KR20110025058A - Codebook for multiple-user multiple input multiple output communication and communication device of using the codebook - Google Patents

Codebook for multiple-user multiple input multiple output communication and communication device of using the codebook Download PDF

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KR20110025058A
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Abstract

PURPOSE: A code book and a communication device using the same are provided to determine beam forming vectors by using a beam forming codebook in which a transmitter copes with each of the receivers. CONSTITUTION: A memory stores a first channel codebook of a first receiver(220) and a second channel codebook of a second receiver. A codeword included in the first channel codebook is received from the first receiver. A first beam forming vector for the first receiver and a second beam forming vector for the second receiver are determined based on a first code word and a second code word.

Description

다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 코드북 및 상기 코드북을 사용하는 통신 장치{CODEBOOK FOR MULTIPLE-USER MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT COMMUNICATION AND COMMUNICATION DEVICE OF USING THE CODEBOOK}CODEBOOK FOR MULTIPLE-USER MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT COMMUNICATION AND COMMUNICATION DEVICE OF USING THE CODEBOOK}

아래의 실시예들은 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 코드북 및 상기 코드북을 사용하는 통신 장치에 관한 것이다.The following embodiments relate to a codebook for multi-user multi-input / output communication and a communication device using the codebook.

최근 무선 통신 환경에서 음성 서비스를 비롯한 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하고, 고품질 및 고속의 데이터 전송을 지원하기 위하여, 다양한 연구들이 진행되고 있다. 특히, 공간 영역에서 다수의 채널들을 이용하는 MIMO(multi input multi output) 통신 시스템에 대한 기술이 급속도로 발전하고 있다.Recently, various studies have been conducted to provide various multimedia services including voice services in a wireless communication environment and to support high quality and high speed data transmission. In particular, technology for a multi input multi output (MIMO) communication system using a plurality of channels in a spatial domain is rapidly developing.

MIMO 통신 시스템에서, 기지국 및 단말기들은 채널 환경에 적절히 대처하기 위하여 코드북을 사용한다. 특정 공간은 일정한 기준에 따라 복수 개의 코드워드들로 양자화될 수 있으며, 생성된 복수의 코드워드들은 코드북으로서 기지국 및 단말들에 저장될 수 있다. 이러한 코드북은 기지국 및 단말기들이 채널 정보를 공유하는 데에 사용될 수 있으며, 빔포밍 벡터들을 결정하는 데에도 사용될 수 있다.In a MIMO communication system, base stations and terminals use codebooks to properly cope with the channel environment. The specific space may be quantized into a plurality of codewords according to a predetermined criterion, and the generated plurality of codewords may be stored in a base station and terminals as a codebook. This codebook can be used by base stations and terminals to share channel information, and can also be used to determine beamforming vectors.

본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법은 제1 수신기에 대응하는 제1 채널 코드북 및 제2 수신기에 대응하는 제2 채널 코드북이 저장된 메모리를 유지하는 단계; 상기 제1 수신기로부터 상기 제1 채널 코드북에 포함된 코드워드들 중 제1 선호 코드워드에 관한 정보 및 상기 제2 수신기로부터 상기 제2 채널 코드북에 포함된 코드워드들 중 제2 선호 코드워드에 관한 정보를 수신하는 단계; 및 상기 제1 선호 코드워드 및 상기 제2 선호 코드워드를 기초로 상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 벡터 및 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 벡터를 결정하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 제1 채널 코드북 및 상기 제2 채널 코드북은 서로 다르다.A communication method of a transmitter for multi-user multi-input / output communication according to an embodiment of the present invention includes maintaining a memory in which a first channel codebook corresponding to a first receiver and a second channel codebook corresponding to a second receiver are stored; Information about a first preferred codeword among codewords included in the first channel codebook from the first receiver and information about a second preferred codeword among codewords included in the second channel codebook from the second receiver. Receiving information; And determining a first beamforming vector for the first receiver and a second beamforming vector for the second receiver based on the first preferred codeword and the second preferred codeword. Here, the first channel codebook and the second channel codebook are different from each other.

상기 제1 선호 코드워드에 관한 정보는 상기 송신기와 상기 제1 수신기 사이의 제1 채널의 공분산(covariance)과 관련된 것이고, 상기 제2 선호 코드워드에 관한 정보는 상기 송신기와 상기 제2 수신기 사이의 제2 채널의 공분산과 관련된 것일 수 있다.The information about the first preferred codeword is related to the covariance of the first channel between the transmitter and the first receiver, and the information about the second preferred codeword is between the transmitter and the second receiver. It may be related to the covariance of the second channel.

상기 제1 채널 코드북에 포함된 코드워드들은 MtMr1 x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드북에 있는 벡터들을 기초로 정의되고, 상기 제2 채널 코드북에 포함된 코드워드들은 MtMr2 x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드에 있는 벡터들을 기초로 정의되고, Mr1은 상기 제1 수신기의 수신 안테나들의 개수이고, Mr2는 상기 제2 수신기의 수신 안테나들의 개수이고, Mt는 상기 송신기의 송신 안테나들의 개수일 수 있다.Codewords included in the first channel codebook are defined based on vectors in a grasmanian line packing codebook of M t M r1 x 1 dimension, and code words included in the second channel codebook are M t M r2 x 1 M r1 is the number of receive antennas of the first receiver, M r2 is the number of receive antennas of the second receiver, and M t is the number of receive antennas of the transmitter. It may be the number of transmit antennas.

상기 MtMr1 x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드북에 있는 벡터들은 Mt x Mr1 차원의 매트릭스들로 변환되고, 상기 제1 채널 코드북에 포함된 코드워드들 각각은 Mt x Mr1 차원의 매트릭스들 각각에 의해 정의되고, 상기 MtMr2 x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드북에 있는 벡터들은 Mt x Mr2 차원의 매트릭스들로 변환되고, 상기 제2 채널 코드북에 포함된 코드워드들 각각은 Mt x Mr2 차원의 매트릭스들 각각에 의해 정의될 수 있다.Vectors in the Grasmanian line packing codebook of M t M r1 x 1 dimension are converted into m t x M r1 dimension matrices, and each of the codewords included in the first channel codebook is M t x M r1 dimension Vectors defined in each of the m t M r2 x 1-dimensional Grasmanian line packing codebooks are converted into m t x M r2 -dimensional matrices, and included in the second channel codebook. Each of these may be defined by each of the m t x M r2 dimensions of the matrix.

상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 벡터 및 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 벡터를 결정하는 단계는 상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 코드북을 이용하여 상기 제1 빔포밍 벡터 결정하고, 상기 제1 빔포밍 코드북과 다른 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 코드북을 이용하여 상기 제2 빔포밍 벡터를 결정하는 단계일 수 있다.Determining a first beamforming vector for the first receiver and a second beamforming vector for the second receiver may include determining the first beamforming vector using a first beamforming codebook for the first receiver. And determining the second beamforming vector by using a second beamforming codebook for the second receiver different from the first beamforming codebook.

상기 제1 빔포밍 코드북에 포함되는 제1 빔포밍 코드워드들 사이의 최소 거리와 상기 제2 빔포밍 코드북에 포함되는 제2 빔포밍 코드워드들 사이의 최소 거리는 서로 동일할 수 있다.A minimum distance between first beamforming codewords included in the first beamforming codebook and a second distance between second beamforming codewords included in the second beamforming codebook may be the same.

상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 벡터 및 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 벡터를 결정하는 단계는 상기 제1 수신기 및 상기 제2 수신기 각각이 제로 포싱 선형 수신기임을 전제로, 상기 제1 수신기 및 상기 제2 수신기에 대한 전송률 합(sum rate)을 계산하는 단계; 및 상기 제1 수신기 및 상기 제2 수신기에 대한 전송률 합을 기초로 상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 벡터 및 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 벡터를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.Determining a first beamforming vector for the first receiver and a second beamforming vector for the second receiver is based on the assumption that each of the first and second receivers is a zero forcing linear receiver. Calculating a sum rate for a receiver and the second receiver; And selecting a first beamforming vector for the first receiver and a second beamforming vector for the second receiver based on the sum of rates for the first receiver and the second receiver.

상기 제1 빔포밍 코드북 및 상기 제2 빔포밍 코드북 각각은 상기 제1 빔포밍 코드워드들과 상기 제2 빔포밍 코드워드들 사이의 상관(correlation)이 최소가 되도록 설계될 수 있다.Each of the first beamforming codebook and the second beamforming codebook may be designed such that a correlation between the first beamforming codewords and the second beamforming codewords is minimized.

상기 제1 빔포밍 코드북은 제1 유니터리 회전 매트릭스와 미리 정의된 기본 코드북에 포함된 코드워드들 각각을 내적(inner product)함으로써 생성되고, 상기 제2 빔포밍 코드북은 상기 제1 유니터리 회전 매트릭스와 다른 제2 유니터리 회전 매트릭스와 미리 정의된 기본 코드북에 포함된 코드워드들 각각을 내적(inner product)함으로써 생성될 수 있다.The first beamforming codebook is generated by inner product of each of the codewords included in a first unitary rotation matrix and a predefined basic codebook, and the second beamforming codebook is the first unitary rotation matrix. And a second unitary rotation matrix different from and each of the codewords included in the predefined basic codebook.

상기 송신기의 통신 방법은 상기 제1 유니터리 회전 매트릭스에 관한 정보를 상기 제1 수신기로 제공하고, 상기 제2 유니터리 회전 매트릭스에 관한 정보를 상기 제2 수신기로 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of communication of the transmitter may further include providing information about the first unitary rotation matrix to the first receiver and providing information about the second unitary rotation matrix to the second receiver. .

상기 송신기의 통신 방법은 상기 제1 빔포밍 벡터와 상기 제1 빔포밍 벡터의 허미시안 사이의 내적 및 상기 제2 빔포밍 벡터와 상기 제2 빔포밍 벡터의 허미시안 사이의 내적을 기초로 간섭 통계(statistics)을 계산하는 단계; 및 상기 간섭 통계에 관한 정보를 상기 제1 수신기 및 상기 제2 수신기로 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of communication of the transmitter is based on the dot product between the first beamforming vector and the hermitian of the first beamforming vector, and the interference statistics based on the dot product between the second beamforming vector and the hermitian of the second beamforming vector. calculating (statistics); And providing information regarding the interference statistics to the first receiver and the second receiver.

