KR100867620B1 - 다중 입력 다중 출력 시스템에서 공간 분할 다중 접속을위해 사용자를 선택하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

다중 입력 다중 출력 시스템의 전체 사용자(K명) 중에서 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위해 기지국에서 적어도 두 명의 사용자(U명)를 선택하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 전체 사용자들을 특정기준에 따라 정렬한 후, 상기 전체 사용자들 중에서 상기 U명을 선택하기 위한 전체 조합들을 생성하여, 상기 생성된 조합 중, j번째 조합의 용량을 이용하여 한계 조사 횟수를 설정하는 과정과, 또한, 사용자들의 간섭에 의한 신호대 잡음비의 감소량과 조사 임계치를 비교하여 전체 조사 횟수를 줄이는 과정을 포함하여, 상기 사용자를 선택하기 위한 연산량을 줄 일수 있는 이점이 있다.

MIMO, SDMA, 사용자 선택방법, MIMO-SDMA

Description

다중 입력 다중 출력 시스템에서 공간 분할 다중 접속을 위해 사용자를 선택하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SELECTING USER OF SDMA ON MIMO SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 MIMO시스템의 기지국에서 SDMA를 지원하기 위해 사용자를 선택하는 절차를 도시하는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 기지국에서 SDMA를 동작하기 위한 블록구성을 도시하는 도면,

도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 MIMO시스템의 기지국에서 SDMA를 지원하기 위해 사용자를 선택하는 절차를 도시하는 도면, 및

도 4는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 MIMO시스템의 기지국에서 SDMA를 지원하기 위해 사용자를 선택하는 절차를 도시하는 도면.

본 발명은 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하, MIMO라 칭함)시스템에서 공간 분할 다중 접속(Spatial Division Multiple Access : 이하 SDMA라 칭함)을 수행하기 위해 사용자를 선택하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 상기 MIMO시스템에서 SDMA를 지원하고자 할 때 여러 사용자들 중 상기 SDMA를 수행하기 위한 사용자를 선택하는 연산량을 줄이기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 무선 멀티미디어 시대를 맞이하여 대용량의 데이터를 무선채널을 이용하여 고속으로 전송해야하는 필요성이 급격히 증대되면서, 이동 채널 및 무선 채널을 통한 인터넷 서비스를 지원하기 위해 무선·고속 데이터 전송 시스템에 대하여 전 세계적으로 활발하게 연구되고 있다.

상기 이동 채널 및 무선 채널을 통한 인터넷 서비스를 지원하기 위한 연구 중 하나로 데이터 전송률(data rate)을 증가시키기 위한 방법 중 하나로, 상기 MIMO시스템이 대두되고 있다.

상기 MIMO 시스템은, 복수의 송수신 안테나를 포함하여, 보다 높은 데이터 전송률을 가지므로 송수신기간의 무선 링크의 용량이 상기 MIMO 방식을 사용하지 않는 시스템에 비하여 향상된다는 점에서 유리하다. 또한, 다중 경로가 풍부한 환경에서는 다수의 직교 채널들이 상기 송수신기간에 생성될 수 있다. 따라서, 단일 사용자에 대한 데이터는 상기 MIMO 방식을 사용하지 않는 시스템과 동일한 대역폭을 사용하여, 상기 직교 채널들을 통하여 병렬적으로 무선자원을 통해 송신될 수 있으므로 높은 스펙트럼 효율이 달성된다.

더욱이 상기 MIMO시스템에서 상기 SDMA 전송 방식을 지원하므로, 전송의 신호 대 잡음비(SNR : Signal to Noise Rate)가 개선되고, 더 높은 데이터 전송률(data rate)을 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 MIMO시스템의 기지국에서 SDMA를 지원하기 위한 사용자를 선택하기 위한 절차를 도시하고 있다. 이하 설명에서 한 개의 수신안테나(R=1)를 구비하는 K 명의 사용자 중 상기 SDMA을 수행하기 위해 U 명을 선택하는 것으로 가정한다. 또한, 상기 기지국은 T개의 기지국 안테나를 가지며, 상기 T개의 기지국 안테나와 각 사용자들 간의 채널 정보를 알고 있다고 가정한다. 여기서, 상기 U는 2보다 크거나 같다(U ≥ 2).

상기 도 1을 참조하면, 기지국은 101단계에서 전체 K 명의 사용자들 중에서 상기 SDMA를 수행할 U명을 선택하기 위하여, 전체 사용자들을 U명씩 묶어 상기 K 명의 사용자에서 나올 수 있는 모든 조합들을 생성한다.

상기 모든 조합들을 생성한 후, 상기 기지국은 103단계로 진행하여, 하기 <수학식 1, 2, 3, 4>를 이용하여 j번째 사용자 조합의 용량을 계산한다. 여기서, 상기 j는 전체 조사하여야 할 조합의 개수 _KC_U중에서 하나를 나타내는 인덱스로 초기값은 1을 갖는다.

하기 <수학식 1>은 상기 j번째 사용자 조합에 해당하는 U명의 사용자들의 채널 정보(H)를 이용하여 가중치를 생성하는 수식이다.

