KR20060097519A - Transmitting and Receiving Device and Method in Closed Loop Multiple Transceiver Antenna System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐루프 방식을 사용하는 다중 송수신 안테나 시스템에서 안테나간 전력 불균형을 해결하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따른 송신기는, 송신기 장치는, 전송할 송신벡터와 빔포밍 매트릭스를 곱하여 출력하는 제1연산기와, 상기 제1연산기로부터의 벡터와 소정 위상회전 매트릭스를 곱하여 복수의 안테나 신호들을 생성하는 제2연산기를 포함하여 구성된다.The present invention relates to an apparatus and method for resolving power imbalance between antennas in a multiple transmit / receive antenna system using a closed loop scheme. In the transmitter according to the present invention, the transmitter apparatus may include a first operator for multiplying and transmitting a transmission vector to be transmitted and a beamforming matrix, and a multiplier for generating a plurality of antenna signals by multiplying the vector from the first operator by a predetermined phase rotation matrix. It consists of a two-operator.
코드북, 폐루프, MIMO, 위상회전 매트릭스, 유니터리 매트릭스, 빔포밍 매트릭스, Codebook, closed loop, MIMO, phase rotation matrix, unitary matrix, beamforming matrix,
Description
도 1은 종래기술에 따른 폐루프 방식을 사용하는 MIMO 시스템의 구성을 도시하는 도면.1 is a diagram showing the configuration of a MIMO system using a closed loop scheme according to the prior art.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐루프 방식을 사용하는 MIMO 통신시스템의 구성을 도시하는 도면.2 is a diagram illustrating a configuration of a MIMO communication system using a closed loop scheme according to an embodiment of the present invention.
도 3은 종래기술에 따른 코드북과 본 발명에 따른 코드북을 사용하였을 경우 각 안테나의 PAPR(Peak to Average Power Ratio)의 CCDF(complementary cumulative distribution function)를 나타낸 그래프.3 is a graph showing a complementary cumulative distribution function (CCDF) of a peak to average power ratio (PAPR) of each antenna when the codebook according to the prior art and the codebook according to the present invention are used.
도 4는 종래기술에 따른 코드북과 본 발명에 따른 코드북 사이의 링크 성능(link performance)을 비교한 그래프.4 is a graph comparing link performance between a codebook according to the prior art and a codebook according to the present invention.
본 발명은 폐루프 방식의 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템에 관한 것으로, 특히 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 통신시스템에서 안테나간 전력 불균형을 해결하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다. The present invention relates to a closed loop multiple input multiple output (MIMO) system, and more particularly, to an apparatus and a method for solving power unbalance between antennas in a closed loop MIMO communication system using a codebook.
일반적으로, 많은 시스템에서 수신 SNR(Signal to Noise Ratio) 혹은 수신신호의 MSE(Mean Square Error)를 낮추기 위하여 송신 빔포밍(beam forming)을 사용한다. 그러나, 최적의 빔포밍 벡터 혹은 매트릭스를 찾기 위해서는 수신기(혹은 단말기)에서 하기 수학식 1과 같은 연산을 수행하여야 하며, 상기 수학식 1과 같은 연산을 통해 선택된 벡터 혹은 매트릭스()을 피드백 채널을 통해 송신기로 전송하여야 한다.In general, many systems use transmit beamforming to reduce received signal to noise ratio (SNR) or mean square error (MSE) of a received signal. However, in order to find an optimal beamforming vector or matrix, the receiver (or terminal) must perform an operation as shown in
여기서,은 미리 알고 있는 코드북(codebook) 중 선택된 빔포밍 벡터 혹은 매트릭스가 된다. 그리고 는 송신 안테나의 수를 나타내고, 은 수신 안테나의 수를 나타내며, 는 송수신 안테나 사이에 채널계수 매트릭스를 나타내고, 와 는 각각 신호와 잡음을 나타낸다. here, Becomes a selected beamforming vector or matrix from among known codebooks. And Represents the number of transmit antennas, Represents the number of receiving antennas, Denotes a channel coefficient matrix between the transmit and receive antennas, Wow Denotes signal and noise, respectively.
특히, FDD(Frequency Division Duplex) 시스템의 경우, 채널의 가역적 성질(reciprocity)을 이용하지 못하므로, 양자화된(quantized) 피드백 정보를 이용하여야 한다. 현재, IEEE802.16e 시스템에서는 3비트, 6비트의 양자화된 피드백 정보를 이용해서 빔포밍 매트릭스를 결정한다.In particular, in the case of a frequency division duplex (FDD) system, since the reciprocity of the channel cannot be used, quantized feedback information must be used. Currently, the IEEE 802.11e system determines the beamforming matrix using 3 bits and 6 bits of quantized feedback information.