본 발명의 일실시예에 따른 송신기, 제1 수신기 및 제2 수신기를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템을 위한 제2 수신기의 통신 방법은 제1 수신기에 대응하는 제1 채널 코드북과 구별되는 제2 수신기에 대응하는 제2 채널 코드북이 저장된 메모리를 유지하는 단계; 상기 송신기와 상기 제2 수신기 사이의 제2 채널의 공분산(covariance)을 계산하는 단계; 상기 제2 채널의 공분산을 기초로 상기 제2 채널 코드북에 포함된 코드워드들 중 제2 선호 코드워드를 선택하는 단계; 상기 송신기로 상기 제2 선호 코드워드에 관한 정보를 제공하는 단계; 상기 송신기가 상기 제2 선호 코드워드를 기초로 제2 빔포밍 벡터를 사용하는 경우, 상기 제2 빔포밍 벡터를 파악하는 단계; 및 상기 제2 빔포밍 벡터 및 상기 제2 채널에 따라 수신 컴바이닝 벡터를 계산하는 단계를 포함한다.A communication method of a second receiver for a multi-user multi-input / output communication system including a transmitter, a first receiver, and a second receiver according to an embodiment of the present invention may include a second channel distinguished from a first channel codebook corresponding to the first receiver. Maintaining a memory in which a second channel codebook corresponding to a receiver is stored; Calculating a covariance of a second channel between the transmitter and the second receiver; Selecting a second preferred codeword among codewords included in the second channel codebook based on the covariance of the second channel; Providing information regarding the second preferred codeword to the transmitter; Identifying the second beamforming vector when the transmitter uses a second beamforming vector based on the second preferred codeword; And calculating a reception combining vector according to the second beamforming vector and the second channel.

상기 수신기의 통신 방법은 상기 송신기로부터 전송된 상기 제2 수신기를 위한 전용(dedicated) 파일럿을 이용하여 상기 송신기와 상기 제2 수신기 사이의 실효 채널을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 빔포밍 벡터를 파악하는 단계는 상기 실효 채널을 기초로 상기 제2 빔포밍 벡터를 파악하는 단계일 수 있다.The method of communication of the receiver further comprises calculating an effective channel between the transmitter and the second receiver using a dedicated pilot for the second receiver transmitted from the transmitter, wherein the second beamforming Identifying the vector may be determining the second beamforming vector based on the effective channel.

상기 수신기의 통신 방법은 상기 송신기가 상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 코드북을 이용하여 상기 제1 빔포밍 벡터 결정하고, 상기 제1 빔포밍 코드북과 다른 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 코드북을 이용하여 상기 제2 빔포밍 벡터를 결정하고, 상기 제2 빔포밍 코드북은 유니터리 회전 매트릭스와 미리 정의된 기본 코드북에 포함된 코드워드들 각각을 내적(inner product)함으로써 생성되는 경우, 상기 유니터리 회전 매트릭스에 관한 정보를 상기 송신기로부터 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 빔포밍 벡터를 파악하는 단계는 상기 유니터리 회전 매트릭스에 관한 정보를 이용하여 상기 제2 빔포밍 벡터를 파악하는 단계일 수 있다.In the communication method of the receiver, the transmitter determines the first beamforming vector using a first beamforming codebook for the first receiver, and a second beamforming for the second receiver that is different from the first beamforming codebook. The second beamforming vector is determined using a codebook, and the second beamforming codebook is generated by inner product of each of the codewords included in a unitary rotation matrix and a predefined basic codebook. And receiving information about a unitary rotation matrix from the transmitter, and determining the second beamforming vector comprises: identifying the second beamforming vector using the information about the unitary rotation matrix. It may be a step.

상기 수신기의 통신 방법은 상기 송신기로부터 간섭 통계(statistics)- 상기 간섭 통계는 상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 벡터와 상기 제1 빔포밍 벡터의 허미시안 사이의 내적 및 상기 제2 빔포밍 벡터와 상기 제2 빔포밍 벡터의 허미시안 사이의 내적을 기초로 계산됨-에 관한 정보를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 수신 컴바이닝 벡터를 계산하는 단계는 상기 간섭 통계를 기초로 상기 수신 컴바이닝 벡터를 계산하는 단계일 수 있다.The method of communication of the receiver includes interference statistics from the transmitter, wherein the interference statistics are a dot product between the first beamforming vector for the first receiver and the hermitian of the first beamforming vector and the second beamforming vector. And calculating information based on the dot product between the second beamforming vector and the hermian of the second beamforming vector, wherein calculating the reception combining vector comprises: the reception combiner based on the interference statistics. Calculating an inning vector.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 Mt 개의 송신 안테나들이 설치된 송신기 및 Mr 개의 수신 안테나들이 설치된 각각의 수신기를 나타낸 도면이다.
도 3은 MtMr x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드북에 있는 벡터 및 상기 벡터를 기초로 생성되는 Mt x Mr 차원의 매트릭스를 나타낸 도면이다.
도 4는 어느 하나의 코드북에 포함된 코드워드들과 다른 코드북들 각각에 포함된 코드워드들이 거의 상관을 가지지 않는 경우의 예이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템에서, 송신기 및 수신기 i의 통신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 송신기를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수신기를 나타낸 블록도이다.
1 is a diagram illustrating a closed loop multi-user multi-input / output communication system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a transmitter provided with M t transmit antennas and a receiver provided with M r receive antennas.
FIG. 3 is a diagram illustrating a vector in a Grasmanian line packing codebook of M t M r x 1 and a matrix of M t x M r dimensions generated based on the vector.
4 illustrates an example in which codewords included in one codebook and codewords included in each of the other codebooks have little correlation.
5 is a flowchart illustrating a communication method of a transmitter and a receiver i in a multi-user multi-input / output communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a block diagram showing a transmitter according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram illustrating a receiver according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐루프 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a closed loop multi-user multi-input / output communication system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 폐루프 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템은 기지국(110) 및 사용자들의 단말들(120, 130, 140)을 포함한다. 본 발명의 실시예들은 업링크에서도 적용될 수 있으나, 설명의 편의를 위해 아래에서는 다운링크 케이스에 대해 주로 설명한다. '폐루프'라고 함은 단말들(120, 130, 140)이 채널 정보를 포함하는 피드백 정보를 기지국(110)으로 피드백하고, 기지국(110)이 피드백 정보를 이용하여 빔포밍을 수행하는 것을 의미한다.Referring to FIG. 1, a closed loop multi-user multi-input / output communication system includes a base station 110 and terminals 120, 130, and 140 of users. Although embodiments of the present invention may be applied to the uplink, the following description will mainly describe a downlink case for convenience of description. 'Closed loop' means that the terminals 120, 130, and 140 feed back feedback information including channel information to the base station 110, and the base station 110 performs beamforming using the feedback information. do.

기지국(110)에는 복수의 안테나들이 설치되며, 사용자들의 단말들(120, 130, 140) 각각에는 하나 또는 복수의 안테나들이 설치될 수 있다. 그리고, 기지국(110)과 사용자들의 단말들(120, 130, 140) 사이에는 채널들이 형성되며, 채널들 각각을 통하여 신호가 송/수신된다.The base station 110 may be provided with a plurality of antennas, and one or more antennas may be installed in each of the terminals 120, 130, and 140 of the users. In addition, channels are formed between the base station 110 and the terminals 120, 130, and 140 of the users, and a signal is transmitted / received through each of the channels.

기지국(110)과 사용자 k의 단말 사이의 채널을 Hk라고 하는 경우, 기지국(110)은 사용자 k의 단말이 채널 Hk를 추정할 수 있도록 공통 파일럿을 전송한다. 이 때, 사용자 k의 단말은 채널 Hk를 추정한 후, 채널 Hk를 기초로 코드북에 포함된 코드워드들 중 선호 코드워드를 결정하고, 그 선호 코드워드에 관한 정보를 기지국(110)으로 피드백한다. 기지국(110)은 그 선호 코드워드에 관한 정보를 기초로 데이터 스트림들(S1, SN)을 빔포밍하는 데에 사용되는 사용자 k의 단말을 위한 빔포밍 벡터를 결정한다.When the channel between the base station 110 and the user k terminal is referred to as H k , the base station 110 transmits a common pilot so that the user k terminal can estimate the channel H k . At this time, the base station 110, information relating to the terminal of the user k determines the preferred code words of the code words included in the after estimating the channel H k, the codebook based on the channel H k, the preferred code words Feedback. The base station 110 determines a beamforming vector for the terminal of user k used to beamform the data streams S 1 , S N based on the information about the preferred codeword.

아래에서 자세히 설명하겠지만, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기지국은 사용자 k의 단말을 위한 전용(dedicated) 파일럿을 전송할 수 있으며, 사용자 k의 단말은 전용 파일럿을 이용하여 실효 채널 Hkwk를 추정할 수 있다. 여기서, wk는 사용자 k의 단말을 위한 빔포밍 벡터이다. 뿐만 아니라, 본 발명의 실시예들에 따른 기지국(110)은 채널 Hk에 관한 정보(채널 정보)를 파악하기 위하여 코드북을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 빔포밍 벡터의 후보들이 저장된 코드북을 사용할 수도 있다. 빔포밍 벡터의 후보들이 저장된 코드북이 사용되는 경우, 기지국(110)은 빔포밍 벡터의 후보들 중 어느 하나를 빔포밍 벡터로 선택할 수 있다.
As will be described in detail below, according to the embodiments of the present invention, the base station may transmit a dedicated pilot for the user k terminal, and the user k terminal may transmit the effective channel H k w k using the dedicated pilot. It can be estimated. Here, w k is a beamforming vector for the user k terminal. In addition, the base station 110 according to the embodiments of the present invention may not only use a codebook to grasp information (channel information) regarding the channel H k , but also use a codebook in which candidates of the beamforming vector are stored. . When a codebook in which candidates of the beamforming vector are stored is used, the base station 110 may select any one of the candidates of the beamforming vector as the beamforming vector.

도 2는 Mt 개의 송신 안테나들이 설치된 송신기 및 Mr 개의 수신 안테나들이 설치된 각각의 수신기를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a transmitter provided with M t transmit antennas and a receiver provided with M r receive antennas.

도 2를 참조하면, 송신기 1(210)는 Mt 개의 송신 안테나들을 포함하고, 수신기들(220, 230, 240) 각각은 Mr 개의 수신 안테나들을 포함한다. 여기서, 수신기들(220, 230, 240)의 개수를 K라고 가정한다. 그리고, 송신기 1(210)는 다운링크에서 기지국, 중계기 등일 수 있으며, 업링크에서는 단말기일 수 있다. 뿐만 유사하게, 수신기들(220, 230, 240) 각각은 다운링크에서 단말기일 수 있으며, 업링크에서는 기지국 또는 중계기일 수 있다.Referring to FIG. 2, transmitter 1 210 includes M t transmit antennas, and each of receivers 220, 230, and 240 includes M r receive antennas. Here, it is assumed that the number of receivers 220, 230, and 240 is K. In addition, the transmitter 1 210 may be a base station, a repeater, etc. in the downlink, and may be a terminal in the uplink. Similarly, each of the receivers 220, 230, 240 may be a terminal in the downlink and may be a base station or a repeater in the uplink.

