KR20100110965A - 다중 셀 다중 안테나 시스템에서 간섭을 고려한 빔포밍 방법 및 장치 - Google Patents

다중 셀 다중 안테나 시스템에서 간섭을 고려한 빔포밍 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 셀 다중 안테나 시스템에서 간섭을 고려한 빔포밍 방법 및 장치에 관한 것으로서, 기지국이 자신에게 속한 단말의 채널 및 간섭 정보를 획득하는 과정과, 협력 기지국으로부터 상기 협력 기지국에 속한 단말의 채널 및 간섭 정보를 획득하는 과정과, 상기 획득한 채널 및 간섭 정보들을 바탕으로 정합필터를 기반으로 한 각 단말의 수신 빔포밍 벡터를 고려하여 자기 단말의 신호를 최대로 하면서 협력 기지국의 단말에 대한 간섭을 최소화하는 송신 빔포밍 벡터를 계산하는 과정을 포함하여, 협력 기지국 단말에 간섭을 최소화시키면서 자신에 속한 단말의 빔포밍 이득을 증가시킬 수 있으며, 최적의 방식을 한 번의 시행으로 찾음으로써 반복적 알고리즘 사용으로 인한 시스템의 계산 지연 현상 및 성능 열화 현상을 극복할 수 있다.
다중 셀, 간섭 제거, 빔포밍, 송신 벡터, MIMO, 기지국 협력

Description

다중 셀 다중 안테나 시스템에서 간섭을 고려한 빔포밍 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR BEAMFORMING IN MULTI-CELL MULTI-ANTENA SYSTEM}
본 발명은 다중 셀 다중 안테나 시스템에서 간섭을 고려한 빔포밍 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 다중 사용자 환경의 다중 셀 다중 안테나 시스템에서 기지국간 협력을 통해 송수신 빔포밍 벡터를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 이동통신 시장의 급성장으로 인하여 무선 환경에서 다양한 멀티미디어 서비스가 요구되고 있다. 이에 따라, 최근에는 상기 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되면서 한정된 주파수를 효율적으로 사용할 수 있는 다중 안테나 시스템(예 : MIMO(Multiple Input Multiple Output))의 연구가 진행되고 있다.
상기 다중 안테나 시스템은 안테나별로 서로 독립적인 채널을 이용하여 데이터를 전송함으로써, 추가적인 주파수나 송신 전력 할당 없이도 단일 안테나 시스템 에 비해 전송 신뢰도와 전송률을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 다중 안테나 시스템은 다중 사용자를 지원하는 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템으로 확장할 수 있다. 즉, 상기 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템은 상기 다중 안테나를 통해 확보한 공간자원을 동시에 여러 명의 사용자가 공유하여 주파수 효율을 더욱 높일 수 있다.
상기 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서는 사용자들간 간섭을 제거하기 위해 빔 형성 기법을 사용한다. 예를 들어, 상기 다중 안테나 시스템은 협력적 빔 형성(Coordinated Beamforming) 기법을 이용하여 사용자들 간 간섭을 제거할 수 있다.
상기 협력적 빔 형성 기법을 사용하는 경우, 기지국 및 다수의 단말들은 송신신호에 대한 전처리(precoding) 및 수신신호에 대한 결합(combining)을 수행함으로써 통해 각 단말의 신호를 구분해 낼 수 있다. 여기서, 전처리는 송신신호에 전처리 벡터 즉, 송신 빔포밍 벡터를 곱하는 것을 의미하며, 결합은 수신신호에 결합 벡터 즉, 수신 빔포밍 벡터를 곱하는 것을 의미한다. 이를 위해, 상기 기지국은 각 단말에 대한 송신 빔포밍 벡터와 수신 빔포밍 벡터를 구해야한다.
종래에는 기지국이 자신에 속한 단말의 상기 송신 빔포밍 벡터와 수신 빔포밍 벡터 결정시, 다른 기지국 단말에 간섭을 최소화하도록 상기 기지국 자신의 채널 정보와 간섭 채널의 정보를 획득하여 상기 간섭 채널의 널 스페이스(null space)에 자신의 송신 빔포밍 벡터를 결정하는 널링(Nulling) BF 기법이 제안되었다. 또한 종래에는 기지국이 자신에 속한 단말의 빔포밍 이득이 최대가 되도록 빔 포밍하고, 각 단말이 자신이 가진 다수의 수신 안테나만을 활용하여 간섭을 줄이는 기법이 제안되었다.
