KR20180126132A - Method and apparatus for transmitting wireless signal in multi-user interference channel environment - Google Patents

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KR20180126132A KR1020170060651A KR20170060651A KR20180126132A KR 20180126132 A KR20180126132 A KR 20180126132A KR 1020170060651 A KR1020170060651 A KR 1020170060651A KR 20170060651 A KR20170060651 A KR 20170060651A KR 20180126132 A KR20180126132 A KR 20180126132A
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Abstract

Provided are a method and an apparatus for transmitting a wireless signal in a multi-user interference channel environment. The method comprises: obtaining a channel matrix; performing singular value decomposition on the channel matrix; setting a beam forming vector based on a left singular matrix and a right singular matrix acquired according to the singular value decomposition; and applying the set beam forming vector to a signal to be transmitted to transmit the signal.

Description

다중 사용자 간섭 채널 환경에서의 무선 신호 전송 방법 및 장치{Method and apparatus for transmitting wireless signal in multi-user interference channel environment}[0001] The present invention relates to a method and apparatus for transmitting a wireless signal in a multi-user interference channel environment,

본 발명은 무선 신호 전송에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 다중 사용자 간섭 채널 환경에서의 무선 신호 전송 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to wireless signal transmission, and more particularly, to a method and apparatus for transmitting wireless signals in a multi-user interference channel environment.

다수 안테나를 가진 점대점 MIMO 채널에서 전송 가능한 이론적 한계가 규명되었다. 점대점 MIMO 채널에서는 이론적 한계에 도달하는 방법은 점대점 MIMO 채널(H)을 SVD(singular value decomposition)하여 나온 행렬 혹은 벡터를 송/수신 빔성형과 전력할당에 이용하는 것이다. The theoretical limitations that can be transmitted in point - to - point MIMO channels with multiple antennas have been identified. In a point-to-point MIMO channel, a theoretical limit is reached by using a matrix or vector derived from a singular value decomposition (SVD) of a point-to-point MIMO channel (H) for transmission / reception beamforming and power allocation.

MIMO 간섭 채널은 다수의 송수신기 쌍 각각이 다중 안테나를 통해 신호를 송수신하는 환경으로, 신호 수신시 다른 안테나 및 사용자로부터 간섭이 발생한다. 이러한 MIMO 간섭환경에서는 아직까지 이론적으로 채널 용량이 규명되지 않고 있으며, 신호대 잡음비가 무한대인 환경에서 독립적으로 보낼 수 있는 신호의 수에 해당하는 자유도(Degrees of Freedom)만이 일부 알려져 있다. K 사용자 M x N MIMO 간섭 채널 환경에서 자유도는, max(M,N)/min(M,N)를 R로 정의할 경우, R이 정수인 경우에 알려져 있다.The MIMO interference channel is an environment in which each of a plurality of transceiver pairs transmit and receive signals through multiple antennas, and interference occurs from other antennas and users when a signal is received. In this MIMO interference environment, the channel capacity has not been theoretically clarified yet, and only Degrees of Freedom corresponding to the number of signals that can be sent independently in an environment where the signal-to-noise ratio is infinite is known. K user M x N The degree of freedom in the MIMO interference channel environment is known when R is an integer when max (M, N) / min (M, N) is defined as R.

간섭 채널에서 얻을 수 있는 네트워크상의 최대 다중화 이득 혹은 자유도의 경우, 간섭 정렬(Interference Alignment: IA) 기법을 통하여 도달할 수 있음이 증명되었으며, 이를 바탕으로 다중 사용자가 존재하는 간섭 제한적(Interference-limited) 환경에서의 효율적인 간섭 제어 방식으로써 IA에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. IA는 다중 사용자 간섭 채널에서 시간, 주파수 및 공간 차원으로 신호공간을 확장하여 모든 간섭 신호를 허용 가능한 차원내로 정렬시킴으로써, 최대의 자유도를 얻을 수 있는 송수신 기법이다. 하지만, 최대의 자유도를 도달하기 위해서는 시변/주파수 선택적 채널에서의 무한한 신호 공간의 확장을 요구하기 때문에, 최근 IA의 연구는 일정한 단일 채널 환경에서 한정된 공간적 자원을 통해 도달할 수 있는 다중 안테나 환경에서의 자유도의 분석 및 송수신기 설계에 대한 연구가 주로 수행되어 왔다.It is proved that the maximum multiplexing gain or degree of freedom in the interfering channel can be reached through Interference Alignment (IA) technique. Based on this, it is shown that interference- Research on IA has been actively conducted as an efficient interference control method in the environment. IA is a transmission and reception technique that maximizes the degree of freedom by aligning all interfering signals within an acceptable dimension by extending the signal space to the time, frequency, and space dimensions in a multi-user interfering channel. However, recent IA studies have shown that in a multi-antenna environment, which can be reached through limited spatial resources in a constant single-channel environment, because the infinite signal spacing in time-varying / frequency selective channels is required to reach the maximum degree of freedom. Analysis of the degree of freedom and the design of the transceiver have been performed mainly.

