KR20200091603A - Apparatus and method for controlling performance of receiver for sub-device in mimo cognitive radio systems - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 단말에 탑재된 수신기의 성능을 제어하는 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 인지 무선 통신 시스템의 메인 단말로부터 수신한 신호 세기에 의거하여 서브 단말에 탑재된 수신기의 성능을 제어할 수 있는 MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for controlling the performance of a receiver mounted on a wireless terminal, and more particularly, to a sub terminal based on signal strength received from a main terminal of a multiple-input multiple-output (MIMO) cognitive wireless communication system. The present invention relates to a receiver performance control apparatus and method for a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system capable of controlling the performance of a mounted receiver.
알려진 바와 같이, 인지 무선 통신(Cognitive Radio: CR)의 개념은 특정 주파수 대역에 허가된 메인 단말(주사용자 단말)이 허가된 주파수 대역을 사용하고 있지 않을 때, 서브 단말(부사용자 단말)이 메인 단말에 허가된 주파수 대역을 사용하는 통신 방식이다.As is known, the concept of Cognitive Radio (CR) is that when a main terminal (main user terminal) licensed for a specific frequency band is not using the licensed frequency band, the sub terminal (secondary user terminal) is main. It is a communication method using a frequency band permitted for a terminal.
최근 들어, 군 전술 무선통신 체계의 첨단화 및 다양화로 인해 주파수 수요가 폭발적으로 증가하고 있으나, 추가적인 주파수 획득 환경은 점차 어려워지고 있는 상황이다.Recently, due to the advancement and diversification of the military tactical radio communication system, the frequency demand is explosively increasing, but the additional frequency acquisition environment is gradually becoming difficult.
특히, 현재의 군 주파수는 전체 국내 스펙트럼 대역의 약 25% 이상을 점유하고 있으며, 2000년대 이후 군 전술 무선통신 장비의 현대화 계획 및 군사기술의 발전, 합동작전의 네트워크화 등으로 인해 안정적 운용이 가능한 추가적인 주파수 확보가 더욱 필요한 실정이다.In particular, the current military frequency occupies about 25% or more of the entire domestic spectrum band, and additional stable operation is possible due to the modernization plan of military tactical radio communication equipment since the 2000s, the development of military technology, and the network before joint operation. It is necessary to secure more frequencies.
이러한 주파수 부족 문제에 대응하여 메인 단말이 사용 중인 주파수를 서브 단말이 공유함으로써 지역 당 주파수 이용 효율을 향상시킬 수 있는 핵심 기술로서 CR 기술이 주목 받고 있으며, 미래의 소부대 무전기(무선 단말)는 CR 기술을 적용한 지능형 무전기로 발전할 것으로 예상되고 있다.In response to this frequency shortage problem, the CR technology is drawing attention as a core technology that can improve the frequency utilization efficiency per region by sharing the frequency being used by the main terminal by the sub-terminals, and the CR technology of the future small unit radio (wireless terminal) It is expected to develop into an intelligent walkie-talkie.
여기에서, CR 기술은 스펙트럼 현황을 감지한 후 이를 지능적으로 판단해 주파수, 변조방식, 출력 등을 선택하는 기술로서, 이를 소부대 무전기 통신에 적용할 경우 시시각각 변하는 전술통신 환경을 지능적으로 인식하고 이에 적합한 주파수 대역 및 통신 파라미터 등을 자동으로 변경하는 것이 가능하여 제한된 군 주파수 대역 내에서의 고성능, 고효율의 군 통신체계 구축을 기대할 수 있다.Here, the CR technology is a technology that intelligently judges the spectrum status and selects the frequency, modulation method, output, etc., and intelligently recognizes and changes the tactical communication environment that changes every time when applied to radio communication of small units. Since it is possible to automatically change the frequency band and communication parameters, it is expected to construct a high-performance, high-efficiency military communication system within a limited military frequency band.
그러나, 실제 특정 주파수 대역을 메인 단말이 사용하고 있을 때 서브 단말이 공존하여 통신할 경우, 서브 단말이 메인 단말의 수신기에 또는 메인 단말이 서브 단말의 수신기에 미치는 간섭이 전체 네트워크 성능을 저하시킬 수 있으므로, 이것을 제어할 수 있는 효과적인 MIMO 송수신기 구조 설계에 대한 원천기술 연구 및 확보가 절실히 필요하다.However, when a sub-terminal coexists and communicates when the main terminal is actually using a specific frequency band, interference caused by the sub-terminal to the receiver of the main terminal or the main terminal to the receiver of the sub-terminal may degrade overall network performance. Therefore, it is urgently needed to research and secure original technology for effective MIMO transceiver structure design that can control this.
따라서, 다중 안테나를 통한 서브 단말의 직교 빔포밍 간섭 제어 송수신 기술이 연구되어야 할 필요성이 있다.Therefore, there is a need to study orthogonal beamforming interference control transmission/reception technology of a sub terminal through multiple antennas.
