KR20220043861A - 통신 시스템에서의 다중 접속 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방법 및 장치가 개시된다. 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법으로, 복수의 빔들에 전력을 동일하게 할당하는 단계, 상기 복수의 빔들 각각에 매핑되는 단말 그룹에 속하는 단말들로부터 하나 이상의 피드백 정보들을 수신하는 단계, 상기 하나 이상의 피드백 정보들을 바탕으로 상기 단말들 중 목표 SINR을 만족하는 하나 이상의 단말들을 선택하는 단계, 상기 선택한 하나 이상의 단말들의 복호화 순서를 결정하는 단계 및 상기 복호화 순서를 고려하여 상기 하나 이상의 단말들과 통신을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 하나 이상의 피드백 정보들은 각 단말이 원하는 빔의 인덱스, 단말의 채널 이득 및 유효 채널을 포함한다.

Description

통신 시스템에서의 다중 접속 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MULTIPLE ACCESS IN COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 다중 접속 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 빔으로 여러 단말을 서비스하는 랜덤빔 기반의 비직교 다중 접속 기술에 관한 것이다.

무선 통신 시스템의 급격한 발전에 따라 무선 기기들의 수가 급격히 증가하였고, 앞으로 더 많은 수의 무선 기기가 무선 통신망에 접속될 것으로 예상된다. 기존의 무선 접속은 주로 간섭 제어를 위해 직교하는 무선 자원을 사용하는 직교 다중 접속 기술(orthogonal multiple access, OMA)을 고려하였지만, 증가하는 무선 기기들을 서비스하기에 한계에 다다랐고, 따라서 비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access, NOMA) 기술이 점점 더 많은 주목을 받고 있다.

다중 안테나 다중 사용자 환경에서 송신기가 빔포밍을 통해 여러 단말을 동시에 서비스할 수 있는데, 이때 송신기는 단말들의 채널을 피드백 받아 송신 빔을 구성할 수 있고, 하나의 빔으로 여러 단말을 서비스하는 비직교 다중 접속을 수행할 수 있다. 그러나 단말들로부터 피드백 받는 채널 정보의 양이 크고, 단말 선택, 빔포밍 및 전력 할당에 드는 복잡도가 커서 구현하기가 어려운 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 랜덤 빔 기반 비직교 다중 접속 기술 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 비직교 다중 접속 방법은, 복수의 빔들에 전력을 동일하게 할당하는 단계, 상기 복수의 빔들 각각에 매핑되는 단말 그룹에 속하는 단말들로부터 하나 이상의 피드백 정보들을 수신하는 단계, 상기 하나 이상의 피드백 정보들을 바탕으로 상기 단말들 중 목표 SINR을 만족하는 하나 이상의 단말들을 선택하는 단계, 상기 선택한 하나 이상의 단말들의 복호화 순서를 결정하는 단계 및 상기 복호화 순서를 고려하여 상기 하나 이상의 단말들과 통신을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 하나 이상의 피드백 정보들은 각 단말이 원하는 빔의 인덱스, 단말의 채널 이득 및 유효 채널을 포함한다.

본 발명에 의하면, 빔포밍을 위해 채널 정보가 필요하지 않으며, 빔포밍 벡터를 구할 필요가 없으므로 연산량과 계산 시간을 크게 줄일 수 있다. 또한, 비직교 다중 접속을 위한 단말 선택 및 전력 할당의 복잡도를 크게 낮출 수 있다. 따라서, 저지연을 위한 비직교 다중 접속 방법을 통해 통신 품질이 향상될 수 있다.

도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 통신 시스템에서 다중 안테나 다중 사용자 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4a는 통신 시스템에서 직교 다중 접속 방법의 자원 할당 방법을 도시한 개념도이다.
도 4b는 통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방법의 자원 할당 방법을 도시한 개념도이다.
도 5는 통신 시스템에서 저지연 비직교 다중 접속 방법의 제1 실시예를 도시한 순서도이다.
도 6은 통신 시스템에서 랜덤빔 기반 직교 다중 접속과 랜덤빔 기반 저지연 비직교 다중 접속 방법의 성능을 비교한 그래프이다.

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.

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.

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.

도 1은 통신 시스템의 제1 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 제1 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.

다음으로, 다중 안테나 다중 사용자 송수신 시스템에서, 직교 다중 접속 방법 및 비직교 다중 접속 방법이 설명될 것이다.

[랜덤 빔 기반 직교 다중 접속 방법]

도 3은 통신 시스템에서 다중 안테나 다중 사용자 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.