하지만, 상기 종래의 기법 중 널링 BF 기법은 기지국이 자신의 채널만을 빔포밍하기 때문에 기지국간 협력으로 인한 빔포밍 이득이 제한되는 단점이 있으며, 단말이 가진 다수개의 수신 안테나의 이득을 활용할 수 없는 단점이 있다. 또한 여기서, 상기 단말이 가진 다수개의 수신 안테나를 활용한다면 반복적인 알고리즘을 사용해야하기 때문에 송신부의 복잡도가 크게 증가되는 문제점이 있다.
또한, 상기 기지국이 자신의 빔포밍 이득을 최대화시키고, 단말이 간섭을 제거하는 기법은 상대적으로 적은 단말의 안테나 수로 간섭 제거 성능이 제한되기 때문에 성능이 감소되는 문제가 있으며, 각 단말의 채널이 유사한 경우에는 간섭으로 인한 성능 열화가 심각해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다중 셀 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 옆 셀의 간섭을 고려한 빔포밍 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 기지국간 협력을 통해 송수신 빔포밍 벡터를 결정하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 수신 빔포밍 벡터를 고려하여 자기 단말에 대한 신호를 최대로하는 송신 빔포밍 벡터를 결정하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 유효채널의 정합 정보를 이용해 수신 빔포밍 벡터를 결정하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 협력 기지국과의 채널 정보를 교환하여 협력 기지국의 단말에 간섭을 최소화하는 송신 빔포밍 벡터를 결정하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 기지국간 협력을 통해 빔포밍을 수행하는 기지국의 방법은, 상기 기지 국이 자신에게 속한 단말의 채널 정보와 간섭 정보를 획득하는 과정과, 협력 기지국으로부터 상기 협력 기지국에 속한 단말의 채널 정보와 간섭 정보를 획득하는 과정과, 상기 획득한 채널 정보들을 바탕으로 각 단말의 수신 빔포밍 벡터를 고려하여 자기 단말의 신호를 최대로 하면서 협력 기지국의 단말에 대한 간섭을 최소화하는 송수신 빔포밍 벡터를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 기지국간 협력을 통해 빔포밍을 수행하는 기지국의 장치는, 상기 기지국이 자신에게 속한 단말의 채널 정보 및 간섭 정보와 협력 기지국으로부터 상기 협력 기지국에 속한 단말의 채널 정보 및 간섭 정보를 획득하는 수신부와, 상기 획득한 채널 정보들을 바탕으로 각 단말의 수신 빔포밍 벡터를 고려하여 자기 단말의 신호를 최대로 하면서 협력 기지국의 단말에 대한 간섭을 최소화하는 송신 빔포밍 벡터를 계산하는 빔포밍 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 기지국간 협력을 통하여 협력 기지국의 채널 정보 및 간섭 정보와 자신의 채널 정보 및 간섭 정보를 바탕으로 유효 채널의 정합 수신 빔포밍 벡터를 고려하여 자기 단말에 대한 신호를 최대로하는 송신 빔포밍 벡터를 결정함으로써, 협력 기지국 단말에 간섭을 최소화시키면서 자신에 속한 단말의 빔포밍 이득을 증가시킬 수 있으며, 반복적 알고리즘 사용으로 인한 시스템의 계산 지연 현상 및 성능 열화 현상을 극복할 수 있는 효과 가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명에서는 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 기지국간 협력을 통하여 협력 기지국의 채널 정보 및 간섭 정보와 자신의 채널 정보 및 간섭 정보를 바탕으로 수신 빔포밍 벡터를 고려하여 자기 단말에 대한 신호를 최대로하는 송수신 빔포밍 벡터를 결정하는 기술에 관해 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 기지국간 협력 환경을 도시하고 있다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 셀 가장자리에 존재하는 단말의 성능을 개선하기 위하여 두 개의 기지국이 서로 협력을 수행하는 환경을 가정한다. 또한, 이하 본 발명에서는 백홀(Backhaul) 혹은 상위 네트워크 상의 부하를 감소시키기 위하여 각 기지국이 자신에게 속한 단말의 신호만을 알고 있음을 가정한다. 각각의 단말은 자신에게 속한 기지국과 자기 사이의 채널 정보와 협력을 수행하는 이웃 기지국과 자기 사이의 간섭 정보를 측정하여 자기 기지국에서 넘겨줌을 가정한다. 즉, 각각의 기지국은 상향링크 사운딩 채널(uplink sounding channel) 혹은 피드백 채널(feedback channel)을 통해 상기 기지국 자신에게 속한 모든 사용자에 대한 하향링크 채널 정보 및 간섭 정보를 알 수 있으며, 상기 각각의 기지국은 상기 백홀을 통해 협력 기지국에 속한 단말의 하향링크 채널 정보 및 간섭 정보를 획득함을 가정한다.
