KR102263034B1 - 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법에 관한 것으로, 기지국, 근거리 사용자 및 원거리 사용자가 각각 포함된 복수의 셀에서 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 공간 변조(SM)를 적용하되, 각각의 기지국에서 각각의 근거리 사용자와 제 1 원거리 사용자를 비직교 다중접속(NOMA) 사용자로 할당하는 단계와, 상기 각각의 기지국에서 상기 제 1 원거리 사용자를 제외한 각각의 원거리 사용자를 공간 변조(SM) 사용자로 할당하는 단계와, 상기 각각의 원거리 사용자 중에서 제 2 원거리 사용자를 CoSM(coordinated spatial modulation) 사용자로 할당하는 단계와, 상기 비직교 다중접속(NOMA) 사용자, 공간 변조(SM) 사용자 및 CoSM 사용자로 하여 하향링크 신호를 전송하는 단계를 포함함으로써, 다중 셀 및 다중 사용자에 대한 사용자 전송 용량을 향상시킬 수 있다.

Description

무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법{METHOD FOR TRANSMITTING DOWN-LINK SIGNAL OF WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 셀 간 간섭(ICI : inter-cell interference)을 완화하여 전송 용량을 향상시키는 공동 전송 협력 다중포인트(JT-CoMP : joint transmission coordinated multi-point) 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 안테나를 인덱스로 사용하여 무선신호의 스펙트럼 효율을 향상시키는 공간 변조(SM : spatial modulation)를 적용한 무선 통신 시스템을 제공함으로써, 다중 셀 및 다중 사용자에 대한 사용자 전송 용량을 향상시킬 수 있는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동 통신 시스템은 음성뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하였으며, 현재에는 폭발적인 트래픽의 증가로 인하여 자원의 부족현상이 야기되고 사용자들이 보다 고속의 서비스를 요구하게 되어 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.
이러한 차세대 이동 통신 시스템의 요구 조건은 크게 폭발적인 데이터 트래픽의 수용, 사용자 당 전송률의 획기적인 증가, 대폭 증가된 연결 디바이스 개수의 수용, 매우 낮은 단대단 지연(End-to-End Latency), 고에너지 효율을 지원할 수 있어야 한다.
이를 위하여 무선 통신 시스템에서 이중 연결성(Dual Connectivity), 대규모 다중 입출력(Massive MIMO : Massive Multiple Input Multiple Output), 전이중(In-band Full Duplex), 비직교 다중접속(NOMA : non-orthogonal multiple access), 초광대역(Super wideband) 지원, 단말 네트워킹(Device Networking) 등 다양한 기술들이 연구되고 있다.
여기에서, 비직교 다중접속(NOMA)은 직교 다중접속(OMA : orthogonal multiple access)에 비해 스펙트럼의 공백을 더욱 개선하기 위해 고려되는 다중접속 기법으로서, 사용자가 서비스 품질(QoS : quality of services)에 따라 다른 전력을 할당받는 특정 리소스를 통해 다중화된 다수의 사용자를 지원할 수 있고, 각 사용자가 동일한 서비스 품질(QoS)를 필요로 하는 경우, 전력 할당은 그들의 채널 이득에 기초하여 결정될 수 있으며, 채널 이득이 좋은 사용자는 다른 신호를 제거하여 자신의 신호를 디코딩하기 위해 연속적인 간섭 제거(SIC : successive interference cancellation)를 사용할 수 있다.
한편, 하향링크 다중 셀 네트워크(down-link multi-cell network)에서, 셀 간 간섭(ICI)은 사용자 처리량 및 셀 용량과 같은 시스템 성능을 저하시킬 수 있기 때문에, 이를 해결하기 위해 비직교 다중접속(NOMA)의 전송 용량을 증가시킬 수 있는 셀간 간섭(ICI) 완화 기술로 공동 전송 협력 다중포인트(JT-CoMP : joint transmission coordinated multi-point)이 도입되고 있는 실정이며, 이에 대한 다양한 연구 개발이 진행되고 있다.
1. 한국공개특허 제10-2017-0106376호(2017.09.20.공개) 2. 한국등록특허 제10-1596543호(2016.02.16.등록)
본 발명은 셀 간 간섭(ICI)을 완화하여 전송 용량을 향상시키는 공동 전송 협력 다중포인트(JT-CoMP) 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 안테나를 인덱스로 사용하여 무선신호의 스펙트럼 효율을 향상시키는 공간 변조(SM)를 적용한 무선 통신 시스템을 제공함으로써, 다중 셀 및 다중 사용자에 대한 사용자 전송 용량을 향상시킬 수 있는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 기지국, 근거리 사용자 및 원거리 사용자가 각각 포함된 복수의 셀에서 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 공간 변조(SM)를 적용하되, 각각의 기지국에서 각각의 근거리 사용자와 제 1 원거리 사용자를 비직교 다중접속(NOMA) 사용자로 할당하고, 제 1 원거리 사용자를 제외한 각각의 원거리 사용자를 공간 변조(SM) 사용자로 할당하며, 각각의 원거리 사용자 중에서 제 2 원거리 사용자를 CoSM(JT-CoMP NOMA-SM) 사용자로 할당하여 하향링크 신호를 전송함으로써, 사용자 전송용량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 셀 간 간섭을 효과적으로 완화시킬 수 있는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기지국, 근거리 사용자 및 원거리 사용자가 각각 포함된 복수의 셀에서 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 공간 변조(SM)를 적용하되, 각각의 기지국에서 각각의 근거리 사용자와 제 1 원거리 사용자를 비직교 다중접속(NOMA) 사용자로 할당하는 단계와, 상기 각각의 기지국에서 상기 제 1 원거리 사용자를 제외한 각각의 원거리 사용자를 공간 변조(SM) 사용자로 할당하는 단계와, 상기 각각의 원거리 사용자 중에서 제 2 원거리 사용자를 CoSM(coordinated SM) 사용자로 할당하는 단계와, 상기 비직교 다중접속(NOMA) 사용자, 공간 변조(SM) 사용자 및 CoSM 사용자로 하여 하향링크 신호를 전송하는 단계를 포함하는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 CoSM 사용자로 할당하는 단계는, 상기 제 1 원거리 사용자 및 제 2 원거리 사용자를 제외한 복수의 원거리 사용자를 비CoSM(non-CoSM) 사용자로 할당하는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제 1 원거리 사용자에 대응하는 제 1 기지국과 상기 제 2 원거리 사용자에 대응하는 제 2 기지국은, 공간 변조(SM) 인덱스를 이용하여 상기 CoSM 사용자에게 상기 하향링크 신호를 전송하도록 조정되는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 CoSM 사용자는, 상기 하향링크 신호를 디코딩하기 위해 공동 최대우도 검출기(joint ML detector)를 이용하는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 비CoSM(non-CoSM) 사용자는, 상기 공간 변조(SM) 인덱스를 이용하여 상기 하향링크 신호를 디코딩하기 위한 정보를 획득하는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 각각의 기지국은, 전체 대역폭과 총 전송전력이 정규화되는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 각각의 기지국은, 복수의 송신안테나를 구비하는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법이 제공될 수 있다.
