KR20120072330A - 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은, 다중 사용자(multi user)에게 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output) 방식으로 서비스를 제공하는 통신 시스템에서 낮은 복잡도를 갖는 프리코딩(precoding)을 적용하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 다중 사용자(multi user)-다중 입력 다중 출력 방식으로 복수의 사용자들과 신호를 수신하고, 상기 사용자들과의 채널 정보를 획득하고, 상기 채널 정보를 이용하여 상기 사용자들에 대한 프리코딩(precoding) 벡터를 산출하고, 상기 프리코딩 벡터를 이용하여 상기 사용자들의 데이터에 대해 프리코딩하며, 상기 프리코딩된 데이터를 상기 다중 사용자-다중 입력 다중 출력 방식으로 상기 사용자들에게 송신한다.

Description

통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법{Apparatus and method for transmitting/receiving data in communication system}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 사용자(multi user)에게 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 함) 방식으로 서비스를 제공하는 통신 시스템에서 낮은 복잡도를 갖는 프리코딩(precoding)을 적용하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 통신 시스템에서는 고속의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 함)의 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 통신 시스템의 일 예로 일 예로 무선 랜(WLAN: Wireless Local Area Network, 이하 'WLAN'이라 칭하기로 함) 시스템에서는, 대용량의 데이터를 한정된 자원을 통해 고속 및 안정적으로 전송하기 위한 방안들에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 통신 시스템에서는, 무선 채널을 통한 데이터 전송에 대한 연구가 진행되고 있으며, 최근에는 WLAN 시스템이 한정된 무선 채널을 효과적으로 이용하여 대용량의 데이터를 정상적으로 송수신하기 위한 방안들이 제안되고 있다.
한편, 통신 시스템에서는 한정된 자원, 예컨대 무선 채널을 통해 대용량 데이터를 고속으로 처리 및 전송할 수 있는 고속 통신 시스템이 요구됨에 따라 시스템에 적절한 채널 부호화 방식을 사용하여 시스템의 효율을 높이는 것이 필수적이다. 또한, 통신 시스템에 존재하는 채널 환경에 따라 데이터 전송 시에는 불가피한 오류가 발생하여 정보의 손실이 발생하며, 이렇게 통신 시스템에서 정보 손실을 최소화하여 대용량의 데이터를 고속 및 안정적으로 전송하고, 아울러 채널 전송 용량을 극대화하기 위한 방안의 일 예로 프리코딩을 적용하여 데이터를 송수신하는 방안이 제안되었다.
하지만, 현재 통신 시스템에서는, 대용량의 데이터, 특히 복수의 사용자들에게 대용량의 데이터를 송신하고자 할 경우, 복수의 사용자들에게 송신할 대용량의 데이터를 포함하는 데이터 패킷, 예컨대 다중 사용자(multi-user) 데이터 패킷에 프리코딩을 적용하여 송신할 경우, 높은 복잡도가 발생하여 대용량의 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신함에는 한계가 있다. 다시 말해, 통신 시스템에서 프리코딩을 적용하여 기본 서비스 셋(BSS: Basic Service Set, 이하 'BSS'라 칭하기로 함)의 모든 사용자들을 고려한 채널 전송 용량을 최대화하기 위해서는 사용자 선택 시에, 복잡도가 상당히 증감함으로, 다중 사용자들에게 대용량의 데이터를 송수신하기 위한 시스템에 프리코딩을 적용함에는 어려움이 있다.
따라서, 통신 시스템, 예컨대 WLAN 시스템에서 낮은 복잡도를 갖는 프리코딩을 적용하여 한정된 자원을 통해 복수의 사용자들에게 대용량의 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신하기 위한 방안이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 다중 사용자에게 MIMO 방식으로 서비스를 제공하는 통신 시스템에서 낮은 복잡도를 갖는 프리코딩을 적용하여 다중 사용자들에게 대용량의 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 다중 사용자에게 MIMO 방식으로 서비스를 제공하는 통신 시스템에서 낮은 복잡도를 갖는 프리코딩을 적용하여 다중 사용자에게 채널 전송 용량을 최대화하여 대용량의 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는,
한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는,
한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은,
한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은,
한다.
