KR20100064318A

KR20100064318A - 다중 안테나 시스템의 송신 장치 및 그 송신 방법

Info

Publication number: KR20100064318A
Application number: KR1020090081445A
Authority: KR
Inventors: 송영석; 예충일; 권동승; 서민식; 김준두; 강지원; 이충용
Original assignee: 한국전자통신연구원; 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2010-06-14
Also published as: US20110243273A1; US8654876B2; KR101267569B1

Abstract

본 발명은 다중 안테나 시스템의 송신 장치 및 그 송신 방법에 관한 것이다.

본 발명에서, 전력 할당 제어기는 사용자별로 전송할 데이터들을 비선형 방식으로 선 부호화하여 출력하는 블록 탐린슨-해르시마 프리코더(Block Tomlinson-Harashima Precoder;BTHP)를 포함한다. 이 BTHP는 사용자들로부터 피드백받은 채널 정보에 기초하여 사용자별 데이터에 대해 간섭 신호를 제거하여 출력한다. BTHP에서 출력되는 사용자별 데이터는 전력 할당 제어기에 의해 전력이 할당된다. 전력 할당 제어기는 다중 안테나를 통해 데이터를 수신하는 사용자별 수신단에서의 수신 최소 거리가 동일해지도록 하는 전력 할당 변수를 산출하여 사용자별 데이터에 대해 각각 할당한다. 본 발명에 따르면, 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 BTHP와 ML 수신 기법을 사용할 때 사용자별 데이터에 할당되는 전력을 모든 사용자의 에러 성능을 유사하게 조정함으로써 시스템의 평균 에러 성능을 향상시킬 수 있다.

다중 안테나 시스템, MIMO, BTHP, 선 부호화기, precoder, ML, 수신 최소 거리

Description

다중 안테나 시스템의 송신 장치 및 그 송신 방법{APPARATUS FOR TRANSMISSION IN MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT SYSTEM}

본 발명은 다중 사용자 환경의 다중 안테나(Multiple Input Multiple Output, 이하 "MIMO"라 함) 시스템에 관한 것으로, 특히 다중 안테나 시스템에서 다중 사용자의 간섭을 제거하기 위한 블록 탐린슨-해르시마 프리코더(Block Tomlinson-Harashima Precoder, 이하 "BTHP"라 함)를 사용하는 송신 장치 및 그 송신 방법에 관한 것이다.

휴대 인터넷의 기본 발전 방향은 더욱 빠른 데이터 통신으로 대변된다. 이미 반 포화상태에 도달한 주파수 대역을 통해서는 더 이상의 향상을 기대하기 어렵기 때문에, 공간 분할을 이용해서 주파수 효율을 높이는 MIMO 기법이 차세대 이동 통신에서의 주요 기법이 될 것으로 예상된다.

MIMO 기법을 이용하는 이동 통신 시스템은 송수신단의 다중 안테나간에 형성되는 독립적인 채널들을 통해 데이터를 전송함으로써 단일 안테나를 사용하는 시스템에 비해 높은 데이터 전송률을 얻을 수 있다.

MIMO 시스템에서 송신단 혹은 수신단이 채널의 정보를 알고 있다고 가정하 면, 적절한 검파(detection) 기법, 혹은 선 부호화(precoding) 기법을 통해 간섭 신호를 제거할 수 있다.

MIMO 시스템은 다중 사용자를 동시에 지원하는 셀룰러 시스템으로 적용 가능한데, 이 때 일반적으로 단말간의 협력 통신은 불가능하기 때문에 하향 링크에서는 기지국이 선 부호화 기법을 통해 사용자간 간섭이 발생하지 않도록 전송한다.

다중 사용자를 지원하는 MIMO 시스템에서 사용자간 간섭을 제거하기 위한 기법은 더티 페이퍼 코딩(dirty paper coding) 기법에 그 뿌리를 두고 있다. 이 기법은 전송 가능한 데이터 양의 손실 없이 사용자간 간섭을 완벽하게 제거할 수 있는 기법이지만, 현실적으로 구현 불가능한 복잡도로 인하여 실제 적용할 때는 THP(Tomlinson Harashima Precoder)와 같은 단순화된 비선형 기법이나 블록 대각화(Block Diagonalization)와 같은 선형 기법을 사용한다.

