KR20110006121A - Transmit antenna and user selection system for multiuser spatial multiplexing system with maximum likelihood receiver - Google Patents

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KR20110006121A
KR20110006121A KR1020090063611A KR20090063611A KR20110006121A KR 20110006121 A KR20110006121 A KR 20110006121A KR 1020090063611 A KR1020090063611 A KR 1020090063611A KR 20090063611 A KR20090063611 A KR 20090063611A KR 20110006121 A KR20110006121 A KR 20110006121A
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이종호
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Abstract

PURPOSE: A transmit antenna and user selection system for multiuser spatial multiplexing system is provided to make an ML(Maximum Likelihood) detecting unit detect optimum detecting performance. CONSTITUTION: An MS(Mobile Station)(230) comprises an ML detector(233). The ML detector performs MIMO(Multiple Input Multiple Output) signal detection with a base station(210). The base station selects the MS combination and the transmission antenna combination the minimum distance toward the MIMO channel of the ML detector to maximum. The base station transmits data stream.

Description

다중 사용자 공간 다중화 시스템에서 최대 우도 검출을 할 때 송신 안테나와 사용자를 선택하기 위한 시스템{TRANSMIT ANTENNA AND USER SELECTION SYSTEM FOR MULTIUSER SPATIAL MULTIPLEXING SYSTEM WITH MAXIMUM LIKELIHOOD RECEIVER}TRANSMITMIT ANTENNA AND USER SELECTION SYSTEM FOR MULTIUSER SPATIAL MULTIPLEXING SYSTEM WITH MAXIMUM LIKELIHOOD RECEIVER}

본 발명의 실시예들은 다중 사용자 다중 안테나 간 통신을 위한 다중 사용자 공간 다중화 시스템에서 ML(maximum likelihood) 검출을 수행할 때 송신 안테나와 사용자를 선택하기 위한 시스템에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a system for selecting a transmit antenna and a user when performing ML (maximum likelihood) detection in a multi-user spatial multiplexing system for communication between multi-user multi-antennas.

MIMO(multiple input multiple output) 시스템은 복수의 송신 안테나를 이용하여 신호를 송신할 수 있고, 또는 복수의 수신 안테나를 이용하여 신호를 수신할 수 있는 무선 통신 시스템을 의미한다.A multiple input multiple output (MIMO) system refers to a wireless communication system capable of transmitting signals using a plurality of transmitting antennas or receiving signals using a plurality of receiving antennas.

한편, 무선 통신 시스템은 이동 단말기(mobile station)(이하, '사용자'라 칭함)들에게 고속의 대용량 데이터 송수신이 가능한 서비스를 제공하기 위한 시스템 형태로 발전해나가고 있다.Meanwhile, a wireless communication system is developing into a system for providing a service capable of high-speed, high-capacity data transmission and reception to mobile stations (hereinafter, referred to as "users").

그러나, 무선 통신 시스템에서의 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과는 달리 다중 경로 간섭(multipath interference), 쉐도잉(shadowing), 전파 감쇠, 시변 잡음, 간섭 및 페이딩(fading) 등과 같은 다양한 요인들로 인해 불가피한 에러가 발 생하여 정보의 손실이 발생한다.However, unlike a wired channel environment, a wireless channel environment has a variety of factors such as multipath interference, shadowing, propagation attenuation, time-varying noise, interference, and fading. Unavoidable errors occur, resulting in loss of information.

도 1에 도시한 바와 같이, 기지국(base station)(110)과 사용자(mobile station)(130)가 각각 다중의 수신 안테나를 가지고 있는 경우 기지국(110)이 다수의 사용자(130)에게 각각 다중 데이터 스트림을 전송하는 시스템을 다중 사용자 공간 다중화 시스템(multiuser spatial multiplexing system)으로 정의하고 있다.As shown in FIG. 1, when the base station 110 and the mobile station 130 each have a plurality of receive antennas, the base station 110 transmits multiple data to the plurality of users 130, respectively. A system for transmitting streams is defined as a multiuser spatial multiplexing system.

도 1은 4개의 송신 안테나(111)를 갖는 기지국(110)이 2개의 수신 안테나(131)를 갖는 사용자(130) 2명에게 각각 2개의 데이터 스트림을 전송하는 다중 사용자 공간 다중화 시스템에 대한 일례를 도시한 것이다.1 illustrates an example of a multi-user spatial multiplexing system in which a base station 110 having four transmit antennas 111 transmits two data streams to two users 130 having two receive antennas 131, respectively. It is shown.

이때, 기지국(110)이 다중 사용자(130)에게 다중 스트림을 전송하면서 발생하는 다중 사용자 간의 간섭을 제거할 수 있는 송신 프리코딩 기법으로는 블록 대각화(block diagonalization) 방식이 알려져 있다.In this case, a block diagonalization method is known as a transmission precoding technique capable of eliminating interference between multiple users generated while the base station 110 transmits multiple streams to the multiple users 130.

