KR20190142149A - 무선 통신 시스템에서 통합형 빔포밍을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 통합형 빔포밍을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은, 각 단말로부터 수신된 기준 신호들에 기반하여 각 단말에 대한 채널을 추정하는 과정과, 추정된 채널 정보에 기반하여 스케줄링 및 전력 할당 정보를 반영한 각 단말들에 대한 빔포밍 벡터 행렬들을 결정하는 과정 및 결정된 빔포밍 벡터 행렬들을 이용하여 적어도 하나의 단말로 데이터를 송신하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 통합형 빔포밍을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INTEGRATED BEAMFORMING IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 통합형 빔포밍을 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한, 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
다중 셀 환경에서 있어서, 사용자 간 간섭(inter-user-interference)과 기지국 간 간섭(inter-cell-interference)은 기지국의 빔포밍 성능 저하의 요인이 된다. 즉, 기지국은 단말로부터 수신된 기준 신호를 통해 불완전 채널 정보를 획득할 수 있고, 획득된 불완전 채널 정보에 기반하여 이러한 간섭들을 제어할 수 있어야 한다.
한편, 기지국 안테나의 수가 무한하다고 가정하는 이상적(ideal) 대용량 다중 입출력 시스템은 사용자 간 간섭과 기지국 간 간섭이 제거되는 채널 경화(channel hardening)의 효과가 발생한다. 이로 인해, 대용량 다중 입출력 시스템에 있어서, 전력 할당이나 사용자 스케줄링과는 독립적으로 MRT(maximum ratio transmission) 나 ZF(zero-forcing) 빔포밍에 기반한 처리량(throughput) 증가에 관한 연구가 주로 이루어져 왔다. 하지만, 실제 다중 입출력 시스템은 이상적인 경우와는 달리 채널 경화의 효과가 발생하지 않는다. 뿐만 아니라, 기존의 빔포밍 기법(예: MRT 빔포밍, ZF 빔포밍)은 단순한 방법으로서, 사용자들 간의 채널을 상쇄하는 효과가 발생하지만, 에러에 매우 민감하고 노이즈가 증폭된다는 단점이 존재한다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 무선 통신 시스템에서 통합형 빔포밍을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 단일 셀 운영 시 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 다중 셀 협력 시 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 제한된 다중 셀 협력 시 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은, 각 단말로부터 수신된 기준 신호들에 기반하여 각 단말에 대한 채널을 추정하는 과정과, 추정된 채널 정보에 기반하여 스케줄링 및 전력 할당 정보를 반영한 각 단말들에 대한 빔포밍 벡터들을 결정하는 과정 및 결정된 빔포밍 벡터 행렬들을 이용하여 적어도 하나의 단말로 데이터를 송신하는 과정을 포함한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국 장치에 있어서, 적어도 하나의 송수신기와, 상기 적어도 하나의 송수신기와 기능적으로 결합되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는 복수의 단말들로부터 수신된 기준 신호들에 기반하여 상기 복수의 단말들 각각에 대한 채널을 추정하고, 상기 추정된 채널들에 기반하여 스케줄링 및 전력 할당 정보를 반영한 상기 복수의 단말들 각각에 대한 빔포밍 벡터 행렬을 결정하고, 상기 결정된 빔포밍 벡터 행렬을 이용하여 상기 복수의 단말들 중 적어도 하나의 단말로 데이터를 송신하도록 구성됩니다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 무선 통신 시스템에서 전력 할당, 사용자 스케줄링 및 빔포밍을 복합적으로 고려함으로써, 기존의 빔포밍보다 합 주파수 효율을 향상시킬 수 있으며, 사용자들 간 공정성을 보다 개선할 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 구성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 구성을 도시한다.
도 4a 내지 4c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통신부의 구성을 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 및 단말의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 기지국의 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작에 대한 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단일 셀 운영(single-cell operation) 상황을 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단일 셀 운영 상황에서의 기지국의 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단일 셀 운영 상황에서의 기지국 내 빔포밍 벡터 결정부의 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통합형 빔포밍의 결과를 도시한다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 안테나 수에 따른 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 셀 내 사용자 수에 따른 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에 있어서 다중 셀 협력(multi-cell coordination) 상황을 도시한다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에 있어서 기지국의 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도를 도시한다.
도 17은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 다중 셀 협력 상황에서의 기지국의 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 18은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 다중 셀 협력 상황에서의 기지국 내 빔포밍 벡터 결정부의 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도이다.
도 19는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 다중 셀 협력 시 기지국 안테나 수에 따른 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다.
도 20은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 다중 셀 협력 시 셀 내 사용자 수에 따른 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다.
도 21a 내지 도 21b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에 있어서 제한된 다중 셀 협력 상황을 도시한다.
도 22는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에 있어서 제한된 다중 셀 협력 상황에서의 기지국의 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도를 도시한다.
도 23은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 제한된 다중 셀 협력 상황에서의 기지국의 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 24는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 제한된 다중 셀 운영 상황에서의 기지국이 빔포밍 벡터를 결정하는 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도이다.
도 25는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 간섭 행렬을 고려한 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 통합형 빔포밍을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 무선 통신 시스템에서 가중치 합 주파수 효율을 최대화(weighted sum spectral efficiency maximization)하고, 동시에 전력 할당, 사용자 스케쥴링을 반영한 빔포밍을 하기 위한 기술을 설명한다.
이하 설명에서 사용되는 신호를 지칭하는 용어, 채널을 지칭하는 용어, 제어 정보를 지칭하는 용어, 알고리즘을 설명하기 위한 변수들을 지칭하는 용어, 네트워크 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
또한, 본 개시는, 일부 통신 규격(예: 3GPP(3rd Generation Partnership Project))에서 사용되는 용어들을 이용하여 다양한 실시 예들을 설명하지만, 이는 설명을 위한 예시일 뿐이다. 본 개시의 다양한 실시 예들은, 다른 통신 시스템에서도, 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1은 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국 110, 단말 120, 단말 130을 예시한다. 도 1은 하나의 기지국만을 도시하나, 기지국 110과 동일 또는 유사한 다른 기지국이 더 포함될 수 있다.
기지국 110은 단말들 120, 130에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국 110은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국 110은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
단말 120 및 단말 130 각각은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국 110과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말 120 및 단말 130 중 적어도 하나는 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말 120 및 단말 130 중 적어도 하나는 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말 120 및 단말 130 각각은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', 또는 '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
기지국 110, 단말 120, 단말 130은 밀리미터 파(mmWave) 대역(예: 28GHz, 30GHz, 38GHz, 60GHz)에서 무선 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 이때, 채널 이득의 향상을 위해, 기지국 110, 단말 120, 단말 130은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 여기서, 빔포밍은 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍을 포함할 수 있다. 즉, 기지국 110, 단말 120, 단말 130은 송신 신호 또는 수신 신호에 방향성(directivity)을 부여할 수 있다. 이를 위해, 기지국 110 및 단말들 120, 130은 빔 탐색(beam search) 또는 빔 관리(beam management) 절차를 통해 서빙(serving) 빔들 112, 113, 121, 131을 선택할 수 있다. 서빙 빔들 112, 113, 121, 131이 선택된 후, 이후 통신은 서빙 빔들 112, 113, 121, 131을 송신한 자원과 QCL(quasi co-located) 관계에 있는 자원을 통해 수행될 수 있다.
제1 안테나 포트 상의 심볼을 전달한 채널의 광범위한(large-scale) 특성들이 제2 안테나 포트 상의 심볼을 전달한 채널로부터 추정될(inferred) 수 있다면, 제1 안테나 포트 및 제2 안테나 포트는 QCL 관계에 있다고 평가될 수 있다. 예를 들어, 광범위한 특성들은 지연 스프레드(delay spread), 도플러 스프레드(doppler spread), 도플러 쉬프트(doppler shift), 평균 이득(average gain), 평균 지연(average delay), 공간적 수신 파라미터(spatial receiver parameter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 구성을 도시한다. 도 2에 예시된 구성은 기지국 110의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '?부', '?기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2를 참고하면, 기지국은 무선통신부 210, 백홀통신부 220, 저장부 230, 제어부 240를 포함한다.
무선통신부 210은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 무선통신부 210은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 무선통신부 210은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심볼들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 무선통신부 210은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.
또한, 무선통신부 210은 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 이를 위해, 무선통신부 210은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 또한, 무선통신부 210은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 무선통신부 210은 다수의 안테나 요소들(antenna elements)로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다.
하드웨어의 측면에서, 무선통신부 210은 디지털 유닛(digital unit) 및 아날로그 유닛(analog unit)으로 구성될 수 있으며, 아날로그 유닛은 동작 전력, 동작 주파수 등에 따라 다수의 서브 유닛(sub-unit)들로 구성될 수 있다. 디지털 유닛은 적어도 하나의 프로세서(예: DSP(digital signal processor))로 구현될 수 있다.
무선통신부 210은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 무선통신부 210의 전부 또는 일부는 '송신부(transmitter)', '수신부(receiver)' 또는 '송수신부(transceiver)'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서, 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 무선통신부 210에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
백홀통신부 220은 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 백홀통신부 220은 기지국에서 다른 노드, 예를 들어, 다른 접속 노드, 다른 기지국, 상위 노드, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.
저장부 230은 기지국의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 230은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 230은 제어부 240의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
제어부 240은 기지국의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 240은 무선통신부 210를 통해 또는 백홀통신부 220을 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부 240은 저장부 230에 데이터를 기록하고, 읽는다. 그리고, 제어부 240은 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다. 다른 구현 예에 따라, 프로토콜 스텍은 무선통신부 210에 포함될 수 있다. 이를 위해, 제어부 240은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 여기서, 채널 추정부, PF 스케줄링부, 가중치 결정부, SINR 추정부, 빔포밍 벡터 결정부는 저장부 230에 저장된 명령어 집합 또는 코드로서, 적어도 일시적으로 제어부 240에 상주된(resided) 명령어/코드 또는 명령어/코드를 저장한 저장 공간이거나, 또는, 제어부 240를 구성하는 회로(circuitry)의 일부일 수 있다.
다양한 실시 예들에 따라, 제어부 240은 각 단말로부터 수신된 기준 신호들에 기반하여 각 단말에 대한 채널을 추정할 수 있고, 추정된 채널 정보에 기반하여, 스케줄링 및 전력 할당 정보를 반영한 각 단말들에 대한 빔포밍 벡터들을 나타내는 행렬을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부 240은 기지국이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 3는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 구성을 도시한다. 도 3에 예시된 구성은 단말 120의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '?부', '?기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 3을 참고하면, 단말은 통신부 310, 저장부 320, 제어부 330를 포함한다.
통신부 310은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 통신부 310은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 통신부 310은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심볼들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부 310은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 통신부 310은 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 통신부 310은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다.
또한, 통신부 310은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 310은 다수의 안테나 요소들로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 하드웨어의 측면에서, 통신부 310은 디지털 회로 및 아날로그 회로(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))로 구성될 수 있다. 여기서, 디지털 회로 및 아날로그 회로는 하나의 패키지로 구현될 수 있다. 또한, 통신부 310은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 310은 빔포밍을 수행할 수 있다.
통신부 310은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부 310의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부 310에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
저장부 320은 단말의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 320은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 320은 제어부 330의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
제어부 330은 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 330은 통신부 310를 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부 330은 저장부 320에 데이터를 기록하고, 읽는다. 그리고, 제어부 330은 통신 규격에서 요구하는 프로토톨 스택의 기능들을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부 330은 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 통신부 310의 일부 및 제어부 330은 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따라, 제어부 330은 기지국으로 기준 신호를 송신할 수 있으며, 이러한 기준 신호에 기반하여 기지국은 스케줄링 및 전력 할당 정보를 반영한 각 단말들에 대한 빔포밍 벡터들을 나타내는 행렬을 결정할 수 있다. 또한, 제어부 330은 기지국으로부터 빔포밍 벡터들을 나타내는 행렬이 활용된 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제어부 330은 단말이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 4a 내지 4c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통신부의 구성을 도시한다. 도 4a 내지 4c는 도 4의 무선통신부 210 또는 도 3의 통신부 310의 상세한 구성에 대한 예를 도시한다. 구체적으로, 도 4a 내지 4c는 도 2의 무선통신부 210 또는 도 3의 통신부 310의 일부로서, 빔포밍을 수행하기 위한 구성요소들을 예시한다.