아래에서는, Mr가 Mt보다 크거나 같은 경우 및 Mr가 Mt보다 작은 경우 각각에 대하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
In the following, when M r is greater than or equal to M t, and M r if M is less than t will be described embodiments of the present invention for each.

MM rr 가 MM tt 보다 크거나 같은 경우Greater than or equal to

송신기 및 수신기들 각각이 채널 정보를 공유하기 위하여 제한된 사이즈를 갖는 채널 코드북을 사용하는 경우, 송신기가 수신기들 각각으로부터 부분적인(partial) 채널 정보(부분적인 채널 상태 정보-channel state information-라고 불리기도 한다)를 얻을 수 있다. 그리고, 수신기들 각각을 위한 전송 파워는 동일하다고 가정하는 경우, 수신기들 각각에는 P/K의 전송 파워가 할당된다. P는 토탈 전송 파워를 나타낸다. 이 때, 수신기 i에서의 수신 신호 벡터 yi는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
If each of the transmitters and receivers uses a channel codebook with a limited size to share channel information, the transmitter may call partial channel information (channel state information) from each of the receivers. Can be obtained). And, if it is assumed that the transmission power for each of the receivers is the same, each of the receivers is assigned a transmission power of P / K. P represents the total transmission power. At this time, the received signal vector in a receiver i y i can be expressed as Equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001

Figure pat00001

여기서,

Figure pat00002
이고, CMr x Mt는 Mr x Mt 차원의 컴플렉스 공간을 나타낸다.
Figure pat00003
는 수신기 i를 위한 빔포밍 벡터를 나타내며,
Figure pat00004
는 규준화된 노이즈 벡터를 나타낸다.
Figure pat00005
의 엔트리들은 표준 정규 분포
Figure pat00006
에 따라 identically independent distributed하다. 그리고,
Figure pat00007
는 전송 심볼을 나타내며, 전송 심볼의 에너지는
Figure pat00008
이며,
Figure pat00009
는 신호 대 잡음 비(SNR)이다.here,
Figure pat00002
And C Mr x Mt represents a complex space of M r x M t dimension.
Figure pat00003
Denotes a beamforming vector for receiver i,
Figure pat00004
Denotes a normalized noise vector.
Figure pat00005
Entries in the standard normal distribution
Figure pat00006
According to identically independent distributed. And,
Figure pat00007
Represents a transmission symbol, and the energy of the transmission symbol is
Figure pat00008
,
Figure pat00009
Is the signal-to-noise ratio (SNR).

수신기 i는 송신기로부터 전송된 공통 파일럿을 이용하여 수신기 i와 송신기 사이의 채널 Hi를 추정할 수 있다. 수신기 i에서의 수신 신호 벡터 yi를 상기 수학식 1과 같이 모델링하는 경우, 수신기 i는 채널 Hi의 공분산인 Hi *Hi를 계산할 수 있다. 뿐만 아니라, 수신기 i는

Figure pat00010
를 계산할 수 있다. 여기서, Hi *는 Hi의 허미시안을 나타내며,
Figure pat00011
는 Hi의 프로비니어스 놈의 제곱(square)을 의미한다.Receiver i may estimate the channel H i between receiver i and the transmitter using the common pilot transmitted from the transmitter. When modeling the received signal vector y i at the receiver i as shown in Equation 1, the receiver i may calculate H i * H i , which is a covariance of the channel H i . As well as the receiver i
Figure pat00010
Can be calculated. Here, H i * represents the hermitian of H i ,
Figure pat00011
Is the square of the Provenom norm of H i .

수신기 i는 사이즈 N1의 채널 코드북

Figure pat00012
를 이용하여
Figure pat00013
에 대응하는 선호 코드워드를 선택할 수 있다. 여기서,
Figure pat00014
는 하기 수학식 2와 같이 N1 개의 코드워드들을 포함한다.
Receiver i is a channel codebook of size N1
Figure pat00012
Using
Figure pat00013
A preferred codeword corresponding to may be selected. here,
Figure pat00014
Includes N1 codewords as shown in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00015

Figure pat00015

여기서,

Figure pat00016
에 포함되는 코드워드들 중 선호 코드워드는 하기 수학식 3을 통하여 선택될 수 있다.
here,
Figure pat00016
Among the codewords included in the preferred codeword may be selected through Equation 3 below.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00017

Figure pat00017

여기서,

Figure pat00018
이고, 수신기들 각각은 서로 다른 채널 코드북
Figure pat00019
를 갖는다. 예를 들어, 수신기 1은 채널 코드북 g(1), 수신기 2는 채널 코드북 g(2)를 갖는다. 그리고, 코드워드들 각각
Figure pat00020
는 하기 수학식 4를 통해 알 수 있는 바와 같이, MtMr x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드북에 있는 벡터들을 기초로 생성될 수 있다.
here,
Figure pat00018
And each of the receivers has a different channel codebook
Figure pat00019
Has For example, receiver 1 has channel codebook g (1) and receiver 2 has channel codebook g (2) . And each of the codewords
Figure pat00020
As can be seen through Equation 4, can be generated based on the vectors in the grasmanian line packing codebook of M t M r x 1 dimension.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00021

Figure pat00021

여기서,

Figure pat00022
는 그래스매니안 라인 팩킹 코드북
Figure pat00023
에 있는 벡터이다. 함수
Figure pat00024
는 벡터
Figure pat00025
Figure pat00026
차원의 매트릭스로 변환한다. 특히, 함수
Figure pat00027
는 벡터
Figure pat00028
의 원소들을 컬럼별로(columnwisely) 쌓음(stacking)으로써
Figure pat00029
차원의 매트릭스를 생성할 수 있다.
Figure pat00030
는 A x B 차원의 오쏘노말(orthonormal) 매트릭스 스페이스를 나타낸다.
here,
Figure pat00022
Grasmania Line Packing Codebook
Figure pat00023
Is a vector. function
Figure pat00024
Vector
Figure pat00025
To
Figure pat00026
Convert to a matrix of dimensions. Specifically, the function
Figure pat00027
Vector
Figure pat00028
By stacking the elements of column by column
Figure pat00029
You can create a matrix of dimensions.
Figure pat00030
Denotes an orthonormal matrix space of A x B dimension.

도 3은 MtMr x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드북에 있는 벡터 및 상기 벡터를 기초로 생성되는 Mt x Mr 차원의 매트릭스를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a vector in a Grasmanian line packing codebook of M t M r x 1 and a matrix of M t x M r dimensions generated based on the vector.

도 3을 참조하면, 벡터(310)의 차원은 MtMr x 1이고, 매트릭스(320)의 차원은 Mt x Mr이다. Mt 는 2이고, Mr은 4라고 가정한다.Referring to FIG. 3, the dimension of the vector 310 is M t M r x 1 and the dimension of the matrix 320 is M t x M r . Assume that M t is 2 and M r is 4.

벡터(310)는 MtMr x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드북

Figure pat00031
의 원소이며, 매트릭스(320)은 벡터(310)의 원소들을 컬럼별로(columnwisely) 쌓음(stacking)으로써 생성된다.
Vector 310 is a Grasmanian line packing codebook in M t M r x 1
Figure pat00031
Element 320, and the matrix 320 is generated by stacking the elements of the vector 310 columnwise.

수신기들이 제로포싱 선형 컴바이닝 기법을 사용한다고 가정하고, 수신기 I 가 측정 시간에서 공통 파일럿을 이용하여 에러 없이

Figure pat00032
를 추정하고, 복조 시간에서 전용 파일럿을 이용하여 에러 없이
Figure pat00033
의 실효 채널
Figure pat00034
를 추정한다고 가정한다. 여기서,
Figure pat00035
는 수신기 i를 위해 송신기에 의해 사용되는 빔포밍 벡터를 나타내며,
Figure pat00036
는 N2 사이즈의 빔포밍 코드북으로부터 선택된다. 이 때, 제로포싱 선형 컴바이너는 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Suppose receivers use a zero forcing linear combining technique, and receiver I uses a common pilot at measurement time without error
Figure pat00032
Is estimated and error-free using a dedicated pilot at the demodulation time.
Figure pat00033
Effective channel of
Figure pat00034
Suppose we estimate. here,
Figure pat00035
Denotes the beamforming vector used by the transmitter for receiver i,
Figure pat00036
Is selected from the N2 size beamforming codebook. In this case, the zero-forcing linear combiner may be represented by Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00037

Figure pat00037

여기서, 다른 수신기들로부터 수신기 i를 위한 빔포밍 벡터를 구별할 수 있도록 수신기 i를 위한 빔포밍 벡터를

Figure pat00038
라고 가정한다. 여기서, ni는 수신기 i를 위한 빔포밍 코드북에서 수신기 i를 위한 빔포밍 벡터의 인덱스를 나타낸다. 전용 파일럿이 사용되는 경우, 수신기 i는 실효 채널을 추정함으로써,
Figure pat00039
를 파악할 수 있지만, 전용 파일럿이 사용되지 않는 경우, 송신기는 다운링크에서
Figure pat00040
를 수신기 i로 알려줄 수 있다.Here, the beamforming vector for receiver i can be distinguished from other receivers so that the beamforming vector for receiver i can be distinguished.
Figure pat00038
Assume that Where n i represents the index of the beamforming vector for receiver i in the beamforming codebook for receiver i. If a dedicated pilot is used, receiver i estimates the effective channel,
Figure pat00039
, But if a dedicated pilot is not used, the transmitter
Figure pat00040
Can be informed to receiver i.

수신기들 각각의 선호 코드워드를

Figure pat00041
라고 한다면, 수신기들 각각은
Figure pat00042
를 송신기로 피드백한다. 여기서,
Figure pat00043
은 채널 코드북
Figure pat00044
에서 l 번째 코드워드를 의미한다. 송신기가 적절한 스케쥴링을 수행할 수 있도록 송신기들 각각은
Figure pat00045
를 피드백한다.Preferred codeword of each receiver
Figure pat00041
, Each of the receivers
Figure pat00042
Feeds back to the transmitter. here,
Figure pat00043
Silver channel codebook
Figure pat00044
Means the lth codeword in. Each of the transmitters must be configured so that the transmitter can perform proper scheduling.
Figure pat00045
Feedback.

