KR20090039573A - 사용자 협력을 이용한 공간 분할 다중 접속 통신 시스템 및그 방법 - Google Patents

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KR20090039573A
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Abstract

사용자 협력을 이용한 통신 장치가 개시된다. 사용자 협력을 이용한 통신 장치는 동일한 그룹(group)에 속하는 복수의 멤버(member) 단말들로부터 채널 정보를 수신하는 채널 정보 수신부 -상기 채널 정보는 상기 복수의 멤버 단말들과 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련됨-, 상기 채널 정보를 기초로 상기 복수의 멤버 단말들 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택하는 멤버 단말 선택부 및 상기 액티브 멤버 단말과 상기 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 상기 기지국으로 전달하는 선택 정보 전달부를 포함한다.
사용자 협력, SDMA, 기지국, 피드백, 빔 포밍, 단말, 중계기, 채널, 공간 분할 다중 접속

Description

사용자 협력을 이용한 공간 분할 다중 접속 통신 시스템 및 그 방법{METHOD OF SPACE DIVISION MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION USING USER COOPERATION AND SYSTEM OF ENABLING THE METHOD}
본 발명은 공간 분할 다중 접속 통신 기술에 관한 것으로 특히, 피드백 데이터를 감소시킴에도 불구하고 보다 효율적으로 전송 신호를 생성하기 위한 공간 분할 다중 접속 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 무선 통신 환경에서 음성 서비스를 비롯한 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하고, 고품질 및 고속의 데이터 전송을 지원하기 위해 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적으로 다중 안테나(Multi Antenna)를 이용한 공간 분할 다중 접속 통신 기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
공간 분할 다중 접속 기술은 다수의 안테나를 통하여 하나 이상의 데이터 스트림을 다중 사용자들에게 전송하는 기술이다. 공간 분할 다중 접속 기술은 무선 자원을 보다 효율적으로 이용함으로써 통신 시스템 전체의 용량(capacity)을 증가시킨다.
공간 분할 다중 접속 기술을 이용하여 다수의 안테나를 통하여 전송되는 신 호들은 채널 상태에 따라 프리코딩(precoding) 기법을 통해 빔 포밍(beam-forming)된다. 일반적으로, 폐루프(closed loop) 공간 분할 다중 접속 시스템에서 사용자 단말들은 기지국으로 채널 상태와 관련된 피드백 데이터를 기지국으로 피드백 하는데, 기지국은 피드백 데이터를 이용하여 사용자 단말을 선택하고 빔 포밍을 수행한다.
빔 포밍 성능을 향상시키기 위해서는 피드백 데이터의 용량이 증가해야 한다. 다만, 사용자 단말들 각각은 각각의 피드백 데이터를 기지국으로 전송해야 하기 때문에 무선 자원이 과도하게 소모되는 문제점이 발생한다. 따라서, 피드백 데이터의 용량을 무리하게 증가시키는 것도 적절하지 않다.
또한, 피드백 데이터는 사용자 단말과 기지국 사이에 형성된 피드백 링크를 통해 기지국으로 전송되는데, 그 피드백 링크도 페이딩(fading) 및 잡음의 영향을 받는다. 따라서, 전송 과정에서 피드백 데이터에 오류가 발생할 수 있으므로, 기지국이 효율적인 빔 포밍을 수행하는 데에 많은 문제점이 발생한다.
따라서, 피드백 데이터의 용량을 무리하게 증가시키지 않으면서도 기지국이 보다 효율적으로 빔 포밍할 수 있는 공간 분할 다중 접속 통신 시스템 및 그 방법이 요구된다.
