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KR101322819B1 - Methods of interference alignment for time-varying multiuser mimo interference channels - Google Patents

Methods of interference alignment for time-varying multiuser mimo interference channels Download PDF

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KR101322819B1
KR101322819B1 KR1020120125228A KR20120125228A KR101322819B1 KR 101322819 B1 KR101322819 B1 KR 101322819B1 KR 1020120125228 A KR1020120125228 A KR 1020120125228A KR 20120125228 A KR20120125228 A KR 20120125228A KR 101322819 B1 KR101322819 B1 KR 101322819B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
beamforming matrix
transmission
matrix
dummy
interference
Prior art date
Application number
KR1020120125228A
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Korean (ko)
Inventor
김상효
조충기
강진환
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B15/00Suppression or limitation of noise or interference
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

PURPOSE: An interference alignment method for time-varying multiuser MIMO interference channels is provided to sequentially generate beamforming matrices of a terminal by using given dummy beamforming matrices. CONSTITUTION: A second transmission unit receives a first arbitrary dummy beamforming matrix and channel information between a first reception unit and the second transmission unit from the first reception unit and generates a second transmission beamforming matrix (S303). A third transmission unit receives the first arbitrary dummy beamforming matrix and channel information between the first reception unit and the third transmission unit from the first reception unit and generates a third transmission beamforming matrix. A first transmission unit receives a second dummy beamforming matrix and channel information between a second reception unit and the first transmission unit from the second reception unit and generates a first transmission beamforming matrix (307). [Reference numerals] (AA) Start; (BB) End; (S301) First reception unit produces a promised arbitrary dummy beamforming matrix; (S302) Second and third transmission units receive information about a channel from the first reception unit; (S303) Second and third transmission units form a transmission beamforming matrix according to the received information; (S304) Second reception unit receives the channel information from the third transmission unit; (S305) Second reception unit produces a dummy beamforming matrix according to the received information; (S306) First transmission unit receives the channel information from the second reception unit; (S307) First transmission unit produces a transmission beamforming matrix according to the received information; (S308) Each transmission unit normalizes the transmission matrixes; (S309) First and second reception units produce a reception beamforming matrix meeting the dummy matrixes at right angles; (S310) Third reception unit produces a reception beamforming matrix minimizing interference

Description

시변 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서의 간섭 정렬 방법{METHODS OF INTERFERENCE ALIGNMENT FOR TIME-VARYING MULTIUSER MIMO INTERFERENCE CHANNELS}METHODS OF INTERFERENCE ALIGNMENT FOR TIME-VARYING MULTIUSER MIMO INTERFERENCE CHANNELS}

본 발명은 간섭 정렬(Interference Alignment)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부분 간섭 정렬(Interference Alignment) 방법에 관한 것이다.The present invention relates to interference alignment, and more particularly, to a partial interference alignment method.

간섭 채널(IC: interference channel)은 각각의 송신단에서 지정된 각각의 수신단으로 정보를 보내는 채널 상황으로서, 같은 공간에 있는 다른 송신단의 신호는 모두 간섭이 되는 채널이다. 간섭 정렬(IA: Interference Alignment)은 간섭 채널 상황에서 자신의 공간을 2개로 분류하여, 자신의 송신단의 신호를 하나의 공간으로 정렬하고 다른 송신단에서 오는 간섭 신호를 다른 하나의 공간으로 정렬하여 ZF(Zero Forcing)하는 방법이다. An interference channel (IC) is a channel situation in which information is sent from each transmitter to each receiver, and signals from other transmitters in the same space are all interfered with. Interference Alignment (IA) classifies one's spaces into two spaces in an interference channel situation, aligns signals of one's transmitters into one space, and arranges interference signals from another transmitter into one space. Zero Forcing).

간섭 채널 상황에서 같은 공간의 K개의 송신단들이 각각의 지정된 수신단으로 정보를 송신함을 가정할 경우, 신호의 직교성을 이용하여 간섭을 삭제하는 방법을 사용하면 하나의 유저가 자신의 가능한 채널용량의 1/K를 사용할 수 있으므로 유저수 따라 채널용량은 증가하지 않는다. 하지만 간섭 정렬 방법을 사용하면 같은 공간의 간섭 채널에서 다중 유저가 통신하는 때에 각각의 유저는 자신이 가능한 채널용량의 1/2을 사용할 수 있어, K명의 유저가 같은 공간에서 통신할 경우 채널용량은 K/2가 된다.Assuming that K transmitters in the same space transmit information to each designated receiver in an interference channel situation, using a method of canceling interference by using the orthogonality of a signal, a user may use 1 of his available channel capacity. Since / K can be used, the channel capacity does not increase with the number of users. However, using the interference alignment method, when multiple users communicate in the same space interference channel, each user can use 1/2 of the available channel capacity. K / 2.

그러나, 간섭정렬은 같은 공간에 있는 유저가 같은 공간 내에서 간섭을 미치는 다른 유저들의 공간 정보에 해당하는 광역 채널 정보(Global channel knowledge)를 알고 있어야 실현 가능 한다는 문제가 있다.However, interference alignment is a problem that can be realized only when a user in the same space knows global channel knowledge corresponding to spatial information of other users who interfere in the same space.

이러한 문제를 해결하기 위해, 분산 간섭 정렬(Distributed IA)이 공개되어 있다. 분산 간섭 정렬은 채널의 대칭성(Reciprocity)와 인지원리(Cognitive Principle)를 통해서 송신단과 수신단의 반복적인 채널 정보 전송을 이용하여 지역 채널 정보(Local channel knowledge)만으로 간섭 정렬을 가능하게 한다. 그러나 분산 간섭 정렬을 수행하기 위해 송신단 및 수신단간 반복되는 채널 정보의 전송 횟수가 크다는 문제가 있다.To solve this problem, Distributed IA has been disclosed. Distributed interference alignment enables interference alignment using only local channel knowledge by using repetitive transmission of channel information between a transmitter and a receiver through channel symmetry and cognitive principles. However, there is a problem that the number of transmission of channel information repeated between a transmitting end and a receiving end is large to perform distributed interference alignment.

