KR20220036356A - 무선 통신 시스템에서 수신 신호 양자화에 기초한 분산 통신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 분산 통신 시스템에 포함되는 제1 수신 노드의 동작 방법은, 송신 노드로부터 신호를 수신하는 단계, 상기 수신된 신호의 벡터에 해당하는 수신 신호 벡터에서 결합 신호 벡터를 추출하는 단계, 상기 결합 신호 벡터를 구성하는 복수 개의 결합 신호 요소들 중에서, 기 설정된 결합 신호 요소 개수에 해당하는 T개의 결합 신호 요소들을 추출하여, 압축된 결합 신호 벡터를 획득하는 단계, 상기 압축된 결합 신호 벡터를 양자화하여, 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하는 단계, 및 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 상기 분산 통신 시스템에 포함되는 제2 수신 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서 분산 통신 시스템의 분산 통신 성능이 향상될 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 수신 신호 양자화에 기초한 분산 통신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DISTRIBUTED COMMUNICATION BASED ON RECEPTION SIGNAL QUANTIZATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

무선 통신 시스템에서 수신 신호 양자화에 기초한 분산 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 수신 기기들로 구성되는 분산 통신 시스템(distributed communication system)의 통신 성능을 수신 신호 양자화 방식에 기초하여 향상시키기 위한 분산 통신 기술에 관한 것이다.

사물 인터넷(internet of things, IoT) 기술은, 인터넷을 통해 다양한 사물들을 연결하고, 연결된 사물들이 서로 정보를 교환할 수 있도록 하며, 이를 통해 사물에 대한 정보를 조회하거나 원격으로 제어할 수 있는 서비스를 사용자에게 제공할 수 있다. 인터넷을 통해 연결되는 사물은 실세계에 존재하는 사물(예를 들어, 온도 센서, 습도 센서, 전등, 스마트폰 등)일 수도 있고, 인터넷 상에 존재하는 가상의 사물(SMS 서비스, 사용자 인식 서비스, 광고 서비스 등)일 수도 있다.

IoT 네트워크 등 통신 네트워크를 구성하는 복수의 통신 기기들을 통하여 분산 통신 시스템 또는 분산 안테나 통신 시스템이 구성될 수 있다. 특히 복수의 무선 기기들이 소정의 지역에서 고밀도로 분포된 IoT 네트워크 환경에서는 분산 통신 시스템 또는 분산 수신 시스템(distributed reception system)이 무선 채널로부터 얻을 수 있는 공간 다중화 이득(spatial multiplexing gain)의 효과가 극대화될 수 있다. 분산 통신 시스템의 일 실시예에서는 복수의 분산된 수신 기기들을 통해서 수신된 신호들이 압축되어 중앙의 컴퓨팅 센터 또는 융합 센터(fusion center)에 전달될 수 있고, 중앙에서 복원된 본래의 정보가 최종 목적지로 전달될 수 있다. 그러나, 이와 같은 분산 통신 시스템의 실시예에서는 수신 기기들 이외에 별도로 구비된 중앙의 컴퓨팅 센터 또는 융합 센터 등에서 복원 연산이 수행되기 때문에, 압축, 전달 및 복원 등의 과정에서 과도한 자원이 요구될 수 있고 시스템 구축 비용이 증대될 수 있다. IoT 네트워크 환경에서 분산 통신 시스템에 의한 통신을 효율적으로 수행하기 위한 기술이 요구될 수 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

상기와 같은 요구를 달성하기 위한 본 발명의 목적은, 분산 통신 시스템에서 수신 신호 양자화 방식에 기초하여 분산 통신 성능을 향상시키기 위한 사용자 협력적(user cooperative) 분산 통신 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 통신 시스템에 포함되는 제1 수신 노드의 동작 방법은, 송신 노드로부터 신호를 수신하는 단계, 상기 수신된 신호의 벡터에 해당하는 수신 신호 벡터에서 결합 신호 벡터를 추출하는 단계, 상기 결합 신호 벡터를 구성하는 복수 개의 결합 신호 요소들 중에서, 기 설정된 결합 신호 요소 개수에 해당하는 T개의 결합 신호 요소들을 추출하여, 압축된 결합 신호 벡터를 획득하는 단계, 상기 압축된 결합 신호 벡터를 양자화하여, 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하는 단계, 및 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 상기 분산 통신 시스템에 포함되는 제2 수신 노드로 전송하는 단계를 포함하며, 상기 결합 신호 요소 개수 T는 자연수일 수 있다.

상기 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하는 단계는, 상기 압축된 결합 신호 벡터를 구성하는 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산을 수행하여, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대한 양자화된 진폭 정보를 획득하는 단계, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산을 수행하여, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대한 양자화된 위상 정보를 획득하는 단계, 및 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대하여 획득된 상기 양자화된 진폭 정보 및 상기 양자화된 위상 정보에 기초하여, 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 양자화된 진폭 정보를 획득하는 단계는, 상기 T개의 결합 신호 요소들 중 t번째 결합 신호 요소의 진폭을 확인하는 단계, 기 설정된 -비트 크기의 진폭 코드북을 구성하는 원소들 중에서, 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 진폭과의 차이가 가장 작은 원소를 확인하는 단계, 및 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 진폭과의 차이가 가장 작은 것으로 확인된 상기 원소를, 상기 t번째 결합 신호 요소에 대한 상기 양자화된 진폭 정보로 결정하는 단계를 포함하며, 상기 t는 1 이상이고 T 이하인 자연수일 수 있다.

상기 양자화된 위상 정보를 획득하는 단계는, 상기 T개의 결합 신호 요소들 중 t번째 결합 신호 요소의 위상을 확인하는 단계, 기 설정된 -비트 크기의 위상 코드북을 구성하는 원소들 중에서, 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 위상과의 차이가 가장 작은 원소를 확인하는 단계, 및 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 위상과의 차이가 가장 작은 것으로 확인된 상기 원소를, 상기 t번째 결합 신호 요소에 대한 상기 양자화된 위상 정보로 결정하는 단계를 포함하며, 상기 t는 1 이상이고 T 이하인 자연수이며, 상기 위상 코드북은 0 이상이고 2π 미만인 구간을 균등하게 분할하는 개의 원소들로 구성될 수 있다.

상기 전송하는 단계는, 상기 제1 수신 노드 및 상기 제2 수신 노드 사이에 형성된 데이터 송수신 링크를 통하여, 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 상기 제2 수신 노드로 전송하는 단계를 포함하며, 상기 데이터 송수신 링크의 용량은 상기 선택된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 진폭 코드북들 각각의 크기, 및 상기 선택된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 위상 코드북들 각각의 크기의 합에 기초하여 결정될 수 있다.

상기 제1 수신 노드의 동작 방법은, 상기 신호를 수신하는 단계 이전에, 상기 제2 수신 노드에서 양자화 자원 할당 동작에 기초하여 결정된 상기 결합 신호 요소 개수 T, 상기 추출된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 진폭 코드북들 각각의 크기, 및 상기 추출된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 위상 코드북들 각각의 크기의 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 수신 노드는 상기 분산 통신 시스템에 포함되는 복수의 보조 사용자(assistant user, AU)들 중 하나에 해당하고, 상기 제2 수신 노드는 상기 복수의 보조 사용자들로부터 전달된 정보에 기초하여, 상기 송신 노드에서의 송신 신호를 복호하는 주 사용자(main user, MU)에 해당할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 분산 통신 시스템에 포함되는 제1 수신 노드의 동작 방법은, 송신 노드로부터 신호를 수신하는 단계, 상기 분산 통신 시스템에 포함되는 제2 내지 제K 수신 노드들 각각으로부터, 상기 제2 내지 제K 수신 노드들이 수신한 신호의 벡터에 해당하는 수신 신호 벡터에 기초하여 획득된 양자화된 결합 신호 벡터를 수신하는 단계, 상기 제2 내지 제K 수신 노드들 각각으로부터 수신된 상기 양자화된 결합 신호 벡터에 기초하여, 상기 제2 내지 제K 수신 노드들 각각에 대한 압축 수신 신호 벡터를 계산하는 단계, 상기 제1 내지 제K 수신 노드들 전체와 상기 송신 노드 사이의 채널 행렬에 해당하는 가상 채널 행렬을 계산하는 단계, 상기 제1 수신 노드가 수신한 상기 신호의 벡터 및 상기 제2 내지 제K 수신 노드들 각각에 대한 상기 압축 수신 신호 벡터에 기초하여, 상기 제1 내지 제K 수신 노드들 전체의 수신 신호 벡터에 해당하는 가상 수신 신호 벡터를 계산하는 단계, 상기 가상 수신 신호 벡터 및 상기 가상 채널 행렬에 기초하여, 상기 가상 수신 신호 벡터 및 상기 송신 노드에서 생성된 송신 신호의 벡터 간의 관계식을 계산하는 단계, 및 상기 계산된 관계식에 기초하여, 상기 송신 신호에 대한 복호 동작을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 K는 2보다 큰 자연수일 수 있다.

상기 복호 동작을 수행하는 단계는, 상기 관계식에 포함되는 양자화 오류 및 잡음(quantization error plus noise, QEN) 벡터 항에 대한 공분산 행렬을 계산하는 단계, 및 상기 가상 수신 신호 벡터, 상기 가상 채널 행렬 및 상기 계산된 공분산 행렬에 기초하여, 상기 송신 신호에 대한 예측값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 수신 노드의 동작 방법은, 상기 신호를 수신하는 단계 이전에, 상기 제2 내지 제K 수신 노드들 각각에서 상기 수신 신호 벡터에 기초하여 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하기 위한 양자화 연산에 사용되는 양자화 자원을 할당하는 단계를 더 포함하며, 상기 양자화 자원을 할당하는 단계는, 상기 제2 내지 제K 수신 노드들 각각에서 상기 수신 신호 벡터에 대응되는 결합 신호 벡터로부터 압축된 결합 신호 벡터를 획득하기 위해 추출하는 결합 신호 요소들의 개수에 해당하는 결합 신호 요소 개수 T의 후보에 해당하는 임의의 값 각각에 대하여, 상기 양자화 연산에 사용될 진폭 코드북들 및 위상 코드북들의 크기를 원소로 하는 양자화 자원 할당 시나리오를 초기화하는 단계, 상기 초기화된 양자화 자원 할당 시나리오에 대한 반복적인 업데이트를 수행하는 단계, 상기 반복적인 업데이트의 결과에 기초하여, 최종 양자화 자원 할당 시나리오를 획득하는 단계, 및 상기 최종 양자화 자원 할당 시나리오에 대응되는 양자화 자원 정보를 상기 제2 내지 제K 수신 노드들에 전달하는 단계를 포함하며, 상기 양자화 자원 정보는, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산에 사용될 T개의 진폭 코드북들 각각의 크기, 및 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산에 사용될 T개의 위상 코드북들 각각의 크기의 정보를 포함할 수 있다.

