KR20110102795A - 다중 사용자 다중 입출력 환경에서 채널 상태 정보 공유 방법 및 장치 - Google Patents

다중 사용자 다중 입출력 환경에서 채널 상태 정보 공유 방법 및 장치 Download PDF

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KR20110102795A
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Abstract

다중 사용자 다중 입출력 환경에서 채널 상태 정보를 공유하는 방법 및 장치가 제공된다. MU-MIMO 환경에서 각 노드는 네트워크 코딩을 이용함으로써 모든 노드들 사이의 채널 상태 정보들을 공유하는 데에 필요한 오버헤드를 줄일 수 있다. 송신기는 수신기들 사이의 채널 상태 정보를 이용하여 각 수신기로 데이터를 전송할 경로 및 릴레이 역할을 할 수신기를 동적으로 선택할 수 있다. 그리고 송신기 및 수신기들 사이의 채널 상태 정보를 이용하여 디코딩 성능을 향상할 수 있다.

Description

다중 사용자 다중 입출력 환경에서 채널 상태 정보 공유 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SHARING CHANNEL STATE INFORMATION IN MU-MIMO ENVIRONMENT}
본 발명의 실시예들은 다중 사용자 다중 입출력 환경에서 채널 상태 정보를 공유하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다중 입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 시스템은 높은 데이터 전송률, 향상된 신뢰도 등 단일 안테나 시스템에 비해 많은 장점을 가진다. 하나의 기지국이 다수의 단말과 통신을 하는 다중 사용자 다중 입출력(Multi-User Multiple Input Multiple Output; MU-MIMO) 시스템은 데이터 전송률 및 신뢰도에 있어 더 향상된 모습을 보인다.
하지만 다중 사용자 다중 입출력 시스템에서 단말들간에 간섭이 발생할 수 있다. 따라서 다중 사용자 다중 입출력 시스템에 존재하는 모든 채널 상태 정보를 기지국 및 각 단말들이 알 수 있다면 간섭을 줄일 수 있을 것이다. 하지만 모든 채널 상태 정보를 공유하기 위해서는 많은 오버헤드가 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법은 송신기에서부터 제1 수신기까지의 양자화된 제1 채널 상태 정보를 수신하는 단계; 상기 송신기에서부터 제2 수신기까지의 양자화된 제2 채널 상태 정보를 수신하는 단계; 상기 제1 수신기로부터 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보와 양자화된 제3 채널 상태 정보-상기 제3 채널 상태 정보는 상기 제1 수신기에서부터 상기 제2 수신기까지의 채널 상태 정보임-가 네트워크 코딩된 제1 네트워크 코딩 정보를 수신하는 단계; 및 상기 제1 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보를 기초로 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법은 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보, 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 상기 제1 수신기로 데이터를 전송하기 위한 경로(path)를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신하는 단계는 상기 제1 수신기가 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 브로드캐스팅(broadcasting)함에 따라 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신하는 단계일 수 있다.
상기 제1 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보를 기초로 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻는 단계는 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신함에 따라 상기 저장된 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 네트워크 디코딩하여 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법은 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보, 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 제1 수신기 및 제2 수신기로 전송할 데이터들을 프리코딩하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 양자화된 채널 상태 정보들은 미리 정해진 임계치(threshold)보다 작은지 여부에 따라 제1 논리값 또는 제2 논리값을 가지는 해당 채널들의 채널 품질 정보(Channel Quality information; CQI)를 포함할 수 있다.
상기 양자화된 채널 상태 정보들은 해당 채널들의 m 비트-m은 자연수-로 양자화된 채널 방향 정보(Channel Direction Information; CDI)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법은 상기 제1 수신기가 상기 제1 채널 상태 정보를 추정할 수 있도록 상기 제1 수신기로 파일럿을 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법은 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 제1 수신기의 통신 방법은 제1 수신기에서부터 송신기까지의 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 상기 제1 수신기에서부터 제2 수신기까지의 양자화된 제3 채널 상태 정보를 네트워크 코딩하여 제1 네트워크 코딩 정보를 생성하는 단계; 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 송신기 및 제2 수신기로 전송하는 단계; 상기 제2 수신기로부터 상기 제2 수신기에서부터 송신기까지의 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 제3 채널 상태 정보가 네트워크 코딩된 제2 네트워크 코딩 정보를 수신하는 단계; 및 상기 제2 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보를 얻는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 제1 수신기의 통신 방법은 상기 제1 채널 상태 정보, 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 제한된 협력 제로포싱(Limited-Coordination Zero-Forcing; LCZF) 디코딩 기법, 최소 평균 자승 오차(Minimum-Mean-Square-Error; MMSE) 디코딩 기법 또는 제한된 협력 최대우도(Limited-Coordination Maximum-Likelihood; LCML) 디코딩 기법을 이용하여 송신기로부터 상기 제1 수신기로 전송된 데이터를 디코딩하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보를 얻는 단계는 상기 제2 네트워크 코딩 정보를 수신함에 따라 상기 제2 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 네트워크 디코딩하여 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보를 얻는 단계일 수 있다.
상기 제1 네트워크 코딩 정보를 송신기 및 제2 수신기로 전송하는 단계는 상기 송신기 및 상기 제2 수신기가 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신할 수 있도록 상기 네트워크 코딩 정보를 방송(broadcasting)하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 제1 수신기의 통신 방법은 상기 제2 수신기로부터 양자화된 제2 수신 신호-상기 제2 수신 신호는 상기 제2 수신기가 상기 송신기로부터 수신한 신호임-를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기는 송신기에서부터 제1 수신기까지의 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 상기 송신기에서부터 제2 수신기까지의 양자화된 제2 채널 상태 정보를 저장하는 저장부; 상기 제1 수신기로부터 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보와 양자화된 제3 채널 상태 정보-상기 제3 채널 상태 정보는 상기 제1 수신기에서부터 상기 제2 수신기까지의 채널 상태 정보임-가 네트워크 코딩된 제1 네트워크 코딩 정보를 수신하는 수신부; 및 상기 제1 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보를 기초로 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻는 처리부를 포함한다.
