KR20140136673A - 다중 안테나 적용 통신 시스템에서 부분 간섭 정렬 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 다중 안테나 적용 통신 시스템에서 부분 간섭 정렬에 있어서, 다수의 AP-STA 쌍이 존재하는 채널환경에서, 많은 수의 간섭원을 정렬시키기 위해 안테나의 수가 필요 이상으로 많이 필요하게 되는 경우, 실시간 간섭 채널 정보, 경로손실, 인접 채널 간섭(ACI) 등을 고려하여 간섭 정렬을 수행할 후보군을 결정하고, 후보군으로 선택되지 못한 노드들과 간섭 정렬을 수행하는 후보군으로 선택된 노드들에 대해 간섭을 최소화할 수 있는 대응되는 프리코딩을 수행하여 송수신함으로써 네트워크간 간섭 영향을 줄일 수 있도록 한다.

Description

다중 안테나 적용 통신 시스템에서 부분 간섭 정렬 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ALIGNING PARTIAL INTERFERENCE ON COMMUNICATION SYSTEM WITH MULTI-ANTENNA}

본 발명은 MIMO 기술이 적용된 기지국-단말기 쌍으로 구성된 네트워크간 간섭 정렬 기술에 관한 것으로, 특히 다수의 AP(access point)-STA(station) 쌍이 존재하는 채널환경에서, 많은 수의 간섭원을 정렬시키기 위해 안테나의 수가 필요 이상으로 많이 필요하게 되는 경우, 실시간 간섭 채널 정보, 경로손실, 인접 채널 간섭(adjacent channel interference : ACI) 등을 고려하여 간섭 정렬을 수행할 후보군을 결정하고, 후보군으로 선택되지 못한 노드들과 간섭 정렬을 수행하는 후보군으로 선택된 노드들에 대해 간섭을 최소화할 수 있는 대응되는 프리코딩(precoding)을 수행하여 송수신함으로써 네트워크간 간섭 영향을 줄일 수 있도록 하는 다중 안테나 적용 통신 시스템에서 부분 간섭 정렬 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 들어 스마트 기기 사용 증대 및 각각의 기기에서 요구되는 요구 데이터 량이 증가함에 따라 이를 지원하기 위한 무선랜 AP(Access Point)의 무분별한 설치가 많이 이루어졌다. 이로 인해 인접 셀간 신호 간섭이 커지게 되었으며, 이러한 인접 셀간 간섭 때문에 전체적인 시스템 성능이 저하되고 있다.

이와 같은 간섭 문제를 해결하기 위한 솔루션 중의 하나로 간섭정렬 기술이 있다. 간섭정렬 기술이란, 간섭 신호를 특정 자원(시간, 공간, 주파수)에 정렬함으로써 원하는 신호가 보내질 수 있는 자원을 최대화 확보하는 기술을 의미한다.

예를 들어, 무선랜 환경에서 다중 안테나를 사용하여 간섭정렬을 수행하는 경우, STA(Station)에서 신호를 수신할 때 다른 AP에서 도착하는 간섭 신호들을 특정 공간 자원에 정렬되도록 함으로써 원하는 신호가 보내질 수 있는 공간을 최대한 확보되도록 하여 간섭 신호와 분리가 쉽도록 하는 것이다.

이러한 간섭정렬 기술을 이용하면 간섭 채널환경 안의 사용자 모두 자유도(Degrees of Freedom : DoF)를 최대 안테나 자원의 절반까지 사용할 수 있다. 여기서 DoF란, 간섭없이 신호를 전송할 수 있는 최대 스트림의 수를 의미한다. 이렇게 간섭정렬 기술은 인접 셀 간의 간섭 문제를 해결할 수 있다는 점에서 많은 주목을 끌고 있다. 하지만, 간섭정렬을 하기 위해 변복조단에 사용되는 프리코딩(precoding)/디코딩(decoding) 매트릭스(matrix)를 구하기 위한 계산 복잡도가 심하고 각 노드가 알아야 하는 무선 채널 상태 정보의 양이 많으며, 간섭원의 수에 비례하여 정렬된 간섭을 제거(nulling)하기 위해 안테나 개수가 많아져야하는 단점도 존재한다.

