KR20210012080A

KR20210012080A - 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 방법 및 프리코더 생성 장치

Info

Publication number: KR20210012080A
Application number: KR1020190088813A
Authority: KR
Inventors: 전은성; 안민기; 이욱봉; 김성수; 김준석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2021-02-03
Also published as: DE102020108258A9; US11595090B2; CN112311430A; US20220131581A1; TW202105923A; DE102020108258A1; US11233552B2; US20210028836A1

Abstract

다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 방법 및 프리코더 생성 장치가 제공된다. 프리코더 생성 방법은, 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 방법으로서, 복수의 스테이션으로부터 채널 정보와 채널의 품질 정보를 제공받고, 제공된 정보를 바탕으로 제1 조건이 만족되지를 판단하여, 제1 조건이 만족되면 매트릭스 역변환(matrix inversion) 타입을 선택하고, 제공된 정보를 바탕으로 상기 제1 조건과 다른 제2 조건이 만족되는지를 판단하여, 상기 제2 조건이 만족되면 디컴포지션(decomposition) 타입을 선택하고, 선택 결과를 바탕으로 프리코더를 생성하는 것을 포함한다.

Description

다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 방법 및 프리코더 생성 장치{Method for generating precoder and precoder generating device in multi user multiple input and multiple output communication system}

본 발명은 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 방법 및 프리코더 생성 장치에 관한 것이다.

액세스 포인트(AP, Access Point)는 빔포밍 전송을 위한 채널 정보 획득을 위해 사운딩 패킷(NDP, Null Data Packet)을 스테이션(station)에 전송할 수 있다. 사운딩 패킷을 수신한 스테이션은 다중 수신 안테나를 사용하여 수신된 사운딩 패킷을 디코딩하고, 부반송파(sub carrier) 별 각도 형태로 변환된 채널 정보와 스트림 별 및 부반송파 별 품질 정보(예를 들어, 신호 대 잡음 비율(SNR)값) 등을 액세스 포인트에게 피드백 전송할 수 있다.

액세스 포인트는 피드백으로 수신한 스트림 평균 신호 대 잡음 비율(SNR) 및 부반송파 별 신호 대 잡음 비율(SNR)등을 이용하여 변조 및 코딩 스킴(MCS, Modulation and Coding Scheme)과, 스트림 개수를 결정하고, 채널 정보를 이용하여 프리코더를 형성할 수 있다.

그런데, 예를 들어, 스트림 별 동일한 변조 및 코딩 스킴만 지원하는 통신 시스템에서 채널의 조건수(condition number)가 큰 경우, 즉, 스트림 별 특이 값(singular value) 차이가 큰 경우에는 마지막 스트림에서 패킷 에러가 많이 발생하는 현상이 관찰된다. 이에 따라, 이를 개선하기 위한 연구가 필요한다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 패킷 오류율(PER, Packet Error Rate)을 감소시키고 데이터 통신의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 프리코더 생성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 패킷 오류율을 감소시키고 데이터 통신의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 프리코더 생성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 방법은, 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 방법으로서, 복수의 스테이션으로부터 채널 정보와 채널의 품질 정보를 제공받고, 제공된 정보를 바탕으로 제1 조건이 만족되지를 판단하여, 제1 조건이 만족되면 매트릭스 역변환(matrix inversion) 타입을 선택하고, 제공된 정보를 바탕으로 상기 제1 조건과 다른 제2 조건이 만족되는지를 판단하여, 상기 제2 조건이 만족되면 디컴포지션(decomposition) 타입을 선택하고, 선택 결과를 바탕으로 프리코더를 생성하는 것을 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 방법은, 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 방법으로서, 복수의 스테이션으로부터 채널 정보와 채널의 품질 정보를 제공받아 복수의 스테이션에 제공할 스트림 개수를 결정하고, 결정된 스트림 개수를 바탕으로 랭크 리덕션이 필요하다고 판단한 경우, 복수의 스테이션의 간섭 제거 능력 정보를 바탕으로 프리코더 생성에 필요한 역변환 매트릭스의 생성 방법을 결정하는 것을 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 방법은, 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 방법으로서, 복수의 스테이션으로부터 채널 정보와 채널의 품질 정보를 제공받고, 제공된 정보를 바탕으로, 복수의 스테이션에 제공할 스트림 개수와 변조 및 코딩 스킴을 결정하고, 복수의 스테이션 중 어느 하나에 복수의 스트림 할당이 필요하다고 판단한 경우, 채널의 품질 정보와 변조 및 코딩 스킴 중 적어도 하나를 바탕으로, 프리코더 생성에 이용되는 디컴포지션 타입을 결정하는 것을 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 장치는, 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 장치로서, 복수의 스테이션으로부터 채널 정보와 채널의 품질 정보를 제공받고, 제공된 정보를 바탕으로 제1 조건이 만족되지를 판단하여, 제1 조건이 만족되면 프리코더 생성에 필요한 매트릭스 역변환 타입을 선택하는 매트릭스 역변환 타입 결정기, 및 제공된 정보를 바탕으로 제1 조건과 다른 제2 조건이 만족되는지를 판단하여, 제2 조건이 만족되면 디컴포지션 타입을 선택하는 디컴포지션 방법 결정기를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 다중 사용자 다중 안테나 시스템의 개념적인 블록도이다.
도 2는 도 1의 액세스 포인트에 포함된 프리코더 생성 장치의 개념적인 블록도이다.
도 3은 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 도 3의 매트릭스 역변환 과정을 보다 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 5 내지 도 8은 도 3의 매트릭스 역변환 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9 및 도 10은 도 3의 디컴포지션 방법 선택 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12은 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 장치의 개념적인 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 다중 사용자 다중 안테나 시스템의 개념적인 블록도이다. 도 2는 도 1의 액세스 포인트에 포함된 프리코더 생성 장치의 개념적인 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 무선 통신 시스템은, 액세스 포인트(100) 및 수의 스테이션(200-1~200-k)을 포함할 수 있다. 무선 통신 시스템은 복수의 스테이션(200-1~200-k)이 복수의 안테나를 통해 복수의 안테를 갖는 액세스 포인트(100)와 통신하는 다중 사용자 다중 안테나 시스템(MU MIMO, Multi User Multi-Input Multi-Output)일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 무선 통신 시스템은, 예를 들어, 스트림 별 동일한 변조 및 코딩 스킴만 지원하는 WLAN(Wireless Local Area Network) 시스템일 수 있다. 하지만, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니며, 무선 통신 시스템은, LTE(Long Term Evolution) 시스템, CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템, GSM(Global System for Mobile Communications) 시스템, 또는 다른 임의의 무선 통신 시스템일 수 있다.