여기에서, 직교 빔포밍은 서브 단말이 메인 단말에 미치는 간섭을 제거하기 위해서 메인 단말로의 간섭 채널과 직교하는 안테나 가중치를 사용하는 기술이며, 이를 통해 서브 단말이 메인 단말에게, 또는 메인 단말이 서브 단말에게 미치는 간섭 영향을 최소화할 수 있다.Here, orthogonal beamforming is a technique that uses an antenna weight orthogonal to the interference channel to the main terminal in order to remove interference from the sub terminal to the main terminal. The interference effect on the terminal can be minimized.
그러나, 간섭의 영향을 줄이기 위한 직교 빔포밍 기술이 활용된 수신기를 설계할 시에, 메인 단말로부터의 간섭의 크기를 고려하지 않을 경우, 오히려 성능을 저하시킬 수 있는 문제가 발생할 수 있다.However, when designing a receiver using an orthogonal beamforming technique to reduce the influence of interference, if the magnitude of interference from the main terminal is not taken into consideration, a problem that may degrade performance may occur.
따라서, 이러한 간섭 크기에 따른 수신기의 성능 저하 문제를 해결하기 위해 메인 단말로부터의 간섭의 크기에 따라 서브 단말의 수신기를 설계하는 기술이 요구되고 있다.Therefore, in order to solve the performance degradation problem of the receiver according to the size of the interference, a technique for designing a receiver of the sub terminal according to the amount of interference from the main terminal is required.
본 발명은 인지 무선 통신 시스템에서 메인 단말로부터의 간섭의 크기에 의거하여 서브 단말의 수신기 성능을 적응적으로 제어할 수 있는 MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a receiver performance control apparatus and method for a receiver of a sub terminal of a MIMO cognitive wireless communication system that can adaptively control receiver performance of a sub terminal based on the amount of interference from the main terminal in the cognitive wireless communication system. do.
본 발명은 인지 무선 통신 시스템에서 메인 단말로부터의 간섭의 크기에 의거하여 서브 단말의 수신기 성능을 적응적으로 제어할 수 있는 MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 방법을 프로세서가 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공하고자 한다.The present invention allows a processor to perform a method for controlling a receiver performance of a sub terminal of a MIMO cognitive wireless communication system that can adaptively control receiver performance of a sub terminal based on the amount of interference from a main terminal in a cognitive wireless communication system. It is intended to provide a computer readable recording medium in which a computer program is stored.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and another problem to be solved that is not mentioned can be clearly understood by a person having ordinary knowledge to which the present invention belongs from the following descriptions. will be.
본 발명은, 일 관점에 따라, MIMO 인지 무선 통신의 메인 단말로부터 신호를 수신하여 채널 상태 정보를 수집하는 채널 상태 정보 수집부와, 수집된 상기 채널 상태 정보에 포함된 신호 세기에 의거하여, 메인 단말 채널의 공분산 행렬과 잡음의 부공간을 계산하는 직교 빔포밍 행렬 계산부와, 상기 계산 결과에 의거하여, 상기 메인 단말과의 채널에 직교하는 안테나 가중치를 산출한 후 상기 서브 단말의 수신기에 적용하는 안테나 가중치 최적화부를 포함하는 MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 장치를 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, based on a signal strength included in the collected channel state information, and a channel state information collection unit that receives a signal from a main terminal of MIMO-aware wireless communication and collects channel state information, the main An orthogonal beamforming matrix calculation unit that calculates a sub-space of noise and a covariance matrix of a terminal channel, and calculates an antenna weight orthogonal to a channel with the main terminal based on the calculation result and applies it to the receiver of the sub terminal It is possible to provide a receiver performance control apparatus for a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system including an antenna weight optimization unit.
본 발명의 상기 채널 상태 정보는, 채널의 공분산 행렬을 포함할 수 있다.The channel state information of the present invention may include a covariance matrix of the channel.
본 발명의 상기 직교 빔포밍 행렬 계산부는, 통신 시스템의 기 설정된 간섭량 문턱값에 따라 상기 신호 세기를 판단할 수 있다.The orthogonal beamforming matrix calculator of the present invention may determine the signal strength according to a preset interference amount threshold of the communication system.
본 발명의 상기 안테나 가중치 최적화부는, 상기 메인 단말과의 채널의 공분산 행렬의 고유값 분해를 통해 상기 안테나 가중치를 산출할 수 있다.The antenna weight optimizer of the present invention may calculate the antenna weight through eigenvalue decomposition of a covariance matrix of a channel with the main terminal.
본 발명의 상기 안테나 가중치 최적화부는, 잡음의 부공간을 특정하여 상기 고유값 분해를 계산할 수 있다.The antenna weight optimizer of the present invention may calculate the eigenvalue decomposition by specifying a subspace of noise.