송신기는 수신기들 각각의 선호 코드워드를 기초로 수신기들을 위한 K 개의 빔포밍 벡터들을 생성한다. 이 때, 수신기들 각각은 서로 다른 빔포밍 코드북을 가질 수 있으며, 송신기는 수신기들 각각에 대응하는 빔포밍 코드북으로부터 K 개의 빔포밍 벡터들을 선택한다. 송신기에 의해 선택된 빔포밍 벡터들은 "

Figure pat00046
"로 나타낼 수 있다. 그리고, 수신기들 각각에 대응하는 빔포밍 코드북은 그래스매니안 라인 팩킹 코드북일 수 있다. 즉, 수신기 1 내지 수신기 K의 빔포밍 코드북은 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
The transmitter generates K beamforming vectors for the receivers based on the preferred codeword of each of the receivers. In this case, each of the receivers may have a different beamforming codebook, and the transmitter selects K beamforming vectors from the beamforming codebook corresponding to each of the receivers. The beamforming vectors selected by the transmitter are "
Figure pat00046
In addition, the beamforming codebook corresponding to each of the receivers may be a Grassmanian line packing codebook. That is, the beamforming codebooks of the receivers 1 to K may be represented by Equation 6 below.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure pat00047
Figure pat00047

여기서,

Figure pat00048
는 수신기 i를 위한 빔포밍 코드북을 나타내며, N2는
Figure pat00049
의 사이즈이다. 이러한 빔포밍 코드북들은 수신기들마다 서로 다르게 디자인되지만, 거의 그래스매니안 매니폴드(manifold) 내에서 동일한 '최소 거리(minimum distance)' 특성을 가질 수 있다. '최소 거리'는
Figure pat00050
에 포함된 코드워드들 사이의 거리들 중에서 가장 작은 거리를 의미한다.here,
Figure pat00048
Denotes a beamforming codebook for receiver i, where N2
Figure pat00049
Is the size of. These beamforming codebooks are designed differently for each receiver, but may have the same 'minimum distance' characteristics in a nearly grasmanian manifold. "Minimum distance"
Figure pat00050
It means the smallest distance among the distance between the codewords included in.

수신기들 각각이 제로 포싱 선형 컴바이닝을 수행하는 경우, 송신기는 하기 수학식 7을 이용하여 K 개의 빔포밍 벡터들을 선택할 수 있다.
When each of the receivers performs zero forcing linear combining, the transmitter may select K beamforming vectors using Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00051
Figure pat00051

Figure pat00052
Figure pat00053

Figure pat00052
Figure pat00053

상기 수학식 7을 참조하면, 송신기는 수신기들로의 전송률 합(sum rate)이 최대가 되도록 K 개의 빔포밍 벡터들을 선택한다.Referring to Equation 7, the transmitter selects K beamforming vectors such that the sum rate to the receivers is maximized.

송신기의 평균 전송률 합은 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
The sum of average transmission rates of the transmitters may be expressed by Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00054

Figure pat00054

브로드캐스트 채널에서, 높은 SNR 영역에서 수신기들 사이의 높은 간섭들로 인하여 전송률 합은 제한된다. 이러한 높은 SNR 영역에서 단지 수신기들 각각의 원하는(desired) 신호 파워를 높이는 것보다는 간섭 파워를 줄이는 것(suppress)이 더 효율적일 수 있다. 효율적인 빔포밍 코드북 설계 방법은 수신기들 사이의 간섭 파워를 줄임으로써 전송률 합을 증가하는 것을 요구한다. 효율적인 빔포밍 코드북 설계를 위한 하나의 가능한 방법으로서, 간섭 제한된 빔포밍 코드북에 대해 아래에서 설명한다.In a broadcast channel, the sum of rate is limited due to the high interferences between receivers in high SNR region. In this high SNR region, it may be more efficient to suppress the interference power than to simply increase the desired signal power of each of the receivers. An efficient beamforming codebook design method requires increasing the sum of rate by reducing the interference power between receivers. As one possible method for efficient beamforming codebook design, an interference limited beamforming codebook is described below.

완벽한 채널 정보를 갖는 전송률 합의 공식은 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
A rate agreement formula with complete channel information may be represented by Equation 9 below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00055
Figure pat00055

상기 수학식 9의 전송률 합은 하기 수학식 10에 의해 하한된다(lower bounded).
The sum of transmission rates in Equation 9 is lower bounded by Equation 10 below.

[수학식 10][Equation 10]

Figure pat00056
Figure pat00056

간섭이 제한된다고 가정하면,

Figure pat00057
에 대하여
Figure pat00058
가 취해진다.
Figure pat00059
에 대하여
Figure pat00060
가 취해지면, 하기 수학식 11을 나타낼 수 있다.
Assuming interference is limited,
Figure pat00057
about
Figure pat00058
Is taken.
Figure pat00059
about
Figure pat00060
Is taken, the following equation (11) can be represented.

[수학식 11][Equation 11]

Figure pat00061

Figure pat00061

상기 수학식 11을 참조하면, 높은 SNR 영역에서 코드북 디자인 전제(criterion)는 전송률 합이 단일 구(unit sphere)에 있는 다른 수신기들의 코드북들 사이에서 분리(separation) 특성에 의해 도미넌트해진다는 것을 의미한다. 다시 말하면, 높은 SNR 영역에서 전송률 합은 다른 수신기들의 코드북들 사이에서 분리(separation) 특성에 큰 영향을 받는다.Referring to Equation 11, the codebook design criterion in the high SNR region means that the sum of data rates is dominant by a separation characteristic between codebooks of other receivers in a single sphere. . In other words, the sum of rates in the high SNR region is greatly influenced by the separation characteristic between codebooks of other receivers.

K 개의 수신기들 각각은 하나의 선호 코드워드를 갖는다. 선호 코드워드들의 인덱스의 모든 가능한 순열(permutation)들은 하기 수학식 12와 같이 정의될 수 있다.
Each of the K receivers has one preferred codeword. All possible permutations of the index of the preferred codewords may be defined as in Equation 12 below.

[수학식 12][Equation 12]

Figure pat00062

Figure pat00062

여기서,

Figure pat00063
는 K 튜플(tuple) 벡터이며, K 튜플 벡터의 엘리먼트들은 선호 코드워드들의 인덱스들이다. 빔포밍 코드북 설계 목표 함수는 하기 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
here,
Figure pat00063
Is a K tuple vector, and the elements of the K tuple vector are indices of preferred codewords. The beamforming codebook design target function may be represented by Equation 13 below.

[수학식 13][Equation 13]

Figure pat00064

Figure pat00064

상기 수학식 13의 목표 함수는 다른 수신기들을 위한 빔포밍 코드북의 코드워드들 사이의 상관이 최소화되도록 빔포밍 코드북이 설계되어야 함을 의미한다. 직관적으로 주어진 빔포밍 코드북이

Figure pat00065
이고, 다른 빔포밍 코드북들이
Figure pat00066
(
Figure pat00067
)인 경우,
Figure pat00068
Figure pat00069
의 기울어진(tilted) 버전이거나,
Figure pat00070
의 회전된 버전일 수 있다. 그리고,
Figure pat00071
Figure pat00072
는 단위 구 내에 위치하며, 동일한 최소 거리 특성을 최대한 갖는 것이 효율적일 수 있다.
The objective function of Equation 13 means that the beamforming codebook should be designed so that correlation between codewords of the beamforming codebook for other receivers is minimized. Intuitively given beamforming codebook
Figure pat00065
And other beamforming codebooks
Figure pat00066
(
Figure pat00067
),
Figure pat00068
Is
Figure pat00069
Is a tilted version of
Figure pat00070
It can be a rotated version of. And,
Figure pat00071
And
Figure pat00072
Is located in the unit sphere, and it may be efficient to have the same minimum distance characteristics to the maximum.

도 4는 어느 하나의 코드북에 포함된 코드워드들과 다른 코드북들 각각에 포함된 코드워드들이 거의 상관을 가지지 않는 경우의 예이다.4 illustrates an example in which codewords included in one codebook and codewords included in each of the other codebooks have little correlation.

도 4의 구(410), 구(420) 및 구(430) 각각은 코드워드들을 포함하는 공간을 의미한다. 구(410)에 포함된 코드워드들과, 구(420)에 포함된 코드워드들, 구(430)에 포함된 코드워드들은 직교하므로, 0의 상관을 갖는다. Each of the spheres 410, 420, and 430 of FIG. 4 means a space including codewords. The codewords included in the phrase 410, the codewords included in the phrase 420, and the codewords included in the phrase 430 are orthogonal and thus have zero correlation.

도 4에 도시된 바와 같이, 특정 수신기에 대응하는 코드북의 코드워드들과 다른 수신기들에 대응하는 코드북들의 코드워드들이 직교하는 경우, 상기 수학식 13의 최적의 코드북들이 설계될 수 있다.
As shown in FIG. 4, when codewords of a codebook corresponding to a specific receiver and codewords of codebooks corresponding to other receivers are orthogonal, optimal codebooks of Equation 13 may be designed.

임의의 빔포밍 코드북들에 대하여 상기 수학식 13을 최적화하는 것은 매우 어려울 수 있다. 이 때, 본 발명의 실시예는 시스테매틱 빔포밍 코드북 디자인 어프로치를 제공할 수 있다. Mt 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드북인

Figure pat00073
를 가정하는 경우, K 개의 수신기들을 위한 코드북은 하기 수학식 14와 같이 설계될 수 있다.
It can be very difficult to optimize equation (13) for any beamforming codebooks. In this case, an embodiment of the present invention may provide a systematic beamforming codebook design approach. Mt's Grasmanian Line Packing Codebook
Figure pat00073
In the following case, a codebook for K receivers may be designed as shown in Equation 14 below.

[수학식 14][Equation 14]

Figure pat00074

Figure pat00074

여기서,

Figure pat00075
는 수신기 i를 위한 Mt 차원의 유니터리 회전 매트릭스를 의미한다. 주어진 베이스 코드북
Figure pat00076
에 대하여, 유니터리 회전 매트릭스
Figure pat00077
는 상기 수학식 13을 통하여 최적화될 수 있다.here,
Figure pat00075
Denotes the unitary rotation matrix of the Mt dimension for the receiver i. Given base codebook
Figure pat00076
Relative rotation matrix
Figure pat00077
May be optimized through Equation 13.

상술한 시스테매틱 빔포밍 코드북 구조는 효율적인 구조일 수 있다. 특히, 수신기들은 베이스 코드북

Figure pat00078
과 회전 매트릭스의 후보들을 포함하는
Figure pat00079
를 미리 저장할 수 있고, 수신기들이 송신기에 의해 서빙되기 위하여 셀로 접속할 때마다, 송신기는 회전 매트릭스의 Ui의 인덱스를 수신기들로 피드포워드할 수 있다. 이러한 경우, 수신기들은 회전 매트릭스 Ui를 이용하여 기본 코드북
Figure pat00080
을 회전함으로써 코드북 구조(configuration)를 쉽게 변경할 수 있다. 특히, 전용 파일럿이 사용될 수 있다면, 수신기들은 Ui 및
Figure pat00081
를 알 필요가 없다.The above systematic beamforming codebook structure may be an efficient structure. In particular, the receivers are base codebooks
Figure pat00078
And candidates for the rotation matrix
Figure pat00079
Can be stored in advance, and whenever the receivers connect to the cell to be served by the transmitter, the transmitter can feed forward the index of Ui of the rotation matrix to the receivers. In this case, the receivers use the rotation matrix Ui to code the basic codebook.
Figure pat00080
You can easily change the codebook configuration by rotating. In particular, if a dedicated pilot can be used, the receivers are
Figure pat00081
There is no need to know.

