KR101430265B1 - 다중 안테나 시스템에서 사용자 스케줄링 방법 - Google Patents

Abstract

다중 안테나 시스템에서 사용자 스케줄링 방법은 M명의 활성 사용자들로부터 조합되는 임시 사용자 집합들 중에서 최대 용량을 갖는 최대 임시 사용자 집합을 결정하는 단계, 및 상기 최대 임시 사용자 집합에 대한 프리코딩 행렬 및 가중치 행렬을 이용하여 상기 최대 임시 사용자 집합에 속하는 사용자들에게 다중 안테나를 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.

Description

다중 안테나 시스템에서 사용자 스케줄링 방법{user scheduling method in multiple antenna system}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 다중 안테나 시스템에서 사용자 스케줄링 방법에 관한 것이다.

정보 통신 서비스의 보편화와 다양한 멀티미디어 서비스들의 등장, 고품질 서비스의 출현 등 통신 서비스에 대한 요구가 급속히 증대되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 다양한 무선 통신 기술들이 여러 분야에서 연구되고 있다.

MIMO(multiple input multiple output) 기술은 높은 주파수 효율과 더불어 링크 신뢰성을 높이고 간섭 방지를 위한 기술로 주목받고 있다. MIMO 기술은 다중 전송 안테나를 통해 전송되는 신호들이 독립성을 가지도록 하여 다이버시티 이득을 높일 수 있다.

MIMO 기법은 빔 포밍(beam forming)이나 시공간 코딩(space time coding)과 같은 다양한 전처리(precoding)을 통해 이득을 얻을 수 있다. 예를 들어, 시공간 코딩은 STBC(Space Time Block Coding)과 STTC(Space Time Trellis Coding)으로 나눌 수 있다. STBC는 한 전송 주기 동안 각 전송 안테나에 같은 스트림을 적절히 조 정해주어 다이버시티를 얻는 방법으로 시스템의 다이버시티는 안테나 개수에 선형적으로 비례하여 증가하지만, 처리율은 증가하지 않는다. 또한, STTC는 트렐리스 코딩(Trellis coding)을 기반으로 하여 다음에 전송될 신호를 결정하는 방식으로, 수신기의 복잡도가 STBC 보다는 크다. MIMO 시스템은 채널 환경에 따라 다이버시티 이득과 공간 다중화(spatial multiplexing) 이득이 서로 다르게 나타난다. 수신 신호의 위상 분산(angle spread)이 큰 실내나 충분한 스캐터링 환경에서는 시공간 코딩을 통해 다이버이티 이득을 최대화할 수 있는 반면, 수신 신호의 위상 분산이 적고 LOS(Line-of Sight)가 보장되는 환경에서는 공간 다중화 기법을 통하여 처리율을 최대화할 수 있다. 다시 말하면, 사용자의 주어진 환경에 따라 만족시켜야 할 사용자의 요구사항이 다르기 때문에 STC 기법이나 SDM 기법 하나만으로는 사용자의 요구사항을 100% 만족시킬 수 없다.

한편, MIMO 기법과 더불어 적응적 변조 및 코딩(Adaptive Modulation and Coding; 이하 AMC) 기법이 시스템의 성능을 높이기 위해 종종 사용된다. AMC 기법은 현재의 CSI(Channel state inforamtion)를 이용하여 전송기에서 전송 전력 레벨, 변조 차수(modulation order) 및/또는 코드율(code rate)을 조절하여 링크 성능을 증가시키는 기술이다. 채널 상태가 좋은 경우에는 처리율을 높이고 채널의 열화가 있는 경우에는 처리율을 낮춤으로써 효율적인 전송을 지원하고, 결과적으로 평균 처리율을 증가시킬 수 있다.

