KR100923912B1

KR100923912B1 - 다중 안테나 시스템에서 스케줄링을 위한 채널 상태 정보피드백 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100923912B1
Application number: KR1020060020824A
Authority: KR
Inventors: 이학주; 홍성권; 박동식; 홍대식; 김성태
Original assignee: 삼성전자주식회사; 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2009-10-28
Also published as: US7876851B2; US20070223619A1; KR20070091402A

Abstract

다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 피드백하기 위한 정보량을 조절하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 수신되는 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 추정된 채널 값에서 고유값(Singular value)을 분할하는 SVD(Singular Value Decomposition) 연산기와, 상기 고유값을 이용하여 피드백하는 채널 정보량에 따라 얻을 수 있는 채널 용량을 산출하고, 상기 채널 용량을 이용하여 피드백하기 위한 채널 정보를 선택하는 피드백 판단기를 포함하여, 상관 채널환경에서 부분 피드백만으로 높은 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻어 상기 다중 안테나 시스템의 전송률을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

채널 상관, 피드백 정보, 채널 용량, 스케줄링, 고유값(singular value)

Description

다중 안테나 시스템에서 스케줄링을 위한 채널 상태 정보 피드백 장치 및 방법{CHANNEL STATE INFORMATION FEEDBACK APPARATUS AND METHOD FOR SCHEDULING IN MIMO SYSTEMS}

도 1은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 구조를 도시하는 도면,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 고유값 기반 스케줄링을 위한 채널 정보를 선택하여 피드백하기 위한 절차를 도시하는 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 고유값 기반 스케줄링을 위한 피드백하기 위한 채널 정보를 선택하기 위한 절차를 도시하는 도면,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 성능 변화 그래프, 및

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 성능 변화 그래프.

본 발명은 다중 안테나 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 각 사용자의 채널 정보의 피드백 여부를 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 무선 이동통신 시장의 급성장으로 인하여 무선 환경에서의 다양한 멀티미디어 서비스가 요구되고 있다. 따라서, 상기 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되면서. 상기 무선통신시스템은 한정된 무선 자원(Radio Resource)을 효율적으로 사용할 수 있는 다중 안테나 시스템(예 : MIMO(Multiple Input Multiple Output))의 연구가 진행되고 있다.

상기 다중 안테나 시스템은 각각의 안테나별로 서로 독립적인 채널을 이용하여 데이터 전송의 극대화와 채널의 페이딩 특성을 극복할 수 있다. 또한, 상기 다중 안테나 시스템은 단일 안테나를 사용하는 시스템에 비해 추가적인 주파수나 송신 전력 할당 없이도 채널 전송 용량을 안테나 수에 비례하여 증가시킬 수 있어 최근 활발한 연구가 진행되고 있다.

즉, 상기 다중 안테나 시스템은 다이버시티(Diversity) 이득을 통해 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 다중화(Multiplexing) 이득을 통해 전송률을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 다중 안테나 시스템은 다중 사용자를 지원하는 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템으로 확장할 수 있다.

상기 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템은 각 사용자들의 채널을 확인하여 채널 이득이 높은 사용자에게 데이터 전송를 부여함으로써 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 즉, 상기 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템은 상기 다중 서용자들의 채널 이득을 반영하여 데이터 전송 기회를 부여하는 스케줄링을 수행하여 상기 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 여기서, 상기 다중 사용자 다이버시티 이득은 단일 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 고려되는 안테나에 의한 다이버시티 이득보다 다이버시티 계수(order)가 높으므로 상기 다중 안테나 시스템의 전송률을 증가시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템의 스케줄링 기법은 BU(Best User selection)스케줄링 기법, BS(Best Substream selection) 스케줄링 기법, PF(Proportional Fair) 스케줄링 기법 및 고유값 기반 스케줄링 등이 있다. 여기서, 상기 BU 스케줄링 기법은 송신 안테나들의 평균적인 채널 이득이 가장 높은 사용자 한 명에게 모든 스트림(Stream)을 할당하는 스케줄링 기법이다. 상기 BS 스케줄링 기법은 각각의 안테나마다 가장 채널 이득이 높은 사용자를 선택하여 스트림을 할당하는 스케줄링 기법이다. 또한, 상기 PF 스케줄링 기법은 사용자들 간의 공평성(fairness)을 고려하여 각각의 사용자에게 안테나를 할당하는 스케줄링 기법이다. 상기 고유값 기반 스케줄링은 각 사용자들의 가장 많은 채널 이득을 갖는 안테나에 해당하는 고유 벡터(singular vector)를 피드백 받아 상관이 가장 낮은 사용자들을 선택하는 스케줄링 기법이다.

