KR20130041717A - Cooperative multi-cell mimo beamforming method based on relaxed zero-forcing - Google Patents

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KR20130041717A
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Abstract

PURPOSE: A cooperative multiple cell MIMO(Multiple Input Multiple Output) beam forming and transmitting method based on modified zero forcing is provided to suggest an effective cooperative beam design method in a multi-cell environment including a plurality of antennas. CONSTITUTION: A beam transmitted to user terminals through a modified zero forcing beams forming method is designed(S210). The designed beam is transmitted(S220). The maximum allowable value of interference is set in user terminals in advance. The set maximum allowable value is bigger than 0 or is similar to 0. The allowable value of the interference is set by considering a thermal noise level of the user terminals. [Reference numerals] (S210) Step of designing beams to be transmitted to user terminals through a modified zero forcing beam forming method; (S220) Step of transmitting the designed beams;

Description

완화된 제로 포싱을 기반으로 한 협력 다중 셀 MIMO 빔 형성 송신 방법{COOPERATIVE MULTI-CELL MIMO BEAMFORMING METHOD BASED ON RELAXED ZERO-FORCING}Cooperative MULTI-CELL MIMO BEAMFORMING METHOD BASED ON RELAXED ZERO-FORCING

무선 이동 통신에서 높은 데이터율과 주파수 효율에 대한 필요성이 빠르게 증가하고 있다. 이와 같은 필요를 만족시키기 위해서는 셀룰러 망의 밀집도가 높아져야 하고 셀 크기 역시 작아져야 한다. 이와 같은 상황에서는, 셀룰러 망에서 인접한 기지국과 수신기 (단말기) 사이의 간섭을 피할 수 없게 되는데, 이와 같은 간섭을 다루는 것은 매우 중요하다. The need for high data rates and frequency efficiencies in wireless mobile communications is increasing rapidly. To meet this need, the density of the cellular network must be high and the cell size must be small. In such a situation, interference between adjacent base stations and receivers (terminals) in a cellular network is inevitable, and it is very important to deal with such interference.

간섭을 다루는 방법 가운데, 기지국 간의 협력과 다중입력-다중출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 안테나 기술을 동시에 이용하는 것이 간섭 문제를 해결할 수 있는 핵심 기술로 주목 받고 있다. 그 가운데 협력 빔 형성법 (Coordinated beamforming) 기법 중 제로 포싱(Zero-forcing) 기법은 간단하면서도 실용적이어서 널리 쓰이고 연구되고 있다. 제로 포싱 빔 형성법은 각 기지국의 빔 형성 행렬의 열 공간(Column space)이 전송을 원하지 않는 수신기들로 가는 채널의 영 공간(Null space)에 들어가게 만들어, 전송을 원하지 않는 수신기들에게 간섭을 전혀 미치지 않고, 원하는 수신기에게만 정보를 전송하는 기법이다. Among the methods of dealing with the interference, the cooperation between the base station and using the Multiple Input Multiple Output (MIMO) antenna technology at the same time has attracted attention as a key technology to solve the interference problem. Among them, the zero-forcing technique among the coordinated beamforming techniques has been widely used and studied because it is simple and practical. The zero forcing beamforming method causes the column space of the beamforming matrix of each base station to enter the null space of the channel to the receivers that do not want to transmit, thus having no interference with receivers that do not want to transmit. It is a technique of transmitting information only to a desired receiver.

이 방법은 간섭을 효과적으로 없앨 수 있지만 빔 형성 행렬이 어떤 행렬의 영 공간 내에서 만들어지기 때문에 빔 설계의 자유도(degree of freedom)에서 큰 불이익을 보게 된다. 이에 본 특허에서는 다중입력 단일출력 (Multiple-Input Single-Output; MISO) 간섭채널(Interference Channel; IC)에서 간섭의 양을 미리 결정하여서 송신 빔을 설계하였던 완화 제로 포싱 빔 형성 방법을 다중 셀 다중입력 다중출력망(줄여서, 다중 입출력망: Multi-cell MIMO network) 환경으로 확장 및 응용시켜 기존 제로 포싱 방법에 비해 시스템의 총 데이터율을 높이는 빔 형성 설계 알고리즘을 제시한다. Although this method effectively eliminates interference, there is a significant disadvantage in the degree of freedom of the beam design because the beamforming matrix is created within the zero space of a matrix. Therefore, in the present patent, a multi-cell multi-input method for mitigating zero-forcing beam formation in which a transmission beam is designed by determining an amount of interference in a multiple-input single-output (MIS) interference channel (IC) in advance We propose a beamforming design algorithm that increases the total data rate of the system compared to the existing zero-forcing method by extending and applying it to a multi-output network (reduced, multi-cell MIMO network) environment.

또한 협력 다중 셀 다중 입출력망 환경에서도 완화 제로 포싱 빔 형성 방법을 이용하여 시스템의 총 데이터율을 높이는 알고리즘을 제시한다.
In addition, we propose an algorithm to increase the total data rate of a system using a mitigation zero forcing beamforming method in a cooperative multi-cell multi-input / output network environment.

이동 통신 시스템에서 간섭 영향을 효과적으로 해결하는 방안은 오랜 기간 연구되었으며, 간섭 관리 기술에 대한 중요성이 최근 더욱 대두되고 있다. 최근 널리 연구되는 대표적 간섭 관리 기술로는 간섭 정렬 (interference alignment) 기술이 있다. The effective solution of interference effects in mobile communication systems has been studied for a long time, and the importance of interference management technology has recently increased. A representative interference management technique that is widely studied recently is an interference alignment technique.

간섭 정렬 기술은 각 송신기가 모든 채널 정보를 알고 있는 상황에서 송신 빔 형성을 통해 수신기에서 간섭이 차지하는 공간과 원하는 신호가 차지하는 공간이 나뉘게 한다. 간섭 정렬을 통하면, 간섭 신호들은 수신기에서 제한된 간섭 공간에 모두 모이고, 원하는 신호의 공간과 간섭이 차지한 공간이 선형 독립이 되어, 간단한 수신 빔을 통해서도 간섭의 영향이 제거된 원하는 신호를 추출할 수 있다. The interference alignment technique divides the space occupied by the interference from the receiver and the space occupied by the desired signal through the transmission beamforming in the situation where each transmitter knows all the channel information. Through interference alignment, the interference signals are gathered in the limited interference space at the receiver, and the space of the desired signal and the space occupied by the interference are linearly independent, so that the desired signal can be extracted without the influence of the interference through a simple reception beam. have.

간섭 정렬을 위한 송신 빔을 설계하는 데에는 여러 가지 방법이 있다. 사전 특허(등록번호: 10-2009-0108145)에서는 최소 자승 접근 방식에 기초한 빔 설계 방식을 제안 하였다. 이 방법은 송신 데이터의 수가 1개인 경우에는 다른 방식들에 견주어 복잡도가 낮으면서도 전체 데이터율에서는 거의 같은 성능을 보였다.
There are several ways to design a transmission beam for interference alignment. Prior patents (Registration No .: 10-2009-0108145) proposed a beam design method based on a least-squares approach. When the number of transmission data is 1, this method has low complexity and almost the same performance at the total data rate compared to other methods.

사전 특허(출원번호: 10-2010-0140497)에서는 위에서 소개한 빔 설계 기법을 바탕으로 시변 채널 환경에서 켤레 구배법을 이용한 적응적 빔 설계 방식을 제안하였다. 적응적 빔 설계 기법은 시변 채널에서 매 채널 변화마다 빔을 새로 계산하여 얻은 결과에 비해 계산량을 획기적으로 줄이면서도 전체 데이터율은 큰 차이를 보이지 않았다.Prior patents (application number: 10-2010-0140497) proposed an adaptive beam design method using the conjugate gradient method in a time-varying channel environment based on the beam design technique introduced above. The adaptive beam design technique significantly reduced the calculation amount compared to the result of newly calculating the beam for every channel change in the time-varying channel, but the overall data rate was not significantly different.

