리에 있는 것으로 결정한 가입자국들로부터 요청을 받아들이도록 각 기지국을 구성함으로써 달성될 수 있다. 상기한 순 용량 이익에 대한 조사는 허용된 요청을 셀 가장자리 사용자로 한정하는 효과를 갖는 경향이 있을 것이다.

또한, 도 8의 흐름도가 바람직한 실시예이지만 다음에 요약된 바와 같이 도시된 단계들에 대한 가능한 대안들이 있다.

다른 실시예에서, 셀 가장자리 가입자국이 자신의 서빙국 (serving station) (BS)에 간섭 상황을 나타내는 대신에, 간섭하는 BS와 직접 통신한다. 간섭이 상당하다는 사실 때문에, 간섭을 받는 가입자국이 이 BS와의 통신을 위한 영역 내에 있는 위치에 있을 것이라고 가정될 수 있다. 2개의 BS는 무효화 (nulling)가 적절히 수행되도록 자원 할당을 조정할 수 있거나, 또는 백본 네트워크를 통한 시그널링에 대한 필요성을 막기 위해서 가입자국 자체가 2개의 BS 사이에서 중재할 수 있다. 다중 셀로부터의 사용자들이 이런 방식으로 동일한 간섭하는 BS로 통신하면, 이 BS는 k개의 공간 모드를 간섭 무효화에 할당하는 것으로 결정할 수 있다.

고유값 비의 합을 계산하는 한가지 더 간단한 방법은 간단하게 단일 비 λ_m/λ_Nr2를 사용하는 것인데, 여기서 λ_Nr2는 Nr2 번째로 가장 작은 고유값이다. 이것은 정확하지 않을지 모르지만, 더 낮은 처리 요건을 갖는 후보를 나타내도록 다른 메커니즘을 줄 것이다.

따라서, 본 발명의 일실시예는 다중 인접 셀들 각각의 사용자들이 그 셀의 기지국에 의해 서브되고, 그 기지국이 다운링크에서 데이터를 각 MIMO 채널을 통해 셀 내의 각 사용자에게 송신하는 MIMO 시스템에서의 무선 통신 방법을 제공할 수 있다. 이 방법은 다음 단계들을 수행하는 제1 셀의 기지국 (BS_A)을 포함한다. 이 단계들은, 기지국 (BS_B)으로부터 또는 다른 셀 내 사용자 (B)로부터 이 다른 셀 내 사용자들에 대해 야기하는 간섭의 감소에 대한 하나 이상의 요청을 수신하는 단계; 제로 포싱의 대상이 되는 MIMO 채널을 선택하기 위하여 제1 셀 내 사용자들에 대한 송신 링크들 중에서 계수 부족 MIMO 채널 (H_A)을 식별하는 단계; 및 다른 셀 내의 적어도 한 사용자 (B)가 받는 간섭을 줄이기 위해 선택된 MIMO 채널 (H_A)에서의 송신에 제로 포싱을 적용하는 단계이다. 계수 부족 MIMO 채널은 제로 포싱에 기인한 전체 데이터 용량의 감소를 최소화하도록 선택되고, 이것은 채널 행렬의 고유값을 검사하고 그 비를 계산함으로써 얻어진다. 또한, 선택된 채널 (H_A)과 다른 셀 내 사용자 (B)에 대한 채널 (H_B) 사이의 상관관계를 조사하여 이들이 임계값 이상 상관되면, 제1 셀 내의 다른 채널을 대신 선택한다.

본 발명의 실시예들은 하드웨어로, 또는 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 소프트웨어 모듈로서, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 즉, 당업자라면 마이크로프로세서나 디지털 신호 프로세서 (DSP)가 상기 기능중 일부 또는 모두를 구현하기 위해 실제로 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

이러한 마이크로프로세서나 DSP는 무선 통신 시스템의 기지국에서 존재할 수 있다. 중계국 (relay station)을 채용하는 무선 통신 시스템에서는, 각 중계국이 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 기능을 포함하는 것이 더 바람직할 것이다. 각 가입자국의 프로세서나 DSP는, 특히 이것이 필요한 자신의 셀 외부의 기지국으로 메시지를 송신하는 것을 제공하기 위해, 본 발명의 방법으로의 적응을 필요로 할 수 있다. 더욱이, 피어-투-피어 네트워크 내의 가입자국 자신은 본 발명의 방법을 수행할 수 있다.

본 발명은 여기 설명된 방법의 일부 또는 전부를 수행하기 위한 하나 이상의 기기 또는 장치 프로그램 (예컨대, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품)으로서 구현될 수 있다. 본 발명을 구현하는 이러한 프로그램은 컴퓨터 판독 매체에 저장될 수 있고, 또는 예컨대 하나 이상의 신호 형태로 있을 수도 있다. 이러한 신호는 인터넷 웹사이트로부터 다운로드가능한 데이터 신호일 수 있고, 캐리어 신호 상에서 제공될 수 있고, 또는 임의의 다른 형태로 제공될 수 있다.

도 1은 MIMO 통신 채널의 개념도이다.

도 2는 MIMO 채널을 통해 통신하는 송신기 및 수신기의 개략도이다.

