KR100463526B1

KR100463526B1 - 다중 입력 다중 출력 시스템에서의 전력 할당 방법

Info

Publication number: KR100463526B1
Application number: KR10-2002-0000418A
Authority: KR
Inventors: 원승환
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2002-01-04
Publication date: 2004-12-29
Also published as: US20030130003A1; KR20030059687A; US7269436B2

Abstract

본 발명은 하나 이상의 안테나로 이루어지는 안테나 그룹을 적어도 하나 구비한 다중입력-다중출력 이동통신 시스템에서, 기지국으로부터 전송된 기준 신호 채널의 공분산 행렬에 대한 고유치를 계산하는 단계와, 상기 고유치들간의 차를 이용하여 데이터를 전송할 안테나 그룹을 결정하는 단계 및 상기 결정된 안테나 그룹에 관한 정보를 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함하는 전송 전력 할당 방법에 관한 것이다.

Description

다중 입력 다중 출력 시스템에서의 전력 할당 방법{Method for allocating power in multiple input multiple output system}

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 다중 입력 다중 출력 시스템에서의 전력 할당 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output;이하 MIMO) 시스템은 종래의 단일 입력 단일 출력(Single Input Single Output;이하 SISO) 통신 방식과, 단일 입력 다중 출력(Single Input Multiple Output;이하 SIMO) 통신 방식으로부터 진화되어, 고용량의 데이터 전송을 요구하는 기술에서 이용되기 위하여 개발되었다. 이 MIMO 시스템은 M개의 안테나로 정보를 송신하여 N개의 안테나로 수신하는 방식으로, 특히 높은 주파수 효율을 요구하는 제4 세대 통신 시스템에서 필수적인 요소로 고려되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 MIMO 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 송신기는 정보원(또는 정보 스트림, 데이터 스트림)을 M 개의 서브 스트림으로 나누어 신호 처리하는 송신 다중 입력 다중 출력 처리기(101)와, 이 처리된 신호를 변조하여 M 개의 안테나로 인가하는 변조기(102)로 구성되고, 수신기는 상기 송신기에서 전송된 신호를 N 개의 안테나로 수신하여 복조하는 복조기(103)와, 이 복조된 신호를 신호 처리하여 원래의 정보 스트림으로 복원하는 수신 다중 입력 다중 출력 처리기(104)로 구성된다.

도 3은 도 2에 도시된 송신기로부터의 신호를 수신하기 위한 수신기의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3은 안테나간 거리가 1.5이며, 4개의 송신 및 수신 안테나를 이용하는 MIMO 시스템을 도시한 것으로, 대각선 방식의 계층화된 공간/시간 방식(Diagonal-Bell Labs' Layered Space Time; 이하 D-BLAST)의 MIMO 시스템이다.

먼저, 전송하고자 하는 정보 스트림은 디먹스(203)에 의해 동일한 비율의 M개의 서브 데이터 스트림들로 나누어져 신호 처리기(202)에서 각각 부호화되며, 이 부호화된 신호는 4진 순환 쉬프터(202)에 의해 주기적으로 각 안테나와 연결되어 수신기로 전송된다.

상기 신호 처리기(202)는 동일한 정보를 부호화하여 생성된 심볼들을 서로 다른 전송 지연 시간을 두어 안테나에 인가한다. 즉, 상기 각 안테나를 통하여 전송되는 신호들은 동일한 정보로부터 부호화된 심볼들을 포함한다.

즉, 상기 순환 쉬프터(202)는 신호 처리된 서브 스트림과 송신 안테나의 연결을 주기적으로 바꾸어주는 것으로, 매초가 지나면 신호 처리된 서브 스트림과송신 안테나의 연결이 주기적으로 바뀌어 송신된다. 이렇게 함으로써, 송신기는 지연 다이버시티 기법을 이용하는 것이 되고, 감쇄 채널(fading channel)을 통해서 송신된 M개의 신호 처리된 서브 스트림은 N개의 수신 안테나 모두에게 수신되어진다. 여기서, M개의 송신 신호가 모든 수신 안테나에 수신되기 때문에 송신 신호들 중 어느 하나도 다중 경로를 지날 때에 발생 할 수 있는 최악의 채널 환경에 영향을 심각하게 받지 않고 수신되어진다.