도 4a를 참고하면, 무선통신부 210 또는 통신부 310은 부호화 및 변조부 402, 디지털 빔포밍부 404, 다수의 송신 경로들 406-1 내지 406-N, 아날로그 빔포밍부 408를 포함한다.
부호화 및 변조부 402는 채널 인코딩을 수행한다. 채널 인코딩을 위해, LDPC(low density parity check) 코드, 컨볼루션(convoluation) 코드, 폴라(polar) 코드 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 부호화 및 변조부 402는 성상도 맵핑(contellation mapping)을 수행함으로써 변조 심볼들을 생성한다.
디지털 빔포밍부 404은 디지털 신호(예: 변조 심볼들)에 대한 빔포밍을 수행한다. 이를 위해, 디지털 빔포밍부 404은 변조 심볼들에 빔포밍 가중치들을 곱한다. 여기서, 빔포밍 가중치들은 신호의 크기 및 위상을 변경하기 위해 사용되며, '프리코딩 행렬(precoding matrix)', '프리코더(precoder)' 등으로 지칭될 수 있다. 디지털 빔포밍부 404는 다수의 송신 경로들 406-1 내지 406-N로 디지털 빔포밍된 변조 심볼들을 출력한다. 이때, MIMO(multiple input multiple output) 전송 기법에 따라, 변조 심볼들은 다중화되거나, 다수의 송신 경로들 406-1 내지 406-N로 동일한 변조 심볼들이 제공될 수 있다.
다수의 송신 경로들 406-1 내지 406-N은 디지털 빔포밍된 디지털 신호들을 아날로그 신호로 변환한다. 이를 위해, 다수의 송신 경로들 406-1 내지 406-N 각각은 IFFT(inverse fast fourier transform) 연산부, CP(cyclic prefix) 삽입부, DAC, 상향 변환부를 포함할 수 있다. CP 삽입부는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식을 위한 것으로, 다른 물리 계층 방식(예: FBMC(filter bank multi-carrier))이 적용되는 경우 제외될 수 있다. 즉, 다수의 송신 경로들 406-1 내지 406-N은 디지털 빔포밍을 통해 생성된 다수의 스트림(stream)들에 대하여 독립된 신호처리 프로세스를 제공한다. 단, 구현 방식에 따라, 다수의 송신 경로들 406-1 내지 406-N의 구성요소들 중 일부는 공용으로 사용될 수 있다.
아날로그 빔포밍부 408는 아날로그 신호에 대한 빔포밍을 수행한다. 이를 위해, 디지털 빔포밍부 404은 아날로그 신호들에 빔포밍 가중치들을 곱한다. 여기서, 빔포밍 가중치들은 신호의 크기 및 위상을 변경하기 위해 사용된다. 구체적으로, 다수의 송신 경로들 406-1 내지 406-N 및 안테나들 간 연결 구조에 따라, 아날로그 빔포밍부 408는 도 6b 또는 도 6c와 같이 구성될 수 있다.
도 4b를 참고하면, 아날로그 빔포밍부 408로 입력된 신호들은 위상/크기 변환, 증폭의 연산을 거쳐, 안테나들을 통해 송신된다. 이때, 각 경로의 신호는 서로 다른 안테나 집합들 즉, 안테나 어레이들을 통해 송신된다. 첫번째 경로를 통해 입력된 신호의 처리를 살펴보면, 신호는 위상/크기 변환부들 412-1-1 내지 412-1-M에 의해 서로 다른 또는 동일한 위상/크기를 가지는 신호열로 변환되고, 증폭기들 414-1-1 내지 414-1-M에 의해 증폭된 후, 안테나들을 통해 송신된다.
도 4c를 참고하면, 아날로그 빔포밍부 408로 입력된 신호들은 위상/크기 변환, 증폭의 연산을 거쳐, 안테나들을 통해 송신된다. 이때, 각 경로의 신호는 동일한 안테나 집합, 즉, 안테나 어레이를 통해 송신된다. 첫번째 경로를 통해 입력된 신호의 처리를 살펴보면, 신호는 위상/크기 변환부들 412-1-1 내지 412-1-M에 의해 서로 다른 또는 동일한 위상/크기를 가지는 신호열로 변환되고, 증폭기들 414-1-1 내지 414-1-M에 의해 증폭된다. 그리고, 하나의 안테나 어레이를 통해 송신되도록, 증폭된 신호들은 안테나 요소를 기준으로 합산부들 416-1-1 내지 416-1-M에 의해 합산된 후, 안테나들을 통해 송신된다.
도 4b는 송신 경로 별 독립적 안테나 어레이가 사용되는 예를, 도 4c 송신 경로들이 하나의 안테나 어레이를 공유하는 예를 나타낸다. 그러나, 다른 실시 예에 따라, 일부 송신 경로들은 독립적 안테나 어레이를 사용하고, 나머지 송신 경로들은 하나의 안테나 어레이를 공유할 수 있다. 나아가, 또 다른 실시 예에 따라, 송신 경로들 및 안테나 어레이들 간 스위치 가능한(switchable) 구조를 적용함으로써, 상황에 따라 적응적으로 변화할 수 있는 구조가 사용될 수 있다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 및 단말의 동작 방법의 흐름도를 도시한다. 도 5는 TDD(time dividing duplex) 기법을 사용한 경우, 기지국 110 및 단말 120의 동작을 예시한다. 그러나, 다른 실시 예에 따라, 도 5에 도시된 동작 방법은 기지국 110 및 다수의 단말들 간의 절차에도 유사하게 적용될 수 있다.
도 5를 참고하면, 501 단계에서, 단말 120은 기지국 110으로 상향링크 기준 신호를 송신한다. 여기서, 상향링크 기준 신호는 'SRS(sounding reference signal)', '파일럿 신호(pilot signal)', 'DM(demodulation)-RS' 를 포함할 수 있다. 이때, 단말 120은 기지국 110으로부터 할당받은 시퀀스를 이용하여 생성된 기준 신호를 송신할 수 있다. 이에 따라, 기지국 110은 상향링크 기준 신호를 이용하여 단말 120 및 다른 단말 간의 간섭 관계를 확인할 수 있다. 즉, 기지국 110은 단말들 간 간섭 관계를 판단하기 위해, 단말 120 및 적어도 하나의 다른 단말로부터 상향링크 기준 신호를 수신한다. 이때, 다른 단말로부터 수신된 상향링크 기준 신호와의 간섭으로 인해 파일럿의 중복(pilot contamination) 현상이 발생할 수 있다.
503 단계에서, 기지국 110은 수신된 기준 신호에 기반하여 단말 120에 대한 상향링크 채널을 추정한다. 505 단계에서, 기지국 110은 프리코딩 벡터를 계산한다. 이때, 파일럿의 중복 현상으로 인해, 채널 정보는 불완전할 수 있다.
507 단계에서, 기지국 110은 단말 120로 하향링크 기준 신호를 송신한다. 509 단계에서, 단말 120은 수신된 하향링크 기준 신호에 기반하여 하향링크 채널을 추정한다. 511 단계에서, 기지국 110은 송신 심볼들을 프리코딩한다. 이를 위해, 기지국 110은 단말 120로 송신되는 신호를 프리코딩 하기 위한 프리코딩 행렬, 프리코더 또는 빔포머를 결정할 수 있다. 513 단계에서, 기지국 110은 단말 120로 하향링크 데이터를 송신한다. 여기서, 하향링크 기준 신호는 BRS(beam reference signal), BRRS(beam refinement reference signal), CRS(cell-specific reference signal), CSI-RS(channel state information-reference signal), DM-RS(demodulation-reference signal), 또는 CSI-IM(interference measurement)을 포함할 수 있다.
도 5를 참고하여 설명한 절차에 따르면, 503 단계에서 상향링크 채널이, 509단계에서 하향링크 채널이 추정된다. 즉, 상향링크 채널 및 하향링크 채널은 별도의 동작에 의해 추정된다. 만일, TDD 방식이 사용되는 경우, 채널 상호주의(channel reciprocity)에 따라, 기지국 110은 상향링크 기준 신호를 통한 채널 추정(channel estimation) 정보를 그대로 하향링크 송신에 이용할 수 있다. 이 경우, 단말 120이 수신된 하향링크 기준 신호에 기반하여 채널을 추정하는 509 단계가 생략될 수 있다.
하지만, TDD 방식이 사용되더라도 여전히 파일럿 중복 효과가 발생하기 때문에, 기지국 110은 단말들에 대한 불완전한 채널 정보만을 얻을 수 있다. 결국, 기지국 110은 기준 신호를 통해 얻은 불완전 채널 정보만으로 간섭을 제어할 수 있어야 하므로, 합 주파수 효율을 최대화하고 네트워크 환경의 개선을 위한 빔포밍(beamforming)이나 전력 할당(power allocation), 사용자 스케줄링(user scheduling)등의 기술이 필수적으로 요구된다.
또한, 도 5를 참고하여 설명한 절차는 하나의 단말에 대하여 설명되었다. 그러나, 도 5에 예시된 절차는 단말 120을 포함하는 다수의 단말들 및 기지국 110 간 수행될 수 있다. 이 경우, 기지국 110은 다수의 단말들에 대한 채널 정보를 결정하고, 채널 정보에 기반하여 다수의 단말들을 위한 빔포밍 벡터들을 결정할 수 있다. 이때, 다양한 실시 예들에 따라, 기지국 110은 다수의 단말들에 대한 채널 정보, 채널 정보의 불완전성, 인접 셀에 의한 간섭 중 적어도 하나에 기반하여 빔포밍 벡터들을 결정할 수 있다. 나아가, 빔포밍 벡터들의 결정에 더하여, 기지국 110은 다수의 단말들에 대한 전력, 스케줄링 여부 등을 더 결정할 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 기지국의 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도를 도시한다. 도 6은 도 5의 기지국 110의 구성을 기능적인 블록들로 표현한다.
도 6을 참고하면, 기지국은 기준 신호 수신부 602, 채널 추정부 604, PF(proportional-fair) 스케줄링부 606, 빔포밍 벡터 결정부 608 및 데이터 송신부 610을 포함한다.
기준 신호 수신부 602는 단말 120로부터 상향링크 기준 신호를 수신하며, 채널 추정부 604는 수신된 기준 신호에 기반하여 채널을 추정한다. PF 스케줄링부 606은 단말들 간 공평성을 만족시키면서 추정된 채널 상태에 기반하여 자원 할당이 이루어지도록 스케줄링 메트릭(metric)들을 결정한다. 빔포밍 벡터 결정부 608은 추정된 채널 정보 및 단말 별 가중치에 기반하여 단말 선택 및 전력 할당을 연계하는 빔포밍 벡터들을 결정한다. 여기서, 단말 별 가중치는 스케줄링 메트릭들에 기반하여 결정될 수 있다. 데이터 송신부 610은 하향링크 데이터를 각 단말에 송신한다. 이때, 데이터 송신부 610은 빔포밍 벡터 결정부 608에 의해 결정된 빔포밍 벡터들을 이용하여 송신 신호들을 빔포밍할 수 있다.
상술한 바와 같이, 하향링크 상황에서 단말들의 공평성 문제를 해결하기 위해 기지국 110은 PF 스케줄링부 650를 활용할 수 있다. 이 때, 하향링크 가중치 주파수 효율을 최대화하기 위해, 본 개시에서 제안하는 해법은 사용자 스케줄링과 전력 할당 문제를 복합적으로 고려하는 빔포밍을 설계하는 것이다. 수학적으로 가중치 합 주파수 효율 최대화 문제는 비 볼록 최적화 문제(non-convex optimization)에 해당하므로, 최적의 결과가 보장될 수 없다. 다만, 본 개시는 위 문제에 대해 1계 최적 조건(first order Karush-Kuhn-Tucker condition)을 보장하고, 최적에 근접한(near optimal) 결과를 얻어내는 알고리즘을 제안한다. 본 개시에 제안된 기법에 따르면, 다양한 기지국 환경(예: 단일/다중 협력/다중 제한적 협력)에서 사용자 스케줄링과 전력 할당 문제를 복합적으로 고려하는 빔포밍 기술이 저 복잡도(low-complexity)로 설계될 수 있다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작에 대한 흐름도를 도시한다. 도 7은 기지국의 동작 방법을 예시한다.