상기 최종 양자화 자원 할당 시나리오를 획득하는 단계는, 상기 반복적인 업데이트의 결과로서 획득된, 상기 임의의 값 각각에 대한 최적 양자화 자원 할당 시나리오를 확인하는 단계, 상기 임의의 값 각각에 대한 상기 최적 양자화 자원 할당 시나리오에 대하여 분산 통신 품질 지표를 계산하는 단계, 상기 임의의 값 중에서 상기 분산 통신 품질 지표를 가장 우수하게 하는 하나의 값을 선택하는 단계, 상기 선택된 값을 상기 결합 신호 요소 개수 T로 결정하는 단계, 및 상기 결정된 상기 결합 신호 요소 개수 T에 대응되는 상기 최적 양자화 자원 할당 시나리오를, 상기 최종 양자화 자원 할당 시나리오로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분산 통신 시스템에 포함되는 제1 수신 노드는, 프로세서(processor), 상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory), 및 상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며, 상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 제1 수신 노드가, 송신 노드로부터 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호의 벡터에 해당하는 수신 신호 벡터에서 결합 신호 벡터를 추출하고, 상기 결합 신호 벡터를 구성하는 복수 개의 결합 신호 요소들 중에서, 기 설정된 결합 신호 요소 개수에 해당하는 T개의 결합 신호 요소들을 추출하여, 압축된 결합 신호 벡터를 획득하고, 상기 압축된 결합 신호 벡터를 양자화하여, 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하고, 그리고 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 상기 분산 통신 시스템에 포함되는 제2 수신 노드로 전송하는 것을 야기하도록 동작하며, 상기 결합 신호 요소 개수 T는 자연수일 수 있다.

상기 명령들은 상기 제1 수신 노드가, 상기 압축된 결합 신호 벡터를 구성하는 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산을 수행하여, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대한 양자화된 진폭 정보를 획득하고, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산을 수행하여, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대한 양자화된 위상 정보를 획득하고, 그리고 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대하여 획득된 상기 양자화된 진폭 정보 및 상기 양자화된 위상 정보에 기초하여, 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하는 것을 더 야기하도록 동작할 수 있다.

상기 명령들은 상기 제1 수신 노드가, 상기 T개의 결합 신호 요소들 중 t번째 결합 신호 요소의 진폭 및 위상을 확인하고, 기 설정된 -비트 크기의 진폭 코드북을 구성하는 원소들 중에서, 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 진폭과의 차이가 가장 작은 원소를 확인하고, 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 진폭과의 차이가 가장 작은 것으로 확인된 상기 원소를, 상기 t번째 결합 신호 요소에 대한 상기 양자화된 진폭 정보로 결정하고, 기 설정된 -비트 크기의 위상 코드북을 구성하는 원소들 중에서, 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 위상과의 차이가 가장 작은 원소를 확인하고, 그리고 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 위상과의 차이가 가장 작은 것으로 확인된 상기 원소를, 상기 t번째 결합 신호 요소에 대한 상기 양자화된 위상 정보로 결정하는 것을 더 야기하도록 동작하며, 상기 t는 1 이상이고 T 이하인 자연수이며, 상기 위상 코드북은 0 이상이고 2π 미만인 구간을 균등하게 분할하는 개의 원소들로 구성될 수 있다.

상기 명령들은 상기 제1 수신 노드가, 상기 제1 수신 노드 및 상기 제2 수신 노드 사이에 형성된 데이터 송수신 링크를 통하여, 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 상기 제2 수신 노드로 전송하는 것을 더 야기하도록 동작하며, 상기 데이터 송수신 링크의 용량은 상기 선택된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 진폭 코드북들 각각의 크기, 및 상기 선택된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 위상 코드북들 각각의 크기의 합에 기초하여 결정될 수 있다.

상기 명령들은 상기 제1 수신 노드가, 상기 송신 노드로부터 상기 신호를 수신하기 이전에, 상기 제2 수신 노드에서 양자화 자원 할당 동작에 기초하여 결정된 상기 결합 신호 요소 개수 T, 상기 추출된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 진폭 코드북들 각각의 크기, 및 상기 추출된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 위상 코드북들 각각의 크기의 정보를 획득하는 것을 더 야기하도록 동작할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 분산 통신 시스템은 적어도 하나의 주 사용자 및 복수의 보조 사용자들을 포함하도록 구성될 수 있다. 분산 통신 시스템의 주 사용자 및 보조 사용자들은 송신 노드로부터 전송된 무선 신호를 수신할 수 있다. 분산 통신 시스템의 보조 사용자들 각각에서 수신된 수신 신호의 정보는 압축 및 양자화된 정보의 형태로 주 사용자에 전달될 수 있다. 주 사용자는 자신이 수신한 수신 신호의 정보 및 보조 사용자들 각각으로부터 전달된 압축 및 양자화된 정보에 기초하여 송신 노드에서 전송된 송신 신호를 복원할 수 있다. 분산 통신 시스템의 제어 노드는 양자화 방식에 기초한 분산 통신 시스템의 분산 통신 동작을 위한 양자화 자원 할당 동작을 수행할 수 있다. 이를 통하여, 분산 통신 시스템의 분산 통신 성능이 향상될 수 있다.

도 1은 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 분산 통신 시스템의 일 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 분산 통신 시스템에서의 분산 통신 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 분산 통신 시스템에서의 분산 통신 알고리즘의 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 분산 통신 시스템에서의 양자화 자원 할당 알고리즘의 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 적어도 하나"는 "A 또는 B 중에서 적어도 하나" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 적어도 하나"를 의미할 수 있다. 또한, 본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 하나 이상"은 "A 또는 B 중에서 하나 이상" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 하나 이상"을 의미할 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템(communication system)이 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템은 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 통신 네트워크(network)와 동일한 의미로 사용될 수 있다.

명세서 전체에서 망(network)은, 예를 들어, WiFi(wireless fidelity)와 같은 무선인터넷, WiBro(wireless broadband internet) 또는 WiMax(world interoperability for microwave access)와 같은 휴대인터넷, GSM(global system for mobile communication) 또는 CDMA(code division multiple access)와 같은 2G 이동통신망, WCDMA(wideband code division multiple access) 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(high speed downlink packet access) 또는 HSUPA(high speed uplink packet access)와 같은 3.5G 이동통신망, LTE(long term evolution)망 또는 LTE-Advanced망과 같은 4G 이동통신망, 및 5G 이동통신망 등을 포함할 수 있다.

명세서 전체에서 단말(terminal)은 이동국(mobile station), 이동 단말(mobile terminal), 가입자국(subscriber station), 휴대 가입자국(portable subscriber station), 사용자 장치(user equipment), 접근 단말(access terminal) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

여기서, 단말로 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 태블릿(tablet) PC, 무선전화기(wireless phone), 모바일폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB(digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player) 등을 사용할 수 있다.

명세서 전체에서 기지국(base station)은 접근점(access point), 무선 접근국(radio access station), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved nodeB), 송수신 기지국(base transceiver station), MMR(mobile multihop relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 기지국, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 복수의 통신 노드들은 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 4G 통신(예를 들어, LTE(long term evolution), LTE-A(advanced)), 5G 통신(예를 들어, NR(new radio)) 등을 지원할 수 있다. 4G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역에서 수행될 수 있고, 5G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역뿐만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 수행될 수 있다.

예를 들어, 4G 통신 및 5G 통신을 위해 복수의 통신 노드들은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, Filtered OFDM 기반의 통신 프로토콜, CP(cyclic prefix)-OFDM 기반의 통신 프로토콜, DFT-s-OFDM(discrete Fourier transform-spread-OFDM) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(Non-orthogonal Multiple Access), GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, FBMC(filter bank multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(Space Division Multiple Access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다.

또한, 통신 시스템(100)은 코어 네트워크(core network)를 더 포함할 수 있다. 통신 시스템(100)이 4G 통신을 지원하는 경우, 코어 네트워크는 S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(packet data network)-gateway), MME(mobility management entity) 등을 포함할 수 있다. 통신 시스템(100)이 5G 통신을 지원하는 경우, 코어 네트워크는 UPF(user plane function), SMF(session management function), AMF(access and mobility management function) 등을 포함할 수 있다.

한편, 통신 시스템(100)을 구성하는 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.

도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.

프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 기지국들(base stations)(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2), 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 및 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함하는 통신 시스템(100)은 "액세스 네트워크"로 지칭될 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 매크로 셀(macro cell)을 형성할 수 있다. 제4 기지국(120-1) 및 제5 기지국(120-2) 각각은 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있다. 제1 기지국(110-1)의 셀 커버리지(cell coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)이 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 셀 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)이 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 셀 커버리지 내에 제5 기지국(120-2), 제4 단말(130-4), 제5 단말(130-5) 및 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다. 제4 기지국(120-1)의 셀 커버리지 내에 제1 단말(130-1)이 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 셀 커버리지 내에 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다.

여기서, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node), RSU(road side unit), RRH(radio remote head), TP(transmission point), TRP(transmission and reception ooint), eNB, gNB 등으로 지칭될 수 있다.

복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 UE(user equipment), 터미널(terminal), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 다바이스(device), IoT(Internet of Thing) 장치, 탑재 장치(mounted module/device/terminal 또는 on board device/terminal 등) 등으로 지칭될 수 있다.

한편, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 또는 동일한 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크(ideal backhaul link) 또는 논(non)-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 연결될 수 있고, 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 정보를 교환할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 코어 네트워크와 연결될 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 코어 네트워크로부터 수신한 신호를 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)에 전송할 수 있고, 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)로부터 수신한 신호를 코어 네트워크에 전송할 수 있다.

또한, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 MIMO 전송(예를 들어, SU(single user)-MIMO, MU(multi user)-MIMO, 대규모(massive) MIMO 등), CoMP(coordinated multipoint) 전송, CA(carrier aggregation) 전송, 비면허 대역(unlicensed band)에서 전송, 단말 간 직접 통신(device to device communication, D2D)(또는, ProSe(proximity services)) 등을 지원할 수 있다. 여기서, 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)과 대응하는 동작, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)에 의해 지원되는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 기지국(110-2)은 SU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 SU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 또는, 제2 기지국(110-2)은 MU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 MU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다.

제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 CoMP 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 CoMP 방식에 의해 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 자신의 셀 커버리지 내에 속한 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)과 CA 방식을 기반으로 신호를 송수신할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 제4 단말(130-4)과 제5 단말(130-5) 간의 D2D를 제어할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각의 제어에 의해 D2D를 수행할 수 있다.

다음으로, 무선 통신 시스템에서의 수신 신호 양자화에 기초한 송수신 방법, 양자화 자원 할당 방법 및 이를 위한 신호 복호 방법들이 설명될 것이다. 여기서, 통신 노드들 중에서 제1 통신 노드에서 수행되는 방법(예를 들어, 신호의 전송 또는 수신)이 설명되는 경우에도 이에 대응하는 제2 통신 노드는 제1 통신 노드에서 수행되는 방법과 상응하는 방법(예를 들어, 신호의 수신 또는 전송)을 수행할 수 있다. 이를테면, 수신 노드의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 송신 노드는 수신 노드의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다. 반대로, 송신 노드의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 수신 노드는 송신 노드의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다.

도 3은 분산 통신 시스템의 일 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.

도 3을 참조하면, 통신 시스템(300)은 하나 이상의 송신 노드들(301) 및 하나 이상의 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)을 포함할 수 있다. 통신 시스템(300)은 K개(K는 1 이상의 자연수)의 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)을 포함할 수 있다. 도 3에는 단일셀 무선 네트워크에 해당하는 통신 시스템(300)이 하나의 송신 노드(301) 및 복수 개의 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)을 포함하는 실시예가 예시로서 도시된 것으로 볼 수 있다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 이를테면, 통신 시스템(300)은 복수의 송신 노드들 및 복수의 수신 노드들을 포함하도록 구성될 수도 있다.

통신 시스템(300)의 송신 노드(301)는 무선 통신 방식에 기초하여 무선 신호를 송신하는 통신 노드일 수 있다. 송신 노드(301)는 '송신기' 와 같이 칭할 수 있다. 송신 노드(301)는 M개(M은 1 이상의 자연수)의 송신 안테나를 가질 수 있다.