블록 대각화 기법은 비교적 간단하면서도 좋은 에러 성능을 보이지만 동시에 지원하는 사용자 수가 많아질 때, 채널 용량 손실이 커진다는 단점이 있다. 그러나, THP 기법은 사용자 수가 많아져도 채널 용량 손실이 작다는 장점이 있는 반면, 시스템 복잡도가 크고 비교적 적은 사용자가 시스템에 존재할 때 에러 성능이 떨어진다는 단점이 있다.

블록 대각화나 THP의 위와 같은 단점들을 개선하기 위한 기법 중 사용자의 다중 안테나를 사용하여 THP의 에러 성능을 개선하기 위해 사용자간 간섭만을 제거하는 BTHP 기법과, 이에 적합하게 설계된 ML(Maximum Likelihood) 수신 기법이 존재한다.

이러한 ML을 적용한 BTHP 기법은 기존의 THP 기법에 비해 우수한 에러 성능을 보이지만 여전히 ML을 적용한 블록 대각화 기법에 비해 에러 성능이 떨어진다는 단점이 존재한다.

따라서, ML을 적용한 BTHP 기법의 에러 성능을 더욱 높이기 위한 추가적인 최적화 기법이 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 ML을 적용한 BTHP 기법을 사용하는 MIMO 시스템이 ML을 적용한 블록 대각화 기법을 사용한 시스템에 비해 에러 성능이 떨어지는 것을 보완하기 위한 다중 안테나 시스템의 송신 장치 및 그 송신 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 다중 안테나 시스템의 송신 장치는,

사용자별로 전송할 데이터들을 비선형 방식으로 선 부호화하여 출력하는 선 부호화기; 상기 선 부호화기에서 출력되는 사용자별 데이터별로 전력을 할당하여 출력하는 전력 할당 제어기; 및 상기 시스템의 채널을 블록 삼각 형태로 분해하는 필터 값을 구하여 상기 전력 할당 제어기에서 출력되는 사용자별 데이터에 각각 곱하여 다중 안테나로 출력하는 채널 분해 필터를 포함하며, 상기 전력 할당 제어기는 상기 다중 안테나를 통해 데이터를 수신하는 사용자별 수신단에서의 수신 최소 거리가 동일해지도록 하는 전력 할당 변수를 산출하여 상기 사용자별 데이터에 대해 각각 할당하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 다중 안테나 시스템에서의 송신 방법은,

사용자별로 전송할 데이터들을 비선형 방식으로 선 부호화하는 단계; 선 부호화된 사용자별 데이터별로 전력을 할당하여 출력하는 단계; 및 상기 시스템의 채널을 블록 삼각 형태로 분해하는 필터 값을 구하여 상기 전력이 할당된 사용자별 데이터에 각각 곱하여 다중 안테나로 출력하는 단계를 포함하며, 상기 전력을 할당하여 출력하는 단계에서, 상기 다중 안테나를 통해 데이터를 수신하는 사용자별 수신단에서의 수신 최소 거리가 동일해지도록 하는 전력 할당 변수를 산출하여 상기 사용자별 데이터에 대해 각각 할당하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 다중 사용자 환경의 MIMO 시스템에서 BTHP와 ML 수신 기법을 사용할 때 사용자별 데이터에 할당되는 전력을 모든 사용자의 에러 성능을 유사하게 조정함으로써 시스템의 평균 에러 성능을 향상시킬 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사 한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.

본 명세서에서 수신단은 수신국, 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 이동국(Mobile Station, MS), 단말(terminal), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 송신단은, 기지국(Base Station, BS), 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

먼저, 일반적인 다중 사용자 환경에서의 MIMO 시스템에 대해 설명한다.

도 1은 일반적인 다중 사용자 환경에서의 MIMO 시스템의 개략적인 블록도이 다.

도 1에 도시된 바와 같이, MIMO 시스템은

개의 송신 안테나를 갖는 기지국(10)과 각각

개의 수신 안테나를 갖는 K명의 사용자(20-1, …, 20-k, …, 20-K)로 구성된다. 여기서, K명의 사용자는 K개의 수신단 또는 이동국을 의미이다.

