KR20120049732A - 다중안테나 무선 시스템에서 협력 전송 방법 및 장치 - Google Patents

다중안테나 무선 시스템에서 협력 전송 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20120049732A
KR20120049732A KR1020100111140A KR20100111140A KR20120049732A KR 20120049732 A KR20120049732 A KR 20120049732A KR 1020100111140 A KR1020100111140 A KR 1020100111140A KR 20100111140 A KR20100111140 A KR 20100111140A KR 20120049732 A KR20120049732 A KR 20120049732A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
user
channel
base station
beamforming
wow
Prior art date
Application number
KR1020100111140A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101160424B1 (ko
Inventor
이용환
조희남
이희창
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020100111140A priority Critical patent/KR101160424B1/ko
Publication of KR20120049732A publication Critical patent/KR20120049732A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101160424B1 publication Critical patent/KR101160424B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/022—Site diversity; Macro-diversity
    • H04B7/024—Co-operative use of antennas of several sites, e.g. in co-ordinated multipoint or co-operative multiple-input multiple-output [MIMO] systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0658—Feedback reduction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

본 발명은 다중안테나(multiple antennas)를 사용하는 무선 통신 시스템에서 다중사용자의 양자화(quantization)된 채널 정보를 이용하여 기지국(base station) 간에 협력적으로 사용자를 선택(coordinated scheduling)하고 송신 신호를 생성하여 인접 셀로부터의 동일 채널 간섭(co-channel interference) 영향을 감소시킬 수 있는 협력 전송 기법 및 장치에 관한 것이다. 사용자마다 송신 채널상관 정보가 서로 독립적인 특성을 갖는 경우 고유공간(eigen-space)에서 직교성(orthogonality)을 형성할 수 있어 인접 셀 간섭 영향 없이 신호를 전송할 수 있으나, 채널 정보 양자화 과정에서 필연적으로 발생하는 양자화 오류(quantization error)로 인한 고유공간 상의 직교성 손상으로 간섭 현상이 발생하게 되어 전송 성능이 크게 저하된다. 또한, 기지국의 송신 빔형성 기법(일례로, 고유 빔형성(eigen-beamforming; 이하 EBF), 정합 빔형성(coherent beamforming; 이하 CBF) 등)에 따라 간섭의 평균 특성(statistical characteristics)이 다르기 때문에, 사용자의 채널 환경(일례로, 채널상관도, 신호대간섭잡음비(signal-to-interference plus noise ratio; 이하 SINR), 속도 등)에 따라 다른 송신 신호 생성 기법을 선별적으로 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명은 양자화된 채널 정보 특성을 고려하여 직교성이 큰 채널 상관 특성을 갖는 사용자 그룹을 결정하고, 상기 선택된 사용자 그룹 내에서 채널 품질이 제일 좋은 사용자를 선택한 후, 상기 선택된 사용자의 채널 환경에 따라 최적의 송신 신호 생성 기법을 사용하여 신호를 전송함으로써, 동일 채널 간섭 완화 효과, 다중사용자 다이버시티(multi-user diversity) 이득과 빔형성 이득을 동시에 얻어 전송 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