본 발명은, 다중 사용자에게 MIMO 방식으로 서비스를 제공하는 통신 시스템에서 복수의 사용자들에게 데이터 송수신을 위한 사용자 선택 시에 낮은 복잡도를 갖는 프리코딩을 적용함으로써, 모든 다중 사용자에게 채널 전송 용량을 최대화하며, 또한 다중 사용자들에게 대용량의 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은, 통신 시스템, 예컨대 무선 랜(WLAN: Wireless Local Area Network, 이하 'WLAN'이라 칭하기로 함) 시스템에서 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는 WLAN시스템을 일 예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 송수신 방안은, 다른 통신 시스템들에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는, 다중 사용자(multi user)에게 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 함) 방식으로 서비스를 제공하는 통신 시스템에서 복잡도가 낮은 프리코딩(precoding)을 적용하여 기본 서비스 셋(BSS: Basic Service Set: 이하 'BSS'라 칭하기로 함) 내의 복수의 사용자들에 대한 전송 채널 용량을 최대화하여 대용량의 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신한다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템, 예컨대 WLAN 시스템에서는 다중 사용자-MIMO 방식으로 데이터를 송수신하며, 이때 낮은 복잡도를 갖는 프리코딩을 적용하여 BSS 내의 복수의 사용자들의 채널 전송 용량이 최대화되도록 사용자들을 선택하며, 이렇게 선택한 사용자 별로 프리코딩 가중치, 즉 프리코딩 벡터를 각각 산출한다. 그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 WLAN 시스템에서는, 전술한 바와 같이 복수의 사용자들에 대해 산출한 프리코딩 벡터를 적용하여 제로-포싱 빔포밍(ZFBF: Zero-Foring BeamForming, 이하 'ZFBF'라 칭하기로 함) 프리코딩을 수행하여, 다중 사용자-MIMO 방식으로 대용량의 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신한다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 WLAN 시스템에서 AP의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 데이터 송신 장치는, 다중 사용자-MIMO 방식으로 다중 사용자들로부터 데이터를 수신하는 수신부(110), 상기 다중 사용자들로의 대용량의 데이터 송신 시에 복잡도가 낮은 프리코딩을 적용하여 전송 채널 용량을 극대화하기 위해 프리코딩 가중치를 산출하는 산출부(120), 상기 다중 사용자들에 대해 상기 프리코딩 가중치를 이용한 ZFBF 프리코딩을 적용하는 프리코딩부(130), 상기 ZFBF 프리코딩이 적용된 데이터를 다중 사용자-MIMO 방식으로 상기 다중 사용자들에게 송신하는 송신부(140)를 포함한다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템, 예컨대 WLAN 시스템이 다중 사용자-MIMO 방식을 지원함에 따라, 상기 송신부(140) 및 수신부(110)가 다중 사용자들과 다중 사용자-MIMO 방식으로 데이터를 송수신하며, 이때 상기 수신부가 다중 사용자들과 AP 간의 채널 정보를 획득하고, 상기 채널 정보를 통해 다중 사용자들에 대한 채널 전송 용량을 획득한다. 그리고, 상기 산출부(120)가 사용자들 간 간섭을 최소화하여 복수의 사용자들에게 동시에 데이터 스트림의 전송이 가능하도록, 상기 채널 정보를 이용하여 복수의 사용자들에 대한 프리코딩 가중치를 산출한다. 이렇게 산출한 프리코딩 가중치를 이용하여 프리코딩부(130)가 사용자들에게 전송할 데이터 스트림에 대해 ZFBF 프리코딩을 수행함으로써, 채널 전송 용량을 극대화하여 고속 및 정상적으로 대용량의 데이터를 복수의 사용자들에게 송신한다. 그러면 이하에서는, 상기 산출부(120) 및 프리코딩부(130)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 상기 산출부(120)는, 모든 사용자들의 송신 채널 정보를 이용하여 다중 사용자들 간 간섭을 최소화하기 위해 데이터를 전송할 사용자들을 순차적으로 결정한다. 여기서, 상기 산출부(120)는, 반직교 사용자 선택(SUS: Semiorthogonal User Selection, 이하 'SUS'라 칭하기로 함) 방식의 Gram-Schmidt 직교화 과정을 이용하여, 모든 채널들에 대해 이전에 선택한 사용자 채널과 직교(orthogonal)하도록 사용자 채널을 업데이트한 후, 상기 업데이트된 사용자 채널에서 전력이 큰 사용자를 순차적으로 선택하여 다중 사용자들에 대한 프리코딩 가중치를 산출한다.