상기 처리부는 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보, 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 상기 제1 수신기로 데이터를 전송하기 위한 경로(path)를 결정하는 경로 설정부를 포함할 수 있다.
상기 수신부는 상기 제1 수신기가 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 브로드캐스팅(broadcasting)함에 따라 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신할 수 있다.
상기 처리부는 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신함에 따라, 상기 저장된 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 네트워크 디코딩하여 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻는 네크워크 디코딩부를 포함할 수 있다.
상기 처리부는 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보, 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 제1 수신기 및 제2 수신기로 전송할 데이터들을 프리코딩하는 프리코딩부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기는 상기 제1 수신기가 상기 제1 채널 상태 정보를 추정할 수 있도록 상기 제1 수신기로 파일럿을 전송하는 송신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 MU-MIMO 환경에서 각 노드는 네트워크 코딩을 이용함으로써 모든 노드들 사이의 채널 상태 정보들을 공유하는 데에 필요한 오버헤드를 줄일 수 있다. 또한 모든 노드들 사이의 채널 상태 정보들을 공유하는 데에 필요한 전송 회수를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 MU-MIMO 환경에서 송신기는 모든 노드들 사이의 채널 상태 정보를 기초로 각 수신기로 데이터를 전송할 경로(path)를 동적으로(dynamically) 결정함으로써 데이터 전송을 위하여 릴레이 역할을 수행할 신뢰도가 높은 노드들을 적절히 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 MU-MIMO 환경에서 수신기는 모든 노드들 사이의 채널 상태 정보를 기초로 송신기로부터 전송된 데이터를 디코딩함으로써 디코딩의 정확도를 향상할 수 있다.
도 1은 도 1은 송신기 및 3개의 수신기를 포함하는 MU-MIMO 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 송신기, 제1 수신기 및 제2 수신기를 포함하는 MU-MIMO 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 MU-MIMO 방송 채널의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 MU-MIMO 릴레이 시스템의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 기능 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 수신기의 기능 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 송신기 및 3개의 수신기를 포함하는 MU-MIMO 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면 MU-MIMO 시스템은 송신기, 제1 수신기, 제2 수신기 및 제3 수신기를 포함한다. 송신기, 제1 수신기, 제2 수신기 및 제3 수신기 각각은 MU-MIMO 시스템의 노드(node)이며 각각의 인덱스를 0,1,2 및 3이라 한다.
하나의 노드에서 다른 노드들로의 채널 상태 정보(Channel State Information; CSI)는 파일럿 또는 파일럿에 대한 피드백을 통해 얻어질 수 있다. 예를 들어 송신기는 송신기로부터 각 수신기로의 채널의 채널 상태 정보들(
Figure pat00001
,
Figure pat00002
및
Figure pat00003
)을 각 수신기로부터 피드백 받음으로써 얻을 수 있다. 하지만 송신기가 제1 수신기와 제2 수신기 사이의 채널(
Figure pat00004
)을 얻는 것은 쉽지 않다. 이처럼 하나의 노드와 직접 연결되지 않은 채널들을 제3자 채널(third-party channel)이라 한다.
모든 노드들 사이의 채널 상태 정보를 글로벌 채널 상태 정보(global CSI)라 한다. 그리고 하나의 노드와 나머지 각 노드들 사이의 채널 상태 정보들을 로컬 채널 상태 정보(local CSI)라고 한다.
모든 노드는 해당 노드의 로컬 채널 상태 정보를 모든 노드들에게 방송함으로써 모든 노드들이 글로벌 채널 상태 정보를 얻을 수 있다. 하지만 이러한 방법은 채널 상태 정보를 중복하여 전송할 수 있으므로 최적의 방법은 아니다. 본 발명의 실시예들은 각 노드들이 글로벌 CSI를 얻기 위해서 필요한 전송의 횟수를 줄이는 방법을 제공한다.
도 1을 참조하면, 송신기의 입장에서 제3자 채널들이 검은 화살표로 도시되어 있다.
시분할 듀플렉싱(Time-Division Duplexing; TDD)에서는 상호성(reciprocity)에 의해 한 노드로부터 다른 노드로의 채널이 파일럿 전송을 통해 추정될 수 있다. 주파수분할 듀플렉싱(Frequency-Division Duplexing; FDD)에서는 한 노드로부터 다른 노드로의 채널은 다른 상기 다른 노드로부터의 피드백을 통해 추정될 수 있다.
각 노드들이 글로벌 CSI를 가지고 있는 경우 여러 면에서 통신 시스템의 성능을 향상할 수 있다. 예를 들어 global CSI는 송신기가 특정 수신기로 데이터를 전송할 때 다른 수신기들을 중간 노드(intermediate node)로 이용하는 데에 이용될 수 있다. 글로벌 CSI에 의하면 최적의 전송 레이트 및 신뢰도로 데이터를 전송할 수 있는 적절한 스케줄링 알고리즘이 개발될 수 있다. 그리고 글로벌 CSI에 의하면 향상된 디코더가 설계될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 TDD 뿐만 아니라 FDD도 고려한다. 그리고 본 발명의 실시예들은 각 노드 사이의 채널들을 좋고 나쁨에 따라 하나의 비트로 나타내지 않고, 여러 비트들로 나타낼 수 있다. 이는 각 노드들이 채널 방향 정보(Channel Direction Information; CDI) 등 더 많은 정보를 얻도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들은 MU-MIMO 시스템에서 각 노드들이 코딩된 전송(coded transmission)에 의하여 제3자 채널 상태 정보들을 획득하는 최적에 가까운 방법을 제공한다. 즉, CSI들의 중복(redundancy) 및 상관관계(correlation)를 이용하고, 각 노드가 공유하고 있는 정보들을 인코딩함으로써 각 노드는 효율적으로 글로벌 CSI를 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예들은 필요한 정보만큼을 포함할 수 있도록 일반화될 수 있다.
채널 모델
본 발명의 실시예들은
Figure pat00005
개의 안테나를 구비한 하나의 송신기가 N개의 수신기들과 통신하는 MU-MIMO 시스템을 고려한다. 각 수신기들은
Figure pat00006
개의 안테나를 구비한다.
보다 간단한 설명을 위해서 각 수신기들의 안테나가 1개인 경우(
Figure pat00007
=1)를 설명한다. 하지만 아래에서 설명하는 방법은 각 수신기들이 복수의 안테나를 구비하는 경우로 확장될 수 있다. 이하의 설명에서 송신기 및 수신기들을 노드들로 생각한다. 따라서 위의 시스템에는 N+1개의 노드들이 존재한다.
각 노드는 파일럿을 전송할 수 있고, 이를 통해 파일럿을 수신하는 각 노드들은 파일럿을 전송한 노드로부터의 채널을 추정할 수 있다. 노드 i로부터 노드 j로의 채널을
Figure pat00008
로 나타낸다.
Figure pat00009
이고,
Figure pat00010
는
Figure pat00011
로 표현된다.
송신기를 노드 0이라 하고, 수신기들의 인덱스를 1에서 N까지로 정한다. 각 노드는 로컬 채널 상태 정보를 알고 있다고 가정한다. TDD에서는 상호성에 의해
Figure pat00012
이다. FDD에서는 노드 i가 노드 j로부터의 채널을 추정하고 추정된 채널에 대한 정보를 노드 j로 피드백함으로써 로컬 채널 상태 정보를 얻을 수 있다. 따라서 아래와 같이
Figure pat00013
를 이용하여 노드 i에서의 노드 j로부터 또는 노드 j로의 채널을 표현할 수 있다.
Figure pat00014

TDD에서는
Figure pat00015
이므로
Figure pat00016
이다. FDD에서는,
Figure pat00017
에 대해 연결(concatenation) 순서를 미리 정하여
Figure pat00018
일 수 있다. FDD에서는,
Figure pat00019
에서 채널 벡터들의 연결 순서는 i < j일 때
Figure pat00020
로, i>j일 때는
Figure pat00021
로 정해질 수 있다.
따라서, 노드 i의 로컬 채널 상태 정보는 모든 다른 노드들로의 또는 모든 다른 노드들로부터의 채널 상태 정보를 포함한다. 노드 i의 로컬 채널 상태 정보는 아래와 같이 벡터 형태로 표현될 수 있다.
Figure pat00022