이하 이해를 돕기 위해 현재 IEEE802.16e에서 사용되고 있는 빔포밍 매트릭스 코드북(codebook)을 예를들어 살펴보기로 한다.For the sake of understanding, the beamforming matrix codebook currently used in IEEE802.16e will be described as an example.
하기 표 1은 현재 IEEE802.16e에 채택되어 있는 코드북중 일부이다. Table 1 below shows some of the codebooks currently adopted in IEEE802.16e.
상기 표 1에서 1열, 2열은 전송 스트림을 나타내고, 각 w에서 행은 송신 안테나를 나타낸다. 즉, 첫 번째 행은 1번 안테나, 두 번째 행은 2번 안테나, 세 번째 행은 3번 안테나를 의미한다. 즉, 상기 표 1은 송신안테나가 3개, 전송 스트림(stream)이 2개, 그리고 피드백 정보가 3비트일 때의 예를 보여준다. 수신기는 상기 표 1과 같은 코드북에 대하여 수학식 1을 순차적으로 연산한후, 즉 빔포밍 매트릭스 w1부터 w8까지 수학식 1에 대입하여 연산한후, 가장 작은 값을 갖는 빔포밍 매트릭스를 선택한다. 그리고 상기 선택된 빔포밍 매트릭스에 대한 인덱스(index, 3비트)를 송신기로 피드백한다. 그러면, 송신기는 송신 벡터에 상기 인덱스에 따른 빔포밍 매트릭스를 곱하여 빔포밍을 수행한다. 이와 같은 빔포밍을 통해 링크 성능(link performance)이 향상된다. 현재, IEEE802.16e에서는 송신 안테나가 2∼4의 경우, 스트림이 1∼4개의 경우, 그리고 피드백 양이 3비트 및 6비트의 경우에 대하여 총 19가지의 서로 다른 코드북들을 채택하고 있다.In Table 1,
그런데, 상기 표 1에서도 알 수 있듯이, 현재 널리 사용되고 있는 코드북 빔 포밍은, 특정 안테나에 전력이 집중되는 전력 불균형 문제가 있다. 즉, 상기 표 1에서 수신기가 수신채널을 통해 가장 최적의 w를 찾았는데, 불행히도 w1이 선택되면 1번 안테나는 전혀 사용되지 않는 문제점이 있다. 이러한 문제는 특정 표 1뿐만 아니라 다양한 경우(다른 코드북)에 존재하고 있다. 일반적으로, 시스템은 총 송신 전력이 제한되어 있으며 상기 송신전력을 안테나 별로 나누어 할당하므로, 이 경우 2번 안테나와 3번 안테나로 전력이 집중되는 문제점이 있다.However, as can be seen from Table 1, codebook beamforming, which is widely used at present, has a power imbalance problem in which power is concentrated on a specific antenna. That is, in Table 1, the receiver finds the most optimal w through the reception channel, but unfortunately, when w1 is selected,
도 1은 종래기술에 따른 폐루프 방식을 사용하는 MIMO 시스템의 구성을 도시하고 있다.1 shows a configuration of a MIMO system using a closed loop method according to the prior art.