전체적인 성능(overall performance)을 향상시키기 위하여, 송신기로부터 수신기들 각각으로의 피드포워드 링크가 사용 가능하다고 가정한다. 이러한 피드포워드 링크를 통하여, 송신기는 모든 수신기들에게 간섭 통계에 관한 정보를 브로드캐스트할 수 있다.To improve overall performance, assume that a feedforward link from the transmitter to each of the receivers is available. Through this feedforward link, the transmitter can broadcast information about interference statistics to all receivers.

이 때, 간섭 통계는 하기 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
In this case, the interference statistics may be expressed by Equation 15 below.

[수학식 15][Equation 15]

Figure pat00082
Figure pat00082

Figure pat00083

Figure pat00083

상기 수학식 14와 같이 간섭 제한된 빔포밍 코드북을 사용한다고 가정하는 경우, 상기 수학식 15의 간섭 통계는 수신기 i가 최적의 컴바이닝 벡터

Figure pat00084
를 설계하는 데에 도움을 준다. 최적의 컴바이닝 벡터
Figure pat00085
는 하기 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
Assuming that an interference limited beamforming codebook is used, as shown in Equation 14, the interference statistic of Equation 15 indicates that the receiver i is an optimal combining vector.
Figure pat00084
It helps to design. Optimal Combination Vectors
Figure pat00085
Can be expressed as in Equation 16 below.

[수학식 16][Equation 16]

Figure pat00086

Figure pat00086

여기서,

Figure pat00087
는 하기 수학식 17을 기초로 계산될 수 있다.
here,
Figure pat00087
May be calculated based on Equation 17 below.

[수학식 17][Equation 17]

Figure pat00088

Figure pat00088

수신기들 각각은 상기 수학식 16에 기재된 최적의 컴바이너를 설계할 수 있다. 뿐만 아니라, 수신기들 각각으로부터 피드백된 부분적인 채널 정보를 기초로 전송률 합을 최대화하는 K 개의 빔포밍 벡터를 얻을 수 있다.
Each of the receivers can design the optimal combiner described in Equation 16 above. In addition, based on the partial channel information fed back from each of the receivers, it is possible to obtain K beamforming vectors maximizing the sum of the rates.

[수학식 18]Equation 18

Figure pat00089

Figure pat00089

여기서,

Figure pat00090
와 같이 특이값 분해가 수행되는 경우,
Figure pat00091
는 우측 특이 매트릭스(right singular 매트릭스)이고,
Figure pat00092
는 대각 특이 값(diagonal singular value)이다.here,
Figure pat00090
If singular value decomposition is performed,
Figure pat00091
Is the right singular matrix,
Figure pat00092
Is a diagonal singular value.

빔포밍 벡터들

Figure pat00093
(
Figure pat00094
)을 기초로, 송신기는 수신기들로 데이터 스트림을 송신할 수 있다. 이 때, 실제의 전송률 합은 하기 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
Beamforming vectors
Figure pat00093
(
Figure pat00094
The transmitter may transmit the data stream to the receivers. In this case, the actual sum of transmission rates may be expressed by Equation 19 below.

[수학식 19][Equation 19]

Figure pat00095

Figure pat00095

위에서는 Mr이 Mt보다 크거나 같은 경우에 대해 설명하였다. 아래에서는 Mr이 Mt보다 작은 경우에 대해 설명한다.
In the above, the case where M r is greater than or equal to M t has been described. The following describes the case where M r is smaller than M t .

MM rr 이 MThis M tt 보다 작은 경우Less than

Mt가 Mr보다 큰 경우, 수신기 i의 수신 신호 벡터는 하기 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.
When M t is greater than M r , the received signal vector of the receiver i may be expressed by Equation 20 below.

[수학식 20][Equation 20]

Figure pat00096

Figure pat00096

여기서,

Figure pat00097
이고, CMr x Mt는 Mr x Mt 차원의 컴플렉스 공간을 나타낸다.
Figure pat00098
는 수신기 i를 위한 빔포밍 벡터를 나타내며,
Figure pat00099
는 규준화된 노이즈 벡터를 나타낸다.
Figure pat00100
의 엔트리들은 표준 정규 분포
Figure pat00101
에 따라 identically independent distributed하다. 그리고,
Figure pat00102
는 전송 심볼을 나타내며, 전송 심볼의 에너지는
Figure pat00103
이며,
Figure pat00104
는 신호 대 잡음 비(SNR)이다.here,
Figure pat00097
And C Mr x Mt represents a complex space of M r x M t dimension.
Figure pat00098
Denotes a beamforming vector for receiver i,
Figure pat00099
Denotes a normalized noise vector.
Figure pat00100
Entries in the standard normal distribution
Figure pat00101
According to identically independent distributed. And,
Figure pat00102
Represents a transmission symbol, and the energy of the transmission symbol is
Figure pat00103
,
Figure pat00104
Is the signal-to-noise ratio (SNR).

수신기들이 최소 자승 결합(least square combining) 기법을 사용한다고 가정한다. 그리고,

Figure pat00105
는 사이즈 N2의 빔포밍 코드북으로부터 선택된 빔포밍 벡터라고 가정한다. 이 때, 최소 자승 결합(least square combining) 기법에 따른 컴바이너는 하기 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.
Assume that receivers use a least square combining technique. And,
Figure pat00105
Is assumed to be a beamforming vector selected from a beamforming codebook of size N2. In this case, the combiner according to the least square combining technique may be represented by Equation 21 below.

[수학식 21][Equation 21]

Figure pat00106

Figure pat00106

다른 수신기들로부터 수신기 i를 위한 빔포밍 벡터를 구별할 수 있도록 수신기 i를 위한 빔포밍 벡터를

Figure pat00107
라고 가정한다. 여기서, ni는 수신기 i를 위한 빔포밍 코드북에서 수신기 i를 위한 빔포밍 벡터의 인덱스를 나타낸다. 전용 파일럿이 사용되는 경우, 수신기 i는 실효 채널을 추정함으로써,
Figure pat00108
를 파악할 수 있지만, 전용 파일럿이 사용되지 않는 경우, 송신기는 다운링크에서
Figure pat00109
를 수신기 i로 알려줄 수 있다.The beamforming vector for receiver i can be distinguished from other receivers so that the beamforming vector for receiver i can be distinguished.
Figure pat00107
Assume that Where n i represents the index of the beamforming vector for receiver i in the beamforming codebook for receiver i. If a dedicated pilot is used, receiver i estimates the effective channel,
Figure pat00108
, But if a dedicated pilot is not used, the transmitter
Figure pat00109
Can be informed to receiver i.

완벽한 채널 정보를 갖는 전송률 합의 공식은 하기 수학식 22와 같이 나타낼 수 있다.
A rate agreement formula with complete channel information may be represented by Equation 22 below.

[수학식 22][Equation 22]

Figure pat00110
Figure pat00110

Figure pat00111
Figure pat00111

여기서,

Figure pat00112
Figure pat00113
의 row 서브스페이스를 나타내며, Uj
Figure pat00114
이고,
Figure pat00115
이며,
Figure pat00116
이다. 상기 수학식 22의 전송률 합은 하기 수학식 23에 의해 하한된다(lower bounded).
here,
Figure pat00112
Is
Figure pat00113
Represents the row subspace of, where U j is
Figure pat00114
ego,
Figure pat00115
,
Figure pat00116
to be. The sum of transmission rates in Equation 22 is lower bounded by Equation 23 below.

[수학식 23]&Quot; (23) "

Figure pat00117
Figure pat00117

간섭을 억제에 대해 다시 고려하면,

Figure pat00118
에 대하여
Figure pat00119
가 취해진다.
Figure pat00120
에 대하여
Figure pat00121
가 취해지면, 하기 수학식 24를 나타낼 수 있다.
Reconsidering interference suppression,
Figure pat00118
about
Figure pat00119
Is taken.
Figure pat00120
about
Figure pat00121
If is taken, the following equation (24) can be represented.

[수학식 24]&Quot; (24) "

Figure pat00122
Figure pat00122

상기 수학식 24를 해석하면, 다음과 같은 실시예들이 제안될 수 있다. 즉, 수신기 i는 N1 사이즈의 채널 코드북을 이용하여

Figure pat00123
를 양자화한다.Interpreting Equation 24, the following embodiments may be proposed. That is, the receiver i uses a channel codebook of N1 size.
Figure pat00123
Quantize

이 때, 수신기 i를 위한 채널 코드북은 하기 수학식 25와 같이 나타낼 수 있다.
In this case, the channel codebook for the receiver i may be represented by Equation 25 below.

[수학식 25][Equation 25]

Figure pat00124

Figure pat00124

여기서, 수신기 i를 위한 채널 코드북에 포함되는 코드워드들은 하기 수학식 26을 기초로 생성될 수 있다.
Here, codewords included in the channel codebook for the receiver i may be generated based on Equation 26 below.

[수학식 26][Equation 26]

Figure pat00125

Figure pat00125

또한, 수신기들 각각이 서로 다른 채널 코드북

Figure pat00126
를 갖고, 각각의 채널 코드북은 그래스매니안 라인 팩킹 코드북이라고 가정한다. 수신기들 각각의 선호 코드워드를
Figure pat00127
라고 한다면, 수신기들 각각은
Figure pat00128
를 송신기로 피드백한다.
Figure pat00129
은 채널 코드북
Figure pat00130
에서 l 번째 코드워드를 의미한다. 송신기가 적절한 스케쥴링을 수행할 수 있도록 송신기들 각각은
Figure pat00131
를 피드백한다.In addition, each channel has a different channel codebook
Figure pat00126
And assume that each channel codebook is a Grasmanian line packing codebook. Preferred codeword of each receiver
Figure pat00127
, Each of the receivers
Figure pat00128
Feeds back to the transmitter.
Figure pat00129
Silver channel codebook
Figure pat00130
Means the lth codeword in. Each of the transmitters must be configured so that the transmitter can perform proper scheduling.
Figure pat00131
Feedback.

