KR20130112743A - 다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서 간섭 정렬에 기반한 기지국과 단말의 통신 방법 및 다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서 간섭 정렬 및 블록 순차적 간섭 선­제거를 이용한 통신 방법 - Google Patents

다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서 간섭 정렬에 기반한 기지국과 단말의 통신 방법 및 다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서 간섭 정렬 및 블록 순차적 간섭 선­제거를 이용한 통신 방법 Download PDF

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KR20130112743A
KR20130112743A KR1020130021362A KR20130021362A KR20130112743A KR 20130112743 A KR20130112743 A KR 20130112743A KR 1020130021362 A KR1020130021362 A KR 1020130021362A KR 20130021362 A KR20130021362 A KR 20130021362A KR 20130112743 A KR20130112743 A KR 20130112743A
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interference
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transmitter
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KR1020130021362A
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박재현
유성진
송명선
정병장
최재익
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한국전자통신연구원
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Abstract

다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서 간섭 정렬에 기반한 기지국과 단말의 통신 방법 및 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서 간섭 정렬 및 블록 순차적 간섭 선-제거를 이용한 통신 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 기지국은 간섭 채널에서 SINR과 SLNR을 최대로 하도록 프리코딩 매트릭스를 결정하고, 기지국과 통신하는 단말은 간섭을 정렬하기 위한 디코딩 매트릭스를 결정한다. 또한, 다른 실시예에 따른 다중 셀 간섭 채널을 갖는 통신 시스템 내 송신기는 간섭 정렬을 위하여 복수의 송신기들로부터 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 계산하고, 회전 매트릭스를 이용하여 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 식별하며, 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭이 미리 제거되도록 대상 송신기의 유효 심볼 벡터 및 블록 상위 삼각 매트릭스를 이용하여 대상 송신기의 송신 신호를 생성한다.