MIMO 간섭환경에서 이론적 최대 자유도는 위와 같은 간섭정렬 기법에 의해 도달할 수 있으나, 신호대잡음비가 낮은 환경에서는 성능이 열하된다. 구체적으로, 간섭정렬은 신호대잡음비가 높은 경우, 채널 용량이 이론적 한계에 거의 근접하는 성능을 보이지만, 실제 통신시스템이 동작하는 신호대잡음비가 낮은 경우, 성능 열하가 발생한다. 즉, 간섭정렬은 자신의 신호 세기를 높이기 위해서가 아닌, 간섭의 영향이 없도록 신호를 전송하는 방식이며, 신호대잡음비가 낮은 환경에서는 간섭의 영향 제거보다는 자신의 신호 세기를 높이는 것이 성능 향상에 도움이 된다.In the MIMO interference environment, the theoretical maximum degree of freedom can be reached by the above interference sorting technique, but the performance is degraded in a low signal-to-noise ratio environment. Specifically, the interference alignment exhibits performance close to the theoretical limit when the signal-to-noise ratio is high, but when the actual signal-to-noise ratio of the actual communication system is low, performance degradation occurs. In other words, interference sorting is a way to transmit signals so that there is no influence of interference, not to increase their signal strength. In an environment with a low signal-to-noise ratio, do.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다중 사용자 간섭 채널환경에서, 하나의 신호를 높은 전력으로 수신할 수 있도록, 신호 최대화를 통해 무선 신호를 전송하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for transmitting a radio signal through signal maximization in order to receive one signal at a high power in a multi-user interference channel environment.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 신호 전송 방법은, 다중 사용자 간섭 채널 환경에서, 무선 신호를 전송하는 방법으로서, 채널 행렬을 획득하는 단계; 상기 채널 행렬에 대하여 특이값 분해를 수행하는 단계; 상기 특이값 분해에 따라 획득되는 좌특이 행렬과 우특이 행렬을 토대로 빔 성형 벡터를 설정하는 단계; 및 상기 설정된 빔성형 벡터를 송신하고자 하는 신호에 적용하여 상기 신호를 송신하는 단계를 포함한다. A method for transmitting a wireless signal according to an exemplary embodiment of the present invention includes: acquiring a channel matrix; Performing singular value decomposition on the channel matrix; Setting a beamforming vector based on a left singular matrix and a right singular matrix obtained according to the singular value decomposition; And applying the set beamforming vector to a signal to be transmitted to transmit the signal.

상기 설정하는 단계는, 상기 우특이 행렬의 첫번째 열의 벡터를 송신 빔 성형 벡터로 설정하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 송신하는 단계는 상기 송신 빔 성형 벡터를 상기 송신하고자 하는 신호에 적용시켜 상기 신호를 송신할 수 있다. The setting may comprise setting a vector of a first column of the right singular matrix to a transmit beamforming vector, wherein the transmitting step applies the transmit beamforming vector to the signal to be transmitted, Can be transmitted.

상기 설정하는 단계는, 상기 좌특이 행렬의 첫번째 열의 벡터를 수신 빔 성형 벡터로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. The setting may comprise setting a vector of a first column of the left singular matrix to a receive beamforming vector.

한편, 상기 송신하는 단계는, 가용가능한 송신 전력을 상기 송신하고자 하는 신호에 모두 할당하여, 상기 신호를 송신할 수 있다. On the other hand, the transmitting step may allocate all available transmit power to the signal to be transmitted, and transmit the signal.

상기 다중 사용자 간섭 채널 환경에서, 각 송신기의 안테나는 M개, 각 수신기의 안테나는 N개인, K개의 송수신기가 동시에 데이터를 전송하는 간섭 채널 환경일 수 있다. In the multi-user interfering channel environment, it may be an interference channel environment in which K transceivers simultaneously transmit data, where M antennas of each transmitter and N antennas of each receiver are N antennas.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 신호 전송 장치는, 다중 사용자 간섭 채널 환경에서의 무선 신호 전송 장치로서, 안테나를 통하여 신호를 송수신하는 송수신부, 그리고 상기 송수신부와 연결되고, 무선신호 전송을 수행하는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 채널 행렬에 대하여 특이값 분해를 수행하고, 상기 특이값 분해에 따라 획득되는 좌특이 행렬과 우특이 행렬을 토대로 빔 성형 벡터를 설정하고, 상기 설정된 빔성형 벡터를 송신하고자 하는 신호에 적용하도록 구성될 수 있다. A wireless signal transmission apparatus according to another embodiment of the present invention is a wireless signal transmission apparatus in a multi-user interference channel environment, comprising: a transmission / reception unit for transmitting / receiving signals through an antenna; Wherein the processor performs singular value decomposition on a channel matrix and sets a beamforming vector based on a left singular matrix and a right singular matrix obtained according to the singular value decomposition, To the signal to be transmitted.

