KR20090102987A - 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 에이겐 상수 정규화를기반으로 한 분산 벡터 부호화 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송신 전력 조절을 이용한 전처리에 관한 것으로, 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 송신기의 전처리 방법에 있어서 부호화한 정보를 전처리시, 전송 전력을 최소화할 수 있는 분산 벡터를 이용함으로써 송신 전력이 최소가 되도록 수행하는 과정과 상기 전처리한 신호를 변조하여 다수의 안테나 중 적어도 하나의 안테나를 통해 전송하는 과정을 포함하는 것으로 무선 통신 환경이 나쁜 경우에도 추가적인 송신 전력을 제한함으로써 수신 오류율을 낮출 수 있고, 사전에 피드백된 각 사용자의 채널 정보를 통해서 수신시 각 사용자들이 추가적인 채널 보정 없이 저 복잡도의 모듈러 수신기를 통해 수신 단을 구현할 수 있으며, 선형 전처리 부호화 기법들의 송수신 복잡도를 가지면서도 송신 안테나 다이버시티를 얻을 수 있는 이점이 있다.

Description

다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 에이겐 상수 정규화를 기반으로 한 분산 벡터 부호화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR VECTOR PERTURBATION BASED ON EIGNE VALUE NORMALIZATION IN MULTI USER MIMO SYSTEM}

본 발명은 다중 사용자 다중 안테나 시스템에 기반한 무선 통신 시스템에서의 에이겐(Eigen) 상수 정규화를 기반으로 한 분산 벡터 부호화를 이용한 신호 전송을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

다중 사용자 다중 안테나 시스템에서는 일반적으로 다수의 안테나를 가지는 기지국과 하나의 안테나를 가지는 사용자 단말이 시스템이 구성요소가 된다.

그리고, 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서는 기지국이 다중 안테나를 통해 각 사용자를 위한 정보를 전송할 때 다른 사용자들의 정보가 간섭으로 작용하게 되어 수신된 정보의 신뢰성이 낮아질 수 있다.

이를 해결하기 위해, 각 사용자들은 무선 통신 환경의 채널 정보를 기지국에 피드백하고, 기지국에서는 이 정보들을 활용하여 사용자들에게 발생하는 간섭을 미리 제거하는 기법을 사용한다. 이러한 기법을 다중 안테나 시스템의 전처리 부호화 기법(multi-input multi-output precoding)이라 한다. 전처리 부호화 기법에서 선형적인 행렬을 이용한 2가지 기법이 제안되어 있다.

먼저, 제로 포싱(ZF: zero-forcing) 전처리 기법을 들 수 있다. 이 기법은 모든 사용자들의 단말에서 추정된 채널 정보를 통해서 송신 안테나와 수신 안테나간의 모든 채널 상황에 대한 행렬을 구성한다. 이런 행렬의 역행렬을 구성한 후 이를 통해 전처리 행렬을 생성한 후 전송 정보에 적용한 후 전송한다. 이를 통해 채널에 의한 영향을 완전히 제거할 수 있다. 하지만 상황이 나쁜 채널에 의해서 수신 오류율이 높아질 수 있는 문제점이 있다.

그 다음으로, 위너 여과기 (WF: Wiener filter) 전처리 기법을 들 수 있다. 이 기법은 상기 제로 포싱 전처리 기법과 마찬가지로 모든 사용자들에게서 피드백된 채널 정보를 통해서 송신/수신 안테나 간의 채널 상황에 대한 행렬을 이용해 전처리 행렬을 생성한다. 하지만, 제로 포싱 기법과는 달리 사용자들의 수신기에서 발생하는 잡음 성분에 대한 통계적 정보를 더 활용해서 수신 성능을 더 향상시킬 수 있다.

하지만, 기존 기법들은 모든 사용자들에 의해서 채널 정보가 피드백됐을 경우에 적은 복잡도로 채널의 영향을 완전히 제거함으로써 각 사용자들이 다른 사용자들의 정보를 수신하여 수신 정보의 오류율이 높아지는 것을 방지하는 기법들이다. 하지만, 이 경우 기지국에서의 송신 전력은 제한되고, 이를 위해 전송 전력에 대한 정규화(normalization)가 필요하다.