예를 들어, 송신기인 노드 0의 로컬 채널 상태 정보는
Figure pat00023
가 된다.
완전한(full) CSI가 이상적이지만, 피드백 제한으로 인해 양자화된 CSI를 고려한다. 이때, 노드 i에서 사용 가능한 공통 코드북(common codebook)을 이용하여 로컬 채널 상태 정보를 양자화할 수 있다. 따라서 노드 i는
Figure pat00024
를 아래와 같이 양자화할 수 있다.
Figure pat00025

Figure pat00026
는 코드북
Figure pat00027
에 대한 벡터 양자화를 나타낸다. 따라서
Figure pat00028
는 노드 i의 로컬 채널 상태 정보를 나타내는 이진(binary) 벡터이다.
본 발명의 실시예들은 무오류-무지연(error-and-delay-free) 이진 방송 채널(binary broadcast channel; BBC)이라 가정한다. 즉, 한 노드가 BBC를 통해 방송하면 다른 모든 노드들은 전송된 비트들을 수신할 수 있다.
각 노드는 로컬 채널 상태 정보를 구비한 것으로 가정한다. 즉, 노드 i는
Figure pat00029
및
Figure pat00030
를 완벽히 알 수 있다. 모든 노드들이 글로벌 채널 상태 정보를 얻는다는 것은 각 노드들이
Figure pat00031
인 모든 i에 대한
Figure pat00032
및
Figure pat00033
를 얻는다는 것을 의미한다. 즉 다른 한 노드가 자신의 모든 제3자 채널 상태 정보들을 얻는 것을 말한다.
클로벌 채널 상태 정보를 얻는 하나의 방법은 각 노드가 각기 할당된 타임 슬롯을 통하여 BBC에서 각 노드의 모든 로컬 채널 상태 정보를 방송하는 것이다. 그러면 모든 노드는 N(N+1)번의 전송 과정 후에 글로벌 채널 상태 정보를 얻을 수 있다. 왜냐하면 노드 i는
Figure pat00034
와 같은 로컬 채널 상태 정보를 N개 가지고 있으므로 노드 i는 N번의 전송을 수행하고, 이 전송 과정이 N+1개의 노드들에 대해 반복되기 때문이다. 예를 들어, 송신기인 노드 0은
Figure pat00035
일지라도
Figure pat00036
및
Figure pat00037
를 전송한다. 따라서 본 발명에서는 전송 회수를 줄이면서도 각 노드들이 글로벌 채널 상태 정보를 얻을 수 있는 방법을 제공한다. 즉, 로컬 채널 상태 정보들의 상관관계(correlation)를 이용하여 로컬 채널 상태 정보들을 인코딩함으로써 같은 양의 정보를 얻기 위한 전송 횟수를 줄일 수 있다.
구체적으로, 각 노드는 로컬 채널 상태 정보를 인코딩하고, 코딩된 비트들을 BBC를 통해 전송한다. 로컬 채널 상태 정보는 두 노드 간에 공통(mutual)될 수 있다. 예를 들어 송신기 및 제1 수신기는 모두 을 알 수 있다. 따라서 이러한 로컬 채널 상태 정보의 상관관계는 다른 제3자 채널 상태 정보를 결정하는 데에 이용될 수 있다.
전송 타임 슬롯
Figure pat00039
에서
Figure pat00040
번째 노드
Figure pat00041
는
Figure pat00042

를 전송한다. (
Figure pat00043
).
Figure pat00044
는 비트에 관한 XOR 연산이다.
Figure pat00045
는
Figure pat00046
보다 크거나 같은 정수 중에 가장 가까운 수를 나타낸다.
노드
Figure pat00047
에서 방송되는 정보를 모아서 하기
Figure pat00048
와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00049

i번째 행은
Figure pat00050
일 때의
Figure pat00051
를 의미한다(
Figure pat00052
).
또한
Figure pat00053
를 얻기 위해 필요한 모든 로컬 채널 상태 정보들을
Figure pat00054
로 나타낼 수 있다.
Figure pat00055

이 정보는 다른 노드들과 공통될 수 있다.
Figure pat00056
는
Figure pat00057
의
Figure pat00058
번째 행을 나타낸다.
글로벌 채널 상태 정보를 얻기 위한 디코딩 과정은 두 단계로 이루어질 수 있다.
첫 번째 단계에서, 노드 j는 모든
Figure pat00059
에 대한 모든
Figure pat00060
에서의(in) 모든 로컬 채널 상태 정보를 얻을 수 있다. 이는,
Figure pat00061

를 계산함으로써 이루어질 수 있다. 여기서,
Figure pat00062
은 0행(row of zeroes)이고,
Figure pat00063
연산은 엔트리-와이즈(entry-wise) 기반으로 수행된다. 그리고
Figure pat00064
이며,
Figure pat00065
는 각 행이
Figure pat00066
이고,
Figure pat00067
개의 행을 가지는 행렬을 의미한다.
유사하게, 두 번째 단계에서, 노드 j는 모든
Figure pat00068
에 대한 모든
Figure pat00069
에서의(in) 모든 로컬 채널 상태 정보를 얻을 수 있다. 이는
Figure pat00070

를 계산함으로써 이루어질 수 있다. 여기서,
Figure pat00071
이다.
상기 두 단계의 디코딩 과정에 의하면, 노드 j는
Figure pat00072
에 대한
Figure pat00073
및
Figure pat00074
에 대한
Figure pat00075
를 얻을 수 있다. 그리고 노드 j는 모든
Figure pat00076
에 대한
Figure pat00077
를 구비하게 된다. 그러면, 노드 j는 각 노드에 대한 모든 로컬 채널 상태 정보를 가지고 있게 되므로, 글로벌 채널 상태 정보를 결정할 수 있다. 이것은 아래와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00078

