KR20100125757A - 코드북 기반 다중 안테나 중계 시스템의 신호처리 장치 및 방법 - Google Patents

코드북 기반 다중 안테나 중계 시스템의 신호처리 장치 및 방법 Download PDF

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KR20100125757A
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Abstract

본 발명은 기지국과 중계국에서 코드북 기반 양자화 전처리기를 이용하여 시스템 성능 향상 및 채널 용량을 증대시키는 코드북 기반 다중 안테나 중계 시스템의 신호처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 코드북 기반의 다중 안테나 중계 시스템에서 중계국의 전처리 행렬 인덱스를 전송하는 방법에 있어서, 기지국에 구비된 다수 안테나와 상기 중계국에 구비된 다수 안테나 간의 채널 상태를 추정하는 과정과, 상기 추정된 채널 상태를 통해서 상기 채널의 성능을 나타내는 파라미터를 측정하는 과정과, 상기 측정된 파라미터에 해당된 전처리 행렬을 코드북에서 선택하고, 상기 선택된 전처리 행렬의 인덱스를 계산하고, 상기 계산된 전처리 행렬의 인덱스를 상기 기지국 및 상기 단말기로 동시에 전송하는 과정을 포함한다.
Figure P1020090044607
다중 안테나, 멀티 홉, 전처리 행렬

Description

코드북 기반 다중 안테나 중계 시스템의 신호처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING A SIGNAL IN CODEBOOK-BASED MIMO RELAY SYSTEM}
본 발명은 코드북 기반 다중 안테나 중계 시스템에 관한 것으로, 특히 기지국과 중계국에서 코드북 기반 양자화 전처리기를 이용하여 시스템 성능 향상 및 채널 용량을 증대시키는 코드북 기반 다중 안테나 중계 시스템의 신호처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 3G 이후의 시스템(beyond the 3G system) 즉, 4세대 시스템은 무선망(Wireless Network)과 핵심망(Core Network) 모두 Ubiquitous & Seamless connection, High data rate, Openness, Network convergence의 특징이 갖춰져 있는 시스템을 말한다. 그리고, 이러한 4세대 시스템은 high data rate에 초점을 맞춰 대용량 데이터 전송이 가능하도록 설계된다.
이러한 MIMO(Multiple Input Multiple Output)을 이용하여 동시에 다수의 송수신기들(예: 기지국들과 단말기들)간의 데이터 또는 신호를 송수신할 수 있다. 이러한, MIMO는 송수신 양단에 다중 안테나를 사용함으로써 한정된 주파수 자원 내에서 채널 용량을 증대하여 높은 데이터 전송율을 제공하기 위한 기술로서, 송신기 (예: 기지국)에 N개의 안테나를 배열하고 수신기에도 N개의 안테나를 배열한다. 이와 같이, 배열된 안테나를 사용하여 신호를 송수신하면 N배의 전송율 증가를 낼 수 있다.
또한, 중계국을 도입하여 전송률의 증대와 통신 영역의 확대를 기대할 수 있다. 중계국은 음영지역에 대한 해소와 함게 저품질의 링크에 대해 고품질화가 가능하다. 이러한 중계국의 기술과 MIMO 기술이 함께 적용된 시스템 하에서 더욱 향상된 통신 용량 증대를 기대할 수 있다.
그런데, 이러한 MIMO 기반 중계 시스템에서 다중 사용자가 동시에 서비스를 받을 경우 수신기들이 송신기로 피드백하는 피드백 정보의 양이 많아지게 되고, 결국 시스템 전체의 성능을 저하시키게 된다. 이러한 문제점을 극복하고자 종래에는 2005년 8월 IEEE Transaction of Information Theory에 개재된 'Limited Feedback Unitary Precoding for Spatial Multiplexing Systems'에서 제안한 내용을 다중 홉 시스템으로의 단순 확장하였다. 이 종래 기술에서 각 홉의 수신 노드는 채널을 추정하고, 추정된 채널을 이용하여 전처리 행렬 인덱스를 구하고, 구해진 전처리 행렬 인덱스를 송신 노드로 피드백하여 적은 양의 피드백으로 수신 성능을 향상시키거나 또는 채널 용량을 증대시키기 위한 코드북 기반 양자화 전처리 기법이 있다.