W_ZF = H^H(HH^H)^-1 = [W¹, W², …, W^U]

여기서, W_ZF는 제로 포싱(Zero-Forcing)을 이용한 가중치를 나타내며, H는 R 개의 수신안테나를 갖는 U명의 사용자들의 전체 채널 행렬 [H¹, H², H³, …, H^U]^T을 나타낸다. 여기서, 상기 H^U는 기지국의 T개 송신 안테나와 U번째 사용자의 R개 수신안테나 사이의 채널 행렬 [H₁ ^U, H₂ ^U, H₃ ^U, …, H_R ^U]^T을 나타낸다. 여기서, 상기 H_R ^U는 기지국의 T개 송신 안테나와 U번째 사용자의 R번째 수신안테나 사이의 채널 행렬[H_{R, 1} ^U, H_{R, 2} ^U, H_{R, 3} ^U, …,H_{R, T} ^U]을 나타낸다. 여기서, 상기 H_{R, T} ^U는 기지국의 T번째 송신 안테나의 U번째 사용자의 R번째 수신안테나 사이의 채널을 나타낸다.

상기 산출된 가중치(W_ZF)를 하기 <수학식 2>에 적용하여 상기 U명의 사용자들 각각의 전력 스케일링을 산출한다.

하기 <수학식 2>는 상기 가중치(W_ZF)를 이용하여 전력스케일링을 산출하는 수식이다.

여기서, W^u는 T개 송신 안테나를 갖는 상기 기지국에서 사용되는 u번째 사용자를 위한 가중치 열 벡터 [W^u ₁, W^u ₂, …, W^u _T]^T를 나타낸다.

이후, 상기 산출한 전력 스케일링을 하기 <수학식 3>에 적용하여 상기 U명의 사용자 각각의 수신 신호대 잡음비(SNR_u)를 산출한다.

하기 <수학식 3>은 j번째 사용자 조합에 포함된 U명의 사용자 각각의 SNR_u를 산출하는 수식이다.

여기서, P_u는 상기 수학식 2에서 산출한 u번째 사용자의 전력 스케일링을 나타내고, S^u는 u번째 사용자에게 SDMA를 사용하여 송신하는 송신 심벌을 나타내며, σ² _u는 상기 u번째 사용자의 잡음 전력을 나타낸다.

상기 산출한 u번째 사용자의 SNR을 하기 <수학식 4>에 적용하여 상기 j번째 사용자 조합의 전체 용량을 산출한다.

하기 <수학식 4>는 j번째 사용자 조합의 전체용량을 산출하는 수식이다.

여기서, C_j ^total은 상기 j번째 사용자 조합의 전체 용량을 나타낸다.

상기 <수학식 4>를 이용하여, 상기 j번째 사용자 조합의 용량을 산출한 후, 상기 기지국은 105단계로 진행하여, 상기 사용자 용량을 산출한 사용자 조합 인덱스 j와 전체 조사하여야할 조합의 개수(_KC_U)를 비교한다. 즉, 상기 모든 조합의 용량을 산출하였는지 확인한다. 만일, 상기 j가 상기 _KC_U보다 작으면(j < _KC_U), 즉, 모든 조합의 용량을 산출하지 않았으면, 상기 기지국은 107단계로 진행하여 상기 j를 한 단계 증가시킨 후(j = j +1), 상기 103단계로 되돌아가 상기 증가된 j에 해당되는 사용자 조합(j+1번째)의 용량을 계산한다.

한편, 상기 j가 상기 _KC_U보다 크거나 같으면(j ≥ _KC_U), 즉, 모든 조합의 용량을 산출하였으면, 상기 기지국은 109단계로 진행하여 사용자 조합들 중의 최대 용량을 갖는 사용자 조합을 선택하여, 상기 선택된 사용자 조합에 해당하는 사용자들에 대해 상기 SDMA를 수행한다.

이후, 상기 기지국은 본 알고리즘을 종료한다.