하지만, 상기와 같은 정규화는 수신 단에서의 잡음 성분의 상승을 유발하는 문제점이 있다. 또한, 다수의 송신 안테나를 이용함에도 불구하고 송신 안테나 다이버시티를 얻지 못하기 때문에 수신 오류율을 향상시키지 못하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 에이겐 상수 정규화를 기반으로 한 분산 벡터 부호화 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다중 안테나 다중 사용자 시스템에서 저 복잡도의 송수신기를 구현하고, 이와 동시에 송신 안테나에 의한 다이버시티(Diversity)를 수신 단에서 얻을 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 송신기의 전처리 방법에 있어서 부호화한 정보를 전처리시, 전송 전력을 최소화할 수 있는 분산 벡터를 이용함으로써 송신 전력이 최소가 되도록 수행하는 과정과 상기 전처리한 신호를 변조하여 다수의 안테나 중 적어도 하나의 안테나를 통해 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서의 전처리를 수행하는 송신기의 장치에 있어서 부호화한 정보를 전처리시 전송 전력을 최소화할 수 있는 분산 벡터를 계이용함으로써 송신 전력이 최소가 되도록 수행하는 전처리부와 상기 전처리한 신호를 변조하여 다수의 안테나 중 적어도 하나의 안테나를 통해 전송하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 수신기의 동작 방법에 있어서 안테나를 통해 수신한 신호를 추정하여 피드백 정보를 생성하는 과정과 상기 안테나를 통해 수신한 신호에서 상기 수신기로 전송된 신호를 획득하는 과정과 상기 피드백 신호를 송신기로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다..

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 수신기의 장치에 있어서 안테나를 통해 수신한 신호를 추정하여 피드백 정보를 생성하고, 상기 안테나를 통해 수신한 신호에서 상기 수신기로 전송된 신호를 획득하는 복조기와 상기 피드백 신호를 송신기로 전송하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 무선 통신 환경이 나쁜 경우에도 추가적인 송신 전력을 제한함으로써 수신 오류율을 낮출 수 있고, 사전에 피드백된 각 사용자의 채널 정보를 통해서 수신시 각 사용자들이 추가적인 채널 보정 없이 저 복잡도의 모듈러 수신기를 통해 수신 단을 구현할 수 있으며, 선형 전처리 부호화 기법들의 송수신 복잡도를 가지면서도 송신 안테나 다이버시티를 얻을 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 송신 블록 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 ㅅ신기의 수신 블록 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 송신 동작 과정을 도시한 흐름도,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 수신 동작 과정을 도시한 흐름도,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비트 오류율을 도시한 도면, 및,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 비트 오류율을 도시한 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 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 사용자 다중 안테나 시스템에서 에이겐 상수 정규화를 기반으로 한 분산 벡터 부호화 장치 및 방법에 대해 설명할 것이다.

그리고, 본 발명은 다중 안테나 비협력적 다중 사용자 환경에서 셀 데이터 전송율을 최대화하기 위한 전처리 부호화 기법에 대한 것이다.

다중 안테나 비협력적 다중 사용자 환경은 안테나별 동시 전송 방식(spatial mux)을 이용할 경우 모든 사용자들에게 다른 사용자들의 정보가 간섭으로 작용하게 되어 셀 데이터 전송율을 크게 떨어뜨릴 수 있다. 수신 단에서 이 문제를 해결하기 위해서는 사용자들 간의 수신 정보를 교환해야 한다. 하지만, 이 경우 시스템의 자원을 낭비하게 된다.

따라서, 각 사용자의 채널 정보의 피드백을 통해서 기지국에서 전처리 기법을 이용하는 것이 적합하다. 본 발명은 송신 안테나로 인한 다이버시티 효과를 얻음과 동시에 선형 전처리 부호화 기법에 근접하는 적은 복잡도의 송수신기 구조를 제안한다.