다양한 전처리 및 AMC 기법을 이용하는 MIMO 시스템에 있어서, 사용자 스케줄링이 문제되고 있다. 사용가능한 무선 자원은 한정되어 있으므로, 셀 내의 사용 자들 중 어떤 사용들을 선택하고, 선택된 사용자들에게 어떤 무선자원을 할당함으로써 최대의 성능을 얻을 수 있는가에 관한 문제가 사용자 스케줄링이라 할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 안테나 시스템에서 사용자 스케줄링 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 사용자 스케줄링 방법은 M명의 활성 사용자들로부터 조합되는 임시 사용자 집합들 중에서 최대 용량을 갖는 최대 임시 사용자 집합을 결정하는 단계, 및 상기 최대 임시 사용자 집합에 대한 프리코딩 행렬 및 가중치 행렬을 이용하여 상기 최대 임시 사용자 집합에 속하는 사용자들에게 다중 안테나를 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 송신기는 복수의 송신 안테나, M명의 활성 사용자들로부터 조합되는 임시 사용자 집합들 중에서 최대 용량을 갖는 상기 최대 임시 사용자 집합을 결정하며, 최대 임시 사용자 집합에 대한 다수의 데이터 스트림을 출력하는 스케줄러, 데이터 스트림에 대해 채널 코딩을 수행하는 채널 인코더, 채널 코딩된 데이터에 대해 신호 성상상의 데이터 심벌로 맵핑하는 맵퍼, 데이터 심벌에 대해 신호 처리를 수행하여 신호 처리 심벌을 생성하는 신호 처리부, 상기 신호 처리 심벌에 대해 상기 최대 임시 사용자 집합에 대한 가중치 행렬을 통해 전력을 할당하는 전력 할당부, 및 상기 전력이 할당된 심벌에 대해 상기 최대 임시 사용자 집합에 대한 프리코딩 행렬을 통해 프리코딩을 수행하여 상기 복수의 송신 안테나를 통해 전송되는 송신 신호를 생성하는 프리코더를 포함한다.

다중 안테나 시스템에서 활성 사용자들 중에서 실제 데이터를 수신할 사용자들을 선택하는 방법을 제시하고, 이에 따른 프리코딩 행렬과 가중치 행렬을 구할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템은 N개의 송신 안테나를 갖는 송신기(10) 및 한개의 수신 안테나를 갖는 M개의 수신기(20-1,...,20-M)를 포함한다. M,N는 각각 자연수이다.

하향링크 전송에서 송신기는 기지국(base station; BS)의 일부분이고, 수신기는 단말(user equipment; UE)의 일부분일 수 있다. 상향링크 전송에서 송신기는 단말의 일부분이고, 수신기는 기지국의 일부분일 수 있다. 이하에서, 하향링크는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(node-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 단말은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

채널 행렬(Channel Matrix) H는 M×N 행렬로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, h_{i ,j}는 j번째 송신 안테나에서 i번째 수신기로의 채널, h _i는 i번째 수신기로의 채널 벡터, h ^T는 h의 전치(transpose)이다.

설명을 명확히 하기 위해, 이하에서 하향링크를 고려하고, 상기 채널 행렬은 하향링크 채널 행렬이 된다. 또한, 수신기는 하나의 수신 안테나를 갖는다고 한다. 그러나, 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 상향링크와 다중 수신 안테나를 갖는 수신기에도 그대로 적용할 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기를 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 송신기(100)는 스케줄러(scheduler, 110), 채널인코더(channel encoder, 120-1,...,120-M), 맵퍼(mapper, 130-1,...,130-M), DPC(Dirty Paper Coding)부(140), 전력할당부(power allocation unit, 150) 및 프리코더(precoder, 160)를 포함한다. 송신기(100)는 N(N>1)개의 송신 안테나(190-1,..,190-N)를 포함한다.

스케줄러(110)는 채널 정보를 수신하여, 사용자 스케줄링을 담당한다. 스케줄러(110)는 셀 내의 사용자들 중 다수의 사용자들을 선택하여, M개의 데이터 스트 림을 출력한다. 한 사용자당 하나 또는 다수의 데이터 스트림이 할당될 수 있다.

채널인코더(120-1,...,120-M)는 입력되는 스트림을 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded data)를 형성한다. 맵퍼(130-1,...,130-M)는 부호화된 데이터를 신호 성상(signal constellation) 상의 위치를 표현하는 데이터 심벌 벡터 s={s₁,...,s_M} 로 맵핑한다. 변조 방식(modulation scheme)에는 제한이 없으며, m-PSK(m-Phase Shift Keying) 또는 m-QAM(m-Quadrature Amplitude Modulation)일 수 있다.