따라서, 수신기에 수신된 신호의 심볼들은 검출기(301)의 각 공간 계층(수신 안테나에 의해 구별됨)에서 대각선상으로 검출된다. 즉, M 개의 심볼을 수신하여, 이 수신된 심볼로부터 이미 검출된 심볼들은 캔슬링(canneling)을 하고, 미검출된 심볼들은 널링(nulling)을 하여, 원하는 심볼값을 검출한다. 이러한 과정은 송신 안테나 개수만큼 대각선을 따라가면서 원하는 심볼값을 검출한다.

상기 널링은 가장 강한 신호의 검출을 다른 약한 신호들을 제거함으로써 원하는 심볼을 검출하며, 상기 캔슬링은 이미 검출된 신호들을 원래의 수신한 심볼에서 제거해 줌으로써 남겨진 약한 심볼의 검출을 원활하게 해주는 방식이다.

그리고, 이 검출된 데이터 심볼들은 먹스(302)에 의해 합해져 각 공간 계층에서 하나의 데이터 스트림으로 생성되고, 마지막으로 모든 안테나의 데이터 스트림들이 결합기(203)에서 최대비로 결합된다.

상기 최대비 결합 방식은 각 채널의 신호대 간섭비(SNR)의 제곱근에 비례하는 이득을 각 채널에 곱해줌으로서 출력 신호대 간섭비의 값이 최대가 되게 해 주는 수신 방식이다. 이 각 채널의 신호대 간섭비는 더해져서 하나의 신호대 간섭비로 나타난다.

도 4는 종래 기술에 따른 V-BLAST MIMO 시스템의 송신기의 다른 예를 나타낸 도면이다.

도 5는 도 4에 도시된 송신기로부터의 신호를 수신하기 위한 수신기의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 4 및 도 5는 안테나간 거리가 4이며, 4개의 송신 및 수신 안테나를 이용하는 MIMO 시스템을 도시한 것으로, 수직 방식의 계층화된 공간/시간 방식(Vertical-Bell Labs' Layered Space Time;이하 V-BLAST)의 MIMO 시스템이다.

도 4 및 도 5는 각각 상기 도 2 및 도 3과 유사한 구성을 갖는다.

단, 도 4에서 신호 처리기(401)는 단순한 비트를 심볼로 바꾸는 벡터 부호화 과정을 수행함으로써, 부호화 과정을 단순화하였다. 상기 신호 처리기(401)는 하나의 정보로부터 나누어진 복수의 서브 데이터 스트림들을 각각 부호화한다. 즉, 상기 각 안테나를 통하여 전송되는 신호는 동일한 정보로부터 나누어진 M개의 부호화된 심볼들이 상기 복수의 안테나를 통하여 나누어져 전송된다.

또한, 검출기(501)는 수신된 M 개의 심볼들을 신호 대 간섭비(SNR)의 크기대로 정렬하고, 이 정렬된 심볼 중 수신 상태가 좋은 심볼로부터 원하는 심볼을 검출한다.

도 4 및 도 5에서 이용되는 시스템의 주파수 효율은 상기 도 2 및 도 3에서 사용한 MIMO 시스템의 주파수 효율보다는 떨어지지만 보다 간략화된 수신회로로 구현할 수 있다는 잇점이 있다.

즉, 도 2 및 도 3에서 전송되는 심볼들은 채널을 거치면서 치명적인 에러가 발생할 수 있으므로, 수신기가 이 심볼들로부터 원래의 정보 스트림을 복구하는데 장애가 발생한다. 그리고, 수신기가 복잡해지고, 채널 코딩을 적용할 때 제약이 따른다. 반면, 주파수 이용 효율은 높다.