상술한 상기 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 사용자를 선택하기 위한 스케줄링 기법들은 상관(correlation) 채널 환경에서 성능이 감소하는 문제가 있다. 즉, 상기 다중 안테나 시스템이 적용되는 실제 환경에서는 안테나 간의 상관이 존재한다. 따라서, 상기 다중 안테나 시스템의 병렬 채널 환경의 랭크(rank)가 낮아지게 되므로 상기 다중 안테나 시스템은 상기 스케줄링 기법들을 통해 얻을 수 있는 다이버시티 이득도 저하된다. 이때, 상기 고유값 기반 스케줄링은 각 안테나 간의 상관에 의한 성능 저하를 피하기 위해 상관이 가장 낮은 사용자들을 선택하여 스케줄링을 수행한다. 하지만, 상기 고유값 기반 스케줄링은 상관이 가장 낮은 사용자들의 선택하여 스케줄링을 수행함으로 인해 다중 사용자 환경의 다이버시티 성능을 최대로 이끌어내지 못하게 된다.

또한, 상기 다중 안테나 시스템의 수신 단은 상기 송신 단에서 스케줄링을 수행할 수 있도록 채널 정보를 상기 송신 단으로 피드백한다. 이때, 다중 안테나 시스템은 상기 피드백 신호에 의한 자원 낭비가 발생하게 된다. 더욱이 상기 다중 안테나 시스템은 송신 안테나 또는 수신 안테나의 수가 늘어난 만큼 채널 정보의 피드백 양도 증가한다. 따라서, 상기 다중 안테나 시스템의 수신 단은 일부의 채널 정보만을 상기 송신 단으로 피드백한다. 이 경우, 상기 다중 안테나 시스템의 송신 단은 정확한 스케줄링을 수행할 수 없으므로 성능 저하가 발생한다. 따라서, 상기 다중 안테나 시스템에서 채널 정보의 부분적인 피드백만으로 높은 전송률을 얻을 수 있는 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 채널 정보를 선택적(Opportunistic)으로 피드백하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 각 사용자의 채널 용량(Capacity)에 따라 채널 정보를 선택하여 피드백하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 피드백하기 위한 정보량을 조절하기 위한 장치는, 수신되는 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 추정된 채널 값에서 고유값(Singular value)을 분할하는 SVD(Singular Value Decomposition) 연산기와, 상기 고유값을 이용하여 피드백하는 채널 정보량에 따라 얻을 수 있는 채널 용량을 산출하고, 상기 채널 용량을 이용하여 피드백하기 위한 채널 정보를 선택하는 피드백 판단기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 사용자 환경에서 다중 안테나 시스템에서 피드백하기 위한 정보량을 조절하기 위한 방법은, 수신신호를 이용하여 추정한 채널 값을 SVD(Singular Value Decomposition)를 통해 고유값(Singular value)을 산출하는 과정과, 상기 고유값을 이용하여 상기 피드백하는 채널 정보량에 따라 얻을 수 있는 채널 용량을 산출하는 과정과, 상기 채널 용량을 이용하여 피드백하기 위한 채널 정보를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

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

이하 본 발명의 다중 사용자(Multi-User) 환경의 다중 안테나 시스템에서 채널 정보를 채널 용량(Capacity)에 따라 선택적(Opportunistic)으로 피드백하기 위한 기술에 대해 설명한다. 여기서, 상기 채널 용량은 상기 선택적으로 피드백되는 채널 정보에 의해 전송받을 수 있는 채널 용량을 의미한다.

이하 설명에서 상기 다중 안테나 시스템에서 고유값 기반(Eigen based) 스케줄링 기법을 사용하는 것을 예를 들어 설명하지만, 상기 다중 안테나 시스템에서 BU(Best User selection)스케줄링 기법, BS(Best Substream selection) 스케줄링 기법, PF(Proportional Fair) 스케줄링 기법 및 고유값 기반(Eigen based) 스케줄링 등과 같은 스케줄링 기법을 사용하는 경우에도 동일하게 적용 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 구조를 도시하고 있다.

