KR20100033841A - Apparatus for trasmitting and receiving data using multi-antenna in multi-user wireless communication system and method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus for transceiving data using multi antennae in a multi user wireless communication system and a method thereof are provided to transmit a transmitting bean weight value of each antenna as data, thereby maximizing the power of a reception signal. CONSTITUTION: Based on signals transmitted from multi antennae, a correlation estimating unit(270) estimates the correlation between multi antennae. An eigenvector generating unit(250) extracts eigenvectors from correlation matrix of the multi antennae and generates optimal eigenvectors. A weight value information generating unit(240) generates weight value information of the optimal eigenvectors by quantizing the weight value of the optimal eigenvectors. A feedback unit(260) feedbacks the optimal eigenvectors and the weight value information for calculating the weight value of each antenna to a transmitter in which the multi antenna is included.

Description

다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 이용한 데이터 송수신 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR TRASMITTING AND RECEIVING DATA USING MULTI-ANTENNA IN MULTI-USER WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD THEREOF}Device for transmitting / receiving data using multi-antenna in multi-user wireless communication system and its method {APPARATUS FOR TRASMITTING AND RECEIVING DATA USING MULTI-ANTENNA IN MULTI-USER WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 다중 안테나를 이용한 데이터 송수신에 관한 것으로서, 상세하게는 다중 안테나를 이용하여 복수의 수신기 중 최적의 수신기에 데이터를 송신하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 안테나 각각에 대한 가중치를 조절하여 수신기로 데이터를 전송하여 수신 신호의 전력을 극대화시킬 수 있는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 이용한 데이터 송수신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to data transmission and reception using multiple antennas, and more particularly, in a multi-user wireless communication system that transmits data to an optimal receiver among a plurality of receivers using multiple antennas, a weight for each of the multiple antennas is adjusted to the receiver. An apparatus for transmitting and receiving data using multiple antennas and a method thereof in a multi-user wireless communication system capable of maximizing power of a received signal by transmitting data.

다중사용자 하향링크 시스템에서 송신기가 다수개의 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 경우 이론적인 용량을 얻을 수 있는 기법은 DPC (Dirty Paper Coding)를 이용한 다중안테나 기법이 최적으로 알려져 있다.In the multi-user downlink system, a multi-antenna technique using DPC (Dirty Paper Coding) is best known as a technique for obtaining theoretical capacity when a transmitter transmits signals using multiple antennas.

그러나, 이 기법은 연산 복잡도와 채널 정보를 궤환하는 전송 부담으로 인하여 실장에 어려움이 있다. 이런 연산 복잡도를 낮추기 위한 다수의 근사 기법들이 제안되었으나 여전히 채널 정보를 궤환하는 전송 부담을 안고 있어 그 활용도가 제 한적이다.However, this technique is difficult to implement due to a computational complexity and a transmission burden for feeding back channel information. Although a number of approximation techniques have been proposed to reduce this computational complexity, its utilization is limited due to the burden of transmission to feed back channel information.

기회적 빔포밍(Opportunistic beamforming) 기법은 송신기가 사용자의 순시 신호 대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio) 정보만 이용하여 동작하므로, 채널 정보를 궤환하는 전송 부담을 크게 낮출 수 있는 장점이 있다. 특히, 사용자 수가 많을수록 다중사용자 다이버시티 이득이 증가하여 수신 신호의 품질을 크게 향상할 수 있다.The opportunistic beamforming technique operates by using only the signal-to-noise ratio (SNR) information of the user, thereby greatly reducing the transmission burden of feeding back channel information. . In particular, as the number of users increases, the multi-user diversity gain increases, thereby greatly improving the quality of the received signal.

하지만, 이 기법은 사용자의 수가 적은 환경에서는 다중사용자 다이버시티 이득이 줄어들어 기회적 빔포밍 기법의 성능이 제한된다. 이런 단점을 극복하기 위하여 선택된 사용자로부터 추가적으로 정합 빔 가중치 정보를 궤환 받아 신호를 전송하는 방식이 제안되었지만, 정합 빔 가중치 정보를 궤환하기 위하여 추가적인 채널 정보를 궤환하는 전송 부담이 있는 단점이 있다.However, this technique reduces the multiuser diversity gain in a small number of users, thereby limiting the performance of the opportunistic beamforming technique. In order to overcome this disadvantage, a method of transmitting a signal by receiving matched beam weight information additionally from a selected user has been proposed, but there is a disadvantage in that there is a transmission burden of feedback of additional channel information in order to feed back matched beam weight information.

상술한 기법들은 송신 안테나간 상관도가 없는 환경을 가정하고 설계되었으나, 실제 환경에서는 송신 안테나간에 상관현상이 존재하게 된다.The above-described techniques are designed assuming that there is no correlation between transmission antennas, but in a real environment, correlations exist between transmission antennas.

기회적 고유 빔포밍(Opportunistic Eigenbeamforming) 기법은 이러한 특성을 이용하여 송신기의 빔 가중치 정보를 생성하는데 있어 안테나간 상관 정보만을 이용하는 것을 특징으로 하는 기법으로, 안테나간 상관 정보는 시간에 따라 빠르게 변하지 않기 때문에 궤환 채널의 부담을 크게 줄일 수 있는 장점이 있으나 안테나간 상관도가 낮은 환경에서는 순시 채널 정보를 이용하는 것에 비해 성능이 크게 감소하는 단점이 있다.Opportunistic Eigenbeamforming technique is characterized by using only the inter-antenna correlation information in generating the beam weight information of the transmitter using this characteristic, since the inter-antenna correlation information does not change rapidly with time. There is an advantage in that the burden of the feedback channel can be greatly reduced, but there is a disadvantage in that performance is significantly reduced compared to using instantaneous channel information in an environment where the correlation between antennas is low.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 다중 안테나 각각의 송신빔 가중치를 조절하여 조절된 송신빔 가중치로 데이터를 수신기로 전송함으로써, 수신 신호의 전력을 극대화시킬 수 있는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 이용한 데이터 송수신 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention, which is designed to solve the above problems, is to adjust the transmit beam weight of each of the multiple antennas to transmit data to the receiver with the adjusted transmit beam weight, thereby maximizing the power of the received signal. The present invention provides a data transmission and reception apparatus using a multiple antenna and a method thereof in a multi-user wireless communication system.

본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 복수의 수신기 중 다중 안테나간의 상관 정보을 기초로 데이터를 수신받을 수신기를 선택하여 데이터를 전송함으로써, 궤환 부담을 줄이고, 이로 인해 수신 신호의 품질을 향상시킬 수 있는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 이용한 데이터 송수신 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to select a receiver to receive data based on correlation information among multiple antennas among a plurality of receivers and to transmit data, thereby reducing a feedback burden and thereby improving the quality of a received signal. The present invention provides a data transmission / reception apparatus using a multiple antenna and a method thereof in a multi-user wireless communication system.

본 발명의 실시예에 따른 또 다른 목적은, 다중 안테나간의 상관 관계 및 수신기의 수에 따라 최적 고유벡터들 개수를 적응적으로 변화시킴으로써, 안테나간 상관도가 존재하는 환경에서 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 이용한 데이터 송수신 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to improve system performance in an environment where inter-antenna correlation exists by adaptively changing the optimal eigenvectors according to the correlation between the multiple antennas and the number of receivers. The present invention provides a data transmission / reception apparatus using a multiple antenna and a method thereof in a multi-user wireless communication system.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 관점에 따른 데이터 수신 장치는 다중 안테나로부터 송신되는 데이터를 수신하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서, 상기 다중 안테나로부터 송신되는 신호를 기초로 상기 다중 안테나간의 상관 관계를 추정하는 상관 관계 추정부; 상기 다중 안테나간의 상관 행렬로부터 상기 상관 행렬의 고유벡터들을 추출하고, 상기 고유벡터들 중 최적 고유벡터들의 개수를 계산하여 상기 개수에 해당하는 최적 고유벡터들을 생성하는 고유벡터 생성부; 상기 최적 고유벡터들을 기초로 상기 최적 고유벡터들에 대한 가중치 값을 생성하고 양자화하여 상기 최적 고유벡터들의 가중치 정보를 생성하는 가중치 정보 생성부; 및 상기 다중 안테나 각각의 가중치를 계산하기 위한, 상기 최적 고유벡터들 및 상기 가중치 정보를 상기 다중 안테나를 구비한 송신기로 궤환하는 궤환부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a data receiving apparatus according to an aspect of the present invention is a data receiving apparatus in a multi-user wireless communication system for receiving data transmitted from a multiple antenna, the data receiving apparatus based on the signal transmitted from the multiple antenna A correlation estimator for estimating correlations between multiple antennas; An eigenvector generator for extracting eigenvectors of the correlation matrix from the correlation matrix between the multiple antennas and calculating optimal eigenvectors among the eigenvectors to generate optimal eigenvectors corresponding to the number; A weight information generation unit generating weight information on the optimal eigenvectors based on the optimal eigenvectors and quantizing the weighted eigenvectors; And a feedback unit for returning the optimal eigenvectors and the weight information to the transmitter having the multiple antennas for calculating the weight of each of the multiple antennas.