또한, 본 발명에서는 채널이 천천히 변하는 플랫 페이딩(flat fading) 환경을 가정한다. 이는 향후 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기법을 사용할 경우 각 서브캐리어를 플랫 페이딩으로 가정하는데 무리가 없고, 천천히 움직이는 단말에 대해 채널이 천천히 변한다고 볼 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는 기지국이 한 번에 송신 가능한 사용자 단말의 수를 2개로 하고, 각 사용자에 하나의 스트림을 사용하며, 하향링크 환경을 고려하고 송신 안테나의 수(Nt)와 수신 안테나의 수(Nr)가 복수개임을 가정한다.
그러면, 수학식을 이용하여 본 발명에 따라 두 개의 기지국이 서로 협력하여 빔포밍 벡터를 결정하는 과정에 대해 살펴보기로 한다.
기지국이 송신 빔포밍 벡터를 사용하여 송신 신호를 빔포밍하고, 단말이 수신 빔포밍 벡터를 사용하여 신호를 수신하는 하향링크 통신을 고려할때, 각 기지국에 속한 단말이 수신한 신호는 하기 <수학식 1> 및 <수학식 2>와 같이 표현할 수 있다.
하기 <수학식 1>은 첫 번째 기지국에 속한 단말 1이 수신한 신호를 나타내며, 하기 <수학식 2>는 두 번째 기지국에 속한 단말 2가 수신한 신호를 나타낸다.
Figure 112009020480962-PAT00001
Figure 112009020480962-PAT00002
여기서, 도 2를 참조하여 상기 <수학식 1> 및 <수학식 2>를 살펴보면, xk는 k번째 기지국에 속한 단말의 송신신호, fk는 k번째 기지국의 송신 빔포밍 벡터, wk는 k번째 기지국에 속한 단말의 수신 빔포밍 벡터를 나타낸다. 또한, 상기 Hk는 k번째 기지국과 상기 k번째 기지국에 속한 단말간의 채널, Gk는 k번째 기지국과 협력 기지국에 속한 단말간의 간섭 채널을 나타낸다. 또한, nk는 k번째 기지국에 속한 단말의 가우시안 잡음 벡터를 나타낸다.
여기서, 각 기지국은 자신에게 속한 단말기로 수신 빔포밍 벡터(wk)를 전달하기 위하여 파일럿 빔포밍(pilot beamforming) 기법을 이용한다. 상기 파일럿 빔포밍 기법은 기지국이 각 단말에 중복 사용되지 않도록 전용 파일럿(dedicated pilot)을 할당한 후, 각 단말에 해당하는 송신 빔포밍 벡터를 사용하여 파일럿을 빔포밍하고, 단말이 유효채널(effective channel)을 추정한 후 이에 정합필 터(matched filter)를 형성하여 수신 빔포밍 벡터로 사용하는 방식이다. 즉, 상기 수신 빔포밍 벡터(wk)는 하기 <수학식 3>과 같이 송신 빔포밍 벡터에 의해 결정된다.
Figure 112009020480962-PAT00003
상기 <수학식 3>을 살펴보면, k번째 기지국에 속한 단말 k의 수신 빔포밍 벡터(wk)는 상기 k번째 기지국과 단말 간의 채널(Hk)과 상기 k번째 기지국의 송신 벡터(fk)의 곱으로 결정된다.