반면, 대안으로 제시된 도 4 및 도 5에서는 간략화된 수신 회로를 이용하여 구현할 수 있으나, 주파수 이용 효율이 떨어지고, 안테나 배열간격이 매우 넓어야 하는 약점이 있다. 왜냐하면, 각 안테나 사이에 10의 간격이 있어야 서로 상관 관계가 없는 경우라고 할 수 있으며, 최소한 4의 간격이 있어야 실용적으로 상관관계를 무시할 수 있기 때문이다.(상관 관계가 없는 경우의 80% 용량)

따라서, 도 2 및 도 3에 도시된 D-BLAST의 장점을 살리고, 도 4 및 도 5에 도시된 V-BLAST의 약점을 보완하는 MIMO 시스템 방식의 제안이 필요하다.

따라서, 본 발명은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 자원 이용 효율이 높은 다중 입력 다중 출력 시스템에서의 전력 할당 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 MIMO 시스템의 일 예를 나타낸 도면.

도 2는 종래 기술에 따른 D-BLAST MIMO 시스템의 송신기의 일 예를 나타낸 도면.

도 3은 도 2에 도시된 송신기로부터의 신호를 수신하기 위한 수신기의 일 예를 나타낸 도면.

도 4는 종래 기술에 따른 V-BLAST MIMO 시스템의 송신기의 다른 예를 나타낸 도면.

도 5는 도 4에 도시된 송신기로부터의 신호를 수신하기 위한 수신기의 일 예를 나 타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 MIMO 시스템의 송신기의 일 예(안테나 4개)를 나타낸 도면.

도 7은 도 6에 도시된 송신기로부터의 신호를 수신하기 위한 수신기의 일 예를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명에서 이용되는 폐쇄 루프 하이브리드 MIMO 시스템 구성을 나타낸 도면.

도 9는 채널의 상관관계 정도를 나타내는 그래프이다.

도 10은 본 발명에 따른 전력 할당 절차를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

601 : 2진 순환 쉬프터

602 : 신호 처리기

603 : 디먹스

604 : 전처리 부호기

본 발명은 하나 이상의 안테나로 이루어지는 안테나 그룹을 적어도 하나 구비한 다중입력-다중출력 이동통신 시스템에 적용되는 전송 전력 할당 방법에 있어서, 기지국으로부터 전송된 기준 신호 채널의 공분산 행렬에 대한 고유치를 계산하는 단계와, 상기 고유치들간의 차를 이용하여 데이터를 전송할 안테나 그룹을 결정하는 단계 및 상기 결정된 안테나 그룹에 관한 정보를 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.또한, 본 발명은 하나 이상의 안테나로 이루어지는 안테나 그룹을 적어도 하나 구비한 다중입력-다중출력 이동통신 시스템에 적용되는 전송 전력 할당 방법에 있어서, 데이터를 전송할 안테나 그룹에 관한 정보를 이동국으로부터 수신하는 단계 및 워터 필링 이론을 이용하여 상기 데이터를 전송할 안테나 그룹에 대하여 송신 전력을 할당하는 단계를 포함하여 이루어진다.하나 이상의 안테나로 이루어지는 안테나 그룹을 적어도 하나 구비하고, 상기 안테나 그룹간에는 V-BLAST 방식에 의해 전송하고, 상기 그룹을 이루는 안테나간에는 D-BLAST 방식에 의해 전송하는 혼합 다중입력-다중출력(Hybrid Multi-input Multi-output) 이동통신 시스템에 적용되는 전송 전력 할당 방법에 있어서, 기지국으로부터 전송된 기준 신호 채널의 공분산 행렬에 대한 고유치를 계산하는 단계와,상기 고유치들간의 차를 이용하여 데이터를 전송할 안테나 그룹을 결정하는 단계 및 상기 결정된 안테나 그룹에 관한 정보를 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.하나 이상의 안테나로 이루어지는 안테나 그룹을 적어도 하나 구비하고, 상기 안테나 그룹간에는 V-BLAST 방식에 의해 전송하고, 상기 그룹을 이루는 안테나간에는 D-BLAST 방식에 의해 전송하는 혼합 다중입력-다중출력(Hybrid Multi-input Multi-output) 이동통신 시스템에 적용되는 송신 전력 할당 방법에 있어서, 데이터를 전송할 안테나 그룹에 관한 정보를 이동국으로부터 수신하는 단계 및 워터 필링 이론을 이용하여 상기 데이터를 전송할 안테나 그룹에 대하여 전송 전력을 할당하는 단계를 포함하여 이루어진다.상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 MIMO 시스템의 송신기의 일 예(안테나 4개)를 나타낸 도면이다.