상기 고유벡터 생성부는 상기 고유벡터들 중 최적 고유벡터들의 개수를 계산하고, 계산된 개수에 해당하는 최적 고유벡터들을 상기 가중치 정보 생성부 및 상기 궤환부로 출력할 수 있다.The eigenvector generator may calculate the number of optimal eigenvectors among the eigenvectors, and output the optimal eigenvectors corresponding to the calculated number to the weight information generator and the feedback unit.

나아가, 상기 최적 고유벡터들을 기초로 신호 대 잡음비를 계산하는 신호 대 잡음비 계산부를 더 포함하고, 상기 궤환부는 상기 신호 대 잡음비를 상기 송신기로 궤환할 수 있다.Furthermore, the apparatus may further include a signal-to-noise ratio calculator that calculates a signal-to-noise ratio based on the optimal eigenvectors, and the feedback unit may feedback the signal-to-noise ratio to the transmitter.

본 발명의 한 관점에 따른 데이터 송신 장치는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 이용한 데이터 송신 장치에 있어서, 수신기로부터 상기 다중 안테나간의 상관 행렬을 기초로 생성된 상기 상관 행렬의 최적 고유벡터들과 상기 최적 고유벡터들의 가중치 정보를 수신하는 수신부; 상기 최적 고유벡터들 및 상기 가중치 정보를 기초로 상기 다중 안테나 각각의 송신빔 가중치를 생성하는 가중치 생성부; 및 상기 송신빔 가중치를 기초로 송신빔 가중치가 조절된 상기 다중 안테나를 통해 상기 수신기로 데이터를 송신하는 데이터 송신부를 포함할 수 있다.A data transmission apparatus according to an aspect of the present invention is a data transmission apparatus using multiple antennas in a multi-user wireless communication system, the optimal eigenvectors of the correlation matrix generated based on the correlation matrix between the multiple antennas from the receiver and the A receiver for receiving weight information of optimal eigenvectors; A weight generator configured to generate a transmission beam weight of each of the multiple antennas based on the optimal eigenvectors and the weight information; And a data transmitter configured to transmit data to the receiver through the multiple antennas whose transmission beam weights are adjusted based on the transmission beam weights.

나아가, 상기 수신부를 통해 수신된 복수의 수신기 각각의 신호 대 잡음비를 기초로 상기 복수의 수신기 중 데이터를 수신받을 데이터 수신기를 선택하는 수신기 선택부를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the receiver may further include a receiver selector configured to select a data receiver to receive data among the plurality of receivers based on a signal-to-noise ratio of each of the plurality of receivers received through the receiver.

이때, 상기 수신기 선택부는 상기 복수의 수신기 각각으로부터 수신된 신호 대 잡음비 중 최대값의 신호 대 잡음비를 갖는 수신기를 데이터 수신기로 선택할 수 있다.In this case, the receiver selector may select a receiver having a maximum signal-to-noise ratio among the signal-to-noise ratios received from each of the plurality of receivers as a data receiver.

본 발명의 한 관점에 따른 데이터 수신 방법은 다중 안테나로부터 송신되는 데이터를 수신하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 방법에 있어서, 상기 다중 안테나로부터 송신되는 신호를 기초로 상기 다중 안테나간의 상관 관계를 추정하는 단계; 상기 다중 안테나간의 상관 행렬로부터 상기 상관 행렬의 고유벡터들을 생성하는 단계; 상기 고유벡터들 중 최적 고유벡터들의 개수를 계산하는 단계; 상기 계산된 개수에 해당하는 최적 고유벡터들을 기초로 상기 최적 고유벡터들의 가중치 값을 생성하고 양자화하여 상기 고유벡터들의 가중치 정보를 생성하는 단계; 및 상기 다중 안테나 각각의 가중치를 계산하기 위한, 상기 최적 고유벡터들 및 상기 가중치 정보를 상기 다중 안테나를 구비한 송신기로 궤환하는 단계를 포함할 수 있다.A data reception method according to an aspect of the present invention is a data reception method in a multi-user wireless communication system for receiving data transmitted from multiple antennas, the method comprising: estimating a correlation between the multiple antennas based on a signal transmitted from the multiple antennas Making; Generating eigenvectors of the correlation matrix from the correlation matrix between the multiple antennas; Calculating the number of optimal eigenvectors among the eigenvectors; Generating weight information of the optimal eigenvectors based on the optimal eigenvectors corresponding to the calculated number and quantizing the weighted values of the eigenvectors; And returning the optimal eigenvectors and the weight information to the transmitter having the multiple antennas for calculating the weight of each of the multiple antennas.

본 발명의 한 관점에 따른 데이터 송신 방법은 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 이용한 데이터 송신 방법에 있어서, 수신기로부터 상기 다중 안테나간의 상관 행렬을 기초로 생성된 상기 상관 행렬의 최적 고유벡터들과 상기 최적 고유벡터들의 가중치 정보를 수신하는 단계; 상기 최적 고유벡터들 및 상기 가중치 정보를 기초로 상기 다중 안테나 각각의 송신빔 가중치를 생성하는 단계; 및 상기 송신빔 가중치를 기초로 송신빔 가중치가 조절된 상기 다중 안테나를 통해 상기 수신기로 데이터를 송신하는 단계를 포함할 수 있다.A data transmission method according to an aspect of the present invention is a data transmission method using multiple antennas in a multi-user wireless communication system, the optimal eigenvectors of the correlation matrix generated based on the correlation matrix between the multiple antennas from the receiver and the Receiving weight information of optimal eigenvectors; Generating a transmission beam weight of each of the multiple antennas based on the optimal eigenvectors and the weight information; And transmitting data to the receiver through the multiple antennas in which transmission beam weights are adjusted based on the transmission beam weights.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above objects will be apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 이용한 데이터 송수신 장치 및 그 방법을 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.An apparatus for transmitting and receiving data using multiple antennas and a method thereof in a multi-user wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 7.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 시스템도를 도시한 것이다.1 shows a system diagram for explaining the present invention.

도 1을 참조하면, 송신기(110) 및 복수의 수신기(120)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a transmitter 110 and a plurality of receivers 120 are included.

송신기(110)는 다중 안테나(ANT)를 구비하고, 복수의 수신기 각각으로부터 전송되는 신호 대 잡음비(SNR)를 수신하여 신호 대 잡음비를 기초로 데이터를 수신받을 수신기를 선택하며, 선택된 수신기로부터 최적 고유벡터들 및 최적 고유벡터 들의 가중치 정보를 수신하여 다중 안테나 각각에 대한 송신빔 가중치를 생성하고, 송신빔 가중치가 조절된 다중 안테나를 통해 데이터를 수신기로 전송한다.The transmitter 110 includes a multiple antenna (ANT), receives a signal-to-noise ratio (SNR) transmitted from each of the plurality of receivers, selects a receiver to receive data based on the signal-to-noise ratio, and optimally unique from the selected receiver. Receiving the weight information of the vectors and the optimal eigenvectors to generate a transmission beam weight for each of the multiple antennas, and transmits data to the receiver through the multi-antenna with the transmission beam weight is adjusted.

여기서, 송신기(110)는 최적 고유벡터들의 가중치 정보로서, 코드북에 구성된 송신빔 가중치 정보들 중 어느 하나에 대한 인덱스를 궤환받을 수도 있는데, 이 경우 송신기는 최적 고유벡터들 및 코드북 인덱스를 기초로 송신빔 가중치를 생성할 수 있다.Here, the transmitter 110 may be fed back the index for any one of the transmission beam weight information configured in the codebook as the weight information of the optimal eigenvectors, in which case the transmitter transmits based on the optimal eigenvectors and the codebook index Beam weights may be generated.

물론, 이 경우 송신기 및 수신기 모두 가중치 정보들을 포함하는 코드북을 구비하는 것이 바람직하다.Of course, in this case, it is preferable that both the transmitter and the receiver have a codebook including weight information.