다중 사용자 공간 다중화 시스템에서 다음과 같은 2가지 경우의 문제를 고려할 수 있다.In a multi-user spatial multiplexing system, the following two problems can be considered.

첫째, 데이터 전송을 필요로 하는 다수의 사용자 중에서 기지국은 어떤 사용자를 선택하여 전송하는 것이 가장 효율적인가.First, among the plurality of users requiring data transmission, which user is most efficient to select and transmit?

둘째, 기지국이 가진 송신 안테나 수(

Figure 112009042484645-PAT00001
)에 비해 RF 망(chain)의 수(
Figure 112009042484645-PAT00002
)가 큰 상황에서 기지국은
Figure 112009042484645-PAT00003
개의 송신 안테나 중에서
Figure 112009042484645-PAT00004
개의 안테나를 선택해서 RF 망에 연결해야 하는데, 이때 어떤 기준으로 송신 안테나를 선택할 것인가.Second, the number of transmit antennas the base station has
Figure 112009042484645-PAT00001
Compared to the number of RF chains (
Figure 112009042484645-PAT00002
), The base station
Figure 112009042484645-PAT00003
Of transmit antennas
Figure 112009042484645-PAT00004
Two antennas should be selected and connected to the RF network.

특히, 두 번째 경우 기지국의 RF 망은 상대적으로 비싸기 때문에 송신 안테 나 수만큼 구비하는 것이 기지국 비용을 크게 증가시키는 요인이 된다. 따라서, 송신 안테나 자체의 수는 늘리면서 RF 망의 수는 고정시키고 전체 송신 안테나 중에서 RF 망의 수만큼 선택하여 송신하는 안테나 선택(antenna selection) 기술이 성능을 크게 향상시키는 것으로 알려져 있다. In particular, in the second case, since the RF network of the base station is relatively expensive, having as many transmission antennas as a factor increases the base station cost significantly. Therefore, an antenna selection technique for increasing the number of transmitting antennas themselves and fixing the number of RF networks and selecting and transmitting as many as the number of RF networks among all transmitting antennas is known to greatly improve performance.

상기한 두 가지 문제에 대한 사용자와 안테나를 선택하는 기준으로 "최소 스트림 SNR(signal to noise ratio)의 최대화"라는 기준을 이용하고 있다. 즉, 기지국은 각 사용자 조합 및 송신 안테나 조합에 대해 전송하는 데이터 스트림에 대한 SNR을 계산하고 그 중 최소값(최소 스트림 SNR)을 해당 사용자 조합 및 송신 안테나 조합에 할당한다. 그리고, 기지국은 최소 스트림 SNR이 가장 큰 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택하여 데이터 스트림을 전송한다.As a criterion for selecting a user and an antenna for the above two problems, a criterion of "maximizing the minimum stream signal to noise ratio (SNR)" is used. That is, the base station calculates the SNR for the data stream to be transmitted for each user combination and transmit antenna combination and assigns a minimum value (minimum stream SNR) among them to the user combination and transmit antenna combination. The base station selects the user combination and the transmit antenna combination having the largest minimum stream SNR and transmits the data stream.

"최소 스트림 SNR의 최대화"는 ZF(zero-forcing) 검출기 또는 MMSE(minimum mean square error) 검출기와 같은 선형 검출기에 최적화 된 것이다. MIMO 신호 검출을 위한 방식은 크게 두 가지로 구분될 수 있으며, 그 중 하나가 상기한 선형 검출기이며 다른 하나는 ML(maximum likelihood) 검출기이다."Maximum minimum stream SNR" is optimized for linear detectors such as zero-forcing (ZF) detectors or minimum mean square error (MMSE) detectors. There are two types of methods for MIMO signal detection, one of which is the above-described linear detector and the other is the maximum likelihood detector.

선형 검출기의 경우 MIMO 채널을 직교화하기 위한 수신 필터를 사용하기 때문에 다이버시티 이득이 줄어 검출 오류가 상대적으로 크지만 구현이 용이하다는 장점이 있다. 반면, ML 검출기의 경우 선형 검출기에 비해 계산량이 매우 크지만 검출 오류를 최소화할 수 있는 장점이 있다.The linear detector uses a receive filter for orthogonalizing the MIMO channel, so the diversity gain is reduced, so that the detection error is relatively large, but it is easy to implement. On the other hand, the ML detector has a very large calculation amount compared to the linear detector, but has an advantage of minimizing detection errors.

이러한 ML 검출기의 장점 때문에 최근 MIMO 신호의 ML 검출을 위한 저복잡도 ML 검출기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, "최소 스트림 SNR의 최대화"는 선형 검출기에 최적화 된 사용자 조합 및 안테나 조합의 선택 기준이라는 점에서 ML 검출기에 대한 최적의 선택은 "최소 스트림 SNR의 최대화"로는 이룰 수 없다.Due to the advantages of the ML detector, research on low complexity ML detectors for ML detection of MIMO signals has been actively conducted, and "maximizing the minimum stream SNR" is a selection criterion for selecting a user combination and an antenna combination optimized for a linear detector. In this regard, the optimal choice for an ML detector cannot be achieved with "maximizing the minimum stream SNR."

