이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 복수의 송/수신 페어들을 포함하는 다중-셀 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 다중-셀 통신 시스템은 기지국1(BS1)-단말1(MS1), 기지국2(BS2)-단말2(MS2), 기지국3(BS3)-단말3(MS3)과 같이 세 개의 송/수신 페어들을 포함한다.
이때, 세 개의 송/수신 페어들이 동일한 무선 자원을 사용하는 경우, 세 개의 송/수신 페어들 사이에는 간섭이 발생할 수 있다. 따라서, 송/수신 페어들 사이에서 발생하는 간섭을 적절히 제거 또는 처리하거나, 그 간섭에도 불구하고 통신 시스템의 성능을 높일 수 있는 기술이 필요하다.
도 2는 간섭 정렬을 사용하는 복수의 송/수신 페어들을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 통신 시스템 또는 통신 네트워크는 소스 노드들(211, 212, 213)을 포함하고, 소스 노드들(211, 212, 213) 각각은 목적 노드들(221, 222, 223) 각각에 대응된다.
여기서, 소스 노드들(211, 212, 213) 각각은 고정된 기지국, 이동 기지국, 펨토 기지국과 같은 초소형 기지국, 중계기 등을 포함하는 데이터를 송신하는 장치를 지칭하며, 목적 노드들(221, 222, 223) 각각은 중계기, 고정된 단말, 이동 단말 등을 포함하는 데이터를 수신하는 장치를 지칭한다.
이 때, 소스 노드들(211, 212, 213) 각각이 동일한 무선 자원을 사용하여 데이터를 송신하는 경우, 목적 노드들(221, 222, 223) 각각에는 간섭이 발생할 수 있다. 예를 들어, 목적 노드 D1(221)에서 소스 노드 S1(211)의 신호는 원하는 신호이고, 소스 노드 S2, S3(212, 213)의 신호들은 간섭이다. 마찬가지로, 목적 노드 D2, D3(222, 223)에서도 간섭이 발생할 수 있고, 이러한 간섭은 통신 시스템의 throughput을 감소시키는 원인이 된다.
다만, 간섭으로 인한 throughput의 감소는 간섭 정렬을 사용함으로써 방지될 수 있다. 즉, 소스 노드들(211, 212, 213) 각각은 적절히 설계된 빔포밍 행렬들(V[1], V[2], V[3]) 각각을 사용함으로써 신호의 위상을 조절할 수 있고, 조절된 위상을 갖는 소스 노드들(211, 212, 213) 각각의 신호는 채널들을 통해 전송된다. 이 때, 목적 노드들(221, 222, 223) 각각의 수신 신호는 원하는 신호와 간섭으로 분리될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2의 화살표 (1), (2) (3) 각각은 목적 노드들(221, 222, 223) 각각의 원하는 신호를 의미한다고 가정한다. 이 때, 목적 노드 D1(221)의 수신 신호는 목적 노드 D1(221)의 원하는 신호 (1) 및 간섭 (2), (3)으로 구별될 수 있고, 목적 노드 D2(222)의 수신 신호는 목적 노드 D2(222)의 원하는 신호 (2) 및 간섭 (1), (3)으로 구별될 수 있다. 마찬가지로, 목적 노드 D3(223)의 수신 신호는 목적 노드 D3(223)의 원하는 신호 (3) 및 간섭 (1), (2)으로 구별될 수 있다.
이 때, 목적 노드들(221, 222, 223) 각각은 적절히 설계된 디코딩 행렬들(U[1], U[2], U[3]) 각각을 사용함으로써 수신 신호로부터 간섭을 제거하고, 원하는 신호를 추출할 수 있다. 결국, 소스 노드들(211, 212, 213)은 적절히 설계된 빔포밍 행렬들(V[1], V[2], V[3]) 각각을 사용하고, 목적 노드들(221, 222, 223) 각각은 적절히 설계된 디코딩 행렬들(U[1], U[2], U[3]) 각각을 사용함으로써, 무선 자원의 사용 효율을 높이고 간섭으로 인한 throughput의 감소를 방지할 수 있다.
여기서, 설명의 편의를 위해 빔포밍 행렬들(V[1], V[2], V[3]) 및 디코딩 행렬들(U[1], U[2], U[3])이라는 표현을 사용하지만, 그들의 형태는 행렬 또는 벡터의 형태일 수 있다. 예를 들어, 소스 노드들(211, 212, 213) 각각의 데이터 스트림들의 개수에 따라 빔포밍 행렬들(V[1], V[2], V[3]) 및 디코딩 행렬들(U[1], U[2], U[3])은 행렬 또는 벡터 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.