이때, 송신기(110)는 복수의 수신기로부터 수신된 신호 대 잡음비 중 최대값의 신호 대 잡음비를 갖는 수신기를 선택하여 데이터를 전송할 수 있다.In this case, the transmitter 110 may select a receiver having the maximum signal-to-noise ratio among the signal-to-noise ratios received from the plurality of receivers and transmit data.

수신기(120)는 송신기로부터 전송받은 신호 예를 들어, 파일롯 신호를 기초로 다중 안테나간의 상관 관계를 추정하고, 추정된 상관 관계의 상관 행렬을 기초로 고유벡터들을 생성하여 최적 고유벡터들 개수를 계산하며, 최적 고육벡터들을 이용하여 계산된 신호 대 잡음비, 최적 고유벡터들의 가중치 정보 및 최적 고유벡터들을 송신기로 궤환함으로써, 송신기로부터 데이터를 수신할 수 있다.The receiver 120 estimates correlations between multiple antennas based on a signal transmitted from a transmitter, for example, a pilot signal, and calculates optimal eigenvectors by generating eigenvectors based on the correlation matrix of the estimated correlation. The data may be received from the transmitter by feeding back the signal-to-noise ratio, weight information of the best eigenvectors, and the best eigenvectors calculated using the best height vectors.

이때, 수신기(120)는 송신기로부터 데이터 수신기로 선택되었다는 정보 예를 들어, 자신의 해당 인덱스를 수신하는 경우에만 최적 고유벡터들의 가중치 정보 및 최적 고유벡터들을 송신기로 궤환할 수 있는데, 궤환되는 정보량을 줄이기 위해 최적 고유벡터들은 최적 고유벡터들의 개수 또는 고유벡터들이 변경되는 경우에만 송신기로 궤환하는 것이 바람직하다.In this case, the receiver 120 may return the weighted information of the optimal eigenvectors and the optimal eigenvectors to the transmitter only when receiving information indicating that the receiver has been selected as the data receiver from the transmitter, for example, its corresponding index. In order to reduce the optimal eigenvectors, it is preferable to feedback the transmitter only when the number of optimal eigenvectors or the eigenvectors change.

이런 송신기 및 수신기에 대한 상세 구성을 이하 도면을 참고하여 설명한다.A detailed configuration of such a transmitter and a receiver will be described with reference to the drawings below.

이하, 하향링크 무선 통신 시스템에서 송신기에는 M개의 다중 안테나가 존재하고 K개의 수신기 각각은 한 개의 안테나를 가지고 있는 경우를 가정한다.Hereinafter, it is assumed that there are M multiple antennas in the transmitter and each of the K receivers has one antenna in the downlink wireless communication system.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 수신 장치에 대한 구성 블록도로서, 도 1에 도시된 수신기에 대한 것이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a data receiving apparatus according to an embodiment of the present invention, which is illustrated in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 수신기(120)는 데이터 수신부(210), SNR 계산부(220), 랜덤 빔 생성부(230), 가중치 정보 생성부(240), 고유벡터 생성부(250), 궤환부(260) 및 상관 관계 추정부(270)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the receiver 120 includes a data receiver 210, an SNR calculator 220, a random beam generator 230, a weight information generator 240, an eigenvector generator 250, and a feedback unit. 260 and a correlation estimator 270.

여기서, 수신기는 K개의 수신기 중 k번째 수신기라 가정할 때, 수신기로 수신되는 수신 신호는 아래 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.Here, assuming that the receiver is the k-th receiver among the K receivers, the received signal received by the receiver may be represented by Equation 1 below.

Figure 112008066530226-PAT00001
Figure 112008066530226-PAT00001

여기서, yk는 k번째 수신기로 수신되는 수신 신호를 의미하고, h k =[hk1,...,hkM]T는 (M×1) 차원의 채널 벡터를 의미하고, w=[w1,...,wM]T는 ||w||=1을 만족하는 (M×1) 차원의 송신빔 가중치 벡터를 의미하고, ||w||는 w 벡터의 유클리디언 놈(Euclidian norm)을 의미하고, s는 E{|s|2}=P를 만족하는 송신신호를 의 미하고, nk는 E{|nk|2}=N0(k)를 만족하는 k번째 수신기의 잡음 성분을 의미하고, *는 복소 전치(conjugate transpose) 연산자를 의미하고, T는 전치(transpose) 연산자를 의미하고, P는 기 설정된 값으로서 송신기의 평균 전력을 의미한다.Here, y k means a received signal received by the k-th receiver, h k = [h k1 , ..., h kM ] T means a channel vector of (M × 1) dimension, w = [w 1 , ..., w M ] T is || transmit beam weight vector of (M × 1) dimension satisfying w || = 1, || w || means Euclidian norm of the w vector, and s is E {| s | 2 } = P means that the transmission signal satisfies, where n k is E {| n k | 2 } = N means the noise component of the kth receiver satisfying N 0 (k), * means conjugate transpose operator, T means transpose operator, and P means preset value. Means the average power of the transmitter.

상관 관계 추정부(270)는 송신기의 다중 안테나로부터 송신되는 신호를 기초로 다중 안테나간의 상관 관계를 추정한다.The correlation estimator 270 estimates correlation between the multiple antennas based on a signal transmitted from the multiple antennas of the transmitter.

이때, 상관 관계 추정부(270)는 송신기의 i번째 안테나와 j번째 안테나 간의 상관도를 아래 <수학식 2>와 같이 추정할 수 있다.In this case, the correlation estimator 270 may estimate a correlation between the i th antenna and the j th antenna of the transmitter as shown in Equation 2 below.

Figure 112008066530226-PAT00002
Figure 112008066530226-PAT00002

여기서, rk i ,j는 k번째 수신기에서 i번째 안테나와 j번째 안테나 간의 상관도를 의미하고, hkih k 의 i번째 원소로서, i번째 송신 안테나로부터 k번째 수신기의 수신 안테나 사이의 채널 이득을 의미하고, hkjh k 의 j번째 원소로서, j번째 송신 안테나로부터 k번째 수신기의 수신 안테나 사이의 채널 이득을 의미한다.Where r k i , j denotes the correlation between the i th antenna and the j th antenna in the k th receiver, and h ki is the i th element of h k , between the i th transmit antenna and the receive antenna of the k th receiver The channel gain, and h kj is the j-th element of h k , the channel gain between the j-th transmission antenna and the receiving antenna of the k-th receiver.

상기 <수학식 2>를 이용하여 구성된 k번째 수신기의 (M×M) 차원의 다중 안 테나간 상관 행렬 R k 는 아래 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.The multi-antenna intercorrelation matrix R k of the (M × M) dimension of the k th receiver configured using Equation 2 may be expressed as Equation 3 below.

Figure 112008066530226-PAT00003
Figure 112008066530226-PAT00003

고유벡터 생성부(250)는 상관 관계 추정부(270)에 의해 추정된 상관 행렬을 기초로 상관 행렬의 고유벡터들을 추출하고, 추출된 고유벡터들을 기초로 최적 고유벡터들 개수를 계산하여 개수에 해당하는 최적 고유벡터들을 생성한다.The eigenvector generator 250 extracts eigenvectors of the correlation matrix based on the correlation matrix estimated by the correlation estimator 270, calculates the optimal number of eigenvectors based on the extracted eigenvectors, and calculates the number of eigenvectors. Create the corresponding optimal eigenvectors.

이때, 고유벡터 생성부(250)는 R k 를 아래 <수학식 4>와 같이 특이치분해(singular value decomposition)하여 상관 행렬의 고유벡터들을 추출할 수 있다.In this case, the eigenvector generator 250 may extract eigenvectors of the correlation matrix by singular value decomposition of R k as shown in Equation 4 below.

Figure 112008066530226-PAT00004
Figure 112008066530226-PAT00004

여기서, Q k =[q k ,1,...,q k ,M]는 각 열(q k ,1,...,q k ,M)이 R k 의 고유벡터들로 이루어진 크기가 (M×M)인 유니터리(unitary) 행렬을 의미하고, q는 상관 행렬의 고유벡 터를 의미하고, Σ 2 k 는 고유값(eigenvalue)인 (σ2 k,1,...,σ2 k,M)을 원소로 가지는 크기가 (M×M)인 대각 행렬을 의미하는데, σ2 k,1≥...≥σ2 k,M와 같이 원소의 크기가 내림차순으로 정렬된다.Where Q k = [ q k , 1 , ..., q k , M ] is the size of each column ( q k , 1 , ..., q k , M ) consisting of the eigenvectors of R k ( M × M) unitary matrix, q is the eigenvector of the correlation matrix, Σ 2 k is the eigenvalue (σ 2 k, 1 , ..., σ 2 k, M ) means a diagonal matrix whose size is (M × M), in which the sizes of the elements are arranged in descending order, such as σ 2 k, 1 ≥ ... ≥σ 2 k, M.