본 발명은 동일한 그룹에 속하는 멤버 단말들로부터 액티브 멤버 단말을 선택하고, 액티브 멤버 단말과 관련된 선택 정보를 기지국으로 전달함으로써 피드백 데이터 용량을 크게 줄일 수 있는 사용자 협력을 이용한 통신 장치 및 그 통신 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 복수의 멤버 단말들 각각이 직접 기지국으로 피드백 데이터를 피드백하지 않고도 보다 효율적으로 기지국에 피드백 데이터를 전달할 수 있는 사용자 협력을 이용한 통신 장치 및 그 통신 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 기지국이 빔 포밍을 수행하기 이전에 미리 액티브 멤버 단말 또는 액티브 안테나를 선택하여 피드백 데이터의 용량을 감소시킴으로써 피드백 데이터의 전송 과정에 오류도 감소시킬 수 있는 사용자 협력을 이용한 통신 장치 및 그 통신 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 헤드 노드에서 수신한 선택 정보를 이용하여 빔 포밍을 수행함으로써 보다 적은 피드백 데이터를 이용함에도 불구하고 효율적인 빔 포밍을 수행할 수 있는 기지국 및 소스 신호 생성 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 미리 결정된 헤드 노드로 채널 정보를 전송함으로써 보다 작은 오류율로 채널 정보를 피드백할 수 있는 단말 장치 및 신호 검출 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 통신 장치는 동일한 그룹(group)에 속하는 복수의 멤버(member) 단말들로부터 채널 정보를 수신하는 채널 정보 수신부 -상기 채널 정보는 상기 복수의 멤버 단말들과 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련됨-, 상기 채널 정보를 기초로 상기 복수의 멤버 단말들 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택하는 멤버 단말 선택부 및 상기 액티브 멤버 단말과 상기 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 상기 기지국으로 전달하는 선택 정보 전달부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기지국은 동일한 그룹에 속하는 복수의 멤버 단말들에게 전송할 파일럿 신호를 생성하는 파일럿 생성부, 상기 그룹에 대하여 미리 결정된 헤드 노드가 상기 복수의 멤버 단말들 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택한 경우, 상기 헤드 노드로부터 상기 액티브 멤버 단말과 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 수신하는 선택 정보 수신부 및 상기 선택 정보를 기초로 데이터 스트림을 빔 포밍하여 소스 신호를 생성하는 소스 신호 생성부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치는 기지국으로부터 수신한 파일럿 신호를 이용하여 기지국과 형성된 무선 채널의 채널 정보를 생성하는 채널 정보 생성부, 미리 결정된 헤드(head) 노드로 상기 채널 정보를 전송하는 채널 정보 전송부 및 상기 기지국이 선택 정보를 기초로 데이터 스트림을 빔 포밍한 소스 신호를 검출하는 소스 신호 검출부-상기 선택 정보는 복수의 멤버 단말들 중 상기 헤드 노드에 의해 선택된 적어도 하나의 액티브 멤버 단말과 상기 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 정보임-를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 공간 분할 다중 접속 통신 방법은 동일한 그룹(group)에 속하는 복수의 멤버(member) 단말들로부터 채널 정보를 수신하는 단계 -상기 채널 정보는 상기 복수의 멤버 단말들과 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련됨-, 상기 채널 정보를 기초로 상기 복수의 멤버 단말들 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택하는 단계 및 상기 액티브 멤버 단말과 상기 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 상기 기지국으로 전달하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 소스 신호 생성 방법은 동일한 그룹에 속하는 복수의 멤버 단말들에게 전송할 파일럿 신호를 생성하는 단계, 상기 그룹에 대하여 미리 결정된 헤드 노드가 상기 복수의 멤버 단말들 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택한 경우, 상기 헤드 노드로부터 상기 액티브 멤버 단말과 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 수신하는 단계 및 상기 선택 정보를 기초로 데이터 스트림을 빔 포밍하여 소스 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 방법은 기지국으로부터 수신한 파일럿 신호를 이용하여 기지국과 형성된 무선 채널의 채널 정보를 생성하는 단계, 미리 결정된 헤드(head) 노드로 상기 채널 정보를 전송하는 단계 및 상기 기지국이 선택 정보를 기초로 데이터 스트림을 빔 포밍한 소스 신호를 검출하는 단계-상기 선택 정보는 복수의 멤버 단말들 중 상기 헤드 노드에 의해 선택된 적어도 하나의 액티브 멤버 단말과 상기 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 정보임-를 포 함한다.