상기 프로세서는 상기 우특이 행렬의 첫번째 열의 벡터를 송신 빔 성형 벡터로 설정하고, 상기 송신 빔 성형 벡터를 상기 송신하고자 하는 신호에 적용시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 송수신부는 상기 송신 빔 성형 벡터가 적용된 상기 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. The processor may be configured to set the vector of the first column of the right singular matrix to a transmit beamforming vector and to apply the transmit beamforming vector to the signal to transmit. In this case, the transceiver may be configured to transmit the signal to which the transmission beamforming vector is applied.

상기 프로세서는, 상기 좌특이 행렬의 첫번째 열의 벡터를 수신 빔 성형 벡터로 설정하고, 상기 송수신부에 의해 수신되는 신호에 상기 수신 빔 성형 벡터를 적용시키도록 구성될 수 있다. The processor may be configured to set the vector of the first column of the left singular matrix to a receive beamforming vector and to apply the receive beamforming vector to a signal received by the transceiver.

또한, 상기 프로세서는, 가용가능한 송신 전력을 상기 송신하고자 하는 신호에 모두 할당하도록 구성될 수 있으며, 이 경우, 상기 송수신부는 상기 가용가능한 송신 전력으로 상기 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. In addition, the processor may be configured to allocate all available transmit power to the signal to be transmitted, and in this case, the transceiver may be configured to transmit the signal with the available transmit power.

본 발명의 실시 예에 따르면, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 간섭 채널 환경에서, 각 송수신기가 여러 개의 신호를 전송하여 자유도를 크게 하여 신호를 전송하지 않고, 자신의 신호세기를 최대화하여 전송할 수 있다. 이에 따라, 낮은 신호대잡음비에서도 좋은 성능을 얻을 수 있다.According to the embodiment of the present invention, in a multiple input multiple output (MIMO) interfering channel environment, each transceiver transmits a plurality of signals to increase the degree of freedom thereof, thereby maximizing and transmitting signal strength without transmitting signals. As a result, good performance can be obtained even at a low signal-to-noise ratio.

도 1은 간섭 정렬 방식을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 채널 환경을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 신호 전송 방법과 기존 방법들의 다른 시뮬레이션에 따른 전송률을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 신호 전송 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 신호 전송 장치의 구조도이다.
1 is a diagram illustrating an interference alignment method.
2 is a diagram illustrating a channel environment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph illustrating a transmission rate according to another simulation of a wireless signal transmission method and an existing method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a wireless signal transmission method according to an embodiment of the present invention.
5 is a structural diagram of a radio signal transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification and claims, when a section is referred to as including an element, it is understood that it may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

명세서 전체에서, 단말(terminal)은 사용자 장비(user equipment, UE), 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, UE, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.Throughout the specification, a terminal may be referred to as a user equipment (UE), a mobile terminal (MT), a mobile station (MS), an advanced mobile station (AMS) a high reliability mobile station (HR-MS), a subscriber station (SS), a portable subscriber station (PSS), an access terminal (AT) , AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, and the like.

또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB 또는 eNB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femoto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 메트로 기지국(metro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, eNode, ABS, 노드B, eNodeB, eNB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.Also, a base station (BS) is an advanced base station (ABS), a high reliability base station (HR-BS), a node B, an evolved node B, eNodeB or eNB), an access point (AP), a radio access station (RAS), a base transceiver station (BTS), a mobile multihop relay (MMR) a relay station (RS), a relay node (RN) serving as a base station, an advanced relay station (ARS) serving as a base station, a high reliability relay station A femto BS, a home Node B, a home eNodeB, a pico BS, a metro BS, a micro base station (BS) and a small base station (eNodeB), eNodeB, eNodeB, eNB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR- And the like.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 다중 사용자 간섭 채널 환경에서의 무선 신호 전송 방법 및 장치에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method and apparatus for transmitting a radio signal in a multi-user interference channel environment according to an embodiment of the present invention will be described.