다중안테나 무선 시스템에서 협력 전송 방법 및 장치 {APPARATUS AND METHOD OF COOPERATIVE TRANSMISSION IN MULTI-ANTENNA WIRELESS SYSTEMS}
본 발명은 다중안테나 무선 시스템에서 양자화된 채널상관 정보와 채널 품질 정보를 이용하여 시스템 용량을 향상시킬 수 있는 기지국 간 (또는 이종셀 간) 협력 전송 기법 및 장치에 관한 것이다.
다중안테나 기술은 무선통신 시스템의 채널 용량을 획기적으로 향상시키기 위한 전송 방식으로 주목을 받고 있다. 그러나, 다중셀(multi-cell) 구조의 무선 통신 환경에서 시스템 용량(system throughput)은 인접 기지국으로부터 발생하는 동일 채널 간섭에 의해 크게 제한된다. 만약, 기지국 간 모든 사용자의 순시(instantaneous) 채널정보를 알 수 있다면 동일 채널 간섭을 기지국에서 미리 제거하는 협력 기반의 더티페이퍼코딩(coordinated dirty paper coding; 이하 C-DPC) 기법이 시스템 용량 관점에서 최적임이 알려져 있다. 그러나 이를 지원하기 위해서는 모든 사용자들이 순시적으로 채널정보를 추정해서 상향링크(uplink)를 통해 기지국에 전달하고, 협력하는 기지국들은 이들 간의 망(backhaul network)을 통하여 순시 채널정보를 공유해야 하므로, 정보 전달에 따른 통신 부담과 시간 지연으로 인한 채널 불일치(channel mismatch) 문제가 발생하고, 또한, C-DPC 기법의 실장 복잡도가 매우 높아 실제 환경에서 적용이 어렵다. 기존의 순시 채널정보를 이용한 간섭 인지(interference-awareness) 기반의 협력적인 사용자 선택 및 최소 평균 자승 오류(minimum mean squared error; 이하 MMSE) 방식의 빔형성 기법을 통해 상기 실장 복잡도를 줄이면서 C-DPC에 근접한 시스템 용량을 제공하였다. 그러나, 이 기법도 여전히 큰 정보 궤환 부담과 채널 불일치 문제가 발생하여 실제 시스템에 적용하기 힘들다.
이러한 문제점을 완화시키기 위해 사용자의 평균 채널정보인 채널상관 정보를 이용한 고유공간 기반의 협력적인 사용자 선택 및 고유 빔형성 기법이 제안되었다. 이 기법의 경우, 채널상관 정보가 순시 채널정보보다 상대적으로 시간에 따른 변동이 적으므로 비교적 긴 주기로 채널상관 정보를 궤환함으로써 상향링크를 통한 채널 정보 궤환량이 크게 감소한다는 장점이 있다. 일반적으로, 채널상관 정보는 데이터 신호와 함께 수신되는 알고 있는 신호(일례로, 파일럿(pilot) 등)를 사용하여 추정되고, 일정 크기의 비트(bit)로 양자화되어 상향링크 채널을 통해 궤환된다. 그러나, 양자화 과정에서 발생하는 오류 때문에 궤환된 채널 정보에 따라 선택된 사용자의 직교성(orthogonality)이 실제와는 다르게 되어, 이로 인하여 서로 독립적인 고유공간 간에 상호 간섭 현상이 발생한다. 그리고, 채널상관 정보는 채널 크기의 순시적인 변화를 반영할 수 없기 때문에 순시 채널 이득을 최대화하는 기회적 전송(opportunistic transmission) 기법 사용이 불가능하다. 또한, 사용자의 채널 환경 고려 없이 고유 빔형성 기법만을 사용하기 때문에 빔형성 이득을 최대화할 수 없다. 따라서, 인접 기지국으로부터의 인한 동일 채널 간섭을 제어하는 데 있어 정보 궤환량의 큰 증가 없이 기회적으로 신호를 전송함으로써 성능을 향상시킬 수 있는 기지국 간 협력 전송 기법이 요구된다. 본 발명은 다중안테나 무선 시스템에서 양자화된 채널상관 정보와 채널 품질 정보를 이용하여 동일 채널 간섭을 제어하면서 사용자 채널 환경에 최적화된 송신 빔을 발생하여 기회적 전송을 함으로써 시스템 용량을 향상시킬 수 있는 기지국 간 협력 전송 기법 및 장치에 관한 것이다.
다중셀 구조의 무선 통신 시스템의 성능에 큰 영향을 주는 동일 채널 간섭을 제어하기 위해, 큰 궤환 정보량 부담이 없이 동일 채널 간섭을 제어하면서 기존 방식보다 시스템 성능이 우수한 다중셀 간 새로운 협력 전송 기법을 제안하고자 한다.
본 발명은 다중안테나 무선 시스템에서 양자화된 채널상관 정보와 채널 품질 정보를 이용하여 동일 채널 간섭을 제어하면서 사용자 채널 환경에 최적화된 송신 빔을 발생하여 기회적 전송을 함으로써 시스템 용량을 향상시킬 수 있는 기지국 간 협력 전송 기법 및 장치에 관한 것이다.
송신 채널상관도가 존재하는 다중안테나 다중사용자 무선 시스템에서 순시 채널정보를 이용한 간섭 인지 기반의 협력 스케줄링 및 MMSE 빔형성 기법은 상향링크로의 궤환 부담 문제가 있었다. 평균 채널정보 기반의 협력 스케줄링 및 고유 빔형성 기법은 상향링크로의 궤환 부담이 적으면서 순시 채널정보 기반의 기법에 필적할만한 성능을 제공하였으나 양자화 오류에 의해 시스템 용량이 제한되는 한계가 있었다. 본 발명에서 제안하는 혼합된 채널정보를 사용하는 협력 스케줄링 및 송신 빔형성 기법의 경우 양자화된 채널상관 정보와 채널 품질 정보를 이용하여 간섭 제어 이득과 추가적인 다중사용자 다이버시티 이득을 얻도록 사용자를 스케줄링하고 선택된 사용자의 채널 환경을 고려하여 최적의 송신 빔을 적응적으로 선택함으로써 높은 시스템 용량을 제공할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 제안 기법 및 그 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 또 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1. 다중사용자 다중안테나 무선 시스템
도 2. 제안된 협력 스케줄링 및 송신 빔형성 기법의 전체 동작 절차
도 3. 고유공간 기반의 준-직교 사용자 그룹 결정기의 동작 원리
도 4. 혼합형 채널정보 기반의 협력 스케줄링 기법의 동작 절차
도 5. 송신 빔형성 기법 결정기의 동작 절차
도 6. 제안된 협력 스케줄링 및 송신 빔형성 기법의 구현 실시 예
도 1과 같이
Figure pat00001
개의 송신 안테나(104, 108)를 사용하는 기지국(101, 105)이 셀 경계에 랜덤하게 분포되어 있는 총
Figure pat00002
명의 사용자(110)를 서비스하는 다중안테나를 이용하는 다중 셀(또는 기지국) 협력방식의 무선 전송 시스템을 고려한다. 본 발명의 내용을 쉽게 기술하기 위하여, 두 기지국
Figure pat00003
와
Figure pat00004
가 협력하여 전송하는 경우를 가정하여 기술한다. 기지국
Figure pat00005
와
Figure pat00006
는 각각의 사용자
Figure pat00007
와
Figure pat00008
에게 신호생성기(102, 106)에서 생성되는 신호
Figure pat00009
와
Figure pat00010
에 정규화된 빔형성 계수 벡터
Figure pat00011
와
Figure pat00012
(103, 107)을 사용하여 송신 신호를 생성한다. 기지국
Figure pat00013
와 사용자
Figure pat00014
간의
Figure pat00015
채널 벡터를
Figure pat00016
라 나타내면, 사용자