도 7을 참고하면, 701 단계에서, 기지국은 각 단말로부터 수신된 기준 신호들에 기반하여 각 단말에 대한 채널을 추정한다. 여기서, 기준 신호는 SRS 또는 파일럿 신호를 포함할 수 있다. 다만, 특정 단말로부터 수신된 기준 신호는 다른 단말로부터 수신된 기준 신호의 간섭으로 인해, 기지국이 특정 단말에 대해 추정한 채널은 불완전할 수 있다. 즉, 추정된 채널 정보는 완벽한 채널 정보에 더하여 에러를 더 포함하고 있으며, 이러한 불완전함은 후술할 703 단계에서 고려될 수 있다.
703 단계에서, 기지국은 추정된 채널 정보에 기반하여, 스케줄링 및 전력 할당 정보를 반영한 각 단말들에 대한 빔포밍 벡터들을 나타내는 행렬을 결정한다. 예를 들어, 기지국은 각 단말에 대해 추정된 채널 정보에 기반하여, 초기 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다. 기지국은 결정된 초기 빔포밍 벡터에 스케줄링 정보 및 전력 할당 정보를 반영하여 최적의 빔포밍 벡터를 나타내는 행렬을 결정한다. 여기서, 스케줄링 정보는 PF 스케줄링 기법에 따른 스케줄링 정보일 수 있으며, 기지국은 PF 스케줄링 정보에 기반하여 단말 별 가중치를 결정할 수 있다. 전력 할당 정보는 각 단말에 할당된 전력의 양을 나타내는 정보를 말하며, 최종 출력된 빔포밍 벡터의 크기에 의해 표현될 수 있다. 또한, 기지국 환경이 다중 협력 상황인 경우, 협력 셀에 의한 간섭을 반영하기 위해, 기지국은 타 셀들로부터 CSI-RS 또는 CSI-IM을 수신할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 수신된 CSI-RS 또는 CSI-IM을 빔포밍 벡터들을 나타내는 행렬을 결정하기 위해 활용할 수 있다.
705 단계에서, 기지국은 결정된 빔포밍 벡터 행렬을 이용하여 적어도 하나의 단말로 데이터를 송신한다. 즉, 기지국은 단말들 각각에 대한 빔포밍을 수행하고, 빔포밍된 신호들을 송신한다.
이하 본 개시는 서로 다른 상황들을 고려하여 빔포밍 벡터들을 결정하기 위한 다양한 실시 예들을 설명한다. 여기서, 상황들은 주변 셀의 고려 여부, 간접 추정의 제한 여부에 의해 구분될 수 있다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단일 셀 운영(single-cell operation) 상황을 도시한다.
도 8을 참고하면, 단일 셀 운영 상황에서, 기지국 110은 다중 안테나를 사용하여 신호를 송신하며, 단말들 120 내지 160은 적어도 하나의 안테나를 사용하여 신호를 수신할 수 있다. 다중 셀 협력(multi-cell coordination)이 아닌 단일 셀 운영 상황이기 때문에, 기지국 110은 인접한 셀들에 의한 간섭을 고려하지 않을 수 있다. 또한, 기지국 110은 단말들 120 내지 160로부터 기준 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 기준 신호로부터 각 단말에 대한 채널을 추정할 수 있다. 여기서, 기준 신호는 SRS 또는 파일럿 신호를 포함할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, 기지국 110은 셀 내 단말들 120 내지 160로부터 수신한 불완전한 채널 추정 정보를 활용하여 전력 할당, 사용자 스케줄링과 연계한 빔포밍을 수행할 수 있다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단일 셀 운영 상황에서의 기지국의 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 9의 각 단계는 도 7의 703 단계를 구체화한 동작들로 이해될 수 있다.
도 9를 참고하면, 901 단계에서, 기지국은 추정된 채널 정보에 기반하여 각 단말들에 대한 초기 빔포밍 벡터를 결정한다. 여기서, 초기 빔포밍 벡터는 기지국 내 모든 단말 각각에 대하여 추정된 채널 정보에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 초기 빔포밍 벡터는 MRT 기법, MMSE 기법, ZF 기법 또는 다른 알려진 기법에 의해 결정될 수 있다.
903 단계에서, 기지국은 추정된 채널 정보 및 채널 에러 정보에 기반하여, 셀 내 각 단말이 수신하는 신호 및 간섭을 고려한 행렬들을 생성한다. 여기서, 채널 에러 정보는 채널 추정 기법에 따라 다양하게 표현될 수 있다. 특히, 각 안테나 별 채널에 상관관계(correlation)가 없다고 가정하면, 채널 에러 정보는 MMSE 채널 추정을 적용하여 채널 에러 공분산 행렬로 나타낼 수 있다. 생성된 셀 내 각 단말이 수신하는 신호 및 간섭을 고려한 행렬들은 셀 내 모든 단말 각각에 대한 채널 정보 및 간섭 정보를 나타낸 제1 행렬 및 제1 행렬에서 특정 단말의 채널 정보만을 제외한 제2 행렬을 포함할 수 있다.
905 단계에서, 기지국은 스케줄링 정보를 반영한 단말별 가중치를 결정한다. 예를 들어, 스케줄링 정보는 PF 스케줄링부 기법에 기반하여 결정된 스케줄링 메트릭일 수 있다. 기지국은 스케줄링 정보에 기반하여, 예를 들어, 스케줄링 메트릭을 그대로 가중치로 사용하거나 또는 스케줄링 메트릭에 대하여 미리 정의된 연산을 수행함으로써 가중치들을 결정할 수 있다.
907 단계에서, 기지국은 초기 빔포밍 벡터에 생성된 행렬들 및 단말 별 가중치를 반영한 최적의 빔포밍 벡터를 결정한다. 예를 들어, 기지국은 초기 빔포밍 벡터에 제1 행렬과 단말 별 가중치를 반영함으로써 제3 행렬을 생성할 수 있으며, 기지국은 초기 빔포밍 벡터에 제2 행렬과 단말 별 가중치를 반영함으로써 제4 행렬을 생성할 수 있다. 여기서, 제3 행렬 및 제4 행렬은 빔포밍 벡터들에 의존한다. 그리고, 기지국은 제4 행렬의 역행렬 및 제3 행렬에 기반하여 다른 빔포밍 벡터들을 결정할 수 있다, 이때, 기지국은 결정된 빔포밍 벡터를 정규화(normalization)할 수 있다. 기지국은 결정된 빔포밍 벡터들의 수렴 여부를 판단하고, 결정된 다른 빔포밍 벡터들에 대하여 상술한 과정을 반복함으로써 또 다른 빔포밍 벡터를 결정, 즉, 갱신(update)할 수 있다. 이러한 동작의 반복을 통해, 기지국은 최적의 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 결정된 빔포밍 벡터의 수렴 여부는 이전에 결정된 빔포밍 벡터(1 번째 결정된 빔포밍 벡터)와 현재 결정된 빔포밍 벡터(2 번째 결정된 빔포밍 벡터)의 차가 특정 임계 값 이하인지 여부 또는 미리 정해진 횟수만큼 반복 수행되었는 지 여부 등에 의해 판단될 수 있다.
상술한 바와 같이, 단일 셀 운영 상황에서 단말들을 위한 빔포밍 벡터들이 결정될 수 있다. 이하 기지국이 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 구체적인 동작들이 수식 및 도 10을 참고하여 설명된다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단일 셀 운영 상황에서의 기지국 내 빔포밍 벡터 결정부의 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도이다. 도 10은 상술한 빔포밍 벡터 결정부 608의 구성을 기능적인 블록들로 표현한다.
도 10을 참고하면, 빔포밍 벡터 결정부 608은 초기 빔포밍 벡터 생성부 1010, 행렬 생성부 1030, 가중치 결정부 1050 및 빔포밍 벡터 행렬 결정부 1070을 포함한다.
초기 빔포밍 백터 생성부 1010은 단말에 대한 채널 추정 정보에 기반하여 각 단말에 대한 초기 빔포밍 벡터를 생성한다. 예를 들어, 단일 셀 운영 상황에 있어서, 다수의 기지국 중
Figure pat00001
번째 기지국을 기준으로 하여,
Figure pat00002
번째 기지국 내 총 k개의 단말이 존재하는 것으로 가정한다. 이때,
Figure pat00003
번째 기지국이 빔포밍을 통해 k개의 단말들에게 전송하는 신호는 <수학식 1>과 같다.
Figure pat00004
<수학식 1>에서, K는 번째 기지국 내 단말의 개수,
Figure pat00006
는
Figure pat00007
번째 기지국이
Figure pat00008
번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00009
는
Figure pat00010
번째 기지국이 셀 내
Figure pat00011
번째 단말에 전송하는 심볼을 나타낸다. 따라서,
Figure pat00012
번째 기지국의 셀 내 k번째 단말이 수신하는 신호는 <수학식 2>와 같다.
Figure pat00013
<수학식 2>에서,
Figure pat00014
는
Figure pat00015
번째 기지국 내 k번째 단말의 수신 신호,
Figure pat00016
는
Figure pat00017
번째 기지국과 k번째 단말 간의 경로 손실(path-loss),
Figure pat00018
는
Figure pat00019
번째 기지국과 k번째 단말 간 채널,
Figure pat00020
는
Figure pat00021
번째 기지국이 k번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00022
는
Figure pat00023
번째 기지국이 셀 내 k번째 단말에 전송하는 심볼,
Figure pat00024
는
Figure pat00025
번째 기지국이
Figure pat00026
번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00027
는
Figure pat00028
번째 기지국이 셀 내
Figure pat00029
번째 단말에 전송하는 심볼을 나타낸다.
Figure pat00030
는 신호 감쇠 효과를 반영한 기지국과
Figure pat00031
번째 단말 간 채널 응답을 나타낸다.
Figure pat00032
는 기지국으로부터 특정 단말인 k번째 단말에 수신될 신호(desired signal)를 나타낸다.
Figure pat00033
은 단말로부터 오는 셀 내 단말 간 간섭(예를 들어, ICI(inter-user-interference) signal)을 나타낸다.
Figure pat00034
는
Figure pat00035
번째 기지국, k번째 단말이 받는 잡음(effective noise) 신호(예를 들어, 외부 셀 간섭(out-of-cell interference) 기지국에서의 열 잡음(thermal noise)을 포함하는 신호)를 나타낸다.
다만, 상술한 바와 같이, 특정 단말로부터 수신된 기준 신호는 다른 단말로부터 수신된 기준 신호의 간섭을 받게 되므로, 기지국이 특정 단말에 대해 추정한 채널은 불완전할 수 있다. 따라서, 완전 채널 추정 정보는
Figure pat00036
, 불완전한 채널 추정 정보는
Figure pat00037
, 채널 에러 정보는
Figure pat00038
로 나타낼 수 있으며,
Figure pat00039
의 관계를 <수학식 2>에 도입하면 <수학식 3>과 같이 나타날 수 있다.
Figure pat00040
<수학식 3>에서
Figure pat00041
는
Figure pat00042
번째 기지국 내 k번째 단말의 수신 신호,
Figure pat00043
는
Figure pat00044
번째 기지국과 k번째 단말 간의 경로 손실(path-loss),
Figure pat00045
는
Figure pat00046
번째 기지국과 k번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00047
는
Figure pat00048
번째 기지국이 k번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00049
는
Figure pat00050
번째 기지국이 셀 내 k번째 단말에 전송하는 심볼,
Figure pat00051
는
Figure pat00052
번째 기지국이
Figure pat00053
번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00054
는
Figure pat00055
번째 기지국이 셀 내
Figure pat00056
번째 단말에 전송하는 심볼,
Figure pat00057
는
Figure pat00058
번째 기지국과
Figure pat00059
번째 단말 간 채널 에러를 나타낸다. <수학식 3>으로부터 k번째 단말의 추정된 채널에 기반하여, 신호 대 잡음 간섭 비율(signal to interference plus noise ratio, SINR)이 <수학식 4>와 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00060
<수학식 4>에서,
Figure pat00061
는
Figure pat00062
번째 기지국과 k번째 단말 간 채널에서의 신호 대 잡음 간섭 비율,
Figure pat00063
는
Figure pat00064
번째 기지국과 k번째 단말 간 채널 에러에 대한 공분산 행렬,
Figure pat00065
는
Figure pat00066
번째 기지국과 k번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00067
는
Figure pat00068
번째 기지국이 k번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00069
는
Figure pat00070
번째 기지국이
Figure pat00071
번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터, P는 전송 심볼의 전력,
Figure pat00072
는
Figure pat00073
번째 기지국의 k번째 단말이 받는 잡음(effective noise) 신호를 나타낸다. 여기서, 채널 에러 공분산 행렬은 채널 추정 기법에 따라 다양하게 표현될 수 있다. 이때, 각 안테나 별 채널에 상관관계(correlation)가 없다고 가정하면, 기지국이 MMSE 채널 추정을 적용하여 획득한
Figure pat00074
은 <수학식 5>와 같이 표현될 수 있다. 또한, 기지국은 채널 상관관계가 있는 경우에도 MMSE 채널 추정을 적용함으로써 채널 에러 공분산 행렬을 획득할 수 있다.