대한민국 공개 특허 KR 10-2011-0086449 (부분공간 간섭 정렬 방법, 한국전자통신연구원, 2011년 07월 28일 공개)Republic of Korea Patent Publication KR 10-2011-0086449 (Subspace interference alignment method, Korea Electronics and Telecommunications Research Institute, published on July 28, 2011)

본 발명의 목적은 제한된 횟수의 송신단과 수신단의 채널 정보 전송으로 수행되면서도 기존의 분산 간섭 정렬 기술과 유사한 전송 이득을 얻는 부분 간섭 정렬 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a partial interference alignment method which achieves a transmission gain similar to that of a conventional distributed interference alignment technique while being performed by transmitting a limited number of transmitting and receiving channel information.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 간섭 정렬 방법은 제 1, 2, 3 송신단 및 제 1, 2, 3 수신단을 포함하는 시변 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서의 간섭 정렬 방법에 있어서, 제 2 송신단이 제 1 수신단으로부터 임의의 제 1 더미 빔형성 행렬 및 제 1 수신단과 제 2 송신단 사이의 채널 정보를 수신하여 제 2 송신 빔형성 행렬을 생성하는 단계; 제 3 송신단이 제 1 수신단으로부터 임의의 제 1 더미 빔형성 행렬 및 제 1 수신단과 제 3 송신단 사이의 채널 정보를 수신하여 제 3 송신 빔형성 행렬을 생성하는 단계; 및 제 1 송신단이 상기 제 2 수신단으로부터 제 2 더미 빔형성 행렬- 여기서 상기 제 2 더미 빔형성 행렬은 상기 제 3 송신단의 송신 빔형성 행렬 및 제 3 송신단과 제 2 수신단 사이의 채널 정보를 수신하여 생성됨- 및 제 2 수신단과 제 1 송신단 사이의 채널 정보를 수신하여 제 1 송신 빔형성 행렬을 생성하는 단계;를 포함한다.The interference alignment method of the present invention for achieving the above object is a interference alignment method in a time-varying multi-user multi-antenna interference channel environment comprising a first, second, third transmitter and first, second, third receiver, the second The transmitting end receiving an arbitrary first dummy beamforming matrix and channel information between the first receiving end and the second transmitting end from the first receiving end to generate a second transmission beamforming matrix; A third transmitting end receiving an arbitrary first dummy beamforming matrix and channel information between the first receiving end and the third transmitting end from the first receiving end to generate a third transmitting beamforming matrix; And a first transmitting end receiving a second dummy beamforming matrix from the second receiving end, wherein the second dummy beamforming matrix receives a transmission beamforming matrix of the third transmitting end and channel information between the third transmitting end and the second receiving end. Generated-and receiving channel information between the second receiver and the first transmitter to generate a first transmit beamforming matrix.

상기 제 2 송신단 및 제 3 송신단이 상기 송신 빔형성 행렬을 생성하는 단계는, 상기 제 2 송신단이

Figure 112012091355639-pat00001
를 이용하여 상기 제 2 송신 빔형성 행렬을 생성하고 - 여기서
Figure 112012091355639-pat00002
는 상기 제 2 송신단의 제 2 빔형성 행렬이고,
Figure 112012091355639-pat00003
는 제 2 송신단에서 제 1 수신단으로의 채널 정보를 나타내는 행렬이며,
Figure 112012091355639-pat00004
은 상기 제 1 수신단의 제 1 더미 빔형성 행렬임-, 상기 제 3 송신단이
Figure 112012091355639-pat00005
를 이용하여 상기 제 3 송신 빔형성 행렬을 생성할 수 있다 - 여기서
Figure 112012091355639-pat00006
는 상기 제 3 송신단의 제 3 빔형성 행렬이고,
Figure 112012091355639-pat00007
는 제 3 송신단에서 제 1 수신단으로의 채널 정보를 나타내는 행렬이며,
Figure 112012091355639-pat00008
은 상기 제 1 수신단의 제 1 더미 빔형성 행렬임-.The second transmitting end and the third transmitting end generating the transmission beamforming matrix may include:
Figure 112012091355639-pat00001
Generate the second transmit beamforming matrix using
Figure 112012091355639-pat00002
Is a second beamforming matrix of the second transmitter,
Figure 112012091355639-pat00003
Is a matrix representing channel information from the second transmitter to the first receiver,
Figure 112012091355639-pat00004
Is a first dummy beamforming matrix of the first receiving end, wherein the third transmitting end is
Figure 112012091355639-pat00005
Can generate the third transmit beamforming matrix using
Figure 112012091355639-pat00006
Is a third beamforming matrix of the third transmitter,
Figure 112012091355639-pat00007
Is a matrix representing channel information from a third transmitting end to a first receiving end,
Figure 112012091355639-pat00008
Is a first dummy beamforming matrix of the first receiving end.

상기 제 2 수신단이 제 2 더미 빔형성 행렬을 생성하는 단계는 상기 제 2 수신단이

Figure 112012091355639-pat00009
-여기서 상기
Figure 112012091355639-pat00010
는 상기 제 3 송신단의 제 3 빔형성 행렬이고, 상기
Figure 112012091355639-pat00011
는 제 3 송신단에서 제 2 수신단으로의 채널 정보를 나타내는 행렬이며, 상기
Figure 112012091355639-pat00012
은 상기 제 2 수신단의 제 2 더미 빔형성 행렬임-를 이용하여 상기 더미 빔형성 행렬을 생성할 수 있다.The generating of the second dummy beamforming matrix by the second receiving end is performed by the second receiving end.
Figure 112012091355639-pat00009
-Remind me here
Figure 112012091355639-pat00010
Is a third beamforming matrix of the third transmitter,
Figure 112012091355639-pat00011
Is a matrix representing channel information from a third transmitting end to a second receiving end.
Figure 112012091355639-pat00012
May generate the dummy beamforming matrix using the second dummy beamforming matrix of the second receiver.

상기 제 1 송신단이 제 1 송신 빔형성 행렬을 생성하는 단계는 상기 제 1 송신단이

Figure 112012091355639-pat00013
- 여기서 상기
Figure 112012091355639-pat00014
는 상기 제 1 송신단의 제 1 빔형성 행렬이고, 상기
Figure 112012091355639-pat00015
는 제 1 송신단에서 제 2 수신단으로의 채널 정보를 나타내는 행렬이며, 상기
Figure 112012091355639-pat00016
은 상기 제 2 수신단의 제 2 더미 빔형성 행렬임 -를 이용하여 상기 제 1 송신 빔 형성 행렬을 생성할 수 있다.The first transmitting end generates the first transmission beamforming matrix by the first transmitting end.
Figure 112012091355639-pat00013
Where said
Figure 112012091355639-pat00014
Is a first beamforming matrix of the first transmitter,
Figure 112012091355639-pat00015
Is a matrix representing channel information from a first transmitting end to a second receiving end.
Figure 112012091355639-pat00016
Is a second dummy beamforming matrix of the second receiver, to generate the first transmission beamforming matrix.

상기 간섭 정렬 방법은 상기 제 1, 2, 3 송신단이 상기 송신 빔형성 행렬을 정규화하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The interference alignment method may further include normalizing the transmission beamforming matrix by the first, second, and third transmitters.

상기 정규화 단계는

Figure 112012091355639-pat00017
을 이용하여 - 여기서 상기
Figure 112012091355639-pat00018
는 상기 제 k 송신단의 빔형성 행렬이고, 상기 k는 1과 3사이의 정수이며, 상기
Figure 112012091355639-pat00019
는 행렬
Figure 112012091355639-pat00020
의 d번째로 작은 고유값에 대한 고유벡터를 의미함 - 수행될 수 있다.The normalization step is
Figure 112012091355639-pat00017
Using-where the above
Figure 112012091355639-pat00018
Is a beamforming matrix of the k-th transmitter, k is an integer between 1 and 3,
Figure 112012091355639-pat00019
The matrix
Figure 112012091355639-pat00020
Means the eigenvector for the d-th smallest eigenvalue of-can be performed

상기 간섭 정렬 방법은 상기 제 1, 2 수신단이 상기 더미 빔형성 행렬에 직교화된 수신 빔형성 행렬을 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The interference alignment method may further include generating, by the first and second receivers, a reception beamforming matrix orthogonal to the dummy beamforming matrix.