본 발명은 셀 간 간섭(ICI)을 완화하여 전송 용량을 향상시키는 공동 전송 협력 다중포인트(JT-CoMP) 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 안테나를 인덱스로 사용하여 무선신호의 스펙트럼 효율을 향상시키는 공간 변조(SM)를 적용한 무선 통신 시스템을 제공함으로써, 다중 셀 및 다중 사용자에 대한 사용자 전송 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 기지국, 근거리 사용자 및 원거리 사용자가 각각 포함된 복수의 셀에서 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 공간 변조(SM)를 적용하되, 각각의 기지국에서 각각의 근거리 사용자와 제 1 원거리 사용자를 비직교 다중접속(NOMA) 사용자로 할당하고, 제 1 원거리 사용자를 제외한 각각의 원거리 사용자를 공간 변조(SM) 사용자로 할당하며, 각각의 원거리 사용자 중에서 제 2 원거리 사용자를 CoSM 사용자로 할당하여 하향링크 신호를 전송함으로써, 사용자 전송용량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 셀 간 간섭을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 직교 다중접속(OMA : orthogonal multi-point), 비직교 다중접속(NOMA) 및 가상 사용자 페어링 기반 비직교 다중접속과 결합된 공동 전송 협력 다중포인트(JT-CoMP VP-NOMA : joint transmission coordinated multi-point combined with virtual user pairing based non-orthogonal multiple access)과 비교할 경우, JT-CoMP VP-NOMA와 동일한 근거리 사용자(CCU) 용량을 가지며, 다른 기법들에 비해 높은 원거리 사용자(CEU) 용량을 갖는 장점이 있고, 에르고딕 합용량(ESC : ergodic sum capacity)은 원거리 사용자(CEU) 용량을 증가시킴으로써 다른 기법들보다 뛰어난 성능을 가질 뿐만 아니라 셀 수가 증가할 경우 다른 기법보다 원거리 사용자(CEU) 용량을 더 잘 유지할 수 있고, 셀 간 간섭(ICI)을 완화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호를 전송하는 과정을 나타낸 플로우차트이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법이 적용되는 네트워크 구성도를 예시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 시스템 구성도를 예시한 도면이고,
도 4 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따라 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 공간 변조(SM)를 적용한 무선 통신 시스템의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 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 발명의 실시예에서의 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, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호를 전송하는 과정을 나타낸 플로우차트이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법이 적용되는 네트워크 구성도를 예시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 시스템 구성도를 예시한 도면이고, 도 4 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따라 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 공간 변조(SM)를 적용한 무선 통신 시스템의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다. 여기에서, JT-COMP NOMA-SM의 풀네임은 ‘joint transmission coordinated multi-point based non-orthogonal multiple access’로서 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 공간 변조(SM)를 적용한 무선 통신 시스템을 나타내고, CoSM은 ‘coordinated spatial modulation’를 나타내며, 도면부호 10은 각 기지국을 의미하고, 도면부호 20은 각 근거리 사용자(CCU : cell center user)를 의미하며, 도면부호 30은 각 원거리 사용자(CEU : cell edge user)를 의미한다.
도 1 내지 도 13을 참조하여 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법을 설명하면, 기지국(10), 근거리 사용자(20) 및 원거리 사용자(30)가 각각 포함된 복수의 셀에서 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 공간 변조(SM)를 적용하되, 각각의 기지국(10)에서 각각의 근거리 사용자(20)와 제 1 원거리 사용자(30)를 비직교 다중접속(NOMA) 사용자로 할당할 수 있다(단계110).
그리고, 각각의 기지국(10)에서 제 1 원거리 사용자(30)를 제외한 각각의 원거리 사용자(30)를 공간 변조(SM) 사용자로 할당할 수 있다(단계120)
또한, 각각의 원거리 사용자(30) 중에서 제 2 원거리 사용자(30)를 CoSM(coordinated SM) 사용자로 할당할 수 있다(단계130).
여기에서, CoSM 사용자로 할당하는 단계에서는 제 1 원거리 사용자(30) 및 제 2 원거리 사용자(30)를 제외한 복수의 원거리 사용자(30)를 비CoSM(non-CoSM) 사용자로 할당할 수 있다.
또한, 제 1 원거리 사용자(30)에 대응하는 제 1 기지국(10)과 제 2 원거리 사용자(30)에 대응하는 제 2 기지국(10)은, 공간 변조(SM) 인덱스를 이용하여 CoSM 사용자에게 하향링크 신호를 전송하도록 조정될 수 있다.
상술한 바와 같은 단계 110 내지 단계 130을 구체적으로 설명하면, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 N개의 셀에서 K개의 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)을 포함하고, 각 협력 셀에는 하나의 기지국(BS), 하나의 근거리 사용자(CCU) 및 하나의 원거리 사용자(CEU)가 포함될 수 있다.
여기에서, 각 ith 셀은 각 ith BS(i∈1, 2, ..., K, K+1, ..., N)의 커버리지를 나타내는데, 이 경우 K개의 셀(2≤K≤N 및 K⊂N)은 각 중앙유닛(CU : central unit)에게 조정될 수 있고, 다른 셀은 조정되지 않게 되며, ith 셀에 위치한 근거리 사용자(CCU)와 원거리 사용자(CEU)는 각각 Ui,1과 Ui,2로 표시될 수 있다.