Figure pat00075
<수학식 5>에서,
Figure pat00076
는
Figure pat00077
번째 기지국과
Figure pat00078
번째 기지국의 k번째 단말 간 채널 에러에 대한 공분산 행렬,
Figure pat00079
는
Figure pat00080
번째 기지국과
Figure pat00081
번째 기지국의 k번째 단말 간 경로 손실,
Figure pat00082
는 상향링크 기준 신호(예: SRS 신호 또는 파일럿 신호)의 길이,
Figure pat00083
은 단위 행렬을 나타낸다. 잡음과 간섭 신호가 공존하는 상황에서, 각 단말마다 최대 주파수 효율은
Figure pat00084
로 나타난다. 따라서,
Figure pat00085
번째 셀 내 사용자들에 대해 가중치를 적용하여 합 주파수 효율을 정리하면 <수학식 6>과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00086
<수학식 6>에서,
Figure pat00087
는
Figure pat00088
번째 기지국과 k번째 단말 간 가중치(weight),
Figure pat00089
는
Figure pat00090
번째 기지국의 k번째 단말에 대한 합 주파수 효율,
Figure pat00091
는
Figure pat00092
번째 기지국의
Figure pat00093
번째 단말 간 채널 에러에 대한 공분산 행렬,
Figure pat00094
는
Figure pat00095
번째 기지국과 k번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00096
는
Figure pat00097
번째 기지국이 k번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00098
는
Figure pat00099
Figure pat00100
번째 기지국이
Figure pat00101
번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터, P는 전송 심볼의 전력,
Figure pat00102
는
Figure pat00103
번째 기지국의 k번째 단말이 받는 잡음(effective noise) 신호를 나타낸다. <수학식 6>을 통해, 최대화하는
Figure pat00104
명의 사용자들에 대한 빔포밍 벡터
Figure pat00105
들을 구할 수 있다.
여기서, 초기 빔포밍 백터 생성부 1010은
Figure pat00106
번째 기지국 내 k개의 단말이 존재하는 경우, k개의 단말에 대한 채널 추정 정보 각각에 대한 k개의 빔포밍 벡터들을 생성한다. 이후, 이러한 빔포밍 벡터들을 벡터 형식(vector form)으로 만들기 위해(예를 들어, 직렬-병렬 변환을 통해), k개의 빔포밍 벡터들을
Figure pat00107
형태로 연결(concatenate)할 수 있다. 이로 인해, 상술한 <수학식 6>을 <수학식 7>의 형태로 변형할 수 있다.
Figure pat00108
<수학식 7>에서,
Figure pat00109
는
Figure pat00110
번째 기지국과 k번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00111
는
Figure pat00112
번째 기지국이 k번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00113
는
Figure pat00114
번째 기지국이
Figure pat00115
번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터, P는 전송 심볼의 전력,
Figure pat00116
는
Figure pat00117
번째 기지국의
Figure pat00118
번째 단말이 받는 잡음(effective noise) 신호를 나타낸다. 또한,
Figure pat00119
은 셀 내 모든 단말에 대한 채널 정보와 간섭 정보에 대한 대각행렬을 나타내며, 예를 들어,
Figure pat00120
은 도 9에서 설명한 제1 행렬을 지칭할 수 있다.
Figure pat00121
은
Figure pat00122
에서 특정 단말의 채널 정보만을 제외한 행렬로서, 셀 내 모든 단말에 대한 간섭 정보를 나타낸다. 예를 들어,
Figure pat00123
는 도 9에서 설명한 제2 행렬을 지칭할 수 있다. 상술한 <수학식 7>이 최적화 문제에 적용되면 <수학식 8>로 표현될 수 있다.
Figure pat00124
<수학식 8>에서,
Figure pat00125
는
Figure pat00126
번째 기지국과 k번째 단말 간 가중치,
Figure pat00127
은 셀 내 모든 단말에 대한 채널 정보와 간섭 정보에 대한 대각행렬,
Figure pat00128
은
Figure pat00129
에서 특정 단말의 채널 정보만을 제외한 행렬,
Figure pat00130
은 빔포밍 벡터를 나타낸다. <수학식 8>은 최적화 함수의 형태로서 레일리 몫(Rayleigh quotient)의 곱 형태를 띄는 특징을 가지며, 비 볼록 최적화 문제의 범주에 속한다. 이러한 <수학식 8>의
Figure pat00131
및
Figure pat00132
는 행렬 생성부 1030로부터 구해질 수 있다.
행렬 생성부 1030는 각 단말에 대한 채널 추정 정보 및 채널 에러 정보에 기반하여 셀 내 각 단말이 수신하는 신호 및 간섭을 고려한 행렬들을 생성한다. 여기서, 채널 에러 정보는, 상술한 바와 같이, 셀 외부 간섭 및 셀 내부 간섭으로 인한 불완전한 채널과 완전한 채널의 차이를 나타낸다. 이러한 채널 에러 정보는 상술한 <수학식 5>에 의해 채널 에러 공분산 행렬로 표현될 수 있다. 셀 내 각 단말이 수신하는 신호 및 간섭을 고려한 행렬들은
Figure pat00133
와
Figure pat00134
를 포함할 수 있다. 이때,
Figure pat00135
는
Figure pat00136
로 구해질 수 있으며,
Figure pat00137
는
Figure pat00138
로 구해질 수 있다.
가중치 결정부 1050은 스케줄링 정보를 반영한 단말 별 가중치를 결정한다. 여기서, 스케줄링 정보는 PF 스케줄링 기법에 따른 스케줄링 정보를 포함한다. 상술한 바와 같이, 도 6을 참고하면, PF 스케줄링부는 단말들 간 공평성을 만족시키면서 추정된 채널 상태에 기반하여 자원 할당이 이루어지도록 스케줄링 메트릭(metrci)들을 결정하면, 가중치 결정부 1050은 이러한 스케줄링 메트릭들로부터 가중치를 결정할 수 있다. 단말 별 가중치는 상기 <수학식 6>의
Figure pat00139
로 표현되며, 최적 빔포밍 벡터를 나타내는 행렬을 결정하는 데 활용된다.
빔포밍 벡터 행렬 결정부 1070은 초기 빔포밍 벡터에 생성된 행렬들 및 단말 별 가중치를 반영한 최적의 빔포밍 벡터를 결정한다. 이는, 상술한 <수학식 8>의 해를 산출하는 것일 수 있다. <수학식 8>은 비 볼록 최적화 문제의 범주에 속하는 것으로서 최적의 빔포밍 벡터
Figure pat00140
를 찾는 방법은 당업계에 알려져 있지 않다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, 이 문제의 최적 해에 대한 필요조건인 1계 최적 조건(first order Karush-Kuhn-Tucker condition)을 찾으면 <수학식 9>를 얻을 수 있다.
Figure pat00141
<수학식 9>에서
Figure pat00142
은 빔포밍 벡터
Figure pat00143
에 대한 최적화 함수,
Figure pat00144
는
Figure pat00145
번째 기지국과
Figure pat00146
번째 단말 간 가중치,
Figure pat00147
은
Figure pat00148
에 단말 별 가중치를 반영하여 계산되는 행렬,
Figure pat00149
은
Figure pat00150
에 단말 별 가중치를 반영하여 계산되는 행렬을 나타낸다. 이때,
Figure pat00151
는 도 9에서 설명한 제3 행렬을 지칭할 수 있으며,
Figure pat00152
는 도 9에서 설명한 제4 행렬을 지칭할 수 있다. 또한,
Figure pat00153
과
Figure pat00154
은 각각
Figure pat00155
에 대해 종속된다. 만약
Figure pat00156
를 최대화하는
Figure pat00157
이 존재한다면 그
Figure pat00158
의 값과
Figure pat00159
의 값은 각각 일반화된 고유치 문제(generalized eigenvalue problem)
Figure pat00160
의 해가 되어야 한다. 따라서, 이를 만족하는 최대의 고유값
Figure pat00161
와 그에 해당하는 고유벡터
Figure pat00162
를 찾는다면, 가중치 합 주파수 효율을 최대화하는 빔포밍 벡터를 얻을 수 있다. 목적식인 일반화된 고유치 문제
Figure pat00163
에서 행렬
Figure pat00164
,
Figure pat00165
는 각각
Figure pat00166
에 대한 함수이다. 이는 일반적인 일반화된 고유치 문제와는 상당히 다른 문제이기 때문에, 이를 풀기 위해 GPI(general power iterative) 알고리즘을 이용하여 반복적으로 빔포밍 백터
Figure pat00167
을 업데이트하며 찾는다.
Figure pat00168
상술한 <표 1>의 GPI 알고리즘은 각 시행마다
Figure pat00169
의 역행렬 계산이 필요하다.
Figure pat00170
는
Figure pat00171
크기의 정사각 행렬로서, 역행렬을 구하기 위해 요구되는 계산량은
Figure pat00172
에 비례한다. 하지만,
Figure pat00173
의 경우 특수한 구조를 가지고 있기 때문에 행렬의 역수를 구하기 위해 분할 정복(divide and conquer) 방법인 셔먼-모리슨(Sherman-Morrison) 공식을 적용할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에서, 이하 <수학식 10> 내지 <수학식 13>은 행렬
Figure pat00174
의 역행렬 계산을 위한 전개과정이며,
Figure pat00175
은 <수학식 10>과 같이 블록 대각 행렬로 나타난다.
Figure pat00176
따라서, 행렬
Figure pat00177
의 역행렬 계산을 위해서는 각 블록 성분들의 역행렬을 구한다. 이러한 행렬
Figure pat00178
의 블록 성분들은 <수학식 11>에 따라 모두 계수 1 행렬(rank-1 matrix)의 합으로 표현된다는 특징이 있다.
Figure pat00179
<수학식 11>에서,
Figure pat00180
는
Figure pat00181
의 각 블록 성분, K는
Figure pat00182
번째 기지국 내 단말의 개수,
Figure pat00183
은 빔포밍 벡터,
Figure pat00184
는
Figure pat00185
번째 기지국과
Figure pat00186
번째 단말 간 가중치,
Figure pat00187
는 셀 내 모든 단말에 대한 채널 정보와 간섭 정보에 대한 대각행렬에서
Figure pat00188
번째 기지국과
Figure pat00189
번째 기지국의 k번째 단말 채널 정보만을 제외한 행렬,
Figure pat00190
는
Figure pat00191
번째 기지국과
Figure pat00192
번째 기지국의 j번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00193
는
Figure pat00194
번째 기지국과
Figure pat00195
번째 기지국의 j번째 단말 간 단위 벡터,
Figure pat00196
은 단위 행렬을 나타낸다. 상술한 <수학식 11>의 역행렬을 점화식을 통해 저 복잡도로 구현하기 위해서 먼저 <수학식 12>와 같은 행렬로 정의한다.
Figure pat00197
<수학식 12>에서,
Figure pat00198
는
Figure pat00199
의 각 블록 성분, k는
Figure pat00200
번째 기지국 내 단말의 개수,
Figure pat00201
는
Figure pat00202
번째 기지국과
Figure pat00203
번째 단말 간 가중치,
Figure pat00204
는 셀 내 모든 단말에 대한 채널 정보와 간섭 정보에 대한 대각행렬에서
Figure pat00205
번째 기지국과
Figure pat00206
번째 기지국의 k번째 단말 채널 정보만을 제외한 행렬,
Figure pat00207
은 빔포밍 벡터,
Figure pat00208
는
Figure pat00209
번째 기지국과
Figure pat00210
번째 기지국의
Figure pat00211
번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00212
는
Figure pat00213
번째 기지국과
Figure pat00214
번째 기지국 간 단위 벡터,
Figure pat00215
은 단위 행렬을 나타낸다. <수학식 12>와 같이 정의된 행렬에 셔먼 모리슨(Sherman-Morrison) 공식을 적용하면 <수학식 13>과 같은 점화식을 얻을 수 있다.
