KR101585422B1

KR101585422B1 - 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101585422B1
Application number: KR1020110009290A
Authority: KR
Inventors: 고은석; 이충용; 김명석; 윤미선; 김영수; 문준
Original assignee: 삼성전자주식회사; 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2016-01-25
Also published as: US9030952B2; US20120195219A1; KR20120088149A

Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 데이터 프리코딩을 위한 기지국의 동작 방법은, 기지국과 기지국이 서비스 하는 단말 간 채널 크기 정보를 나타내는 CQI 파라미터를 결정하는 과정과, 백홀을 통해 중앙처리장치로 상기 결정된 기지국과 단말 간 CQI 파라미터를 전송하는 과정과, 상기 중앙처리장치로부터, 각 셀로부터의 CQI 파라미터를 이용하여 결정된 가중치 요소를 수신하는 과정과, 상기 가중치 요소를 기반으로 프리코딩 벡터를 결정하는 과정을 포함하며, 여기서, 상기 가중치 요소는 상기 기지국이 간섭을 미치게 될 셀 간 환경의 상대적인 비를 나타내는 것을 특징으로 한다.

Description

무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩 장치 및 방법{METHODS AND APPARATUS FOR PRECODING WITH LIMITED COORDINATION BETWEEN CELLS IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것이며, 특히 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩 장치 및 방법에 관한 것이다.

다중 셀 환경에서 셀 경계에 위치한 단말(UE: User Equipment)은 자신의 셀로부터 전송되는 신호뿐만 아니라 인접 셀로부터 전송되는 신호까지 동시에 수신하게 된다. 인접 셀로부터 전송되는 신호는 단말에게 간섭으로 작용하여 단말의 성능을 저해하는 요인이 된다.

따라서, 이와 같은 간섭을 효율적으로 제어하기 위한 여러가지 프리코딩 기법이 연구되고 있으며, 대표적인 프리코딩 기법이 MRT(Maximum Ratio Transmission), IMT(Interference Minimizing Transmission), SLNR(Signal-to-Leakage-plus-Noise-Ratio) 최대화 기법이다.

상기 MRT 기법은 각 셀에서 신호를 송신할 때 자신이 지원하는 단말의 채널에 따라 빔을 형성하여 신호를 송신하는 기법이다. 상기 MRT 기법은 다른 셀에게 미칠 간섭을 고려하지 않는 대신, 각 셀이 지원하는 단말의 수신 SNR(Signal-to-Noise Ratio)을 최대화한다. 하지만, 상기 MRT 기법의 경우, 각 셀이 다른 셀의 통신 환경을 고려하지 않고 자신이 지원하는 단말과의 관계만을 고려하여 신호를 송신하기 때문에, 환경이 좋지 않은 다른 셀에 위치한 단말의 경우 주변 셀로부터의 간섭을 제어할 수 없어 성능이 저하되는 문제점이 있다.

상기 IMT 기법은 각 셀에서 다른 셀에게 미칠 모든 간섭을 최소화하여 신호를 송신하는 기법이다. 상기 IMT 기법에서, 각 셀은 자신이 지원하는 모든 단말과의 채널 정보를 수집하여 총 간섭채널행렬(Aggregate Interfered Channel Matrix)를 생성하고, 특이값분해를 통해 최소의 특이값에 해당하는 특이벡터를 프리코딩 벡터로 사용함으로써 다른 단말에게 미칠 간섭을 최소화한다. 이와 같이, 상기 IMT 기법의 경우, 각 셀에서의 원활한 송수신 보다는 다른 셀에 미치는 간섭을 제어하는 것이 목적이기 때문에, 환경이 좋지 않은 다른 셀에 위치한 단말의 경우 주변 셀로부터의 간섭이 줄어들어 성능이 향상될 수 있다. 하지만, 환경이 좋은 셀에 위치한 단말의 경우, 간섭을 줄이기 위한 프리코딩 벡터의 설정으로 인해, 더 많은 데이터를 수신할 수 있음에도 불구하고 많은 데이터를 수신할 수 없어 성능이 저하되는 문제점이 있다.

