WO2015182890A1

WO2015182890A1 - 에너지 효율성의 최적화를 통한 신호 전송 방법 및 기지국

Info

Publication number: WO2015182890A1
Application number: PCT/KR2015/004418
Authority: WO
Inventors: 강지원; 이인규; 이상림
Original assignee: 엘지전자 주식회사; 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2015-12-03
Also published as: US10231249B2; US20170201999A1

Abstract

프리코딩에 이용될 빔포밍 벡터의 생성을 위한 초기값을 설정하는 단계, 기지국의 에너지 효율성의 최대화를 위한 이층(dual layer) 계산 과정 중에서 에너지 효율성의 정확도가 제 1 임계값 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 외층의 계산 과정을 수행하는 단계, 채널 이득 행렬의 결정적 등가가 수렴하는 소정의 제 2 임계값을 계산하는 내층의 계산 과정을 수행하는 단계, 에너지 효율성의 정확도가 외층의 계산 과정 상의 제 1 임계값 범위를 만족하는 경우, 외층의 계산 과정 및 내층의 계산 과정에서 이용된 값들에 기초하여 빔포밍 벡터를 생성하는 단계, 빔포밍 벡터를 이용하여 전송 신호를 생성하는 단계, 및 생성된 전송 신호를 전송하는 단계를 포함하는 신호 전송 방법이 개시된다.

Description

【명세서】

【발명의 명칭】

에너지 효율성의 최적화를 통한 신호 전송 방법 및 기지국

【기술분야】

[ 1 ] 본 발명은 다중 사용자 간의 간섭이 존재하는 채널 환경에서 기지국의 에 너지 효율성을 최적화하는 방법에 관한 것이다.

【배경기술】

[2 ] 종래의 무선 네트워크 시스템에서는 사용자에게 향상된 서비스를 제공하기 위하여 스펙트럼의 효율성을 극대화하는 것에 집중해 왔다. 이로 인하여 시스템 의 에너지 사용량이 폭발적으로 증가하게 되었으며, 환경 문제와 함께 결부되어 에너지 소비에 대한 효율성을 향상시키고 스펙트럼 효율성을 최적화하는 시스템에 대한 요구가 대두된다.

[ 3] 에너지 효율성을 최적화하는 문제는 시스템의 전체 소비 전력량에 대하여 달성할 수 있는 합 채널 용량 ( achievable sum rate )의 비율로 표현될 수 있 다. 이는 분수 형태의 문제를 해결하는 프랙셔널 프로그래밍 ( fract ional programming )의 문제로 해석될 수 있으며 , 비선형성으로 인한 문제가 발생할 수 잇다. 사용자간 간섭이 없는 상황에서는 에너지 효율성의 문제를 수도 컨케이 브 ( pseudo concave )로 해석하여 해결할 수 있으나, 사용자간 간섭이 존재하는 일반적인 상황에서는 이러한 방안이 적용되기 어렵다.

[4 ] 이에 따라, 다중 사용자 간의 간섭이 존재하는 환경에서 에너지 효율성을 최적화하기 위한 다양한 기법이 연구되어 왔다. 예를 들어 에너지 효율성 문제의 특징인 프랙셔널 프로그래밍을 선형적인 문제로 변환하여 해결하는 방안 등이 제 안된 바 있다. 그러나, 이러한 해결 방안을 구현하기 위해서는 모든 채널 정보와 더불어 추가적인 정보의 교환이 필요할 뿐 아니라, 시시각각 변화하는 채널에 따 라 알고리즘이 반복적으로 수행되어야 하는 문제점이 있다. 따라서, 에너지 효율 성을 최적화하기 위한 개선된 방안이 요구된다.

【발명의 상세한 설명】

【기술적 과제】

[5 ] 본 발명은 상기한 바와 같은 기술의 문제점올 해결하기 위하여 안출된 것 으로서, 본 발명의 목적은 기지국에서 전송 신호를 생성하기 위한 프리코딩 과정 의 효율을 개선하는 데에 있다. [ 6] 본 발명의 또 다른 목적은 기지국에서의 에너지 효율성을 최적화하는 빔포 밍 백터의 형성 기법을 제안하는 것이다.

[ 7 ] 본 발명의 또 다른 목적은 빔포밍 백터의 형성 과정에서의 계산 복잡도를 낮추면서도 성능의 열화를 최소화하는 데에 있다.

[8 ] 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제 한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시 예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.

【기술적 해결방법】

[ 9] 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 신호 전송 방법은 프리코딩에 이용될 범포밍 백터의 생성을 위한 초기값올 설정하는 단계, 기지국의 에너지 효율성의 최대화를 위한 이층 계산 과정 중에서, 초기값에 기초하여 계산된 에너지 효율성 의 정확도가 소정꾀 제 1 임계값 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 외층와 계 산 과정을 수행하는 단계, 에너지 효율성을 계산하는 과정에서 이용되는 채널 이 득 행렬의 결정적 등가가 수렴하는 소정의 제 2 임계값을 계산하는 내층의 계산 과정을 수행하는 단계, 내층의 계산 과정의 결과에 기초하여 결정된 에너지 효율 성의 정확도가 외층의 계산 과정 상의 제 1 임계값 범위를 만족하는 경우 외층의 계산 과정 및 내층의 계산 과정에서 이용된 값들에 기초하여 빔포밍 백터를 생성 하는 단계, 빔포밍 백터를 이용하여 데이터를 프리코딩함으로씨 전송 신호를 생 성하는 단계, 및 생성된 전송 신호를 전송하는 단계를 포함한다.

[ 10 ] 신호 전송 방법은 단말로부터 새로운 프리코딩 과정을 수행할 것을 요청하 는 범포밍 백터 갱신 요청 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하고, 초기값을 설 정하는 단계는 범포밍 백터 갱신 요청 메시지가 수신됨에 따라 초기값을 설정할 수 있다.

[ 11 ] 빔포밍 백터 갱신 요청 메시지는 단말이 측정한 채널의 2 차 통계량 ( second order stati stics )이 변화하는 경우에 수신될 수 있다.

[ 12 ] 2차 통계량이 변화하는 경우는 채널의 공분산 행렬 ( covariance matrix) 이 변화하는 경우, 단말에서 측정한 신호 대 잡음비 ( SNR)이 소정 이상 변화하는 경우 또는 단말이 소정 거리 이상 이동하는 경우일 수 있다.

[ 13] 제 1 임계값 및 제 2 임계값은 기지국, 기지국과 통신하는 단말 또는 사 용자에 의해 결정될 수 있다. [ 14 ] 외충의 계산 과정에서 에너지 효율성의 정확도가 제 1 임계값 범위를 만족 하지 않는 경우, 외층의 계산 과정 또는 내층의 계산 과정이 반복하여 수행될 수 있다.