상술한 바와 같이 MIMO시스템에서 SDMA를 수행할 사용자를 선택하기 위해서는 전체 사용자들을 상기 SDMA를 수행할 사용자 수에 따라 발생할 수 있는 모든 사용자 조합을 생성한 후, 상기 생성된 모든 사용자 조합의 용량을 계산하여, 최대 용량을 갖는 사용자 조합 선택하므로 연산량이 크다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 다중 입력 다중 출력 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 사용자를 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다중 입력 다중 출력 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위해 사용자를 선택하기 위한 연산량을 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적들을 해결하기 위한 본 발명의 제 1견지에 따르면, SDMA(Spatial Division Multiple Access)무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 U명의 사용자(U ≥ 2)를 선택하기 위한 장치는, 전체 사용자들의 채널 정보를 저장하고 있는 채널 정보 저장부와, 상기 채널 정보 저장부에 저장되어있는 상기 채널 정보를 이용하여, 상기 전체 사용자들 중 상기 U명을 선택하기 위한 조합을 생성하고, 상기 생성된 조합들의 용량을 이용하여 한계조사 횟수를 산출하고, 상기 산출한 한계조사 횟수를 이용하여 상기 SDMA를 수행할 사용자를 선택하는 사용자 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2견지에 따르면, SDMA(Spatial Division Multiple Access)무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 U명의 사용자(U ≥ 2)를 선택하기 위한 장치는, 전체 사용자들의 채널 정보를 저장하고 있는 채널 정보 저장부와, 상기 채널 정보 저장부에 저장되어있는 상기 채널 정보를 이용하여, 상기 전체 사용자들 중 상기 U명을 선택하기 위한 조합을 생성하고, 상기 생성된 조합들의 간섭을 고려한 신호대 잡음비의 감소량을 미리 설정된 조사 임계치(SNR(Deg))와 비교하여 상기 SDMA를 수행할 사용자를 선택하는 사용자 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3견지에 따르면, SDMA(Spatial Division Multiple Access)무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 U명의 사용자(U ≥ 2)들을 선택하기 위한 방법은, 전체 사용자들을 채널 상태에 따라 정렬하고, 상기 정렬된 사용자들 중 상기 U명을 선택하기 위한 조합들을 생성한 후, 상기 생성된 조합들 중, j번째 조합의 용량을 산출하는 과정과, 상기 산출된 j번째 조합의 용량이 이전 산출된 조합들의 용량보다 클 경우, 상기 j번째 조합에 속한 사용자들의 간섭을 고려한 신호대 잡음비와 상기 사용자들의 최대 신호대 잡음비를 비교하여 한계조사 횟수를 결정하는 과정과, 상기 결정된 한계조사 횟수와 상기 j를 비교하여 상기 j가 크거나 같을 경우, 상기 산출된 조합들의 용량들 중 최고 용량을 갖는 조합을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 4견지에 따르면, SDMA(Spatial Division Multiple Access)무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 U명의 사용자(U ≥ 2)들을 선택하기 위한 방법은, 최대 조사 횟수와 조사 임계치(SNR_(Deg))를 설정하는 과정과, 전체 사용자들을 채널 상태에 따라 정렬하고, 상기 정렬된 사용자들 중 상기 U명을 선택하기 위한 조합들을 생성한 후, 상기 생성된 조합 중, j번째 조합의 신호대 잡음비의 감소량(SNR_U(Deg))을 산출하는 과정과, 상기 산출된 SNR_U(Deg)이 상기 임계치(SNR_(Deg))보다 크거나 같을 경우, 상기 j번째 조합에 속하는 모든 사용자들의 신호대 잡음비의 감소량을 상기 임계치와 비교하였는지 확인하는 과정과, 상기 j번째 조합에 속하는 사용자들을 모두 비교한 경우, 상기 j번째 조합을 최고 용량을 갖는 조합으로 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명은, 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하 MIMO라 칭함) 통신 시스템의 기지국에서 공간 분할 다중 접속(Spatial Division Multiple Access : 이하 SDMA라 칭함)을 수행하기 위한 사용자를 선택하기 위한 기술에 대해 설명할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 SDMA를 동작하기 위한 블록구성을 도시하고 있다.

상기 도 2를 참조하면, T개의 안테나를 사용하는 기지국에서 K명의 사용자 중 U명을 선택하여 SDMA를 수행하는 경우, 사용자 선택기(200)는 채널 정보 저장부(202)로부터 제공받은 상기 K명 사용자들의 채널정보를 이용하여 상기 K명의 사용자에게 전송할 데이터만을 선택한다. 이후, 상기 선택된 U명의 사용자들의 데이터에 대한 가중치를 산출한다(하기 도 3과, 도 4에 자세히 설명한다). 인코더(203, 204)는 상기 선택된 U명의 사용자에게 전송할 데이터를 해당 부호율에 따라 부호화하여 변조기(205, 206)에 제공한다.

상기 변조기 (205, 206)는 상기 인코더(203, 204)에서 제공받은 상기 U명의 사용자들이 데이터를 미리 설정된 변조 방식에 의해 데이터 전송에 적합한 형태로 변조시킨다. 여기서, 상기 미리 설정된 변조방식은, BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), PAM(Pulse Amplitude Modulation), PSK(Phase Shift Keying) 등과 같 은 변조방식들 중 어느 한 방식이 될 수 있다.

가중치 곱셈기(207)는 상기 변조된 데이터들에 상기 사용자 선택기(200)에서 산출된 가중치 벡터를 곱하여 채널 분리기(209)에 제공한다. 상기 채널 분리기(209)는 상기 가중치 곱셈기(207)에서 제공받은 상기 가중치 벡터를 곱한 변조된 데이터를 T개의 기지국 안테나로 나누어 전송하기 위하여 상기 기지국의 안테나 개수(T개)만큼 분리한다.

상기 채널 분리기(209)에서 분리된 변조 데이터는 필터(Filter)(211, 212)거친 후, 디지털 아날로그 변환기(Digital/Analog converter)(213, 214)에서 아날로그 신호로 변환된다. 이후, RF(Radio Frequency)처리기(215, 216)에서 무선데이터 신호로 변환하여 안테나를 통해 전송한다.
이하 설명에서 상기 다중 안테나 시스템에서 SDMA를 수행할 사용자들을 선택하기 위한 연산량을 줄이기 위해 사용자 조합의 조사 구간을 줄이는 방법과, 채널의 상관성에 의한 SNR값의 감소량을 이용하는 방법을 제시한다. 여기서, 상기 사용자 조합은 전체 K명의 사용자들 중, 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 U명의 사용자를 선택하기 위한 조합을 의미한다.
먼저, 사용자 조합의 조사 구간을 줄여 상기 SDMA를 수행할 사용자들을 선택하기 위한 연산량을 줄이기 위한 방법은 하기 도 3에 도시되어 있다.

도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 MIMO시스템의 기지국에서 SDMA를 지원하기 위해 사용자를 선택하는 절차를 도시하고 있다. 이하 설명에서 한 개의 수신안테나를 갖는 K 명의 사용자 중 SDMA을 수행하기 위해 U 명을 선택한다. 또한, 상기 기지국은 T 개의 기지국 안테나를 가지며(T ≥ U), 상기 T 개의 기지국 안테나와 각 사용자들 간의 채널 정보를 알고 있다고 가정한다. 여기서, 상기 U는 2보다 크거나 같다(U ≥ 2).