Description

다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서 간섭 정렬에 기반한 기지국과 단말의 통신 방법 및 다중 사용자 ＭＩＭＯ 간섭 채널에서 간섭 정렬 및 블록 순차적 간섭 선­제거를 이용한 통신 방법{METHOD OF COMMUNICATING BETWEEN BASE STATION AND TERMINAL BASED ON INTERFERENCE ALIGNMENT IN MULTICELL MULTIUSER MIMO INTERFERENCE CHANNEL AND METHOD AND APPARATUS OF COMMUNICATION USING INTERFERENCE ALIGNMENT AND BLOCK SUCCESSIVE INTERFERENCE PRE­CANCELLATION FOR MULTI­USER MULTIPLE­INPUT MULTIPLE­OUTPUT INTERFERENCE CHANNEL}
아래 실시예들은 다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서 간섭 정렬에 기반한 기지국과 단말의 통신 방법에 관련된다.
또한, 아래의 실시예들은 다중 사용자 MIMO 간섭 채널에서 간섭 정렬 및 블록 순차적 간섭 선-제거를 이용한 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 데이터 통신 서비스의 증가로 복수의 단말들 및 액세스 포인트(AP)로부터 전송되는 간섭 신호 또한 증가하고 있다. 이로 인해, 데이터 통신 서비스는 통신 용량 증가의 한계 및 통신 품질 저하라는 문제에 부딪히고 있다.
과거에는 액세스 포인트를 증가시킴으로써 통신 음영지역을 없애거나 통신 용량을 증가시킬 수 있었다. 다만, 액세스 포인트의 수가 일정 임계점 이상으로 늘어나고 셀(cell)의 크기가 작아짐에 따라, 인접한 여러 액세스 포인트에서 전송되는 간섭 신호의 영향이 매우 커졌다. 최근에는 펨토셀(Femto-cell) 개념을 도입하여 매우 작은 크기의 셀에서 무선 통신 기법의 연구가 활발히 진행되고 있다.
하지만, 간섭을 줄이기 위해 기존의 주파수를 재사용하기 위한 셀 플래닝(Cell planning) 기법이나 다중 안테나를 이용한 MIMO 기술은 간섭을 제어하는데 한계가 있다.
또한, 셀 용량을 증대시키기 위해 다중안테나를 이용한 간섭 정렬 기법이 제안되었으나, 간섭 정렬 가중치를 구하기 위해 많은 채널 정보를 필요로 하고, 막대한 계산량이 요구된다.
한편, 최근 데이터 통신 서비스 사용자의 증가에 따라 수 많은 송신기들 및 수신기들 상호간의 간섭 신호들이 많이 발생된다. 이러한 간섭 신호들로 인해 통신 용량의 증가는 한계에 다다르고, 통신의 품질은 저하되는 문제가 발생되고 있다.
이를 위해 과거에는 AP(access point)를 증가시킴으로써 통신 음영지역을 없애거나 통신 용량을 증가시킬 수 있었다. 그러나 AP가 어느 임계점 이상으로 늘어나고 셀의 크기가 작아짐으로 인해 인접한 여러 AP에서 전송되는 간섭 신호가 매우 증가하게 되었다.
최근에는 셀 용량을 증대시키기 위해 다중 안테나를 이용한 간섭 정렬 기법이 제안되었다. 하지만 상기 간섭 정렬 기법은 일반적인 안테나와 단말기 개수에 대해서 완벽하게 간섭 정렬시킬 수 있는 프리코딩(Precoding)/디코딩(decoding) 해가 존재하는지 알려져 있지 않은 문제가 있다.
따라서 본 발명에서는 상기 간섭 정렬 기법에 선-제거(Pre-cancellation)기법을 도입하여 기존 간섭 정렬에 비해 더 높은 다중화 이득(Multiplexing gain) 또는 자유도(degrees of freedom: DOF)를 얻을 수 있는 방법을 제시한다.
본 발명의 실시예들은 다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널에서 신호 전력 대비 간섭 및 잡음 전력 비(signal to interference and noise ratio, SINR)와 신호 전력 대비 누수 및 잡음 전력 비(signal to leakage and noise ratio, SLNR)를 최대로 하도록 간섭을 정렬하여 통신하는 방법을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예들은 다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널에서 복수의 기지국들이 각각의 기지국에서 각각의 대상 단말까지의 채널 정보를 나머지 기지국들과 공유하지 않고도 프리코딩 매트릭스를 계산할 수 있도록 함으로써, 복수의 기지국들이 각자의 프리코딩 매트릭스를 분산적으로 계산할 수 있도록 하는 기술을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널에서 반복(iteration) 연산을 요구하지 않는 알고리즘을 이용하여 간섭 정렬을 위한 프리코딩 매트릭스를 계산함으로써, 프리코딩 매트릭스를 계산하는 데 필요한 계산 복잡도를 낮추는 기술을 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시예들은 다중 셀 간섭을 갖는 통신 시스템에서 다중 사용자 MIMO 간섭 채널을 간섭 정렬 및 블록 순차적 간섭 선-제거를 이용하여 송신 신호를 생성함으로써, 다중화 이득 또는 DOF를 향상 시킬 수 있는 통신 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 적어도 제2 셀 내의 제2 기지국으로부터 전송된 신호에 의해 간섭을 받는 제1 셀 내의 단말과 통신하는 상기 제1 셀 내의 제1 기지국의 통신 방법은 상기 단말에 설치된 안테나들과 상기 제1 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스 및 상기 단말에 설치된 안테나들과 상기 제2 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 인지하는 단계; 상기 제1 셀 내의 적어도 하나의 나머지 단말에 설치된 안테나들과 상기 제1 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스 및 상기 적어도 하나의 나머지 단말에 설치된 안테나들과 상기 제2 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 인지하는 단계; 및 상기 단말에 대한 신호 전력 대비 누수 및 잡음 전력비가 극대화될 수 있도록, 상기 채널 매트릭스들을 기초로 상기 제1 기지국과 상기 단말 사이의 통신에 사용되는 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계는 상기 채널 매트릭스들과 상기 단말에서의 잡음 성분을 기초로 매트릭스 쌍을 생성하는 단계; 및 상기 매트릭스 쌍에 대해 일반 고유값 분해를 적용하여 적어도 하나의 일반 고유값을 추출하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 일반 고유값 중 가장 큰 일반 고유값에 대응하는 고유벡터를 이용하여 상기 프리코딩 매트릭스를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계는 상기 채널 매트릭스들과 상기 단말에서의 잡음 성분을 기초로 K 매트릭스를 생성하는 단계; 상기 K 매트릭스에 대해 QR 분해를 적용하여 제1 QR 인자와 제2 QR 인자를 추출하는 단계; 상기 제1 QR 인자에 대해 특이값 분해를 적용하여 제1 특이값 인자를 추출하는 단계; 및 상기 제2 QR 인자와 상기 제1 특이값 인자를 기초로 상기 프리코딩 매트릭스를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 기지국의 통신 방법은 상기 제1 기지국과 상기 적어도 하나의 나머지 단말 사이의 통신에 사용되는 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계; 상기 제2 기지국과 상기 제2 셀에 포함된 적어도 하나의 단말 사이의 통신 각각에 사용되는 프리코딩 매트릭스를 인지하는 단계; 및 상기 단말에 대한 신호 전력 대비 간섭 및 잡음 전력비가 극대화될 수 있도록, 상기 채널 매트릭스들 및 상기 프리코딩 매트릭스들을 기초로 상기 제1 기지국에 의해 사용되는 전력 할당 가중치 벡터를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 할당 가중치 벡터를 결정하는 단계는 상기 채널 매트릭스들 및 상기 프리코딩 매트릭스들을 기초로 싸이 매트릭스를 계산하는 단계; 상기 싸이 매트릭스에 대해 고유값 분해를 적용하여 적어도 하나의 고유값을 추출하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 고유값 중 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터를 이용하여 상기 전력 할당 가중치 벡터를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 제2 셀 내의 제2 기지국으로부터 전송된 신호에 의해 간섭을 받고, 제1 셀 내의 제1 기지국과 통신하는 상기 제1 셀 내의 단말의 통신 방법은 상기 단말에 설치된 안테나들과 상기 제2 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 인지하는 단계; 상기 제1 셀 내의 적어도 하나의 나머지 단말에 설치된 안테나들과 상기 제1 셀 내의 제1 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스 및 상기 적어도 하나의 나머지 단말에 설치된 안테나들과 상기 제2 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 인지하는 단계; 상기 제1 기지국과 상기 적어도 하나의 나머지 단말 사이의 통신에 사용되는 프리코딩 매트릭스 및 상기 제2 기지국과 상기 제2 셀에 포함된 적어도 하나의 단말 사이의 통신 각각에 사용되는 프리코딩 매트릭스를 인지하는 단계; 및 상기 채널 매트릭스들 및 상기 프리코딩 매트릭스들을 기초로 상기 단말에서의 간섭을 정렬하는 디코딩 매트릭스를 결정하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 디코딩 매트릭스를 결정하는 단계는 상기 단말에서의 간섭 신호들을 인지하는 단계; 상기 간섭 신호들 각각의 유효 채널에 대해 직교하는 공백 공간을 스팬하는 적어도 하나의 직교 기반 벡터를 계산하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 직교 기반 벡터를 이용하여 상기 디코딩 매트릭스를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 디코딩 매트릭스를 결정하는 단계는 상기 채널 매트릭스들 및 상기 프리코딩 매트릭스들을 기초로 Q 매트릭스를 생성하는 단계; 상기 Q 매트릭스에 대해 고유값 분해를 적용하여 적어도 하나의 고유값을 추출하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 고유값을 이용하여 디코딩 매트릭스를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 기지국과 상기 적어도 하나의 나머지 단말 사이의 통신에 사용되는 프리코딩 매트릭스는 상기 적어도 하나의 나머지 단말에 대한 신호 전력 대비 누수 및 잡음 전력비가 극대화될 수 있도록 결정되고, 상기 제2 기지국과 상기 제2 셀에 포함된 적어도 하나의 단말 사이의 통신 각각에 사용되는 프리코딩 매트릭스는 상기 제2 셀에 포함된 적어도 하나의 단말에 대한 신호 전력 대비 누수 및 잡음 전력비가 극대화될 수 있도록 결정되는 것일 수 있다.
다른 일 측에 따른 간섭 제거를 위한 송신기의 통신 방법은
간섭 정렬을 위하여 복수의 송신기들로부터 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 계산하는 단계; 상기 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 식별하는 단계; 및 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭이 미리 제거되도록 대상 송신기의 유효 심볼 벡터 및 상기 블록 상위 삼각 매트릭스를 이용하여 대상 송신기의 송신 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 간섭 정렬을 위하여 복수의 송신기들로부터 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 계산하는 단계는 이웃 송신기의 회전 매트릭스에 대한 정보를 수신하는 단계; 상기 이웃 송신기에서의 회전 매트릭스 및 상기 대상 송신기에서 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 이용해 상기 대상 송신기에서의 회전 매트릭스를 식별하는 단계; 및 상기 대상 송신기에서의 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들로부터 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 송신기들로부터 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들은 상기 채널과 관련한 지표를 이용한 배치 기준에 따라 배치된 채널 행렬들일 수 있다.
상기 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들에 대응하는 변형된 유효 심볼 벡터들을 식별하는 단계는 상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들을 식별하는 단계; 및 상기 회전 매트릭스 및 상기 데이터 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭이 미리 제거되도록 대상 송신기의 유효 심볼 벡터 및 상기 블록 상위 삼각 매트릭스를 이용하여 대상 송신기의 송신 신호를 생성하는 단계는 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬을 계산하는 단계; 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대한 정보 및 상기 이웃 송신기의 적어도 하나의 간섭 채널 행렬을 식별하는 단계; 상기 대상 송신기의 유효 심볼 벡터, 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대한 정보 및 상기 이웃 송신기의 적어도 하나의 간섭 채널 행렬을 이용하여 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭을 미리 제거하는 단계; 상기 미리 제거된 간섭에 대한 정보 및 상기 대상 송신기로부터 상기 대상 수신기로의 채널 행렬의 역행렬을 이용하여 상기 대상 송신기의 송신 신호를 계산하는 단계; 상기 유효 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들의 변형된 유효 심볼 벡터들을 식별하는 단계; 및 상기 변형된 유효 심볼 벡터들을 이용하여 상기 대상 송신기의 송신 신호를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬을 계산하는 단계는 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 서브 매트릭스를 식별하는 단계; 상기 서브 매트릭스의 역행렬을 계산하는 단계; 및 상기 서브 매트릭스의 역행렬 및 네스티드(nested) 구조를 이용하여 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬을 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 유효 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들의 변형된 유효 심볼 벡터들을 계산하는 단계는 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 복수의 대각선(diagonal) 채널 행렬들을 이용하여 셀 인덱스를 식별하는 단계; 및 상기 복수의 송신기들의 유효 심볼 벡터들, 상기 회전 매트릭스, 교란 벡터(perturbation vector) 및 모듈로(modulo) 연산자를 이용하여 상기 복수의 송신기들의 변형된 유효 심볼 벡터들을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 교란 벡터는 상기 셀 인덱스, 상기 회전 매트릭스, 상기 대상 송신기의 유효 심볼 벡터, 상기 대상 송신기로부터 상기 대상 수신기로의 채널 행렬의 역행렬을 이용하여 생성한 교란 벡터일 수 있다.
상기 모듈로 연산자는 상기 유효 심볼 벡터들의 유클리디안 거리를 이용하여 설정한 모듈로 연산자일 수 있다.
또 다른 일 측에 따른 간섭 제거를 위한 송신기의 통신 장치는 간섭 정렬을 위하여 복수의 송신기들로부터 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 계산하는 회전 매트릭스 계산부; 상기 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 식별하는 유효 심볼 벡터 식별부; 및 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭이 미리 제거되도록 대상 송신기의 유효 심볼 벡터 및 상기 블록 상위 삼각 매트릭스를 이용하여 대상 송신기의 송신 신호를 생성하는 송신 신호 생성부를 포함할 수 있다.
상기 회전 매트릭스 계산부는 이웃 송신기의 회전 매트릭스에 대한 정보를 수신하는 이웃 송신기 회전 매트릭스 수신부; 상기 이웃 송신기에서의 회전 매트릭스 및 상기 대상 송신기에서 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 이용해 상기 대상 송신기에서의 회전 매트릭스를 식별하는 대상 송신기 회전 매트릭스 식별부; 및 상기 대상 송신기에서의 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들로부터 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 식별하는 회전 매트릭스 식별부를 포함할 수 있다.
상기 유효 심볼 벡터 식별부는 상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들을 식별하는 데이터 심볼 벡터 식별부; 및 상기 회전 매트릭스 및 상기 데이터 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 식별하는 유효 심볼 벡터 계산부를 포함할 수 있다.
상기 송신 신호 생성부는 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬을 계산하는 역행렬 계산부; 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대한 정보 및 상기 이웃 송신기의 적어도 하나의 간섭 채널 행렬을 식별하는 식별부; 상기 대상 송신기의 유효 심볼 벡터, 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대한 정보 및 상기 이웃 송신기의 적어도 하나의 간섭 채널 행렬을 이용하여 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭을 미리 제거하는 선-간섭 제거부; 상기 미리 제거된 간섭에 대한 정보 및 상기 대상 송신기로부터 상기 대상 수신기로의 채널 행렬의 역행렬을 이용하여 상기 대상 송신기의 송신 신호를 계산하는 송신 신호 계산부; 상기 유효 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들의 변형된 유효 심볼 벡터들을 식별하는 변형된 유효 심볼 벡터 계산부; 및 상기 변형된 유효 심볼 벡터를 이용하여 상기 대상 송신기의 송신 신호를 추출하는 송신 신호 추출부를 포함할 수 있다.
상기 변형된 유효 심볼 벡터 식별부는 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 복수의 대각선 채널 행렬들을 이용하여 셀 인덱스를 식별하는 셀 인덱스 식별부; 및 상기 복수의 송신기들의 유효 심볼 벡터들, 상기 회전 매트릭스, 교란 벡터 및 모듈로 연산자를 이용하여 상기 복수의 송신기들의 변형된 유효 심볼 벡터들을 연산하는 변형된 유효 심볼 벡터 연산부를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 기지국의 통신 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 통신 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 효과를 설명하기 위한 도면.
도 6은 복수의 송신기들과 복수의 수신기들을 포함하는 다중 사용자 다중 셀 간섭을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 제거를 위한 통신 방법을 나타낸 동작 흐름도.
도 8은 도 7에 도시된 단계 710을 보다 구체적으로 나타낸 동작 흐름도.
도 9는 도 7에 도시된 단계 720을 보다 구체적으로 나타낸 동작 흐름도.
도 10은 도 7에 도시된 단계 730을 보다 구체적으로 나타낸 동작 흐름도.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 제거를 위한 통신 장치를 나타낸 블록도.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 채널(100)은 복수의 셀(cell)들을 포함한다. 간섭 채널은 복수의 송/수신 단말의 쌍들이 동일한 주파수 자원을 이용하여 통신하는 채널이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 셀들 각각에서 다중 안테나가 설치된 복수의 단말들과 하나의 기지국이 서로 통신할 수 있다. 이 때, 기지국은 기지국에 설치된 다중 안테나를 이용하여 동일한 셀에 포함된 복수의 단말들과 통신을 수행할 수 있다.
한편, 기지국은 해당 셀에서 데이터 송신의 기능을 수행하는 송신단을 널리 포함한다. 예를 들면, 본 발명의 일실시예에 따른 기지국은 전송 받은 데이터를 전달하는 액세스 포인트(AP)를 포함한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 채널(100)은 K 개의 셀을 포함하고, 각각의 셀 내에는 2개의 단말들(즉, 2명의 사용자들)이 존재한다고 가정한다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 가정에 기반한 실시예들로부터 각각의 셀 내에 3개 이상의 단말들이 존재하는 경우로 용이하게 일반화할 수 있는 바, 본 발명은 후술할 실시예들에 한정되지 아니한다.
또한, 각각의 셀에 포함된 기지국은 동일한 셀 내의 단말들에게 서로 다른 데이터를 전송할 수 있다. 예를 들면, 제1 셀(110)에서 제1 기지국(111)은 단말(112)와 단말(113)에게 서로 다른 데이터를 전송할 수 있다. 이 때, 각각의 셀에 포함된 기지국은 M개의 안테나들을 가지고 있고, 단말들 각각은 N개의 안테나들을 가지고 있다고 가정한다.
이 경우, k번째 셀의 기지국에서 i번째 셀의 j번째 단말까지의 채널은
Figure pat00001
로 정의된다. 본 발명의 일실시예에 따른 상기
Figure pat00002
는 N*M 크기의 매트릭스일 수 있다.
또한, i번째 셀의 j번째 단말이 받는 신호
Figure pat00003
는 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00004