본 발명의 일실시예는 다중 사용자 공간 다중화 시스템에서 보다 많은 사용자를 동시에 서비스하여 시스템 효율을 극대화시킬 수 있도록 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택하는 새로운 기준을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a new criterion for selecting a user combination and a transmission antenna combination to maximize the system efficiency by serving more users simultaneously in a multi-user spatial multiplexing system.

본 발명의 일실시예는 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택하는데 있어서 ML 검출기에 대한 사용자 조합 및 송신 안테나 조합의 최적의 선택 기준을 제공한다.One embodiment of the present invention provides an optimal selection criteria of a user combination and a transmit antenna combination for an ML detector in selecting a user combination and a transmit antenna combination.

본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 공간 다중화 시스템은 기지국이 모바일 스테이션에 해당하는 다수의 사용자에게 다중의 데이터 스트림을 각각 전송하는 다중 사용자 공간 다중화 시스템에 있어서, 상기 사용자는 상기 기지국과의 MIMO(multiple input multiple output) 신호 검출을 수행하는 ML(maximum likelihood) 검출기를 포함하고, 상기 기지국은 상기 ML 검출기의 MIMO 채널에 대한 최소 거리를 최대로 하는 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택하여 상기 데이터 스트림을 전송한다.In a multi-user spatial multiplexing system according to an embodiment of the present invention, a multi-user spatial multiplexing system in which a base station transmits a plurality of data streams to a plurality of users corresponding to a mobile station, respectively, wherein the user has a MIMO with the base station. and a maximum likelihood (ML) detector for performing multiple input multiple output (DA) signal detection, wherein the base station selects a user combination and a transmit antenna combination that maximizes the minimum distance for the MIMO channel of the ML detector to select the data stream. send.

본 발명의 일실시예에서 상기 기지국은 블록 대각화(block diagonalization) 방식에 의해 결정된 프리코딩 행렬을 적용하여 상기 MIMO 채널에 대한 최소 거리를 최대로 하는 사용자 조합과 송신 안테나 조합을 선택할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the base station may select a user combination and a transmission antenna combination that maximize the minimum distance for the MIMO channel by applying a precoding matrix determined by a block diagonalization scheme.

본 발명의 일실시예에서 상기 기지국은 블록 대각화 방식에 의해 결정된 프 리코딩 행렬과 단일 프리코딩(unitary precoding) 방식을 함께 적용하여 상기 MIMO 채널에 대한 최소 거리를 최대로 하는 사용자 조합을 선택할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the base station may select a user combination that maximizes the minimum distance for the MIMO channel by applying a precoding matrix determined by a block diagonalization scheme and a unitary precoding scheme together. .

본 발명의 일실시예에 따르면, 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택함에 있어 ML 검출기가 최적의 검출 성능을 가질 수 있는 선택 기준을 적용함으로써 다중 사용자 공간 다중화 시스템의 전송 효율을 극화화할 수 있다. 다시 말해, 기지국에서 데이터 스트림을 전송하고자 하는 MIMO 채널에 대한 최소 거리를 최대로 하는 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택함으로써 ML 검출기가 최적의 검출 성능을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in selecting a user combination and a transmission antenna combination, the transmission efficiency of the multi-user spatial multiplexing system may be polarized by applying a selection criterion for the ML detector to have an optimal detection performance. In other words, the ML detector may have optimal detection performance by selecting a user combination and a transmission antenna combination that maximize the minimum distance for the MIMO channel to which the base station intends to transmit the data stream.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

본 발명의 일실시예는 다중 사용자 다중 안테나 하향링크 통신 시스템에서 기지국이 최적의 사용자와 송신 안테나를 선택하는 기준을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a criterion for a base station to select an optimal user and a transmit antenna in a multi-user multi-antenna downlink communication system.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 일례를 도시한 것이다.2 illustrates an example of a multi-user multi-antenna communication system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예는 기지국(base station)(210)과 사용자(mobile station)(230)가 각각 다중의 안테나(211)(231)를 가지고 기지국(210)이 다중 사용자(230)에게 각각 다중의 데이터 스트림을 전송하는 다중 사용자 공간 다중화 시스 템에 적용 가능하다(이하, 기지국(210)의 안테나(211)는 '송신 안테나'라 칭하고, 사용자(230)의 안테나(231)는 '수신 안테나'라 칭하기로 한다.).In one embodiment of the present invention, the base station 210 and the mobile station 230 each have multiple antennas 211 and 231, and the base station 210 multiples each of the multiple users 230. It can be applied to a multi-user spatial multiplexing system that transmits a data stream of (hereinafter, the antenna 211 of the base station 210 is referred to as a 'transmit antenna', and the antenna 231 of the user 230 is a 'receive antenna' It will be called).