상술한 방법에 의하면
Figure pat00079
개의 전송 타임 슬롯들을 이용하여 글로벌 채널 상태 정보를 얻을 수 있다. 상술한 방법은
Figure pat00080
개의 전송 타임 슬롯을 이용하는 방법에 비해 전송 타임 슬롯을 많이 줄일 수 있음을 알 수 있다.
아래 도 2에서는 상술한 방법을 예를 들어 구체적으로 설명한다.
도 2는 송신기, 제1 수신기 및 제2 수신기를 포함하는 MU-MIMO 시스템을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면 MU-MIMO 시스템에는 3개의 노드들(송신기, 제1 수신기 및 제2 수신기)이 존재한다. 각 노드들이 글로벌 채널 상태 정보를 얻는 방법을 설명한다.
송신기는 파일럿을 제1 수신기로 전송한다(231). 그러면 제1 수신기는 송신기로부터의 제1 채널을 추정한다(211). 그리고 제1 수신기는 추정된 제1 채널에 대한 제1 채널 상태 정보를 양자화하여, 양자화된 제1 채널 상태 정보(
Figure pat00081
)를 송신기에게 피드백한다(212).
마찬가지로, 송신기는 파일럿을 제2 수신기로 전송한다(232). 그러면 제2 수신기는 송신기로부터의 제2 채널을 추정한다(221). 그리고 제2 수신기는 추정된 제2 채널에 대한 제2 채널 상태 정보를 양자화하여, 양자화된 제2 채널 상태 정보(
Figure pat00082
)를 송신기에게 피드백한다(222).
이 과정을 통해 송신기는 송신기의 로컬 채널 상태 정보(
Figure pat00083
및
Figure pat00084
)를 얻을 수 있다.
제1 수신기는
Figure pat00085
및 제1 수신기와 제2 수신기 사이의 양자화된 제3 채널 상태 정보(
Figure pat00086
)를 네트워크 코딩하여 제1 네트워크 코딩 정보를 생성한다(213). 제3 채널 상태 정보는 제1 수신기와 제2 수신기 사이의 제3 채널에 대한 채널 상태 정보이다.
그리고 제1 수신기는 제1 네트워크 코딩 정보를 송신기 및 제2 수신기로 전송한다(214). 제1 수신기는 BBC를 통하여 제1 네트워크 코딩 정보를 방송할 수 있다.
송신기는 제1 네트워크 코딩 정보 및 양자화된 제1 채널 상태 정보(
Figure pat00087
)를 기초로 양자화된 제3 채널 상태 정보(
Figure pat00088
)를 얻을 수 있다. 즉, 송신기는 양자화된 제1 채널 상태 정보(
Figure pat00089
) 및 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 네트워크 디코딩하여 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보(
Figure pat00090
)를 얻을 수 있다(233).
제2 수신기는 제1 네트워크 코딩 정보 및 양자화된 제3 채널 상태 정보(
Figure pat00091
)를 네트워크 디코딩하여 양자화된 제1 채널 상태 정보(
Figure pat00092
)를 얻을 수 있다.
그리고 제2 수신기는
Figure pat00093
및
Figure pat00094
를 네트워크 코딩하여 제2 네트워크 코딩 정보를 생성한다(224). 그리고 제2 수신기는 BBC를 통해 제2 네트워크 코딩 정보를 송신기 및 제1 수신기에게 방송한다(225).
그러면, 제1 수신기는 제2 네트워크 코딩 정보 및
Figure pat00095
를 네트워크 디코딩하여
Figure pat00096
를 얻을 수 있다(215).
이렇게 송신기, 제1 수신기 및 제2 수신기 모두는 글로벌 채널 상태 정보를 얻을 수 있다.
송신기는 글로벌 채널 정보(
Figure pat00097
,
Figure pat00098
및
Figure pat00099
)를 기초로 각 수신기들로 데이터를 전송하기 위한 경로를 결정할 수 있다(234). 즉, 송신기는 특정 수신기를 다른 수신기에게 데이터를 전송하기 위한 릴레이로 설정할 수 있다.
그리고 송신기는 글로벌 채널 정보를 기초로 프리코딩을 수행할 수 있다(235). 그리고 송신기는 프리코딩을 통해 생성된 데이터들을 제1 수신기 및 제2 수신기로 전송할 수 있다(236).
이하에서 상기 과정들을 구체적인 수학식을 통하여 설명한다.
[표 1]은 각 송신기, 제1 수신기 및 제2 수신기에게 알려진 해당 로컬 채널 상태 정보 및 글로벌 채널 상태 정보를 얻기 위해 필요한 제3자 채널 상태 정보를 보여준다.
알고 있는 값 필요한 값
송신기
Figure pat00100
및
Figure pat00101
Figure pat00102
제1 수신기
Figure pat00103
및
Figure pat00104
Figure pat00105
제2 수신기
Figure pat00106
및
Figure pat00107
Figure pat00108

[표 1]과 같이 송신기는
Figure pat00109
및
Figure pat00110
를 알고 있으며,
Figure pat00111
이 필요하다. 제1 수신기는
Figure pat00112
및
Figure pat00113
를 알고 있으며,
Figure pat00114
이 필요하다. 제2 수신기는
Figure pat00115
및
Figure pat00116
를 알고 있으며,
Figure pat00117
이 필요하다.
송신기, 제1 수신기 및 제2 수신기 각각이 알고 있는 로컬 채널 정보를 BBC를 통해 방송하는 방법은 총 6 전송 타임 슬롯이 필요하다. 왜냐하면 송신기는
Figure pat00118
및
Figure pat00119
를 두 타임 슬롯에 걸쳐서 방송하고, 제1 수신기는
Figure pat00120
및
Figure pat00121
를 송신기와 다른 두 타임 슬롯에 걸쳐서 방송하고, 제2 수신기는
Figure pat00122
및
Figure pat00123
를 송신기 및 제1 수신기와 다른 두 타임 슬롯에 걸쳐서 방송하기 때문이다.
하지만 본 발명의 일 실시예에 의하면 송신기, 제1 수신기 및 제2 수신기 모두가 글로벌 채널 정보를 얻기 위해 필요한 전송 타임 슬롯을 줄일 수 있다. 이를 위한 코딩 방법은 [표 2] 요약되어 있다.
송신기의 디코딩 제1 수신기의 디코딩 제2 수신기의 디코딩
타임 슬롯 t1 제1 수신기가
Figure pat00124
를 전송
Figure pat00125
Figure pat00126
t2 제2 수신기가
Figure pat00127
를 전송
Figure pat00128

송신기는
Figure pat00129
및
Figure pat00130
를 두 타임 슬롯을 이용하여 방송하는 대신, BBC를 통해
Figure pat00131
를 하나의 타임 슬롯을 이용하여 방송할 수 있다.
Figure pat00132
는 XOR 연산이다. 제2 수신기는
Figure pat00133
를 하나의 타임 슬롯을 이용하여 방송할 수 있다. 송신기는 아무 것도 방송하지 않을 수 있다. 따라서 송신기, 제1 수신기 및 제2 수신기가 글로벌 채널 상태 정보를 얻는 데에 여섯 타임 슬롯 대신에 단지 두 타임 슬롯이 필요함을 알 수 있다.
송신기에 대한 제3자 채널 상태 정보를 얻기 위해, 송신기는 제1 수신기로부터 전송된
Figure pat00134
를 디코딩한다. 이때 송신기는
Figure pat00135
을 이미 알고 있으므로(
Figure pat00136
은
Figure pat00137
과 같다.) 송신기는
Figure pat00138
를
Figure pat00139
과 같은 방법으로 얻을 수 있다. 유사한 방법으로, 제1 수신기는 제2 수신기로부터 전송된
Figure pat00140
를 디코딩함으로써
Figure pat00141
를 얻을 수 있다. 그리고 제2 수신기는 제1 수신기로부터 전송된
Figure pat00142
를 디코딩함으로써
Figure pat00143
을 얻을 수 있다. 물론, 위와 같은 코딩 방법에 따를 때, 전송 노드들의 다른 조합을 통해서도 같은 결과를 얻을 수 있다.
위와 같은 방법은
Figure pat00144
개의 노드들을 가지는 어떠한 MU-MIMO 시스템에 대해서도 일반화될 수 있다. 즉, 송신기와
Figure pat00145
개의 수신기를 가지는 MU-MIMO 시스템에서도 위와 같은 방법이 적용될 수 있다. 그러면, 총
Figure pat00146
의 전송 타임 슬롯을 이용함으로써 송신기 및 모든 노드들은 글로벌 채널 상태 정보를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예는 글로벌 채널 정보를 얻기 위해 필요한 전송 타임 슬롯을
Figure pat00147
에서
Figure pat00148
로 크게 줄일 수 있다.
양자화될 제3자 채널 상태 정보 의 가능한 타입
송신기 및 각 수신기들 사이에 공유되어야 할 정보는 경우에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 공유되어야 할 정보는 채널의 좋고 나쁨에 따라 0 또는 1이 될 수 있다. 그런 경우
Figure pat00149
는 아래와 같이 정해질 수 있다.
Figure pat00150