상기 도 3을 참조하면, 먼저 기지국은 301단계에서 SDMA사용자를 선택하기 위한 초기 설정을 수행한다. 예를 들어, 상기 K 명의 사용자들의 신호대 잡음비(SNR_K ^Pre) 또는 채널 전력(|H₁ ^K|²)을 이용하여 각 사용자들을 내림차순으로 정렬하고, 최대 조사 횟수(N_iter)를 상기 모든 사용자 조합의 개수(_KC_U)와 동일하게 한다. 또한, 최대 용량 값을 갖는 조합의 인덱스(J)와 상기 J번째 조합이 갖는 최대 용량 값(C_MAX ^Total)을 0으로 설정하며, 상기 모든 사용자 조합들 중에서 하나의 조합을 나타내는 인덱스(j)는 1로 초기화한다.

상기 초기 설정을 마친 후, 상기 기지국은 303단계로 진행하여 전체 K 명의 사용자에서 상기 SDMA를 수행할 U명을 선택하기 위하여, 임의의 사용자들을 U 명씩 묶어 상기 K 명에서 나올 수 있는 모든 사용자 조합들을 생성한다.

이후, 상기 기지국은 305단계로 진행하여 상기 <수학식 1, 2, 3, 4>를 이용하여 j번째 사용자 조합의 용량을 산출한다. 여기서, 상기 j번째 사용자 조합의 용량 산출은, 먼저 상기 <수학식 1>에서 j번째 사용자 조합에 해당하는 U명의 사용자들의 채널 정보(H)를 이용하여 가중치(W_ZF)를 생성하고, 상기 산출된 가중치(W_ZF)를 상기 <수학식 2>에 적용하여 상기 j번째 사용자 조합에 포함된 사용자들 각각의 전력 스케일링(P_u)을 산출한다.

이후, 상기 산출한 전력 스케일링을 상기 <수학식 3>에 적용하여 상기 j번째 사용자 조합에 포함된 사용자 각각의 수신 신호대 잡음비(SNR_u)를 산출한 후, 상기 산출한 SNR_u를 상기 <수학식 4>에 적용하여 상기 j번째 사용자 조합의 전체 용량(C_j ^total)을 산출한다.

상기 j번째 사용자 조합의 용량을 산출한 후, 상기 기지국은 307단계로 진행하여 상기 j번째 사용자 조합의 용량(C_j ^total)과 상기 최대 용량(C_MAX ^total)을 비교한다. 만일, 상기 C_j ^total가 상기 C_MAX ^total보다 작거나 같으면( C_MAX ^total ≥ C_j ^total), 상기 기지국은 309단계로 진행한다.

한편, 상기 C_j ^total가 상기 C_MAX ^total보다 크면( C_MAX ^Total < C_j ^total), 상기 기지국은 315단계로 진행하여 상기 사용자 조합 인덱스 j를 최대 용량 값을 갖는 사용자 조합으로 설정하고(J=j), 상기 j번째 사용자 조합의 용량 C_j ^total을 최대 용량으로 설정한다(C_MAX ^Total = C_j ^total).

이후, 상기 기지국은 317단계로 진행하여 한계 조사 횟수(N_j)를 선택한다. 여기서, 상기 한계조사 횟수(N_j)는, 상기 수학식 3에서 산출된 상기 j번째 사용자 조합에 포함되는 사용자들의 SNR_u를 상기 301단계에서 내림차순 정렬된 K명의 사용자들의 SNR^Pre과 비교하여, 상기 SNR^Pre값이 상기 SNR_u보다 크거나 같은(SNR^Pre ≥ SNR_u) 사용자들을 선택한다. 여기서, 상기 SNR_u는 상기 j번째 사용자 조합에 포함된 사용자들로 SDMA를 수행하였을 u번째 사용자의 경우 신호대 잡음 비를 나타내고, 상기 SNR^Pre는 상기 u번째 사용자에게만 다중 안테나 서비스를 지원하는 경우의 신호대 잡음 비를 나타낸다.
이후, 상기 기지국은 상기 선택된 사용자들 중 최대의 사용자 인덱스를 갖는 사용자(K_u)들을 선택한다. 이때, 상기 기지국은 상기 j번째 사용자 조합에 포함되는 각각의 사용자들에 대한 최대의 사용자 인덱스를 갖는 사용자(K_u)를 선택한다. 예를 들어 상기 j번째 사용자 조합에 2명이 포함될 경우, 첫 번째 사용자에 대한 상기 K₁과, 두 번째 사용자에 대한 K₂를 선택한다.
상기 선택된 K_u들의 사용자 조합을 생성하여 상기 선택된 K_u들의 조합이 갖는 사용자 조합 인덱스를 상기 한계조사 횟수(N_j)로 선택한다. 여기서, 상기 선택된 K_u는 K_u < K_u+1을 만족하며, 상기 u는 1, 2, …, U-1이다. 예를 들어 상기 선택해야할 사용자의 수(U)가 두 명일 경우, j번째 조합의 첫 번째 사용자에 의해 선택된 인덱스(K₁)는 두 번째 사용자에 의해 선택된 인덱스(K₂)보다 작아야 한다. 상기 K₁가 상기 K₂보다 클 경우, 상기 선택된 조합의 한 단계 상위 조합의 인덱스를 한계 조사 횟수로 선택한다. 즉, 상기 K₁을 포함하는 사용자 조합을 선택한다.

상기 한계조사 횟수(N_j)를 선택한 후, 상기 기지국은 319단계로 진행하여 미리 설정되었던 최대 조사 횟수(Niter)와 상기 한계조사 횟수(N_j)를 비교한다. 상기 N_j가 상기 N_iter보다 크거나 같으면(N_j ≥ N_iter), 상기 기지국은 상기 309단계로 진행한다.