상기한 사전 특허에 제안된 간섭 정렬 기술은 각 수신기에서 채널 행렬 및 송신 빔 형성 행렬 정보를 모두 알고, 이에 맞추어 적절한 수신 빔을 설계 해야만 간섭이 제거되는 한계가 있다. 또한, 간섭 정렬 기술은 신호대잡음비(Signal to noise ratio: SNR)가 높은 환경에서 쓸 만한데 실제 통신 환경에서 다른 셀로부터의 간섭을 많이 받는 셀의 가장자리에 있는 단말기들은 낮은 신호대잡음비에서 동작하므로 간섭 정렬 기술을 쓰는 것이 알맞지 않다.
The interference alignment technique proposed in the above patent has a limitation in that interference is eliminated only when both receivers know the channel matrix and the transmission beamforming matrix information and design an appropriate reception beam accordingly. In addition, the interference alignment technique is useful in a high signal to noise ratio (SNR) environment. In an actual communication environment, the terminals at the edge of a cell that receive a lot of interference from other cells operate at a low signal-to-noise ratio. It is not appropriate to use technology.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 각 송수신기가 여러 안테나를 가지고 있는 다중 셀 환경에서, 기지국의 안테나 수가 모든 사용자의 안테나 수보다 많은 경우에 효과적인 새로운 협력 빔 설계 방법을 제안하는 것이다. 기존에 널리 알려진 제로 포싱에 기반한 협력 빔 설계 방법은 간섭을 완전히 제거하는 제약으로 인해 빔 설계시 자유도가 낮고 이로 인해 전체 데이터율이 낮아 이와 같은 단점을 해결할 수 있는 완화된 제로 포싱을 기반으로 한 협력 다중 셀 MIMO 빔 형성 송신 방법을 제공한다.The problem to be solved by the present invention is to propose a new cooperative beam design method that is effective when the number of antennas of the base station is greater than the number of antennas of all users in a multi-cell environment where each transceiver has multiple antennas. The cooperative beam design method, which is based on the well-known zero forcing, has a low degree of freedom in beam design due to the constraint of eliminating interference completely, and the low overall data rate makes it possible to cope with such a weak zero forcing. A multi-cell MIMO beamforming transmission method is provided.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 종래의 낮은 전체 데이터율을 극복하기 위하여 수신단에서 약간의 간섭을 허용하되 그 수준을 각 수신기의 열잡음에 미루어 미리 정하여 쓰는 무선 통신 시스템 및 미리 정한 간섭의 허용치에 맞추어 송신 빔을 설계할 수 있는 완화된 제로 포싱을 기반으로 한 협력 다중 셀 MIMO 빔 형성 송신 방법을제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to allow a little interference at the receiving end in order to overcome the conventional low overall data rate, but the radio communication system and the predetermined level of interference to be set in advance in consideration of the thermal noise of each receiver There is provided a cooperative multi-cell MIMO beamforming transmission method based on relaxed zero forcing that can design a transmission beam.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 협력 빔 설계 방법에 관한 프로토콜 방법를 통해 각 기지국들이 모든 사용자를 위한 메시지를 공유할 때에도 상기된 협력 송신 빔 기술이 적용될 수 있는 완화된 제로 포싱을 기반으로 한 협력 다중 셀 MIMO 빔 형성 송신 방법을 제공하는 것이다.
In addition, another problem to be solved by the present invention is based on a relaxed zero forcing that can be applied to the cooperative transmission beam technology described above even when each base station shares a message for all users through a protocol method for the cooperative beam design method To provide a cooperative multi-cell MIMO beamforming transmission method.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법은 완화된 제로 포싱 빔 형성 방법을 통해 사용자 단말들에 전송할 빔을 설계하는 단계; 및 설계된 상기 빔을 송신하는 단계를 포함한다.
According to an aspect of the present disclosure, a relaxed zero forcing based MIMO beamforming transmission method includes: designing a beam to be transmitted to user terminals through a relaxed zero forcing beamforming method; And transmitting the designed beam.

상기 설계하는 단계는, 사익 사용자 단말들에 영향을 주는 간섭의 최대 허용치를 미리 설정하고, 미리 설정된 상기 최대 허용치가 0 보다 크거나 같도록 설정하는 단계인 것을 특징으로 한다.
The designing may include setting in advance a maximum allowable amount of interference affecting the benefit user terminals and setting the preset maximum allowable value to be greater than or equal to zero.

상기 간섭의 허용치는, 상기 사용자 단말들 각각의 열잡음 레벨을 고려하여 설정되는 것을 특징으로 한다.
The allowance of the interference is set in consideration of the thermal noise level of each of the user terminals.

상기 열잡음 레벨은, 상기 사용자 단말기와 기지국과의 형성된 채널을 통해 수신되는 신호대잡음비 및 간섭대잡음비를 통해 상기 기지국에서 추정하는 것을 특징으로 한다.
The thermal noise level is estimated by the base station through the signal-to-noise ratio and the interference-to-noise ratio received through the channel formed between the user terminal and the base station.

상기 신호대잡음비 또는 상기 간섭대잡음비는, 상기 채널 크기의 제곱 대비 열잡음 레벨로 정의되는 것을 특징으로 한다.
The signal-to-noise ratio or the interference-to-noise ratio is defined as a thermal noise level relative to the square of the channel size.

상기 설계단계는, 아래에 기재된 수학식 4를 이용하여, 아래의 조건식을 만족하는 빔을 설계하는 단계인 것을 특징으로 한다.The designing step may be a step of designing a beam that satisfies the following conditional expression using Equation 4 described below.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00001
Figure pat00001

(여기서, Hji는 j번째 송신단과 i번째 수신단 사이의 크기가 M×N인 행렬을 나타내며, Vi는 크기가 N×d인 빔 형성 행렬을 나타내며,

Figure pat00002
는 간섭의 허용치를 나타낸다.Where H ji denotes a matrix of size M × N between the j th transmitter and the i th receiver, and V i denotes a beam forming matrix of size N × d,
Figure pat00002
Represents the tolerance of the interference.

[조건식][Conditional expression]

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서,

Figure pat00004
이며, here,
Figure pat00004
Is,

(C.1)과 (C.2)는 각각 집합 각각 집합

Figure pat00005
,
Figure pat00006
로 나타내며, 여기서, vi=vec(Vi) 이고,
Figure pat00007
이며,
Figure pat00008
이다.(C.1) and (C.2) are each set
Figure pat00005
,
Figure pat00006
Where vi = vec (Vi),
Figure pat00007
Is,
Figure pat00008
to be.

(vec(·)는 행렬의 첫 번째 열 벡터부터 마지막 열 벡터까지 순서대로 아래로 쌓아서 열 벡터를 만드는 연산자이며,

Figure pat00009
는 크로네커곱(Kronecker product)을 뜻한다.)
(vec (·) is an operator that creates a column vector by stacking down from the first column vector to the last column vector in the matrix.
Figure pat00009
Means Kronecker product.)

상기

Figure pat00010
는, 아래에 기재된 수학식 7을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 한다.remind
Figure pat00010
Is calculated using Equation 7 described below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서,

Figure pat00012
인데,
Figure pat00013
는 입력 값을 볼록 집합 C로 보내는 메트릭 사영(metric projection) 함수이고,
Figure pat00014
Figure pat00015
는 각각 목적 함수와 그것에 대한 기울기(gradient)를 나타내며,
Figure pat00016
은 (0,2) 사이의 양의 실수로 스텝 사이즈를 (step size)를 나타낸다.
here,
Figure pat00012
However,
Figure pat00013
Is a metric projection function that sends the input value to convex set C,
Figure pat00014
Wow
Figure pat00015
Respectively represent the objective function and its gradient,
Figure pat00016
Denotes a step size with a positive real number between (0, 2).

상기 설계하는 단계는, 2 이상의 기지국이 중앙 관리 기지국에 의하여 2 이상의 사용자 단말들에 전송될 메시지를 협력하여 공유하는 단계 및 완화된 제로 포싱(Zero-forcing) 빔 형성 방법을 통하여 상기 2 이상의 사용자 단말들에 전송할 빔을 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The designing step includes two or more base stations cooperatively sharing a message to be transmitted to two or more user terminals by a central management base station and the two or more user terminals through a relaxed zero-forcing beamforming method. Designing a beam to be transmitted to the devices.

상기 설계하는 단계는, 상기 2 이상의 사용자 단말들에 영향을 주는 간섭의 최대 허용치를 미리 설정하고, 미리 설정된 상기 최대 허용치를 완화된 제로 포싱 조건으로 하는 완화된 제로 포싱(Zero-forcing) 빔 형성 방법을 통하여 상기 2 이상의 사용자 단말들에 전송할 빔을 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The designing step may include: pre-setting a maximum allowable amount of interference affecting the two or more user terminals, and setting the preset maximum allowable value as a relaxed zero forcing condition. It characterized in that it comprises the step of designing a beam to be transmitted to the two or more user terminals through.