상기 SLNR 최대화 기법은 MRT 기법과 IMT 기법의 특징을 결합한 기법으로, 각 셀에서 신호를 송신할 때 자신이 지원하는 단말의 채널에 따라 빔을 형성하면서도 다른 셀에게 미칠 모든 간섭을 최소화하여 신호를 송신하는 기법이다. 여기서, SLNR은 송신하고자 하는 신호의 크기와, 상기 신호가 다른 셀에게 미치게 되는 간섭(leakage)의 크기 및 잡음(noise)의 크기의 합의 비율이다. 즉, 상기 SLNR 최대화 기법은 SLNR을 최대화하여 송신하고자 하는 신호의 품질과 다른 셀 내 단말의 성능을 보장해줄 수 있다. 하지만, 상기 SLNR 최대화 기법은 각 셀이 다른 셀에게 미치게 될 간섭의 채널만을 고려하여 프리코딩 벡터를 설정하기 때문에 다른 셀들의 실질적인 통신 환경을 반영하지 못하는 문제점이 있다. 예를 들어, 3개의 셀이 존재하고 기지국(BS: Base Station)1은 UE1에게, BS2는 UE2에게, BS3은 UE3에게 신호를 각각 전송하는 환경에서, BS1과 UE2 사이의 채널과 UE3 사이의 채널은 동일한 상태이며 BS3의 통신 환경은 BS2에 비해 좋지 않은 상태인 경우를 가정하여 보자. 위와 같은 환경에서 BS1은 UE2에게 큰 간섭을 주게 되므로 UE3보다 UE2를 더 고려한 프리코딩 벡터를 설정하게 된다. 그러나, BS2는 통신 환경이 좋기 때문에 간섭의 영향을 많이 받지 않지만, BS3은 통신 환경이 나쁘기 때문에 작은 간섭에도 크게 영향을 받게 된다. 따라서 BS1에서 설정한 프리코딩 벡터는 다른 셀에게 미칠 간섭을 효율적으로 제어하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 상기 SLNR 최대화 기법은 두 개의 셀이 존재하는 환경을 기반으로 제안된 기법이기 때문에 그 이상의 개수의 셀이 존재하는 환경에서는 비효율적인 간섭 제어를 하게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통해 각 셀의 통신 환경의 품질을 나타내는 정보(특히, 채널 크기 정보)를 공유하고 이를 기반으로 프리코딩 벡터를 결정하기 위한 셀별 가중치 요소를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선통신 시스템에서 통신 환경이 좋은 단말과 통신 환경이 좋지 않은 단말에게 미치는 간섭을 조절하여 통신 환경이 좋지 않은 단말의 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 데이터 프리코딩을 위한 기지국의 동작 방법은, 기지국과 기지국이 서비스하는 단말 간 채널 크기 정보를 나타내는 CQI 파라미터를 결정하는 과정과, 백홀을 통해 중앙처리장치로 상기 결정된 기지국과 단말 간 CQI 파라미터를 전송하는 과정과, 상기 중앙처리장치로부터, 각 셀로부터의 CQI 파라미터를 이용하여 결정된 가중치 요소를 수신하는 과정과, 상기 가중치 요소를 기반으로 프리코딩 벡터를 결정하는 과정을 포함하며, 여기서, 상기 가중치 요소는 상기 기지국이 간섭을 미치게 될 셀 간 환경의 상대적인 비를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 데이터 프리코딩을 위한 중앙처리장치의 동작 방법은, 백홀을 통해 각 셀로부터 CQI 파라미터를 수신하는 과정과, 상기 수신된 셀별 CQI 파라미터를 이용하여 셀별 가중치 요소를 결정하는 과정과, 상기 결정된 셀별 가중치 요소를 백홀을 통해 해당 셀로 전송하는 과정을 포함하며, 여기서, 상기 가중치 요소는 각 셀이 간섭을 미치게 될 셀 간 환경의 상대적인 비를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 데이터 프리코딩을 위한 기지국의 장치는, 기지국과 기지국이 서비스하는 단말 간 채널 크기 정보를 나타내는 CQI 파라미터를 결정하는 CQI 파라미터 결정부와, 백홀을 통해 중앙처리장치로 상기 결정된 기지국과 단말 간 CQI 파라미터를 전송하고, 상기 중앙처리장치로부터, 각 셀로부터의 CQI 파라미터를 이용하여 결정된 가중치 요소를 수신하는 백홀 통신부와, 상기 가중치 요소를 기반으로 프리코딩 벡터를 결정하는 프리코딩 벡터 결정부를 포함하며, 여기서, 상기 가중치 요소는 상기 기지국이 간섭을 미치게 될 셀 간 환경의 상대적인 비를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 4 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 데이터 프리코딩을 위한 중앙처리장치의 장치는, 백홀을 통해 각 셀로부터 CQI 파라미터를 수신하고, 상기 결정된 셀별 가중치 요소를 백홀을 통해 해당 셀로 전송하는 백홀 통신부와, 상기 수신된 셀별 CQI 파라미터를 이용하여 셀별 가중치 요소를 결정하는 가중치 요소 결정부를 포함하며, 여기서, 상기 가중치 요소는 각 셀이 간섭을 미치게 될 셀 간 환경의 상대적인 비를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통해 각 셀의 통신 환경의 품질을 나타내는 정보(특히, 채널 크기 정보)를 공유하고 이를 기반으로 프리코딩 벡터를 결정하기 위한 셀별 가중치 요소를 결정함으로써, 통신 환경이 좋은 단말과 통신 환경이 좋지 않은 단말에게 미치는 간섭을 조절하여 통신 환경이 좋지 않은 단말의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 백홀을 통해 각 셀에 대한 최소한의 정보를 공유하기 때문에 백홀의 지연 및 과부하 문제가 발생하지 않으며, 각 셀에 대한 최소한의 정보를 기반으로 가중치 요소를 결정하고 이를 기반으로 프리코딩 벡터를 결정하기 때문에, 가중치 요소 및 프리코딩 벡터를 결정함에 있어 복잡도가 낮으며 소요 시간이 적은 이점이 있다.