본 발명은 다음과 같은 시스템에서 구현된다. 먼저, 첫 번째로 각 사용자의 수신된 정보는 다른 사용자들이 알 수 없다. 두 번째로, 송신 안테나에서의 송신 전력은 W로 제한된다. 세 번째로, 송신 단에서 모든 사용자들의 채널 정보를 알고 있다. 네 번째로, 송신 단에서 제안된 기법을 통해서 정보를 전송하여 사용자들이 수신할 때까지 채널 상황이 변하지 않는다. 다섯 번째로, 송신 안테나의 수는 N개, 사용자들의 수는 K라고 가정한다(여기서 K≤N이라고 가정한다)

본 발명은 상기와 같은 구조를 가지는 시스템을 기준으로 각 사용자들이 다른 사용자들에 의한 간섭없이 송신 안테나 다이버시티를 통해 수신 오류율이 최소화 되는 다중 안테나 전처리 부호화 기법을 설계한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 송신 블록 구성을 도시한 도면이다. 이하 설명은 TDD-OFDMA 시스템을 가정하여 살펴보기로 한다. 하지만, 본 발명은 FDD-OFDMA 시스템, TDD와 FDD를 함께 사용하는 하이브리드 시스템 및 다른 자원 분할 방식을 사용하는 셀룰라 기반의 시스템에 용이하게 적용될 수 있다. 본 발명에서 상기 송신기는 기지국을 나타낸다.

상기 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 송신기는, 부호화기(110), 전처리부(120), 피드백 정보부(125), 변조부(130), 안테나 가중치 설정부(150)를 포함하여 구성된다. 다중 안테나 시스템인 경우로 안테나는 다수 개로 존재한다.

상기 부호화기(110)는 상위 단으로부터의 데이터를 미리 정해진 부호수준(MCS레벨)에 따라 부호화하여 출력한다.

상기 피드백 정보부(125)는 수신기(예를 들어, 단말)가 전송한 피드백 정보로부터 전처리 부호화 행렬(G)을 구한 후, 전처리부(120)로 출력한다. 상기 피드백 정보를 얻는 과정은 OFDM 시스템의 일반적인 과정을 따른다.

상기 전처리부(120)는 상기 부호화기(110)가 출력한 신호 및 상기 피드백 정보 관리부(125)가 출력한 신호를 기반으로 전처리를 수행하여 상기 변조부(130)로 출력한다.

여기서, 전처리의 목적은 전송 전력을 최소화할 수 있는 분산 벡터(L)를 구하는 것이다. 이를 설명하면, 하기와 같다.

상기 <수학식 1>에서 각 파라미터는 하기 <수학식 2>와 같이 정의된다.

여기서, x는 N x 1의 송신 안테나를 통해 전송되는 신호를, γ는 전송 전력의 제한을 보장하기 위한 정규화 상수 값을, G는 채널 피드백 정보를 통한 N x K 전처리 부호화 행렬을, u는 각 사용자들이 수신할 K x 1 정보 신호를, τ는 본 발명에서 사용되는 양자화 간격(quantization size)를, L은 본 발명에서 설계하고자 하는 K x 1의 실수, 허수부를 정수 값으로 갖는 복소수로 구성된 분산 벡터를 나타낸다.

상기 G는 상기 전처리 부호화 행렬을 나타낸다. 그리고, 상기 u는 상기 부호화기(110)가 제공한다. 그리고, 상기 W는 전술한 바와 같이 송신 전력(W)를 나타낸다. 즉, 최대 송신 전력이 W라는 것을 나타낸다.

상기 변조부(130)는 상기 부호화기(110)로부터의 데이터를 정해진 변조 수준에 따라 변조하여 출력한다. 상기 변조부(130)가 OFDM 변조를 수행한다고 가정할 경우, 상기 변조부(130)는 상기 부호화기(110)로부터의 데이터를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)하여 샘플데이터(OFDM심볼)를 출력한다.

상기 안테나 가중치 설정부(150)는 상기 변조부(130)로부터의 변조심볼을 안테나 마다의 가중치를 반영하여 적어도 하나의 안테나를 통해 송신한다.