상기 도 1에 도시된 바와 같이 상기 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 기지국(100)은 M_T개의 송신 안테나들(103 ~ 104)을 이용하여 K개의 단말(User element)(110 ~ 120)로 하향링크 신호를 전송한다.

이때, 상기 단말들(110 ~ 120)은 상기 기지국(100)으로부터 하향링크 신호가 수신되면 상기 하향링크 신호를 이용하여 채널을 추정한다. 이후, 상기 단말들(110 ~ 120)은 상기 채널 추정 값에 따라 산출한 채널 용량을 이용하여 채널 정보(예 : 고유벡터)를 선택적으로 피드백한다. 예를 들어, 상기 단말들(110 ~120)은 상기 채널 추정 값에 따라 고유값(singular value)을 분할하여 채널 용량(Capacity)을 산출한다.

상기 기지국(100)은 상기 단말들(110~120)로부터 피드백되는 채널 정보(예 : 고유값)를 이용하여 하향링크 신호의 스케줄링을 수행한다.

상술한 바와 같이 상기 단말들(110 ~120)은 상기 채널 용량에 따라 채널 정보를 선택적으로 피드백하기 위해 채널추정기(111, 121), SVD(Singular Value Decomposition) 연산기(113, 123), 피드백 판정기(115, 125)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 피드백하는 채널 정보는 각 단말별로 다를 수 있다.

상기 채널추정기(111, 121)는 상기 기지국(100)으로부터 수신되는 하향링크 신호의 파일럿을 이용하여 채널을 추정한다. 여기서, 상기 채널 추정기(111, 121)는 최소 제곱(Least Square) 기법, 최소 평균 제곱 에러(Minimum Mean Square Error) 기법 등의 채널 추정 기법을 이용하여 상기 채널을 추정한다.

상기 SVD 연산기(113, 123)는 상기 추정된 채널 정보를 하기 <수학식 1>과 같이 고유벡터(L_k, R_k)와 고유값(Λ_k)으로 분할한다.

여기서, 상기 H_k는 상기 k번째 단말의 채널 추정 값을 나타내고, 상기 Λ_k는 상기 k번째 단말의 고유값을 성분으로 갖는 대각행렬을 나타내며, 상기 L_k와 R_k는 상기 k번째 채널 추정 값의 좌측 고유벡터와 우측 고유벡터를 행(column)으로 갖는 행렬을 나타낸다.

이후, 상기 SVD연산기(113, 123)는 상기 고유값의 절대값 크기의 제곱을 산출하여 순차적으로 정렬한다. 즉, 상기 SVD연산기(113, 123)는 상기 피드백 판정기(115, 125)에서 상기 고유값의 크기를 비교할 수 있도록 상기 고유값의 절대값 크기의 제곱을 산출한다. 여기서, 상기 SVD 연산기(113, 123)는 상기 고유값의 절대값 크기의 제곱을 내림차순으로 정렬하는 것을 예를 들어 설명한다.

상기 피드백 판정기(115, 125)는 상기 정렬된 고유값들 중 가장 큰 고유값(λ₁)과 일정 시간 동안 고유값들의 평균값(λ_{1, mean})을 비교하여 피드백을 수행할 것인지 판단한다.

상기 피드백을 수행하는 경우, 상기 피드백 판정기(115, 125)는 하기 <수학식 2>와 같이 채널 용량에 이용하여 피드백하기 위한 채널 정보(예 : 고유벡터)를 결정한다.

여기서, 상기 C_M은 M개의 채널을 모두 이용할 때의 채널 용량을 나타내고, 상기 M은 상기 기지국의 송신 안테나에 따른 계수를 나타낸다. 이때, 상기 M은 각 사용자들 간의 간섭 증가를 막기 위해 송신 안테나의 개수(M_T)의 절반값을 갖는다. 또한, 상기 Es/No는 수신된 신호의 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio) 를 나타내고, 상기 |λ_i|²는 i번째 고유값의 절대값 제곱을 나타낸다.

예를 들어, 상기 피드백 판정기(115, 125)는 먼저 하기 <수학식 3>을 이용하여 채널 정보의 피드백 수행 여부를 판단한다.

여기서, 상기 |λ₁|²는 첫 번째 고유값의 절대값 크기의 제곱한 값을 나타내고, 상기 |λ₁|² _mean은해당 사용자의 일정시간 동안 고유값의 절대값 크기의 제곱을 평균한 값을 나타낸다. 여기서, 상기 |λ₁|²는 크기가 가장 큰 고유값을 나타낸다.

