KR20100057177A - Apparatus and method for zero-forcing beamforming in distributed mimo system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A device and a method for zero-forcing beam forming in a distributed MIMO system are provided to maximize transmission capacity in consideration of the maximum power limit condition per a base station during downlink transmission of a ZF beam forming mode. CONSTITUTION: A power allocation unit(306) allocates power to transmission data in consideration of a maximum power condition per a base station. A precoder(308) performs zero-forcing beam forming to transmit the transmission data to which the power is allocated. A channel information matrix feedback receiver(300) receives channel information matrices from terminals. A transmission mode determiner(302) calculates a power allocation coefficient vector.

Description

분산 다중 입출력 시스템에서 최적의 영점-강제 빔포밍을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ZERO-FORCING BEAMFORMING IN DISTRIBUTED MIMO SYSTEM}Apparatus and Method for Optimal Zero-Forced Beamforming in Distributed Multiple Input / Output Systems {APPARATUS AND METHOD FOR ZERO-FORCING BEAMFORMING IN DISTRIBUTED MIMO SYSTEM}

본 발명은 분산 MIMO 시스템에서 최적의 ZF 빔포밍을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 지리적으로 분산 배치된 기지국들이 유선 또는 전용회선으로 연결되어 있는 분산 MIMO 시스템에서, 다중 사용자를 위한 ZF 빔포밍 방식의 하향링크 전송 시, 기지국 당 전송 가능한 최대 전력 제약 조건을 고려하여 전송 용량을 최대화하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for optimal ZF beamforming in a distributed MIMO system, and more particularly to a ZF beamforming for multiple users in a distributed MIMO system in which geographically dispersed base stations are connected by wire or dedicated line. The present invention relates to an apparatus and method for maximizing a transmission capacity in consideration of a maximum power constraint that can be transmitted per base station in the downlink transmission of the scheme.

최근 고속 및 고품질의 데이터 전송에 대한 요구가 증대됨에 따라, 이를 만족시키기 위한 기술 중의 하나로 다수의 송수신 안테나들을 사용하는 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 기술이 크게 주목되고 있다. 상기 MIMO 기술은 다수의 안테나들로 인한 다수의 채널들을 이용하여 통신을 수행함으로써, 단일 안테나를 사용하는 경우보다 채널 용량을 크게 개선 시킬 수 있는 기술이다. 예를 들어, 송수신단이 모두 M개의 송신 안테나 및 수신 안테나를 사용하고, 각 안테나 간의 채널이 독립적이며, 대역폭과 전체 송신 전력이 고정되었을 경우, 평균 채널 용량은 단일 안테나에 비해 M배 증가하게 된다.Recently, as the demand for high-speed and high-quality data transmission has increased, a multiple input multiple output (MIMO) technique using a plurality of transmit / receive antennas is one of the techniques for satisfying this. . The MIMO technology is a technology that can significantly improve the channel capacity than when using a single antenna by performing communication using a plurality of channels due to a plurality of antennas. For example, if both the transmitting and receiving ends use M transmit antennas and receive antennas, the channels between each antenna are independent, and the bandwidth and the total transmit power are fixed, the average channel capacity is increased by M times compared to a single antenna. .

상기 MIMO 기술은 단일 사용자 MIMO(Single User MIMO : 이하 'SU-MIMO'라 칭함) 기술과 다중 사용자 MIMO(Multiple User MIMO : 이하 'MU-MIMO'라 칭함) 기술로 나누어질 수 있다. 상기 SU-MIMO 기술은 한 쌍의 송수신단이 다수의 안테나들에 의한 다수의 채널들을 모두 점유하여 일대 일 통신을 수행하기 위한 것이며, 상기 MU-MIMO 기술은 다수의 안테나들에 의한 다수의 채널들을 분할하여 사용함으로써, 일대 다수 관계인 송수신단 간에 통신을 수행하기 위한 것이다.The MIMO technology may be divided into a single user MIMO (hereinafter referred to as "SU-MIMO") technology and a multiple user MIMO (hereinafter referred to as "MU-MIMO") technology. The SU-MIMO technology is for a pair of transceivers to perform one-to-one communication by occupying a plurality of channels by a plurality of antennas, and the MU-MIMO technology uses a plurality of channels by a plurality of antennas. By dividing and using, it is for performing communication between transmitting and receiving ends having a one-to-many relationship.

MU-MIMO 시스템에서는 다른 사용자 혹은 다른 안테나의 간섭을 줄이기 위해 송신단이 송신 신호에 채널의 역수를 곱하여 전송하는 영점-강제(Zero-Forcing : 이하 'ZF'라 칭함) 빔포밍 방식을 주로 사용한다. 상기 MU-MIMO 시스템에서 ZF 빔포밍 방식을 사용할 경우, 송신단은 총 전력 제한(total power constraint) 조건하에서 안테나별로 전력을 서로 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 송신단이 4개의 안테나를 사용하고 총 20W의 전력을 사용 가능할 수 있을 경우, 각 안테나에 6W, 4W, 8W, 2W의 전력을 할당할 수 있다. In the MU-MIMO system, a zero-forcing beamforming method, in which a transmitting end multiplies a reciprocal of a channel and transmits a transmission signal, is mainly used to reduce interference of another user or another antenna. When the ZF beamforming method is used in the MU-MIMO system, the transmitting end may set power differently for each antenna under a total power constraint condition. For example, if a transmitter uses four antennas and can use a total of 20 W of power, each antenna may be allocated 6 W, 4 W, 8 W, and 2 W of power.

한편, 분산 MIMO 시스템은, 지리적으로 분산 배치된 다수의 유닛(Unit)들이 유선 또는 전용 회선으로 연결되어 단말의 정보를 공유하며 모두 같은 주파수 대역을 사용하여 데이터를 전송하는 시스템을 말한다. 여기서, 상기 유닛은 기지국(Base station), 중계국(Relay station), 분리되어 있는 증폭기(Amplifier) 중 하나가 될 수 있으며, 이하 설명에서는 기지국을 예로 들어 설명하기로 한다. Meanwhile, the distributed MIMO system refers to a system in which a plurality of geographically dispersed units are connected by wire or dedicated line to share information of a terminal and transmit data using the same frequency band. Here, the unit may be one of a base station, a relay station, and a separate amplifier. Hereinafter, the base station will be described as an example.

상기 분산 MIMO 시스템의 하향링크 전송 시 가능한 전송 방식으로, 단일 사용자에 대한 단일 안테나 전송(Single-Antenna Transmission : SAT) 및 송신 안테나간 협조적 전송을 통한 수신 신호 대 간섭 및 잡음 비(Signal to Interference plus Noise Ratio : 이하 'SINR'이라 칭함)를 증대시키는 방안 등이 널리 연구되어 왔다. 특히 협조적 전송 기법에는 수신 SINR을 최대화하는 최대 비율 전송(Maximal Ratio Transmission : MRT), 송신 안테나간 송신 전력을 동일하게 송출하는 등이득 전송(Equal Gain Transmission : 이하 'EGT'라 칭함), 시공간 블록 부호화(Space-Time Block Coding : 이하 'STBC'라 칭함)에 의한 전송 등이 가능하며, 상기 분산 MIMO 시스템과 같이 송신 안테나가 지리적으로 분산되어 있는 경우 안테나당 독립적으로 최대 송출 가능한 전력 제약 조건이 있으므로 EGT 및 STBC와 같은 안테나간 균등 전력 송출 방식이 적합하다. 이와 같은 단일 사용자에 대한 다양한 전송 방식을 적용할 때, 순간 채널 상황에 따라 송신 안테나를 선택적으로 사용하면 특히 기지국간 경계 지역에 있는 사용자에 대한 SINR 증대 및 그에 따른 전송 용량의 증대가 가능하다. 상기 분산 MIMO 시스템에서는 이러한 단일 사용자 전송 방식을 적절히 사용함으로써, 스케줄링 및 안테나 선택 기법을 통해 지리적으로 불균등하게 배치된 다수 사용자들에 대한 서비스를 지원할 수 있다. As a transmission method capable of downlink transmission of the distributed MIMO system, a signal to interference plus noise ratio is achieved through a single antenna transmission (SAT) for a single user and cooperative transmission between transmitting antennas. Ratio (hereinafter referred to as 'SINR') has been widely studied. In particular, the cooperative transmission scheme includes maximum ratio transmission (MRT) that maximizes received SINR, equal transmission of transmission power between transmitting antennas equally (Equal Gain Transmission: hereinafter referred to as 'EGT'), and space-time block coding. (Space-Time Block Coding: hereinafter referred to as 'STBC'), etc., and when the transmitting antennas are geographically distributed as in the distributed MIMO system, there is a power limitation that can be independently transmitted per antenna. And equal power transmission scheme between antennas such as STBC is suitable. When applying a variety of transmission schemes for such a single user, by selectively using the transmission antenna according to the instantaneous channel situation, it is possible to increase the SINR and the transmission capacity accordingly, especially for users in the boundary area between base stations. In the distributed MIMO system, such a single user transmission scheme may be appropriately used to support services for geographically unevenly arranged users through scheduling and antenna selection techniques.

또한, 다수 사용자에 대한 순간 채널을 행렬로 표시하였을 때 직교성(orthogonality)이 우수한(well-conditioned) 채널인 경우, 상기 분산 MIMO 시스템은 상기 단일 사용자 전송 방식이 아닌 다수 사용자에 대한 ZF 빔포밍 방식을 적 용함으로써 더욱 증대된 전송 용량을 얻을 수 있다. 상기 ZF 빔포밍 방식의 경우 대상이 되는 사용자간의 간섭은 모두 제거되므로 외부의 간섭량에 따라 전송 용량이 좌우되며, 특히 네트워크 내의 모든 안테나간 ZF 빔포밍을 적용하면 안테나간 간섭이 모두 상쇄되어 매우 큰 전송 용량을 얻을 수 있게 된다. In addition, when the instantaneous channel for a plurality of users is represented as a matrix, when the channel is well-conditioned, the distributed MIMO system uses a ZF beamforming scheme for a plurality of users instead of the single user transmission scheme. By applying it, more transmission capacity can be obtained. In the case of the ZF beamforming method, since the interference between the target users is all removed, the transmission capacity depends on the amount of external interference. Especially, when the ZF beamforming between all antennas in the network is applied, the interference between the antennas is canceled out so that the transmission is very large. Capacity can be obtained.