다수의 송수신기가 존재하는 간섭 채널에서는 전송 가능한 이론적 한계가 규명되지 않았으며, 신호대잡음비가 무한대인 환경에서 독립적으로 보낼 수 있는 신호의 수에 해당하는 최대의 자유도(Degrees of Freedom)만이 일부 알려져 있다. 이론적 최대 자유도에 도달할 수 있는 방법으로 자신의 신호와 간섭신호를 신호 공간에서 분리하는 간섭정렬이 있다.In the interference channel where a large number of transceivers are present, the theoretical limit of transmission is not clarified, and only the maximum degree of freedom (Degrees of Freedom) corresponding to the number of signals that can be independently transmitted in an environment where the SNR is infinite is known . There is an interference alignment that separates the own signal and the interference signal in the signal space in such a way as to reach the theoretical maximum degree of freedom.

도 1은 간섭 정렬 방식을 나타낸 도이다. 1 is a diagram illustrating an interference alignment method.

간섭 정렬은 수신단의 신호 벡터공간에서 신호 부공간과 간섭 부공간을 분리하고, 간섭 부공간에 간섭신호들이 정렬되도록 전송하는 방식이다. 예를 들어, 도 1과 같은, 3 사용자 간섭채널의 경우에, 송신기는 수신기에서 간섭이 같은 방향으로 정렬되도록 빔형성 벡터를 채널의 고유벡터들로 구성하여 전송하고, 수신기는 정렬된 간섭의 영향을 제거하기 위해 간섭제거 수신 빔형성 벡터를 생성하여 수신한다. The interference alignment is a method of separating the signal subspace and the interference subspace from the signal vector space of the receiving end and transmitting the interference signals in the interfering space. For example, in the case of a three-user interfering channel, such as in FIG. 1, the transmitter constructs a beamforming vector as the eigenvectors of the channel so that the interference is aligned in the same direction at the receiver, Lt; RTI ID = 0.0 > beamforming < / RTI >

이러한 간섭정렬은 신호대잡음비가 높은 경우, 이론적 한계에 거의 근접하는 성능을 보이지만, 실제 통신시스템이 동작하는 신호대잡음비가 낮은 경우, 성능 열하가 발생한다. 즉, 간섭정렬은 자신의 신호 세기를 높이기 위해서가 아닌, 간섭의 영향이 없도록 신호를 전송하는 방식이며, 신호대잡음비가 낮은 환경에서는 간섭의 영향 제거보다는 자신의 신호 세기를 높이는 것이 성능 향상에 도움이 된다.This interference alignment shows performance close to the theoretical limit when the signal-to-noise ratio is high, but performance degradation occurs when the actual signal-to-noise ratio of the actual communication system is low. In other words, interference sorting is a way to transmit signals so that there is no influence of interference, not to increase their signal strength. In an environment with a low signal-to-noise ratio, do.

본 발명의 실시 예에서는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 간섭 채널환경에서, 각 단말은 자유도 1로 전송하지만 자신의 신호를 최대화하여 전송하도록 빔성형 및 전력 할당을 수행한다. In the embodiment of the present invention, in a multiple input multiple output (MIMO) interfering channel environment, each terminal performs beamforming and power allocation so as to maximize its signal while transmitting the signal with a degree of freedom of 1.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 채널 환경을 나타낸 도이다. 2 is a diagram illustrating a channel environment according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예에서는 첨부한 도 2에서와 같이, K개의 송수신기가 동시에 데이터를 전송하며, 각 송신기의 안테나는 Mk개, 각 수신기의 안테나는 Nk개인 통신시스템(이하, 설명의 편의를 위하여, K 사용자 MIMO 간섭채널이라고 명명함)에서, K개의 송수신기가 동시에 데이터를 전송하며, 각 송신기가 자신의 신호를 최대화하여 전송한다. In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the K transceivers transmit data at the same time, Mk antennas of each transmitter, and Nk personal communication systems (hereinafter, K user MIMO interference channel), K transceivers transmit data at the same time, and each transmitter maximizes its signal and transmits.

K 사용자 MIMO 간섭채널에서, k 번째 사용자(또는 단말)가 전송하려는 dk개의 신호 sk,m를, 송신기의 송신 빔성형 행렬(또는 송신 빔 성형 벡터) Pk를 통해 전송하는 경우, 송신기를 통해 전송되는 신호 xk는 다음과 같이 나타낼 수 있다. K user In a MIMO interfering channel, if the k k user (or terminal) transmits the d k signals s k, m to be transmitted on the transmit beamforming matrix (or transmit beamforming vector) P k of the transmitter, The signal x k transmitted through the antenna can be expressed as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, sk는 데이터 벡터(Dx1 행렬)를 나타내고, D는 각 송신단에서 보내는 데이터의 수를 나타낸다.Here, s k denotes a data vector (Dx 1 matrix), and D denotes the number of data transmitted from each transmitting end.