한편, 간섭정렬 알고리즘을 기존의 통신 시스템에 적용하기 위해서는 복잡한 계산 복잡도 및 간섭정렬 프리코딩/디코딩 매트릭스 연산 시간 그리고 채널 피드백 문제가 중요하다. 기본적으로 앞의 두 가지 요건을 만족하기 위해서는 선형적인 방법으로 간섭을 정렬시켜야 한다. 여기서 선형적인 방법이란, 각 노드의 어느 블록에서 한 단계의 절차를 통해 간섭정렬 프리코딩/디코딩 매트릭스를 신호에 적용하는 것을 의미한다. 상반된 의미로는 반복적인 방법이 있는데 이 방식은 간섭정렬 가중치가 특정한 조건을 만족할 때까지 루프를 돌려서 솔루션을 구하는 것이다. 그러나, 이 방식을 적용할 경우 계산 복잡도 및 계산 시간이 오래 걸리기 때문에 기존의 시스템에 적용하기엔 문제가 있다.

이와 같이, 선형적인 간섭정렬 알고리즘은 기존 시스템에 적용하기 위한 최소 조건이라고 볼 수 있다. 하지만, 현재까지는 3명 이하의 사용자가 존재하는 환경에서의 선형 간섭정렬 알고리즘만이 존재했다. 기본적인 통신 시스템에서는 일반적인 수의 K 사용자가 존재하는 환경을 고려하기 때문에 일반적인 K 사용자가 존재하는 환경에서의 간섭정렬 알고리즘이 필요하다.

또한, 일반적인 수의 K 사용자가 존재하는 환경에서 사용자의 수가 증가될수록 간섭정렬을 위한 안테나의 수 역시 증가되어야 한다는 연구가 있다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 모든 사용자의 간섭을 정렬시키기에는 안테나 숫자 및 계산 복잡도의 증가로 인해 시스템에 부담을 준다고 할 수 있다. 실제 통신환경에서는 각 AP와 STA사이에 실시간 간섭 채널 정보, 경로손실, 인접채널 간섭(Adjacent Channel Interference : ACI)를 고려해보면 굳이 간섭을 정렬시키지 않아도 되는 노드가 존재할 수 도 있다.

이런 경우에는 전체 시스템 관점에서 판단하여 그냥 간섭으로 작용하게 두고 나머지 노드들끼리만 간섭정렬 기술을 적용할 수도 있을 것이다. 그리고 기본적으로 채널이 다르면 서로 간의 간섭이 없을 것으로 예상되지만 옆 채널로의 리키지(leakage)가 존재하여 간섭을 일으키게 되므로 이러한 경우에 리키지가 크게 되면 이 상황 역시 간섭정렬 기술이 필요한데, 만약 리키지가 필요 이상으로 높지 않다면 앞의 경우와 마찬가지로 간섭정렬 후보군에서 제외 될 수도 있다. 이렇게 경로손실 및 ACI, 실시간 간섭 채널정보와 같은 현실적인 조건을 반영하여 간섭정렬을 수행할 노드를 결정할 필요가 있다.

(특허문헌)

대한민국 등록특허번호 10-0980647호 등록일자 2010년 09월 01일에는 다중 안테나 시스템에서 간섭 제거 장치 및 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.