하지만, 상기 분산 MIMO 시스템은 상기 MU-MIMO 시스템과 다르게 기지국당 사용할 수 있는 전력이 고정되어 있기 때문에 상기 MU-MIMO 시스템에서의 ZF 빔포밍 방식을 상기 분산 MIMO 시스템에 그대로 적용하면 아래와 같은 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들어 기지국당 최대 5W만을 사용할 수 있다고 가정하였을 시, 상기 MU-MIMO 시스템에서의 예의 경우 각 안테나에 6W, 4W, 8W, 2W의 전력을 할당해야 하지만, 상기 분산 MIMO 시스템에서는 이 중 6W, 8W를 지원할 수 없게 된다. However, unlike the MU-MIMO system, the distributed MIMO system has a fixed power that can be used per base station. Therefore, if the ZF beamforming method of the MU-MIMO system is applied to the distributed MIMO system, the following problems may occur. Can be. For example, assuming that only a maximum of 5W per base station can be used, in the example of the MU-MIMO system, 6W, 4W, 8W, and 2W power should be allocated to each antenna. However, in the distributed MIMO system, 6W, You will not be able to support 8W.

따라서, 상기 분산 MIMO 시스템에 적합한 최적의 ZF 빔포밍 방식의 제안이 필요하다. Therefore, there is a need for proposal of an optimal ZF beamforming method suitable for the distributed MIMO system.

따라서, 본 발명의 목적은 분산 MIMO 시스템에서 최적의 ZF 빔포밍을 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for optimal ZF beamforming in a distributed MIMO system.

본 발명의 다른 목적은 지리적으로 분산 배치된 기지국들이 유선 또는 전용회선으로 연결되어 있는 분산 MIMO 시스템에서, 다중 사용자를 위한 ZF 빔포밍 방식의 하향링크 신호 전송 시, 기지국 당 전송 가능한 최대 전력 제약 조건을 고려하여 전송 용량을 최대화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a maximum power constraint that can be transmitted per base station when transmitting ZF beamforming downlink signals for multiple users in a distributed MIMO system in which geographically dispersed base stations are connected by wire or dedicated lines. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for maximizing a transmission capacity.

본 발명의 다른 목적은 분산 MIMO 시스템에서 순간 채널 환경에 따라 높은 전송 용량 영역에서 우월한 성능을 보이는 ZF 빔포밍 방식과 낮은 전송 용량 영역에서 우월한 성능을 보이는 LQ 분해(decomposition) 방식을 선택적으로 사용함으로써, 일반적인 ZF 빔포밍 방식 대비 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to selectively use a ZF beamforming method showing superior performance in a high transmission capacity region and an LQ decomposition scheme showing excellent performance in a low transmission capacity region according to an instantaneous channel environment in a distributed MIMO system. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for improving performance compared to a general ZF beamforming method.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 지리적으로 분산 배치된 기지국들이 유선 또는 전용회선으로 연결되어 있는 분산 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO) 시스템에서 데이터 전송을 위한 방법은, 기지국 당 최대 전력 조건을 고려하여 송신 데이터에 전력을 할당하는 과정과, 상기 전력이 할당된 송신 데이터에 영점-강제(Zero-Forcing : ZF) 빔포밍을 수행하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a method for transmitting data in a multiple input multiple output (MIMO) system in which geographically dispersed base stations are connected by wire or dedicated line is provided. And allocating power to transmission data in consideration of the maximum power condition, and performing zero-forcing (ZF) beamforming on the transmission data to which the power is allocated. .

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 지리적으로 분산 배치된 기지국들이 유선 또는 전용회선으로 연결되어 있는 분산 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO) 시스템에서 데이터 전송을 위한 장치는, 기지국 당 최대 전력 조건을 고려하여 송신 데이터에 전력을 할당하는 전력 할당부와, 상기 전력이 할당된 송신 데이터에 영점-강제(Zero-Forcing : ZF) 빔포밍을 수행하여 전송하는 프리코더를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention to achieve the above object, an apparatus for transmitting data in a multiple input multiple output (MIMO) system in which geographically dispersed base stations are connected by wire or dedicated line, A power allocator for allocating power to transmission data in consideration of a maximum power condition per unit, and a precoder for performing transmission by performing zero-forcing (ZF) beamforming on the transmission data to which power is allocated. It features.

본 발명은 지리적으로 분산 배치된 기지국들이 유선 또는 전용회선으로 연결되어 있는 분산 MIMO 시스템에서, 기지국 당 전송 가능한 최대 전력 제약 조건을 고려하여 전송 용량을 최대화하는 최적의 ZF 빔포밍 방식을 제공함으로써, MU-MIMO 시스템에서의 ZF 빔포밍 방식을 상기 분산 MIMO 시스템에 그대로 적용하였을 시 발생할 수 있는 문제점을 해결할 수 있는 이점이 있다. 또한, 순간 채널 환경에 따라 높은 전송 용량 영역에서 우월한 성능을 보이는 ZF 빔포밍 방식과 낮은 전송 용량 영역에서 우월한 성능을 보이는 LQ 분해(decomposition) 방식을 선택적으로 사용함으로써, 일반적인 ZF 빔포밍 방식 대비 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. The present invention provides an optimal ZF beamforming method for maximizing transmission capacity in consideration of the maximum power constraint that can be transmitted per base station in a distributed MIMO system in which geographically distributed base stations are connected by wire or dedicated line. The ZF beamforming method in the MIMO system has an advantage of solving problems that may occur when it is applied to the distributed MIMO system as it is. In addition, ZF beamforming method which shows superior performance in the high transmission capacity region and LQ decomposition method which shows superior performance in the low transmission capacity region can be selectively used according to the instantaneous channel environment. There is an advantage that can be improved.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작원리 를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, the operation principle of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

이하 본 발명은 분산 MIMO 시스템에서, 다중 사용자를 위한 ZF 빔포밍 방식의 하향링크 신호 전송 시, 기지국 당 전송 가능한 최대 전력 제약 조건을 고려하여 전송 용량을 최대화하기 위한 방안에 대해 설명한다. Hereinafter, a method for maximizing transmission capacity in consideration of the maximum power constraint that can be transmitted per base station when transmitting a ZF beamforming downlink signal for multiple users in a distributed MIMO system will be described.

한편, 상기 분산 MIMO 시스템에서는 다수의 기지국들이 지리적으로 균일하게 분포하여, ZF 빔포밍을 위한 전송 기지국 그룹을 선택하는 경우 그 외부에 또 다른 기지국들이 연속적으로 배치되어 있으므로 현실적으로 외부의 간섭을 완전히 배제하는 전송이 사실상 불가능하다. 또한 외부의 기지국들도 다른 사용자에 대한 서비스를 위해 동일한 레벨의 전력을 송출하고 있으므로 외부의 간섭량이 상대적으로 큰 환경이라 할 수 있다. On the other hand, in the distributed MIMO system, a plurality of base stations are uniformly distributed geographically, and when selecting a transmission base station group for ZF beamforming, another base station is continuously disposed outside thereof, thereby completely eliminating external interference. Transmission is virtually impossible. In addition, since external base stations also transmit the same level of power for services to other users, it can be said to be an environment with a large amount of external interference.

상기 ZF 빔포밍 방식은 채널 행렬의 직교성에 따라 전송 용량의 성능 변화가 큰 전송 방식으로, 높은 전송 용량 영역에서는 우월한 성능을 가지나, 낮은 전송 용량 영역에서는 열화된 성능을 가진다. 따라서 순간 채널 행렬에 직교성이 결여되 어 있는 나쁜(ill-conditioned) 채널 환경일 경우, ZF 빔포밍 방식 대신 단일 사용자 전송 또는 사용자간 직교성을 포기하면서 사용자간 우선순위에 따라 간섭량을 조절해주는 LQ 분해(또는 QR 분해) 등의 전송 방식을 적용하는 것이 바람직하다. 상기 LQ 분해 방식은 낮은 전송 용량 영역에서 ZF 빔포밍 방식보다 높은 성능을 보이며, LQ 분해 과정 시 외부 간섭량

Figure 112008080284521-PAT00001
값을 필요로 하지 않는다는 장점이 있다. 또한 알고리듬 상의 반복 과정이 없이 계산되므로 구현 복잡도 측면에서 큰 장점이 있는 방식이다.The ZF beamforming scheme is a transmission scheme with a large performance change in transmission capacity according to orthogonality of a channel matrix. The ZF beamforming scheme has superior performance in a high transmission capacity region but degrades in a low transmission capacity region. Therefore, in an ill-conditioned channel environment that lacks orthogonality in the instantaneous channel matrix, the LQ decomposition that adjusts the amount of interference according to the priority between users while giving up the single user transmission or the orthogonality between users instead of the ZF beamforming method Or QR decomposition). The LQ decomposition scheme has higher performance than the ZF beamforming scheme in a low transmission capacity region, and the amount of external interference during the LQ decomposition process.
Figure 112008080284521-PAT00001
The advantage is that no value is required. In addition, this algorithm has a great advantage in terms of implementation complexity because it is calculated without an iterative process.