이러한 사용자들은 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)이 적용되는 시스템과 공간 변조(SM)가 적용되는 시스템으로 나눌 수 있는데, 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)이 적용되는 시스템에서는 K개의 CCU(Ui,1 for 1≤i≤K)와 CEU(Ui,2 for i=1)가 NOMA 사용자로 할당될 수 있다. 여기에서, 제1 셀에 위치한 CEU(U1,2)가 CoMP 사용자로 할당되지만, 모든 CCU는 CoMP 기법을 적용하지 않는다.
또한, 공간 변조(SM)가 적용되는 시스템에서는 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)이 적용되는 시스템에 포함되지 않은 다른 CEU(Ui,2 for 2≤i≤K)가 SM 사용자로 할당될 수 있으며, U2,2는 CoSM 사용자로 할당되고, Ui,2는 3≤i≤K에 대해 비CoSM 사용자로 할당될 수 있다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이 각각의 ith 기지국(BS)가 다수의 안테나를 가지며, 백홀을 통해 연결될 수 있고, 각 중앙유닛(CU)을 사용하여 제어되는 K개의 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)을 고려할 수 있다.
여기에서, 중앙유닛(CU)은 백홀을 통해 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)으로부터 채널 상태 정보(CSI : channel state information)를 수집하여 전송 파라미터를 설계할 수 있다.
이 경우, 중앙유닛(CU)은 각 기지국(BS)에서 안테나 선택기를 제어하기 위한 추가 기능을 제공할 수 있고, 수신기 측에서 사용자는 공동 최대우도(ML) 검출기(joint maximum likelihood detector)를 사용하여 수신된 신호에 기초하여 어느 송신기가 전송하고 있는지 추정할 수 있다. 여기에서, 최대우도 검출기의 복잡성 근사를 감소시키기 위해 공동 최소거리(MD) 검출기(joint minimum distance detector)가 이용될 수 있다.
다음에, 비직교 다중접속(NOMA) 사용자, 공간 변조(SM) 사용자 및 CoSM 사용자로 하여 기지국(10)에서 하향링크 신호를 근거리 사용자(CCU) 및 원거리 사용자(CEU)로 전송할 수 있다(단계140).
이러한 기지국(10)의 하향링크 신호 전송에 대해, CoSM 사용자는 기지국(10)으로부터 전송되는 하향링크 신호를 수신한 후에, 이 하향링크 신호를 디코딩하기 위해 공동 ML 검출기(joint ML detector)를 이용할 수 있고, 비CoSM(non-CoSM) 사용자는 공간 변조(SM) 인덱스를 이용하여 하향링크 신호를 디코딩하기 위한 정보를 획득할 수 있다.
상술한 바와 같은 무선 통신 시스템에서, 기지국(10), 근거리 사용자(20) 및 원거리 사용자(30)가 각각 포함된 복수의 셀에서 각각의 기지국(10)은, 전체 대역폭과 총 전송전력이 정규화될 수 있고, 복수의 송신안테나를 구비할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 각 기지국(BS)의 전체 대역폭을 B=1로 정규화하고, 각 기지국(BS)의 총 전송전력은 P=1로 정규화될 수 있으며, 근거리 사용자(CCU)와 원거리 사용자(CEU)에 대한 전력 할당 계수는 각각 α1과 α2로 할당될 수 있는데, 예를 들면, α1=0.1을 가정할 경우, α2는 1-α1로 계산할 수 있고, Pi,1=α1P 및 Pi,2=α2P는 ith 셀에 위치한 근거리 사용자(CCU)와 원거리 사용자(CEU)에 대한 전력으로 할당될 수 있다.
그리고, 사용자 위치는 랜덤 사용자 알고리즘에 기초하여 생성되고, 조정된 셀에 분배될 수 있는데, ith 셀의 기지국(BS) 접지로부터의 근거리 사용자(CCU)와 원거리 사용자(CEU)의 거리는 각각 ri,1 및 ri,2로 표시될 수 있고, 기지국(BS) 접지로부터의 최대 셀 반경은 R=1로 정규화될 경우 기지국(BS) 안테나 높이와 다른 기지국(BS) 거리는 각각 0,01R과 2R로 할당될 수 있으며, di,1 및 di,2는 삼각법의 개념을 사용하여 ith 셀의 기지국(BS) 안테나로부터 각각 근거리 사용자(CCU)와 원거리 사용자(CEU)의 거리로 계산될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 시뮬레이션 파라미터에서 불완전한 SIC(연속적인 간섭 제거 : successive interference cancellation)와 불완전한 CSI(채널 상태 정보)를 고려할 수 있는데, 불완전한 SIC가 -25dB로 가정된 고정된 값을 고려하는 반면에, 불완전 CSI는 채널 추정 오류로 모델링될 수 있다.
여기에서, 오류 추정의 분산의 우선순위가 알려져 있는데, ith 셀의 기지국(BS)에서 근거리 사용자(CCU) 사이의 링크에 대한 채널 추정 오차는
Figure 112019130438597-pat00001
에 의해 모델링될 수 있고, ith 셀의 기지국(BS)과 원거리 사용자(CEU) 사이의 링크에 대한 채널 추정 오류는
Figure 112019130438597-pat00002
로 나타낼 수 있다.
각 링크를 통해 채널이 채널 계수
Figure 112019130438597-pat00003
로 페이딩될 경우 독립적인 레일리가 있다고 가정될 수 있다. 여기에서,
Figure 112019130438597-pat00004
및
Figure 112019130438597-pat00005
는 각각 근거리 사용자(CCU) 및 원거리 사용자(CEU)에 대한 각 채널 추정 오차의 분산을 나타낸다.
또한, ith 셀의 기지국(BS)로부터 근거리 사용자(CCU) 및 원거리 사용자(CEU)에 대한 수신된 신호는 각각 채널 추정 이득
Figure 112019130438597-pat00006
및
Figure 112019130438597-pat00007
을 고려할 필요가 있기 때문에, 근거리 사용자(CCU) 및 원거리 사용자(CEU)의 채널 추정 특성은 평균 0과 독립적으로 분포된다고 가정하고, 이는 각각
Figure 112019130438597-pat00008
및
Figure 112019130438597-pat00009
으로 모델링될 수 있다.