여기서,
Figure pat00005
는 i번째 셀의 j번째 단말이 받는 잡음 벡터이고,
Figure pat00006
는 k번째 셀의 기지국에 의해 전송되는 프리코딩(precoding) 된 신호이다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널(100)에서 수신단이 간섭 정렬을 할 수 있게끔 송신단이 프리코딩 된 신호를 전송한다. 간섭 정렬은 간섭 신호들이 시간, 주파수, 또는 공간 상에서 정렬되도록 시도하는 선형 프리코딩 기법이다.
즉,
Figure pat00007
는 k번째 셀의 기지국이 동일한 셀 내의 단말들 각각에게 보내는 프리코딩 된 신호로 구성된다. 이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 상기
Figure pat00008
는 M*1 크기의 매트릭스일 수 있고,
Figure pat00009
는 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00010

여기서,
Figure pat00011
는 k번째 셀의 j번째 단말을 위한 프리코딩 매트릭스이고,
Figure pat00012
는 k번째 셀의 j번째 단말에 대하여 전송되는 m차원의 심볼 벡터(symbol vector)이다. 본 발명의 실시예들은 수신단에서 간섭 정렬을 할 수 있게끔 송신단에서
Figure pat00013
를 결정하는 방법에 관한 것으로,
Figure pat00014
를 계산하는 시간 복잡도를 단축하는 기술을 제공한다.
이 때,
Figure pat00015
는 수학식 1과 수학식 2를 기초로 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00016

따라서, i번째 셀의 j번째 단말에 대한 신호 전력 대비 누수 및 잡음 전력비(Signal to Interference and Noise Ratio: SINR)는 수학식 4와 같이 정의될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00017

여기서,
Figure pat00018
는 잡음 전력이고,
Figure pat00019
는 디코딩(decoding) 매트릭스이다.
다만, 수학식 4에 따르면, j번째 단말의 SINR이 다른 단말의 프리코딩 매트릭스(즉,
Figure pat00020
)에 의존한다. 예를 들면, 제1 셀 내의 단말(112)에 대한 SINR은 제1 셀 내의 다른 단말인 단말(113)의 프리코딩 매트릭스에 의존한다.
이 경우, j번째 단말의 SINR을 최대로 만드는
Figure pat00021
는 복잡한 되먹임 구조를 통하여 구해야 한다. 이로 인해, j번째 단말의 SINR을 최대로 만드는
Figure pat00022
를 구하는 연산은 계산 복잡도가 높다.
본 발명의 실시예들은 SINR 대신 신호 전력 대비 누수 및 잡음 전력비(Signal to Leakage and Noise Ratio: SLNR)를 사용함으로써, 프리코딩 매트릭스를 결정하는 데 필요한 계산 복잡도를 낮출 수 있다.
우선, 본 발명의 일실시예에 따른 SLNR은 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00023

즉, SINR이 단말(즉, 수신단) 입장에서 전송 받을 신호의 전력 대비 간섭 신호 및 잡음 전력의 비를 나타낸다면, SLNR은 기지국(즉, 송신단) 입장에서 데이터를 전송하고자 하는 대상 단말에 대한 신호의 전력 대비 상기 신호가 상기 대상 단말이 아닌 다른 단말로 누수되는 신호 및 잡음 전력의 비를 나타낸다.
수학식 5에 따르면, j번째 단말의 SLNR은 j번째 단말의 프리코딩 매트릭스(즉,
Figure pat00024
)에 의존한다. 따라서, j번째 단말의 SLNR을 최대로 만드는
Figure pat00025
는 복잡한 되먹임 구조 없이 계산될 수 있다.
이 때,
Figure pat00026
는 매트릭스 쌍인
Figure pat00027
를 이용하여 계산할 수 있다.
보다 구체적으로,
Figure pat00028
에 대해 일반 고유값 분해(generalized eigenvalue decomposition)를 적용하여 일반 고유값(generalized eigenvalue)들을 추출하고, 추출된 일반 고유값들 중 가장 큰 일반 고유값에 대응하는 고유벡터(eigenvector)를
Figure pat00029
로 할 수 있다.
여기서,
Figure pat00030
는
Figure pat00031
를 제외한 나머지 채널 행렬들(즉,
Figure pat00032
)을 세로로 쌓은 행렬이다. 예를 들면, 제1 기지국에서 제1 셀 내의 단말(112)로 데이터를 송신하는 경우를 상정하자. 이 경우, i와 j가 모두 1이 된다. 이 때,
Figure pat00033
는 제1 기지국에 설치된 안테나들과 단말(112)에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스이다.
따라서,
Figure pat00034
는
Figure pat00035
를 제외한 나머지 채널 행렬들, 즉, 제1 기지국에 설치된 안테나들과 단말(113)에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스, 제2 기지국(121)에 설치된 안테나들과 단말(112)에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스, 및 제2 기지국(121)에 설치된 안테나들과 단말(113)에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 세로로 쌓은 행렬이다.
여기서, 제2 기지국(121)은 제2 셀(120) 내에 포함된 적어도 하나의 단말(121)과 통신을 수행한다. 즉, 제1 셀(110) 내의 단말들(112, 113)에서 제2 기지국(121)에서 전송된 신호를 수신하는 경우, 이는 간섭 신호가 된다.
본 발명의 일실시예에 따라, 송신단에서 프리코딩 매트릭스를 결정하고, 수신단에서 디코딩 매트릭스를 결정하는 방법에 대한 보다 구체적인 사항들은 도 2및 도 3을 참조하여 후술한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 기지국의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제1 기지국은 채널 매트릭스를 인지하는 단계(210) 및 SLNR이 극대화될 수 있도록 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계(220)를 포함한다.
채널 매트릭스를 인지하는 단계(210)에서, 제1 기지국은 제1 셀 내에 포함되고 데이터를 전송하고자 하는 대상 단말에 설치된 안테나들과 자신(즉, 제1 기지국에 설치된 안테나들) 사이의 채널 매트릭스를 인지한다. 또한, 제1 기지국은 대상 단말에 설치된 안테나들과 제2 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 인지한다.
더 나아가, 채널 매트릭스를 인지하는 단계(210)에서 제1 기지국은 제1 셀 내에 포함된 단말들 중 대상 단말을 제외한 나머지 단말들 각각에 설치된 안테나들과 제1 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스 및, 나머지 단말들 각각에 설치된 안테나들과 제2 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 인지할 수 있다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 기지국은 제1 셀에 포함된 단말들과 제1 기지국 사이의 채널 및 제1 셀에 포함된 단말들과 제2 기지국 사이의 채널을 인지한다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 기지국은 제2 셀에 포함된 단말들과 제1 기지국 사이의 채널 또는 제2 셀에 포함된 단말들과 다른 기지국들 사이의 채널에 대하여 인지할 필요가 없다. 이로 인하여, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 기지국은 프리코딩 매트릭스를 분산적으로 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 기지국은 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계(220)에서 프리코딩 매트릭스를 효율적으로 구하기 위하여 GSVD(Generalized Singular Value Decomposition) 알고리즘을 이용할 수 있다.
여기서 제1 기지국은 인지된 채널 매트릭스들과 대상 단말에서의 잡음 성분을 기초로 K 매트릭스를 생성한다(221). 제1 기지국은 K 매트릭스에 대해 QR 분해(QR decomposition)를 적용하여 제1 QR 인자와 제2 QR 인자를 추출한다(222). 제1 기지국은 제1 QR 인자에 대해 특이값 분해(Singular Value Decomposition: SVD)를 적용하여 제1 특이값 인자를 추출하고(223), 제2 QR 인자와 제1 특이값 인자를 기초로 프리코딩 매트릭스를 계산할 수 있다(224). 구체적인 알고리즘은 (알고리즘 1)과 같다.
(알고리즘 1)
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039