이때, 최적의 송신 빔포밍 벡터는 상기 수신 빔포밍 벡터가 정합필터라는 가정하에 하기 <수학식 4>와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009020480962-PAT00004
,
Figure 112009020480962-PAT00005
Figure 112009020480962-PAT00006
즉, 각 기지국은 상기 <수학식 4>와 같이 자신에게 속한 단말의 신호 크기가 최대화하면서 간섭이 0이되는 송신 빔포밍 벡터를 결정해야 한다.
여기서, 상기 수학식 4를 살펴보면,
Figure 112009020480962-PAT00007
이 성립하며, 이는 하기 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009020480962-PAT00008
상기 <수학식 5>에서, 상기 λ는 0이 아닌 상수인 a1 및 b1 으로 표현된다. 즉, λ=a1/b1 이다. 여기서, 상기 송신 빔포밍 벡터인 f1이 영벡터가 아니라고 가정하면, 상기 <수학식 5>는 항상 하기 <수학식 6>을 항상 만족하게 된다.
Figure 112009020480962-PAT00009
상기 수학식 6을 살펴보면, f2는
Figure 112009020480962-PAT00010
의 일반화된 아이겐벡터(generalized eigenvector)들을 구함으로써 얻을 수 있음을 알 수 있다. 즉, 상기 f2는
Figure 112009020480962-PAT00011
의 아이겐 벡터가 된다. 여기서, 상기 (·)# 은 행렬의 pseudo-inverse를 나타낸다.
상기와 같이 f2를 구하면, 하기 <수학식 7>을 이용하여 f1을 구할 수 있다.
Figure 112009020480962-PAT00012
즉, 상기 <수학식 7>과 같이, 미리 구해진 f2를 이용하여
Figure 112009020480962-PAT00013
에 직교(orthogonal)하는 벡터를 구하면, 그 벡터가 바로 f1이 된다. 만일 기지국이 2개의 안테나를 가지고 있다면,
Figure 112009020480962-PAT00014
의 아이겐벡터는 2 개가 구해지는데 f2는 이 두 개의 아이겐 벡터 중 하나로 정해지고 f1은 나머지 하나가 된다. 이 경우 하기 <수학식 10>을 이용하여 전송률 합을 최대로 하는 아이겐벡터들의 쌍으로 송신 빔포밍 벡터를 구성한다.
여기서, 만일 기지국이 2개의 안테나를 가지고 있다면, 상기
Figure 112009020480962-PAT00015
와 f1은 하기 <수학식 8>과 같이 정의할 수 있으며, 상기 기지국이 4개의 안테나를 가지고 있다면, 상기
Figure 112009020480962-PAT00016
와 f1은 하기 <수학식 9>과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112009020480962-PAT00017
Figure 112009020480962-PAT00018
여기서, 상기 일반화된 아이겐 분석(generalized eigen-analysis)을 수행하면 다수개의 아이겐벡터가 구해질 수 있으며, 이때는 하기 <수학식 10>을 이용하여 전송률 합을 최대로하는 아이겐벡터들의 쌍으로 송신 빔포밍 벡터를 구성한다.
Figure 112009020480962-PAT00019
Figure 112009020480962-PAT00020
상기 <수학식 10>에서 상기
Figure 112009020480962-PAT00021
는 첫 번째 기지국에서 자신에게 속한 단말 1로 송신한 신호의 전력을 나타내며, 상기
Figure 112009020480962-PAT00022
는 두 번째 기지국이 단말 1에 미치는 간섭 신호의 전력을 나타낸다. 또한,
Figure 112009020480962-PAT00023
는 상기 두 번째 기지국에서 자신에게 속한 단말 2로 송신한 신호의 전력을 나타내며, 상기
Figure 112009020480962-PAT00024
는 상기 첫 번째 기지국이 상기 단말 2에 미치는 간섭 신호의 전력을 나타낸다. 본 기술은 기지국에서의 전송 전력 최적화 (transmit power optimization) 는 고려하고 있지 않으며 동일 전력 전송 (equal power transmission)을 기반으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 일반화된 아이겐 분석(generalized eigen-analysis)를 통해 간섭이 0(zero-interference)이 되도록 하는 관점에서 송신 빔포밍 벡터를 구할 수 있고 유효 채널의 정합을 사용하는 관점에서 수신 빔포밍 벡터를 구할 수 있다.