따라서, 본 발명은 다수의 AP-STA 쌍이 존재하는 채널환경에서, 많은 수의 간섭원을 정렬시키기 위해 안테나의 수가 필요 이상으로 많이 필요하게 되는 경우, 실시간 간섭 채널 정보, 경로손실, 인접 채널 간섭(ACI) 등을 고려하여 간섭 정렬을 수행할 후보군을 결정하고, 후보군으로 선택되지 못한 노드들과 간섭 정렬을 수행하는 후보군으로 선택된 노드들에 대해 간섭을 최소화할 수 있는 대응되는 프리코딩을 수행하여 송수신함으로써 네트워크간 간섭 영향을 줄일 수 있도록 하는 다중 안테나 적용 통신 시스템에서 부분 간섭 정렬 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상술한 본 발명은 다중 안테나 적용 통신 시스템의 부분 간섭정렬 방법으로서, 동일 채널 및 인접 채널에서 동작하는 AP(access point)의 수를 검사하는 단계와, 각각의 AP에서 STA으로 미치는 간섭 전력 세기(Leakage Interference Power, LIP)를 계산하는 단계와, 상기 간섭 전력 세기가 가장 큰 상위 3개 AP와 STA 쌍을 간섭 정렬 후보군으로 선정하는 단계와, 상기 간섭 정렬 후보군에 대해 부분 간섭 정렬을 수행하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 부분 간섭 정렬을 수행하는 단계는, 상기 간섭 정렬 후보군에 속한 AP에 대해서는 간섭 정렬 프리코딩을 수행하는 단계와, 상기 간섭 정렬 후보군에 속하지 않은 AP에 대해서는 SLNR(signal to leakage interference and noise ratio)이 최대값이 되도록 프리코딩을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간섭 전력 세기를 계산하는 단계에서, 실시간 간섭채널의 값, 경로손실 또는 인접 채널 간섭을 고려하여 상기 간섭 전력 세기를 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간섭 전력 세기를 계산하는 단계에서, 각각의 AP와 STA간 거리를 계산하여 상기 거리에 비례하도록 경로 손실을 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수신 간섭 전력 세기는, 상기 경로 손실에 반비례하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부분 간섭 정렬을 수행하는 단계에서, 상기 간섭 전력 세기가 가장 큰 상위 3개 AP와 STA 쌍의 정렬된 간섭 공간 고려하여 널공간을 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 다중 안테나 적용 통신 시스템의 부분 간섭정렬 장치로서, 동일 채널 및 인접 채널에서 동작하는 AP(access point)의 수를 검사하는 AP 검출부와, 각각의 AP에서 STA으로 미치는 간섭 전력 세기(LIP)를 계산하는 간섭 계산부와, 상기 간섭 계산부로부터 상기 간섭 전력 세기를 이용하여 상기 간섭 전력 세기가 가장 큰 상위 3개 AP와 STA 쌍을 간섭 정렬 후보군으로 선정하고, 상기 간섭 정렬 후보군에 속한 AP에 대해서는 간섭 정렬 프리코딩을 수행하고, 상기 간섭 정렬 후보군에 속하지 않은 AP에 대해서는 SLNR(signal leakage noise ratio)이 최대값이 되도록 프리코딩을 수행하는 간섭 정렬부를 포함한다.

또한, 상기 간섭 계산부는, 실시간 간섭채널의 값, 경로손실 또는 인접 채널 간섭을 고려하여 상기 간섭 전력 세기를 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간섭 계산부는 각각의 AP와 STA간 거리를 계산하여 상기 거리에 비례하도록 경로 손실을 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수신 간섭 전력 세기는, 상기 경로 손실에 반비례하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간섭 정렬부는, 상기 간섭 전력 세기가 가장 큰 상위 3개 AP와 STA 쌍의 정렬된 간섭 공간 고려하여 널공간을 계산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다중 안테나 적용 통신 시스템에서 부분 간섭 정렬에 있어서, 다수의 AP-STA 쌍이 존재하는 채널환경에서, 많은 수의 간섭원을 정렬시키기 위해 안테나의 수가 필요 이상으로 많이 필요하게 되는 경우, 실시간 간섭 채널 정보, 경로손실, 인접 채널 간섭(ACI) 등을 고려하여 간섭 정렬을 수행할 후보군을 결정하고, 후보군으로 선택되지 못한 노드들과 간섭 정렬을 수행하는 후보군으로 선택된 노드들에 대해 간섭을 최소화할 수 있는 대응되는 프리코딩을 수행하여 송수신함으로써 네트워크간 간섭 영향을 줄일 수 있도록 하는 이점이 있다.