상기 수신 빔형성 행렬을 생성하는 단계는

Figure 112012091355639-pat00021
을 이용하여 - 여기서 상기
Figure 112012091355639-pat00022
는 상기 제 k 수신단의 수신 빔형성 행렬이고, 상기 k는 1 또는 2 임- 수행될 수 있다.Generating the receive beamforming matrix
Figure 112012091355639-pat00021
Using-where the above
Figure 112012091355639-pat00022
Is the reception beamforming matrix of the k-th receiving end, and k may be 1 or 2.

상기 간섭 정렬 방법은 제 3 수신단이 간섭을 최소화하는 수신 빔 형성 행렬을 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The interference alignment method may further include generating, by the third receiving end, a reception beamforming matrix for minimizing interference.

상기 제 3 수신단의 제 3 수신 빔형성 행렬은

Figure 112012091355639-pat00023
을 이용하여 - 여기서 상기
Figure 112012091355639-pat00024
는 행렬
Figure 112012091355639-pat00025
의 d번째로 작은 고유값에 대한 고유벡터를 의미하고, 상기
Figure 112012091355639-pat00026
는 제 3 수신단의 채널 정보를 특이값 분해(Singular Value Decomposition; SVD) 또는 고유값 분해 (Eigen Value Decomposition; EVD)한 값임 - 생성될 수 있다.The third receive beamforming matrix of the third receiver is
Figure 112012091355639-pat00023
Using-where the above
Figure 112012091355639-pat00024
The matrix
Figure 112012091355639-pat00025
Means the eigenvector for the d-th smallest eigenvalue of
Figure 112012091355639-pat00026
Is a value obtained by singular value decomposition (SVD) or eigen value decomposition (EVD) of channel information of the third receiver.

상기 간섭 정렬 방법은 기지국이 없는 간섭 채널 상황에서 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.The interference alignment method may be performed in an interference channel situation in which there is no base station.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부분 간섭 정렬 방법은 시변 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서의 간섭 정렬 방법에 있어서, N 개의 송수신 쌍들을 서브 송수신 셋으로 부분화 하는 단계; 및 상기 부분화된 서브 송수신 셋에 대하여 제 1 항 및 제 11 항 중 어느 한 항의 간섭정렬을 수행하는 단계;를 포함한다.In addition, the partial interference alignment method of the present invention for achieving the above object, the interference alignment method in a time-varying multi-user multi-antenna interference channel environment, comprising: subdividing the N transmission and reception pairs into a sub transmission and reception set; And performing the interference sorting of any one of claims 1 and 11 with respect to the partial sub transmission / reception set.

상기 서브 송수신 셋은 최대 3쌍의 송수신 셋을 포함할 수 있다.The sub transmission / reception set may include a maximum of three pairs of transmission / reception sets.

전술한 본 발명의 실시 예에 따른 부분 간섭 정렬 방법에 의하면, 기 설정된 임의의 더미 빔형성 행렬을 이용하여 순차적으로 단말의 빔형성 행렬을 생성함으로써, 간섭 정렬의 수행을 위한 채널 정보의 반복 전송에 따른 오버헤드를 낮추어, 제한된 채널 정보의 전송 횟수로도 종래의 분산 간섭 정렬이나, 단일 유저 MIMO와 유사한 합 전송률을 달성할 수 있다. According to the partial interference alignment method according to the above-described embodiment of the present invention, the beamforming matrix of the UE is sequentially generated using a predetermined random beamforming matrix, thereby performing repeated transmission of channel information for performing interference alignment. By reducing the overhead, a limited number of transmissions of channel information can achieve a conventional distributed interference alignment or a sum rate similar to that of a single user MIMO.

도 1은 기지국이 없는 간섭 채널에서의 K명의 사용자간 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 시스템의 개념도이다.
도 2는 종래의 분산 간섭 정렬의 수행을 나타내는 순서도이다.
도 3은 3명의 유저가 간섭채널에서 통신하는 상황에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 간섭 정렬 방법이 수행되는 순서를 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 간섭 정렬 방법과 종래의 정렬방법에 따른 합 전송률 성능을 비교한 도표이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 간섭 정렬 방법과 종래의 방법의 수행에 있어서, 신호 대 잡음 비(SNR)에 따른 반복 전송 횟수 성능을 나타낸 도표이다.
1 is a conceptual diagram of a K-user multiple input multiple output (MIMO) system in an interference channel without a base station.
2 is a flow chart illustrating performance of a conventional distributed interference alignment.
3 is a flowchart illustrating an order in which a partial interference alignment method according to an embodiment of the present invention is performed in a situation where three users communicate in an interference channel.
4 is a chart comparing the sum rate performance according to the partial interference alignment method and the conventional alignment method according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating the number of repetitive transmission times according to the signal-to-noise ratio (SNR) in the partial interference alignment method and the conventional method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

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.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

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.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

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. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

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.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

도 1은 기지국이 없는 간섭 채널에서의 k명의 사용자간 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 시스템의 개념도이다. 각 송신단(111,112,113) 및 각 수신단 (121,122,123)이 도시되어 있다. 1 is a conceptual diagram of k user multiple input multiple output (MIMO) systems in an interference channel without a base station. Each transmitting end 111, 112, 113 and each receiving end 121, 122, 123 are shown.

기지국이 없기 때문에 각 송신단(111, 112, 113)과 수신단(121, 122, 123)은 자신에게 수신되는 지역의 채널 정보만을 알 수 있다. k번째 유저의 송신단과 수신단은 각각 M[k], N[k]개의 안테나를 갖고 있고, 각각의 송신단(111,112,113)은 d[k]개의 데이터 스트림을 지정된 수신단(121, 122, 123)에 송신 한다. k번째 유저는 k번째 송신단과 k번째 수신단을 포함한다. 하나의 유저에 속한 송신단과 수신단은 교대로 데이터를 송수신하며, 상이한 유저에 속한 신호는 다른 유저에게 간섭신호로 작용한다.Since there is no base station, each transmitting end (111, 112, 113) and the receiving end (121, 122, 123) can only know the channel information of the region received by them. The transmitting end and receiving end of the k-th user have M [k] and N [k] antennas, respectively, and each transmitting end (111, 112, 113) transmits d [k] data streams to the designated receiving end (121, 122, 123). do. The k-th user includes a k-th transmitter and a k-th receiver. Transmitters and receivers belonging to one user alternately transmit and receive data, and signals belonging to different users act as interference signals to other users.