다만, 간섭 정렬을 사용하는 것은 언제나 좋은 결과를 내지는 못한다. 때때로, 간섭 정렬을 사용하는 것은 큰 오버헤드를 발생시키는 반면, 통신 시스템의 성능을 향상시키지 못할 수 있다. 보다 구체적으로, 간섭 정렬을 통해 이웃 기지국에 의한 간섭 신호는 제거될 수 있으나, 서빙 기지국으로부터 전송되는 신호의 SNR(Signal to Noise Ratio)이 낮아 통신 시스템의 성능을 향상이 어려운 경우도 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 이웃 기지국에 의한 간섭 신호를 처리하는 간섭 정렬뿐만 아니라, 서빙 기지국에서의 전송률(Sum-rate)을 향상시키는 선형 프리코딩 및 디코딩을 제안한다. 이에 대해서는 아래에서 상세히 설명한다.
도 3은 다중-안테나를 포함하는 복수의 송/수신 페어들을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 3 개의 송/수신 페어들이 존재하고, 모든 소스 노드들 및 목적 노드들에는 둘 이상의 안테나들이 설치되어 있으며, 목적 노드들 각각에 설치된 안테나들의 개수는 M 개이고, 각 채널들은 independent하다고 가정한다.
i 번째 목적 노드에서의 수신 신호 벡터를 y[i]라고 하는 경우, 하기 수학식 1과 같은 방정식이 표현될 수 있다.
여기서, 는 i번째 소스 노드에서의 송신 신호 벡터, 는 i 번째 목적 노드에서의 수신 신호 벡터, 는 j 번째 소스 노드로부터 i 번째 목적 노드로의 채널 행렬, 는 번째 목적 노드에서의 가우시안 잡음 벡터를 나타낸다.
이때, 수학식 1에서 프리코딩된 송신 신호는 아래의 수학식 2와 같은 방정식으로 표현될 수 있다.
여기서, 는 간섭 정렬을 위한 프리코딩 행렬이고, 의 크기는 이며, 는 소스 노드에서의 정보 스트림 벡터이고, 의 길이는 이다. 이때, 목적 노드 1에서 수신되는 신호는 아래의 수학식 3과 같은 방정식으로 표현될 수 있다.
이때, 목적 노드 1은 아래의 수학식 4를 기초로, 수학식 3에서 나타난 간섭 신호들을 정렬할 수 있다. 즉, 목적 노드 1은 M/2의 정보 스트림을 디코딩하기 위해서, M 신호 공간에 M/2 정보 스트림을 제외한 M 간섭 스트림을 M/2 신호 공간 안에 정렬시킨다.
마찬가지로, 목적 노드 2 및 3은 수학식 3 및 수학식 4와 동일한 방법으로 목적 노드 2 및 3 각각에서의 간섭 신호들을 정렬시킨다. 목적 노드 2 및 3에서의 간섭 신호 정렬은 아래의 수학식 5로 표현될 수 있다.
이때, 프리코딩 행렬을 보다 쉽게 구하기 위해 수학식 4 및 5는 아래의 수학식 6과 같은 방정식으로 표현될 수 있다.
여기서, 는 의 열벡터의 집합들이 의 열벡터의 집합들의 부분집합임을 나타낸다.
이때, 목적 노드 1에서의 프리코딩 행렬 이라고 가정하면, 목적 노드 2 및 3 각각에서의 프리코딩 행렬 v[2] 및 v[3]는 각각 아래의 수학식 7과 같은 방정식으로 표현될 수 있다.
여기서, , 를 나타낸다.
이때, 수학식 7에 의해 생성된 프리코딩 행렬 v[1], v[2] 및 v[3] 각각에 직교 단위(Orthonomal) 기저(basis)를 기반으로, QR-decomposition을 적용하면, 프리코딩 행렬은 아래의 수학식 8과 같은 방정식으로 표현될 수 있으며, 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 는 단위(unitary) 행렬, 는 상삼각 행렬을 나타낸다.