기지국(210)은 사용자(230) 조합 및 송신 안테나(211) 조합을 선택하여 다중의 데이터 스트림을 전송하게 된다. 본 발명의 일실시예에서 사용자(230)는 기지국(210) 간에 MIMO 신호 검출을 위하여 ML(maximum likelihood) 검출기(233)를 사용한다.The base station 210 selects the user 230 combination and the transmission antenna 211 combination to transmit multiple data streams. In one embodiment of the present invention, user 230 uses a maximum likelihood (ML) detector 233 to detect MIMO signals between base stations 210.

본 발명의 일실시예는 상기한 구성의 다중 사용자 공간 다중화 시스템에서 사용자(230)가 ML 검출기(233)를 가지고 있는 경우에 대하여 기지국(210)이 최적의 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택하는 기준을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a criterion for the base station 210 to select an optimal user combination and a transmission antenna combination for the case where the user 230 has the ML detector 233 in the multi-user spatial multiplexing system having the above-described configuration. To provide.

기지국(210)이 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택하는 과정을 상세하게 설명한다.The process of the base station 210 selecting the user combination and the transmit antenna combination will be described in detail.

기지국이

Figure 112009042484645-PAT00005
개의 송신 안테나를 가지고 있으며, k번째 사용자는
Figure 112009042484645-PAT00006
개의 수신 안테나를 가지고 있다고 가정한다. 이때, 기지국과
Figure 112009042484645-PAT00007
번째 사용자에 대한 채널은
Figure 112009042484645-PAT00008
행렬(
Figure 112009042484645-PAT00009
)로 나타낼 수 있다. 또한, 기지국이 k명의 사용자에 대해 각각
Figure 112009042484645-PAT00010
개의 데이터 스트림을 전송한다고 가정하면, k번째 사용자에 대한
Figure 112009042484645-PAT00011
프리코딩 행렬(
Figure 112009042484645-PAT00012
)은 블록 대각화(block diagonalization) 방식을 통해 다중 사용자 간 간섭이 없도록 결정할 수 있다.The base station
Figure 112009042484645-PAT00005
K transmit antennas, the k-th user
Figure 112009042484645-PAT00006
Assume that we have two receiving antennas. At this time, the base station and
Figure 112009042484645-PAT00007
For the first user
Figure 112009042484645-PAT00008
procession(
Figure 112009042484645-PAT00009
) In addition, the base station can be used for k users, respectively.
Figure 112009042484645-PAT00010
Suppose you send two data streams, for the kth user
Figure 112009042484645-PAT00011
Precoding matrix (
Figure 112009042484645-PAT00012
) May be determined such that there is no interference between multiple users through a block diagonalization method.

즉, k번째 사용자에 대한 채널을 제외한 나머지 사용자들의 채널(

Figure 112009042484645-PAT00013
)을 모 아 수학식 1과 같이 정의한다.That is, the channel of the remaining users except the channel for the kth user (
Figure 112009042484645-PAT00013
) Is defined as Equation 1.

Figure 112009042484645-PAT00014
Figure 112009042484645-PAT00014

이때,

Figure 112009042484645-PAT00015
이 되는 프리코딩 행렬(
Figure 112009042484645-PAT00016
)은 SVD(singular value decomposition)를 통해 영점 특이 값(zero singular value)에 대한 우 특이 벡터(right singular vectors)(
Figure 112009042484645-PAT00017
)로 결정된다.At this time,
Figure 112009042484645-PAT00015
Precoding matrix (
Figure 112009042484645-PAT00016
) Uses right singular vectors (SVs) for zero singular values through SVD (singular value decomposition).
Figure 112009042484645-PAT00017
Is determined.

만약, k번째 사용자의 수신 안테나의 개수(

Figure 112009042484645-PAT00018
)가 기지국에서 전송하고자 하는 데이터 스트림 수(
Figure 112009042484645-PAT00019
)보다 크다면, k번째 사용자의 채널(
Figure 112009042484645-PAT00020
)에 대한 SVD를 통해
Figure 112009042484645-PAT00021
개의 가장 큰 특이 값(largest singular values)에 해당하는 우 특이 벡터(
Figure 112009042484645-PAT00022
)를 얻은 후 최종적으로
Figure 112009042484645-PAT00023
를 프리코딩 행렬(
Figure 112009042484645-PAT00024
)로 결정한다. 이와 같은 프리코딩 행렬(
Figure 112009042484645-PAT00025
)의 결정 과정은 고유모드 선택(eigenmode selection)이라고 한다.If the number of receive antennas of the k-th user (
Figure 112009042484645-PAT00018
) Is the number of data streams (
Figure 112009042484645-PAT00019
Greater than), the kth user's channel (
Figure 112009042484645-PAT00020
Via SVD
Figure 112009042484645-PAT00021
Singular vectors corresponding to the largest singular values
Figure 112009042484645-PAT00022
) And finally
Figure 112009042484645-PAT00023
Is the precoding matrix (
Figure 112009042484645-PAT00024
Decide on) Such a precoding matrix (
Figure 112009042484645-PAT00025
The decision process of c) is called eigenmode selection.