도 3을 참조하면, 다중 안테나 다중 사용자 방법에서 랜덤 빔에 기반한 직교 다중 접속 방법에서 기지국은 간섭 제어를 위해 직교(orthogonal)하는 무선 자원을 사용할 수 있다. 단계 1에서 기지국이 랜덤 빔을 사용하여 신호를 브로드캐스팅(broadcasting) 할 수 있다. 다음으로 단계 2에서 각 단말은 자신이 원하는 빔, 자신이 얻을 수 있는 SNR(signal to noise ratio), INR(interference to noise ratio), SINR(signal to interference plus noise ratio) 등 필요 정보를 기지국에 전송할 수 있다. 단계 3에서 기지국은 단말로부터 수신한 정보들을 바탕으로 빔 별로 하나의 단말을 선택할 수 있다. 단계 4에서 기지국은 각 빔으로 선택된 단말과 통신을 수행할 수 있다.

더욱 상세하게, M개의 안테나를 가지고 있는 하나의 기지국 및 하나의 안테나를 가지고 있는 K개의 단말이 있을 수 있다. 만약 기지국이 k번째 단말을 선택하여 통신 동작을 수행할 때, k번째 단말의 수신 신호는 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 1에서,

는

이고, k번째 기지국에서 k번째 단말까지의 채널을 의미할 수 있고,

는

이고, 기지국에서 보내는 송신 신호를 의미할 수 있으며,

는 가우시안 노이즈를 의미할 수 있다. 기지국은 다중 안테나를 가지고 있기 때문에, 여러 단말들과 동시에 통신을 수행할 수 있다.

랜덤 빔포밍 방법에서, 기지국은 직교하는 M개의 랜덤 빔을 사용할 수 있다. 랜덤 빔을 사용할 때 기지국은 채널을 정확히 알 필요가 없으므로, 빔포밍 벡터를 구하는 연산량을 줄일 수 있다. 기지국에서 사용하는 M개의 랜덤 빔을

라고 할 때, 임의의 m에 대해

이 성립할 수 있으며, 또한 서로 다른 i, j에 대해

가 성립할 수 있다.

[랜덤 빔 기반 직교 다중 접속으로 얻을 수 있는 단말의 정보량]

랜덤 빔포밍 방법에서, 각 단말은 자신의 채널에 맞는 가장 좋은 빔포밍 벡터를 찾을 수 있다. 특정 단말이 선택한 빔을 나타내는 빔 인디케이터 함수를

로 정의할 수 있으며, k번째 단말이 선택한 빔의 인덱스는 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 2에서, 빔포밍 벡터가 적용된 k번째 단말의 유효 채널은 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

또한, 나머지 K-1개의 다른 빔으로부터 오는 간섭은 아래 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

하나의 빔이 한 개의 단말을 서비스하는 직교 다중 접속의 경우, m번째 빔에서 선택된 단말의 인덱스를

라고 하면, 단말

에서 받은 신호는 아래 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

번째 단말을 위한 송신전력을

라고 하면

가 성립할 수 있고, 기지국이 가진 총 전력을 P 라고 하면 아래 수학식 6이 성립할 수 있다.

따라서,

번째 단말의 SINR은 아래 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

또한, 단말들이 얻어야 하는 목표 SINR을

라고 할 때, SINR이

가 넘는 단말들만

의 전송률을 얻을 수 있다. 따라서 직교 다중 접속을 통하여 얻을 수 있는 전송률은 아래 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.

따라서

를 최대화하기 위해서, 기지국은 최적의 단말 선택과 최적의 전력 할당량을 찾을 수 있다. 이를 위해 각 단말은 아래 수학식 9와 같이 M개의 값을 기지국으로 피드백할 수 있다.

[랜덤 빔 기반 비직교 다중 접속 방법]

도 4a 및 도 4b는 통신 시스템에서 직교 다중 접속 방법 및 비직교 다중 접속 방법의 자원 할당 방법을 도시한 개념도이다.

도 4a를 참조하면, 상술한 직교 다중 접속 방법은 기지국이 각 단말에 대해 직교성을 유지하며 주파수 자원을 할당하는 것을 알 수 있다. 도 4b를 참조하면, 직교 다중 접속 방법과 달리, 비직교 다중 접속 방법에서는 기지국이 복수의 단말을 위해 같은 주파수 자원을 동시에 중첩 할당할 수 있다.