이때, 소스 노드1에서 목적 노드 1로 정보 스트림을 전송하기 위해 프리코딩 행렬을 생성하는 경우를 예로 들면, 소스 노드 1은 아래의 수학식 9를 기초로 공간기저 행렬과 대상 단말로의 전송률(sum-rate)을 증가시키는 행렬로 이루어진 프리코딩 행렬을 생성한다.
여기서, Q[i]는 i번째 목적 노드에서의 간섭 신호들을 간섭 신호 공간에 정렬시키는 공간기저 행렬, W[i]는 i번째 목적 노드로의 전송률을 증가시키는 행렬을 나타낸다.
이때, 목적 노드 1에서의 실효 채널은 아래의 수학식 10의 방정식으로 표현될 수 있다.
그리고, 소스 노드 1은 간섭 신호 공간에 해당하는 행렬 을 특이값 분해(Singular Value Decomposition, SVD)하여, 아래의 수학식 11 및 12와 같이 소느 노드 1 및 2로부터 수신된 간섭 신호들을 제거하는 행렬을 생성한다.
여기서, 는 0의 특이값을 갖는 좌측 특이 벡터(left singular vector)들로 구성된다.
즉, 목적 노드 1에서 를 이용하여 소스 노드 1 내지 3으로부터 전송된 데이터 스트림을 디코딩하면, 소스 노드 2 및 3으로부터 수신된 간섭 신호들을 제거할 수 있게 된다. 이때, 목적 노드1에서는 간섭 신호들을 제거하기 위해 제로 포싱(Zero Forcing) 필터를 사용할 수 있으며, 이러한 경우, 가 제로 포싱 필터가 된다.
그리고, 소스 노드 1은 특이값 분해를 통해 간섭이 제거된 실효 채널에서, 정보 신호 공간에 해당하는 행렬을 다시 한번 특이값 분해하여 목적 노드로의 전송률을 증가시키는 최적의 W[i]를 생성하고, 이는 아래의 수학식 13 및 14와 같은 방정식으로 표현될 수 있다.
여기서, 는 정보 스트림별로 전송 파워를 분배하는 대각 행렬이다. 이때, 목적 노드 1로 전송되는 정보 스트림들의 파워가 동일하다고 가정하면, 즉, 가 1이면, 목적 노드 1로의 전송률을 증가시키는 행렬은 가 된다.
이때, "Generalized Linear Precoder and Decoder Design for MIMO channels using the Weighted MMSE Criterion", IEEE Trans. Comm. 49(12). Dec. 2001(이하 Sampath라고 함)에는 워터 필링 기법(Water Filling)을 통해 대각 행렬을 구성하는 각각의 원소들을 구하는 과정이 잘 기재되어 있다.
소스 노드1는 첫 번째 및 두 번째 특이값 분해를 통해 생성된 행렬(, )들의 곱으로 통해 디코딩 행렬( )을 생성한다.
즉, 수학식 13을 통해 생성된 는 목적 노드 1로의 전송률을 증가시키는 디코딩 행렬이고, 수학식 12를 통해 생성된 는 목적 노드 1에서의 간섭 신호들을 간섭 신호 공간에 정렬시키는 공간기저 디코딩 행렬로서, 목적 노드 1에서는 를 이용하여 간섭 신호들을 제거한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 송/수신 페어들로 이루어진 프리코딩 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 프리코딩 장치(400)는 수집부(410), 간섭 인지부(430), 프리코딩부(450), 및 디코딩 행렬 생성부(470)를 포함한다.
수집부(410)는 복수의 송/수신 페어들 사이의 채널들에 대한 정보를 수집한다.
구체적으로, 수집부(410)는 프리코딩 장치(400)에 대응하는 사용자 그룹에 속하는 복수의 단말 장치들로부터 피드백된 채널 정보와 이웃하는 어느 하나의 기지국으로부터 모든 채널들에 대한 정보를 얻는다.
이때, 수집부(410)는 모든 기지국들 각각으로부터 대응하는 채널에 대한 정보를 얻을 수도 있다. 또한, 대상 단말의 피드백 유닛(610)으로부터 프리코딩 장치(400)와 대상 단말(600) 간의 채널 정보뿐만 아니라, 복수의 이웃 기지국들과 대상 단말(600) 간의 채널 정보가 수집부(410)로 피드백될 수 있다.
그러면, 간섭 인지부(430)는 수집부(410)에서 수집된 채널 정보를 기초로 복수의 이웃 기지국으로부터 대상 단말로의 간섭 채널 정보를 인지한다.