그런데, 이러한 종래 기술 역시 각 홉을 기존의 다중 안테나 시스템으로 고려하여 양자화 전처리 행렬을 결정하기 때문에, 다중 홉에 대한 종합적인 처리가 수행되지 않으므로 최적의 수신 성능 및 채널 용량을 얻을 수 없는 문제점이 있으며, 또한, 양자화 전처리 행렬을 선택할 경우 연산량이 코드북의 크기에 따라 기하 급수적으로 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 문제점을 해결하기 위해서 착안된 것으로서, 코드북 기반 다중 홉 안테나 시스템에서 송신기 및 중계국에 전처리 기법을 적용하여 성능을 개선하는 코드북 기반 다중 홉 안테나 중계 시스템의 신호처리 장치 및 방법을 제공한다.
상기한 바를 달성하기 위한 본 발명은 코드북 기반 다중 안테나 시스템의 성능을 개선하는 코드북 기반 다중 홉 안테나 중계 시스템의 신호처리 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 코드북 기반 다중 안테나 시스템의 중계국이 전처리 행렬의 인덱스를 기지국 및 단말기로 전송하는 방법을 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 코드북 기반의 다중 안테나 중계 시스템에서 중계국의 전처리 행렬 인덱스를 전송하는 방법에 있어서, 기지국에 구비된 다수 안테나와 상기 중계국에 구비된 다수 안테나 간의 채널 상태를 추정하는 과정과, 상기 추정된 채널 상태를 통해서 상기 채널의 성능을 나타내는 파라미터를 측정하는 과정과, 상기 측정된 파라미터에 해당된 전처리 행렬을 코드북에서 선택하고, 상기 선택된 전처리 행렬의 인덱스를 계산하고, 상기 계산된 전처리 행렬의 인덱스를 상기 기지국 및 상기 단말기로 동시에 전송하는 과정을 포함한다.
또한, 상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 코드북 기반의 다중 안테나 중 계 시스템에서 중계국의 전처리 행렬 인덱스를 전송하는 방법에 있어서, 기지국에 구비된 다수 안테나와 상기 중계국에 구비된 다수 안테나 간의 채널 상태를 추정하는 채널 추정기와, 상기 추정된 채널 상태를 통해서 상기 채널의 성능을 나타내는 파라미터를 측정하는 파라미터 측정기와, 상기 측정된 파라미터에 해당된 전처리 행렬을 코드북에서 선택하고, 상기 선택된 전처리 행렬의 인덱스를 계산하고, 상기 계산된 전처리 행렬의 인덱스를 상기 기지국 및 상기 단말기로 동시에 전송하는 전처리 행렬 선택기를 포함한다.
상술한 바와 같이, 코드북 기반 다중 안테나 중계 시스템의 신호처리 방법 및 장치를 제공함으로써, 종래와 동일한 피드백의 양으로도 수신 성능을 개선하고, 채널 용량을 중대시키는 효과가 있으며, 또한 최적의 양자화 전처리 행렬을 선택할 경우 연산량이 코드북의 크기에 따라 기하급수적으로 커지는 것을 방지하는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 사용자의 의도 또는 관례 등 에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 후술될 상세한 설명에서 사용될 용어들에 대해 정의하면 다음과 같다.
- 기지국(Base Station) : 셀 내에 위치한 다수의 단말기들로 전송되는 데이터를 라우팅하거나 또는 다수의 단말기들로부터 수신되는 데이터를 목적지에 전송하는 장치이며, MT개의 송신 안테나와 MR개의 수신안테나가 구비되어 있다. 또한, 기지국은 파일럿 신호, 훈련열(training sequence)등을 이용해 중계국 또는 단말기와 연결된 채널 상태를 측정한다.
- 중계국(Relaying Station) : 기지국과 단말기간의 데이터의 원활한 송수신을 위한 장치로서, MT개의 송신 안테나와 MR개의 수신안테나가 구비되어 있다. 그리고, 원활한 데이터의 송수신을 위해 전파의 세기가 약한 지역 또는 음영 지역에 설치될 수 있으며, 셀 내에 다수 구비되어 있을 수 있다. 이러한 중계국은 기지국과 마찬가지로 파일럿 신호등을 이용해 기지국과의 채널 상태 및 단말과의 채널 상태를 측정한다.