즉, 제1 QR 인자와 제2 QR 인자는 각각
Figure pat00040
와
Figure pat00041
이고, 제1 특이값 인자는
Figure pat00042
이다. 본 발명의 일실시예에 따른 상기
Figure pat00043
는 N*M 크기의 매트릭스일 수 있다. 또한,
Figure pat00044
는 A 매트릭스의 첫 번째 열부터 m 번째 열까지의 서브 매트릭스이다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 GSVD 기반의 (알고리즘 1)은 반복(iteration) 연산을 요구하지 않으므로, (알고리즘 1)을 위한 연산은 계산 복잡도가 낮다.
전술한 바와 같이
Figure pat00045
는
Figure pat00046
를 제외한 나머지 채널 행렬들(즉,
Figure pat00047
)을 세로로 쌓은 행렬이다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 기지국은 (알고리즘 1)을 수행하기 위하여 제2 셀 내의 제2 기지국과 제2 셀 내의 단말들 사이의 채널 정보를 필요로 하지 아니한다. 즉, 본 발명의 일실시예들은 각각의 셀들에 포함된 기지국에서 단말까지의 채널 정보를 나머지 기지국들과 공유할 필요가 없다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 기지국은 SINR이 극대화될 수 있도록 전력 할당 가중치 벡터를 결정하는 단계(230)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 제1 기지국은 전력 할당 가중치 벡터를 결정하는 단계(230)에서 제1 셀 내의 단말들에게 데이터를 송신하는 전력 각각을 제어함으로써, 추가적으로 통신 시스템의 성능을 개선시킬 수 있다.
이 때, 제1 기지국은 제1 셀 내에 포함된 단말들 중 대상 단말을 제외한 나머지 단말들 각각과 통신을 수행하기 위한 프리코딩 매트릭스를 결정할 수 있다. 제1 기지국이 제1 셀 내의 나머지 단말들에게 데이터를 전송하기 위한 프리코딩 매트릭스는 제1 기지국이 제1 셀 내의 대상 단말에게 데이터를 전송하기 위한 프리코딩 매트릭스를 결정하는 방법과 동일하게 결정될 수 있는 바, 보다 상세한 설명은 생략한다.
더 나아가, 제1 기지국은 제2 기지국이 제2 셀에 포함된 단말들 각각에게 데이터를 전송하기 위한 프리코딩 매트릭스를 인지할 수 있다. 전술한 바와 같이 복수의 셀들에 포함된 복수의 기지국들 각각은 자신이 속한 셀 내의 단말들에게 데이터를 전송하기 위한 프로코딩 매트릭스들을 분산적으로 계산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 기지국은 전력 할당 가중치 벡터를 결정하는 단계(230)에서 제2 기지국이 제2 셀에 포함된 단말들 각각에게 데이터를 전송하기 위한 프리코딩 매트릭스에 관한 정보를 제2 기지국으로부터 전송 받을 수 있다.
이어서, 제1 기지국은 앞서 인지한 채널 매트릭스들, 직접 계산한 프리코딩 매트릭스들, 및 다른 기지국(예를 들면, 제2 기지국)으로부터 전송 받은 프리코딩 매트릭스들을 기초로 싸이 매트릭스를 계산할 수 있다(231). 제1 기지국은 싸이 매트릭스에 대해 고유값 분해를 적용하여 복수의 고유값들을 추출할 수 있다(232). 제1 기지국은 복수의 고유값들 중 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터를 이용하여 제1 셀 내의 대상 단말에 대한 신호 전력 대비 간섭 및 잡음 전력비(SLNR)가 극대화될 수 있도록, 전력 할당 가중치 벡터를 계산할 수 있다(233).
보다 구체적으로, i번째 셀의 기지국이 동일한 셀 내의 단말들에게 할당하는 전력 벡터를
Figure pat00048
라고 정의한다. 셀 당 단말의 수를 2개로 가정하였기 때문에
Figure pat00049
는 2 개의 원소들을 가진다. 다만, 전술한 바와 같이 셀 당 단말의 수를 3개 이상으로 일반화하는 것이 가능하다.
이 경우, i번째 셀의 j번째 단말에 대한 SINR은 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00050

또한, 최소 SINR을 최대로 하는 문제는 수학식 7과 같이 포뮬레이션(formulation)될 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00051

이 때, 수학식 7의 해는
Figure pat00052
로 설정하고,
Figure pat00053
로 설정함으로써 구할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00054
, where
Figure pat00055

[수학식 9]
Figure pat00056

여기서,
Figure pat00057
,
Figure pat00058
,
Figure pat00059
이다.
고유값 분해를 위한 특성 방정식은 수학식 8과 수학식 9를 이용함으로써, 수학식 10과 같이 구해진다.
[수학식 10]
Figure pat00060