[ 15 ] 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 기지국은 송신부, 수신부 및 송신부 및 수신부와 연결되어 신호를 전송하도록 동작하는 프로세서를 포함하되, 프로세서 는 프리코딩에 이용될 빔포밍 백터의 생성을 위한 초기값올 설정하고, 기지국의 에너지 효율성의 최대화를 위한 이층 계산 과정 중에서 초기값에 기초하여 계산된 에너지 효율성의 정확도가 소정의 제 1 임계값 범위를 만족하는지 여부를 판단하 는 외층의 계산 과정을 수행하고, 에너지 효율성을 계산하는 과정에서 이용되는 채널 이득 행렬의 결정적 등가가 수렴하는 소정의 제 2 임계값을 계산하는 내층 의 계산 과정을 수행하고, 내층의 계산 과정의 결과에 기초하여 결정된 에너지 효율성의 정확도가 외층의 계산 과정 상의 제 1 임계값 범위를 만족하는 경우 외 층의 계산 과정 및 내층의 계산 과정에서 이용된 값들에 기초하여 빔포밍 백터를 생성하고, 범포밍 백터를 이용하여 데이터를 프리코딩함으로써 전송 신호를 생성 하며, 생성된 전송 신호를 전송하도록 송신부를 제어한다.

【유리한 효과】

[ 16] 본 발명의 실시 예들에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

[ 17 ] 첫째로, 기지국에서 프리코딩 과정의 계산 복잡도를 개선함으로써 전송 신 호 생성의 효율을 증대시킬 수 있다.

[ 18 ] 둘째로, 기지국에서의 빔포밍 백터 형성 과정이 최적화되어 에너지 효율성 을 극대화할 수 있다.

[ 19 ] 셋째로, 에너지 효율성을 개선하면서도 성능와 열화를 최소화할 수 있다.

[ 20 ] 본 발명의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 , 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시 예들 에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자 에 의해 도출될 수 있다.

【도면의 간단한 설명】

[ 21 ] 도 1은 MI SO 시스템의 구조를 나타내는 도면이다.

[22 ] 도 2는 본 발명에 따른 신호 전송 방법을 설명하는 도면이다. [23 ] 도 3은 본 발명에 따른 또 다른 신호 전송 방법을 설명하는 도면이다.

[24 ] 도 4 는 제안하는 신호 전송 방법이 적용된 경우의 개선된 효과를 도시하 는 도면이다.

[25] 도 5 는 제안하는 신호 전송 방법에 따른 에너지 효율성 변화를 도시하는 도면이다.

[26] 도 6 은 제안하는 신호 전송 방법에 따른 에너지 효율성 변화를 도시하는 도면이다.

[27 ] 도 7은 본 발명에 따른 기지국 및 단말의 구성을 도시하는 도면이다. 【발명의 실시를 위한 형태】

[28 ] 본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현 재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기 술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

[29] 이하의 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것 으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되 지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및 /또는 특징들을 결합 하여 본 발명의 실시 예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실 시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대웅하는 구성 또는 특징과 교체 될 수 있다.

[30 ] 도면에 대한 설명에서 , 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 절차 또는 단계 등 은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 절차 또는 단 계는 또한 기술하지 아니하였다.

[31] 명세서 전체에서 , 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함 ( compris ing 또는 including ) "한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요 소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 어떠한 구성이 다른 구성에 "연결"된다고 할 때, 이는 물 리적 연결뿐 아니라 전기적 연결 또한 포함할 수 있으며, 나아가 논리적인 연결 관계에 있음을 의미할 수도 있다. 또한, 명세서에 기재된 "…부 ", "…기 ", "모들" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하 드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일 (a 또는 an) ", "하나 (one) ", "그 (the) " 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서 (특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지 시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하 는 의미로 사용될 수 있다.

[32] 본 명세서에서 본 발명의 실시 예들은 기지국과 이동국 간의 데이터 송수 신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 이동국과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드 (terminal node)로서의 의미가 있다. 본 문서 에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국 의 상위 노드 (upper node)에 의해 수행될 수도 있다.

[33] 즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들 (network nodes)로 이루 어지는 네트워크에서 이동국과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있다. 이때, '기지 국'은 고정국 (fixed station) , Node B, eNode B(eNB) , 발전된 기지국 (Advanced Base Station, ABS) 또는 액세스 포인트 (access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.

[34] 또한, 본 발명의 실시예들에서 단말 (Terminal)은 사용자 기기 (User Equipment, UE) , 이동국 (Mobile Station, MS) , 가입자 단말 (Subscriber Station, SS) , 이동 가입자 단말 (Mobile Subscriber Station, MSS) , 이 동 단말 (Mobile Terminal) 또는 발전된 이동단말 (Advanced Mobile Station, AMS) 등의 용어로 대체될 수 있다.

[35] 또한, 송신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 제공하는 고정 및 /또 는 이동 노드를 말하고, 수신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 수신하는 고정 및 /또는 이동 노드를 의미한다. 따라서, 상향링크에서는 이동국이 송신단이 되고, 기지국이 수신단이 될 수 있다. 마찬가지로, 하향링크에서는 이동국이 수 신단이 되고, 기지국이 송신단이 될 수 있다.

[36] 본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802. xx 시스템, 3GPP (3rd Generation Partnership Project) 시스템 , 3GPP LTE 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있으 며, 특히, 본 발명의 실시예들은 3GPP TS 36.211, 3GPP TS 36.212, 3GPP TS 36.213 및 3GPP TS 36.321 문서들에 의해 뒷받침 될 수 있다. 즉, 본 발 명의 실시예들 중 설명하지 않은 자명한 단계들 또는 부분들은 상기 문서들을 참 조하여 설명될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

[37] 이하의 기술은 CDMA (code division multiple access) , FD A ( frequency division multiple access) , T DMA (time division multiple access ) , OFDMA (orthogonal frequency division multiple access) , SC-FDMA (single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 적용될 수 있다.

[38] CDMA는 UTRA (Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000 과 같은 무선 기술 (radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA 는 GSM (Global System for Mobile communications) /GPRS (General Packet Radio Service) /EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)≤f 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA 는 IEEE 802.11 (Wi-Fi) , IEEE 802.16 ( iMAX) , IEEE 802-21, E-UTRA (Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다.

[39] UTRA 는 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP LTE (Long Term Evolution)은 E-UTRA 를 사용하는 E一 UMTS (Evolved UMTS)의 일부로써 , 하향링크에서 OFDMA 를 채용하고 상향링크 에서 SC-FDMA 를 채용한다. LTE-A (Advanced) 시스템은 3GPP LTE 시스템이 개량된 시스템이다. 본 발명의 기술적 특징에 대한 설명을 명확하게 하기 위해, 본 발명의 실시예들을 3GPP LTE/LTE-A 시스템을 위주로 기술하지만 IEEE 802.16e/m 시스템 등에도 적용될 수 있다.

