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KR101944506B1 - 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법 - Google Patents

기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법 Download PDF

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KR101944506B1
KR101944506B1 KR1020170145389A KR20170145389A KR101944506B1 KR 101944506 B1 KR101944506 B1 KR 101944506B1 KR 1020170145389 A KR1020170145389 A KR 1020170145389A KR 20170145389 A KR20170145389 A KR 20170145389A KR 101944506 B1 KR101944506 B1 KR 101944506B1
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신수용
파들리
이만희
Original Assignee
금오공과대학교 산학협력단
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.)
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    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
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Abstract

본 발명은 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법에 관한 것으로, 복수의 사용자 단말로부터 기지국에 수신되는 전체수신신호에 대해 MRRC를 수행하여 근거리 사용자 단말에 대응하는 근거리 송신 안테나의 제 1 인덱스를 추정하는 단계와, 상기 제 1 인덱스를 이용하여 근거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 1 심볼을 추정하는 방식으로 상기 근거리 상향 링크 신호를 검출하는 단계와, 상기 근거리 상향 링크 신호를 이용한 SIC를 수행하여 상기 전체수신신호에서 상기 근거리 상향 링크 신호를 제거하는 단계와, 상기 근거리 상향 링크 신호가 제거된 잔류신호에 대해 MLE를 수행하여 원거리 사용자 단말에 대응하는 원거리 송신 안테나의 제 2 인덱스를 추정하는 단계와, 상기 제 2 인덱스를 이용하여 원거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 2 심볼을 추정하는 방식으로 상기 원거리 상향 링크 신호를 검출하는 단계를 포함함으로써, 공간 변조(SM)와 비직교 다중접속(NOMA)을 이용하여 복수의 사용자 단말로부터 전송되는 상향 링크 신호를 기지국에서 효과적으로 검출할 수 있다.

Description

기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법{METHOD FOR DETECTING UPLINK SIGNAL IN BASE STATION}
본 발명은 공간 변조(SM : Spatial Modulation)와 비직교 다중접속(NOMA : Non-Orthogonal Multiple Access)을 이용하여 복수의 사용자 단말로부터 전송되는 상향 링크 신호를 기지국에서 효과적으로 검출할 수 있는 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동 통신 시스템은 음성뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하였으며, 현재에는 폭발적인 트래픽의 증가로 인하여 자원의 부족현상이 야기되고 사용자들이 보다 고속의 서비스를 요구하게 되어 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.
이러한 차세대 이동 통신 시스템의 요구 조건은 크게 폭발적인 데이터 트래픽의 수용, 사용자 당 전송률의 획기적인 증가, 대폭 증가된 연결 디바이스 개수의 수용, 매우 낮은 단대단 지연(End-to-End Latency), 고에너지 효율을 지원할 수 있어야 한다.
이를 위하여 무선 통신 시스템에서 이중 연결성(Dual Connectivity), 대규모 다중 입출력(Massive MIMO : Massive Multiple Input Multiple Output), 전이중(In-band Full Duplex), 비직교 다중접속(NOMA), 초광대역(Super wideband) 지원, 단말 네트워킹(Device Networking) 등 다양한 기술들이 연구되고 있으며, 이들의 다양한 결합을 통해 데이터 속도, 스펙트럼 효율 등을 만족시키기 위한 기술들이 지속적으로 연구 개발되고 있다.
1. 한국공개특허 제10-2017-0023953호(2017.03.06.공개)
본 발명은 공간 변조(SM)와 비직교 다중접속(NOMA)을 이용하여 복수의 사용자 단말로부터 전송되는 상향 링크 신호를 기지국에서 효과적으로 검출할 수 있는 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법을 제공하고자 한다.
그리고, 본 발명은 복수의 사용자 단말로부터 기지국에 수신되는 전체수신신호에 대해 MRRC(Maximum receive ratio combining, 최대수신비결합, 이하 'MRRC'라 함)를 수행하여 근거리 사용자 단말에 대응하는 근거리 송신 안테나의 제 1 인덱스를 추정하고, 추정된 제 1 인덱스를 이용하여 근거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 1 심볼을 추정함으로써, 근거리 사용자 단말로부터 전송되는 근거리 상향 링크 신호를 효과적으로 검출할 수 있는 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법을 제공하고자 한다.