이 때, 수학식 10의 해는
Figure pat00061
매트릭스에 대해 고유값 분해를 적용하여 적어도 하나의 고유값을 추출하고, 추출된 고유값 중 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터를 통해 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 기지국은
Figure pat00062
의 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터를 전력 할당 가중치 벡터의 값으로 설정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 셀 내의 단말(이하, 제1 단말이라 함)은 채널 매트릭스와 프리코딩 매트릭스를 인지하는 단계(310) 및 간섭 정렬을 위한 디코딩 매트릭스를 결정하는 단계(320)를 포함한다.
채널 매트릭스와 프리코딩 매트릭스를 인지하는 단계(310)에서, 제1 단말은 제2 기지국에 설치된 안테나들과 자신(즉, 제1 단말에 설치된 안테나들) 사이의 채널 매트릭스를 인지한다. 또한, 제1 단말은 제1 셀 내의 단말들 중 자신을 제외한 나머지 단말들 각각에 설치된 안테나들과 제1 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스 및 상기 나머지 단말들 각각에 설치된 안테나들과 제2 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 인지한다. 더 나아가, 제1 단말은 제1 기지국과 상기 나머지 단말들 각각 사이의 통신에 사용되는 프리코딩 매트릭스 및 제2 기지국과 제2 셀에 포함된 단말들 각각 사이의 통신에 사용되는 프리코딩 매트릭스를 인지할 수 있다.
또한, 디코딩 매트릭스를 결정하는 단계(320)에서, 제1 단말은 제1 기지국에 의하여 프리코딩 매트릭스가 결정되면, 제1 단말에서의 간섭 신호들 각각의 유효 채널에 대해 직교하는 공백 공간(null space)를 스팬(span)하는 직교 기반 벡터들을 이용하여 디코딩 매트릭스를 결정할 수 있다. 이러한 디코딩 매트릭스를 이용하면, 제1 단말은 수신된 신호에서 원하지 않는 간섭 신호들을 제거할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 단말은 인지된 채널 매트릭스들 및 인지된 프리코딩 매트릭스들을 기초로 Q 매트릭스를 생성한다(321). 제1 단말은 Q 매트릭스에 대해 고유값 분해를 적용하여 복수의 고유값들을 추출할 수 있다(322). 이어서, 제1 단말은 복수의 고유값들 중 가장 작은 m개의 고유값들에 대응하는 고유벡터들을 이용하여 디코딩 매트릭스를 생성할 수 있다(323).
이 때, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 m은 송신단에 설치된 안테나의 수인 M일 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 Q 매트릭스는
Figure pat00063
이고,
Figure pat00064
이다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 단말은
Figure pat00065
의 가장 작은 m개의 고유값들에 대응하는 고유벡터들을 디코딩 매트릭스의 행으로 설정함으로써, 디코딩 매트릭스를 결정할 수 있다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널은 3쌍의 송신단(예를 들면, 기지국)과 수신단(예를 들면, 단말)을 포함한다. 이 때, 송신단과 수신단은 각각 6개의 안테나를 사용한다고 가정한다.
본 발명의 실시예들에 따른 통신 방법(410)은 기존의 다른 간섭 정렬 기법(420, 430, 440)과 비교할 때, 다양한 SNR 환경 하에서 비슷한 달성 가능 속도(achievable rate)를 가지는 성능을 보인다.
반면, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 통신 방법(510)은 기존의 다른 간섭 정렬 기법(520, 530, 540)에 비하여 계산 시간(computation time)을 약 1000배 이상 단축시킬 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 통신 방법이 반복(iteration) 연산을 필요로 하지 아니하고, 각각의 송신기에서 수신기까지의 채널정보를 다른 송신기와 공유할 필요가 없기 때문에 분산적인 동시에 독립적으로 프리코딩 매트릭스를 계산할 수 있다는 데 기인한다.
도 6은 복수의 송신기들과 복수의 수신기들을 포함하는 다중 사용자 다중 셀 간섭 채널을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 통신 시스템에서, 다중 안테나를 가진 복수의 송신기들과 복수의 수신기들이 서로 통신하는 다중 셀 간섭 채널이 존재한다. 상기 송신기는 각각 M개의 송신 안테나(640)를 이용하여 신호를 수신기에 전송한다. 또한 상기 수신기는 각각 N개의 수신 안테나(650)를 이용하여 신호를 수신한다.
상기 복수의 송신기들은 LTE계열의 eNodeB, RRE(remote radio equipment), 또는 Femto Cell AP일 수 있다. 또한 상기 복수의 송신기들은 802.11 또는 16 계열의 기지국들일 수 있다.
하나의 셀 내에서, 각각의 송신기와 각각의 수신기는 하나씩 대응되어 통신한다. 예를 들어, 송신기 1(610)은 수신기 1(620)과 대응하여 통신하고, 마찬가지로 송신기 K(612)는 수신기 K(622)와 대응하여 통신한다. 그러나 상기 송신기는 복수의 수신기들과 통신하는 다중 사용자 환경으로 확장할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 송신기가 교차하여 데이터를 보낼 수 있는 X채널에도 적용이 가능하다. 예를 들어, 송신기 1(610)은 수신기 1(620) 및 수신기 2(621)에도 데이터를 보낼 수 있고, 송신기 2(611) 역시 수신기 1(620) 및 수신기 2(621)에 독립적인 데이터를 보낼 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 송신기 1(610)은 상기 수신기 1(620)과의 통신을 위해 채널 H11을 사용한다. 그러나 상기 송신기 1(610)은 다중 사용자 환경으로 인해 수신기 2(621) 및 수신기 K(622)와의 통신도 가능하다. 이 경우, 상기 송신기 1(610)과 상기 수신기 2(621)와의 통신은 간섭 채널 H21을 사용한다. 마찬가지로 상기 송신기 1(610)과 상기 수신기 K(622)와의 통신은 간섭 채널 HK1을 사용한다.
따라서 본 발명의 실시예는 대상 송신기와 대상 수신기의 통신을 위해 채널 HAB를 사용한다. 여기서, 아래 첨자 A는 신호를 수신기의 번호를 의미하고, 아래 첨자 B는 전송기의 번호를 나타낸다. 상기 A와 B가 동일한 숫자일 경우, HAB는 상기 대상 송신기와 상기 대상 수신기가 통신하는 채널을 의미한다. 그러나 상기 A와 B가 다른 숫자일 경우에는, 상기 대상 송신기의 간섭 채널을 의미한다.
그리고 상기 복수의 송신기들은 백홀(Backhaul)(630)을 사용하여 간단한 채널 정보 및 데이터 심볼 벡터 등을 공유할 수 있다. 상기 백홀(630)은 상기 각각의 송신기와 전송 회선간의 연결 라인을 의미한다.
본 발명의 실시예는 간섭 정렬 및 간섭 선-제거 기법을 이용하여 상기 간섭 채널을 제거할 수 있다. 상기 다중 셀 간섭 채널을 갖는 통신 시스템에서, 상기 간섭 채널이 제거되는 경우, 통신 용량이 증가될 수 있다. 또한 다중화 이득 또는 DOF가 향상될 수 있다. 이 경우, 상기 다중화 이득 또는 DOF는 복수의 데이터 스트림을 복수의 채널들을 통해 전송함으로써 얻는 이득이다. 일반적인 간섭 정렬의 경우 다중화 이득 또는 DOF는 최대 MK/2 를 갖는다. 여기서 M은 단말의 안테나 개수 이고, K은 셀의 개수이다.
간섭 제거를 위한 통신 방법은 K가 2인 경우뿐만 아니라 일반적인 개수일 때도 적용이 가능하다. 따라서 구체적인 설명을 위해 도 7에서는 K가 2인 경우를 설명하고, 도 8 내지 도 10에서는 K가 일반적인 경우에 대해서 설명한다.
도 7는 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 제거를 위한 통신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 7를 참조하면, 본 발명이 일실시예에 따른 간섭 제거를 위한 통신 방법은 간섭 정렬을 위하여 복수의 송신기들로부터 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 계산한다(710).
셀의 개수 K가 2일 경우, 각각의 수신기가 받는 신호는 아래의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00066

이 때, Hij는 송신기 j로부터 수신기 i로의 채널 행렬, xj는 송신기 j에서의 송신 신호 벡터, ni는 수신기 i에서의 노이즈 벡터를 의미한다. 상기 복수의 송신기들로부터 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들에 대하여 간섭 정렬을 수행하기 위해서는 상기 복수의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환해야 한다. 상기 간섭 정렬은 주어진 차원의 절반 내에 모든 간섭 신호를 정렬하고, 나머지 절반의 공간에서 간섭이 없는 통신을 하도록 하는 기법으로 전체 시스템의 용량을 향상시키기 위해 사용된다. 따라서 간섭 제거를 위한 통신 방법은 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 대각선(diagonal) 성분을 대상 송신기에서 대상 수신기로의 채널 행렬로 정렬하고, 대각선 위의 성분은 상기 간섭 채널 행렬로 정렬한다. 그리고 대각선 아래의 성분은 0으로 정렬한다.
간섭 제거를 위한 통신 방법은 상기 H21이 정렬되도록, 기븐 회전 (Givens rotation) 또는 평면 회전(plane rotation)을 수행한다. 이 경우 각각의 송신기는 각각의 수신기까지의 채널에 대해 피드백(feedback)을 이용하여 식별하고 있다는 것을 가정한다.
따라서 간섭 제거를 위한 통신 방법은
Figure pat00067
을 상기 송신기 1에서 수행할 수 있다. 또한 상기 송신기 1에서, 회전 매트릭스 G를 결정하는 최소 정보인 회전 각을 상기 백홀을 통해 상기 송신기 2로 전달한다면, 상기 송신기 2에서는
Figure pat00068
의 수정된 채널 행렬을 획득할 수 있다.
즉 상기 복수의 송신기들로부터 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들은
Figure pat00069
의 형태가 된다. 여기서 회전 매트릭스 G는 유니테리(Unitary) 행렬이다. 따라서 상기 복수의 송신기들로부터 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들은 아래의 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 12]
Figure pat00070

또한 간섭 제거를 위한 통신 방법은 상기 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 식별한다(720).
상기 복수의 송신기들이 복수의 수신기들로 전송하고자 하는 데이터 심볼 벡터는
Figure pat00071
로 표현할 수 있다. 이 경우, 상기 백홀을 통해 상기 복수의 송신기들은 상기 데이터 심볼 벡터를 공유할 수 있다. 따라서 상기 복수의 송신기들이 상기 회전 매트릭스 및 상기 데이터 심볼 벡터를 식별하기 때문에 간섭 제거를 위한 통신 방법은 아래의 수학식 13과 같은 유효 심볼 벡터를 식별할 수 있다.
[수학식 13]
Figure pat00072

또한 간섭 제거를 위한 통신 방법은 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭이 미리 제거되도록 대상 송신기의 유효 심볼 벡터 및 상기 블록 상위 삼각 매트릭스를 이용하여 대상 송신기의 송신 신호를 생성한다(730).
상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬은 아래의 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00073

즉, 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭을 미리 제거하기 위해서 상기 송신기 1에서는 아래의 수학식 15와 같은 송신 신호를 생성할 수 있고, 상기 송신기 2에서는 아래의 수학식 16과 같은 송신 신호를 생성할 수 있다.
[수학식 15]
Figure pat00074