[40] 이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세 하게 설명한다 . 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예 시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

[41] 또한, 본 발명의 실시 예들에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상 을 벗어나지 않는 범위에서 다른^'형태로 변경될 수 있다. [42] 도 1은 MISO 시스템의 구조를 나타내는 도면이다.

[43] 본 발명은 도시된 바와 같은 MISO-IFBC (Multiple Input Single Output - InterFering Broadcast Channel) 시스템에서 에너지 효율성을 최적화하기 위한 범포밍 백터의 형성 기법과 관련된다. MISO-IFBC 시스템에서 의 에너지 효율성은 분수 형태의 문제로 표현됨과 동시에 간섭에 대한 영향으로 인하여 non-convex 로 해석되어 , 해결하기 위하여 많은 복잡도가 요구된다. 에 너지 효율성 문제를 해결하기 위한 종래의 순시적 채널 정보에 기초한 반복적 (iterative) 기법은, 전체 채널 정보를 알아야 할 뿐 아니라 매 채널 정보 변 동에 따른 알고리즘의 수행으로 인하여 높은 복잡도가 요구되고, 평균 성능에 대 한 통찰력도 얻기 힘들었다.

[44] 이에 따라, 본 발명에서는 종래 기법과 비교하여 복잡도를 낮추면서도 성 능 열화가 거의 없는 에너지 효율성의 최적화 기법인 빔포밍 백터 형성 기법을 제 안한다. 이를 위하여 빔의 전송 전력과 방향을 매개변수화 한 후 점근적 블규칙 행렬 이론 (asymptotic irregular matrix theory)을 적용하면, 지역 채널 정보만을 이용하여 범포밍 백터를 계산해낼 수 있다. 또한, 매개변수의 결과가 순시적 채널 변동에 영향을 받는 것이 아닌 채널의 2 차 통계량 (second order statistics)의 특성에 의한 값으로 결정된다. 따라서, 순시적 채널 정보의 변 화에 따라 알고리즘이 매번 수행되던 종래 기법과는 달리, 제안하는 기법에서는 2 차 통계량이 변할 때만 알고리즘이 수행되어 복잡도 측면에서 개선된 효과를 얻 을 수 있다. 또한, 제안하는 알고리즘은 낮은 복잡도에도 불구하고 종래 기법과 거의 유사한 성능을 보여, 성능 열화가 최소화될 수 있다.

[45] 도 1 에서 설명한 바와 같이, 제안하는 범포밍 기법은 ^개의 다중안테나 를 갖는 ^개의 기지국이 각 기지국마다 개의 단일안테나 단말을 서비스하는 샐 MISO-IFBC 를 전제로 한다. 도 1 의 셀 MISO-IFBC 모델에서 단말

(■， 은 기지국 가 서비스하는 단말 k를 의미한다. "W^' 가 기지국 과 단 말 (J^''^k) 사이의 채널 백터를 의미할 때, 단말 가 받는 신호 ^yj,k는 아래의 수학식 과 같이 표현될 수 있다.

[46] 【수학식 1】 Vj,k二 + ⁿj,k

(rn,n)≠(j,k)

[47] 수학식 1 에서 ^Vw '"과 는각각 단말 을 위한 범포밍 백터와 잡 음 (noise)을 의미하며 , S_mri은 선호 신호 (desired signal)를 의미한다. 이 때 주어진 빔포밍 백터들 ⁽ 에 대해 단말 ( )의 개별 합용량 (sum rate; i^v "은 수학식 2로 표현 가능하다.

[48] 【수학식 2】

¾fc({^vm, }) 二 log₂ (1 + sinr_j-/, ({v_m,_ra}))

[49] 수학식 2 에서 ^Si ^는 단말 ( 의 신호 대 간섭 잡음비 (Signal to Interference and Noise Ratio)를 의미하며 수학식 3과 같이 표현된다.

[50] 【수학식 3】

[51] 수학식 3 에서 은 잡음의 분산을 의미한다. 한편 도 1 의 Μ샐 MISO- IFBC 시스템의 전력 소모 총합은 수학식 4와 같이 표현된다.

[52] 【수학식 4】

Pr = C ||V._;!,||² + MNP_C + MPo

p

[53] 수학식 4 에서 는 전력증폭기의 비효율과 관련된 양의 상수이고, 는 ρ

회로에서 고정적으로 소모되는 전력이며 ⁰는 기지국에서 고정적으로 소모되는 전력을 의미한다. 수학식 2 에 기초한 가중 합용량 (WSR, Weighted Sum Rate) 을 수학식 4 에 기초한 전력 소모 총합으로 나눈 값으로 정의되는 에너지 효율성 (EE, Energy Efficiency)은 수학식 5와 같이 표현된다.

[54] 【수학식 5】

[55] 수학식 5 에서 ^J'^k는 QoS (quality of service) 및 스케줄링에 의해 결정되는 양수 값이다. 이를 이용하여 ^샐 MISO-IFBC 모델에서의 에너지 효율 성을 최대화하는 문제는 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

[56] 【수학식 6】 max "ᅳ

{v 'fc} .†2({vj,_k})

κ

p

[57] 수학식 6 에서 ^j는 기지국 의 최대전력이다. 즉, 이 문제의 해는 기지 국의 최대전력 내에서 에너지 효율성을 최대화하는 빔포밍 백터를 계산하는 것이 된다. 본 발명에서는 기존의 에너지 효율성 최대화 기법보다 계산복잡도를 낮추 면서도 성능 열화를 최소화하는 범포밍 백터 형성 기법을 점근적 불규칙 행렬이론 에 기반한 분석을 통해 제시한다 .

[58] 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 신호 전송 방법을 설명하는 도면이다.

[59] 먼저 , 종래의 에너지 효율성 최대화 기법에 대해 설명한다. 종래의 ^셀 MISO-IFBC 모델에서의 에너지 효율성 최대화 문제에 대하여 , 외층 (outer layer)과 내층 (inner layer)으로 나누어 최적화하는 이층 최적화 방법이 제안 된 바 있다. M셀 IFBC 모델에서의 에너지 에너지 효율성 최대화 문제는 수학식 7의 parametric programming으로 표현될 수 있다.

[60] 【수학식 7】

max

fc=l [61] 한편, 수학식 7 에서 parametric programming 의 해는 아래의 수학식 8 의 최적화 문제가 음이 아닌 최적 목적함수 (optimal objective function) 값을 가질 때에만 존재한다.