채널 H을 통해 수신되는 k번째 수신기의 수신 신호 yk는 다음과 같이 나타낼 수 있다. The received signal y k of the kth receiver received via channel H can be expressed as:

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 Hkk는 j번째 송신기에서 k번째 수신기까지의 채널 행렬(NxM 행렬)을 나타내고, Pk는 k번째 송신기의 송신 빔성형 행렬(MxD 행렬)을 나타내며, sk는 데이터 벡터(Dx1 행렬)를 나타내고, zk는 열잡음 (Nx1 행렬)을 나타내며, D는 각 송신단에서 보내는 데이터의 수를 나타낸다.Where H kk is the channel matrix at the j-th transmitter to the k-th receiver (NxM matrix) to indicate, P k denotes a transmit beam forming matrix of a k th transmitter (MxD matrix), s k is the data vector (Dx1 matrix) , Z k represents a thermal noise (Nx 1 matrix), and D represents the number of data sent from each transmitting end.

k 번째 수신기의 수신 신호 yk를 수신 빔성형 행렬(혹은 수신 빔 성형 벡터) Fk를 통해 얻는 신호 sk는 다음과 같이 나타낼 수 있다. received signal y k to the reception beam forming matrix of a k-th receiver (or receive beamforming vectors) to obtain signals s k with F k can be expressed as follows:

Figure pat00003
Figure pat00003

간섭 정렬 방식에서 각각의 송수신기가 다수개의 신호를 전송함으로써, 각 송수신기가 독립적으로 보내는 신호의 수를 늘려서 성능을 향상시킨다. 그러나 본 발명의 실시 예에서는 각각의 송수신기가 하나의 신호만을 전송하되, 전송되는 하나의 신호의 세기가 최대화될 수 있도록 한다. In the interference alignment scheme, each transceiver transmits a plurality of signals, thereby increasing the number of signals that each transceiver independently sends to improve performance. However, in the embodiment of the present invention, each transceiver transmits only one signal, but the intensity of one transmitted signal can be maximized.

k 번째 송수신기간 채널을 Hkk라 하고, 채널은 SVD에 의해 다음과 같이 나타낼 수 있다. The kth transmission and reception period channel is denoted by Hkk , and the channel can be expressed by SVD as follows.

Figure pat00004
Figure pat00004

U는 N x N 차원의 좌특이 행렬을 나타내고, V는 M x M 차원의 우특이 행렬을 나타내며, Σ는 행렬의 랭크별 특이값을 나타내는 N xM 차원의 대각 행렬을 나타낸다. U represents a left singular matrix of N x N dimensions, V represents a right singular matrix of M x M dimensions, and Σ represents a diagonal matrix of N xM dimensions representing singular values of rank of the matrix.

일반적으로 채널에 대해 SVD를 하면, 가장 큰 특이(singular) 벡터에 해당하는 벡터는 k 번째 송수신기간 채널에 해당하는 좌특이 행렬 Ukk와 우특이 행렬 Vkk의 첫번째 열에 의해 주어진다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 SVD를 통해 변형된 채널의 신호 중 가장 큰 채널을 통해 신호를 전송하기 위해, k 번째 송신기의 빔성형 벡터 Pk가 우특이 행렬 Vkk 행렬의 첫번째 열로 이루어지도록 다음과 같이 설정한다.Generally, when SVD is applied to a channel, the vector corresponding to the largest singular vector is given by the first column of the left singular matrix U kk and the right singular matrix V kk corresponding to the kth transmitting and receiving period channel. Therefore, in the embodiment of the present invention, in order to transmit a signal through the largest channel among the signals of the channel modified through the SVD, the beamforming vector P k of the k-th transmitter is set to be the first column of the right- .

Figure pat00005
Figure pat00005

또한, k 번째 수신기의 빔성형 벡터 fk가 좌특이 Ukk 행렬의 첫번째 열로 이루어지도록 다음과 같이 설정한다.Also, the beamforming vector f k of the kth receiver is set to be the first column of the left-handed U kk matrix as follows.

Figure pat00006
Figure pat00006

이와 같이, 자신의 신호 즉, 임의 송신기가 송신하는 신호를 최대화하기 위해서는 해당 송신기의 빔성형 벡터 Pk를, 채널 행렬을 특이값 분해(SVD)하여 획득되는 우특이 행렬의 첫번째 열에 위치된 벡터로 설정하고, 수신기의 빔성형 벡터 fk를, 채널 행렬을 특이값 분해(SVD)하여 획득되는 좌특이 행렬의 첫번째 열에 위치된 벡터로 설정한다. In order to maximize the signal transmitted by the arbitrary transmitter, the beamforming vector P k of the transmitter is converted into a vector located in the first column of the right-handed matrix obtained by singular value decomposition (SVD) of the channel matrix And sets the beamforming vector f k of the receiver to the vector located in the first column of the left singular matrix obtained by singular value decomposition (SVD) of the channel matrix.