신호처리부(140)는 데이터 심벌 벡터 s를 입력받아 지정된 신호 처리 방식으로 처리된 신호 처리 벡터 c={c₁,...,c_M}을 생성한다. 신호 처리 방식으로 본 실시예에서는 DPC(Dirty Paper Coding)을 사용하고 있으나, 신호 처리 방식은 당업자에게 잘 알려진 다른 방법을 사용할 수 있다. 전력할당부(150)는 신호 처리 벡터에 전력 가중치 행렬(power weight matrix) W를 처리하여 전력 가중치 벡터(power weighted vector) c'={c'₁,...,c'_M}을 출력한다. 전력할당부(150)는 수신 SINR(Signal-to-Interference plus Noise ratio)를 조정하는 역할을 하며, 전력 가중치의 값에 따라 결정된 특정 수신기의 SINR이 임계치보다 작을 경우, 해당하는 수신기로는 데이터를 전송하지 않을 수도 있다. 전력 가중치 행렬 W은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, w_k는 k번째 신호 처리 심벌 c_k에 대한 전력 가중치이다. 각 수신기를 위한 전력 가중치 w_k는 각 수신기의 SINR 값을 송신기가 원하는 값으로 조절하기 위해 사용된다. 전력 가중치 w_k는 k번째 수신기의 수신 신호 중에서 제거되지 않는 간섭의 전력을 조절하고, 동시에 원하는 송신 신호의 전력을 조절하기 위해 사용된다.

따라서, 전력 가중치 벡터 c'는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

프리코더(160)는 전력 가중치 벡터 c'에 프리코딩 행렬(precoding matrix) F을 처리하여 송신 신호 벡터(transmit signal vector) x={x₁,.., x_N}를 생성한다. 송신기(100)가 N개의 송신 안테나를 갖고, M개의 수신기가 있다고 할 때, N×M 행 렬인 프리코딩 행렬 F는 다음과 같다.

여기서, f_{i ,j}는 프리코딩 방식에 따른 프리코딩 행렬의 요소이다. 프리코딩 행렬 F는 채널 행렬에 기초하여 생성될 수 있다.

송신 신호 벡터는 송신 안테나(190-1,..,190-N)를 통해 전송된다. 송신 신호 벡터 x는 다음과 같다.

k번째 수신기에서 수신되는 수신 신호를 y_k라 할 때, 수신 신호 벡터 y는 다음과 같다.

여기서, n_k는 k번째 수신기에서의 잡음, n은 잡음 벡터이다.

신호처리부(140)에서 DPC를 수행한다고 할 때, 신호 처리 벡터 c는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, s_k는 k번째 수신기에 대한 데이터 심벌, o_k(.)는 s_k, c₁~c_{k -1}, w₁~w_k, g_k,1~g_k,k를 사용하는 미리 정의된 DPC 함수이다. g_{i ,j}는 다음과 같이 정의된다.

DPC 함수는 다양한 방식으로 정의될 수 있다. DPC 함수의 일 예는 다음 식과 같다.

여기서, r_k는 서브-DPC 함수이다.

도 3은 서브-DPC 함수의 일 예를 나타낸 예시도이다.

도 3을 참조하면, 서브 DPC 함수 r_k는 전송하고자 하는 데이터 심벌 s_k과 등가 정보를 갖는 점들(P) 중에서 I_{ca ,k}/g_{k , k}w_k와 가장 가까운 점을 v_k로 선정한다.

특별하게, 첫번째 신호 처리 심벌 c₁은 다음과 같이 얻을 수 있다.

즉, 첫번째 데이터 심벌 s₁에 대해서는 DPC를 수행하지 않고, 첫번째 데이터 심벌 s₁ 자체를 첫번째 DPC 심벌 c₁로 사용할 수 있다. 또한, 이후의 DPC 심벌에 대해서도 DPC를 수행하지 않고, 해당하는 데이터 심벌 자체를 DPC 심벌로 사용할 수 있다. 복수의 데이터 심벌 중 일부에 대해서만 DPC를 수행하고, DPC를 수행하지 않은 데이터 심벌에 대해서는 후술하는 바와 같이 수신기에서 역 DPC를 수행하지 않도록 함으로써 DPC의 수행에 따른 손실을 줄일 수 있다. g_{k ,k}는 오직 채널 벡터 h _k의 함수이므로, k번째 수신기는 추정된 채널 벡터를 이용하여 g_{k ,k}를 추정할 수 있다.

송신기에서 DPC를 수행하는 순서에 따라 각 수신기에서 제거되는 간섭의 양 은 달라진다. 따라서, DPC를 수행하는 순서를 적절히 조절한다면, 채널 환경이 동일하더라도 각 수신기에서의 검출 성능을 높일 수 있다. 예를 들어, s₁, s₂, ..., s_M의 순서로 DPC를 수행하는 것이 아닌, s₇, s_M, ..., s₃의 순으로 DPC를 수행할 수 있다. DPC 순서는 미리 정해질 수 있고, 스케줄러(110)에서 임의의 순서로 변경할 수 있다.