상기 도면에서는 미 도시하였지만, 상기 블록들은 제어부에 의해 그 동작이 제어된다. 즉, 상기 제어부는 처리 수행중 필요한 정보를 물리계층의 해당 구성부로 제공받거나, 물리계층의 해당 구성부로 제어신호를 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 안테나 가중치 설정부(150)로 제공되는 안테나 제어 신호는 제어부에 의해서 발생된다.

본 발명은 전송 전력을 최소화할 수 있는 분산 벡터(L)를 설계함으로써 수신 오류율을 최소화하는 것이다. 전송 전력의 최소화는 에이겐 변환(Eigen decomposition)을 통해서 송 수신 안테나를 가상의 복수의 채널로 변환시켰을 때 각 채널에서 전송되는 전력이 모두 같을 때 가능하다. 하기 <수학식 3>은 전처리 부호화 행렬의 에이겐 변환을 나타낸다.

여기서, 이다.

여기에서 S는 에이겐 값을, V는 각 에이겐 값에 대응되는 벡터들로 구성된 행렬을 나타낸다. 그리고, 본 발명은 상기 에이겐 변환으로 구한 에이겐 값을 정규화(normalization)를 하기 위한 전술한 바와 같은 분산 벡터(L ^* )를 제안한다. 상기 분산 벡터를 구하는 과정은 하기와 같다. 여기서, L ^* 은 상기에서 설명한 L을 나타낸다.

여기서, 상기 <수학식 4>의 파라미터는 하기 <수학식 5>와 같다.

여기서, ,, ,

, 이다.

상기 N _step은 하기 <수학식 6>과 같다.

여기서 N _step은 후보 분산 벡터의 수를, Δ는 후보 분산 벡터들 간의 간격을, γ_k는 k번째 후보 송신전력을, γ_ref는 전처리 행렬만을 통해 전송할 경우의 송신 전력을, e_g는 에이겐 값의 기하평균을, P는 가상 채널별 에이겐 값의 기하 평균과의 비를 나타낸다.

정리하면, γ_ref를 기준으로 N _step개의 가능한 후보 송신 전력들을 결정한 후 각 후보 송신 전력을 γ_k로 고정시키고 이에 대응되는 분산 벡터 L을 구한다. 각 경우의 후보 분산 벡터들을 적용했을 경우의 송신 전력을 구하고, 이중 가장 적은 송신 전력에 대응되는 분산 벡터를 이용한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 수신 블록 구성을 도시한 도면이다. 이하 설명은 TDD-OFDMA 시스템을 가정하여 살펴보기로 한다. 하지만, 본 발명은 FDD-OFDMA 시스템, TDD와 FDD를 함께 사용하는 하이브리드 시스템 및 다른 자원 분할 방식을 사용하는 셀룰라 기반의 시스템에 용이하게 적용될 수 있다. 본 발명에서 상기 수신기는 단말을 나타낸다.

상기 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수신기는, RF부(210), ADC(220), 복조기(OFDM복조기)(230), 복호화기(240), 피드백 정보 생성부(235)를 포함하여 구성된다.

상기 RF부(210)는 안테나를 통해 수신되는 RF(Radio Frequency)신호를 기저대역 아날로그 신호로 변환한다. ADC(220)는 상기 RF부(210)로부터의 아날로그 신호를 샘플데이터로 변환하여 출력한다. 복조기(OFDM복조기)(230)는 상기 ADC(220)에서 출력되는 샘플데이터를 FFT(Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역의 데이터로 변환하고, 상기 주파수 영역의 데이터에서 실제 수신하고자 하는 부 반송파들의 데이터를 선택하여 출력한다.

모든 사용자(즉, 단말)들의 수신 신호는 하기 <수학식 7>과 같다.

여기서, y는 모든 단말이 수신한 신호이고, y_k는 특정 단말이 수신한 신호이다. H 는 채널행렬이고, n 은 노이즈를 나타낸다. 다른 파라미터들은 전술한 바와 동일하다.

k번째 단말은 하기 <수학식 8>을 이용하여 해당 정보를 수신할 수 있다.