만일, 상기 N_j가 상기 N_iter보다 작으면(N_j < N_iter), 상기 기지국은 321단계로 진행하여 상기 N_j를 최대 조사 횟수로 설정한다.

이후, 상기 기지국은 상기 309단계로 진행하여 상기 j와 상기 최대 조사 횟수(N_iter)를 비교한다. 상기 j가 상기 N_iter보다 작으면( j < N_iter), 상기 기지국은 313단계로 진행하여 상기 j를 한 단계 증가시키고(j=j+1), 상기 305단계 되돌아가 상술한 과정을 반복한다.

만일, 상기 j가 상기 N_iter보다 크거나 같으면(j ≥ N_iter), 상기 기지국은 311단계로 진행하여 최대 용량을 갖는 사용자 조합을 선택(J)을 선택하여, 상기 선택된 사용자 조합에 해당하는 사용자들에 대해 상기 SDMA를 수행한다.

이후, 상기 기지국은 본 알고리즘을 종료한다.
다음으로 채널의 상관성에 의한 SNR 값의 감소량을 이용하여 사용자 조합의 조사를 중단시킬 임계치(SNR_(Deg))를 설정하여 상기 SDMA를 수행할 사용자들을 선택하기 위한 연산량을 줄이기 위한 방법은 하기 도 4에 도시되어 있다.

도 4는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 MIMO시스템의 기지국에서 SDMA를 지원하기 위한 사용자를 선택하기 위한 절차를 도시하고 있다. 이하 설명에서 한 개의 수신안테나를 갖는 K 명의 사용자 중 SDMA을 수행하기 위해 U 명을 선택하며, 상기 기지국은 T 개의 기지국 안테나를 가지고, 상기 T 개의 기지국 안테나와 각 사용자들간의 채널 정보를 알고 있다고 가정한다. 여기서, 상기 U는 2보다 크거나 같고(U ≥ 2), 최대 조사 횟수(N_iter)는 전체 조사할 사용자 조합의 개수(_KC_U)보다 작으며(N_iter < _KC_U), 상기 기지국의 연산 능력에 따라 적절히 조절할 수 있다.

상기 도 4를 참조하면, 먼저 기지국은 401단계에서 상기 SDMA를 수행할 사용자를 선택하기 위한 초기 설정을 수행한다. 예를 들어, 상기 K 명의 사용자들의 신호대 잡음비(SNR_K ^Pre) 또는 채널 전력(|H₁ ^K|²)을 이용하여 각 사용자들을 내림차순으로 정렬하고, 최대 조사 횟수의 한계치(N_iter)를 설정한다. 또한, 채널 상관성에 의한 SNR의 감소량을 이용하여 조사의 반복을 중단시킬 임계치(SNR_(Deg))를 설정하고, 최대 용량 값을 갖는 조합의 인덱스(J)와 상기 J번째 조합이 갖는 최대 용량 값(C_MAX ^Total)을 0으로 설정하며, 모든 사용자 조합들 중에서 하나의 조합을 나타내는 인덱스(j)는 1로 초기화한다.

상기 초기 설정을 마친 후, 상기 기지국은 403단계로 진행하여 전체 K 명의 사용자에서 상기 SDMA를 수행할 U명을 선택하기 위하여, 임의의 사용자들을 U명씩 묶어 상기 K명에서 나올 수 있는 모든 사용자 조합들을 생성한다.

이후, 상기 기지국은 405단계로 진행하여 상기 <수학식 1, 2, 3> 및 하기 <수학식 5>를 이용하여 j번째 사용자 조합의 u번째 사용자의 채널 상관성에 의한 SNR감소량(SNR_u(Deg))을 산출한다. 여기서, 상기 SNR_u(Deg)은, 먼저 상기 <수학식 1>에서 상기 j번째 조합에 해당하는 U명의 사용자들의 채널 정보(H)를 이용하여 가중치(W_ZF)를 생성하고, 상기 산출된 가중치를 상기 <수학식 2>에 적용하여 상기 U명의 사용자들 각각의 전력 스케일링(P_u)을 산출한다. 이후, 상기 산출한 전력 스케일링을 상기 <수학식 3>에 적용하여 상기 U명의 사용자 각각의 수신 신호대 잡음비(SNR_u)를 산출한다. 이때, 상기 산출된 SNR_u를 하기 <수학식 5>를 이용하여 ㏈로 표현한다.

삭제

하기 <수학식 5>는 신호대 잡음비(SNR_u)의 ㏈표현을 나타내는 수식이다.

여기서, SNR_u(dB)는 상기 j번째 사용자 조합의 u번째 사용자의 신호대 잡음비(SNR_u)의 dB표현을 나타내고, H₁ ^u는 상기 기지국의 T개 안테나와 u번째 사용자의 1번째 수신안테나 사이의 채널을 나타내며, S^u는 u번째 사용자에게 SDMA를 수행하기 위해 송신하는 송신 심벌을 나타낸다. 또한 σ_u ²는 상기 u번째 사용자의 잡음전력을 나타내고, W^u는 상기 T개 안테나를 갖는 기지국에서 사용되는 u번째 사용자를 위한 가중치를 나타내며, SNR_u(MAX)(dB)는 상기 u번째 사용자의 최대 신호대 잡음비를 나타내고, SNR_u(Deg)(dB)는 상기 u번째 사용자의 채널 상관성에 의한 SNR감소량을 나타낸다. 또한, 상기 u는 상기 j번째 사용자 조합에 속한 사용자 인덱스를 나타내며 초기 값으로 1을 갖는다.