먼저, k번째 사용자의 수신 안테나의 개수(

Figure 112009042484645-PAT00026
)와 기지국에서 전송하고자 하는 데이터 스트림의 개수(
Figure 112009042484645-PAT00027
)가 같은 경우를 고려한다. 현재 시스템에
Figure 112009042484645-PAT00028
명의 사용자가 있다고 가정한다면, 기지국은 이 중에서 K명을 선택해야 한다. 이때, 고려될 수 있는 사용자의 조합은 모두
Figure 112009042484645-PAT00029
개이며, 이 중에서 q번째 사용자 조합에 대해 최소 스트림 SNR(signal to noise ratio)(qMMSS)을 계산하면 수학식 2와 같다.First, the number of receive antennas of the k-th user (
Figure 112009042484645-PAT00026
) And the number of data streams that the base station wants to transmit (
Figure 112009042484645-PAT00027
Consider the same case. On the current system
Figure 112009042484645-PAT00028
Assuming there are users, the base station should select K among them. At this time, any combination of users that can be considered
Figure 112009042484645-PAT00029
The minimum stream signal to noise ratio (q MMSS ) for the q-th user combination is calculated by Equation 2 below.

Figure 112009042484645-PAT00030
Figure 112009042484645-PAT00030

여기서,

Figure 112009042484645-PAT00031
는 q번째 사용자 그룹에 대한 k번째 사용자의 채널을 의미하며,
Figure 112009042484645-PAT00032
는 MIMO 채널(H)에 대한 최소 스트림 SNR을 의미한다. 상기한 최소 스트림 SNR을 최대화하는 방식은 ZF(zero forcing) 검출기나 MMSE(minimum mean square error) 검출기에 최적화 된 것이다.here,
Figure 112009042484645-PAT00031
Is the kth user's channel for the qth user group,
Figure 112009042484645-PAT00032
Is the minimum stream SNR for the MIMO channel (H). The method of maximizing the minimum stream SNR is optimized for a zero forcing (ZF) detector or a minimum mean square error (MMSE) detector.

본 발명의 일실시예는 ML 검출기에 대하여 "최소 스트림 SNR의 최대화"가 아닌 "최소 거리의 최대화"의 기준을 바탕으로 최적의 사용자 조합 및 안테나 조합의 선택할 수 있다.One embodiment of the present invention may select an optimal user combination and antenna combination based on the criteria of "maximizing the minimum distance" rather than "maximizing the minimum stream SNR" for the ML detector.

MIMO 채널(H)에 대한 최소 거리를 최대로 하는 q번째 사용자 조합(qMMD)은 수학식 3과 같이 정의할 수 있다.The q th user combination q MMD maximizing the minimum distance to the MIMO channel H may be defined as in Equation 3.

Figure 112009042484645-PAT00033
Figure 112009042484645-PAT00033

여기서,

Figure 112009042484645-PAT00034
는 MIMO 채널 H에 대한 최소 거리(minimum distance)를 의미하며, 기본적으로 수학식 4와 같이 정의된다.here,
Figure 112009042484645-PAT00034
Denotes a minimum distance for the MIMO channel H, and is basically defined as in Equation 4.

Figure 112009042484645-PAT00035
Figure 112009042484645-PAT00035

여기서, s1과 s2는 송신 가능한 모든

Figure 112009042484645-PAT00036
데이터 심볼 벡터 중 하나이며, 위의 수식을 계산하기 위한 계산 복잡도는 매우 큰 것으로 알려져 있다.Where s 1 and s 2 are all sendable
Figure 112009042484645-PAT00036
One of the data symbol vectors, and the computational complexity for calculating the above equation is known to be very large.

따라서, 본 발명의 일실시예에서는 저복잡도의 최소 거리 계산 방식을 사용한다. 즉, MIMO 채널을

Figure 112009042484645-PAT00037
로 정의하고 여기서 hi
Figure 112009042484645-PAT00038
벡터로 가정하면 수학식 5의 과정을 통해 최소 거리(
Figure 112009042484645-PAT00039
)를 계산할 수 있다.Therefore, one embodiment of the present invention uses a low complexity minimum distance calculation scheme. That is, the MIMO channel
Figure 112009042484645-PAT00037
, Where h i is
Figure 112009042484645-PAT00038
Assuming a vector, the minimum distance (
Figure 112009042484645-PAT00039
) Can be calculated.