[수학식 16]
Figure pat00075

상기 송신기 1이 상기 수학식 15와 같이 송신 신호를 생성한다면 채널
Figure pat00076
을 역변환하는 효과가 있기 때문에 2M개의 서로 다른 데이터를 보낼 수 있다. 따라서 기존 간섭 정렬의 경우 다중화 이득 또는 DOF가 최대 M(=MK/2, K=2) 이므로 간섭 제거를 위한 통신 방법은 2배의 성능 개선 효과를 획득할 수 있다.
그리고 상기 송신기 1의 송신 신호를 정리하면 아래의 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 17]
Figure pat00077

따라서 상기 송신기 1의 송신 신호
Figure pat00078
은 AP 2의 채널 행렬 정보
Figure pat00079
,
Figure pat00080
등이 필요하지만, 상기 수학식 17에 따라 상기 송신기 2의
Figure pat00081
에 대한 정보를 이용하여 상기 송신기 1의 송신 신호를 생성할 수 있다.
그리고 상기 복수의 송신기의 송신 신호들을 구하기 위해서는 상기 수학식 16 및 상기 수학식 17 과 같이 상기 채널 행렬을 역변환해야 한다. 이때, 상기 송신 신호들은 노이즈 증폭(noise enhancement) 현상이 발생할 수 있다. 이를 위해 변형된 유효 심볼 벡터를 이용하여 상기 송신 신호를 생성할 수 있다.
상기 변형된 유효 심볼 벡터는 아래의 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 18]
Figure pat00082

상기 수학식 18에서,
Figure pat00083
는 모듈로(modulo) 연산자,
Figure pat00084
은 교란 벡터(perturbation vector)을 의미한다. 상기 모듈로 연산자는 양(positive)의 실수로서 상기 유효 심볼 벡터의 유클리디안 거리를 이용하여 설정할 수 있다. 그리고 상기 교란 벡터는 허수인 정수로 이루어진 벡터로써, 아래의 수학식 19로 정의될 수 있다.
[수학식 19]
Figure pat00085

상기 수학식 19에서 k는 임의의 셀 인덱스로서, 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 대각선 성분의 노름(norm)의 크기가 가장 작은 셀의 인덱스를 상기 셀 인덱스로서 설정할 수 있다. 그리고 기호
Figure pat00086
는 행렬 A의 i번째 행부터 j번째 행을 쌓은 서브 매트릭스를 의미한다.
이에 따라 상기 복수의 송신기들의 유효 심볼 벡터, 상기 회전 매트릭스, 상기 교란 벡터 및 모듈로 연산자를 이용하여 상기 수학식 18과 같이 변형된 유효 심볼 벡터들을 연산할 수 있다.
따라서 상기 변형된 유효 심볼 벡터를 이용하여 상기 복수의 송신기에서 송신 신호를 생성한다면 상기 수신기에서 신호의 신호 대 잡음비(signal to noise ratio: SNR) 및 신호 대 간섭 및 잡음비(signal to interference plus noise ratio: SINR)를 증가시킬 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 단계 710을 보다 구체적으로 나타낸 동작 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 단계(710)는 이웃 송신기의 회전 매트릭스에 대한 정보를 수신한다(810).
간섭 제거를 위한 통신 방법은 일반적인 셀 개수 K에 대해서도 적용이 가능하다. 따라서 상기 복수의 수신기들의 수신 신호들은 아래의 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 20]
Figure pat00087

이 경우, 간섭 제거를 위한 통신 방법은 상기 채널과 관련한 지표를 이용한 배치 기준에 따라 상기 채널 행렬들을 배치할 수 있다. 상기 지표는 수신 전계 강도(received signal strength indicator: RSSI)와 같이 채널의 상태가 좋음을 나타내는 지표 또는 채널의 진폭을 나타내는 지표일 수 있다. 예를 들어, 간섭 제거를 위한 통신 방법은 상기 블록 상위 삼각 매트릭스에서 대각선 채널 행렬의 프로베니우스 노름(Frobenius norm)이 오름차순(Ascending order)으로 정렬되도록 상기 수신 신호들을 재배치할 수 있다.
그리고 간섭 제거를 위한 통신 방법은 상기 간섭 채널들을 블록 상위 삼각 매트릭스 형태로 변환하여야 한다. 상기 이웃 송신기인 송신기 1에서는
Figure pat00088
을 이용하여 회전 매트릭스 G1을 생성한다. 그리고 단계(710)는 회전 각과 같이 이웃 송신기의 회전 매트릭스 G1을 결정하는 정보를 상기 백홀을 이용하여 수신할 수 있다.
또한 단계(710)는 상기 이웃 송신기에서의 회전 매트릭스 및 상기 대상 송신기에서 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 이용해 상기 대상 송신기에서의 회전 매트릭스를 식별한다(820). 단계(710)는 상기 이웃 송신기인 송신기 1의 회전 매트릭스 G1 및 상기 대상 송신기인 송신기 2에서 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 기븐 회전을 이용하여
Figure pat00089
와 같은 형태로 변환할 수 있다. 따라서 단계(710)는 상기 대상 송신기의 회전 매트릭스 G2를 식별할 수 있다.
또한 단계(710)는 상기 대상 송신기에서의 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들로부터 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 식별한다(830). 단계(710)는
Figure pat00090
를 이용하여 상기 회전 매트릭스를 식별할 수 있다. 따라서 단계(710)는 상기 회전 매트릭스를 이용하여 전체 채널 행렬을 아래의 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 21]
Figure pat00091

상기 수학식 21의 상기 블록 상위 삼각 매트릭스에서 대각선 성분은 상기 대상 송신기에서 상기 대상 수신기로의 채널 행렬을 의미하고, 대각선 위의 성분은 상기 대상 송신기에서 상기 적어도 하나의 수신기로의 간섭 채널 행렬을 의미한다.
도 9는 도 7에 도시된 단계 720을 보다 구체적으로 나타낸 동작 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 단계(720)는 상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들을 식별한다(910). 상기 데이터 심볼 벡터는 상기 대상 송신기에서 상기 대상 수신기로 전송하고자 하는 데이터를 벡터 형태로 표현한 것이다.
또한, 단계(720)는 상기 회전 매트릭스 및 상기 데이터 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 계산한다(920). 상기 유효 심볼 벡터는 아래의 수학식 22와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 22]
Figure pat00092

상기 복수의 송신기들에서 상기 백홀을 통해 상기 데이터 심볼 벡터를 공유할 수 있으므로, 상기 복수의 송신기들에서 상기 수학식 22와 같은 상기 유효 심볼 벡터를 계산할 수 있다.
도 10는 도 7에 도시된 단계 730을 보다 구체적으로 나타낸 동작 흐름도이다.
도 10를 참조하면, 단계(730)는 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬을 계산한다(1010). 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬은 아래의 수학식 23과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 23]
Figure pat00093

상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬은 계산이 복잡할 뿐 아니라 복수의 송신기들의 채널 정보를 공유해야 하는 문제가 있다. 그러나 단계(730)는 상기 문제를 해결하기 위해 아래의 수학식 24와 같은 행렬을 이용할 수 있다.
[수학식 24]
Figure pat00094

상기 행렬은 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 서브 매트릭스이다. 상기 서브 매트릭스 T(i)는 i가 0일 때 경우, 상기 송신기 K로부터 상기 수신기 K로의 채널 행렬을 행렬 요소로 한다. 그리고 i가 증가함에 따라 네스티드(nested) 구조로 인하여 서브 매트릭스의 크기가 증가한다. 따라서 i가 K-1까지 증가할 경우, 상기 서브 매트릭스는 상기 블록 상위 삼각 매트릭스가 될 수 있다.
아래의 수학식 25는 상기 서브 매트릭스의 역행렬을 나타낸다.
[수학식 25]
Figure pat00095

즉, 상기 서브 매트릭스의 역행렬을 계산하고 상기 서브 매트릭스의 역행렬에 대해 네스티드 구조를 이용하면 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬을 계산할 수 있다. 따라서 단계(730)는 상기 복수의 송신기들의 채널 정보를 공유하지 않고 상기 송신 신호를 생성할 수 있다.
또한, 단계(730)는 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대한 정보 및 상기 이웃 송신기의 적어도 하나의 간섭 채널 행렬을 식별한다(1020). 단계(730)는 상기 이웃 송신기 i의 송신 신호에 대한 정보 및 상기 이웃 송신기 i의 적어도 하나의 간섭 채널 행렬에 대한 정보를 수신하여
Figure pat00096
를 식별할 수 있다. 이는 상기 송신 신호를 생성하기 위해 모든 채널 행렬 정보가 수신이 필요하지 않음을 의미한다.
또한, 단계(730)는 상기 대상 송신기의 유효 심볼 벡터, 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대한 정보 및 상기 이웃 송신기의 적어도 하나의 간섭 채널 행렬을 이용하여 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭을 미리 제거한다(1030). 상기 대상 송신기의 송신 신호는 아래의 수학식 26과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 26]
Figure pat00097

