KR100975720B1 - 다중 송수신 안테나를 구비하는 직교주파수분할다중화 시스템에서 공간 분할 다중화를 고려하여 채널 할당을 수행하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 주파수 부채널들을 사용하여 데이터를 전송하는 직교 주파수 분할 다중 이동통신시스템에서, 다중 송신 안테나들을 구비하는 기지국이 다중 수신 안테나를 구비하는 이동 단말들에게 상기 다중 송신 안테나들로부터 다중 수신 안테나들로의 공간 채널을 할당하기 위해, 상기 다수의 주파수 부채널들 각각에 다수의 공간 채널들을 대응시키고, 상기 이동 단말들 중 최대 통신 용량을 갖는 이동단말을 선택하고, 상기 선택된 이동 단말에 상기 다수의 공간 채널들 중 하나를 할당하는 제1과정을 수행하고, 상기 이동 단말들이 순차적으로 모두 선택될 때까지 상기 제1과정을 반복 수행함으로써 상기 다수의 공간 채널들을 상기 이동 단말들에 할당하고, 상기 다수의 공간 채널들이 할당된 이동 단말들 중 하나를 최대 통신 용량을 갖는 다른 이동 단말로 대체하는 제2과정을 수행하고, 상기 이동 단말들 중에서 상기 대체된 이동 단말을 제외한 나머지 이동 단말들에 대하여 통신 용량이 증가하지 않을 때까지 상기 제2과정을 반복 수행한다.

OFDM, MIMO, SDM, 부채널, 공간 채널 할당, 파일럿 행렬, 통신 용량

Description

다중 송수신 안테나를 구비하는 직교주파수분할다중화 시스템에서 공간 분할 다중화를 고려하여 채널 할당을 수행하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DYNAMIC CHANNEL ASSIGNMENT AND ASSIGNMENT OF PILOT CHANNEL IN MIMO-OFDM/ SDM SYSTEM}

도 1은 본 발명에 따른 공간 분할 다중화방식의 이동통신시스템을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 공간 분할 다중화를 고려하여 채널 할당 알고리즘을 수행하는 과정을 도시한 흐름도.

도 3에서는 본 발명에 따른 채널 할당 알고리즘에 따른 통신 용량을 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 채널 할당 알고리즘을 사용하는 경우의 비트 오류유을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따라 파일럿 채널을 할당하는 과정을 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따라 시간 분할 다중을 고려하여 파일럿 신호를 할당하는 과정을 도시한 도면.

도 7은 본 발명에 따른 파일럿 채널 할당의 성능을 나타낸 도면.

본 발명은 다중 송신 안테나를 구비하는 이동통신시스템에서, 하향링크 채널 추정을 위한 효과적인 파일럿 채널을 할당하는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

기존의 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiplexing Access) 및 시간 분할 다중 접속(TDMA: Time Division Multiplexing Access) 방식에 따른 이동통신시스템은 음성 서비스의 위주로 발전한 시스템으로 고품질의 멀티미디어 서비스를 요구하는 차세대 이동통신시스템에는 적합하지 않다.

이에 관련하여 상기 멀티미디어 서비스를 제공하기 위하여 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위한 기술이 요구되는 실정이며, 상기 차세대 이동통신 기술로 직교 주파수 분할다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭함)방식의 이동통신시스템이 대두되고 있다. 그 이유는, 상기 OFDM 방식의 이동통신시스템은 부채널로 알려진 각각의 주파수(Sub-carrier frequencies: sub-carriers)를 통해 고속의 데이터 신호를 전송하는 병렬 구조를 가지고 있어 높은 데이터 전송률을 지원하기 때문이다. 또한, 상기 부채널들은 서로간에 간섭을 일으키지 않도록 서로간에 직교하며, 부반송파들의 스펙트럼들은 간격이 최소화되도록 상호 중첩되어 전송된다.

또한, 상기 OFDM 방식의 이동통신시스템과는 별개로, 다중입력 다중출력(MIMO: Multi Input Multi Output, 이하 'MIMO' 라 칭함)방식의 이동통신시스템은 송신측이 다수의 안테나를 구비하여 서로 다른 데이터를 각각의 안테나에 할당하여 전송함으로 상기 데이터 전송의 속도를 보다 향상시키는 기술로 대두되고 있다.

이와 관련하여 상기 OFDM 방식과 상기 MIMO 방식을 결합하는 이동통신시스템이 논의된 바, 상기 두 시스템을 통해 통신 품질은 물론 데이터 처리율이 향상을 기대하고 있다. 그러나, 종래에서 상기 MIMO 방식을 사용하는 OFDM 시스템은 하나의 부채널에 하나의 이동단말만 할당하는 것을 고려하였다. 즉, 종래의 OFDM 방식에 따른 이동통신시스템에서 하나의 부채널들(sub-carrier)을 각 이동 단말에 할당하고, 상기 이동 단말은 각각 단일 안테나만을 가지고 있기 때문에 상기 사용 가능한 MIMO 방식의 빔형성(beamforming)과 시공간 부호화(space-time coding)가 한정되는 단점을 가진다. 또한, 상기 빔형성과 시공간 부호화의 경우 일정 이상 안테나 수를 증가시키면 더 이상 시스템 성능 향상이 이루어지지 않는 포화 현상이 발생함에 따라 상기 이동 단말이 하나 이상의 안테나를 사용한다 하더라도, 전체 통신 용량이 제한되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 MIMO 방식을 사용하는 OFDM 시스템에서는 상기 기지국의 안테나의 수가 이동단말의 안테나 수와 큰 차이를 가지지 않는 경우에만 최대의 통신 용량에 근접할 수 있다. 그러나, 실제 환경에서 이동 단말은 상기 기지국에 비하여 훨씬 적은 수의 안테나의 장착만이 가능하다. 따라서, 기지국은 다수의 안테나를 구비하는 반면에, 상기 이동단말은 최대 4개 이하의 안테나들을 구비하는 시스템을 고려하게 된다.

이렇게 상기 MIMO방식을 사용하는 OFDM 시스템은 하기와 같은 문제점을 가지게 된다.

첫 번째로, 전체 시스템의 통신 용량은 기지국의 안테나 수와 상관없이 통신 중인 해당 이동단말들의 안테나의 수에 의해 제한되는 문제점이 있었다. 즉, 기지국의 안테나 수가 이동단말의 안테나의 수에 비해 훨씬 많은 현실을 고려하면, 본 시스템은 부적합하다는 문제점이 존재한다.

두 번째로, 하나의 부채널에 하나의 이동단말을 할당하여 통신 용량이 제한되는 문제점이 있었다. 즉, 이동단말의 안테나가 단일 안테나이기 때문에 하나의 부채널에 할당 가능한 이동단말의 통신 용량의 비효율적인 문제점이 존재한다.

따라서 본 발명은 공간 분할 다중화방식을 고려하는 다중 송수신 안테나를 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동통신시스템에서 하나의 부채널에 다수의 이동단말들을 할당하는 방법 및 시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 공간 분할 다중화방식을 고려한 MIMO방식의 OFDM 이동통신시스템에서 기지국이 순방향 링크의 채널 추정을 위한 효과적인 파일럿 채널 할당하는 방법및 시스템을 제공한다.