예를 들어 보다 구체적으로 설명하면, 하나의 BSS 영역에 K명의 사용자들이 존재하고, 데이터 송신 장치, 즉 AP가 M개의 송신 안테나를 갖고, BSS내 사용자 k, 즉 데이터 수신 장치로서 단말, 예컨대 스테이션(STA: Station, 이하 'STA'라 칭하기로 함) k는
Figure pat00001
의 수신 안테나를 가질 경우(이하에서 설명의 편의를 위해 모든 k에 대해
Figure pat00002
=1이라 가정함), STA k의 채널 벡터는
Figure pat00003
로 나타낼 수 있다. 여기서, 상기 BSS 내 전체 사용자 집합을 T, 다중 사용자-MIMO 방식으로의 데이터 송수신을 위해 선택된 사용자 집합을 U라고 하면,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
로 초기화한다.
이때, 복수의 사용자들 중에서 임의의 m번째 사용자를 선택할 경우, 모든 사용자
Figure pat00006
에 대한 직교
Figure pat00007
에 의해 서브스페이스(subspace)에서
Figure pat00008
의 직교 성분(orthogonal component)
Figure pat00009
는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있으며, 이때 수학식 2를 만족하는 m번재 사용자
Figure pat00010
을 선택한다(m=1,…,M).
Figure pat00011
Figure pat00012
여기서, 다중 사용자 채널에서 선택된 채널은
Figure pat00013
이 되고, 상기 선택된 채널의 직교 성분은
Figure pat00014
이 되며, 선택된 사용자 집합은
Figure pat00015
으로 업데이트 되고, 아울러 나머지 사용자 집합 또한 T/U로 업데이트 된다. 이러한 과정을 반복적으로 수행하여 최종 선택된 M명의 사용자들에 대한 사용자 채널은
Figure pat00016
이되고, 수학식 1에 의한
Figure pat00017
는 수학식 3과 같이 행렬 분해된다.
Figure pat00018
수학식 3에서, Q는 단위(unitary) 행렬이며, 상기 선택된 다중 사용자 채널이
Figure pat00019
이고, 전술한 바와 같이 다중 사용자-MIMO 방식으로 통해 데이터를 송수신하며, 이때 ZFBF 프리코딩을 수행함으로, 수학식 3에 의해 상기 선택된 다중 사용자 채널
Figure pat00020
가 역행렬을 가짐으로, ZFBF 프리코딩을 위한 프리코딩 가중치, 즉 프리코딩 벡터
Figure pat00021
는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00022
이때, 수학식 4로부터 획득된 프리코딩 벡터
Figure pat00023
를 이용하여 ZFBF 프리코딩을 수행하기 위해서는, 상기 프리코딩 벡터
Figure pat00024
를 산출하여야 하며, 상기 프리코딩 벡터
Figure pat00025
를 산출하기 위해서는, 상기 ZFBF 프리코딩을 수행하고자 하는 사용자를 선택한 후, 상기 선택한 사용자 채널에 대해 역행렬
Figure pat00026
,
Figure pat00027
, 및
Figure pat00028
를 각각 산출하고, 또한 상기 산출한 행렬들의 행렬 곱을 산출하여야 한다. 특히,
Figure pat00029
와
Figure pat00030
는 복소수 벡터임으로,
Figure pat00031
및
Figure pat00032
를 산출함에 따라 프리코딩을 적용함에 있어 복잡도가 상당히 증가하며, 그에 따라 전술한 바와 같은 방식으로 프리코딩 가중치를 산출, 즉 상기 SUS 방식으로 프리코딩을 가중치를 산출한 후, 상기 프리코딩을 적용하여 다중 사용자들에게 다중 사용자-MIMO 방식으로 대용량의 데이터를 송신함에는 한계가 있다.