Figure pat00216
<수학식 13>에서,
Figure pat00217
는
Figure pat00218
의 각 블록 성분,
Figure pat00219
은 빔포밍 벡터,
Figure pat00220
는
Figure pat00221
번째 기지국과
Figure pat00222
번째 기지국의
Figure pat00223
번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00224
는
Figure pat00225
번째 기지국과
Figure pat00226
번째 기지국 간 단위 벡터,
Figure pat00227
은 단위 행렬을 나타낸다. <수학식 13>을 통해
Figure pat00228
의 역행렬을 계산할 수 있다. 또한, <수학식 13>에 기반한 역행렬 계산은
Figure pat00229
에 비례하는 복잡도를 요구하게 된다. 이와 같은 과정을 통해, 전력 할당, 사용자 스케줄링 통합형 빔포밍 설계의 문제를 저 복잡도로 해결하며, 각 단말에 대한 지역 최적(local optimum)인 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통합형 빔포밍의 결과를 도시한다. 도 11은 단일 셀 내 3개의 단말 120 내지 140이 각기 다른 채널을 가지는 경우를 예시한다. 도 10을 참고하여 설명된 과정을 거쳐, 기지국 110은 단말들(120 내지 140) 각각의 채널 추정 정보(h1, h2, h3)에 기반하여 빔포밍 벡터(v1, v2, v3)를 결정한다. 결정된 v1, v2, v3 중 단말 140에 대한 빔포밍 벡터인 v3는 빔포밍 벡터의 크기(magnitude)가 0에 해당한다. 이를 통해, 기지국 110의 빔포밍을 통해 스케줄링이 이루어지고 있음을 알 수 있다. 또한, 단말 120과 단말 130의 빔포밍 벡터(v1, v2)의 크기가 0.47과 0.53으로 상이하며, 이는 기지국 110의 빔포밍에 전력 할당이 고려되어 있음을 알 수 있다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 안테나 수에 따른 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다. 도 13은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 셀 내 사용자 수에 따른 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다. 도 12 및 도 13에 있어서, 시뮬레이션 환경은 기지국간 거리를 1000m, 기지국 송신 파워를 40dBm, 송신 주파수는 2GHz, 그리고 대역폭은 20MHz로 설정하였다. 채널 모델은 지수 상관관계(exponential correlation) 모델을 사용하였고, 경로 손실 (path loss) 모델은 오구무라-하타(Okumura-Hata) 모델을 사용하였다. 이때, 쉐도잉 표준편차값은 8dB이다. 또한, 도 12 및 도 13의 빔포밍 벡터의 가중치
Figure pat00230
는 모두 1로 설정하였고, 불완전 채널 정보를 기반으로 빔포밍 벡터
Figure pat00231
가 <표 1>의 알고리즘에 의해 설계되었다. 도 12는 셀 당 사용자의 수를 10로 가정하였을 때 기지국 안테나의 수에 따른 합 주파수 효율을 나타낸다. 도 13은 64개 기지국 안테나를 가정했을 때 셀 내 사용자의 수에 따른 합 주파수 효율을 나타낸다. 도 12, 도 13을 통해, 제안된 스케줄링, 전력 할당 통합형 빔포밍은 기존 ZF이나, MRT뿐 만 아니라, 스케줄링을 고려한 ZF(SUS-ZF)등의 기법보다 향상된 합 주파수 효율을 달성함이 확인될 수 있다.
상술한 도 12, 도 13의 결과는 편의를 위해 빔포밍의 가중치를 모두 1로 설정하였지만, 실제 환경에서 기지국은 단말 간 공평성을 위해 여러 기준을 통해 가중치를 설정할 수 있다. 예를 들어, 간섭 측정(interference measurement)을 위해 각 단말들이 SRS 송신하는 경우, 채널 상호주의(channel reciprocity)로부터 서비스하게 되는 해당 셀 내 단말들의 채널뿐만 아니라, 리키지(leakage) 간섭에 해당하는 인접 셀의 채널을 측정할 수 있다. 이러한 과정으로부터 얻은 각 채널 정보에 기반하여 각 단말의 SINR을 예측할 수 있다. 이를 기반으로 빔포밍 가중치를 각 사용자의 SINR 측정값에 반비례하게 설정함으로써, 단말 간 공평성을 증가시킬 수 있다. 또는, 아래 수학식 14와 같이 빔포밍 가중치를 수신 SNR(signal to noise ratio) 기반으로 디자인할 수도 있다.
Figure pat00232
<수학식 14>에서,
Figure pat00233
는 단말 간 공평성을 맞추기 위한 항으로서 큰 값을 가질수록 수신 SNR 이 작은 단말이 더 큰 가중치를 가진다.
Figure pat00234
의 경우,
Figure pat00235
가 0과 1사이의 값을 가지도록 만들어 주는 항이다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다. 도 14를 참고하면, 빔포밍 가중치로
Figure pat00236
(균일 가중치)로 설정시 RZF(regularized zero-forcing) 대비 낮은 SINR 단말들의 성능이 열화되는 것을 확인 할 수 있다. 반면에, 단말 간 공평성을 위하여
Figure pat00237
값을 증가시키면, 낮은 SINR을 가지는 단말들의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에 있어서 다중 셀 협력(multi-cell coordination) 상황을 도시한다. 도 15를 참고하면, 다중 셀 협력 상황은 협력 셀들 1511 내지 1513 간 셀 내 단말들 130 내지 180에 대한 광역 채널 정보(global CSI)를 공유하는 경우 또는 기지국이 타 셀로부터 받은 간섭 신호를 알고 있는 경우를 포함할 수 있다. 따라서, 각 셀들은 모든 단말들간의 채널을 알아야 한다. 예를 들어, 광역 채널 정보는 CSI-IM을 통해 추정할 수 있다. 본 개시는 기지국 간 채널 정보의 공유만으로 충분하고, 전송 데이터의 공유는 요구되지 않는 협력(coordinated) 빔포밍일 수 있다. 다중 셀 협력 상황은 단일 셀 운영 상황(예: 도 8의 상황)과 비교할 때, 기지국이 광역 채널 정보를 통해 중앙화(centralized)된 빔포밍을 한다는 차이가 있다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에 있어서 다중 셀 협력 상황에서의 기지국의 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도를 도시한다.
도 16을 참고하면, 기지국은 기준 신호 수신부 1602, 채널 추정부 1604, PF(proportional-fair) 스케줄링부 1606, SINR 추정부 1608, 가중치 결정부 1610, 빔포밍 벡터 결정부 1612 및 데이터 송신부 1614를 포함한다.
기준 신호 수신부 1601은 단말 120로부터 상향링크 기준 신호를 수신하며, 나아가, 인전합 셀들로부터 CSI-RS, CSI-IM을 수신할 수 있다. 채널 추정부 1602는 수신된 기준 신호들 및 CSI-RS에 기반하여 채널을 추정한다. 예를 들어, TDD 기법이 적용된 경우, 기지국은 셀 내 각 단말들로부터 SRS를 수신하여, 각 단말들에 대한 CSI를 얻을 수 있다. 또한, FDD 기법이 적용된 경우, 기지국이 하향링크 채널을 추정하기 위해 CSI-RS를 셀 내 각 단말들에게 송신하고, 각 단말들이 기지국에게 CSI를 송신함으로써 기지국이 각 단말들에 대한 CSI를 얻을 수 있다. PF 스케줄링부 1603은 단말들 간 공평성을 만족시키면서 추정된 채널 상태에 기반하여 자원 할당이 이루어지도록 스케줄링 메트릭(metric)들을 결정한다. SINR 추정부 1604는 셀 내 단말들 각각에 대한 SINR을 추정한다. 가중치 결정부 1605는 추정된 SINR 및 결정된 스케줄링 메트릭들에 기반하여 단말 별 가중치를 결정한다. 빔포밍 벡터 결정부 1612은 추정된 채널 정보, CSI-IM 및 단말 별 가중치에 기반하여 단말 선택 및 전력 할당을 연계하는 빔포밍 벡터들을 결정한다. 데이터 송신부 1607은 하향링크 데이터를 각 단말에 송신한다. 이때, 데이터 송신부 1607은 빔포밍 벡터 결정부 1612에 의해 결정된 빔포밍 벡터들을 이용하여 송신 신호들을 빔포밍할 수 있다.
도 17은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 다중 셀 협력 상황에서의 기지국의 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 17을 참고하면, 1701 단계에서, 기지국은 추정된 채널 정보에 기반하여, 각 단말들에 대한 초기 빔포밍 벡터를 결정한다. 여기서, 초기 빔포밍 벡터는 기지국 내 모든 단말 각각에 대하여 추정된 채널 정보에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 초기 빔포밍 벡터는 MRT 기법, MMSE 기법, ZF 기법 또는 다른 알려진 기법에 의해 결정될 수 있다.
1703 단계에서, 기지국은 인접 셀들로부터 수신한 광역 채널 정보 및 추정된 채널 정보에 기반하여, 셀 내 각 단말이 수신하는 신호 및 간섭을 고려한 행렬들을 생성한다. 여기서, 광역 채널 정보는 글로벌 CSI를 포함할 수 있다. 글로벌 CSI는 모든 단말들 간 채널 정보 및 타 셀들로부터 받은 간섭 정보를 포함할 수 있으며, 글로벌 CSI는 CSI-IM을 통해 획득될 수 있다. 예를 들어, 각 기지국들이 각 기지국 내 단말들에게 CSI-IM을 송신하고, CSI-IM을 수신한 단말들로부터 각 기지국들은 글로벌 CSI를 피드백할 수 있다. 또한, 생성된 셀 내 각 단말이 수신하는 신호 및 간섭을 고려한 행렬들은 셀 내 모든 단말 각각에 대한 채널 정보 및 간섭 정보를 나타낸 제1 행렬 및 제1 행렬에서 특정 단말의 채널 정보만을 제외한 제2 행렬을 포함할 수 있다. 또한, 단일 셀 운영 상황과 같이, 채널 에러 정보가 행렬들을 생성하기 위해 반영될 수 있다.
1705 단계에서, 기지국은 스케줄링 정보를 반영한 단말별 가중치를 결정한다. 예를 들어, 스케줄링 정보는 PF 스케줄링부 기법에 기반하여 결정된 스케줄링 메트릭일 수 있다. 기지국은 스케줄링 정보에 기반하여, 예를 들어, 스케줄링 메트릭을 그대로 가중치로 사용하거나 또는 스케줄링 메트릭에 대하여 미리 정의된 연산을 수행함으로써 가중치들을 결정할 수 있다.
1707 단계에서, 기지국은 초기 빔포밍 벡터에 생성된 행렬들 및 단말 별 가중치를 반영한 최적의 빔포밍 벡터를 결정한다. 예를 들어, 기지국은 초기 빔포밍 벡터에 제1 행렬과 단말 별 가중치를 반영함으로써 제3 행렬을 생성할 수 있으며, 기지국은 초기 빔포밍 벡터에 제2 행렬과 단말 별 가중치를 반영함으로써 제4 행렬을 생성할 수 있다. 여기서, 제3 행렬 및 제4 행렬은 빔포밍 벡터들에 의존한다. 그리고, 기지국은 제4 행렬의 역행렬 및 제3 행렬에 기반하여 다른 빔포밍 벡터들을 결정할 수 있다, 이때, 기지국은 결정된 빔포밍 벡터를 정규화(normalization)할 수 있다. 기지국은 결정된 빔포밍 벡터들의 수렴 여부를 판단하고, 결정된 다른 빔포밍 벡터들에 대하여 상술한 과정을 반복함으로써 또 다른 빔포밍 벡터를 결정, 즉, 갱신(update)할 수 있다. 이러한 동작의 반복을 통해, 기지국은 최적의 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 결정된 빔포밍 벡터의 수렴 여부는 이전에 결정된 빔포밍 벡터(1 번째 결정된 빔포밍 벡터)와 현재 결정된 빔포밍 벡터(2 번째 결정된 빔포밍 벡터)의 차가 특정 임계 값 이하인지 여부 또는 미리 정해진 횟수만큼 반복 수행되었는 지 여부 등에 의해 판단될 수 있다. 이러한 최적의 빔포밍 벡터를 결정하는 과정은 상술한 GPI(Generalized power iteration) 알고리즘이 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 다중 셀 협력 상황에서 단말들을 위한 빔포밍 벡터들이 결정될 수 있다. 이하 기지국이 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 구체적인 동작들이 수식 및 도 18을 참고하여 설명된다.