도 7은 도 6에 도시된 송신기로부터의 신호를 수신하기 위한 수신기의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7은 송신 및 수신 안테나 개수가 동일하고, 가장 간단하게 4개를 이용하는 경우를 도시한 것이다. 또한, 안테나의 개수가 2개로 구성된 D-BLAST 송신기를 하나의 구성 단위로 생각하고, 그 구성 단위들이 V-BLAST의 구성을 따르게 되는 구조이다.

여기서, D-BLAST 송신기를 구성하는 안테나들의 간격은 종래와 동일하게 1.5이다. 그리고, D-BLAST 송신기를 하나의 구성 단위로 하여, V-BLAST를 구성하는 복수의 D-BLAST 송신기들의 안테나 간격은 종래와 동일하게 4가 된다. 즉, 종래에는 V-BLAST MIMO 시스템을 구현하기 위하여 4개의 안테나를 배열할 경우 12가 필요하지만, 본 발명에서는 단지 7만이 필요하다.

먼저, 데이터 스트림은 전처리 부호기(604)에서 D-BLAST 구성 단위를 구별하기 위한 헤더 또는 지시자가 부가된다. 이는 수신 안테나에서 M개의 신호를 수신할 때 송신단의 각 D-BLAST 단위를 구별하도록 하기 위한 것이다. 상기 M 개의 신호 중 동일한 D-BLAST 구성 단위의 안테나를 통하여 전송되는 신호들은 동일한 헤더 또는 지시자를 갖는다.

상기 헤더 또는 지시자가 부가된 데이터 스트림은 먹스(603)에 의해 동일한 비율의 M개의 서브 데이터 스트림들로 나누어져 신호 처리기(602a, 602b)에 제공된다. 병렬로 배치된 두 개의 신호 처리기들은 이 서브 데이터 스트림들을 부호화한다.

상기 각 신호 처리기(602a와, 602b)는 하나의 정보로부터 나누어진 복수의 서브 데이터 스트림들을 각각 부호화한다. 자세하게는, 어느 하나의 신호 처리기(602a 또는 602b)는 상기와 같이 나누어진 특정 서브 데이터 스트림을 서로다른 전송 지연 시간을 갖도록 각각 부호화한다. 이 서로 다른 전송 지연 시간에 따른 신호들은 동일한 D-BLAST 구성 단위에 포함되는 안테나들을 통하여 수신기에 전송된다.

2진 순환 쉬프터(601a 또는 601b)는 상기 동일한 D-BLAST 구성 단위에서 부호화된 신호들을 주기적으로 각 안테나와 연결하여 신호들이 해당 안테나를 통하여 수신기로 전송되도록 한다.

수신기에서 어느 하나의 전처리 복호기(701a)는 상기에서 전송된 신호의 헤더 또는 구별자를 확인하여 동일 D-BLAST 구성 단위의 안테나로부터 전송된 신호는 적어도 두 개의 먹스(703a, 703b)로 연결된 어느 하나의 검출기(702a)에 의해 해당 심볼들이 검출되도록 한다.

상기 검출기(702a)는 복수 개의 D-BLAST 검출기들(도 7에서는 두 개의 예를 들었다)로 구성되고, 송신단에서의 전송 지연 차에 따른 각각의 신호들을 검출하는 기능을 수행한다. 여기서, 어느 하나의 검출기(예를 들어, 702a)를 구성하는 D-BLAST 검출기들은 서로 다른 먹스(703a 또는 703b)에 연결된다.