또한, 위에 기술된 바와 같이 신호를 최대화하여 송수신하기 위해 송/수신 빔성형을 수행하는 것 이외에, 전력 할당 제어를 수행한다. In addition to performing transmit / receive beamforming to transmit and receive signals maximally as described above, power allocation control is performed.

구체적으로, k 번째 송신기의 가용한 송신전력을 Pok라고 할 경우, 송신기는 가용한 송신전력 Pok 을 자신이 전송하는 하나의 신호 전송에 모두 할당한다. 따라서, k 번째 송신기는 가용한 송신전력 Pok 으로 하나의 신호를 전송한다. Specifically, when the available transmission power of the k-th transmitter is Po k , the transmitter allocates available transmission power Po k to one signal transmission transmitted by itself. Therefore, the k-th transmitter transmits one signal with the available transmission power Po k .

위에 기술된 바와 같이, K 사용자 MIMO 간섭채널에서, 각 송수신기가 여러 개의 신호를 전송하여 자유도를 크게 하는 것이 아니라, 자신의 신호세기를 크게 하여 전송함으로써, 낮은 신호대잡음비에서 좋은 성능을 얻을 수 있다. As described above, in the K-user MIMO interfering channel, each transceiver transmits a plurality of signals to increase its signal strength, rather than increasing the degree of freedom, thereby achieving good performance at a low signal-to-noise ratio.

k 번째 송수신기가 얻을 수 있는 전송률을 다음과 같이 나타낼 수 있다. The transmission rate of the kth transceiver can be expressed as follows.

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서,

Figure pat00008
이다. here,
Figure pat00008
to be.

전체 시스템에서 얻을 수 있는 총 전송률은 다음과 같다.The total transmission rate obtained from the whole system is as follows.

Figure pat00009
Figure pat00009

예를 들어, 3 사용자 간섭채널에서 1번째 사용자가 얻을 수 있는 전송률은 다음과 같다.For example, the transmission rate that a first user can obtain in a 3-user interference channel is as follows.

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서,

Figure pat00011
은 H11의 가장 큰 특이 벡터를 나타낸다. here,
Figure pat00011
Represents the largest singular vector of H 11 .

본 발명의 실시 예에 따른 무선 신호 전송 방법을 예를 들어, 3 사용자 4x4 MIMO 간섭채널에 적용한 결과, 도 3과 같은 결과를 얻을 수 있었다. As a result of applying the radio signal transmission method according to the embodiment of the present invention to, for example, a 3-user 4x4 MIMO interference channel, results as shown in FIG. 3 were obtained.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 신호 전송 방법과 기존 방법들의 다른 시뮬레이션에 따른 전송률을 나타낸 그래프이다. FIG. 3 is a graph illustrating a transmission rate according to another simulation of a wireless signal transmission method and an existing method according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도 3에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 신호 전송 방법에 따라, 각 송신기가 자신의 신호의 세기를 최대화하여 전송하는 경우(굵은 일점쇄선 또는 굵은 이점쇄선)가, 기존의 점대점 한계 도달 방식(굵은 실선)과 기존의 간섭 정렬 방식(가는 일점쇄선 또는 가는 실선)에 비하여, 낮은 신호대잡음비에서 보다 좋은 성능(전송률)을 가짐을 알 수 있다. As shown in FIG. 3, according to the radio signal transmission method according to the embodiment of the present invention, when each transmitter maximizes the strength of its own signal and transmits it (bold dotted line or bold dotted chain line) It can be seen that it has a better performance (transmission rate) at a low signal-to-noise ratio, compared with the point-limit reaching method (bold solid line) and the existing interference alignment method (fine dashed line or thin solid line).

구체적으로, 점대점 환경에서는 이론적 한계에 도달하는 방식 즉, 점대점 이론적 한계도달 방식(굵은 실선)을 3쌍의 사용자가 4개씩의 송수신기 안테나를 가진 통신 환경에 적용하면, 자유도가 1로, 신호대잡음비를 높혀도 간섭도 함께 증가하기 때문에 성능 향상이 없다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따른 무선 신호 전송 방법에 따르면, 낮은 신호대잡음비에서 간섭정렬대비 우수한 성능을 가짐을 알 수 있다. Specifically, in a point-to-point environment, when the method of reaching the theoretical limit, that is, the point-to-point theoretical limit approach (thick solid line) is applied to a communication environment having four transceiver antennas for three pairs of users, Even if the noise ratio is increased, the interference also increases, so there is no performance improvement. However, according to the wireless signal transmission method according to the embodiment of the present invention, it can be seen that the wireless signal transmission method has superior performance to interference alignment at a low signal-to-noise ratio.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 신호 전송 방법의 흐름도이다.4 is a flowchart of a wireless signal transmission method according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도 4에 도시되어 있듯이, K 사용자 M × N 간섭 채널 환경에서, 각 송신기는 빔성형을 수행한다. As shown in the attached FIG. 4, in a K-user MxN interference channel environment, each transmitter performs beamforming.