상기 <수학식 3>에서 상기 |λ₁|²가 상기 |λ₁|² _mean보다 크면 상기 <수학식 3>을 만족하고, 상기 |λ₁|²가 상기 |λ₁|² _mean보다 작거나 같으면 상기 <수학식 3>을 만족하지 않는다. 이때, 상기 피드백 판정기(115, 125)는 상기 <수학식 3>을 만족하면, 채널 상태가 좋은 것으로 판단하여 피드백을 수행하고, 상기 <수학식 3>을 만족하지 못하면 채널 상태가 안좋은 것으로 판단하여 상기 피드백을 수행하지 않는다. 다시 말해, 상기 |λ₁|²가 |λ₁|² _mean보다 클 경우(|λ₁|² > |λ₁|² _mean), 상기 피드백 판정기(115, 125)는 상기 <수학식 2>를 이용하여 피드백하기 위한 채널 정보를 선택한다.

만일, 상기 |λ₁|²가 |λ₁|² _mean보다 작거나 같을 경우(|λ₁|² ≤ |λ₁|² _mean), 상기 피드백 판정기(115, 125)는 채널 상태가 좋지 않은 것으로 판단하여 피드백을 수행하지 않는다.

삭제

상기 기지국(100)은 스케줄러(101)를 포함하여 상기 단말들(110, 120)로부터 궤환되는 피드백 정보를 이용하여 하향링크 신호의 스케줄링을 수행한다.

상기 스케줄링(101)은 단말 선택부(105)와 전처리부(107)를 포함하여 구성된다.

먼저 상기 단말 선택부(105)는 채널 용량을 극대화하기 위해 상기 수신된 피드백 정보를 이용하여 통신을 수행하고자 하는 N개의 단말 중에서 가장 직교성이 좋은 M 개의 단말만을 선택하여 상기 선택된 단말의 인덱스를 출력한다.

상기 전처리부(107)는 상기 단말 선택부(105)로부터 제공받은 선택된 단말의 인덱스를 이용하여 최적의 전처리 행렬을 구성한다. 예를 들어, 상기 전처리부(107)는 상기 선택된 단말들의 피드백 정보를 이용하여 상기 전처리 행렬의 각 열(Column)을 구성한다.

이후, 상기 전처리부(107)는 상기 구성한 전처리 행렬을 이용하여 각 단말로 전송하기 위한 전송 심볼(사용자 데이터1, 사용자 데이터 2, …, 사용자 데이터 N)을 벡터화하여 각 안테나(103 ~ 104)를 통해 상기 각 단말들(110 ~ 120)로 전송한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 고유값 기반 스케줄링을 위한 채널 정보를 선택하여 피드백을 수행하기 위한 절차를 도시하고 있다. 이하 설명은 상기 단말 1(110)을 예를 들어 설명한다.

상기 도 2를 참조하면, 먼저 상기 단말(110)은 201단계에서 상기 기지국(100)으로부터 하향링크 신호가 수신되는지 확인한다.

만일, 상기 하향링크 신호가 수신되면, 상기 단말(110)은 203단계로 진행하여 상기 하향링크 신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정한다. 예를 들어, 상기 단말(110)은 최소 제곱(Least Square) 기법, 최소 평균 제곱 에러(Minimum Mean Square Error) 기법을 이용하여 상기 채널을 추정한다.

이후, 상기 단말(110)은 205단계로 진행하여 SVD를 통해 상기 추정된 채널 값을 고유 벡터와 고유값으로 분할한다. 즉, 상기 단말(110)은 상기 추정된 채널 값을 상기 <수학식 1>과 같이 고유벡터와 고유값으로 분할한다.

상기 추정된 채널값에 대한 SVD를 수행한 후, 상기 단말(110)은 207단계로 진행하여 상기 고유값들을 크기에 따라 순차적으로 정렬한다. 즉, 상기 단말(110)은 상기 고유값들의 절대값 제곱을 산출하여 각각의 고유값들의 크기를 비교한다. 이후, 상기 단말(110)은 상기 고유값들을 크기에 따라 순차적으로 정렬한다. 여기서, 상기 단말(110)은 상기 고유값을 크기에 따라 내림차순으로 정렬하는 것을 예를 들어 설명한다.