도 18은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 다중 셀 협력 상황에서의 기지국 내 빔포밍 벡터 결정부의 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도이다. 도 18은 상술한 빔포밍 벡터 결정부 1612의 구성을 기능적인 블록들로 표현한다.
도 18을 참고하면, 빔포밍 벡터 결정부 1612은 초기 빔포밍 벡터 생성부 1810-1 내지 1810-L, 초기 빔포밍 벡터 연결부 1830, 행렬 생성부 1850, 가중치 결정부 1870 및 빔포밍 벡터 행렬 결정부 1890을 포함한다.
초기 빔포밍 백터 생성부 1810-1 내지 1810-L은 각 단말에 대한 채널 추정 정보에 기반하여 각 단말에 대한 초기 빔포밍 벡터를 생성한다. 각 단말들은 기지국의 글로벌 채널 추정을 위해, 예를 들어, SRS 또는 CSI-RS 및 CSI-IM을 기지국에 전송할 수 있다, 기지국은 셀 내 단말들뿐만 아니라, 외부 셀 단말들의 불완전 채널 정보를 얻을 수 있다.
예를 들어, 다중 셀 협력 상황에서, 총
Figure pat00238
개의 기지국이 각각
Figure pat00239
개의 단말을 포함하는 것을 가정하면,
Figure pat00240
번째 기지국 내 k번째 단말의 수신 신호는 <수학식 15>와 같다.
Figure pat00241
<수학식 15>에서,
Figure pat00242
는
Figure pat00243
번째 기지국의 k번째 단말의 수신 신호,
Figure pat00244
는
Figure pat00245
번째 기지국과
Figure pat00246
번째 기지국 내 k번째 단말 간의 경로 손실,
Figure pat00247
는
Figure pat00248
번째 기지국과
Figure pat00249
번째 기지국의 k번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00250
는
Figure pat00251
번째 기지국이 k번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00252
는
Figure pat00253
번째 기지국이 셀 내 k번째 단말에 전송하는 심볼,
Figure pat00254
는
Figure pat00255
번째 기지국이
Figure pat00256
번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00257
는
Figure pat00258
번째 기지국이 셀 내
Figure pat00259
번째 단말에 전송하는 심볼,
Figure pat00260
는 j번째 기지국과
Figure pat00261
번째 기지국 내 k번째 단말 간 완전한 채널,
Figure pat00262
는 j번째 기지국이
Figure pat00263
번째 단말에 전송하는 빔포밍,
Figure pat00264
는 j번째 기지국이
Figure pat00265
번째 단말에 전송하는 심볼,
Figure pat00266
는 j번째 기지국과
Figure pat00267
번째 기지국 내 k번째 단말 간 채널을 의미한다.
Figure pat00268
은 기지국으로부터 특정 단말인 k번째 단말에 수신될 신호(desired signal)를 나타내고,
Figure pat00269
은 기지국 내 단말 간 간섭들을 나타낸다. 또한,
Figure pat00270
은 협력 셀에 의한 간섭(intra-cluster-interference)를 나타내고,
Figure pat00271
은 클러스터 외 간섭(협력 셀을 제외한 나머지 셀들에 의한 간섭)과 기지국의 열 잡음을 나타낸다. 단일 셀 운영 상황과 같이, 다중 셀 협력 상황에서도 <수학식 15>로부터 셀 내 각 단말들에 대한 SINR을 계산할 수 있다. 따라서, 가중치 합 주파수 효율을 최대화하는 <수학식 16>의 최적화 문제 해결로 귀결된다.
Figure pat00272
<수학식 16>은 단일 셀 상황의 <수학식 8>과 같은 형태를 가진다. 따라서, 상술한 단일 셀 운영 상황과 같이 <표 1>의 알고리즘을 동일하게 적용할 수 있으며, 준-최적(sub-optimal) 빔포밍 벡터를 구할 수 있다.
초기 빔포밍 백터 생성부 1810-1 내지 1810-L은 예를 들어, 각 셀 내 K개의 단말이 존재하는 경우, K개의 단말에 대한 채널 추정 정보 각각에 대한 K개의 빔포밍 벡터들을 생성한다. 이후, 초기 빔포밍 벡터 연결부 1830는 인접 셀들로부터 수신한 채널 정보를 취합하고, 직렬-병렬 변환을 통해 K개의 빔포밍 벡터들을
Figure pat00273
형태로 연결(concatenate)할 수 있다. 이때, 초기 빔포밍 벡터 연결부 1830는 각 기지국의 연결된 벡터들을 직렬-병렬 변환을 통해 하나의 벡터 폼으로 연결할 수 있다.
행렬 생성부 1850은 각 단말에 대한 채널 추정 정보 및 채널 에러 정보에 기반하여 셀 내 각 단말이 수신하는 신호 및 간섭을 고려한 행렬들을 생성한다. 여기서, 채널 에러 정보는, 상술한 바와 같이, 셀 외부 간섭 및 셀 내부 간섭으로 인한 불완전한 채널과 완전한 채널의 차이를 나타낸다. 이러한 채널 에러 정보는 상술한 <수학식 5>에 의해 채널 에러 공분산 행렬로 표현될 수 있다. 셀 내 각 단말이 수신하는 신호 및 간섭을 고려한 행렬들은
Figure pat00274
(제1 행렬)와
Figure pat00275
(제2 행렬)를 포함할 수 있다. 이때,
Figure pat00276
는
Figure pat00277
로 구해질 수 있으며,
Figure pat00278
는
Figure pat00279
로 구해질 수 있다. 이때, 각 기지국 별로
Figure pat00280
와
Figure pat00281
를 생성할 수 있으며, 생성된 각각의
Figure pat00282
를 합하여
Figure pat00283
(제5 행렬), 생성된 각각의
Figure pat00284
를 합하여
Figure pat00285
(제6 행렬)로 표현될 수 있다.
가중치 결정부 1870 은 스케줄링 정보를 반영한 단말 별 가중치를 결정한다. 여기서, 스케줄링 정보는 PF 스케줄링 기법에 따른 스케줄링 정보를 포함한다. 상술한 바와 같이, 도 6을 참고하면, PF 스케줄링부는 단말들 간 공평성을 만족시키면서 추정된 채널 상태에 기반하여 자원 할당이 이루어지도록 스케줄링 메트릭(metrci)들을 결정하면, 가중치 결정부 1050은 이러한 스케줄링 메트릭들로부터 가중치를 결정할 수 있다. 단말 별 가중치는 상기 <수학식 6>의
Figure pat00286
로 표현되며, 최적 빔포밍 벡터를 나타내는 행렬을 결정하는 데 활용된다.
빔포밍 벡터 행렬 결정부 1890은 초기 빔포밍 벡터에 생성된 행렬들 및 단말 별 가중치를 반영한 최적의 빔포밍 벡터를 결정한다. 상술한 단일 셀 운영 상황과 마찬가지로, <표 1>의 알고리즘을 통해 최적 빔포밍 벡터를 계산할 수 있다.
도 19는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 다중 셀 협력 시 기지국 안테나 수에 따른 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다.
도 20은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 다중 셀 협력 시 셀 내 사용자 수에 따른 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다.
도 19 및 도 20에 있어서, 시뮬레이션 환경은 기지국간 거리를 1000m, 기지국 송신 파워를 40dBm, 송신 주파수는 2GHz, 그리고 대역폭은 20MHz로 설정하였다. 채널 모델은 지수 상관관계(exponential correlation) 모델을 사용하였고, 경로 손실 (path loss) 모델은 오구무라-하타(Okumura-Hata) 모델을 사용하였다. 이때, 쉐도잉 표준편차값은 8dB이다. 또한, 불완전 채널 정보를 기반으로 빔포밍 벡터
Figure pat00287
가 <표 1>의 알고리즘에 의해 설계되었다. 도 19는 셀 당 사용자의 수를 10로 가정하였을 때 기지국 안테나의 수에 따른 합 주파수 효율을 나타낸다. 도 20은 64개 기지국 안테나를 가정했을 때 셀 내 사용자의 수에 따른 합 주파수 효율을 나타낸다. 도 19, 도 20을 통해, 제안된 스케줄링, 전력 할당 통합형 빔포밍은 기존 ZF이나, MRT뿐 만 아니라, 스케줄링을 고려한 ZF(SUS-ZF)등의 기법보다 향상된 합 주파수 효율을 달성함이 확인될 수 있다.
도 15에서 설명한 다중 셀 협력 상황은 기지국 간 각 단말들의 채널 정보의 공유 등으로 다중 셀 협력이 이루어지는 것을 전제로 중앙형 빔포밍을 설계한다. 하지만, 실제 무선 통신 시스템에서는 이러한 전제에 대한 간접비용이 매우 크다. 따라서, 기지국 간 제한된 협력만이 가능한 상황에서 빔포밍을 설계하는 기법을 제안한다. 여기서, 제한적 협력 상황은 각 기지국이 타 셀의 모든 사용자들의 채널정보(CSI)를 공유하지 않지만 인접 셀 일부 단말들에 대한 국지적 채널 정보(local CSI)를 얻을 수 있는 상황을 말한다.
도 21a 내지 도 21b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에 있어서 제한된 다중 셀 협력(multi-cell coordination) 상황을 도시한다.
도 21a는 기지국 110이 인접 셀 일부 단말들 121, 171로부터 국지적 채널 정보를 얻을 수 있음을 보여준다. 도 21a를 참고하면, 기지국 110은 셀 내 단말들 120 내지 170, 인접 셀 내 일부 단말들 121, 171이 상향링크 파일럿을 수신한다. 이때, 기지국 110이 인접 셀 단말들의 파일럿 설정(configuration) 정보를 파악하고 있다고 가정하며, 인접 셀 내 일부 단말들 121, 171은 셀 내 단말들 120 내지 170과 직교하는 상향링크 파일럿 신호를 사용할 수 있다. 기지국 110에서는 인접 셀 단말들 121, 171이 전송하는 파일럿 신호도 수신하기 때문에, 직교하는 파일럿 신호를 사용하는 인접 셀 단말들 121, 171에 대한 채널 정보 (local CSI)를 추정할 수 있다. 이 외에도, 기지국 110은 CSI-IM를 활용하여 인접 셀 단말들 121, 171의 채널 정보를 얻을 수 있다.
도21b는 기지국 110이 셀 내 단말들 120 내지 160 및 인접 셀 단말들 121 내지 151과 하향링크 송신을 하는 상황을 도시한다. 이때, 기지국 110의 하향링크 송신에 의해 인접 셀에게 영향을 미치는 간섭(Leakage)을 나타낸다. 여기서, 각 기지국은 타 셀들로부터 오는 간섭 신호를 제어할 수 없다. 한편, 기지국 110의 셀 내 단말 간 간섭과 기지국 110의 하향링크 송신으로 인해 타 셀들에게 영향을 주는 간섭(Leakage)은 제어할 수 있다.
이하, 제한된 다중 셀 협력 상황에 있어서, 단말의 SINR과 기지국의 하향링크 송신으로 인해 타 셀들에게 주는 간섭(Leakage)을 고려하고, 가중치 합 주파수 효율을 최대화하기 위한 빔포밍 기법이 제안된다.
도 22는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에 있어서 제한된 다중 셀 협력 상황에서의 기지국의 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도를 도시한다.
도 22를 참고하면, 기지국은 기준 신호 수신부 2202 채널 추정부 2204 PF(proportional-fair) 스케줄링부 2206 SILNR 추정부 2208, 가중치 결정부 2210, 빔포밍 벡터 결정부 2212 및 데이터 송신부 2214을 포함한다.
기준 신호 수신부 2201은 단말로부터 상향링크 기준 신호를 수신하며, 나아가, 인전합 셀들로부터 CSI-RS, CSI-IM을 수신할 수 있다. 채널 추정부 2202는 수신된 기준 신호들 및 CSI-RS에 기반하여 채널을 추정한다. 예를 들어, TDD 기법이 적용된 경우, 기지국은 셀 내 각 단말들로부터 SRS를 수신하여, 각 단말들에 대한 CSI를 얻을 수 있다. 또한, FDD 기법이 적용된 경우, 기지국이 하향링크 채널을 추정하기 위해 CSI-RS를 셀 내 각 단말들에게 송신하고, 각 단말들이 기지국에게 CSI를 송신함으로써 기지국이 각 단말들에 대한 CSI를 얻을 수 있다. PF 스케줄링부 2203은 단말들 간 공평성을 만족시키면서 추정된 채널 상태에 기반하여 자원 할당이 이루어지도록 스케줄링 메트릭(metric)들을 결정한다. SILNR 추정부 2204는 셀 내 단말들 각각에 대한 SILNR을 추정한다. 가중치 결정부 2205는 추정된 SINR 및 결정된 스케줄링 메트릭들에 기반하여 단말 별 가중치를 결정한다. 빔포밍 벡터 결정부 2212은 추정된 채널 정보, CSI-IM 및 단말 별 가중치에 기반하여 단말 선택 및 전력 할당을 연계하는 빔포밍 벡터들을 결정한다. 데이터 송신부 2207은 하향링크 데이터를 각 단말에 송신한다. 이때, 데이터 송신부 2207은 빔포밍 벡터 결정부 2212에 의해 결정된 빔포밍 벡터들을 이용하여 송신 신호들을 빔포밍할 수 있다.