본 발명의 방법은, 다수의 주파수 부채널들을 사용하여 데이터를 전송하는 직교 주파수 분할 다중 이동통신시스템에서, 다중 송신 안테나들을 구비하는 기지국이 다중 수신 안테나를 구비하는 이동 단말들에게 상기 다중 송신 안테나들로부터 다중 수신 안테나들로의 공간 채널을 할당하는 방법에 있어서, 상기 다수의 주파수 부채널들 각각에 다수의 공간 채널들을 대응시키는 과정과, 상기 이동 단말들 중 최대 통신 용량을 갖는 이동단말을 선택하고, 상기 선택된 이동 단말에 상기 다수의 공간 채널들 중 하나를 할당하는 제1과정과, 상기 이동 단말들이 순차적으로 모두 선택될 때까지 상기 제1과정을 반복 수행함으로써 상기 다수의 공간 채널들을 상기 이동 단말들에 할당하는 과정과, 상기 다수의 공간 채널들이 할당된 이동 단말들 중 하나를 최대 통신 용량을 갖는 다른 이동 단말로 대체하는 제2과정과, 상기 이동 단말들 중에서 상기 대체된 이동 단말을 제외한 나머지 이동 단말들에 대하여 통신 용량이 증가하지 않을 때까지 상기 제2과정을 반복 수행하는 과정을 포함한다.

본 발명의 다른 방법은,

개의 수신 안테나들을 구비하는 K개의 이동 단말들과, 상기

개의 수신 안테나들보다 적지 않은

개의 송신 안테나들을 구비하는 기지국을 포함하는 직교 주파수 분할 다중 이동통신시스템에서, 상기 K개의 이동 단말들이 순방향 채널을 추정하도록 하기 위해 상기 기지국이 상기 K개의 이동 단말들에게 파일럿 신호를 전송하는 방법에 있어서, 서로 간에 직교하고 길이가 L인 L개의 파일럿 시퀀스들로 이루어진 L×L 직교행렬에서, 미리 결정된 개수의 시퀀스들을 포함하며 상호간에 중첩이 최소화된 K개의 파일럿 행렬들을 선택하는 과정과, 상기 K개의 파일럿 행렬들을 상기 K개의 이동 단말들에게 할당하는 과정을 포함하며,

,

, L 및 K는 자연수임을 특징으로 한다.
본 발명의 시스템은, 다수의 주파수 부채널들을 사용하여 데이터를 전송하는 직교 주파수 분할 다중 이동통신시스템에서, 다중 송신 안테나들로부터 다중 수신 안테나들로의 공간 채널을 할당하는 시스템에서 있어서, 상기 다중 송신 안테나들을 포함하는 기지국과, 상기 다중 수신 안테나를 포함하는　이동 단말들을 포함하며, 상기 기지국이 상기 다수의 주파수 부채널들 각각에 다수의 공간 채널들을 대응시키고, 상기 이동 단말들 중 최대 통신 용량을 갖는 이동 단말을 선택하고, 상기 선택된 이동 단말에 상기 다수의 공간 채널들 중 하나를 할당하는 제1과정을 수행하고, 상기 이동 단말들이 순차적으로 모두 선택될 때까지 상기 제1과정을 반복 수행함으로써 상기 다수의 공간 채널들을 상기 이동 단말들에 할당하고, 상기 다수의 공간 채널들이 할당된 이동 단말들 중 하나를 최대 통신 용량을 갖는 다른 이동 단말로 대체하는 제2과정을 수행하고, 상기 이동 단말들 중에서 상기 대체된 이동 단말을 제외한 나머지 이동 단말들에 대하여 통신 용량이 증가하지 않을 때까지 상기 제2과정을 반복 수행함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 시스템은, 직교 주파수 분할 다중 이동통신시스템에서 K개의 이동 단말들이 순방향 채널을 추정하도록 하기 위해 기지국이 상기 K개의 이동 단말들에게 파일럿 신호를 전송하는 시스템에 있어서,

개의 수신 안테나들을 포함하는 K개의 이동 단말들과, 상기

개의 수신 안테나들보다 적지 않은

개의 송신 안테나들을 포함하는 기지국을 포함하며, 상기 기지국은 서로 간에 직교하고 길이가 L인 L개의 파일럿 시퀀스들로 이루어진 L×L 직교행렬에서, 미리 결정된 개수의 시퀀스들을 포함하며 상호간에 중첩이 최소화된 K개의 파일럿 행렬들을 선택하고, 상기 K개의 파일럿 행렬들을 상기 K개의 이동 단말들에게 할당함을 특징으로 하며,

,

, L 및 K는 자연수임을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리 를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에서는 MIMO 방식을 사용하는 OFDM 시스템에서 상기 이동 단말들을 공간적으로 구분하는 공간 분할 다중화(SDM: Space Division Multiplexing, 이하 'SDM'이라 칭함)을 고려하여 제한된 통신 용량을 증가시키는 방안을 제안하고자 한다.

이와 관련하여 본 발명에서는 제1실시예로, 상기 SDM방식을 이용하여 하나의 부채널에 다수의 이동단말들을 할당하여 하나의 부채널을 공유하는 이동단말들의 수에 비례하여 전체 시스템의 통신 용량을 증가시키는 방안을 제안하고자 한다. 즉, 상기 SDM 방식에 따라 하나의 기지국은 공간적으로 복수의 이동단말들을 구분하고, 동일한 주파수와 시간 대역을 상기 이동단말들이 공유하는 것이다.

또한, 하기의 본 발명에서는 제2실시예로, 상기 MIMO방식을 이용하는 OFDM 이동통신시스템에서 기지국이 순방향 링크에서 채널 할당을 수행함에 있어서, 최적화된 알고리즘을 제안하고 상기 할당된 순방향 링크의 채널 추정을 위한 효과적인 파일럿 채널 할당을 제안하고자 한다.

제 1실시예

도 1은 본 발명에 따른 SDM 방식의 이동통신시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 SDM 방식을 고려한 이동통신시스템에서 기지국(10)은 다중 송신 안테나(11, 12, ... ,19)를 사용하여 하나의 부채널에 여러 이동단말을 할당한다. 따라서, 상기 이동단말(20, 30, ... ,40)은 모두 동일한 주파수 대역 및 시간 대역을 공유하며, 공간측면에서 서로 다른 공간채널들을 사용하게 된다.　 여기서, 상기 다중 송신 안테나로부터 다중 수신 안테나로의 경로를 공간 채널이라 칭한다.　

상기 기지국(10)의 하나의 주파수 부채널을 공유하는 이동단말의 수를

라 가정하고, 상기 기지국의 안테나 수는

라 가정한다. 이때, 상기

번째 이동단말의 안테나 수는

라고 가정한다. 그러면, 상기 하나의 부채널을 통한 상기 기지국(10)과

번째 이동단말간의 채널 임펄스 응답 특성은

의 행렬

로 표현 가능하다. 여기서, 상기 SDM 방식에 따라 하나의 부채널을 공유하는 이동단말간의 신호들은 상호간에 서로 간섭이 없어야 한다. 이는 상기 이동단말간의 간섭에 존재하면, 전송하고자 하는 신호의 신뢰도가 저하되어 통신 용량이 감소되기 때문이다. 이에 따라 상기 기지국(10)이 신호를 전송하는 경우, 각각의 송신 신호에 무효화 행렬(nulling matrix)

을 곱하여 상기 이동단말간의 간섭 신호를 제거한다. 상기

는 k번째 이동단말을 제외한 나머지

개의 이동단말의 채널들이 모두 무효 공간(null space)에 속하도록 가정하기 위한 것으로, 상기

는

의 유니터리 행렬(unitary matrix)로 정의된다. 여기서,

는

로 정의된다.