즉, MIMO 시스템에서 기지국(10)은 K명의 사용자(20-1, …, 20-k, …, 20-K)로 송신하기 위한 데이터를

개의 송신 안테나를 통해 송신하고, K명의 사용자(20-1, …, 20-k, …, 20-K)는 각각

개의 수신 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복조하여 사용한다.

도 2는 도 1에 도시된 기지국(10)이 BTHP 기법을 사용하는 경우의 상세 블록도이다.

여기서, K명의 사용자(20-1, …, 20-k, …, 20-K)는 수신 안테나의 개수만 다를 뿐 나머지 구성은 모두 동일하므로 사용자 k(20-k)에 대해서만 그 구성을 도시하여 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 송신단인 기지국(10)은 각 사용자(20-1, …, 20-k, …, 20-K)에게 전송될 데이터 비트를 변조기(11)를 사용하여 전송 심볼로 변조한 뒤, 각 사용자(20-1, …, 20-k, …, 20-K)로부터 피드백 받은 채널 정보를 이용해서 BTHP(12)를 사용하여 간섭 신호를 제거한다.

이 때, 다중 사용자 환경의 MIMO 시스템에서 BTHP(12)를 사용해서 사용자간 간섭 신호를 제거하는 경우, 안테나 수에 맞게 일반화된 QR 기법인 BQR(Block QR) 기법을 이용해 채널 분해 필터(13)가 전체 시스템 채널을 블록 삼각 형태로 분해하는 필터 F를 구한 뒤 BTHP(12)의 출력에 곱해서 전송하면 각 사용자(20-1, …, 20-k, …, 20-K)는 블록 삼각 형태의 유효 채널 행렬의 대각에 존재하는 부채널을 통해 간섭 신호 없이 데이터를 받게 된다.

K명의 사용자(20-1, …, 20-k, …, 20-K)는 각각 이렇게 받은 수신 신호를 MIMO 수신기(21)를 사용하여 각 사용자의 유효 채널 정보를 이용해 ML 수신기법으로 복원하고 복조기(22)를 통해 복조하여 전송 데이터 비트를 생성함으로써 우수한 에러 성능을 얻을 수 있다.

이와 같이 ML을 적용한 BTHP 기법에 따른 MIMO 시스템은 종래의 THP 기반의 시스템들이 사용자가 다중 안테나로 인한 공간 다이버시티 이득을 얻지 못하는데 반해 공간 분할 이득과 다이버시티 이득을 동시에 얻을 수 있다는 장점이 있다.

그러나 BQR 기법의 특성에 따라 각 사용자가 차지하는 채널의 질이 각기 다르며, 또한 여전히 ML을 적용한 블록 대각화 기법에 비해 에러 성능이 떨어진다는 단점이 존재한다.

따라서, ML을 적용한 BTHP 기법에 따른 MIMO 시스템의 에러 성능을 더욱 높이기 위한 추가적인 최적화 기법이 필요하다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 다중 사용자 환경에서의 MIMO 시스템의 송신 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 사용자 환경에서의 MIMO 시스템의 송신 장치의 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 시스템의 송신 장치인 기지국(100)은 변조기(110), BTHP인 선 부호화기(120), 전력 할당 제어기(130) 및 채널 분해 필터(140)를 포함한다.

변조기(110)는 K명의 사용자의 이동국으로 전송될 사용자별 데이터 비트를 소정 방식의 변조 방식에 따라 변조하여 출력한다. 이 때, 변조기(110)는 이동국으로부터 피드백되는 채널 정보에 따라서 변조 방식을 선택하는 적응 변조를 수행할 수 있다.

선 부호화기(120)는 변조기(110)에서 출력되는 데이터들을 선 부호화하여 출력한다. 이 때, 선 부호화기(120)는 변조기(110)에서 출력되는 데이터들에 대해 K명의 사용자들의 이동국으로부터 피드백되는 채널 정보에 기초하여 BTHP 기법으로 간섭 신호를 제거하여 출력한다. 여기서, 선 부호화기(120)로는 본 기술분야의 당업자에게 이미 잘 알려져 있는 BTHP를 사용하기 때문에, BTHP에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

전력 할당 제어기(130)는 선 부호화기(120)에서 출력되는 사용자별 데이터에 대해 각각 대응되는 전력 할당 변수를 할당하고, 할당되는 전력 할당 변수를 각 사용자별 데이터에 곱하여 출력한다.