또한, 간섭 정렬을 수행할 AP-STA 쌍을 선정함에 있어서 Rayleigh 페이딩의 실시간 간섭 채널 정보 및 크기, 경로 손실, 인접채널 간섭을 고려한 누설간섭전력이라는 측정지표를 제안하여 이 값이 큰 순서로 3개의 AP를 선택하여 간섭 정렬시킬 후보군에 속하도록 하고, 남은 쌍들은 다른 수신 STA에 미치는 간섭의 크기를 최소화시키기 위하여 SLNR을 최대화하는 프리코딩을 적용하여 송신시킴으로써 최적의 성능을 얻을 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 무선랜 환경에서 다중 안테나를 갖는 K 사용자 간섭 채널 예시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 적용 통신 시스템에서 부분 간섭 정렬 장치의 상세 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부분 간섭 정렬 방법의 동작 제어 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 갖는 K 사용자 간섭 채널에서 SLNR 산출 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 종래 무선랜 환경에서 다중 안테나를 갖는 K 사용자 간섭 채널 예시도를 도시한 것으로, 다중 안테나를 가진 여러 STA(150)과 AP(100)가 서로 같은 채널을 이용하여 통신하고 있는 상황을 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 서로 다른 AP가 다른 STA에게 간섭을 미치고 있음을 알 수 있다. 각 AP는 M개의 안테나를 가지고 있으며 STA은 N개의 안테나를 가지고 있다고 가정한다. j번째 AP에서 i번째 STA으로의 채널은

이라고 둔다. 따라서 i번째 STA이 받는 수신 신호는 아래의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.

는 자신의 AP에서 채널을 통과한 신호를 의미하며,

는 다른 AP에서 간섭채널을 통해 들어온 신호를 의미하고,

는 수신단에서의 잡음을 나타낸다. 위 [수학식 1]에서 xi는 송신단에서 프리코딩(precoding)된 신호이며 아래의 [수학식 2]에서와 같이 표현될 수 있다.

여기서 Pi와 Si는 각각 i번째 사용자를 위한 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)(M x d)와 전송하고자 하는 신호이다. 위 [수학식 2]와 [수학식 1]을 결합하여 나타내면 아래의 [수학식 3]과 같다. 위의 프리코딩 매트릭스에서 d는 송신기가 보내려는 스트림(stream)의 수를 의미한다.

위 [수학식 3]은 STA에서 수신 디코딩 프로세스(decoding process)를 거치기 전의 신호의 형태를 나타내며, 수신단에서 디코딩 매트릭스를 거친 뒤의 신호는 아래의 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다. 디코딩 매트릭스 Di는 N x d 의 사이즈를 갖는 수신 처리 매트릭스를 의미한다. 또한 [수학식 4]에 마지막 항에 존재하는

는 평균이 0이고 분산이

인 AWGN 벡터를 의미한다.

따라서, 위 [수학식 4]를 반영한 i번째 수신기의 수신 SINR은 아래의 [수학식 5]와 같다. 이때,

은 잡음의 파워를 나타낸다.

AP-STA 쌍이 K개인 간섭채널 환경에서 각 수신 STA에 미쳐지는 간섭의 수는 K-1이다. 각 노드당 K-1개의 간섭을 정렬하기 위해서는 아래의 [수학식 6]과 같은 조건을 만족해야 한다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 4 사용자 간섭채널 환경을 예로 들어 설명하도록 하겠다. 하지만 사용자의 수가 증가되어도 안테나 수 및 주변 조건이 충분히 보장되는 환경에서 이 가정은 일반화가 가능하다.

위 [수학식 6]은 각 수신 STA로 들어오는 간섭들을 한 공간으로 정렬시키기 위한 조건이다. 첫 번째 식은 1번 STA로 들어오는 3개의 간섭을

이라는 한 공간으로 정렬시키기 위해 조건을 나타낸 식이라고 할 수 있다. 나머지 3개 식도 마찬가지로 각 STA로 들어오는 세 개의 간섭을 각각의 하나의 공간으로 정렬을 시키기 위한 식이라고 할 수 있다. 위 [수학식 6]에서 프리코딩 매트릭스 P를 구하기 위해 [수학식 6]의 첫 번째 식을 분리하여 정리하면 아래의 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.