고유벡터 생성부(250)는 <수학식 4>를 통해 추출된 고유값을 기초로 최적 고유벡터들 개수를 계산하는데, 최적 고유벡터들 개수는 아래 <수학식 5>에 의해 계산될 수 있다.The eigenvector generator 250 calculates the optimal number of eigenvectors based on the eigenvalue extracted through Equation 4, and the optimal eigenvectors can be calculated by Equation 5 below.

Figure 112008066530226-PAT00005
Figure 112008066530226-PAT00005

여기서, L(k)는 최적 고유벡터들 개수를 의미하고, K는 복수의 수신기 개수를 의미한다.Here, L (k) denotes the number of optimal eigenvectors, and K denotes the number of receivers.

<수학식 5>에서 알 수 있듯이, 고유벡터 생성부(250)는 1부터 M까지의 인덱스 중 <수학식 5>의 계산 값이 최대가 되는 인덱스를 최적 고유벡터들 개수로 계산한다.As can be seen from Equation 5, the eigenvector generator 250 calculates an index at which the calculated value of Equation 5 is the maximum among the indices of 1 to M as the optimal number of eigenvectors.

따라서, 고유벡터 생성부(250)는 최적 고유벡터들 개수에 해당하는 최적 고유벡터들 즉, L(k)개의 고유벡터들인 (q k ,1,...,q k ,L(k))를 생성한다.Therefore, the eigenvector generation unit 250 includes the best eigenvectors corresponding to the optimal number of eigenvectors, that is, ( q k , 1 , ..., q k , L (k) ) , which are L (k) eigenvectors. Create

랜덤 빔 생성부(230)는 고유벡터 생성부(250)에 의해 생성된 최적 고유벡터들을 기초로 랜덤 빔 가중치를 생성한다.The random beam generator 230 generates a random beam weight based on the optimal eigenvectors generated by the eigenvector generator 250.

이때, 랜덤 빔 생성부(230)는 아래 <수학식 6>을 이용하여 랜덤 빔 가중치를 생성할 수 있다.In this case, the random beam generator 230 may generate a random beam weight using Equation 6 below.

Figure 112008066530226-PAT00006
Figure 112008066530226-PAT00006

여기서, w k 는 랜덤 빔 가중치인 (wk ,1,...,wk ,M)을 가지는 랜덤 빔 가중치 벡터를 의미하고, (vk ,1,...,vk ,L(k))는

Figure 112008066530226-PAT00007
를 만족하도록 임의로 생성된 수를 의미한다.Here, w k means a random beam weight vector having a random beam weight of (w k , 1 , ..., w k , M ), and (v k , 1 , ..., v k , L (k ) )
Figure 112008066530226-PAT00007
It means a randomly generated number to satisfy.

SNR 계산부(220)는 랜덤 빔 생성부(230)에 의해 생성된 랜덤 빔 가중치를 기초로 SNR을 계산한다.The SNR calculator 220 calculates an SNR based on the random beam weight generated by the random beam generator 230.

이때, SNR 계산부(220)는 아래 <수학식 7>을 이용하여 SNR을 계산할 수 있다.In this case, the SNR calculator 220 may calculate the SNR using Equation 7 below.

Figure 112008066530226-PAT00008
Figure 112008066530226-PAT00008

여기서,

Figure 112008066530226-PAT00009
는 k번째 수신기의 SNR을 의미하고,
Figure 112008066530226-PAT00010
=P/N0(k)는 k번째 수신기의 평균 SNR을 의미한다.here,
Figure 112008066530226-PAT00009
Denotes the SNR of the kth receiver,
Figure 112008066530226-PAT00010
= P / N 0 (k) means the average SNR of the k-th receiver.

가중치 정보 생성부(240)는 고유벡터 생성부(250)에 의해 생성된 최적 고유벡터들을 기초로 최적 고유벡터들의 가중치 값을 생성하고 이를 양자화하여 양자화된 가중치 값을 생성하며, 양자화된 최적 고유벡터들의 가중치 정보를 생성한다.The weight information generator 240 generates a quantized weight value by generating weight values of the optimal eigenvectors based on the optimal eigenvectors generated by the eigenvector generator 250 and quantizing them, and quantized optimal eigenvectors. To generate weight information.

물론, 가중치 정보 생성부(240)는 송신기로부터 해당 수신기가 선택되었다는 정보를 수신하는 경우 가중치 정보를 생성할 수 있다.Of course, the weight information generator 240 may generate weight information when receiving the information that the corresponding receiver is selected from the transmitter.

이때, 가중치 정보 생성부(240)는 송신기에 의해 선택된 수신기의 인덱스(

Figure 112008066530226-PAT00011
)가 수신되면, 수신기의 최적 고유벡터들 즉, L(
Figure 112008066530226-PAT00012
)개의 고유벡터들인 (q k,1,...,q k,L(
Figure 112008066530226-PAT00013
))을 이용하여 (M×L(
Figure 112008066530226-PAT00014
)) 차원의 행렬 Q
Figure 112008066530226-PAT00015
,1: L(
Figure 112008066530226-PAT00016
)=[q k ,1,...,q k ,L(
Figure 112008066530226-PAT00017
)]을 구성하고, 이를 이용하여 (L(
Figure 112008066530226-PAT00018
)×1) 차원의 가중치 값을 아래 <수학식 8>을 이용하여 생성한다.At this time, the weight information generation unit 240 is the index of the receiver selected by the transmitter (
Figure 112008066530226-PAT00011
) Is received, the optimal eigenvectors of the receiver, L (
Figure 112008066530226-PAT00012
) Eigenvectors ( q k, 1 , ..., q k, L (
Figure 112008066530226-PAT00013
With) ) (M × L (
Figure 112008066530226-PAT00014
)) Matrix of dimensions Q
Figure 112008066530226-PAT00015
, 1: L (
Figure 112008066530226-PAT00016
) = [ q k , 1 , ..., q k , L (
Figure 112008066530226-PAT00017
) ] And use it to (L (
Figure 112008066530226-PAT00018
A weight value of) × 1) dimension is generated by using Equation 8 below.

Figure 112008066530226-PAT00019
Figure 112008066530226-PAT00019

가중치 정보 생성부(240)는 <수학식 8>에 의해 생성된 가중치 정보(v)를 아래 <수학식 9>와 같이 양자화하여 양자화된 가중치 벡터(

Figure 112008066530226-PAT00020
)를 생성한다.The weight information generator 240 quantizes the weight information v generated by Equation 8 as shown in Equation 9 below to quantize the weight vector (
Figure 112008066530226-PAT00020
)

Figure 112008066530226-PAT00021
Figure 112008066530226-PAT00021

여기서, Fquan(v)는 양자화 함수를 의미하며, 양자화 기법에 대한 일 예로 코드북을 이용한 양자화 기법을 들 수 있는데, 코드북을 이용한 양자화 기법은 아래 <수학식 10>과 같이 나타낼 수 있다.Here, F quan ( v ) means a quantization function, and an example of a quantization technique may be a quantization technique using a codebook. The quantization technique using a codebook may be expressed as Equation 10 below.

Figure 112008066530226-PAT00022
Figure 112008066530226-PAT00022

여기서, Ω=(c 1,...,c N)는 N개의 가중치 정보를 포함하는 코드북을 의미하는 것으로, <수학식 10>에서 알 수 있듯이, 가중치 정보 생성부(240)는 코드북을 구성하는 가중치 정보 중 <수학식 10>의 값이 최대가 되는 가중치 정보에 대한 최적 인덱스를 생성한다.Here, Ω = ( c 1 , ..., c N ) means a codebook including N weight information. As can be seen in Equation 10, the weight information generator 240 configures a codebook. Among the weighting information, an optimal index for weighting information at which the value of Equation 10 is maximized is generated.

궤환부(260)는 SNR 계산부(220)에 의해 계산된 SNR, 고유벡터 생성부(250)에 의해 생성된 최적 고유벡터들 및 가중치 정보 생성부(240)에 의해 생성된 최점 빔 가중치 정보를 송신기로 궤환한다.The feedback unit 260 may generate the SNR calculated by the SNR calculator 220, the best eigenvectors generated by the eigenvector generator 250, and the peak beam weight information generated by the weight information generator 240. Feedback to the transmitter.