액세스 포인트(100)는 복수개의 송신 안테나들을 포함하고, 각각의 스테이션(200-1~200-k)도 복수개의 수신 안테나들을 포함할 수 있다.

복수의 스테이션(200-1~200-k)은 액세스 포인트(100)와 통신하여 데이터 및/또는 제어정보를 송수신할 수 있는 다양한 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 스테이션(200-1~200-k)은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscribe Station), 휴대 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 액세스 포인트(100)는 복수의 스테이션(200-1~200-k) 및/또는 다른 기지국과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 지칭할 수 있고, 복수의 스테이션(200-1~200-k) 및/또는 다른 기지국과 통신하여 데이터 및/또는 송수신할 수 있다.

예를 들면, 액세스 포인트(100)는 Node B, eNB(evolved-Node B), BTS(Base Transceiver System) 등으로 지칭될 수도 있다.

액세스 포인트(100) 및 복수의 스테이션(200-1~200-k) 사이의 무선 통신 네트워크는 가용 네트워크 자원들을 공유함으로써 다수의 사용자들이 통신하는 것을 지원할 수 있다. 예를 들면, 무선 통신 네트워크에서 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 방식으로 정보가 전달할 수 있다.

액세스 포인트(100)와 복수의 스테이션(200-1~200-k)은 채널을 통해 통신할 수 있다. 예를 들어, 액세스 포인트(100)와 각각의 스테이션(200-1~200-k)은 안테나 간 채널 계수 또는 채널 매트릭스 Hj(j=1, 2, …, k)를 이용하여 통신할 수 있다. 여기서, 안테나 간 채널 계수 또는 채널 매트릭스 Hj(j=1, 2, …, k)는 그 크기가 레일리(rayleigh) 분포를 가지며 위상(phase)는 균일 분포를 가지며, 안테나간 공간 코릴레이션(antenna correlation)은 존재하지 않음을 가정할 수 있다.

랭크(rank,

)는 무선 통신 시스템에서 전송 가능한 스트림 개수이며, 송수신 안테나의 최소값보다 작거나 같을 수 있다. 랭크는 일반적으로 채널의 조건수(condition number), 송수신 안테나의 공간 코릴레이션(correlation) 및 액세스 포인트(100)의 전송 가능한 자원에 따라 결정이 될 수 있다.

예를 들어, WLAN 시스템에서는 액세스 포인트(100)가 랭크를 결정할 수 있다. 구체적으로, 액세스 포인트(100)가 사운딩 패킷(NDP)을 복수의 스테이션(200-1~200-k)에 송신하여 결정된 채널 계수에 따라 피드백할 것을 전달할 수 있다.

복수의 스테이션(200-1~200-k)은 사운딩 패킷(NDP)에서 지정된 채널 계수 또는 채널 매트릭스에 따라, 부반송파 별 각도 형태로 변환된 채널 정보(CI), 스트림 별 및 부반송파 별 품질 정보(QI, 예를 들어, 신호 대 잡음 비율(SNR) 값)을 액세스 포인트(100)에 피드백할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 복수의 스테이션(200-1~200-k)은 복수의 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력 정보(ICCI)도 액세스 포인트(100)에 제공할 수 있다.

또는, 액세스 포인트(100)는 복수의 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력 정보(ICCI)를 미리 알고 있을 수 있다. 이러한 복수의 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력 정보(ICCI)는 후술할 매트릭스 역변환(matrix inversion) 타입을 선택하는데 이용될 수 있다.

복수의 스테이션(200-1~200-k)으로부터 채널 정보(CI)와 채널의 품질 정보(QI)를 제공받은 액세스 포인트(100)는 채널의 품질 정보(QI)를 이용하여 각 스테이션(200-1~200-k)에 할당할 스트림(stream)의 개수와, 전송 변조 및 코딩 스킴(MCS)을 결정할 수 있다. 그리고 액세스 포인트(100)는 부반송파(sub carrier) 별 채널 정보(CI)를 이용하여 부반송파 별 프리코더를 생성할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 이러한 과정은 액세스 포인트(100)의 프리코더 생성 장치(110)에서 수행될 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 몇몇 실시예에서, 이러한 프리코더 생성 장치(110)는 액세스 포인트(100)에 포함된 링크 적응기(link adaptor) 또는 링크 적응기의 일부 구성요소일 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.