따라서, 이하 본 발명은 분산 MIMO 시스템에서, 순간 채널 환경에 따라, 높은 전송 용량 영역에서 우월한 성능을 보이는 상기 ZF 빔포밍 방식과 낮은 전송 용량 영역에서 우월한 성능을 보이는 LQ 분해(decomposition) 방식을 선택적으로 사용하기 위한 방안에 대해 설명한다. Accordingly, the present invention, according to the instantaneous channel environment in a distributed MIMO system, selectively selects the ZF beamforming scheme showing superior performance in the high transmission capacity region and the LQ decomposition scheme showing superior performance in the low transmission capacity region. Describe how to use it.

이하 설명에서, 분산 MIMO는 분리되어 있는 다수 유닛(Unit)의 안테나들을 통합적으로 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로, 네트워크 MIMO(Network MIMO), 다중 기지국 MIMO(Multi-BS MIMO)를 모두 포함하는 의미이다. 여기서, 상기 유닛은 기지국(Base Station), 중계기(Relay Station), 분리되어 있는 증폭기(Amplifier) 등이 될 수 있으며, 이하 본 발명에서는 기지국을 예로 들어 설명하기로 한다. In the following description, distributed MIMO is a method of transmitting data using integrated antennas of a plurality of units, which includes both network MIMO and multi-BS MIMO. to be. Here, the unit may be a base station, a relay station, a separate amplifier, and the like, which will be described below using the base station as an example.

도 1은 본 발명에 따른 분산 MIMO 시스템의 구조를 도시한 도면이다. 1 is a diagram showing the structure of a distributed MIMO system according to the present invention.

상기 도 1을 참조하면, 상기 분산 MIMO 시스템은, 지리적으로 분산 배치되어 적어도 하나 이상의 단말(110, 120, 130, 140, 150)과 교신 가능한 적어도 하나 이상의 분산 안테나(ditributed antenna)(101, 102, 103, 104)와, 상기 분산 안테나(101, 102, 103, 104)와 유선 또는 전용회선으로 연결되어 상기 단말(110, 120, 130, 140, 150)과 통신하는 기지국(100)과, 상기 분산 안테나(101, 102, 103, 104)를 통해 상기 기지국(100)과 통신하는 하나 이상의 단말(110, 120, 130, 140, 150)을 포함하여 구성된다. 본 발명에 따라 상기 기지국(100)은 분산 안테나(101, 102, 103, 104) 당 최대 전력 조건을 고려하여 전송 용량을 최대화하도록 안테나당 최적의 전력을 할당한다. Referring to FIG. 1, the distributed MIMO system includes at least one distributed antenna 101, 102, geographically distributed and capable of communicating with at least one terminal 110, 120, 130, 140, 150. 103 and 104, the distributed antennas (101, 102, 103, 104) and the base station 100 is connected to a wired or dedicated line to communicate with the terminal (110, 120, 130, 140, 150), and the distributed It is configured to include one or more terminals (110, 120, 130, 140, 150) to communicate with the base station 100 through the antenna (101, 102, 103, 104). According to the present invention, the base station 100 allocates an optimal power per antenna to maximize transmission capacity in consideration of the maximum power condition per distributed antenna 101, 102, 103, 104.

도 2는 본 발명에 따른 분산 MIMO 시스템의 다른 구조를 도시한 도면이다. 2 is a diagram showing another structure of a distributed MIMO system according to the present invention.

상기 도 2를 참조하면, 상기 분산 MIMO 시스템은, 지리적으로 분산 배치되어 적어도 하나 이상의 단말(210, 220, 230, 240, 250)과 교신 가능한 적어도 하나 이상의 기지국(201, 202, 203, 204)과, 상기 기지국(201, 202, 203, 204)과 유선 또는 전용회선으로 연결되어 상기 단말(210, 220, 230, 240, 250)과 통신하는 중앙 제어 유닛(200)과, 상기 기지국(201, 202, 203, 204)을 통해 상기 중앙 제어 유닛(200)과 통신하는 하나 이상의 단말(210, 220, 230, 240, 250)을 포함하여 구성된다. 본 발명에 따라 상기 중앙 제어 유닛(200)은 기지국(201, 202, 203, 204) 당 최대 전력 조건을 고려하여 전송 용량을 최대화하도록 기지국당 최적의 전력을 할당한다. 상기 기지국(201, 202, 203, 204)들은 서로 유선 또는 전용회선으로 연 결되어 단말(210, 220, 230, 240, 250)들의 정보를 공유하며, 모두 같은 주파수 대역(즉, 주파수 재사용 계수가 1)을 사용한다. 상기 기지국(201, 202, 203, 204)과 단말(210, 220, 230, 240, 250)은 모두 다수개의 안테나를 가질 수 있고, 네트워크 내의 단말(210, 220, 230, 240, 250)은 주위의 여러 기지국(201, 202, 203, 204)으로부터 단일 전송, 협조적 전송, 또는 ZF 빔포밍에 의한 다중 사용자 동시 전송을 받는 것이 가능하다.Referring to FIG. 2, the distributed MIMO system includes at least one base station 201, 202, 203, and 204 that are geographically distributed and capable of communicating with at least one or more terminals 210, 220, 230, 240, and 250. And a central control unit 200 connected to the base stations 201, 202, 203, and 204 by wire or dedicated line to communicate with the terminals 210, 220, 230, 240, and 250, and the base stations 201, 202. And one or more terminals 210, 220, 230, 240, 250 in communication with the central control unit 200 via 203, 204. According to the present invention, the central control unit 200 allocates an optimal power per base station to maximize transmission capacity in consideration of the maximum power condition per base station 201, 202, 203, 204. The base stations 201, 202, 203, and 204 are connected to each other by wire or dedicated line to share information of the terminals 210, 220, 230, 240, and 250, and all have the same frequency band (i.e., frequency reuse coefficients). Use 1). The base station 201, 202, 203, 204 and the terminal 210, 220, 230, 240, 250 may all have a plurality of antennas, and the terminals 210, 220, 230, 240, 250 in the network may It is possible to receive a single transmission, cooperative transmission, or multi-user simultaneous transmission by ZF beamforming from several base stations 201, 202, 203, and 204 of the.

이하 본 발명에 따른 실시 예에서는 상기 도 2의 분산 MIMO 시스템을 예로 들어 설명하기로 한다. Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described using the distributed MIMO system of FIG. 2 as an example.

여기서, 단일 송신 안테나를 가지는 M개의 기지국으로부터 단일 수신 안테나를 가지는 K개의 단말에 ZF 빔포밍을 수행하기 위한 수신 신호 모델은 하기 <수학식 1>과 같이 표현할 수 있다. Here, a received signal model for performing ZF beamforming from M base stations having a single transmit antenna to K terminals having a single receive antenna may be expressed by Equation 1 below.

Figure 112008080284521-PAT00002
Figure 112008080284521-PAT00002

Figure 112008080284521-PAT00003
Figure 112008080284521-PAT00003

여기서, 상기

Figure 112008080284521-PAT00004
는 수신 신호 벡터이고, 상기
Figure 112008080284521-PAT00005
는 송수신 안 테나 사이에 형성되는 네트워크 채널 행렬로서, 원소
Figure 112008080284521-PAT00006
는 k번째 단말과 m번째 기지국 사이의 채널 이득을 의미한다. 상기
Figure 112008080284521-PAT00007
는 송신 선처리 행렬로서, 상기
Figure 112008080284521-PAT00008
의 의사역행렬로 구한다. 상기
Figure 112008080284521-PAT00009
는 전력 정규화 계수로서, 전력 할당을 통한 기지국 당 최대 전력 제약 조건을 만족시키고자 하는 전력 할당 최적화 변수이고, 상기
Figure 112008080284521-PAT00010
는 k번째 단말로 전송하고자 하는 복소 심볼이다. 상기
Figure 112008080284521-PAT00011
는 수신기에서의 열잡음을 포함하는 외부의 복소 간섭 신호이다. Where
Figure 112008080284521-PAT00004
Is a received signal vector, and
Figure 112008080284521-PAT00005
Is the network channel matrix formed between the transmit and receive antennas,
Figure 112008080284521-PAT00006
Denotes a channel gain between the k-th terminal and the m-th base station. remind
Figure 112008080284521-PAT00007
Is the transmit preprocessing matrix,
Figure 112008080284521-PAT00008
Obtain the pseudo inverse of. remind
Figure 112008080284521-PAT00009
Is a power normalization coefficient, which is a power allocation optimization variable for satisfying a maximum power constraint per base station through power allocation.
Figure 112008080284521-PAT00010
Is a complex symbol to be transmitted to the k-th terminal. remind
Figure 112008080284521-PAT00011
Is an external complex interference signal that includes thermal noise at the receiver.

여기서, 기지국 당 전송 가능한 최대 전력이

Figure 112008080284521-PAT00012
라 하고, M개의 기지국에서 송신하는 송신 신호 벡터를
Figure 112008080284521-PAT00013
라고 하면,
Figure 112008080284521-PAT00014
로부터 하기 <수학식 2>와 같은 기지국 당 최대 전송 가능한 전력 제약(per-BS power constraint) 조건 식이 성립하여야 한다. Here, the maximum power that can be transmitted per base station is
Figure 112008080284521-PAT00012
The transmission signal vector transmitted from the M base stations
Figure 112008080284521-PAT00013
Speaking of
Figure 112008080284521-PAT00014
From Equation 2, the maximum per-BS power constraint condition equation per base station must be established.

Figure 112008080284521-PAT00015
Figure 112008080284521-PAT00015

여기서, 상기 <수학식 2>를 통해 알 수 있듯이, 상기 전력 할당 최적화 변수인

Figure 112008080284521-PAT00016
를 조절하는 것이 총 M개의 수식에 영향을 주므로, 하기 <수학식 3>과 같이 전송 용량 최대화를 목적으로 하는 최적화 문제가 형성된다.As can be seen from Equation 2, the power allocation optimization variable is
Figure 112008080284521-PAT00016
Since the control affects the total M equations, an optimization problem for the purpose of maximizing the transmission capacity is formed as shown in Equation 3 below.