상기 완화된 제로 포싱 조건은 다음의 수학식

Figure pat00017
(여기서,
Figure pat00018
는 크기가 M×N이며 기지국 j에서 수신기 i로의 채널을 나타내고,
Figure pat00019
는 기지국 j에서 수신기 i로 정보를 전송할 때 사용하는 크기가 N×d인 송신 빔 행렬을 나타낸다.
Figure pat00020
는 기지국 m에서 수신기 i를 위한 메시지를 송신할 때, 이 신호가 수신기 j에 허용할 수 있는 최대 간섭의 세기를 말한다.)에 해당하는 것을 특징으로 한다.
The relaxed zero forcing condition is
Figure pat00017
(here,
Figure pat00018
Represents a channel from base station j to receiver i, of size M × N,
Figure pat00019
Denotes a transmission beam matrix having a size of N × d used when transmitting information from the base station j to the receiver i.
Figure pat00020
When the base station m transmits a message for the receiver i, this signal refers to the maximum strength of the interference that can be allowed to the receiver j).

본 발명의 완화된 제로 포싱을 기반으로 하는 협력 다중 셀 MIMO 빔 형성 방법에 따르면, 수신기에서 채널과 송신 빔 정보를 모두 알 필요 없고, 송신 빔 설계시 자유도를 보장하도록 하는 효과를 가진다.According to the cooperative multi-cell MIMO beamforming method based on the relaxed zero forcing of the present invention, the receiver does not need to know both the channel and the transmission beam information, and has the effect of guaranteeing the freedom when designing the transmission beam.

또한 본 발명의 완화된 제로 포싱을 기반으로 하는 협력 다중 셀 MIMO 빔 형성 방법에 따르면, 제로 포싱의 단점이었던 빔의 자유도를 높임으로써 총 데이터율의 성능 향상을 보였다. In addition, according to the cooperative multi-cell MIMO beamforming method based on the relaxed zero forcing of the present invention, the performance of the total data rate is improved by increasing the degree of freedom of the beam, which is a disadvantage of the zero forcing.

뿐만 아니라, 이 방식을 통해 원하지 않는 단말에 미치는 간섭량을 조절하면서 협력하는 새로운 협력 빔 시스템을 제시하고, 각 기지국이 정보 전송을 원하지 않는 단말에게 생기게 되는 간섭량을 조절 가능하면서 동시에 원하는 단말의 데이터율을 최적화시키는 효과를 가진다.
In addition, through this scheme, we propose a new cooperative beam system that cooperates while controlling the amount of interference on an undesired terminal, and allows each base station to adjust the amount of interference caused to a terminal that does not want to transmit information, while simultaneously controlling the data rate of the desired terminal. Has the effect of optimizing

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 완화된 제로 포싱을 기반으로 한 협력 다중 셀 MIMO 통신 망을 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 통신망을 통한 본 발명의 실시 예에 따른 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 3은 도 2에 도시된 설계 단계를 보다 구체적으로 나타낸 플로우 챠트이다.
도 4는 [조건식 4]와 같은 상황에서 [수학식 11]을 통해 완화 제로 포싱 빔을 얻었을 때 얻어지는 총 데이터율 그래프이다.
도 5는 [조건식 4]와 같은 상황에서 [수학식 11]을 통해 완화 제로 포싱 빔을 얻었을 때 얻어지는 총 데이터율 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 완화된 제로 포싱을 기반으로 한 협력 다중 셀 MIMO 통신 망을 나타낸 예시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 통신망을 통한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 8은 협력 다중입력 다중출력 다중 셀룰러 망에서 완화 제로 포싱 송신 빔을 통해 얻을 수 있는 총 데이터율과 제로 포싱 송신 빔을 사용했을 때 얻을 수 있는 총 데이터율을 나타낸 예시도이다.
도 9는 협력 다중입력 다중출력 다중 셀룰러 망에서 완화 제로 포싱 송신 빔을 통해 얻을 수 있는 총 데이터율과 제로 포싱 송신 빔을 사용했을 때 얻을 수 있는 총 데이터율을 나타낸 예시도이다.
1 is an exemplary diagram illustrating a cooperative multi-cell MIMO communication network based on relaxed zero forcing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a relaxed zero forcing based MIMO beamforming transmission method according to an embodiment of the present invention through the communication network shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a flow chart more specifically illustrating the design steps shown in FIG. 2.
FIG. 4 is a graph showing the total data rate obtained when the relaxation zero forcing beam is obtained through Equation 11 in the same condition as in Equation 4. FIG.
FIG. 5 is a graph of the total data rate obtained when the relaxation zero forcing beam is obtained through Equation 11 in the same condition as in [Condition 4]. FIG.
6 is an exemplary diagram illustrating a cooperative multi-cell MIMO communication network based on relaxed zero forcing according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a relaxed zero forcing based MIMO beamforming transmission method according to another embodiment of the present invention through the communication network shown in FIG. 6.
FIG. 8 is an exemplary diagram illustrating the total data rate that can be obtained through a relaxed zero forcing transmission beam and the total data rate that can be obtained when using a zero forcing transmission beam in a cooperative multi-input multi-output multi-cellular network.
FIG. 9 is an exemplary diagram illustrating the total data rate that can be obtained through a relaxed zero forcing transmission beam and the total data rate that can be obtained when using a zero forcing transmission beam in a cooperative multi-input multi-output multi-cellular network.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
Specific structural to functional descriptions of embodiments according to the inventive concept disclosed in the specification or the application are only illustrated for the purpose of describing embodiments according to the inventive concept, and according to the inventive concept. The examples may be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein or in the application.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the present invention to a particular disclosed form, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
The terms first and / or second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are intended to distinguish one element from another, for example, without departing from the scope of the invention in accordance with the concepts of the present invention, the first element may be termed the second element, The second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as ideal or overly formal in the sense of the art unless explicitly defined herein Do not.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명할 것이며, 같은 문자는 같은 의미를 가진다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, wherein like characters have the same meanings.

도 1은 본 발명의 완화된 제로 포싱을 기반으로 한 협력 다중 셀 MIMO 통신 망을 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary diagram illustrating a cooperative multi-cell MIMO communication network based on the relaxed zero forcing of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 통신 시스템(200)은 복수 개의 기지국들(210, 220, 230) 및 복수 개의 사용자 단말기들(240, 250, 260)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the communication system 200 of the present invention includes a plurality of base stations 210, 220, and 230 and a plurality of user terminals 240, 250, and 260.

이때, 각 기지국에는 다른 기지국에 서비스를 제공하는 K 개의 수신기가 있고, 각 기지국과 수신기들은 각각 N 개와 M 개의 안테나를 가지고 있다고 가정한다(여기서, N과 M은 자연수).In this case, it is assumed that each base station has K receivers providing services to other base stations, and each base station and receivers have N and M antennas, respectively, where N and M are natural numbers.

특히, 본 발명은 안테나의 수가 N≥KM(K는 자연수)을 만족시키는 상황을 가정한다.In particular, the present invention assumes a situation where the number of antennas satisfies N ≧ KM (K is a natural number).

예컨대, 각 기지국(210,220,230)은 하나의 수신기와 쌍을 이루어 자신과 쌍을 이룬 수신기에게로 정보를 전송한다.For example, each base station 210, 220, 230 pairs with one receiver and transmits information to the receiver paired with it.

먼저, 각 기지국(210,220,230)은 다른 기지국이 어떤 정보를 전송할지 모르는 상황(이와 같은 상황을 MIMO IC라고 부른다.)일 경우, 수신기 i가 (예컨대, 기지국 i에 속한 수신기) 수신하는 신호는 [수학식 1]과 같이 주어진다. (앞으로 기지국은 송신기(단)과 섞어서 사용한다.)First, each base station (210, 220, 230) is a situation where other base stations do not know what information to send (this situation is called a MIMO IC), the signal received by the receiver i (e.g., a receiver belonging to the base station i) is [ Equation 1] is given. (In the future, the base station is mixed with the transmitter.)

Figure pat00021
Figure pat00021

여기서, Hij는 기지국 j와 i 사이의 크기가 M×N인 채널 행렬을 나타내고, si와 Vi는 기지국 i에서 전송하는 d×1 데이터 벡터가 크기가 N×d인 송신 빔 형성 행렬을 나타내며, 데이터 벡터 si와 잡음 벡터 ni(크기: M×1)는 각각 circulary symmetric 복소 정규 분포 CN(0,Id)와 CN(0,

Figure pat00022
)를 따른다고 가정한다.Here, H ij denotes a channel matrix having a size M × N between base stations j and i, and s i and V i denote a transmission beamforming matrix having a size of N × d whose d × 1 data vector transmitted from the base station i is N × d. The data vector s i and the noise vector n i (size: M × 1) are circulary symmetric complex normal distributions CN (0, I d ) and CN (0,
Figure pat00022
Assume that

Figure pat00023
은 수신기 i에서 열잡음 레벨이다. 여기서, [수학식 1]의 우변에서 첫째 항은 수신기가 원하는 신호를, 둘째와 셋째 항은 각각 간섭 신호와 잡음 신호를 나타낸다.
Figure pat00023
Is the thermal noise level at receiver i. Here, in the right side of Equation 1, the first term represents a signal desired by the receiver, and the second and third terms represent an interference signal and a noise signal, respectively.