도시된 바와 같이, 송신기는 부호 및 변조기(101), 빔포밍 매트릭스 결정기(102), 빔형성기(103), 복수의 송신안테나들(104, 105)을 포함하여 구성되고, 수신기는 복수의 수신안테나들(106,107), 채널 및 수신심볼 추정기(108), 복조 및 복호기(109), 빔포밍 매트릭스 선택기(110)를 포함하여 구성된다.As shown, the transmitter comprises a code and
먼저 송신기를 살펴보면, 먼저 부호 및 변조기(101)는 전송되는 데이터를 주어진 부호방식에 의해 부호화하고, 상기 부호화된 데이터를 주어진 변조방식에 의해 변조하여 복소심볼들을 발생한다. 빔포밍 매트릭스 선택기(102)는 수신기로부터 피드백되는 인덱스에 따른 빔포밍 매트릭스를 생성하여 출력한다. 빔형성기(103)는 상기 부호 및 변조기(101)로부터의 송신벡터(복소심볼들)와 상기 빔포밍 매트릭스 결정기(102)로부터의 빔포밍 매트릭스를 곱하여 복수의 안테나들(104, 105)을 통해 송신한다.Referring first to the transmitter, the code and
다음으로, 수신기를 살펴보면, 복수의 수신기들(106, 107)을 통해 수신되는 신호는 잡음(,)이 가산된 형태로 채널 및 수신심볼 추정기(108)로 입력된다. 상기 채널 및 수신심볼 추정기(108)는 채널추정을 통해 채널계수 매트릭스를 산출하고, 수신벡터와 상기 채널계수 매트릭스를 이용해 수신심볼을 추정하여 출력한다. 복조 및 복호기(109)는 상기 채널 및 수신심볼 추정기(108)로부터의 수신심볼들을 복조 및 복호하여 원래의 정보데이터로 복원한다. 한편, 빔포밍 매트릭스 선택기(110)는 상기 채널 및 수신심볼 추정기(108)로부터의 채널계수 매트릭스 및 현재 제안되어 있는 코드북을 가지고 상기 수학식 1의 연산을 수행하여 빔포밍 매트릭스를 선택하고, 상기 선택된 빔포밍 매트릭스에 대한 인덱스를 송신기로 피드백한다.Next, looking at the receiver, the signal received through the plurality of receivers (106, 107) is noise ( , ) Is input to the channel and receive
하지만, 앞서 설명한 바와 같이, 현재 제안되어 있는 코드북은 특정 안테나에 전력이 집중되는 빔포밍 매트릭스들을 포함하고 있기 때문에, 안테나간 전력 불균형 문제를 해결하기 위한 방안이 필요한 실정이다.However, as described above, since the currently proposed codebook includes beamforming matrices in which power is concentrated on a specific antenna, there is a need for a method for solving the power imbalance problem between antennas.
따라서 본 발명의 목적은 폐루프 방식을 사용하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 통신시스템에서 안테나간 전력 불균형 문제를 해결 및 첨두 전력(peak power)을 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for solving a power imbalance between antennas and reducing peak power in a multiple input multiple output (MIMO) communication system using a closed loop scheme.
본 발명의 다른 목적은 폐루프 방식을 사용하는 MIMO 통신시스템에서 송신벡터에 빔포밍 매트릭스를 곱한후 소정 위상회전 매트릭스를 곱하여 특정 안테나에 전력이 집중되는 현상을 제거 및 첨두 전력(peak power)을 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to eliminate peak condensation and reduce peak power by multiplying a transmission vector by a beamforming matrix and then multiplying a predetermined phase rotation matrix in a MIMO communication system using a closed loop scheme. To provide an apparatus and method for.
본 발명의 또 다른 목적은 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 통신시스템에서 송신벡터에 빔포밍 매트릭스를 곱한후 유니터리 매트릭스를 곱하여 특정 안테나에 전력이 집중되는 현상을 제거 및 첨두 전력(peak power)를 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to eliminate a phenomenon in which power is concentrated on a specific antenna by multiplying a transmission vector and a beamforming matrix in a closed loop MIMO communication system using a codebook, and reducing peak power. To provide an apparatus and method for.
본 발명의 또 다른 목적은 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 통신시스템에서 송신벡터에 빔포밍 매트릭스를 곱한후 하다마드 매트릭스를 곱하여 특정 안테나에 전력이 집중되는 현상을 제거 및 첨두 전력(peak power)를 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to eliminate the phenomenon that power is concentrated on a specific antenna by multiplying a transmission vector by a beamforming matrix and then multiplying a beamforming matrix in a closed loop MIMO communication system using a codebook and reducing peak power. To provide an apparatus and method for.
본 발명의 또 다른 목적은 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 통신시스템에서 송신벡터에 빔포밍 매트릭스를 곱한후 Vandermonde 매트릭스를 곱하여 특정 안테나 에 전력이 집중되는 현상을 제거 및 첨두 전력(peak power)을 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to reduce peak power and eliminate power concentrating on a specific antenna by multiplying a transmission vector by a beamforming matrix and then multiplying a Vandermonde matrix in a closed loop MIMO communication system using a codebook. An apparatus and method are provided.