또한, 전체수신신호로부터 검출된 근거리 상향 링크 신호를 이용한 SIC(Successive Interference Cancellation, 연속간섭제거, 이하 'SIC'라 함)를 수행하여 근거리 상향 링크 신호를 제거하고, 잔류신호에 대해 MLE(Maximum Likelihood Estimation, 최대우도추정, 이하 'MLE'라 함)를 수행하여 원거리 사용자 단말에 대응하는 원거리 송신 안테나의 제 2 인덱스를 추정하고, 추정된 제 2 인덱스를 이용하여 원거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 2 심볼을 추정함으로써, 원거리 사용자 단말로부터 전송되는 원거리 상향 링크 신호를 효과적으로 검출할 수 있는 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 사용자 단말로부터 기지국에 수신되는 전체수신신호에 대해 MRRC(Maximum receive ratio combining)를 수행하여 근거리 사용자 단말에 대응하는 근거리 송신 안테나의 제 1 인덱스를 추정하는 단계와, 상기 제 1 인덱스를 이용하여 근거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 1 심볼을 추정하는 방식으로 상기 근거리 상향 링크 신호를 검출하는 단계와, 상기 근거리 상향 링크 신호를 이용한 SIC(Successive Interference Cancellation)를 수행하여 상기 전체수신신호에서 상기 근거리 상향 링크 신호를 제거하는 단계와, 상기 근거리 상향 링크 신호가 제거된 잔류신호에 대해 MLE(Maximum Likelihood Estimation)를 수행하여 원거리 사용자 단말에 대응하는 원거리 송신 안테나의 제 2 인덱스를 추정하는 단계와, 상기 제 2 인덱스를 이용하여 원거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 2 심볼을 추정하는 방식으로 상기 원거리 상향 링크 신호를 검출하는 단계를 포함하는 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법이 제공될 수 있다.
본 발명은 공간 변조(SM)와 비직교 다중접속(NOMA)을 이용하여 복수의 사용자 단말로부터 전송되는 상향 링크 신호를 기지국에서 효과적으로 검출할 수 있다.
그리고, 본 발명은 복수의 사용자 단말로부터 기지국에 수신되는 전체수신신호에 대해 MRRC를 수행하여 근거리 사용자 단말에 대응하는 근거리 송신 안테나의 제 1 인덱스를 추정하고, 추정된 제 1 인덱스를 이용하여 근거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 1 심볼을 추정함으로써, 근거리 사용자 단말로부터 전송되는 근거리 상향 링크 신호를 효과적으로 검출할 수 있다.
또한, 전체수신신호로부터 검출된 근거리 상향 링크 신호를 이용한 SIC를 수행하여근거리 상향 링크 신호를 제거하고, 잔류신호에 대해 MLE를 수행하여 원거리 사용자 단말에 대응하는 원거리 송신 안테나의 제 2 인덱스를 추정하고, 추정된 제 2 인덱스를 이용하여 원거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 2 심볼을 추정함으로써, 원거리 사용자 단말로부터 전송되는 원거리 상향 링크 신호를 효과적으로 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 기지국에서 복수의 사용자 단말로부터 전송되는 상향 링크 신호를 검출하는 과정을 나타낸 플로우차트이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법에 적용되는 NOMA 시스템 모델을 설명하기 위한 도면이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 시스템 모델을 설명하기 위한 도면이고,
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 기지국에서 복수의 사용자 단말로부터 전송되는 상향 링크 신호를 검출하는 과정을 나타낸 플로우차트이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법에 적용되는 NOMA 시스템 모델을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 시스템 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 복수의 사용자 단말로부터 기지국에 수신되는 전체수신신호에 대해 MRRC를 수행하여 근거리 사용자 단말에 대응하는 근거리 송신 안테나의 제 1 인덱스를 추정할 수 있다(단계110).