도 1은 본 발명에서 고려하는 무선통신 시스템 환경을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩을 위한 기지국의 동작 방법을 도시한 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩을 위한 중앙처리장치의 동작 방법을 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩을 위한 기지국의 장치 구성을 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩을 위한 중앙처리장치의 장치 구성을 도시한 블럭도, 및
도 6은 본 발명과 종래 기술 간 성능을 비교 도시한 그래프.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 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. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명은 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩을 위한 방안에 대해 설명하기로 한다. 특히, 다중 셀 환경에서 셀 간 제한적 협력을 통해 각 셀의 통신 환경의 품질을 나타내는 정보(특히, 채널 크기 정보)를 공유하고 이를 기반으로 프리코딩 벡터를 결정하기 위한 셀별 가중치 요소(weight factor)를 결정하기 위한 방안에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에서 고려하는 다중 셀 환경을 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 다중 셀 환경에서 셀 간 간섭이 발생하는 경우는 여러 셀이 인접해 있는 경우이다. 예를 들어 3개의 인접한 셀이 존재하고 기지국(BS: Base Station)1(101)은 단말(UE: User Equipment)1(101-1)에게, BS2(102)는 UE2(102-1)에게, BS3(103)은 UE3(103-1)에게 신호를 각각 전송하는 경우, BS1(101)가 UE1(101-1)에게 전송하는 신호는 UE2(102-1)와 UE3(103-1)에게 간섭으로 작용하고, BS2(102)가 UE2(102-1)에게 전송하는 신호는 UE1(101-1)과 UE3(103-1)에게 간섭으로 작용하며, BS3(103)이 UE3(103-1)에게 전송하는 신호는 UE1(101-1)과 UE2(102-1)에게 간섭으로 작용하게 된다.

이와 같은 다중 셀 환경에서 발생하는 셀 간 간섭을 효율적으로 제어하기 위해, 본 발명에서는 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩 방안을 제안한다. 이와 같은 셀 간 제한적 협력을 위해 본 발명에서는 백홀과 중앙처리장치(Central Unit)(100)가 사용된다. 즉, 각 셀은 자신의 통신 환경의 품질을 나타내는 정보(특히, 채널 크기 정보)를 백홀을 통해 중앙처리장치(100)에게 전송하고, 상기 중앙처리장치(100)는 이를 기반으로 프리코딩 벡터를 결정하기 위한 셀별 가중치 요소를 결정하여 상기 백홀을 통해 각 셀에게 전송한다. 여기서, 상기 가중치 요소는, 각 BS가 간섭을 미치게 될 셀 간 환경의 상대적인 비를 나타낸다. 이와 같은 프리코딩 방법을 통해, 통신 환경이 좋은 단말과 통신 환경이 좋지 않은 단말에게 미치는 간섭을 조절하여 통신 환경이 좋지 않은 단말의 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 TDD(Time Division Duplex)를 기반으로 다중 셀간 협력이 가능한 무선통신 시스템에 적용되는 것을 가정한다. 이에 따라 각 기지국은, TDD의 채널 가역성(channel reciprocity)의 특성을 기반으로, 단말로부터의 피드백 정보 없이도, 모든 단말과 기지국 자신과의 채널 상태를 알 수 있다고 가정한다.