Figure 112009042484645-PAT00040
Figure 112009042484645-PAT00040

상기한 고유모드 선택이 가능한 경우의 사용자 선택에 대해 고려한다. 고유모드 선택으로 프리코딩을 수행한 후 "최소 스트림 SNR의 최대화"를 적용한다면, 유효 채널이 직교화되는 결과를 가져온다. 이러한 경우 ZF 검출기의 결과와 ML 검출기의 결과가 동일하게 된다. 고유모드 선택 방식과 "최소 스트림 SNR의 최대화" 는 ML 검출기가 갖는 다이버시티 이득을 전혀 얻지 못하며, 단지 ZF 검출기의 성능 밖에 얻을 수 없게 된다.Consider user selection when the eigenmode selection is possible. If precoding is performed with eigenmode selection and then "maximization of minimum stream SNR" is applied, the effective channel is orthogonal. In this case, the result of the ZF detector and the ML detector are the same. The eigenmode selection scheme and "maximizing the minimum stream SNR" yield no diversity gain with the ML detector, only the performance of the ZF detector.

따라서, 본 발명의 일실시예에서는 고유모드 선택 대신 단일 프리코딩(unitary precoding) 방식과 "최소 거리의 최대화"를 적용한다. 즉, 고유모드 선택 방식의 경우

Figure 112009042484645-PAT00041
로 프리코딩 행렬을 결정했다면, 본 발명의 일실시예에 따른 방식은 단일 프리코더들의 집합(
Figure 112009042484645-PAT00042
)을 정의하고 최소 거리를 최대화하는
Figure 112009042484645-PAT00043
의 한 원소를 선택한다. 즉, 수학식 6을 통해 MIMO 채널 H에 대한 최소 거리(
Figure 112009042484645-PAT00044
)를 최대화하는
Figure 112009042484645-PAT00045
를 선택하고 프리코딩 행렬은
Figure 112009042484645-PAT00046
이 된다.Thus, an embodiment of the present invention applies a unitary precoding scheme and "maximum minimum distance" instead of eigenmode selection. That is, in case of eigenmode selection method
Figure 112009042484645-PAT00041
Once the precoding matrix is determined, the scheme according to an embodiment of the present invention is a set of single precoders (
Figure 112009042484645-PAT00042
) To maximize the minimum distance
Figure 112009042484645-PAT00043
Select one element of. That is, the minimum distance for MIMO channel H (Equation 6)
Figure 112009042484645-PAT00044
To maximize)
Figure 112009042484645-PAT00045
And the precoding matrix
Figure 112009042484645-PAT00046
Becomes

Figure 112009042484645-PAT00047
Figure 112009042484645-PAT00047

모든 사용자 조합에 대해 상기한 과정을 수행한 후, 각 사용자 조합에 대한 최소 거리를 최대로 하는 사용자 조합(qUP , MMD)을 수학식 7과 같이 선택할 수 있다.After performing the above process for all user combinations, a user combination q UP , MMD that maximizes the minimum distance for each user combination may be selected as shown in Equation 7 below.

Figure 112009042484645-PAT00048
Figure 112009042484645-PAT00048

여기서,

Figure 112009042484645-PAT00049
는 q번째 사용자 그룹에 대한 k번째 사용자에 대해 최소 거리를 최대로 하는 단일 프리코더를 의미한다.here,
Figure 112009042484645-PAT00049
Denotes a single precoder that maximizes the minimum distance for the kth user for the qth user group.

다음으로, 송신 안테나 선택에 대한 문제를 고려한다. 송신 안테나 수 (

Figure 112009042484645-PAT00050
)에 비해 RF 망의 수 (
Figure 112009042484645-PAT00051
)가 큰 상황에서 기지국은
Figure 112009042484645-PAT00052
개의 송신 안테나 중에서
Figure 112009042484645-PAT00053
개의 안테나를 선택해서 RF 망에 연결해야 한다. 이때, 고려될 수 있는 조합은 모두
Figure 112009042484645-PAT00054
이다. 각 안테나 조합에 대해 블록 대각화를 적용할 수 있으며, 이때 p번째 안테나 조합에 대한 k번째 사용자의 프리코딩 행렬을
Figure 112009042484645-PAT00055
라고 한다면, 최소 거리를 최대로 하는 안테나의 조합(pMMD)은 수학식 8을 통해 선택될 수 있다.Next, consider the problem of transmission antenna selection. Number of transmitting antennas (
Figure 112009042484645-PAT00050
Compared to the number of RF networks ()
Figure 112009042484645-PAT00051
), The base station
Figure 112009042484645-PAT00052
Of transmit antennas
Figure 112009042484645-PAT00053
Antennas should be selected and connected to the RF network. At this time, any combination that can be considered
Figure 112009042484645-PAT00054
to be. Block diagonalization can be applied to each antenna combination, where the k-th user's precoding matrix for the p-th antenna combination is
Figure 112009042484645-PAT00055
In this case, the combination p MMD of the antenna maximizing the minimum distance may be selected through Equation 8.