채널 분해 필터(140)는 시스템 채널을 블록 삼각 형태로 분해하는 필터 F를 구하여 전력 할당 제어기(130)에서 출력되는 사용자별 데이터에 각각 곱하여 N_T개의 송신 안테나로 출력한다. 여기서, 채널 분해 필터(140)는 BQR 기법을 이용해서 시 스템 채널을 블록 삼각 형태로 분해하는 필터 F를 구하며, 이러한 방식에 대해서는 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.

이하에서는 전력 할당 제어기(130)가 선 부호화기(120)에서 출력되는 사용자별 데이터에 대해 할당하는 전력 할당 변수를 산출하는 방식에 대해 설명한다.

먼저, 이하 설명에서 송신 장치인 기지국(100)은 서비스 영역에 위치하는 사용자들로부터 수신되는 상향 링크 사운딩(uplink sounding) 신호 또는 채널 정보 피드백(channel information feedback) 등을 통해 사용자들의 하향링크 채널 정보를 정확히 추정할 수 있다고 가정한다.

또한, 이하 설명에서 편의를 위해 사용자들은 각각

개로 동일한 수의 수신 안테나를 갖고 있고, 송신 장치인 기지국(100)은 동일한 변조 방식을 사용한다고 가정한다.

우선, 시스템의 전체 채널 행렬

를 [수학식 1]과 같이 QR 분해한다.

그러면 Q는 채널 매트릭스의 행 벡터가 이루는 공간을 순차적으로 직교화한 기저 벡터가 되고, R은 삼각 행렬이다.

다음으로, 수신단에 적용된 ML 기법의 이득을 얻을 수 있도록 사용자의 안테나 수에 맞춰 각 벡터 공간의 기저 벡터들을 임의의 유니터리(unitary) 행렬

를 통해 무작위로 회전시킨다. 그러면,

번째 사용자의 선 부호화 행렬은

와 같이 널링(nulling) 행렬과 회전 행렬의 곱으로 이루어진다.

다음으로, 사용자 전력 할당 변수

를 고려하면, BTHP(110)가 사용자간 간섭을 제거하기 위해 바라보는 유효채널은

와 같다. 이 때, 각 사용자에게 할당되는 전력량 의 합은

과 같다.

각 사용자에게 전송될 데이터를 변조한 심볼 벡터, 즉 변조기(110)에서 출력되는 심볼 벡터를

라 하면,

번째 사용자에 대한 BTHP(120)에서 출력되는 신호 벡터

는 [수학식 2]와 같이 정의된다.

여기서,

는 모듈로(modulo) 연산에 의해 더해지는 부호 벡터이다.

상기 [수학식 2]에 의해서 정의되는 BTHP(120)의 출력 벡터

가 채널 분해 필터 F와 곱해져서 채널을 통과하면 각 사용자들은 사용자간 간섭이 모두 제거된 형태의 신호를 받게 되고, 해당하는 유효 채널

에 대한 정보를 바탕으로 ML 수신 기법을 사용할 수 있게 된다.

수신단에서 수신되는 신호 벡터는 [수학식 3]과 같다.

여기서,

는 사용자 k측에서의 잡음 벡터를 의미한다.

만약 충분히 높은 신호 대 잡음 비를 가정하면 [수학식 3]에서 모듈로 연산의 영향인

는 완벽하게 제거된다고 가정할 수 있다. 따라서 각 사용자가 독립적인 MIMO 채널을 바라본다고 생각할 수 있으며, 이때 주어진 유효 채널

에 대한 BER(Bit Error Rate)은 [수학식 4]와 같이 근사화된다.

여기서,

는 가장 가까운 심볼 수의 평균값이고,

은 수신 최소 거리(receive minimum distance)이다.

모든 사용자에게 같은 양의 데이터를 전송한다고 가정할 때, 시스템의 평균 BER 성능은 각 사용자 BER의 산술 평균으로 나타낼 수 있고, [수학식 5]와 같이 각 사용자 BER의 기하 평균으로 한정된다.

여기서 등호는 모든 사용자의 BER이 동일할 때 성립한다.

[수학식 4]에서

는 상수, Q함수는

에 대한 단조 감소 함수이므로, [수학식 6]과 같이 각 사용자의 수신 최소 거리가 동일하도록 전력을 할당함으로써 시스템의 에러 성능을 최대화할 수 있다는 결론이 나온다.