이 경우,
Figure 112019130438597-pat00010
및
Figure 112019130438597-pat00011
는 ith 셀의 기지국(BS) 안테나에서 근거리 사용자(CCU) 및 원거리 사용자(CEU)까지의 링크에 대한 추정 분산을 각각 나타내며, v는 경로 손실 지수를 나타내고, 단순성을 위해 기지국(BS)에서 사용자와 각 안테나 사이의 링크는
Figure 112019130438597-pat00012
로 표시되는 동일한 채널 추정 오류를 가지고 있다고 가정할 수 있으며,
Figure 112019130438597-pat00013
=0,01을 가정할 수 있다.
본 발명에서는 각 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)에 두 개의 안테나(TXi=2)가 있다고 가정할 수 있고, TXi는 ith 셀의 기지국(BS) 안테나의 수를 나타내며, 각 사용자는 단순성을 위해 단일 안테나를 적용할 수 있다. 여기에서, 공간 변조(SM)는단일 송신 안테나가 특정 시간에 일부 심볼(symbol)을 송신하는데 사용되는 동안 다중 송신 안테나를 사용할 수 있다.
이러한 공간 변조(SM)에서 정보는 IQ 도메인뿐만 아니라 안테나 인덱스에 의해 전달될 수 있고, SM 사용자는 더 많은 용량을 필요로 하거나 SM 사용자 수를 증가시키는 반면, 더 많은 BS 안테나를 활용하여 일반화된 SM(Generalized SM)이 필요하다는 점에 유의해야 한다.
이 경우, 제 1 기지국(BS) 및 제 2 기지국(BS)은 SM 인덱스를 사용하여 CoSM 사용자에게 정보를 전송하도록 조정될 수 있는데, 이러한 문제점을 고려하여 CoSM 사용자는 여러 기지국(BS)에서 정보를 디코딩하기 위해 공동 최대우도(ML) 검출기를 사용할 수 있으며, 공동 최소거리(MD) 검출기는 ML 검출기의 복잡도 근사를 감소시키기 위해 이용될 수 있다.
반면에, 각 비CoSM은 SM 인덱스(예를 들면, 송신 심볼 및 안테나 인덱스)를 사용하여 3≤i≤K인 ith 셀의 기지국(BS)로부터 정보를 얻을 수 있는데, 이진위상천이변조(BPSK : binary phase-shift keying)을 사용한다고 가정하면, 도 4에 도시한 바와 같이 제 1 기지국(BS) 및 제 2 기지국(BS)가 협력 다중포인트(CoSM)을 수행할 경우 SM 인덱스 조합의 수가 증가할 수 있음을 알 수 있고, 그 조합의 결과로, CoSM 사용자는 4개의 입력 비트를 수신할 수 있고, 비CoSM 사용자는 2개의 입력 비트만 수신할 수 있다. 여기에서, 변조가 증가하면 조합이 증가할 수 있다.
상술한 바와 같은 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호를 전송할 경우의 에르고딕 합용량(ESC : ergodic sum capacity)에 대해 구체적으로 설명하면, JT-CoMP NOMA 시스템의 에르고딕 합용량(ESC)의 경우 섀넌 공식을 기반으로 수학적 분석을 통해 결정할 수 있는데, N개의 셀을 고려하여 K개의 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)에서 제공되는 NOMA 사용자를 위한 ESC를 분석하는 한편, 다른 기지국(BS)은 조정을 적용하지 않으며, 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)이 동일한 데이터를 CoMP 사용자에게 전송하는 것을 고려할 경우, i번째 기지국(BS)은 다음의 수학식 1의 신호 정보를 전송할 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00014
여기에서, Si,1 및 Si,2는 ith 셀에 위치한 근거리 사용자(CCU) 및 원거리 사용자(CEU)에 대해 원하는 신호를 각각 나타낸다.
그리고, 근거리 사용자(CCU)의 관점을 고려할 경우 ith 셀에 위치한 근거리 사용자(CCU)의 총 수신 신호는 다음의 수학식 2와 같이 주어질 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00015
여기에서, ni,1은 전송 중에 ith 셀에 위치한 근거리 사용자(CCU)가 수신한 노이즈로 표시되며,
Figure 112019130438597-pat00016
을 고려할 경우 근거리 사용자(CCU)의 수신된 신호 대 잡음비(SINR)는 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00017
여기에서,
Figure 112019130438597-pat00018
은 ith 셀에 위치하는 근거리 사용자(CCU)에 대한 추가 백색 가우시안 노이즈(AWGN)를 나타내며, 근거리 사용자(CCU)는 연속적인 간섭 제거(SIC)를 이용하여 각 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)으로부터의 CoMP 사용자 신호를 상쇄시킬 수 있지만, CoMP 사용자 신호에 의해 야기되는 잔여 간섭의 경우 근거리 사용자(CCU)는 이를 완벽하게 상쇄시킬 수 없다.
그리고,
Figure 112019130438597-pat00019
을 고려할 경우, ith 셀에 위치하는 근거리 사용자(CCU)의 신호 대 잡음비(SINR)는 다음의 수학식 4와 같이 유도될 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00020
여기에서,
Figure 112019130438597-pat00021
는 SIC 프로세스 중 근거리 사용자(CCU)에서 불완전한 디코딩으로 인한 잔여 간섭을 나타내며, 상기 수학식 4에서 근거리 사용자(CCU)는 비협력 다중포인트 기지국(non-CoMP BS)으로부터 셀 간 간섭(ICI : inter-cell interference)을 겪게 되고, 근거리 사용자(CCU)에 할당된 전력에 의해 야기되는 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)으로부터 셀 간 간섭(ICI)를 겪게 되는데, 단순성을 위해 근거리 사용자(CCU)에 대한 오류 매개 변수의 모든 분산은 동일한 값을 갖는 것으로 가정할 경우, 상기 수학식 4는 다음의 수학식 5와 같이 다시 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00022
여기에서,
Figure 112019130438597-pat00023
는 각 채널 추정 오류에 대한 분산을 나타내며, ith 셀에 위치한 근거리 사용자(CCU)의 달성 가능한 데이터 전송률은 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00024
반면에, CoMP 사용자의 총 수신 신호는 다음의 수학식 7과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00025
여기에서, n1,2는 전송 중에 CoMP 사용자가 수신한 노이즈로 표시되고, 상기 수학식 7에서, CoMP 사용자는 연속적인 간섭 제거(SIC) 없이 직접 디코딩을 수행하기 때문에 근거리 사용자(CCU)에 할당된 전력으로부터 협력 다중포인트 셀 간 간섭(ICI CoMP)을 받는다.