기지국 i에서 다른 기지국에 속한 수신기 (정보 전송을 원하지 않는 수신기)로의 간섭이 없도록 하는 제로 포싱 송신 빔은 [수학식 2]를 만족시키는 행렬 가운데 정해진다.
A zero forcing transmit beam that avoids interference from base station i to a receiver belonging to another base station (a receiver that does not want to transmit information) is determined in a matrix satisfying Equation 2.

Figure pat00024
Figure pat00024

이와 같은 제로 포싱 빔 가운데 기지국 i와 수신기 i 사이의 데이터율을 가장 크게 하는 빔

Figure pat00025
을 제로 포싱 송신 빔이라 정하고, 제로 포싱 송신 빔은 [조건식 1]와 같은 최적화 조건식를 얻을 수 있다.
Of these zero forcing beams, the beam having the largest data rate between base station i and receiver i
Figure pat00025
Is defined as a zero forcing transmission beam, and the zero forcing transmission beam can obtain an optimization conditional expression as shown in [Condition 1].

[조건식 1][Conditional expression 1]

Figure pat00026
Figure pat00026

여기서 IM은 크기가 M×M인 단위행렬이다. 제로 포싱 송신 빔을 이용할 때 시스템의 총 데이터율은 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
Where I M is a unit matrix of size M × M. When using a zero forcing transmission beam, the total data rate of the system can be expressed as Equation 3 below.

Figure pat00027
Figure pat00027

제로 포싱 송신 기법은 셀 간 간섭을 완벽히 없앨 수 있지만, [수학식 2]를 만족시키는 가운데 송신 빔이 결정되므로 총 데이터율 측면에서 최적의 방법은 아니다. The zero forcing transmission technique can completely eliminate the inter-cell interference, but since the transmission beam is determined while satisfying Equation 2, it is not an optimal method in terms of total data rate.

기존 MISO IC에서의 연구에서 사용자가 2명일 때 가장 큰 데이터율을 얻는 송신 빔은 원하지 않는 수신기로의 간섭을 없애는 빔(즉, 제로 포싱 빔)과 원하는 수신기의 데이터율을 최대로 하는 정합 필터(matched filter)의 선형 결합으로 만들어진다는 것이 알려져 있다.In a conventional MISO IC study, a transmission beam having the largest data rate when two users is used is a beam that eliminates interference to an unwanted receiver (i.e., a zero forcing beam) and a matching filter that maximizes the data rate of a desired receiver. It is known that it is made by linear combination of matched filter.

이에 미루어 보면, 유한한 신호대잡음비에서 MIMO IC의 총 데이터율을 최대로 하는 선형 송수신 빔 구조는 아직 알려져 있지 않지만, MISO 간섭 채널의 최적 빔과 유사한 구조를 가질 것으로 예상할 수 있다. In view of this, a linear transmit / receive beam structure that maximizes the total data rate of the MIMO IC at a finite signal-to-noise ratio is not yet known, but it can be expected to have a structure similar to the optimal beam of the MISO interference channel.

따라서, 본 발명에서는 MISO IC에서 알려진 결과를 MIMO 시스템으로 확장하여 송신 빔 설계시 원하지 않는 수신기에 약간의 간섭을 미치도록 하는 빔 설계 방법을 제안하고자 한다.
Accordingly, the present invention intends to propose a beam design method that extends the results known from the MISO IC to the MIMO system to slightly interfere with the unwanted receiver when designing the transmission beam.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.2 is a flow chart illustrating a method of relaxed zero forcing based MIMO beamforming transmission according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, MIMO 빔 형성 송신 방법(S200)은 설계 단계(S210) 및 송신 단계(S220)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the MIMO beamforming transmission method S200 includes a design step S210 and a transmission step S220.

상기 설계 단계(S210)는 완화된 제로 포싱 빔 형성 방법을 통해 사용자 단말들에 전송할 빔을 설계하는 단계이다.The design step S210 is a step of designing a beam to be transmitted to user terminals through a relaxed zero forcing beamforming method.

상기 송신 단계(S220)는 설계된 상기 빔을 각 단말기로 송신하는 단계이다.The transmitting step (S220) is a step of transmitting the designed beam to each terminal.

보다 구체적으로, 상기 설계 단계(S210)는 상기 사용자 단말기들에 영향을 주는 간섭의 최대 허용치를 미리 설정하고, 미리 설정된 상기 최대 허용치가 0 보다 크거나 같도록 설정하는 단계일 수 있다.More specifically, the design step S210 may be a step of setting a maximum allowable amount of interference affecting the user terminals in advance and setting the preset maximum allowable value to be greater than or equal to zero.

상기 간섭의 허용치는 상기 사용자 단말기들 각각의 열잡음 레벨을 고려하여 설정되며, 상기 열잡음 레벨은 상기 사용자 단말기와 기지국과의 형성된 채널을 통해 수신되는 신호대잡음비 및 간섭대잡음비를 통해 상기 기지국에서 추정한다.The allowance of the interference is set in consideration of the thermal noise level of each of the user terminals, and the thermal noise level is estimated by the base station through the signal-to-noise ratio and the interference-to-noise ratio received through the channel formed between the user terminal and the base station.

상기 신호대잡음비 또는 상기 간섭대잡음비는 상기 채널 크기의 제곱 대비 열잡음 레벨로 정의될 수 있다.The signal-to-noise ratio or the interference-to-noise ratio may be defined as a thermal noise level relative to the square of the channel size.

이하에서는 상기 설계 단계(S210)를 보다 구체적으로 설명하기 위해 여러개의 수학식 및 조건식을 통해 설명하도록 한다.Hereinafter, to describe the design step S210 in more detail, it will be described through a number of equations and conditional expressions.

상기 설계 단계(S210)는 아래에 기재된 수학식 4를 이용하되, 아래의 [조건식 2]을 만족하는 범위에서 빔을 설계하는 단계이다.The design step (S210) is a step of designing a beam in a range that satisfies Equation 4 described below, but satisfies [condition 2] below.

상기 설계 단계(210)은 기지국 i가 1 부터 K까지일 때, Vi를 제로 포싱 송신 빔으로 초기화 한후, 문턱값

Figure pat00028
를 작은 양수로 설정,
Figure pat00029
=0으로 설정하는 단계(S211),
Figure pat00030
로 하고
Figure pat00031
를 [수학식 9]를 사용하여 계산하는 단계(S212), [수학식 7]을 이용하여
Figure pat00032
을 갱신하는 단계(S213),
Figure pat00033
일 경우, 초기 단계로 피드백되며, 그렇지 않을 경우 다음 단계로 진행하는 단계(S214) 및 Vi를 기지국 i의 완화 제로 포싱 송신 빔 형성 행렬을 생성하는 단계(S215)를 포함할 수 있다.
In the design step 210, when the base station i is 1 to K, the threshold value is initialized to the zero forcing transmission beam, and then the threshold value.
Figure pat00028
Set to a small positive number,
Figure pat00029
Setting to = 0 (S211),
Figure pat00030
With
Figure pat00031
Calculating using [Equation 9] (S212), using [Equation 7]
Figure pat00032
Updating the step (S213),
Figure pat00033
In one case, the method may include feeding back to the initial stage, otherwise proceeding to the next stage (S214), and generating Vi as a mitigation-forcing transmission beamforming matrix of the base station i (S215).

이하에서는 상기 설계 단계를 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the design step will be described in more detail.

예컨대, 각 기지국 i에서 사용하는 제약 조건을 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
For example, a constraint used in each base station i may be expressed as shown in [Equation 4].

Figure pat00034
Figure pat00034

이 조건을 완화된 제로 포싱 (Relaxed zero-forcing: RZF) 조건이라 부르겠다. (또는, RZF 제약 조건이라 부르겠다.) This condition will be called a relaxed zero-forcing (RZF) condition. (Or I will call it an RZF constraint.)

만약, 모든 수신기 j에서

Figure pat00035
일 경우 기존 제로 포싱 송신 빔이 만족시켜야 하는 조건과 같음을 알 수 있다. 특히 RZF 제약 조건에서는 간섭의 허용치
Figure pat00036
를 0 보다 크거나 같게 정하되 간섭의 허용치를 정할 때 각 수신기에 존재하는 열잡음의 세기를 고려하여 정하도록 한다.If at all receiver j
Figure pat00035
In this case, it can be seen that the existing zero forcing transmission beam is equal to a condition to be satisfied. Especially allowance of interference in RZF constraints
Figure pat00036
Is set to be greater than or equal to 0, but considering the strength of thermal noise present in each receiver when determining the tolerance.