한편, L개의 셀이 존재하는 환경에서 BS i가 자신이 지원하는 UE i에게 데이터를 전송하는 경우, 이는 다른 UE에게 간섭으로 작용하게 된다. 각 BS는

개의 안테나를 가지고 있으며, 각 UE는 1개의 안테나를 가지고 있다고 정의한다. 이 경우, UE i가 수신하는 신호

는 하기 <수학식 1>과 같이 정의된다.

여기서,

는 BS i가 UE i에게 전송하는

신호 벡터를 나타내고,

는 BS i가 사용하는 파워를 나타낸다.

는 BS i와 UE i 사이의 채널을 나타내는

의 벡터로서, 상기 벡터의 각 성분은 서로 독립적이고 평균이 0이며 분산이 1인 정규분포를 따른다. 또한,

는 BS j가 UE j에게 전송하는

신호 벡터를 나타내고,

는 BS j가 사용하는 파워를 나타낸다.

는 BS j와 UE i 사이의 채널을 나타내는 의 벡터로서, 상기 벡터의 각 성분은 서로 독립적이고 평균이 0이며 분산이 1인 정규분포를 따른다.

는 잡음을 나타내는 벡터로서, 상기 벡터의 각 성분은 서로 독립적이고 분산이

인 정규분포를 따른다. 즉,

는 다른 셀로부터 수신되는 간섭을 의미한다.

여기서, 송신 신호

는, 송신 심볼

에 대하여

의 프리코딩 벡터

를 적용하여 프리코딩을 수행한 것으로, 하기 <수학식 2>와 같이 표현된다.

또한, 상기 프리코딩 벡터

를 적용하였을 때, UE i의 SINR(Signal-to-Interference-plus-Noise-Ratio)은 하기 <수학식 3>과 같이 표현된다.

여기서, 이미 언급한 바와 같이, 본 발명에서 사용하는 시스템은 TDD(Time Division Duplex)를 기반으로 다중 셀간 협력이 가능한 무선통신 시스템이므로, 각 기지국은, TDD의 채널 가역성(channel reciprocity)의 특성을 기반으로, 모든 단말과 기지국 자신과의 채널 상태를 알 수 있다. 따라서, UE 입장에서의 SINR과 같이 BS 입장에서의 SLNR을 정의할 수 있다. 즉, BS i가 자신이 지원하는 UE i에게 전송하는 신호의 크기와, BS i가 UE i에게 전송하는 신호가 다른 셀에 위치하는 UE j에게 미치는 간섭(leakage)의 크기 및 잡음(noise)의 크기를 이용하여, BS i의 SLNR을 하기 <수학식 4>와 같이 정의할 수 있다.

한편, 본 발명은 다른 셀에게 미치는 간섭을 줄이고 각 BS가 전달하고자 하는 신호가 잘 전달될 수 있는 프리코딩 벡터를 제안하는 것이 목적이다. 또한 프리코딩 벡터를 결정할 때, 통신 환경이 좋은 단말과 통신 환경이 좋지 않은 단말에게 미치는 간섭을 조절할 수 있는 가중치 요소를 반영하기 때문에 통신 환경이 좋지 않은 단말의 성능 향상을 기대할 수 있다.

BS에서 결정하게 되는 프리코딩 벡터는, 기존의 SLNR 최대화 기법과 달리, 가중치 요소가 적용된 SLNR을 기반으로 결정된다. 각 BS는 자신이 지원하는 모든 UE들로부터 전송되는 참조 신호(reference signal)를 기반으로 BS와 UE 간 채널을 측정한다. 이후, 각 BS는 BS와 UE 간 채널 상태를 나타내는 CQI(Channel Quality Indicator) 파라미터, 예를 들어 채널크기를 하기 <수학식 5>와 같이 정의하여 백홀을 통해 중앙처리장치로 전송한다.

이와 같이, 본 발명은 채널의 성분까지 모두 공유하지 않고 채널의 크기라는 최소한의 정보만을 공유함으로써, 정보 공유량을 줄일 수 있다.

중앙처리장치는 백홀을 통해 각 BS들로부터 전송된 각 셀의 CQI 파라미터를 이용하여 각 BS에서 사용할 가중치 요소

를 결정하고, 백홀을 통해 상기 결정된 가중치 요소를 각 BS로 전송한다. 여기서, 상기 가중치 요소는 각 BS가 간섭을 미치게 될 셀 간 환경의 상대적인 비를 나타낸다. 각 BS는 상기 가중치 요소를 기반으로 가중치가 적용된 SLNR을 결정하며, 여기서 가중치가 적용된 SLNR은 하기 <수학식 6>과 같이 정의할 수 있다.