Figure 112008080284521-PAT00017
Figure 112008080284521-PAT00017

Figure 112008080284521-PAT00018
Figure 112008080284521-PAT00018

Figure 112008080284521-PAT00019
Figure 112008080284521-PAT00019

여기서, 상기

Figure 112008080284521-PAT00020
Figure 112008080284521-PAT00021
의 분산으로서 단말 k에서의 간섭 신호 전력값이다. Where
Figure 112008080284521-PAT00020
silver
Figure 112008080284521-PAT00021
Is the interference signal power at terminal k as the variance of.

여기서, 상기 <수학식 3>의 목적함수는

Figure 112008080284521-PAT00022
의 선형 수식에 대한 로그함수간의 합산 형태이므로 컨벡스(convex) 식이고, 상기 <수학식 2>의 제약 조건식 역시
Figure 112008080284521-PAT00023
에 대한 선형 수식이므로 컨벡스 식이다. 따라서 상기 최적화 문제는 컨벡스 문제로서 최적의 해가 항상 존재한다. 라그랑지안 완화(Lagrangian relaxation) 기법을 통해 상기 제약 조건식을 목적함수에 포함시키면서 상기 제약 조건식에 대한 라그랑지(Lagrange) 승수 벡터
Figure 112008080284521-PAT00024
를 적용한 라그랑지안 함수는 하기 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다. Here, the objective function of Equation 3 is
Figure 112008080284521-PAT00022
Since it is a summation form between logarithmic functions of the linear equation of, it is a convex expression, and the constraint expression of Equation 2 is also
Figure 112008080284521-PAT00023
Since it is a linear equation for, it is a convex expression. Therefore, the optimization problem is a convex problem and an optimal solution always exists. Lagrange multiplier vector for the constraints, including the constraints in the objective function through a Lagrangian relaxation technique
Figure 112008080284521-PAT00024
The Lagrangian function to which can be applied can be expressed as Equation 4 below.

Figure 112008080284521-PAT00025
Figure 112008080284521-PAT00025

여기서, 상기 <수학식 4>를

Figure 112008080284521-PAT00026
에 대해 미분하면 하기 <수학식 5>를 얻을 수 있다. Where Equation 4 is
Figure 112008080284521-PAT00026
Differentiating with respect to Equation 5 can be obtained.

Figure 112008080284521-PAT00027
Figure 112008080284521-PAT00027

Figure 112008080284521-PAT00028
Figure 112008080284521-PAT00028

즉,

Figure 112008080284521-PAT00029
는 라그랑지 승수
Figure 112008080284521-PAT00030
를 이용하여 계산한다. In other words,
Figure 112008080284521-PAT00029
The Lagrange Multiplier
Figure 112008080284521-PAT00030
Calculate using

여기서, 상기 라그랑지 승수는 하기 <수학식 6>과 같은 서브 그래디언트(sub-gradient) 방법을 통해 반복 갱신하며, 갱신된 라그랑지 승수값으로 상기

Figure 112008080284521-PAT00031
를 계산한다. Here, the Lagrange multiplier is repeatedly updated through a sub-gradient method as shown in Equation 6 below, and the Lagrange multiplier is updated with the updated Lagrange multiplier.
Figure 112008080284521-PAT00031
Calculate

Figure 112008080284521-PAT00032
Figure 112008080284521-PAT00032

여기서, 상기

Figure 112008080284521-PAT00033
는 임의의 양의 상수이며,
Figure 112008080284521-PAT00034
을 의미한다. Where
Figure 112008080284521-PAT00033
Is any positive constant,
Figure 112008080284521-PAT00034
Means.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 분산 MIMO 시스템에서 중앙 제어 유닛의 전송 전력 최적화 장치를 도시한 블럭도이다.3 is a block diagram illustrating an apparatus for optimizing a transmission power of a central control unit in a distributed MIMO system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 상기 중앙 제어 유닛은 채널 정보 행렬 피드백 수신부(300), 전송 방식 결정부(302), 최적 할당 최적화 변수 계산부(304), 전력 할당부(306), 프리코더(308), LQ 분해부(310)를 포함하여 구성된다. As shown, the central control unit includes a channel information matrix feedback receiver 300, a transmission method determination unit 302, an optimal allocation optimization variable calculation unit 304, a power allocation unit 306, a precoder 308, LQ decomposition unit 310 is configured to include.

상기 도 3을 참조하면, 상기 채널 정보 행렬 피드백 수신부(300)는 주기적으로 단말들로부터 채널 정보 행렬을 피드백 수신하여 상기 전송 방식 결정부(302)로 출력한다. Referring to FIG. 3, the channel information matrix feedback receiver 300 periodically receives feedback of a channel information matrix from terminals and outputs the channel information matrix to the transmission method determination unit 302.

상기 전송 방식 결정부(302)는 상기 채널 정보 행렬 피드백 수신부(300)로부터의 채널 정보 행렬에 대한 의사역행렬을 계산하고, 상기 계산된 의사역행렬을 이용하여 전력 할당 계수 벡터를 계산한다. 즉, 상기 의사역행렬로부터 각 원소들의 전력값을 원소로 갖는 행렬을 계산하고, 상기 계산된 행렬의 역행렬을 최대 전력 벡터에 곱하여, 전력 할당 계수 벡터를 계산한다. 이후, 상기 전송 방식 결정부(302)는 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터의 모든 원소가 양수인지 여부를 검사하여, 데이터 전송 방식으로 ZF 빔포밍 방식을 적용할 것인지 혹은 LQ 분해 방식을 적용할 것인지 여부를 결정하고, 결정 결과에 따라 상기 최적 할당 최적화 변수 계산부(304)와 전력 할당부(306)와 프리코더(308) 및 LQ 분해부(310)를 동작시킨다. 즉, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터의 모든 원소가 양수일 시, ZF 빔포밍 방식의 적용을 결정하고, 상기 최적 할당 최적화 변수 계산부(304)와 전력 할당부(306) 및 프리코더(308)를 동작시키며, 상기 최적 할당 최적화 변수 계산부(304)와 프리코더(308)로 상기 계산된 의사역행렬을 출력한다. 반면, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터의 모든 혹은 일부 원소가 양수가 아닐 시, LQ 분해 방식의 적용을 결정하고, 상기 전력 할당부(306)와 프리코더(308) 및 LQ 분해부(310)를 동작시키며, 상기 LQ 분해부(310)로 채널 정보 행렬을 출력한다. The transmission method determination unit 302 calculates a pseudo inverse of the channel information matrix from the channel information matrix feedback receiver 300, and calculates a power allocation coefficient vector using the calculated pseudo inverse matrix. That is, a matrix having a power value of each element as an element is calculated from the pseudo inverse matrix, and the power allocation coefficient vector is calculated by multiplying the calculated inverse matrix by the maximum power vector. Thereafter, the transmission method determination unit 302 checks whether all elements of the calculated power allocation coefficient vector are positive, and whether to apply the ZF beamforming method or the LQ decomposition method as the data transmission method. Next, the optimum allocation optimization variable calculation unit 304, the power allocation unit 306, the precoder 308, and the LQ decomposition unit 310 are operated according to the determination result. That is, when all the elements of the calculated power allocation coefficient vector are positive, the application of the ZF beamforming method is determined, and the optimal allocation optimization variable calculation unit 304, the power allocation unit 306, and the precoder 308 are determined. In operation, the optimum allocation optimization variable calculator 304 and the precoder 308 output the calculated pseudo inverse matrix. On the other hand, when all or some elements of the calculated power allocation coefficient vector are not positive, it is determined to apply the LQ decomposition scheme, and the power allocation unit 306 and the precoder 308 and the LQ decomposition unit 310 are determined. In operation, the channel information matrix is output to the LQ decomposition unit 310.

상기 최적 할당 최적화 변수 계산부(304)는 상기 전송 방식 결정부(302)에 의해 데이터 전송 방식으로 ZF 빔포밍 방식의 적용이 결정되었을 시, 상기 의사역행렬을 이용하여 기지국 당 최대 전력 제약 조건식과 전송 용량 최대화를 목적으로 하는 목적함수를 만족하는 최적 할당 최적화 변수를 계산하고, 상기 계산된 최적 할당 최적화 변수를 상기 전력 할당부(306)로 출력한다. The optimal allocation optimization parameter calculation unit 304 transmits the maximum power constraint equation and the base station using the pseudo inverse matrix when the ZF beamforming scheme is determined as the data transmission scheme by the transmission scheme determination unit 302. An optimal allocation optimization variable that satisfies the objective function for the purpose of maximizing capacity is calculated, and the calculated optimal allocation optimization variable is output to the power allocation unit 306.

상기 전력 할당부(306)는 상기 최적 할당 최적화 변수 계산부(304)로부터 최적 할당 최적화 변수가 입력될 시, 상기 최적 할당 최적화 변수를 이용하여 송신 데이터에 전력을 할당한 후, 상기 프리코더(308)로 출력한다. 또한, 상기 전력 할당부(306)는 상기 전송 방식 결정부(302)에 의해 데이터 전송 방식으로 LQ 분해 방 식의 적용이 결정되었을 시, 일반적인 전력 할당 알고리즘을 이용하여 송신 데이터에 전력을 할당한 후, 상기 프리코더(308)로 출력한다.When the optimal allocation optimization variable is input from the optimal allocation optimization variable calculator 304, the power allocation unit 306 allocates power to the transmission data using the optimal allocation optimization variable, and then the precoder 308. ) In addition, the power allocator 306 allocates power to transmission data using a general power allocation algorithm when it is determined by the transmission method determination unit 302 that the LQ decomposition method is applied to the data transmission method. The precoder 308 outputs the same.