본 발명의 또 다른 목적은 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 통신시스템에서 송신벡터에 빔포밍 매트릭스를 곱한후 FFT(Fast Fourier Transform) 형태의 매트릭스를 곱하여 특정 안테나에 전력이 집중되는 현상을 제거 및 첨두 전력(peak power)을 제거하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to eliminate the phenomenon that the power is concentrated in a specific antenna by multiplying a transmission vector by a beamforming matrix and then multiplying a matrix of a fast fourier transform (FFT) form in a closed loop MIMO communication system using a codebook. An apparatus and method for removing peak power are provided.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 다중 송수신 안테나 시스템에서 송신기 장치는, 전송할 송신벡터와 빔포밍 매트릭스를 곱하여 출력하는 제1연산기와, 상기 제1연산기로부터의 벡터와 소정 위상회전 매트릭스를 곱하여 복수의 안테나 신호들을 생성하는 제2연산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above objects, a transmitter apparatus in a multiple transmit and receive antenna system, a first operator for multiplying and outputs a transmission vector to be transmitted and a beamforming matrix, a vector and a predetermined phase from the first operator And a second operator for multiplying the rotation matrix to generate a plurality of antenna signals.
바람직하기로, 상기 위상회전 매트릭스는 (는 송신안테나의 개수) 유니터리(unitary) 매트릭스인 것을 특징으로 한다.Preferably, the phase rotation matrix is ( Is the number of transmit antennas) and a unitary matrix.
본 발명의 제2견지에 따르면, 다중 송수신 안테나 시스템에서 수신기 장치에는, 복수의 수신안테나들을 통해 수신된 신호들을 이용해 채널추정하여 채널계수 매트릭스를 생성하는 채널추정기와, 상기 채널추정기로부터의 채널계수 매트릭스를 가지고 빔포밍 매트릭스와 소정 위상회전 매트릭스를 곱한 새로운 빔포밍 매트릭스들로 구성된 코드북을 검색하여 최적의 빔포밍 매트릭스를 선택하고, 상기 선택된 빔포밍 매트릭스에 대한 인덱스 정보를 송신기로 피드백하는 빔포밍 매트릭스 선택기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention, a receiver apparatus in a multiple transmit / receive antenna system includes a channel estimator for generating a channel coefficient matrix by channel estimation using signals received through a plurality of receiving antennas, and a channel coefficient matrix from the channel estimator. A beamforming matrix selector which searches an codebook of new beamforming matrices multiplied by a beamforming matrix and a predetermined phase rotation matrix to select an optimal beamforming matrix, and feeds back index information on the selected beamforming matrix to a transmitter. Characterized in that it comprises a.
바람직하기로, 상기 위상회전 매트릭스는 (는 송신안테나의 개수) 유니터리(unitary) 매트릭스인 것을 특징으로 한다.Preferably, the phase rotation matrix is ( Is the number of transmit antennas) and a unitary matrix.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하 본 발명은 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 통신시스템에서 안테나간 전력 불균형 문제를 해결하기 위해 송신벡터에 빔포밍 매트릭스를 곱한후 소정 위상회전 매트릭스를 곱하여 송신하기 위한 기술에 대해 살펴보기로 한다.The present invention relates to a technique for multiplying a transmission vector by a beamforming matrix and then multiplying a predetermined phase rotation matrix in order to solve a power imbalance problem between antennas in a closed loop multiple input multiple output (MIMO) communication system using a codebook. Let's look at it.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐루프 방식을 사용하는 MIMO 통신시스템의 구성을 도시하고 있다.2 shows a configuration of a MIMO communication system using a closed loop scheme according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송신기는 부호 및 변조기(201), 빔포밍 매트릭스 결정기(202), 빔형성기(203), 복수의 송신안테나들(204, 205)을 포함하여 구성되고, 수신기는 복수의 수신안테나들(206,207), 채널 및 수신심볼 추정기(208), 복조 및 복호기(209), 빔포밍 매트릭스 선택기(210)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 빔형성기(203)는 본 발명의 특징에 따라 W(빔포밍 매트릭스) 곱셈기 (213)와 R(위상회전 매트릭스)곱셈기(223)를 포함하여 구성된다.As shown, the transmitter according to the present invention comprises a code and