본 발명은 동일한 그룹에 속하는 멤버 단말들로부터 액티브 멤버 단말을 선택하고, 액티브 멤버 단말과 관련된 선택 정보를 기지국으로 전달함으로써 피드백 데이터 용량을 크게 줄이는 사용자 협력을 이용한 통신 장치 및 그 통신 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 멤버 단말들 각각이 직접 기지국으로 피드백 데이터를 피드백하지 않고도 보다 효율적으로 기지국에 피드백 데이터를 전달하는 사용자 협력을 이용한 통신 장치 및 그 통신 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 기지국이 빔 포밍을 수행하기 이전에 미리 액티브 멤버 단말 또는 액티브 안테나를 선택하여 피드백 데이터의 용량을 감소시킴으로써 피드백 데이터의 전송 과정에 오류도 감소시키는 사용자 협력을 이용한 통신 장치 및 그 통신 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 헤드 노드에서 수신한 선택 정보를 이용하여 빔 포밍을 수행함으로써 보다 적은 피드백 데이터를 이용함에도 불구하고 효율적인 빔 포밍을 수행하는 기지국 및 소스 신호 생성 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 미리 결정된 헤드 노드로 채널 정보를 전송함으로써 보다 작은 오류율로 채널 정보를 피드백하는 단말 장치 및 신호 검출 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국, 헤드 노드 및 복수의 멤버 단말들을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 도 1에는 기지국(110), 헤드 노드(120) 및 멤버 단말들(130, 140, 150)이 도시되어 있다. 기지국(110), 헤드 노드(120) 및 멤버 단말들(130, 140, 150)에는 다수의 안테나들이 설치될 수 있다.
멤버 단말 1(130), 멤버 단말 2(140) 및 멤버 단말 3(150)은 동일한 그룹(160)에 속한다. 이 때, 아래에서 설명하겠지만, 헤드 노드(120)는 그룹(160)에 포함되는 멤버 단말들(130, 140, 150)을 대신하여 기지국으로 선택 정보를 전송한다.
이 때, 헤드 노드(120)는 중계기 또는 이동 단말을 포함할 수 있고, 헤드 노드(120)는 그룹(160)에 속하는 멤버 단말들(130, 140, 150)에 대하여 미리 결정된 것일 수 있다.
그리고, 헤드 노드(120)가 고정된 중계기인 경우, 헤드 노드(120)를 결정하기 위한 알고리즘은 크게 필요하지 않을 수 있으나, 헤드 노드(120)가 이동성을 갖는 중계기 또는 이동 단말일 경우, 헤드 노드(120)를 결정하기 위한 몇 가지 알고리즘들이 제시될 수 있다.
예를 들어, 복수의 이동 단말들 및 기지국(110) 사이의 채널 상태가 가장 좋은 이동 단말이 복수의 이동 단말들 중 헤드 노드(120)로 선택될 수 있다. 이러 한 경우에, 헤드 노드(120)는 보다 정확하게(에러 없이) 기지국(110)과 통신할 수 있기 때문이다.
다른 예로, 복수의 이동 단말들 중 가장 이동성이 적은 이동 단말이 헤드 노드(120)로 선택될 수도 있다. 즉, 헤드 노드(120)가 자주 변하는 경우, 전체적인 통신 시스템의 성능은 떨어질 염려가 있으며, 헤드 노드(120)의 이동 속도가 크거나, 헤드 노드(120)의 위치가 자주 변동되는 경우, 헤드 노드(120)와 기지국(111) 사이에 형성된 채널의 상태가 안좋아질 수 있기 때문이다.
또 다른 예로, 복수의 이동 단말들 중 사용 가능한(available) 파워가 가장 큰 이동 단말이 헤드 노드(120)로 선택될 수 있다. 즉, 헤드 노드(120)는 다른 이동 단말들보다 많은 양의 신호를 기지국(110)과 송/수신할 수 있으므로, 사용 가능한 파워가 가장 큰 이동 단말이 헤드 노드(120)로 선택될 수 있다.
또 다른 예로, 복수의 이동 단말들 각각의 데이터 트래픽의 양을 고려하여 복수의 이동 단말들 중 어느 하나의 이동 단말이 헤드 노드(120)로 선택될 수 있다. 특히, 복수의 이동 단말들 중 가장 적은 데이터 트래픽의 양을 갖는 이동 단말이 헤드 노드(120)로 선택될 수 있다.
결국, 복수의 이동 단말들 중 어느 하나의 이동 단말이 헤드 노드(120)로 선택되는 경우, 헤드 노드(120)는 채널의 상태, 사용 가능한 파워, 이동성, 데이터 트래픽의 양 등을 비롯한 다양한 요소들을 고려하여 선택됨으로써 통신 성능이 최적화될 수 있다.