즉, 전체 무효화행렬

는

개의 다른 이동단말 채널특성들을 단일 값 분해(SVD: Singular Value Decomposition, 이하 'SVD'라 칭함)하여 무효 공간(null space)을 찾음으로써 구해질 수 있다. 기지국이 상기

번째 이동단말로 송신하는 신호를

크기의 벡터

로 표시할 때, 상기

번째 이동단말로 수신 신호

는 아래의 <수학식 1>와 같이 표현된다.

여기서,

는 k 번째 이동단말의 수신안테나들에 인가된 잡음을 나타내는 것으로, 수신 안테나에 각각 유기되므로,

벡터이다. 또한,

를

로 정의함으로써 상기 <수학식 1>은 하기의 <수학식 2>와 같이 표현된다.

즉, 상기

가 k번째 이동단말의 채널 특성이 되는 것을 알 수 있으며, 동일한 부채널에 있는 다른 이동단말들로 인한 간섭이 완전히 제거되었음을 알 수 있다. 단, 이동단말간 간섭을 완전히 제거하기 위하여

의 조건이 필요하다. 즉, 기지국(10)의 송신 안테나의 수가 상기 이동단말들의 수신 안테나의 총합의 수보다 커야 한다.

이에 따라 상기 SDM방식에 따른 이동통신시스템은 동일한 부채널을 공유하는 다른 이동단말들을 고려하여 채널을 할당하여야 한다. 이는 하나의 부채널에 k명의 이동단말이 존재하는 경우, 상기 이동단말의 채널들이 상호간에 영향을 주어 SDM 방식에 따른

을 생성하기 때문이다.

그런데, 극단적으로 하나의 부채널에 매우 유사한 채널을 사용하는 두 이동 단말(20, 30)이 존재하는 경우, 상기 두 이동단말(20, 30)간의 간섭으로 작용하는 신호를 제어하는 것을 매우 힘들다. 또한, 상기 이동단말들(20, 30)간의 신호 간섭 제거를 수행하지 못하면, 이동통신시스템 전체의 통신 용량이 극도로 감소하게 된다. 따라서 각 기지국(10)은 상기 이동단말들(20, 30, ... , 40)의 채널 정보를 이용하여 하나의 부채널에 할당 가능한 이동단말의 조합을 결정하는 것이 필요하다.

즉, 기지국(10)은 하나의 부채널에 할당될 이동단말들의 조합(user set, 이하 '사용자 조합'과 혼용하여 사용하고자 한다.)를 결정함에 따라 상기 이동통신시스템의 전체 통신 용량을 극대화하고, 상기 이동단말 각각의 요구되는 데이터 전송 속도를 만족시키기 위해서는 전체 부채널에서의 모든 사용자의 채널 특성을 고려하여야 한다.

이러한 점을 고려한 한가지 방법은 상기 SDM 방식에 따라 상기 이동단말들의 채널 상관성(correlation)을 고려하여 채널을 할당하는 방법이다. 즉, 상기 이동단말(사용자)간 채널의 상관도를 계산하여 상기 상관도가 최소가 되도록 부채널에 이동단말들을 할당하는 것이다. 그러나 상기 채널 상관도에 따른 방법은 실제 각각의 사용자의 데이터 송신 속도를 고려하지 않은 값으로, 최적화된 알고리즘이라 할 수 없다.

또 다른 방법은 상기 SDM 방식에 따라 각 사용자의 채널 특성

을 이용하여 통신 용량을 구하고 상기 통신 용량의 최대값을 가지는 값을 우선적으로 채널로 할당하는 방법이다. 여기서, 실제 데이터 송신 속도와 상기 통신 용량에는 일정한 차이가 존재하나, 상기 MIMO 방식에 따라 다중 안테나를 구비하여 데이터를 전송함으로써 최대 통신 용량에 근접하여 채널 할당이 가능하다. 따라서, 상기 통신 용량을 계산하여 최대값을 가지는 이동단말들(사용자)의 채널을 상기 하나의 부채널에 할당하는 것이다. 즉, 통신 용량이 최대값을 가지는 이동단말(사용자)를 상기 SDM 사용자로 결정하는 것이다.

전체 사용자수가

이고, 하나의 부채널마다 SDM방식에 따라 할당 가능한 공간채널(spatial channel)의 수를

라 가정할 때, 상기 조합 가능한 사용자의 수는 하기의 수학식 3과 같다.

이에 따라 최대의 통신 용량을 보이는 조합을 구하기 위해서는 모든 사용자 조합에 대하여 각 사용자의 SDM 방식에 따른 채널

를 구하고, 상기 채널

를 통해 통신 용량을 구하는 것이다.

이때, 상기 전체 사용자의 수가 늘어남에 따라 고려해야하는 조합의 수는 지수적으로 증가하게 된다. 이에 따라 실제 구현에 따른 복잡도도 증가하게 된다. 따 라서 본 발명에서는 상기 사용자에 대한 모든 조합을 고려하되, 상기 통신 용량을 계산하는 최적 방법을 제안하고자 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 공간 분할 다중화를 고려하여 채널 할당 알고리즘을 수행하는 과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 2를 참조하면, 최대 용량을 가지는 사용자 조합을 부채널에 할당하는 것으로, 공간 채널의 인덱스를 1에서부터 차례로 하나씩 증가시키며 각각의 공간채널에 최적화된 사용자 조합을 구한다.

우선, 단계 110에서 공간 채널의 인덱스를 초기값 k=1로 설정하고, 상기 공간채널에 할당가능한 사용자 조합을 K={}로 설정한다. 단계 120에서 첫 번째 사용자 인덱스 l=1을 입력하고, 단계130으로 진행하여 상기 사용자 인덱스 l이 전체 사용자

에 속하는지를 확인한다. 상기 단계 130에서 상기 사용자 l이 상기 전체 사용자

보다 작거나 같으면, 단계 140으로 진행한다. 단계 140에서 상기 공간 채널 k=1에 상기 사용자 l이 이미 할당된 사용자인지를 확인한다. 상기 단계 150에서 상기 사용자 l이 상기 공간 채널 k에 이미 할당된 사용자가 아니면, 상기 사용자 l을 상기 공간 채널 k에 할당하고 사용자 l의 공간 채널 k에 대한 통신 용량을 계산한 후 저장한다. 반면에, 상기 사용자 l이 이미 공간 채널 k에 할당된 사용자이면, 단계 160으로 진행하여 사용자 인덱스 l을 하나 증가시켜 다음 사용자에 대하여 해당 동작을 수행한다.

상기 단계 130에서 상기 사용자 l이 상기 공간 채널에 할당 가능한 마지막 사용자이면, 단계170으로 진행한다. 단계 170에서 기지국은 최대 통신 용량을 가지는 사용자를 선택하여 상기 공간 채널 k 에 할당한다. 여기서, 기지국은 이전의 단계 120 내지 단계 160의 과정을 통해 상기 전체 사용자

에 속하는 모든 사용자에 대하여 상기 공간 채널 할당에 따라 계산된 통신 용량들중에서 최대 통신 용량을 가지는 사용자를 선택하여 상기 공간 채널 k 에 할당한다.