통신 시스템(300)의 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)은 무선 통신 방식에 기초하여 무선 신호를 수신하는 통신 노드들일 수 있다. 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K) 각각은 '사용자(user)' 또는 '장치(device)'와 같이 칭할 수 있다. 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K) 중 어느 하나의 수신 노드를 '제k 수신 노드'(302-k)(k는 자연수)와 같이 칭할 수도 있다. 본 명세서에서 '제k 수신 노드'는 복수의 수신 노드들 중 어느 하나를 지칭하는 표현일 수 있다. 또는, 본 명세서에서 '제k 수신 노드'는 복수의 수신 노드들을 대표하는 표현일 수 있다.

통신 시스템(300)은 제1 수신 노드(302-1) 내지 제K 수신 노드(302-K)를 포함할 수 있다. 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)은 서로 동일 또는 상이한 개수의 수신 안테나를 가질 수 있다. 통신 시스템(300)의 일 실시예에서, 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K) 각각은 N개(N은 1 이상의 자연수)의 수신 안테나를 가질 수 있다. 이하, 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)이 모두 동일한 개수 N개의 수신 안테나를 가지는 경우를 예시로 하여 통신 시스템(300)의 일 실시예를 설명한다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다.

통신 시스템(300)의 송신 노드(301)는 무선 신호를 생성할 수 있고, 생성된 무선 신호를 송신할 수 있다. 여기서, 송신 노드(301)가 생성 및 송신하는 무선 신호를 송신 신호 s와 같이 표현할 수 있다. 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K) 각각은 송신 노드(301)에서 송신된 무선 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 제k 수신 노드(302-k)가 수신한 무선 신호를 y^k와 같이 표현할 수 있다. 즉 제1 수신 노드(302-1)가 수신한 무선 신호를 수신 신호 y¹과 같이 표현할 수 있다. 제2 수신 노드(302-2)가 수신한 무선 신호를 수신 신호 y²와 같이 표현할 수 있다. 제K 수신 노드(302-K)가 수신한 무선 신호를 수신 신호 y^K와 같이 표현할 수 있다. 송신 노드(301)에서 생성 및 송신된 송신 신호 s와, 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)에서 수신된 수신 신호 y¹ 내지 y^K는 서로 상이할 수 있다.

통신 시스템(300)의 일 실시예에서, 송신 노드(301)와 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K) 간의 무선 채널은 블록 페이딩(block fading) 채널에 해당할 수 있다. 제k 수신 노드(302-k)가 수신한 무선 신호 y^k는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

수학식 1은 수신 신호 y^k와 송신 신호 s의 관계를 나타내는 수학식에 해당할 수 있다. 수신 신호 y^k는 복소수체(complex number field) 의 원소일 수 있다. P는 송신 신호 s가 송신 노드(301)에서 전송될 때의 송신 전력을 의미할 수 있다. H^k는 무선 채널 행렬을 의미할 수 있다. H^k는 복소수체 의 원소일 수 있다. 한편 n^k는 잡음 신호를 의미할 수 있다. 송신 신호 s와 잡음 신호 n^k는 각각 와 의 복소 정규 분포(complex normal distribution)를 따를 수 있다. 여기서, 는 평균이 A이고 분산이 B인 복소 정규 분포를 의미할 수 있다. 0_M은 크기가 M이고 모든 엘리먼트가 0인 열벡터(column vector)를 의미할 수 있다. I_M은 크기가 MXM인 단위 행렬(unit matrix) 또는 항등 행렬(identity matrix)을 의미할 수 있다. 0_N은 크기가 N이고 모든 엘리먼트가 0인 열벡터를 의미할 수 있다. ρ는 신호대잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)를 의미할 수 있다. I_N은 크기가 NXN인 단위 행렬 또는 항등 행렬을 의미할 수 있다. 무선 채널 행렬 H^k는 비가시선(non-line-of-sight, NLOS) 무선 경로들의 선형 결합으로 정의될 수 있다. 이를테면, 무선 채널 행렬 H^k는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

수학식 2에서, V는 제k 수신 노드(302-k)와 송신 노드(301) 간의 무선 경로의 수를 의미할 수 있고, v는 1 이상이고 V 이하인 자연수일 수 있다. α_v는 각각의 무선 경로의 채널 이득을 의미할 수 있다. 각각의 무선 경로의 채널 이득 α_v는 의 복소 정규 분포를 따를 수 있다. 각각의 무선 경로는 수신 안테나의 안테나 배열 벡터(array response vector) 및 송신 안테나의 안테나 배열 벡터 를 이용하여 표현될 수 있다. 안테나 배열에서 각각의 안테나가 반파장 차이로 배열되어 있다고 가정할 경우, 각각의 무선 경로의 빔 도메인에서 는 와 같이 정의될 수 있다. 여기서, 는 v 번째 무선 경로의 입사각(angle of arrival, AoA)을 의미할 수 있다. 한편, 각각의 무선 경로의 빔 도메인에서 는 와 같이 정의될 수 있다. 여기서, 는 v 번째 무선 경로의 발사각(angle of departure, AoD)을 의미할 수 있다. 및 각각은 -1과 1 사이의 균등분포(uniform distribution) 를 따를 수 있다.

무선 채널 행렬 H^k는 특이값 분해(singular value decomposition)를 통해 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 채널 행렬의 표현을 단순화하기 위하여, 수학식 3에서 특이값 분해 후 채널의 영공간(null space)에 해당하는 부분은 생략되었을 수 있다.

수학식 3에서, L은 채널 행렬의 계수(rank)를 의미할 수 있다. L은 N 이상 V 이하의 자연수일 수 있다. 수학식 3에서, 는 번째(은 1 이상 L 이하의 자연수) 좌특이벡터(left singular vector)를 의미할 수 있고 는 번째 우특이벡터(right singular vector)를 의미할 수 있다. 여기서, 는 복소수체 의 원소일 수 있고, 는 복소수체 의 원소일 수 있다. 는 의 켤레전치(conjugate transpose) 또는 에르미트 전치(Hermitian transpose)에 해당할 수 있다. 는 번째 특이값(singular value)을 의미할 수 있다. 번째 특이값, 번째 좌특이벡터 및 번째 우특이벡터에 기초하여 정의된 행렬 을 번째 특이 방향 행렬(singular direction matrix)이라 칭할 수 있다. 는 좌특이벡터들의 집합으로 정의되는 행렬일 수 있다. 는 우특이벡터들의 집합으로 정의되는 행렬일 수 있다. 는 의 켤레전치 또는 에르미트 전치에 해당할 수 있다. 는 특이값들의 집합에 기초하여 정의되는 대각행렬(diagonal matrix)일 수 있다.

제k 수신 노드(302-k)가 수신한 수신 신호 y^k는, 수학식 1과 수학식 3에 기초하여 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

수학식 4에서, 는 송신 정보에 해당하는 송신 신호 s와 우특이벡터들이 결합된 결합 신호 벡터(combined signal vector)에 해당할 수 있다. 결합 신호 벡터 는 의 복소 정규 분포를 따를 수 있다. 결합 신호 벡터 를 구성하는 각각의 요소들은 와 같이 표현될 수 있다. 결합 신호 벡터 를 구성하는 각각의 요소들 은 의 복소 정규 분포를 따를 수 있다.

통신 시스템(300)의 일 실시예에서, 복수의 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)은 분산 통신 시스템을 구성할 수 있다. 분산 통신 시스템은 분산 수신 시스템에 해당할 수 있다. 공간적으로 분산된 복수의 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)은 하나의 협동 유닛(cooperation unit, CU)을 구성하여 협력적으로 무선 신호를 수신할 수 있다. 협동 유닛을 구성하는 복수의 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)은 주 사용자(main user, MU) 및 보조 사용자(assistant user, AU)로 구분될 수 있다. 주 사용자는 주 장치(main device, MD)와 같이 칭할 수도 있다. 보조 사용자는 보조 장치(assistant device, AD)와 같이 칭할 수도 있다. 도 3에는 제1 수신 노드(302-1)가 주 사용자에 해당하고, 제2 수신 노드(302-2) 내지 제K 수신 노드(302-K)가 보조 사용자에 해당하는 실시예가 예시로서 도시된 것으로 볼 수 있다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다.

분산 통신 시스템의 일 실시예에서는 복수의 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)을 통해서 수신된 신호들이 압축되어 중앙의 컴퓨팅 센터 또는 융합 센터(fusion center)에 전달되고, 중앙에서 복원된 본래의 정보가 최종 목적지로 전달될 수 있다. 그러나, 이와 같은 분산 통신 시스템의 실시예에서는 수신 노드들 이외에 별도로 구비된 중앙의 컴퓨팅 센터 또는 융합 센터 등에서 복원 연산이 수행되기 때문에, 압축, 전달 및 복원 등의 과정에서 과도한 자원이 요구될 수 있고 시스템 구축 비용이 증대될 수 있다.

한편 분산 통신 시스템의 다른 실시예에서는, 협동 유닛을 구성하는 복수의 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K) 각각은 송신 노드(301)로부터 송신된 무선 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 복수의 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K) 중에서 보조 사용자에 해당하는 제2 수신 노드(302-2) 내지 제K 수신 노드(302-K) 각각은 수신한 수신 신호를 압축할 수 있다. 다르게 표현하면, 제2 수신 노드(302-2) 내지 제K 수신 노드(302-K) 각각은 수신한 수신 신호를 양자화할 수 있다. 이를테면, 보조 사용자에 해당하는 제k 수신 노드(302-k)가 수신한 수신 신호 y^k는 수학식 4에서와 같이 계산될 수 있다. 제k 수신 노드(302-k)는, 수학식 4에서와 같이 계산된 수신 신호 y^k를 양자화할 수 있다. 제k 수신 노드(302-k)에서 양자화된 수신 신호는 와 같이 표현할 수 있다. 즉, 제2 수신 노드(302-2)에서 양자화된 수신 신호는 와 같이 표현할 수 있다. 제K 수신 노드(302-K)에서 양자화된 수신 신호는 와 같이 표현할 수 있다. 보조 사용자에 해당하는 제2 수신 노드(302-2) 내지 제K 수신 노드(302-K)는 양자화된 수신 신호를 데이터 교환 링크 또는 데이터 송수신 링크를 통해 주 사용자에 해당하는 제1 수신 노드(302-1)로 전송할 수 있다. 즉, 제2 수신 노드(302-2) 내지 제K 수신 노드(302-K) 각각에서 수신 및 양자화된 수신 신호는 별도의 컴퓨팅 센터 등을 거치지 않고 제1 수신 노드(302-1)로 전달될 수 있다. 주 사용자에 해당하는 제1 수신 노드(302-1)는 제2 수신 노드(302-2) 내지 제K 수신 노드(302-K)로부터 양자화된 수신 신호를 수신할 수 있다. 제1 수신 노드(302-1)는 자신이 수신한 수신 신호 및 제2 수신 노드(302-2) 내지 제K 수신 노드(302-K)로부터 수신한 양자화된 수신 신호에 기초하여, 송신 노드(301)에서 송신된 송신 신호 s를 복원할 수 있다. 보조 사용자에 해당하는 제2 수신 노드(302-2) 내지 제K 수신 노드(302-K)가 양자화된 수신 신호를 생성 및 전송하는 동작과 주 사용자에 해당하는 제1 수신 노드(302-1)가 양자화된 수신 신호를 수신하여 송신 신호 s를 복원하는 동작의 기술적 특징과 관련하여는, 이하 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 4는 분산 통신 시스템에서의 분산 통신 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 통신 시스템(400)은 하나 이상의 송신 노드들(401) 및 하나 이상의 수신 노드들(402-1, 402-2, ..., 402-K)을 포함할 수 있다. 도 4에는 통신 시스템(400)이 하나의 송신 노드(401) 및 복수 개의 수신 노드들(402-1, 402-2, ..., 402-K)을 포함하는 실시예가 예시로서 도시된 것으로 볼 수 있다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 통신 시스템(400)은 도 3을 참조하여 설명한 통신 시스템(300)과 동일 또는 유사할 수 있다. 송신 노드(401)는 도 3을 참조하여 설명한 송신 노드(301)와 동일 또는 유사할 수 있다. 복수 개의 수신 노드들(402-1, 402-2, ..., 402-K)은 도 3을 참조하여 설명한 복수 개의 수신 노드들(302-1, 302-2, ..., 302-K)과 동일 또는 유사할 수 있다.