여기서, 는 송수신 단에서 사전에 결정된 양자화 상수 τ 에 의한 양자화(quantization) 연산을 의미한다. 다른 파라미터들은 전술한 바와 동일하다.

따라서 각 사용자들은 상기 수신기를 통해서 채널 등화기 및 간섭 제거 기법을 사용하지 않고 정보를 수신할 수 있다.

상기 복조기(OFDM복조기)(230)는 상기 <수학식 7> 및 <수학식 8>을 이용하여 자신에게 전송된 신호를 구할 수 있다.

상기 피드백 정보 생성부(235)는 상기 복조기(OFDM복조기)(230)가 자신의 신호를 구하는 과정 중에서의 채널 추정 과정에서 기지국과의 채널 상태를 측정하고 피드백 정보를 생성한다. 상기 피드백 정보는 상기 수신기에 의해 상향링크 채널을 통하고, 상기 도 2에는 미 도시되었지만, 상기 수신기의 송신부에 의해 상기 기지국으로 전송된다.

복호화기(240)는 상기 복조기(OFDM복조기)(230)로부터의 데이터를 미리 정해진 수준(MCS레벨)에 따라 복호(decoding)하여 상위 단으로 출력한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 송신 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 3을 참조하면, 상기 송신기의 부호화부는 송신할 데이터에 대해 부호화 과정을 수행하고(310 단계), 피드백 정보부는 피드백 신호를 제공받고, 이를 이용하여 전술한 부호화 행렬(G)를 계산하여(320 단계) 전처리부로 제공한다.

이후, 상기 전처리부는 전송 전력을 최소화할 수 있는 분산 벡터를 계산하고(330 단계). 상기 부호화 행렬(G) 및 분산 벡터를 이용하여 부호화한 데이터에 대해 전처리를 수행한다(340 단계).

이후, 변조부는 상기 전처리를 수행한 데이터에 대해 변조과정을 수행하고 (350 단계), 안테나 가중치 설정부는 안테나 제어 신호에 따라 상기 변조한 데이터에 대해 안테나 마다의 가중치를 반영하여 적어도 하나의 안테나를 통해 전송한다(360 단계).

이후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 수신 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 4을 참조하면, 상기 수신기(단말)는 정보(데이터)를 안테나를 통해 수신한다(410 단계). 이후, 상기 수신한 정보에 대해 기저대역 처리과정을 수행하고, 아날로그 디지털 변환과정(ADC)을 수행하여(420 단계) 디지털 신호로 변환한다.

이후, 상기 변환한 신호에 대해 채널 추정 및 복조 과정을 수행하는데, 상기 채널 추정 과정에서 피드백 정보를 생성하는 과정도 같이 수행한다(430 단계).

이후, 상기 복조한 데이터에 대해 복호과정을 수행하고(440 단계), 상기 생성한 피드백 정보를 기지국으로 전송한다.

이후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비트 오류율을 도시한 도면이다.

상기 도 5를 참조하면, 송신 안테나의 수가 8개이고 8명의 사용자를 QPSK (quadratic phase shift keying)변조 기법을 통해 동시 전송한 경우에, 각 사용자들의 평균 비트 오류율 (bit error rate)을 도시한 도면이다.

ZF은 제로 포싱 전처리 기법을, WF는 위너 여과기 전처리 기법을 나타내고, RVP-EVN (regularized vector perturbation based Eigen value normalization)은 본 발명을 나타낸다.

기존의 제안된 선형 전처리 부호화 기법들과 본 발명을 비교했을 때 제안된 발명의 오류율이 신호 대 잡음 비 (SNR: signal-to-noise ratio)가 증가함에 따라 크게 낮아짐을 알 수 있다. 이는 다중 안테나 다중 사용자 환경에서의 송신 전력을 무선 통신 환경의 채널 상황에 관계없이 송신 전력을 줄여줌으로써 가능하다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 비트 오류율을 도시한 도면이다.

상기 도 6을 참조하면, 본 발명의 송신 다이버시티 효과를 나타낸 것이다. 송신 안테나의 수와 사용자의 수가 K로 동일할 경우 K가 증가함에 따라 비트 오류율이 감소하고 있는 것을 확인할 수 있다.