또한, 그룹(160)은 다양한 알고리즘 또는 기준을 통하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 헤드 노드(120)를 기준으로 일정 거리 내에 포함되는 멤버 단말들이 동일한 그룹에 속하도록 설정되거나, 무선 채널의 채널 상태를 기준으로 그룹(160)이 설정될 수 있다.
이 때, 헤드 노드(120)와 인접한 복수의 이웃 단말들이 존재하는 경우, 그룹(160) 또는 멤버 단말들(130, 140, 150)을 설정하는 기준에 관한 문제가 있을 수 있다. 이 때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 멤버 단말들(130, 140, 150)은 헤드 노드(120) 및 복수의 이웃 단말들 사이에 형성된 무선 채널의 상태를 고려하여 복수의 이웃 단말들 중에서 선택될 수 있다.
이 때, 무선 채널의 상태는 헤드 노드(120)가 복수의 이웃 단말들로부터 수신된 신호들의 신호 대 잡음 비, 신호 세기와 같은 수신된 신호의 수신 상태를 기초로 파악될 수 있다.
예를 들어, 헤드 노드(120)가 복수의 이웃 단말들로부터 수신된 신호들의 신호 세기가 크다면, 헤드 노드(120)는 무선 채널의 상태가 좋은 것으로 판단할 수 있고, 신호 세기가 작다면, 무선 채널의 상태가 좋지 않은 것으로 판단할 수 있다. 더 나아가서, 무선 채널의 상태가 좋은 것으로 판단되는 경우, 헤드 노드(120)는 헤드 노드(120)와 복수의 이웃 단말들 사이의 거리가 짧은 것으로 판단할 수도 있다. 결국, 헤드 노드(120)는 복수의 이웃 단말들로부터 수신된 신호들의 수신 상태를 기초로 복수의 이웃 단말들 중 적어도 하나를 멤버 단말로 선택할 수 있다.
다만, 멤버 단말들(130, 140, 150)은 미리 명확하게 특정될 수도 있으며, 미리 명확하게 특정되지 않을 수도 있다.
먼저, 멤버 단말들(130, 140, 150)이 미리 명확하게 특정되는 경우에 대해 설명하겠다. 헤드 노드(120)는 이웃 단말들 각각으로부터 전송 또는 브로드캐스트되는 신호를 수신할 수 있다. 이 때, 헤드 노드(120)는 이웃 단말들로부터 전송 또는 브로드캐스트되는 신호들의 크기를 측정하고, 측정된 크기가 기 설정된 임계값 이상인 신호에 상응하는 적어도 하나의 이웃 단말을 미리 멤버 단말로 선택할 수 있다. 그리고, 헤드 노드(120)는 미리 선택된 멤버 단말과 본 발명에 따른 다양한 동작을 수행할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일실시예에 따르면, 멤버 단말들(130, 140, 150)이 미리 명확하게 특정되지 않고도 본 발명을 실시할 수 있는데, 이에 대해 설명하겠다.
다수의 이웃 단말들 중 멤버 단말들(130, 140, 150)이 미리 특정되기 위해서는 이웃 단말들 및 헤드 노드(120) 사이에서 여러 가지 시그널링(signaling) 동작들이 요구될 수 있으나, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기한 여러 가지 시그널링 동작들이 요구되지 않을 수 있다.
즉, 아래에서 설명하겠지만, 멤버 단말들(130, 140, 150)을 포함하는 이웃 단말들 각각은 채널 정보의 신호들을 브로드캐스트 방식으로 전송할 수 있다. 이 때, 헤드 노드(120)는 이웃 단말들 각각으로부터 전송된 채널 정보의 신호들을 수신할 수 있고, 수신된 채널 정보의 신호들의 크기를 측정할 수 있다. 이 때, 헤드 노드(120)는 기 설정된 임계값 이상인 채널 정보의 신호에 상응하는 이웃 단말이 멤버 단말로 선택된 것으로 가정할 수 있다. 그리고, 헤드 노드(120)는 멤버 단말 로 선택된 것으로 가정한 이웃 단말과 본 발명에 따른 여러 가지 동작들을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명은 미리 멤버 단말들(130, 140, 150)을 명확하게 특정하기 위한 별도의 동작을 수행하지 않고도 실시될 수 있다.