Figure 112009042484645-PAT00056
Figure 112009042484645-PAT00056

상기에서 선택된 사용자 조합(qUP , MMD)과 안테나 조합(pMMD)을 ML 검출기를 위한 최적의 사용자 조합 및 송신 안테나 조합의 선택은 수학식 9와 같이 정리할 수 있다.The user combination q UP and MMD and antenna combination p MMD selected above may be selected as shown in Equation (9).

Figure 112009042484645-PAT00057
Figure 112009042484645-PAT00057

도 3은 다중 사용자 공간 다중화 시스템에서 기지국의 송신 안테나가 7개 이고 RF 망이 6개인 상황에서 2명의 사용자를 선택하여 데이트 스트림을 전송하는 상황에 대한 심볼에러율(SER)을 도시한 것이다.FIG. 3 illustrates a symbol error rate (SER) for a situation in which two users are selected to transmit a data stream in a situation where there are seven transmit antennas and six RF networks in a multi-user spatial multiplexing system.

도 3을 참조하면, 최소 스트림 SNR의 최대화와 단일 프리코딩 방식에 따른 ML 검출기(MMSS + UP + ML detector)의 성능이 최소 스트림 SNR의 최대화와 고유모드 선택 방식에 따른 ZF 검출기(MMSS + Eigenmode + ZF detector) 또는 최소 스트림 SNR의 최대화와 단일 프리코딩 방식에 따른 ZF 검출기(MMSS + UP + ZF detector)에 비해 우수함을 알 수 있다. 더욱이, 최소 거리의 최대화와 함께 단일 프리코딩 방식을 적용한 ML 검출기(MMD + UP + ML detector)의 성능은 동일 조건에서의 ZF 검출기(MMD + UP + ZF detector) 뿐 아니라 최소 스트림 SNR의 최대화 기준을 적용한 상기한 상황들에 비해 매우 우수함을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, the performance of the ML detector (MMSS + UP + ML detector) according to the maximization of the minimum stream SNR and the single precoding scheme is increased according to the ZF detector (MMSS + Eigenmode +) according to the maximization of the minimum stream SNR and the eigenmode selection method. It can be seen that it is superior to the ZF detector (MMSS + UP + ZF detector) according to the ZF detector or the maximum stream SNR and the single precoding scheme. Moreover, the performance of ML detectors (MMD + UP + ZF detectors) using a single precoding scheme along with the maximization of minimum distances can be applied to maximize the minimum stream SNR as well as ZF detectors under the same conditions. It can be seen that it is very superior to the above-described situations applied.

따라서, 본 발명의 일실시예는 "최소 거리의 최대화"라는 기준을 바탕으로 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택함으로써 ML 검출기가 최적의 검출 성능을 가질 수 있다.Thus, in one embodiment of the present invention, the ML detector may have an optimal detection performance by selecting a user combination and a transmission antenna combination based on the criteria of "maximizing the minimum distance".

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like. For those skilled in the art to which the present invention pertains, various modifications and variations are possible.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims as well as the claims to be described later will belong to the scope of the present invention. .

도 1은 종래의 다중 사용자 공간 다중화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a conventional multi-user spatial multiplexing system.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 일례를 도시한 것으로, 사용자가 ML 검출기를 가지고 있는 경우에 대한 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택하는 다중 사용자 공간 다중화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.2 illustrates an example of a multi-user multi-antenna communication system according to an embodiment of the present invention, and illustrates a multi-user spatial multiplexing system for selecting a user combination and a transmission antenna combination for a case where a user has an ML detector. It is a figure for following.

도 3은 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택하는데 있어 본 발명의 시스템 성능을 설명하기 위한 심볼 에러율 그래프를 도시한 것이다.Figure 3 shows a symbol error rate graph for explaining the system performance of the present invention in selecting a user combination and a transmit antenna combination.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

210: 기지국210: base station

230: 사용자230: user

233: ML 검출기233: ML detector

Claims (5)