송신기는 수신기들 각각의 선호 코드워드를 기초로 수신기들을 위한 K 개의 빔포밍 벡터들을 생성한다. 이 때, 수신기들 각각은 서로 다른 빔포밍 코드북을 가질 수 있으며, 송신기는 수신기들 각각에 대응하는 빔포밍 코드북으로부터 K 개의 빔포밍 벡터들을 선택한다. 송신기에 의해 선택된 빔포밍 벡터들은

Figure pat00132
로 나타낼 수 있다. 그리고, 수신기들 각각에 대응하는 빔포밍 코드북은 그래스매니안 라인 팩킹 코드북일 수 있다. 즉, 수신기 1 내지 수신기 K의 빔포밍 코드북은 하기 수학식 27과 같이 나타낼 수 있다.
The transmitter generates K beamforming vectors for the receivers based on the preferred codeword of each of the receivers. In this case, each of the receivers may have a different beamforming codebook, and the transmitter selects K beamforming vectors from the beamforming codebook corresponding to each of the receivers. The beamforming vectors selected by the transmitter
Figure pat00132
It can be represented as. The beamforming codebook corresponding to each of the receivers may be a grassmanian line packing codebook. That is, the beamforming codebooks of the receivers 1 to K may be expressed by Equation 27 below.

[수학식 27][Equation 27]

Figure pat00133
Figure pat00133

여기서, 빔포밍 코드북

Figure pat00134
은 수신기 i를 위한 빔포밍 코드북을 나타내며, N2는
Figure pat00135
의 사이즈이다. LSC를 사용하는 수신기 i의 신호 파워를 최대화하는 빔포밍 방향은 서브스페이스
Figure pat00136
위에 있어야 한다. 따라서,
Figure pat00137
는 서브스페이스
Figure pat00138
위에 있어야 하며, 송신기에서의 K 개의 빔포밍 벡터들
Figure pat00139
Figure pat00140
와 함께 계산되는 전송률 합을 최대화하도록 결정되어야 한다는 두 가지 제한(constrain)을 제안할 수 있다.Where the beamforming codebook
Figure pat00134
Denotes a beamforming codebook for receiver i, where N2
Figure pat00135
Is the size of. The beamforming direction for maximizing the signal power of receiver i using LSC is subspace
Figure pat00136
Should be above therefore,
Figure pat00137
Is a subspace
Figure pat00138
K beamforming vectors at the transmitter
Figure pat00139
Is
Figure pat00140
We can propose two constraints that must be determined to maximize the sum of the rates calculated with.

수신기 i에게 할당되는 서브 스페이스 코드북

Figure pat00141
와 관련하여,
Figure pat00142
이 N1 개 존재하며,
Figure pat00143
Figure pat00144
(j=1, 2, 3, . . , N1)과 관련된다. 송신기가 수신기들 각각으로부터
Figure pat00145
를 얻은 이후에, 송신기는 K 개의 빔포밍 벡터들을 선택한다. 특히, 송신기는 하기 수학식 28을 이용하여 K 개의 빔포밍 벡터들을 선택할 수 있다.
Subspace codebook allocated to receiver i
Figure pat00141
In connection with
Figure pat00142
There are N1,
Figure pat00143
Is
Figure pat00144
(j = 1, 2, 3,..., N1). From each of the receivers
Figure pat00145
After obtaining, the transmitter selects K beamforming vectors. In particular, the transmitter may select K beamforming vectors using Equation 28 below.

[수학식 28][Equation 28]

Figure pat00146
Figure pat00146

아래에서는 빔포밍 코드북이 어떻게 설계되는지에 대해 설명한다. 상기 수학식 24는 간섭 제한된 영역에서 빔포밍 코드북을 위한 설계 제한(criterion)을 제공한다.

Figure pat00147
Figure pat00148
안에 있어야 하는 제한, 채널 서브스페이스 양자화를 가지고, 아래에서 설명하는 것과 같이 코드북 디자인 제한을 얻을 수 있다.
The following describes how the beamforming codebook is designed. Equation (24) provides a design criterion for the beamforming codebook in the interference limited region.
Figure pat00147
Is
Figure pat00148
With the constraints that need to be in, channel subspace quantization, we can get the codebook design constraints as described below.

K 개의 수신기들로부터의 선호 코드워드들의 인덱스들의 가능한 순열들은 하기 수학식 29와 같이 나타낼 수 있다.
Possible permutations of indices of preferred codewords from the K receivers can be represented by Equation 29 below.

[수학식 29][Equation 29]

Figure pat00149
Figure pat00149

Figure pat00150

Figure pat00150

여기서,

Figure pat00151
는 K 튜플 벡터이며, K 튜플 벡터의 엘리먼트들은 선호 코드워드들의 인덱스들이다. 빔포밍 코드북 설계 목표 함수는 하기 수학식 30과 같이 나타낼 수 있다.
here,
Figure pat00151
Is a K tuple vector, and the elements of the K tuple vector are indices of preferred codewords. The beamforming codebook design target function may be represented by Equation 30 below.

[수학식 30]Equation 30

Figure pat00152

Figure pat00152

상기 빔포밍 코드북 설계 목표 함수는 수신기 i의 양자화된 채널 서브스페이스와 관련된 빔포밍 코드북이 다른 수신기들로부터의 코드워드들 사이의 상관이 최소화되도록 설계되어야 함을 의미한다.The beamforming codebook design objective function means that the beamforming codebook associated with the quantized channel subspace of receiver i should be designed such that the correlation between codewords from other receivers is minimized.

전체적인 성능(overall performance)을 향상시키기 위하여, 송신기로부터 수신기들 각각으로의 피드포워드 링크가 사용 가능하다고 가정한다. 이러한 피드포워드 링크를 통하여, 송신기는 모든 수신기들에게 간섭 통계에 관한 정보를 브로드캐스트할 수 있다.To improve overall performance, assume that a feedforward link from the transmitter to each of the receivers is available. Through this feedforward link, the transmitter can broadcast information about interference statistics to all receivers.

이 때, 간섭 통계는 하기 수학식 31와 같이 나타낼 수 있다.
In this case, the interference statistics may be expressed by Equation 31 below.

[수학식 31]Equation 31

Figure pat00153
Figure pat00153

Figure pat00154

Figure pat00154

상기 수학식 31의 간섭 통계는 수신기 i가 최적의 컴바이닝 벡터

Figure pat00155
를 설계하는 데에 도움을 준다. 최적의 컴바이닝 벡터
Figure pat00156
는 하기 수학식 32과 같이 나타낼 수 있다.
The interference statistic of Equation 31 indicates that the receiver i is the optimal combining vector.
Figure pat00155
It helps to design. Optimal Combination Vectors
Figure pat00156
Can be expressed as in Equation 32 below.

[수학식 32]Equation 32

Figure pat00157

Figure pat00157

여기서,

Figure pat00158
는 하기 수학식 33을 기초로 계산될 수 있다.
here,
Figure pat00158
May be calculated based on Equation 33 below.

[수학식 33][Equation 33]

Figure pat00159
Figure pat00159

송신기는 상기 수학식 32, 33을 이용하여 수신기들 각각으로부터의 양자화된 채널 매트릭스를 기초로 전송률 합을 최대화할 수 있는 K 개의 빔포밍 벡터들을 고를 수 있다. 특히, 송신기는 하기 수학식 34를 사용할 수 있다.
The transmitter may select K beamforming vectors capable of maximizing the sum of rates based on the quantized channel matrix from each of the receivers using Equations 32 and 33. In particular, the transmitter may use Equation 34 below.

[수학식 34][Equation 34]

Figure pat00160
Figure pat00160

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템에서, 송신기 및 수신기 i의 통신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a communication method of a transmitter and a receiver i in a multi-user multi-input / output communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.

우선 도 5를 참조하여, Mr가 Mt보다 크거나 같은 경우 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다. 도 5를 참조하면, 송신기는 공통 파일럿을 전송한다. 복수의 수신기들 각각은 채널을 추정하며, 복수의 수신기들 중 어느 하나인 수신기 i 역시도 채널

Figure pat00161
를 추정한다.First, embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. 5 when M r is greater than or equal to M t . Referring to FIG. 5, the transmitter transmits a common pilot. Each of the plurality of receivers estimates a channel, and receiver i, which is one of the plurality of receivers, is also a channel.
Figure pat00161
Estimate

수신기들 각각은 서로 다른 채널 코드북을 갖고 있다. 수신기 i는 채널 코드북

Figure pat00162
를 이용하여 추정된 채널
Figure pat00163
에 대응하는 선호 코드워드
Figure pat00164
를 선택한다. 보다 구체적으로, 수신기 i는 상기 수학식 3을 이용하여
Figure pat00165
를 선택할 수 있다.Each of the receivers has a different channel codebook. Receiver i channel codebook
Figure pat00162
Estimated Channel Using
Figure pat00163
Preferred codeword for
Figure pat00164
Select. More specifically, the receiver i using the equation (3)
Figure pat00165
Can be selected.

Figure pat00166
가 선택되면, 수신기 i는
Figure pat00167
의 인덱스를 송신기로 피드백한다. 마찬가지로, 송신기에 의해 서빙되기 위하여 셀에 접속한 모든 수신기들 각각은 해당 선호 코드워드의 인덱스를 송신기로 피드백한다. 또한, 위에서 설명한 바와 같이,
Figure pat00168
도 피드백된다.
Figure pat00166
Is selected, the receiver i
Figure pat00167
Feeds back the index to the transmitter. Similarly, each of the receivers connected to the cell to be served by the transmitter feeds back the index of the preferred codeword to the transmitter. Also, as described above,
Figure pat00168
Is also fed back.

송신기는 수신기들 각각으로부터 피드백된 인덱스를 기초로 K 개의 빔포밍 벡터들을 선택한다. 즉, 송신기는 상기 수학식 6에 기술된 수신기들 각각에 대응하는 빔포밍 코드북으로부터 K 개의 빔포밍 벡터들을 선택한다.The transmitter selects K beamforming vectors based on the index fed back from each of the receivers. That is, the transmitter selects K beamforming vectors from beamforming codebooks corresponding to each of the receivers described in Equation 6 above.

송신기가 피드포워드 링크를 사용할 수 있는 경우, 선택된 빔포밍 벡터에 관한 정보는 피드포워드될 수 있다. 예를 들어, 수신기 i는

Figure pat00169
의 인덱스를 수신함으로써,
Figure pat00170
를 파악할 수 있다. 뿐만 아니라, 송신기가 전용 파일럿을 사용할 수 있는 경우, 수신기들은 해당 실효 채널을 파악함으로써, 해당 빔포밍 벡터를 파악할 수 있다.If the transmitter can use the feedforward link, information about the selected beamforming vector can be feedforwarded. For example, receiver i
Figure pat00169
By receiving the index of
Figure pat00170
Can be identified. In addition, when the transmitter can use the dedicated pilot, the receiver can determine the corresponding beamforming vector by identifying the corresponding effective channel.