상기 SNR_u(Deg)을 산출한 후, 상기 기지국은 407단계로 진행하여 상기 조사의 반복을 중단시킬 임계치(SNR_(Deg))와 상기 SNR_u(Deg)을 비교한다. 여기서, 상기 SNR_u(Deg)는 음수 값을 갖는다.
상기 SNR_(Deg)이 상기 SNR_u(Deg)보다 작거나 같으면(SNR_u(Deg) ≥SNR_(Deg)), 상기 기지국은 419단계로 진행하여 상기 u를 한 단계 증가시킨다.

이후, 상기 기지국은 421단계로 진행하여 상기 증가시킨 u와 상기 SDMA를 수행할 사용자 수(U)를 비교한다. 만일, 상기 u가 상기 U보다 작거나 같으면(u ≤ U), 상기 기지국은 상기 407단계로 되돌아가 상기 j번째 사용자 조합에 남은 사용자의 SNR 감소 값을 확인한다.

한편, 상기 u가 상기 U보다 크면(u > U), 즉, 상기 j번째 사용자 조합에 포함된 사용자들의 SNR 감소값이 상기 임계치보다 작거나 같으면, 상기 기지국은 423단계로 진행하여 상기 사용자 조합인덱스 j를 최대 용량 값을 갖는 조합의 인덱스(J)로 설정한 후(J = j), 상기 기지국은 415단계로 진행한다.

만일, 상기 SNR_(Deg)이 상기 SNR_u(Deg)보다 크면(SNR_u(Deg) < SNR_(Deg)), 상기 기지국은 409단계로 진행하여, 상기 <수학식 4>를 이용하여 상기 j번째 사용자 조합의 용량을 계산한다. 여기서, 상기 j번째 사용자 조합의 용량은 상기 <수학식 3>을 이용하여 산출한 상기 j번째 사용자 조합에 속한 사용자들의 신호대 잡음비를 상기 <수학식 4>에 적용하여 상기 j번째 사용자 조합의 용량(C_j ^total)을 산출한다.

이후, 상기 기지국은 411단계로 진행하여, 상기 최대 용량값(C_MAX ^total)과 상기 j번째 사용자 조합의 용량(C_j ^total)을 비교한다. 상기 C_MAX ^total가 상기 C_j ^total보다 크거나 같으면(C_MAX ^total ≥ C_j ^total), 상기 기지국은 413단계로 진행한다.

만일, 상기 C_MAX ^total가 상기 C_j ^total보다 작으면(C_MAX ^total < C_j ^total), 상기 기지국은 425단계로 진행하여 상기 사용자 조합인덱스 j를 최대 용량 값을 갖는 조합의 인덱스(J)로 설정(J=j)하고, 상기 C_j ^total를 최대 용량으로 설정(C_MAX ^total = C_j ^total)한다.

이후, 상기 기지국은 상기 413단계로 진행하여 상기 j값과 상기 전체 조사횟수의 한계치(N_iter)를 비교하여, 상기 j가 상기 Niter보다 작으면, 상기 기지국은 417단계로 진행하여 상기 사용자 조합의 인덱스 j를 한 단계 증가시킨 후(j=j+1), 405단계로 되돌아가 상술한 동작들을 반복한다.

만일, 상기 j가 상기 N_iter보다 크거나 같으면, 상기 기지국은 415단계로 진행하여 최대 용량 값을 갖는 사용자 조합(J)을 선택하여, 상기 선택된 사용자 조합에 해당하는 사용자들에 대해 상기 SDMA를 수행한다.

이후, 상기 기지국은 본 알고리즘을 종료한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 다중 입력 다중 출력 시스템의 기지국에서 공간 분할 다중 접속을 수행하기 위한 사용자를 선택하는 과정에서 신호대 잡음비나 신호대 잡 음비 감소량을 이용하여 사용자 조합의 조사 횟수에 한계를 줌으로써 상기 사용자를 선택하기 위한 연산량을 줄 일수 있는 이점이 있다.

Claims (29)

1. 무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 적어도 두 명의 사용자들을 선택하기 위한 장치에 있어서,

   전체 사용자들의 채널 정보를 저장하고 있는 채널 정보 저장부와,

   상기 채널 정보 저장부에 저장되어있는 상기 채널 정보를 이용하여, 상기 전체 사용자들 중 적어도 두 명을 선택하기 위한 조합을 생성하고, 상기 생성된 조합들의 용량을 이용하여 한계조사 횟수를 산출하고, 상기 산출한 한계조사 횟수를 이용하여 적어도 두 명의 사용자들을 선택하는 사용자 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 채널 정보는, 상기 전체 사용자들의 최대 신호대 잡음 비, 채널전력정보 및 상기 생성된 조합들에 속한 사용자들의 간섭을 고려한 신호대 잡음비를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 사용자 선택부는,

   상기 채널 상태 정보 저장부에 저장되어있는 상기 전체 사용자의 채널 상태 정보를 이용하여 상기 전체 사용자들을 정렬하고,

   상기 정렬된 사용자들 중 적어도 두 명을 선택하기 위한 조합들을 생성하고,

   상기 생성된 조합들에 속한 사용자들의 간섭을 고려한 신호대 잡음 비와 상기 전체 사용자들의 최대 신호대 잡음 비를 비교하여 한계조사 횟수를 결정하고,