즉, 단계(730)는 상기 대상 송신기의 유효 심볼 벡터에서 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭인
Figure pat00098
를 빼는 연산을 수행하여 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭을 미리 제거할 수 있다.
또한, 단계(730)는 상기 미리 제거된 간섭에 대한 정보와 상기 대상 송신기로부터 상기 대상 수신기로의 채널 행렬의 역행렬을 이용하여 상기 대상 송신기의 송신 신호를 계산한다(1040). 상기 수학식 26과 같이 상기 미리 제거된 간섭에 대한 정보에 상기 대상 송신기로부터 상기 대상 수신기로의 채널 행렬의 역행렬을 곱함으로써 상기 대상 송신기의 송신 신호를 계산할 수 있다.
또한, 단계(730)는 상기 유효 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들의 변형된 유효 심볼 벡터들을 식별한다(1050). 상기 송신 신호를 계산하기 위해서는 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬을 계산해야 한다. 이 경우, 상기 송신 신호의 노이즈 증폭 현상이 발생할 수 있다. 이를 위해 변형된 유효 심볼 벡터를 이용하여 상기 송신 신호를 생성할 수 있다. 아래의 수학식 27은 변형된 유효 심볼 벡터를 나타낸다.
[수학식 27]
Figure pat00099

상기 수학식 27에서
Figure pat00100
는 모듈로 연산자를 의미하고,
Figure pat00101
는 교란 벡터를 의미한다. 상기 모듈로 연산자
Figure pat00102
는 임의의 양의 실수로서, 상기 유효 심볼 벡터의 유클리디안 거리를 이용하여 설정할 수 있다.
그리고 상기 교란 벡터는 허수인 정수로 이루어진 벡터로써, 아래의 수학식 28로 정의될 수 있다.
[수학식 28]
Figure pat00103

상기 수학식 28에서 k는 임의의 셀 인덱스를 의미한다. 상기 셀 인덱스는 아래의 수학식 29로 정의될 수 있다.
[수학식 29]
Figure pat00104

즉, 상기 수학식 29와 같이 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 대각선 성분의 노름의 크기가 가장 작은 셀의 인덱스를 상기 셀 인덱스로서 설정할 수 있다.
그리고 기호
Figure pat00105
는 행렬 A의 i번째 행부터 j번째 행을 쌓은 서브 매트릭스를 의미한다.
이에 따라 상기 복수의 송신기들의 유효 심볼 벡터, 상기 회전 매트릭스, 상기 교란 벡터 및 모듈로 연산자를 이용하여 상기 수학식 27과 같이 변형된 유효 심볼 벡터들을 연산할 수 있다. 그리고 수학식 27의
Figure pat00106
의 성분 벡터는 상기 수신기에서 모듈로
Figure pat00107
를 이용하여 제거할 수 있다.
또한, 단계(730)은 상기 변형된 유효 심볼 벡터들을 이용하여 상기 대상 송신기의 송신 신호를 추출한다(1060).
따라서 상기 변형된 유효 심볼 벡터를 이용하여 상기 복수의 송신기에서 송신 신호를 생성한다면 상기 수신기에서 신호의 신호 대 잡음비 및 신호 대 간섭 및 잡음비를 증가시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 제거를 위한 송신기의 통신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 11을 참조하면, 회전 매트릭스 계산부(1110)는 간섭 정렬을 위하여 복수의 송신기들로부터 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 계산한다.
또한, 유효 심볼 벡터 식별부(1120)는 상기 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 식별한다.
또한, 송신 신호 생성부(1130)는 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭이 미리 제거되도록 대상 송신기의 유효 심볼 벡터 및 상기 블록 상위 삼각 매트릭스를 이용하여 대상 송신기의 송신 신호를 생성한다.
도 11에 도시된 간섭 제거를 위한 송신기의 통신 장치는 도 6 내지 도 10를 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (23)