더욱 상세하게, 비직교 다중 접속 방법은 크게 두 가지 타입으로 구분될 수 있는데, 코드 영역 비직교 다중 접속 방법과 전력 영역 비직교 다중 접속 방법일 수 있다. 도 4b를 다시 참조하면, 전력 영역 비직교 다중 접속 방법에서 기지국은 서로 다른 크기의 전력을 이용하여 하나의 무선 자원 상에서 단말들을 다중화할 수 있다.

즉, 기지국은 채널 품질의 차가 큰 복수개의 단말(예를 들어, 셀 중심 지역에 위치한 단말과 셀 경계 지역의 단말)에 대하여 신호를 중첩 코딩(superposition coding)으로 합쳐서 전송할 수 있다. 또한, 기지국은 셀 중심 지역의 단말에는 작은 전력을, 셀 경계 지역의 단말에는 높은 전력을 할당할 수 있다.

그리고 각 단말은 채널의 크기 순서에 따라 순차적 간섭제거(successive interference cancellation, SIC)를 수행할 수 있다. 셀 중심 단말은 신호의 세기가 큰 셀 경계의 단말의 간섭 신호를 먼저 복호화하여 제거한 후, 자신의 신호를 복호화할 수 있다. 그리고 셀 경계 단말은 셀 중심 단말의 간섭 신호가 상대적으로 약하게 도달하므로 이를 간섭으로 간주하고, 자신의 신호를 복호화할 수 있다. 따라서, 비직교 다중 접속 방법은 주파수 효율을 늘릴 수 있고, 단말들이 고른 전송 속도를 얻을 수 있다.

[랜덤 빔 기반 비직교 다중 접속으로 얻을 수 있는 단말의 정보량]

비직교 다중 접속 방법에서 하나의 랜덤 빔은 직교 다중 접속 기술과 달리 복수의 단말과 동시에 통신을 수행할 수 있다. m번째 랜덤빔

으로부터 서비스 받는 단말 그룹을

이라 할 때,

이고,

는 1부터 K까지 자연수의 집합인 경우, 송신 신호 x는 아래 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.

단말 그룹

에 속한 단말 s가 m번째 빔

으로 기지국과 통신을 수행하는 경우(즉,

), 기지국이 단말 s에서 받는 신호는 아래 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 11에서

는 단말 s가 원하는 신호를 의미할 수 있고,

는 동일 빔으로 서비스 받는 다른 단말로부터 오는 간섭을 의미할 수 있으며,

는 다른 빔으로부터 오는 간섭을 의미할 수 있다.

단말은 순차적 간섭제거 방식에 따라 간섭 신호를 제거할 수 있으며, 이 때 순차적 간섭제거의 성능은 디코딩 순서와 밀접한 관련이 있을 수 있다. 단말 그룹

에 속한 단말 수를

라고 할 때, 단말 그룹

를 위한 디코딩 순서를

이라 할 수 있다. 또한, 단말 그룹

에 속한 단말들의 디코딩 순서는 아래 수학식 12를 만족할 수 있다.

m번째 빔에서 l 번째 디코딩을 수행하는 단말

는 자신보다 앞의 순서에 있는 단말들, 즉

번째 단말들의 신호를 먼저 디코딩 한 후, 기지국으로부터 수신한 자신의 신호에서 제거할 수 있다. 단말

의 수신 신호는 아래 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.

또한, 단말

가 얻을 수 있는 SINR은 아래 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.

는 단말

의 신호에 할당된 전력일 수 있고,

는 순차적 간섭제거 후 같은 빔 내의 간섭 전력일 수 있으며, 아래 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.

또한,

는 다른 빔으로부터 오는 간섭 전력일 수 있으며, 아래 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.

일 때(즉, 제일 마지막으로 디코딩을 하는 단말의 경우), 수학식 14의 SINR은 아래 수학식 17과 같이 정리할 수 있다.

기지국이 단말그룹

에 속한 단말들에게 아래 수학식 18과 같은 전력을 할당할 수 있고, 기지국이 얻을 수 있는 전송속도는 아래 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 랜덤빔 기반 비직교 다중 접속 방법을 이용하여 얻을 수 있는 전송속도

를 최대화하기 위해서, 기지국은 빔 별로 매핑되는 단말 그룹

와 매핑된 단말 그룹에 대한 전력 할당을 최적화할 수 있다. 이는 각 단말 그룹의 매핑과 전력 할당에 대해 수학식 17에 주어진 SINR을 계산하여 얻을 수 있는 전송속도

들을 비교함으로써 찾을 수 있다.