이와 같이, 가중치가 적용된 SLNR을 사용함으로써 각 BS는 인접 셀의 통신 환경을 고려하여 자신이 미치게 될 간섭의 크기를 조절하는 프리코딩 벡터를 결정할 수 있다.

여기서, 셀별 CQI 파라미터를 기반으로 중앙처리장치에서 결정되는 각 BS의 가중치 요소는 하기 <수학식 7>과 같이 결정할 수 있다.

여기서, H는

의 조화평균을 의미한다. 상기 조화평균은, 가중치가 너무 크게 적용될 경우 간섭이 크고 전송하고자 하는 신호의 크기가 작아지게 되기 때문에, 하기 <수학식 8>과 같은 제한을 만족시키도록 설정하기 위해 적용된다.

즉,

는 BS i 입장에서 봤을 때, 다른 셀들의 채널 크기에 비해 BS j와 UE j 간 채널 크기가 얼만큼의 비율을 차지하고 있는가를 의미한다. 따라서 다른 셀들에 비해 좋은 채널을 가지고 있다면 가중치가 작게 설정될 것이고, 다른 셀들에 비해 나쁜 채널을 가지고 있다면 가중치가 크게 설정될 것이다. 가중치가 크게 설정되는 경우, BS가 셀에게 실제 미치게 되는 간섭보다 더 큰 간섭을 미치는 것처럼 가중치가 부여되어 프리코딩 벡터를 설정할 때 해당 셀에는 간섭이 많이 가지 않도록 설정하게 된다. 위와 같이 가중치가 적용된 SLNR을 사용하게 되면 간섭이 유용하게 조절되기 때문에 통신 환경이 좋지 않은 UE의 성능을 보장할 수 있다.

이후 각 BS는, 하기 <수학식 9>와 같이, 상기 가중치가 적용된 SLNR을 최대화하는 프리코딩 벡터를 선택함으로써 프리코딩 벡터를 결정한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩을 위한 기지국의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.

상기 도 2를 참조하면, 기지국은 201단계에서 자신이 속한 네트워크 안의 모든 단말들로부터 전송되는 참조 신호를 기반으로 기지국과 단말 간 채널을 측정한다.

이후, 상기 기지국은 203단계에서 상기 측정을 통해 획득된 기지국과 단말 간 채널 정보를 기반으로 기지국과 기지국이 서비스하는 단말 간 채널 상태를 나타내는 CQI 파라미터, 예를 들어 채널 크기를 결정한다. 여기서, 상기 채널 크기는 상기 <수학식 5>와 같이 결정할 수 있다.

이후, 상기 기지국은 205단계에서 백홀을 통해 중앙처리장치로 상기 결정된 기지국과 기지국이 서비스하는 단말 간 CQI 파라미터를 전송한다.

이후, 상기 기지국은 207단계에서 백홀을 통해 상기 중앙처리장치로부터 가중치 요소가 수신되는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 가중치 요소는 상기 기지국이 간섭을 미치게 될 셀 간 환경의 상대적인 비를 나타내며, 백홀을 통해 각 기지국들로부터 중앙처리장치로 전송된 CQI 파라미터를 이용하여 상기 중앙처리장치에 의해 결정된다. 상기 가중치 요소는 상기 <수학식 7>을 이용하여 결정될 수 있다.

상기 207단계에서, 상기 중앙처리장치로부터 백홀을 통해 가중치 요소가 수신됨이 판단될 시, 상기 기지국은 209단계에서, 상기 <수학식 9>와 같이, 상기 수신된 가중치 요소가 적용된 SLNR을 최대화하는 프리코딩 벡터를 결정한다.

이후, 상기 기지국은 211단계에서 상기 결정된 프리코딩 벡터를 이용하여 스케줄링된 단말들의 데이터를 프리코딩하고, 해당 단말들로 프리코딩 데이터를 전송한다.

이후, 상기 기지국은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩을 위한 중앙처리장치의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.

상기 도 3을 참조하면, 중앙처리장치는 301단계에서 백홀을 통해 자신이 관리하는 모든 기지국들로부터 기지국과 기지국이 서비스하는 단말 간 채널 상태를 나타내는 CQI 파라미터, 예를 들어 채널 크기가 수신되는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 채널 크기는 각 기지국들에 의해, 상기 <수학식 5>와 같이, 결정될 수 있다.

상기 301단계에서, 백홀을 통해 자신이 관리하는 모든 기지국들로부터 기지국과 기지국이 서비스하는 단말 간 CQI 파라미터가 수신됨이 판단될 시, 상기 중앙처리장치는 303단계에서 각 기지국별 CQI 파라미터를 기반으로 기지국별 가중치 요소를 결정한다. 여기서, 상기 가중치 요소는 하나의 기지국이 간섭을 미치게 될 셀 간 환경의 상대적인 비를 나타내며, 상기 <수학식 7>을 이용하여 결정할 수 있다.