도 3은 MIMO-OFDM 송신기의 개략도이다.

도 4는 MIMO-OFDM 수신기의 개략도이다.

도 5는 시뮬레이션용으로 채용된 셀 및 사용자의 구성을 도시한다.

도 6은 본 발명의 선택 알고리즘을 이용하여 달성된 시뮬레이트된 MIMO 채널 용량을 도시하는 그래프이다.

도 7은 임의 채널 선택을 위한 시뮬레이트된 MIMO 채널 용량을 도시하는 그래프이다.

도 8은 본 발명의 일실시예에서 MIMO 프리코딩을 위한 채널 선택 알고리즘의 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : MIMO 시스템

2 : 송신기

3 : 수신기

4 : 신호 재생기

Claims

제1 셀 및 서로 인접한 하나 이상의 제2 셀을 갖는 MIMO 시스템에서의 무선 통신 방법으로서,

각 셀은 기지국에 의해 서브되고 복수의 고정 또는 이동 가입자국을 갖고, 상기 기지국은 각 MIMO 채널에서 상기 셀 내의 각 가입자국으로의 송신 링크를 가지며, 상기 방법은, 상기 제1 셀의 상기 기지국에서,

상기 제1 셀의 상기 기지국으로부터의 송신에 의해 야기된 상기 제2 셀 내의 가입자국에 대한 간섭의 감소 요청을 상기 제2 셀로부터 수신하는 단계;

프리코딩의 대상이 될 MIMO 채널을 선택하기 위해 상기 기지국으로부터 상기 제1 셀 내의 각 가입자국으로의 송신 링크들 중에서 계수 부족(rank deficient) MIMO 채널을 식별하는 단계; 및

상기 제2 셀 내의 상기 가입자국이 받는 간섭을 줄이기 위해 상기 선택된 MIMO 채널에서의 송신에 프리코딩을 적용하는 단계

를 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 식별 단계는 최대 계수 부족 MIMO 채널을 프리코딩의 대상으로서 선택하는 무선 통신 방법.
제2항에 있어서,

상기 식별 단계는, 상기 최대 계수 부족 MIMO 채널과 상기 제2 셀 내의 상기 가입자국에 대한 MIMO 채널 사이의 상관관계를 체크하고, 상기 상관관계가 임계값을 초과하면, 그 대신에 그 다음 최대 계수 부족 MIMO 채널을 상기 프리코딩의 대상으로서 선택하는 무선 통신 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수신 단계는 상기 제2 셀 내의 상기 가입자국에 할당된 시간 및 주파수 좌표를 수신하는 단계를 포함하고, 상기 제1 셀 내의 상기 기지국은 동일한 시간 및 주파수 좌표를 상기 선택된 MIMO 채널에 할당하는 무선 통신 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 요청은 상기 제2 셀의 상기 기지국으로부터 수신되는 무선 통신 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 요청은 상기 제2 셀 내의 상기 가입자국으로부터 수신되는 무선 통신 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 프리코딩은 제로 포싱(zero forcing)을 포함하는 무선 통신 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 식별 단계는 각 절대 MIMO 채널 행렬의 고유값 λ를 구하고 최소 고유값 λ₁에 대한 최대 고유값 λ_m의 비를 측정함으로써 계수 부족 MIMO 채널을 식별하는 무선 통신 방법.
제8항에 있어서,

상기 식별 단계는, 상기 제1 셀 내의 가입자국들에 대한 각 MIMO 채널에 대해, 비 합계: λ_m/λ₁+λ_m/λ₂+......+λ_m/λ_Nr2을 계산하며, 여기서 Nr2는 상기 제2 셀 내의 상기 가입자국에 의해 사용되는 수신 안테나의 수이고, 프리코딩을 위해 최대 합계를 갖는 채널을 선택하는 무선 통신 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 식별 단계는, 상기 제1 셀 내의 가입자국들에 대한 각 MIMO 채널에 대해, 비: λ_m/λ_Nr2를 계산하며, 여기서 λ_m는 상기 MIMO 채널 행렬에서의 최대 고유값이고, Nr2는 상기 제2 셀 내의 상기 가입자국에 의해 사용되는 수신 안테나의 수이며, λ_Nr2는 Nr2 번째 고유값이고, 프리코딩을 위해 최대 비를 갖는 채널을 선택하는 무선 통신 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

복수의 요청이 상기 또는 각각의 제2 셀로부터 수신되고, 상기 방법은 상기 제2 셀 내의 복수의 사용자에 대한 간섭을 동시에 감소시키기 위해 상기 프리코딩을 적용하는 무선 통신 방법.
제11항에 있어서,

상기 식별 단계 및 적용 단계는, 상기 또는 각각의 제2 셀 내의 복수의 사용자에 대한 간섭을 동시에 감소시키기 위해, 상기 기지국으로부터 상기 제1 셀 내의 각 가입자국으로의 송신 링크들 중에서 복수의 MIMO 채널에 대해 반복되는 무선 통신 방법.
제11항에 있어서,