먼저 수신기를 살펴보면, 복수의 수신기들(206, 207)을 통해 수신되는 신호는 잡음(,)이 가산된 형태로 채널 및 수신심볼 추정기(208)로 입력된다. 상기 채널 및 수신심볼 추정기(208)는 채널추정을 통해 채널계수 매트릭스를 산출하고, 수신벡터와 상기 채널계수 매트릭스를 이용해 수신심볼을 추정하여 출력한다. 여기서, 상기 수신심볼 추정 알고리즘으로는 ZF(Zero-Forcing), MMSE(minimum mean-square error)알고리즘 등을 사용할수 있다. 복조 및 복호기(209)는 상기 채널 및 수신심볼 추정기(208)로부터의 수신심볼들을 복조 및 복호하여 원래의 정보데이터로 복원한다. Referring first to the receiver, the signal received through the plurality of
한편, 본 발명에 따른 빔포밍 매트릭스 선택기(210)는 상기 채널 및 수신심볼 추정기(208)로부터의 채널계수 매트릭스 및 본 발명에 따른 코드북을 가지고 상기 수학식 1의 연산을 수행하여 빔포밍 매트릭스를 선택하고, 상기 선택된 빔포밍 매트릭스에 대한 인덱스를 송신기로 피드백한다. 상기 수학식 1은 빔포밍 매트릭스를 선택하기 위한 다양한 알고리즘들 중 하나를 보인 것으로, 여타 다른 알고리즘을 이용해 빔포밍 매트릭스를 선택할 수도 있다.Meanwhile, the
여기서, 본 발명에 따른 코드북은 기존에 제안되어 있는 빔포밍 매트릭스에 소정의 위상회전 매트릭스 을 곱한 새로운 빔포밍 매트릭스로 구성된 코드북이다. 본 발명에 따른 코드북은 에 대한 데이터를 가지고 있을수 있 고, 다른 예로 기존의 빔포밍 매트릭스와 해당 위상회전 매트릭스 를 별도로 가지고 있을 수 있다. 따라서, 송신기로 피드백되는 정보는 상기에 대한 인덱스 정보일수도 있고, 상기 에 대한 인덱스 정보일수 있다. 각각의 경우에 대한 상기 위상회전 매트릭스는 이후 수식을 통해 상세히 살펴보기로 한다.Here, the codebook according to the present invention is a beamforming matrix that has been proposed previously. Predetermined phase rotation matrix New beamforming matrix multiplied by Codebook consisting of Codebook according to the present invention As another example, the existing beamforming matrix and the corresponding phase rotation matrix may be included. You may have a separate Therefore, the information fed back to the transmitter is May be index information for It may be index information about. The phase rotation matrix for each case will be described in detail through the following equation.
다음으로, 송신기를 살펴보면, 부호 및 변조기(201)는 전송되는 데이터를 주어진 부호방식에 의해 부호화하고, 상기 부호화된 데이터를 주어진 변조방식에 의해 변조하여 복소심볼들을 발생한다. 여기서, 부호방식으로는 길쌈부호(convolutional code), 터보부호(turbo coder), 보완터보부호(complementary turbo code) 및 LDPC(low density parity check) 부호 등을 사용할수 있다. 그리고, 상기 변조방식으로는 1개의 비트(s=1)를 하나의 신호점(복소신호)에 사상하는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), 2개의 비트(s=2)를 하나의 복소신호에 사상하는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 3개의 비트(s=3)를 하나의 복소신호에 사상하는 8QAM(8ary Quadrature Amplitude Modulation), 4개의 비트(s=4)를 하나의 복소신호에 사상하는 16QAM, 6개의 비트(s=6)를 하나의 복소신호에 사상하는 64QAM 등을 사용할수 있다.Next, referring to the transmitter, the code and
빔포밍 매트릭스 선택기(202)는 수신기로부터 피드백되는 인덱스 정보에 따른 빔포밍 매트릭스와 위상회전 매트릭스 를 생성하여 빔형성기(203)로 출력한다.
빔형성기(203)의 W곱셈기(213)는 상기 부호 및 변조기(201)로부터의 송신벡 터(복소심볼들)와 상기 빔포밍 매트릭스 결정기(202)로부터의 빔포밍 매트릭스를 곱하여 출력한다. 상기 빔형성기(203)의 R곱셈기(223)는 상기 W곱셈기(213)로부터의 벡터와 상기 빔포밍 매트릭스 결정기(202)로부터의 위상회전 매트릭스 을 곱하여 복수의 송신안테나들(204, 205)을 통해 송신한다. 결론적으로, 송신벡터에 본 발명에 따른 새로운 빔포밍 매트릭스 을 곱하여 송신한다.The
그러면, 여기서 본 발명에서 제안하는 위상회전 매트릭스에 대해 상세히 살펴보기로 한다.Then, the phase rotation matrix proposed by the present invention here Let's take a closer look at.