본 발명은, 다른 관점에 따라, MIMO 인지 무선 통신의 메인 단말로부터 신호를 수신하여 채널 상태 정보를 수집하는 단계와, 수집된 상기 채널 상태 정보에 포함된 신호 세기에 의거하여, 메인 단말 채널의 공분산 행렬을 계산하는 단계와, 계산된 상기 공분산 행렬에 의거하여, 상기 메인 단말과의 채널에 직교하는 안테나 가중치를 산출한 후 상기 서브 단말에 적용하는 단계를 포함하는 MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 방법을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, receiving a signal from a main terminal of MIMO-aware wireless communication to collect channel state information, and based on the signal strength included in the collected channel state information, covariance of the main terminal channel Calculating a matrix, and calculating an antenna weight orthogonal to a channel with the main terminal based on the calculated covariance matrix, and then applying the antenna weight to the sub terminal, and then applying it to the sub terminal. It is possible to provide a method for controlling receiver performance.
본 발명의 상기 채널 상태 정보는, 채널의 공분산 행렬을 포함할 수 있다.The channel state information of the present invention may include a covariance matrix of the channel.
본 발명의 상기 계산하는 단계는, 통신 시스템의 기 설정된 간섭량 문턱값에 따라 상기 신호 세기를 판단할 수 있다.In the calculating step of the present invention, the signal strength may be determined according to a preset interference amount threshold of the communication system.
본 발명의 상기 계산하는 단계는, 상기 신호 세기가 상기 기 설정된 간섭량 문턱값보다 크면 상기 공분산 행렬을 계산할 수 있다.In the calculating step of the present invention, when the signal strength is greater than the preset interference amount threshold, the covariance matrix may be calculated.
발명의 상기 적용하는 단계는, 상기 메인 단말과의 채널의 공분산 행렬의 고유값 분해를 통해 상기 안테나 가중치를 산출할 수 있다. In the applying step of the present invention, the antenna weight may be calculated through eigenvalue decomposition of a covariance matrix of a channel with the main terminal.
본 발명의 상기 고유값 분해는, 잡음의 부공간을 특정하여 계산될 수 있다.The eigenvalue decomposition of the present invention can be calculated by specifying a subspace of noise.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 방법을 프로세서가 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서, 상기 수신기 성능 제어 방법은, MIMO 인지 무선 통신의 메인 단말로부터 신호를 수신하여 채널 상태 정보를 수집하는 단계와, 수집된 상기 채널 상태 정보에 포함된 신호 세기에 의거하여, 메인 단말 채널의 공분산 행렬을 계산하는 단계와, 계산된 상기 공분산 행렬에 의거하여, 상기 메인 단말과의 채널에 직교하는 안테나 가중치를 산출한 후 상기 서브 단말에 적용하는 단계를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a computer readable recording medium storing a computer program for a processor to perform a method for controlling a receiver performance of a sub-terminal of a MIMO-aware wireless communication system, wherein the receiver performance control method is a MIMO-aware wireless Receiving a signal from a main terminal of communication and collecting channel state information; calculating a covariance matrix of a main terminal channel based on the signal strength included in the collected channel state information; and calculating the calculated covariance matrix. Based on the above, it is possible to provide a computer-readable recording medium comprising calculating an antenna weight orthogonal to a channel with the main terminal and applying it to the sub terminal.
본 발명의 실시예에 따르면, MIMO 인지 무선 통신 시스템에서 메인 단말로부터의 간섭의 크기에 의거하여 서브 단말의 수신기 성능을 적응적으로 제어함으로써, 서브 단말의 수신기 성능을 최대화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the receiver performance of the sub terminal can be maximized by adaptively controlling the receiver performance of the sub terminal based on the magnitude of interference from the main terminal in the MIMO-aware wireless communication system.
본 발명의 실시예에 의하면, 간섭 신호를 발생하는 메인 단말이 존재하는 상황에서 서브 단말의 수신기 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in a situation in which a main terminal generating an interference signal exists, receiver performance of the sub terminal can be further improved.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 MIMO 인지 무선 통신 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말에 포함될 수 있는 수신기 성능 제어 장치에 대한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 직교 빔포밍을 한 경우와 하지 않은 경우의 성취 가능 레이트(achievable rate)를 도시한 그래프이다.1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a MIMO-aware wireless communication system to which the present invention can be applied.
2 is a block diagram of a receiver performance control apparatus that may be included in a sub-terminal of a MIMO-aware wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing an achievable rate when orthogonal beamforming is performed according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and have ordinary knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the scope of the invention is only defined by the claims.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, detailed descriptions of known functions or configurations will be omitted except when actually necessary in describing the embodiments of the present invention. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 MIMO 인지 무선 통신 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a MIMO-aware wireless communication system to which the present invention can be applied.
도 1을 참조하면, MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 인지 무선 통신 시스템은 단일 또는 다중 안테나를 갖는 메인 단말(MD1)과 다중 안테나를 갖는 다수의 서브 단말(SD1, SD2) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a multiple-input multiple-output (MIMO)-aware wireless communication system may include a main terminal (MD1) having a single or multiple antennas, a plurality of sub terminals (SD1, SD2) having multiple antennas, and the like. have.