프리코더 생성 장치(110)는, 매트릭스 역변환 타입 결정기(120)와 디컴포지션 방법 결정기(130)를 포함할 수 있다.

매트릭스 역변환 타입 결정기(120)는 복수의 스테이션(200-1~200-k)으로부터 채널 정보(CI)와 채널의 품질 정보(QI)를 제공받고, 제공된 정보를 바탕으로 제1 조건이 만족되지를 판단하여, 제1 조건이 만족되면 프리코더(PC) 생성에 필요한 매트릭스 역변환 타입을 선택할 수 있다.

구체적으로, 몇몇 실시예에서, 매트릭스 역변환 타입 결정기(120)는 복수의 스테이션(200-1~200-k)으로부터 채널 정보(CI)와 채널의 품질 정보(QI)를 제공받아 복수의 스테이션(200-1~200-k)에 제공할 스트림 개수를 결정하고, 결정된 스트림 개수를 바탕으로 랭크 리덕션(rank reduction)이 필요한지 여부를 판단할 수 있다.

여기서 랭크 리덕션이 필요한 상황이란, 복수의 스테이션(200-1~200-k)이 액세스 포인트(100)에 피드백한 채널 계수의 수보다 액세스 포인트(100)가 복수의 스테이션(200-1~200-k)에 할당한 스트림의 개수가 작은 상황을 의미한다. 이러한 랭크 리덕션 상황은, 예를 들어, 복수의 스테이션(200-1~200-k)으로부터 피드백 받은 채널의 신호 대 잡음 비율(SNR) 값이 특정 임계 값보다 낮은 경우에 발생할 수 있다. 이 경우, 액세스 포인트(100)는 복수의 스테이션(200-1~200-k)에 할당하는 스트림의 개수를 줄여서, 패킷 오류에 강인한 전송을 시도할 수 있다.

매트릭스 역변환 타입 결정기(120)는 랭크 리덕션이 필요한 상황이라고 판단하면(즉, 제1 조건이 만족되면), 프리코더(PC) 생성에 필요한 매트릭스 역변환 타입을 선택할 수 있다. 이에 대한 구체적인 동작은 후술한다.

디컴포지션 방법 결정기(130)는 복수의 스테이션(200-1~200-k)으로부터 채널 정보(CI)와 채널의 품질 정보(QI)를 제공받고, 제공된 정보를 바탕으로 제2 조건이 만족되는지를 판단하여, 제2 조건이 만족되면 디컴포지션 타입을 선택할 수 있다.

구체적으로, 몇몇 실시예에서, 디컴포지션 방법 결정기(130)는 복수의 스테이션(200-1~200-k)으로부터 채널 정보(CI)와 채널의 품질 정보(QI)를 제공받아 복수의 스테이션(200-1~200-k)에 제공할 스트림 개수를 결정하고, 복수의 스테이션(200-1~200-k) 중 어느 하나의 스테이션에 복수의 스트림 할당이 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 디컴포지션 방법 결정기(130)는 j(j=1, 2, …, k)번째 스테이션(200-j)의 복수의 수신 안테나에 2 이상의 스트림이 할당되는 다중 채널 계수 피드백 상황인지를 판단할 수 있다.

디컴포지션 방법 결정기(130)는 복수의 스테이션(200-1~200-k) 중 어느 하나에 복수의 스트림 할당이 필요하다고 판단하면(즉, 제2 조건이 만족되면), 프리코더(PC) 생성에 이용되는 디컴포지션 타입을 예를 들어, 메모리(140)를 참조하여 결정할 수 있다. 이에 대한 구체적인 동작도 후술한다.

액세스 포인트(100)에 의해 생성된 프리코더(PC)를 사용하여 j(j=1, 2, …, k)번째 스테이션(200-j)에 전송되는 부반송파 별 데이터 신호의 모델링은 아래 수학식 1과 같다.

<수학식 1>

여기서, yj는 j번째 스테이션(200-j)의 수신 신호이며, Hj는 j번째 스테이션(200-j)에 대한 정규화(normalized)된 채널 매트릭스이며, Pj는 j번째 스테이션(200-j)에 대한 프리코더(PC) 매트릭스이다. Sj(k=j)는 j번째 스테이션(200-j)에 전송한 데이터 심볼이고, Sj(k≠j)는 j번째 스테이션(200-j) 외의 다른 스테이션에 전송되는 간섭 신호이다. Nj는

인 열 잡음이다.

또한,

를 액세스 포인트(100)가 피드백 받은 전체 채널로 정의한다. 여기서,

이며,

는 전체 송신 전력이다. 또한,

라고 가정한다.

이하, 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 방법에 대해 설명한다.

도 3은 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 4는 도 3의 매트릭스 역변환 과정을 보다 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다. 도 5 내지 도 8은 도 3의 매트릭스 역변환 과정을 설명하기 위한 도면들이다. 도 9 및 도 10은 도 3의 디컴포지션 방법 선택 과정을 설명하기 위한 도면들이다.