Figure pat00017
가 수신안테나를 통해 수신하는 신호는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00018
여기서
Figure pat00019
는 기지국
Figure pat00020
의 송신 전력을,
Figure pat00021
는 기지국
Figure pat00022
와 사용자
Figure pat00023
사이의 경로 손실(path loss)을,
Figure pat00024
는 기지국
Figure pat00025
의 정규화된 빔포밍 벡터(
Figure pat00026
)를,
Figure pat00027
는 기지국
Figure pat00028
의 송신 데이터를,
Figure pat00029
는 평균이 0이고 분산이
Figure pat00030
인 복소 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise; AWGN)을,
Figure pat00031
는 행렬 의 복소 전치 행렬(Hermitian matrix)을 나타낸다.
기지국
Figure pat00033
과 사용자
Figure pat00034
사이의 채널상관 행렬을
Figure pat00035
라 할 경우, 채널 벡터
Figure pat00036
는 <수 2>와 같이 표시할 수 있다.
Figure pat00037
여기서
Figure pat00038
는 공간적으로 상관도가 없는(즉, 평균이 0이고 분산이 1인 서로 독립적이고 동일한 분포를 갖는(independent and identically distributed; 이하 i.i.d.) 복소 가우시안 채널 벡터이며, 채널상관 행렬
Figure pat00039
은 <수 3>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00040
여기서
Figure pat00041
은 채널상관 크기가
Figure pat00042
이고, 위상이
Figure pat00043
인 복소 채널상관 계수(complex-valued correlation coefficient)를 나타낸다.
상기 채널상관 계수의 위상을
Figure pat00044
비트로 양자화하는 경우, 각 사용자는 전체 위상이
Figure pat00045
인 영역을 크기가
Figure pat00046
이고 균등하게 분포된 위상 집합
Figure pat00047
에서 <수 4>와 같이 정해지는 위상 지수
Figure pat00048
를 기지국에게 궤환한다.
Figure pat00049
기지국
Figure pat00050
와 사용자
Figure pat00051
사이의 양자화된 채널상관 행렬
Figure pat00052
은 양의 준정부호(positive semi-definite) 특성을 갖는 복소 전치 행렬이므로, <수 5>와 같이 고유치 분해(eigen-value decomposition; EVD)가 가능하다.
Figure pat00053
여기서
Figure pat00054
와
Figure pat00055
는 각각 유니터리(unitary) 행렬과 대각(diagonal) 행렬을 나타내고,
Figure pat00056
의 열(column)은
Figure pat00057
의 정규화된 고유벡터(eigenvectors)들이고,
Figure pat00058
의 대각 원소들은 내림 차순된 음이 아닌 실수값을 갖는 고유치(descending ordered non-negative real eigenvalues)이다(즉,
Figure pat00059
). 이 때, 가장 큰 고유치에 해당하는 고유벡터를
Figure pat00060
라 정의한다(즉,
Figure pat00061
).
상기 채널상관 계수의 위상을
Figure pat00062
비트로 양자화하는 경우, 사용자
Figure pat00063
가 기지국
Figure pat00064
로부터 받는 간섭의 크기는 <수 6>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00065
여기서
Figure pat00066
는 평균 신호대잡음비(signal-to-noise power ratio; 이하 SNR)를,
Figure pat00067
는
Figure pat00068
와
Figure pat00069
간의 위상 차를 나타낸다. 즉, 동일 채널 간섭은 채널상관 크기
Figure pat00070
와 위상 차이
Figure pat00071
뿐 만 아니라 양자화 비트 수
Figure pat00072
에 의해 결정됨을 알 수 있다. 이는 서로 독립적인 특성을 갖는 다중사용자의 고유공간 영역에서, 고유공간의 직교성이 채널의 통계적 특성뿐 만 아니라 양자화 오류에 의해 영향을 받는다는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 협력 전송 기법의 전체적인 동작 절차를 도식화한 것이다. 사용자는 기지국으로부터 수신되는 공통 파일럿 신호를 이용하여 채널상관 정보를 측정하고 이를 양자화하여 기지국으로 궤환한다. 기지국은 백홀망을 통해 채널상관 정보를 인접 기지국과 공유하고, 이를 바탕으로 사용자 채널과 간섭 채널 간의 고유공간이 직교성에 가까운 특성을 갖는 사용자 그룹을 결정한 후, 상기 결정된 사용자 그룹 내에 속한 사용자들 중에서 채널 품질 정보가 가장 우수한 사용자를 최종적으로 선택한다. 상기 선택된 사용자의 채널 환경(일례로, SNR, 채널상관도, 속도 등)을 고려하여 최적의 송신 빔 생성 기법을 사용하여 상기 선택된 사용자에게 데이터를 전송한다.
도 3은 양자화된 채널상관 정보를 이용하여 상기 사용자 그룹을 결정하는 동작 원리를 나타낸 것이다. 설명의 편의를 위해, 일례로 송신 안테나가 2개이고, 양자화 비트가 3비트인 경우를 고려하면, 양자화된 채널상관 행렬은 다음과 같이 나타낼 수 있다 [21].
Figure pat00073
여기서
Figure pat00074
. 이때, 사용자
Figure pat00075
의 간섭 채널의 양자화된 위상
Figure pat00076
를
Figure pat00077
라 하면(즉,
Figure pat00078
), 기지국
Figure pat00079
는 사용자
Figure pat00080
에게 미치는 간섭을 최소화하기 위해
Figure pat00081
조건을 만족하는 사용자를 선택해야 한다. 그러나, 양자화 오류로 인해 위상
Figure pat00082
가
Figure pat00083
범위 내에 속한 사용자들은 모두 같은 위상 값인
Figure pat00084
로 양자화되어, 실제와는 다르게 다수의 사용자
Figure pat00085
가 사용자
Figure pat00086
의 간섭 채널의 고유공간과 직교하는 것으로 판단되어 선택된다. 따라서, 이렇게 선택된 사용자들 사이의 고유공간은 실제로는 직교하지 않고, 직교에 가까운(near-orthogonal) 특성을 갖기 때문에 본 발명에서는 준-직교 사용자 그룹이라고 칭한다.
도 4는 본 발명에서 제안하는 혼합된 채널정보를 사용하는 협력 스케줄링 기법의 동작 절차를 도식화한 것이다. 제안하는 협력 스케줄링 기법의 경우, 양자화된 채널상관 정보를 이용하여 준-직교 사용자 그룹
Figure pat00087
를 기지국