따라서, 각 단말들은 수학식 9에 주어진 것과 같이 각 빔에 해당하는 채널 크기를 피드백할 수 있으며, 각 단말이 M개의 스칼라 값을 피드백해야 하는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 단말이 기지국으로 보내는 피드백 정보의 양을 줄임으로써 저지연 효과를 거둘 수 있다. 다만, 기지국이 각 단말로부터 M개의 피드백 값을 받더라도, 수학식 17의 SINR을 최대화하는 것은 높은 복잡도가 문제될 수 있다.

[낮은 복잡도를 위한 랜덤 빔 기반 비직교 다중 접속 방법]

도 5는 통신 시스템에서 저지연 비직교 다중 접속 방법의 제1 실시예를 도시한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 상술한 높은 복잡도 문제를 해결하기 위하여, 기지국은 총 M개의 단말 각각에 전력 P를 동일하게 할당할 수 있다. 따라서 기지국은 빔 별로 P/M만큼의 전력을 할당할 수 있다(S501). 따라서, 기지국은 단말당 필요로 하는 피드백 양을 줄이고, 단말 선택의 계산 복잡도를 줄일 수 있다.

또한, 기지국이 빔 별로 매핑되는 단말 그룹에 동일한 전력을 할당하는 경우, 수학식 14에서 빔간 간섭에 해당하는

(즉, 수학식 15)을 아래 수학식 20과 같이 변형할 수 있다.

따라서, 각 단말은 자신이 원하는 빔의 인덱스, 단말의 채널 이득 및 유효 채널을 포함하는 피드백 정보를 기지국으로 전송할 수 있다. 기지국은 빔 별로 매핑된 단말 그룹에 속하는 단말들로부터 단말이 원하는 빔의 인덱스, 단말의 채널 이득 및 유효 채널을 포함하는 피드백 정보를 수신할 수 있다(S502). 즉, k번째 단말의 경우 아래, 수학식 21의 세 가지 정보만을 피드백할 수 있다.

따라서, 기지국은 전력 P/M를 할당한 각 빔 별로 피드백 정보들을 바탕으로 목표 SINR을 만족하는 하나 이상의 단말들을 선택할 수 있다(S503). 예를 들어, 각 빔이 최대 두 개의 단말을 서비스하는 경우, 기지국은 m번째 빔을 통해 최대 두 개의 단말

및

과 통신을 수행할 수 있다. 전력 P/M일 때, 단말이 순차적 간섭제거로

및

를 모두 만족시킬 수 있는 경우, 기지국은 두 개의 단말과 동시에 통신을 수행할 수 있다. 그렇지 않은 경우에는, 한 개의 단말과만 통신을 수행할 수 있다.

m번째 빔으로 통신을 수행하는 첫 번째 단말

와 두 번째 단말

가 얻을 수 있는 SINR 값

와

는 아래 수학식 22와 같이 나타낼 수 있다.

그리고 기지국은 빔 별로 선택한 하나 이상의 단말들의 복호화 순서를 결정할 수 있다(S504). 단말은 복호화 순서에 따라 순차적 간섭제거 방식을 통해 간섭을 제거할 수 있다(S505).

도 6은 통신 시스템에서 랜덤빔 기반 직교 다중 접속과 랜덤빔 기반 저지연 비직교 다중 접속 방법의 성능을 비교한 그래프이다.

도 6를 참조하면, 랜덤빔 기반 직교 다중 접속과 랜덤빔 기반 비직교 다중 접속으로 얻을 수 있는 총 전송량을 단말 수를 증가시키면서 비교하여 볼 때, 랜덤빔 기반 비직교 다중 접속 방법은 낮은 복잡도로 더 높은 주파수당 데이터 전송 속도를 갖는 것을 알 수 있다.

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 설정컴퓨터에 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 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법으로,
   복수의 빔들에 전력을 동일하게 할당하는 단계;
   상기 복수의 빔들 각각에 매핑되는 단말 그룹에 속하는 단말들로부터 하나 이상의 피드백 정보들을 수신하는 단계;
   상기 하나 이상의 피드백 정보들을 바탕으로 상기 단말들 중 목표 SINR(signal to interference plus noise ratio)을 만족하는 하나 이상의 단말들을 선택하는 단계;
   상기 선택한 하나 이상의 단말들의 복호화 순서를 결정하는 단계; 및
   상기 복호화 순서를 고려하여 상기 하나 이상의 단말들과 통신을 수행하는 단계를 포함하며,
   상기 하나 이상의 피드백 정보들은 각 단말이 원하는 빔의 인덱스, 단말의 채널 이득 및 유효 채널을 포함하는, 기지국의 동작 방법.

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