먼저 도 3을 참조하면, 사운딩 패킷을 송신한다(S100).

예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 액세스 포인트(100)는 사운딩 패킷(NDP)을 복수의 스테이션(200-1~200-k)에 송신하여 결정된 채널 계수 또는 채널 매트릭스에 따라 피드백할 것을 전달할 수 있다.

다음, 채널 정보와 채널의 품질 정보를 수신한다(S200).

예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 복수의 스테이션(200-1~200-k)은 사운딩 패킷(NDP)에서 지정된 채널 계수 또는 채널 매트릭스에 따라, 부반송파 별 각도 형태로 변환된 채널 정보(CI), 스트림 별 및 부반송파 별 품질 정보(QI, 예를 들어, 신호 대 잡음 비율(SNR) 값)을 액세스 포인트(100)에 피드백할 수 있다.

다음 랭크 리덕션이 필요한 상황인지 판단한다(S300).

예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 매트릭스 역변환 타입 결정기(120)는 복수의 스테이션(200-1~200-k)으로부터 채널 정보(CI)와 채널의 품질 정보(QI)를 제공받아 복수의 스테이션(200-1~200-k)에 제공할 스트림 개수를 결정하고, 결정된 스트림 개수를 바탕으로 랭크 리덕션이 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 매트릭스 역변환 타입 결정기(120)는 복수의 스테이션(200-1~200-k)이 액세스 포인트(100)에 피드백한 채널 계수 또는 채널 매트릭스의 수보다 액세스 포인트(100)가 복수의 스테이션(200-1~200-k)에 할당한 스트림의 개수가 작은지 판단할 수 있다.

만약, 랭크 리덕션이 필요하다면(S300-Y), 매트릭스 역변환 타입을 선택한다(S400). 만약, 랭크 리덕션이 필요하지 않다면(S300-N), 매트릭스 역변환 타입 선택 과정(S400)을 수행하지 않는다.

이하, 도 4를 참조하여, 매트릭스 역변환 타입 선택 과정(S400)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 4를 참조하면, 복수의 스테이션으로부터 간섭 제거 능력 정보를 제공받는다(S410).

예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 매트릭스 역변환 타입 결정기(120)는 복수의 스테이션(200-1~200-k)으로부터 간섭 제거 능력 정보(ICCI)를 제공받을 수 있다.

몇몇 실시예에서, 이러한 간섭 제거 능력 정보(ICCI)는 복수의 스테이션(200-1~200-k)으로부터 채널 정보(CI)와 채널의 품질 정보(QI)가 피드백될 때(즉 도 3의 S200) 같이 피드백될 수 있다. 또한, 다른 몇몇 실시예에서, 간섭 제거 능력 정보(ICCI)는 복수의 스테이션(200-1~200-k)으로부터 채널 정보(CI)와 채널의 품질 정보(QI)가 피드백되기 전에 제공될 수도 있다. 즉, 복수의 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력 정보(ICCI)가 액세스 포인트(100)에 제공되는 시점은 필요에 따라 얼마든지 변형되어 실시될 수 있다.

간섭 제거 능력 정보(ICCI)는 예를 들어, 각각의 스테이션(200-1~200-k)이 액세스 포인트(100)와의 통신 과정에서 채널에 포함된 불필요한 노이즈를 소거(noise canceling)할 수 있는 능력을 의미할 수 있다. 따라서, 간섭 제거 능력이 좋은 스테이션(200-1~200-k)은 액세스 포인트(100)와의 통신 과정에서 채널에 포함된 불필요한 노이즈를 상대적으로 많이 제거할 수 있는 스테이션(200-1~200-k)임을 의미하고, 간섭 제거 능력이 나쁜 스테이션(200-1~200-k)은 액세스 포인트(100)와의 통신 과정에서 채널에 포함된 불필요한 노이즈를 상대적으로 작게 제거할 수 있는 스테이션(200-1~200-k)임을 의미할 수 있다.

다음 복수의 스테이션의 간섭 제거 능력이 임계 값보다 큰지 판단한다(S420). 그리고, 간섭 제거 능력이 임계 값보다 크다면(S420-Y), 선택적 매트릭스 역변환(selective matrix inversion)을 수행(S430, S440)하고, 간섭 제거 능력이 임계 값보다 작다면(S420-N), 풀 매트릭스 역변환(full matrix inversion)을 수행(S450, S460)한다.

예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 매트릭스 역변환 타입 결정기(120)는 특정 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력이 임계 값보다 크다면, 즉, 특정 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력이 좋다고 판단되면, 선택적 매트릭스 역변환(selective matrix inversion)을 수행하고, 특정 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력이 임계 값보다 작다면, 즉, 특정 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력이 나쁘다고 판단되면, 풀 매트릭스 역변환(full matrix inversion)을 수행할 수 있다.

구체적으로, 매트릭스 역변환 타입 결정기(120)는 특정 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력이 좋다고 판단되면, 먼저, 채널 매트릭스(Hj)에서 랭크 리덕션 상황에 따라 불필요해진 랭크를 제거하는 랭크 선택(rank selection)을 수행하고(도 4의 S430), 그 이후에 매트릭스 역변환을 수행하는(도 4의 S440) 선택적 매트릭스 역변환을 수행할 수 있다. 이렇게 생성된 역변환 매트릭스는 프리코더(PC)를 생성하는데 이용될 수 있다.