위 [수학식 6]을 위 [수학식 7]과 같이 전체를 다 풀어서 쓴 후, 매트릭스 형식으로 식을 나타내면 아래의 [수학식 8]과 같은 식으로 표현이 가능하다.

위 [수학식 8]의 A와 B 매트릭스가 곱해져서 널 매트릭스(null matrix)가 된다는 의미는 B 매트릭스가 A 매트릭스의 널 공간(null space)로 구성되어야 한다는 것이다. 위 [수학식 8]에서

는 Nr x Nt의 사이즈를 갖는 식별 매트릭스(identity matrix)를 의미하고,

는 Nr x Nt의 사이즈를 갖는 제로(zero) 매트릭스를 의미한다. 위 [수학식 8]에 있는 매트릭스 A의 크기는 아래의 [수학식 9]에서와 같다.

위 [수학식 9]에서 간섭 정렬 공간(interference aligned space)이란, [수학식 6]에서 각 간섭이 특정 공간 (

∼

)으로 정렬되는 공간의 수를 의미한다. [수학식 6]을 예로 들자면, 간섭 정렬 공간의 수는 4이다. 하지만 매트릭스 B가 매트릭스 A의 널 공간(null space)로 구성이 되기 위해서는 [수학식 9]의 컬럼(column)의 개수가 로우(row)의 수보다 원하는 DoF수 만큼 많아야 한다. 즉, 아래의 [수학식 10]과 같은 조건이 만족되어야 모든 간섭을 정렬시킬 수 있게 된다.

위 [수학식 10]에서 알 수 있듯이, AP와 STA 노드 수가 증가할수록 [수학식 10] 뒷 부분에 있는 수신 안테나의 수가 증가시키거나(수신 안테나를 증가시키는 이유는 각 STA 별 간섭 정렬 공간을 증가시키기 위해), 앞 부분에 있는 송신안테나 및 간섭 정렬 공간을 증가시키면 되지만, 정렬 공간의 경우 수신 안테나 및 전체 노드의 수와 관련이 있고 전체 간섭 채널 숫자도 노드 숫자와 관련이 있기 때문에 AP-STA 쌍이 늘어날수록 위 [수학식 10]을 만족하는 송신 안테나 수는 커진다.

따라서, 서로 간섭을 주는 AP-STA 쌍이 너무 많아 지면 모든 간섭을 정렬시키는 것이 현실적으로 너무 복잡하게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 적용 통신 시스템에서 부분 간섭 정렬 장치(200)의 상세 블록 구성을 도시한 것으로, AP 검출부(202), 간섭 계산부(204), 간섭 정렬부(206) 등을 포함할 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 부분 간섭 정렬 장치(200)의 각 구성요소에서의 동작을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, AP 검출부(202)는 동일 채널 및 인접 채널에서 동작하는 AP(access point)의 수를 검사한다.

간섭 계산부(204)는 AP 검출부(202)에서 검출된 각각의 AP에서 STA으로 미치는 간섭 전력 세기(LIP)를 계산한다. 이때, 간섭 계산부(204)는 실시간 간섭채널의 값, 경로손실 또는 인접 채널 간섭을 고려하여 상기 간섭 전력 세기를 계산한다.

간섭 정렬부(206)는 간섭 계산부(204)로부터 간섭 전력 세기를 이용하여 간섭 전력 세기가 가장 큰 상위 3개 AP와 STA 쌍을 간섭 정렬 후보군으로 선정하고, 간섭 정렬 후보군에 속한 AP에 대해서는 간섭 정렬 프리코딩을 수행하고, 간섭 정렬 후보군에 속하지 않은 AP에 대해서는 SLNR(signal leakage noise ratio)이 최대값이 되도록 프리코딩을 수행한다.

또한, 간섭 정렬부(206)는 간섭 전력 세기가 가장 큰 상위 3개 AP와 STA 쌍의 정렬된 간섭 공간을 고려하여 널공간(null space)을 계산한다.