송신 노드(401)는 무선 신호를 생성할 수 있고, 생성된 무선 신호를 송신할 수 있다(S411). 송신 노드(401)는 M개의 송신 안테나를 통하여 무선 신호를 송신할 수 있다. 송신 노드(401)에서 송신된 신호를 송신 신호 s와 같이 칭할 수 있다. 제1 수신 노드(402-1) 내지 제K 수신 노드(402-K) 각각은 송신 노드(401)에서 송신된 무선 신호를 수신할 수 있다(S411). 제1 수신 노드(402-1) 내지 제K 수신 노드(402-K) 각각은 N개의 수신 안테나를 통하여 송신 노드(401)에서 송신된 무선 신호를 수신할 수 있다. 제k 수신 노드(k는 1 이상이고 K 이하인 자연수)에서 수신한 신호를 수신 신호 y^k 또는 수신 신호 벡터 y^k 와 같이 칭할 수 있다.

제1 수신 노드(402-1) 내지 제K 수신 노드(402-K)는 주 사용자(main user, MU) 및 보조 사용자(assistant user, AU)로 구분될 수 있다. 통신 시스템(400)의 일 실시예에서, 제1 수신 노드(402-1)는 주 사용자에 해당하고, 제2 수신 노드(402-2) 내지 제K 수신 노드(402-K)는 보조 사용자에 해당할 수 있다. 주 사용자에 해당하는 제1 수신 노드(402-1) 및 보조 사용자에 해당하는 제2 수신 노드(402-2) 내지 제K 수신 노드(402-K)는 분산 통신 시스템을 구성할 수 있다. 보조 사용자에 해당하는 제2 수신 노드(402-2) 내지 제K 수신 노드(402-K)는 자신이 수신한 수신 신호를 양자화하여, 주 사용자에 해당하는 제1 수신 노드(402-1)로 전달할 수 있다. 이를 통해, 분산 통신 시스템 또는 제1 수신 노드(402-1)의 공간 다중화 이득이 증대될 수 있다.

N개의 수신 안테나를 포함하는 제k 수신 노드에서 수신된 수신 신호 y^k는 최대 N개의 복소수 요소(complex element)들을 포함할 수 있다. 수학식 4를 참조하면, 제k 수신 노드에서 수신된 수신 신호 y^k는 일종의 벡터값으로서 와 같이 계산될 수 있다. 여기서, 는 좌특이벡터들의 집합에 대응될 수 있다. 는 특이값들의 집합에 대응될 수 있다. 한편, x^k는 송신 정보에 해당하는 송신 신호 s와 우특이벡터들의 집합 이 결합된 결합 신호 벡터에 해당할 수 있다. (즉, ) 수신 신호 벡터 y^k는 좌특이벡터들의 집합에 대응되는 U^k, 특이값들의 집합에 대응되는 B^k, 결합 신호 벡터 x^k 및 잡음 신호 벡터 n^k의 선형 조합으로 계산될 수 있다.

분산 통신 시스템의 일 실시예에서, 주 사용자(402-1)는 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각의 하향링크 채널 정보를 알고 있을 수 있다. 이 경우, 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각은 수신 신호 벡터 y^k의 모든 정보를 양자화하는 대신, 결합 신호 벡터 x^k의 정보만을 양자화하여 주 사용자(402-1)에게 전달함으로써, 수신 신호의 정보를 주 사용자(402-1)에게 효율적으로 전달할 수 있다. 결합 신호 벡터 x^k는 L개(L은 1 이상이고 N 이하인 자연수)의 복소수 요소를 포함할 수 있다. 결합 신호 벡터 x^k의 번째 복소수 요소는 번째 특이 방향 행렬에 대응될 수 있다.

결합 신호 벡터 x^k를 양자화함에 있어서, L개의 복소수 요소에 대한 양자화 연산을 수행하는 방식 또는 L개의 복소수 요소 중 일부 추출된 복소수 요소에 대한 양자화 연산을 수행하는 방식이 사용될 수 있다. 결합 신호 벡터 x^k를 양자화함에 있어서, 더 많은 복소수 요소에 대한 양자화 연산이 수행될수록 더 많은 채널 이득이 추출 및 전달될 수 있다. 한편, 결합 신호 벡터 x^k를 양자화함에 있어서 더 많은 복소수 요소에 대한 양자화 연산이 수행될수록 양자화 연산, 전달 및 복호 연산 등을 위한 자원이 더 많이 소요될 수 있다.

결합 신호 벡터 x^k를 양자화함에 있어서, L개의 복소수 요소 중 일부에 해당하는 T개(T는 1 이상이고 L 이하인 자연수)의 복소수 요소에 대부분의 채널 이득이 집중될 수 있다. 이를 다르게 표현하면, 채널 이득에 대응되는 기준으로 정렬할 때, 일 수 있다.

통신 시스템(400)의 일 실시예에서, 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K)은 자신이 수신한 수신 신호를 양자화하여, 주 사용자(402-1)로 전달할 수 있다. 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K)은 각각의 결합 신호 벡터 x^k를 양자화함에 있어서, L개의 복소수 요소 중 채널 이득 또는 특이값 기준으로 선택된 T개의 복소수 요소에 대하여 양자화 연산을 수행할 수 있다. 이를 위해, 좌특이벡터들의 집합에 대응되는 U^k, 특이값들의 집합에 대응되는 B^k, 우특이벡터들의 집합에 대응되는 V^k 각각을 구성하는 L개의 요소들 중 기 설정된 T개의 특이 방향 행렬에 대응되는 T개의 요소들만이 추출될 수 있다. 추출된 좌특이벡터들의 집합은 와 같이 표현될 수 있다. 추출된 특이값들의 집합은 와 같이 표현될 수 있다. 추출된 우특이벡터들의 집합은 와 같이 표현될 수 있다.

주 사용자(402-1)는 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각에 대하여 , , 등의 정보를 알고 있을 수 있다. 다르게 표현하면, 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각으로부터 , , 등의 정보가 주 사용자(402-1)로 제공된 상태에서 분산 통신 시스템에 기초한 분산 통신 절차가 수행될 수 있다. 또한, 주 사용자(402-1)는 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각으로부터 제공된 정보에 기초하여, 추출된 특이값들의 집합 를 구성하는 각각의 특이값의 제곱의 기대값을 확인할 수 있다. 다르게 표현하면, 주 사용자(402-1)는 보조 사용자인 제k 수신 노드에서 추출된 특이값들의 집합 를 구성하는 각각의 특이값 (t는 1 이상이고 T 이하인 자연수)의 제곱의 기대값에 해당하는 를 확인할 수 있다.

보조 사용자들(402-2, ..., 402-K)은 수신 신호 y^k를 압축하여 압축된 결합 신호 벡터(compressed combined signal vector) 를 추출할 수 있다(S413-2, ..., S413-K). 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K)은 수학식 4에 기초하여 도출된 수학식 5와 같은 연산에 기초하여, 수신 신호 y^k에서 압축된 결합 신호 벡터 를 추출할 수 있다.

수학식 5에서, 는 T개의 복소수 요소들로 구성된 결합 신호 벡터 또는 압축된 결합 신호 벡터에 해당할 수 있다. 는 압축된 잡음 신호 벡터(compressed noise signal vector) 또는 압축된 잡음 벡터(compressed noise vector)에 해당할 수 있다. 압축된 잡음 신호 벡터 는 와 같이 표현될 수 있다. T개의 복소수 요소들로 구성된 압축된 결합 신호 벡터 는, 최대 N개의 복소수 요소들로 구성된 수신 신호 y^k로부터 추출 및 압축된 것으로 볼 수 있다.

보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각은 수학식 5에서와 같은 연산을 통해 획득된 압축된 결합 신호 벡터 를 양자화할 수 있다(S415-2, ..., S415-K). 구체적으로는, T개의 복소수 요소들로 구성된 압축된 결합 신호 벡터 는 각각의 복소수 요소들의 절대값과 위상정보에 기초하여, 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.

수학식 6에서, 는 t번째 복소수 요소 의 절대값 또는 진폭에 해당할 수 있다. 는 t번째 복소수 요소 의 위상 정보에 해당할 수 있다. 즉, 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각에 대하여, 압축된 결합 신호 벡터 를 구성하는 T개의 복소수 요소들 각각에 대한 진폭 및 위상 정보가 획득될 수 있다.

보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각은 압축된 결합 신호 벡터를 구성하는 T개의 복소수 요소들 각각에 대한 진폭 및 위상 정보에 대하여 개별적으로 양자화 연산을 수행할 수 있다. 보조 사용자인 제k 수신 노드에서, 압축된 결합 신호 벡터 를 구성하는 T개의 복소수 요소들 중 t번째 복소수 요소인 의 진폭 는 수학식 7에서와 같이 양자화될 수 있다.

수학식 7에서, 는 -비트 크기의 진폭 코드북에 해당할 수 있다. 진폭 코드북은 개의 원소를 포함할 수 있고, 각각의 원소들은 진폭 양자화 레벨에 해당할 수 있다. 양자화된 진폭 정보 는, 진폭 코드북 을 구성하는 진폭 양자화 레벨들 중에서, 진폭 와의 차이가 가장 작은 값으로 선택될 수 있다. 진폭 코드북은 통상의 기술자가 양자화 연산에 기초한 분산 통신 시스템의 성능을 향상시키기에 적절하다고 판단되는 방식으로 구성될 수 있다. 이를테면, 통신 시스템(400)의 일 실시예에서, 진폭 코드북은 로이드-맥스(Lloyd-Max) 알고리즘에 기초한 로이드 맥스 양자화기(Lloyd-Max quantizer)에 기초하여 구성될 수 있다. 통신 시스템(400)의 일 실시예에서, 진폭 코드북 은 수학식 8과 같이 구성될 수 있다.

수학식 8에서, 는 진폭 코드북을 구성하는 개의 원소 중 b번째 원소에 해당할 수 있다. 즉, 는 진폭 코드북을 구성하는 b번째 진폭 양자화 레벨에 해당할 수 있다.

한편, 압축된 결합 신호 벡터 를 구성하는 T개의 복소수 요소들 중 t번째 복소수 요소인 의 위상 는 수학식 9에서와 같이 양자화될 수 있다.