   상기 결정된 한계조사 횟수까지 상기 조합들의 용량을 산출하여 최고 용량을 갖는 조합을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 적어도 두 명의 사용자들을 선택하기 위한 장치에 있어서,

   전체 사용자들의 채널 정보를 저장하고 있는 채널 정보 저장부와,

   상기 채널 정보 저장부에 저장되어있는 상기 채널 정보를 이용하여, 상기 전체 사용자들 중 적어도 두 명을 선택하기 위한 조합을 생성하고, 상기 생성된 조합들의 간섭을 고려한 신호대 잡음비의 감소량을 미리 설정된 조사 임계치(SNR_(Deg))와 비교하여 적어도 두 명의 사용자들을 선택하는 사용자 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 채널 정보는, 상기 전체 사용자들의 최대 신호대 잡음비, 채널전력정보 및 상기 생성된 조합들에 속한 사용자들의 간섭을 고려한 신호대 잡음비를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 사용자 선택부는,

   상기 채널 상태 정보 저장부에 저장되어있는 상기 전체 사용자의 채널 상태 정보를 이용하여, 상기 전체 사용자들을 채널 상태에 따라 정렬하고,

   상기 정렬된 사용자들 중 적어도 두 명을 선택하기 위한 조합들을 생성하고,

   상기 생성된 조합들에 속한 사용자들의 간섭을 고려한 신호대 잡음비의 감소량과 상기 조사 임계치를 비교하여, 상기 사용자 조합에 포함된 사용자들의 신호대 잡음비의 감소량이 상기 조사 임계치보다 크거나 같은 조합을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 사용자들의 신호대 잡음비의 감소량과 상기 조사 임계치는 음수인 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 사용자 선택부는,

   최대 조사 횟수를 설정하여 상기 사용자들의 신호대 잡음비의 감소량이 상기 조사 임계치보다 크거나 같은 조합이 없는 경우, 상기 설정된 최대 조사 횟수까지의 사용자 조합들의 용량을 산출하여 최고 용량을 갖는 조합을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 4항에 있어서,

   상기 조사 임계치는, 채널 상관성에 의한 신호대 잡음비의 감소량을 나타내는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 적어도 두 명의 사용자들을 선택하기 위한 방법에 있어서,

    전체 사용자들을 채널 상태에 따라 정렬하고, 상기 정렬된 사용자들 중 적어도 두 명을 선택하기 위한 조합들을 생성한 후, 상기 생성된 조합들 중, j번째 조합의 용량을 산출하는 과정과,

    상기 산출된 j번째 조합의 용량이 이전 산출된 조합들의 용량들보다 클 경우, 상기 j번째 조합에 속한 사용자들의 간섭을 고려한 신호대 잡음 비와 상기 사용자들의 최대 신호대 잡음 비를 비교하여 한계조사 횟수를 결정하는 과정과,

    상기 결정된 한계조사 횟수와 상기 j를 비교하여, 상기 j가 크거나 같을 경우, 상기 산출된 조합들의 용량들 중 최고 용량을 갖는 조합을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 채널상태는, 상기 전체 사용자들의 최대 신호대 잡음비 또는 채널전력인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 산출된 j번째 조합의 용량이 이전 산출된 조합들의 용량들보다 클 경우, 최고 용량을 상기 산출된 j번째 조합의 용량으로 갱신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 10항에 있어서,

    상기 j번째 조합의 용량이 상기 이전 산출된 조합들의 용량들보다 작거나 같은 경우, 한계조사 횟수와 상기 j를 비교하는 과정과,

    상기 j가 상기 한계조사 횟수보다 크거나 같을 경우, 상기 산출된 조합들의 용량들 중 최고 용량을 갖는 조합을 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 j가 상기 한계조사 횟수보다 작은 경우, 상기 j를 한 단계 증가시키는 과정과,

    상기 증가된 j에 해당하는 조합의 용량을 산출하는 과정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 10항에 있어서,

    상기 한계조사 횟수를 결정하는 과정은,

    상기 전체 사용자들 중 최대 신호대 잡음비가 상기 j번째 조합에 속하는 사용자들의 간섭에 의한 신호대 잡음비보다 크거나 같은 사용자들을 선택하는 과정과,

    상기 선택된 사용자들 중 최대 사용자 인덱스를 갖는 사용자를 상기 j번째 조합에 포함된 사용자에 대해 각각 선택하는 과정과,

    상기 선택된 사용자들 중, 첫 번째 사용자의 인덱스가 다음 사용자의 인덱스보다 작은 조합을 선택하는 과정과

    상기 선택된 조합의 인덱스와 현재 설정된 한계조사 횟수를 비교하여 상기 선택된 조합의 인덱스가 작을 경우, 상기 현재 설정된 한계조사 횟수를 상기 선택된 조합의 인덱스값으로 갱신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 첫 번째 사용자의 인덱스가 다음 사용자의 인덱스보다 클 경우, 상기 첫 번째 사용자의 인덱스를 포함하는 조합을 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 10항에 있어서,

    상기 j가 상기 한계조사 횟수보다 작은 경우, 상기 j를 한 단계 증가시키는 과정과,

    상기 증가된 j에 해당하는 조합의 용량을 산출하는 과정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 적어도 두 명의 사용자들을 선택하기 위한 방법에 있어서,

    최대 조사 횟수와 조사 임계치(SNR_(Deg))를 설정하는 과정과,

    전체 사용자들을 채널 상태에 따라 정렬하고, 상기 정렬된 사용자들 중 적어도 두 명을 선택하기 위한 조합들을 생성한 후, 상기 생성된 조합 중, j번째 조합의 신호대 잡음비의 감소량(SNR_U(Deg))을 산출하는 과정과,