송신 신호 벡터 x의 전력(power)은 정규화(normalize)될 수 있다. 이를 위해 프리코딩 행렬상에서 다음과 같은 전력 정규화를 수행할 수 있다.

또한, 전력 가중치 행렬 상에서 다음과 같은 전력 정규화를 수행할 수 있다.

따라서, 주어진 신호 처리 벡터 c에 대해 다음과 같이 송신기의 전체 송신 전력은 변하지 않는다.

각 송신 안테나에서 동일한 전송 전력을 보장하기 위해서는 모든 k에 대해 다음과 같은 조건을 만족하면 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 단계 S300에서 M명의 활성 사용자들(active users)를 결정한다. 활성 사용자는 현재 데이터를 수신할 수 있는 상태에 있는 사용자를 말한다.

단계 S320에서, 데이터를 수신할 사용자 수 Nmax를 결정한다. Nmax는 M보다 작거나 같으며, 미리 지정되는 값일 수 있고, 또는 스케줄링할 때마다 달라지는 값일 수 있다.

단계 S340에서, M명의 활성 사용자들 중 임의의 Nmax 명으로 구성된 Pmax 개의 임시 사용자 집합들로부터 최대 용량(capacity)을 갖는 최대 임시 사용자 집합 BUmax을 구한다. M명의 활성 사용자들의 집합 AU={user₁, user₂, ..., user_M}으로 나타낼 수 있고, 집합 AU로부터 임의의 Nmax 명의 사용자를 선택한 p번째 임시 사용자 집합은 BU_p={user₁, user₂, ..., user_Nmax}로 나타낼 수 있다. 임시 사용자 집합의 총수 Pmax는 M명 중 Nmax명을 뽑는 경우의 수이므로 Pmax=_MC_Nmax로 나타낼 수 있다. 최대 임시 사용자 집합 BUmax은 임시 사용자 집합들 중 일정한 조건(criterion), 예를 들어 최대 용량을 갖는 임시 사용자 집합이다. 상기 최대 임 시 사용자 집합 BUmax를 결정하기 위해 사용되는 신호 처리 순서, 프리코딩 행렬 F 및 가중치 행렬 W을 송신 신호 벡터를 생성하기 위한 신호 처리 순서, 프리코딩 행렬 및 가중치 행렬로 사용한다.

최대 임시 사용자 집합을 구하기 위한 기준으로 최대 용량을 예시적으로 사용하고 있으나, 최대 SINR이나 최소 에러율 등 기타 다른 기준을 사용할 수 있다.

단계 S360에서, 상기 신호 처리 순서, 상기 프리코딩 행렬 F 및 가중치 행렬 W로부터 상기 최대 임시 사용자 집합에 속하는 사용자들에 대한 송신 신호 벡터를 생성한다.

단계 S380에서, 최대 임시 사용자 집합에 속하는 사용자들에게 상기 송신 신호 벡터를 전송한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 임시 사용자 집합을 구하는 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 단계 S410에서, 임시 사용자 집합 결정을 결정한다. 데이터를 수신할 사용자 수가 Nmax일 때, M명의 활성 사용자들의 집합 AU={user₁, user₂, ..., user_M}으로부터 임의의 Nmax 명의 사용자를 선택한 임시 사용자 집합은 BU_p={user₁, user₂, ..., user_Nmax}로 나타낼 수 있다.

단계 S420에서, 임시 사용자 집합에 적용될 신호 처리 순서 및 프리코딩 행렬 F을 결정한다. 신호 처리 순서는 사용자들마다 가중치를 두어 적용할 수 있다. 또는 신호 처리 방식을 DPC를 이용할 경우, 신호 처리 순서는 DPC를 수행하는 순서 가 되고, 신호 처리 순서에 따라 프리코딩 행렬 F가 정의된다.

단계 S430에서, 비례상수 집합을 결정한다. 비례상수 집합의 총수를 Rmax라 할 때, i번째 비례상수 집합은 RU_i={k₁, k₂, ..., k_{Nmax -1}}로 나타낼 수 있다. Rmax개의 비례상수 집합들 중 임의의 비례상수 집합을 선택한다. 비례상수 k_i는 i번째 사용자의 기준값(여기서는, SINR)에 대한 가중치이다. 각 사용자마다 스케줄링 기준값들의 비를 미리 지정하거나 변경함으로써, 사용자들간의 QoS(Quality of Service)를 조절할 수 있다.