이때, 궤환부(260)는 최적 고유벡터들 개수가 변경되거나 고유벡터들 정보가 변경된 경우에만 최적 고유벡터들을 송신기로 궤환하고 그렇지 않은 경우에는 최적 고유벡터들을 궤환하지 않음으로써, 궤환되는 정보량을 줄일 수 있다.In this case, the feedback unit 260 reduces the amount of information fed back by not returning the optimal eigenvectors to the transmitter only when the number of optimal eigenvectors is changed or the eigenvectors information is changed. Can be.

즉, 고유벡터들 정보의 변화는 안테나 상관도의 변화로 인해 생길 수 있는데, 일반적으로 안테나 상관도 정보는 채널의 페이딩에 비해 상당히 느리게 변하는 특성을 가지므로, 고유벡터들 정보는 매우 드물게 송신기에 전송되게 되고, 이로 인한 추가적인 신호 궤환 부담을 낮출 수 있다.That is, the change in the eigenvectors information may be caused by the change in the antenna correlation. In general, since the antenna correlation information has a characteristic that changes considerably slower than the fading of the channel, the eigenvectors information is rarely transmitted to the transmitter. This can reduce the additional signal feedback burden.

데이터 수신부(210)는 궤환부(260)를 통해 궤환되는 정보를 기초로 송신기에서 계산된 송신빔 가중치에 의해 다중 안테나의 송신빔 가중치가 조절되어 전송되는 데이터를 수신한다.The data receiver 210 receives data transmitted by adjusting the transmission beam weights of the multiple antennas by the transmission beam weights calculated by the transmitter based on the information returned through the feedback unit 260.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송신 장치에 대한 구성 블록도로 서, 도 1에 도시된 송신기에 대한 것이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating a data transmission apparatus according to an embodiment of the present invention, and is related to the transmitter illustrated in FIG. 1.

도 3을 참조하면, 송신기(110)는 데이터 송신부(310), 수신기 선택부(320), 가중치 생성부(330) 및 수신부(340)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the transmitter 110 includes a data transmitter 310, a receiver selector 320, a weight generator 330, and a receiver 340.

수신부(340)는 복수의 수신기로부터 궤환되는 SNR, 수신기 선택부(320)에 의해 선택된 수신기로부터 궤환되는 최적 고유벡터들 및 최적 빔 가중치 정보를 수신한다.The receiver 340 receives SNRs fed back from the plurality of receivers, optimal eigenvectors fed back from the receiver selected by the receiver selector 320, and optimal beam weight information.

물론, 수신부(340)는 복수의 수신기로부터 궤환되는 최적 고유벡터들 또한 수신할 수도 있다.Of course, the receiver 340 may also receive optimal eigenvectors fed back from a plurality of receivers.

여기서, 최적 빔 가중치 정보는 최적 빔 가중치 값이 양자화된 것이고, 송신기 및 수신기가 최적 고유벡터들의 가중치 정보들을 포함하는 코드북을 구비한 경우의 가중치 정보는 코드북에 포함된 가중치 정보의 인덱스 중 어느 하나가 될 수도 있다.Here, the optimal beam weight information is a quantized optimal beam weight value, and the weight information when the transmitter and the receiver has a codebook including the weight information of the optimal eigenvectors is one of the indexes of the weight information included in the codebook. May be

즉, 수신부(340)는 복수의 수신기 각각에 의해 계산된 SNR을 수신하여 수신기 선택부(320)로 출력하고, 선택된 수신기로부터 궤환되는 최적 고유벡터들 및 최적 빔 가중치 정보를 수신하여 가중치 생성부(330)로 출력한다.That is, the receiver 340 receives the SNRs calculated by each of the plurality of receivers, outputs the SNRs to the receiver selector 320, receives the optimal eigenvectors and the optimal beam weight information fed back from the selected receiver, and receives a weight generator ( 330).

이때, 수신부(340)는 다중 안테나로 수신되는 SNR, 최적 고유벡터들 및 최적 빔 가중치 정보를 분리하여 수신기 선택부(320) 및 가중치 생성부(330)로 제공하는 것이 바람직하다.In this case, the receiver 340 preferably separates the SNR, the optimal eigenvectors, and the optimal beam weight information received by the multiple antennas, and provides them to the receiver selector 320 and the weight generator 330.

수신기 선택부(320)는 수신부(340)로 수신되는 복수의 수신기에 대한 SNR을 기초로 데이터를 수신받을 수신기를 선택한다.The receiver selector 320 selects a receiver to receive data based on SNRs of the plurality of receivers received by the receiver 340.

이때, 수신기 선택부(320)는 시스템 용량을 극대화하기 위해, 복수의 수신기 중 최대값의 SNR을 갖는 수신기를 선택할 수 있는데, 아래 <수학식 11>에 의해 수신기가 선택될 수 있다.In this case, the receiver selecting unit 320 may select a receiver having the maximum SNR among the plurality of receivers in order to maximize the system capacity. The receiver may be selected by Equation 11 below.

Figure 112008066530226-PAT00023
Figure 112008066530226-PAT00023

즉, K개의 수신기에 의해 계산된 SNR인

Figure 112008066530226-PAT00024
1 내지
Figure 112008066530226-PAT00025
K 중 최대값을 갖는 수신기의 인덱스(
Figure 112008066530226-PAT00026
)를 선택한다.That is, the SNR calculated by K receivers
Figure 112008066530226-PAT00024
1 to
Figure 112008066530226-PAT00025
The index of the receiver with the highest value of K (
Figure 112008066530226-PAT00026
Select).

이때, 수신기 선택부(320)에 의해 수신기가 선택되면, 선택된 수신기의 인덱스를 전송함으로써, 해당 수신기가 선택되었음을 알릴 수 있다.In this case, when the receiver is selected by the receiver selecting unit 320, the receiver may be notified by transmitting an index of the selected receiver.

가중치 생성부(330)는 선택된 수신기의 인덱스가 전송된 후 선택된 수신기로부터 궤환된 정보 즉, 수신부(340)로 수신된 최적 고유벡터들 및 최적 빔 가중치 정보를 기초로 다중 안테나 각각의 송신빔 가중치를 생성한다.The weight generator 330 calculates a transmission beam weight of each of the multiple antennas based on information fed back from the selected receiver after the index of the selected receiver is transmitted, that is, the optimal eigenvectors and the optimal beam weight information received by the receiver 340. Create

여기서, 최적 고유벡터들은 송신기에 기 저장되어 있을 수 있고, 고유벡터들 정보가 변경되는 경우 수신기로부터 궤환받을 수도 있다. 즉, 송신기는 고유벡터들 정보가 변경되거나 최적 고유벡터들 개수가 변경되는 경우가 아니면 수신기로부터 최적 고유벡터들을 궤환받을 필요가 없다.Here, the optimal eigenvectors may be previously stored in the transmitter, and may be fed back from the receiver when the eigenvectors information is changed. That is, the transmitter does not need to receive the optimal eigenvectors from the receiver unless the eigenvectors information is changed or the number of optimal eigenvectors is changed.

이때, 가중치 생성부(330)는 아래 <수학식 12>를 이용하여 송신빔 가중치를 생성할 수 있다.In this case, the weight generator 330 may generate a transmission beam weight using Equation 12 below.

Figure 112008066530226-PAT00027
Figure 112008066530226-PAT00027

즉, 가중치 생성부(330)는 수신기에 의해 양자화된 가중치 벡터(

Figure 112008066530226-PAT00028
)와 L(
Figure 112008066530226-PAT00029
)개의 최적 고유벡터들인 (q k ,1,...,q k ,L(
Figure 112008066530226-PAT00030
))을 이용하여 송신빔 가중치를 생성한다.That is, the weight generator 330 is a weight vector quantized by the receiver (
Figure 112008066530226-PAT00028
) And L (
Figure 112008066530226-PAT00029
) Best eigenvectors ( q k , 1 , ..., q k , L (
Figure 112008066530226-PAT00030
)) To generate a transmission beam weight using the.

데이터 송신부(310)는 송신빔 가중치가 조절된 다중 안테나를 이용하여 데이터를 수신기로 전송하는 부분으로, 데이터 선택부(311) 및 송신빔 조절부(312)를 포함한다.The data transmitter 310 transmits data to a receiver by using a multi-antenna having a transmit beam weight adjusted, and includes a data selector 311 and a transmit beam adjuster 312.