단계 180에서 기지국은 상기 공간 채널 인덱스 k가 전체 공간 채널의 수 K보다 큰지를 확인한다. 이는 현재 공간 채널이 설정된 공간 채널의 마지막 공간 채널인지를 확인한 것으로, 상기 단계 180에서 상기 공간 채널 인덱스 k가 상기 전체 공간 채널의 수 K 보다 작거나 같으면, 단계 190으로 진행한다. 단계 190에서 상기 공간 채널의 인덱스를 하나 증가하여 단계 120에서 단계 160의 과정을 반복 수행한다. 즉, 상기 다음 공간 채널에 대하여 최적화된 통신 용량을 가지는 사용자들의 조합을 다시 구한다.

반면에, 상기 단계180에서 상기 공간 채널의 인덱스가 k가 전체 공간 채널의 수 K보다 크면 할당 가능한 공간 채널에 최적화된 통신 용량을 가지는 사용자들을 모두 할당한 것으로 상기 채널 할당 과정을 완료한다.

상기 전술한 바와 같이, 공간 채널이 하나만 있는 경우에 최대의 통신 용량을 보이는 사용자를 선택하고, 전체 MIMO 채널에서의 통신 용량을 비교한다. 첫 번째 사용자가 구해지면, 상기 공간 채널의 인덱스를 하나씩 늘리면서 이미 선택된 사용자와의 조합에서 모든 공간 채널의 전체 통신 용량을 최대로 하는 다른 사용자에게 해당 인덱스의공간 채널을 할당한다. 이와 같이

번째 공간채널에는 이미 구 해진

명의 사용자에 다른 사용자를 추가할 때 전체 통신 용량을 최대로 하는 사용자를 선택한다. 이와 같은 방법으로

의 경우에 대하여 최적화된 전체 통신 용량을 계산함으로, 보다 적은 계산량으로 하나의 부채널에 SDM 사용자 조합을 설정가능하다.

이때, 각각의 부채널에 할당된 이동단말들은 해당 부채널의 전체 통신 용량을 만족하기 위하여 설정된 값으로, 각각의 이동단말의 통신 용량을 만족시키지 않을 수 있다. 이에 따라 상기 각각의 사용자의 통신 용량을 만족시키기 위하여 채널 재 할당이 요구된다.

상기 공간 채널들이 이미 할당되어 있는 사용자 조합{ k ₁, k ₂,… , k_K }중 하나의 사용자를 최대 용량을 가지는 다른 사용자로 대체하면, 상기 다른 사용자에게 채널을 할당 할 수 있다.

즉, 공간 채널들에 할당된 { k ₁, k ₂,… , k_K } 사용자 조합중 하나의 사용자

을 다른 사용자

으로 대체하여 또 다시 전체 통신 용량을 최적화 한다. 상기 과정을 통해 더 이상의 통신 용량 증대가 없을 때까지 계속하여 진행한다.

이러한 통신 용량의 최적화 절차를 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.

모든 부채널을 고려하여 할당된 각각의 이동단말의 통신 용량

를 계산한다. 그 후, 상기 이동단말들의 데이터 전송에 요구되는 통신 용량

와 상기 계산 된 통신 용량

의 차

을 계산한다. 이때, 상기 통신 용량의 차

가 음의 값을 가지는 경우, 상기 음의 값이 최소인 이동단말을 확인한다. 이때, 상기

가 최소인 이동단말을

로 표시하기로 한다. 즉, 상기

는 요구되는 통신 용량이 이미 할당된 통신 용량보다 많음으로 추가적으로 부채널이 필요한 이동단말이다. 따라서, 기지국은 상기

의 통신 용량을 만족하기 위하여 이미 할당된 다른 이동단말의 공간 채널을 상기

의 공간 채널로 대체하여야 한다. 단, 이미 이동단말

에 할당되어 있는 부채널은 제외한다.

따라서, 상기

의 최적의 부채널을 선택하기 위하여 사용자

에게 할당된 부채널을 제외한 나머지의 채널 특성

을 다시 계산하고 상기

를 통해 상기 사용자들의 통신 용량을 다시 구한다. 즉, 상기

를 다시 계산하고, 상기

중에서 최소값을 저장해놓는다. 만약 부채널의 수가

이고 이동단말

에 이미 할당된 부채널의 수가

일 때

의 경우에 대하여 상기 통신 용량 차이를 계산하고, 각 부채널에 대해 최소값을 선택한다. 그리고,

개의 부채널들에 대한 최소값들중에서 최대값을 가지는 사용자 k를 선택하여 해당하는 부채널의 공간채널을 이동단말

에 할당한다. 이와 같은 방법을 각 이동단말의 통신 용량이 요구된 통신 용량을 만족될 때까지 상기 과정을 반복한다.

즉, 상기

가 모두 양이면 상기 부채널에 할당된 모든 이동단말의 통신 용량이 모두 만족되었으므로, 더 이상의 채널 재할당이 필요하지 않는다.

하기의 도 3에서는 본 발명에 따른 채널 할당 알고리즘에 따른 통신 용량을 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 기지국의 송신 안테나 수 Nt 가 10이고, 전체 이동단말들 각각의 수신 안테나수 Nr,k 은 모두 2로 동일하다고 가정한다. 이때, 공간 채널의 수 K=5이고, 전체 이동단말의 수 Ka =15 이다. 또한, 통신 용량은 기지국에서 상기 이동단말들의 채널 정보를 이용하지 않는 경우인 통신 용량인

를 사용한다고 가정한다. 이때, 채널 특성 행렬

의 각 원소들은 서로 독립이며 평균이 0이고 분산이 1인 정규 분포 확률 변수라 가정한다. x축은 전체 송신 전력 대 잡음 전력인

를 나타내며, 상기 y축은 전체 이동 단말들의 통신 용량의 합을 나타낸다. 여기서,

는 송신단에서 간주하는 신호대 잡음비(SNR)이다.

상기 도 3에서 최적화 사용자 조합(Optimal user set)은 모든 가능한 사용자 조합에 대하여 통신 용량의 합을 구하고, 상기 통신 용량의 합을 모두 비교하여 최대 통신 용량을 가지는 사용자 조합을 나타낸다. 즉, 상기 최적화 사용자 조합(Optimal user set)은 전체 사용자들을 모두 고려하여 통신 용량의 합을 구하고, 상기 통신 용량의 합중에서 최대의 통신 용량을 가지는 사용자 조합을 나타내는 것이다. 따라서, 상기 최적화된 사용자 조합을 구하기 위해서는 많은 계산이 요구된다.

반복1(Iteration1)은 상기 도 2의 알고리즘에 의해 사용자 조합을 설정하여 공간 채널을 할당한 것이다. 즉, 임의의 공간 채널에 사용자를 할당하고, 상기 사 용자를 제외한 나머지 사용자들

에 대하여 최적화된 통신 용량을 계산하여 부채널에 SDM 사용자 조합을 할당하는 것이다 상기 반복1(Iteration1)을 상기 최적화 사용자 조합과 비교한 결과, 통신 용량 측면에서 큰 차이점을 가지지 않는다. 반면에, 상기 사용자 조합을 구하기 위한 계산은 축소되는 장점이 있다.

반복 2(Iteration2)는 채널 재할당을 통해 사용자 조합을 설정하는 것이다. 상기 반복 2(Iteration2)는 상기 반복 1(Iteration1)에 비하여 보다 최적화된 통신용량을 가지게 된다.