상기 프리코더(308)는 상기 전송 방식 결정부(302)에 의해 데이터 전송 방식으로 ZF 빔포밍 방식의 적용이 결정되었을 시, 상기 전송 방식 결정부(302)로부터의 의사역행렬을 이용하여 입력되는 데이터에 ZF 빔포밍을 수행한다. 또한, 상기 프리코더(308)는 상기 전송 방식 결정부(302)에 의해 데이터 전송 방식으로 LQ 분해 방식의 적용이 결정되었을 시, 상기 LQ 분해부(310)로부터의 프리코딩 행렬을 이용하여 입력되는 데이터에 프리코딩을 수행한다.The precoder 308 uses the pseudo inverse matrix from the transmission method determination unit 302 when the transmission method determination unit 302 determines that the ZF beamforming method is determined as the data transmission method. ZF beamforming is performed. In addition, the precoder 308 is input by using the precoding matrix from the LQ decomposition unit 310 when the transmission method determination unit 302 determines that the LQ decomposition method is applied as the data transmission method. Perform precoding on the data.

상기 LQ 분해부(310)는 상기 전송 방식 결정부(302)에 의해 데이터 전송 방식으로 LQ 분해 방식의 적용이 결정되었을 시, 상기 전송 방식 결정부(302)로부터의 채널 정보 행렬에 대해 LQ 분해를 적용하여 프리코딩 행렬을 계산하고, 상기 계산된 프리코딩 행렬을 상기 프리코더(308)로 출력한다. When the LQ decomposition scheme is determined by the transmission scheme determination unit 302 as the data transmission scheme, the LQ decomposition unit 310 performs LQ decomposition on the channel information matrix from the transmission scheme determination unit 302. Apply to calculate a precoding matrix, and output the calculated precoding matrix to the precoder 308.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 분산 MIMO 시스템에서 중앙 제어 유닛의 전송 전력 최적화 방법을 도시한 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating a transmission power optimization method of a central control unit in a distributed MIMO system according to an embodiment of the present invention.

상기 도 4를 참조하면, 중앙 제어 유닛은 401단계에서 주기적으로 단말들로부터

Figure 112008080284521-PAT00035
채널 정보 행렬
Figure 112008080284521-PAT00036
를 피드백 수신한다. 4, the central control unit periodically from the terminals in step 401
Figure 112008080284521-PAT00035
Channel information matrix
Figure 112008080284521-PAT00036
Receive feedback.

이후, 상기 중앙 제어 유닛은 403단계에서 송신할 데이터가 존재하는지 여부를 검사하고, 상기 송신할 데이터가 존재할 시, 405단계에서 상기 수신된 채널 정 보 행렬

Figure 112008080284521-PAT00037
에 대한 의사역행렬
Figure 112008080284521-PAT00038
를 계산한다.Thereafter, the central control unit checks whether there is data to transmit in step 403, and if there is data to transmit, in step 405 the received channel information matrix.
Figure 112008080284521-PAT00037
Pseudomatrix for
Figure 112008080284521-PAT00038
Calculate

이후, 상기 중앙 제어 유닛은 407단계에서 상기 계산된 의사역행렬

Figure 112008080284521-PAT00039
를 이용하여 전력 할당 계수 벡터를 계산한다. 즉, 상기 의사역행렬
Figure 112008080284521-PAT00040
로부터 각 원소들의 전력값을 원소로 갖는 행렬
Figure 112008080284521-PAT00041
를 계산하고, 상기 계산된
Figure 112008080284521-PAT00042
의 역행렬을 최대 전력 벡터
Figure 112008080284521-PAT00043
에 곱하여, 전력 할당 계수 벡터
Figure 112008080284521-PAT00044
를 계산한다.In step 407, the central control unit calculates the calculated pseudo inverse matrix.
Figure 112008080284521-PAT00039
Calculate the power allocation coefficient vector using That is, the pseudo inverse matrix
Figure 112008080284521-PAT00040
Matrix of elements with power values from
Figure 112008080284521-PAT00041
And calculate the
Figure 112008080284521-PAT00042
Inverse of the maximum power vector
Figure 112008080284521-PAT00043
Multiply by, power allocation factor vector
Figure 112008080284521-PAT00044
Calculate

이후, 상기 중앙 제어 유닛은 409단계에서 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터

Figure 112008080284521-PAT00045
의 모든 원소가 양수인지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터의 모든 원소가 양수일 시, 상기 중앙 제어 유닛은 이하 411단계 내지 423단계를 통해 최적의 전력 할당 및 ZF 빔포밍(ZF with power boost) 방식을 적용하여 상기 송신 데이터를 전송한다. 즉, 상기 의사역행렬을 이용하여 기지국 당 최대 전력 제약 조건식과 전송 용량 최대화를 목적으로 하는 목적함수를 만족하는 최적 할당 최적화 변수를 계산하고, 상기 최적 할당 최적화 변수를 이용하여 데이터에 전력을 할당한 후, 상기 의사역행렬을 이용하여 프리코딩을 수행한다. 혹은 다른 방법으로, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터
Figure 112008080284521-PAT00046
를 그대로 전력 할당 최적화 변수로 사용할 수도 있다. 반면, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터의 모든 혹은 일부 원소가 양수가 아닐 시, 상기 중앙 제어 유닛은 이하 427단계 내지 431단계를 통해 LQ 분해 방식을 적용하여 상기 송신 데이터를 전송한다. 혹은 다른 방법으로, QR 분해 방식을 적용할 수도 있다. The central control unit then calculates the calculated power allocation coefficient vector in step 409.
Figure 112008080284521-PAT00045
Tests whether all elements in are positive. In this case, when all the elements of the calculated power allocation coefficient vector are positive, the central control unit applies the optimal power allocation and ZF beamforming (ZF with power boost) method in steps 411 to 423 below. Send it. That is, an optimal allocation optimization variable that satisfies the maximum power constraint expression per base station and an objective function for maximizing transmission capacity is calculated using the pseudo inverse matrix, and power is allocated to data using the optimum allocation optimization variable. Precoding is performed using the pseudo inverse matrix. Or in another way, the calculated power allocation coefficient vector
Figure 112008080284521-PAT00046
Can also be used as a power allocation optimization variable. On the other hand, when all or some elements of the calculated power allocation coefficient vector are not positive, the central control unit transmits the transmission data by applying LQ decomposition in steps 427 to 431. Alternatively, QR decomposition can be applied.

상기 409단계에서, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터

Figure 112008080284521-PAT00047
의 모든 원소가 양수일 시, 상기 중앙 제어 유닛은 411단계에서 모든 기지국 인덱스에 대한 라그랑지 승수
Figure 112008080284521-PAT00048
을 임의의 양수 값으로 초기화한다. 예를 들면
Figure 112008080284521-PAT00049
로 초기화한다. In step 409, the calculated power allocation coefficient vector
Figure 112008080284521-PAT00047
If all elements of P are positive, the central control unit may use a Lagrange multiplier for all base station indices in step 411.
Figure 112008080284521-PAT00048
Initializes to any positive value. For example
Figure 112008080284521-PAT00049
Initialize to

이후, 상기 중앙 제어 유닛은 413단계에서 상기 모든 기지국 인덱스에 대한 라그랑지 승수

Figure 112008080284521-PAT00050
을 이용하여 전력 할당 최적화 변수
Figure 112008080284521-PAT00051
를 계산한다. 여기서, 상기 n은 라그랑지 승수의 갱신 반복 인덱스로서, 상기 라그랑지 승수 초기화 과정에서 상기 n은 1로 초기화된다. The central control unit then Lagrange multipliers for all the base station index in step 413
Figure 112008080284521-PAT00050
Allocation parameters using
Figure 112008080284521-PAT00051
Calculate Here, n is an update repetition index of a Lagrange multiplier, and n is initialized to 1 in the Lagrange multiplier initialization process.

여기서, 상기 전력 할당 최적화 변수

Figure 112008080284521-PAT00052
는 하기 <수학식 7>과 같이 계산한다. Where the power allocation optimization parameter
Figure 112008080284521-PAT00052
Is calculated as in Equation 7 below.

Figure 112008080284521-PAT00053
Figure 112008080284521-PAT00053

이후, 상기 중앙 제어 유닛은 415단계에서 모든 기지국 인덱스에 대한 라그랑지 승수를 갱신한다. In step 415, the central control unit updates the Lagrange multipliers for all base station indexes.

여기서, 상기 라그랑지 승수는 하기 <수학식 8>을 이용하여 갱신한다. Here, the Lagrange multiplier is updated by using Equation 8 below.

Figure 112008080284521-PAT00054
Figure 112008080284521-PAT00054

이후, 상기 중앙 제어 유닛은 417단계에서 총 M개의 모든 라그랑지 승수값이 수렴하는지 여부를 검사하고, 일부 혹은 모든 라그랑지 승수값이 수렴하지 않을 시, 상기 415단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다. 반면, 모든 라그랑지 승수값이 수렴할 시, 상기 중앙 제어 유닛은 419단계에서 상기 <수학식 7>을 이용하여 최적 할당 최적화 변수를 계산하고, 421단계에서 상기 계산된 최적 할당 최적화 변수를 이용하여 상기 송신 데이터에 전력을 할당한다. In step 417, the central control unit checks whether all M Lagrangian multiplier values converge, and when some or all Lagrange multiplier values do not converge, returns to step 415 and repeats the following steps. . On the other hand, when all Lagrangian multipliers converge, the central control unit calculates an optimal allocation optimization variable using Equation 7 in step 419 and uses the calculated optimal allocation optimization variable in step 421. Allocate power to the transmission data.