상기 프리코딩을 적용하는 단계는 상기 또는 각각의 제2 셀 내의 복수의 사용자에 대한 간섭을 동시에 감소시키도록 하나의 상기 선택된 MIMO 채널에 대해 수행되는 무선 통신 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 셀 내의 상기 기지국은 상기 프리코딩을 적용하는 단계를 조정하기 위해 상기 제2 셀 내의 상기 기지국과 메시지를 교환하는 무선 통신 방법.
제6항에 있어서,

상기 제2 셀 내의 상기 가입자국은 상기 프리코딩을 적용하는 단계를 조정하기 위해 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀의 상기 기지국들에게 메시지를 송신하는 무선 통신 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 식별 단계 다음에, 상기 프리코딩을 적용하는 것이 상기 MIMO 시스템에 미치는 순 용량 영향을 평가하고, 순 용량 이익이 평가되는 경우에만 상기 프리코딩을 적용하도록 진행하는 단계를 더 포함하는 무선 통신 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

OFDMA 기반 무선 통신 시스템의 다운링크에 적용되는 무선 통신 방법.
하나 이상의 다른 셀들에 인접한 제1 셀 내의 사용자들에게 각 MIMO 채널을 통해 데이터를 송신하는 셀룰라 무선 통신 시스템에서 사용되는 기지국으로서, 상기 기지국은 상기 제1 셀의 외부로부터 수신된 요청에 응답하여, 상기 제1 셀 내의 상기 사용자들 중 하나로의 송신을 프리코딩함으로써, 상기 송신에 의해 야기되어 상기 다른 셀들 내의 하나 이상의 사용자들이 받는 간섭을 감소시키며, 상기 기지국은 상기 MIMO 채널의 구성 서브채널들 중에 상관관계가 존재하는지의 여부에 기초하여 프리코딩을 위해 사용자들 중 하나에 대한 MIMO 채널을 선택하도록 구성되 는 기지국.
제18항에 있어서,

상기 프리코딩은 제로 포싱인 기지국.
제18항 또는 제19항에 있어서,

상기 프리코딩을 수행하는 상기 제1 셀 및 상기 다른 셀들에 대한 순 용량 이익을 계산하고, 순 용량 이익이 존재하지 않는 경우에 상기 요청을 무시하도록 더 구성되는 기지국.
제18항 또는 제19항에 있어서,

상기 기지국은 자신의 셀 내의 사용자들에게 데이터를 송신하는 상기 MIMO 채널들 중에서 계수 부족 MIMO 채널들을 검색함으로써 프리코딩을 위한 MIMO 채널을 선택하도록 구성되는 기지국.
제21항에 있어서,

상기 기지국은 최대 계수 부족 MIMO 채널에 프리코딩 행렬을 적용하도록 구성되는 기지국.
제22항에 있어서,

상기 기지국은 각 MIMO 채널 행렬의 고유값들을 검사함으로써 최대 계수 부족 MIMO 채널을 식별하도록 구성되는 기지국.
제18항 또는 제19항에 있어서,

프리코딩을 위해 선택된 MIMO 채널과 상기 다른 셀들 내의 상기 하나 이상의 사용자로의 송신을 위한 각 MIMO 채널 사이의 상관관계의 존재를 체크하도록 더 구성되는 기지국.
제18항 또는 제19항에 있어서,

상기 프리코딩에서의 사용을 위해 상기 다른 셀들 중 적어도 하나 내의 기지국 또는 사용자로부터 정보를 수신하도록 더 구성되는 기지국.
각각이 제18항 또는 제19항에 따른 기지국과 상기 기지국에 의해 서브되는 복수의 가입자국을 포함하는 복수의 셀로 구성된 MIMO 무선 통신 시스템으로서, 상기 가입자국들의 각각은 상기 기지국으로부터의 자신의 다운링크에서의 간섭을 검출하도록 구성되고 간섭 감소 요청을 송신하도록 동작가능한 MIMO 무선 통신 시스템.
제26항에 있어서,

각 가입자국은 자신의 셀의 기지국으로 상기 요청을 송신하도록 구성되는 MIMO 무선 통신 시스템.
제26항에 있어서,

각 가입자국은 상기 셀들 중 다른 하나의 기지국으로 상기 요청을 송신하도록 구성되는 MIMO 무선 통신 시스템.
MIMO 셀룰라 네트워크 내의 가입자국으로서,

자신의 셀의 기지국으로부터 MIMO 송신을 수신하는 복수의 안테나;

상기 네트워크의 다른 셀 내의 기지국으로부터의 간섭을 검출하는 수단;

상기 간섭을 무효화하는 요청을 송신하는 수단; 및

기지국으로부터의 요청에 따라 현재 사용중인 자신의 안테나의 수를 적응적으로 선택하는 수단

을 포함하는 가입자국.
무선 통신 시스템에서 기지국의 프로세서에 의해 실행될 때, 제18항 또는 제19항에 따른 상기 기지국을 제공하는 소프트웨어가 저장된 기록 매체.
무선 통신 시스템에서 가입자국의 프로세서에 의해 실행될 때, 제29항에 따른 상기 가입자국을 제공하는 소프트웨어가 저장된 기록 매체.