반면에, 무작위 사용자 조합(Random user set)은 채널 할당 알고리즘을 사용하지 않고, 임의의 이동단말들을 하나의 부채널을 공유하는 SDM 사용자 조합으로 설정한 경우이다. 또한, 최저 사용자 조합(worst user set)은 가장 낮은 통신 용량을 가지는 이동단말의 조합을 상기 부채널의 공유 SDM로 할당한 경우이다.

상기 전술한 바와 같이, 상기 최적화된 사용자 조합과, 반복 1과, 반복 2를 비교한 결과, 본 발명에서 제안한 반복 1은 상기 최적화된 사용자 조합과 유사한 통신 용량을 나타내며, 계산량이 적은 장점을 가진다. 이와 관련하여 반복 2는 상기 반복 1에 비하여 통신 용량이 최적화되는 장점을 가진다.

도 4는 본 발명에 따른 채널 할당 알고리즘을 사용하는 경우의 비트 오류유을 나타낸다.

상기 도 4에서는, 이동단말 각각의 요구되는 통신 용량을 고려하여 사용자 조합을 설정 할때의 비트 오류율과, 상기 채널 할당 알고리즘을 사용하지 않고, 임 의의 이동단말들을 하나의 부채널을 공유하는 SDM 사용자 조합으로 설정한 경우의 비트 오류율을 나타낸다.

상기 도 4에서 보듯이, 본 발명에 따른 반복 2는 채널 재할당을 수행함으로, 무작위 사용자 조합에 비하여 비트 오류율(BER)이 향상됨을 확인할 수 있다.

제 2실시예

SDM방식을 고려한 MIMO방식의 OFDM 이동통신시스템에서 하나의 부채널에 다수의 이동단말들을 할당하기 위해서는 우선적으로 상기 이동단말간에 상호 연관성을 없애야 한다, 그러나 실제 환경에서 기지국은 상기 이동단말들 각각의 채널 정보를 파악하지 못한 상태이므로, 상기 이동단말간에는 어느 정도의 채널 간섭 존재한다. 이에 따라 상기 이동단말간에 상호 채널 간섭으로 인해 상호 SDM방식에 따른 전체 시스템의 수신 신호의 성능은 저하되게 된다.

따라서, 기지국은 수신 신호의 성능 저하를 방지하기 위하여 동일한 부채널에 할당되는 이동단말들의 송신 전력을 동일하게 설정하여 할당한다. 이는 동일한 부채널에 할당되는 이동단말간에 송신 전력에 큰 차이가 존재하는 경우, 송신전력이 큰 이동단말의 신호가 상대적으로 송신 전력이 작은 이동단말에게 간섭으로 작용하여 전체 시스템의 성능 저하를 야기시키기 때문이다. 따라서, 상기 SDM 방식에 따라 동일한 부채널에 할당되는 각각의 이동단말의 송신전력은 모두 동일하여야 한다.

이와 관련하여 하기에서는 본 발명의 제 2실시예에 따라 기지국이 순방향 링 크에서 채널 할당을 수행함에 있어서, 최적화된 알고리즘을 제안하고 상기 할당된 순방향 링크의 채널 추정을 위한 효과적인 파일럿 채널 할당을 제안하고자 한다.

상기 기지국에서 송신 안테나 수가 정해졌을 때, 통신 용량은 할당된 공간 채널과 잡음 전력의 함수로 정의된다. 이때, 기지국이 각각의 이동단말의 채널 정보를 모르는 경우,

번째 이동단말의 통신 용량은 하기의 <수학식 4>와 같다.

(b/s/Hz)

여기서,

는 전체 송신 전력이고,

는 기지국에서 채널

와

를 통해 구성되는 값이다.

는 복소공액 전치(Hermitian transpose)를 뜻한다. 여기서

수신단에 인가되는 잡음의 전력이고, 다른 이동단말과 인접 셀로부터의 간섭신호를 정규 분포로 모델링 한다면

은 잡음과 간섭신호의 합의 전력이다. det는 행렬식(Determinant)를 의미한다. 상기 <수학식 4>를 통해 상기 기지국은 공간 채널뿐만 아니라, 잡음 및 간섭 신호의 전력을 고려하여 보다 정확한 채널을 할당하게 된다.

이때, 상기 이동단말이

를 피드백 전송하지 않으면, 기지국은 송신 신호를 일정시간동안 보내지 않고 그 시간동안의 송신 전력을 계산함으로써 해당 이동단말에 할당된 채널 특성을 추정할 수 있다. 그러나, 상기 기지국에서 일정 시간 동안 송신 신호를 전송하지 않음은 상기 기지국의 전송 효율을 저하시키게 된다. 따라서, 하기에서는 이전에 할당된 파일럿 신호를 통해 SDM 방식을 고려한 MIMO방식의 OFDM 이동통신시스템에서 잡음 및 간섭신호의 전력을 추정하는 방법을 제시한다.

반면에, SDM 방식을 고려한 MIMO 방식의 OFDM 이동통신시스템에서 기지국은 파일럿을 이동단말에게 전송하여 이동단말 각각이 상향 링크 채널 특성 추정이 가능하도록 한다. 이는 기존의 파일럿 기반의 MIMO 채널 추정 알고리즘과 동일하다. 그러나, 앞에 언급한 바와 같이 하향 링크 채널을 상기 각각의 이동단말이 추정하도록 하기 위하여 기지국은 상기 SDM 사용자 조합간의 채널 간섭을 고려하여 파일럿을 할당하여야 한다.

상기 도 5는 본 발명에 따라 파일럿 채널을 할당하는 과정을 도시한 도면이다.

상기 도 5를 참조하면, 기지국은 임의의 부채널을 통해 길이가 L 이고

개의 파일럿 시퀀스로 이루어진

크기를 가지는 파일럿 행렬

이 각 행들 즉, 각 시퀀스들 각각의 송신 안테나를 통하여 전송한다. 이때, 각각의 이동단말은 모두 동일한 파일럿 신호

를 받게 된다. 그러면,

번째 이동단말의 경우 대응되는 수신신호는 하기의 <수학식 5>와 같다.

여기서

는 잡음과 간섭신호이며, 상기

를 구성하는 구성 요소들을 구하고자

를 정의하면,

로 정의된다. 이때, 상기

는 채널 추정치가 된다. 그러면,

번째 이동단말에 대한 잡음과 간섭신호의 전력은 하기의 <수학식 6>과 같이 정의된다.

여기서

는

로 정의되는 행렬이다.

은 행렬의 대각 원소들의 합을 의미한다. 이때, 이동단말은 파일럿 신호를 통해 MIMO 방식의 OFDM 이동통신시스템의 각각의 이동단말의 집음 및 간섭 신호의 전력을 추정가능하다.

즉, 상기 추정치를 통해 각 이동단말들이 기지국에 피드백을 하고, 기지국은 상기 피드백된 채널 추정치를 통해 보다 정확한 통신 용량을 얻을 수 있다.

반면에, 상기 기지국이 각각의 이동단말의 채널 정보를 알고 있으면, 상기 통신 용량은 하기의 <수학식 7>와 같다.

여기서, 상기

은

의

번째로 큰 값의 고유치(eigen value)이 며,

는

을 만족하는 상수이다. 여기서

는 양의 값만 취하는 것을 의미하며,

은

보다 작거나 같은 값이다.