여기에서, 각 서브 단말(SD1, SD2)은, 본 발명의 실시예에 따라 제공되는 서브 단말의 수신기 성능 제어 장치 등을 포함할 수 있는데, 여기에서 수신기 성능 제어 장치는, 예컨대 수신기의 직교 빔포밍 장치로 정의될 수 있다.Here, each of the sub-terminals (SD1, SD2) may include a receiver performance control device of a sub-terminal provided according to an embodiment of the present invention, where the receiver performance control device is, for example, orthogonal beamforming of the receiver It can be defined as a device.
그리고, 메인 단말은 주사용자 단말 또는 1차 단말로 정의될 수 있고, 서브 단말은 부사용자 단말 또는 2차 단말로 정의될 수 있는데, 이러한 메인 단말 및 서브 단말은, 예컨대 군 전술 무선통신 시스템에서 사용 가능한 무선 단말, 지능형 무선 단말, 무전기, 지능형 무전기 등을 의미할 수 있다.In addition, the main terminal may be defined as a primary user terminal or a primary terminal, and the sub terminal may be defined as a secondary user terminal or a secondary terminal. Such a main terminal and a sub terminal are used in, for example, a military tactical wireless communication system. It may mean a possible wireless terminal, an intelligent wireless terminal, a walkie-talkie, an intelligent walkie-talkie, and the like.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말에 포함될 수 있는 수신기 성능 제어 장치(200)에 대한 블록 구성도로서, 서브 단말의 수신기 성능 제어 장치(200)는 채널 상태 정보 수집부(202), 직교 빔포밍 행렬 계산부(204) 및 안테나 가중치 최적화부(206) 등을 포함할 수 있다.2 is a block diagram of a receiver
도 2를 참조하면, 채널 상태 정보 수집부(202)는 적어도 하나의 수신기를 포함하는 MIMO 인지 무선 통신의 서브 단말이 메인 단말로부터 신호를 수신, 즉 메인 단말로부터 수신되는 신호에서 채널 상태 정보(예컨대, 신호 세기, 채널의 공분산 행렬 등)를 수집하는 등의 기능을 제공할 수 있다. 여기에서, 수집된 채널 상태 정보는 직교 빔포밍 행렬 계산부(204)로 전달될 수 있다.Referring to FIG. 2, the channel state
다음에, 직교 빔포밍 행렬 계산부(204)는 메인 단말의 신호로부터 수집한 채널 상태 정보에 포함된 신호 세기에 의거하여, 메인 단말로부터의 채널의 공분산 행렬과 잡음의 부공간을 계산하는 기능을 제공할 수 있다. 여기에서의 계산 결과는 다음 단의 안테나 가중치 최적화부(206)로 전달될 수 있다.Next, the orthogonal
여기에서, 직교 빔포밍 행렬 계산부(204)는 통신 시스템(서브 단말)의 기 설정된 간섭량 문턱값에 따라 메인 단말로부터 수신한 신호의 세기를 판단할 수 있다.Here, the orthogonal
그리고, 안테나 가중치 최적화부(206)는 직교 빔포밍 행렬 계산부(204)로부터 제공되는 계산 결과에 의거하여, 메인 단말과의 채널에 직교하는 안테나 가중치를 산출하고, 이 산출된 안테나 가중치를 서브 단말의 수신기에 적용(수신기의 성능 향상을 위한 가중치 적용)하는 등의 기능을 제공할 수 있다.Then, the antenna
여기에서, 안테나 가중치의 산출은 직교 빔포밍 행렬 및 선형 빔포밍 행렬의 계산을 의미할 수 있다.Here, the calculation of the antenna weight may mean calculation of an orthogonal beamforming matrix and a linear beamforming matrix.
이때, 안테나 가중치 최적화부(206)는 메인 단말과의 채널의 공분산 행렬의 고유값 분해를 통해 안테나 가중치를 산출할 수 있으며, 잡음의 부공간을 특정하여 고유값 분해를 계산할 수 있다.At this time, the antenna
다음에, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라 MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말에 탑재된 수신기의 성능을 향상시키는 일련의 과정들에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIGS. 1 and 2, a series of processes for improving the performance of a receiver mounted in a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1을 참조하면, 서브 단말(SD1)의 수신기는 메인 단말(MD1)의 간섭에 대응하기 위해 메인 단말(MD1)로부터 신호를 수신받는데, 이때 서브 단말(SD1)의 수신기에 수신되는 메인 단말(MD1)의 신호는 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기에서, 메인 단말의 안테나 수는 으로, 서브 단말의 안테나 수는 으로 각각 정의될 수 있다.Referring to FIG. 1, the receiver of the sub terminal SD1 receives a signal from the main terminal MD1 in order to cope with the interference of the main terminal MD1, wherein the main terminal received at the receiver of the sub terminal SD1 ( The signal of MD1) may be expressed as
[수학식 1][Equation 1]
상기한 수학식 1에 있어서, 크기 의 는 메인 단말(MD1)로부터 송신되는 신호를 나타내고, 크기 의 은 메인 단말(MD1)이 서브 단말(SD1)에게 신호를 송신할 때의 채널을 나타내며, 크기 의 은 서브 단말 수신기에서의 시스템 잡음을 나타내고, 크기 의 는 서브 단말(SD1)의 수신기가 받는 수신신호를 나타내며, 은 서브 단말(SD1)이 메인 단말(MD1)의 신호를 수신하는 시간을 나타낸다.In
이때, 메인 단말(MD1)의 신호 이 시간에 따라 독립적이고 동일한 분포를 가지고 있으며, 의 공분산 행렬을 가지고 있으면, 메인 단말로부터 수신된 신호의 세기는 다음의 수학식 2와 표현될 수 있다.At this time, the signal of the main terminal (MD1) It is independent and has the same distribution over time, If has a covariance matrix of, the strength of the signal received from the main terminal can be expressed by the following equation (2).