하지만, [수학식 6]을 만족하는 전력 할당 변수

를 찾는 것은 매우 복잡한데, 이는 각 사용자의 수신 최소 거리를 찾기 위해서는 두 개의 서로 다른 전송 심볼 벡터의 가능한 모든 집합에 대해서 거리를 계산해야 하기 때문이다.

따라서 실제로 전력 할당 변수를 찾기 위해서는 수신 최소 거리의 근사값을 이용한다.

일반적으로 알려진 바와 같이 채널이 주어졌을 때, 수신 최소 거리는 채널 행렬에 대한 최소 특이값(singular value)을 하계로 갖는다. 따라서 [수학식 7]과 같은 전력 할당 기법을 통해 [수학식 6]과 같은 결과를 얻을 수 있다.

이와 같이 특이값을 이용하는 방법 외에도, 수신 최소 거리는 주어진 채널 행렬의 특이값들의 기하 평균에 의해 근사화되고, 이는 채널 행렬의 디터미넌트(determinant)의

제곱근과 같다.

채널 행렬의 디터미넌트를 이용하면, 채널 행렬의 특이값을 얻기 위해서 채널 행렬에 대한 특이값 분해(Singular Value Decomposition:SVD)를 수행하지 않아도 되기 때문에, 계산의 편의성 면에서 이득이 있다.

이를 이용하면 [수학식 8]과 같은 전력 할당 기법을 통해 마찬가지로 [수학식 6]과 같은 결과를 얻을 수 있다.

따라서, 전력 할당 제어기(130)가 선 부호화기(120)에서 출력되는 사용자별 데이터에 대해 각각 할당하는 전력 할당 변수

를 [수학식 6]과 같이 각 사용자의 수신 최소 거리가 동일해지도록 하는 값을 각각 산출하여 사용자별 데이터에 대해 할당하면, 상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 시스템의 에러 성능을 최대화할 수 있다.

구체적으로, 전력 할당 제어기(130)는 [수학식 7]과 같이, 사용자별로 채널 행렬의 최소 특이값과 사용자별로 할당되는 전력 할당 변수를 곱한 값이 모두 동일해지도록 하는 전력 할당 변수를 각 사용자별 데이터에 할당하도록 구현될 수 있다.

이를 위해, 전력 할당 제어기(130)는 사용자별로 채널 행렬의 최소 특이값을 구하고, 구해진 사용자별 최소 특이값에 사용자별로 할당될 전력 할당 변수를 곱한 값이 모두 동일해지는 전력 할당 변수를 산출한다.

따라서, 전력 할당 제어기(130)는 [수학식 7]과 같이 되도록 하는 전력 할당 변수를 사용자별 데이터에 할당하여 각 사용자별 데이터에 곱하여 채널 분해 필터(140)로 출력한다.

이와 같이 함으로써, [수학식 6]과 같은 효과가 발생되어 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 시스템의 에러 성능을 최대화할 수 있다.

다른 방법으로, 전력 할당 제어기(130)는 [수학식 8]과 같이, 사용자별로 채널 행렬의 디터미넌트의 N_R 제곱근과 사용자별로 할당되는 전력 할당 변수를 곱한 값이 모두 동일해지도록 하는 전력 할당 변수를 각 사용자별 데이터에 할당하도록 구현될 수 있다.

이를 위해, 전력 할당 제어기(130)는 사용자별로 채널 행렬의 디터미넌트를 구하고, 구해진 디터미넌트의 N_R 제곱근을 구한 후, 구해진 사용자별 디터미넌트의 N_R 제곱근에 사용자별로 할당될 전력 할당 변수를 곱한 값이 모두 동일해지는 전력 할당 변수를 산출한다.

따라서, 전력 할당 제어기(130)는 [수학식 8]과 같이 되도록 하는 전력 할당 변수를 사용자별 데이터에 할당하여 각 사용자별 데이터에 곱하여 채널 분해 필터(140)로 출력한다.

이외에도 각 사용자의 수신 최소 거리가 동일해지도록 하는 값을 기지국(100)의 전력 할당 제어기(130)가 쉽게 구할 수 있는 방식이 있는 경우, 해당 방식에 따라 사용자별 데이터에 각각 대응되는 전력 할당 변수를 산출하여 할당하여도 좋다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 시스템의 송신 장치의 성능에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 송수 장치의 성능을 종래 기술의 성능과 비교 평가하기 위해 안테나 수 및 사용자 수에 변화를 주어가며 모의 실험을 수행하였다.