상기 고유값을 크기에 따라 순차적으로 정렬한 후, 상기 단말(110)은 209단계로 진행하여 상기 고유값에 따른 채널 용량을 산출하여 하기 도 3에 도시된 바와 같이 피드백을 수행하기 위한 채널 정보를 선택한다.

상기 피드백을 수행하기 위한 채널 정보를 선택한 후, 상기 단말(110)은 211단계로 진행하여 상기 선택된 채널 정보를 상기 기지국(100)으로 피드백한다.
이후, 상기 단말(110)은 본 알고리즘을 종료한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 고유값 기반 스케줄링을 위한 피드백하기 위한 채널 정보를 선택하기 위한 절차를 도시하고 있다. 이하 설명은 상기 단말(110)의 피드백 판정기(115)에서 피드백을 수행하기 위한 정보를 결정하기 위한 과정을 예를 들어 설명한다.

상기 도 3을 참조하면, 먼저 피드백 판정기(115)는 301단계에서 크기가 가장 큰 고유값과 일정 시간 동안의 고유값의 평균값을 비교하여 피드백 수행 여부를 판단한다. 즉, 상기 피드백 판정기(115)는 상기 크기가 가장 큰 고유값의 절대값 크기의 제곱(|λ₁|²)과 상기 일정시간 동안의 고유값의 평균값의 크기의 제곱(|λ₁|² _mean)을 상기 <수학식 3>에 적용하여 피드백 수행 여부를 판단한다.

만일, 상기 크기가 가장 큰 고유값이 상기 고유값의 평균값보다 작거나 같을 경우(|λ₁|² ≤ |λ₁|² _mean), 상기 피드백 판정기(115)는 채널 상태가 안 좋은 것으로 판단하여 피드백을 수행하지 않고 본 알고리즘을 종료한다.

한편, 상기 크기가 가장 큰 고유값이 상기 고유값의 평균값보다 클 경우(|λ₁|² > |λ₁|² _mean), 상기 피드백 판정기(115)는 303단계로 진행하여 1 개의 채널 정보만을 피드백하는 경우의 채널 용량(C₁)과 2 개의 채널 정보만을 피드백하는 경우의 채널 용량(C₂)을 비교하여 피드백을 수행하기 위한 정보를 선택한다. 이때, 상기 피드백 판정기(115)는 상기 고유 값의 크기가 큰 순서대로 채널 용량을 산출한다.

만일, 상기 C₁이 상기 C₂보다 크거나 같을 경우, 상기 피드백 판단기(115)는 305단계로 진행하여 피드백하기 위한 채널 정보로 하나의 채널 정보만을 선택한다. 여기서, 상기 하나의 채널 정보는 상기 C₁을 산출하기 위해 사용된 크기가 가장 큰 고유값의 우측고유벡터(V₁ ^H)를 나타낸다.

한편, 상기 C₁이 상기 C₂보다 작을 경우, 상기 피드백 판단기(115)는 상기 크기가 가장 큰 고유값의 우측 고유벡터와 크기가 두 번째로 큰 고유값의 우측 고유벡터를 선택한다.
예를 들어, 상기 피드백 판단기(115)는 하기 <수학식 4>와 같이 피드백을 수행하기 위한 정보를 선택한다.

여기서, 상기

는 하나의 채널 정보만을 피드백할 때의 채널 용량(C₁)을 나타내고, 상기

는 두 개의 채널 정보만을 피드백할 때의 채널 용량(C₂)을 나타낸다.

상기 <수학식 4>와 같이 상기 C₁이 상기 C₂보다 크거나 같을 경우, 상기 피드백 판단기(115)는 상기 첫 번째 고유값에 대한 고유벡터만을 피드백 수행하기 위한 정보로 선택한다.

만일, 상기 C₁이 상기 C₂보다 작을 경우, 상기 피드백 판단기(115)는 상기 첫 번째 고유값에 대한 고유벡터와 두 번째 고유값에 대한 고유벡터를 피드백을 수행하기 위한 정보로 선택한다.