Figure pat00088
와
Figure pat00089
가 협력하여 결정하고, 기지국
Figure pat00090
는 사용자 그룹
Figure pat00091
에 속해있는 자신의 사용자들 중에서 채널 품질 정보가 가장 큰 사용자를 선택한다. 마찬가지로, 기지국
Figure pat00092
는 준-직교 사용자 그룹
Figure pat00093
에 속해있는 자신의 사용자들 중에서 채널 품질 정보가 가장 큰 사용자를 선택한다. 이를 위해, 사용자는 기지국으로부터 수신되는 알려진 신호(일례로, 파일럿 또는 프리앰블(preamble) 신호)를 이용하여 순시 채널을 추정하고 채널상관 정보 추정기(403, 407)에서 채널상관 정보를 측정한다. 측정된 채널상관 정보는 양자화기(404, 408)에서 양자화되어 자신의 기지국으로 전달되고, 인접 기지국들은 백홀망(409)을 통하여 이를 공유한다. 일례로 협력하는 두 기지국
Figure pat00094
와
Figure pat00095
는 서로가 유발하는 인접 셀 간섭을 감소시키기 위해 공유된 채널상관 정보를 이용하여 준-직교 사용자 그룹
Figure pat00096
를 <수 8>과 같은 방식으로 결정할 수 있다.
Figure pat00097
여기서
Figure pat00098
Figure pat00099
와
Figure pat00100
는 각각 준-직교 사용자 그룹
Figure pat00101
에 속해 있는 기지국
Figure pat00102
의 사용자와 기지국
Figure pat00103
의 사용자를,
Figure pat00104
는 행렬
Figure pat00105
의 대각합 연산자(trace operator)를 나타낸다. <수 8>에서 보는 바와 같이 사용자
Figure pat00106
와
Figure pat00107
의 인접 셀 간섭을 최소화함으로써 사용자
Figure pat00108
와
Figure pat00109
의 채널 용량을 최대화할 수 있다. 즉, 기지국
Figure pat00110
와
Figure pat00111
는 사용자
Figure pat00112
와
Figure pat00113
가 각각
Figure pat00114
와
Figure pat00115
만큼의 평균적 간섭이 존재할 것으로 판단하고 상기 간섭이 최소가 되는 사용자 집합
Figure pat00116
를 결정한다. 그러나, 도 3에서 설명한 것과 같이 양자화 오류 때문에 간섭이 최소가 되는 사용자 집합
Figure pat00117
는 다수 개가 발생할 수 있다. 준-직교 사용자 집합
Figure pat00118
는 인접 셀 간섭이 통계적인 채널정보 관점에서 간섭이 최소가 되는 사용자 집합
Figure pat00119
로 이루어져 있고, 이들 사이의 간섭 감소로 인한 평균적 이득은 동일하다. 따라서 시스템 용량을 최대화하기 위해서는 상기 준-직교 사용자 집합
Figure pat00120
에서 자신의 기지국과 채널 품질이 좋은 사용자를 선택함으로써 채널 이득을 극대화하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 각 기지국은 준-직교 사용자 그룹
Figure pat00121
에 속해 있는 자신의 사용자들의 채널 품질 정보를 궤환받아 채널 품질이 가장 좋은 사용자를 서로 독립적으로 결정한다. 일례로, 준-직교 사용자 그룹
Figure pat00122
에 속해있는 사용자
Figure pat00123
는 <수 9>와 같이 채널 품질 정보를 계산하여 기지국
Figure pat00124
에게 전달한다.
Figure pat00125
기지국
Figure pat00126
는 이를 이용하여 <수 10>과 같이 사용자를 결정한다.
Figure pat00127
여기서
Figure pat00128
는 준-직교 사용자 그룹
Figure pat00129
에 속해 있는 기지국
Figure pat00130
의 사용자 중 가장 큰 채널 품질 정보를 갖는 사용자를 의미한다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 송신 빔형성 기법 결정기의 동작 절차를 도식화한 것이다. 본 발명 기술의 편의를 위해, 일례로 기지국이 정합 빔형성(CBF) 기법 또는 고유 빔형성(EBF) 기법을 사용하여 송신 빔을 형성하여 전송하는 경우를 가정한다. 먼저 상기 협력 스케줄러에서 결정된 각 사용자
Figure pat00131
와
Figure pat00132
에 대하여 기지국
Figure pat00133
와
Figure pat00134
는 채널 용량 계산기(501)에서 CBF 기법을 사용했을 경우와(502) EBF 기법을 사용했을 경우의(503) 채널 용량을 계산한다. 그리고 빔형성 기법에 따른 채널 용량을 비교하여(505) 채널 용량이 더 큰 빔형성 기법을 선택한다. CBE 기법이 선택된 경우에 기지국
Figure pat00135
와
Figure pat00136
는 <수 11>과 같이 결정된 빔형성 계수를 이용하여 빔을 생성하고(506)
Figure pat00137
EBF 기법이 선택된 경우에는 <수 12>와 같이 결정된 빔형성 계수를 이용하여(507) 신호를 전송한다.
Figure pat00138
여기서
Figure pat00139
는 기지국
Figure pat00140
와 사용자
Figure pat00141
사이의 양자화된 순시 채널 벡터를,
Figure pat00142
는 벡터
Figure pat00143
의 크기(norm)를,
Figure pat00144
는 양자화된 채널상관 행렬
Figure pat00145
의 주 고유벡터를 나타낸다. 이 때 상기 채널 용량 계산(501)은 준-직교 사용자 그룹에 속한 사용자들에 대하여 모두 동일한 결과가 도출되므로, 준-직교 사용자 그룹의 변경이 없으면 상기 단계를 생략하고, 이전에 계산한 결과를 그대로 사용한다.
도 6은 본 발명에서 제안하는 혼합된 채널정보를 사용하는 협력 스케줄링 및 송신 빔형성 기법이 구현된 전송 장치 일례를 나타낸다. 먼저 사용자(610, 619)는 수신안테나에서 기지국(601, 618)의 송신안테나로부터 전송된 수신 신호로부터 파일럿 신호를 추출하고, 이를 이용해 채널상관 정보 추정기(613)에서 각자의 채널상관 정보를 획득한다. 이후 채널상관 정보 양자화기(614)에서 이를 양자화하고 양자화된 채널상관 정보를 상향링크 채널을 통해 기지국으로 궤환한다. 기지국은 준-직교 사용자 집합 결정기(604)에서 <수 8>과 같은 방식으로 준-직교 사용자 집합을 결정하고 상기 준-직교 사용자 집합에 속한 사용자는 <수 9>와 같이 채널 품질 정보를 계산하여 기지국으로 전달한다. 기지국은 기회적 사용자 선택기(opportunistic scheduler)(605)에서 <수 10>과 같은 방식으로 최종 사용자를 선택한다. 기지국은 빔 선택기(608)에서 다중사용자 스케줄러(603)에서 최종 선택된 사용자의 채널 환경을 고려한 최적의 송신 빔 기법을 사용하여 신호생성기(607)의 사용자 신호를 전송한다. 이러한 신호는 채널을 거쳐 각 사용자에게 전송되며, 사용자는 이를 수신하고 채널 추정기(612)에서 추정된 채널정보를 바탕으로 데이터 복조기(617)에서 신호를 복조한다.