여기서, 상기 이동단말간의 간섭신호의 영향은 시간에 따라 변화하게 되고, 만약 주파수 호핑(hopping) 이동단말이 있을 경우 매 심볼마다 간섭신호의 영향이 크게 변화할 수 있다. 따라서 이와 같이 간섭신호의 영향이 매우 빠르게 변화하는 환경에서는 이를 고려하여 여러 프레임에서의 잡음 및 간섭 전력을 평균하여 인접셀의 주파수 호핑 이동단말과 일정 주파수에 할당된 이동단말의 간섭을 구분하여야 한다.

기지국은 하나의 부채널에 할당된 사용자 조합의 각각의 이동단말에 대해 원래의 채널

가

로 바뀐 것으로 간주하고, 각 채널의 심볼 복호를 위하여 채널 특성

를 추정해야 한다.

기지국은

크기의 파일럿 행렬

을 가중치 행렬

에 곱한 후 송신을 해야 한다. 이때

은 파일럿 길이가 된다. 따라서, 이동단말에서의 수신 신호는

가 된다. 이때

의 의사역행렬(pseudo-inverse)을

에 곱함으로써

를 추정할 수 있다. 단,

의 조건이 필요하며,

가 유니터리 행렬의 상수배로 표현될 때 추정에러가 가장 적게 된다. 따라서

에서

까지의 이동단말에게 충분한 길이의 직교 행으로 구성된 파일럿

을 송신하면 된다.

상기 전술한 바와 같이 파일럿 설계는 하나의 부채널에 SDM된 이동단말들간 의 신호 간섭이 없다는 가정하에서 이루어진 것이다. 그러나, 실제 환경에서 기지국은 하향 링크 채널에 대한 불완전한 정보를 가지고 있으며, 이로 인하여 완벽한 신호 간섭 제거를 할 수 없다. 따라서 다른 이동단말로부터 간섭 신호가 발생하고, 상기 간섭 신호는 채널 추정에 영향을 주게 된다.

이러한 문제를 해소하기 위해 기지국은 하나의 부채널에 할당되는 SDM 이동단말간에 서로간의 상관도가 최소가 되는 파일럿 채널을 할당하도록 것이다.

이미 가정한 바와 같이, 각 이동단말의 수신 안테나의 수는 모두 동일하며 따라서,

및

도 각각 모든

에 대해 같은 크기의 행렬된다. 할당 가능한 파일럿 길이

인 경우에,

직교 행렬의 서로 다른

개의 행들을 선택함으로써 상기 SDM에 따른 이동단말간 간섭을 최소화 할 수 있다.

예를 들어, 공간 채널의 수

인 경우,

의 직교 행렬의 첫 번째 행과, 두 번째 행을 이동단말 1을 위한 파일럿 채널로 할당하고, 세 번째 행과 네 번째 행을 이동단말 2를 위한 파일럿 채널로 할당함으로써 채널 추정에 따른 상호 간섭을 완전히 제거할 수 있다.

반면에, 할당 가능한 파일럿 길이

인 경우는, 상기 이동단말간에 상호 작용하는 간섭 신호를 완전히 제거할 수 없다. 즉, 상기 할당 가능한 파일럿 길이

이고, 상기 공간 채널의 수

인 경우, 각각의 이동단말이 상기 L×L 직교 행렬의 일부 행들을 간섭이 최소화하도록 서로 구별하여 선택가능 하다.

상기 도 5와 같이, 기지국은 하다마드(Hadamard) 행렬이나 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, 'DFT'라 칭함) 행렬과 같은 직교 행렬중에서 크기가

크기의 행렬을 이용하여 상기 파일럿을 할당한다. 상기 직교 행렬을

인 이동단말 4명이 공유한다면, 도시한 바와 같이 각각 서로 일부 중복되는 행들을 가지는

행렬들을 4개의 해당 사용자를 위한 파일럿으로 할당하게 된다.

다시 설명하면, 기지국은 이동단말 1(X1)에는 (1, 2, 3, 4, 5, 6)행에 해당하는 파일럿을 할당하고, 이동단말 2(X2)에는 (3, 4, 5, 6, 7, 8)행에 해당하는 파일럿을 할당한다. 반면에, 이동단말 3(X3)에는 (5, 6, 7, 8, 1, 2)행에 해당하는 파일럿을 할당하고, 이동단말 4(X4)에는 (7, 8, 1, 2, 3, 4)행에 해당하는 파일럿을 할당한다.

즉, 서로 인접한 이동단말에 대하여 서로 최소한의 간섭이 존재하도록 파일럿을 할당한다.

이동단말 수가 많고 파일럿 길이가 짧은 경우, 이동단말들에 할당된 파일럿 신호들간에 상호 간섭 신호로 작용하게 된다. 따라서 상기 파일럿 채널을 할당하는 경우, 유니터리 시공간 부호 (Unitary Space-Time Code)를 이용하여 상호 상관성이 낮은 다수의 유니터리 행렬을 생성하고, 이들을 각 이동단말의 파일럿으로 할당하여 상기 이동단말간의 간섭을 제거한다. 상기 유니터리 시공간 부호화 행렬은 사용자

와 파일럿 길이

에 대하여 일반화 되어 있으며, DFT 행렬에 기반하여 생성이 가능하다.

이 경우 상호 신호 간섭을 제거할 수 있으나, 각 이동단말에 대하여 균일하게 신호 간섭을 줄인 것은 아니다. 또한. 채널

의 각 원소에 신호 간섭의 영향이 균일하지 않다. 이를 보완하기 위하여 시간에 따라 이동단말들의 파일럿을 변형 및 교환하여 신호 간섭의 영향을 제거하고자 한다. 즉, 상기 시간에 따라 할당되는 파일럿의 위치를 계속적으로 변경하고 이동단말을 평균화된 파일럿을 구하도록 하여 채널 추정의 성능을 향상 시킨다.

이와 관련하여 하기의 도 6에서는 시간 분할 다중을 고려하여 파일럿 신호를 할당하는 과정을 도시한다. 각 이동단말의 상기 파일럿 신호는 상기 도 5에서 설명한 바와 같이 하나의 직교 행렬의 행들을 이동단말간에 간섭이 최소가 되도록 나누어 할당된 것이다.

기지국은 T1 시간동안에는 이동단말 1(X1)에게 (1, 2, 3, 4, 5, 6)행의 파일럿을 할당하고, 이동단말 2(X2)에는 (3, 4, 5, 6, 7, 8)행에 해당하는 파일럿을 할당한다. 반면에, 이동단말 3(X3)에는 (5, 6, 7, 8, 1, 2)행에 해당하는 파일럿을 할당하고, 이동단말 4(X4)에는 (7, 8, 1, 2, 3, 4)행에 해당하는 파일럿을 할당한다. 또한, T2 시간동안에는 기지국은 T1 시간동안에는 이동단말 1(X1)에게 (3, 4, 5, 6, 7, 8)행에 해당하는 파일럿을 할당하고, 이동단말 2(X2)에는 (7, 8, 1, 2, 3, 4)행에 해당하는 파일럿을 할당한다. 또한, 이동단말 3(X3)에는 (1, 2, 3, 4, 5, 6)행에 해당하는 파일럿을 할당하고, 이동단말 4(X4)에는 (5, 6, 7, 8, 1, 2)행에 해당하는 파일럿을 할당한다.

또한, T3 시간동안에 기지국은 이동단말 1(X1)에게 (7, 8, 1, 2, 3, 4)행에 해당하는 파일럿을 할당하고, 이동단말 2(X2)에는 (5, 6, 7, 8, 1, 2)행에 해당하는 파일럿을 할당한다. 그리고, 이동단말 3(X3)에는 (3, 4, 5, 6, 7, 8)행에 해당하는 파일럿을 할당하고, 이동단말 4(X4)에는 (1, 2, 3, 4, 5, 6)행에 해당하는 파일럿을 할당한다.