이와 같은 전력 할당 알고리듬은 컨벡스 문제로부터 유도되어 항상 최적의 값으로 수렴하며, 이는 Karush-Kuhn-Tucker(KKT) 조건이 항상 충족됨을 통해 증명할 수 있다. 즉, 주어진 순간 채널 하에서 특정

Figure 112008080284521-PAT00055
값들이 0으로 되는 경우를 포함하여 제약 조건 하에서 항상 목적함수를 최대화하는 해를 제시한다. 또한, 상기 <수학식 8>에서의 반복 인덱스 n의 증가에 따라 라그랑지 승수의 변화 폭을 감소시키는 n에 대한 감소함수를 변경하여 알고리듬의 수렴 속도 및 특성을 변화시킬 수 있다.This power allocation algorithm is derived from the convex problem and always converges to an optimal value, which can be demonstrated by the fact that the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) condition is always met. That is, under a given instant channel
Figure 112008080284521-PAT00055
We always provide solutions to maximize the objective function under constraints, including when the values are zero. In addition, as the repetition index n in Equation 8 increases, the convergence speed and characteristics of the algorithm may be changed by changing a reduction function for n which decreases the variation of the Lagrange multiplier.

이후, 상기 중앙 제어 유닛은 423단계에서 상기 전력이 할당된 송신 데이터에, 상기 계산된 의사역행렬을 이용하여 프리코딩을 수행하고, 425단계에서 상기 프리코딩이 수행된 데이터를 전송한다.In step 423, the central control unit performs precoding on the transmitted data to which power is allocated, using the calculated pseudo inverse matrix, and transmits the precoded data in step 425.

반면, 상기 409단계에서, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터

Figure 112008080284521-PAT00056
의 모든 원소 혹은 일부 원소가 양수가 아닐 시, 상기 중앙 제어 유닛은 427단계에서 일반적인 전력 할당 알고리듬에 따라 상기 송신 데이터에 전력을 할당하고, 429단계에서 상기
Figure 112008080284521-PAT00057
채널 정보 행렬
Figure 112008080284521-PAT00058
에 대해, 우선순위가 높은 사용자일수록 k의 낮은 인덱스로 재정렬한 후, LQ 분해를 적용하여 프리코딩 행렬을 계산한다. 즉, 상기
Figure 112008080284521-PAT00059
에 대해 LQ 분해를 통해 하삼각행렬
Figure 112008080284521-PAT00060
과 유니터리(unitary) 행렬
Figure 112008080284521-PAT00061
을 획득하고, 상기 획득된
Figure 112008080284521-PAT00062
의 허미션(hermitian)인
Figure 112008080284521-PAT00063
를 송신 선처리 행렬로서 계산한다. 여기서, 사용자간 우선순위를 결정하는 방법은 목적 함수에 따라 변형이 가능하며, 전체 전송 용량의 증대가 목적인 경우 그램-슈미트(Gram-Schmidt) 정렬 방식을 사용하고 사용자간 공평성이 목적인 경우 비례적 공평성(Proportional Fairness : PF)을 통해 우선순위를 결정할 수 있다. On the other hand, in step 409, the calculated power allocation coefficient vector
Figure 112008080284521-PAT00056
If all or some of the elements are not positive, the central control unit allocates power to the transmission data according to a general power allocation algorithm in step 427, and in step 429
Figure 112008080284521-PAT00057
Channel information matrix
Figure 112008080284521-PAT00058
For, the higher priority user is rearranged to a lower index of k, and then LQ decomposition is applied to calculate the precoding matrix. That is
Figure 112008080284521-PAT00059
Lower triangular matrix through LQ decomposition for
Figure 112008080284521-PAT00060
And unitary matrices
Figure 112008080284521-PAT00061
To obtain the obtained
Figure 112008080284521-PAT00062
Hermitian of
Figure 112008080284521-PAT00063
Is computed as the transmit preprocessing matrix. Here, the method of determining the priority among users can be modified according to the objective function, and if the purpose is to increase the total transmission capacity, use the Gram-Schmidt alignment method and the proportional fairness when the fairness between users is the purpose. (Proportional Fairness: PF) helps determine priorities.

이후, 상기 중앙 제어 유닛은 431단계에서 상기 계산된 프리코딩 행렬을 이용하여 송신 데이터에 대한 프리코딩을 수행하고, 상기 425단계로 진행하여 상기 프리코딩이 수행된 데이터를 전송한다. 이로써, 각 단말에서의 수신 신호는 하삼각 행렬

Figure 112008080284521-PAT00064
만 포함된 형태인
Figure 112008080284521-PAT00065
로 나타나게 된다.In step 431, the central control unit performs precoding on the transmission data using the calculated precoding matrix. In step 425, the central control unit transmits the precoded data. Thus, the received signal at each terminal is a lower triangular matrix
Figure 112008080284521-PAT00064
Included only
Figure 112008080284521-PAT00065
Will appear.

이후, 상기 중앙 제어 유닛은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다. The central control unit then terminates the algorithm according to the invention.

도 5 내지 도 도 7은 본 발명에서 제안한 방식의 성능 평가를 위한 모의 실험 수행 결과를 도시한 그래프이다. 여기서, 상기 모의 실험은, M = K = 3인 섹터화(sectorized) 셀 구조하에서 각 섹터 영역에 하나의 단말을 임의로 발생시키고, 기지국 간의 거리를 500m, 경로손실지수 3.76, 플랫(flat) 페이딩 채널 모델을 사용하였으며, 총 24개의 외부 기지국을 2-tier 형태로 배치하여 실험하였다. 5 to 7 are graphs showing simulation results for performance evaluation of the scheme proposed in the present invention. In this simulation, a terminal is randomly generated in each sector area under a sectorized cell structure in which M = K = 3, and a distance between base stations is 500m, a path loss index of 3.76, and a flat fading channel. A model was used and a total of 24 external base stations were tested in a 2-tier configuration.

먼저, 상기 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 전력 할당 및 ZF 빔포밍(ZF with power boost) 방식에서 라그랑지 승수를 반복 인덱스에 대해 나타낸 그래프이다. 상기 도 5를 참조하면, 약 10회의 반복 과정 후에 각 기지국에 대한 라그랑지 승수값이 임의의 양수로 수렴하고 있음을 확인할 수 있다. 이를 통해, 전력 제약 조건 부등식이 등식으로서 성립한다는 KKT 조건 중 상보 여유(complementary slackness) 이론이 성립하고 있음을 확인할 수 있다First, FIG. 5 is a graph illustrating a Lagrange multiplier for an iterative index in an optimal power allocation and ZF with ZF beamforming method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, it can be seen that after about 10 iterations, the Lagrange multiplier value for each base station converges to an arbitrary positive number. Through this, we can confirm that complementary slackness theory holds among KKT conditions that power constraint inequality holds as an equation.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 전력 할당 및 ZF 빔포밍(ZF with power boost) 방식에서 각 기지국에서의 전송 전력을 반복 인덱스에 대해 나타낸 그래프이다. 상기 도 6을 참조하면, 상기 도 5와 마찬가지로 약 10회의 반복 과정 후에 모든 기지국의 전송 전력이 정규화된 값 1로 수렴함을 확인할 수 있다. FIG. 6 is a graph illustrating a repetitive index of transmission power at each base station in an optimal power allocation and ZF beamforming scheme according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, as in FIG. 5, it can be seen that after about 10 iterations, transmission powers of all base stations converge to a normalized value 1.

도 7은 본 발명에서 제안한 전송 방식과 종래 전송 방식간 성능을 기지국 당 전송 용량의 분포 함수로서 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the performance between the transmission scheme proposed in the present invention and the conventional transmission scheme as a distribution function of transmission capacity per base station.

상기 도 7을 참조하면, 종래 SAT 방식은 단일 안테나 전송 방식으로서 각각의 기지국은 지리적으로 가장 가까운 단말에게 단일 스트림을 전송하게 되므로, 각각의 단말은 다른 단말에게 전송되는 신호들로부터 동일한 크기의 간섭 신호를 받는다. 즉, SAT 방식은 각 기지국들이 언제나 평균 전력

Figure 112008080284521-PAT00066
로 전송을 하므로 최대의 간섭 신호를 받는다는 특징이 있는 반면, 전송하고자 하는 신호 성분 역시 항상 최대 전력
Figure 112008080284521-PAT00067
전송을 하므로 단말이 지리적으로 기지국에 가까이 위치할수록 큰 전송 용량을 얻게 된다. Referring to FIG. 7, the conventional SAT method is a single antenna transmission method, and since each base station transmits a single stream to a terminal geographically closest to each terminal, each terminal transmits an interference signal of the same size from signals transmitted to other terminals. Receive. In other words, the SAT method means that each base station always has an average power.
Figure 112008080284521-PAT00066
It is characterized by receiving the maximum interference signal because it transmits by
Figure 112008080284521-PAT00067
Since the terminal is geographically located closer to the base station, a larger transmission capacity is obtained.

종래 ZF with equal power 방식은 기존의 일반적인 ZF 빔포밍 방식으로서,

Figure 112008080284521-PAT00068
를 모두 동일한 값으로 할당하는 방식이다.Conventional ZF with equal power method is a conventional general ZF beamforming method,
Figure 112008080284521-PAT00068
This method assigns all to the same value.

종래 ZF-DPC 방식은 비선형 선처리 방식으로서, 상기 SAT 방식 및 ZF with equal power 방식과 같은 선형 선처리 방식 대비 더티 페이퍼 인코딩 및 디코딩 과정에 의해 단말간 간섭 신호를 제거함으로써 높은 전송 용량 성능을 보이는 방식으로 알려져 있다. 구체적으로는, 상기 LQ 분해 방식은 전송 신호에 하삼각행렬 L에 의한 성분만 존재할 때, 상기 ZF-DPC 방식은 더티 페이퍼 인코딩을 통해 유저간 간 섭을 추가로 제거하여 L의 비대각(non-diagonal) 원소들이 추가로 상쇄되게 된다. Conventional ZF-DPC method is a non-linear preprocessing method, and is known as a method of showing high transmission capacity performance by removing interference signals between terminals by a dirty paper encoding and decoding process compared to linear preprocessing methods such as the SAT method and the ZF with equal power method. have. Specifically, when the LQ decomposition scheme includes only the components of the lower triangular matrix L in the transmission signal, the ZF-DPC scheme further eliminates interference between users through dirty paper encoding, thereby non-diagonal (L- diagonal elements are further canceled out.