그리고, 제 1 인덱스를 이용하여 근거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 1 심볼을 추정하는 방식으로 근거리 상향 링크 신호를 검출할 수 있다(단계120).
다음에, 근거리 상향 링크 신호를 이용한 SIC를 수행하여 전체수신신호에서 근거리 상향 링크 신호를 제거할 수 있다(단계130).
그리고, 근거리 상향 링크 신호가 제거된 잔류신호에 대해 MLE를 수행하여 원거리 사용자 단말에 대응하는 원거리 송신 안테나의 제 2 인덱스를 추정할 수 있다(단계140).
이어서, 제 2 인덱스를 이용하여 원거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 2 심볼을 추정하는 방식으로 원거리 상향 링크 신호를 검출할 수 있다(단계150).
상술한 바와 같은 단계110 내지 단계150에 대해 구체적으로 설명하되, 먼저 그 적용 시스템 모델에 대해 상세히 설명하면, 도 2에 도시한 바와 같이 상향 링크 NOMA 시스템 모델에서는, 상이한 전력이 각 UE(User Equipment, 이하 'UE'라 함)에 할당될 수 있고, 예를 들어 고정 사용자 전력 할당이 적용될 수 있다.
그리고, 원거리 사용자 단말(FEU : Farend User)의 신호가 기지국(BS : Base Station)에서 수신될 수 있다고 가정할 경우 근거리 사용자 단말(NEU : Nearend User)에 최대 송신 전력을 적용할 수 있고, 원거리 사용자 단말(FEU)에 대한 송신 전력을 낮게 조정할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같은 상향 링크 NOMA 시스템 모델에서는 송신된 신호는 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017108941612-pat00001
여기에서, Pi는 i번째 사용자 송신 전력을 의미하고, s는 UE 변조된 심볼 벡터를 의미한다.
그리고, 기지국(BS)에서 UE-i(i = 1, 2)에 대해 완벽한 시간 및 주파수 동기화를 가정함으로써, 총 수신 신호는 다음의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017108941612-pat00002
여기에서, h1, h2는 각각 UE-1 및 UE-2에 대한 복합 채널 임펄스 응답 행렬을 의미하고, n~CN(0,σ2)은 복합 대역 AWGN(Additive White Gaussian Noise, 이하 'AWGN'이라 함)을 의미한다.
그리고, |h1|2>|h2|2를 정의함으로써, UE-1이 근거리 사용자 단말(NEU)이고, UE-2가 원거리 사용자 단말(FEU)임을 분명히 알 수 있다.
또한, 기지국(BS) 측에서 근거리 사용자 단말(NEU)의 신호는 원거리 사용자 단말(FEU)의 신호를 잡음으로 고려하여 원거리 사용자 단말(FEU)의 신호보다 먼저 추정될 수 있고, SIC는 근거리 사용자 단말(NEU)의 신호를 제거하기 위해 벡터 y에 적용될 수 있다. 여기에서, 상향 링크 NOMA 시스템 모델의 경우, 탐지된 근거리 사용자 단말(NEU)의 심볼을 직접 사용하여 SIC를 수행할 수 있습니다.
그리고, 기지국(BS)에서 완벽한 채널을 가정할 경우
Figure 112017108941612-pat00003
이 근거리 사용자 단말(NEU)의 검출된 심볼임을 정의함으로써, SIC의 나머지 결과는 다음의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017108941612-pat00004
한편, 공간변조(SM) 시스템 모델에서는 공간 차원이라는 세 번째 차원이 확장될 수 있는데, 공간변조(SM)는 낮은 복잡성과 높은 스펙트럼 효율을 제공할 수 있고, 송신 안테나 인덱스는 하나의 송신 안테나만 사용하여 정보로서 변조될 수 있으며, 반송파 당 총 전송 비트(bpcu)는 다음의 수학식 4와 같이 표시될 수 있다.