그러므로, 각각의 이동단말은 상기 T1 내지 T3 시간동안 구해진 채널 추정 값을 모두 더한 후 평균값을 취하여, 다른 이동단말간의

의 일부 원소에 집중되었던 신호 간섭의 영향이 제거한다. 또한, 상기 T1 내지 T3 시간동안 수신된 채널 추정 값을 통해 일시적으로 급격히 나빠지는 채널 추정 값을 보상할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 파일럿 채널 할당의 성능을 나타낸 것이다. 즉, 전체 송신 전력 대 잡음 전력

에 대하여 평균 제곱 오차(mean squared error)를 나타낸다.

도 7a는 상기 공간 채널의 수 K=2이고, 기지국의 송신 안테나 Nt =4이고, k 번째 사용자와 기지국같의 채널의 수가 Nr,k = 2인 경우를 나타낸다. 반면에, 상기 도 7b는 공간 채널의 수 K=4이고, 기지국과 송신 안테나 Nt = 12이고, Nr,k = 2 인 경우를 나타낸다.

또한, 경우 1(Case 1)은 하나의 직교 행렬의 행들을 상기 이동단말들간에 간섭이 최소가 되도록 서로 구별하여 할당한 경우를 도시한다. 반면에, 경우 2(case 2)는 이동 단말간의 간섭을 고려하지 않고, 모든 사용자를 직교 행렬의 동일한 행 에 할당하여 동일한 파일럿 신호를 사용하는 경우를 도시한다.

상기 이동단말들간의 신호 간섭은 상향 링크 채널 정보 오류에 의하여 발생하다고 가정하며, 이때의 상향 링크 채널 정보 오류의 전력은 채널 전력의 0.05배의 크기를 가진다고 가정한다. 도시한 바와 같이 서로 다른 직교 행렬에 서로 다른 이동단말을 할당하여 파일럿 신호를 할당하는 경우 1(Case 1)이 경우 2(case 2)에 비해 보다 낮은 하향 채널 추정 에러를 가짐을 알 수 있다.

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 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, SDM 방식을 고려한 MIMO 방식의 OFDM 이동통신시스템에서 하나의 부채널에 임의의 사용자를 순차적으로 할당한 최적화된 통신 용량을 계산하여 최적의 사용자 조합을 할당한다. 따라서, 상기 사용자 조합을 구하기 위한 계산량이 축소되는 장점을 가진다.

또한, 하나의 부채널에 하향 링크 채널을 추정하는 경우, 기지국이 파일럿의 길이에 해당하는 직교 행렬중 서로 다른 행을 각각의 이동단말에 할당하여 상기 SDM 방식에 따른 이동단말들간 간섭을 최소로 하는 장점을 가진다.

Claims (22)

1. 다수의 주파수 부채널들을 사용하여 데이터를 전송하는 직교 주파수 분할 다중 이동통신시스템에서, 다중 송신 안테나들을 구비하는 기지국이 다중 수신 안테나를 구비하는 이동 단말들에게 상기 다중 송신 안테나들로부터 다중 수신 안테나들로의 공간 채널을 할당하는 방법에 있어서,

   상기 다수의 주파수 부채널들 각각에 다수의 공간 채널들을 대응시키는 과정과,

   상기 이동 단말들 중 최대 통신 용량을 갖는 이동단말을 선택하고, 상기 선택된 이동 단말에 상기 다수의 공간 채널들 중 하나를 할당하는 제1과정과,

   상기 이동 단말들이 순차적으로 모두 선택될 때까지 상기 제1과정을 반복 수행함으로써 상기 다수의 공간 채널들을 상기 이동 단말들에 할당하는 과정과,

   상기 다수의 공간 채널들이 할당된 이동 단말들 중 하나를 최대 통신 용량을 갖는 다른 이동 단말로 대체하는 제2과정과,

   상기 이동 단말들 중에서 상기 대체된 이동 단말을 제외한 나머지 이동 단말들에 대하여 통신 용량이 증가하지 않을 때까지 상기 제2과정을 반복 수행하는 과정을 포함하는 공간 채널의 할당 방법.　
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1과정은,

   상기 다수의 공간 채널들 중 제1공간 채널을 상기 이동 단말들 중 제1이동 단말에 임시적으로 할당하는 제3과정과,

   상기 제1공간 채널에서 상기 제1이동 단말의 통신 용량을 계산하는 제4과정과,

   상기 제1공간 채널에서 상기 이동 단말들 중 상기 제1이동 단말을 제외한 나머지 이동 단말들에 대하여 상기 제3과정 및 제4과정을 반복 수행함으로써 상기 나머지 이동 단말들 각각의 통신 용량을 획득하는 과정과,

   상기 이동 단말들 중 상기 최대 통신 용량을 갖는 이동 단말을 선택하는 과정과,

   상기 선택된 이동 단말에 상기 제1공간 채널을 할당하는 과정을 포함하는 공간 채널의 할당 방법.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 공간 채널들이 할당된 이동 단말들 각각의 통신 용량을 계산하는 과정과,

   상기 계산된 통신 용량과 상기 이동 단말들 각각으로부터 요구되는 통신 용량을 비교하는 과정과,

   상기 요구되는 통신 용량이 상기 계산된 통신 용량보다 큰 값을 가지는 이동 단말에 대하여 새로운 공간 채널을 추가적으로 할당하는 과정을 더 포함하는 공간 채널의 할당 방법.
5. 제2항에 있어서,

   상기 다수의 공간 채널들 중 제2공간 채널을 상기 이동 단말들 중 상기 선택된 이동 단말을 제외한 이동 단말들에 순차적으로 임시적으로 할당하는 과정과,

   상기 선택된 이동 단말을 제외한 이동 단말들에 상기 제2공간 채널이 순차적으로 임시적으로 할당될 때마다 상기 이동통신시스템에 대한 전체 통신 용량을 계산하는 과정과,

   상기 전체 통신 용량이 최대가 되도록 하는 이동 단말에 상기 제2공간 채널을 할당하는 과정을 더 포함하는 공간 채널의 할당 방법.
6. 

   개의 수신 안테나들을 구비하는 K개의 이동 단말들과, 상기

   

   개의 수신 안테나들보다 적지 않은

   

   개의 송신 안테나들을 구비하는 기지국을 포함하는 직교 주파수 분할 다중 이동통신시스템에서, 상기 K개의 이동 단말들이 순방향 채널을 추정하도록 하기 위해 상기 기지국이 상기 K개의 이동 단말들에게 파일럿 신호를 전송하는 방법에 있어서,

   서로 간에 직교하고 길이가 L인 L개의 파일럿 시퀀스들로 이루어진 L×L 직교행렬에서, 미리 결정된 개수의 시퀀스들을 포함하며 상호간에 중첩이 최소화된 K개의 파일럿 행렬들을 선택하는 과정과,

   상기 K개의 파일럿 행렬들을 상기 K개의 이동 단말들에게 할당하는 과정을 포함하며,

   

   ,

   

   , L 및 K는 자연수임을 특징으로 하는 파일럿 신호의 전송 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 K개의 파일럿 행렬들을 상기 K개의 이동 단말들에게 할당하는 과정은,