그리고, CoMP 사용자에 대한 수신된 신호 대 잡음비(SINR)는 다음의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00026
상기 수학식 8에 기초하여, 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)의 수가 증가할 경우, CoMP 사용자의 원하는 신호가 증가할 수 있는데, CoMP 사용자는 직접 디코딩을 수행하기 때문에 연속적인 간섭 제거(SIC)를 이용하지 않을 수 있다. 이는 CoMP 사용자에서 SIC 프로세스를 무시하거나 사용할 수 없음을 의미한다.
마찬가지로, CoMP 사용자에 대한 오류 파라미터의 모든 분산이 동일한 값을 갖는다고 가정할 경우, 수학식 8은 다음의 수학식 9와 같이 다시 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00027
그리고, CoMP 사용자의 달성 가능한 데이터 전송률은 다음의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00028
또한, JT-CoMP NOMA 시스템의 에르고딕 합용량(ESC)은 다음의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00029
본 발명에서는 정확한 근거리 사용자(CCU) 용량, 즉
Figure 112019130438597-pat00030
을 상기 수학식 6을 기반으로 결정할 수 있으며,
Figure 112019130438597-pat00031
과
Figure 112019130438597-pat00032
을 사용함으로써, 상기 수학식 6은 다음의 수학식 12와 같이 단순화하여 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00033
또한,
Figure 112019130438597-pat00034
에 대한 상기 수학식 12는 다음의 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00035
여기에서,
Figure 112019130438597-pat00036
는 기대 연산자로,
Figure 112019130438597-pat00037
로 표시되며, 상기 수학식 13에서의
Figure 112019130438597-pat00038
및
Figure 112019130438597-pat00039
은 후술하는 [참조] A.1에서 수학식 27 및 수학식 28을 사용하여 유도할 수 있다. 따라서, 상기 수학식 13은 다음의 수학식 14와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00040
다음에, 후술하는 [참조] A.1의 수학식 25와 수학식 26을 상기 수학식 14로 치환함으로써,
Figure 112019130438597-pat00041
은 다음의 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00042
또한,
Figure 112019130438597-pat00043
와
Figure 112019130438597-pat00044
를 이용하여 달성 가능한 데이터 전송률
Figure 112019130438597-pat00045
은 다음의 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00046
반면에, 상기 수학식 10에서 정확한 CoMP 사용자 용량은 다음의 수학식 17과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00047
여기에서,
Figure 112019130438597-pat00048
이다.
마찬가지로, 상기 수학식 17에서의
Figure 112019130438597-pat00049
및
Figure 112019130438597-pat00050
는 후술하는 [참조] A.2에서의 수학식 32 및 수학식 33을 사용하여 결정될 수 있다.
그리고, 원거리 사용자(CEU)의 각 지수 랜덤 변수에 대한 확률 밀도 함수(PDF : probability density function)는 후술하는 [참조] A.2의 수학식 30과 수학식 31로 도출될 수 있다.
따라서,
Figure 112019130438597-pat00051
에 대한 달성 가능한 데이터 전송률은 다음의 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00052
이에 따라, JT-CoMP NOMA 시스템의 에르고딕 합용량(ESC)은 다음의 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00053
다음에, SM 시스템의 에르고딕 합용량(ESC)에 대해 설명하면, K개의 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)에서 SM 시스템의 에르고딕 합용량(ESC)를 결정할 수 있는데, 모든 근거리 사용자(CCU,
Figure 112019130438597-pat00054
)와 하나의 원거리 사용자(CEU,
Figure 112019130438597-pat00055
)에 이미 적용된 JT-CoMP NOMA를 고려할 경우, 다른 사용자들은 기지국(BS)에 의해 자원을 할당받지 않으며, SM 사용자(
Figure 112019130438597-pat00056
)는 공간 변조(SM)를 사용하여 처리될 수 있다.
이러한 공간 변조(SM)에서는 때때로 사용자들이 안테나 인덱스를 통해 변조된 정보를 완벽하게 추정할 수 없는데, 이는 오류 확률(PE : probability of error)로 표현되는 사용자 용량을 감소시킬 수 있다.
본 발명에서는 SM 사용자들이 안테나 인덱스를 완벽하게 검출할 수 있고, 오류 확률(PE)은 BPSK 성상 심볼의 에러 추정에서만 발생한다고 가정할 경우 SM 사용자별 오류 확률(즉,
Figure 112019130438597-pat00057
, )은 SM 사용자들이 수신한 오류 정보의 수와 기지국(BS)으로부터 전송된 원본 정보의 수를 비교함으로써 계산될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같은 표를 고려하여 후술하는 [참조] A.3의 PEi.2와 SM 용량을 고려할 경우, 완벽한 안테나 검출을 감안하여 SM 사용자에 대한 달성 가능한 데이터 전송률을 다음의 수학식 20과 같이 결정할 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00058
여기에서, M은 M-ary 변조 성상 순서를 나타낸다.
따라서, SM 시스템을 위한 에르고딕 합용량(ESC)은 다음의 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00059
그리고, 후술하는 [참조] A.3의 수학식 54와 수학식 55를 상기 수학식 20으로 치환함으로써, 상기 수학식 21의 SM 시스템의 정확한 에르고딕 합용량(ESC)은 다음의 수학식 22와 같이 할당될 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00060
한편, 본 발명의 실시예에 따른 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 에르고딕 합용량(ESC)의 경우, N개의 셀을 고려할 경우 K개의 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)에 대한 에르고딕 합용량(ESC)을 계산하고, 다른 기지국(BS)은 조정을 적용하지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 에르고딕 합용량(ESC)은 근거리 사용자(CCU)와 원거리 사용자(CEU)의 용량의 합을 다음의 수학식 23과 같이 합산하여 결정할 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00061
마찬가지로 본 발명의 실시예에 따른 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 정확한 에르고딕 합용량(ESC)은 다음의 수학식 24와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00062
한편, 상술한 바와 같은 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 성능을 OMA, NOMA, JT-COMP VP-NOMA와 비교 시뮬레이션하여 CCU 용량, CEU 용량, ESC와 같은 성능을 이하에서 분석하기로 한다.