즉, 전처리 복호기들(701a 내지 701d)은 B-BLAST 구성 단위 수만큼 구비되며, 복수의 D-BLAST 검출기들은 검출된 신호 중 전송 지연이 동일한 신호들을 동일한 먹스(703a 또는 703b)로 제공한다. 마찬가지로, 상기 먹스(703a 또는 703b)도 송신단에서의 D-BLAST 구성 단위 수만큼 구비된다.

이에 어느 하나의 먹스(703a 또는 703b)는 전송 지연이 동일한 신호들을 먹싱하여 하나의 비트스트림으로 생성하며, 이 비트스트림을 결합기(704)에 제공한다.

상기 결합기(704)는 이 전송 지연이 서로 다른 신호들을 최대비로 결합한다.

추가적으로, 본 발명에서 제안된 하이브리드 MIMO 시스템에서의 전력 할당 방법을 제안한다.

도 8은 본 발명에서 이용되는 폐쇄 루프 하이브리드 MIMO 시스템 구성을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 정보원으로부터 서로 다른 전송 시간차를 갖도록 신호를 처리하는 제1 다중입력 다중 출력 프로세서(801)와, 이 서로 다른 전송 시간차를 갖는 신호를 변조하는 변조기(701)와, 이 변조된 신호를 수신단으로 전송하는 복수의 안테나들(803)로 구성되고, 상기 전송된 신호를 수신하는 복수의 안테나들(804)과, 이 수신 신호를 복조하는 복조기(805)와, 이 복조된 신호를 상기 서로 다른 전송 시간차에 상응하게 신호 처리를 수행하는 제2 다중입력 다중출력 프로세서(806)로 구성된다.

이때, 상기 제2 다중입력 다중 출력 프로세서(806)는 상기 송신단의 전력 제어를 위한 피드백 정보를 상기 송신단에 제공하며, 이를 폐쇄 루프 하이브리드 MIMO 시스템이라고 지칭한다.

이 폐쇄 루프 하이브리드 MIMO 시스템에서는 다음의 전력 제어를 가정한다.

첫째, 동일한 신호로부터 서로 다른 전송 시간차를 신호를 전송하는 송신 안테나 쌍에 공급되는 신호의 전력제어는 동일하게 한다.

둘째, 채널 상태 평가는 가중치 합(weighted sum)으로 한다.

셋째, 동일 헤더(같은 정보 비트스트림으로부터 생성되는 경우 동일 헤더를 갖는다)를 가진 신호의 서로 다른 전송 시간차를 갖는 송신 안테나 쌍이 한 쌍 뿐일 때는 개별 전력제어를 한다.

본 발명에 따른 폐쇄 루프 하이브리드 MIMO 시스템에서, 채널 상태에 따른 전력 할당 알고리즘은 종래의 폐쇄 루프 V-BLAST 시스템에서 적용하는 워터 필링 이론(water filling theorem)을 근간으로 하는 전력할당 알고리즘을 바탕으로 제안되었다.

다만, 종래 기술과 본 발명에서 제안되는 하이브리드 MIMO 시스템에서의 송신 방식이 다르므로, 이러한 차이로 인해 채널의 상태 변화에 따라 송신 안테나의 개수를 조절하는 방식에 차이점을 둔다.

일반적으로, 최대 통신 용량을 얻기 위해서는, 채널과 채널 잡음의 공분산 행렬(covariance matrix)을 송신단이 알고 있어야 하며, 송신 신호의 공분산 값도 적절하게 조절되어야 한다. 따라서, 독립적인 다중송신 데이터 스트림들을 수신단으로 전송하기 위해 송신단은 채널 잡음 하에서 채널의 고유치(eigenvalue)를 구하는 것이 필요하다.

이 고유치를 알게 되면, 총 송신 전력을 이용한 최적 워터 필링 이론(water-filling theorem)에 따라 구한 고유치(eigenvalue)를 기준으로 전력을 할당할 수가 있는 것이다.

상기 워터 필링 알고리즘은 최대 수용 용량을 구하기 위한 법칙으로 각 채널은 어떤 값까지 채워질 수 있음을 보여주는 것으로 다음 수학식 1과 같다.