   시간에 따라 상기 K개의 이동 단말들에 할당되는 상기 K개의 파일럿 행렬들을 변경하는 과정과,

   상기 변경된 K개의 파일럿 행렬들을 상기 K개의 이동 단말들에게 할당하는 과정을 포함하는 파일럿 신호의 전송 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 K개의 파일럿 행렬들을 상기 K개의 이동 단말들에게 할당하는 과정은,

   상기 L개의 파일럿 시퀀스들의 길이 L이 임계값 이상이면, 상호간에 중첩되지 않는 서로 다른 시퀀스들을 포함하는 K 개의 파일럿 행렬들을 상기 K개의 이동 단말들에게 할당하는 과정을 포함하는 파일럿 신호의 전송 방법.
9. 삭제
10. 제7항에 있어서,

    상기 K개의 파일럿 행렬들을 상기 k개의 이동 단말들에게 할당하는 과정은,

    상기 L개의 파일럿 시퀀스들의 길이 L이 임계값 미만이면, 유니터리 시공간 부호화(Unitary Space-Time Code) 행렬을 이용하여 상호 상관성이 최소화된 K 개의 파일럿 행렬들을 상기 k개의 이동 단말들에게 할당하는 과정을 포함하는 파일럿 신호의 전송 방법.
11. 제6항에 있어서,

    상기 L×L 직교행렬은 하다마드(Hadamard) 행렬 및, 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform) 행렬을 포함하는 유니터리 시공간 부호화(Unitary Space-Time Code) 행렬 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 파일럿 신호의 전송 방법.
12. 다수의 주파수 부채널들을 사용하여 데이터를 전송하는 직교 주파수 분할 다중 이동통신시스템에서, 다중 송신 안테나들로부터 다중 수신 안테나들로의 공간 채널을 할당하는 시스템에서 있어서,

    상기 다중 송신 안테나들을 포함하는 기지국과,

    상기 다중 수신 안테나를 포함하는　이동 단말들을 포함하며,

    상기 기지국이 상기 다수의 주파수 부채널들 각각에 다수의 공간 채널들을 대응시키고, 상기 이동 단말들 중 최대 통신 용량을 갖는 이동 단말을 선택하고, 상기 선택된 이동 단말에 상기 다수의 공간 채널들 중 하나를 할당하는 제1과정을 수행하고, 상기 이동 단말들이 순차적으로 모두 선택될 때까지 상기 제1과정을 반복 수행함으로써 상기 다수의 공간 채널들을 상기 이동 단말들에 할당하고, 상기 다수의 공간 채널들이 할당된 이동 단말들 중 하나를 최대 통신 용량을 갖는 다른 이동 단말로 대체하는 제2과정을 수행하고, 상기 이동 단말들 중에서 상기 대체된 이동 단말을 제외한 나머지 이동 단말들에 대하여 통신 용량이 증가하지 않을 때까지 상기 제2과정을 반복 수행함을 특징으로 하는 공간 채널 할당 시스템.　
13. 제12항에 있어서,

    상기 기지국은, 상기 다수의 공간 채널들 중 제1공간 채널을 상기 이동 단말들 중 제1이동단말에 임시적으로 할당하는 제3과정을 수행하고, 상기 제1공간 채널에서 상기 제1이동 단말의 통신 용량을 계산하는 제4과정을 수행하고, 상기 제1공간 채널에서 상기 이동 단말들 중 상기 제1이동 단말을 제외한 나머지 이동 단말들에 대하여 상기 제3과정 및 제4과정을 반복 수행함으로써 상기 나머지 이동 단말들 각각의 통신 용량을 획득하고, 상기 이동 단말들 중 상기 최대 통신 용량을 갖는 이동단말을 선택하고, 상기 선택된 이동 단말에 상기 제1공간 채널을 할당함을 특징으로 하는 공간 채널 할당 시스템.
14. 삭제
15. 제12항에 있어서,

    상기 기지국은, 상기 다수의 공간 채널들에 할당된 이동 단말들 각각의 통신 용량을 계산하고, 상기 계산된 용량과 상기 이동 단말들 각각으로부터 요구되는 통신 용량을 비교하고, 상기 요구되는 통신 용량이 상기 계산된 통신 용량보다 큰 값을 가지는 이동 단말에 대하여 새로운 공간 채널을 추가적으로 할당함을 특징으로 하는 공간 채널 할당 시스템.
16. 제13항에 있어서,

    상기 기지국은, 상기 다수의 공간 채널들 중 제2공간 채널을 상기 이동 단말들 중 상기 선택된 이동 단말을 제외한 이동 단말들에 순차적으로 임시적으로 할당하고, 상기 선택된 이동 단말을 제외한 이동 단말들에 상기 제2공간 채널이 순차적으로 임시적으로 할당될 때마다 상기 이동통신시스템에 대한 전체 통신 용량을 계산하고, 상기 전체 통신 용량이 최대가 되도록 하는 이동 단말에 상기 제2공간 채널을 할당함을 특징으로 하는 공간 채널 할당 시스템.
17. 직교 주파수 분할 다중 이동통신시스템에서 K개의 이동 단말들이 순방향 채널을 추정하도록 하기 위해 기지국이 상기 K개의 이동 단말들에게 파일럿 신호를 전송하는 시스템에 있어서,

    

    개의 수신 안테나들을 포함하는 K개의 이동 단말들과,

    상기

    

    개의 수신 안테나들보다 적지 않은

    

    개의 송신 안테나들을 포함하는 기지국을 포함하며,

    상기 기지국은 서로 간에 직교하고 길이가 L인 L개의 파일럿 시퀀스들로 이루어진 L×L 직교행렬에서, 미리 결정된 개수의 시퀀스들을 포함하며 상호간에 중첩이 최소화된 K개의 파일럿 행렬들을 선택하고, 상기 K개의 파일럿 행렬들을 상기 K개의 이동 단말들에게 할당함을 특징으로 하며,

    

    ,

    

    , L 및 K는 자연수임을 특징으로 하는 파일럿 신호를 전송하는 시스템.
18. 제17항에 있어서,

    상기 기지국은, 시간에 따라 상기 K개의 이동 단말들에 할당되는 상기 K개의 파일럿 행렬들을 변경하고, 상기 변경된 K개의 파일럿 행렬들을 상기 K개의 이동 단말들에게 할당함을 특징으로 하는 파일럿 신호를 전송하는 시스템.
19. 제18항에 있어서,

    상기 기지국은, 상기 L개의 파일럿 시퀀스들의 길이 L이 임계값 이상이면, 상호간에 중첩되지 않는 서로 다른 시퀀스들을 포함하는 K 개의 파일럿 행렬들을 상기 K개의 이동 단말들에게 할당함을 특징으로 하는 파일럿 신호를 전송하는 시스템.
20. 삭제
21. 제18항에 있어서,

    상기 기지국은, 상기 L개의 파일럿 시퀀스들의 길이 L이 임계값 미만이면, 유니터리 시공간 부호화(Unitary Space-Time Code) 행렬을 이용하여 상호 상관성이 최소화된 K 개의 파일럿 행렬들을 상기 K개의 이동 단말들에게 할당함을 특징으로 하는 파일럿 신호를 전송하는 시스템.
22. 제17항에 있어서,

    상기 L×L 직교행렬은 하다마드(Hadamard) 행렬 및, 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform) 행렬을 포함하는 유니터리 시공간 부호화(Unitary Space-Time Code) 행렬 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 파일럿 신호를 전송하는 시스템.

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