먼저, 도 4는 총 송신 안테나 수가 6, 사용자 수가 3, 각 사용자의 안테나 수가 2일 때, 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 시스템에서의 다중 사용자들의 평균 BER 성능을 종래 기술인 블록 대각화 방식과 전력 할당을 하지 않은 BTHP 방식과 비교하여 도시하고 있다.

이하 설명에서 가로축은 신호 대 잡음 비를 나타내고, 세로축은 시스템의 평균 BER을 나타낸다.

전력 할당 방식 1(scheme1)과 2(scheme2)는 각각 [수학식 7]에서의 채널 행 렬의 최소 특이값을 이용한 기법과 [수학식 8]에서의 채널 행렬의 디터미넌트를 이용한 기법이다.

이 경우, 본 발명의 실시예에 따른 사용자별 전력 할당 기법을 적용한 BTHP 기법은 그렇지 않은 BTHP 기법에 비해 높은 신호 대 잡음 비에서 우수한 성능을 나타낸다.

종래의 블록 대각화 기법은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 전력 할당 기법을 적용한 BTHP 기법에 비해 낮은 신호 대 잡음 비에서 우수한 성능을 나타낸다.

그러나, 일반적으로 알려진 바와 같이 블록 대각화 기법은 BTHP 기법에 비해 채널 용량 손실이 큰 문제점이 있다.

도 5는 총 송신 안테나 수가 20, 사용자 수가 10, 각 사용자의 안테나 수가 2일 때, 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 시스템에서의 다중 사용자들의 평균 BER 성능을 종래 기술인 블록 대각화 방식과 전력 할당을 하지 않은 BTHP 방식과 비교하여 도시하고 있다.

이 경우, 본 발명의 실시예에 따른 사용자별 전력 할당 기법을 적용한 BTHP 기법은 그렇지 않은 BTHP 기법에 비해 높은 신호 대 잡음 비에서 우수한 성능을 나타낼 뿐 아니라 종래의 블록 대각화 기법에 비해서도 대부분의 신호 대 잡음 비해서 우수한 성능을 나타낸다.

도 4에서와는 달리 도 5에서는 전력 할당 방식 1과 2의 성능이 유의미한 차이를 보이는데, 방식 1은 성능이 우수한 반면 상대적으로 매개 변수를 계산하는 과정이 복잡하고, 방식 2는 매개 변수를 계산하는 과정이 단순한 대신 성능이 상대적 으로 열악한 특성을 갖는다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 일반적인 다중 사용자 환경에서의 MIMO 시스템의 개략적인 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 기지국이 BTHP 기법을 사용하는 경우의 상세 블록도이다.

도 4는 기지국이 여섯 개의 송신 안테나, 세 명의 사용자가 각 두 개의 수신 안테나를 갖는 상황에서 본 발명의 실시예에 따른 시스템 평균 BER 그래프를 도시하는 도면이다.

도 5는 기지국이 스무 개의 송신 안테나, 열 명의 사용자가 각 두 개의 수신 안테나를 갖는 상황에서 본 발명의 실시예에 따른 시스템 평균 BER 그래프를 도시하는 도면이다.

Claims

다중 안테나 시스템의 송신 장치에 있어서,

사용자별로 전송할 데이터들을 비선형 방식으로 선 부호화하여 출력하는 선 부호화기;

상기 선 부호화기에서 출력되는 사용자별 데이터별로 전력을 할당하여 출력하는 전력 할당 제어기; 및

상기 시스템의 채널을 블록 삼각 형태로 분해하는 필터 값을 구하여 상기 전력 할당 제어기에서 출력되는 사용자별 데이터에 각각 곱하여 다중 안테나로 출력하는 채널 분해 필터

를 포함하며,

상기 전력 할당 제어기는 상기 다중 안테나를 통해 데이터를 수신하는 사용자별 수신단에서의 수신 최소 거리가 동일해지도록 하는 전력 할당 변수를 산출하여 상기 사용자별 데이터에 대해 각각 할당하는