Claims (7)

  1. 다중안테나를 이용하는 무선 통신 시스템의 기지국 간에 협력하여 신호를 전송하는 방법 및 그 장치에 있어서,
    양자화된 채널상관 정보를 이용하여 직교성에 가까운 채널상관 특성을 갖는 사용자 그룹을 협력적으로 결정하는 방법 및 결정부,
    상기 결정된 사용자 그룹에 속한 사용자들의 채널 품질에 따라 사용자를 선택하는 방법 및 선택부,
    상기 결정된 사용자의 전송 용량이 최대가 되게 하는 송신 빔형성 기법을 사용하여 신호를 전송하는 방법 및 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 양자화된 채널상관 정보를 이용하여 직교성에 가까운 채널상관 특성을 갖는 사용자 그룹을 협력적으로 결정하는 방법 및 결정부는,
    양자화된 채널상관 정보를 고유치 분해(eigen-value decomposition)하여 얻은 주 고유벡터(eigen-vector)가 서로 직교에 가까워 시스템 용량이 최대가 되게 하는 사용자들의 집합
    Figure pat00146
    를 주변 기지국들이 협력하여 결정하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
    일례로 두 개의 기지국
    Figure pat00147
    와
    Figure pat00148
    가 협력하는 경우, 기지국
    Figure pat00149
    와
    Figure pat00150
    는 서로 공유하고 있는 사용자의 평균 채널 정보로부터 하기 수식과 같이 시스템 용량을 최대화하는 사용자들의 집합
    Figure pat00151
    를 정할 수 있다.
    Figure pat00152