데이터 선택부(311)는 수신기 선택부(320)에 의해 선택된 수신기로 전송될 데이터를 선택하여 출력한다.The data selector 311 selects and outputs data to be transmitted to the receiver selected by the receiver selector 320.

송신빔 조절부(312)는 가중치 생성부(330)에 의해 생성된 송신빔 가중치를 이용하여 다중 안테나 각각의 송신빔 가중치를 조절한다.The transmit beam adjuster 312 adjusts the transmit beam weight of each of the multiple antennas by using the transmit beam weight generated by the weight generator 330.

즉, 데이터 송신부(310)는 송신빔 가중치가 조절된 데이터를 다중 안테나를 통해 해당 수신기(

Figure 112008066530226-PAT00031
)로 송신한다. That is, the data transmitter 310 transmits data whose transmission beam weight is adjusted through a corresponding antenna (multi-antenna).
Figure 112008066530226-PAT00031
To send).

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송수신 장치는 다중 안테나 각각의 송신빔 가중치를 조절하여 조절된 송신빔 가중치로 데이터를 수신기로 전송하기 때문에 수신 신호의 전력을 극대화시킬 수 있고, 다중 안테나간의 상관 행렬 을 기초로 수신기를 선택하여 데이터를 전송함으로써, 적은 궤환 정보량으로 수신 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.As described above, the apparatus for transmitting and receiving data according to an embodiment of the present invention can maximize the power of the received signal because the data is transmitted to the receiver with the adjusted transmit beam weight by adjusting the transmit beam weight of each of the multiple antennas. By selecting a receiver based on the correlation matrix and transmitting data, the quality of the received signal can be improved with a small amount of feedback information.

또한, 다중 안테나간의 상관 관계 및 수신기의 수에 따라 최적 고유벡터들 개수를 적응적으로 변화시킴으로써, 다양한 환경에서 적응적으로 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, by adaptively changing the number of optimal eigenvectors according to the correlation between the multiple antennas and the number of receivers, the system performance can be adaptively improved in various environments.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 수신 방법에 대한 동작 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of receiving data according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 데이터 수신 방법은 송신기의 다중 안테나를 통해 전송된 신호 예를 들어, 파일롯 신호를 수신하고, 수신된 신호를 기초로 다중 안테나간 상관 관계를 추정한다(S410).Referring to FIG. 4, the data receiving method receives a signal transmitted through multiple antennas of a transmitter, for example, a pilot signal, and estimates correlation between multiple antennas based on the received signal (S410).

이때, 안테나간 상관도는 상술한 <수학식 2>에 의해 추정될 수 있으며, 추정된 다중 안테나간 상관 행렬은 상술한 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.In this case, the correlation between antennas may be estimated by Equation 2 described above, and the estimated multi-antenna correlation matrix may be represented by Equation 3 described above.

추정된 다중 안테나간 상관 행렬을 기초로 상관 행렬의 고유벡터들을 생성한다(S420).The eigenvectors of the correlation matrix are generated based on the estimated multi-antenna correlation matrix (S420).

여기서, 상관 행렬의 고유벡터들은 상관 행렬을 상술한 <수학식 4>와 같이 특이치분해하여 얻을 수 있다.Here, the eigenvectors of the correlation matrix may be obtained by singular value decomposition of the correlation matrix as shown in Equation 4 above.

생성된 고유벡터들에 대한 고유값을 기초로 최적 고유벡터들 개수를 계산한다(S430).The optimal number of eigenvectors is calculated based on the eigenvalues of the generated eigenvectors (S430).

이때, 최적 고유벡터들 개수는 상술한 <수학식 5>에 의해 계산될 수 있다.In this case, the optimal number of eigenvectors may be calculated by Equation 5 described above.

수신기는 최적 고유벡터들을 송신기로 궤환해야 하는데, 이 정보는 고유벡터 들 정보가 변경되거나 최적 고유벡터들 개수가 변경되는 경우에만 송신기로 궤환하여 궤환되는 정보량을 줄이는 것이 바람직하다.The receiver should feed back the optimal eigenvectors to the transmitter, and it is desirable to reduce the amount of information fed back to the transmitter only when the information of the eigenvectors is changed or the number of optimal eigenvectors is changed.

예컨대, 도 5에 도시된 일 예와 같이, 최적 고유벡터들 개수가 계산되면 최적 고유벡터들 개수 또는 고유벡터들 정보가 변경되었는지 판단하여 최적 고유벡터들 개수가 이전의 최적 고유벡터들 개수와 상이하거나 고유벡터들 정보가 이전 고유벡터들 정보와 상이한 경우 최적 고유벡터들을 송신기로 궤환한다(S510 내지 S530).For example, as shown in FIG. 5, when the number of optimal eigenvectors is calculated, it is determined whether the number of optimal eigenvectors or eigenvectors is changed, and thus the number of optimal eigenvectors is different from the previous number of optimal eigenvectors. If the eigenvectors information is different from the previous eigenvectors information, the optimum eigenvectors are fed back to the transmitter (S510 to S530).

즉, 수신기는 초기 계산에 의해 생성된 최적 고유벡터들을 송신기로 궤환한 후 고유벡터들 정보 또는 최적 고유벡터들 개수가 변경되는 경우에만 최적 고유벡터들을 송신기로 궤환한다. 물론, 초기의 최적 고유벡터들 또는 변경된 최적 고유벡터들을 송신기로 궤환하는 시점은 다른 정보를 궤환하는 시점에 궤환할 수도 있고, 기 설정된 시점에 궤환할 수도 있다.That is, the receiver returns the best eigenvectors to the transmitter only when the eigenvector information or the number of best eigenvectors is changed after the best eigenvectors generated by the initial calculation are fed back to the transmitter. Of course, the timing of returning the initial optimal eigenvectors or the changed optimal eigenvectors to the transmitter may be fed back at the time of returning other information, or may be fed back at a preset time.

수신기는 계산된 최적 고유벡터들 개수에 해당하는 최적 고유벡터들 예를 들어, L(k)에 해당하는 최적 고유벡터들을 기초로 랜덤 빔 가중치를 생성하고, 생성된 랜덤 빔 가중치를 기초로 SNR을 계산하여 송신기로 궤환한다(S440).The receiver generates random beam weights based on the optimal eigenvectors corresponding to the calculated number of optimal eigenvectors, for example, L (k), and generates an SNR based on the generated random beam weights. The calculation returns to the transmitter (S440).

이때, 랜덤 빔 가중치 및 SNR은 상술한 <수학식 6> 및 <수학식 7>에 의해 생성되고 계산될 수 있다.In this case, the random beam weight and the SNR may be generated and calculated by the above Equations 6 and 7 above.

SNR을 송신기로 궤환한 후 송신기에 의해 해당 수신기가 선택되었다는 선택 신호가 수신되면 최적 고유벡터들의 가중치 값을 생성하고 양자화하여 최적 고유벡터들의 양자화된 가중치 정보를 생성한다(S460).After the SNR is fed back to the transmitter, when the selection signal of the corresponding receiver is selected by the transmitter, the weight value of the optimal eigenvectors is generated and quantized to generate quantized weight information of the optimal eigenvectors (S460).

이때, 가중치 정보는 상술한 <수학식 8> 및 <수학식 9>에 의해 생성될 수 있다.In this case, the weight information may be generated by Equation 8 and Equation 9 described above.

여기서, 수신기는 송신기로부터 선택신호가 수신되지 않는 경우에는 랜덤 빔 가중치를 생성하고, 생성된 랜덤 빔 가중치를 기초로 SNR을 계산하여 송신기로 궤환하는 상기 과정을 반복 수행하는 것이 바람직하다.In this case, when the selection signal is not received from the transmitter, the receiver generates the random beam weights, calculates the SNR based on the generated random beam weights, and repeats the above-described process.

물론, 수신기 및 송신기가 가중치 정보들을 포함하는 코드북을 구비한 경우에는 코드북을 이용한 양자화 기법 예컨대, 최적의 가중치 정보에 해당하는 인덱스를 계산하여 가중치 정보에 해당하는 최적 인덱스를 생성하고 이를 궤환할 수도 있다. Of course, when the receiver and the transmitter have a codebook including weight information, a quantization technique using a codebook, for example, an index corresponding to the optimal weight information may be calculated to generate an optimal index corresponding to the weight information, and may be fed back. .