이하 본 발명에서는 상술한 바와 같이 빔포밍 벡터를 결정하는 기지국의 구성과 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 기지국은 다수의 채널 코덱 및 인터리버(300-1 내지 300-N), 다수의 변조부(310-1 내지 310-N), 빔포밍부(beamformer)(320), 다수의 합산기(330-1 내지 330-N), 다수의 안테나(340-1 내지 340-N), MCS(Modulation and Coding Scheme) 제어부(350), 빔포밍 제어부(360), 채널정보 및 제어정보 수신부(370)를 포함하여 구성된다.
상기 다수의 채널 코덱 및 인터리버(300-1 내지 300-N) 각각은 대응되는 송신 스트림을 통해 송신될 비트열을 채널 부호화 및 인터리빙한다. 상기 다수의 변조부(310-1 내지 310-N)는 자신과 대응되는 채널 코덱 및 인터리버(300)로부터 제공되는 부호화된 비트열을 변조(modulation)함으로써, 부호화된 비트열을 복소 심벌(complex symbol)들로 변환한다.
상기 빔포밍부(beamformer)(320)는 각각의 송신 스트림을 통해 송신될 심벌에 대한 송신 빔포밍을 수행한다. 여기서, 하나의 스트림은 하나의 단말에게 할당되며, 상기 빔포밍부(320)는 해당 송신 스트림을 할당받은 단말에 대한 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍을 수행한 후, 상기 다수의 합산기들(330-1 내지 330-N)로 나누어 출력한다. 여기서, 각 단말에 대한 송신 빔포밍 벡터는 상기 빔포밍 제어부(360)에 의해 결정된다. 상기 빔포밍부(320)는 각 단말의 전용 파일럿 심벌에 대한 송신 빔포밍을 우선적으로 수행하며, 상기 빔포밍된 전용 파일럿 심벌이 송신된 후, 상기 다수의 변조부(310-1 내지 320-N)로부터 제공되는 데이터 심벌들에 대 한 송신 빔포밍을 수행한다.
상기 다수의 합산기(330-1 내지 330-N) 각각은 상기 빔포밍부(320)로부터 제공되는 심벌들을 합산한 후, 상기 다수의 안테나(340-1 내지 340-N)를 통해 송신한다.
상기 MCS 제어부(350)는 상기 채널정보 및 제어정보 수신부(370)로부터 제공되는 하향링크 채널 품질 정보에 따라 상기 다수의 채널 코덱 및 인터리버(300-1 내지 300-N)에서 사용될 부호화 방식 및 상기 다수의 변조부(310-1 내지 310-N)에서 사용될 변조방식을 결정한다.
상기 빔포밍 제어부(360)는 상기 채널정보 및 제어정보 수신부(370)로부터 제공되는 채널 정보들을 이용하여 각 단말들에 대한 송신 빔포밍 벡터를 결정한다. 즉, 상기 빔포밍 제어부(360)는 상술한 <수학식 1> 내지 <수학식 9>와 같이, 수신 빔포밍 벡터를 고려하여 자신에 속한 단말의 신호가 최대로 하면서 협력 기지국에 속한 단말에 대한 간섭을 최소화하는 자신의 송신 빔포밍 벡터와 협력 기지국의 송신 빔포밍 벡터 즉, 송신 빔포밍 벡터 쌍을 계산한다. 여기서, 상기 송신 빔포밍 벡터 쌍이 다수개 얻어지면, 상기 빔포밍 제어부(360)는 상기 <수학식 10>에 나타낸 바와 같이, 전송률 합을 최대로하는 송신 빔포밍 벡터 쌍을 선택한다. 이때, 상기 빔포밍 제어부(360)는 상기 선택된 빔포밍 벡터 쌍에 대한 정보를 해당 협력 기지국으로 전송하기 위한 기능을 제어 및 처리한다.