    여기서,
    Figure pat00153
    와
    Figure pat00154
    는 각각 사용자 그룹
    Figure pat00155
    에 속해 있는 기지국
    Figure pat00156
    와 의 사용자 지수를 나타내며,
    Figure pat00158

    Figure pat00159
    는 사용자
    Figure pat00160
    가 수신한 기지국
    Figure pat00161
    에서 보낸 신호의 평균 SNR이고,
    Figure pat00162
    는 기지국
    Figure pat00163
    와 사용자
    Figure pat00164
    사이의 양자화된 채널상관 행렬이고,
    Figure pat00165
    는 양자화된 채널상관 행렬
    Figure pat00166
    의 가장 큰 고유치에 해당하는 고유 벡터이고,
    Figure pat00167
    는 행렬
    Figure pat00168
    의 대각합 연산자(trace operator)를 나타낸다.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 결정된 사용자 그룹에 속한 사용자들의 채널 품질에 따라 사용자를 선택하는 방법 및 선택부는,
    상기 결정된 사용자 그룹
    Figure pat00169
    에 속한 사용자들은 자신의 채널 품질을 측정하여, 이를 각자의 서빙 기지국으로 전달하고, 각 기지국은 채널 품질이 가장 좋은 사용자를 기회적으로 결정하는(opportunistic scheduling) 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
    일례로, 상기 사용자 그룹
    Figure pat00170
    에 속해 있는 사용자
    Figure pat00171
    는 채널 품질을 하기 수식과 같이 측정하여 기지국
    Figure pat00172
    에 전달하고,
    Figure pat00173

    기지국
    Figure pat00174
    는 이를 이용하여 하기 수식과 같이 사용자를 기회적으로 결정할 수 있다.
    Figure pat00175