[62] 【수학식 8】

Κ

V < P_j forᅳ / = 1，...,Μ

k=

[63] 수학식 8 의 최적화 문제의 최적 목적함수 값을 ^' W라고 할 때, 는 ^에 대해 단조감소하며, ^^⁷⁷)가 ◦ 이 될 때의 7의 값은 최대 에너지효율을 나타낸다. 따라서 기존 기법에서 제시한 이층 최적화 방법의 외층은 위의 ^F(j) 가 0이 되는 ^를 이분법 (bisection method)를 이용하여 계산한다.

[64] 한편, 이층 최적화 방법의 내층은 주어진 ^에 대해서 를 최대화하 는 문제의 해를 도출한다. 이 문제는 가중 합용량과 WMMSE (Weighted Minimum Mean Square Error)의 관계에 따라 아래의 수학식 9 의 동등한 문제로 변형된 다.

[65] 【수학식 9】

K

k=l

S:

[66] 수학식 9 에서 기와 는 보조 변수 (dummy variable)이고, 는 MSE (Mean Square Error)이며 수학식 10으로 표현된다.

[67] 【수학식 10】

[68] 수학식 10 에서 주어진 1^V 에 대해 최적의 와 케는 수학식 11 과 같다.

[69] 【수학식 11】

[70] 또한, 주어진 l 와 ί^' 에 대해 1 차 (first order) 최적 조건을 만족하는 ，⁴는 수학식 12와 같이 주어진다.

[71] 【수학식 12】

V_?', ' ⁼

[72] 수학식 12에서 ^j는 라그랑지 승수 (Lagrange multiplier )이다. 최적

__Λ ∑||v,j| ..ο_Ρ,,_{η = 0}

의 는 =Ο이 _k=l 를 만족하면 ^""로 계산되고, 그렇지 않

다면 이분법을 이용하여

을 만족시키는 ^의 값으로 계산된다. 결

ορί,η ορί,η

u V

과적으로 1 ^J'^k , ι ) 와 ( ^j'^{k )}를 번갈아 가며 업데이트 하는 방식으로 내층의 문제를 최적화한다.

[73] 이어서 , 제안하는 에너지 효율성 최대화 기법에 대해 설명한다. 제안하는 기법은 ^셀 MISO-IFBC 모델에 대해 점근적 불규칙 행렬 이론 분석의 결과를 토대로 에너지 효율성올 최대화하는 기법이다. 먼저, 기존 기법의 범포밍 백터의 구조를 기반으로 정규화된 (normalized) 범포밍 백터는 수학식 13 과 같이 표현 된다.

[74] 【수학식 13】 V c

[75] 수학식 13에서

^j , 은 수학식 14와 같이 정의된다.

[76] 【수학식 14】

시 ί +

1

V

[77] 따라서, 주어진 에 대해 정규화된 채널 이득 행렬의 개념을 도입할 수 있으며, 채널 이득 행렬 G는 수학식 15와 같이 표현된다.

[78] 【수학식 15】

[79] 수학식 IS 에서 행렬 ^G의 (( ^'_l)x + -¹)^x^ ⁺ ") 원소는 단말 이 기지국 /가 단말 ( )를 서비스하기 위해 전송한 신호의 세기이다. 불규칙 행렬 이론의 결과에 의하면, ^ΚΙΝό\ 대해 ^ (기지국의 안테나 수)이 커지면 ^G 厂

는 결정적 등가 (deterministic equivalent) 행렬인 ᄂ¹ 에 almost surely 수렴하며 , 아래 수학식 16과 같이 표현될 수 있다. G⁰가 _almost surely 수렴 한다는 것은 수렴 정도를 나타내는 범주 (criterion) 중 어느 하나를 나타낼 수 있으며, 기설정된 범위 (bound) 이내에 수렴함이 보장된다는 것을 의미할 수 있 다.

[80] 【수학식 16]

ΜΚχΜΚ o

n° j°

[81] 수학식 16에서 와 는 수학식 17과 같이 정의된다.

[82] 【수학식 17】

n'

[83] 수학식 17 에서 ^j'^kt구성하는 각 변수들은 아래의 수학식 18 과 같 o 정의된다.

[84] 【수학식 18】

Φ례

S, 丄∑

[85] 수학식 18에서 l^Sl는 집합 S의 원소의 개수를 나타낸다.

1°

[86] 마찬가지로, 수학식 17 에서 ^J'^k'^m'ⁿ를 구성하는 각 변수들은 수학식 I⁹ 와 같이 정의된다.

[87] 【수학식 19】

[88] 수학식 16 내지 수학식 19 에 대한 증명은 다음과 같다. 우선 수학식 15 에서 대각 성분 (diagonal term)은 선호 신호를 의미하며 , 대각 성분 h^H V ²

j^J'^{k J}'^k 은 수학식 20과 같이 정의된다.

[89] 【수학식 20】 (A.+A_jl)-¹^^!²

|h^_,fe (Α,, + Λ,Ι)-¹ h_JJ;fc|²

¾ ( ^ + A,I)--²h_jj!A;

h 이며, 수학식 20 의 마지막 등식은

H_/ .

Sherman-Morrison 역행렬 정리로 유도된 결과이다. 수학식 20 의 에서 분자 성분은 Couillet 정리에 의해 수학식 21 과 같이 표현 될 수 있다.

[91] 【수학식 21】

[92] 수학식 21에서 'tr'은 행렬의 대각성분의 합인 트레이스 (trace)를 의미 하며, 'a.s.'는 0 으로 almost surely 수렴함을 의미한다. 한편, 수학식 21

에서

N N 이다. 나아가 수학식 21 은

Wagner 정리에 의해 아래의 수학식 22와 같이 표현될 수 있다.

[93] 【수학식 22】

I. ui ― |2

V

[94] 마찬가지로, 수학식 20 에서 의 분모 성분에 Couoillet 정 리와 Wagner 정리를 적용하면 수학식 23과 같이 표현될 수 있다.

[95] 【수학식 23】

[96] 다음으로, 수학식 15 에서 비대각 성분 (off -diagonal term)은 간섭 신

|2

uj,m,n

호를 의미하며, 비대각 성분 h^H V^v j,k

은 수학식 24로 표현된다.

[97] 【수학식 24

(1 + βηι η\τ^-_ηι._ιι {-^jkmn +세 l½,._m..„) (ll^- _A - (A^.十 λ_;;Ί) hj,_j ;)

[98] 수학식 24 에서 두번

째 등식과 세번째 등식은 Sherman-Morrison 역행렬 정리로 유도된 결과이다. 수학식 24 의 h^H V

의 분자 성분에 Couillet 정리를 ^^와 ^ ，"에 대해 두 번 적용하면 수학식 25가 도출된다.