,

여기서, CONST.는 총 전력으로 나타낼 수 있고, 가장 큰 이득을 가진 채널이 가장 큰 전력을 가짐을 보여준다. 그리고, 각 채널의 부분 전력 양을 합하면, CONST.에 설정된 값이 된다.

이러한 의미로부터 '고유치 분해(Singular Value Decomposition)'으로부터 구한 채널 공분산 행렬의 고유치와, 전력간의 관계를 알 수 있다. 또한, 제한된 입력 전력을 가지고 용량을 최대화시키기 위한 방법을 나타냄을 알 수 있다.

즉, 채널 응답의 총 송신기의 정보인 채널 공분산 행렬을 이용하여 고유치를 구하게 되는데, 이 구해진 고유치들의 개수와 크기를 이용하여 송신 안테나의 개수와 전력 할당량을 결정할 수 있다. 여기서, 구해진 고유치의 개수가 송신하는데 필요한 안테나의 개수이고, 고유치들의 크기가 전력 이득을 나타낸다. 따라서, 이 고유치 크기에 따라 전력을 할당한다. 상기 전력 이득이 클수록 할당되는 전력 크기는 커진다. 반대로, 전력 이득이 작을수록 할당되는 전력 크기는 작아진다.

또한, 워터 필링 이론에 따라 생성된 채널의 전송 용량이 작을 경우에는 전력을 작게 할당하여 신호를 전송한다. 그러나, 채널의 전송 용량이 클 경우에는 고유치에 상응하는 전력을 더 할당하여 신호를 전송한다.

예를 들어, 송신단은 버스트 단위(보통 100 심볼의 크기)마다 채널의 변화를, 수신단으로부터 전송된 프리앰블(Preamble)이나 미드앰블(Midamble)을 이용하여 채널 공분산 행렬을 추정할 수 있으며, 이 추정된 공분산 행렬의 고유치들 및 이 고유치들의 크기에 따라 안테나 개수와 전력 할당을 갱신 할 수 있다.

본 발명은 송신 안테나 2개가 기본 구조로 구성되어 있는 D-BLAST 구성 단위(동일한 정보 비트스트림으로부터 생성된 신호를 서로 다른 전송 지연차로 신호를 전송)을 하고 전체적으로는 짝수개의 안테나들이 V-BLAST 방식의 송신구조를 가진다.

따라서, 가동 안테나를 항상 짝수 개로 맞추어야 하고, 사용 할 안테나의 개수 파악을 위해 계산된 고유치들의 차를 가지고 가동 안테나의 개수를 정하고, 여기에 맞추어 워터 필링 이론(water filling theorem)을 이용하여 전력 할당을 한다.

예외적으로, 홀수 개의 안테나 설정을 요구하는데, 이는 최악의 경우에 1개의 안테나로만 신호를 송신하는 경우이다. 이 경우는 1:N SIMO(Single Input Multiple Output) 시스템이 되어 위상 배열 시스템(phased array system)과 성능이 동일해짐을 도 9로부터 알 수 있다.

도 9는 채널의 상관관계 정도를 나타내는 그래프로써, k 값에 따른 스펙트럼 효율관계를 도시한 것이다.

채널 행렬(H)은 가시 거리(Line-of-sight) 성분과, 비가시 거리(Non-line-of-sight) 성분으로 구분할 수 있고, 이 채널 행렬은 다음 수학식 2로써 나타낼 수 있다.

여기서, H^SC는 가시 거리 성분(상관관계가 있는 성분)을 나타내고, H^SC는 비가시 거리 성분(상관 관계가 없는 성분)이다. 또한, k는 가시 거리 전력 성분과, 비가시 거리 전력성분의 비를 나타낸다. 따라서, k 팩터(factor)를 가지고, 채널의 상관관계의 정도를 나타내고, 각 k에 따른 스펙트럼 효율의 관계를 도시한 것이다.

이하에서 채널의 상태를 반영하는 고유치들의 차이를 가지고 가동할 안테나의 개수와 전력할당 알고리즘을 설명한다.