[수학식 2][Equation 2]
상기한 수학식 2에 있어서, 는 전술한 수학식 1의 변수와 동일하고, 는 에르미트 행렬을 나타내며, 은 서브 단말(SD1)이 메인 단말(SD1)으로부터 수신하는 신호의 세기를 나타낸다.In
상술한 수학식 2의 값(신호 세기)이 통신 시스템(서브 단말)에 기 설정된 간섭량 문턱 값보다 클 경우에는 공분산 행렬을 추정하고, 직교 빔포밍 행렬을 계산하게 된다.When the above-described value of Equation 2 (signal strength) is greater than a preset interference amount threshold in the communication system (sub terminal), a covariance matrix is estimated and an orthogonal beamforming matrix is calculated.
여기에서, 메인 단말(MD1)의 신호 이 시간에 따라 독립적이고 동일한 분포를 가지고 있으며, 크기가 인 의 공분산 행렬을 가지고 있고, 잡음 은 평균 0, 크기가 인 공분산 행렬 를 가지는 독립적이고 순환 대칭 복소 가우시안 분포를 따른다면, 공분산 행렬은 다음의 수학식 3과 같이 추정될 수 있다.Here, the signal of the main terminal (MD1) It is independent and has the same distribution over time, and its size sign Has a covariance matrix of, noise Is average 0, the size Phosphorus covariance matrix If the independent and cyclically symmetric complex Gaussian distribution is followed, the covariance matrix can be estimated as in
[수학식 3][Equation 3]
상기한 수학식 3에 있어서, 와 은 전술한 수학식 1의 변수와 동일하고, 는 잡음의 분산을 나타내며, 는 메인 단말(MD1)의 신호의 분산을 나타내고, 크기 의 는 단위행렬을 나타내며, 은 서브 단말(SD1)이 메인 단말(SD1)으로부터 수신하는 신호의 공분산 행렬을 나타낸다.In the above equation (3), Wow Is the same as the variable in
그리고, 상술한 수학식 3을 통해 추정된 공분산 행렬로부터 고유값 분해가 다음의 수학식 4와 같이 이루어질 수 있다.Then, the eigenvalue decomposition from the covariance matrix estimated through
[수학식 4][Equation 4]
상기한 수학식 4에 있어서, 는 크기가 인 메인 단말(MD1)의 신호의 부공간 행렬이고, 는 크기가 인 잡음의 부공간 행렬이며, 는 의 가장 큰 고유값 개를 포함한 대각 행렬이다. 여기에서, 임을 알 수 있다.In the above equation (4), Has a size It is a sub-space matrix of the signal of the main terminal (MD1), Has a size Is the subspatial matrix of phosphorus noise, The Largest eigenvalue of It is a diagonal matrix containing a dog. From here, You can see that
따라서, 서브 단말(SD1)이 수신한 신호를 잡음의 부공간인 에 투사하는 직교 빔포밍 기술을 사용하면, 메인 단말(MD1)의 간섭을 줄이고 통신 성능을 향상 시킬 수 있다.Accordingly, the signal received by the sub terminal SD1 is a subspace of noise. By using orthogonal beamforming technology projected on, it is possible to reduce interference of the main terminal MD1 and improve communication performance.
그러나, 서브 단말(SD1)이 수신한 신호를 상술한 잡음의 부공간에 투사하면 수신 안테나가 개의 자유도를 잃는다. 반면에, 만약 의 크기가 2보다 클 경우, 남은 자유도를 활용할 수 있다. 그럴 경우 직교 빔포밍이 포함된 수신 빔포밍 는 아래 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.However, when the signal received by the sub terminal SD1 is projected into the sub-space of the above-described noise, the receiving antenna Dogs lose freedom. On the other hand, if If the size of is greater than 2, the remaining degrees of freedom can be utilized. If so, receive beamforming with orthogonal beamforming Can be expressed as
[수학식 5][Equation 5]
상기한 수학식 5에 있어서, 는 전술한 수학식 4와 동일하고, 크기 의 는 자유도를 최대한 활용하는 최대비 결합 등의 어떤 수신 빔포밍을 나타내며, 크기 의 는 직교 빔포밍을 포함하여 설계된 수신 빔포밍을 나타낸다.In the above equation (5), Is the same as
다음에, 메인 단말(MD1)이 자신에게 허가된 주파수 대역에서 여전히 통신하고 있는 상황에서, 서브 단말(SD1)이 통신을 하게 되면 서브 단말(SD1)이 수신하는 신호는 다음의 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.Next, in a situation where the main terminal MD1 is still communicating in the frequency band permitted to it, when the sub terminal SD1 communicates, the signal received by the sub terminal SD1 is as shown in Equation 6 below. Can be expressed.