[99] 【수학식 25】

H _ X TV—¹ h ( , \ ΤΛ-1 ^ej,j .j-m, _t 2 _n

[100] 수학식 25 에서

이며, 수학식 25로부터 Wagner 정리에 의해 수학식 26이 도출될 수 있다

[101] 【수학식 26】

[102] 유사한 유

도과정에 의해 최종적으로 의 분모 성분에 대한 결 과가 수학식 27과 같이 정리된다.

[103] 【수학식 2⁷】

[104]결과적으로 G⁰ 를 통해 단말 (j,^k) 의 siNR 의 결정적 등가 (deterministic equivalent)를 유도할 수 있으며 수학식 28 과 같이 표현된 다.

[105] 【수학식 28】

_[106] 수학식 ²⁸ 에서 ^^m'ⁿ'j'^k는 G⁰의 ( x" ) 원소이며, Pm'n은 단말 에 할당된 전력이다. 수학식 ₂₈ 의 분모의 좌측 성분은 간섭의 영향올, 분 모의 우측 성분은 잡음의 영향을 각각 의미한다 .

[107]마찬가지로, SINR 의 결정적 등가를 이용하여 가중합 용량 (WSR)과 에너 지 효율성의 결정적 등가를 수식으로 표현하면 수학식 29와 같이 표현될 수 있다.

[108] 【수학식 29】

[109]따라서, 에너지 효율성의 결정적 등가를 최대화 하는 문제는 아래의 수학 식 30과 같이 도출될 수 있다.

[110] 【수학식 30] max η^Ό

[HI] 수학식 30 은 앞서 언급한 이층 최적화 방법을 통해 해를 도출 할 수 있으 며, 아래 수학식 31 에서의 최적화 문제가 음이 아닌 최적 목적함수 값을 가질 때에만 그 해가 존재한다.

[112] 【수학식 31】

[113] 수학식 31 의 최적 목적함수 값을

는 에 대해 단조 감소한다. 또한, ^F ) ^{= 0}일 때 에너지 효율성의 결정적 등가가 최대화 된다. 그러므로, 이층 최적화 방법의 외층 (outer layer)에서는

이 되는 ° 의 값을 이분법을 이용하여 계산하며, 내층 (inner layer)에서는 위의 최적화 문제의 해를 도출한다. 한편 이분법에서 ^의 상한 값은 Couillet의 정리를 이용하면 수학식 32과 같이 표현된다.

[114] 【수학식 3²】

[115] 한편 수학식 31 에서의 최적화 문제는 앞서 설명한 WSR과 WMMSE의 관계 를 이용하면 아래의 수학식 33과 같이 변형될 수 있다.

[116] [수학식 33】

k=l [117] 수학식 33 에서 이다. 주어진

에 대하여, 수학식 33 에서 최적의 와 j'^k는 수학식

34와 같이 표현된다.

[118] 【수학식 34]

u

[119] 한편, 최적의 의 관계식을 이용하여 구할 수 있으며, 이를 반영하여 G⁰가 새롭게 계산될 수 있다. 다음으로, 주어진 솨와 i^W씌에 대해 최적의 는 수학식 35로 표현된다.

[120] 【수학식 35】

[121] 수학식 35

에서 ^j 는 관계식 에 의해 결정되며, μ j

Σ

의 o^pt

값을 이분법을 통해 결정하여 ^j 로 설정한다. [122] 결과적으로, , , 과를 계산하여 를 업데이트하고, 이 를 기반으로 { 자를 번갈아가며 업데이트 하는 방식으로 내층의 문제를 최적화 한다.

[123] 이상에서 설명한 에너지 효율성의 결정적 등가를 최대화 하는 알고리즘이 도 2 와 도 3 에 도시되어 있다. 도 2 는 이층 최적화 방법 중 외층의 계산 과정 을, 도 3 은 내층의 계산 과정을 각각 도시한다. 이하에서는 도 2 와 도 3 을 구 체적으로 설명한다.

[124] 먼저, 도 2 에는 기지국이 최적의 에너지 효율성을 얻기 위한 빔포밍 백터 의 형성 과정 중 일부인, 외층의 계산 과정이 도시된다. 기지국은 효율성 계산을 위한 초기값을 설정하며,

^max로 초기화 ( initialize )한다

(S210) S210 에서, 수학식 32 에서 설명한 바와 같⁰

로 정의될 수 있다

+ 77 max

[125] 이어서, 기지국은 S210 에서의 초기값을 이용하여 ~ᅳ로 (S230) . ^ 가 결정되면, 값에 기초하여 계산된 최적의

에 기초하여 ^F» 가 계산된다 (S250) . 최적의

\^Pj'^k ^^Pj'^k 우 ^를 계산하는 구체적인 과정은 내층의 계산 과정에 의해 수행되며, 도 3에서 구체적으로 설명한다.

[126] 계산된 ^F° ^(η)가 ^(^^를 만족하는 경우, 기지국은 S210 에서 계산 된 초기값을 변경하여 ^{= η}로 설정한다. 반대의 경우, 로 설정된다

(S270) . 즉, S270 에서는 ^{F 7})의 계산 결과에 따라 S230 내지 S250 에 사 용될 초기 값이 새롭게 설정된다. ^F (^ ⁰를 만족하는 경우에는 S230 에서의 ^ 7} ^F ( 의 새로운 상한 (upper bound)으로 결정되며 , 반대의 경우에는 S230 에서의

F 의 새로운 하한 _(lower bound)로 결정된다. 어떠한 경우에도 의 최소값과 최대값의 차이가 줄어들게 된다.

[127]

인 경우를 예로 들어보면, 초기 ⁷⁷값은 (100 + Q) /2=50 이다.

^(^)의 계산 결과가 ^/7°(^/7)^≤0를 만족하는 경우 η =50 으로 새롭게 설정 되며 , 이때 ^η는 (50 + 0) /2=25 가 된다. 반대로, ^F (^ ⁰를 만족하지 않는 경우 ^ in=50이 되며 이때 ^는 (50 + 100) /2=7⁵가 된다.

[128] 이어서 , 기지국은 ⁷⁷의 최소값과 최대값 간의 차이를 계산한다 (S290) . 즉, )의 범위 이내라면 외층의 계산 과정을

종료한다. 반대로, 임계값 범위 이내에 도달하지 못한 경우에는 계속 반복하며

^의 최소값과 최대값 간의 차이를 좁혀나간다. S290 에서 ^ 값은 소정의 정확 도를 의미하며 , S250에서 계산된 ^F 의 신뢰도와 관련된다 .