- 단말기(Mobile Station) : 기지국 또는 중계국과 연결된 채널을 추정하고, 추정된 채널을 이용하여 전처리 행렬 인덱스를 구하여 기지국 또는 중계국으로 전송하고, MT개의 송신 안테나와 MR개의 수신안테나가 구비되어 있다. 그리고, 이동성이 보장되며, 상기 기지국의 제어하에 사용자에게 다양한 서비스를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 중계 시스템을 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 중계 시스템은 기지국(100)과, 상기 기지국(100)으로부터 송수신되는 데이터 또는 신호를 중계해 주는 다수의 중계국들(200-250)과, 상기 기지국의 전파 반경내에 위치하며, 상기 기지국 또는 다수의 중계국들을 통해 데이터를 송수신하는 다수의 단말기들(300-320)로 구성된다.
이와 같이, 기지국(100), 다수 중계국들(200-250), 및 다수 단말기들(300-320)로 구성된 다중 안테나 중계 시스템에서, 기지국(100)는 셀 내의 단말기들에게 전송할 데이터를 전처리 과정을 수행한 후, 전처리 과정이 수행된 데이터를 구비된 다수의 안테나를 통해 중계국 또는 단말기로 전송한다. 중계국으로 데이터가 전송되는 경우는 단말기가 기지국으로부터 전송된 데이터를 직접 수신하지 못하는 음영 지역에 위치할 경우, 중계국은 기지국으로부터 수신된 데이터를 해당 단말기로 포워딩 해준다. 이처럼, 기지국이 전송한 데이터는 단말기로 직접 전송되거나 중계국을 통해서 단말기로 전송된다. 이러한 경로를 통해 데이터를 수신한 단말기 역시 다수의 수신 안테나를 통해 기지국이 전송하거나 중계국이 전송한 데이터를 수신한다. 이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기지국, 중계국 및 단말기의 기능을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 중계 시스템에서 기지국, 중계 국 및 단말기의 구성 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 중계 시스템은 기지국(100), 중계국(200), 및 단말기(300)로 구성된다. 또한, 상기 중계국(200)은 기지국에 구비된 다수 안테나와 상기 중계국에 구비된 다수 안테나 간의 채널 상태를 추정하고, 상기 추정된 채널 상태를 통해서 상기 채널의 성능을 나타내는 파라미터를 측정하고, 측정된 파라미터에 해당된 전처리 행렬을 코드북에서 선택하고, 상기 선택된 전처리 행렬의 인덱스를 계산하고, 상기 계산된 전처리 행렬의 인덱스를 상기 기지국 및 상기 단말기로 동시에 전송한다.
본 발명에서는 보다 명료한 기술을 위해서 기지국, 중계국 및 단말기가 각각 1개씩 있다고 가정하지만, 본 발명은 다수의 중계국 및 단말기가 존재하는 다중 안테나 중계 시스템에서 적용됨은 자명하다.
상기 기지국(100)은 구비된 다수의 송신 안테나를 통해 중계국(200) 또는 단말기로 데이터를 전송하면, 중계국(200)은 구비된 다수 수신 안테나를 통해 기지국(100)이 송신한 데이터를 수신한다. 기지국이 전송하는 상기 데이터는 파일럿 신호, 훈련열(training sequence)를 포함한다. 또한, 중계국(200)의 전력 정규화기(201)는 기지국(100)으로부터 데이터가 수신되면, 수신된 데이터의 신호의 전력을 정규화하고, 중계 전처리기(202)를 통해 단말기(300)에 전송한다. 그리고, 중계국(200)의 채널 추정기(203)는 기지국의 다수 송신 안테나들과 중계국 자신의 다수 수신 안테나가 연결된 채널의 상태를 추정하고, 성능 파라미터 측정기(204)는 추정된 채널 상태를 통해서 채널 성능을 나타내는 파라미터를 측정한다. 상기 파라미터 로는 SINR(Signal to Interference Noise Ratio), CINR(Carrier-to-Interference Noise Ratio), 데이터율, 또는 채널 용량(capacity)등을 포함한다. 또한, 채널 추정 기법이 ZF(Zero Forcing)인 경우 채널 성능 파라미터는 최소 특이값을 이용하며, 채널 추정 기법이 MMSE(Minimum Mean Squared Error)인 경우 채널 성능 파라미터는 최소의 MSE값을 이용한다. 또한, 채널 용량을 최대로 하는 채널 추정 기법이 있다. 즉, 전처리 행렬은 상기 기지국의 전처리 행렬과 상기 기지국과 상기 중계국간의 채널 행렬의 곱의 최소 특이값을 이용하는 ZF 기법, 상기 측정된 파라미터와 상기 기지국으로부터 전송되는 초기 신호간의 평균 제곱 오차(Mean Squared Error, MSE)를 최소화 하는 MMSE 기법, 채널 용량을 최대로 하는 기법 등이 있다.