다음, 매트릭스 역변환 타입 결정기(120)는 특정 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력이 나쁘다고 판단되면, 앞서 설명한 경우와 반대로, 먼저, 랭크 리덕션 상황에 따라 불필요해진 랭크를 제거하는 랭크 선택(rank selection)이 수행되지 않은 풀(전체) 채널 매트릭스(Hj)에 대해 매트릭스 역변환을 수행하고(도 4의 S450), 생성된 역변환 매트릭스에서 랭크 리덕션 상황에 따라 불필요해진 랭크를 제거하는 랭크 선택을 수행(도 4의 S460)할 수 있다. 이렇게 생성된 역변환 매트릭스도 프리코더(PC)를 생성하는데 이용될 수 있다.

본 실시예에서, 이처럼 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력에 따라 역변환 매트릭스를 생성하는 방법을 달리하는 것은 패킷 오류율을 감소시키면서 데이터 통신의 신뢰성을 향상시키기 위함이다. 이하 도 5 내지 도 9를 참조하여 이에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 5는 선택적 매트릭스 역변환 과정을 통해 생성한 역변환 매트릭스로 프리코더를 생성하고, 생성된 프리코더를 이용하여 데이터 통신이 이루어질 때, 인접 스테이션 간의 간섭 신호를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 제1 스테이션(STA1)의 제1 안테나(A1)에 수신되는 신호와 제2 안테나(A2)에 수신되는 신호의 크기가 비교적 크나, 인접하는 제2 스테이션(STA2)의 제1 안테나(A1)에 수신되는 신호와 제2 안테나(A2)에 수신되는 신호 역시 무시할 수 없는 신호 크기를 갖는다. 즉, 채널에 간섭 신호가 존재한다.

다음 도 6은 풀 매트릭스 역변환 과정을 통해 생성한 역변환 매트릭스로 프리코더를 생성하고, 생성된 프리코더를 이용하여 데이터 통신이 이루어질 때, 인접 스테이션 간의 간섭 신호를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 제1 스테이션(STA1)의 제1 안테나(A1)에 수신되는 신호와 제2 안테나(A2)에 수신되는 신호의 크기에 비해, 인접하는 제2 스테이션(STA2)의 제1 안테나(A1)에 수신되는 신호와 제2 안테나(A2)에 수신되는 신호의 크기는 거의 무시할 수 있을 정도로 작다. 즉, 채널에 간섭 신호가 존재하지 않는다. 이러한 비교 결과를 보면, 채널의 간섭 신호를 최소화하기 위해서는 풀 매트릭스 역변환 방법을 이용하여 프리코더를 생성하는 것이 좋다.

다음, 도 7은 선택적 매트릭스 역변환 과정을 통해 생성한 역변환 매트릭스로 프리코더를 생성하고, 생성된 프리코더를 이용하여 데이터 통신이 이루어질 때, 데이터 신호의 크기(

)를 도시한 도면이고, 도 8은 풀 매트릭스 역변환 과정을 통해 생성한 역변환 매트릭스로 프리코더를 생성하고, 생성된 프리코더를 이용하여 데이터 통신이 이루어질 때, 데이터 신호의 크기(

)를 도시한 도면이다.

풀 매트릭스 역변환 과정을 통해 생성한 역변환 매트릭스로 널 공간(null space)을 생성하면, 간섭 신호는 앞서 도 6에 도시된 것과 같이 거의 제거되나, 생성된 역변환 매트릭스의 크기가 크므로 데이터 신호의 전력이 감소한다. 이는 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이 같이, 투사(projection) 기반으로 간섭이 제거되는데, 매트릭스의 크기가 클수록, 투사 이후 데이터 신호의 크기(

)가 작아지기 때문이다.

따라서 본 실시예에서는, 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력이 좋은 경우, 통신 과정에서 데이터 손실이 크지 않은 선택적 매트릭스 역변환을 수행한다. 이 경우, 스테이션(200-1~200-k)에 의해 도 5에 도시된 간섭 신호가 제거될 수 있어 패킷 오류율이 감소되며, 통신 과정에서 데이터 손실이 크지 않으므로 데이터 통신의 신뢰성이 향상될 수 있다.

또한, 스테이션(200-1~200-k)의 간섭 제거 능력이 나쁜 경우, 프리코더를 통해 간섭이 많이 제거되는 풀 매트릭스 역변환을 수행한다. 이 경우, 생성된 프리코더에 의해 패킷 오류율이 감소되므로 데이터 통신의 신뢰성이 향상될 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 하나의 스테이션에 복수의 스트림 할당이 필요한지 판단한다(S500).

만약, 하나의 스테이션에 복수의 스트림 할당이 필요하다면(S500-Y), 디컴포지션 방법을 선택한다(S600). 만약, 하나의 스테이션에 복수의 스트림 할당이 필요하지 않다면(S500-N), 디컴포지션 방법 선택 과정(S600)을 수행하지 않는다.