Figure pat00151
이다. 그리고
Figure pat00152
는 채널의 좋고 나쁨을 결정하는 미리 정해진 임계치이다. 즉,
Figure pat00153
는 채널 품질 정보(CQI)를 의미한다. 물론 아래와 같은 방법으로 CQI가 여러 비트로 이루어진 경우도 가능하다.
다른 예로, 공유되어야 할 정보는 채널 방향 정보(CDI)일 수 있다. 이 경우,
Figure pat00154
이 된다. 이때,
Figure pat00155
이고,
Figure pat00156
은 채널을 양자화 하는 데에 사용되는 비트의 수이다.
지금까지 설명한 방법은 각 노드의 페어가 어떠한 공통된 정보를 가지고 있는 경우, 다른 타입의 정보에 대해서도 응용될 수 있다.
이하에서는 송신기 및 각 수신기들 모두가 글로벌 채널 상태 정보를 가지고 있는 것을 전제로, 송신기의 데이터 전송 경로를 결정하는 방법과 수신기들이 송신기로부터 전송된 데이터를 디코딩하는 방법을 설명한다.
도 3은 MU-MIMO 방송 채널의 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면 MU-MIMO 시스템은 송신기, 제1 수신기, 제2 수신기 및 제3 수신기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서는
Figure pat00157
개의 안테나를 구비한 송신기가
Figure pat00158
개의 수신기와 통신하는 MU-MIMO 시스템을 고려한다. 각 수신기는
Figure pat00159
개의 안테나를 구비한다.
송신기와 각 수신기들 사이의 채널은 플랫 페이딩 레일레이 모델(flat-fading Rayleigh model)로 가정한다. 간단한 설명을 위해 각 수신기는 단일 안테나를 가지는 것을 고려한다(
Figure pat00160
). 다운링크에서,
Figure pat00161
번째 수신기의 수신 신호
Figure pat00162
는 아래와 같이 주어진다.
Figure pat00163

Figure pat00164
는 송신기의 전송 전력이다.
Figure pat00165
는 송신기로부터 제
Figure pat00166
수신기로의 채널을 나타낸다(
Figure pat00167
).
Figure pat00168
는
Figure pat00169
와 같이 분포되고 독립 동일 분포(Independent and Identically Distributed; i.i.d.)이다.
Figure pat00170
는
Figure pat00171
를 만족하는 단위 정규 벡터(unit-norm vector)이고, 제
Figure pat00172
수신기를 위해 송신기에서 사용되는 프리코더를 나타낸다.
Figure pat00173
는 제
Figure pat00174
수신기를 위한 전송 심볼이고,
Figure pat00175
이다.
Figure pat00176
는 제
Figure pat00177
수신기에서 작용하는 가산성 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise; AWGN)을 나타내며 수신기들 전체에 걸쳐서
Figure pat00178
와 같이 분포되고 i.i.d. 이다.
수신기들의 수신된 신호들을 벡터 형식
Figure pat00179
로 그룹화하면, 수신된 신호들의 벡터를 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00180

Figure pat00181
로 정의한다.
Figure pat00182
는 송신기에서 다운링크 채널에 대해 전처리(pre-processing)된 효과를 포함한다. 어떠한 형태의 프리코딩이 사용될 수 있음을 가정한다.
Figure pat00183
의 행들은 송신기로부터 대응되는 수신기들로의 등가 채널들(equivalent channels)을 나타낸다. 따라서, 제
Figure pat00184
수신기에 대한 등가 채널은
Figure pat00185
의
Figure pat00186
번째 행이 된다. 그리고 제
Figure pat00187
수신기에 대한 등가 채널
Figure pat00188
는 아래와 같이 주어질 수 있다.
Figure pat00189

각 수신기는 각 수신기의 등가 채널을 완벽하게 측정할 수 있는 것으로 가정한다. 그리고 등가 채널은 송신기로부터 전송된 파일럿을 이용하여 측정될 수 있다. 각 수신기는 모든 수신기들에게 공통된 코드북을 이용하여 등가 채널을 양자화할 수 있다. 각 수신기의 양자화는 아래와 같이 이루어질 수 있다.
Figure pat00190

Figure pat00191
는 제
Figure pat00192
수신기의 단위 정규 등가 채널 벡터이다(
Figure pat00193
). 그리고
Figure pat00194
는 모둔 수신기들에게 공통된 양자화 코드북이다.
수신기들의 제한된 협력 환경에서, 각 수신기는 BBC 채널을 통하여 제한된 레이트의 정보를 공유할 수 있다고 가정한다. BCC 채널은 한 타임에 하나의 사용자에 의해 사용된다. 그리고 한 사용자가 BCC를 통해 방송하면 다른 모든 사용자들은 방송된 데이터를 에러 없이 얻을 수 있다고 가정한다. 송신기로부터 특정 수신기로의 등가 채널은 제3자 채널 상태 정보로서 다른 모든 수신기들에게 고려된다.
도 4는 MU-MIMO 릴레이 시스템의 예를 도시한 도면이다.
글로벌 채널 상태 정보는, 송신기가 정보를 송신할 때 수신기들이 릴레이로 동작하는, MU-MIMO 릴레이 시스템에서도 이용될 수 있다.
도 4를 참조하면, MU-MIMO 릴레이 시스템은 송신기, 제1 수신기, 제2 수신기 및 제3 수신기를 포함한다. 도 4는 제1 수신기 및 제3 수신기가 릴레이로 동작할 때 송신기로부터 싱크(sink) 수신기인 제2 수신기로의 루트(route)의 예를 보여준다.
도 4에는 각 채널들이 좋고 나쁨에 따라 0 또는 1 로 표시되어 있다. 그리고 송신기는 MU-MIMO 시스템의 모든 채널 상태 정보를 알고 있다. 따라서 송신기는 채널 상태 정보들을 이용하여 싱크 수신기인 제2 수신기로 데이터를 전송하기 위한 경로를 동적으로 결정할 수 있다. 도 4의 경우에는 송신기는 채널 상태 정보가 모두 1로 표시된 채널들을 이용하여 데이터를 전송할 수 있다. 즉, 송신기는 송신기로부터 제1 수신기 및 제3 수신기를 거쳐서 제2 수신기로 도착하는 경로를 선택할 수 있다. 즉, 송신기는 제2 수신기로 데이터를 전송하기 위해 제1 수신기 및 제3 수신기를 릴레이로 사용할 수 있다.
아래에서는 도 4의 경우를 일반화하여 수신기가
Figure pat00195
개 있는 경우를 기준으로 설명한다.
송신기가 글로벌 채널 상태 정보를 가지고 있는 경우, 송신기는 특정 서비스 품질(Quality of Service; QoS) 에 도달하도록 데이터를 동적으로 전송할 수 있다.
이때, 공유되는 각 채널 상태 정보는 이진 판정(binary decision)이다. 이러한 이진 판정은 채널이 좋은지 나쁜지에 기반한다. 이진 판정은 다양한 방법으로 결정될 수 있다. 하나의 방법은 각 노드(송신기 및 모든 수신기들)로부터의 전송에 의존하여 신호 대 간섭 및 잡음 비(Signal-to-Interference and Noise Ratio; SINR)가 임계치에 도달했는지에 따라 판정하는 것이다. 이러한 판정은 CQI의 형태를 나타낼 수 있다.
CQI에 대해, 송신기는 모든 수신기들로부터의 채널을 추정하고 각 수신기는 송신기 및 다른 수신기들로부터의 채널을 추정한다. 그리고 수신기 및 각 수신기들은 추정된 채널에 대한 채널 정규 값(channel norm)을 임계치와 비교한다. 임계치
Figure pat00196
는 특정 QoS 메트릭(metric)에 도달하기 위해 미리 정해진 값이다. 그리고 이진 판정은 아래와 같이 이루어질 수 있다.
Figure pat00197