단계 S440에서, 다음 식을 만족하는 가중치 행렬 W을 계산한다.

임시 사용자 집합에 속하는 i번째 사용자에 대한 수신 SINR_i은 다음과 같이 정의된다.

여기서, q_i는 알려진 파라미터, H, F, W, c, n을 이용하여 i번째 사용자에서 수신한 SINR을 계산하기 위한 함수이다.

가중치 행렬 W을 구하기 위해 미리 정의된 조건을 더 줄 수 있다. 예를 들어, 수학식 12의 조건을 만족하도록 한다면, 각 안테나의 송신 전력이 가중치 행렬 에 상관없이 변하지 않는다. 가중치 행렬 W을 조정함으로써, 데이터를 전송하지 않을 사용자를 선택할 수 있다. 예를 들어, 주어진 가중치 W에 대해 일정 수준 이하의 전력이 할당된다면 데이터를 전송하지 않는다.

단계 S450에서, 주어진 조건을 만족하는 가중치 행렬 W이 존재하지 않으면, 다시 단계 S430로 돌아가, 새로운 비례상수 집합에 대한 가중치 행렬 W을 구한다.

단계 S460에서, 주어진 조건을 만족하는 가중치 행렬 W이 존재하면, 임시 사용자 집합 BU_p에 속하는 사용자들에 대한 용량을 계산한다. 본 실시예에서 나타내지는 않지만, 용량을 계산한 후 가능한 다른 비례상수 집합에 대해서 새로운 가중치 행렬을 구하고, 이에 따른 용량을 계산할 수도 있다. 이는 가능한 모든 비례상수 집합에 대해서 용량을 구할 수도 있음을 의미한다.

단계 S470에서, 고려해야할 다른 신호 처리 순서의 조합이 있다면, 단계 S420로 돌아가 새로운 신호 처리 순서에 대한 용량을 계산한다.

단계 S480에서, 모든 신호 처리 순서에 대한 용량을 구한 후 고려해야할 다른 임시 사용자 집합이 있다면, 단계 S410으로 돌아가 새로운 임시 사용자 집합에 대한 용량을 계산한다.

단계 S490에서, 모든 임시 사용자 집합들에 대한 용량을 계산한 후, 최대 용량을 갖는 임시 사용자 집합을 최대 임시 사용자 집합으로 결정한다.

DPC를 이용한 신호 처리를 사용할 경우 DPC 수행 순서에 따라 프리코딩 행렬, 가중치 행렬을 어떤 식으로 정의할지 문제될 수 있다. DPC 수행 순서에 따라 선택된 사용자 집합에서 최적의 조합을 찾을 수 있으므로, 시스템의 성능을 높일 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 최대 임시 사용자 집합을 구하는 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 단계 S510에서, 임시 사용자 집합 결정을 결정한다. 데이터를 수신할 사용자 수가 Nmax일 때, M명의 활성 사용자들의 집합 AU={user₁, user₂, ..., user_M}으로부터 임의의 Nmax 명의 사용자를 선택한 임시 사용자 집합은 BU_p={user₁, user₂, ..., user_Nmax}로 나타낼 수 있다.

단계 S520에서, 임시 사용자 집합에 적용될 신호 처리 순서 및 프리코딩 행렬 F을 결정한다. 신호 처리 방식을 DPC를 이용할 경우, 신호 처리 순서는 DPC를 수행하는 순서가 되고, 신호 처리 순서에 따라 프리코딩 행렬 F가 정의된다.

단계 S530에서, 다수의 상위 비례상수 집합들 중 사용할 상위 비례상수 집합을 결정한다. 채널 상태나 사용자 수에 따라 상위 비례상수 집합을 결정할 수 있다. 상위 비례상수 집합은 적어도 하나의 비례 상수 집합을 포함한다. 상위 비례상수 집합에 포함되는 i번째 비례상수 집합을 RU_i라 할 때, Rmax개의 비례상수 집합을 갖는 j번째 상위 비례상수 집합 R_j={ RU₁. RU₂, ..., RU_Rmax}로 나타낼 수 있다. 각 상위 비례상수 집합마다 포함되는 비례상수 집합의 수는 달라질 수 있다.