Figure 112012091355639-pat00027
Figure 112012091355639-pat00027

수학식 1에서 Y[k]는 N[k] x 1 행렬로 표현되는 k번째 수신단의 수신 신호이다. X[l]는 l번째 송신단의 송신 신호로 M[k]x 1 행렬로 표현된다. 여기서, X[l]=V[l]x d[l]이며, V[k]는 M[l]x d[l]행렬로 표현되는 송신 빔형성 행렬이다. Z[k]는 평균이 0이고 분산이 1인 복소 백색 가우시안 잡음이며, N[k]x 1 행렬로 표현된다. 라일레일 패이딩 채널인 H[kl]는 송신단에서 수신단으로의 채널을 나타내고, N[k]x M[l]행렬로 표현된다.

Figure 112012091355639-pat00028
번째 송신단에서의 파워는
Figure 112012091355639-pat00029
로 계산되며, 송신단 안에서 각각의 데이터 스트림은
Figure 112012091355639-pat00030
의 파워를 가진다. 여기서,
Figure 112012091355639-pat00031
는 간섭 대 신호 비 (Interference to Signal Ratio; SIR)를 의미한다. In Equation 1, Y [k] is a received signal of the k-th receiving end represented by the N [k] x 1 matrix. X [l] is a transmission signal of the l & lt ; th > Here, X [l] = V [l] xd [l] , and V [k] is a transmission beamforming matrix represented by the M [l] xd [l] matrix. Z [k] is a complex white Gaussian noise with a mean of 0 and a variance of 1 and is represented by an N [k] x 1 matrix. The rail-rail fading channel H [kl] represents a channel from the transmitting end to the receiving end, and is represented by an N [k] x M [l] matrix.
Figure 112012091355639-pat00028
Power at the first transmit end
Figure 112012091355639-pat00029
In the transmitter, each data stream
Figure 112012091355639-pat00030
Has the power of. here,
Figure 112012091355639-pat00031
Denotes an interference to signal ratio (SIR).

송신단(111, 112, 113)에서 수신단(121, 122, 123)으로 정보를 전송한 이후, 송수신단의 역할을 바꾸어 이전의 수신단(121, 122, 123)이 이전 송신단(111, 112, 113)으로 정보를 전송한다. 역 방향의 k번째 수신단의 채널은 수학식 2와 같이 정의 된다. 이하 Min Leakage 알고리즘에 적용시킨 사례를 예를 들어 설명한다.After transmitting information from the transmitting end (111, 112, 113) to the receiving end (121, 122, 123), the former receiving end (121, 122, 123) is replaced by the previous receiving end (111, 112, 113) by changing the role of the transmitting and receiving end To send information. The channel of the k-th receiver in the reverse direction is defined as in Equation 2. An example applied to the Min Leakage algorithm is described below.

Figure 112012091355639-pat00032
Figure 112012091355639-pat00032

도 2는 종래의 분산 간섭 정렬의 수행을 나타내는 순서도이다. 종래의 분산 간섭 정렬 기술은 송신단이 채널 정보를 전송 하고 수신단이 채널 정보를 수신하여 빔형성 행렬을 생성한 후 간섭 신호의 파워를 계산하는 것으로 간섭 정렬을 수행하되, 계산결과 간섭 신호의 파워가 수렴되면 송수신단간 채널 정보를 전송하고 간섭 정렬을 마치는 방법을 사용한다.2 is a flow chart illustrating performance of a conventional distributed interference alignment. In the conventional distributed interference alignment technique, the transmitter transmits channel information, the receiver receives channel information, generates a beamforming matrix, calculates the power of the interference signal, and performs the interference alignment, but the power of the interference signal converges as a result. In this case, a method of transmitting channel information between the transmitting and receiving end and completing the interference alignment is used.

종래의 분산 간섭 정렬 방법은 각 송신단(111, 112, 113)이 임의의 송신 빔형성 행렬을 생성 하고(S201) 채널 정보를 전송한다. 다음으로 각 수신단(121, 122, 123)이 각 송신단으로부터 지역 채널 정보를 수신한다(S202). 그리고 각 수신단(121, 122, 123)에서 간섭을 최소화 하는 간섭 억제 행렬을 생성하는 방식으로 신호간 간섭을 제거한다(S203). 간섭 억제 행렬을 연산한 k번째 수신단의 수신 신호는 수학식 3과 같이 정의 된다. 그리고 각 수신단(121, 122, 123)의 간섭 억제 행렬은 수학식 4와 수학식 5를 이용하여 생성될 수 있다.In the conventional distributed interference alignment method, each of the transmitters 111, 112, and 113 generates an arbitrary transmission beamforming matrix (S201) and transmits channel information. Next, each receiving end 121, 122, 123 receives local channel information from each transmitting end (S202). In addition, interference between signals is eliminated by generating an interference suppression matrix that minimizes interference at each receiving end 121, 122, and 123 (S203). The received signal of the k-th receiver, which computed the interference suppression matrix, is defined as in Equation 3. The interference suppression matrix of each of the receivers 121, 122, and 123 may be generated by using Equations 4 and 5 below.

Figure 112012091355639-pat00033
Figure 112012091355639-pat00033

Figure 112012091355639-pat00034
Figure 112012091355639-pat00034

Figure 112012091355639-pat00035
Figure 112012091355639-pat00035

여기서

Figure 112012091355639-pat00036
는 행렬
Figure 112012091355639-pat00037
의 d번째로 작은 고유값에 대한 고유벡터를 의미한다. 이후 수신단은 수학식 6과 같이 간섭 억제 행렬을 송신 빔형성 행렬로 사용하여 채널 정보를 전송한다(S204). here
Figure 112012091355639-pat00036
The matrix
Figure 112012091355639-pat00037
Eigenvectors for the d-th smallest eigenvalue of. Thereafter, the receiving end transmits channel information using the interference suppression matrix as a transmission beamforming matrix as shown in Equation 6 (S204).

Figure 112012091355639-pat00038
Figure 112012091355639-pat00038

그리고, 각 송신단(111, 112, 113)은 각 수신단(121, 122, 123)으로부터 채널 정보를 수신하고(S205), 수신 받은 채널 정보를 이용하여 전술한 바와 같이 송신 빔형성 행렬을 생성한다(S206).Each transmitter 111, 112, and 113 receives channel information from each receiver 121, 122, and 123 (S205), and generates a transmission beamforming matrix using the received channel information as described above ( S206).

다음으로 각 송신단(111, 112, 113)은 수학식 7을 이용하여 간섭 신호의 파워를 측정한다.Next, each of the transmitters 111, 112, and 113 measures the power of the interference signal by using Equation 7.

Figure 112012091355639-pat00039
Figure 112012091355639-pat00039

각 송신단(111, 112, 113)은 간섭 신호의 파워를 측정한 결과 간섭 파워가 수렴되었다고 판단되면 채널 정보의 반복 전송을 중지한다. 즉, 종래의 분산 간섭 정렬은 간섭 신호의 파워가 수렴될 때까지 송수신단의 채널 정보를 반복적으로 전송하여 간섭 신호를 정렬한다.Each transmitter 111, 112, 113 stops repetitive transmission of channel information when it is determined that the interference power has converged as a result of measuring the power of the interference signal. That is, in the conventional distributed interference alignment, the interference signal is aligned by repeatedly transmitting channel information of the transmitting and receiving end until the power of the interference signal is converged.