이하, 도 2 및 도 9 및 도 10을 참조하여, 디컴포지션 방법 선택 과정(S600)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

먼저 몇몇 실시예에서, 메모리(140)에는 도 9에 도시된 것과 같이 전송 변조 및 코딩 스킴(MCS)에 대응하는 SVD(Sigular Value Decomposition)와 GMD(Geometric Mean Decomposition) 테이블이 저장될 수 있다. 이러한 테이블은 특정 전송 변조 및 코딩 스킴(MCS)을 사용할 경우, 스테이션의 패킷 수신 성능에 따라 SVD와 GMD 중 더 좋은 패킷 수신 성능을 갖는 어느 하나를 결정한 테이블이다.

구체적으로, 전송 변조 및 코딩 스킴(MCS0) 하에서는 SVD를 이용하여 프리코더를 생성하고 스테이션의 패킷 수신 성능을 측정한 결과보다 GMD를 이용하여 프리코더를 생성하고 스테이션의 패킷 수신 성능을 측정한 결과가 더 좋았으므로, SVD-GMD 컬럼에 GMD가 기재된 것이다.

그리고, 전송 변조 및 코딩 스킴(MCS3) 하에서는 SVD를 이용하여 프리코더를 생성하고 스테이션의 패킷 수신 성능을 측정한 결과가 GMD를 이용하여 프리코더를 생성하고 스테이션의 패킷 수신 성능을 측정한 결과보다 더 좋았으므로, SVD-GMD 컬럼에 SVD가 기재된 것이다. 즉, 복수회의 시뮬레이션을 통해 도 9에 도시된 테이블을 얻을 수 있다.

디컴포지션 방법 결정기(130)는 액세스 포인트(100)가 결정한 전송 변조 및 코딩 스킴(MCS)에 따라, 메모리(140)에 저장된 도 9의 테이블을 참조하여, SVD와 GMD 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 선택된 디컴포지션 방법을 이용하여 프리코더를 생성하고, 프리코더를 이용하여 데이터를 전송할 경우 데이터 통신의 신뢰성이 향상될 수 있다.

다음 다른 몇몇 실시예에서, 메모리(140)에는 도 10에 도시된 것과 같이 특정 신호 대 잡음 비율(SNR) 하에서, SVD를 선택하여 프리코더를 생성하고, 생성된 프리코더를 이용하여 데이터를 전송할 때의 데이터 레이트 정보와, GMD를 선택하여 프리코더를 생성하고, 생성된 프리코더를 이용하여 데이터를 전송할 때의 데이터 레이트 정보를 포함하는 테이블이 저장될 수 있다.

디컴포지션 방법 결정기(130)는 스테이션으로부터 피드백 받은 신호 대 잡음 비율을 바탕으로, 메모리(140)에 저장된 도 10의 테이블을 참조하여, SVD와 GMD 중 더 높은 데이터 레이트를 갖는 디컴포지션 방법을 선택할 수 있다. 선택된 디컴포지션 방법을 이용하여 프리코더를 생성하고, 프리코더를 이용하여 데이터를 전송할 경우 데이터 통신의 신뢰성이 향상될 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 프리코더를 생성한다(S700).

몇몇 실시예에서, 프리코더 생성 장치(110)는 앞서 생성된 역변환 매트릭스 및/또는 선택된 디컴포지션 방법을 이용하여 아래 수학식 2를 통해 ZF(Zero Forcing) 프리코더를 생성할 수 있다.

<수학식 2>

또한, 몇몇 실시예에서, 프리코더 생성 장치(110)는 앞서 생성된 역변환 매트릭스 및/또는 선택된 디컴포지션 방법을 이용하여 아래 수학식 3을 통해 MMSE(Minimum Mean Squared Error) 프리코더를 생성할 수 있다.

<수학식 3>

또한, 몇몇 실시예에서, 프리코더 생성 장치(110)는 앞서 생성된 역변환 매트릭스 및/또는 선택된 디컴포지션 방법을 이용하여 아래 수학식 4를 통해 j번째 스테이션에 적용되는 BD(Block Diagonalization) 프리코더를 생성할 수 있다.

<수학식 4>

(여기서는, SVD가 적용된 것을 가정한다)

또한, 몇몇 실시예에서, 프리코더 생성 장치(110)는 앞서 생성된 역변환 매트릭스 및/또는 선택된 디컴포지션 방법을 이용하여 아래 수학식 5를 통해 j번째 스테이션에 적용되는 G-ZF(Generalized-Zero Forcing) 프리코더를 생성할 수 있다.

<수학식 5>

(여기서는, SVD가 적용된 것을 가정한다)

또한, 몇몇 실시예에서, 프리코더 생성 장치(110)는 앞서 생성된 역변환 매트릭스 및/또는 선택된 디컴포지션 방법을 이용하여 아래 수학식 6을 통해 j번째 스테이션에 적용되는 G-MMSE(Generalized MMSE) 프리코더를 생성할 수 있다.

<수학식 6>

(여기서는, SVD가 적용된 것을 가정한다)

다음 도 11을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 방법에 대해 설명한다.

도 11은 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 11을 참조하면, 결정된 프리코더가 제1 프리코더인지 판단한다(S1000).

여기서, 제1 프리코더는 여러 분류에 따라 구분될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 프리코더는 앞서 설명한 ZF 프리코더 또는 MMSE 프리코더를 포함할 수 있다. 이 경우, 결정된 프리코더가 ZF 프리코더 또는 MMSE 프리코더라면(S1000-Y), 랭크 리덕션이 필요한지 판단한다(S1010). 만약, 결정된 프리코더가 ZF 프리코더 또는 MMSE 프리코더가 아니라면(S1000-N), 하나의 스테이션에 복수의 스트림 할당이 필요한지 판단한다(S1040).