기지국(110)은 공간 분할 다중 접속 방식을 이용하여 데이터 스트림을 빔 포밍할 수 있다. 다만, 기지국(110)이 적절히 데이터 스트림을 빔 포밍하기 위해서는 멤버 단말들(130, 140, 150)과 형성된 무선 채널의 채널 상태를 파악해야 한다. 이를 위하여, 기지국(110)은 파일럿 신호를 브로드캐스트(broadcast)하고, 파일럿 신호에 대응하는 피드백 데이터를 수신하여 채널 상태를 파악할 수 있다.
멤버 단말들(130, 140, 150) 각각은 파일럿 신호를 이용하여 기지국(110)과 형성된 무선 채널의 채널 상태를 추정하고, 기지국(110)과 형성된 무선 채널에 대한 채널 정보 1, 2, 3을 생성한다.
이 때, 채널 정보 1, 2, 3은 각각 채널 방향 정보(Channel Direction Information, CDI) 또는 채널 품질 정보(Channel Quality Information, CQI)를 포함할 수 있다.
이 때, k 번째 멤버 단말에 설치된 i 번째 수신 안테나와 기지국(110)과 형성된 무선 채널
Figure 112007086727337-PAT00001
의 채널 품질 정보(예:
Figure 112007086727337-PAT00002
)는 채널 벡터의 크기와 관련된 정보이다.
또한, 채널 방향 정보의 양자화 레벨(quantization level)이 B 비트인 경우, 멤버 단말들(130, 140, 150) 각각은
Figure 112007086727337-PAT00003
개의 방향 벡터들을 포함하는 코드북을 저장할 수 있다. 이 때, 채널 방향 정보는
Figure 112007086727337-PAT00004
개의 방향 벡터들 중 실제의 무선 채널의 방향과 가장 근접한 방향 벡터의 인덱스에 대한 정보일 수 있다.
또한, 멤버 단말들(130, 140, 150) 각각과 헤드 노드(120) 사이에는 무선 채널이 형성된다. 다만, 멤버 단말들(130, 140, 150) 각각과 헤드 노드(120) 사이의 거리는 기지국(110)보다 가깝기 때문에, 멤버 단말들(130, 140, 150) 각각과 헤드 노드(120) 사이에 형성된 무선 채널은 좋은 상태를 유지할 확률이 높다. 일반적으로, 멤버 단말들(130, 140, 150)과 기지국(110) 사이에 형성된 무선 채널에 비해 멤버 단말들(130, 140, 150)과 헤드 노드(120) 사이에 형성된 무선 채널의 상태는 보다 우수할 것이다.
예를 들어, 멤버 단말들(130, 140, 150)과 헤드 노드(120) 사이에 형성된 무선 채널은 부가 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise)에 영향을 받지만, 레일리 페이딩(Rayleigh fading) 채널이 아닌 것으로 볼 수 있다. 다만, 일반적으로 멤버 단말들(130, 140, 150)과 기지국(110) 사이에 형성된 무선 채널은 레일리 페이딩 채널으로 볼 수 있다.
이 때, 멤버 단말들(130, 140, 150)은 채널 정보 1, 2, 3을 직접 기지국(110)으로 전송하지 않고, 헤드 노드(120)로 전송한다. 즉, 헤드 노드(120)와 각각의 멤버 단말들(130, 140, 150) 사이에 형성된 무선 채널의 채널 상태는 좋기 때문에, 채널 정보 1, 2, 3은 헤드 노드(120)로 전송되는 과정에서 오류가 발생할 확률이 낮아진다. 따라서, 채널 정보 1, 2, 3의 전송 과정에서 발생하는 오류로 인하여 빔 포밍 성능이 감소되는 확률이 낮아진다.
또한, 헤드 노드(120)는 채널 정보 1, 2, 3을 이용하여 멤버 단말들(130, 140, 150) 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택한다. 즉, 헤드 노드(120)는 채널 정보 1, 2, 3에 포함된 채널 품질 정보 또는 채널 방향 정보를 이용하여 액티브 멤버 단말을 선택할 수 있다. 또한, 헤드 노드(120)는 액티브 멤버 단말을 선택할 뿐만 아니라 액티브 멤버 단말에 설치된 수신 안테나들 중 적어도 하나의 액티브 안테나를 선택할 수 있다.