이후, 상기 중앙처리장치는 305단계에서 백홀을 통해 각 기지국으로 해당 기지국에 대해 결정된 가중치 요소를 전송한다.

이후, 상기 중앙처리장치는 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩을 위한 기지국의 장치 구성을 도시한 블럭도이다.

도시된 바와 같이, 기지국은, 송수신부(400), 채널 측정부(402), CQI 파라미터 결정부(404), 백홀 통신부(406), 프리코딩 벡터 결정부(408), 프리코더(410)를 포함하여 구성된다.

상기 도 4를 참조하면, 상기 송수신부(400)는 기지국이 서비스하는 셀 내 모든 단말들과 신호를 송수신한다.

상기 채널 측정부(402)는 기지국이 속한 네트워크 안의 모든 단말들로부터 전송되는 참조 신호를 기반으로 기지국과 단말 간 채널을 측정한다.

상기 CQI 파라미터 결정부(404)는 상기 측정을 통해 획득된 기지국과 단말 간 채널 정보를 기반으로 기지국과 기지국이 서비스하는 단말 간 채널 상태를 나타내는 CQI 파라미터, 예를 들어 채널 크기를 결정한다. 여기서, 상기 채널 크기는 상기 <수학식 5>와 같이 결정할 수 있다.

상기 백홀 통신부(406)는 백홀을 통해 중앙처리장치와 신호를 송수신한다. 특히, 상기 백홀 통신부(406)는 백홀을 통해 중앙처리장치로 상기 결정된 기지국과 기지국이 서비스하는 단말 간 CQI 파라미터를 전송하고, 백홀을 통해 상기 중앙처리장치로부터 가중치 요소를 수신한다. 여기서, 상기 가중치 요소는 상기 기지국이 간섭을 미치게 될 셀 간 환경의 상대적인 비를 나타내며, 상기 <수학식 7>을 이용하여 상기 중앙처리장치에 의해 결정될 수 있다.

상기 프리코딩 벡터 결정부(408)는, 상기 <수학식 9>와 같이, 상기 수신된 가중치 요소가 적용된 SLNR을 최대화하는 프리코딩 벡터를 결정한다.

상기 프리코더(410)는 상기 결정된 프리코딩 벡터를 이용하여 스케줄링된 단말들의 데이터를 프리코딩한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 셀 간 제한적 협력을 통한 프리코딩을 위한 중앙처리장치의 장치 구성을 도시한 블럭도이다.

도시된 바와 같이, 중앙처리장치는, 백홀 통신부(400), 가중치 요소 결정부(502)를 포함하여 구성된다.

상기 도 5를 참조하면, 상기 백홀 통신부(400)는 백홀을 통해 자신이 관리하는 모든 기지국들과 신호를 송수신한다. 특히, 상기 백홀 통신부(400)는 백홀을 통해 자신이 관리하는 모든 기지국들로부터 기지국과 기지국이 서비스하는 단말 간 채널 상태를 나타내는 CQI 파라미터, 예를 들어 채널 크기를 수신하고, 백홀을 통해 각 기지국으로 해당 기지국에 대해 결정된 가중치 요소를 전송한다.

상기 가중치 요소 결정부(502)는 각 기지국별 CQI 파라미터를 기반으로 기지국별 가중치 요소를 결정한다. 여기서, 상기 가중치 요소는 하나의 기지국이 간섭을 미치게 될 셀 간 환경의 상대적인 비를 나타내며, 상기 <수학식 7>을 이용하여 결정할 수 있다.

도 6은 본 발명과 종래 기술 간 각 BS가 사용하는 송신전력 대비 5% 에지(edge) UE의 평균 데이터 전송률(data rate) 성능을 비교 도시한 그래프이다.

상기 도 6을 참조하면, 먼저 비교 실험 환경은 아래와 같다. 19개의 셀이 존재하며 TDD를 기반으로 하는 시스템 환경에서, 각 BS는 1명의 UE를 지원하고 3개의 안테나를 가지며, UE는 1개의 안테나를 가진다. 또한 3GPP LTE의 SCM 채널 환경을 사용하고, 각 셀의 반경을 500m로 설정한다. 이와 같은 환경에서, 본 발명에서 제안하는 방법은 기존 SLNR 최대화 기법에 비해, 각 BS가 사용하는 송신전력 대비 5% 에지(edge) UE의 평균 데이터 전송률(data rate) 성능이 2배정도 상승하였음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에서 제안하는 가중치 요소를 통해 통신 환경이 좋지 않은 단말의 성능이 향상되었음을 확인할 수 있다.