반면에 각 송신단(111, 112, 113)은 간섭 신호의 파워가 수렴되지 않았다고 판단되면 각 수신단(121, 122, 123)으로 채널 정보를 다시 전송한다(S207). 여기서 각 수신단(121, 122, 123)은 수신 빔형성 행렬을 다시 생성한 후 간섭신호의 수렴여부를 판단하여 다시 각 송신단(111, 112, 113)으로 채널 정보를 전송할지 여부를 판단할 수 있다.On the contrary, if it is determined that the power of the interference signal is not converged, each transmitter 111, 112, 113 transmits channel information back to each receiver 121, 122, 123 (S207). Here, each of the receivers 121, 122, and 123 may regenerate the reception beamforming matrix, determine whether the interference signal converges, and determine whether to transmit channel information to each of the transmitters 111, 112, and 113 again. .

이러한 반복 채널 정보 전송을 통한 분산 간섭 정렬 방법은 다양한 유저 수에 용이하게 적용가능하며 높은 합전송률(sum-rate)을 달성할 수 있지만, 높은 횟수의 채널 정보의 반복 전송이 요구된다.The distributed interference sorting method through the transmission of repeating channel information is easily applicable to various numbers of users and can achieve high sum-rate, but it is required to repeat transmission of channel information of a high number of times.

또한 종래의 분산 간섭 정렬은 송신단과 수신단의 안테나 수에 따라 기술이 실행될 수 있는 유저 수가 제한된다. 모든 송신단(111,112,113)과 수신단(121,122,123)이 각각 M, N개의 같은 수의 안테나를 갖고 있고, 모든 송신단(111,112,113)이 d개의 데이터를 송신하는 대칭 시스템(symmetric system)을 가정한다면, 종래 기술은 수학식 8과 같은 조건을 만족해야만 실행이 가능하다.  In addition, the conventional distributed interference alignment is limited in the number of users that the technique can be implemented depending on the number of antennas of the transmitting and receiving end. If all transmitters 111, 112, 113 and receivers 121, 122, 123 have the same number of antennas, M and N, respectively, and all transmitters 111, 112, 113 assume a symmetric system for transmitting d data, the prior art Execution is possible only when the condition as in Equation 8 is satisfied.

Figure 112012091355639-pat00040
Figure 112012091355639-pat00040

도 3은 3명의 유저가 간섭채널에서 통신하는 상황에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 간섭 정렬 방법이 수행되는 순서를 나타내는 순서도이다. 이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 간섭 정렬 방법을 자유도(Degree of Freedom; DoF)의 2배 수의 안테나(M = N = 2 x d) 개수를 가진 송신단(111, 112, 113)과 수신단(121, 122, 123)으로 구성되는 3쌍의 송수신단(유저)이 통신하는 상황에서 설명한다.3 is a flowchart illustrating an order in which a partial interference alignment method according to an embodiment of the present invention is performed in a situation where three users communicate in an interference channel. Hereinafter, the partial interference alignment method according to an embodiment of the present invention and the transmitting end (111, 112, 113) having the number of antennas (M = N = 2 xd) of twice the degree of freedom (DoF) and A description will be given in a situation where three pairs of transmitting and receiving terminals (users) composed of the receiving terminals 121, 122, and 123 communicate.

먼저 수신단 1은 임의의 더미 빔행렬

Figure 112012091355639-pat00041
를 생성한다(S301).
Figure 112012091355639-pat00042
는 각 수신단(121, 122, 123)에 기 설정되어 있는 값으로, 각 수신단(121, 122, 123) 모두가 같은 값으로 가지고 있을 수 있다. 여기서 더미 빔행렬
Figure 112012091355639-pat00043
Figure 112012091355639-pat00044
인 임의의 행렬이다.First, the receiver 1 has an arbitrary dummy beam matrix.
Figure 112012091355639-pat00041
To generate (S301).
Figure 112012091355639-pat00042
Is a value that is set in advance in each of the receivers 121, 122, and 123, and all of the receivers 121, 122, and 123 may have the same value. Where dummy beam matrix
Figure 112012091355639-pat00043
The
Figure 112012091355639-pat00044
Is an arbitrary matrix

다음으로, 수신단 1은 임의의 더미 빔행렬

Figure 112012091355639-pat00045
및 채널정보를 전송한다. 2, 3번째 송신단은 수신단 1의 임의의 더미 빔행렬
Figure 112012091355639-pat00046
및 수신단 1과 자신간의 채널 정보를 수신하고(S302), 수신 정보에 따라 송신 빔형성 행렬
Figure 112012091355639-pat00047
,
Figure 112012091355639-pat00048
을 생성한다(S303). 여기서, 송신단 2의 송신 빔형성 행렬
Figure 112012091355639-pat00049
는 수학식 10를 이용하여 생성될 수 있고, 송신단 3의 송신 빔형성 행렬
Figure 112012091355639-pat00050
은 수학식 11을 이용하여 생성될 수 있다. 그리고 송신단 3은 송신 빔형성 행렬
Figure 112012091355639-pat00051
및 채널 정보를 송신한다.Next, the receiver 1 receives an arbitrary dummy beam matrix.
Figure 112012091355639-pat00045
And channel information. 2nd and 3rd transmitters are random dummy beam matrix of receiver 1
Figure 112012091355639-pat00046
And receiving channel information between the receiver 1 and itself (S302) and transmitting beamforming matrix according to the received information.
Figure 112012091355639-pat00047
,
Figure 112012091355639-pat00048
To generate (S303). Here, the transmission beamforming matrix of the transmitter 2
Figure 112012091355639-pat00049
Can be generated using Equation 10, and the transmit beamforming matrix of the transmit end 3
Figure 112012091355639-pat00050
May be generated using Equation 11. And the transmit end 3 is a transmit beamforming matrix.
Figure 112012091355639-pat00051
And channel information.

Figure 112012091355639-pat00052
Figure 112012091355639-pat00052

Figure 112012091355639-pat00053
Figure 112012091355639-pat00053

Figure 112012091355639-pat00054
Figure 112012091355639-pat00054

다음으로, 수신단 2는 송신단 3의 송신 빔형성 행렬

Figure 112012091355639-pat00055
및 송신단 3과 수신단 2 사이의 채널 정보를 수신받는다(S304). 그리고 더미 빔행렬
Figure 112012091355639-pat00056
를 생성한다(S305).
Figure 112012091355639-pat00057
는 수학식 12를 사용하여 생성될 수 있다. Next, the receiving end 2 is a transmit beamforming matrix of the transmitting end 3
Figure 112012091355639-pat00055
And channel information between the transmitter 3 and the receiver 2 (S304). And dummy beam matrix
Figure 112012091355639-pat00056
To generate (S305).
Figure 112012091355639-pat00057
May be generated using Equation 12.