도 23은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 제한된 다중 셀 협력 상황에서의 기지국의 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 23을 참고하면, 2301 단계에서, 기지국은 추정된 채널 정보에 기반하여 각 단말들에 대한 초기 빔포밍 벡터를 결정한다. 여기서, 초기 빔포밍 벡터는 기지국 내 모든 단말 각각에 대하여 추정된 채널 정보에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 초기 빔포밍 벡터는 MRT(maximum ratio transmission) 기법, MMSE(minimum mean square error) 기법, ZF(zero-forcing) 기법 또는 다른 알려진 기법에 의해 결정될 수 있다.
2303 단계에서, 기지국은 인접 셀들로부터 수신된 로컬 채널 정보에 기반하여, 간섭 행렬을 결정한다. 여기서, 간섭 행렬은 기지국이 하향링크 송신에 의해 인접 셀에게 영향을 미치는 간섭(Leakage)을 나타내는 행렬이다. 예를 들어, 기지국은 인접 셀 내 단말들이 전송하는 파일럿 신호를 수신하기 때문에, 기지국은 셀 내 단말들이 전송하는 파일럿 신호와 직교하는 인접 셀 단말들에 대한 파일럿 신호를 통해 로컬 채널 정보를 추정할 수 있다. 기지국은 추정된 로컬 채널 정보에 기반하여 간섭 행렬을 결정할 수 있으며, 결정된 간섭 행렬을 2305 단계에서 셀 내 각 단말이 수신하는 신호 및 간섭을 고려한 행렬들을 생성하기 위해 활용된다.
2305 단계에서, 기지국은 추정된 채널 정보, 간섭 행렬 및 채널 에러 정보에 기반하여 셀 내 단말이 수신하는 신호 및 간섭을 고려한 행렬들을 생성한다. 여기서, 채널 에러 정보는 채널 추정 기법에 따라 다양하게 표현될 수 있다. 특히, 각 안테나 별 채널에 상관관계(correlation)가 없다고 가정하면, 채널 에러 정보는 MMSE 채널 추정을 적용하여 채널 에러 공분산 행렬로 나타낼 수 있다. 생성된 셀 내 각 단말이 수신하는 신호 및 간섭을 고려한 행렬들은 셀 내 모든 단말 각각에 대한 채널 정보 및 간섭 정보를 나타낸 제1 행렬 및 제1 행렬에서 특정 단말의 채널 정보만을 제외한 제2 행렬을 포함할 수 있다.
2307 단계에서, 기지국은 스케줄링 정보를 반영한 단말 별 가중치를 결정한다. 예를 들어, 스케줄링 정보는 PF 스케줄링부 기법에 기반하여 결정된 스케줄링 메트릭일 수 있다. 기지국은 스케줄링 정보에 기반하여, 예를 들어, 스케줄링 메트릭을 그대로 가중치로 사용하거나 또는 스케줄링 메트릭에 대하여 미리 정의된 연산을 수행함으로써 가중치들을 결정할 수 있다.
2309 단계예서, 초기 빔포밍 벡터에 생성된 행렬들 및 단말 별 가중치를 반영한 최적의 빔포밍 벡터를 결정한다. 예를 들어, 기지국은 초기 빔포밍 벡터에 제1 행렬과 단말 별 가중치를 반영함으로써 제3 행렬을 생성할 수 있으며, 기지국은 초기 빔포밍 벡터에 제2 행렬과 단말 별 가중치를 반영함으로써 제4 행렬을 생성할 수 있다. 여기서, 제3 행렬 및 제4 행렬은 빔포밍 벡터들에 의존한다. 그리고, 기지국은 제4 행렬의 역행렬 및 제3 행렬에 기반하여 다른 빔포밍 벡터들을 결정할 수 있다, 이때, 기지국은 결정된 빔포밍 벡터를 정규화(normalization)할 수 있다. 기지국은 결정된 빔포밍 벡터들의 수렴 여부를 판단하고, 결정된 다른 빔포밍 벡터들에 대하여 상술한 과정을 반복함으로써 또 다른 빔포밍 벡터를 결정, 즉, 갱신(update)할 수 있다. 이러한 동작의 반복을 통해, 기지국은 최적의 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 결정된 빔포밍 벡터의 수렴 여부는 이전에 결정된 빔포밍 벡터(1 번째 결정된 빔포밍 벡터)와 현재 결정된 빔포밍 벡터(2 번째 결정된 빔포밍 벡터)의 차가 특정 임계 값 이하인지 여부 또는 미리 정해진 횟수만큼 반복 수행되었는 지 여부 등에 의해 판단될 수 있다.
이하 기지국이 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 구체적인 동작들이 수식 및 도 24를 참고하여 설명된다.
도 24는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 제한된 다중 셀 운영 상황에서의 기지국이 빔포밍 벡터를 결정하는 전체적인 동작을 기능적으로 나타낸 블록도이다. 도 24는 상술한 빔포밍 벡터 결정부 2212의 구성을 기능적인 블록들로 표현한다.
도 24를 참고하면, 빔포밍 벡터 결정부 2212은 초기 빔포밍 벡터 생성부 2410, 간섭 행렬 결정부 2430, 행렬 생성부 2450, 가중치 결정부 2470 및 빔포밍 벡터 행렬 결정부 2490을 포함한다.
초기 빔포밍 백터 생성부 2310은 각 단말에 대한 채널 추정 정보에 기반하여 각 단말에 대한 초기 빔포밍 벡터를 생성한다. 예를 들어, 초기 빔포밍 백터 생성부 2310은 셀 내 K개의 단말이 존재하는 경우, K개의 단말에 대한 채널 추정 정보 각각에 대한 K개의 빔포밍 벡터들을 생성한다. 이후, 예를 들어, 직렬-병렬 변환을 통해, K개의 빔포밍 벡터들을
Figure pat00288
형태로 연결(concatenate)할 수 있다. 한편, 기지국이 특정 단말로부터 수신한 기준 신호는 상술한 <수학식 3>에 의해 정의된다.
간섭 행렬 결정부 2330는 인접 셀로부터 수신된 로컬 채널 정보에 기반하여 간섭 행렬을 결정한다. 여기서, 간섭 행렬은 기지국이 인접 셀로부터 수신한 로컬 채널 정보에 기반하여 추정한 간섭(Leakage)을 간섭 행렬로 결정한다. 간섭 행렬은 다음 <수학식 17>과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00289
<수학식 17>에서
Figure pat00290
는
Figure pat00291
번째 기지국과 j번째 기지국의
Figure pat00292
번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00293
는
Figure pat00294
번째 기지국과 j번째 기지국의
Figure pat00295
번째 단말 간 채널 에러 공분산 행렬을 나타낸다. 이러한 <수학식 17>에 기반하여, 인접 셀 사용자들에 대한 간섭(Leakage)과 잡음 간섭을 모두 고려한 SILNR(signal to interference-leakage-plus-noise-ratio)을 <수학식 18>로 정의한다.
Figure pat00296
<수학식 18>에서,
Figure pat00297
는
Figure pat00298
번째 기지국이 k번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00299
는
Figure pat00300
번째 기지국과
Figure pat00301
번째 기지국의 k번째 단말 간 채널 에러에 대한 공분산 행렬,
Figure pat00302
는
Figure pat00303
번째 기지국과
Figure pat00304
번째 기지국의 k번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00305
는
Figure pat00306
번째 기지국과 j번째 기지국의
Figure pat00307
번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00308
는
Figure pat00309
번째 기지국과 j번째 기지국의
Figure pat00310
번째 단말 간 채널 에러 공분산 행렬, P는 전송 심볼의 전력,
Figure pat00311
는
Figure pat00312
번째 기지국의
Figure pat00313
번째 단말이 받는 잡음(effective noise) 신호를 나타낸다. 상술한 <수학식 4>로부터 상술한 <수학식 8>을 도출한 것과 마찬가지로, 행렬 생성부 2350, 가중치 결정부 2370를 거쳐 <수학식 18>로부터 주파수 효율을 최대화와 관련된 <수학식 19>를 도출할 수 있다. 다만, 기지국은 채널 추정 과정에서 로컬 채널 정보(local CSI)를 활용하고, 상술한 바와 같이 로컬 채널 정보는 간섭(leakage) 행렬을 구하기 위해 이용된다. 이러한 간섭 행렬은 행렬
Figure pat00314
(제1 행렬)와
Figure pat00315
(제2 행렬)에 영향을 주게 되므로, 빔포밍 벡터 결정에 간섭 행렬이 반영된다.
Figure pat00316
<수학식 19>에서,
Figure pat00317
는
Figure pat00318
번째 기지국이 k번째 단말에 전송하는 빔포밍 벡터,
Figure pat00319
는
Figure pat00320
번째 기지국과
Figure pat00321
번째 기지국의 k번째 단말 간 채널 에러에 대한 공분산 행렬,
Figure pat00322
는
Figure pat00323
번째 기지국의 k번째 단말에 대한 간섭 행렬,
Figure pat00324
는
Figure pat00325
번째 기지국과
Figure pat00326
번째 기지국의 k번째 단말 간 불완전한 채널,
Figure pat00327
는
Figure pat00328
번째 기지국과 j번째 기지국의
Figure pat00329
번째 단말 간 채널 에러 공분산 행렬, P는 전송 심볼의 전력,
Figure pat00330
는
Figure pat00331
번째 기지국의 k번째 단말이 받는 잡음(effective noise) 신호,
Figure pat00332
는
Figure pat00333
번째 기지국과 k번째 단말 간 가중치를 나타낸다. <수학식 19>는 단일 셀 운영 및 다중 셀 운영 시의 최적화 함수와 같은 형태이기 때문에, 빔포밍 벡터 행렬 결정부 2390는 <표 1>의 알고리즘을 적용할 수 있다. 이와 같은 과정을 통해, 기지국은 전력 할당, 사용자 스케줄링 통합형 빔포밍 설계의 문제를 저 복잡도로 해결하며, 각 단말에 대한 최적의 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다.