만약, 송신기가 상기 수학식 14와 같은 빔포밍 코드북들을 사용하는 경우, 송신기는 회전 매트릭스에 관한 정보를 피드포워드할 수 있으며, 간섭 통계에 관한 정보를 피드포워드할 수도 있다.If the transmitter uses beamforming codebooks such as Equation 14, the transmitter may feedforward information about the rotation matrix and may feedforward information about interference statistics.

상술한 스텝들은 Mr가 Mt보다 작은 경우에도 잘 적용될 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
Since the above-described steps may be well applied even when M r is smaller than M t , detailed description thereof will be omitted.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 송신기를 나타낸 블록도이다.6 is a block diagram showing a transmitter according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기는 메모리(610), 수신부(720), 프로세서(730) 및 전송부(740)를 포함한다.Referring to FIG. 6, a transmitter for multi-user multi-input / output communication includes a memory 610, a receiver 720, a processor 730, and a transmitter 740.

메모리(610)에는 수신기들 각각에 대응하는 채널 코드북 및 빔포밍 코드북이 저장되며, 추가적으로 회전 매트릭스의 후보들, 베이스 코드북이 더 저장될 수 있다.The memory 610 stores a channel codebook and a beamforming codebook corresponding to each of the receivers, and additionally stores candidates of a rotation matrix and a base codebook.

프로세서(630)의 제어에 따라, 전송부(640)는 공통 파일럿을 전송하며, 수신기들 각각은 채널을 추정한 이후에, 부분적인 채널 정보(선호 코드워드에 관한 정보) 및 채널 품질 정보를 피드백한다. 이 때, 수신기들 각각에 대응하는 채널 코드북이 서로 다르므로, 송신기는 수신기들 각각의 부분적인 채널 정보를 파악하기 위하여 대응하는 채널 코드북을 참조해야 한다.Under the control of the processor 630, the transmitter 640 transmits a common pilot, and after each of the receivers estimates a channel, the receiver 640 feeds back partial channel information (information on a preferred codeword) and channel quality information. do. In this case, since the channel codebooks corresponding to each of the receivers are different from each other, the transmitter should refer to the corresponding channel codebook to determine partial channel information of each of the receivers.

즉, 수신부(620)는 수신기들 각각으로부터 선호 코드워드에 관한 정보를 수신하며, 프로세서(630)는 메모리(610)에 미리 저장된 수신기들 각각의 채널 코드북을 참조하여 수신기들 각각의 선호 코드워드를 파악한다.That is, the receiver 620 receives information about a preferred codeword from each of the receivers, and the processor 630 refers to the channel codebook of each of the receivers pre-stored in the memory 610 to obtain the preferred codeword of each of the receivers. Figure out.

수신기들 각각의 선호 코드워드가 파악되면, 프로세서(630)는 수신기들 각각의 선호 코드워드를 기초로 메모리(610)에 미리 저장된 수신기들 각각의 빔포밍 코드북으로부터 K 개(수신기들의 개수임)의 빔포밍 벡터들을 생성한다.Once the preferred codeword of each of the receivers is known, the processor 630 may determine K (the number of receivers) from the beamforming codebook of each of the receivers previously stored in the memory 610 based on the preferred codeword of each of the receivers. Generate beamforming vectors.

빔포밍 벡터들이 결정되면, 프로세서(630)는 피드포워드 링크가 사용 가능한 경우, 빔포밍 벡터들에 관한 정보, 간섭 통계에 관한 정보, 수신기들 각각에 대응하는 회전 매트릭스에 관한 정보 등을 생성할 수도 있다.Once the beamforming vectors are determined, the processor 630 may generate information about the beamforming vectors, information about interference statistics, information about the rotation matrix corresponding to each of the receivers, etc. when the feedforward link is available. have.

전송부(640)는 빔포밍 벡터들을 이용하여 프리코딩된 데이터 스트림을 수신기들로 전송한다. 이 때, 전송부(640)는 선택적으로 빔포밍 벡터들에 관한 정보, 간섭 통계에 관한 정보, 수신기들 각각에 대응하는 회전 매트릭스에 관한 정보 등을 전송할 수도 있다. 뿐만 아니라, 전용 파일럿이 사용될 수 있는 경우, 전송부(640)는 전용 파일럿을 전송할 수도 있다.The transmitter 640 transmits the precoded data stream to the receivers using the beamforming vectors. In this case, the transmitter 640 may selectively transmit information about beamforming vectors, information about interference statistics, information about a rotation matrix corresponding to each of the receivers, and the like. In addition, when the dedicated pilot can be used, the transmitter 640 may transmit the dedicated pilot.

도 6에 도시된 송신기에는 도 1 내지 도 5에 기술된 설명이 모두 적용될 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.Since all of the descriptions of FIGS. 1 to 5 may be applied to the transmitter illustrated in FIG. 6, detailed descriptions thereof will be omitted.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수신기를 나타낸 블록도이다.7 is a block diagram illustrating a receiver according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 수신기는 메모리(710), 채널 추정기(720), 수신부(730), 프로세서(740) 및 전송부(740)를 포함한다.Referring to FIG. 7, a receiver for multi-user multi-input / output communication includes a memory 710, a channel estimator 720, a receiver 730, a processor 740, and a transmitter 740.

메모리(610)에는 해당 수신기에 대응하는 채널 코드북 및 빔포밍 코드북이 저장되며, 추가적으로 회전 매트릭스의 후보들, 베이스 코드북이 더 저장될 수 있다.The memory 610 stores a channel codebook and a beamforming codebook corresponding to the corresponding receiver, and additionally stores candidates of a rotation matrix and a base codebook.

송신기로부터 공통 파일럿이 전송되는 경우, 그 수신된 공통 파일럿은 수신부(730)로부터 채널 추정기(720)로 제공된다. 채널 추정기(720)는 수신기와 송신기 사이의 채널을 추정한다.When the common pilot is transmitted from the transmitter, the received common pilot is provided from the receiver 730 to the channel estimator 720. Channel estimator 720 estimates the channel between the receiver and the transmitter.

프로세서(740)는 추정된 채널을 기초로 메모리(610)에 미리 저장된 채널 코드북으로부터 선호 코드워드를 선택한다. 그리고, 그 선호코드워드에 관한 정보는 전송부(740)를 통하여 피드백된다.The processor 740 selects a preferred codeword from the channel codebook previously stored in the memory 610 based on the estimated channel. Information about the preferred codeword is fed back through the transmitter 740.

송신기가 해당 수신기에 대응하는 빔포밍 벡터를 결정한 후에, 그 빔포밍 벡터를 이용하여 데이터 스트림을 프리코딩한 경우, 수신된 데이터 스트림은 프로세서(740)에 의해 처리된다. 이 때, 프로세서(740)는 송신기로부터 피드포워드된 빔포밍 벡터들에 관한 정보, 간섭 통계에 관한 정보, 회전 매트릭스에 관한 정보, 또는 송신기로부터 전용 파일럿을 기초로 추정된 실효 채널을 기초로 최적의 컴바이너를 설계할 수 있다. 수신된 데이터 스트림은 최적의 컴바이너에 따라 처리된다.After the transmitter determines the beamforming vector corresponding to the receiver, when the data stream is precoded using the beamforming vector, the received data stream is processed by the processor 740. At this time, the processor 740 is optimized based on the information about the beamforming vectors fed forward from the transmitter, the information on the interference statistics, the information on the rotation matrix, or the effective channel estimated based on a dedicated pilot from the transmitter. Combiners can be designed. The received data stream is processed according to the optimal combiner.

도 7에 도시된 수신기에는 도 1 내지 도 5에 기술된 설명이 모두 적용될 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.Since all of the descriptions of FIGS. 1 to 5 may be applied to the receiver illustrated in FIG. 7, a detailed description thereof will be omitted.

상술한 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The methods described above may be embodied in the form of program instructions that may be executed by various computer means and may be recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

110: 기지국110: base station

Claims (15)

다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법에 있어서,
제1 수신기에 대응하는 제1 채널 코드북 및 제2 수신기에 대응하는 제2 채널 코드북이 저장된 메모리를 유지하는 단계;
상기 제1 수신기로부터 상기 제1 채널 코드북에 포함된 코드워드들 중 제1 선호 코드워드에 관한 정보 및 상기 제2 수신기로부터 상기 제2 채널 코드북에 포함된 코드워드들 중 제2 선호 코드워드에 관한 정보를 수신하는 단계; 및
상기 제1 선호 코드워드 및 상기 제2 선호 코드워드를 기초로 상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 벡터 및 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 벡터를 결정하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 채널 코드북 및 상기 제2 채널 코드북은 서로 다른 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법.

In the communication method of the transmitter for multi-user multi-input and output communication,
Maintaining a memory in which a first channel codebook corresponding to the first receiver and a second channel codebook corresponding to the second receiver are stored;
Information about a first preferred codeword among codewords included in the first channel codebook from the first receiver and information about a second preferred codeword among codewords included in the second channel codebook from the second receiver. Receiving information; And
Determining a first beamforming vector for the first receiver and a second beamforming vector for the second receiver based on the first preferred codeword and the second preferred codeword.
Including,
And the first channel codebook and the second channel codebook are different from each other.

제1항에 있어서,
상기 제1 선호 코드워드에 관한 정보는 상기 송신기와 상기 제1 수신기 사이의 제1 채널의 공분산(covariance)과 관련된 것이고, 상기 제2 선호 코드워드에 관한 정보는 상기 송신기와 상기 제2 수신기 사이의 제2 채널의 공분산과 관련된 것인 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법.

The method of claim 1,
The information about the first preferred codeword is related to the covariance of the first channel between the transmitter and the first receiver, and the information about the second preferred codeword is between the transmitter and the second receiver. A method of communication of a transmitter for multi-user multi-input / output communication relating to covariance of a second channel.

제1항에 있어서,
상기 제1 채널 코드북에 포함된 코드워드들은 MtMr1 x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드북에 있는 벡터들을 기초로 정의되고,
상기 제2 채널 코드북에 포함된 코드워드들은 MtMr2 x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드에 있는 벡터들을 기초로 정의되고,
Mr1은 상기 제1 수신기의 수신 안테나들의 개수이고, Mr2는 상기 제2 수신기의 수신 안테나들의 개수이고, Mt는 상기 송신기의 송신 안테나들의 개수인 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법.

The method of claim 1,
Codewords included in the first channel codebook are defined based on vectors in a grasmanian line packing codebook of M t M r1 x 1 dimension,
Codewords included in the second channel codebook are defined based on vectors in a grasmanian line packing code of M t M r2 x 1 dimension,
M r1 is the number of receive antennas of the first receiver, M r2 is the number of receive antennas of the second receiver, and M t is the number of transmit antennas of the transmitter. .