또한, 헤드 노드(120)는 액티브 멤버 단말 또는 액티브 안테나와 기지국(110) 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 기지국(110)으로 전달한다. 이 때, 선택 정보는 채널 방향 정보 또는 채널 품질 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 헤드 노드(120)가 멤버 단말 1 및 멤버 단말 2를 액티브 멤버 단말로 선택하였다고 가정한다. 이 때, 헤드 노드(120)는 채널 정보 3을 기지국(110)으로 전달하지 않고, 채널 정보 1, 2만을 포함하는 선택 정보를 기지국(110)으로 전달할 수 있다. 만약, 채널 정보 1, 2가 채널 품질 정보 및 채널 방향 정보를 모두 포함하고 있다면, 헤드 노드(120)는 채널 정보 1 및 채널 정보 2에 포함된 채널 방향 정보만을 포함하는 선택 정보를 기지국(110)으로 전달할 수 있다.
또한, 선택 정보를 수신한 기지국(110)은 액티브 멤버 단말 또는 액티브 안테나를 타겟팅(targeting)하여 데이터 스트림을 빔 포밍한 소스 신호를 생성한다. 이 때, 기지국(110)은 제로 포싱 빔 포밍 기법을 이용하여 데이터 스트림을 빔 포 밍할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사용자 협력을 이용한 통신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 사용자 협력을 이용한 통신 장치는 채널 정보 수신부(210), 멤버 단말 선택부(220) 및 선택 정보 전달부(230)를 포함한다.
이 때, 본 발명에 따른 사용자 협력을 이용한 통신 장치는 이동 단말을 포함하는 단말 장치 또는 중계기 등에 설치될 수 있다. 즉, 다시 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 사용자 협력을 이용한 통신 장치는 헤드 노드(120)에 설치될 수 있다.
채널 정보 수신부(210)는 동일한 그룹(group)에 속하는 복수의 멤버(member) 단말들로부터 채널 정보를 수신한다. 이 때, 채널 정보는 복수의 멤버 단말들과 기지국 사이에 형성된 무선 채널에 대한 정보이다. 즉, 채널 정보는 멤버 단말들 각각과 기지국 사이에 형성된 무선 채널의 채널 품질 정보 또는 채널 방향 정보를 포함할 수 있다.
이 때, 도 1과 관련하여 설명한 바와 같이, 복수의 멤버 단말들은 미리 명확하게 특정될 수도 있으며, 미리 명확하게 특정되지 않을 수 있다.
또한, 멤버 단말 선택부(220)는 채널 정보를 기초로 복수의 멤버 단말들 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택한다. 이 때, 멤버 단말 선택부(230)는 액티브 멤버 단말에 설치된 적어도 하나의 안테나 중 기지국으로부터 생성된 소스 신 호를 수신하는 적어도 하나의 액티브 안테나를 선택할 수 있다.
예를 들어, 기지국에 설치된 안테나의 개수가 액티브 안테나의 개수보다 많아야 되는 통신 시스템에서, 멤버 단말 선택부(220)는 복수의 멤버 단말들 중 일부를 액티브 멤버 단말로 선택할 수 있고, 복수의 안테나들 중 일부를 액티브 안테나로 선택할 수 있다. 이 때, 멤버 단말 선택부(220)는 채널 정보를 이용하여 액티브 멤버 단말에서 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio, SINR) 또는 기지국에서 데이터 전송률의 총합이 최대가 되도록 액티브 안테나를 선택할 수 있다.
이 때, 멤버 단말 선택부(220)는 세미 직교 안테나 선택(Semi-orthogonal Antenna Selection, SAS) 알고리즘을 이용하여 액티브 안테나를 결정할 수 있다. 즉, 세미 직교 안테나 선택 알고리즘은 순차적으로 안테나들을 선택함에 있어서, 안테나들 각각의 무선 채널 사이의 상관값(correlation)이 낮은 순서대로 안테나들을 선택하는 알고리즘이다.
이 때, 멤버 단말 선택부(220)는 그리디 사용자 선택(Greed User Selection, GUS) 알고리즘을 이용하여 액티브 멤버 단말을 선택할 수 있다. 예를 들어, 멤버 단말 선택부(220)는 채널 정보에 포함된 채널 품질 정보를 기초로 기지국에서 데이터 전송률의 총합이 최대가 되도록 액티브 멤버 단말을 선택할 수 있다.