[수학식 6][Equation 6]
상기한 수학식 6에 있어서, x는 서브 단말(SD2)로부터 송신되는 신호를 나타내고, In the above equation (6), x represents a signal transmitted from the sub terminal SD2,
크기 의 는 송신 신호의 안테나 가중치를 나타내며, 는 크기가 인 서브 단말(SD2)이 서브 단말(SD1)에게 송신할 때의 채널을 나타내고, 는 전치 행렬을 나타내고, 와 은 전술한 수학식 1의 변수와 동일하며, 크기 의 은 서브 단말 수신기에서의 시스템 잡음을 나타내고, 크기 의 는 서브 단말(SD1)의 수신기가 받는 수신 신호를 나타낸다.size of Denotes the antenna weight of the transmitted signal, The Size Indicates the channel when the in-sub-terminal SD2 transmits to the sub-terminal SD1 , Denotes the transpose matrix, Wow Is the same as the variable in
여기에서, 정확히 추정된 로 위의 수신 신호[수학식 6]를 직교 빔포밍을 포함하여 설계된 수신 빔포밍을 하면 다음의 수학식 7에서와 같이 메인 단말(MD1)로부터의 간섭이 없어진다.Here, exactly estimated When receiving beamforming designed with orthogonal beamforming on the received signal [Equation 6] on the furnace, interference from the main terminal MD1 is eliminated as in Equation 7 below.
[수학식 7][Equation 7]
상기한 수학식 7에 있어서, 는 전술한 수학식 5와 동일하고, , , 와 은 전술한 수학식 6의 변수와 동일하며, 는 서브 단말(SD1) 수신기가 받은 수신 신호에 직교 빔포밍 기술을 사용한 신호를 나타낸다.In the above equation (7), Is the same as
여기에서, 직교 빔포밍을 포함하여 설계된 수신 빔포밍을 한 수신기의 성취 가능 레이트는 다음의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.Here, an achievable rate of a receiver having received beamforming designed including orthogonal beamforming may be expressed as Equation 8 below.
[수학식 8][Equation 8]
상기한 수학식 8에 있어서, 는 전술한 수학식 3과 동일하고, 는 전술한 수학식 5와 동일하며, 와 는 전술한 수학식 6의 변수와 동일하고, 는 켤레 행렬을 나타내며, 는 서브 단말(SD1) 수신기의 가능 레이트를 나타낸다.In Equation 8 above, Is the same as
만약, 메인 단말(MD1)로부터의 간섭의 크기가 크지 않아 상술한 수학식 7의 값이 시스템이 설계한 간섭량 문턱 값보다 작을 경우, 직교 빔포밍 행렬로 자유도를 잃는 것은 수신기의 성능을 저하시킬 수 있다.If the magnitude of the interference from the main terminal MD1 is not large and the value of Equation 7 described above is smaller than the interference amount threshold designed by the system, losing the degree of freedom with the orthogonal beamforming matrix may degrade the performance of the receiver. have.
이러한 경우에는 공분산 행렬 추정 및 직교 빔포밍 행렬 계산을 하지 않고, 대신 자유도를 최대한 활용하는 최대비 결합 등의 다른 수신 빔포밍 를 전술한 수학식 6에 적용할 수 있는데, 이럴 경우 수신신호는 다음의 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.In this case, it does not estimate the covariance matrix and compute the orthogonal beamforming matrix, but instead receives other beamforming such as maximum ratio combining that makes the most of the degree of freedom. Can be applied to the above equation (6), in which case the received signal can be expressed as the following equation (9).