그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 WLA 시스템에서는 상기 SUS 방식과 같이 상기 프리코딩 벡터
Figure pat00033
산출 시에 ZFBF 프리코딩을 적용하기 위한 사용자들을 모두 선택한 후, 행렬 계산을 통해 상기 프리코딩 벡터
Figure pat00034
를 산출하지 않고, 순차적으로 사용자를 선택 시에 산출한 프리코딩 벡터
Figure pat00035
를 업데이트, 즉 이전 사용자 선택 시에 산출한 이전 사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00036
를, 다음 사용자 선택하여 다음 사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00037
를 산출 시에 이용한다. 즉, 이전 사용자에 해당하는 프리코딩 벡터
Figure pat00038
를 업데이트를 업데이트하여 다음 사용자에 해당하는 프리코딩 벡터
Figure pat00039
산출 시에 이용한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 WLAN 시스템의 상기 산출부(130)는, 다중 사용자-MIMO 방식으로 대용량의 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신하기 위해, 우선 BSS 내에서 채널 전송 용량이 가장 큰 제1사용자를 선택하고, 상기 선택한 제1사용자에 대한 프리코딩 벡터
Figure pat00040
를 산출하며, 다음 제2사용자에 대한 프리코딩 벡터
Figure pat00041
산출 시에, 상기 제1사용자에 대한 프리코딩 벡터
Figure pat00042
를 업데이트하여, 상기 제2사용자에 대한 프리코딩 벡터
Figure pat00043
산출한다. 이렇게 다중 사용자들에 대한 프리코딩 벡터
Figure pat00044
를 모두 산출하면, 산출한 프리코딩 벡터
Figure pat00045
를 이용하여 상기 프리코딩부(130)가 ZFBF 프리코딩을 수행함에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 WLAN 시스템에서 데이터 송신 장치, 즉 AP는 낮은 복잡도를 갖는 프리코딩을 적용하여 채널 전송 용량을 극대화하고, 대용량의 데이터를 다중 사용자들에게 고속 및 정상적으로 송신한다.
보다 구체적으로 설명하면, 다중 사용자-MIMO 방식으로의 데이터 송신을 위해 선태된 다중 사용자 채널을 H라고 할 경우, 상기 ZFBF 프리코딩을 수행하기 위한 프리코딩 벡터 W는
Figure pat00046
가 된다. 여기서, 일 예로 두명의 사용자에 대해 ZFBF 프리코딩을 수행할 경우, 우선적으로 선택된 제1사용자 채널이 h1이면
Figure pat00047
이 되고, 단일 사용자에 대한 상기 ZFBF 프리코딩으로, 제1사용자에 대한 프리코딩 벡터
Figure pat00048
가 된다. 여기서, 새롭게 선택된 제2사용자 채널 h2를 추가하기 위해서는 수학식 2를 만족하여야 하며, 이때 두 사용자 채널 h1, h2의 직교 성분은
Figure pat00049
,
Figure pat00050
가 된다.
여기서, 상기 선택된 두 사용자 채널 h1, h2는
Figure pat00051
로 나타낼 수 있으며, 상기 선택된 두 사용자 채널에 대한 프리코딩 벡터는
Figure pat00052
로 나타낼 수 있다. 여기서, 제1사용자 채널의 프리코딩 벡터(w1)와 제2사용자 채널의 프리코딩 벡터(w2)는
Figure pat00053
로 나타낼 수 있다.
이때, 상기 제1사용자 채널의 프리코딩 벡터(w1)와 상기 제2사용자 채널의 프리코딩 벡터(w2)는, 각 채널의 직교 성분을 이용하여 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00054
여기서, 수학식 5에서, 먼저 선택된 제1사용자의 프리코딩 벡터(w1)는, 새롭게 선택된 제2사용자가 추가됨에 따라 제2사용자에 의한 간섭의 영향을 받게된다. 다시 말해, 제1사용자만을 선택할 경우, 제1사용자의 프리코딩 벡터는
Figure pat00055
이었으나, 새롭게 제2사용자가 추가되었을 경우 제1사용자의 프리코딩 벡터는
Figure pat00056
로 업데이트 된다.
이때, 상기 제2사용자에 의한 간섭의 영향에 따른
Figure pat00057
는, 새롭게 선택된 제2사용자 채널과 이미 이전 제1사용자의 프리코딩 벡터의 내적으로, 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터(w2)의 스케일링(scaling) 값, 즉 감소된 값이 된다. 이러한 방식으로 임의의 M명의 사용자를 선택하여 상기 M명의 사용자에 대한 프리코딩 벡터 산출하는 경우, 순차적으로의 사용자 선택 및 산택된 사용자의 프리코딩 벡터 산출에 대해 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 상기 다중 사용자-MIMO 방식으로 상기 M명의 사용자들에게 데이터를 송신할 경우, 전술한 바와 같이, 채널 전송 용량이 극대화가 되도록, 초기화한
Figure pat00058
로부터 m=1에 따라 수학식 2에 의해 상기 M명의 사용자들 중에서 채널 전송 용량이 최대인 제1사용자를 선택, 즉
Figure pat00059
를 만족하는 제1사용자를 선택하며, 이때 사용자 집합은 제1사용자만이 선택됨에 따라
Figure pat00060
이 된다.