수학식 9에서, 는 -비트 크기의 위상 코드북에 해당할 수 있다. 위상 코드북은 개의 원소를 포함할 수 있고, 각각의 원소들은 위상 양자화 레벨에 해당할 수 있다. 양자화된 위상 정보 는, 위상 코드북 을 구성하는 위상 양자화 레벨들 중에서, 위상 와의 차이가 가장 작은 값으로 선택될 수 있다. 위상 코드북은 통상의 기술자가 양자화 연산에 기초한 분산 통신 시스템의 성능을 향상시키기에 적절하다고 판단되는 방식으로 구성될 수 있다. 이를테면, 통신 시스템(400)의 일 실시예에서 위상 코드북 은 수학식 10과 같이 구성될 수 있다.

수학식 10을 참조하면, 위상 코드북 은 개의 원소를 포함할 수 있다. 위상 코드북 은 의 구간을 균등하게 분할하는 개의 원소들을 포함할 수 있다. 다르게 표현하면, 위상 코드북 은 0 이상이고 2π 미만인 구간을 균등하게 분할하는 개의 원소들을 포함할 수 있다.

제k 수신 노드는 수학식 7 및 9에서와 같은 연산에 기초하여, 압축된 결합 신호 벡터 를 구성하는 T개의 복소수 요소들 중 t번째 복소수 요소인 에 대하여 양자화된 진폭 정보 및 양자화된 위상 정보 를 획득할 수 있다. 제k 수신 노드는 양자화된 진폭 정보 및 양자화된 위상 정보 에 기초하여 양자화된 결합 신호 벡터 를 획득할 수 있다. 이를테면, 양자화된 결합 신호 벡터 는 수학식 11에서와 같이 획득될 수 있다.

보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각은 수학식 11에서와 같이 획득된 양자화된 결합 신호 벡터 를 주 사용자(402-1)에게 전달할 수 있다(S417-2, ..., S417-K). 이를 위하여, 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각과 주 사용자(402-1) 사이에는 데이터 송수신 링크가 형성될 수 있다. 양자화된 결합 신호 벡터의 정보가 오류 없이 전송될 수 있기 위하여, 각각의 데이터 송수신 링크는 적어도 수학식 12에서 정의되는 B-비트에 비례하는 용량 또는 크기를 가질 수 있다.

수학식 12에서, 는 진폭 코드북의 크기에 대응되고 는 위상 코드북의 크기에 대응될 수 있다. 즉, 진폭 코드북이 -비트 크기를 가지고 위상 코드북이 -비트 크기를 가질 경우, 각각의 데이터 송수신 링크는 적어도 수학식 12에서와 같이 정의된 에 비례하는 용량 또는 크기를 가질 수 있다. 즉, 데이터 송수신 링크의 크기는 T개의 복소수 요소들의 진폭 및 위상을 양자화하는 데 사용된 모든 코드북들의 크기의 합에 기초하여 결정될 수 있다.

주 사용자(402-1)는 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각으로부터 양자화된 결합 신호 벡터 를 수신할 수 있다(S417-2, ..., S417-K). 주 사용자(402-1)는 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각으로부터 수신된 양자화된 결합 신호 벡터 에 기초하여, 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각에 대한 압축 수신 신호 벡터 를 계산할 수 있다(S421). 압축 수신 신호 벡터 는 양자화된 수신 신호 벡터 와 같이 칭할 수도 있다.

구체적으로는, 양자화된 결합 신호 벡터 는 T개의 복소수 요소들, 또는 T개의 특이 방향 행렬들에 연관되어 양자화된 것으로 볼 수 있다. T개의 특이 방향 행렬들의 결합에 기초하여, 압축 채널 행렬 (compressed channel matrix)이 정의 또는 계산될 수 있다. 압축 채널 행렬 은 수학식 13과 같이 계산될 수 있다.

압축 채널 행렬 및 양자화된 결합 신호 벡터 에 기초하여, 압축 수신 신호 벡터 가 수학식 14에서와 같이 계산될 수 있다.

주 사용자(402-1)는 압축 수신 신호 벡터 에 기초하여 송신 신호 s를 복원하기 위해, 분산 통신 시스템의 수신 노드들(402-1, ..., 402-K) 전체와 송신 노드(401) 사이의 채널 행렬에 해당하는 가상 채널 행렬(virtual channel matrix) 를 정의 또는 계산할 수 있다(S423). 가상 채널 행렬 는, 주 사용자(402-1)의 채널 행렬 및 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각에 대한 압축 채널 행렬 에 기초하여 계산될 수 있다. 이를테면, 가상 채널 행렬 는 수학식 15에서와 같이 계산될 수 있다.

한편, 주 사용자(402-1)는 S411 단계에서 자신이 직접 수신한 수신 신호 벡터 , 및 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K) 각각에 대해 계산된 압축 수신 신호 벡터들(, ..., )에 기초하여, 가상 수신 신호 벡터(virtual received signal vector) 를 계산할 수 있다(S425). 이를테면, 가상 수신 신호 벡터 는 수학식 16에서와 같이 계산될 수 있다.

주 사용자(402-1)는 수학식 15에서와 같이 계산된 가상 채널 행렬 , 수학식 16에서와 같이 계산된 가상 수신 신호 벡터 등에 기초하여, 송신 노드(401)에서 송신된 송신 신호 s를 복원할 수 있다(S430). 주 사용자(402-1)에 의한 송신 신호 복원 동작의 기술적 특징은, 이하 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 5는 분산 통신 시스템에서의 분산 통신 알고리즘의 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.

도 5를 참조하면, 통신 시스템은 하나 이상의 송신 노드들 및 복수의 수신 노드들을 포함할 수 있다. 복수의 수신 노드들은 분산 통신 시스템을 구성할 수 있다. 분산 통신 시스템은 분산 수신 시스템에 해당할 수 있다. 복수의 수신 노드들은 주 사용자(main user, MU) 및 보조 사용자(assistant user, AU)로 구분될 수 있다. 도 5에는 하나의 송신 노드로부터 송신된 무선 신호를 수신하는 하나의 주 사용자 및 복수의 보조 사용자들을 포함하는 분산 통신 시스템이, 분산 통신 동작을 수행하는 분산 통신 알고리즘의 일 실시예가 도시된 것으로 볼 수 있다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 여기서, 송신 노드는 도 4를 참조하여 설명한 송신 노드(401)와 동일 또는 유사할 수 있다. 주 사용자는 도 4를 참조하여 설명한 주 사용자(402-1)와 동일 또는 유사할 수 있다. 복수의 보조 사용자들은 도 4를 참조하여 설명한 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K)과 동일 또는 유사할 수 있다.

분산 통신 시스템은 신호 양자화기(signal quantizer)에 기반하여 분산 통신 동작 또는 분산 수신 동작을 수행할 수 있다. 분산 통신 시스템의 일 실시예에서, 주 사용자 및 복수의 보조 사용자들은 송신 노드로부터 송신된 신호를 수신할 수 있다. 복수의 보조 사용자들 각각은 자신이 수신한 수신 신호를 압축 및 양자화할 수 있다(S510). 양자화된 수신 신호들은 각각 주 사용자로 전달될 수 있다. 주 사용자는 보조 사용자들로부터 전달된 양자화된 수신 신호들에 대한 복호화를 수행하기 위해, 가상 송신신호-수신신호 관계식들에 기초한 연산을 수행할 수 있다(S520). 주 사용자는 S520 단계에서의 연산 결과에 기초하여, 송신 신호를 복호화할 수 있다(S530).

복수의 보조 사용자들 각각은 자신이 수신한 수신 신호를 압축 및 양자화할 수 있다(S510). 구체적으로, 분산 통신 시스템을 구성하는 모든 사용자들(즉, 주 사용자 및 복수의 보조 사용자들)은 송신 노드로부터 송신된 무선 신호를 수신할 수 있다(S511). S511 단계에 따른 동작은 도 4를 참조하여 설명한 S411 단계에 따른 동작과 동일 또는 유사할 수 있다. 여기서, 사용자들이 각각 수신한 수신 신호 y^k는 수학식 4와 동일 또는 유사한 수식에 기초하여 계산될 수 있다. 이를테면, 수신 신호 y^k는 와 같이 계산될 수 있다.

복수의 보조 사용자들 각각은 자신이 수신한 수신 신호 y^k를 압축하여, 결합 신호 벡터 또는 압축된 결합 신호 벡터에 해당하는 를 추출할 수 있다(S513). S513 단계에 따른 동작들은 도 4를 참조하여 설명한 S413-2 내지 S413-K 단계에 따른 동작과 동일 또는 유사할 수 있다. 여기서, 압축된 결합 신호 벡터 는 수학식 5와 동일 또는 유사한 수식에 기초하여 계산될 수 있다. 이를테면, 압축된 결합 신호 벡터 및 압축된 잡음 신호 벡터 의 합이 와 같이 계산될 수 있다.

복수의 보조 사용자들 각각은 압축된 결합 신호 벡터 를 구성하는 진폭 정보 및 위상 정보를 양자화하여, 양자화된 결합 신호 벡터 를 획득할 수 있다(S515). S515 단계에 따른 동작들은 도 4를 참조하여 설명한 S415-2 내지 S415-K 단계에 따른 동작들과 동일 또는 유사할 수 있다.

양자화된 결합 신호 벡터 는, 압축된 결합 신호 벡터 과 차이가 있을 수 있다. 양자화된 결합 신호 벡터 는, 압축된 결합 신호 벡터 및 압축된 잡음 신호 벡터 의 합과 차이가 있을 수 있다. 이를테면, 양자화된 결합 신호 벡터 는 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.

수학식 17에서, 는 신호 양자화 오류에 해당할 수 있다.

복수의 보조 사용자들 각각은 S515 단계에서 획득한 양자화된 결합 신호 벡터 를 주 사용자에게 전달할 수 있다(S517). S517 단계에 따른 동작들은 도 4를 참조하여 설명한 S417-2 내지 S417-K 단계에 따른 동작들과 동일 또는 유사할 수 있다.

주 사용자는 보조 사용자들로부터 전달된 양자화된 수신 신호들에 대한 복호화를 수행하기 위해, 가상 송신신호-수신신호 관계식들에 기초한 연산을 수행할 수 있다(S520). 구체적으로, 주 사용자는 보조 사용자들 각각으로부터 전달된 양자화된 수신 신호 에 기초하여, 압축 수신 신호 를 정의 또는 계산할 수 있다(S521). S521 단계에 따른 동작들은 도 4를 참조하여 설명한 S421 단계에 따른 동작들과 동일 또는 유사할 수 있다. 주 사용자는 수학식 13, 14 및 17에 기초한 연산을 수행함으로써 압축 수신 신호 를 계산할 수 있다. 이를테면, 주 사용자는 보조 사용자들 각각에 대한 압축 수신 신호 를 수학식 18에서와 같이 계산할 수 있다.

수학식 18에서, 는 유효 양자화 오류(effective quantization error) 신호 벡터에 해당할 수 있고, 는 유효 잡음(effective noise) 신호 벡터에 해당할 수 있다.

주 사용자는 보조 사용자들 각각에 대한 압축 수신 신호 벡터 에 기초하여 송신 신호 s를 복원하기 위해, 분산 통신 시스템의 수신 노드들(즉, 주 사용자 및 보조 사용자들) 전체와 송신 노드 사이의 채널 행렬에 해당하는 가상 채널 행렬 를 정의 또는 계산할 수 있다(S523). S523 단계에 따른 동작들은 도 4를 참조하여 설명한 S423 단계에 따른 동작들과 동일 또는 유사할 수 있다.