[129] 즉, S290 에서

^minl가 ⁽^의 범위 이내라는 것은 _S250 에서 계산 된 최적의 에너지 효율성이 신뢰할 만한 정도임을 의미하고, ^F 를 계산하는 과정에서 이용된

최적의 범포밍 백터를 형성할 수 있음을 의미한다. 한편, 소정의 정확도를 의미하는 임계값인 는 기지국 및 /또 는 단말에 의해 결정될 수 있으며, 오퍼레이터의 조작에 의해서도 임의로 결정될 수 있다.

[130] 다시 말해서, 기지국은 S290 에서 최적의 에너지 효율성이 달성된 것으로 판단된 경우, 계산 과정에서 활용된 " , ^j , ^Ά , 에 기초하여 범포밍 백터를 생성한다. 기지국은 새롭게 생성된 범포밍 백터를 이용하여 데이터 전송 올 위한 프리코딩 과정을 수행하며, 프리코딩된 신호를 전송한다.

[131] 이어서, 도 3 에는 기지국이 최적의 에너지 효율성올 달성하기 위한 범포 밍 백터의 형성 과정 중 일부인, 내층의 계산 과정이 도시된다. 도 3 에 도시된 일련의 과정은 도 2 에서 설명한 외층의 계산 과정 중 S250 에 대웅하는 계산과 정을 의미할 수 있다.

[132] 먼저 , 기지국은 내층 계산을 위한 초기값을 설 한다 (S310) . 초기 값으 로

G^ —^ ^P 로 정의된다. 이어서, 기지국은 S310 에서 설정된 초 기값을 바탕으로 G⁰를 업데이트 한다 (S330) .

[133] G° 가 업데이트 되면, 기지국은 n=n+l 로 설정하고 보조변수인 Ί (η) Γ~ο n) '^'1

，

트 한다 (S350) . 기지국은 업데이트 된 두 보조 변수에 기초하여

， -

^를 업데이트하고， G°를 새롭게 설정한다 (S370) . [134] G° 7\ 설정되면, 기지국은 ")와 를 각각 업데이트 한다 (S390) . 앞 각

서 수학식 35 와 관련하여 설명한 바와 같이, 싀⁷^각^" , 업 데 이 관계가 에서 ^와

를 결정하는 데에 활용될 수 있다. ")를 결정하기 위한 는 ^고⁰ 이

이 k= ^Pj'^k ~ 를 만족하지 못하는 경우 U ^j'^{k_ '}을 만족하는 ^ 의 값이 이분법올 통해 결정되어 ^μ 가 된다. [135] 마지막으로, 기지국은

-0 의 값이 소정의 임계값 미만인지 확인 한다 (S410) . 즉, S410 에서 업데이트하기 이전의 G°와 업데이트된 G°와의 차 이를 비교하여, 소정의 임계값 ( )에 수렴하는지 확인한다.

경우 기지국은 내층의 계산 과정을 종료하며, 이때의 G⁰ 는 외층의 계산 과정에 활용된다. 한편, 만족하지 않는 경우에는 S350 단계를 다시 진행하여 G° 를 업 데이트한다. 즉, 외층의 계산 과정은 내층의 계산 과정에 따라 수렴된 값을 바탕 으로 수행된다. 한편, S410에서 수렴 대상이 되는 임계값인 ^는 S290에서 설 명한 임계값과는 다른 것을 의미한다. S410 에서의 또한 기지국 및 /또는 단 말에 의해 결정될 수 있으며 , 오퍼레이터나 사용자의 조작에 의해서도 임의로 결 정될 수 있다.

[136] 내층의 계산 과정이 종료되면, 기지국은 계산된 G⁰ 에 소정의 상수 값을 더하여 를 계산하며, ^F° ^(7?)는 도 2 의 S250 과정에서의 를 의미 한다. 즉, 내층의 계산 과정은 외층의 계산 과정 중 일부로 동작하는 일련의 과 정이 될 수 있다. 한편, G⁰로부터 ^⁷⁷)를 생성하기 위해지는 상수 값은 수학 식 4에서 설명한 고정 소모 전력 관련 성분인 MNP_C + MP₀가 될 수 있다.

[137] 기지국은 이상의 도 2 및 도 3 에서 설명한 일련의 과정에 따라 최적의 에 ί η^ορ''^η \ i β^ορί'^η \ ίλ^ορΙ'^η \

너지 효율성을 달성하기 위한 ^Pj'^k ^ ^J ^값을 획득할 수 있다. 이 ί _Ό ^ορ1-^η

에 따라, 기지국은

값올 이용하여 빔포밍 백터를 생성 하며, 빔포밍 백터는 수학식 13 에 기초하여 생성될 수 있다. 이어서, 기지국은 전송할 데이터에 생성된 빔포밍 백터를 적용하는 과정을 거쳐 전송 신호를 생성하 고, 생성된 전송 신호를 대상 단말 또는 기지국에 전송하게 된다.

[138] 한편, 이상에서 설명한 실시 예에 따른 신호 전송 방법은 ^기, ^^PjP^ , °p'\

^ ^J \ 결정되면 채널의 2 차 통계량이 변할 때에만 범포밍 백터를 계산한다. 일반적인 무선 환경에서 채널의 large scale 페이딩은 초 단위로 변하지만 small scale 페이딩은 밀리초 (milli-second) 단위로 변하는 점에 비추어 볼 때, 제안하는 기법에 따른 신호 전송 방법은 종래의 기법보다 알고리즘의 실행 빈도에 있어서 큰 차이가 발생한다. 또한, 내층 계산 과정에서 종래의 기법은 백 터 {^V }를 변수로 갖는 반면에, 제안하는 기법은 스칼라 놔를 변수로 갖는 다. 따라서 제안하는 기법에 따른 내층 계산 과정의 복잡도는 ° ( ^{2 2 3})에서 0 ( ²/ί²)로 감소하게 된다. 결과적으로, 제안하는 기법은 빔포밍 백터 형성 과 정에서의 계산 복잡도를 대폭 개선할 수 있다.

[139] 한편, 이상에서 설명한 2 차 통계량이란 단말이 측정한 채널의 공분산 행 렬 (covariance matrix)이 소정 이상 변화하는 경우, 단말에서 측정한 신호 대 잡음비 (SNR)이 소정 이상 변화하는 경우, 또는 단말이 소정거리 이상 이동하는 경우 등 수 초 (second) 단위로 이루어지는 상황 변화를 의미한다. 즉, 2 차 통 계량의 변화라는 것은 long term fading 과 관련된 채널 특성을 의미할 수 있 다.