Figure 112017108941612-pat00005
여기에서, Nt는 송신기 안테나의 수를 의미하고, M은 가능한 모든 변조된 심볼의 수를 의미하는데, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying, 직교 위상 천이 변조)에 대한 M은 4이고, 8PSK에 대한 M은 8이다.
그리고, q(k)가 송신될 m비트를 포함하는 벡터라고 가정할 경우, q(k)=[q1 q2 ... qm]으로 나타낼 수 있고, 이진 벡터 q(k)는 Nt의 또 다른 벡터 x(k) 크기로 매핑되어 0과 다른 벡터의 한 요소가 될 수 있다. 이에 따라, 벡터 x(k)의 l 번째 심볼은 xl이고, l은 매핑 된 송신 안테나 수인
Figure 112017108941612-pat00006
로 나타낼 수 있다. 이어서, Nr이 수신 안테나의 수인 경우, 심볼 x1은 다음의 수학식 5와 같은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 채널 H를 통해 송신된다:
Figure 112017108941612-pat00007
여기에서, hv,τ는 Nr의 수신 안테나 v 크기와 송신 안테나 τ 크기 사이의 복합 채널 임펄스 응답을 의미하고, 채널 행렬 H의 크기는 NrㅧNt을 의미한다.
마지막으로, w(k)를 AWGN으로 정의할 경우, 수신 벡터는 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017108941612-pat00008
한편, 수신기 쪽에서는 송신 안테나 인덱스와 UE의 송신 심볼을 추정할 수 있는데, 송신 안테나 인덱스와 UE의 송신 심볼을 추정하기 위해 MRRC와 MLE을 사용할 수 있다.
그리고, MRRC의 경우에는 수신기에서 알려진 것으로 가정된 채널 행렬 H의 은닉 공분산과 수신된 벡터 y(k)를 다음의 수학식 7과 같이 곱할 수 있다.
Figure 112017108941612-pat00009
여기에서, 완벽한 시간 및 주파수 동기화를 가정할 경우 g(k)는 x(k)와 동일하고, w(k)가 존재할 경우 추정된 안테나 인덱스 번호 l은 다음의 수학식 8과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112017108941612-pat00010
여기에서, gj(k)는 벡터 g(k)의 j번째 요소를 의미한다.
다음에, 안테나 인덱스가 정확하게 추정될 수 있다고 가정할 경우, 전송된 심볼은 다음의 수학식 9와 같이 추정될 수 있다.
Figure 112017108941612-pat00011
여기에서,
Figure 112017108941612-pat00012
는 열 벡터 g(k)에서 원소 번호
Figure 112017108941612-pat00013
를 의미하고, Q[.]는 성상도 양자화(슬라이싱) 함수(constellation quantization (slicing) function)를 의미한다.
한편, 다른 추정 기법인 MLE는 다음의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017108941612-pat00014
여기에서, j = 1, ..., Nt와, s = 1, ..., M와,
Figure 112017108941612-pat00015
에 대해 x(k)는 각각 추정된 안테나 인덱스 및 추정된 심볼을 의미하고, xs는 가능한 전체 전송된 심볼을 포함하는 벡터를 의미한다.
한편, 상술한 바와 같은 상향 링크 NOMA 시스템 모델과 SM 시스템 모델을 결합한 상향 링크 SM NOMA 시스템 모델에 대해 설명하면, UEn(n=1,2)에 대해 벡터 qn(t)는 UE-1 및 UE-2 모두에서 전송된 m 비트를 포함하는 벡터이고, qn(t)는 Ntn의 또 다른 벡터 xn(k) 크기에 매핑되며, 0과 다른 벡터 xn(k)의 단지 하나의 요소가 될 수 있다.
그리고, 벡터 xn(k)의 심볼 번호 p와 q는 각각 xp와 xq이고, p와 q는 송신 안테나 번호 p∈[1:Nt1] 및 q∈[1 : Nt2]와 매핑된다. 또한, Nr은 수신 안테나의 개수이고, P1, P2는 각각 UE-1 및 UE-2 송신 전력이고, 심볼 xp 및 xq는 다음의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있는 MIMO 무선 채널 Hn에서 전송될 수 있다.