또한, 간섭 정렬부(206)에서의 부분 간섭 정렬 방법에 후술되는 도 3의 부분 간섭 정렬 동작 제어 흐름을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 적용 통신 시스템의 부분 간섭 정렬 장치(200)에서 간섭 영향을 줄이기 위한 부분 간섭 정렬 동작 제어 흐름을 도시한 것이다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는, 위와 같이 서로 간섭을 줄 가능성이 있는 AP-STA 쌍이 많은 경우, 복잡도를 크게 증가시키지 않기 위해 간섭 정렬 대상을 제한하여 간섭을 정렬하는 부분 간섭 정렬 방법을 제시하고자 한다.

이때, 부분 간섭정렬이란, 안테나 숫자와 주변 환경적인 요인을 고려하여 완벽하게 간섭정렬이 가능한 노드들을 선택하여 간섭을 정렬 하고, 특정 조건에 의해 간섭정렬 후보군에서 제외된 노드들은 신호 대 누설간섭 비(SLNR)를 최대로 만들어주는 프리코딩을 사용하여 전송하는 방식이다.

한편, AP의 숫자가 증가될수록 하나의 수신 STA에 미쳐지는 간섭원의 수도 증가되며, 이때 작용하는 간섭을 모두 정렬시키기에는 앞에서 언급한 문제 때문에 복잡해진다. 따라서 본 발명에서는 여러 AP 중에서 간섭이 심하지 않은 AP들을 제외하고 부분적으로 간섭을 정렬한다.

먼저, 부분 간섭 정렬 장치(200)의 AP 검출부(202)는 동일 채널 및 인접 채널에서 동작하는 AP(access point)를 검출하고 AP 수를 산출한다(S300).

위와 같이, AP 검출부(202)로부터 AP가 검출되는 경우, 간섭 계산부(204)는 AP 검출부(202)에서 검출된 AP의 수를 카운트하여 AP의 수가 4개 이상인지 여부를 검사하고(S302), AP의 수가 4개 미만인 경우는 간섭 전력 세기를 계산하지 않고 기존 알고리즘이 적용되도록 하고(S304), 4개 이상인 경우 검출된 각각의 AP에서 STA으로 미치는 간섭 전력 세기(LIP)를 계산한다(S306).

이때, 각 STA에 미치는 간섭 전력 세기는 스몰 스케일 페이딩(small scale fading) 관점에서 Rayleigh 페이딩의 실시간 간섭 채널의 값, 경로손실, 인접 채널 간섭을 고려하여 결정될 수 있다.

여기서, 실시간 간섭채널의 값은 스몰 스케일 페이딩 관점에서 Rayleigh 페이딩의 실시간 간섭채널의 값 경로 손실로서 AP-STA간 거리가 먼 AP의 간섭 전력 세기는 경로 손실을 고려하여 작게 계산될 수 있다.

또한, 인접 채널 간섭을 고려한 출력 전력의 세기의 계산에 있어서, 기존 간섭 정렬 알고리즘에서는 동일채널간섭(Co-channel interference)이 발생하는 채널에서만 작동하였으나, 2.4GHz 비면허 대역에서 동작하는 무선랜의 경우 13개 채널이 존재하지만 대역폭이 겹치지 않는 채널은 1, 5, 9, 13번 4개 밖에 없다. 이 경우 1 번 채널을 사용하는 사용자는 2번, 3번, 4번 채널을 사용하는 사용자들의 인접채널간섭(adjacent channel interference)을 받게 된다. 예를 들어, 인접 AP가 다른 채널을 사용하는 경우, 인접 채널 간섭이 내 채널로 넘어오게 되면 인접 AP가 내 채널에 낮은 전력으로 송신하는 것으로 간주하고 간섭정렬을 수행할 후보군 결정 과정에 인접 채널을 사용하는 AP도 포함하여야 한다. 하지만 간섭으로 작용하는 출력의 세기가 작기 때문에 간섭 정렬을 수행할 노드로 결정될 확률은 낮다고 할 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는 이러한 요건도 고려하여 간섭 정렬에 참여할 노드의 후보군을 결정한다.

위에서 언급한 세가지 요소를 고려하여 LIP를 수식으로 나타내면 아래의 [수학식 11]과 같다.