먼저, 송신기의 채널 행렬을 획득하고(S100), 채널 행렬의 특이값 분해(SVD)를 수행한다(S110). First, the channel matrix of the transmitter is acquired (S100), and the singular value decomposition (SVD) of the channel matrix is performed (S110).

그리고 채널 행렬의 특이값 분해에 따라 획득된 우특이 행렬을 이용하여 송신 빔 성형 벡터를 설정한다. 즉, 우특이 행렬의 첫번째 열의 벡터를 송신 빔 성형 벡터로 설정한다(S120). 또한, 채널 행렬의 특이값 분해에 따라 획득된 좌특이 행렬을 이용하여 수신 빔 성형 벡터를 설정한다. 즉, 좌특이 행렬의 첫번째 열의 벡터를 수신 빔 성형 벡터로 설정한다(S130).Then, the transmission beamforming vector is set using the right-specific matrix obtained according to the singular value decomposition of the channel matrix. That is, the vector of the first column of the right specific matrix is set as a transmission beamforming vector (S120). Also, the reception beamforming vector is set using the left singular matrix obtained according to the singular value decomposition of the channel matrix. That is, the vector of the first column of the left singular matrix is set as the reception beamforming vector (S130).

위에 기술된 바와 같이, 빔 성형 벡터를 설정한 다음에, 송신기는 빔성형 벡터를 송신하는 신호에 적용시키고, 해당 신호를 송신한다(S140). 이때, 송신기는 가용가능한 송신 전력을 송신하는 신호에 할당하여, 해당 신호를 가용가능한 송신 전력으로 송신한다(S150).After setting the beamforming vector as described above, the transmitter applies the beamforming vector to the transmitted signal and transmits the signal (S140). At this time, the transmitter allocates available transmit power to a signal to be transmitted, and transmits the signal with usable transmit power (S150).

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 신호 전송 장치의 구조도이다. 5 is a structural diagram of a radio signal transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도 5에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 신호 전송 장치(1)는, 프로세서(110), 메모리(120) 및 송수신부(130)를 포함한다. 프로세서(110)는 위의 도 2 내지 도 4를 토대로 설명한 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 5, the wireless signal transmission apparatus 1 according to the embodiment of the present invention includes a processor 110, a memory 120, and a transceiver 130. [ The processor 110 may be configured to implement the methods described above based on Figs. 2-4.

메모리(120)는 프로세서(110)와 연결되고 프로세서(110)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. 메모리(120)는 프로세서(110)에서 수행하기 위한 명령어(instructions)를 저장하고 있거나 저장 장치(도시하지 않음)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장할 수 있다. 프로세서(110)는 메모리(120)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행할 수 있다. 프로세서(110)와 메모리(120)는 버스(도시하지 않음)를 통해 서로 연결되어 있으며, 버스에는 입출력 인터페이스(도시하지 않음)도 연결되어 있을 수 있다. The memory 120 is coupled to the processor 110 and stores various information related to the operation of the processor 110. [ The memory 120 stores instructions to be executed by the processor 110, or may temporarily store an instruction loaded from a storage device (not shown). The processor 110 may execute instructions that are stored or loaded into the memory 120. The processor 110 and the memory 120 are connected to each other via a bus (not shown), and an input / output interface (not shown) may be connected to the bus.

송수신부(130)는 프로세서(110)와 연결되며 무선 신호를 송신 또는 수신한다. The transceiver 130 is connected to the processor 110 and transmits or receives a radio signal.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention are not limited to the above-described apparatuses and / or methods, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 사업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다. 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 belongs to the scope of right.

Claims (9)