비교 분석의 단순성을 위해, 12셀(N=12) 내의 단순화된 3-CoMP BS(K=3)를 기반으로 시뮬레이션되고 분석되는데, 이 경우 레일리 평면 페이딩(Rayleigh flat fading)는 사용자와 BS 안테나 사이의 링크에서 경로 손실 지수에 대해 v=4로 시뮬레이션될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같은 시뮬레이션 파라미터와 도 6에 도시한 바와 같은 시나리오에 따라 비교 분석할 수 있다.
상술한 바와 같은 시뮬레이션 결과에 대해 설명하면, 도 7은 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 CEU 용량이 다른 기법보다 높은 것을 보여주는데, 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 CEU 용량은 NOMA, OMA, JT-CoMP VP-NOMA에 비해 각각
Figure 112019130438597-pat00063
에서 124.2%, 258.7%, 590.2% 증가하였음을 알 수 있으며, JT-CoMP VP-NOMA 시스템이 가장 낮은 CEU 용량을 보인다는 점을 알 수 있다.
이 경우, 각 셀에 두 명의 사용자(CCU 및 CEU)가 포함된 3-CoMP BS(K = 3) 모델을 시뮬레이션할 수 있는데, JT-CoMP VP-NOMA에서 각 CoMP BS는 좌표화된 셀에 위치한 모든 CEU와 쌍을 이루는 하나의 CCU를 전송하고, 이는 CCU에 대역폭이 B=3 인 비 중첩 주파수 대역에서 3개의 CEU와 쌍을 이루는 전체 대역폭 B=1이 할당됨을 의미하며, 각 CoMP BS는 CCU에 전력계수
Figure 112019130438597-pat00064
을 할당하고, CEU에는
Figure 112019130438597-pat00065
을 할당할 수 있다.
한편, 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 경우, 각 CoMP BS는 동일한 자원을 통해 CEU에
Figure 112019130438597-pat00066
와 짝을 이루는 CCU에 전력계수
Figure 112019130438597-pat00067
을 할당할 수 있고, 다른 CEU는 SM 인덱스를 통해 정보가 전달되기 때문에 BS에 의해 자원이 할당되지 않기 때문에, JT-CoMP VP-NOMA의 열화 CEU 용량은 각 CoMP BS가 3개의 CEU에 전력과 대역폭을 모두 할당해야 하는 원인이 되는 것을 알 수 있다.
본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템은 도 8에 도시한 바와 같이 JT-CoMP VP-NOMA와 동일한 CCU 용량을 갖는 것을 알 수 있는데, 이는 CCU가 전력계수
Figure 112019130438597-pat00068
과 대역폭 B=1의 두 가지 방식에 대해 비교를 통해 할당되기 때문이다.
또한, 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 CCU는 JT-CoMP VP-NOMA와 동일한 간섭 패턴을 갖는다는 것을 알 수 있으며, 두 가지 방식의 JT-CoMP 기법을 이용하여 CCU는 불완전한 SIC를 고려하는 동안 SIC를 사용하여 대부분의 CoMP 사용자 신호를 완화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템이 NOMA, JT-CoMP VP-NOMA, OMA보다 20 dB에서 각각 77.3%, 103.2%, 132.7% 더 높은 ESC를 갖는 것을 나타내는데, 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 ESC 증가는 CEU 용량의 증가로 인한 것이 분명하고, CCU 용량은 유지될 수 있다.
도 10은 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 ESC를
Figure 112019130438597-pat00069
와
Figure 112019130438597-pat00070
를 고려하면 완벽한 SIC에 비해 각각
Figure 112019130438597-pat00071
에서 2.12%와 0.22%의 ESC를 저하시킬 수 있음을 나타내는데, 실제로 불완전한 SIC 효과는 디코딩과정 동안 SIC에 의해 삭제될 수 없는 잔여 CEU 또는 CoMP 사용자 신호에 의존하는 이산 랜덤 변수로 판명되었다.
그러나, 불완전한 SIC를 고려할 때 더 많은 모델링과 분석이 필요한 것을 알 수 있는 반면,
Figure 112019130438597-pat00072
과
Figure 112019130438597-pat00073
을 고려하여 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 ESC는 도 11에 도시한 바와 같이 완벽한 SIC에 비해 각각
Figure 112019130438597-pat00074
에서 5.33%와 13.42%로 저하될 수 있으며, 도 10과 도 11은 불완전한 SIC와 불완전한 CSI가 추가 간섭으로 인해 용량이 저하될 수 있음을 증명합니다.
한편, CCU와 CEU가 동일한 QoS를 요구한다고 가정할 경우 CCU가 CEU와 동일한 용량을 가질 때 최적의 성능을 얻을 수 있는데,
Figure 112019130438597-pat00075
와
Figure 112019130438597-pat00076
를 고려할 경우, CCU에 대한 최적 전력 할당 계수는 도 12에 도시된 바와 같이 각각
Figure 112019130438597-pat00077
와
Figure 112019130438597-pat00078
일 때 달성될 수 있고, 이는 전송 신호대 잡음비가 감소하면 CCU에 할당된 전력이 증가함을 나타낸다.
또한,
Figure 112019130438597-pat00079
의 경우, 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 CEU 용량은 9.72% 감소하였고, NOMA, OMA 및 JT-CoMP VP-NOMA는 도 13에 도시한 바와 같이 각각 16.5%, 21.1% 및 33.03% 감소하였음을 알 수 있는데, 이는 셀 수가 증가하면 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템이 다른 기법보다 CEU 용량을 더 잘 유지할 수 있음을 증명한다.