Figure 112017108941612-pat00016
여기에서, hn(v,τ)는 Nr의 수신 안테나 v 크기와 Ntn의 송신 안테나 τ 크기 사이의 복합 채널 임펄스 응답을 의미한다. 따라서, 채널 행렬 Hn의 크기는 NrㅧNtn이 될 수 있다.
마지막으로, w(k)를 AWGN 벡터로 정의하면, 수신 벡터는 다음의 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017108941612-pat00017
여기에서, |h1(v,τ=p)|2>|h2(v,τ=q)|2를 정의함으로써, UE-1이 근거리 사용자 단말(NEU)이고, UE-2가 원거리 사용자 단말(FEU)이라는 것을 명확하게 이해할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 공간변조(SM)와 비직교 다중 접속(NOMA)을 결합하여 본 발명에서 제안하는 기지국에서의 상향 링크 신호를 검출하는 과정(즉, 단계110 내지 단계150)에 대해 상세히 설명하면, 공간변조(SM)와 비직교 다중 접속(NOMA)의 결합으로 높은 스펙트럼 효율을 제공할 수 있는데, 도 3에 도시한 바와 같은 시스템 모델과 같이 UE 심볼과 안테나 인덱스를 추정하기 위한 하이브리드 검출 방식을 수행할 수 있다.
예를 들면, 수신기에서 총 수신 신호는 상기 수학식 12와 같이 나타낼 수 있고, 수신된 벡터 y(t)에 대해 MRRC를 수행할 수 있다.
그리고, 채널 행렬 H1이 수신기에서 알려져 있다고 가정함으로써, UE-1의 추정된 안테나 인덱스
Figure 112017108941612-pat00018
은 다음의 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 복수의 사용자 단말로부터 기지국에 수신되는 전체수신신호(y(t))에 대해 MRRC를 수행하여 근거리 사용자 단말(NEU)에 대응하는 근거리 송신 안테나의 제 1 인덱스(
Figure 112017108941612-pat00019
)를 추정할 수 있다(단계110).
Figure 112017108941612-pat00020
여기에서, g(t)는 열 벡터를 의미하고, H1 H는 근거리 사용자 단말의 채널 행렬의 은닉 공분산을 의미하며, y(t)는 전체수신신호를 의미하고, P1은 근거리 사용자 단말의 송신 전력을 의미하며,
Figure 112017108941612-pat00021
는 제 1 인덱스를 의미하고, gf(t)는 g(t)의 f번째 요소를 의미한다.
다음에, 추정된 안테나 인덱스
Figure 112017108941612-pat00022
가 정확하다고 가정할 경우, 송신된 심볼은 다음의 수학식 14와 같이 추정될 수 있다. 즉, 제 1 인덱스(
Figure 112017108941612-pat00023
)를 이용하여 근거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 1 심볼(
Figure 112017108941612-pat00024
)을 추정하는 방식으로 근거리 상향 링크 신호를 검출할 수 있다(단계120).
Figure 112017108941612-pat00025
여기에서,
Figure 112017108941612-pat00026
은 제 1 심볼을 의미하고,
Figure 112017108941612-pat00027
은 열 벡터 g(t)에서 요소 번호
Figure 112017108941612-pat00028
를 의미하며, Q[.]는 성상도 양자화 함수를 의미한다.
다음에, 수신된 벡터 y(t)로부터 구성 요소 "
Figure 112017108941612-pat00029
"를 제거하기 위해 SIC를 수행할 수 있는데, 완벽한 SIC 시나리오에서는 추정된 심볼
Figure 112017108941612-pat00030
는 xp와 동일하다고 가정할 수 있지만, 불완전한 SIC 시나리오를 사용하기 때문에 SIC의 나머지 결과는 다음의 수학식 15과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 근거리 상향 링크 신호를 이용한 SIC를 수행하여 전체수신신호(y(t))에서 근거리 상향 링크 신호(
Figure 112017108941612-pat00031
)를 제거할 수 있다(단계130).