    여기서
    Figure pat00176
    는 기지국
    Figure pat00177
    에 의해 선택된 상기 사용자 그룹
    Figure pat00178
    에 속해 있는 사용자 지수를 나타낸다.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 결정된 사용자의 전송 용량이 최대가 되게 하는 송신 빔형성 기법을 사용하여 신호를 전송하는 방법 및 결정부는,
    상기 청구항 3에서 선택된 사용자에게 각 기지국이 빔형성 기법 사용에 따른 전송 용량을 추정하는 과정과,
    상기 전송 용량을 최대로 하는 빔형성 기법을 사용하여 신호를 전송하는 과정을 특징으로 하는 방법 및 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 청구항 3에서 선택된 사용자에게 각 기지국이 빔형성 기법 사용에 따른 전송 용량을 추정하는 방법과 추정기는,
    상기 협력적으로 선택된 사용자들의 양자화된 채널 정보를 이용하여 각 기지국이 적용 가능한 다중안테나 전송 기법들에 대한 채널 전송 용량을 추정하는 방법 및 장치.
    일례로, 두 개의 기지국
    Figure pat00179
    와
    Figure pat00180
    가 협력하고 각 기지국이 정합 빔형성(coherent beamforming; 이하 CBF) 또는 고유 빔형성(eigen-beamforming; 이하 EBF) 안테나 기법을 사용하여 신호를 전송하는 경우, 기지국이 결정한 사용자
    Figure pat00181
    와
    Figure pat00182
    에 대하여 순시 채널 및 채널상관 정보의 양자화 오류를 감안하여 CBF와 EBF 기법 사용에 따른 전송 용량
    Figure pat00183
    와
    Figure pat00184
    를 하기 수식과 같이 계산한다.
    Figure pat00185

    Figure pat00186

    여기서
    Figure pat00187
    을 송신 안테나 수를,
    Figure pat00188
    을 순시 채널 정보의 양자화 비트 수라 하면,
    Figure pat00189

    Figure pat00190

    와 같이 계산할 수 있다.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 전송 용량을 최대로 하는 빔형성 기법을 사용하여 신호를 전송하는 방법과 송신기는,
    제 5항에서 추정된 각 사용자의 채널 용량을 비교하여 이들 중 최대가 되게 하는 빔형성 기법을 각 사용자에게 적용하여 송신 신호를 발생하여 전송하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
    일례로, 두 개의 기지국
    Figure pat00191
    와
    Figure pat00192
    가 협력하고 각 기지국이 CBF 또는 EBF 안테나 기법을 사용하여 신호를 전송하는 경우, 기지국
    Figure pat00193
    의 선택된 사용자
    Figure pat00194
    의 제 5항에서 추정된 두 송신 빔형성 기법의 채널 용량이
    Figure pat00195
    인 경우에는 하기 수식과 같이 결정되는 CBF 기법의 빔형성 계수를 사용하여 신호를 전송하고,
    Figure pat00196

    반대로
    Figure pat00197
    인 경우에는 하기 수식과 같이 결정되는 EBF 기법의 빔형성 계수를 사용하여 신호를 전송한다.
    Figure pat00198

    여기서
    Figure pat00199
    는 기지국
    Figure pat00200
    와 사용자 사이의 양자화된 순시 채널 벡터를,
    Figure pat00202
    는 벡터
    Figure pat00203
    의 크기(norm)를,
    Figure pat00204
    는 양자화된 채널상관 행렬
    Figure pat00205
    의 가장 큰 고유치에 해당하는 고유벡터를 나타낸다.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 다중안테나를 이용하는 무선 통신 시스템의 기지국 간에 협력하여 신호를 전송하는 방법 및 그 장치는,
    기지국 간 상기 협력 전송 방법 및 장치뿐 만 아니라, 동일 기지국내의 섹터간의 협력 전송 과정, 그리고 이종(heterogeneous) 셀 환경(일례로, 릴레이 또는 펨토셀이 공존하는 환경)에서 이종 셀 간 또는 기지국과 이종셀 간의 상기 협력 전송 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
KR1020100111140A 2010-11-09 2010-11-09 다중안테나 무선 시스템에서 협력 전송 방법 및 장치 KR101160424B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100111140A KR101160424B1 (ko) 2010-11-09 2010-11-09 다중안테나 무선 시스템에서 협력 전송 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100111140A KR101160424B1 (ko) 2010-11-09 2010-11-09 다중안테나 무선 시스템에서 협력 전송 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120049732A true KR20120049732A (ko) 2012-05-17
KR101160424B1 KR101160424B1 (ko) 2012-06-28

Family

ID=46267459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100111140A KR101160424B1 (ko) 2010-11-09 2010-11-09 다중안테나 무선 시스템에서 협력 전송 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101160424B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014158208A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 Intel Corporation Orthogonal beamforming for multiple user multiple-input and multiple-output (mu-mimo)
KR20140125643A (ko) * 2013-04-19 2014-10-29 삼성전자주식회사 다중 사용자 빔포밍 시스템에서 비 직교 다중 접속 기법을 위한 운용 방법 및 장치
CN104993857A (zh) * 2015-05-14 2015-10-21 大唐移动通信设备有限公司 一种协作波束赋形的方法及装置
WO2016153244A1 (ko) * 2015-03-20 2016-09-29 광주과학기술원 스몰셀 네트워크 환경에서의 협력 통신 방법
KR20170115301A (ko) * 2016-04-07 2017-10-17 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 간섭 정렬을 위한 장치 및 방법
KR20190086248A (ko) * 2018-01-12 2019-07-22 서울과학기술대학교 산학협력단 적응 섭동을 이용한 기회적 송신 빔형성 방법 및 이를 이용한 mimo 시스템