단계 S535에서, 상위 비례상수 집합내에서 비례상수 집합을 결정한다. 상위 비례상수 집합에 속하는 비례상수 집합의 총수를 Rmax라 할 때, i번째 비례상수 집합은 RU_i={k₁, k₂, ..., k_{Nmax -1}}로 나타낼 수 있다. Rmax개의 비례상수 집합들 중 임의의 비례상수 집합을 선택한다. 비례상수 k_i는 i번째 사용자의 기준값(여기서는, SINR)에 대한 가중치이다.

단계 S540에서, 수학식 15을 만족하는 가중치 행렬 W을 계산한다. 단계 S550에서, 주어진 조건을 만족하는 가중치 행렬 W이 존재하지 않으면, 다시 단계 S535로 돌아가, 새로운 비례상수 집합에 대한 가중치 행렬 W을 구한다. 단계 S560에서, 주어진 조건을 만족하는 가중치 행렬 W이 존재하면, 임시 사용자 집합 BU_p에 속하는 사용자들에 대한 용량을 계산한다. 본 실시예에서 나타내지는 않지만, 용량을 계산한 후 상위 비례상수 집합에 속하는 다른 비례상수 집합에 대해서 새로운 가중치 행렬을 구하고, 이에 따른 용량을 계산할 수도 있다. 이는 상위 비례상수 집합에 속하는 모든 비례상수 집합에 대해서 용량을 구할 수도 있음을 의미한다.

단계 S570에서, 고려해야할 다른 신호 처리 순서의 조합이 있다면, 단계 S520로 돌아가 새로운 신호 처리 순서에 대한 용량을 계산한다. 단계 S580에서, 모든 신호 처리 순서에 대한 용량을 구한 후 고려해야할 다른 임시 사용자 집합이 있다면, 단계 S510으로 돌아가 새로운 임시 사용자 집합에 대한 용량을 계산한다. 단계 S590에서, 모든 임시 사용자 집합들에 대한 용량을 계산한 후, 최대 용량을 갖는 임시 사용자 집합을 최대 임시 사용자 집합으로 결정한다.

사용되는 상위 사용자 집합에 따라 전력 비율(power ratio)의 범위 조절이 가능하다. 이는 상위 사용자 집합이 사용자 수에 따라 달라진다면, 사용자 수에 따라 전력 비율을 달리할 수 있음을 의미한다. 주어진 전력 비율의 변화 범위에서, 활성 사용자 수가 적을 경우 전력 비율을 증가시키고, 활성 사용자 수가 많을 경우 전력 비율을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 전력 비율의 변화 범위가 [tc_min, tc_max]로 주어지고, 그 범위 내에서 전력 비율을 구한다고 하자. 활성 사용자 수가 적을 경우 전력 비율의 범위를 증대시키고, 활성 사용자 수가 많을 경우 전력 비율의 범위를 감소시킬 수 있다. 다른 예로, 전력 비율의 변화 범위 [tc_min, tc_max] 내에서 tc_min부터 Δtc 만큼씩 증가시키면서 전력 비율을 구한다고 하자. 활성 사용자 수가 적을 경우, Δtc를 감소시킴으로써 경우의 수를 증가시킬 수 있다. 활성 사용자 수가 많을 경우, Δtctc를 증가시킴으로써 경우의 수를 감소시킬 수 있다.

주어진 전력 비율의 변화 범위의 양극단 중 하나가 선택되는 경우 해당하는 사용자를 선택 또는 제외하는 의미로 해석할 수 있다. 예를 들어, 변화 범위를 [tc_min, tc_max]라 하고, 양 극단값을 각각 -tc_inf, +tc_inf라 하자. 양 극단값 +tc_inf이 선택되는 경우 해당 사용자만을 서비스한다는 의미로 해석할 수 있고, 음 극단값 -tc_inf 선택되는 경우 해당 사용자를 서비스하지 않는다는 의미로 해석할 수 있다.

또한, 상위 사용자 집합에 포함되는 비례상수 집합의 수를 활성 사용자 수가 적을 경우 증가시키고, 활성 사용자 수가 많을 경우 감소시켜, 연산량을 조절할 수도 있다.

도 7은 2x1 MIMO 시스템에서 사용자 수에 따른 용량 합을 나타낸 그래프이다. ZF-SDMA(Zero Forcing-Spatial Division Multiple Access)과 비교할 때, 제안된 방법이 더 나은 용량 합을 보이고 있음을 알 수 있다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기를 나타낸 블록도이다.