제3항에 있어서,
상기 MtMr1 x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드북에 있는 벡터들은 Mt x Mr1 차원의 매트릭스들로 변환되고, 상기 제1 채널 코드북에 포함된 코드워드들 각각은 Mt x Mr1 차원의 매트릭스들 각각에 의해 정의되고,
상기 MtMr2 x 1 차원의 그래스매니안 라인 팩킹 코드북에 있는 벡터들은 Mt x Mr2 차원의 매트릭스들로 변환되고, 상기 제2 채널 코드북에 포함된 코드워드들 각각은 Mt x Mr2 차원의 매트릭스들 각각에 의해 정의되는 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법.

The method of claim 3,
Vectors in the Grasmanian line packing codebook of M t M r1 x 1 dimension are converted into m t x M r1 dimension matrices, and each of the codewords included in the first channel codebook is M t x M r1 dimension Defined by each of the matrices of
The vectors in the Grasmanian line packing codebook of M t M r2 x 1 dimension are converted into m t x M r 2 dimensional matrices, and each of the codewords included in the second channel codebook is M t x M r 2 dimensional. A method of communication for a transmitter for multi-user multi-input / output communication defined by each of the matrices of.

제1항에 있어서,
상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 벡터 및 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 벡터를 결정하는 단계는
상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 코드북을 이용하여 상기 제1 빔포밍 벡터 결정하고, 상기 제1 빔포밍 코드북과 다른 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 코드북을 이용하여 상기 제2 빔포밍 벡터를 결정하는 단계인 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법.

The method of claim 1,
Determining a first beamforming vector for the first receiver and a second beamforming vector for the second receiver
Determine the first beamforming vector using a first beamforming codebook for the first receiver, and use the second beamforming codebook for the second receiver that is different from the first beamforming codebook. A method of communication of a transmitter for multi-user multi-input / output communication, comprising determining a vector.

제5항에 있어서,
상기 제1 빔포밍 코드북에 포함되는 제1 빔포밍 코드워드들 사이의 최소 거리와 상기 제2 빔포밍 코드북에 포함되는 제2 빔포밍 코드워드들 사이의 최소 거리는 서로 동일한 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법.

The method of claim 5,
The minimum distance between the first beamforming codewords included in the first beamforming codebook and the minimum distance between the second beamforming codewords included in the second beamforming codebook are equal to each other. Method of communication of the transmitter.

제1항에 있어서,
상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 벡터 및 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 벡터를 결정하는 단계는
상기 제1 수신기 및 상기 제2 수신기 각각이 제로 포싱 선형 수신기임을 전제로, 상기 제1 수신기 및 상기 제2 수신기에 대한 전송률 합(sum rate)을 계산하는 단계; 및
상기 제1 수신기 및 상기 제2 수신기에 대한 전송률 합을 기초로 상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 벡터 및 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 벡터를 선택하는 단계
를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법.

The method of claim 1,
Determining a first beamforming vector for the first receiver and a second beamforming vector for the second receiver
Calculating a sum rate for the first receiver and the second receiver assuming that each of the first receiver and the second receiver is a zero forcing linear receiver; And
Selecting a first beamforming vector for the first receiver and a second beamforming vector for the second receiver based on the sum of rates for the first receiver and the second receiver;
Communication method of the transmitter for multi-user multi input and output communication comprising a.

제5항에 있어서,
상기 제1 빔포밍 코드북 및 상기 제2 빔포밍 코드북 각각은
상기 제1 빔포밍 코드워드들과 상기 제2 빔포밍 코드워드들 사이의 상관(correlation)이 최소가 되도록 설계되는 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법.

The method of claim 5,
Each of the first beamforming codebook and the second beamforming codebook
And a method of communication between the first beamforming codewords and the second beamforming codewords to minimize the correlation.

제5항에 있어서,
상기 제1 빔포밍 코드북은
제1 유니터리 회전 매트릭스와 미리 정의된 기본 코드북에 포함된 코드워드들 각각을 내적(inner product)함으로써 생성되고,
상기 제2 빔포밍 코드북은
상기 제1 유니터리 회전 매트릭스와 다른 제2 유니터리 회전 매트릭스와 미리 정의된 기본 코드북에 포함된 코드워드들 각각을 내적(inner product)함으로써 생성되는 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법.

The method of claim 5,
The first beamforming codebook
Generated by inner product of each of the codewords included in the first unitary rotation matrix and the predefined basic codebook,
The second beamforming codebook
And a second unitary rotation matrix different from the first unitary rotation matrix and an inner product of each of the codewords included in a predefined basic codebook.

제9항에 있어서,
상기 제1 유니터리 회전 매트릭스에 관한 정보를 상기 제1 수신기로 제공하고, 상기 제2 유니터리 회전 매트릭스에 관한 정보를 상기 제2 수신기로 제공하는 단계
를 더 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법.

10. The method of claim 9,
Providing information about the first unitary rotation matrix to the first receiver and providing information about the second unitary rotation matrix to the second receiver
Communication method of the transmitter for multi-user multi input and output communication further comprising.

제1항에 있어서,
상기 제1 빔포밍 벡터와 상기 제1 빔포밍 벡터의 허미시안 사이의 내적 및 상기 제2 빔포밍 벡터와 상기 제2 빔포밍 벡터의 허미시안 사이의 내적을 기초로 간섭 통계(statistics)을 계산하는 단계; 및
1`상기 간섭 통계에 관한 정보를 상기 제1 수신기 및 상기 제2 수신기로 제공하는 단계
를 더 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 송신기의 통신 방법.

The method of claim 1,
Calculating interference statistics based on a dot product between the first beamforming vector and a hermithian of the first beamforming vector, and a dot product between the second beamforming vector and the hermitian of the second beamforming vector; step; And
1 ′ providing information about the interference statistics to the first receiver and the second receiver
Communication method of the transmitter for multi-user multi input and output communication further comprising.

송신기, 제1 수신기 및 제2 수신기를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템을 위한 제2 수신기의 통신 방법에 있어서,
제1 수신기에 대응하는 제1 채널 코드북과 구별되는 제2 수신기에 대응하는 제2 채널 코드북이 저장된 메모리를 유지하는 단계;
상기 송신기와 상기 제2 수신기 사이의 제2 채널의 공분산(covariance)을 계산하는 단계;
상기 제2 채널의 공분산을 기초로 상기 제2 채널 코드북에 포함된 코드워드들 중 제2 선호 코드워드를 선택하는 단계;
상기 송신기로 상기 제2 선호 코드워드에 관한 정보를 제공하는 단계;
상기 송신기가 상기 제2 선호 코드워드를 기초로 제2 빔포밍 벡터를 사용하는 경우, 상기 제2 빔포밍 벡터를 파악하는 단계; 및
상기 제2 빔포밍 벡터 및 상기 제2 채널에 따라 수신 컴바이닝 벡터를 계산하는 단계
를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 제2 수신기의 통신 방법.

A communication method of a second receiver for a multi-user multi-input / output communication system including a transmitter, a first receiver, and a second receiver,
Maintaining a memory in which a second channel codebook corresponding to a second receiver distinct from the first channel codebook corresponding to the first receiver is stored;
Calculating a covariance of a second channel between the transmitter and the second receiver;
Selecting a second preferred codeword among codewords included in the second channel codebook based on the covariance of the second channel;
Providing information regarding the second preferred codeword to the transmitter;
Identifying the second beamforming vector when the transmitter uses a second beamforming vector based on the second preferred codeword; And
Calculating a reception combining vector according to the second beamforming vector and the second channel
Communication method of the second receiver for multi-user multi-input and output communication comprising a.

제12항에 있어서,
상기 송신기로부터 전송된 상기 제2 수신기를 위한 전용(dedicated) 파일럿을 이용하여 상기 송신기와 상기 제2 수신기 사이의 실효 채널을 계산하는 단계
를 더 포함하고,
상기 제2 빔포밍 벡터를 파악하는 단계는
상기 실효 채널을 기초로 상기 제2 빔포밍 벡터를 파악하는 단계인 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 제2 수신기의 통신 방법.

The method of claim 12,
Calculating an effective channel between the transmitter and the second receiver using a dedicated pilot for the second receiver sent from the transmitter
Further comprising:
Identifying the second beamforming vector
And identifying the second beamforming vector based on the effective channel.

제12항에 있어서,
상기 송신기가 상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 코드북을 이용하여 상기 제1 빔포밍 벡터 결정하고, 상기 제1 빔포밍 코드북과 다른 상기 제2 수신기를 위한 제2 빔포밍 코드북을 이용하여 상기 제2 빔포밍 벡터를 결정하고, 상기 제2 빔포밍 코드북은 유니터리 회전 매트릭스와 미리 정의된 기본 코드북에 포함된 코드워드들 각각을 내적(inner product)함으로써 생성되는 경우,
상기 유니터리 회전 매트릭스에 관한 정보를 상기 송신기로부터 수신하는 단계
를 더 포함하고,
상기 제2 빔포밍 벡터를 파악하는 단계는
상기 유니터리 회전 매트릭스에 관한 정보를 이용하여 상기 제2 빔포밍 벡터를 파악하는 단계인 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 제2 수신기의 통신 방법.

The method of claim 12,
The transmitter determines the first beamforming vector using a first beamforming codebook for the first receiver, and uses the second beamforming codebook for the second receiver that is different from the first beamforming codebook If the second beamforming vector is determined, and the second beamforming codebook is generated by inner product of each of the codewords included in the unitary rotation matrix and the predefined basic codebook,
Receiving information about the unitary rotation matrix from the transmitter
Further comprising:
Identifying the second beamforming vector
And identifying the second beamforming vector using the information about the unitary rotation matrix.

제12항에 있어서,
상기 송신기로부터 간섭 통계(statistics)- 상기 간섭 통계는 상기 제1 수신기를 위한 제1 빔포밍 벡터와 상기 제1 빔포밍 벡터의 허미시안 사이의 내적 및 상기 제2 빔포밍 벡터와 상기 제2 빔포밍 벡터의 허미시안 사이의 내적을 기초로 계산됨-에 관한 정보를 수신하는 단계
를 더 포함하고,
상기 수신 컴바이닝 벡터를 계산하는 단계는
상기 간섭 통계를 기초로 상기 수신 컴바이닝 벡터를 계산하는 단계인 다중 사용자 다중 입출력 통신을 위한 제2 수신기의 통신 방법.

The method of claim 12,
Interference statistics from the transmitter-the interference statistics are a dot product between the first beamforming vector for the first receiver and the hermitian of the first beamforming vector, and the second beamforming vector and the second beamforming. Receiving information about the product of the product between the hermitians of the vectors
Further comprising:
Computing the reception combining vector
And calculating the received combining vector based on the interference statistics.

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