일반적으로 MU-MIMO 시스템의 송신기에서 전처리(pre-processing)가 수행되기 때문에 수신기들은 개별적으로 수신기들의 데이터 스트림들을 디코딩한다. 송신기가 모든 채널 정보를 알고 있다면, 채널을 등가적으로 분해하는 것이 가능하고, 따라서 사용자 간 간섭을 완전히 제거함으로써 병렬적 데이터 스트림이 수신기들로 전송될 수 있다. 그러나 송신기에게 모든 CSI를 제공하는 것은 어려운 경우가 종종 있다. 따라서 수신기로의 채널을 송신기에게 알리기 위해 제한된 레이트의 피드백이 사용될 수 있다. 그러나, 매우 적은 피드백에 의하면, 수신기들의 디코더의 성능을 상당히 떨어뜨리는 사용자 간 간섭이 남아있을 수 있다.
본 발명의 실시예들은 수신기들 간의 제한된 협력(limited-coordination)을 고려함으로써 수신기들의 디코딩 성능을 크게 향상할 수 있다. 수신기들 간의 제한된 협력(limited-coordination)에 의하면, 수신기들은 '송신기로부터 수신된 신호들' 및 '수신기들 사이의 채널들'에 대한 양자화된 정보를 공유할 수 있다. 이러한 성능 향상은 낮은 에러-레이트로 나타나고, 누적하여(cumulative) 수신된 신호들의 제한된 협력적 조인트 프로세싱(joint processing)을 통해 달성된다.
또한, 본 발명의 실시예들은 송신기가 싱크 수신기로 데이터를 전송할 때 다른 수신기들을 가능한 릴레이로 사용함으로써 동적으로 전송 경로를 결정할 수 있다. 따라서 MU-MIMO 릴레이 시스템의 성능을 향상할 수 있다.
< 제한된 협력 디코딩(Limited-Coordination Decoding) >
위에서 설명한 채널 모델을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템에서의 제한된 협력 디코딩 방법을 설명한다. 모든 수신기들에 대한 수신 신호의 모음
Figure pat00198
는 아래와 같은 벡터 형태로 표현될 수 있다.
Figure pat00199

하지만, 제
Figure pat00200
수신기는 송신기로부터
Figure pat00201
를 수신할 뿐이다. 송신기에서의 완전한 간섭 제거 및 수신기 협력이 없는 한, 수신기에는 수신기 간 간섭이 생기게 된다. 따라서 수신기에서의 디코딩 성능이 떨어지게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 디코딩 성능을 향상할 수 있는 제한된 협력 디코딩 방법이 제공된다.
각 수신기는 송신기로부터의 파일럿을 이용하여 송신기로부터의 등가 채널을 완벽하게 측정하고 양자화할 수 있다. 이 양자화는 코드북
Figure pat00202
를 이용하여 수행된다. 그리고 코드북
Figure pat00203
는 모든 수신기들에게 공통된다. 양자화된 등가 채널
Figure pat00204
는 아래와 같이 주어진다. 등가 채널은 유효 채널(effective channel)로도 표현될 수 있다.
Figure pat00205

코드북
Figure pat00206
는 단위 정규 벡터들을 포함한다. 그리고 코드북
Figure pat00207
는 가우시안 분포된 벡터들(Gaussian distributed vectors)에 매치되도록 디자인되었다. 코드북
Figure pat00208
는
Figure pat00209
개의 벡터들을 포함하며, 코드북
Figure pat00210
에 포함된 각 벡터들은 정보에 대한
Figure pat00211
비트들을 이용하여 인덱싱될 수 있다.
또한, 제
Figure pat00212
수신기에서의 수신 신호를 양자화하는 데에 또 다른 코드북을 이용할 수 있다. 이 코드북은 수신 신호 코드북이며, 코드북
Figure pat00213
로 표현된다. 유사하게, 코드북
Figure pat00214
도 모든 수신기들에게 공통된다. 그러면, 양자화된 수신 신호
Figure pat00215
는 아래와 같이 표현된다.
Figure pat00216

Figure pat00217
이고, 코드북
Figure pat00218
는
Figure pat00219
개의 원소를 포함하며 각 원소들은 정보에 대한
Figure pat00220
비트들로 표현될 수 있다. 이러한 코드북들은 해당되는 양자화 차원들(dimensions)을 매칭하기 위해 LBG-알고리즘을 이용하여 생성될 수 있다.
채널 상태 정보에 대해, 각 수신기는 채널 상태 정보 벡터를 생성한다. 채널 상태 정보 벡터
Figure pat00221
는 양자화된 등가 채널
Figure pat00222
및 양자화된 수신 신호
Figure pat00223
에 대응하는 인덱스들을 연결(concatenate)함으로써 생성될 수 있다.
Figure pat00224

각 수신기가 글로벌 채널 상태 정보를 알기 위해서,
Figure pat00225
는 코딩되고 BBC를 통해 공유될 수 있다. 그리고 수신기들은 두 실수(two real numbers)를 다른 모든 단말들과 공유할 수 있다. 이 두 실수는 제
Figure pat00226
수신기의 채널의 정규 값(norm) 및 제
Figure pat00227
수신기의 수신 신호의 크기를 나타낸다.
그러면, 각 수신기는 양자화된 누적 수신 신호 벡터(quantized cumulative received signal vector)
Figure pat00228
및 양자화된 등가 다운링크 채널 매트릭스(quantized equivalent downlink channel matrix)
Figure pat00229
를 생성하기 위한 모든 정보를 갖게 된다. 제
Figure pat00230
수신기는 양자화된 누적 수신 신호 벡터
Figure pat00231
를 아래와 같이 생성할 수 있다.
Figure pat00232

여기서,
Figure pat00233
는 더 이상
Figure pat00234
와 같이 분포되지 않는다. 왜냐하면 여기서의 잡음은 수신 신호 양자화 에러와 AWGN을 포함하기 때문이다. 하지만 구현의 간단화를 위해서
Figure pat00235
는 여전히
Figure pat00236
과 같이 분포되는 것으로 가정한다.
이하에서는 글로벌 채널 상태 정보를 이용하여 디코딩하는 구체적인 알고리즘을 설명한다.
제한된 협력 제로포싱(Limited-coordination Zero-Forcing; LCZF) 디코딩
제
Figure pat00237
수신기는
Figure pat00238
에 대한 수도 인버스(pseudo-inverse)를 생성함으로써 LCZF 디코더를 구현할 수 있다. 그러면 제
Figure pat00239
수신기를 위한 데이터 스트림은 추출될 수 있다. LCZF 디코딩 기법은 제
Figure pat00240
수신기의 심볼
Figure pat00241
를 아래와 같이 추정할 수 있다.
Figure pat00242