다중 사용자 간섭 채널 환경에서, 무선 신호를 전송하는 방법에서,
채널 행렬을 획득하는 단계;
상기 채널 행렬에 대하여 특이값 분해를 수행하는 단계;
상기 특이값 분해에 따라 획득되는 좌특이 행렬과 우특이 행렬을 토대로 빔 성형 벡터를 설정하는 단계; 및
상기 설정된 빔성형 벡터를 송신하고자 하는 신호에 적용하여 상기 신호를 송신하는 단계
를 포함하는, 무선 신호 전송 방법.
In a multi-user interfering channel environment, in a method of transmitting a wireless signal,
Obtaining a channel matrix;
Performing singular value decomposition on the channel matrix;
Setting a beamforming vector based on a left singular matrix and a right singular matrix obtained according to the singular value decomposition; And
Applying the set beamforming vector to a signal to be transmitted and transmitting the signal
/ RTI >
제1항에 있어서
상기 설정하는 단계는,
상기 우특이 행렬의 첫번째 열의 벡터를 송신 빔 성형 벡터로 설정하는 단계
를 포함하고,
상기 송신하는 단계는
상기 송신 빔 성형 벡터를 상기 송신하고자 하는 신호에 적용시켜 상기 신호를 송신하는, 무선 신호 전송 방법.
The method of claim 1, wherein
Wherein the setting step comprises:
Setting a vector of a first column of the right specific matrix to a transmit beamforming vector
Lt; / RTI >
The transmitting step
And applying the transmission beamforming vector to the signal to be transmitted to transmit the signal.
제1항에 있어서
상기 설정하는 단계는,
상기 좌특이 행렬의 첫번째 열의 벡터를 수신 빔 성형 벡터로 설정하는 단계
를 포함하는, 무선 신호 전송 방법.
The method of claim 1, wherein
Wherein the setting step comprises:
Setting a vector of a first column of the left singular matrix to a receive beamforming vector
/ RTI >
제1항에 있어서
상기 송신하는 단계는, 가용가능한 송신 전력을 상기 송신하고자 하는 신호에 모두 할당하여, 상기 신호를 송신하는, 무선 신호 전송 방법.
The method of claim 1, wherein
Wherein the transmitting step allocates all available transmit power to the signal to be transmitted, and transmits the signal.
제1항에 있어서
상기 다중 사용자 간섭 채널 환경에서, 각 송신기의 안테나는 M개, 각 수신기의 안테나는 N개인, K개의 송수신기가 동시에 데이터를 전송하는 간섭 채널 환경인, 무선 신호 전송 방법.
The method of claim 1, wherein
Wherein in the multi-user interfering channel environment, the M antennas of each transmitter and N antennas of each receiver are interference channel environments in which K transceivers simultaneously transmit data.
다중 사용자 간섭 채널 환경에서의 무선 신호 전송 장치에서,
안테나를 통하여 신호를 송수신하는 송수신부, 그리고
상기 송수신부와 연결되고, 무선신호 전송을 수행하는 프로세서를 포함하며,
상기 프로세서는,
채널 행렬에 대하여 특이값 분해를 수행하고, 상기 특이값 분해에 따라 획득되는 좌특이 행렬과 우특이 행렬을 토대로 빔 성형 벡터를 설정하고, 상기 설정된 빔성형 벡터를 송신하고자 하는 신호에 적용하도록 구성되는, 무선 신호 전송 장치.
In a wireless signal transmission apparatus in a multi-user interference channel environment,
A transmitting and receiving unit for transmitting and receiving signals through an antenna, and
And a processor coupled to the transceiver and performing wireless signal transmission,
The processor comprising:
A singular value decomposition is performed on the channel matrix, a beamforming vector is set based on a left singular matrix and a right singular matrix obtained according to the singular value decomposition, and the set beamforming vector is applied to a signal to be transmitted , A wireless signal transmission device.
제6항에 있어서
상기 프로세서는 상기 우특이 행렬의 첫번째 열의 벡터를 송신 빔 성형 벡터로 설정하고, 상기 송신 빔 성형 벡터를 상기 송신하고자 하는 신호에 적용시키도록 구성되며,
상기 송수신부는 상기 송신 빔 성형 벡터가 적용된 상기 신호를 송신하도록 구성되는, 무선 신호 전송 장치.
The method of claim 6, wherein
Wherein the processor is configured to set the vector of the first column of the right singular matrix to a transmit beamforming vector and apply the transmit beamforming vector to the signal to transmit,
Wherein the transceiver is configured to transmit the signal to which the transmit beamforming vector is applied.
제6항에 있어서
상기 프로세서는,
상기 좌특이 행렬의 첫번째 열의 벡터를 수신 빔 성형 벡터로 설정하고, 상기 송수신부에 의해 수신되는 신호에 상기 수신 빔 성형 벡터를 적용시키도록 구성되는, 무선 신호 전송 장치.
The method of claim 6, wherein
The processor comprising:
Set the vector of the first column of the left singular matrix to a receive beamforming vector and apply the receive beamforming vector to a signal received by the transceiver.
제6항에 있어서
상기 프로세서는, 가용가능한 송신 전력을 상기 송신하고자 하는 신호에 모두 할당하도록 구성되고,
상기 송수신부는 상기 가용가능한 송신 전력으로 상기 신호를 송신하도록 구성되는, 무선 신호 전송 장치.
The method of claim 6, wherein
Wherein the processor is configured to allocate all available transmit power to the signal to be transmitted,
And the transmitter / receiver is configured to transmit the signal with the available transmit power.
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