즉, SM 사용자가 SM 상한선을 초과하여 작동하기 때문에 SM 사용자가 ICI를 겪지 않기 때문이며, BPSK와 2개의 송신기 안테나를 가진 CoSM을 사용함으로써 CoSM을 사용하지 않고도 약 2비트/s/Hz 높은 CEU 용량을 향상시킬 수 있다. 여기에서, 송신 안테나나 변조 심볼의 개수가 증가하면 CEU 용량이 증가할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 JT-CoMP NOMA-SM을 이용하여 용량을 개선할 수 있는데, 255개의 결과는 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템이 JT-CoMP VP-NOMA와 동일한 CCU 용량을 가지고 있음을 나타내며, 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템은
Figure 112019130438597-pat00080
를 고려할 경우 NOMA, OMA, JT-CoMP VP-NOMA에 비해 각각 124.2%, 258.7%, 590.2% 높은 CEU 용량을 가진다는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 ESC는 ESC 용량을 증가시킴으로써 다른 기법보다 우수하며, CCU 용량은 유지될 수 있음을 알 수 있었고, 불완전한 SIC와 불완전한 CSI는 용량을 저하시킬 수 있는데, 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템은 셀 수가 증가하면 다른 기법보다 CEU 용량을 더 잘 유지할 수 있음을 알 수 있다.
그리고, 본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템에서
Figure 112019130438597-pat00081
와
Figure 112019130438597-pat00082
를 고려할 경우, CCU에 대한 최적 전력 할당 계수는 각각
Figure 112019130438597-pat00083
와
Figure 112019130438597-pat00084
일 때 달성됨을 알 수 있었고, CoSM을 활용함으로써 CEU 용량은 CoSM을 사용하지 않고도 약 2비트/s/Hz 더 높아진다는 것을 알 수 있었으며,본 발명의 JT-CoMP NOMA-SM 시스템은 다른 방법들보다 성능이 뛰어남을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 셀 간 간섭(ICI)을 완화하여 전송 용량을 향상시키는 공동 전송 협력 다중포인트(JT-CoMP) 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 안테나를 인덱스로 사용하여 무선신호의 스펙트럼 효율을 향상시키는 공간 변조(SM)를 적용한 무선 통신 시스템을 제공함으로써, 다중 셀 및 다중 사용자에 대한 사용자 전송 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 기지국, 근거리 사용자 및 원거리 사용자가 각각 포함된 복수의 셀에서 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 공간 변조(SM)를 적용하되, 각각의 기지국에서 각각의 근거리 사용자와 제 1 원거리 사용자를 비직교 다중접속(NOMA) 사용자로 할당하고, 제 1 원거리 사용자를 제외한 각각의 원거리 사용자를 공간 변조(SM) 사용자로 할당하며, 각각의 원거리 사용자 중에서 제 2 원거리 사용자를 CoSM 사용자로 할당하여 하향링크 신호를 전송함으로써, 사용자 전송용량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 셀 간 간섭을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 에르고딕 합용량(ESC)을 결정하는데 이용되는 수식의 유도에 대해 아래의 [참조]에서 설명하기로 한다.
[참 조]
A.1. 에르고딕 CCU 용량을 위한
Figure 112019130438597-pat00085
및
Figure 112019130438597-pat00086
의 유도
Figure 112019130438597-pat00087
를 가정한다.
Xi,1의 PDF는 세포 수의 합을 사용하여 결정할 수 있는데, 이 경우, 랜덤 변수들은 서로 다른 파라미터들을 갖는 독립적이고 동일하게 분포된 지수를 가정한다.
Yi,1은 이웃하는 셀들의 합을 이용하여 결정될 수 있는데, 지수 확률 변수의 매개 변수는 각 ith BS에서 CCU까지의 거리가 다르기 때문에 다른 것으로 가정하며, 각 지수 랜덤 변수에 대한 PDF는 다음의 수학식 25 및 수학식 26과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00088
Figure 112019130438597-pat00089
여기에서, wi,1은 CCU에 대한 지수 랜덤 변수의 각 매개 변수를 나타낸다. 그 후, Xi,1 및 Yi,1의 PDF는 N개의 세포 내의 CoMP BS의 K 수에 대해 다음의 수학식 27 및 수학식 28과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00090
Figure 112019130438597-pat00091
그리고, N개의 셀 내에서 CoMP BS의 K 수를 고려하면 wi,1은 다음의 수학식 29와 같이 할당될 수 있습니다.
Figure 112019130438597-pat00092
A.2. 에르고딕 CEU 용량을 위한
Figure 112019130438597-pat00093
와
Figure 112019130438597-pat00094
의 유도
Figure 112019130438597-pat00095
를 가정한다. 마찬가지로, 각 지수 랜덤 변수에 대한 PDF는 다음의 수학식 30 및 수학식 31과 같이 결정할 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00096
Figure 112019130438597-pat00097
여기에서,
Figure 112019130438597-pat00098
및 mi,2는 CoMP BS의 수에 따라 달라지며, Xi,2 및 Yi,2의 PDF는 각각 다음의 수학식 32 및 수학식 33으로 표기될 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00099
Figure 112019130438597-pat00100
그리고, N개의 셀 내에서 CoMP BS의 K 수를 고려하면 mi,2는 다음의 수학식 34와 같이 할당될 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00101
A.3. 오차의 유도 확률
이 경우 BS는 BPSK 성상 기호에 매핑된 SM 사용자를 위한 신호를 전송하며, SM 사용자의 정보를 P 전원을 통해 중첩한 것을 고려할 때, 전송된 신호는 다음의 수학식 35와 같이 주어진다.