따라서 완화된 제로 포싱 조건 아래에서 총 데이터율을 최대화하는 빔 설계 조건식는 다음과 같이 쓸 수 있다.
Therefore, the beam design conditional equation that maximizes the total data rate under relaxed zero forcing condition can be written as

[조건식 2][Conditional expression 2]

Figure pat00037
Figure pat00037

여기서

Figure pat00038
이다. 다른 기지국들로부터 오는 간섭이 0이 아니므로, [조건식 1]에 견주어 간섭에 관련된 항
Figure pat00039
가 [조건식 2]에 목적 함수에 추가된 것을 알 수 있고, RZF 제약 조건이 (C.1)에 사용되었다. here
Figure pat00038
to be. Since the interference from other base stations is not zero, the terms related to the interference in comparison to [Condition 1]
Figure pat00039
Is added to the objective function in [Condition 2], and the RZF constraint is used in (C.1).

[조건식 2]의 (C.1)은 기지국 i의 RZF 제약 조건을 나타내는데, 기지국 i가 수신기 j에 미치는 간섭의 최대 파워가 수신기 j의 열잡음 대비

Figure pat00040
배가 되는 안에서 송신 빔을 정할 수 있음을 뜻한다. (C.1) of [Condition 2] shows the RZF constraint of the base station i. The maximum power of the interference that the base station i has on the receiver j is compared with the thermal noise of the receiver j.
Figure pat00040
It means that the transmission beam can be determined in a double.

기지국 i는 모든 원하지 않는 수신기마다 RZF 제약 조건을 가지고 송신 빔을 설계하며, 반대로 어떤 수신기 j를 살펴보면 원하지 않는 모든 기지국으로부터 받을 수 있는 간섭 파워의 최대치는 자신의 열잡음 대비

Figure pat00041
배가 됨을 알 수 있다. (C.2)는 각 기지국의 송신 빔 행렬이 가진 파워 제한을 나타낸다.
Base station i designs the transmit beam with RZF constraints on every unwanted receiver, and on the contrary, looking at any receiver j, the maximum amount of interference power that can be received from all unwanted base stations is
Figure pat00041
It can be seen that the ship is doubled. (C.2) shows the power limitation of the transmission beam matrix of each base station.

[조건식 2]의 목적 함수는 다른 기지국의 빔에 따르는 간섭 공분산 행렬 Bi을 포함하고 있어 [조건식 2]에서 총 데이터율을 최대화하는 송신 빔을 설계하는 조건식를 풀기는 매우 어렵다. 하지만, RZF 제약 조건을 이용하면 각 수신기로 오는 간섭 파워의 상계(upper bound)를 [수학식 5]와 같이 취할 수 있다.
Since the objective function of [Condition 2] includes the interference covariance matrix B i according to the beams of other base stations, it is very difficult to solve the conditional equation for designing a transmission beam that maximizes the total data rate in [Condition 2]. However, using the RZF constraint, the upper bound of the interference power to each receiver can be taken as shown in Equation 5 below.

Figure pat00042
Figure pat00042

그러면

Figure pat00043
는 positive semi-definite 행렬이 되는 것을 알 수 있다. 따라서 간섭과 잡음의 총 파워가
Figure pat00044
가 되고 여기서 다음과 같이 [조건식 2]의 목적 함수의 하계(lower bound)를 [수학식 6]과 같이 얻을 수 있다. (여기서 tr(A)는 어떤 행렬 A의 대각합(trace)이다.)
then
Figure pat00043
It can be seen that becomes a positive semi-definite matrix. Therefore, the total power of the interference and noise
Figure pat00044
Here, the lower bound of the objective function of [Condition 2] can be obtained as shown in [Equation 6] as follows. (Where tr (A) is the trace of some matrix A.)

Figure pat00045
Figure pat00045

[수학식 6]에는 다른 기지국에서 쓰는 송신 빔 형성 행렬이 나타나지 않기 때문에 각 기지국에서 독립적으로 송신 빔을 설계할 수 있다. 따라서, 다중입력 다중출력 간섭 채널에서 RZF 제약 조건을 가지고 전체 데이터율을 최대로 하는 송신 빔 설계 조건식는 같은 분산(distributed) 빔 설계 조건식로 된다.In Equation 6, since the transmission beamforming matrix used by other base stations does not appear, the transmission beams can be designed independently at each base station. Therefore, the transmission beam design conditional expression for maximizing the overall data rate with the RZF constraint in the multi-input multiple output interference channel becomes the same distributed beam design conditional expression.

따라서 기지국 i에서 RZF 제약 조건 하에서 최적의 빔은 아래와 같은 조건식를 풀어 얻을 수 있다.
Therefore, the optimal beam can be obtained by solving the following equation under the RZF constraint in base station i.

[조건식 3][Condition 3]

Figure pat00046
Figure pat00046

여기서,

Figure pat00047
.here,
Figure pat00047
.

[조건식 3]에서 최적의 Vi를 찾는 방법에 대해 살펴보면, [조건식 3]의 제약 조건 (C.1)과 (C.2)는 각각 집합

Figure pat00048
,
Figure pat00049
로 나타낼 수 있다. Looking at how to find the optimal V i in [Condition 3], constraints (C.1) and (C.2) of [Condition 3] are set respectively.
Figure pat00048
,
Figure pat00049
.

여기서,

Figure pat00050
이고,
Figure pat00051
이며,
Figure pat00052
이다.here,
Figure pat00050
ego,
Figure pat00051
Is,
Figure pat00052
to be.

(vec(·)는 행렬의 첫 번째 열 벡터부터 마지막 열 벡터까지 순서대로 아래로 쌓아서 열 벡터를 만드는 연산자이며,

Figure pat00053
는 크로네커곱(Kronecker product)을 뜻한다.) (vec (·) is an operator that creates a column vector by stacking down from the first column vector to the last column vector in the matrix.
Figure pat00053
Means Kronecker product.)

따라서 [조건식 3]에서 얻어지는 송신 빔은 집합

Figure pat00054
에 속해 있어야 한다. 여기서 Eji와 Bi는 각각 타원체와 구를 의미하므로 블록 집합(convex set)이 되고, 그것의 교집합인 Ci 역시 볼로 집합이 된다. 그리고 최적화 하고자 하는 함수
Figure pat00055
는 아래로 볼록인 함수(convex function)이므로 [조건식 3]은 볼록 함수를 볼록 집합 내에서의 최적화하는 조건식로, 따라서 convex 최적화 조건식이다.
Therefore, the transmission beam obtained in [Condition 3] is set
Figure pat00054
Must belong to Here, E ji and B i are ellipsoids and spheres, respectively, and thus become a convex set, and its intersection C i is also a bolo set. And the function you want to optimize
Figure pat00055
Is a convex function, so [Condition 3] is a conditional expression that optimizes the convex function within a convex set, and thus a convex optimization conditional expression.

[조건식 3]과 같은 convex 최적화 조건식의 해를 구하는 방법은 널리 알려져 있으며 이미 알려진 여러 방법 가운데 하나를 택하여 최적의 송신 빔을 구할 수 있다. [조건식 3]을 풀어 얻는 송신 빔을 완화 제로 포싱 빔이라 부르겠다.
The solution of convex optimization conditional equations such as [Condition 3] is well known and one of several known methods can be used to obtain the optimal transmission beam. The transmission beam obtained by solving [Condition 3] will be called a relaxation zero forcing beam.

[조건식 3]과 같은 convex 최적화 조건식의 해를 구하는 방법의 한 보기로 적응적 사영 준기울기 방법(Adaptive Projected Subgradient Method: APSM)이 널리 쓰이고 있다. APSM을 이용하여 [조건식 3]을 푸는 반복 알고리즘을 다음 [수학식 7]과 같이 쓸 수 있다.
The Adaptive Projected Subgradient Method (APSM) is widely used as an example of how to solve convex optimization conditional expressions such as [Condition 3]. Using APSM, an iterative algorithm for solving [Condition 3] can be written as Equation 7 below.

Figure pat00056
Figure pat00056

여기서,

Figure pat00057
인데,
Figure pat00058
는 입력 값을 볼록 집합 C로 보내는 메트릭 사영(metric projection) 함수이고,
Figure pat00059
Figure pat00060
는 각각 목적 함수와 그것의
Figure pat00061
에 대한 기울기(gradient)를 말하며,
Figure pat00062
은 (0,2) 사이의 양의 실수로 스텝 사이즈를 (step size)를 뜻한다.here,
Figure pat00057
However,
Figure pat00058
Is a metric projection function that sends the input value to convex set C,
Figure pat00059
Wow
Figure pat00060
Are the objective function and its
Figure pat00061
Is the gradient of,
Figure pat00062
Means the step size is a positive real number between (0,2).