본 발명에 따른 ZF with power boost 방식과 LQ 분해 방식은 상기 SAT 방식 및 ZF with equal power 방식에 비해 높은 전송 용량 성능을 얻을 수 있음을 확인할 수 있으며, 특히, 상기 ZF with power boost 방식은 높은 전송 용량 영역에 우월한 성능을 보이며, 상기 LQ 분해 방식은 낮은 전송 용량 영역에서 우월한 성능을 보임을 확인할 수 있다. 또한 상기 ZF with power boost 방식과 LQ 분해 방식을 각각 수행하는 것보다, 본 발명에 따른 실시 예와 같이 상기 ZF with power boost 방식과 LQ 분해 방식을 선택적으로 사용하는 멀티모드(Multimode)를 적용하는 경우, 성능은 ZF-DPC 성능 대비 누적 분포 함수의 낮은 전송 영역에서도 약 0.5bps/Hz/BS 이내의 전송 용량 차이를 보이고 있음을 알 수 있다. 이 경우 상기 실험에서 ZF 빔포밍 방식을 54%, LQ 분해 방식을 46% 사용하였다. 또한, 상기 멀티모드를 적용하는 경우, 각각의 개별적인 성능 곡선보다 우수함을 확인할 수 있다. It can be seen that the ZF with power boost method and the LQ decomposition method according to the present invention can obtain a higher transmission capacity performance than the SAT method and the ZF with equal power method. In particular, the ZF with power boost method has a high transmission capacity. It can be seen that it shows superior performance in the region, and that the LQ decomposition scheme shows superior performance in the low transmission capacity region. In addition, when the multimode using the ZF with power boost method and the LQ decomposition method is selectively applied, as in the embodiment of the present invention, rather than performing the ZF with power boost method and the LQ decomposition method, respectively. In addition, the performance shows a difference in transmission capacity within about 0.5bps / Hz / BS even in the low transmission region of the cumulative distribution function compared to the ZF-DPC performance. In this case, 54% of the ZF beamforming method and 46% of the LQ decomposition method were used in the above experiment. In addition, when the multi-mode is applied, it can be seen that it is superior to each individual performance curve.

한편, 본 발명은, 기지국 당 최대 전력 제약 조건 하에서, 전송 용량을 최대화하는 최적의 다중 사용자 ZF 빔포밍 방식과, LQ 분해 방식을 선택적으로 사용하는 알고리듬을 예로 들어 설명하였으나, 단일 사용자에 대한 협조적 또는 비협조적 전송을 포함하여 가장 높은 전송 용량을 가지는 방식을 선택적으로 사용하는 방법도 가능하다. In the meantime, the present invention has been described with an example of an optimal multi-user ZF beamforming scheme for maximizing transmission capacity and an algorithm for selectively using LQ decomposition scheme under the maximum power constraint per base station. It is also possible to selectively use the method with the highest transmission capacity, including uncooperative transmission.

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.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

도 1은 본 발명에 따른 분산 MIMO 시스템의 구조를 도시한 도면, 1 is a diagram showing the structure of a distributed MIMO system according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 분산 MIMO 시스템의 다른 구조를 도시한 도면, 2 illustrates another structure of a distributed MIMO system according to the present invention;

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 분산 MIMO 시스템에서 중앙 제어 유닛의 전송 전력 최적화 장치를 도시한 블럭도,3 is a block diagram showing an apparatus for optimizing a transmission power of a central control unit in a distributed MIMO system according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 분산 MIMO 시스템에서 중앙 제어 유닛의 전송 전력 최적화 방법을 도시한 흐름도,4 is a flowchart illustrating a transmission power optimization method of a central control unit in a distributed MIMO system according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 전력 할당 및 ZF 빔포밍(ZF with power boost) 방식에서 라그랑지 승수를 반복 인덱스에 대해 나타낸 그래프,5 is a graph showing a Lagrange multiplier for a repetitive index in an optimal power allocation and ZF with power boost scheme according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 전력 할당 및 ZF 빔포밍(ZF with power boost) 방식에서 각 기지국에서의 전송 전력을 반복 인덱스에 대해 나타낸 그래프, 및FIG. 6 is a graph illustrating a repetitive index of transmission power at each base station in an optimal power allocation and ZF with power boost scheme according to an embodiment of the present invention; and

도 7은 본 발명에서 제안한 전송 방식과 종래 전송 방식간 성능을 기지국 당 전송 용량의 분포 함수로서 도시한 그래프.7 is a graph showing the performance between the transmission scheme proposed in the present invention and the conventional transmission scheme as a distribution function of transmission capacity per base station.

Claims (16)