그리고, 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터는, 전술한 바와 같이,
Figure pat00061
가 되며, 이때 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00062
는 제1사용자 선택 시에 산출한
Figure pat00063
를 통해 산출됨으로, 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00064
를 산출함에 있어 낮은 복잡도를 갖는다.
또한, 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터를 산출한 이후, m=2에 따라 수학식 1 및 수학식 2에 의해 m=1에서 선택되지 않은 나머지 사용자들에 대해 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00065
를 업데이트하여
Figure pat00066
를 산출한 다음, 상기 나머지 사용자들에서 상기 제1사용자 다음으로 최대의 채널 전송 용량을 갖는 제2사용자를 선택, 즉
Figure pat00067
Figure pat00068
를 만족하는 제2사용자를 선택하며, 이때 사용자 집합은
Figure pat00069
가 된다.
그리고, 새롭게 선택된 제2사용자의 프리코딩 벡터는, 전술한 바와 같이,
Figure pat00070
가 되며, 이때 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00071
는 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00072
가 업데이트되어 상기 제2사용자 선택 시에 산출한
Figure pat00073
를 통해 산출됨으로, 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00074
를 산출함에 있어 낮은 복잡도를 갖는다.
여기서, 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00075
가 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00076
가 업데이트되어 산출됨으로, 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00077
는 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00078
에 의해 업데이트되며, 그에 따라 수학식 5는
Figure pat00079
(여기서, α1은 스칼라 값)와 같이 나타낼 수 있다.
다시 말해,
Figure pat00080
라고 하면, ZFBF 프리코딩 특성(
Figure pat00081
)에 따라
Figure pat00082
이 되어
Figure pat00083
는 수학식 5와 동일하게 된다. 여기서, 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00084
업데이트에 의한 제1사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00085
를 산출함에 있어 낮은 복잡도를 갖는다.
그리고, 상기 제1사용자 및 제2사용자의 프리코딩 벡터를 산출한 이후, m=3에 따라 수학식 1 및 수학식 2에 의해 나머지 선택되지 않은 사용자들에 대해 상기 제1사용자 및 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00086
를 업데이트하여, 상기 나머지 사용자들에서 상기 제2사용자 다음의 최대 채널 전송 용량을 갖는 제3사용자를 선택, 즉
Figure pat00087
를 만족하는 제3사용자를 선택하며, 이때 사용자 집합은
Figure pat00088
이 된다.
그리고, 새롭게 선택된 제3사용자의 프리코딩 벡터는, 전술한 바와 같이,
Figure pat00089
가 되며, 이때 상기 제3사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00090
는 상기 제1사용자 및 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00091
가 업데이트되어 상기 제3사용자 선택 시에 산출한
Figure pat00092
를 통해 산출됨으로, 상기 제3프리코딩 벡터
Figure pat00093
를 산출함에 있어 낮은 복잡도를 갖는다.
여기서, 상기 제3사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00094
가 상기 제1사용자 및 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00095
가 업데이트되어 산출됨으로, 앞서 m=2에서 설명한 바와 같이, 제1사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00096
및 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00097
또한 상기 제3사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00098
에 의해 업데이트 된다.
다시 말해, 상기 제3사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00099
를 통해 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00100
및 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00101
를 업데이트하기 위해,
Figure pat00102
(여기서, α1, α2는 스칼라 값)이라고 하면, 이전에 선택된 사용자의 프리코딩 벡터, 즉 제1사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00103
및 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00104
에서 세롭게 선택된 제3사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00105
를 뺀 형태, 즉 감소된 값이 된다. 여기서, 전술한 바와 같이 ZFBF 프리코딩 특성(
Figure pat00106
)에 의해
Figure pat00107
가 됨으로,
Figure pat00108
은 수학식 5와 동일하게 된다. 제3사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00109
업데이트에 의한 제1사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00110
와 제2사용자의 프리코딩 벡터
Figure pat00111
를 산출함에 있어 낮은 복잡도를 갖는다.