Figure 112019130438597-pat00102
여기에서,
Figure 112019130438597-pat00103
는 i번째 BS에서 SM 사용자에게 전송 신호를 나타내며, 이 경우, 제1 BS(BS1) 및 제2 BS(BS2)는 서로 협조하여 CoSM 사용자에게 정보를 전송하고, 전송 중에, CoMP 사용자는 불완전한 CSI를 고려하여 레일리(Rayleigh) 채널을 통해 전송되는 데이터를 수신하며, 불완전한 CSI를 고려하여 CoSM 사용자(U2,2)에 대한 수신 신호를 다음의 수학식 36과 같이 부여할 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00104
반면에, 다른 BSs (
Figure 112019130438597-pat00105
)는 비 CoSM 사용자 (
Figure 112019130438597-pat00106
)에게 독립적으로 정보 심볼을 전송하며, 각각의 비CoSM 사용자에 대한 수신 신호는 다음의 수학식 37과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00107
여기에서,
Figure 112019130438597-pat00108
는 SM 사용자에서 원하는 신호를 나타내며,
Figure 112019130438597-pat00109
의 디코딩된 정보는 오류 전송으로 인해 yi,2와 차이가 날 수 있는데, 복호화된 신호가 주어지면, SM 사용자에 대한 에러 검출은 다음의 수학식 38과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00110
그리고, CoSM 사용자의 정확한 오류 확률(즉
Figure 112019130438597-pat00111
)은 다음의 수학식 39를 통해 계산할 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00112
여기에서,
Figure 112019130438597-pat00113
및
Figure 112019130438597-pat00114
는 각각 제1 BS 및 제2 BS로부터 전송되는 BPSK 심볼의 상이한 신호 성상점들에 대해 CoSM 사용자의 SNR을 나타내며,
Figure 112019130438597-pat00115
및
Figure 112019130438597-pat00116
는 각각 다음과 같이 수학식 40과 수학식41로 표기할 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00117
Figure 112019130438597-pat00118
그리고, 레일리 페이딩 채널의 각 랜덤 변수가 독립적으로 분포되는 경우,
Figure 112019130438597-pat00119
의 PDF는 다음의 수학식 42와 같이 유도될 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00120
여기에서, Q는 [52-54]에 정의된 함수이고,
Figure 112019130438597-pat00121
에서 gi는 다음의 수학식 43과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00122
여기에서,
Figure 112019130438597-pat00123
은 모든 채널에 대해 가정될 수 있고,
Figure 112019130438597-pat00124
는 가정될 수 있으며, 상기 수학식 42와 수학적 재배열을 사용함으로써,
Figure 112019130438597-pat00125
는 다음의 수학식 44와 같이 얻을 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00126
여기에서, 상기 수학식 44는 각각 아래의 수학식 45 내지 수학식 53과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00127
Figure 112019130438597-pat00128
Figure 112019130438597-pat00129
Figure 112019130438597-pat00130
Figure 112019130438597-pat00131
Figure 112019130438597-pat00132
Figure 112019130438597-pat00133
Figure 112019130438597-pat00134
Figure 112019130438597-pat00135
여기에서,
Figure 112019130438597-pat00136
은 일반화된 초기하함수이며, 상기 수학식 39에서 CoSM 사용자에 대한 정확한 오류 확률은 다음의 수학식 54와 같이 다시 쓸 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00137
마찬가지로, 비CoSM 사용자에 대한 정확한 오류 확률(즉,
Figure 112019130438597-pat00138
)는 다음의 수학식 55와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019130438597-pat00139
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
10 : 기지국
20 : 근거리 사용자
30 : 원거리 사용자

Claims (7)

  1. 기지국, 근거리 사용자 및 원거리 사용자가 각각 포함된 복수의 셀에서 공동 전송 협력 다중포인트 기반의 비직교 다중접속(JT-CoMP NOMA)과 공간 변조(SM)를 적용하되, 각각의 기지국에서 각각의 근거리 사용자와 제 1 원거리 사용자를 비직교 다중접속(NOMA) 사용자로 할당하는 단계와,
    상기 각각의 기지국에서 상기 제 1 원거리 사용자를 제외한 각각의 원거리 사용자를 공간 변조(SM) 사용자로 할당하는 단계와,
    상기 각각의 원거리 사용자 중에서 제 2 원거리 사용자를 CoSM(coordinated spatial modulation) 사용자로 할당하는 단계와,
    상기 비직교 다중접속(NOMA) 사용자, 공간 변조(SM) 사용자 및 CoSM 사용자로 하여 하향링크 신호를 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 CoSM 사용자로 할당하는 단계는, 상기 제 1 원거리 사용자 및 제 2 원거리 사용자를 제외한 복수의 원거리 사용자를 비CoSM(non-CoSM) 사용자로 할당하며,
    상기 제 1 원거리 사용자에 대응하는 제 1 기지국과 상기 제 2 원거리 사용자에 대응하는 제 2 기지국은, 공간 변조(SM) 인덱스를 이용하여 상기 CoSM 사용자에게 상기 하향링크 신호를 전송하도록 조정되고,
    상기 비CoSM(non-CoSM) 사용자는, 상기 공간 변조(SM) 인덱스를 이용하여 상기 하향링크 신호를 디코딩하기 위한 정보를 획득하며,
    N개의 셀을 고려하여 K개의 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)에서 제공되는 NOMA 사용자를 위한 ESC를 분석하고, 다른 기지국(BS)은 조정을 적용하지 않으며, 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)이 동일한 데이터를 협력 다중포인트(CoMP) 사용자에게 전송하는 것을 고려할 경우,
    JT-CoMP NOMA-SM 시스템의 에르고딕 합용량(ESC)을 섀넌 공식을 기반으로 수학적 분석을 통해 결정할 수 있으며, 상기 에르고딕 합용량(ESC)은 근거리 사용자(CCU)와 원거리 사용자(CEU)의 용량의 합을 하기의 수학식 1과 같이 합산하여 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112021040534632-pat00153

    여기서, N개의 셀을 고려하여 K개의 협력 다중포인트 기지국(CoMP BS)에서 제공되는 NOMA 사용자를 근거리 사용자와 원거리 사용자로 구분하고, Ci,1는 ith 셀에 위치한 근거리 사용자(CCU)의 달성 가능한 데이터 전송률에 해당하며, Ci,2는 ith 셀에 위치한 원거리 사용자(CCU)의 달성 가능한 데이터 전송률에 해당한다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 CoSM 사용자는, 상기 하향링크 신호를 디코딩하기 위해 공동 최대우도 검출기(joint ML detector)를 이용하는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 각각의 기지국은, 전체 대역폭과 총 전송전력이 정규화되는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 각각의 기지국은, 복수의 송신안테나를 구비하는 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법.
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