지리적으로 분산 배치된 기지국들이 유선 또는 전용회선으로 연결되어 있는 분산 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO) 시스템에서 데이터 전송을 위한 방법에 있어서,A method for transmitting data in a multiple input multiple output (MIMO) system in which geographically distributed base stations are connected by wire or dedicated line, 기지국 당 최대 전력 조건을 고려하여 송신 데이터에 전력을 할당하는 과정과, Allocating power to transmission data in consideration of a maximum power requirement per base station; 상기 전력이 할당된 송신 데이터에 영점-강제(Zero-Forcing : ZF) 빔포밍을 수행하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. And performing zero-forcing (ZF) beamforming on the transmission data to which the power is allocated. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전력은 하기 <수학식 9>의 목적식 및 조건식을 만족하도록 할당하는 것을 특징으로 하는 방법. The power is allocated to satisfy the objective equation and conditional expression of Equation 9 below.
Figure 112008080284521-PAT00069
Figure 112008080284521-PAT00069
Figure 112008080284521-PAT00070
Figure 112008080284521-PAT00070
Figure 112008080284521-PAT00071
Figure 112008080284521-PAT00071
여기서, 상기 K는 단말의 개수를 의미하며, 상기 M은 기지국의 개수를 의미한다. 상기
Figure 112008080284521-PAT00072
는 전력 정규화 계수로서, 전력 할당을 통한 기지국 당 최대 전력 제약 조건을 만족시키고자 하는 전력 할당 최적화 변수이고, 상기
Figure 112008080284521-PAT00073
은 단말 k에서의 간섭 신호 전력값이다. 상기
Figure 112008080284521-PAT00074
는 송신 선처리 행렬로서, 채널 행렬의 의사역행렬로 구하며, 상기
Figure 112008080284521-PAT00075
는 기지국 당 전송 가능한 최대 전력임.
Here, K means the number of terminals, and M means the number of base stations. remind
Figure 112008080284521-PAT00072
Is a power normalization coefficient, which is a power allocation optimization variable for satisfying a maximum power constraint per base station through power allocation.
Figure 112008080284521-PAT00073
Is the interference signal power value at terminal k. remind
Figure 112008080284521-PAT00074
Is a transmission preprocessing matrix, obtained as a pseudo inverse of the channel matrix,
Figure 112008080284521-PAT00075
Is the maximum power that can be transmitted per base station.
제 2 항에 있어서, 상기 전력 할당 과정은, The method of claim 2, wherein the power allocation process, 상기 목적식 및 조건식에 대해 라그랑지 함수를 적용하여 전력 할당 최적화 변수에 대한 라그랑지 승수의 함수를 정의하는 과정과, Defining a function of a Lagrange multiplier for power allocation optimization variables by applying a Lagrange function to the objective and conditional expressions, 모든 기지국에 대한 라그랑지 승수값을 초기화하는 과정과, Initializing Lagrange multipliers for all base stations; 모든 기지국에 대한 라그랑지 승수값이 임의의 값으로 수렴할때까지, 상기 라그랑지 승수값을 갱신하는 과정과, Updating the Lagrange multiplier value until the Lagrange multiplier value for all base stations converges to an arbitrary value, 모든 기지국에 대한 라그랑지 승수값이 임의의 값으로 수렴할 시, 상기 정의된 라그랑지 승수의 함수에 상기 수렴된 라그랑지 승수값을 적용하여 전력 할당 최 적화 변수를 계산하는 과정과,Calculating a power allocation optimization variable by applying the converged Lagrange multiplier value to a function of the defined Lagrange multiplier when the Lagrange multiplier values for all base stations converge to an arbitrary value; 상기 전력 할당 최적화 변수를 적용하여 송신 데이터에 전력을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And allocating power to transmission data by applying the power allocation optimization variable. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 전력 할당 최적화 변수에 대한 라그랑지 승수의 함수는 하기 <수학식 10>과 같이 정의하는 것을 특징으로 하는 방법. The Lagrange multiplier function for the power allocation optimization variable is defined as Equation 10 below.
Figure 112008080284521-PAT00076
Figure 112008080284521-PAT00076
여기서, 상기
Figure 112008080284521-PAT00077
는 라그랑지 승수 벡터임.
Where
Figure 112008080284521-PAT00077
Is the Lagrange multiplier vector.
제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 라그랑지 승수값은 하기 <수학식 11>을 이용하여 갱신하는 것을 특징으로 하는 방법. The Lagrange multiplier value is updated using Equation (11).
Figure 112008080284521-PAT00078
Figure 112008080284521-PAT00078
여기서, 상기
Figure 112008080284521-PAT00079
는 라그랑지 승수 벡터이고, 상기
Figure 112008080284521-PAT00080
는 임의의 양의 상수이다. 상기
Figure 112008080284521-PAT00081
을 의미하고, 상기 n은 갱신에 대한 반복 인덱스임.
Where
Figure 112008080284521-PAT00079
Is the Lagrange multiplier vector, and
Figure 112008080284521-PAT00080
Is any positive constant. remind
Figure 112008080284521-PAT00081
N is the repetition index for the update.
제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 단말들로부터 채널 정보 행렬을 피드백 수신하는 과정과,Receiving feedback of the channel information matrix from the terminals; 상기 채널 정보 행렬에 대한 의사역행렬을 계산하는 과정과,Calculating a pseudo inverse of the channel information matrix; 상기 계산된 의사역행렬을 이용하여 전력 할당 계수 벡터를 계산하는 과정과, Calculating a power allocation coefficient vector using the calculated pseudo inverse matrix; 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터의 모든 원소가 양수인지 여부를 검사하는 과정을 더 포함하여, Checking whether all elements of the calculated power allocation coefficient vector are positive; 상기 기지국 당 최대 전력 조건을 고려한 전력 할당 과정과 ZF 빔포밍 수행 과정은, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터의 모든 원소가 양수일 시 수행하는 과정임을 특징으로 하는 방법. The power allocation process and the ZF beamforming process considering the maximum power condition per base station are performed when all elements of the calculated power allocation coefficient vector are positive. 제 6 항에 있어서, 상기 전력 할당 계수 벡터 계산 과정은, The method of claim 6, wherein the power allocation coefficient vector calculation process, 상기 의사역행렬의 각 원소들의 전력값을 원소로 가지는 행렬을 계산하는 과정과,Calculating a matrix having power values of the elements of the pseudo inverse matrix as elements; 상기 계산된 행렬의 역행렬을, 최대 전력 벡터에 곱하여 상기 전력 할당 계수 벡터를 계산하는 과정을 특징으로 하는 방법. Calculating the power allocation coefficient vector by multiplying the calculated inverse of the matrix by a maximum power vector. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터의 모든 원소가 음수일 시, 상기 채널 정보 행렬에 대해 LQ 분해를 적용하여 유니터리(unitary) 행렬을 획득하는 과정과, Obtaining a unitary matrix by applying LQ decomposition to the channel information matrix when all elements of the calculated power allocation coefficient vector are negative; 상기 획득된 유니터리 행렬의 허미션으로 프리코딩 행렬을 계산하는 과정과, Calculating a precoding matrix using the obtained unitary matrix's hermition; 상기 계산된 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 송신 데이터에 프리코딩을 수행하여 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. And precoding the transmission data by using the calculated precoding matrix. 지리적으로 분산 배치된 기지국들이 유선 또는 전용회선으로 연결되어 있는 분산 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO) 시스템에서 데이터 전송을 위한 장치에 있어서,An apparatus for transmitting data in a multiple input multiple output (MIMO) system in which geographically distributed base stations are connected by wire or dedicated line, 기지국 당 최대 전력 조건을 고려하여 송신 데이터에 전력을 할당하는 전력 할당부와, A power allocator for allocating power to transmission data in consideration of a maximum power condition per base station; 상기 전력이 할당된 송신 데이터에 영점-강제(Zero-Forcing : ZF) 빔포밍을 수행하여 전송하는 프리코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a precoder for performing transmission by performing zero-forcing (ZF) beamforming on the power-assigned transmission data. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 전력은 하기 <수학식 12>의 목적식 및 조건식을 만족하도록 할당하는 것을 특징으로 하는 장치.The power is allocated to satisfy the objective equation and conditional expression of Equation 12 below.
Figure 112008080284521-PAT00082
Figure 112008080284521-PAT00082
Figure 112008080284521-PAT00083
Figure 112008080284521-PAT00083
Figure 112008080284521-PAT00084
Figure 112008080284521-PAT00084
여기서, 상기 K는 단말의 개수를 의미하며, 상기 M은 기지국의 개수를 의미한다. 상기
Figure 112008080284521-PAT00085
는 전력 정규화 계수로서, 전력 할당을 통한 기지국 당 최대 전력 제약 조건을 만족시키고자 하는 전력 할당 최적화 변수이고, 상기
Figure 112008080284521-PAT00086
은 단말 k 에서의 간섭 신호 전력값이다. 상기
Figure 112008080284521-PAT00087
는 송신 선처리 행렬로서, 채널 행렬의 의사역행렬로 구하며, 상기
Figure 112008080284521-PAT00088
는 기지국 당 전송 가능한 최대 전력임.
Here, K means the number of terminals, and M means the number of base stations. remind
Figure 112008080284521-PAT00085
Is a power normalization coefficient, which is a power allocation optimization variable for satisfying a maximum power constraint per base station through power allocation.
Figure 112008080284521-PAT00086
Is the interference signal power value at terminal k. remind
Figure 112008080284521-PAT00087
Is a transmission preprocessing matrix, obtained as a pseudo inverse of the channel matrix,
Figure 112008080284521-PAT00088
Is the maximum power that can be transmitted per base station.
제 10 항에 있어서, 상기 전력 할당부는, The method of claim 10, wherein the power allocation unit, 상기 목적식 및 조건식에 대해 라그랑지 함수를 적용하여 전력 할당 최적화 변수에 대한 라그랑지 승수의 함수를 정의하는 수단과, Means for defining a Lagrange multiplier function for a power allocation optimization variable by applying a Lagrange function to the objective and conditional expressions; 모든 기지국에 대한 라그랑지 승수값을 초기화하는 수단과, Means for initializing a Lagrange multiplier value for all base stations; 모든 기지국에 대한 라그랑지 승수값이 임의의 값으로 수렴할때까지, 상기 라그랑지 승수값을 갱신하는 수단과, Means for updating the Lagrange multiplier value until the Lagrange multiplier value for all base stations converges to an arbitrary value, 모든 기지국에 대한 라그랑지 승수값이 임의의 값으로 수렴할 시, 상기 정의된 라그랑지 승수의 함수에 상기 수렴된 라그랑지 승수값을 적용하여 전력 할당 최적화 변수를 계산하는 수단과,Means for calculating a power allocation optimization variable by applying the converged Lagrange multiplier value to a function of the defined Lagrange multiplier when the Lagrange multiplier values for all base stations converge to an arbitrary value; 상기 전력 할당 최적화 변수를 적용하여 송신 데이터에 전력을 할당하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.Means for assigning power to transmission data by applying the power allocation optimization variable. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 전력 할당 최적화 변수에 대한 라그랑지 승수의 함수는 하기 <수학식 13>과 같이 정의하는 것을 특징으로 하는 장치.The Lagrange multiplier function for the power allocation optimization variable is defined as Equation (13).
Figure 112008080284521-PAT00089
Figure 112008080284521-PAT00089
여기서, 상기
Figure 112008080284521-PAT00090
는 라그랑지 승수 벡터임.
Where
Figure 112008080284521-PAT00090
Is the Lagrange multiplier vector.
제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 라그랑지 승수값은 하기 <수학식 14>를 이용하여 갱신하는 것을 특징으로 하는 장치.The Lagrange multiplier value is updated using Equation (14).
Figure 112008080284521-PAT00091
Figure 112008080284521-PAT00091
여기서, 상기
Figure 112008080284521-PAT00092
는 라그랑지 승수 벡터이고, 상기
Figure 112008080284521-PAT00093
는 임의의 양의 상수이다. 상기
Figure 112008080284521-PAT00094
을 의미하고, 상기 n은 갱신에 대한 반복 인덱스임.
Where
Figure 112008080284521-PAT00092
Is the Lagrange multiplier vector, and
Figure 112008080284521-PAT00093
Is any positive constant. remind
Figure 112008080284521-PAT00094
N is the repetition index for the update.
제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 단말들로부터 채널 정보 행렬을 피드백 수신하는 채널 정보 행렬 피드백 수신부와,A channel information matrix feedback receiver for receiving feedback of the channel information matrix from the terminals; 상기 채널 정보 행렬에 대한 의사역행렬을 계산하고, 상기 계산된 의사역행렬을 이용하여 전력 할당 계수 벡터를 계산한 후, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터의 모든 원소가 양수인지 여부를 검사하여, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터의 모든 원소가 양수일 시, 상기 기지국 당 최대 전력 조건을 고려한 전력 할당 및 ZF 빔포밍의 수행을 결정하는 전송 방식 결정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.Compute a pseudo inverse of the channel information matrix, calculate a power allocation coefficient vector using the calculated pseudo inverse matrix, check whether all elements of the calculated power allocation coefficient vector are positive, and calculate And all transmission element coefficients are positive, and further comprising a transmission scheme determination unit for determining performance of power allocation and ZF beamforming in consideration of the maximum power condition per base station. 제 14 항에 있어서, 상기 전송 방식 결정부는, The method of claim 14, wherein the transmission method determination unit, 상기 의사역행렬의 각 원소들의 전력값을 원소로 가지는 행렬을 계산하고, 상기 계산된 행렬의 역행렬을, 최대 전력 벡터에 곱하여 상기 전력 할당 계수 벡터를 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.  And calculating a matrix having power values of the elements of the pseudo inverse matrix as elements, and multiplying the calculated inverse matrix by a maximum power vector to calculate the power allocation coefficient vector. 제 14 항에 있어서, 상기 전송 방식 결정부는, The method of claim 14, wherein the transmission method determination unit, 상기 계산된 전력 할당 계수 벡터의 모든 원소가 음수일 시, 상기 채널 정보 행렬에 대해 LQ 분해를 적용하여 유니터리(unitary) 행렬을 획득하고, 상기 획득된 유니터리 행렬의 허미션으로 프리코딩 행렬을 계산한 후, 상기 계산된 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 송신 데이터에 프리코딩을 수행하여 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.When all the elements of the calculated power allocation coefficient vector are negative, LQ decomposition is applied to the channel information matrix to obtain a unitary matrix, and a precoding matrix is obtained by using the obtained unitary matrix. And after calculating, precoding the transmission data using the calculated precoding matrix and transmitting the precoding data.
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