이후, 상기 피드백 판단기(115)는 307단계까지 순차적으로 피드백에 사용될 채널 정보의 개수를 M개까지 비교하여 피드백을 수행하기 위한 정보를 선택한다. 여기서, 상기 M은 각 사용자의 간섭 신호의 증가를 막기 위해 상기 송신 안테나의 개수(M_T)의 절반값을 갖는다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 성능 변화 그래프를 나타낸다. 이하 설명은 4개의 송신 안테나를 구비하는 기지국과 4개의 수신 안테나를 구비하는 단말을 사용하고, QPSK 변조방식을 사용하며, 상기 안테나들은 10λ의 거리를 갖고, 각도의 확산도(Angle spread)는 5인 것으로 가정하여 설명한다. 또한, 가로축은 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio : 이하, SNR이라 칭함)를 나타내고, 세로축은 채널 용량을 나타낸다.

상기 도 4를 참조하면, 상기 도 4의 (a)는 사용자가 10명일 경우 성능 변화 그래프를 나타내고, 상기 도 4의 (b)는 사용자가 50명일 경우 성능 변화 그래프를 나타낸다.

상기 도 4의 (a)와 상기 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 일부분의 채널 정보를 이용하여 스케줄링을 수행하는 BS스케줄링 기법과 PF스케줄링 기법은 채널 용량이 5(bps/Hz)이상 나타내지 않는다. 또한, 고유값 기반 스케줄링도 다중 사용자 다이버시티를 최대로 이끌수 없기 때문에 상기 SNR이 10dB이상부터 채널 용량이 감소한다. 반면에 본 발명과 같이 채널 상태에 따라 선택적으로 피드백하는 채널 정보를 이용하여 스케줄링을 수행하는 경우, 채널 용량이 증가하는 이점이 있다. 즉, 데이터 전송률이 증가한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 성능 변화 그래프를 나타낸다. 이하 설명은 4개의 송신 안테나를 구비하는 기지국과 4개의 수신 안테나를 구비하는 단말을 사용하고, QPSK 변조방식을 사용하는 것으로 가정하여 설명한다. 또한, 가로축은 사용자의 수를 나타내고, 세로축은 피드백 정보 량을 나타낸다.

상기 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템은 채널상태에 따라 피드백되는 정보량은 달라지지만, 상기 피드백되는 정보량은 평균적으로 1에 가까워진다. 즉, 채널 상관이 적은 경우(501), 단말들은 피드백되는 정보량을 증가시킨다. 반면에 상기 채널 상관이 심한 경우(503), 상기 단말들은 피드백되는 정보량을 감소시킨다. 따라서, 상기 단말들이 피드백하는 정보량은 평균적으로 1에 가까워진다.

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

상술한 바와 같이, 다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 채널 정보를 채널 상태에 따라 선택적으로 피드백함으로써, 상관 채널환경에서 부분 피드백만으로 높은 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻어 상기 다중 안테나 시스템의 전송률을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

다중 사용자 환경의 다중 안테나 시스템에서 피드백하기 위한 정보량을 조절하기 위한 장치에 있어서,

수신되는 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기와,

상기 추정된 채널 값에서 고유값(Singular value)을 분할하는 SVD(Singular Value Decomposition) 연산기와,

상기 SVD 연산기에서 분할한 고유값 중 가장 큰 고유값의 절대값 제곱과 소정 시간 동안 고유값의 평균 값의 절대값 제곱을 비교하여 피드백 수행 여부를 판단하고, 피드백을 수행하는 경우, 상기 고유값을 이용하여 산출한 피드백하는 채널 정보 량에 따라 얻을 수 있는 채널 용량을 이용하여 피드백하기 위한 채널 정보를 선택하는 피드백 판단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 SVD 연산기는,

상기 추정된 채널 값에서 상기 고유값을 분할하고,

상기 고유값을 순차적으로 정렬하는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 피드백 판단기는,

상기 가장 큰 고유값의 절대값 제곱과 소정 시간 동안 고유값의 평균 값의 절대값 제곱보다 클 경우, 피드백을 수행하는 것으로 판단하고,

상기 가장 큰 고유값이 상기 소정 시간 동안 고유값의 평균 값보다 작거나 같을 경우, 피드백을 수행하지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 피드백 판단기는,

상기 피드백을 수행하는 경우, 피드백을 수행하는 채널 정보의 개수를 m개라 가정할 때, 고유값을 이용하여 산출한 m개의 채널 정보를 피드백하여 얻을 수 있는 채널 용량(C_m)과 고유값을 이용하여 산출한 m+1 개의 채널 정보를 피드백하여 얻을 수 있는 채널 용량(C_m+1)을 비교하여, 상기 C_m+1이 상기 C_m보다 클 경우, m+1개의 채널 정보를 피드백하는 것으로 판단하고,