생성된 가중치 정보를 송신기로 궤환한 후 송신기의 다중 안테나를 통해 전송된 데이터를 수신한다(S480).After the generated weight information is fed back to the transmitter, data transmitted through multiple antennas of the transmitter is received (S480).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송신 방법에 대한 동작 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a data transmission method according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 데이터 송신 방법은 복수의 수신기로부터 수신기 각각에 의해 다중 안테나의 상관 관계를 기초로 계산된 SNR을 수신한다(S610).Referring to FIG. 6, in the data transmission method, an SNR calculated based on correlation of multiple antennas is received by each receiver from a plurality of receivers (S610).

송신기는 수신된 복수의 SNR을 기초로 데이터를 수신받을 데이터 수신기를 선택한다(S620).The transmitter selects a data receiver to receive data based on the plurality of received SNRs (S620).

이때, 송신기는 시스템 용량을 극대화하기 위해, 복수의 SNR 중 최대값의 SNR을 갖는 수신기를 데이터 수신기로 선택하는 것이 바람직하다.In this case, in order to maximize system capacity, the transmitter preferably selects a receiver having a maximum SNR among the plurality of SNRs as a data receiver.

수신기가 선택되면, 선택된 수신기에 해당하는 인덱스를 선택 신호로서 전송 하여 해당 수신기가 선택되었다는 것을 인지할 수 있도록 한다(S630).When the receiver is selected, an index corresponding to the selected receiver is transmitted as a selection signal to recognize that the corresponding receiver is selected (S630).

선택신호 전송 후 데이터 수신기에 의해 궤환된 최적 고유벡터들의 양자화된 가중치 정보가 수신되면, 데이터 수신기의 최적 고유벡터들 및 가중치 정보를 기초로 다중 안테나 각각의 송신빔 가중치를 생성한다(S640, S650).When the quantized weight information of the best eigenvectors fed back by the data receiver is received after the selection signal is transmitted, the transmission beam weights of the multiple antennas are generated based on the best eigenvectors and the weight information of the data receiver (S640 and S650). .

이때, 송신기는 상술한 <수학식 12>를 이용하여 송신빔 가중치를 생성할 수 있다.In this case, the transmitter may generate the transmission beam weight by using Equation 12 described above.

여기서, 송신기는 데이터 수신기로부터 기 궤환된 최적 고유벡터들을 저장할 수 있는데, 최적 고유벡터들은 고유벡터들 정보가 변경되거나 최적 고유벡터들 개수가 변경된 경우에만 수신기로부터 궤환받아 그 정보를 갱신할 수 있다.Here, the transmitter may store the optimal eigenvectors previously fed back from the data receiver, and the optimal eigenvectors may be fed back from the receiver and updated when the eigenvectors information is changed or the number of optimal eigenvectors is changed.

예컨대, 도 7에 도시된 일 예와 같이, 송신기는 수신기로부터 궤환된 최적 고유벡터들이 있는지 판단하여 선택된 데이터 수신기로부터 최적 고유벡터들이 궤환된 경우 데이터 수신기의 최적 고유벡터들을 갱신하고, 갱신된 최적 고유벡터들 및 양자화된 가중치 정보를 이용하여 다중 안테나의 송신빔 가중치를 생성한다(S710 내지 S730).For example, as shown in FIG. 7, the transmitter determines whether there are optimal eigenvectors returned from the receiver and updates the optimal eigenvectors of the data receiver when the optimal eigenvectors are returned from the selected data receiver, and updates the updated optimal eigenvectors. The transmission beam weights of the multiple antennas are generated using the vectors and the quantized weight information (S710 to S730).

물론, 수신기로부터 변경된 최적 고유벡터들이 궤환되지 않은 경우에는 데이터 수신기로부터 기 궤환되어 저장된 최적 고유벡터들 및 양자화된 가중치 정보를 이용하여 송신빔 가중치를 생성한다.Of course, when the optimal eigenvectors changed from the receiver are not fed back, the transmission beam weight is generated using the optimal eigenvectors and quantized weight information previously fed back and stored from the data receiver.

송신기는 생성된 송신빔 가중치를 이용하여 다중 안테나 각각의 송신빔 가중치를 조절하고, 데이터를 송신빔 가중치가 조절된 다중 안테나를 통해 선택된 데이터 수신기로 전송한다(S660).The transmitter adjusts the transmission beam weight of each of the multiple antennas using the generated transmission beam weights, and transmits data to the selected data receiver through the multiple antennas having the transmission beam weights adjusted (S660).

본 발명에 의한, 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 이용한 데이터 송수신 장치 및 그 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.According to the present invention, a data transmission / reception apparatus using a multiple antenna and a method thereof in a wireless communication system can be variously modified and applied within the scope of the technical idea of the present invention, and are not limited to the above embodiments. In addition, the embodiments and drawings are merely for the purpose of describing the contents of the invention in detail, not intended to limit the scope of the technical idea of the invention, the present invention described above is common knowledge in the technical field to which the present invention belongs As those skilled in the art can have various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention, it is not limited to the embodiments and the accompanying drawings. And should be judged to include equality.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 시스템도를 도시한 것이다.1 shows a system diagram for explaining the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 수신 장치에 대한 구성 블록도로서, 도 1에 도시된 수신기에 대한 것이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a data receiving apparatus according to an embodiment of the present invention, which is illustrated in FIG. 1.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송신 장치에 대한 구성 블록도로서, 도 1에 도시된 송신기에 대한 것이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating a data transmission apparatus according to an embodiment of the present invention, and is related to the transmitter illustrated in FIG. 1.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 수신 방법에 대한 동작 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of receiving data according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 4에 도시된 단계 S430에 대한 일 실시예 동작 흐름도이다.FIG. 5 is a flowchart of an embodiment operation of step S430 shown in FIG. 4.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송신 방법에 대한 동작 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a data transmission method according to an embodiment of the present invention.

도 7은 도 6에 도시된 단계 S650에 대한 일 실시예 동작 흐름도이다.FIG. 7 is a flowchart of an embodiment operation of step S650 illustrated in FIG. 6.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

210: 데이터 수신부210: data receiving unit

220: SNR 계산부220: SNR calculation unit

230: 랜덤 빔 생성부230: random beam generation unit

240: 가중치 정보 생성부240: weight information generation unit

250: 고유벡터 생성부250: eigenvector generator

260: 궤환부260: feedback

270: 상관 관계 추정부270: correlation estimation unit

310: 데이터 송신부310: data transmission unit

311: 데이터 선택부311: data selector

312: 송신빔 조절부312: transmission beam control unit

320: 수신기 선택부320: receiver selector

330: 가중치 생성부330: weight generation unit

340: 수신부340: receiving unit

Claims (14)