Figure 112012091355639-pat00058
Figure 112012091355639-pat00058

다음으로, 수신단 2가 더미 빔행렬

Figure 112012091355639-pat00059
및 채널 정보를 전송하면, 송신단 1이 빔행렬
Figure 112012091355639-pat00060
및 수신단 2와 송신단 1 사이의 채널 정보를 수신받는다(S306). 송신단 1은 전술한 바와 같이 첫 번째 송신단의 송신 빔형성 행렬을 생성한다(S307). 여기서, 송신단 1은 수학식 13을 이용하여 송신 빔형성 행렬을 생성할 수 있다.Next, the receiving end 2 is a dummy beam matrix
Figure 112012091355639-pat00059
And transmitting the channel information, the transmitting end 1 beam matrix
Figure 112012091355639-pat00060
And channel information between the receiver 2 and the transmitter 1 (S306). As described above, the transmitter 1 generates a transmission beamforming matrix of the first transmitter (S307). Here, the transmitter 1 may generate a transmission beamforming matrix using Equation 13.

Figure 112012091355639-pat00061
Figure 112012091355639-pat00061

다음으로, 각 송신단(111,112,113)은 송신 빔형성 행렬을 정규화한다(S308). 각 송신단(111, 112, 113)은 수학식 14를 이용하여 각 송신 빔형성 행렬의 크기를 정규화 할 수 있다.Next, each transmitting end 111, 112, and 113 normalizes the transmission beamforming matrix (S308). Each transmitter 111, 112, and 113 may normalize the size of each transmission beamforming matrix using Equation 14.

Figure 112012091355639-pat00062
Figure 112012091355639-pat00062

다음으로, 수신단 1,2는 더미 빔행렬을 사용하여 더미 빔행렬에 직교화된 수신 빔형성 행렬을 생성한다(S309). 각 수신단(121,122,123)은 수학식 15를 이용하여

Figure 112012091355639-pat00063
에 직교하고 정규화된 수신 빔형성 행렬을 생성할 수 있다.Next, the receivers 1 and 2 generate a reception beamforming matrix orthogonal to the dummy beam matrix using the dummy beam matrix (S309). Each receiving end (121, 122, 123) using the equation (15)
Figure 112012091355639-pat00063
An orthogonal and normalized receive beamforming matrix may be generated.

Figure 112012091355639-pat00064
Figure 112012091355639-pat00064

마지막으로, 수신단 3은 간섭을 최소화 하는 수신 빔형성 행렬을 생성한다(S310). 수신단 3은 수학식 16을 이용하여 수신 빔형성 행렬을 생성할 수 있다.Finally, the receiver 3 generates a reception beamforming matrix to minimize interference (S310). The receiver 3 may generate a reception beamforming matrix using Equation 16.

Figure 112012091355639-pat00065
Figure 112012091355639-pat00065

도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 간섭 정렬 방법과 종래 방법의 합전송률 성능을 비교한 도표이다. 도 4는 간섭대 대 신호 비가

Figure 112012091355639-pat00066
이고 3명의 유저가 M=N=2, d=1 인 환경에서 측정된 모의 실험 결과이다.4 is a chart comparing the sum-rate performance of the partial interference alignment method and the conventional method according to an embodiment of the present invention. 4 is the interference to signal ratio
Figure 112012091355639-pat00066
And three users, M = N = 2, d = 1.

충분한 채널 정보 반복 전송 횟수를 사용한 종래의 분산 간섭 정렬 방법을 사용한 경우(DIA), 채널 정보 반복 전송 횟수를 2번으로 제한하여 종래의 분산 간섭 정렬 방법을 사용한 경우(DIA-2iteration), 단일 유저 M=N=2, d=2의 경우 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 간섭 정렬 방법을 사용한 경우(PIA)에 신호 대 잡음 비에 따른 합 전송률이 도시되어 있다.In the case of using the conventional distributed interference alignment method using the sufficient number of repeated transmission of channel information (DIA), in the case of using the conventional distributed interference alignment method by limiting the number of repetitive transmission of the channel information to two times (DIA-2iteration), a single user M The sum rate according to the signal-to-noise ratio is shown in the case of = N = 2, d = 2 and in the case of using the partial interference alignment method (PIA) according to an embodiment of the present invention.

여기서

Figure 112012091355639-pat00067
Figure 112012091355639-pat00068
송신단에서
Figure 112012091355639-pat00069
수신단으로의 채널의 파워이다. 합전송률은 수학식 18로 측정되었으며, 충분한 채널 정보 반복 전송 횟수를 사용한 종래의 간섭 정렬 방법을 사용한 경우(DIA) 반복 전송후의 간섭 전력의 차가 0.001 이하가 되면 간섭 전력이 수렴되었다고 판단하여 반복 전송을 중지하고 합전송률을 구하였다.here
Figure 112012091355639-pat00067
silver
Figure 112012091355639-pat00068
At the sending end
Figure 112012091355639-pat00069
The power of the channel to the receiver. The sum rate was measured by Equation 18. When the conventional interference alignment method using sufficient number of repeated repetitive transmissions of channel information is used (DIA), when the difference in the interference power after repeated transmission becomes 0.001 or less, it is determined that the interference power has converged. Stop and get the sum rate.

Figure 112012091355639-pat00070
Figure 112012091355639-pat00070

Figure 112012091355639-pat00071
Figure 112012091355639-pat00071

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 간섭 정렬 방법은 채널 정보의 충분한 반복 전송 횟수를 가지는 종래의 분산 간섭 정렬 방법보다 낮은 합 전송률을 갖지만, 간섭 횟수에 제한이 있을 경우(예를 들어, 채널 반복 전송 횟수가 2인 경우)에는 가장 높은 합 전송률을 달성함수 있음을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 4, the partial interference alignment method according to an embodiment of the present invention has a lower sum rate than the conventional distributed interference alignment method having a sufficient number of repetitive transmissions of channel information, but has a limited number of interferences ( For example, when the number of repeated channel transmissions is 2), it can be confirmed that the highest sum rate can be achieved.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 간섭 정렬 방법과 종래 방법의 신호 대 잡음 비(SNR)에 따른 반복 전송 횟수 성능을 나타낸 도표이다. 도 5는 각 정렬 방법에 따른 실 전송횟수를 비교한 결과를 나타낸다. 도 5에 나타난 바와 같이, 종래의 분산 간섭 정렬 기법은 SNR이 증가함에 따라 더욱 많은 반복 채널 전송을 요구하는 반면, 제안하는 기법의 경우는 SNR에 상관없이 필요한 반복 전송 횟수는 2로 일정하다.
5 is a diagram illustrating the performance of the number of repetitive transmissions according to the signal-to-noise ratio (SNR) of the partial interference alignment method and the conventional method according to an embodiment of the present invention. 5 shows a result of comparing actual transmission times according to each alignment method. As shown in FIG. 5, the conventional distributed interference alignment technique requires more repetitive channel transmissions as the SNR increases, whereas the proposed scheme requires a constant number of repetitive transmissions of 2 regardless of the SNR.