이러한 방식으로 사용자들의 프리코딩 벡터를 산출한 이후, 마지막 m=M에 따라 수학식 1 및 수학식 2에 의해 이전 사용자들의 프리코딩 벡터
Figure pat00112
를 업데이트 하며, 최소의 채널 전송 용량을 갖는 마지막 제M사용자를 선택, 즉
Figure pat00113
을 만족하는 제M사용자를 선택하며, 이때 사용자 집합은
Figure pat00114
이 된다.
그리고, 앞서 설명한 새로운 사용자 선택 시의 프리코딩 벡터 산출 동작을 수행하여, M명의 사용자에 대한 프리코딩 벡터 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00115
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 산출부(120)는, 전술한 바와 같이 다중 사용자-MIMO 방식으로 데이터를 송수신하는 다중 사용자에 대한 프리코딩 벡터를 산출한 후, 상기 프리코딩부(130)가 ZFBF 프리코딩 수행 시에 사용하는 최종 프리코딩 가중치를 벡터 연산을 통해 산출한다. 즉, 상기 산출부(120)는, 상기 최종 프리코딩 가중치
Figure pat00116
를 산출하며, 상기 프리코딩부(130)는, 상기 최종 프리코딩 가중치
Figure pat00117
를 이용하여 다중 사용자들에게 동시에 송신할 데이터 스트림에 대한 ZFBF 프리코딩을 수행한다.
이렇게 본 발명의 실시 예에 따른 WLAN 시스템에서는, 다중 사용자에게 다중 사용자-MIMO 방식으로 대용량의 데이터를 송수신 시에 낮은 복잡도를 갖는 프리코딩을 적용하기 위해, 전술한 바와 같이, 채널 전송 용량이 큰 이전 사용자에 대해 산출된 프리코딩 벡터를 이용하여 다음 사용자에 대한 프리코딩 벡터 산출하며, 또한 다음 사용자 프리코딩 벡터 산출 시에 이전 사용자에 대한 프리코딩 벡터를 업데이트하여 ZFBF 프리코딩을 수행하기 위한 다중 사용자에 대한 프리코딩 가중치를 산출한다. 그러면 여기서, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 WLAN 시스템에서 AP의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 데이터 송신 장치는, 210단계에서 다중 사용자-MIMO 방식으로 데이터를 송수신하는 다중 사용자들과의 채널 정보를 획득한다. 여기서, 상기 획득한 채널 정보를 통해 다중 사용자들 별 채널 전송 용량을 획득한다.
그리고, 220단계에서, 상기 다중 사용자들에 대한 프리코딩 벡터를 산출한다. 여기서, 상기 다중 사용자들에 대한 프리코딩 벡터 산출에 대해서는 앞서 구체적으로 설명하였음으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
그런 다음, 230단계에서, 상기 산출한 다중 사용자들의 프리코딩 벡터를 이용하여 다중 사용자들게 전송할 데이터의 ZFBF 프리코딩을 수행한 후, 240단계에서 다중 사용자-MIMO 방식으로 다중 사용자들에게 데이터를 송신한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (18)

  1. 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 장치에 있어서,
    다중 사용자(multi user)-다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output) 방식으로 복수의 사용자들과 신호를 수신하고, 상기 사용자들과의 채널 정보를 획득하는 수신부;
    상기 채널 정보를 이용하여 상기 사용자들에 대한 프리코딩(precoding) 벡터를 산출하는 산출부;
    상기 프리코딩 벡터를 이용하여 상기 사용자들의 데이터에 대해 프리코딩하는 프리코딩부; 및
    상기 프리코딩된 데이터를 상기 다중 사용자-다중 입력 다중 출력 방식으로 상기 사용자들에게 송신하는 송신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 사용자들 중에서 제1사용자를 선택하여 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터를 산출하고; 상기 제1사용자 다음의 제2사용자 선택 시에 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터를 이용하여 상기 제2사용자를 선택하며; 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터를 이용하여 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터를 통해 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 제2사용자 다음의 제3사용자 선택 시에, 상기 업데이트된 제1사용자의 프리코딩 벡터와 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터를 이용하여, 상기 제3사용자를 선택하고; 상기 업데이트된 제1사용자의 프리코딩 벡터와 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터를 이용하여, 상기 제3사용자의 프리코딩 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 채널 정보를 통해 각 사용자 채널의 직교 성분(orthogonal component)을 고려하여, 상기 사용자들에서 상기 제1사용자, 상기 제2사용자, 및 상기 제3사용자를 순차적으로 선택하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 사용자들의 채널 전송 용량에 따라, 상기 사용자들을 순차적으로 선택하며;