[수학식 9][Equation 9]
상기한 수학식 9에 있어서, 크기 의 는 수신 빔포밍을 나타내고, 와 은 전술한 수학식 1의 변수와 동일하며, , , 와 은 전술한 수학식 6의 변수와 동일하고, 는 서브 단말(SD1) 수신기가 받은 수신 신호에 어떤 선형 수신 빔포밍 기술을 사용한 신호를 나타낸다.In Equation 9 above, the size of Indicates reception beamforming, Wow Is the same as the variable in
이때, 선형 수신 빔포밍한 수신기의 성취 가능 레이트는 다음의 수학식 10과 같이 표현될 수 있다.In this case, the achievable rate of the linear reception beamformed receiver may be expressed as
[수학식 10][Equation 10]
상기한 수학식 10에 있어서, 는 서브 단말(SD2)의 신호의 세기를 나타내고, 와 는 전술학 수학식 3의 변수와 동일하며, 은 전술한 수학식 1의 변수와 동일하고, 와 는 전술한 수학식 6의 변수와 동일하고, 는 전술한 수학식 9의 변수와 동일하고, 는 서브 단말(SD1) 수신기가 받은 수신신호에 어떤 선형 수신 빔포밍 기술을 사용한 신호를 나타낸다.In the above equation (10), Indicates the signal strength of the sub terminal SD2, Wow Is the same as the variable in
만약, 인 경우에는 직교 빔포밍을 포함한 수신 빔포밍을 하는 것이 이득이며, 그렇지 않은 경우에는 직교 빔포밍을 하지 않고 자유도를 유지하는 것이 수신기의 성능을 향상시킬 수 있다.if, In this case, receiving beamforming including orthogonal beamforming is advantageous, and otherwise, maintaining the degree of freedom without orthogonal beamforming may improve the performance of the receiver.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 메인 단말이 존재하는 상황에서, 서브 단말이 메인 단말의 신호를 수신하여, 선택적으로 그에 맞는 직교 빔포밍 벡터를 설계함으로써, 서브 단말 간 통신의 성능을 향상시킬 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, in a situation where the main terminal exists, the sub terminal receives the signal of the main terminal, and optionally designs an orthogonal beamforming vector accordingly, thereby improving the performance of communication between the sub terminals. Can.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 직교 빔포밍을 한 경우와 하지 않은 경우의 성취 가능 레이트(achievable rate)를 도시한 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing an achievable rate when orthogonal beamforming is performed according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면 간섭이 약한 메인 단말이 있을 때 성취 가능 레이트를 늘릴 수 있음을 분명하게 알 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be clearly seen that according to an embodiment of the present invention, an achievable rate can be increased when there is a main terminal having weak interference.
이때, 메인 단말의 신호의 세기에 따라 차이는 더 벌어질 수 있는데, 이것은 메인 단말의 신호의 세기가 커짐에 따라 간섭의 영향이 커져 수신 빔포밍 설계를 선택적으로 설계하는 것의 이득이 발생되는 것으로 설명될 수 있다.At this time, the difference may be wider depending on the signal strength of the main terminal, which explains that as the signal strength of the main terminal increases, the influence of the interference increases, and the benefit of selectively designing the reception beamforming design is generated. Can be.
이때, 서브 단말의 신호의 세기에 따라 차이는 더 벌어질 수 있는데, 이것은 서브 단말의 신호의 세기가 커짐에 따라 안테나 자유도의 영향이 커져 다중화 이득이 발생되는 것으로 설명될 수 있다.At this time, the difference may be widened according to the signal strength of the sub terminal, which can be described as the influence of antenna freedom increases as the signal strength of the sub terminal increases, thereby generating a multiplexing gain.
한편, 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.Meanwhile, combinations of each block of the block diagram and each step of the flowchart may be performed by computer program instructions. These computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment, so that instructions executed through a processor of a computer or other programmable data processing equipment may be used in each block or flowchart of the block diagram. In each step, means are created to perform the functions described.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리 등에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.These computer program instructions can also be stored in a computer readable or computer readable memory or the like that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement a function in a particular way, so the computer readable or computer readable memory The instructions stored in it are also possible to produce an article of manufacture containing instructions means for performing the functions described in each step of each block or flowchart of the block diagram.
그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.In addition, since computer program instructions may be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, a series of operation steps are performed on the computer or other programmable data processing equipment to generate a process executed by the computer to generate a computer or other program. It is also possible for instructions to perform possible data processing equipment to provide steps for performing the functions described in each block of the block diagram and in each step of the flowchart.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 적어도 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.Further, each block or each step may represent a module, segment, or portion of code that includes at least one executable instruction for executing the specified logical function(s). It should also be noted that in some alternative embodiments it is possible that the functions mentioned in blocks or steps occur out of order. For example, two blocks or steps shown in succession may in fact be executed substantially simultaneously, or it is also possible that the blocks or steps are sometimes performed in reverse order depending on the corresponding function.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may have various substitutions, modifications, changes, etc. without departing from the essential characteristics of the present invention. You will easily see this possible. That is, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but are intended to illustrate, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments.
따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the protection scope of the present invention should be interpreted by the claims that will be described later, and all technical ideas within an equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
202 : 채널 상태 정보 수집부
204 : 직교 빔포밍 행렬 계산부
206 : 안테나 가중치 최적화부202: channel status information collection unit
204: orthogonal beamforming matrix calculator
206: antenna weight optimization unit
Claims (12)
수집된 상기 채널 상태 정보에 포함된 신호 세기에 의거하여, 메인 단말 채널의 공분산 행렬과 잡음의 부공간을 계산하는 직교 빔포밍 행렬 계산부와,
상기 계산 결과에 의거하여, 상기 메인 단말과의 채널에 직교하는 안테나 가중치를 산출한 후 상기 서브 단말의 수신기에 적용하는 안테나 가중치 최적화부를 포함하는
MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 장치.A channel state information collection unit that receives a signal from a main terminal of MIMO-aware wireless communication and collects channel state information;
An orthogonal beamforming matrix calculator for calculating a covariance matrix of a main terminal channel and a sub-space of noise based on the signal strength included in the collected channel state information;
Based on the result of the calculation, after calculating the antenna weight orthogonal to the channel with the main terminal and includes an antenna weight optimization unit to apply to the receiver of the sub-terminal
A receiver performance control device for a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system.