도 3은 서브-DPC 함수의 일 예를 나타낸 예시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 스케줄링 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 임시 사용자 집합을 구하는 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 최대 임시 사용자 집합을 구하는 흐름도이다.

도 7은 2x1 MIMO 시스템에서 사용자 수에 따른 용량 합을 나타낸 그래프이다.

Claims (10)

1. M명의 활성 사용자들로부터 조합되는 임시 사용자 집합들 중에서 최대 용량을 갖는 최대 임시 사용자 집합을 결정하는 단계; 및

   상기 최대 임시 사용자 집합에 대한 프리코딩 행렬 및 가중치 행렬을 이용하여 상기 최대 임시 사용자 집합에 속하는 사용자들에게 다중 안테나를 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함하되,

   상기 최대 임시 사용자 집합을 결정하는 단계는

   상기 임시 사용자 집합들 중 제1 임시 사용자 집합에 포함되는 각 사용자의 SINR(signal to interference plus noise ratio)에 적용되는 비례상수 집합을 결정하는 단계;

   상기 결정된 비례상수 집합을 상기 제1 임시 사용자 집합에 포함된 각 사용자의 SINR에 적용하는 경우, 상기 각 사용자의 SINR과 비례상수의 곱이 일정한 값을 가지도록 하는 가중치 행렬을 결정하는 단계;

   상기 가중치 행렬을 적용하였을 때 상기 제1 임시 사용자 집합의 용량을 계산하는 단계;

   상기 제1 임시 사용자 집합의 용량이 상기 임시 사용자 집합들 중 최대 값을 가지는 경우 상기 제1 임시 사용자 집합을 상기 최대 임시 사용자 집합으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 스케줄링 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 최대 임시 사용자 집합에 속하는 사용자들을 신호 처리 순서에 따라 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 스케줄링 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 신호 처리 순서는 각 사용자들의 가중치에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 사용자 스케줄링 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 최대 임시 사용자 집합에 속하는 사용자들에 대한 데이터는 DPC(Dirty Paper Coding)을 이용하여 처리되고, 상시 신호 처리 순서는 DPC를 수행하는 순서인 것을 특징으로 하는 사용자 스케줄링 방법.
5. 삭제
6. 복수의 송신 안테나;

   M명의 활성 사용자들로부터 조합되는 임시 사용자 집합들 중에서 최대 용량을 갖는 최대 임시 사용자 집합을 결정하며, 상기 최대 임시 사용자 집합에 대한 다수의 데이터 스트림을 출력하는 스케줄러;

   데이터 스트림에 대해 채널 코딩을 수행하는 채널 인코더;

   채널 코딩된 데이터에 대해 신호 성상상의 데이터 심벌로 맵핑하는 맵퍼;

   데이터 심벌에 대해 신호 처리를 수행하여 신호 처리 심벌을 생성하는 신호 처리부;

   상기 신호 처리 심벌에 대해 상기 최대 임시 사용자 집합에 대한 가중치 행렬을 통해 전력을 할당하는 전력 할당부; 및

   상기 전력이 할당된 심벌에 대해 상기 최대 임시 사용자 집합에 대한 프리코딩 행렬을 통해 프리코딩을 수행하여 상기 복수의 송신 안테나를 통해 전송되는 송신 신호를 생성하는 프리코더를 포함하되,

   상기 스케줄러가 상기 최대 임시 사용자 집합을 결정하는 과정은

   상기 임시 사용자 집합들 중 제1 임시 사용자 집합에 포함되는 각 사용자의 SINR(signal to interference plus noise ratio)에 적용되는 비례상수 집합을 결정하는 단계;

   상기 결정된 비례상수 집합을 상기 제1 임시 사용자 집합에 포함된 각 사용자의 SINR에 적용하는 경우, 상기 각 사용자의 SINR과 비례상수의 곱이 일정한 값을 가지도록 하는 가중치 행렬을 결정하는 단계;

   상기 가중치 행렬을 적용하였을 때 상기 제1 임시 사용자 집합의 용량을 계산하는 단계;

   상기 제1 임시 사용자 집합의 용량이 상기 임시 사용자 집합들 중 최대 값을 가지는 경우 상기 제1 임시 사용자 집합을 상기 최대 임시 사용자 집합으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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