상기 C_m+1이 상기 C_m보다 작거나 같을 경우, m개의 채널 정보를 피드백하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
다중 사용자 환경에서 다중 안테나 시스템에서 피드백하기 위한 정보량을 조절하기 위한 방법에 있어서,

수신신호를 이용하여 추정한 채널 값을 SVD(Singular Value Decomposition)를 통해 고유값(Singular value)을 산출하는 과정과,

가장 큰 고유값의 절대값 제곱과 소정 시간 동안 고유값의 평균 값의 절대값 제곱을 비교하여 피드백 수행 여부를 판단하는 과정과,

피드백을 수행하는 경우, 상기 고유값을 이용하여 상기 피드백하는 채널 정보량에 따라 얻을 수 있는 채널 용량을 산출하는 과정과,

상기 채널 용량을 이용하여 피드백하기 위한 채널 정보를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제 7항에 있어서,

상기 피드백 수행 여부를 판단하는 과정은,

상기 가장 큰 고유값의 절대값 제곱과 소정 시간 동안 고유값의 평균 값의 절대값 제곱보다 클 경우, 피드백을 수행하는 것으로 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7항에 있어서,

상기 고유값을 순차적으로 정렬하는 과정을 더 포함하여,

상기 순차적으로 정렬된 고유값을 이용하여 상기 채널 용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7항에 있어서,

상기 채널정보를 선택하는 과정은,

피드백을 수행하는 채널 정보의 개수를 m개라 가정할 때, 고유값을 이용하여 산출한 m개의 채널 정보를 피드백하여 얻을 수 있는 채널 용량(C_m)과 고유값을 이용하여 산출한 m+1 개의 채널 정보를 피드백하여 얻을 수 있는 채널 용량(C_m+1)을 비교하는 과정과,

상기 C_m+1이 상기 C_m보다 클 경우, m+1개의 채널 정보를 피드백하기 위한 채널 정보로 선택하는 과정과,

상기 C_m+1이 상기 C_m보다 작거나 같을 경우, 상기 m개의 채널 정보를 피드백하기 위한 채널 정보로 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제 7항에 있어서,

상기 피드백하는 채널 정보는, 고유 벡터(Singular vector)인 것을 특징으로 하는 방법.
제 7항에 있어서,

상기 선택한 채널 정보를 송신 단으로 피드백하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
피드백하기 위한 정보를 조절하기 위한 장치에 있어서,

수신신호를 이용하여 추정한 채널 값을 SVD(Singular Value Decomposition)를 통해 고유값(Singular value)을 산출하는 수단과,

가장 큰 고유값의 절대값 제곱과 소정 시간 동안 고유값의 평균 값의 절대값 제곱을 비교하여 피드백 수행 여부를 판단하는 수단과,

피드백을 수행하는 경우, 상기 고유값을 이용하여 상기 피드백하는 채널 정보량에 따라 얻을 수 있는 채널 용량을 산출하는 수단과,

상기 채널 용량을 이용하여 피드백하기 위한 채널 정보를 선택하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
제 15항에 있어서,

상기 피드백 수행 여부를 판단하는 수단은,

상기 가장 큰 고유값의 절대값 제곱과 소정 시간 동안 고유값의 평균 값의 절대값 제곱보다 클 경우, 피드백을 수행하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15항에 있어서,

상기 고유값을 순차적으로 정렬하는 수단을 더 포함하여,

상기 순차적으로 정렬된 고유값을 이용하여 상기 채널 용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15항에 있어서,

상기 채널정보를 선택하는 수단은,

피드백을 수행하는 채널 정보의 개수를 m개라 가정할 때, 고유값을 이용하여 산출한 m개의 채널 정보를 피드백하여 얻을 수 있는 채널 용량(C_m)과 고유값을 이용하여 산출한 m+1 개의 채널 정보를 피드백하여 얻을 수 있는 채널 용량(C_m+1)을 비교하여

상기 C_m+1이 상기 C_m보다 클 경우, m+1개의 채널 정보를 피드백하기 위한 채널 정보로 선택하고,

상기 C_m+1이 상기 C_m보다 작거나 같을 경우, 상기 m개의 채널 정보를 피드백하기 위한 채널 정보로 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15항에 있어서,

상기 피드백하는 채널 정보는, 고유 벡터(Singular vector)인 것을 특징으로 하는 장치.