것을 특징으로 하는 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 전력 할당 제어기는 상기 선 부호화기에서 출력되는 사용자별 데이터에 상기 전력 할당 변수를 곱하여 상기 채널 분해 필터로 출력하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 전력 할당 제어기는 사용자별로 결정되는 채널 행렬의 최소 특이값(singular value)이 모두 동일해지도록 상기 전력 할당 변수를 산출하여 할당하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제3항에 있어서,

상기 전력 할당 제어기는 상기 사용자별 채널 행렬의 최소 특이값과 상기 사용자별 데이터에 대해 할당되는 전력 할당 변수를 곱한 값이 모두 동일해지도록 상기 전력 할당 변수를 산출하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 전력 할당 제어기는 사용자별 채널 행렬의 디터미넌트(determinant)의 특정 제곱근－여기서 특정 제곱근은 사용자별 수신 안테나 수에 기초한 제곱근임－이 모두 동일해지도록 상기 전력 할당 변수를 산출하여 할당하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제5항에 있어서,

상기 전력 할당 제어기는 상기 사용자별 채널 행렬의 디터미넌트의 상기 특정 제곱근과 상기 사용자별 데이터에 대해 할당되는 전력 할당 변수를 곱한 값이 모두 동일해지도록 상기 전력 할당 변수를 산출하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 선 부호화기는 사용자들로부터 피드백받은 채널 정보에 기초하여 사용자별 데이터에 대해 간섭 신호를 제거하여 출력하는 블록 탐린슨-해르시마 프리코더(Block Tomlinson-Harashima Precoder;BTHP)인 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제7항에 있어서,

상기 사용자별 데이터를 상기 사용자들로부터 피드백받은 채널 정보에 따라 변조하여 상기 선 부호화기로 출력하는 변조기를 더 포함하는 송신 장치.
다중 안테나 시스템에서 사용자별 데이터를 송신하는 방법에 있어서,

사용자별로 전송할 데이터들을 비선형 방식으로 선 부호화하는 단계;

선 부호화된 사용자별 데이터별로 전력을 할당하여 출력하는 단계; 및

상기 시스템의 채널을 블록 삼각 형태로 분해하는 필터 값을 구하여 상기 전력이 할당된 사용자별 데이터에 각각 곱하여 다중 안테나로 출력하는 단계

를 포함하며,

상기 전력을 할당하여 출력하는 단계에서, 상기 다중 안테나를 통해 데이터를 수신하는 사용자별 수신단에서의 수신 최소 거리가 동일해지도록 하는 전력 할 당 변수를 산출하여 상기 사용자별 데이터에 대해 각각 할당하는

것을 특징으로 하는 송신 방법.
제9항에 있어서,

상기 전력을 할당하여 출력하는 단계는,

사용자별로 채널 행렬의 최소 특이값을 구하는 단계;

사용자별 상기 최소 특이값에 사용자별 전력 할당 변수를 각각 곱한 값이 모두 동일해지도록 하는 전력 할당 변수를 사용자별로 구하는 단계; 및

사용자별로 구해진 상기 전력 할당 변수를 사용자별 데이터에 각각 곱하여 출력하는 단계

를 포함하는 송신 방법.
제9항에 있어서,

상기 전력을 할당하여 출력하는 단계는,

사용자별로 채널 행렬의 디터미넌트를 구하는 단계;

사용자별로 상기 디터미넌트의 특정 제곱근－여기서 특정 제곱근은 사용자별 수신 안테나 수에 기초한 제곱근임－을 구하는 단계;

사용자별 상기 디터미넌트의 특정 제곱근에 사용자별 전력 할당 변수를 각각 곱한 값이 모두 동일해지도록 하는 전력 할당 변수를 사용자별로 구하는 단계; 및

사용자별로 구해진 상기 전력 할당 변수를 사용자별 데이터에 각각 곱하여 출력하는 단계

를 포함하는 송신 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 선 부호화하는 단계는, 사용자들로부터 피드백받은 채널 정보에 기초하여 사용자별 데이터에 대해 간섭 신호를 제거하여 출력하는 블록 탐린슨-해르시마 프리코더 방식을 사용하여 선 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
제9항에 있어서,

상기 선 부호화하는 단계 전에, 사용자별 데이터를 상기 사용자들로부터 피드백받은 채널 정보에 따라 변조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.