한편, 주 사용자(402-1)는 S511 단계에서 자신이 직접 수신한 수신 신호 벡터 , 및 보조 사용자들 각각에 대해 계산된 압축 수신 신호 벡터들(, ..., )에 기초하여, 분산 통신 시스템의 수신 노드들 전체에 대한 가상 수신 신호 벡터 를 계산할 수 있다(S525). S525 단계에 따른 동작들은 도 4를 참조하여 설명한 S425 단계에 따른 동작들과 동일 또는 유사할 수 있다.

주 사용자는, 분산 통신 시스템의 수신 노드들 전체에 대한 가상 수신 신호 벡터 및 가상 채널 행렬 에 기초하여, 분산 통신 시스템의 수신 노드들 전체에 대한 송신 신호 및 수신 신호 간의 관계를 정의 또는 계산할 수 있다. 이를테면, 분산 통신 시스템의 수신 노드들 전체에 대한 송신 신호 및 수신 신호 간의 관계식은 수학식 19에서와 같이 계산될 수 있다.

여기서, 는 압축된 형태의 양자화 오류 및 잡음(quantization error plus noise, QEN) 신호 벡터에 해당할 수 있다. QEN 신호 벡터 는 수학식 20에서와 같이 표현될 수 있다.

주 사용자는 S520 단계를 통하여 계산된 분산 통신 시스템의 수신 노드들 전체에 대한 송신 신호 및 수신 신호 간의 관계식에 기초하여, 송신 신호 s에 대한 복호화를 수행할 수 있다(S530). 구체적으로는, 주 사용자는 QEN 신호 벡터 에 대한 공분산 행렬(covariance matrix) 를 계산할 수 있다(S531). 이를테면, QEN 신호 벡터 에 대한 공분산 행렬 는 수학식 21에서와 같이 계산될 수 있다.

수학식 21에서, 은 주 사용자의 잡음 벡터에 대한 공분산을 의미할 수 있다. 은 수학식 22와 같이 계산될 수 있다.

한편, 은 보조 사용자의 양자화 오류에 대한 공분산을 의미할 수 있다. 은 수학식 23과 같이 계산될 수 있다.

수학식 23에서, 는 위상 코드북의 크기가 -비트이고 진폭 코드북의 크기가 -비트일 때의 양자화 오류의 기대값을 의미할 수 있다. 는 t번째 특이값 의 크기의 제곱의 기대값을 의미할 수 있다.

주 사용자는 수학식 19에서와 같이 계산된 가상 수신 신호 벡터 , 및 수학식 21에서와 같이 계산된 공분산 행렬 에 기초하여 송신 신호 복호를 수행할 수 있다(S533). 구체적으로는, 주 사용자는 공분산 행렬 에 기초하여 신호 복호를 수행하는 신호 복호 장치를 설계 또는 구성할 수 있다. 신호 복호 장치는 가상 수신 신호 벡터 , 및 수학식 21에서와 같이 계산된 공분산 행렬 에 기초하여 송신 신호 s의 예측값인 를 계산할 수 있다. 신호 복호 장치는, 최소평균제곱오차(minimum mean square error, MMSE) 방식에 따른 신호 복호 장치에 해당할 수 있다. 주 사용자 또는 신호 복호 장치는 송신 신호 s의 예측값인 를 수학식 24에서와 같이 계산할 수 있다.

주 사용자는 S533 단계에서와 같이 송신 신호 s의 예측값인 를 계산함으로써, 송신 신호 s에 대한 복호를 수행할 수 있다.

도 6은 분산 통신 시스템에서의 양자화 자원 할당 알고리즘의 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.

도 6을 참조하면, 통신 시스템은 하나 이상의 송신 노드들 및 복수의 수신 노드들을 포함할 수 있다. 복수의 수신 노드들은 분산 통신 시스템을 구성할 수 있다. 분산 통신 시스템은 분산 수신 시스템에 해당할 수 있다. 복수의 수신 노드들은 주 사용자(main user, MU) 및 보조 사용자(assistant user, AU)로 구분될 수 있다. 도 6에는 하나의 송신 노드로부터 송신된 무선 신호를 수신하는 하나의 주 사용자 및 복수의 보조 사용자들을 포함하는 분산 통신 시스템에서의 분산 통신 동작을 위한 양자화 자원 할당(quantization resource allocation) 알고리즘의 일 실시예가 도시된 것으로 볼 수 있다. 양자화 자원 할당 알고리즘은 양자화 비트 할당 (quantization-bit allocation) 알고리즘과 같이 칭할 수도 있다. 분산 통신 시스템에서는 도 6에 도시된 것과 동일 또는 유사한 양자화 자원 할당 알고리즘에 기초하여, 분산 통신 동작을 위하여 사용되는 양자화 자원들에 대한 설정 또는 할당이 수행될 수 있다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 여기서, 송신 노드는 도 4를 참조하여 설명한 송신 노드(401)와 동일 또는 유사할 수 있다. 주 사용자는 도 4를 참조하여 설명한 주 사용자(402-1)와 동일 또는 유사할 수 있다. 복수의 보조 사용자들은 도 4를 참조하여 설명한 보조 사용자들(402-2, ..., 402-K)과 동일 또는 유사할 수 있다.

분산 통신 시스템의 일 실시예에서, 주 사용자 및 보조 사용자들은 송신 노드로부터 송신된 무선 신호를 수신할 수 있다. 보조 사용자들 각각은 자신이 수신한 수신 신호 y^k에서 결합 신호 x^k를 추출할 수 있다. 보조 사용자들 각각은 추출된 결합 신호 x^k를 양자화하여 양자화된 결합 신호 를 생성할 수 있다. 보조 사용자들 각각은 양자화된 결합 신호 를 주 사용자로 전송할 수 있다. 주 사용자는 보조 사용자들 각각으로부터 수신된 양자화된 결합 신호 및 자신이 수신한 수신 신호 y¹에 기초하여 송신 신호 s에 대한 복원을 수행할 수 있다.

결합 신호 벡터 x^k를 양자화함에 있어서, 결합 신호 벡터 x^k를 구성하는 복수 개의 복소수 요소(즉, 결합 신호 요소) 중 일부에 해당하는 T개의 결합 신호 요소들만이 추출되어 사용될 수 있다. 보조 사용자들 각각은 결합 신호 벡터 x^k에서 T개의 결합 신호 요소들을 추출하여 압축된 결합 신호 벡터 를 생성할 수 있다. 보조 사용자들 각각은, 압축된 결합 신호 벡터 를 구성하는 결합 신호 요소들 각각에 대한 양자화 연산을 수행할 수 있다. 보조 사용자들 각각은, 압축된 결합 신호 벡터 를 구성하는 결합 신호 요소 (t는 1 이상이고 T 이하인 자연수)의 진폭 및 위상에 대한 양자화 연산을 수행할 수 있다. 결합 신호 요소 의 진폭 는, 수학식 7과 동일 또는 유사한 연산을 통하여 양자화될 수 있다. 결합 신호 요소 의 진폭 는 -비트 크기의 진폭 코드북에 기초하여 양자화될 수 있다. 결합 신호 요소 의 위상 는, 수학식 9와 동일 또는 유사한 연산을 통하여 양자화될 수 있다. 결합 신호 요소 의 위상 는 -비트 크기의 위상 코드북에 기초하여 양자화될 수 있다. 보조 사용자들 각각은 압축된 결합 신호 벡터 에 대한 양자화 연산을 통하여, 양자화된 결합 신호 벡터 를 획득할 수 있다. 보조 사용자들 각각은 획득된 양자화된 결합 신호 벡터 를 주 사용자에게 전달할 수 있다. 이를 위하여, 보조 사용자들 각각과 주 사용자들 사이에는 적어도 B-비트 크기의 데이터 교환 링크가 형성될 수 있다. 여기서, B는 결합 신호 요소 각각의 진폭 및 위상을 양자화하는 데 사용되는 위상 코드북 및 진폭 코드북의 크기에 의해서 결정될 수 있다. 이를테면, 일 수 있다.

결합 신호 벡터 x^k를 압축하여 압축된 결합 신호 벡터 를 생성하기 위해 추출되는 결합 신호 요소들의 개수 T가 큰 값을 가질수록, 압축된 결합 신호 벡터 또는 양자화된 결합 신호 벡터 에 포함되는 채널 이득의 양이 증가할 수 있다. 다르게 표현하면, 압축된 결합 신호 벡터를 생성하는 과정에서 고려되는 특이 방향 행렬의 수가 증가할수록, 압축된 결합 신호 벡터 또는 양자화된 결합 신호 벡터 에 포함되는 채널 이득의 양이 증가할 수 있다. 압축된 결합 신호 벡터 에 대한 양자화 연산을 위하여 사용되는 위상 코드북의 크기 및 진폭 코드북의 크기 가 큰 값을 가질수록, 보조 사용자들의 양자화 성능 및 주 사용자의 복호 성능이 향상될 수 있다. 다르게 표현하면, 위상 코드북 및 진폭 코드북의 해상도가 높아질수록, 보조 사용자들의 양자화 성능 및 주 사용자의 복호 성능이 향상될 수 있다. 수신 신호 양자화, 양자화된 수신 신호 전달, 송신 신호 복호 등의 동작을 통틀어서 '양자화 기반(quantization-based) 수신 동작'과 같이 칭할 수 있다.

한편, 추출된 결합 신호 요소들의 개수 T, 위상 코드북의 크기 및 진폭 코드북의 크기 가 큰 값을 가질수록 분산 통신 시스템을 구성하는 주 사용자 및 보조 사용자들 간의 데이터 교환 링크의 오버헤드가 증가할 수 있다. 다르게 표현하면, 추출된 결합 신호 요소들의 개수 T, 위상 코드북의 크기 및 진폭 코드북의 크기 가 큰 값을 가질수록, 분산 통신 시스템의 양자화 기반 수신 동작을 위하여 요구되는 자원(이하, 양자화 자원)의 양이 증가할 수 있다. 전체 양자화 자원의 집합을, '양자화 자원 집합'과 같이 표현할 수 있다.

분산 통신 시스템에서 사용 가능한 양자화 자원의 총량은 한정되어 있을 수 있다. 분산 통신 시스템에서 사용 가능한 양자화 자원의 총량은 통신 상황 또는 네트워크 환경에 따라서 가변적으로 변할 수 있다. 분신 수신 시스템은 네트워크 적응적으로 양자화 기반 수신 동작을 수행하기 위해, 양자화 기반 수신 동작에서 적용되는 추출된 결합 신호 요소들의 개수 T, 위상 코드북의 크기 및 진폭 코드북의 크기 등의 값을 가변적으로 설정할 수 있다. 가변적으로 설정되는 추출된 결합 신호 요소들의 개수를, 가변 결합 신호 요소 개수 와 같이 표현할 수 있다. 가변적으로 설정되는 위상 코드북의 크기를, 가변 위상 코드북 크기 와 같이 표현할 수 있다. 가변적으로 설정되는 진폭 코드북의 크기를, 가변 진폭 코드북 크기 와 같이 표현할 수 있다. 가변적으로 설정되는 양자화 자원 집합을, 가변 양자화 자원 집합 와 같이 표현할 수 있다. 여기서, 가변 양자화 자원 집합 은 또는 와 같이 표현할 수 있다. 가변 양자화 자원 집합 을, '양자화 자원 할당 시나리오'와 같이 칭할 수도 있다. 소정의 양자화 자원 할당 시나리오 에서 사용되는 양자화 자원의 총량(또는 오버헤드 총량)은 와 같을 수 있다.