프리코딩부(450)는 간섭 채널 정보와 대상 단말로부터 피드백된 채널 정보를 이용하여 프리코딩 행렬을 생성한다. 여기서, 프리코딩 행렬은 대상 단말에서의 간섭 신호들을 간섭 신호 공간에 정렬하기 위한 공간기저 행렬(Q[i])과 대상 단말로의 전송률을 증가시키는 행렬(W[i])로 이루어진다.
구체적으로, 프리코딩부(450)는 QR-decomposition을 통해 수학식 9와 같이 공간기저 행렬(Q[i])을 생성하고, 2번의 특이값 분해를 통해 수학식 11 내지 14와 같이 대상 단말로의 전송률을 증가시키는 행렬(W[i])을 생성한다.
이때, 첫 번째 특이값 분해를 통해 대상 단말에서의 간섭 신호들을 제거하기 위한 디코딩 행렬 이 생성되고, 두 번째 특이값 분해를 통해 대상 단말로의 전송률을 증가시키기 위한 디코딩 행렬 이 생성된다.
디코딩 행렬 생성부(470)는 프리코딩 생성부(450)에서 특이값 분해를 통해 생성된 대상 단말에서의 간섭 신호들을 제거하기 위한 디코딩 행렬 과 대상 단말로의 전송률을 증가시키기 위한 디코딩 행렬 의 곱으로 이루어진 디코딩 행렬을 생성한다.
이를 통해, 대상 단말(600)의 간섭 제거부(630)에서는 프리코딩 장치(400)로부터 빔포밍되어 전송된 데이터 스트림을 프리코딩 장치(400)로부터 수신된 디코딩 행렬( )로 디코딩하여 간섭 신호들을 제거할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 선형 프리코딩 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 소스 노드들(510, 520)은 각각 참조 신호(Reference Signal: RS)를 목적 노드들(530, 540)로 전송한다(S510).
그러면, 참조신호를 수신한 목적 노드들(530, 540)은 소스 노드와의 채널을 추정한다(S530).
구체적으로, 목적 노드 1(530) 및 목적 노드 2(540)는 수신된 참조신호 RS1을 통해 소스 노드 1과의 채널을 추정하고, 수신된 참조신호 RS2를 통해 소스 노드 2와의 채널을 추정한다.
그리고, 목적 노드들(530, 540)은 채널 추정을 통해 생성된 채널 정보를 자신이 속한 소스 노드로 각각 피드백한다(S550).
이때, 소스 노드들은 각각 이웃 소스 노드와 채널 정보를 교환하여(S570), 이웃 소스 노드와 이웃 소스 노드에 대응하는 사용자 그룹에 속하는 목적 노드들 과의 채널 정보를 수집할 수 있다.
이어, 소스 노드들(530, 540)은 각각 수집된 채널 정보를 이용하여 프리코딩 행렬을 생성한다(S590). 여기서, 프리코딩 행렬은 수학식 9 및 14를 통해 생성되며, 프리코딩 행렬은 대상 단말에서의 간섭 신호들을 간섭 신호 공간에 정렬하기 위한 공간기저 행렬(Q[i])과 대상 단말로의 전송률을 증가시키는 행렬(W[i])로 이루어진다.
또한, 이상에서 설명한 프리코딩 장치는, 대상 단말로의 다중 스트림 전송 이득을 얻을 수 있도록 프리코딩 행렬을 생성할 수 있다. 즉, 프리코딩부(450)는 수집된 채널 정보를 시간 축으로 확장하여 공간 기저 행렬(Q[i])및 전송률을 증가시키는 행렬(W[i])로 이루어진 프리코딩 행렬(V[i])을 생성할 수 있다.
구체적으로, 수학식 1에서의 채널이 아래의 수학식 15와 같이 표현될 수 있으며, 프리코딩 생성부(450)는 수학식 15에 의해 생성된 채널에 수학식 2 내지 14와 같은 과정을 통해 다중 스트림 전송 이득을 얻을 수 있는 시/공간(space-time) 프리코딩 행렬을 생성할 수 있다.
,
여기서, t시간만큼 시간 축으로 확장된 채널 H는 대각 행렬(Block Diagonal Matrix)로 구성된다.
지금까지는, 소스 노드 1을 서빙 기지국으로, 목적 노드 1을 대상 단말로 설명하였으나, 이는 실시 예일 뿐, 복수의 소스 노드들 중 어느 하나가 서빙 기지국이 될 수 있으며, 서빙 기지국에 대응하는 복수의 목적 노드들 중 어느 하나가 대상 단말일 수 있다.