랭크 리덕션 필요여부에 따라 역변환 매트릭스 타입을 결정(S1020)하고, 프리코더를 생성(S1030)하는 과정은 앞서 설명한 과정과 유사한 바 중복된 설명은 생략한다.

또한, 하나의 스테이션에 복수의 스트림 할당이 필요한지에 따라 디컴포지션 방법을 결정(S1050)하고, 프리코더를 생성(S1060)하는 과정 역시 앞서 설명한 과정과 유사한 바 중복된 설명은 생략한다.

이상 에서는 제1 프리코더가 ZF 프리코더 또는 MMSE 프리코더를 포함하는 경우를 예시하였으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 제1 프리코더의 종류 및 특징은 얼마든지 이와 다르게 변형되어 실시될 수 있다.

도 12은 몇몇 실시예에 따른 프리코더 생성 장치의 개념적인 블록도이다.

도 12를 참조하면, 프리코더 생성 장치(1010)는 간섭 제거 장치(1020)와 디컴포지션 결정기(1030), 및 복수의 멀티플렉서(M1~Mk)를 포함할 수 있다.

간섭 제거 장치(1020)는 입력되는 신호의 간섭을 제거하여 널 공간(null space)을 생성할 수 있다.

디컴포지션 결정기(1030)는 앞서 설명한 방법에 따라, 적용할 디컴포지션 방법을 결정할 수 있다. 예를 들어, 디컴포지션 결정기(1030)는 메모리(1040)에 저장된 도 9 및 도 10을 참조하여, SVD와 GMD 중 어느 하나를 결정하고, 이에 대응하는 제어 신호(C1~Ck)를 출력할 수 있다.

복수의 멀티플렉서(M1~Mk)는 디컴포지션 결정기(1030)로부터 출력되는 제어 신호(C1~Ck)에 따라 프리코더(P1~Pk)를 생성하는데 SVD와 GMD중 어느 하나를 적용할 수 있다.

예를 들어, 스테이션(STA1)에 제공될 프리코더(P1)를 생성하는데, 멀티플렉서(M1)는 제어 신호(C1)에 따라 SVD와 GMD 중 어느 하나를 적용할 수 있다. 또한, 스테이션(STA2)에 제공될 프리코더(P2)를 생성하는데, 멀티플렉서(M2)는 제어 신호(C2)에 따라 SVD와 GMD 중 어느 하나를 적용할 수 있다. 이처럼 각각의 스테이션(STA1~STAk)에 제공될 프리코더(P1~Pk)를 생성하는데, 각각의 멀티플렉서(M1~Mk)는 각각의 제어 신호(C1~Ck)에 따라 SVD와 GMD 중 어느 하나를 적용할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 액세스 포인트
110: 프리코더 생성 장치
120: 매트릭스 역변환 타입 결정기
130: 디컴포지션 방법 결정기