다중 안테나로부터 송신되는 데이터를 수신하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서,A data receiving apparatus in a multi-user wireless communication system for receiving data transmitted from a multi-antenna, 상기 다중 안테나로부터 송신되는 신호를 기초로 상기 다중 안테나간의 상관 관계를 추정하는 상관 관계 추정부;A correlation estimator for estimating a correlation between the multiple antennas based on a signal transmitted from the multiple antennas; 상기 다중 안테나간의 상관 행렬로부터 상기 상관 행렬의 고유벡터들을 추출하고, 상기 고유벡터들 중 최적 고유벡터들의 개수를 계산하여 상기 개수에 해당하는 최적 고유벡터들을 생성하는 고유벡터 생성부;An eigenvector generator for extracting eigenvectors of the correlation matrix from the correlation matrix between the multiple antennas and calculating optimal eigenvectors among the eigenvectors to generate optimal eigenvectors corresponding to the number; 상기 최적 고유벡터들을 기초로 상기 최적 고유벡터들에 대한 가중치 값을 생성하고 양자화하여 상기 최적 고유벡터들의 가중치 정보를 생성하는 가중치 정보 생성부; 및A weight information generation unit generating weight information on the optimal eigenvectors based on the optimal eigenvectors and quantizing the weighted eigenvectors; And 상기 다중 안테나 각각의 가중치를 계산하기 위한, 상기 최적 고유벡터들 및 상기 가중치 정보를 상기 다중 안테나를 구비한 송신기로 궤환하는 궤환부A feedback unit for returning the optimal eigenvectors and the weight information to the transmitter having the multiple antennas for calculating the weight of each of the multiple antennas 를 포함하는 데이터 수신 장치.Data receiving apparatus comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고유벡터 생성부는The eigenvector generator 하기 <수학식 1>을 이용하여 상기 최적 고유벡터들 개수를 계산하는 데이터 수신 장치.A data receiving apparatus for calculating the optimal number of eigenvectors using Equation 1 below. <수학식 1>&Quot; (1) &quot;
Figure 112008066530226-PAT00032
Figure 112008066530226-PAT00032
여기서, L(k)는 최적 고유벡터들 개수, M은 송신기에 구비된 다중 안테나 개수, K는 복수의 수신기 개수, σ2 k,l 은 k번째 수신기의 l번째 고유값을 의미한다.Where L (k) is the number of optimal eigenvectors, M is the number of multiple antennas provided in the transmitter, K is the number of receivers, and σ 2 k, l is the l-th eigenvalue of the k-th receiver.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 and 2, 상기 최적 고유벡터들을 기초로 신호 대 잡음비를 계산하는 신호 대 잡음비 계산부Signal to noise ratio calculation unit for calculating the signal to noise ratio based on the optimal eigenvectors 를 더 포함하고,More, 상기 궤환부는The feedback part 상기 신호 대 잡음비를 상기 송신기로 궤환하는 데이터 수신 장치.And a data receiving device for feeding back the signal-to-noise ratio to the transmitter. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 최적 고유벡터들을 기초로 랜덤 빔 가중치를 생성하고, 상기 랜덤 빔 가중치를 상기 신호 대 잡음비 계산부로 출력하는 랜덤 빔 생성부A random beam generator generates random beam weights based on the optimal eigenvectors and outputs the random beam weights to the signal to noise ratio calculator. 를 더 포함하고,More, 상기 신호 대 잡음비 계산부는The signal-to-noise ratio calculation unit 상기 랜덤 빔 가중치를 기초로 상기 신호 대 잡음비를 계산하는 데이터 수신 장치.And calculating the signal-to-noise ratio based on the random beam weight. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 and 2, 상기 궤환부는The feedback part 상기 최적 고유벡터들 개수가 변경되거나 상기 고유벡터들 정보가 변경된 경우 상기 최적 고유벡터들을 상기 송신기로 궤환하는 데이터 수신 장치.And the optimum eigenvectors are fed back to the transmitter when the number of the best eigenvectors is changed or the eigenvectors information is changed. 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 이용한 데이터 송신 장치에 있어서,A data transmission apparatus using multiple antennas in a multi-user wireless communication system, 수신기로부터 상기 다중 안테나간의 상관 행렬을 기초로 생성된 상기 상관 행렬의 최적 고유벡터들과 상기 최적 고유벡터들의 가중치 정보를 수신하는 수신부;A receiver configured to receive optimal eigenvectors of the correlation matrix and weight information of the optimal eigenvectors generated based on a correlation matrix between the multiple antennas from a receiver; 상기 최적 고유벡터들 및 상기 가중치 정보를 기초로 상기 다중 안테나 각각의 송신빔 가중치를 생성하는 가중치 생성부; 및A weight generator configured to generate a transmission beam weight of each of the multiple antennas based on the optimal eigenvectors and the weight information; And 상기 송신빔 가중치를 기초로 송신빔 가중치가 조절된 상기 다중 안테나를 통해 상기 수신기로 데이터를 송신하는 데이터 송신부A data transmitter for transmitting data to the receiver through the multiple antennas whose transmission beam weights are adjusted based on the transmission beam weights 를 포함하는 데이터 송신 장치.Data transmission device comprising a. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 수신부를 통해 수신된 복수의 수신기 각각의 신호 대 잡음비를 기초로 상기 복수의 수신기 중 데이터를 수신받을 데이터 수신기를 선택하는 수신기 선택부A receiver selector configured to select a data receiver to receive data among the plurality of receivers based on a signal-to-noise ratio of each of the plurality of receivers received through the receiver; 를 더 포함하는 데이터 송신 장치.Data transmission device further comprising. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 수신기 선택부는The receiver selector 상기 복수의 수신기 각각으로부터 수신된 신호 대 잡음비 중 최대값의 신호 대 잡음비를 갖는 수신기를 데이터 수신기로 선택하는 데이터 송신 장치.And selecting a receiver having a maximum signal-to-noise ratio among the signal-to-noise ratios received from each of the plurality of receivers as a data receiver. 다중 안테나로부터 송신되는 데이터를 수신하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 방법에 있어서,A data receiving method in a multi-user wireless communication system for receiving data transmitted from a multi-antenna, 상기 다중 안테나로부터 송신되는 신호를 기초로 상기 다중 안테나간의 상관 관계를 추정하는 단계;Estimating correlation between the multiple antennas based on the signal transmitted from the multiple antennas; 상기 다중 안테나간의 상관 행렬로부터 상기 상관 행렬의 고유벡터들을 생성하는 단계;Generating eigenvectors of the correlation matrix from the correlation matrix between the multiple antennas; 상기 고유벡터들 중 최적 고유벡터들의 개수를 계산하는 단계;Calculating the number of optimal eigenvectors among the eigenvectors; 상기 계산된 개수에 해당하는 최적 고유벡터들을 기초로 상기 최적 고유벡터들의 가중치 값을 생성하고 양자화하여 상기 고유벡터들의 가중치 정보를 생성하는 단계; 및Generating weight information of the optimal eigenvectors based on the optimal eigenvectors corresponding to the calculated number and quantizing the weighted values of the eigenvectors; And 상기 다중 안테나 각각의 가중치를 계산하기 위한, 상기 최적 고유벡터들 및 상기 가중치 정보를 상기 다중 안테나를 구비한 송신기로 궤환하는 단계Feeding back the optimal eigenvectors and the weight information to the transmitter having the multiple antennas for calculating the weight of each of the multiple antennas. 를 포함하는 데이터 수신 방법.Data receiving method comprising a. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 계산하는 단계는The calculating step 하기 <수학식 1>을 이용하여 상기 최적 고유벡터들 개수를 계산하는 데이터 수신 방법.A data receiving method for calculating the optimal number of eigenvectors using Equation 1 below. <수학식 1>&Quot; (1) &quot;
Figure 112008066530226-PAT00033
Figure 112008066530226-PAT00033
여기서, L(k)는 최적 고유벡터들 개수, M은 송신기에 구비된 다중 안테나 개수, K는 복수의 수신기 개수, σ2 k,l 은 k번째 수신기의 l번째 고유값을 의미한다.Where L (k) is the number of optimal eigenvectors, M is the number of multiple antennas provided in the transmitter, K is the number of receivers, and σ 2 k, l is the l-th eigenvalue of the k-th receiver.
제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 최적 고유벡터들을 기초로 랜덤 빔 가중치를 생성하는 단계; 및Generating a random beam weight based on the optimal eigenvectors; And 상기 랜덤 빔 가중치를 기초로 신호 대 잡음비를 계산하여 상기 송신기로 궤환하는 단계Calculating a signal-to-noise ratio based on the random beam weight and feeding back to the transmitter 를 더 포함하는 데이터 수신 방법.The data receiving method further comprises. 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 이용한 데이터 송신 방법에 있어서,A data transmission method using multiple antennas in a multi-user wireless communication system, 수신기로부터 상기 다중 안테나간의 상관 행렬을 기초로 생성된 상기 상관 행렬의 최적 고유벡터들과 상기 최적 고유벡터들의 가중치 정보를 수신하는 단계;Receiving optimal eigenvectors of the correlation matrix and weight information of the optimal eigenvectors generated based on the correlation matrix between the multiple antennas from a receiver; 상기 최적 고유벡터들 및 상기 가중치 정보를 기초로 상기 다중 안테나 각각의 송신빔 가중치를 생성하는 단계; 및Generating a transmission beam weight of each of the multiple antennas based on the optimal eigenvectors and the weight information; And 상기 송신빔 가중치를 기초로 송신빔 가중치가 조절된 상기 다중 안테나를 통해 상기 수신기로 데이터를 송신하는 단계Transmitting data to the receiver through the multiple antennas whose transmission beam weights are adjusted based on the transmission beam weights; 를 포함하는 데이터 송신 방법.Data transmission method comprising a. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 복수의 수신기 각각으로부터 수신된 신호 대 잡음비를 기초로 상기 복수의 수신기 중 데이터를 수신받을 데이터 수신기를 선택하는 단계Selecting a data receiver to receive data from among the plurality of receivers based on a signal-to-noise ratio received from each of the plurality of receivers 를 더 포함하는 데이터 송신 방법.The data transmission method further comprising. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 선택하는 단계는The step of selecting 상기 복수의 수신기 각각의 신호 대 잡음비 중 최대값의 신호 대 잡음비를 갖는 수신기를 데이터 수신기로 선택하는 데이터 송신 방법.And selecting a receiver having a maximum signal-to-noise ratio among the signal-to-noise ratios of each of the plurality of receivers as a data receiver.
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