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

송수신부 400, 채널 측정부 402, CQI 파라미터 결정부 404, 백홀 통신부 406, 프리코딩 벡터 결정부 408, 프리코더 410

Claims

무선통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서,
상기 기지국과 단말 간 채널 크기 정보를 나타내는 CQI(channel quality indicator) 파라미터(parameter)를 결정하는 과정과,
백홀(backhaul)을 통해 중앙처리장치(central unit)로 상기 CQI 파라미터를 전송하는 과정과,
상기 중앙처리장치로부터 상기 CQI 파라미터를 포함하는, 다수의 기지국들로부터 수신하는 CQI 파라미터들을 이용하여 결정된 가중치 요소를 수신하는 과정과,
상기 가중치 요소에 기초하여 프리코딩 벡터(precoding vector)를 결정하는 과정을 포함하고,
상기 가중치 요소는, 상기 기지국과 상기 단말 간의 채널 크기와 다른 기지국과 다른 단말 간의 채널 크기의 상대적인 비를 나타내는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기지국의 셀에 위치하는 모든 단말들로부터 전송되는 참조 신호(reference signal)를 기초하여 상기 기지국과 상기 단말 간 채널을 측정하는 과정을 더 포함하고,
상기 CQI 파라미터는, 하기 수학식을 이용하여 결정하고,

상기
는, 기지국 i와 단말 i 사이의 채널을 나타내는 벡터이고,
상기 L은, 전체 기지국들의 개수를 나타내는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 가중치 요소는, 하기 수학식을 이용하여 결정되고,

상기
는, 기지국 i 입장에서 봤을 때, 다른 셀들의 채널 크기에 비해 기지국 j와 단말 j 간 채널 크기가 얼만큼의 비율을 차지하고 있는가를 나타내고,
상기
는, 상기 기지국 j와 상기 단말 j 사이의 채널을 나타내는 벡터이고,
상기 L은, 전체 셀의 개수를 나타내고,
상기 H는,
의 평균을 나타내는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 프리코딩 벡터는, 하기 수학식과 같이, 상기 가중치 요소가 적용된 SLNR을 최대화하는 프리코딩 벡터를 선택함으로써 결정하고,

상기
, 기지국 i가 사용하는 프리코딩 벡터를 나타내고,
상기
는, 상기 기지국 i가 사용하는 파워를 나타내고,
상기
는, 상기 기지국 i와 단말 i 사이의 채널을 나타내고,
상기
는, 기지국 j와 단말 i 사이의 채널을 나타내고,
상기
는, 잡음 분산을 나타내고,
상기
는, 상기 기지국 i 입장에서 봤을 때, 다른 셀들의 채널 크기에 비해 상기 기지국 j와 단말 j 간 채널 크기가 얼만큼의 비율을 차지하고 있는가를 나타내고,
상기 L은, 전체 기지국들의 개수를 나타내는 방법.
무선통신 시스템에서 중앙처리장치(central unit)의 동작 방법에 있어서,
백홀(backhaul)을 통해 다수의 기지국들로부터 CQI(channel quality indicator) 파라미터(parameter)들을 수신하는 과정과,
상기 CQI 파라미터들을 이용하여 상기 다수의 기지국들 중 하나의 기지국을 위한 가중치 요소를 결정하는 과정과,
상기 가중치 요소를 상기 백홀을 통해 상기 기지국으로 전송하는 과정을 포함하고,
상기 가중치 요소는, 상기 기지국과 단말 간의 채널 크기와 다른 기지국과 다른 단말 간의 채널 크기의 상대적인 비를 나타내는 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 CQI 파라미터는, 하기 수학식을 이용하여 기지국에 의해 결정되고,

상기
는, 기지국 i와 단말 i 사이의 채널을 나타내는 벡터이고,
상기 L은 전체 기지국들의 개수를 의미하는 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 가중치 요소는, 하기 수학식을 이용하여 결정하고,