이와 같이, 파라미터가 측정이 되면, 성능 파라미터 측정기(204)는 양자화 코드북(215)에서 측정된 파라미터에 만족하는 최적의 전처리 행렬을 양자화 코드북에서 선택한다. 그리고, 전처리 행렬 선택기(206)는 기지국(100)과 연결된 채널의 성능을 측정한 파라미터를 이용하여 선택된 전처리 행렬의 인덱스를 계산하여 기지국(100) 및 단말기(300)로 동시에 전송한다. 상기 전처리 행렬의 인덱스를 계산하는 과정은 후술한다.
다수의 안테나가 구비된 단말기(300)의 채널 추정기(302)는 중계국(200)으로부터 정규화값이 수신되면, 수신된 정규화값을 통해서 기지국과 중계국간 및 중계국과 단말기 자신간에 연결된 채널의 상태를 추정한다. 그리고, 단말기의 성능 파라미터 측정기(303)는 중계국(200)과 단말기(300)간에 추정된 채널 상태와 중계국(200)으로부터 수신된 인덱스를 통해서 기지국(100)과 중계국(200)간의 채널과 중계국(200)과 단말기(300)간의 채널의 성능을 나타내는 파라미터를 측정한다. 파라미터가 측정이 되면, 단말기의 성능 파라미터 측정기(303)는 양자화 코드북(304)에서 측정된 파라미터에 따른 코드를 선택한다. 그리고, 전처리 행렬 선택기(305)는 중계국(200)과 연결된 채널의 성능을 측정한 파라미터를 이용하여 전처리 행렬을 선택하고, 선택된 전처리 행렬의 인덱스를 계산하여 중계국(200)으로 전송한다. 그리고, 중계국(200)은 단말기(300)로부터 수신된 전처리 행렬의 인덱스를 기지국(100)으로 전송한다.
이후, 기지국(100)은 중계국으로부터 수신된 인덱스에 해당된 전처리 행렬을 이용하여 중계국(200)으로 데이터를 전송한다. 그리고, 중계국(200) 역시 단말기(300)로부터 수신된 인덱스에 해당된 전처리 행렬을 이용하여 기지국(100)으로부터 수신된 데이터를 단말기(300)로 전송한다.
이러한, 다중 중계 안테나 시스템에서 적은양의 피드백으로 수신 성능을 향상시키고, 채널 용량을 증대시키기 위해 전처리 행렬의 인덱스를 계산하기 위한 보다 상세한 설명은 다음과 같다.
도 2에 따른 기지국, 중계국, 및 단말기는 M개의 안테나가 구비되어 있으며, 이러한 시스템에서 각 단말기가 수신한 신호는 하기 <수학식 1>로 표현될 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112009030589806-PAT00001
상기 <수학식 1>에서 ES는 기지국(100)과 중계국(200) 사이에서 전송되는 심볼의 에너지이며, NS는 전송되는 스트림의 갯수이다. H1, H2는 MR×MT 행렬로 표현될 수 있으며 각각 기지국과 중계국의 채널, 중계국과 단말기의 채널 상태를 나타낸 행렬이다. 그리고, F1, F2는 MT×NS행렬로 표현될 수 있으며, 각각 기지국 전처리 행렬과 중계국 전처리 행렬이다. S는 NS×1 송신 심볼 벡터로서 평균은 0이며 공분산 행렬(covariance matrix)은 INS이고, n1, n2는 각각 중계국과 수신기에서의 MR×1 잡음 벡터로서 서로 독립적이며 평균이 0이고, 공분산 행렬은 N0IMRd이다. 또한, β는 AF(Amplify-and-Forward)기법을 사용하는 중계국에서의 전력 정규와 계수로서 하기 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다.