그리고, 각 임계치들의 최적 값은 내부와 외부, 그리고 송신 시스템의 안테나 개수에 따라 각각 다르게 설정되어야 한다. 그렇기 때문에 시뮬레이션과 실측 값으로 이들을 설정할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 전력 할당 절차를 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 먼저 상기 수신단의 안테나들로부터 전송된 기준 신호(훈련 시퀀스로서 이용되는 파일럿 시퀀스 또는 프리앰블, 또는 미드앰블)를 이용하여 버스트단위(보통 100 심볼 크기)로 채널 벡터인 H를 추정한다. (S10)

이는 채널의 상태를 예측하는 방식이다.

그리고, 고유치 분해(Singular Value Decomposition)을 사용하여(S11) 고유치, i=1~N를 구한다.(S12) 자세하게는, 상기 구해진 채널 행렬을 두 개의 단위 행렬과 대각화 행렬로 분해한다. 상기 대각화 행렬의 허미션(켤레 복소수 트랜스포즈; complex conjugate transpose) 행렬과 상기 대각화 행렬을 곱한다. 여기서, 생성된 행렬의 대각선 성분들이 고유치들이다.

상기 각 고유치들이 전력이득의 크기와 연관이 있으므로,들의 차이 값, j=1~N-1을 가지고 임계치들과 비교한다.(S14,S18,S29)

자세하게는, 임의의 고유치 차가 제1 임계치(TH_1)보다 작은 경우에는 다른 고유치 차를 산출한다.(S15)

그리고, 이가 상기 제1 임계치보다 작은 가를 다시 판단한다.(S16) 만일, 작은 경우 4개의 안테나 모두 사용하는 것으로 판단한다.(S17) 상기 S16 단계에서, 작지 않은 경우, 상기가 제1 임계치(TH_1)보다 크고, 제2 임계치(TH_2)보다 작은 가를 판단한다.(S23)

상기 S23 단계에서,가 제1 임계치(TH_1)보다 크고, 제2 임계치(TH_2)보다 작은 경우 또 다른 고유치 차를 산출한다.(S24) 상기 S23 단계에서,가 제1 임계치(TH_1)보다 크지 않거나, 제2 임계치(TH_2)보다 작지 않은 경우, 2 개의 안테나를 사용하는 것으로 판단한다.(S25)

상기 S24 단계에서, 산출된가 상기 제1 임계치(TH_1)보다 작은 가를 또 다시 판단한다.(S26) 만일, 작은 경우 4개의 안테나를 모두 사용하는 것으로 판단한다.(S27) 상기 S26 단계에서, 작지 않은 경우 2개의 안테나를 이용하는 것으로 판단한다.(S28)

한편, 상기 S14~S17 단계는 상기가 상기 제1 임계치보다 크지 않거나,상기 제2 임계치보다 작지 않은 경우에도 반복적으로 수행된다. 단, 상기 산출된가 제1 임계치(TH_1)보다 작지 않은 경우 S23~S28 단계를 수행하지 않고, 안테나 두 개가 이용될 수 있는 것으로 바로 판단할 수 있다.(S22)

다른 한편, 상기가 상기 제2 임계치보다 크고, 또 다른 제3 임계치(TH_3)보다 작은 가를 판단하여(S29), 만일 작은 경우에는 안테나 두 개가 이용될 수 있는 것으로 판단한다.(S30)

상기 S29 단계에서, 상기가 상기 제2 임계치보다 크지 않거나, 또 다른 제3 임계치(TH_3)보다 작지 않은 경우(S29), 안테나 한 개가 이용될 수 있는 것으로 판단한다.(S31)

상기 제1 임계치와, 제2 임계치와, 제3 임계치는 순서대로 커지는 값이다.

요약하면, 본 발명은 최소 수신단위가 D-BLAST 송신기이므로 두 개의 안테나가 동일 데이터 스트림을 송신하게 된다. 그렇기 때문에 가용 안테나의 수가 임의의 짝수개로 설정된 고유치의 크기에 따른 전력 이득에 따라 워터 필링 이론을 근간으로 하여 전력을 할당한다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 다음 효과들을 갖는다.