본 발명에서 제안하는 위상회전 매트릭스 은 링크 성능에 전혀 영향을 미치지 않는다. 즉, 최적으로 설계된 코드북의 성질을 변화시키지 않는다. 또한, 각 안테나에 대한 PAPR(Peak to Average Power Ratio)도 변화지 않는다. 그러나, 본 발명에 따른 위상회전 매트릭스 을 적용하면, 종래기술에서 언급했던 안테나간 전력 불균형 문제 및 첨두 전력 문제를 해결할수 있다. Phase rotation matrix proposed in the present invention Does not affect link performance at all. In other words, it does not change the nature of the optimally designed codebook. In addition, the peak to average power ratio (PAPR) for each antenna does not change. However, the phase rotation matrix according to the present invention By applying this, it is possible to solve the power unbalance problem and the peak power problem between antennas mentioned in the prior art.
현재 제안되어 있는 코드북 성질을 변화시키지 않기 위해서 위상회전 매트릭스 는 다음과 같은 성질을 만족하여야 한다.Phase Rotation Matrix in order not to change the currently proposed codebook properties Must satisfy the following properties.
위상회전 매트릭스 는 유니터리 매트릭스(unitary matrix)이어야 한다.Phase rotation matrix Must be a unitary matrix.
따라서, 어떠한 유니터리 매트릭스라도 본 발명에 따른 위상회전 매트릭스로 사용할수 있다. 그러나, 구현의 복잡도 등을 고려했을 때 다음의 3가지 예들을 사용하는 것이 바람직하다.Therefore, any unitary matrix can be used as the phase rotation matrix according to the present invention. However, considering the complexity of the implementation, it is preferable to use the following three examples.
< 월시 하다마드 매트릭스를 이용한 예 ><Example using Walsh Hadamard Matrix>
송신 안테나의 개수 가 '2'인 경우에는 하기 수학식 2와 같은 2×2 하다마드 매트릭스를 위상회전 매트릭스로 사용한다.Number of transmit antennas Is 2, a 2x2 Hadamard matrix is used as the phase rotation matrix.
한편, 송신 안테나의 개수 가 '4'인 경우에는 하기 수학식 3과 같은 4×4 하다마드 매트릭스를 위상회전 매트릭스로 사용한다.Meanwhile, the number of transmitting antennas Is 4, a 4x4 Hadamard matrix is used as the phase rotation matrix.
< Vandermonde 매트릭스를 이용한 예 ><Example using Vandermonde matrix>
송신 안테나의 개수 에 따라 하기 수학식 4와 같은 Vandermonde 매트릭스를 위상 회전 매트릭스로 사용할수 있다.Number of transmit antennas According to
여기서, 이다.here, to be.
상기 Vandermonde 매트릭스를 사용할 경우, 임의의 송신 안테나 개수에 대하여 자유롭게 유니터리 행렬을 생성할수 있다.When the Vandermonde matrix is used, a unitary matrix can be freely generated for any number of transmit antennas.
예를들어, 송신 안테나 개수 가 '2'인 경우에는 하기 수학식 5와 같은 2ㅧ2 Vandermonde 매트릭스를 위상 회전 매트릭스로 사용한다. For example, the number of transmit antennas If is '2' is used 2 × 2 Vandermonde matrix as shown in the equation (5) as the phase rotation matrix.
한편, 송신 안테나 개수 가 '3'인 경우에는 하기 수학식 6과 같은 3×3 Vandermonde 매트릭스를 위상 회전 매트릭스로 사용한다.Meanwhile, the number of transmitting antennas Is 3, a 3x3 Vandermonde matrix as shown in
< FFT 포맷의 매트릭스를 이용한 예 ><Example using matrix of FFT format>
여기서, 이다.here, to be.
상기 FFT(Fast Fourier Transform) 형태의 매트릭스를 사용할 경우에도, 임의의 송신 안테나 개수에 대하여 자유롭게 유니터리 행렬을 생성할수 있다.Even when using the fast Fourier transform (FFT) matrix, a unitary matrix can be freely generated for any number of transmit antennas.
상기와 같이 만들어지는 위상회전 행렬 은 다음의 코드북에 곱해져서 새로운 코드북을 형성한다. 다음의 코드북은 IEEE802.16e에 채택되어 있는 코드북이다. Phase rotation matrix made as above Is multiplied by the following codebook to form a new codebook. The following codebook is a codebook adopted in IEEE802.16e.