<수학식 2>
Figure 112009030589806-PAT00002
상기 <수학식 2>에서 β는 AF기법을 사용하는 중계국에서의 전력 정규와 계수이고, ρ는 입력 신호대 잡음비로서 ES/N0를 의미하며, ∥X∥F는 행렬 X의 프로베니우스 놈(Frobenius norm)이다. 본 발명의 실시예에 따른 전처리 행렬 선택 기법은 상기 <수학식1>을 이용하여 수신기 ZF 수신기가 적용될 경우, MMSE 수신기가 적용될 경우, 채널 용량이 기준이 될 경우가 있다.본 발명에서는 수신 구조의 복잡도 와 연산의 편의를 위해서 수신 안테나의 개수 MR은 전송 스티림의 수 NS와 동일하다고 가정한다. 이하, 상술한 3가지의 전처리 행렬 선택 기법을 설명하면 다음과 같다. 덧붙혀 본 발명에 따른 수신기는 중계국 또는 단말기를 통칭한다.
1. ZF 수신기의 전처리 행렬 선택 기법
본 ZF 수신기의 수신 성능을 개선하는 전처리 행렬 선택 기법에서는 ZF 수신기의 성능이 검출된 스트림의 신호대 잡음비 중에서 가장 작은 값에 영향을 받는다는 사실을 이용한다. 먼저 송신 전처리 기법에서의 전처리 행렬 선택은 하기 <수학식 3>을 통해서 구할 수 있다.
<수학식 3>
Figure 112009030589806-PAT00003
상기 <수학식 3>에서 σmin{X}는 행렬 X의 최소 특이값(singular value)이다. 수신기에서는 상기 <수학식 3>의 송신 전처리 행렬에 대한 정보를 이용하여 하기 <수학식 4>와 같이 중계 전처리 행렬의 인덱스를 찾을 수 있다.
<수학식 4>
Figure 112009030589806-PAT00004
상기 <수학식 4>에서 β는 AF기법을 사용하는 중계국에서의 전력 정규와 계수이고, ρ는 입력 신호대 잡음비로서 ES/N0를 의미하며, σmin{X}는 행렬 X의 최소 특이값이고, F1, F2는 MT×NS행렬로 표현될 수 있으며, 각각 기지국 전처리 행렬과 중계국 전처리 행렬이고, H1, H2는 기지국과 중계국의 채널, 중계국과 단말기의 채널 상태를 나타낸 행렬로서 MR×MT 행렬로 표현될 수 있다.
그리고, 상기 <수학식 3>에서 최소 특이값을 찾는 과정은 특이값 분해(Singular Value Decomposition, SVD)와 같은 복잡한 연산이 요구되지만, 이것은 하기 <수학식 5>를 통하여 간단한 연산으로 구할 수 있다.
<수학식 5>
Figure 112009030589806-PAT00005
상기 <수학식 5>에서 n은 정방행렬 X의 크기이고, |X|는 행렬 X의 행렬식(determinant)이고, ci(X), ri(X)는 각각 행렬 X의 i번째 열(column)과 행(row)의 원소들의 절대값의 합을 의미한다.
2. MMSE 수신기의 전처리 행렬 선택 기법
MMSE 수신기는 검출된 신호와 원래 송신 신호간의 평균 제곱 오차(Mean Squared Error, MSE)를 최소화하는 수신기로서 수신기에서의 MMSE수신기는 하기 <수학식 6>과 같이 구성될 수 있다.
<수학식 6>
Figure 112009030589806-PAT00006
그리고, 기지국에서의 전처리 행렬은 하기 <수학식 7> 을 이용하여 선택된다.
<수학식 7>
Figure 112009030589806-PAT00007
상기 <수학식 7>에서 tr{X}는 X의 트레이스(trace)연산이고, (X)-1는 행렬 X의 역행렬이다. 수신기에서는 상기 <수학식 7>의 송신 전처리 행렬에 대한 정보를 이용하여 하기 <수학식 8>과 같이 중계국 전처리 행렬의 인덱스를 찾을 수 있다.
<수학식 8>
Figure 112009030589806-PAT00008
3. 채널 용량을 이용한 전처리 행렬 선택 기법
채널 용량이 전처리 행렬의 선택 기준이 될 경우, 채널 용량을 최대로 하는 전처리 행렬의 인덱스를 선택하며, 전처리 행렬의 인덱스는 하기 <수학식 9>를 이용하여 찾을 수 있다.