    상기 사용자들에서 상기 제1사용자의 채널이 최대의 채널 전송 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 사용자들을 순차적으로 선택하여 선택된 사용자들의 프리코딩 벡터를 순차적으로 산출하며;
    상기 사용자들에서 이전 선택된 사용자들의 프리코딩 벡터를 이용하여 다음 사용자를 선택하고, 상기 이전 선택된 사용자들의 프리코딩 벡터를 이용하여 상기 다음 선택된 사용자의 프리코딩 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 다음 사용자의 프리코딩 벡터를 통해 상기 이전 이전 선택된 사용자들의 프리코딩 벡터를 업데이트하며;
    상기 업데이트된 이전 선택된 사용자들의 프리코딩 벡터는, 상기 다음 사용자의 프리코딩 벡터에 의해 감소된 값이 되는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프리코딩부는, 상기 사용자들의 데이터 스트림에 대해 제로-포싱 빔포밍(ZFBF: Zero-Foring BeamForming) 프리코딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  10. 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 장치에 있어서,
    다중 사용자(multi user)-다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output) 방식으로 복수의 사용자들과 신호를 수신하고, 상기 사용자들과의 채널 정보를 획득하는 단계;
    상기 채널 정보를 이용하여 상기 사용자들에 대한 프리코딩(precoding) 벡터를 산출하는 단계;
    상기 프리코딩 벡터를 이용하여 상기 사용자들의 데이터에 대해 프리코딩하는 단계; 및
    상기 프리코딩된 데이터를 상기 다중 사용자-다중 입력 다중 출력 방식으로 상기 사용자들에게 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 산출하는 단계는,
    상기 사용자들 중에서 제1사용자를 선택하여 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터를 산출하는 단계;
    상기 제1사용자 다음의 제2사용자 선택 시에 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터를 이용하여 상기 제2사용자를 선택하는 단계; 및
    상기 제1사용자의 프리코딩 벡터를 이용하여 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는, 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터를 통해 상기 제1사용자의 프리코딩 벡터를 업데이트하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 산출하는 단계는,
    상기 제2사용자 다음의 제3사용자 선택 시에, 상기 업데이트된 제1사용자의 프리코딩 벡터와 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터를 이용하여, 상기 제3사용자를 선택하는 단계; 및
    상기 업데이트된 제1사용자의 프리코딩 벡터와 상기 제2사용자의 프리코딩 벡터를 이용하여, 상기 제3사용자의 프리코딩 벡터를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는, 상기 채널 정보를 통해 각 사용자 채널의 직교 성분(orthogonal component)을 고려하여, 상기 사용자들에서 상기 제1사용자, 상기 제2사용자, 및 상기 제3사용자를 순차적으로 선택하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는, 상기 사용자들의 채널 전송 용량에 따라, 상기 사용자들을 순차적으로 선택하며;
    상기 사용자들에서 상기 제1사용자의 채널이 최대의 채널 전송 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는, 상기 사용자들을 순차적으로 선택하여 선택된 사용자들의 프리코딩 벡터를 순차적으로 산출하며; 상기 사용자들에서 이전 선택된 사용자들의 프리코딩 벡터를 이용하여 다음 사용자를 선택하고, 상기 이전 선택된 사용자들의 프리코딩 벡터를 이용하여 상기 다음 선택된 사용자의 프리코딩 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는, 상기 다음 사용자의 프리코딩 벡터를 통해 상기 이전 이전 선택된 사용자들의 프리코딩 벡터를 업데이트하는 단계;를 더 포함하며;
    상기 업데이트된 이전 선택된 사용자들의 프리코딩 벡터는, 상기 다음 사용자의 프리코딩 벡터에 의해 감소된 값이 되는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 프리코딩하는 단계는, 상기 사용자들의 데이터 스트림에 대해 제로-포싱 빔포밍(ZFBF: Zero-Foring BeamForming) 프리코딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
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