Claims

다중 사용자 다중 안테나(MU MIMO, Multi User Multiple Input and Multiple Output) 통신 시스템의 프리코더 생성 방법으로서,
복수의 스테이션으로부터 채널 정보와 채널의 품질 정보를 제공받고,
제공된 정보를 바탕으로 제1 조건이 만족되지를 판단하여, 상기 제1 조건이 만족되면 매트릭스 역변환(matrix inversion) 타입을 선택하고,
제공된 정보를 바탕으로 상기 제1 조건과 다른 제2 조건이 만족되는지를 판단하여, 상기 제2 조건이 만족되면 디컴포지션(decomposition) 타입을 선택하고,
상기 선택 결과를 바탕으로 프리코더를 생성하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 조건이 만족되는지를 판단하는 것은,
복수의 스테이션으로부터 채널 정보와 채널의 품질 정보를 제공받아 상기 복수의 스테이션에 제공할 스트림 개수를 결정하고, 상기 결정된 스트림 개수를 바탕으로 랭크 리덕션(rank reduction)이 필요한지 여부를 판단하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제2항에 있어서,
상기 매트릭스 역변환 타입을 선택하는 것은,
상기 복수의 스테이션으로부터 간섭 제거 능력 정보를 제공받고,
상기 복수의 스테이션의 간섭 제거 능력을 바탕으로 상기 매트릭스 역변환 타입을 선택하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제3항에 있어서,
상기 간섭 제거 능력이 미리 정한 기준을 만족한 경우 선택적(selective) 매트릭스 역변환을 수행하고,
상기 간섭 제거 능력이 미리 정한 기준을 만족하지 못한 경우 풀(full) 매트릭스 역변환을 수행하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제4항에 있어서,
상기 선택적 매트릭스 역변환을 수행하는 것은,
상기 랭크 리덕션에 따른 랭크 선택(rank selection)을 수행한 후,
상기 랭크 선택된 매트릭스에 대해 매트릭스 역변환을 수행하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제4항에 있어서,
상기 풀 매트릭스 역변환을 수행하는 것은,
랭크 선택이 수행되지 않은 풀 매트릭스에 대해 역변환을 수행한 후,
상기 역변환 수행된 풀 매트릭스에서 상기 랭크 리덕션에 따른 랭크 선택(rank selection)을 수행하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 조건이 만족되는지를 판단하는 것은,
상기 제공된 정보를 바탕으로 상기 복수의 스테이션에 제공할 스트림 개수를 결정하고, 상기 복수의 스테이션 중 어느 하나의 스테이션(station)에 복수의 스트림 할당이 필요한지 여부를 판단하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제7항에 있어서,
상기 디컴포지션 타입을 선택하는 것은,
상기 제공된 정보를 바탕으로 변조 및 코딩 스킴(MCS, Modulation and Coding Scheme)을 결정하고,
상기 변조 및 코딩 스킴을 바탕으로, 상기 프리코더 생성에 이용되는 디컴포지션 타입을 결정하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제7항에 있어서,
상기 디컴포지션 타입을 선택하는 것은,
상기 채널의 품질 정보를 바탕으로, 상기 프리코더 생성에 이용되는 디컴포지션 타입을 결정하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제7항에 있어서,
상기 디컴포지션 타입을 선택하는 것은,
SVD(Sigular Value Decomposition)와 GMD(Geometry Mean Decompostion) 중 어느 하나를 선택하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 방법으로서,
복수의 스테이션으로부터 채널 정보와 채널의 품질 정보를 제공받아 상기 복수의 스테이션에 제공할 스트림 개수를 결정하고,
상기 결정된 스트림 개수를 바탕으로 랭크 리덕션이 필요하다고 판단한 경우, 상기 복수의 스테이션의 간섭 제거 능력 정보를 바탕으로 상기 프리코더 생성에 필요한 역변환 매트릭스의 생성 방법을 결정하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제11항에 있어서,
상기 복수의 스테이션의 간섭 제거 능력 정보를 바탕으로 상기 프리코더 생성에 필요한 역변환 매트릭스의 생성 방법을 결정하는 것은,
상기 복수의 스테이션의 간섭 제거 능력을 미리 정한 기준과 비교하여, 상기 랭크 리덕션에 따른 랭크 선택(rank selection)과, 매트릭스 역변환의 수행 순서를 선택하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제12항에 있어서,
상기 복수의 스테이션의 간섭 제거 능력을 미리 정한 기준과 비교하여, 상기 랭크 리덕션에 따른 랭크 선택과, 매트릭스 역변환의 수행 순서를 선택하는 것은,
상기 복수의 스테이션의 간섭 제거 능력이 미리 정한 기준을 만족하는 경우, 상기 랭크 리덕션에 따른 랭크 선택을 먼저 수행하고,
상기 복수의 스테이션의 간섭 제거 능력이 미리 정한 기준을 만족하지 못하는 경우, 상기 랭크 리덕션에 따른 랭크 선택을 나중에 수행하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제13항에 있어서,
상기 생성된 역변환 매트릭스를 이용하여 ZF(Zero Forcing) 프리코더를 생성하는 것을 더 포함하는 프리코더 생성 방법.
제13항에 있어서,
상기 생성된 역변환 매트릭스를 이용하여 MMSE(Minimum Mean Squared Error) 프리코더를 생성하는 것을 더 포함하는 프리코더 생성 방법.
다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 방법으로서,
복수의 스테이션으로부터 채널 정보와 채널의 품질 정보를 제공받고,
상기 제공된 정보를 바탕으로, 상기 복수의 스테이션에 제공할 스트림 개수와 변조 및 코딩 스킴(MCS, Modulation and Coding Scheme)을 결정하고,
상기 복수의 스테이션 중 어느 하나에 복수의 스트림 할당이 필요하다고 판단한 경우, 상기 채널의 품질 정보와 상기 변조 및 코딩 스킴 중 적어도 하나를 바탕으로, 상기 프리코더 생성에 이용되는 디컴포지션 타입을 결정하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제16항에 있어서,
상기 디컴포지션 타입을 결정하는 것은, SVD(Sigular Value Decomposition)와 GMD(Geometric Mean Decomposition) 중 어느 하나를 결정하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제17항에 있어서,
상기 채널의 품질 정보는, 상기 채널의 SNR(Signal to Noise Ratio)을 포함하고,
상기 디컴포지션 타입을 결정하는 것은, 상기 채널의 SNR을 바탕으로 상기 SVD와 GMD 중 어느 하나를 결정하는 것을 포함하는 프리코더 생성 방법.
제16항에 있어서,
상기 결정된 디컴포지션 타입을 이용하여 BD(Block Diagonalization) 프리코더, G-ZF(Generalized-Zero Forcing) 프리코더 및 G-MMSE(Generalized MMSE) 프리코더 중 어느 하나를 생성하는 것을 더 포함하는 프리코더 생성 방법.
다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템의 프리코더 생성 장치로서,
복수의 스테이션으로부터 채널 정보와 채널의 품질 정보를 제공받고, 상기 제공된 정보를 바탕으로 제1 조건이 만족되지를 판단하여, 상기 제1 조건이 만족되면 프리코더 생성에 필요한 매트릭스 역변환 타입을 선택하는 매트릭스 역변환 타입 결정기; 및
상기 제공된 정보를 바탕으로 상기 제1 조건과 다른 제2 조건이 만족되는지를 판단하여, 상기 제2 조건이 만족되면 디컴포지션 타입을 선택하는 디컴포지션 방법 결정기를 포함하는 프리코더 생성 장치.