이것을 통해서 본 발명의 분산 벡터 설계 기법이 송신 안테나의 수가 증가함에 따라 다이버시티 효과를 더 얻음을 알 수 있다.

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.

Claims (12)

1. 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 송신기의 전처리 방법에 있어서,

   부호화한 정보를 전처리시, 전송 전력을 최소화할 수 있는 분산 벡터를 이용함으로써 송신 전력이 최소가 되도록 수행하는 과정과,

   상기 전처리한 신호를 변조하여 다수의 안테나 중 적어도 하나의 안테나를 통해 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전송 전력을 최소화할 수 있는 분산 벡터를 이용함으로써 송신 전력이 최소가 되도록 수행하는 과정은,

   전처리 행렬만을 통해 전송할 경우의 송신 전력을 기준으로 N _step개의 가능한 후보 송신 전력들을 결정하는 과정과,

   각 후보 송신 전력을 γ_k로 고정시키고 이에 대응되는 분산 벡터 L을 구하는 과정과,

   각 경우의 후보 분산 벡터들을 적용했을 경우의 송신 전력을 구하는 과정과,

   이 중 가장 적은 송신 전력에 대응되는 분산 벡터를 이용하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 가장 적은 송신 전력에 대응되는 분산 벡터는 하기 <수학식 9>와 같은 것을 특징으로 하는 방법.

   여기서, 상기 <수학식 9>의 파라미터는 하기 <수학식 10>와 같다.

   여기서, ,, ,

   , 이다.

   상기 N _step은 하기 <수학식 11>과 같다. 상기 S는 에이겐 값을 나타내고 하기 <수학식 12>와 같다.

   여기서 N _step은 후보 분산 벡터의 수를, Δ는 후보 분산 벡터들 간의 간격을, γ_k는 k번째 후보 송신전력을, γ_ref는 전처리 행렬만을 통해 전송할 경우의 송신 전력을, e_g는 에이겐 값의 기하평균을, P는 가상 채널별 에이겐 값의 기하 평균과의 비를 나타낸다.

   여기서, 이다.

   여기에서 S는 에이겐 값을, V는 각 에이겐 값에 대응되는 벡터들로 구성된 행렬을 나타낸다.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 다수의 안테나 중 적어도 하나의 안테나를 통해 전송하는 신호는 하기 <수학식 13>과 같은 것을 특징으로 하는 방법.

   상기 <수학식 13>에서 각 파라미터는 하기 <수학식 14>와 같이 정의된다.

   여기서, x는 N x 1의 송신 안테나를 통해 전송되는 신호를, γ는 전송 전력의 제한을 보장하기 위한 정규화 상수 값을, G는 채널 피드백 정보를 통한 N x K 전처리 부호화 행렬을, u는 각 사용자들이 수신할 K x 1 정보 신호를, τ는 본 발명에서 사용되는 양자화 간격(quantization size)를, L은 본 발명에서 설계하고자 하는 K x 1의 실수, 허수부를 정수 값으로 갖는 복소수로 구성된 분산 벡터를 나타낸다.상기 G는 상기 전처리 부호화 행렬을 나타낸다
5. 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서의 전처리를 수행하는 송신기의 장치에 있어서,

   부호화한 정보를 전처리시, 전송 전력을 최소화할 수 있는 분산 벡터를 계이용함으로써 송신 전력이 최소가 되도록 수행하는 전처리부와

   상기 전처리한 신호를 변조하여 다수의 안테나 중 적어도 하나의 안테나를 통해 전송하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 전처리부는,

   전처리 행렬만을 통해 전송할 경우의 송신 전력을 기준으로 N _step개의 가능한 후보 송신 전력들을 결정하고, 각 후보 송신 전력을 γ_k로 고정시키고 이에 대응되는 분산 벡터 L을 구하고, 각 경우의 후보 분산 벡터들을 적용했을 경우의 송신 전력을 구하고, 이 중 가장 적은 송신 전력에 대응되는 분산 벡터를 이용함으로써,

   상기 전송 전력을 최소화할 수 있는 분산 벡터를 이용함으로써 송신 전력이 최소가 되도록 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 가장 적은 송신 전력에 대응되는 분산 벡터는 하기 <수학식 15>와 같은 것을 특징으로 하는 장치.