  1. 적어도 제2 셀 내의 제2 기지국으로부터 전송된 신호에 의해 간섭을 받는 제1 셀 내의 단말과 통신하는 상기 제1 셀 내의 제1 기지국의 통신 방법에 있어서,
    상기 단말에 설치된 안테나들과 상기 제1 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스 및 상기 단말에 설치된 안테나들과 상기 제2 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 인지하는 단계;
    상기 제1 셀 내의 적어도 하나의 나머지 단말에 설치된 안테나들과 상기 제1 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스 및 상기 적어도 하나의 나머지 단말에 설치된 안테나들과 상기 제2 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 인지하는 단계; 및
    상기 단말에 대한 신호 전력 대비 누수 및 잡음 전력비(Signal to Leakage and Noise Ratio: SLNR)가 극대화될 수 있도록, 상기 채널 매트릭스들을 기초로 상기 제1 기지국과 상기 단말 사이의 통신에 사용되는 프리코딩(precoding) 매트릭스를 결정하는 단계
    를 포함하는 제1 기지국의 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계는
    상기 채널 매트릭스들과 상기 단말에서의 잡음 성분을 기초로 매트릭스 쌍을 생성하는 단계; 및
    상기 매트릭스 쌍에 대해 일반 고유값 분해(generalized eigenvalue decomposition)를 적용하여 적어도 하나의 일반 고유값(generalized eigenvalue)을 추출하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 일반 고유값 중 가장 큰 일반 고유값에 대응하는 고유벡터(eigenvector)를 이용하여 상기 프리코딩 매트릭스를 계산하는 단계
    를 포함하는 제1 기지국의 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계는
    상기 채널 매트릭스들과 상기 단말에서의 잡음 성분을 기초로 K 매트릭스를 생성하는 단계;
    상기 K 매트릭스에 대해 QR 분해(QR decomposition)를 적용하여 제1 QR 인자와 제2 QR 인자를 추출하는 단계;
    상기 제1 QR 인자에 대해 특이값 분해(singular value decomposition)를 적용하여 제1 특이값 인자를 추출하는 단계; 및
    상기 제2 QR 인자와 상기 제1 특이값 인자를 기초로 상기 프리코딩 매트릭스를 계산하는 단계
    를 포함하는 제1 기지국의 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기지국과 상기 적어도 하나의 나머지 단말 사이의 통신에 사용되는 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계;
    상기 제2 기지국과 상기 제2 셀에 포함된 적어도 하나의 단말 사이의 통신 각각에 사용되는 프리코딩 매트릭스를 인지하는 단계; 및
    상기 단말에 대한 신호 전력 대비 간섭 및 잡음 전력비(Signal to Interference and Noise Ratio: SLNR)가 극대화될 수 있도록, 상기 채널 매트릭스들 및 상기 프리코딩 매트릭스들을 기초로 상기 제1 기지국에 의해 사용되는 전력 할당 가중치 벡터를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 제1 기지국의 통신 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전력 할당 가중치 벡터를 결정하는 단계는
    상기 채널 매트릭스들 및 상기 프리코딩 매트릭스들을 기초로 싸이 매트릭스를 계산하는 단계;
    상기 싸이 매트릭스에 대해 고유값 분해(eigenvalue decomposition)를 적용하여 적어도 하나의 고유값을 추출하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 고유값 중 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터를 이용하여 상기 전력 할당 가중치 벡터를 계산하는 단계
    를 포함하는 제1 기지국의 통신 방법.
  6. 제2 셀 내의 제2 기지국으로부터 전송된 신호에 의해 간섭을 받고, 제1 셀 내의 제1 기지국과 통신하는 상기 제1 셀 내의 단말의 통신 방법에 있어서,
    상기 단말에 설치된 안테나들과 상기 제2 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 인지하는 단계;
    상기 제1 셀 내의 적어도 하나의 나머지 단말에 설치된 안테나들과 상기 제1 셀 내의 제1 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스 및 상기 적어도 하나의 나머지 단말에 설치된 안테나들과 상기 제2 기지국에 설치된 안테나들 사이의 채널 매트릭스를 인지하는 단계;
    상기 제1 기지국과 상기 적어도 하나의 나머지 단말 사이의 통신에 사용되는 프리코딩 매트릭스 및 상기 제2 기지국과 상기 제2 셀에 포함된 적어도 하나의 단말 사이의 통신 각각에 사용되는 프리코딩 매트릭스를 인지하는 단계; 및
    상기 채널 매트릭스들 및 상기 프리코딩 매트릭스들을 기초로 상기 단말에서의 간섭을 정렬하는 디코딩 매트릭스를 결정하는 단계
    를 포함하는 단말의 통신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 디코딩 매트릭스를 결정하는 단계는
    상기 단말에서의 간섭 신호들을 인지하는 단계;
    상기 간섭 신호들 각각의 유효 채널에 대해 직교하는 공백 공간(null space)을 스팬(span)하는 적어도 하나의 직교 기반 벡터를 계산하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 직교 기반 벡터를 이용하여 상기 디코딩 매트릭스를 계산하는 단계
    를 포함하는 단말의 통신 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 디코딩 매트릭스를 결정하는 단계는
    상기 채널 매트릭스들 및 상기 프리코딩 매트릭스들을 기초로 Q 매트릭스를 생성하는 단계;
    상기 Q 매트릭스에 대해 고유값 분해를 적용하여 적어도 하나의 고유값을 추출하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 고유값을 이용하여 디코딩 매트릭스를 계산하는 단계
    를 포함하는 단말의 통신 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 기지국과 상기 적어도 하나의 나머지 단말 사이의 통신에 사용되는 프리코딩 매트릭스는 상기 적어도 하나의 나머지 단말에 대한 신호 전력 대비 누수 및 잡음 전력비가 극대화될 수 있도록 결정되고,
    상기 제2 기지국과 상기 제2 셀에 포함된 적어도 하나의 단말 사이의 통신 각각에 사용되는 프리코딩 매트릭스는 상기 제2 셀에 포함된 적어도 하나의 단말에 대한 신호 전력 대비 누수 및 잡음 전력비가 극대화될 수 있도록 결정되는 것인
    단말의 통신 방법.
  10. 다중 셀 간섭 채널을 갖는 통신 시스템에서, 간섭 제거를 위한 송신기의 통신 방법에 있어서,
    간섭 정렬을 위하여 복수의 송신기들로부터 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 계산하는 단계;
    상기 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 식별하는 단계; 및
    이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭이 미리 제거되도록 대상 송신기의 유효 심볼 벡터 및 상기 블록 상위 삼각 매트릭스를 이용하여 대상 송신기의 송신 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 간섭 제거를 위한 통신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 간섭 정렬을 위하여 복수의 송신기들로부터 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 계산하는 단계는
    상기 이웃 송신기의 회전 매트릭스에 대한 정보를 수신하는 단계;
    상기 이웃 송신기에서의 회전 매트릭스 및 상기 대상 송신기에서 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 이용해 상기 대상 송신기에서의 회전 매트릭스를 식별하는 단계; 및
    상기 대상 송신기에서의 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들로부터 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 식별하는 단계
    를 포함하는 간섭 제거를 위한 통신 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 송신기들로부터 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들은
    상기 채널과 관련한 지표를 이용한 배치 기준에 따라 배치된 채널 행렬들인 간섭 제거를 위한 통신 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들에 대응하는 변형된 유효 심볼 벡터들을 식별하는 단계는
    상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들을 식별하는 단계; 및
    상기 회전 매트릭스 및 상기 데이터 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 계산하는 단계
    를 포함하는 간섭 제거를 위한 통신 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭이 미리 제거되도록 대상 송신기의 유효 심볼 벡터 및 상기 블록 상위 삼각 매트릭스를 이용하여 대상 송신기의 송신 신호를 생성하는 단계는
    상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬을 계산하는 단계;
    상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대한 정보 및 상기 이웃 송신기의 적어도 하나의 간섭 채널 행렬을 식별하는 단계;
    상기 대상 송신기의 유효 심볼 벡터, 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대한 정보 및 상기 이웃 송신기의 적어도 하나의 간섭 채널 행렬을 이용하여 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭을 미리 제거하는 단계;
    상기 미리 제거된 간섭에 대한 정보 및 상기 대상 송신기로부터 상기 대상 수신기로의 채널 행렬의 역행렬을 이용하여 상기 대상 송신기의 송신 신호를 계산하는 단계;
    상기 유효 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들의 변형된 유효 심볼 벡터들을 식별하는 단계; 및
    상기 변형된 유효 심볼 벡터들을 이용하여 상기 대상 송신기의 송신 신호를 추출하는 단계
    를 포함하는 간섭 제거를 위한 통신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬을 계산하는 단계는
    상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 서브 매트릭스를 식별하는 단계;
    상기 서브 매트릭스의 역행렬을 계산하는 단계; 및
    상기 서브 매트릭스의 역행렬 및 네스티드(nested) 구조를 이용하여 상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬을 식별하는 단계
    를 포함하는 간섭 제거를 위한 통신 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 유효 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들의 변형된 유효 심볼 벡터들을 계산하는 단계는
    상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 복수의 대각선(diagonal) 채널 행렬들을 이용하여 셀 인덱스를 식별하는 단계; 및
    상기 복수의 송신기들의 유효 심볼 벡터들, 상기 회전 매트릭스, 교란 벡터(perturbation vector) 및 모듈로(modulo) 연산자를 이용하여 상기 복수의 송신기들의 변형된 유효 심볼 벡터들을 연산하는 단계
    를 포함하는 간섭 제거를 위한 통신 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 교란 벡터는
    상기 셀 인덱스, 상기 회전 매트릭스, 상기 대상 송신기의 유효 심볼 벡터, 상기 대상 송신기로부터 상기 대상 수신기로의 채널 행렬의 역행렬을 이용하여 생성한 교란 벡터인 간섭 제거를 위한 통신 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 모듈로 연산자는
    상기 유효 심볼 벡터들의 유클리디안 거리를 이용하여 설정한 모듈로 연산자인 간섭 제거를 위한 통신 방법.
  19. 다중 셀 간섭 채널을 갖는 통신 시스템에서, 간섭 제거를 위한 송신기의 통신 장치에 있어서,
    간섭 정렬을 위하여 복수의 송신기들로부터 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 계산하는 회전 매트릭스 계산부;
    상기 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 식별하는 유효 심볼 벡터 식별부; 및
    이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭이 미리 제거되도록 대상 송신기의 유효 심볼 벡터 및 상기 블록 상위 삼각 매트릭스를 이용하여 대상 송신기의 송신 신호를 생성하는 송신 신호 생성부
    를 포함하는 간섭 제거를 위한 통신 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 회전 매트릭스 계산부는
    상기 이웃 송신기의 회전 매트릭스에 대한 정보를 수신하는 이웃 송신기 회전 매트릭스 수신부;
    상기 이웃 송신기에서의 회전 매트릭스 및 상기 대상 송신기에서 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 이용해 상기 대상 송신기에서의 회전 매트릭스를 식별하는 대상 송신기 회전 매트릭스 식별부; 및
    상기 대상 송신기에서의 회전 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 송신기들로부터 상기 복수의 수신기들로의 채널 행렬들을 블록 상위 삼각 매트릭스로 변환하는 회전 매트릭스를 식별하는 회전 매트릭스 식별부
    를 포함하는 간섭 제거를 위한 통신 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 유효 심볼 벡터 식별부는
    상기 복수의 송신기들에 대응하는 데이터 심볼 벡터들을 식별하는 데이터 심볼 벡터 식별부; 및
    상기 회전 매트릭스 및 상기 데이터 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들에 대응하는 유효 심볼 벡터들을 식별하는 유효 심볼 벡터 계산부
    를 포함하는 간섭 제거를 위한 통신 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 송신 신호 생성부는
    상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 역행렬을 계산하는 역행렬 계산부;
    상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대한 정보 및 상기 이웃 송신기의 적어도 하나의 간섭 채널 행렬을 식별하는 식별부;
    상기 대상 송신기의 유효 심볼 벡터, 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대한 정보 및 상기 이웃 송신기의 적어도 하나의 간섭 채널 행렬을 이용하여 상기 이웃 송신기의 송신 신호에 대응하는 간섭을 미리 제거하는 선-간섭 제거부;
    상기 미리 제거된 간섭에 대한 정보 및 상기 대상 송신기로부터 상기 대상 수신기로의 채널 행렬의 역행렬을 이용하여 상기 대상 송신기의 송신 신호를 계산하는 송신 신호 계산부;
    상기 유효 심볼 벡터들을 이용하여 상기 복수의 송신기들의 변형된 유효 심볼 벡터들을 식별하는 변형된 유효 심볼 벡터 계산부; 및
    상기 변형된 유효 심볼 벡터를 이용하여 상기 대상 송신기의 송신 신호를 추출하는 송신 신호 추출부
    를 포함하는 간섭 제거를 위한 통신 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 변형된 유효 심볼 벡터 식별부는
    상기 블록 상위 삼각 매트릭스의 복수의 대각선 채널 행렬들을 이용하여 셀 인덱스를 식별하는 셀 인덱스 식별부; 및
    상기 복수의 송신기들의 유효 심볼 벡터들, 상기 회전 매트릭스, 교란 벡터 및 모듈로 연산자를 이용하여 상기 복수의 송신기들의 변형된 유효 심볼 벡터들을 연산하는 변형된 유효 심볼 벡터 연산부
    를 포함하는 간섭 제거를 위한 통신 장치.
KR1020130021362A 2012-04-04 2013-02-27 다중 셀 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서 간섭 정렬에 기반한 기지국과 단말의 통신 방법 및 다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서 간섭 정렬 및 블록 순차적 간섭 선­제거를 이용한 통신 방법 KR20130112743A (ko)

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KR20160000223A (ko) * 2014-06-24 2016-01-04 한국전자통신연구원 무선랜에서 이종의 간섭정렬 기법에 기초하여 무선 통신을 수행하는 방법 및 장치
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KR20180121563A (ko) * 2016-03-28 2018-11-07 삼성전자주식회사 개선된 무선 통신 시스템에서의 선형 조합 pmi 코드북 기반 csi 보고
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