또한, 간섭 정렬을 이해 공간 기저 행렬(Q[i])및 전송률을 증가시키는 행렬(W[i])로 이루어진 프리코딩 행렬(V[i])이 서빙 기지국에서 생성되는 것으로 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 프리코딩 행렬은 서빙 기지국 및 복수의 이웃 기지국들 중 어느 하나에서 생성될 수 있을 뿐만 아니라, RNC(Remote Network Controller)에서 생성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 통신 장치, 단말 장치, 및 그의 간섭 정렬 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a diagram illustrating a multi-cell communication system including a plurality of transmit / receive pairs.
Referring to FIG. 1, a multi-cell communication system includes a base station 1 (BS1), a terminal 1 (MS1), a base station 2 (BS2), a terminal 2 (MS2), a base station 3 (BS3) Lt; RTI ID = 0.0 > transmit / receive < / RTI >
In this case, if three transmit / receive pairs use the same radio resource, interference may occur between the three transmit / receive pairs. Accordingly, there is a need for a technique that can appropriately remove or process interference occurring between transmission / reception pairs, or enhance the performance of a communication system despite the interference.
2 is a diagram illustrating a plurality of transmit / receive pairs using interference alignment.
2, the communication system or communication network includes source nodes 211, 212 and 213, and each of the source nodes 211, 212 and 213 is connected to each of the destination nodes 221, 222 and 223 Respectively.
Here, each of the source nodes 211, 212, and 213 refers to a device that transmits data including a fixed base station, a mobile base station, a micro base station such as a femto base station, a repeater, 223 refer to an apparatus for receiving data including a repeater, a fixed terminal, a mobile terminal, and the like.
In this case, when each of the source nodes 211, 212, and 213 transmits data using the same radio resource, interference may occur in each of the destination nodes 221, 222, and 223. For example, the signal of the source node S1 (211) in the destination node D1 (221) is the desired signal, and the signals of the source nodes S2, S3 (212, 213) are the interference. Likewise, interference may also occur at destination nodes D2, D3 222 and 223, and this interference causes the throughput of the communication system to be reduced.
However, reduction of throughput due to interference can be prevented by using interference alignment. That is, each of the source nodes 211, 212, 213 can adjust the phase of the signal by using each of the properly designed beamforming matrices V [1] , V [2] , V [3] Signals of each of the source nodes 211, 212, and 213 having phases are transmitted through the channels. At this time, the received signal of each of the destination nodes 221, 222, and 223 may be separated by an interference with a desired signal.
More specifically, it is assumed that each of arrows (1), (2), and (3) in FIG. 2 represents a desired signal of each of the destination nodes 221, 222, and 223. At this time, the reception signal of the destination node D1 221 can be distinguished by the desired signal 1 and the interference 2 and 3 of the destination node D1 221, and the reception signal of the destination node D2 222 is (2) and interference (1), (3) of the destination node D2 (222). Likewise, the received signal of the destination node D3 223 can be distinguished by the desired signal 3 of the destination node D3 223 and the interference (1), (2).
At this time, each of the destination nodes 221, 222 and 223 removes interference from the received signal by using each of the appropriately designed decoding matrices U [1] , U [2] , U [3] Can be extracted. As a result, the source nodes 211, 212 and 213 use each of the properly designed beamforming matrices V [1] , V [2] , V [3] Each using appropriately designed decoding matrices U [1] , U [2] , and U [3] , respectively, thereby increasing the use efficiency of radio resources and preventing a decrease in throughput due to interference.
For convenience of explanation, the expression of the beamforming matrices V [1] , V [2] , V [3] and decoding matrices U [1] , U [2] , U [3] But their shape may be in the form of a matrix or vector. For example, the beamforming matrices V [1] , V [2] , V [3] and decoding matrices U [1] ] , U [2] , U [3] ) can take the form of either a matrix or a vector.
However, using interference alignment does not always produce good results. Occasionally, using interference alignment may result in large overhead, while not improving the performance of the communication system. More specifically, although the interference signal from the neighboring base station can be eliminated through interference alignment, it is difficult to improve the performance of the communication system because the SNR (Signal to Noise Ratio) of the signal transmitted from the serving base station is low.