<수학식 9>
Figure 112009030589806-PAT00009
상기 <수학식 9>의 결과와 상기 <수학식 1>의 최종 수신 신호를 이용하면, 채널 용량을 구할 수 있고 이를 최대로 하는 전처리 행렬의 인덱스는 하기 <수학식 10>과 같다.
<수학식 10>
Figure 112009030589806-PAT00010
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중계국의 전처리 행렬 전송을 나타낸 순서도이다.
도시된 바와 같이, 다수 안테나가 구비된 중계국은 기지국으로부터 데이터가 수신되면, 수신된 데이터를 통해서 다수 안테나가 구비된 기지국과 연결된 채널 상태를 추정한다(S310). 상기 데이터는 파일럿 신호, 및 훈련열(training sequence)를 포함한다. 그리고, 추정된 채널 상태를 통해서 추정된 채널의 성능을 나타내는 파라미터를 측정한다(S312). 상기 파라미터로는 SINR, CINR, 데이터율, 또는 채널 용량(capacity)등을 포함한다. 또한, 채널 추정 기법이 ZF(Zero Forcing)인 경우 성능 파라미터로는 최소 특이값을 포함하며, 채널 추정 기법이 MMSE(Minimum Mean Squared Error)인 경우 성능 파라미터로는 MSE의 최소값을 포함한다. 그리고, 측정된 채널 성능 파라미터를 이용하여 전처리 행렬 인덱스를 계산한다(S312). 그리고, 계산된 전처리 행렬 인덱스를 기지국 및 단말기로 전송한다(S314). 상기 전처리 행렬의 인덱스를 계산하는 과정은 전술하였으므로, 생략한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 전처리 행렬 전송을 나타낸 순서도이다.
도시된 바와 같이, 단말기는 중계국으로부터 수신된 데이터를 통해 다수 안테나가 구비된 중계국과 단말기 자신이 연결된 채널 상태를 추정한다(S410). 뿐만 아니라, 상기 단말기는 중계국으로부터 수신된 데이터를 통해서 기지국과 중계국간의 채널 상태도 파악한다. 그리고, 중계국으로부터 전송된 전처리 행렬 인덱스가 수신되면, 상기 추정된 채널 상태 및 수신된 기지국과 중계국간의 전처리 행렬 인덱스를 이용하여 중계국과 단말기간의 전처리 행렬 인덱스를 계산한다(S414). 그리고, 상기 과정(S414)에서 계산된 전처리 행렬 인덱스를 중계국으로 전송한다(S416).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3비트 코드북 이용시 비트 에러율을 종래 기술과 비교한 그래프이다.
도시된 바와 같이, 3비트의 코드북을 이용했을 경우, 본 발명의 비트 에러율 성능을 종래기술의 성능과 최적의 전처리 기법, 그리고 최적의 양자화 전처리 기법 과 비교하면, 본 발명의 실시예에 따른 전처리 기법은 종래 전처리 기법 보다 우수한 성능을 가진다는 것을 알 수 있다. 또한, 모든 채널의 정보를 다 알고 있다고 가정하여 구현이 불가능한 최적의 전처리 기법의 성능과 비교하여 볼때, 본 발명은 10-4비트 에러율에서 약 5dB 정도의 성능 열화가 발생하고 최적의 양자화 전처리 기법과 비교하여 볼때, 약 1dB 정도의 성능 열화가 발생한다. 그렇지만 코드북의 크기가 N일경우 연산량이 0(N2)인 최적의 양자화 전처리 기법에 비하여 본 발명의 연산량은 0(N)이다. 비슷한 연산량을 갖고 있는 종래기술의 성능과 비교하여 비트 에러율에서 ZF 수신기와 MMSE 수신기 모두 약 1dB정도의 성능 향상이 있음을 확인 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 6비트 코드북 이용시 비트 에러율을 종래 기술과 비교한 그래프이다.
도시된 바와 같이, 6비트의 코드북을 이용했을 경우에도, 본 발명의 비트 에러율 성능을 종래기술의 성능과 최적의 전처리 기법, 그리고 최적의 양자화 전처리 기법과 비교하면, 본 발명의 실시예에 따른 전처리 기법은 종래 전처리 기법 보다 우수한 성능을 가진다는 것을 알 수 있다. 모든 채널의 정보를 다 알고 있다고 가정하여 구현이 불가능한 최적의 전처리 기법의 성능과 비교하여 볼때, 본 발명은 10-4비트 에러율에서 약 3dB 정도의 성능 열화가 발생하고 최적의 양자화 전처리 기법과 비교하여 볼때, 약 1dB 정도의 성능 열화가 발생한다. 그리고, 종래 기술의 성능과 비교하여 10-4 비트 에러율에서 ZF 수신기와 MMSE 수신기일 경우 모두 약 2dB 정도의 성능 향상이 발생된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 채널 용량을 종래 기술과 비교한 그래프이다.