[수학식 7]을 반복하면 [조건식 3]의 제약조건 내에서 목적 함수를 최적화시키는 해를 찾을 수 있다는 것이 고정점(fixed point) 이론으로 증명되어있다. By repeating [Equation 7], the fixed point theory proves that we can find a solution that optimizes the objective function within the constraints of [Equation 3].

따라서 [수학식 7]을 풀기 위하여 목적 함수의

Figure pat00063
에 대한 기울기와 각 볼록 집합으로의 메트릭 사영 함수를 구하여야 한다. 본 발명에서 필요로하는 메트릭 사영은 타원체와 구에 대한 메트릭 사영으로, 구 집합으로의 메트릭 사영은 [수학식 8]로 나타낼 수 있다.Therefore, to solve Equation 7
Figure pat00063
We need to find the slope for and the metric projection function for each convex set. The metric projection required by the present invention may be a metric projection on an ellipsoid and a sphere, and the metric projection on a sphere set may be represented by Equation 8.

Figure pat00064
Figure pat00064

타원체로의 사영은 닫힌 꼴로 구하기 어려우나 수치적(Numerical)으로 찾는 알고리즘이 알려져 있다. 목적 함수의 함수의

Figure pat00065
에 대한 기울기는 [수학식 9]로 나타낼 수 있다.
Projections to ellipsoids are difficult to obtain in closed form, but algorithms are known to find them numerically. Function of the objective function
Figure pat00065
The slope with respect to Equation 9 can be expressed.

Figure pat00066
Figure pat00066

여기서,

Figure pat00067
이다. here,
Figure pat00067
to be.

[수학식 9]에 대한 목적 함수의 기울기와 상기 메트릭 사영 함수로 필요로 하는 함수 T를 구성하면, [수학식 7]에 표현된 알고리즘을 구현할 수 있다. [수학식 7]에 나오는 과정을 반복적으로 시행하여, 최종적으로 [조건식 3]의 최적의 해를 구할 수 있게 된다. 도 2에 적응적 사영 준기울기 방법으로 완화 제로 포싱 빔을 설계하는 알고리즘의 동작 과정으로 정리해놓았다.By configuring the slope of the objective function with respect to Equation 9 and the function T required by the metric projection function, the algorithm represented by Equation 7 can be implemented. By repeatedly performing the process shown in [Equation 7], the optimal solution of [Condition 3] can be finally obtained. Fig. 2 summarizes the operation process of the algorithm for designing a zero-forcing beam with an adaptive projection quasi-slope method.

특히 모든 수신기에서 열잡음의 크기가 같고,

Figure pat00068
각 수신기가 허용할 수 있는 총 간섭의 최대 파워를 결정하는 변수도 같다고 하였을 때,
Figure pat00069
[수학식 4]에 나타나는 K-1 개의 RZF 제약 조건을 다음 [수학식 10]와 같이 간단히 한 개의 RZF 제약 조건으로 표현할 수 있다.
In particular, all receivers have the same thermal noise,
Figure pat00068
Assuming that the maximum power of the total interference that each receiver can tolerate is the same,
Figure pat00069
The K-1 RZF constraints shown in [Equation 4] can be simply expressed as one RZF constraint as shown in [Equation 10] below.

Figure pat00070
Figure pat00070

여기서,

Figure pat00071
(크기: (K-1)M×N)이다. [수학식 4]와 같이 K-1 개의 RZF 제약 조건을 쓰는 대신 [수학식 10]과 같이 단일한 RZF 제약 조건을 쓸 수 있는 경우 [조건식 3]과 같은 완화된 제로 포싱 빔 설계 조건식를 아래 [조건식 4]와 같이 바꿀 수 있다.
here,
Figure pat00071
(Size: (K-1) M × N). If a single RZF constraint can be used as shown in [Equation 10] instead of using K-1 RZF constraints as shown in [Equation 4], the relaxed zero forcing beam design conditional expression as shown in [Condition 3] is 4].

[조건식 4][Conditional expression 4]

Figure pat00072
Figure pat00072

여기서,

Figure pat00073
이다. [조건식 3]에서는 제약 조건이 총 개수가 K임과 달리 [조건식 4]에서는 제약 조건이 2개로 줄어든 것을 알 수 있다. 따라서, 제약조건 (C.3)과 (C.2)을 각각 집합
Figure pat00074
Figure pat00075
로 나타낼 수 있으며, (여기서
Figure pat00076
이며
Figure pat00077
을 뜻한다.) 여기에 상기한 적응적 사영 준기울기 방법을 적용하면, 수학식 11과 같이 간단히 쓸 수 있다.
here,
Figure pat00073
to be. In condition 3, the total number of constraints is K, whereas in condition 4, the constraints are reduced to two. Therefore, the set of constraints (C.3) and (C.2), respectively
Figure pat00074
Wow
Figure pat00075
Can be represented by (where
Figure pat00076
And
Figure pat00077
If we apply the adaptive projection quasi-slope method to it, we can simply write

Figure pat00078
Figure pat00078

이때 목적 함수의

Figure pat00079
에 대한 기울기(gradient)는 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Where the objective function
Figure pat00079
The gradient with respect to can be expressed as shown in Equation 12.

Figure pat00080
Figure pat00080

[수학식 12]에서

Figure pat00081
이다. 결과적으로 [수학식 7]에서는 K-1 개의 타원 볼록 집합으로 메트릭 사영을 했어야 하나, [수학식 11]에서는 1개의 타원
Figure pat00082
로의 메트릭 사영만으로 충분하여 알고리즘의 실행 복잡도에서 많은 이득을 얻을 수 있다.
In [Equation 12]
Figure pat00081
to be. As a result, in Equation 7, we should have projected the metric with a set of K-1 ellipsoid convex, but in Equation 11 1 ellipse
Figure pat00082
The metric projection of the raw suffice is sufficient, which can benefit a lot from the execution complexity of the algorithm.

도 4 및 도 5는 [조건식 4]와 같은 상황에서 [수학식 11]을 통해 완화 제로 포싱 빔을 얻었을 때 얻어지는 총 데이터율 그래프이다.4 and 5 are graphs of the total data rates obtained when a relaxation forcing beam is obtained through Equation 11 in the same condition as in [Condition 4].

도 4 및 도 5를 참조하면, 각 단말기가 동일하게

Figure pat00083
을 갖는다고 두었고 각각 (N,K,M)=(6,3,2)와 (N,K,M)=(10,5,2)인 상황에서, 도 4는
Figure pat00084
을 각각 1, 0.1, 0.01로 두었을 때 완화 제로 포싱 송신 빔의 성능과 제로 포싱 송신 빔의 성능을 비교한 그래프이고, 도 5는
Figure pat00085
을 각각 6,1,0.1로 두었을 때 완화 제로 포싱 송신 빔의 성능과 제로 포싱 송신 빔의 성능을 나타낸 그래프이다.
4 and 5, each terminal is the same
Figure pat00083
4 and (N, K, M) = (6, 3, 2) and (N, K, M) = (10, 5, 2), respectively, FIG.
Figure pat00084
Is a graph comparing the performance of the relaxed forcing transmission beam and the performance of the zero forcing transmission beam when 1 is set to 1, 0.1, and 0.01, respectively.
Figure pat00085
Is a graph showing the performance of the mitigating zero-forcing transmission beam and the performance of the zero-forcing transmission beam when P is set to 6, 1, and 0.1, respectively.

도 6는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 협력 전송이 가능한 협력 다중입력 다중출력 다중 셀룰러 망(Cooperative MIMO multi-cell network)을 나타낸 예시도이며, 도 7은 도 6에 도시된 다중입력 다중출력 다중 셀룰러 망을 이용한 완화된 제로 포싱 빔 형성 송신 방법을 나타낸 블럭도이다.FIG. 6 is an exemplary diagram illustrating a cooperative MIMO multi-cell network capable of cooperative transmission according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a multi-input multiple output multiple output shown in FIG. A block diagram illustrating a relaxed zero forcing beamforming transmission method using a cellular network.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 완화된 제로 포싱에 기반한 MIMO 빔 형성 송신 방법은 2이상의 기지국이 중앙관리 기지국에 의하여 2 이상의 사용자 단말들에 전송될 메시지를 협력하여 공유하는 단계(S110) 및 완화된 제로 포싱 빔 형성방법을 통하여 상기 2 이상의 사용자 단말들에 전송할 빔을 설계하는 단계(S120)를 포함한다.6 and 7, in the MIMO beamforming transmission method based on the relaxed zero forcing according to another embodiment of the present invention, two or more base stations cooperate with a message to be transmitted to two or more user terminals by a central management base station. The step S110 of designing a beam to be transmitted to the two or more user terminals through the sharing step S110 and the relaxed zero forcing beamforming method is included.