Thus, embodiments of the present invention propose linear precoding and decoding that improves the sum-rate at the serving base station as well as the interference ordering to process the interference signal by the neighboring base station. This will be described in detail below.
3 is a diagram illustrating a plurality of transmit / receive pairs including a multi-antenna.
3, there are three transmission / reception pairs, two or more antennas are installed in all the source nodes and destination nodes, the number of antennas installed in each of the destination nodes is M, .
When the received signal vector at the i-th destination node is y [i] , the following equation (1) can be expressed.
here, Is the transmit signal vector at the ith source node, Is the received signal vector at the ith destination node, Is the channel matrix from the j-th source node to the i-th destination node, The Gaussian noise vector at the ith destination node.
At this time, the transmission signal precoded in Equation (1) can be expressed by the following Equation (2).
here, Is a precoding matrix for interference alignment, The size of Lt; Is an information stream vector at the source node, The length of to be. At this time, the signal received at the destination node 1 can be expressed by the following equation (3).
At this time, the destination node 1 can sort the interference signals shown in Equation (3) based on the following Equation (4). That is, the destination node 1 aligns the M interference streams except for the M / 2 information stream in the M signal space in the M / 2 signal space to decode the M / 2 information stream.
Similarly, the destination nodes 2 and 3 align the interference signals at each of the destination nodes 2 and 3 in the same way as in Equations (3) and (4). The interference signal alignment at the destination nodes 2 and 3 can be expressed by the following equation (5).
In this case, Equation 4 and Equation 5 can be expressed by Equation 6 below to more easily obtain the precoding matrix.
here, The Lt; RTI ID = 0.0 > ≪ / RTI >
At this time, the precoding matrix at the destination node 1 , The precoding matrices v [2] and v [3] in each of the target nodes 2 and 3 can be expressed by the following Equation (7), respectively.
here, , .
At this time, if QR-decomposition is applied to each of the precoding matrices v [1] , v [2], and v [3] generated by Equation 7 based on an orthonormal basis, The matrix can be expressed by the following equation (8) and will be described in more detail with reference to FIG.
here, Is a unitary matrix, Represents an upper triangular matrix.
In this case, assuming that a precoding matrix is generated to transmit an information stream from the source node 1 to the destination node 1, the source node 1 calculates a spatial basis matrix and a transmission rate (sum -rate). < / RTI >
Here, Q [i] represents a spatial basis matrix for arranging interference signals in an interference signal space at an i-th destination node, and W [i] represents a matrix for increasing a transmission rate to an i-th destination node.
At this time, the effective channel at the destination node 1 can be expressed by the following equation (10).
Then, the source node 1 generates a matrix corresponding to the interference signal space (SVD) to generate a matrix for eliminating interference signals received from nodes 1 and 2 as shown in Equations (11) and (12) below.
here, Is composed of left singular vectors with a singular value of zero.
That is, at the destination node 1 Decodes the data stream transmitted from the source nodes 1 to 3, it becomes possible to remove the interference signals received from the source nodes 2 and 3. At this time, in the destination node 1, a zero-forcing filter may be used to remove interference signals. In this case, Becomes a zero-forcing filter.
Then, the source node 1 generates an optimum W [i] that increases the transmission rate to the destination node by performing an anomaly decomposition again on the matrix corresponding to the information signal space in the effective channel from which the interference is removed through the singular value decomposition , Which can be expressed by the following equations (13) and (14).
here, Is a diagonal matrix for distributing transmission power for each information stream. At this time, assuming that the power of the information streams transmitted to the destination node 1 is the same, Is 1, the matrix for increasing the data rate to the destination node 1 is .
In this case, "Generalized Linear Precoder and Decoder Design for MIMO channels using the Weighted MMSE Criterion ", IEEE Trans. Comm. 49 (12). Dec. 2001 (hereinafter referred to as "Sampath") describes a process of obtaining each element constituting the diagonal matrix through a water filling technique.
Source node 1 is the matrix generated by the first and second singular value decomposition ( , ) As a product of the decoding matrix ( ).
In other words, Is a decoding matrix for increasing the data rate to the destination node 1, Is a spatial basis decoding matrix for aligning the interference signals at the destination node 1 in the interference signal space, To remove interference signals.
4 is a block diagram illustrating a precoding apparatus including a plurality of transmit / receive pairs according to an embodiment of the present invention.