[140] 또한, 상술한 도 2 및 도 3의 이층 최적화 방법은 단말의 빔포밍 백터 갱 신 요청 메시지에 의해 개시될 수 있다. 즉, 단말이 측정한 채널의 2 차 통계량 이 변화함에 따라 단말은 기지국으로 범포밍 백터 갱신 요청 메시지를 전송할 수 있으며, 이러한 범포밍 백터 갱신 요청 메시지는 기지국으로 하여금 프리코딩 과 정을 새롭게 수행하여 새로운 빔포밍 백터를 형성할 것을 요청하는 메시지일 수 있다. 기지국은 범포밍 백터 갱신 요청 메시지가 수신됨에 따라 초기값을 설정하 고 외층 및 내층 계산 과정을 통해 새로운 빔포밍 백터를 형성하여, 데이터를 프 리코딩하여 단말로 신호를 전송할 수 있다.

[141] 도 4 는 제안하는 신호 전송 방법이 적용된 경우의 개선된 효과를 도시하 는 도면이다. 도 4 (a)는 제안하는 신호 전송 방법이 적용되는 무선 환경의 시스 템 파라미터를 도시하며 , 도 4 (b)는 도 4 (a)에 따른 무선 환경 시스템 (3 개의 6 각형 셀 환경 )에서 시뮬레이션을 통해 확인된 결과를 도시한다. 도 4 (b)는 Monte-Carlo 시뮬레이션을 통해 확인한 결과를 도시한다 . [142] 도 4 (b)의 그래프는 제안하는 기법에 따른 빔포밍 백터 형성 과정에서 내 층 계산 과정의 수렴 속도를 도시한다. 도 4 (b)의 그래프에 도시된 3 개의 곡선 은 각각의 user drop 경우에 대하여 내층 계산 과정의 알고리즘 수렴 속도를 도 시하며, 약 20 회 이내의 반복 계산을 통해서 결과 값이 빠르게 수렴함을 확인할 수 있다.

[143] 도 5 는 제안하는 신호 전송 방법에 따른 에너지 효율성 변화를 도시하는 도면이다.

[144] 도 5 는 단말 수 가 3, 4 일 때의 평균 에너지 효율성을 나타낸다. 종 래 기술에 비하여 제안하는 실시 예가 훨씬 낮은 계산 복잡도를 가짐에도 불구하 고, 도 5에 도시된 바와 같이 성능 열화의 정도는 매우 적음을 알 수 있다.

[145] 도 6 은 제안하는 신호 전송 방법에 따른 에너지 효율성 변화를 도시하는 도면이다.

[146] 도 6 은 시뮬레이션된 평균 에너지 효율성과 제안한 기법에 따른 결정적 등가 값을 비교한 결과를 도시한다. 점 (dot)의 위 아래에 위치한 바 (bar)는 제 안한 기법에 따른 결정적 등가의 표준 편차를 나타내며, 제안한 기법의 결과가 실제 에너지 효율성에 매우 근접한 추정치임을 확인할 수 있다.

[147] 도 7은 본 발명에 따른 기지국 및 단말의 구성을 도시하는 도면이다.

[148] 도 7 는 본 발명의 일 실시 예와 관련된 단말 및 기지국의 구성을 도시하 는 도면이다.

[149] 도 7 에서 단말 (100) 및 기지국 (200)은 각각 무선 주파수 (RF) 유닛 (110, 210) , 프로세서 (120, 220) 및 메모리 (130, 230)를 포함할 수 있다. 도 Ί 에서는 단말 (100)과 기지국 (200) 간의 1:1 통신 환경을 도시하였으나, 다 수의 단말과 기지국 (200) 간에도 통신 환경이 구축될 수 있다. 또한, 도 7 에 도시된 기지국 (200)은 매크로 샐 기지국과 스몰 셀 기지국에 모두 적용될 수 있 다.

[150] 각 RF 유닛 (110, 210)은 각각 송신부 (112, 212) 및 수신부 (114, 214) 를 포함할 수 있다. 단말 (100)의 송신부 (112) 및 수신부 (114)는 기지국 (200) 및 다른 단말들과 신호를 송신 및 수신하도록 구성되며 , 프로세서 (120)는 송신 부 (112) 및 수신부 (114)와 기능적으로 연결되어 송신부 (II²) 및 수신부 (114) 가 다른 기기들과 신호를 송수신하는 과정을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서 (120)는 전송할 신호에 대한 각종 처리를 수행한 후 송신부 (112)로 전 송하며 , 수신부 (114)가 수신한 신호에 대한 처리를 수행한다.

[151] 필요한 경우 프로세서 (120)는 교환된 메시지에 포함된 정보를 메모리

(130)에 저장할 수 있다. 이와 같은 구조를 가지고 단말 (100〉은 이상에서 설명 한 본 발명의 다양한 실시 형태의 방법을 수행할 수 있다.

[152] 기지국 (200)의 송신부 (212) 및 수신부 (214)는 다른 기지국 및 단말들과 신호를 송신 및 수신하도톡 구성되며 , 프로세서 (220)는 송신부 (212) 및 수신부

(214)와 기능적으로 연결되어 송신부 (212) 및 수신부 (214)가다른 기기들과 신 호를 송수신하는 과정을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서 (220)는 전 송할 신호에 대한 각종 처리를 수행한 후 송신부 (212)로 전송하며 수신부 (214) 가 수신한 신호에 대한 처리를 수행할 수 있다. 필요한 경우 프로세서 (220)는 교환된 메시지에 포함된 정보를 메모리 (230)에 저장할 수 있다. 이와 같은 구조 를 가지고 기지국 (200)은 앞서 설명한 다양한 실시 형태의 방법을 수행할 수 있 다.

[153] 단말 (100) 및 기지국 (200) 각각의 프로세서 (120, 220)는 각각 단말 (100) 및 기지국 (200)에서의 동작을 지시 (예를 들어 , 제어 , 조정 , 관리 등)한 다. 각각의 프로세서들 (120, 220)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메 모리 (130, 230)들과 연결될 수 있다. 메모리 (130, 230)는 프로세서 (120, 220)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일 (general files)들을 저장한다.

[154] 본 발명의 프로세서 (120, 220)는 컨트를러 (controller) , 마이크로 컨 트롤러 (microcontroller) , 마이크로 프로서 1서 (microprocessor) , 마이크로 컴퓨터 (microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서 (120, 220) 는 하드웨어 (hardware) 또는 펌웨어 ( firmware ) , 소프트웨어, 또는 이들의 결 합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시 예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도톡 구성된 ASICs (application specific integrated circuits ) 또는 DSPs (digital signal processors) , DSPDs (digital signal processing devices) , PLDs (programmable logic devices) , FPGAs ( field programmable gate arrays ) 등이 프로세 서 (120, 220)에 구비될 수 있다. [ 155] 한편, 상술한 방법은, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가 능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디 지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조 는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다 양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 코드를 포함하는 저장 디바이스 를 설명하기 위해 사용될 수 있는 프로그램 저장 디바이스들은, 반송파 ( carrier waves )나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체 (예를 들면, 름, 플로피 디스크, 하드 디스크 등) , 광학적 판독 매체 (예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같 은 저장 매체를 포함한다.