기지국이 모바일 스테이션에 해당하는 다수의 사용자에게 다중의 데이터 스트림을 각각 전송하는 다중 사용자 공간 다중화 시스템에 있어서,A multi-user spatial multiplexing system in which a base station transmits multiple data streams to a plurality of users corresponding to mobile stations, respectively. 상기 사용자는,The user, 상기 기지국과의 MIMO(multiple input multiple output) 신호 검출을 수행하는 ML(maximum likelihood) 검출기를 포함하고,A maximum likelihood (ML) detector for performing multiple input multiple output (MIMO) signal detection with the base station, 상기 기지국은,The base station comprises: 상기 ML 검출기의 MIMO 채널에 대한 최소 거리를 최대로 하는 사용자 조합 및 송신 안테나 조합을 선택하여 상기 데이터 스트림을 전송하는, 다중 사용자 공간 다중화 시스템.And selecting a user combination and transmit antenna combination that maximizes the minimum distance to the MIMO channel of the ML detector to transmit the data stream. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기지국은,The base station comprises: 블록 대각화(block diagonalization) 방식에 의해 결정된 프리코딩 행렬을 적용하여 상기 MIMO 채널에 대한 최소 거리를 최대로 하는 사용자 조합을Applying a precoding matrix determined by a block diagonalization method to obtain a user combination that maximizes the minimum distance for the MIMO channel. 수식:
Figure 112009042484645-PAT00058
Equation:
Figure 112009042484645-PAT00058
(여기서, qMMD는 q번째 사용자 조합을,
Figure 112009042484645-PAT00059
는 MIMO 채널(H)에 대한 최소 거 리를,
Figure 112009042484645-PAT00060
는 q번째 사용자 조합에 대한 k번째 사용자의 프리코딩 행렬을 의미한다.)
(Where q MMD is the qth user combination,
Figure 112009042484645-PAT00059
Is the minimum distance for the MIMO channel (H),
Figure 112009042484645-PAT00060
Denotes the k-th user precoding matrix for the q-th user combination.)
에 의해 선택하는, 다중 사용자 공간 다중화 시스템.Selected by, multi-user space multiplexing system.
제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기지국은,The base station comprises: 블록 대각화 방식에 의해 결정된 프리코딩 행렬과 단일 프리코딩(unitary precoding) 방식을 적용하여 상기 MIMO 채널에 대한 최소 거리를 최대로 하는 사용자 조합을A user combination that maximizes the minimum distance to the MIMO channel by applying a precoding matrix determined by a block diagonalization method and a unitary precoding method. 수식:
Figure 112009042484645-PAT00061
Equation:
Figure 112009042484645-PAT00061
(여기서, qUP , MMD는 q번째 사용자 조합을,
Figure 112009042484645-PAT00062
는 MIMO 채널(H)에 대한 최소 거리를,
Figure 112009042484645-PAT00063
는 q번째 사용자 조합에 대한 k번째 사용자의 프리코딩 행렬을,
Figure 112009042484645-PAT00064
는 q번째 사용자 조합 내 k번째 사용자에 대한 최소 거리를 최대로 하는 단일 프리코더를 의미한다.)
(Where q UP and MMD are the qth user combination,
Figure 112009042484645-PAT00062
Is the minimum distance for the MIMO channel (H),
Figure 112009042484645-PAT00063
Is the k-th user's precoding matrix for the q-th user combination,
Figure 112009042484645-PAT00064
Refers to a single precoder that maximizes the minimum distance for the k-th user in the q-th user combination.)
에 의해 선택하는, 다중 사용자 공간 다중화 시스템.Selected by, multi-user space multiplexing system.
제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기지국은,The base station comprises: 블록 대각화 방식에 의해 결정된 프리코딩 행렬을 적용하여 상기 MIMO 채널에 대한 최소 거리를 최대로 하는 송신 안테나 조합을By applying a precoding matrix determined by the block diagonalization scheme, a combination of transmit antennas that maximizes the minimum distance to the MIMO channel is obtained. 수식:
Figure 112009042484645-PAT00065
Equation:
Figure 112009042484645-PAT00065
(여기서, pMMD는 p번째 송신 안테나 조합을,
Figure 112009042484645-PAT00066
는 MIMO 채널(H)에 대한 최소 거리를,
Figure 112009042484645-PAT00067
는 p번째 송신 안테나 조합에 대한 k번째 사용자의 프리코딩 행렬을 의미한다.)
Where p MMD is the pth transmit antenna combination,
Figure 112009042484645-PAT00066
Is the minimum distance for the MIMO channel (H),
Figure 112009042484645-PAT00067
Denotes the k-th user's precoding matrix for the p-th transmit antenna combination.)
에 의해 선택하는, 다중 사용자 공간 다중화 시스템.Selected by, multi-user space multiplexing system.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 2 to 4, 상기 MIMO 채널(H)에 대한 최소 거리는,The minimum distance for the MIMO channel (H), 수식:
Figure 112009042484645-PAT00068
Equation:
Figure 112009042484645-PAT00068
(여기서, MIMO 채널(H)을
Figure 112009042484645-PAT00069
(단, Ns는 데이터 스트림의 개수) 로 정의하고 hi
Figure 112009042484645-PAT00070
벡터(단, MR ,k는 k번째 사용자의 수신 안테나 개수)로 정의한다.)
(Here, the MIMO channel (H)
Figure 112009042484645-PAT00069
(Where N s is the number of data streams) and h i is
Figure 112009042484645-PAT00070
Vector (where M R and k are the number of receive antennas of the k-th user).
에 의해 계산되는, 다중 사용자 공간 다중화 시스템.Calculated by the multi-user space multiplexing system.
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