그러면, 여기서 상기와 같은 코드북에 위상회전 매트릭스 을 곱하여 만들어진 새로운 코드북을 살펴보기로 한다. 예를들어, 전송 스트림이 1이고 피드백 양이 3비트인 경우 안테나 개수에 따른 새로운 코드북을 살펴보면 다음과 같다. 여기서, 송신 안테나 개수가 2, 4인 경우는 위상회전 행렬로 하다마드 매트릭스, 반데몬드 매트릭스 및 FFT 매트릭스를 모두 적용할수 있고, 송신 안테나의 개수가 3인 경우는 반데몬드 매트릭스와 FFT 매트릭스를 적용할수 있다.Then, here, the phase rotation matrix in the codebook Let's look at a new codebook created by multiplying by. For example, if the transport stream is 1 and the feedback amount is 3 bits, the new codebook according to the number of antennas is as follows. Here, when the number of transmit antennas is 2, 4, the Hadamard matrix, the half-demon matrix, and the FFT matrix are all applicable to the phase rotation matrix, and when the number of transmit antennas is 3, the half-demon matrix and the FFT matrix are applicable. have.
< 송신 안테나 2, 전송 스트림 1, 피드백 양 3비트, 하다마드 행렬 적용 ><Transmit
< 송신 안테나 2, 전송 스트림 1, 피드백 양 3비트, 반데몬드 행렬 적용 ><Transmit
<송신 안테나 3, 전송 스트림 1, 피드백 양 3비트, 반데몬드 행렬 적용><
< 송신안테나 4, 전송 스트림 1, 피드백 양 3비트, 하다마드 행렬 적용 ><
도 3은 종래기술에 따른 코드북(WO(without) R)과 본 발명에 따른 코드북(W(with) R)을 사용하였을 경우 각 안테나의 PAPR(Peak to Average Power Ratio)의 CCDF(complementary cumulative distribution function)를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 어떤 코드북을 사용하는지 상관없이 PAPR은 변화가 없음을 알수 있다. 즉, 코드북이 PAPR에 영향을 미치지 않는다.3 is a complementary cumulative distribution function of a peak to average power ratio (PAPR) of each antenna when a codebook (WO (without) R) according to the prior art and a codebook (W (with) R) according to the present invention are used. ) Is a graph. As shown, regardless of which codebook is used, the PAPR can be seen to be unchanged. In other words, the codebook does not affect PAPR.
도 4는 종래기술에 따른 코드북(WO(without) R)과 본 발명에 따른 코드북 (W(with) R) 사이의 링크 성능(link performance)을 비교한 그래프이다. 도시된 바와 같이, 기존의 코드북과 본 발명의 코드북 모두 코드 사이의 코달(chordal) 거리 등이 변하지 않기 때문에 본 발명에 따른 코드북을 사용하더라도 성능에 변화가 없음을 알수 있다.4 is a graph comparing link performance between a codebook WO (without) R according to the prior art and a codebook (W (with) R) according to the present invention. As shown, since both the codebook and the codebook of the present invention do not change the chordal distance between the codes, it can be seen that there is no change in performance even when using the codebook according to the present invention.
상기 도 3 및 도 4의 시뮬레이션 환경은 IEEE802.16e에 정의된 밴드AMC(Adaptive Modulation and Coding) 서브채널에서 LDPC 코드 R=1/2, Red A 3km/h를 사용한 환경이다. The simulation environment of FIGS. 3 and 4 is an environment using LDPC codes R = 1/2 and Red A 3km / h in a band AMC (Adaptive Modulation and Coding) subchannel defined in IEEE802.16e.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정 해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by those equivalent to the scope of the claims.
상술한 바와 같이, 본 발명은 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 시스템에서 기존 코드북 사용으로 인한 안테나간 전력 불균형 문제를 해결할수 있는 이점이 있다. 더욱이, 간단한 위상회전 매트릭스(예 : 하다마드 매트릭스, Vandermonde 매트릭스)를 이용하기 때문에 복잡도 없이 안테나간 전력 불균형 문제 및 첨두 전력(peak power) 문제를 해결할수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention has the advantage of solving the power unbalance between antennas due to the use of the existing codebook in a closed loop MIMO system using a codebook. Moreover, the use of simple phase rotation matrices (eg Hadamard matrix, Vandermonde matrix) has the advantage of solving the power unbalance and peak power problems between antennas without complexity.