분산 통신 시스템에서, 양자화 자원 할당 시나리오 에 대한 조정을 위한 양자화 자원 할당 동작이 수행될 수 있다. 양자화 자원 할당 동작은, 분산 통신 시스템에 포함되는 제어 노드에서 수행될 수 있다. 여기서, 제어 노드는 분산 통신 시스템의 다른 통신 노드들과 유선 또는 무선으로 연결되어 분산 통신 시스템 전체의 분산 통신 동작을 제어하는 통신 노드일 수 있다. 제어 노드는 분산 통신 시스템의 주 사용자일 수 있다. 또는, 제어 노드는 주 사용자 및 보조 사용자들과 별도로 구비되어, 주 사용자 및 보조 사용자들에 대한 제어를 수행하는 통신 노드일 수도 있다.

양자화 자원 할당 동작은 소정의 양자화 자원 할당 알고리즘에 기초하여 수행될 수 있다. 이를테면, 분산 통신 시스템에서의 양자화 자원 할당 동작은 도 6에 도시된 것과 같은 양자화 자원 할당 알고리즘에 기초하여 수행될 수 있다. 양자화 자원 할당 동작을 통하여, 양자화 자원 할당 시나리오가 최적화될 수 있다. 다르게 표현하면, 양자화 자원 할당 동작을 통하여, 최적의 양자화 자원 할당 시나리오가 도출될 수 있다. 양자화 자원 할당 동작을 통하여 도출된 임의의 에 대한 최적의 양자화 자원 시나리오를, 최적 양자화 자원 시나리오 와 같이 표현할 수 있다. 임의의 에 대한 최적 양자화 자원 시나리오 중에서 통신 품질을 가장 우수하게 하는 시나리오를, 최종 양자화 자원 시나리오 라 할 수 있다.

양자화 자원 할당 알고리즘의 일 실시예에서, 제어 노드는 임의의 에 대한 양자화 자원 할당 시나리오 을 초기화할 수 있다(S610). 제어 노드는 초기화된 양자화 자원 할당 시나리오 를 반복적으로 업데이트하는 동작을 수행할 수 있다(S620). 제어 노드는 반복적인 업데이트 동작을 통해 양자화 자원 할당 시나리오 가 소정의 기준을 만족하게 되었을 경우, 해당 시점의 양자화 자원 할당 시나리오 를 임의의 에 대한 최적 양자화 자원 할당 시나리오 로서 결정할 수 있다(S630).

구체적으로는, 제어 노드는 임의의 에 대한 양자화 자원 할당 시나리오 을 초기화할 수 있다(S610). 제어 노드는 임의의 에 대한 양자화 자원 할당 시나리오 를 구성하는 모든 원소들의 값을 1로 설정하는 초기화 동작을 수행할 수 있다(S611). 이를 식으로 표현하면, 수학식 25와 같을 수 있다.

S611 단계에 따른 초기화 동작은 와 같이 표현될 수도 있다.

제어 노드는 초기화된 양자화 자원 할당 시나리오 를 반복적으로 업데이트하는 동작을 수행할 수 있다(S620). 제어 노드는 S620 단계에 따른 반복 업데이트 동작을, 양자화 자원 할당 시나리오 에서 사용되는 양자화 자원의 총량(또는 오버헤드 총량)에 해당하는 값이 기 설정된 B 값 미만인 동안 수행할 수 있다(S621). 이를 식으로 표현하면, 수학식 26과 같을 수 있다.

여기서, 기 설정된 B 값은 통신 네트워크 또는 분산 통신 시스템에서 사용 가능한 양자화 자원의 총량에 해당할 수 있다.

제어 노드는, 양자화 자원 할당 시나리오 에 대한 목적 함수(objective function)의 경사 함수(gradient function)를 계산할 수 있다(S623). 여기서, 양자화 자원 할당 시나리오 에 대한 목적 함수는 수학식 27과 같이 계산될 수 있다.

수학식 27에서, 는 위상 코드북의 크기가 -비트이고 진폭 코드북의 크기가 -비트일 때의 양자화 오류의 기대값을 의미할 수 있다. 는 t번째 특이값 의 크기의 제곱의 기대값을 의미할 수 있다. 양자화 자원 할당 시나리오 에 대한 목적 함수의 경사 함수는 수학식 28과 같이 계산될 수 있다.

제어 노드는, 수학식 28에 포함되는 개의 편미분 또는 편도함수(partial derivative) 성분들 중에서 최소값을 가지는 성분을 확인할 수 있다. 다르게 표현하면, 제어 노드는 수학식 28에 포함되는 개의 편미분 또는 편도함수 성분들 중에서 최소값을 가지는 성분에 대응되는 결합 신호 요소 및 코드북 종류 를 선택할 수 있다(S625). 이를 식으로 표현하면, 수학식 29와 같을 수 있다.

제어 노드는, 선택된 결합 신호 요소 및 코드북 종류 에 대응되는 양자화 자원 의 값을 1만큼 증가시킬 수 있다(S627). 다르게 표현하면, 임의의 에 대한 양자화 자원 할당 시나리오 를 구성하는 원소들 중에서, S625 단계를 통해 선택된 어느 하나의 원소 또는 양자화 자원의 값이 1만큼 증가될 수 있다. 이를 식으로 표현하면, 수학식 30과 같을 수 있다.

제어 노드는 S621 단계 내지 S627 단계에 따른 동작을 통하여 양자화 자원 할당 시나리오 에 대한 업데이트를 수행할 수 있다. 제어 노드는 업데이트된 양자화 자원 할당 시나리오 에서 사용되는 양자화 자원의 총량 값과 기 설정된 B 값의 비교 결과에 기초하여, S620 단계에 따른 반복적 업데이트 동작의 종료 여부를 결정할 수 있다. 이를테면, 제어 노드는 업데이트된 양자화 자원 할당 시나리오 에서 사용되는 양자화 자원의 총량 값이 기 설정된 B 값 미만일 경우(), 제어 노드는 S621 단계 내지 S627 단계에 따른 동작을 다시 수행할 수 있다. 한편, 업데이트된 양자화 자원 할당 시나리오 에서 사용되는 양자화 자원의 총량 값이 기 설정된 B 값 이상이 되었을 경우(), 제어 노드는 S620 단계에 따른 반복적 업데이트 동작을 종료할 수 있다(S629).

제어 노드는 S620 단계에 따른 반복적 업데이트 동작의 결과에 기초하여, 최적 양자화 자원 할당 시나리오 를 업데이트할 수 있다(S630). 제어 노드는 S620 단계에 따른 반복적 업데이트 동작을 통하여 업데이트된 양자화 자원 할당 시나리오 에서 사용되는 양자화 자원의 총량 값이 기 설정된 B 값 이상이 되었을 경우, 해당 시점의 업데이트된 양자화 자원 할당 시나리오 를 최적 양자화 자원 할당 시나리오 로 업데이트할 수 있다(S631). 이를 식으로 표현하면, 수학식 31과 같을 수 있다.

도 6에 도시된 양자화 자원 할당 알고리즘의 동작들을 통하여, 제어 노드는 임의의 에 대한 최적 양자화 자원 시나리오 를 결정할 수 있다. 제어 노드는 복수의 가능한 값들 각각에 대하여 최적 양자화 자원 시나리오 를 결정할 수 있다. 제어 노드는 복수의 최적 양자화 자원 시나리오 각각에 대하여 통신 품질을 평가할 수 있다. 이를테면, 제어 노드는 복수의 최적 양자화 자원 시나리오 각각에 대한 분산 통신 품질 지표(quality indicator QI) 를 계산할 수 있다. 통신 시스템의 일 실시예에서, 분산 통신 품질 지표 는 수학식 32와 같이 정의될 수 있다.

제어 노드는 분산 통신 품질 지표 를 가장 우수하게 하는 하나의 최적 양자화 자원 시나리오 를 최종 양자화 자원 시나리오 로 결정할 수 있다. 다르게 표현하면, 제어 노드는 복수의 가능한 값들 중에서 분산 통신 품질 지표(quality indicator QI) 의 값이 최대가 되게 하는 를 선택할 수 있다. 이를 식으로 표현하면, 수학식 33과 같을 수 있다.

제어 노드는 수학식 33에서와 같이 결정된 T 값에 기초하여 최종 양자화 자원 시나리오 를 결정할 수 있다. 제어 노드는 수학식 33에서와 같이 결정된 T 값, 및 최종 양자화 자원 시나리오 의 정보를 분산 통신 시스템을 구성하는 다른 통신 노드들에 전달할 수 있다. 이를테면, 분산 통신 시스템의 주 사용자에 해당하는 제어 노드는 T값 및 최종 양자화 자원 시나리오 의 정보를 분산 통신 시스템의 보조 사용자들에 전달할 수 있다. 분산 통신 시스템의 보조 사용자들은 주 사용자로부터 전달된 T값 및 최종 양자화 자원 시나리오 의 정보를 수신할 수 있다. 분산 통신 시스템의 보조 사용자들은 주 사용자로부터 전달된 T값 및 최종 양자화 자원 시나리오 의 정보에 기초하여, 수신 신호로부터 양자화된 결합 신호 벡터를 획득할 수 있다. 주 사용자는 T값의 정보, 최종 양자화 자원 시나리오 의 정보, 보조 사용자들로부터 전달된 양자화된 결합 신호 벡터의 정보 등에 기초하여 송신 신호를 복원할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 분산 통신 시스템은 적어도 하나의 주 사용자 및 복수의 보조 사용자들을 포함하도록 구성될 수 있다. 분산 통신 시스템의 주 사용자 및 보조 사용자들은 송신 노드로부터 전송된 무선 신호를 수신할 수 있다. 분산 통신 시스템의 보조 사용자들 각각에서 수신된 수신 신호의 정보는 압축 및 양자화된 정보의 형태로 주 사용자에 전달될 수 있다. 주 사용자는 자신이 수신한 수신 신호의 정보 및 보조 사용자들 각각으로부터 전달된 압축 및 양자화된 정보에 기초하여 송신 노드에서 전송된 송신 신호를 복원할 수 있다. 분산 통신 시스템의 제어 노드는 양자화 방식에 기초한 분산 통신 시스템의 분산 통신 동작을 위한 양자화 자원 할당 동작을 수행할 수 있다. 이를 통하여, 분산 통신 시스템의 분산 통신 성능이 향상될 수 있다.