구체적으로, N 개의 송신 안테나를 가진 B개의 기지국과 M 개의 수신 안테나를 가진 K 명의 수신기를 가정하고 모든 기지국(120, 130)은 중앙 관리 기지국(110)(이하 거점 기지국이라 부른다.)에 의해 조정되어 모든 사용자 단말기(140,150,160) 내의 수신기에 정보를 협력 전송하는 상황을 가정한다. Specifically, assume B base stations with N transmit antennas and K receivers with M receive antennas, and all base stations 120 and 130 are coordinated by central management base station 110 (hereinafter referred to as base station base station). Assume a situation in which information is cooperatively transmitted to receivers in all user terminals 140, 150, and 160.

상기 거점 기지국(110)에 의해 조정되어 협력 전송하는 상황이란, 각 사용자 단말기(140,150,160)의 수신기에 전달되어야 하는 서로 다른 메시지를 B 개의 기지국이 공유하고 (즉, 모두 알고 있어) 각 수신기에 전달되는 메시지를 모든 기지국이 동시에 전송 신호를 협력가공하여 전송하는 상황을 말한다. The situation in which coordination and coordination by the base station 110 is performed by B base stations sharing (i.e., all known) different messages that should be delivered to the receivers of the respective user terminals 140, 150, and 160. This is a situation in which all base stations transmit a message by cooperatively processing a transmission signal.

각 수신기에 보내야 할 정보를 각 기지국이 모두 알고 있으므로 [도 6]에서와 같이 각각의 기지국이 전체 수신기에게 원하는 메시지를 동시에 보내줄 수 있는 broadcast 상황이 된다.Since each base station knows all the information to be sent to each receiver, as shown in FIG. 6, each base station can broadcast a desired message to all receivers simultaneously.

상기 S120은 다음에 기재된 수학식 및 조건식을 통해 완화된 제로 포싱 빔을 설계하는 단계일 수 있다.S120 may be a step of designing a relaxed zero forcing beam through the equations and conditional expressions described below.

만약, N≥MK 인 상황을 가정하면, 수신기 i의 수신 신호는 다음 [수학식 13]과 같이 나타낼 수 있다.
If it is assumed that N≥MK, the received signal of the receiver i may be represented by Equation 13 below.

Figure pat00086
Figure pat00086

여기서,

Figure pat00087
는 크기가 M×N 이며 기지국 j에서 수신기 i로의 채널을 나타내고,
Figure pat00088
기지국 j에서 수신기 i로 정보를 전송할 때 사용하는 크기가 N×d인 송신 빔 행렬을 나타낸다. 송신 빔의 파워
Figure pat00089
의 제약을 갖는다. here,
Figure pat00087
Denotes a channel M from base station j to receiver i,
Figure pat00088
A transmission beam matrix having a size of N × d is used when transmitting information from the base station j to the receiver i. Power of transmission beam
Figure pat00089
Has a constraint.

[수학식 13]에서 우변의 첫째 항이 수신기 i에서 원하는 신호를, 둘째와 셋째 항은 각각 간섭과 열잡음을 나타낸다. 앞서 설명한 대로 완화된 제로 포싱 조건은 본 예제에서 [수학식 14]와 같이 나타난다.
In Equation 13, the first term on the right side represents a desired signal at receiver i, and the second and third terms represent interference and thermal noise, respectively. As described above, the relaxed zero forcing condition is represented by Equation 14 in this example.

Figure pat00090
Figure pat00090

[수학식 14]는 기지국 m에서 수신기 i를 위한 메시지를 송신할 때, 이 신호가 수신기 j에 미치는 간섭의 세기를 단말기 j의 열잡음에 기초하여 만든 완화된 제로 포싱 조건이다. Equation (14) is a relaxed zero forcing condition in which, when transmitting a message for the receiver i from the base station m, the strength of the interference of the signal on the receiver j is based on the thermal noise of the terminal j.

[수학식 14]을 바탕으로 상기한 예제와 비슷한 방법을 이용하여, 최종적으로 다음과 같은 송신 빔 벡터 설계 조건식을 만들 수 있다.
Based on Equation 14, a method of designing a transmission beam vector design can be finally generated by using a method similar to the above example.

[조건식 5][Conditional expression 5]

각 기지국 j=1,2,…, B에 대하여,Each base station j = 1,2,... , For B,

Figure pat00091
Figure pat00091

여기서

Figure pat00092
이다. 즉, 임의의 기지국 j에서 수신기 i를 위한 송신 빔 행렬
Figure pat00093
는 [조건식 5]를 풀어서 얻을 수 있게 되는데 [조건식 5]는 [조건식 3] 또는 [조건식 4]와 같이 적응적 사영 준기울기 방법을 이용해 해를 구한 것과 같은 일련의 과정을 거쳐 송신 빔 행렬을 얻을 수 있다.
here
Figure pat00092
to be. That is, the transmit beam matrix for receiver i at any base station j
Figure pat00093
Can be obtained by solving [Condition 5]. [Condition 5] can be obtained through the same process as the solution using the adaptive projection quasi-slope method such as [Condition 3] or [Condition 4]. Can be.

도 8 및 도 9는 협력 다중입력 다중출력 다중 셀룰러 망에서 완화 제로 포싱 송신 빔을 통해 얻을 수 있는 총 데이터율과 제로 포싱 송신 빔을 사용했을 때 얻을 수 있는 총 데이터율을 나타낸 예시도이다.8 and 9 are exemplary diagrams showing the total data rate that can be obtained through a relaxed zero forcing transmission beam and the total data rate that can be obtained when using a zero forcing transmission beam in a cooperative multi-input multi-output multi-cellular network.

이때,

Figure pat00094
라고 두고
Figure pat00095
라고 하였으며,
Figure pat00096
라고 가정한다.At this time,
Figure pat00094
Leave
Figure pat00095
Said,
Figure pat00096
.

도 8은 K=6, N=6, M=1, B=2 인 경우이고, 도 9는 K=8이고 N=8, M=1, B=2 인 경우이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 완화된 제로 포싱에 기초한 빔이 각각 신호대잡음비가 -10dB ~ 10dB와 -10dB ~ 15dB인 상황에서 기존의 제로 포싱 기법보다 훨씬 좋은 성능을 갖는 것을 알 수 있다.8 shows a case where K = 6, N = 6, M = 1, and B = 2, and FIG. 9 shows a case where K = 8 and N = 8, M = 1, and B = 2. Referring to FIGS. 8 and 9, it can be seen that the beams based on the relaxed zero forcing have much better performance than the conventional zero forcing techniques in the situations where the signal-to-noise ratios are -10 dB to 10 dB and -10 dB to 15 dB, respectively.

특히 신호대잡음비가 낮을 때 성능 증가가 큰 것을 알 수 있다.
In particular, it can be seen that the performance increase is large when the signal to noise ratio is low.

즉 본 발명에 따른 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법은 각 단말기가 최대로 미칠 수 있는 총 간섭량을 협력 기지국들이 미리 결정하여 그것의 제약을 만족시키면서 각 기지국이 메시지를 전송하기 원하는 단말기의 데이터율을 최대화 시켜주는 송신 빔 형성 방법이다.In other words, the relaxed zero forcing-based MIMO beamforming transmission method according to the present invention provides the maximum amount of interference that each terminal can have. The transmission beamforming method maximizes the data rate.

뿐만 아니라, RZF 송신 빔 형성법은 각 기지국들이 자신으로부터 각 단말기들로 가는 채널만 필요하고 다른 기지국들과 단말기들 사이의 채널은 알 필요 없는 송신 빔 형성법이다.In addition, the RZF transmission beamforming method is a transmission beamforming method in which each base station needs only a channel from itself to each terminal and does not need to know a channel between other base stations and terminals.

본 발명의 완화된 제로 포싱을 기반으로 하는 협력 다중 셀 MIMO 빔 형성 방법에 따르면, 수신기에서 채널과 송신 빔 정보를 모두 알 필요 없고, 송신 빔 설계시 자유도를 보장하도록 하는 효과를 가진다.According to the cooperative multi-cell MIMO beamforming method based on the relaxed zero forcing of the present invention, the receiver does not need to know both the channel and the transmission beam information, and has the effect of guaranteeing the freedom when designing the transmission beam.

또한 본 발명의 완화된 제로 포싱을 기반으로 하는 협력 다중 셀 MIMO 빔 형성 방법에 따르면, 제로 포싱의 단점이었던 빔의 자유도를 높임으로써 총 데이터율의 성능 향상을 보였다. In addition, according to the cooperative multi-cell MIMO beamforming method based on the relaxed zero forcing of the present invention, the performance of the total data rate is improved by increasing the degree of freedom of the beam, which is a disadvantage of the zero forcing.