   여기서, 상기 <수학식 15>의 파라미터는 하기 <수학식 16>와 같다.

   여기서, ,, ,

   , 이다.

   상기 N _step은 하기 <수학식 17>과 같다. 상기 S는 에이겐 값을 나타내고 하기 <수학식 18>와 같다.

   여기서 N _step은 후보 분산 벡터의 수를, Δ는 후보 분산 벡터들 간의 간격을, γ_k는 k번째 후보 송신전력을, γ_ref는 전처리 행렬만을 통해 전송할 경우의 송신 전력을, e_g는 에이겐 값의 기하평균을, P는 가상 채널별 에이겐 값의 기하 평균과의 비를 나타낸다.

   여기서, 이다.

   여기에서 S는 에이겐 값을, V는 각 에이겐 값에 대응되는 벡터들로 구성된 행렬을 나타낸다.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 다수의 안테나 중 적어도 하나의 안테나를 통해 전송하는 신호는 하기 <수학식 19>과 같은 것을 특징으로 하는 장치.

   상기 <수학식 19>에서 각 파라미터는 하기 <수학식 20>와 같이 정의된다.

   여기서, x는 N x 1의 송신 안테나를 통해 전송되는 신호를, γ는 전송 전력의 제한을 보장하기 위한 정규화 상수 값을, G는 채널 피드백 정보를 통한 N x K 전처리 부호화 행렬을, u는 각 사용자들이 수신할 K x 1 정보 신호를, τ는 본 발명에서 사용되는 양자화 간격(quantization size)를, L은 본 발명에서 설계하고자 하는 K x 1의 실수, 허수부를 정수 값으로 갖는 복소수로 구성된 분산 벡터를 나타낸다.상기 G는 상기 전처리 부호화 행렬을 나타낸다
9. 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 수신기의 동작 방법에 있어서,

   안테나를 통해 수신한 신호를 추정하여 피드백 정보를 생성하는 과정과,

   상기 안테나를 통해 수신한 신호에서 상기 수신기로 전송된 신호를 획득하는 과정과,

   상기 피드백 신호를 송신기로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 안테나를 통해 수신한 신호에서 상기 수신기로 전송된 신호를 획득하는 과정은,

    하기 <수학식 21>과 같은 것을 특징으로 하는 방법.

    여기서, y는 모든 수신기가 수신한 신호이고, y_k는 특정 수신기가 수신한 신호이다. H 는 채널행렬이고, n 은 노이즈를 나타낸다. 다른 파라미터들은 전술한 바와 동일하다.

    k번째 수신기는 하기 <수학식 22>를 이용하여 해당 정보를 수신할 수 있다.

    여기서, 는 송수신 단에서 사전에 결정된 양자화 상수 τ 에 의한 양자화(quantization) 연산을 의미한다.
11. 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 수신기의 장치에 있어서,

    안테나를 통해 수신한 신호를 추정하여 피드백 정보를 생성하고, 상기 안테나를 통해 수신한 신호에서 상기 수신기로 전송된 신호를 획득하는 복조기와,

    상기 피드백 신호를 송신기로 전송하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 복조기는 하기 <수학식 23>를 이용하여 상기 안테나를 통해 수신한 신호에서 상기 수신기로 전송된 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 장치.

    여기서, y는 모든 수신기가 수신한 신호이고, y_k는 특정 수신기가 수신한 신호이다. H 는 채널행렬이고, n 은 노이즈를 나타낸다. 다른 파라미터들은 전술한 바와 동일하다.

    k번째 수신기는 하기 <수학식 24>를 이용하여 해당 정보를 수신할 수 있다.

    여기서, 는 송수신 단에서 사전에 결정된 양자화 상수 τ 에 의한 양자화(quantization) 연산을 의미한다.