4, a precoding apparatus 400 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a collecting unit 410, an interference recognizing unit 430, a precoding unit 450, and a decoding matrix generating unit 470 .
The collecting unit 410 collects information on channels between a plurality of transmission / reception pairs.
Specifically, the collecting unit 410 obtains channel information fed back from a plurality of terminal apparatuses belonging to a user group corresponding to the precoding apparatus 400, and information on all channels from neighboring base stations.
At this time, the collecting unit 410 may obtain information on the corresponding channel from each of the base stations. The channel information between the precoding apparatus 400 and the target terminal 600 as well as the channel information between the plurality of neighboring base stations and the target terminal 600 are transmitted from the feedback unit 610 of the target terminal to the collecting unit 410 Can be fed back.
Then, the interference recognizer 430 recognizes the interference channel information from the plurality of neighboring base stations to the target terminal based on the channel information collected by the collecting unit 410.
The precoding unit 450 generates a precoding matrix using the interference channel information and the channel information fed back from the target terminal. Here, the precoding matrix is made up of a space base matrix Q [i] for aligning interference signals in an interference signal space in a target terminal and a matrix W [i] for increasing a transmission rate to a target terminal.
Specifically, the precoding unit 450 generates a spatial basis matrix Q [i] as shown in Equation (9) through QR-decomposition and outputs the spatial basis matrix Q [i] to the target terminal (W [i] ) which increases the transmission rate of the data.
At this time, a decoding matrix for eliminating interference signals at the target terminal through the first singular value decomposition And a decoding matrix for increasing the data rate to the target terminal through the second singular value decomposition Is generated.
The decoding matrix generator 470 generates a decoding matrix for eliminating the interference signals in the target terminal generated through the singular value decomposition in the precoding generator 450. [ And a decoding matrix for increasing the transmission rate to the target terminal Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI >
In the interference eliminator 630 of the target terminal 600, the data stream transmitted in the beamforming from the precoding apparatus 400 is transmitted to the decoding matrix ) To remove the interference signals.
5 is a flowchart illustrating a linear precoding method according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 5, the source nodes 510 and 520 transmit a reference signal (RS) to the destination nodes 530 and 540, respectively (S510).
Then, the destination nodes 530 and 540 receiving the reference signal estimate the channel with the source node (S530).
Specifically, the destination node 1 530 and the destination node 2 540 estimate a channel with the source node 1 through the received reference signal RS 1 and estimate a channel with the source node 2 through the received reference signal RS 2 do.
Then, the destination nodes 530 and 540 feed back the channel information generated through the channel estimation to the source node to which they belong, respectively (S550).
At this time, the source nodes can exchange channel information with neighboring source nodes, respectively (S570), and collect channel information between the neighboring source nodes and destination nodes belonging to the user group corresponding to the neighboring source nodes.
Next, the source nodes 530 and 540 generate precoding matrices using the collected channel information, respectively (S590). Here, the precoding matrix is generated by Equations (9) and (14), and the precoding matrix includes a spatial basis matrix Q [i] for aligning the interference signals in the object terminal in the interference signal space and a transmission rate (W [i] ).
In addition, the precoding apparatus described above can generate a precoding matrix so as to obtain multi-stream transmission gain to a target terminal. That is, the precoding unit 450 precodes the precoding matrix V [i] consisting of the spatial basis matrix Q [i] and the matrix W [i] that increases the transmission rate by extending the collected channel information on the time axis. Can be generated.
Specifically, the channel in Equation (1) may be expressed as Equation (15) below, and the precoding generator (450) may multiply the channel generated by Equation (15) A space-time precoding matrix capable of obtaining a stream transmission gain can be generated.
,
Here, the channel H extended in the time axis by t time is composed of a block diagonal matrix.
Although the source node 1 has been described as a serving base station and the destination node 1 has been described as a target terminal in the above description, it is only an embodiment, and any one of a plurality of source nodes can be a serving base station, One of the nodes may be the target terminal.
In addition, although the precoding matrix V [i] composed of the spatial basis matrix Q [i] and the matrix W [i] that increases the transmission rate has been described as being generated in the serving base station, And the precoding matrix may be generated in a RNC (Remote Network Controller) as well as in a serving BS and a plurality of neighbor BSs.
Further, a communication apparatus, a terminal apparatus, and an interference alignment method thereof according to embodiments of the present invention include a computer-readable medium including program instructions for performing various computer-implemented operations. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The media may be program instructions that are specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.
Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