Figure 112017108941612-pat00032
여기에서,
Figure 112017108941612-pat00033
는 전체수신신호에서 근거리 상향 링크 신호를 제거한 신호를 의미하고,
Figure 112017108941612-pat00034
는 전체수신신호를 의미하며,
Figure 112017108941612-pat00035
는 근거리 상향 링크 신호를 의미하고, P2는 원거리 사용자 단말의 송신 전력을 의미한다.
그리고, UE-2 송신 심볼 및 안테나 인덱스는 MLE를 사용하여 다음의 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 근거리 상향 링크 신호가 제거된 잔류신호에 대해 MLE를 수행하여 원거리 사용자 단말(FEU)에 대응하는 원거리 송신 안테나의 제 2 인덱스(
Figure 112017108941612-pat00036
)를 추정할 수 있고(단계140), 제 2 인덱스(
Figure 112017108941612-pat00037
)를 이용하여 원거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 2 심볼(
Figure 112017108941612-pat00038
)을 추정하는 방식으로 원거리 상향 링크 신호를 검출할 수 있다(단계150).
Figure 112017108941612-pat00039
여기에서, d=1, ..., Nt2이고, g=1, ..., M이며,
Figure 112017108941612-pat00040
는 제 2 인덱스를 의미하고,
Figure 112017108941612-pat00041
는 제 2 심볼을 의미하며, xg는 제 2 심볼의 전체 가능성을 포함하는 벡터를 의미한다.
따라서, 본 발명은 공간 변조(SM)와 비직교 다중접속(NOMA)을 이용하여 복수의 사용자 단말로부터 전송되는 상향 링크 신호를 기지국에서 효과적으로 검출할 수 있다.
그리고, 본 발명은 복수의 사용자 단말로부터 기지국에 수신되는 전체수신신호에 대해 MRRC를 수행하여 근거리 사용자 단말에 대응하는 근거리 송신 안테나의 제 1 인덱스를 추정하고, 추정된 제 1 인덱스를 이용하여 근거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 1 심볼을 추정함으로써, 근거리 사용자 단말로부터 전송되는 근거리 상향 링크 신호를 효과적으로 검출할 수 있다.
또한, 전체수신신호로부터 검출된 근거리 상향 링크 신호를 이용한 SIC를 수행하여 근거리 상향 링크 신호를 제거하고, 잔류신호에 대해 MLE를 수행하여 원거리 사용자 단말에 대응하는 원거리 송신 안테나의 제 2 인덱스를 추정하고, 추정된 제 2 인덱스를 이용하여 원거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 2 심볼을 추정함으로써, 원거리 사용자 단말로부터 전송되는 원거리 상향 링크 신호를 효과적으로 검출할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 과정을 갖는 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법을 적용한 시뮬레이션 결과에 대해 도 4 내지 도 8를 참조하여 설명하면, 비트 오류 전송이 없고 모든 시스템에 대해 공정한 특성 파라미터를 사용할 경우 각 시스템의 최대 전송 비트 q는 도 4에 도시한 바와 같이 나타낼 수 있다.
그리고, 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법의 시뮬레이션에서, 완전한 채널 식별이 수신기에서 가정될 수 있고, 수신 안테나는 상관 관계를 피하기에 충분히 넓은 것으로 가정될 수 있으며, 최대 송신 전력 P는 모든 시뮬레이션된 시스템에서 동일하며, 수신기에서의 SNR(signal-to-noise-ratio, 신호대잡음비, 이하 'SNR'이라 함)은
Figure 112017108941612-pat00042
에 의해 주어지고,
Figure 112017108941612-pat00043
는 잡음 전력이다.
또한, 완전 BER(bit error rate, 비트 오류율, 이하 'BER'이라 함) 시뮬레이션 파라미터는 도 5에 도시한 바와 같이 나타낼 수 있는데, N은 페어링된 UE의 수, Mn은 UE-n 변조 유형, Ntn은 송신 안테나의 수, Pn은 정규화된 UE-n, dn은 UE-n의 정규화된 거리, v는 경로 손실 지수, hn은 UE-n 채널 분포를 각각 나타낼 수 있다.