상기 채널정보 및 제어정보 수신부(370) 자신에 속한 단말들의 상량링크 사운딩 채널 혹은 피드백 채널을 통해 수신되는 제어 정보를 해석한다. 예를 들어, 상기 채널정보 및 제어정보 수신부(370)는 상기 상향링크 사운딩 채널 혹은 피드백 채널을 통해 하향링크 채널 품질 정보 및 간섭 정보를 확인하여 상기 MCS 제어부(350)로 제공하고, 상기 단말들로부터 피드백되는 하향링크 채널 정보 및 간섭 정보를 확인하여 상기 빔포밍 제어부(360)로 제공한다. 여기서, 각 단말들의 하향링크 채널 정보는 상기 기지국 자신과 상기 단말들 각각의 채널 정보를 포함하고, 협력 기지국들이 상기 단말들 각각에 미치는 간섭 채널의 정보를 포함한다.
또한, 상기 채널정보 및 제어정보 수신부(370)는 백홀을 통해 협력 기지국과의 정보 교환을 수행함으로써, 상기 협력 기지국에 속한 단말의 하향링크 채널 정보를 획득하고, 이를 상기 빔포밍 제어부(360)로 제공한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신 빔포밍 벡터를 결정하는 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다. 여기서는 상기 기지국을 기지국 i라고 하고, 상기 기지국i의 협력 기지국을 기지국 j라고 하며, 상기 기지국 i에 속한 단말을 단말 i라하고, 상기 기지국 j에 속한 단말을 단말 j라 칭하기로 한다.
상기 도 4를 참조하면, 기지국 i는 401단계에서 자신에 속한 단말 i로부터 채널정보 즉, 상기 기지국 i와 단말 i간의 채널 정보(Hi)와 협력 기지국 j가 상기 단말 i에 미치는 간섭 채널의 정보(Gi)를 수신한다. 예를 들어, 상기 기지국 i는 상기 단말 i의 상향링크 사운딩 채널 혹은 피드백 채널을 통해 상기 채널 정보(Hi, Gi)를 획득한다.
이후, 상기 기지국 i는 403단계에서 백홀을 통해 협력 기지국 j와 단말의 채 널 정보를 교환한다. 즉, 상기 기지국 i는 상기 401단계에서 획득한 채널정보(Hi, Gi)를 상기 협력 기지국 j로 전송하고, 상기 기지국 j로부터 상기 기지국 j와 단말 j간의 채널정보(Hj)와 상기 기지국 i가 단말 j에 미치는 간섭 채널의 정보(Gj)를 수신한다.
이후, 상기 기지국 i는 405단계에서 상기 획득된 채널 정보들을 바탕으로 각 단말의 수신 빔포밍 벡터를 고려하여 각 단말의 신호를 최대로하는 상기 기지국 i 자신의 송신 빔포밍 벡터(fi)와 상기 협력 기지국 j의 송신 빔포밍 벡터(fj) 즉, 송신 빔포밍 벡터 쌍(fi, fj)을 계산한다. 즉, 상기 기지국 i는 상기 <수학식 4>와 같이, 각 단말의 수신 빔포밍 벡터를 고려하여 자기 단말 i의 신호를 최대로하면서 협력 기지국에 속한 단말 j에 대한 간섭을 최소화하는 관계식을 세우고, 일반화된 아이겐벡터 분석 기법에 따라 상기 기지국 i 자신과 협력 기지국 j의 송신 빔포밍 벡터를 계산한다. 여기서, 상기 일반화된 아이겐벡터 분석 기법에 따라 송신 빔포밍 벡터 계산하는 과정은 상기 <수학식 4> 내지 <수학식 9>에 나타낸 바와 같다.
이후, 상기 기지국 i는 407단계에서 상기 송신 빔포밍 벡터 쌍(fi, fj)이 복수개 획득되는지 검사하고, 하나의 송신 빔포밍 벡터 쌍만이 획득될 시, 하기 411단계로 바로 진행하고, 복수개의 송신 빔포밍 벡터 쌍이 획득될 시, 409단계로 진행하여 상기 <수학식 10>과 같이 전송률 합이 최대가 되는 하나의 송신 빔포밍 벡터 쌍을 선택한다.