Figure pat00243
는
Figure pat00244
차원 단위 행렬
Figure pat00245
의
Figure pat00246
번째 행을 나타낸다.
Figure pat00247
는 수도 인버스 함수이다. 따라서 LCZF에 의하면 다른 수신기들로부터의 간섭을 제거할 수 있다.
최소 평균 자승 오차(Minimum-Mean-Square-Error; MMSE) 디코딩
Figure pat00248
을 AWGN으로 가정한 경우, 최소 평균 자승 오차(Minimum-Mean-Square-Error; MMSE) 디코딩 기법이 사용될 수도 있다. MMSE에 의하면 제
Figure pat00249
수신기의 심볼
Figure pat00250
를 아래와 같이 추정할 수 있다.
Figure pat00251

제한된 협력 최대우도(Limited-Coordination Maximum-Likelihood; LCML) 디코딩
제
Figure pat00252
수신기는
Figure pat00253
번째 데이터 심볼을 얻기 위해 조인트 디텍션(joint detection)을 수행할 수 있다. 이는
Figure pat00254
가 이상적인 AWGN으로 분포한다고 가정했을 때, 최대우도 디텍션과 등가(equivalent)인 최소 거리 디텍션(minimum-distance detection)을 수행함으로써 이루어질 수 있다. LCML에 의하면 제
Figure pat00255
수신기의 심볼
Figure pat00256
응 아래와 같이 추정될 수 있다.
Figure pat00257

여기서
Figure pat00258
이다.
< 동적 MU-MIMO 릴레이 시스템(Dynamic MU-MIMO Relay System) >
이하에서는 글로벌 채널 상태 정보를 이용한 MU-MIMO 릴레이 시스템에 대해 구체적으로 설명한다. 이때, 채널들은 적적하게 추정된 것으로 가정한다. 그리고 이진 판정은 아래와 같이 채널의 품질에 따라 생성된다.
Figure pat00259

여기서,
Figure pat00260
는
Figure pat00261

이다.
Figure pat00262
는 MU-MIMO 시스템 전체에 잘 알려진 미리 정해진 상수이다. 본 발명의 일 실시예에서 송신기는 제
Figure pat00263
수신기로 데이터를 전송하기 위해 다른 모든 수신기들을 릴레이로서 사용할 수 있다.
고정된 릴레이 루트(route)인 경우, 송신기는 싱크(sink) 수신기에게 데이터를 전송할 때에도 고정된 경로를 이용한다. 하지만 본 발명의 일 실시예에 의하면, 송신기는 글로벌 채널 상태 정보를 이용하여 수신기로부터 싱크 수신기까지로의 최적의 경로를 동적으로 선택할 수 있다.
Figure pat00264
는 송신기로부터 제
Figure pat00265
수신기로의 가능한 모든 경로를 나타낸다. 그리고
Figure pat00266
는 송신기로부터 제
Figure pat00267
수신기로의 하나의 고정된 경로를 나타낸다.
Figure pat00268
는 경로
Figure pat00269
에 존재하는 링크의 수를 나타낸다.
모든 채널 상태 정보를 송신기가 안다면, 송신기는
Figure pat00270
에 존재하는 링크들의 정확한 정보를 이용하여 정확한 최적의 루트를 제공할 수 있다. 하지만 채널 상태를 나타내는 데에 이진 판정과 같은 적은 정보를 이용하는 경우, 최적에 준하는(quasi-optimum) 경로
Figure pat00271
가 아래와 같이 동적으로 선택될 수 있다.
Figure pat00272

이러한 라우팅은 채널 인식(realization)에 따라 동적으로 수행될 수 있다. 이 방법에 의하면 가장 신뢰할 수 있는 수신기들이 데이터의 릴레이로 선택될 수 있다.
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. 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.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 기능 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기는 수신부(510), 저장부(520), 처리부(530) 및 송신부(540)를 포함한다. 그리고 송신기는 제1 수신기 및 제2 수신기와 함께 MU-MIMO 시스템에서 동작한다고 가정한다.
수신부(510)는 송신기에서부터 제1 수신기까지의 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 송신기에서부터 제2 수신기까지의 양자화된 제2 채널 상태 정보를 수신한다. 그리고 수신부(510)는 제1 수신기로부터 양자화된 제1 채널 상태 정보와 양자화된 제3 채널 상태 정보가 네트워크 코딩된 제1 네트워크 코딩 정보를 수신한다. 제3 채널 상태 정보는 제1 수신기에서부터 제2 수신기까지의 채널 상태 정보이다.
수신부(510)는 제1 수신기가 제1 네트워크 코딩 정보를 브로드캐스팅(broadcasting)함에 따라 제1 네트워크 코딩 정보를 수신할 수 있다.
저장부(520)는 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 양자화된 제2 채널 상태 정보를 저장한다.
처리부(530)는 제1 네트워크 코딩 정보 및 양자화된 제1 채널 상태 정보를 기초로 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻는다.
송신부(540)는 제1 수신기 및 제2 수신기로 파일럿 및 데이터들을 전송할 수 있다.
처리부(530)는 네트워크 코딩부(531), 경로 설정부(532) 및 프리코딩부(533)를 포함할 수 있다.
네트워크 코딩부(531)는 제1 네트워크 코딩 정보를 수신함에 따라, 저장부(520)에 저장된 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 제1 네트워크 코딩 정보를 네트워크 디코딩하여 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻을 수 있다.
경로 설정부(532)는 양자화된 제1 채널 상태 정보, 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 제1 수신기로 데이터를 전송하기 위한 경로(path)를 결정할 수 있다.
프리코딩부(533)는 양자화된 제1 채널 상태 정보, 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 제1 수신기 및 제2 수신기로 전송할 데이터들을 프리코딩할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 수신기의 기능 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기는 수신부(610), 처리부(620) 및 송신부(630)를 포함한다. 그리고 제1 수신기는 송신기 및 제2 수신기와 함께 MU-MIMO 시스템에서 동작한다고 가정한다.
수신부(610)는 송신기로부터 파일럿 및 데이터를 수신한다. 그리고 수신부(610)는 제2 수신기로부터 제2 수신기에서부터 송신기까지의 양자화된 제2 채널 상태 정보를 수신한다. 그리고 수신부(610)는 제3 채널 상태 정보가 네트워크 코딩된 제2 네트워크 코딩 정보를 수신한다. 또한, 수신부(610)는 제2 수신기로부터 양자화된 제2 수신 신호를 수신할 수 있다. 제2 수신 신호는 제2 수신기가 송신기로부터 수신한 신호이다.
처리부(620)는 수신기를 통해 수신된 신호들을 처리하고, 송신기를 통해 전송할 신호들을 생성한다. 그리고 처리부(620)는 제2 네트워크 코딩 정보 및 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 양자화된 제2 채널 상태 정보를 얻을 수 있다.
송신부(630)는 제1 네트워크 코딩 정보를 송신기 및 제2 수신기로 전송한다. 송신부(630)는 송신기 및 제2 수신기가 제1 네트워크 코딩 정보를 수신할 수 있도록 네트워크 코딩 정보를 방송(broadcasting)할 수 있다.
처리부(620)는 네트워크 코딩부(621), 네트워크 디코딩부(622) 및 디코딩부(623)를 포함할 수 있다.
네트워크 코딩부(621)는 제1 수신기에서부터 송신기까지의 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 제1 수신기에서부터 제2 수신기까지의 양자화된 제3 채널 상태 정보를 네트워크 코딩하여 제1 네트워크 코딩 정보를 생성한다.
네트워크 디코딩부(622)는 제2 네트워크 코딩 정보를 수신함에 따라 제2 네트워크 코딩 정보 및 양자화된 제3 채널 상태 정보를 네트워크 디코딩하여 양자화된 제2 채널 상태 정보를 얻을 수 있다.
디코딩부(623)는 제1 채널 상태 정보, 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 제한된 협력 제로포싱(Limited-Coordination Zero-Forcing; LCZF) 디코딩 기법, 최소 평균 자승 오차(Minimum-Mean-Square-Error; MMSE) 디코딩 기법 또는 제한된 협력 최대우도(Limited-Coordination Maximum-Likelihood; LCML) 디코딩 기법을 이용하여 송신기로부터 제1 수신기로 전송된 데이터를 디코딩할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 송신기 및 제1 수신기에 대해 설명하였다. 본 송신기 및 제1 수신기에는 앞서 도 1 내지 도 4와 관련하여 다양한 실시예를 통하여 상술한 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
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.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
510: 수신부