그리고, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 SM NOMA 시스템 모델과 종래의 NOMA 시스템 모델에 대하여, UE-1은 근거리 사용자 단말(NEU)이고, UE-2는 원거리 사용자 단말(FEU)임을 명확하게 알 수 있고, 원거리 사용자 단말(FEU)에 대해 제안된 시스템인 SM NOMA 시스템 모델이 주어진 SNR에서 기존의 NOMA 시스템 모델을 능가한다는 것을 알 수 있다.
여기에서, 근거리 사용자 단말(NEU)의 경우, 기존 NOMA 시스템 모델은 제안된 SM NOMA 시스템 모델보다 BER=10-3에서 대략 1dB 성능이 우수하다는 것을 알 수 있고, 이는 근거리 사용자 단말(NEU)의 신호 추정이 불완전하여 SIC를 수행하는 동안 근거리 사용자 단말(NEU)의 신호가 완벽하게 제거되지 않아서 발생한다는 점을 알 수 있다.
또한, SNR이 대략 17dB에서 SM NOMA 시스템 모델의 원거리 사용자 단말(FEU)은 SM NOMA 시스템 모델의 근거리 사용자 단말(NEU)와 교차한다는 점을 알 수 있는데, 이 상태는 낮은 SNR에서 SM NOMA 시스템 모델의 근거리 사용자 단말(NEU)의 디코딩된 신호가 부정확해지는 경향이 있기 때문에 발생한다는 점을 알 수 있다.
한편, SM NOMA 시스템 모델의 근거리 사용자 단말(NEU)의 디코딩된 신호는 SIC를 수행하는데 사용될 수 있는데, SM NOMA 시스템 모델의 근거리 사용자 단말(NEU)의 디코딩된 신호가 부정확하면, SIC의 결과 신호는 총수신신호에서 SM NOMA 시스템 모델의 근거리 사용자 단말(NEU)의 신호를 완벽하게 제거하지 못하는 것을 알 수 있고, 높은 SNR에서, SM NOMA 시스템 모델의 근거리 사용자 단말(NEU)의 디코딩된 신호가 정확하게 추정되는 경향이 있음을 알 수 있으며, MLE의 BER 성능으로 인해 SM NOMA 시스템 모델의 근거리 사용자 단말(NEU)이 SM NOMA 시스템 모델의 원거리 사용자 단말(FEU)에 의해 교차되는 경우 도 6에 도시한 바와 같이 MRRC보다 우수함을 알 수 있다.
반면에, 도 7와 도 8에 도시한 바와 같이 달성 가능한 사용자와 시스템 전송 비트의 시뮬레이션 결과를 나타내는데. 도 7에 도시된 바와 같이 달성 가능한 사용자 전송 비트의 경우 SM NOMA 시스템 모델의 근거리 사용자 단말(NEU) 및 원거리 사용자 단말(FEU)은 종래의 NOMA 시스템 모델의 근거리 사용자 단말(NEU) 및 원거리 사용자 단말(FEU)보다 성능이 우수함을 알 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 SM NOMA 시스템 모델은 근거리 사용자 단말(NEU) 및 원거리 사용자 단말(FEU) 모두에 대해 동일한 대역폭을 공유하고 있으며, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 SM NOMA 시스템 모델이 가장 높은 전송 비트를 달성하기 때문에, SM NOMA 시스템 모델이 달성 가능한 시스템 전송 비트에서 다른 모든 시스템보다 성능이 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 기지국에서 상향 링크 신호를 검출하기 위해서 공간 변조(SM)와 비직교 다중 접속(NOMA)의 결합(융합)이 수행될 수 있는데, 근거리 사용자 단말(NEU)과 원거리 사용자 단말(FEU)로부터 전송된 심볼과 안테나 인덱스를 추정하기 위해서 하이브리드 검출 기법이 도입되었고, 공간 변조(SM)와 비직교 다중 접속(NOMA)의 결합(융합)은 높은 시스템 전송 비트를 제공할 수 있으며, 종래의 다른 시스템과 비교하여 2배의 비트를 더 많이 전송할 수 있기 때문에, 시스템 전송 비트의 성능에서 공간 변조(SM)와 비직교 다중 접속(NOMA)의 결합된 시스템은 다른 모든 시스템을 능가함을 알 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 복수의 사용자 단말로부터 기지국에 수신되는 전체수신신호에 대해 MRRC(Maximum receive ratio combining)를 수행하여 근거리 사용자 단말에 대응하는 근거리 송신 안테나의 제 1 인덱스를 추정하는 단계와,
    상기 제 1 인덱스를 이용하여 근거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 1 심볼을 추정하는 방식으로 상기 근거리 상향 링크 신호를 검출하는 단계와,