상기 채널 상태 정보는,
채널의 공분산 행렬을 포함하는
MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 장치.According to claim 1,
The channel status information,
Containing the covariance matrix of the channel
A receiver performance control device for a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system.
상기 직교 빔포밍 행렬 계산부는,
통신 시스템의 기 설정된 간섭량 문턱값에 따라 상기 신호 세기를 판단하는
MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 장치.According to claim 1,
The orthogonal beamforming matrix calculation unit,
The signal strength is determined according to a preset interference amount threshold of the communication system.
A receiver performance control device for a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system.
상기 안테나 가중치 최적화부는,
상기 메인 단말과의 채널의 공분산 행렬의 고유값 분해를 통해 상기 안테나 가중치를 산출하는
MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 장치.According to claim 1,
The antenna weight optimization unit,
Calculating the antenna weight through eigenvalue decomposition of a covariance matrix of a channel with the main terminal
A receiver performance control device for a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system.
상기 안테나 가중치 최적화부는,
잡음의 부공간을 특정하여 상기 고유값 분해를 계산하는
MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 장치.The method of claim 4,
The antenna weight optimization unit,
Computing the eigenvalue decomposition by specifying the subspace of noise
A receiver performance control device for a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system.
수집된 상기 채널 상태 정보에 포함된 신호 세기에 의거하여, 메인 단말 채널의 공분산 행렬을 계산하는 단계와,
계산된 상기 공분산 행렬에 의거하여, 상기 메인 단말과의 채널에 직교하는 안테나 가중치를 산출한 후 상기 서브 단말에 적용하는 단계를 포함하는
MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 방법.Collecting a channel state information by receiving a signal from a main terminal of MIMO-aware wireless communication;
Calculating a covariance matrix of a main terminal channel based on the signal strength included in the collected channel state information;
Based on the calculated covariance matrix, calculating an antenna weight orthogonal to a channel with the main terminal and applying it to the sub terminal.
A method for controlling performance of a receiver in a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system.
상기 채널 상태 정보는,
채널의 공분산 행렬을 포함하는
MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 방법.The method of claim 6,
The channel status information,
Containing the covariance matrix of the channel
A method for controlling performance of a receiver in a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system.
상기 계산하는 단계는,
통신 시스템의 기 설정된 간섭량 문턱값에 따라 상기 신호 세기를 판단하는
MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 방법.The method of claim 6,
The calculating step,
The signal strength is determined according to a preset interference amount threshold of the communication system.
A method for controlling performance of a receiver in a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system.
상기 계산하는 단계는,
상기 신호 세기가 상기 기 설정된 간섭량 문턱값보다 크면 상기 공분산 행렬을 계산하는
MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 방법.The method of claim 8,
The calculating step,
Calculating the covariance matrix when the signal strength is greater than the preset interference threshold
A method for controlling performance of a receiver in a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system.
상기 적용하는 단계는,
상기 메인 단말과의 채널의 공분산 행렬의 고유값 분해를 통해 상기 안테나 가중치를 산출하는
MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 방법.The method of claim 6,
The applying step,
Calculating the antenna weight through eigenvalue decomposition of a covariance matrix of a channel with the main terminal
A method for controlling performance of a receiver in a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system.
상기 고유값 분해는,
잡음의 부공간을 특정하여 계산되는
MIMO 인지 무선 통신 시스템의 서브 단말의 수신기 성능 제어 방법.The method of claim 10,
The eigenvalue decomposition is
Calculated by specifying the subspace of noise
A method for controlling performance of a receiver in a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system.
상기 수신기 성능 제어 방법은,
MIMO 인지 무선 통신의 메인 단말로부터 신호를 수신하여 채널 상태 정보를 수집하는 단계와,
수집된 상기 채널 상태 정보에 포함된 신호 세기에 의거하여, 메인 단말 채널의 공분산 행렬을 계산하는 단계와,
계산된 상기 공분산 행렬에 의거하여, 상기 메인 단말과의 채널에 직교하는 안테나 가중치를 산출한 후 상기 서브 단말에 적용하는 단계를 포함하는
컴퓨터 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium storing a computer program that allows a processor to perform a method for controlling a receiver performance of a sub terminal of a MIMO-aware wireless communication system,
The receiver performance control method,
Collecting a channel state information by receiving a signal from a main terminal of MIMO-aware wireless communication;
Calculating a covariance matrix of a main terminal channel based on the signal strength included in the collected channel state information;
Based on the calculated covariance matrix, calculating an antenna weight orthogonal to a channel with the main terminal and applying it to the sub terminal.
Computer-readable recording media.
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