상기
는, 기지국 i 입장에서 봤을 때, 다른 셀들의 채널 크기와 비교하여 기지국 j와 단말 j 간 채널 크기가 얼만큼의 비율을 차지하고 있는가를 나타내고,
상기
는, 상기 기지국 j와 상기 단말 j 사이의 채널을 나타내는 벡터이고,
상기 L은, 전체 기지국들의 개수를 나타내고,
상기 H는,
의 평균을 나타내는 방법.
무선통신 시스템에서 기지국 장치에 있어서,
기지국과 단말 간 채널 크기 정보를 나타내는 CQI(channel quality indicator) 파라미터(parameter)를 결정하고, 상기 CQI 파라미터를 포함하는, 다수의 기지국들로부터 CQI 파라미터들을 이용하여 가중치 요소를 결정하고, 상기 가중치 요소에 기초하여 프리코딩(precoding) 벡터(vector)를 결정하는 결정부와,
백홀(backhaul)을 통해 중앙처리장치(central unit)로 상기 CQI 파라미터를 전송하고, 상기 중앙처리장치로부터 상기 가중치 요소를 수신하는 백홀 통신부와,
상기 프리코팅 벡터를 이용하여 상기 단말의 데이터를 프리코딩하는 프리코터(precoder)와,
상기 데이터를 전송하는 송신부를 포함하고,
상기 가중치 요소는, 상기 기지국과 상기 단말 간의 채널 크기와 다른 기지국과 다른 단말 간의 채널 크기의 상대적인 비를 나타내는 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 기지국의 셀에 위치하는 모든 단말들로부터 전송되는 참조 신호(reference signal)에 기초하여 상기 기지국과 상기 단말 간 채널을 측정하는 채널 측정부를 더 포함하고,
상기 CQI 파라미터는, 하기 수학식을 이용하여 결정하고,

상기
는, 기지국 i와 단말 i 사이의 채널을 나타내는 벡터이고,
상기 L은, 전체 기지국들의 개수를 나타내는 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 가중치 요소는, 하기 수학식을 이용하여 결정되고,

상기
는, 기지국 i 입장에서 봤을 때, 다른 셀들의 채널 크기와 비교하여 기지국 j와 단말 j 간 채널 크기가 얼만큼의 비율을 차지하고 있는가를 나타내고,
상기
는, 기지국 j와 단말 j 사이의 채널을 나타내는 벡터이고,
상기 L은, 전체 기지국들의 개수를 의미하고,
상기 H는,
의 평균을 의미하는 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 프리코딩 벡터는, 하기 수학식과 같이, 상기 가중치 요소가 적용된 SLNR을 최대화하는 프리코딩 벡터를 선택함으로써 결정하고,

상기
는, 기지국 i가 사용하는 프리코딩 벡터를 나타내고,
상기
는, 상기 기지국 i가 사용하는 파워를 나타내고,
상기
는, 상기 기지국 i와 단말 i 사이의 채널을 나타내고,
상기
는, 기지국 j와 상기 단말 i 사이의 채널을 나타내고,
상기
는, 잡음 분산을 나타내고,
상기
는, 상기 기지국 i 입장에서 봤을 때, 다른 셀들의 채널 크기에 비교하여 상기 기지국 j와 단말 j 간 채널 크기가 얼만큼의 비율을 차지하고 있는가를 나타내고,
상기 L은 전체 기지국들의 개수를 나타내는 장치.
무선통신 시스템에서 중앙처리장치(central unit)에 있어서,
백홀(backhaul)을 통해 다수의 기지국들로부터 CQI(channel quality indicator) 파라미터(parameter)들을 수신하고, 상기 CQI 파라미터들을 이용하여 결정되는 상기 다수의 기지국들 중 하나의 기지국을 위한 가중치 요소를 상기 백홀을 통해 상기 기지국으로 전송하는 백홀 통신부와,
상기 가중치 요소를 결정하는 결정부를 포함하고,
상기 가중치 요소는, 상기 기지국과 단말 간의 채널 크기와 다른 기지국과 다른 단말 간의 채널 크기의 상대적인 비를 나타내는 장치.
제12 항에 있어서,
상기 CQI 파라미터는, 하기 수학식을 이용하여 기지국에 의해 결정되고,

상기
는, 기지국 i와 단말 i 사이의 채널을 나타내는 벡터이고,
상기 L은, 전체 기지국들의 개수를 나타내는 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 가중치 요소는, 하기 수학식을 이용하여 결정하고,

상기
는, 기지국 i 입장에서 봤을 때, 다른 셀들의 채널 크기에 비교하여 기지국 j와 단말 j 간 채널 크기가 얼만큼의 비율을 차지하고 있는가를 나타내고,
상기
는, 상기 기지국 j와 상기 단말 j 사이의 채널을 나타내는 벡터이고,
상기 L은, 전체 기지국들의 개수를 나타내고,
상기 H는,
의 평균을 의미하는 장치.