    상기 근거리 상향 링크 신호를 이용한 SIC(Successive Interference Cancellation)를 수행하여 상기 전체수신신호에서 상기 근거리 상향 링크 신호를 제거하는 단계와,
    상기 근거리 상향 링크 신호가 제거된 잔류신호에 대해 MLE(Maximum Likelihood Estimation)를 수행하여 원거리 사용자 단말에 대응하는 원거리 송신 안테나의 제 2 인덱스를 추정하는 단계와,
    상기 제 2 인덱스를 이용하여 원거리 상향 링크 신호에 대응하는 제 2 심볼을 추정하는 방식으로 상기 원거리 상향 링크 신호를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 인덱스를 추정하는 단계는, 아래의 수학식에 따라 상기 제 1 인덱스를 추정하는 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법.
    Figure 112018104924126-pat00044

    여기에서, g(t)는 열 벡터를 의미하고, H1 H는 상기 근거리 사용자 단말의 채널 행렬의 은닉 공분산을 의미하며, y(t)는 상기 전체수신신호를 의미하고, P1은 상기 근거리 사용자 단말의 송신 전력을 의미하며,
    Figure 112018104924126-pat00045
    는 상기 제 1 인덱스를 의미하고, gf(t)는 상기 g(t)의 f번째 요소를 의미함.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 근거리 상향 링크 신호를 검출하는 단계는, 아래의 수학식에 따라 상기 제 1 심볼을 추정하는 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법.
    Figure 112017108941612-pat00046

    여기에서,
    Figure 112017108941612-pat00047
    은 상기 제 1 심볼을 의미하고,
    Figure 112017108941612-pat00048
    은 열 벡터 g(t)에서 요소 번호
    Figure 112017108941612-pat00049
    를 의미하며, Q[.]는 성상도 양자화 함수를 의미함.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 근거리 상향 링크 신호를 제거하는 단계는, 아래의 수학식에 따라 수행되는 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법.
    Figure 112017108941612-pat00050

    여기에서,
    Figure 112017108941612-pat00051
    는 상기 전체수신신호에서 상기 근거리 상향 링크 신호를 제거한 신호를 의미하고,
    Figure 112017108941612-pat00052
    는 상기 전체수신신호를 의미하며,
    Figure 112017108941612-pat00053
    는 상기 근거리 상향 링크 신호를 의미하고, P2는 상기 원거리 사용자 단말의 송신 전력을 의미함.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 원거리 상향 링크 신호를 검출하는 단계는, 아래의 수학식에 따라 수행되는 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법.
    Figure 112017108941612-pat00054

    여기에서, d=1, ..., Nt2이고, g=1, ..., M이며,
    Figure 112017108941612-pat00055
    는 상기 제 2 인덱스를 의미하고,
    Figure 112017108941612-pat00056
    는 상기 제 2 심볼을 의미하며, xg는 상기 제 2 심볼의 전체 가능성을 포함하는 벡터를 의미함.
  6. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 근거리 사용자 단말은, 상기 기지국에서 최대 송신 전력으로 설정되고,
    상기 원거리 사용자 단말은, 상기 기지국에서 상대적으로 낮은 송신 전력으로 설정되는 기지국에서의 상향 링크 신호 검출 방법.
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