위 [수학식 11]에서,

의

는 경로 손실 상수, 는 경로 손실 지수,

는 AP와 STA 사이의 거리를 나타낸다.

는 N(0dB, 8dB) 분포를 가지는 로그 노멀 쉐도우잉(log-normal shadowing),

는

에서 송신하는 전력,

는 j번째 송신기에서 i번째 수신기로의 레이레이(rayleigh) 페이딩(fading) 채널값을 의미한다.

간섭 정렬부(206)는 간섭 계산부(204)로부터 간섭 전력 세기를 이용하여 간섭 전력 세기가 가장 큰 상위 3개 AP와 STA 쌍을 간섭 정렬 후보군으로 선정한다(S308). 즉, 간섭 정렬부(206)는 여러 AP 중 간섭 정렬을 수행할 대상 AP를 선정함에 있어서 각각의 AP가 각 STA에 미치는 간섭 전력의 세기를 이용하여 간섭 전력의 세기가 최대인 순서대로 선택할 수 있다.

이어, 간섭 정렬부(206)는 전체 AP에 대해 간섭 정렬 후보군에 포함된 AP인지 여부를 검사하여(S310), 간섭 정렬 후보군에 속한 AP에 대해서는 간섭 정렬 프리코딩을 수행하고(S312), 간섭 정렬 후보군에 속하지 않은 AP에 대해서는 SLNR(signal leakage noise ratio)이 최대값이 되도록 프리코딩을 수행한다(S314).

즉, 간섭 정렬부(206)는 전체 K개의 AP-STA 쌍 중에서 [수학식 11]에서 구한 LIP가 가장 큰 세 쌍의 AP-STA 쌍을 골라서 간섭정렬을 수행하고 나머지 노드들의 K-3개의 송신기는 신호 대 누설간섭 비(SLNR)를 가장 크게 만들어 주는 프리코딩을 걸어서 전송한다.

여기서, SLNR 이란 자신의 신호 세기 대비 자신이 다른 수신 STA에게 간섭 채널을 통해 미치는 간섭의 양의 비율을 의미한다. 즉, 자신의 신호의 크기는 최대화시키고 자신이 남의 수신 STA에게 미치는 간섭의 양을 최소화함으로써 다른 수신기가 안테나 수의 부족으로 간섭을 널링(nulling)시키지 못함에 따른 성능 저하를 어느 정도 최소화 할 수 있다.

수신 STA에서는 디코딩 방법으로 모든 수신기가(간섭정렬하는 수신기 포함) Zero-Forcing을 한다. 기본적으로 모든 간섭을 정렬하는 경우에서는 수신기에서 하나의 정렬된 간섭 공간의 널공간(null space)을 구하면 되었지만 부분 간섭 정렬의 경우에는 간섭정렬 수행했던 수신기에서는 LIP가 제일 큰 3개의 AP-STA 쌍의 정렬된 간섭 공간고려하여 널공간을 구하게 된다.

또한, 간섭정렬에 참여하지 못한 수신 STA의 경우 자신이 속한 AP를 제외한 모든 AP로부터의 간섭 공간에 대한 널공간을 구하여 수신 디코딩 매트릭스로 이용하게 된다.

이런 상황에서 중요하게 고려해야 할 점은 아래 [수학식 12]와 같이 수신 안테나의 개수가 전체 간섭원의 수에 1을 더한 값에 본인이 받을 스트림의 수를 곱한 값 이상이어야 전체 간섭공간에 대한 널공간을 구할 수 있다는 점이다.

만약 간섭원, AP가 보내려는 스트림이 많거나 수신 STA의 안테나 수가 작아서 위 [수학식 12]의 조건을 만족하지 못하는 경우에는 간섭에 대한 고려보다는 자기 신호를 최대화 시키는 방향의 정합 필터(matched filter)를 이용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 다중 안테나 적용 통신 시스템에서 부분 간섭 정렬에 있어서, 다수의 AP-STA 쌍이 존재하는 채널환경에서, 많은 수의 간섭원을 정렬시키기 위해 안테나의 수가 필요 이상으로 많이 필요하게 되는 경우, 실시간 간섭 채널 정보, 경로손실, 인접 채널 간섭(ACI) 등을 고려하여 간섭 정렬을 수행할 후보군을 결정하고, 후보군으로 선택되지 못한 노드들과 간섭 정렬을 수행하는 후보군으로 선택된 노드들에 대해 간섭을 최소화할 수 있는 대응되는 프리코딩을 수행하여 송수신함으로써 네트워크간 간섭 영향을 줄일 수 있도록 한다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