    상기 산출된 SNR_U(Deg)이 상기 임계치(SNR_(Deg))보다 크거나 같을 경우, 상기 j번째 조합에 속하는 모든 사용자들의 신호대 잡음비의 감소량을 상기 임계치와 비교하였는지 확인하는 과정과,

    상기 j번째 조합에 속하는 사용자들을 모두 비교한 경우, 상기 j번째 조합을 최고 용량을 갖는 조합으로 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 채널상태는, 상기 전체 사용자들의 최대 신호대 잡음비 또는 채널전력인 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 18항에 있어서,

    상기 조사 임계치(SNR_(Deg))는, 채널 상관성에 의한 신호대 잡음비의 감소량을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제 18항에 있어서,

    상기 사용자들의 신호대 잡음비의 감소량과 상기 조사 임계치는 음수인 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제 18항에 있어서,

    상기 j번째 조합에 속하는 사용자를 모두 비교하지 않은 경우, 상기 j번째 조합에 포함된 다음 사용자의 신호대 잡음비의 감소량과 임계치를 비교하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제 18항에 있어서,

    상기 산출된 SNR_U(Deg)이 상기 임계치(SNR_(Deg))보다 작을 경우, 상기 j번째 조합의 용량(C_j ^Total)을 산출하여 최고 용량(C_MAX ^Total)과 비교하는 과정과,

    상기 j번째 조합의 용량이 상기 최고 용량보다 클 경우, 상기 최고 용량 값을 상기 j번째 조합의 용량 값으로 갱신하는 과정과,

    상기 최고용량을 결정한 후, 상기 j와 상기 최대조사횟수를 비교하는 과정과,

    상기 j가 상기 최대 조사횟수보다 크거나 같은 경우, 상기 산출된 조합들의 용량들 중 최고 용량을 갖는 조합을 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제 23항에 있어서,

    상기 C_j ^Total가 상기 C_MAX ^Total보다 작거나 같을 경우, 상기 C_MAX ^Total를 유지하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제 23항에 있어서,

    상기 j가 상기 최대조사횟수보다 작은 경우, 상기 j를 한 단계 시키는 과정과,

    상기 증가된 j에 해당하는 조합의 신호대 잡음비의 감소량을 산출하는 과정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 다중 안테나 (MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 적어도 두 명의 사용자들을 선택하기 위한 장치에 있어서,

    전체 사용자들의 채널 정보를 저장하고 있는 채널 정보 저장부와,

    상기 채널 정보 저장부에 저장되어있는 상기 채널 정보를 이용하여, 상기 전체 사용자들 중 적어도 두 명을 선택하기 위한 조합을 생성하고, 상기 생성된 조합들의 용량을 이용하여 한계조사 횟수를 산출하고, 상기 산출한 한계조사 횟수를 이용하여 적어도 두 명의 사용자들을 선택하는 사용자 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
27. 다중 안테나 (MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 적어도 두 명의 사용자들을 선택하기 위한 장치에 있어서,

    전체 사용자들의 채널 정보를 저장하고 있는 채널 정보 저장부와,

    상기 채널 정보 저장부에 저장되어있는 상기 채널 정보를 이용하여, 상기 전체 사용자들 중 적어도 두 명을 선택하기 위한 조합을 생성하고, 상기 생성된 조합들의 간섭을 고려한 신호대 잡음비의 감소량을 미리 설정된 조사 임계치(SNR_(Deg))와 비교하여 적어도 두 명의 사용자들을 선택하는 사용자 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
28. 다중 안테나 (MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 적어도 두 명의 사용자들을 선택하기 위한 방법에 있어서,

    전체 사용자들을 채널 상태에 따라 정렬하고, 상기 정렬된 사용자들 중 적어도 두 명을 선택하기 위한 조합들을 생성한 후, 상기 생성된 조합들 중, j번째 조합의 용량을 산출하는 과정과,

    상기 산출된 j번째 조합의 용량이 이전 산출된 조합들의 용량들보다 클 경우, 상기 j번째 조합에 속한 사용자들의 간섭을 고려한 신호대 잡음 비와 상기 사용자들의 최대 신호대 잡음 비를 비교하여 한계조사 횟수를 결정하는 과정과,

    상기 결정된 한계조사 횟수와 상기 j를 비교하여, 상기 j가 크거나 같을 경우, 상기 산출된 조합들의 용량들 중 최고 용량을 갖는 조합을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
29. 다중 안테나 (MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선 통신 시스템에서 공간 분할 다중 접속 서비스를 수행할 적어도 두 명의 사용자들을 선택하기 위한 방법에 있어서,

    전체 사용자들을 채널 상태에 따라 정렬하고, 상기 정렬된 사용자들 중 적어도 두 명을 선택하기 위한 조합들을 생성한 후, 상기 생성된 조합 중, j번째 조합의 신호대 잡음비의 감소량(SNR_U(Deg))을 산출하는 과정과,

    상기 산출된 SNR_U(Deg)이 상기 임계치(SNR_(Deg))보다 크거나 같을 경우, 상기 j번째 조합에 속하는 모든 사용자들의 신호대 잡음비의 감소량을 상기 임계치와 비교하였는지 확인하는 과정과,

    상기 j번째 조합에 속하는 사용자들을 모두 비교한 경우, 상기 j번째 조합을 최고 용량을 갖는 조합으로 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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