다만, 본 발명의 실시예들에 따른 무선 통신 시스템에서의 분산 통신 방법 및 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 본 출원의 명세서 상에 기재된 구성들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양 하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

1. 분산 통신 시스템에 포함되는 제1 수신 노드의 동작 방법으로서,
   송신 노드로부터 신호를 수신하는 단계;
   상기 수신된 신호의 벡터에 해당하는 수신 신호 벡터에서 결합 신호 벡터를 추출하는 단계;
   상기 결합 신호 벡터를 구성하는 복수 개의 결합 신호 요소들 중에서, 기 설정된 T개의 결합 신호 요소들을 추출하여, 압축된 결합 신호 벡터를 획득하는 단계;
   상기 압축된 결합 신호 벡터를 양자화하여, 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하는 단계; 및
   상기 양자화된 결합 신호 벡터를 상기 분산 통신 시스템에 포함되는 제2 수신 노드로 전송하는 단계를 포함하며,
   상기 결합 신호 요소 개수 T는 자연수인, 제1 수신 노드의 동작 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하는 단계는,
   상기 압축된 결합 신호 벡터를 구성하는 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산을 수행하여, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대한 양자화된 진폭 정보를 획득하는 단계;
   상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산을 수행하여, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대한 양자화된 위상 정보를 획득하는 단계; 및
   상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대하여 획득된 상기 양자화된 진폭 정보 및 상기 양자화된 위상 정보에 기초하여, 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하는 단계를 포함하는, 제1 수신 노드의 동작 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 양자화된 진폭 정보를 획득하는 단계는,
   상기 T개의 결합 신호 요소들 중 t번째 결합 신호 요소의 진폭을 확인하는 단계;
   기 설정된 -비트 크기의 진폭 코드북을 구성하는 원소들 중에서, 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 진폭과의 차이가 가장 작은 원소를 확인하는 단계; 및
   상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 진폭과의 차이가 가장 작은 것으로 확인된 상기 원소를, 상기 t번째 결합 신호 요소에 대한 상기 양자화된 진폭 정보로 결정하는 단계를 포함하며,
   상기 t는 1 이상이고 T 이하인 자연수인, 제1 수신 노드의 동작 방법.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 양자화된 위상 정보를 획득하는 단계는,
   상기 T개의 결합 신호 요소들 중 t번째 결합 신호 요소의 위상을 확인하는 단계;
   기 설정된 -비트 크기의 위상 코드북을 구성하는 원소들 중에서, 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 위상과의 차이가 가장 작은 원소를 확인하는 단계; 및
   상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 위상과의 차이가 가장 작은 것으로 확인된 상기 원소를, 상기 t번째 결합 신호 요소에 대한 상기 양자화된 위상 정보로 결정하는 단계를 포함하며,
   상기 t는 1 이상이고 T 이하인 자연수이며, 상기 위상 코드북은 0 이상이고 2π 미만인 구간을 균등하게 분할하는 개의 원소들로 구성되는, 제1 수신 노드의 동작 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 전송하는 단계는,
   상기 제1 수신 노드 및 상기 제2 수신 노드 사이에 형성된 데이터 송수신 링크를 통하여, 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 상기 제2 수신 노드로 전송하는 단계를 포함하며,
   상기 데이터 송수신 링크의 용량은 상기 추출된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 진폭 코드북들 각각의 크기, 및 상기 추출된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 위상 코드북들 각각의 크기의 합에 기초하여 결정되는, 제1 수신 노드의 동작 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 수신 노드의 동작 방법은,
   상기 신호를 수신하는 단계 이전에, 상기 제2 수신 노드에서 양자화 자원 할당 동작에 기초하여 결정된 상기 결합 신호 요소 개수 T, 상기 추출된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 진폭 코드북들 각각의 크기, 및 상기 추출된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 위상 코드북들 각각의 크기의 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는, 제1 수신 노드의 동작 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 수신 노드는 상기 분산 통신 시스템에 포함되는 복수의 보조 사용자(assistant user, AU)들 중 하나에 해당하고, 상기 제2 수신 노드는 상기 복수의 보조 사용자들로부터 전달된 정보에 기초하여, 상기 송신 노드에서의 송신 신호를 복호하는 주 사용자(main user, MU)에 해당하는, 제1 수신 노드의 동작 방법.
8. 분산 통신 시스템에 포함되는 제1 수신 노드의 동작 방법으로서,
   송신 노드로부터 신호를 수신하는 단계;
   상기 분산 통신 시스템에 포함되는 제2 내지 제K 수신 노드들 각각으로부터, 상기 제2 내지 제K 수신 노드들이 수신한 신호의 벡터에 해당하는 수신 신호 벡터에 기초하여 획득된 양자화된 결합 신호 벡터를 수신하는 단계;
   상기 제2 내지 제K 수신 노드들 각각으로부터 수신된 상기 양자화된 결합 신호 벡터에 기초하여, 상기 제2 내지 제K 수신 노드들 각각에 대한 압축 수신 신호 벡터를 계산하는 단계;
   상기 제1 내지 제K 수신 노드들 전체와 상기 송신 노드 사이의 채널 행렬에 해당하는 가상 채널 행렬을 계산하는 단계;
   상기 제1 수신 노드가 수신한 상기 신호의 벡터 및 상기 제2 내지 제K 수신 노드들 각각에 대한 상기 압축 수신 신호 벡터에 기초하여, 상기 제1 내지 제K 수신 노드들 전체의 수신 신호 벡터에 해당하는 가상 수신 신호 벡터를 계산하는 단계;
   상기 가상 수신 신호 벡터 및 상기 가상 채널 행렬에 기초하여, 상기 가상 수신 신호 벡터 및 상기 송신 노드에서 생성된 송신 신호의 벡터 간의 관계식을 계산하는 단계; 및
   상기 계산된 관계식에 기초하여, 상기 송신 신호에 대한 복호 동작을 수행하는 단계를 포함하며,
   상기 K는 2보다 큰 자연수인, 제1 수신 노드의 동작 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 복호 동작을 수행하는 단계는,
   상기 관계식에 포함되는 양자화 오류 및 잡음(quantization error plus noise, QEN) 벡터 항에 대한 공분산 행렬을 계산하는 단계; 및
   상기 가상 수신 신호 벡터, 상기 가상 채널 행렬 및 상기 계산된 공분산 행렬에 기초하여, 상기 송신 신호에 대한 예측값을 계산하는 단계를 포함하는, 제1 수신 노드의 동작 방법.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 수신 노드의 동작 방법은, 상기 신호를 수신하는 단계 이전에, 상기 제2 내지 제K 수신 노드들 각각에서 상기 수신 신호 벡터에 기초하여 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하기 위한 양자화 연산에 사용되는 양자화 자원을 할당하는 단계를 더 포함하며,
    상기 양자화 자원을 할당하는 단계는,
    상기 제2 내지 제K 수신 노드들 각각에서 상기 수신 신호 벡터에 대응되는 결합 신호 벡터로부터 압축된 결합 신호 벡터를 획득하기 위해 추출하는 결합 신호 요소들의 개수 T 에 대응되는 임의의 값 각각에 대하여, 상기 양자화 연산에 사용될 진폭 코드북들 및 위상 코드북들의 크기를 원소로 하는 양자화 자원 할당 시나리오를 초기화하는 단계;
    상기 초기화된 양자화 자원 할당 시나리오에 대한 반복적인 업데이트를 수행하는 단계;
    상기 반복적인 업데이트의 결과에 기초하여, 최종 양자화 자원 할당 시나리오를 획득하는 단계; 및
    상기 최종 양자화 자원 할당 시나리오에 대응되는 양자화 자원 정보를 상기 제2 내지 제K 수신 노드들에 전달하는 단계를 포함하며,
    상기 양자화 자원 정보는, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산에 사용될 T개의 진폭 코드북들 각각의 크기, 및 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산에 사용될 T개의 위상 코드북들 각각의 크기의 정보를 포함하는, 제1 수신 노드의 동작 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 최종 양자화 자원 할당 시나리오를 획득하는 단계는,
    상기 반복적인 업데이트의 결과로서 획득된, 상기 임의의 값 각각에 대한 최적 양자화 자원 할당 시나리오를 확인하는 단계;
    상기 임의의 값 각각에 대한 상기 최적 양자화 자원 할당 시나리오에 대하여 분산 통신 품질 지표를 계산하는 단계;
    상기 임의의 값 중에서 상기 분산 통신 품질 지표를 가장 우수하게 하는 하나의 값을 선택하는 단계;
    상기 선택된 값을 상기 결합 신호 요소 개수 T로 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 상기 결합 신호 요소 개수 T에 대응되는 상기 최적 양자화 자원 할당 시나리오를, 상기 최종 양자화 자원 할당 시나리오로 결정하는 단계를 포함하는, 제1 수신 노드의 동작 방법.
12. 분산 통신 시스템에 포함되는 제1 수신 노드로서,
    프로세서(processor);
    상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory); 및
    상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며,
    상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 제1 수신 노드가,
    송신 노드로부터 신호를 수신하고;
    상기 수신된 신호의 벡터에 해당하는 수신 신호 벡터에서 결합 신호 벡터를 추출하고;
    상기 결합 신호 벡터를 구성하는 복수 개의 결합 신호 요소들 중에서, 기 설정된 결합 신호 요소 개수에 해당하는 T개의 결합 신호 요소들을 추출하여, 압축된 결합 신호 벡터를 획득하고;
    상기 압축된 결합 신호 벡터를 양자화하여, 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하고; 그리고
    상기 양자화된 결합 신호 벡터를 상기 분산 통신 시스템에 포함되는 제2 수신 노드로 전송하는 것을 야기하도록 동작하며,
    상기 결합 신호 요소 개수 T는 자연수인, 제1 수신 노드.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 명령들은 상기 제1 수신 노드가,
    상기 압축된 결합 신호 벡터를 구성하는 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산을 수행하여, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대한 양자화된 진폭 정보를 획득하고;
    상기 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산을 수행하여, 상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대한 양자화된 위상 정보를 획득하고; 그리고
    상기 T개의 결합 신호 요소들 각각에 대하여 획득된 상기 양자화된 진폭 정보 및 상기 양자화된 위상 정보에 기초하여, 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 획득하는 것을 더 야기하도록 동작하는, 제1 수신 노드.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 명령들은 상기 제1 수신 노드가,
    상기 T개의 결합 신호 요소들 중 t번째 결합 신호 요소의 진폭 및 위상을 확인하고;
    기 설정된 -비트 크기의 진폭 코드북을 구성하는 원소들 중에서, 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 진폭과의 차이가 가장 작은 원소를 확인하고;
    상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 진폭과의 차이가 가장 작은 것으로 확인된 상기 원소를, 상기 t번째 결합 신호 요소에 대한 상기 양자화된 진폭 정보로 결정하고;
    기 설정된 -비트 크기의 위상 코드북을 구성하는 원소들 중에서, 상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 위상과의 차이가 가장 작은 원소를 확인하고; 그리고
    상기 t번째 결합 신호 요소의 상기 위상과의 차이가 가장 작은 것으로 확인된 상기 원소를, 상기 t번째 결합 신호 요소에 대한 상기 양자화된 위상 정보로 결정하는 것을 더 야기하도록 동작하며,
    상기 t는 1 이상이고 T 이하인 자연수이며, 상기 위상 코드북은 0 이상이고 2π 미만인 구간을 균등하게 분할하는 개의 원소들로 구성되는, 제1 수신 노드.
15. 청구항 12에 있어서,
    상기 명령들은 상기 제1 수신 노드가,
    상기 제1 수신 노드 및 상기 제2 수신 노드 사이에 형성된 데이터 송수신 링크를 통하여, 상기 양자화된 결합 신호 벡터를 상기 제2 수신 노드로 전송하는 것을 더 야기하도록 동작하며,
    상기 데이터 송수신 링크의 용량은 상기 선택된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 진폭 코드북들 각각의 크기, 및 상기 선택된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 위상 코드북들 각각의 크기의 합에 기초하여 결정되는, 제1 수신 노드.
16. 청구항 12에 있어서,
    상기 명령들은 상기 제1 수신 노드가,
    상기 송신 노드로부터 상기 신호를 수신하기 이전에, 상기 제2 수신 노드에서 양자화 자원 할당 동작에 기초하여 결정된 상기 결합 신호 요소 개수 T, 상기 추출된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 진폭에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 진폭 코드북들 각각의 크기, 및 상기 추출된 T개의 결합 신호 요소들 각각의 위상에 대한 양자화 연산에 사용되는 T개의 위상 코드북들 각각의 크기의 정보를 획득하는 것을 더 야기하도록 동작하는, 제1 수신 노드.

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