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009031846A1 (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-12 | Lg Electronics Inc. | A method for transmitting/receiving multiple codeword in a multiple input multiple output communication system |
WO2009084903A3 (en) * | 2007-12-31 | 2009-10-29 | Lg Electronics Inc. | Method for transmitting precoded signal in collaborative multiple-input multiple-output communication system |
KR100938564B1 (en) * | 2007-12-24 | 2010-01-22 | 고려대학교 산학협력단 | Rotational transformation based transmission beam forming method and computer readable storage medium recording the same |
KR100971620B1 (en) * | 2006-11-14 | 2010-07-22 | 삼성전자주식회사 | Transmitter / receiver, transmission / reception method and subcarrier structure in multi-user multi-antenna communication system |
KR101021700B1 (en) * | 2008-11-19 | 2011-03-15 | 고려대학교 산학협력단 | Beamforming apparatus and method for multi-user multi-input / output system |
KR101321374B1 (en) * | 2007-08-16 | 2013-10-28 | 삼성전자주식회사 | Transmitting apparatus and method |
KR101359666B1 (en) * | 2007-02-06 | 2014-02-10 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for codebook based cooperative beamformaing in boradband wireless access communication system |
KR101369593B1 (en) * | 2007-09-21 | 2014-03-05 | 한국과학기술원 | Apparatus and method for transmitting/receiving data in a communication system |
US8750401B2 (en) | 2009-12-16 | 2014-06-10 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Sequential transmission multi-beamforming method with low complexity using Hadamard matrix |
US8787469B2 (en) | 2007-04-04 | 2014-07-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for codebook design and beamforming vector selection in per-user unitary rate control (PU2RC) system |
KR101441672B1 (en) * | 2009-07-20 | 2014-09-17 | 인텔 코포레이션 | Techniques for mimo beamforming for frequency selective channels in wireless communication systems |
KR101460657B1 (en) * | 2007-02-06 | 2014-11-11 | 삼성전자주식회사 | Codebook generating method for multi-polarized mimo system and device of enabling the method |
KR20190137390A (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-11 | 전북대학교산학협력단 | Method for aligning interference of multi-user multi-cell mimo channel |
-
2005
- 2005-05-03 KR KR1020050037174A patent/KR100659539B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8634867B2 (en) | 2006-11-14 | 2014-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for transmitting and receiving signal and subcarrier allocation structure therefor in a multi-user multi-antenna communication system |
KR100971620B1 (en) * | 2006-11-14 | 2010-07-22 | 삼성전자주식회사 | Transmitter / receiver, transmission / reception method and subcarrier structure in multi-user multi-antenna communication system |
KR101460657B1 (en) * | 2007-02-06 | 2014-11-11 | 삼성전자주식회사 | Codebook generating method for multi-polarized mimo system and device of enabling the method |
KR101359666B1 (en) * | 2007-02-06 | 2014-02-10 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for codebook based cooperative beamformaing in boradband wireless access communication system |
US8787469B2 (en) | 2007-04-04 | 2014-07-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for codebook design and beamforming vector selection in per-user unitary rate control (PU2RC) system |
KR101321374B1 (en) * | 2007-08-16 | 2013-10-28 | 삼성전자주식회사 | Transmitting apparatus and method |
US8315325B2 (en) | 2007-09-05 | 2012-11-20 | Lg Electronics Inc. | Method for transmitting/receiving multiple codeword in a multiple input multiple output communication system |
WO2009031846A1 (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-12 | Lg Electronics Inc. | A method for transmitting/receiving multiple codeword in a multiple input multiple output communication system |
KR101369593B1 (en) * | 2007-09-21 | 2014-03-05 | 한국과학기술원 | Apparatus and method for transmitting/receiving data in a communication system |
KR100938564B1 (en) * | 2007-12-24 | 2010-01-22 | 고려대학교 산학협력단 | Rotational transformation based transmission beam forming method and computer readable storage medium recording the same |
US8755451B2 (en) | 2007-12-31 | 2014-06-17 | Lg Electronics Inc. | Method for transmitting precoded signal in collaborative multiple-input multiple-output communication system |
WO2009084903A3 (en) * | 2007-12-31 | 2009-10-29 | Lg Electronics Inc. | Method for transmitting precoded signal in collaborative multiple-input multiple-output communication system |
KR101021700B1 (en) * | 2008-11-19 | 2011-03-15 | 고려대학교 산학협력단 | Beamforming apparatus and method for multi-user multi-input / output system |
KR101441672B1 (en) * | 2009-07-20 | 2014-09-17 | 인텔 코포레이션 | Techniques for mimo beamforming for frequency selective channels in wireless communication systems |
US8750401B2 (en) | 2009-12-16 | 2014-06-10 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Sequential transmission multi-beamforming method with low complexity using Hadamard matrix |
KR20190137390A (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-11 | 전북대학교산학협력단 | Method for aligning interference of multi-user multi-cell mimo channel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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