첫째, 지속적으로 변화하는 채널 환경을 반영하여 채널의 상태가 비상관 상태에서 상관 상태로 바뀔 때 생기는 MIMO 시스템의 근본적인 성능의 열화의 정도를 폐루프의 구성과 적절한 전력 할당에 의하여 최악의 경우에 위상 어레이 시스템과 성능이 동일해짐을 알 수 있다.

둘째, 채널의 상관 관계가 있을수록 개방 루프 시스템에 비해 성능 열화를 더 상쇄시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims

하나 이상의 안테나로 이루어지는 안테나 그룹을 적어도 하나 구비한 다중입력-다중출력 이동통신 시스템에 적용되는 데이터 전송 전력 할당 방법에 있어서,

기지국으로부터 전송된 기준 신호 채널의 공분산 행렬에 대한 고유치를 계산하는 단계;

상기 고유치들간의 차를 이용하여 데이터를 전송할 안테나 그룹을 결정하는 단계; 및

상기 결정된 안테나 그룹에 관한 정보를 상기 기지국에 전송하는 단계

를 포함하는 데이터 전송 전력 할당 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 데이터를 전송할 안테나 그룹을 결정하는 단계는,

각 안테나에 상응하는 상기 고유치들의 차가 미리 정해진 기준치 이하인 경우에는, 모든 안테나 그룹을 이용하여 데이터를 전송하고, 미리 정해진 기준치 이상인 경우에는 일부 안테나 그룹을 이용하여 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 전력 할당 방법.
하나 이상의 안테나로 이루어지는 안테나 그룹을 적어도 하나 구비한 다중입력-다중출력 이동통신 시스템에 적용되는 데이터 전송 전력 할당 방법에 있어서,

데이터를 전송할 안테나 그룹에 관한 정보를 이동국으로부터 수신하는 단계; 및

워터 필링 이론을 이용하여 상기 데이터를 전송할 안테나 그룹에 대하여 송신 전력을 할당하는 단계

를 포함하여 이루어지는 데이터 전송 전력 할당 방법.
하나 이상의 안테나로 이루어지는 안테나 그룹을 적어도 하나 구비하고, 상기 안테나 그룹간에는 V-BLAST 방식에 의해 전송하고, 상기 그룹을 이루는 안테나간에는 D-BLAST 방식에 의해 전송하는 혼합 다중입력-다중출력(Hybrid Multi-input Multi-output) 이동통신 시스템에 적용되는 전송 전력 할당 방법에 있어서,

기지국으로부터 전송된 기준 신호 채널의 공분산 행렬에 대한 고유치를 계산하는 단계;

상기 고유치들간의 차를 이용하여 데이터를 전송할 안테나 그룹을 결정하는 단계; 및

상기 결정된 안테나 그룹에 관한 정보를 상기 기지국에 전송하는 단계

를 포함하는 데이터 전송 전력 할당 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 데이터를 전송할 안테나 그룹을 결정하는 단계는,

각 안테나에 상응하는 상기 고유치들의 차가 미리 정해진 기준치 이하인 경우에는, 모든 안테나 그룹을 이용하여 데이터를 전송하고, 미리 정해진 기준치 이상인 경우에는 일부 안테나 그룹을 이용하여 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.
하나 이상의 안테나로 이루어지는 안테나 그룹을 적어도 하나 구비하고, 상기 안테나 그룹간에는 V-BLAST 방식에 의해 전송하고, 상기 그룹을 이루는 안테나간에는 D-BLAST 방식에 의해 전송하는 혼합 다중입력-다중출력(Hybrid Multi-input Multi-output) 이동통신 시스템에 적용되는 전송 전력 할당 방법에 있어서,

데이터를 전송할 안테나 그룹에 관한 정보를 이동국으로부터 수신하는 단계; 및

워터 필링 이론을 이용하여 상기 데이터를 전송할 안테나 그룹에 대하여 송신 전력을 할당하는 단계

를 포함하여 이루어지는 데이터 전송 전력 할당 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 데이터를 전송할 안테나 그룹에 속하는 특정 안테나 하나를 이용해서 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.