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101002877B1 (ko) * 2007-03-06 2010-12-21 한국과학기술원 통신시스템에서 다중 사용자 스케쥴링 방법 및 장치
KR101580155B1 (ko) * 2009-04-06 2015-12-28 삼성전자주식회사 다중 셀 다중 안테나 시스템에서 간섭을 고려한 빔포밍 방법 및 장치

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014158208A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 Intel Corporation Orthogonal beamforming for multiple user multiple-input and multiple-output (mu-mimo)
US9461723B2 (en) 2013-03-29 2016-10-04 Intel IP Corporation Orthologonal beamforming for multiple user multiple-input and multiple-output (MU-MIMO)
KR20140125643A (ko) * 2013-04-19 2014-10-29 삼성전자주식회사 다중 사용자 빔포밍 시스템에서 비 직교 다중 접속 기법을 위한 운용 방법 및 장치
WO2016153244A1 (ko) * 2015-03-20 2016-09-29 광주과학기술원 스몰셀 네트워크 환경에서의 협력 통신 방법
CN104993857A (zh) * 2015-05-14 2015-10-21 大唐移动通信设备有限公司 一种协作波束赋形的方法及装置
WO2016180054A1 (zh) * 2015-05-14 2016-11-17 大唐移动通信设备有限公司 一种协作波束赋形的方法及装置
CN104993857B (zh) * 2015-05-14 2018-12-18 大唐移动通信设备有限公司 一种协作波束赋形的方法及装置
US10439680B2 (en) 2015-05-14 2019-10-08 Datang Mobile Communications Equipment Co. Ltd. Coordinated beamforming method and device
KR20170115301A (ko) * 2016-04-07 2017-10-17 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 간섭 정렬을 위한 장치 및 방법
KR20190086248A (ko) * 2018-01-12 2019-07-22 서울과학기술대학교 산학협력단 적응 섭동을 이용한 기회적 송신 빔형성 방법 및 이를 이용한 mimo 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR101160424B1 (ko) 2012-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105723627B (zh) 用于多分辨率预编码矩阵指示符反馈的方法和设备
KR101478843B1 (ko) 협력적 다중 셀 무선통신 시스템에서 데이터를 송신하는 방법
Bjornson et al. Exploiting quantized channel norm feedback through conditional statistics in arbitrarily correlated MIMO systems
KR101408938B1 (ko) 다중 입출력 무선통신 시스템에서 일반화된 아이겐 분석을이용한 빔포밍 장치 및 방법
US8218422B2 (en) Coordinated linear beamforming in downlink multi-cell wireless networks
TWI422179B (zh) 在多天線系統傳送通道狀態資訊的方法
CN108880774B (zh) 频分双工多用户大规模多天线系统及其下行导频信号长度设计方法
EP2534767B1 (en) Multiple input multiple output communication method and system for exchanging coordinated rank information for neighbor cell
KR101624148B1 (ko) 네트워크 다중 입출력 무선통신 시스템에서 채널 상태 정보 송수신 방법 및 장치
US8634488B2 (en) Data transmission method and apparatus based on joint space division multiple access technology in collaborative downlink MIMO system
KR101160424B1 (ko) 다중안테나 무선 시스템에서 협력 전송 방법 및 장치
KR20120014792A (ko) 상향 링크에서의 다중 사용자 간섭 정렬 시스템 및 방법
KR100864260B1 (ko) 다중 송수신 안테나 장치 및 그 방법
KR20100110965A (ko) 다중 셀 다중 안테나 시스템에서 간섭을 고려한 빔포밍 방법 및 장치
WO2017107002A1 (en) Method and device for beamforming
KR20100102564A (ko) 셀룰라 이동통신 시스템에서 셀간 간섭 제어 시스템
US9385799B2 (en) Method and apparatus for joint processing and precoding mode selection based on limited feedback in mobile communication system
RU2552643C2 (ru) Способ осуществления связи в сети
US8737505B2 (en) Method and apparatus of codebook transformation for interference mitigation in codebook-based precoding
Apelfröjd et al. Design and measurement-based evaluations of coherent JT CoMP: a study of precoding, user grouping and resource allocation using predicted CSI
WO2009107635A1 (ja) 無線通信システム、送信装置および通信制御方法
JP5134077B2 (ja) 無線通信システム、送信装置および通信制御方法
Apelfröjd et al. Robust linear precoder for coordinated multipoint joint transmission under limited backhaul with imperfect CSI
Davis et al. Multi-antenna downlink broadcast using compressed-sensed medium access
Hou et al. Feedback overhead analysis for base station cooperative transmission

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150601

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160204

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170524

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180521

Year of fee payment: 7