이후, 상기 기지국 i는 411단계에서 상기 송신 빔포밍 벡터 쌍을 바탕으로 각 단말에서 사용할 수신 빔포밍 벡터 쌍(wi, wj)을 계산하고, 413단계로 진행하여 상기 협력 기지국 j로 상기 협력 기지국 j의 송신 빔포밍 벡터(fj)와 상기 협력 기지국 j에 속한 단말 j의 수신 빔포밍 벡터(wj)의 정보를 전송한다. 또한, 상기 기지국 i는 413단계에서 자신에게 속한 단말 i로 상기 단말 i의 수신 빔포밍 벡터(wi) 정보를 전송한다.
이후, 상기 기지국 i는 417단계에서 단말 i에 대한 자신의 송신 빔포밍 벡터(fi)를 이용하여 상기 단말 i에 빔포밍된 신호를 전송하고, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 기지국간 협력 환경을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 기지국간 협력을 수행하는 다중 안테나 시스템 모델을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면, 및
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신 빔포밍 벡터를 결정하는 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면.

Claims (7)

  1. 다중 안테나 시스템에서 기지국간 협력을 통해 빔포밍을 수행하는 기지국의 방법에 있어서,
    상기 기지국이 자신에게 속한 단말의 채널 정보 및 간섭 정보를 획득하는 과정과,
    협력 기지국으로부터 상기 협력 기지국에 속한 단말의 채널 정보 및 간섭 정보를 획득하는 과정과,
    상기 획득한 채널 정보 및 간섭 정보들을 바탕으로 각 단말의 수신 빔포밍 벡터를 고려하여 자기 단말의 신호를 최대로 하면서 협력 기지국의 단말에 대한 간섭을 최소화하는 송신 빔포밍 벡터를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 다중 안테나 시스템에서 기지국간 협력을 통해 빔포밍을 수행하는 기지국의 장치에 있어서,
    상기 기지국이 자신에게 속한 단말의 채널 정보 및 간섭 정보와 협력 기지국으로부터 상기 협력 기지국에 속한 단말의 채널 정보 및 간섭 정보를 획득하는 수신부와,
    상기 획득한 채널 정보 및 간섭 정보들을 바탕으로 각 단말의 수신 빔포밍 벡터를 고려하여 자기 단말의 신호를 최대로 하면서 협력 기지국의 단말에 대한 간섭을 최소화하는 송신 빔포밍 벡터를 계산하는 빔포밍 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 상기 청구항 1의 기지국간 협력을 통해 빔포밍을 수행하는 기지국의 방법에 있어서,
    채널 및 간섭 정보를 이용하여 일반화된 아이겐벡터들을 구해서 빔포밍 벡터를 구하는 방법 및 장치.
  4. 상기 청구항 1의 기지국간 협력을 통해 빔포밍을 수행하는 기지국의 방법에 있어서,
    각 단말이 파일럿 정보를 이용해 자기 기지국과 단말 사이의 하향링크 채널 정보뿐만 아니라 협력 기지국에서 단말로 오는 간섭 정보까지 추정할 수 있는 방법 및 장치.
  5. 상기 청구항 1의 기지국간 협력을 통해 빔포밍을 수행하는 기지국의 방법에 있어서,
    단말이 획득한 자기 기지국과 단말 사이의 하향링크 채널 정보뿐만 아니라 협력 기지국에서 단말로 오는 간섭 정보를 상향링크 사운딩 채널 혹은 피드백 채널을 통해 기지국으로 보내는 방법 및 장치.
  6. 상기 청구항 3의 채널 및 간섭 정보를 이용하여 일반화된 아이겐벡터들을 구할 때,
    복수개의 아이겐벡터들이 구해졌을 때 전송률 합을 최대로 하는 아이겐벡터의 쌍으로 송신 빔포밍 벡터를 구성하는 방법 및 장치.
  7. 상기 청구항 3의 채널 및 간섭 정보를 이용하여 일반화된 아이겐벡터들을 구할 때,
    구해진 아이겐벡터와 채널의 곱으로 이루어지는 유효 채널의 정합 필터를 수신 빔포밍 벡터로 구성하는 방법 및 장치.
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