[ 156] 상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설 명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술 한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 그러 므로, 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허청구 범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되 어야 한다.

Claims

【청구의 범위】

【청구항 1】

MI SO (Multiple Input Single Output )를 지원하는 무선 통신 시스 템에서 복수의 안테나를 포함하는 기지국이 신호를 전송하는 방법에 있어서, 프리코딩에 이용될 범포밍 백터의 생성을 위한 초기값을 설정하는 단계; 기지국의 에너지 효율성의 최대화를 위한 이층 ( dual layer ) 계산 과정 중에서, 상기 초기값에 기초하여 계산된 에너지 효율성의 정확도가 소정의 제 1 임계값 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 외층 ( outer layer )의 계산 과정을 수행하는 단계;

상기 에너지 효율성을 계산하는 과정에서 이용되는 채널 이득 행렬의 결 정적 ^" 7> ( determinist ic equivalent ) 7 수렴하는 소정의 제 2 임계값을 계 산하는 내층 ( inner layer )의 계산 과정을 수행하는 단계;

상기 내층의 계산 과정의 결과애 기초하여 결정된 상기 에너지 효율성의 정확도가 상기 외층의 계산 과정 상의 상기 제 1 임계값 범위를 만족하는 경우, 상기 외층의 계산 과정 및 상기 내층의 계산 과정에서 이용된 값들에 기초하여 상 기 범포밍 백터를 생성하는 단계;

상기 빔포밍 백터를 이용하여 데이터를 프리코딩함으로써 전송 신호를 생성하는 단계 ; 및

상기 생성된 전송 신호를 전송하는 단계를 포함하는, 신호 전송 방법.

【청구항 2】

제 1 항에 있어서,

상기 신호 전송 방법은 단말로부터 새로운 프리코딩 과정을 수행할 것을 요청하는 범포밍 백터 갱신 요청 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하고,

상기 초기값을 설정하는 단계는 상기 빔포밍 백터 갱신 요청 메시지가 수신됨에 따라 상기 초기값을 설정하는 것인, 신호 전송 방법.

【청구항 3】

제 2 항에 있어서,

상기 빔포밍 백터 갱신 요청 메시지는 상기 단말이 측정한 채널의 2 차 통계량 ( second order statistics )이 변화하는 경우어 1 수신되는 것인, 신호 전송 방법 .

【청구항 4】 제 3 항에 있어서,

상기 2 차 통계량이 변화하는 경우는 상기 채널의 공분산 행렬 ( covariance matrix )이 변화하는 경우, 상기 단말에서 측정한 신호 대 잡음비 ( SNR)이 소정 이상 변화하는 경우 또는 상기 단말이 소정 거리 이상 이동하는 경 우인 것인, 신호 전송 방법.

【청구항 5】

제 1 항에 밌어서,

상기 제 1 임계값 및 상기 제 2 임계값은 상기 기지국, 상기 기지국과 통신하는 단말 또는 사용자에 의해 결정되는 것인, 신호 전송 방법.

【청구항 6】

제 1 항에 있어서,

상기 외층의 계산 과정에서 상기 에너지 효율성의 정확도가 상기 저 1 1 임계값 범위를 만족하지 않는 경우, 상기 외층의 계산 과정 또는 상기 내층의 계 산 과정이 반복하여 수행되는 것인, 신호 전송 방법.

【청구항 7】

MI SO (Mult iple Input Single Output )를 지원하는 무선 통신 시스 템에서 복수의 안테나를 통해 신호를 전송하는 기지국에 있어서,

송신부;

수신부; 및

상기 송신부 및 상기 수신부와 연결되어 신호를 전송하도톡 동작하는 프 로세서를 포함하되,

상기 프로세서는

프리코딩에 이용될 빔포밍 백터의 생성을 위한 초기값을 설정하고, 상기 기지국의 에너지 효율성의 최대화를 위한 이층 ( dual layer ) 계산 과정 중에서 상기 초기값에 기초하여 계산된 에너지 효율성의 정확도가 소정의 제

1 임계값 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 외층 ( outer layer )의 계산 과정 을 수행하고,

상기 에너지 효율성을 계산하는 과정에서 이용되는 채널 이득 행렬의 결 정적 등 7 ( deterministic equivalent ) 7|- 수렴 ^"는 소정의 제 2 임계값을 계 산하는 내층 ( inner layer )의 계산 과정을 수행하고, 상기 내층의 계산 과정의 결과에 기초하여 결정된 상기 에너지 효율성의 정확도가 상기 외층의 계산 과정 상의 상기 제 1 임계값 범위를 만족하는 경우, 상기 외층의 계산 과정 및 상기 내층의 계산 과정에서 이용된 값들에 기초하여 상 기 빔포밍 백터를 생성하고,

상기 빔포밍 백터를 이용하여 데이터를 프리코딩함으로써 전송 신호를 생성하며,

상기 생성된 전송 신호를 전송하도톡 상기 송신부를 제어하는, 기지국.

【청구항 8】

제 7 항에 있어서,

상기 프로세서는

단말로부터 새로운 프리코딩 과정을 수행할 것을 요청하는 빔포밍 백터 갱신 요청 메시지를 수신하도록 상기 수신부를 제어하고,

상기 빔포밍 백터 갱신 요청 메시지가 수신됨에 따라 상기 초기값을 설 정하는 것인, 기지국.

【청구항 9】

제 8 항에 있어서,

상기 범포밍 백터 갱신 요청 메시지는 상기 단말이 측정한 채널의 2 차 통계량 ( second order statistics )이 변화하는 경우어) 수신되는 것인, 기지 국.

【청구항 10】

제 9 항에 있어서,

상기 2 차 통계량이 변화하는 경우는 상기 채널의 공분산 행렬 ( covariance matrix )이 변화하는 경우, 상기 단말에서 측정한 신호 대 잡음비 ( SNR)이 소정 이상 변화하는 경우 또는 상기 단말이 소정 거리 이상 이동하는 경 우인 것인, 기지국.

【청구항 11】

제 Ί 항에 있어서,

상기 제 1 임계값 및 상기 제 2 임계값은 상기 기지국, 상기 기지국과 통신하는 단말 또는 사용자에 의해 결정되는 것인, 기지국.

【청구항 12】

제 Ί 항에 있어서, 상기 외층의 계산 과정에서 상기 에너지 효율성의 정확도가 상기 제 1 임계값 범위를 만족하지 않는 경우, 상기 외층의 계산 과정 또는 상기 내층의 계 산 과정이 반복하여 수행되는 것인, 기지국.