전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 간섭 정렬 방법은 하나의 단말에 약속된 수신 빔형성 행렬을 생성하고 그에 따라 순차적으로 단말의 빔형성 행렬을 생성한다. 모든 간섭을 삭제할 수는 없는 단점이 존재하지만, 분산 간섭 행렬 실행을 위한 채널 정보의 반복 전송 오버헤드를 실제적인 수치까지 낮추는 것이 가능하다. As described above, the partial interference alignment method according to an embodiment of the present invention generates the reception beamforming matrix promised to one terminal and sequentially generates the beamforming matrix of the terminal. Although there is a disadvantage in that not all interference can be eliminated, it is possible to reduce the repetitive transmission overhead of channel information for executing the distributed interference matrix to a practical value.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 부분 간섭 정렬 방법은 예시된 방법에 따라 다른 유저수를 가진 경우 또는 다른 상황에도 적용이 가능하다. 예를 들어 유저가 증가할 경우 한명의 유저를 제외한 모든 유저는 다른 2명의 유저에 대한 간섭이 정렬 가능하다. 따라서, 본 발명은 안테나의 개수가 고정되어 있는 경우에 있어서 유저 수가 증가하는 경우에 수신단은 일부 간섭을 허용하지만 부분 유저에 대한 간섭 정렬의 실행을 수행할 수 있다.In addition, the partial interference alignment method according to another embodiment of the present invention may be applied to a case having a different number of users or other situations according to the illustrated method. For example, when the number of users increases, all users except one user can arrange interference with two other users. Therefore, in the present invention, when the number of antennas is fixed and the number of users increases, the receiving end allows some interference but can perform the interference alignment for the partial users.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 에에 따른 부분 간섭 정렬 방법은 유저들의 전체 집합을 3명의 유저로 구성되는 부분 집합으로 소집합화 하여 수행될 수 있다. 본 발명은 부분 집합의 유저들을 대상으로 부분 간섭 정렬을 수행하여 종래 분산 간섭 정렬에 요구되는 채널 정보 반복 전송이라는 오버헤드를 해결할 수도 있다.In addition, the partial interference sorting method according to another embodiment of the present invention may be performed by subdividing the entire set of users into a subset consisting of three users. The present invention may solve the overhead of repetitive transmission of channel information required for conventional distributed interference alignment by performing partial interference alignment for a subset of users.

Claims (13)