뿐만 아니라, 이 방식을 통해 원하지 않는 단말에 미치는 간섭량을 조절하면서 협력하는 새로운 협력 빔 시스템을 제시하고, 각 기지국이 정보 전송을 원하지 않는 단말에게 생기게 되는 간섭량을 조절 가능하면서 동시에 원하는 단말의 데이터율을 최적화시키는 효과를 가진다.In addition, through this scheme, we propose a new cooperative beam system that cooperates while controlling the amount of interference on an undesired terminal, and allows each base station to adjust the amount of interference caused to a terminal that does not want to transmit information, while simultaneously controlling the data rate of the desired terminal. Has the effect of optimizing

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the appended claims.

110: 중앙 관리 기지국
120, 130, 210, 220, 230: 기지국
140, 150, 160, 240, 250, 260: 사용자 단말기
110: central management base station
120, 130, 210, 220, 230: base station
140, 150, 160, 240, 250, 260: user terminal

Claims (10)

완화된 제로 포싱 빔 형성 방법을 통해 사용자 단말들에 전송할 빔을 설계하는 단계; 및
설계된 상기 빔을 송신하는 단계를 포함하는 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법.
Designing a beam to be transmitted to user terminals through a relaxed zero forcing beamforming method; And
Transmitting the designed beam comprising: a relaxed zero forcing based MIMO beamforming transmission method.
제1항에 있어서,
상기 설계하는 단계는,
상기 사용자 단말들에 영향을 주는 간섭의 최대 허용치를 미리 설정하고, 미리 설정된 상기 최대 허용치가 0 보다 크거나 같도록 설정하는 단계인 것을 특징으로 하는 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법.
The method of claim 1,
Wherein the designing comprises:
And presetting a maximum allowable amount of interference affecting the user terminals, and setting the preset maximum allowable value to be greater than or equal to zero.
제2항에 있어서,
상기 간섭의 허용치는,
상기 사용자 단말들 각각의 열잡음 레벨을 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법.
The method of claim 2,
The allowance of the interference,
The zero-forcing-based MIMO beamforming transmission method of claim 1, wherein the user terminal is configured in consideration of the thermal noise level of each of the user terminals.
제3항에 있어서,
상기 열잡음 레벨은,
상기 사용자 단말기와 기지국과의 형성된 채널을 통해 수신되는 신호대잡음비 및 간섭대잡음비를 통해 상기 기지국에서 추정하는 것을 특징으로 하는 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법.
The method of claim 3,
The thermal noise level is,
And estimating at the base station based on the signal-to-noise ratio and the interference-to-noise ratio received through the channel formed between the user terminal and the base station.
제4항에 있어서,
상기 신호대잡음비 또는 상기 간섭대잡음비는,
상기 채널 크기의 제곱 대비 열잡음 레벨로 정의되는 것을 특징으로 하는 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법.
5. The method of claim 4,
The signal to noise ratio or the interference to noise ratio,
And a thermal noise level relative to the square of the channel size.
제5항에 있어서,
상기 설계하는 단계는,
아래에 기재된 수학식 4를 이용하여, 아래의 완화된 제로 포싱 조건을 만족하는 빔을 설계하는 단계인 것을 특징으로 하는 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법.
[수학식 4]
Figure pat00097

(여기서, Hji는 j번째 송신단과 i번째 수신단 사이의 크기가 M×N인 행렬을 나타내며, Vi는 크기가 N×d인 빔 형성 행렬을 나타내며,
Figure pat00098
는 간섭의 허용치를 나타낸다.
[조건식]
Figure pat00099

여기서,
Figure pat00100
이며,
(C.1)과 (C.2)는 각각 집합
Figure pat00101
, 와
Figure pat00102
로 나타낼 수 있다. 여기서,
Figure pat00103
이고,
Figure pat00104
이며,
Figure pat00105
이다.
(vec(·)는 행렬의 첫 번째 열 벡터부터 마지막 열 벡터까지 순서대로 아래로 쌓아서 열 벡터를 만드는 연산자이며,
Figure pat00106
는 크로네커곱(Kronecker product)을 뜻한다.)
The method of claim 5,
Wherein the designing comprises:
Equation 4 described below, the step of designing a beam that satisfies the relaxed zero forcing conditions below, characterized in that the relaxed zero forcing based MIMO beamforming transmission method.
&Quot; (4) "
Figure pat00097

Where H ji denotes a matrix of size M × N between the j th transmitter and the i th receiver, and V i denotes a beam forming matrix of size N × d,
Figure pat00098
Represents the tolerance of the interference.
[Conditional expression]
Figure pat00099

here,
Figure pat00100
Is,
(C.1) and (C.2) are sets
Figure pat00101
, Wow
Figure pat00102
. here,
Figure pat00103
ego,
Figure pat00104
Is,
Figure pat00105
to be.
(vec (·) is an operator that creates a column vector by stacking down from the first column vector to the last column vector in the matrix.
Figure pat00106
Means Kronecker product.)
제6항에 있어서,
상기
Figure pat00107
는,
아래에 기재된 수학식 7을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법.
[수학식 7]
Figure pat00108

여기서,
Figure pat00109
인데,
Figure pat00110
는 입력 값을 볼록 집합 C로 보내는 메트릭 사영(metric projection) 함수이고,
Figure pat00111
Figure pat00112
는 각각 목적 함수와 그것의
Figure pat00113
에 대한 기울기(gradient)를 나타내며,
Figure pat00114
은 (0,2) 사이의 양의 실수로 스텝 사이즈를 (step size)를 나타낸다.
The method according to claim 6,
remind
Figure pat00107
Quot;
A relaxed zero forcing based MIMO beamforming transmission method, which is calculated using Equation 7 described below.
&Quot; (7) "
Figure pat00108

here,
Figure pat00109
However,
Figure pat00110
Is a metric projection function that sends the input value to convex set C,
Figure pat00111
Wow
Figure pat00112
Are the objective function and its
Figure pat00113
Indicates the gradient to,
Figure pat00114
Denotes a step size with a positive real number between (0, 2).
제2항에 있어서,
상기 설계하는 단계는,
2 이상의 기지국이 중앙 관리 기지국에 의하여 2 이상의 사용자 단말들에 전송될 메시지를 협력하여 공유하는 단계 및
완화된 제로 포싱(Zero-forcing) 빔 형성 방법을 통하여 상기 2 이상의 사용자 단말들에 전송할 빔을 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법.
The method of claim 2,
Wherein the designing comprises:
Cooperatively sharing a message to be transmitted to two or more user terminals by the central management base station by the two or more base stations; and
And designing a beam to be transmitted to the two or more user terminals through a relaxed zero-forcing beamforming method.
제8항에 있어서,
상기 설계하는 단계는,
상기 2 이상의 사용자 단말들에 영향을 주는 간섭의 최대 허용치를 미리 설정하고, 미리 설정된 상기 최대 허용치를 완화된 제로 포싱 조건으로 하는 완화된 제로 포싱(Zero-forcing) 빔 형성 방법을 통하여 상기 2 이상의 사용자 단말들에 전송할 빔을 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the designing comprises:
The at least two users through a relaxed zero-forcing beamforming method which presets a maximum allowable amount of interference affecting the at least two user terminals and sets the preset maximum allowable as a relaxed zero forcing condition And designing a beam to be transmitted to the terminals.
제9항에 있어서,
상기 완화된 제로 포싱 조건은
다음의 수학식
Figure pat00115

(여기서,
Figure pat00116
는 크기가
Figure pat00117
이며 기지국 j에서 수신기 i로의 채널을 나타내고,
Figure pat00118
는 기지국 j에서 수신기 i로 정보를 전송할 때 사용하는 크기가
Figure pat00119
인 송신 빔 행렬을 나타낸다.
Figure pat00120
는 기지국 m에서 수신기 i를 위한 메시지를 송신할 때, 이 신호가 수신기 j에 허용할 수 있는 최대 간섭의 세기를 말한다.) 에 해당하는 완화된 제로 포싱 기반의 MIMO 빔 형성 송신 방법.
10. The method of claim 9,
The relaxed zero forcing condition is
The following equation
Figure pat00115

(here,
Figure pat00116
Is the size
Figure pat00117
Denotes a channel from base station j to receiver i,
Figure pat00118
Is the size used when transmitting information from base station j to receiver i
Figure pat00119
Indicate the transmit beam matrix.
Figure pat00120
Is the maximum strength of interference that this signal can tolerate for receiver j when transmitting a message for receiver i at base station m).
KR1020120015830A 2011-10-17 2012-02-16 Cooperative multi-cell mimo beamforming method based on relaxed zero-forcing KR101308141B1 (en)

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