202 : AP 검출부 204 : 간섭 계산부
206 : 간섭 정렬부

Claims (11)

1. 다중 안테나 적용 통신 시스템의 부분 간섭정렬 방법으로서,
   동일 채널 및 인접 채널에서 동작하는 AP(access point)의 수를 검사하는 단계와,
   각각의 AP에서 STA으로 미치는 간섭 전력 세기(LIP)를 계산하는 단계와,
   상기 간섭 전력 세기가 가장 큰 상위 3개 AP와 STA 쌍을 간섭 정렬 후보군으로 선정하는 단계와,
   상기 간섭 정렬 후보군에 대해 부분 간섭 정렬을 수행하는 단계
   를 포함하는 부분 간섭정렬 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 부분 간섭 정렬을 수행하는 단계는,
   상기 간섭 정렬 후보군에 속한 AP에 대해서는 간섭 정렬 프리코딩을 수행하는 단계와,
   상기 간섭 정렬 후보군에 속하지 않은 AP에 대해서는 SLNR(signal leakage noise ratio)이 최대값이 되도록 프리코딩을 수행하는 단계
   를 포함하는 부분 간섭 정렬 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 간섭 전력 세기를 계산하는 단계에서,
   실시간 간섭채널의 값, 경로손실 또는 인접 채널 간섭을 고려하여 상기 간섭 전력 세기를 계산하는 부분 간섭정렬 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 간섭 전력 세기를 계산하는 단계에서,
   각각의 AP와 STA간 거리를 계산하여 상기 거리에 비례하도록 경로 손실을 계산하는 부분 간섭정렬 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 수신 간섭 전력 세기는,
   상기 경로 손실에 반비례하는 부분 간섭정렬 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 부분 간섭 정렬을 수행하는 단계에서,
   상기 간섭 전력 세기가 가장 큰 상위 3개 AP와 STA 쌍의 정렬된 간섭 공간을 고려하여 널공간을 계산하는 부분 간섭정렬 방법.
   
7. 다중 안테나 적용 통신 시스템의 부분 간섭정렬 장치로서,
   동일 채널 및 인접 채널에서 동작하는 AP(access point)의 수를 검사하는 AP 검출부와,
   각각의 AP에서 STA으로 미치는 간섭 전력 세기(LIP)를 계산하는 간섭 계산부와,
   상기 간섭 계산부로부터 상기 간섭 전력 세기를 이용하여 상기 간섭 전력 세기가 가장 큰 상위 3개 AP와 STA 쌍을 간섭 정렬 후보군으로 선정하고, 상기 간섭 정렬 후보군에 속한 AP에 대해서는 간섭 정렬 프리코딩을 수행하고, 상기 간섭 정렬 후보군에 속하지 않은 AP에 대해서는 SLNR(signal leakage noise ratio)이 최대값이 되도록 프리코딩을 수행하는 간섭 정렬부
   를 포함하는 부분 간섭 정렬 장치.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 간섭 계산부는,
   실시간 간섭채널의 값, 경로손실 또는 인접 채널 간섭을 고려하여 상기 간섭 전력 세기를 계산하는 부분 간섭 정렬 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 간섭 계산부는
   각각의 AP와 STA간 거리를 계산하여 상기 거리에 비례하도록 경로 손실을 계산하는 부분 간섭 정렬 장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수신 간섭 전력 세기는,
    상기 경로 손실에 반비례하는 부분 간섭 정렬 장치.
    
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 간섭 정렬부는,
    상기 간섭 전력 세기가 가장 큰 상위 3개 AP와 STA 쌍의 정렬된 간섭 공간을 고려하여 널공간을 계산하는 부분 간섭 정렬 장치.

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