제 1, 2, 3 송신단 및 제 1, 2, 3 수신단을 포함하는 시변 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서의 간섭 정렬 방법에 있어서,
상기 제 2 송신단이 상기 제 1 수신단으로부터 임의의 제 1 더미 빔형성 행렬 및 상기 제 1 수신단과 상기 제 2 송신단 사이의 채널 정보를 수신하여 제 2 송신 빔형성 행렬을 생성하는 단계;
상기 제 3 송신단이 상기 제 1 수신단으로부터 임의의 제 1 더미 빔형성 행렬 및 상기 제 1 수신단과 상기 제 3 송신단 사이의 채널 정보를 수신하여 제 3 송신 빔형성 행렬을 생성하는 단계; 및
상기 제 1 송신단이 상기 제 2 수신단으로부터 제 2 더미 빔형성 행렬- 여기서 상기 제 2 더미 빔형성 행렬은 상기 제 3 송신단의 송신 빔형성 행렬 및 상기 제 3 송신단과 상기 제 2 수신단 사이의 채널 정보를 수신하여 생성됨- 및 상기 제 2 수신단과 상기 제 1 송신단 사이의 채널 정보를 수신하여 제 1 송신 빔형성 행렬을 생성하는 단계;를 포함하는 간섭 정렬 방법.
In the interference alignment method in a time varying multi-user multi-antenna interference channel environment comprising a first, second, third transmitter and first, second, third receiver,
Generating, by the second transmitting end, an arbitrary first dummy beamforming matrix from the first receiving end and channel information between the first receiving end and the second transmitting end to generate a second transmission beamforming matrix;
Generating, by the third transmitting end, an arbitrary first dummy beamforming matrix from the first receiving end and channel information between the first receiving end and the third transmitting end to generate a third transmitting beamforming matrix; And
Wherein the first transmitting end is configured to receive a second dummy beamforming matrix from the second receiving end, wherein the second dummy beamforming matrix is a transmission beamforming matrix of the third transmitting end and channel information between the third transmitting end and the second receiving end. Receiving and generating channel information between the second receiving end and the first transmitting end to generate a first transmit beamforming matrix.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 송신단 및 상기 제 3 송신단이 상기 송신 빔형성 행렬을 생성하는 단계는,
상기 제 2 송신단이
Figure 112012091355639-pat00072
를 이용하여 상기 제 2 송신 빔형성 행렬을 생성하고 - 여기서
Figure 112012091355639-pat00073
는 상기 제 2 송신단의 제 2 빔형성 행렬이고,
Figure 112012091355639-pat00074
는 상기 제 2 송신단에서 상기 제 1 수신단으로의 채널 정보를 나타내는 행렬이며,
Figure 112012091355639-pat00075
은 상기 제 1 수신단의 제 1 더미 빔형성 행렬임-,
상기 제 3 송신단이
Figure 112012091355639-pat00076
를 이용하여 상기 제 3 송신 빔형성 행렬을 생성하는 - 여기서
Figure 112012091355639-pat00077
는 상기 제 3 송신단의 제 3 빔형성 행렬이고,
Figure 112012091355639-pat00078
는 상기 제 3 송신단에서 제 1 수신단으로의 채널 정보를 나타내는 행렬이며,
Figure 112012091355639-pat00079
은 상기 제 1 수신단의 제 1 더미 빔형성 행렬임- 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.
The method of claim 1, wherein the second transmitter and the third transmitter generate the transmission beamforming matrix.
The second transmitting end
Figure 112012091355639-pat00072
Generate the second transmit beamforming matrix using
Figure 112012091355639-pat00073
Is a second beamforming matrix of the second transmitter,
Figure 112012091355639-pat00074
Is a matrix representing channel information from the second transmitter to the first receiver,
Figure 112012091355639-pat00075
Is a first dummy beamforming matrix of the first receiving end,
The third transmitting end
Figure 112012091355639-pat00076
Generate the third transmit beamforming matrix using
Figure 112012091355639-pat00077
Is a third beamforming matrix of the third transmitter,
Figure 112012091355639-pat00078
Is a matrix representing channel information from the third transmitter to the first receiver,
Figure 112012091355639-pat00079
Is a first dummy beamforming matrix of the first receiving end.
제 2 항에 있어서, 상기 제 2 수신단이 제 2 더미 빔형성 행렬을 생성하는 단계는 상기 제 2 수신단이
Figure 112012091355639-pat00080
- 여기서 상기
Figure 112012091355639-pat00081
는 상기 제 3 송신단의 제 3 빔형성 행렬이고, 상기
Figure 112012091355639-pat00082
는 상기 제 3 송신단에서 제 2 수신단으로의 채널 정보를 나타내는 행렬이며, 상기
Figure 112012091355639-pat00083
은 상기 제 2 수신단의 제 2 더미 빔형성 행렬임-를 이용하여 상기 더미 빔형성 행렬을 생성하는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.
3. The method of claim 2, wherein the generating of the second dummy beamforming matrix by the second receiving end comprises:
Figure 112012091355639-pat00080
Where said
Figure 112012091355639-pat00081
Is a third beamforming matrix of the third transmitter,
Figure 112012091355639-pat00082
Is a matrix representing channel information from the third transmitter to the second receiver,
Figure 112012091355639-pat00083
Generates the dummy beamforming matrix using the second dummy beamforming matrix of the second receiver.
제 3 항에 있어서, 상기 제 1 송신단이 제 1 송신 빔형성 행렬을 생성하는 단계는 상기 제 1 송신단이
Figure 112012091355639-pat00084
- 여기서 상기
Figure 112012091355639-pat00085
는 상기 제 1 송신단의 제 1 빔형성 행렬이고, 상기
Figure 112012091355639-pat00086
는 상기 제 1 송신단에서 제 2 수신단으로의 채널 정보를 나타내는 행렬이며, 상기
Figure 112012091355639-pat00087
은 상기 제 2 수신단의 제 2 더미 빔형성 행렬임 -를 이용하여 상기 제 1 송신 빔 형성 행렬을 생성하는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.
4. The method of claim 3, wherein the generating of the first transmit beamforming matrix by the first transmitting end comprises:
Figure 112012091355639-pat00084
Where said
Figure 112012091355639-pat00085
Is a first beamforming matrix of the first transmitter,
Figure 112012091355639-pat00086
Is a matrix representing channel information from the first transmitting end to the second receiving end.
Figure 112012091355639-pat00087
Is the second dummy beamforming matrix of the second receiving end to generate the first transmit beamforming matrix.
제 4 항에 있어서 상기 간섭 정렬 방법은 상기 제 1, 2, 3 송신단이 상기 송신 빔형성 행렬을 정규화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.5. The method of claim 4, wherein the interference alignment method further comprises the step of: the first, second, and third transmitters normalizing the transmission beamforming matrix. 제 5 항에 있어서, 상기 정규화 단계는
Figure 112012091355639-pat00088
을 이용하여 - 여기서 상기
Figure 112012091355639-pat00089
는 상기 제 k 송신단의 빔형성 행렬이고, 상기 k는 1과 3사이의 정수이며, 상기
Figure 112012091355639-pat00090
는 행렬
Figure 112012091355639-pat00091
의 d번째로 작은 고유값에 대한 고유벡터를 의미함 - 수행되는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.
6. The method of claim 5 wherein the normalization step is
Figure 112012091355639-pat00088
Using-where the above
Figure 112012091355639-pat00089
Is a beamforming matrix of the k-th transmitter, k is an integer between 1 and 3,
Figure 112012091355639-pat00090
The matrix
Figure 112012091355639-pat00091
Means the eigenvector for the d-th smallest eigenvalue of-the interference alignment method.
제 6 항에 있어서 상기 간섭 정렬 방법은 상기 제 1, 2 수신단이 상기 더미 빔형성 행렬에 직교화된 수신 빔형성 행렬을 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.7. The method of claim 6, wherein the interference alignment method further comprises the step of generating, by the first and second receivers, a reception beamforming matrix orthogonal to the dummy beamforming matrix. 제 7 항에 있어서, 상기 수신 빔형성 행렬을 생성하는 단계는
Figure 112012091355639-pat00092
을 이용하여 - 여기서 상기
Figure 112012091355639-pat00093
는 상기 제 k 수신단의 수신 빔형성 행렬이고, 상기 k는 1 또는 2 임- 수행되는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.
8. The method of claim 7, wherein generating the receive beamforming matrix
Figure 112012091355639-pat00092
Using-where the above
Figure 112012091355639-pat00093
Is a reception beamforming matrix of the k-th receiving end, and k is 1 or 2.
제 8 항에 있어서 상기 간섭 정렬 방법은 상기 제 3 수신단이 간섭을 최소화하는 수신 빔 형성 행렬을 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.10. The method of claim 8, wherein the interference alignment method further comprises the step of generating, by the third receiving end, a reception beamforming matrix that minimizes interference. 제 9 항에 있어서, 상기 제 3 수신단의 제 3 수신 빔형성 행렬은
Figure 112012091355639-pat00094
을 이용하여 - 여기서 상기
Figure 112012091355639-pat00095
는 상기 행렬
Figure 112012091355639-pat00096
의 d번째로 작은 고유값에 대한 고유벡터를 의미하고, 상기
Figure 112012091355639-pat00097
는 상기 제 3 수신단의 채널 정보를 특이값 분해(Singular Value Decomposition; SVD) 또는 고유값 분해 (Eigen Value Decomposition; EVD)한 값임 - 생성되는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.
The method of claim 9, wherein the third receiving beamforming matrix of the third receiving end is
Figure 112012091355639-pat00094
Using-where the above
Figure 112012091355639-pat00095
Is the matrix
Figure 112012091355639-pat00096
Means the eigenvector for the d-th smallest eigenvalue of
Figure 112012091355639-pat00097
Is a value obtained by singular value decomposition (SVD) or eigen value decomposition (EVD) of channel information of the third receiver.
제 10 항에 있어서,
상기 간섭 정렬 방법은 기지국이 없는 간섭 채널 상황에서 수행되는 것을 특징으로 하는 간섭 정렬 방법.
11. The method of claim 10,
And the interference alignment method is performed in an interference channel situation in which there is no base station.
시변 다중 사용자 다중 안테나 간섭 채널 환경에서의 간섭 정렬 방법에 있어서,
N 개의 송수신 쌍들을 서브 송수신 셋으로 부분화 하는 단계; 및
상기 부분화된 서브 송수신 셋에 대하여 제 1 항 및 제 11 항 중 어느 한 항의 간섭정렬을 수행하는 단계;를 포함하는 부분 간섭 정렬 방법.
An interference alignment method in a time varying multi-user multi-antenna interference channel environment,
Subdividing the N transmit / receive pairs into a sub transmit / receive set; And
12. The method of claim 1, further comprising performing the interference sorting of any one of claims 1 and 11 on the partial sub-transmitted and received sets.
제 12 항에 있어서,
상기 서브 송수신 셋은 최대 3쌍의 송수신 셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 부분 간섭 정렬 방법.
13. The method of claim 12,
And the sub transmission / reception set includes a maximum of three pairs of transmission / reception sets.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20110045649A (en) * 2009-10-27 2011-05-04 삼성전자주식회사 Transmitter and its interference aligning method, and Receiver and its operation method
WO2011096749A2 (en) 2010-02-02 2011-08-11 Lg Electronics Inc. A method for interference alignment in wireless network

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