도 25는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 간섭 행렬을 고려한 통합형 빔포밍과 기존의 빔포밍의 성능을 비교한 그래프를 도시한다. 도 25는 기지국이 64개의 안테나를 가진다고 가정했을 때 셀 내 사용자의 수에 따른 합 주파수 효율을 나타낸다. 여기서, 파일럿 리유즈 팩터(reuse factor)는 7로 설정되었으며, 각 기지국들은 주변 6개의 기지국들로 가는 간섭(leakage) 채널들을 알고 있다고 가정한다. 도 25를 통해, 제안된 스케줄링, 전력 할당 통합형 빔포밍은 기존 ZF이나, MRT뿐 만 아니라, 스케줄링을 고려한 ZF(SUS-ZF)등의 기법보다 향상된 합 주파수 효율을 달성함이 확인될 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (24)

  1. 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서,
    복수의 단말들들로부터 수신된 기준 신호들에 기반하여 상기 복수의 단말들들 각각에 대한 채널을 추정하는 과정과,
    상기 추정된 채널들에 기반하여 스케줄링 및 전력 할당 정보를 반영한 상기 복수의 단말들 각각에 대한 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 과정과
    상기 결정된 빔포밍 벡터 행렬을 이용하여 상기 복수의 단말들들 중 적어도 하나의 단말로 데이터를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 과정은,
    상기 추정된 채널들에 기반하여 초기 빔포밍 벡터를 결정하는 과정과,
    상기 복수의 단말들들 각각에 대한 채널 에러 정보로부터 채널 에러 공분산 행렬들을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 과정은,
    상기 추정된 채널들 및 상기 결정된 채널 에러 공분산 행렬들에 기반하여 적어도 하나의 제1 행렬과 적어도 하나의 제2 행렬을 생성하는 과정을 포함하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 과정은,
    스케줄링 정보에 따라 결정된 스케줄링 메트릭에 기반하여 상기 복수의 단말들들 각각에 대한 가중치를 결정하는 과정과,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 적어도 하나의 제1 행렬과 상기 가중치를 반영한 적어도 하나의 제3 행렬을 생성하는 과정과,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 적어도 하나의 제2 행렬과 상기 가중치를 반영한 적어도 하나의 제4 행렬을 생성하는 과정을 포함하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 과정은,
    상기 적어도 하나의 제4 행렬의 역행렬을 생성하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 제4 행렬의 역행렬 및 상기 적어도 하나의 제3 행렬에 기반하여 상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 과정은,
    스케줄링 정보에 따라 결정된 스케줄링 메트릭에 기반하여 상기 복수의 단말들들 각각에 대한 가중치를 결정하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 제1 행렬을 합하여 제5 행렬을 생성하고, 상기 적어도 하나의 제2 행렬을 합하여 제6 행렬을 생성하는 과정과,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 제5 행렬과 상기 가중치를 반영한 제7 행렬을 생성하는 과정과,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 제6 행렬과 상기 가중치를 반영한 제8 행렬을 생성하는 과정을 포함하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 빔포밈 벡터 행렬을 결정하는 과정은,
    상기 제8 행렬의 역행렬을 생성하는 과정과,
    상기 제7 행렬 및 상기 제8 행렬의 역행렬에 기반하여 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 단말들 각각에 대한 채널을 추정하는 과정은,
    인접한 다수의 기지국으로부터 글로벌 CSI(channel state information)들을 수신하여 광역 채널을 추정하는 과정을 포함하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 단말들들 각각에 대한 채널을 추정하는 과정은,
    인접한 적어도 하나의 기지국으로부터 적어도 하나의 로컬 CSI를 수신하는 과정을 포함하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터를 결정하는 방법은,
    상기 추정된 채널들에 기반하여 초기 빔포밍 벡터를 결정하는 과정과,
    상기 복수의 단말들들 각각에 대한 채널 에러 정보로부터 채널 에러 공분산 행렬들을 결정하는 과정과,
    상기 수신한 적어도 하나의 로컬 CSI에 기반하여 적어도 하나의 간섭 행렬을 결정하는 과정과,
    상기 추정된 채널들, 상기 결정된 채널 에러 공분산 행렬들 및 상기 적어도 하나의 간섭 행렬에 기반하여 적어도 하나의 제1 행렬과 적어도 하나의 제2 행렬을 생성하는 과정을 포함하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 과정은,
    스케줄링 정보에 따라 결정된 스케줄링 메트릭에 기반하여 상기 복수의 단말들들 각각에 대한 가중치를 결정하는 과정과,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 적어도 하나의 제1 행렬과 상기 가중치를 반영한 적어도 하나의 제3 행렬을 생성하는 과정과,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 적어도 하나의 제2 행렬과 상기 가중치를 반영한 적어도 하나의 제4 행렬을 생성하는 과정을 포함하는 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 과정은,
    상기 적어도 하나의 제4 행렬의 역행렬을 생성하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 제4 행렬의 역행렬 및 상기 적어도 하나의 제3 행렬에 기반하여 상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  13. 무선 통신 시스템에서 기지국 장치에 있어서,
    송수신기와,
    상기 송수신기와 기능적으로 결합되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    복수의 단말들로부터 수신된 기준 신호들에 기반하여 상기 복수의 단말들 각각에 대한 채널을 추정하고,
    상기 추정된 채널들에 기반하여 스케줄링 및 전력 할당 정보를 반영한 상기 복수의 단말들 각각에 대한 빔포밍 벡터 행렬을 결정하고,
    상기 결정된 빔포밍 벡터 행렬을 이용하여 상기 복수의 단말들 중 적어도 하나의 단말로 데이터를 송신하는 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔포밍 벡터를 결정하기 위해,
    상기 추정된 채널들에 기반하여 초기 빔포밍 벡터를 결정하고,
    상기 복수의 단말들 각각에 대한 채널 에러 정보로부터 채널 에러 공분산 행렬들을 결정하는 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔포밍 벡터를 결정하기 위해,
    상기 추정된 채널들 및 상기 결정된 채널 에러 공분산 행렬들에 기반하여 적어도 하나의 제1 행렬과 적어도 하나의 제2 행렬을 생성하는 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔포밍 벡터를 결정하기 위해,
    스케줄링 정보에 따라 결정된 스케줄링 메트릭에 기반하여 상기 복수의 단말들 각각에 대한 가중치를 결정하고,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 적어도 하나의 제1 행렬과 상기 가중치를 반영한 적어도 하나의 제3 행렬을 생성하고,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 적어도 하나의 제2 행렬과 상기 가중치를 반영한 적어도 하나의 제4 행렬을 생성하는 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔포밍 벡터를 결정하기 위해,
    상기 적어도 하나의 제4 행렬의 역행렬을 생성하고,
    상기 적어도 하나의 제4 행렬의 역행렬 및 상기 적어도 하나의 제3 행렬에 기반하여 상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하기 위해,
    스케줄링 정보에 따라 결정된 스케줄링 메트릭에 기반하여 상기 복수의 단말들 각각에 대한 가중치를 결정하고,
    상기 적어도 하나의 제1 행렬을 합하여 제5 행렬을 생성하고, 상기 적어도 하나의 제2 행렬을 합하여 제6 행렬을 생성하고,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 제5 행렬과 상기 가중치를 반영한 제7 행렬을 생성하고,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 제6 행렬과 상기 가중치를 반영한 제8 행렬을 생성하는 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔포밈 벡터 행렬을 결정하기 위해,
    상기 제8 행렬의 역행렬을 생성하고,
    상기 제7 행렬 및 상기 제8 행렬의 역행렬에 기반하여 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 장치.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 복수의 단말들 각각에 대한 채널을 추정하기 위해,
    인접한 다수의 기지국으로부터 글로벌 CSI(channel state information)들을 수신하여 광역 채널을 추정하는 장치.
  21. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 복수의 단말들 각각에 대한 채널을 추정하기 위해,
    인접한 적어도 하나의 기지국으로부터 적어도 하나의 로컬 CSI를 수신하는 과정을 포함하는 장치.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔포밍 벡터를 결정하기 위해,
    상기 추정된 채널들에 기반하여 초기 빔포밍 벡터를 결정하고,
    상기 복수의 단말들 각각에 대한 채널 에러 정보로부터 채널 에러 공분산 행렬들을 결정하고,
    상기 수신한 적어도 하나의 로컬 CSI에 기반하여 적어도 하나의 간섭 행렬을 결정하고,
    상기 추정된 채널들, 상기 결정된 채널 에러 공분산 행렬들 및 상기 적어도 하나의 간섭 행렬에 기반하여 적어도 하나의 제1 행렬과 적어도 하나의 제2 행렬을 생성하는 장치.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔포밍 벡터를 결정하기 위해,
    스케줄링 정보에 따라 결정된 스케줄링 메트릭에 기반하여 상기 복수의 단말들 각각에 대한 가중치를 결정하고,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 적어도 하나의 제1 행렬과 상기 가중치를 반영한 적어도 하나의 제3 행렬을 생성하고,
    상기 초기 빔포밍 벡터에 상기 적어도 하나의 제2 행렬과 상기 가중치를 반영한 적어도 하나의 제4 행렬을 생성하는 장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하기 위해,
    상기 적어도 하나의 제4 행렬의 역행렬을 생성하고,
    상기 적어도 하나의 제4 행렬의 역행렬 및 상기 적어도 하나의 제3 행렬에 기반하여 상기 빔포밍 벡터 행렬을 결정하는 방법.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102202371B1 (ko) * 2020-10-27 2021-01-13 세종대학교 산학협력단 Massive MIMO 시스템을 기반으로 하는 신호 전송 장치 및 방법
WO2022050443A1 (ko) * 2020-09-03 2022-03-10 엘지전자 주식회사 기준신호의 오버헤드를 줄이기 위한 통신 방법 및 통신 시스템
KR20220051585A (ko) * 2020-10-19 2022-04-26 국방과학연구소 다중 안테나 전이중 통신 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치
KR102505423B1 (ko) * 2021-10-19 2023-03-02 건국대학교 산학협력단 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치 및 방법
KR20240079821A (ko) * 2022-11-29 2024-06-05 재단법인대구경북과학기술원 빔포밍 스케쥴링 장치 및 방법

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10742282B2 (en) * 2018-10-30 2020-08-11 Samsung Electronics Co., Ltd. System and method for generating codebook for analog beamforming
US11916671B2 (en) * 2019-09-18 2024-02-27 Qualcomm Incorporated Methods for interleaved mapping
KR20210084123A (ko) * 2019-12-27 2021-07-07 삼성전자주식회사 전자 장치 및 그 제어 방법
US12028132B2 (en) * 2021-11-12 2024-07-02 Samsung Electronics Co., Ltd. MIMO transmission apparatus and operating method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100306613A1 (en) * 2007-08-29 2010-12-02 Keying Wu Method of multiuser precoding and scheduling and base station for implementing the same
US20150365967A1 (en) * 2013-01-21 2015-12-17 China Academy Of Telecommunications Technology Method and device for scheduling resource in coordinated multi-point transmission
US20180077604A1 (en) * 2016-09-15 2018-03-15 Fujitsu Limited Base station device, terminal device, and wireless transmission method

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8761288B2 (en) * 2008-02-26 2014-06-24 Nxp, B.V. Limited channel information feedback error-free channel vector quantization scheme for precoding MU-MIMO
KR101527110B1 (ko) * 2009-04-13 2015-06-16 삼성전자주식회사 분산 다중 입출력 무선통신 시스템에서 전력 제어 장치 및 방법
KR101681094B1 (ko) * 2010-06-29 2016-12-01 삼성전자주식회사 무선 네트워크에서의 송신 전력 제어 방법 및 장치
US8934557B2 (en) * 2010-06-30 2015-01-13 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Statistical joint precoding in multi-cell, multi-user MIMO
US8797959B2 (en) * 2011-01-05 2014-08-05 Futurewei Technologies, Inc. System and method for transceiver design
US8923907B2 (en) * 2012-03-08 2014-12-30 Nec Laboratories America, Inc. Scalable network MIMO for wireless networks
CN104185954B (zh) * 2012-03-28 2016-09-14 华为技术有限公司 使用任意预编码器进行非线性mu-mimo下行信道预编码的系统和方法
US20140293904A1 (en) * 2013-03-28 2014-10-02 Futurewei Technologies, Inc. Systems and Methods for Sparse Beamforming Design
KR102208117B1 (ko) * 2013-06-03 2021-01-27 엘지전자 주식회사 무선 자원 관리 방법 및 이를 위한 장치
CN106537809B (zh) 2014-07-23 2020-01-10 Lg 电子株式会社 在无线接入系统中发送信道状态信息的方法和设备
EP3275089A1 (en) * 2015-03-27 2018-01-31 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Methods and arrangements for mitigating inter-cluster interference
CN109463042B (zh) 2016-08-18 2021-01-05 华为技术有限公司 用于大规模mimo中d2d适用的预编码的自适应csi共享机制

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100306613A1 (en) * 2007-08-29 2010-12-02 Keying Wu Method of multiuser precoding and scheduling and base station for implementing the same
US20150365967A1 (en) * 2013-01-21 2015-12-17 China Academy Of Telecommunications Technology Method and device for scheduling resource in coordinated multi-point transmission
US20180077604A1 (en) * 2016-09-15 2018-03-15 Fujitsu Limited Base station device, terminal device, and wireless transmission method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022050443A1 (ko) * 2020-09-03 2022-03-10 엘지전자 주식회사 기준신호의 오버헤드를 줄이기 위한 통신 방법 및 통신 시스템
KR20220051585A (ko) * 2020-10-19 2022-04-26 국방과학연구소 다중 안테나 전이중 통신 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치
KR102202371B1 (ko) * 2020-10-27 2021-01-13 세종대학교 산학협력단 Massive MIMO 시스템을 기반으로 하는 신호 전송 장치 및 방법
KR102505423B1 (ko) * 2021-10-19 2023-03-02 건국대학교 산학협력단 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치 및 방법
KR20240079821A (ko) * 2022-11-29 2024-06-05 재단법인대구경북과학기술원 빔포밍 스케쥴링 장치 및 방법

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