도시된 바와 같이, 채널 용량 선택 기준시, 본 발명의 채널 용량 성능을 종래 기술과 최적의 전처리 기법, 그리고 최적의 양자화 전처리 기법과 비교하면, 최적의 전처리 기법과 비교하여 3비트 코드북 이용시 약 0.9bps/Hz, 6비트 코드북 이용시 약 0.55bps/Hz정도의 성능 열화가 발생하나 최적의 양자화 전처리 기법과 거의 유사한 성능을 보임을 알 수 있다. 낮은 신호대 잡음비 영역에서는 종래기술에 비해 약간의 성능 이득이 있음을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 중계 시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 중계 시스템에서 기지국, 중계국 및 단말기의 구성 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중계국의 전처리 행렬 전송을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 전처리 행렬 전송을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3비트 코드북 이용시 비트 에러율을 종래 기술과 비교한 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 6비트 코드북 이용시 비트 에러율을 종래 기술과 비교한 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 채널 용량을 종래 기술과 비교한 그래프.

Claims (4)

  1. 코드북 기반의 다중 안테나 중계 시스템에서 중계국의 전처리 행렬 인덱스를 전송하는 방법에 있어서,
    기지국에 구비된 다수 안테나와 상기 중계국에 구비된 다수 안테나 간의 채널 상태를 추정하는 과정과;
    상기 추정된 채널 상태를 통해서 채널의 성능을 나타내는 파라미터를 측정하는 과정과;
    상기 측정된 파라미터에 해당된 전처리 행렬을 코드북에서 선택하고, 상기 선택된 전처리 행렬의 인덱스를 계산하고, 상기 계산된 전처리 행렬의 인덱스를 상기 기지국 및 단말기로 동시에 전송하는 과정을 포함하는 중계국의 전처리 행렬 인덱스 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전처리 행렬은
    상기 기지국의 전처리 행렬과 상기 기지국과 상기 중계국간의 채널 행렬의 곱이 최소값을 갖는 최소 특이값(singular value)을 이용하는 ZF(Zero Forcing) 기법, 상기 측정된 파라미터와 상기 기지국으로부터 전송되는 초기 신호간의 평균 제곱 오차(Mean Squared Error, MSE)를 최소화 하는 MMSE(Minimum Mean Squared Error) 기법, 채널 용량을 최대로 하는 기법 중 어느 하나를 통해 선택되는 것을 특징으로 하는 중계국의 전처리 행렬 인덱스 전송 방법.
  3. 코드북 기반의 다중 안테나 중계 시스템에서 중계국의 전처리 행렬 인덱스를 전송하는 방법에 있어서,
    기지국에 구비된 다수 안테나와 상기 중계국에 구비된 다수 안테나 간의 채널 상태를 추정하는 채널 추정기와;
    상기 추정된 채널 상태를 통해서 채널의 성능을 나타내는 파라미터를 측정하는 파라미터 측정기와;
    상기 측정된 파라미터에 해당된 전처리 행렬을 코드북에서 선택하고, 상기 선택된 전처리 행렬의 인덱스를 계산하고, 상기 계산된 전처리 행렬의 인덱스를 상기 기지국 및 단말기로 동시에 전송하는 전처리 행렬 선택기를 포함하는 중계국의 전처리 행렬 인덱스 전송 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전처리 행렬은
    상기 기지국의 전처리 행렬과 상기 기지국과 상기 중계국간의 채널 행렬의 곱이 최소값을 갖는 최소 특이값(singular value)을 이용하는 ZF(Zero Forcing) 기법, 상기 측정된 파라미터와 상기 기지국으로부터 전송되는 초기 신호간의 평균 제곱 오차(Mean Squared Error, MSE)를 최소화 하는 MMSE(Minimum Mean Squared Error) 기법, 채널 용량을 최대로 하는 기법 중 어느 하나를 통해 선택되는 것을 특징으로 하는 중계국의 전처리 행렬 인덱스 전송 장치.
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