Claims (20)

  1. 송신기에서부터 제1 수신기까지의 양자화된 제1 채널 상태 정보를 수신하는 단계;
    상기 송신기에서부터 제2 수신기까지의 양자화된 제2 채널 상태 정보를 수신하는 단계;
    상기 제1 수신기로부터 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보와 양자화된 제3 채널 상태 정보-상기 제3 채널 상태 정보는 상기 제1 수신기에서부터 상기 제2 수신기까지의 채널 상태 정보임-가 네트워크 코딩된 제1 네트워크 코딩 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 제1 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보를 기초로 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻는 단계
    를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법.

  2. 제1항에 있어서,
    상기 양자화된 제1 채널 상태 정보, 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 상기 제1 수신기로 데이터를 전송하기 위한 경로(path)를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법.

  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신하는 단계는
    상기 제1 수신기가 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 브로드캐스팅(broadcasting)함에 따라 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신하는 단계인 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법.

  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보를 기초로 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻는 단계는
    상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신함에 따라 상기 저장된 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 네트워크 디코딩하여 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻는 단계인 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법.

  5. 제1항에 있어서,
    상기 양자화된 제1 채널 상태 정보, 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 제1 수신기 및 제2 수신기로 전송할 데이터들을 프리코딩하는 단계
    를 더 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법.

  6. 제1항에 있어서,
    상기 양자화된 채널 상태 정보들은 미리 정해진 임계치(threshold)보다 작은지 여부에 따라 제1 논리값 또는 제2 논리값을 가지는 해당 채널들의 채널 품질 정보(Channel Quality information; CQI)를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법.

  7. 제1항에 있어서,
    상기 양자화된 채널 상태 정보들은 해당 채널들의 m 비트-m은 자연수-로 양자화된 채널 방향 정보(Channel Direction Information; CDI)를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법.

  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수신기가 상기 제1 채널 상태 정보를 추정할 수 있도록 상기 제1 수신기로 파일럿을 전송하는 단계
    를 더 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법.

  9. 제1항에 있어서,
    상기 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보를 저장하는 단계
    를 더 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기의 통신 방법.

  10. 제1 수신기에서부터 송신기까지의 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 상기 제1 수신기에서부터 제2 수신기까지의 양자화된 제3 채널 상태 정보를 네트워크 코딩하여 제1 네트워크 코딩 정보를 생성하는 단계;
    상기 제1 네트워크 코딩 정보를 송신기 및 제2 수신기로 전송하는 단계;
    상기 제2 수신기로부터 상기 제2 수신기에서부터 송신기까지의 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 제3 채널 상태 정보가 네트워크 코딩된 제2 네트워크 코딩 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 제2 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보를 얻는 단계
    를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 제1 수신기의 통신 방법.

  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 채널 상태 정보, 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 제한된 협력 제로포싱(Limited-Coordination Zero-Forcing; LCZF) 디코딩 기법, 최소 평균 자승 오차(Minimum-Mean-Square-Error; MMSE) 디코딩 기법 또는 제한된 협력 최대우도(Limited-Coordination Maximum-Likelihood; LCML) 디코딩 기법을 이용하여 송신기로부터 상기 제1 수신기로 전송된 데이터를 디코딩하는 단계
    를 더 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 제1 수신기의 통신 방법.

  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보를 얻는 단계는
    상기 제2 네트워크 코딩 정보를 수신함에 따라 상기 제2 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 네트워크 디코딩하여 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보를 얻는 단계인 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 제1 수신기의 통신 방법.

  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 네트워크 코딩 정보를 송신기 및 제2 수신기로 전송하는 단계는
    상기 송신기 및 상기 제2 수신기가 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신할 수 있도록 상기 네트워크 코딩 정보를 방송(broadcasting)하는 단계
    를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 제1 수신기의 통신 방법.

  14. 제10항에 있어서,
    상기 제2 수신기로부터 양자화된 제2 수신 신호-상기 제2 수신 신호는 상기 제2 수신기가 상기 송신기로부터 수신한 신호임-를 수신하는 단계
    를 더 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 제1 수신기의 통신 방법.

  15. 송신기에서부터 제1 수신기까지의 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 상기 송신기에서부터 제2 수신기까지의 양자화된 제2 채널 상태 정보를 저장하는 저장부;
    상기 제1 수신기로부터 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보와 양자화된 제3 채널 상태 정보-상기 제3 채널 상태 정보는 상기 제1 수신기에서부터 상기 제2 수신기까지의 채널 상태 정보임-가 네트워크 코딩된 제1 네트워크 코딩 정보를 수신하는 수신부; 및
    상기 제1 네트워크 코딩 정보 및 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보를 기초로 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻는 처리부
    를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기.

  16. 제15항에 있어서,
    상기 처리부는
    상기 양자화된 제1 채널 상태 정보, 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 상기 제1 수신기로 데이터를 전송하기 위한 경로(path)를 결정하는 경로 설정부
    를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기.

  17. 제15항에 있어서,
    상기 수신부는
    상기 제1 수신기가 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 브로드캐스팅(broadcasting)함에 따라 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기.

  18. 제15항에 있어서,
    상기 처리부는
    상기 제1 네트워크 코딩 정보를 수신함에 따라 상기 저장된 상기 양자화된 제1 채널 상태 정보 및 상기 제1 네트워크 코딩 정보를 네트워크 디코딩하여 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 얻는 네크워크 디코딩부
    를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기.

  19. 제15항에 있어서,
    상기 처리부는
    상기 양자화된 제1 채널 상태 정보, 상기 양자화된 제2 채널 상태 정보 및 상기 양자화된 제3 채널 상태 정보를 기초로 제1 수신기 및 제2 수신기로 전송할 데이터들을 프리코딩하는 프리코딩부
    를 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기.

  20. 제15항에 있어서,
    상기 제1 수신기가 상기 제1 채널 상태 정보를 추정할 수 있도록 상기 제1 수신기로 파일럿을 전송하는 송신부
    를 더 포함하는 다중 사용자 다중 입출력 환경에서의 송신기.
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