또한, 선택 정보 전달부(230)는 액티브 멤버 단말과 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 기지국으로 전달한다. 이 때, 선택 정보는 액티 브 멤버 단말로부터 수신한 채널 정보에 포함된 채널 방향 정보를 포함할 수 있다. 이 때, 기지국은 선택 정보를 기초로 데이터 스트림을 빔 포밍하여 소스 신호를 생성할 수 있다.
결국, 본 발명에서 멤버 단말들은 직접 채널 정보를 기지국으로 피드백하지 않는다. 즉, 본 발명의 공간 분할 다중 접속 시스템이 멤버 단말로부터 채널 정보를 수신하여 미리 액티브 멤버 단말 또는 액티브 안테나를 선택하고, 액티브 멤버 단말 또는 액티브 안테나와 관련된 선택 정보를 기지국으로 전달할 수 있다. 따라서, 본 발명은 피드백 데이터의 용량뿐만 아니라 채널 정보의 피드백 과정에서 발생하는 오류도 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 기지국은 파일럿 생성부(310), 선택 정보 수신부(320) 및 소스 신호 생성부(330)를 포함한다.
파일럿 생성부(310)는 동일한 그룹에 속하는 복수의 멤버 단말들에게 파일럿 전송할 파일럿 신호를 생성한다. 즉, 기지국이 효율적으로 데이터 스트림을 빔 포밍하기 위해서는 멤버 단말들과 형성된 무선 채널의 채널 상태를 파악해야 한다. 이 때, 기지국은 파일럿 신호를 멤버 단말들에게 전송 또는 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 멤버 단말들은 파일럿 신호를 수신하고, 채널 정보를 헤드 노드로 전송한다. 이 때, 헤드 노드는 그룹에 대하여 미리 결정된 것이며, 헤드 노드는 복수의 멤버 단말들 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택한 다. 그리고, 헤드 노드는 액티브 멤버 단말과 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 생성한다. 또한, 헤드 노드는 사용자 단말, 중계기 중 어느 하나일 수 있다.
이 때, 선택 정보 수신부(320)는 헤드 노드로부터 액티브 멤버 단말과 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 수신한다. 이 때, 선택 정보는 액티브 멤버 단말과 기지국 사이에 형성된 무선 채널의 채널 방향 정보를 포함할 수 있다.
또한, 소스 신호 생성부(330)는 선택 정보를 기초로 데이터 스트림을 빔 포밍하여 소스 신호를 생성한다. 이 때, 소스 신호 생성부(330)는 제로 포싱(zero forcing) 빔 포밍 기법을 이용하여 소스 신호를 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치(400)는 채널 정보 생성부(410), 채널 정보 전송부(420) 및 소스 신호 검출부(430)를 포함한다.
채널 정보 생성부(410)는 기지국(450)으로부터 수신한 파일럿 신호를 이용하여 기지국과 형성된 무선 채널의 채널 정보를 생성한다. 이 때, 채널 정보는 채널 방향 정보 또는 채널 품질 정보를 포함할 수 있다.
또한, 채널 정보 전송부(420)는 미리 결정된 헤드 노드(440)로 채널 정보를 전송한다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치(400)는 채널 정보를 직접 기지국(450)으로 피드백하는 것이 아니라, 미리 결정된 헤드 노드(440)로 채널 정보를 전송한다.
이 때, 헤드 노드(440)는 수신한 채널 정보를 이용하여 액티브 멤버 단말 또는 액티브 안테나를 선택할 수 있고, 액티브 멤버 단말 또는 액티브 안테나와 기지국(450) 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 기지국(450)으로 전달한다. 결국, 기지국(450)은 선택 정보를 이용하여 데이터 스트림을 빔 포밍한 소스 신호를 생성한다.
또한, 소스 신호 검출부(430)는 기지국(450)이 선택 정보를 기초로 데이터 스트림을 빔 포밍한 소스 신호를 검출한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 기지국, 헤드 노드 및 복수의 멤버 단말들의 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 기지국은 파일럿 신호를 모든 멤버 단말들에게 브로드캐스트한다. 파일럿 신호를 수신한 모든 멤버 단말들은 각각 기지국과 형성된 무선 채널을 추정하고, 그 무선 채널에 대한 채널 정보를 생성한다. 이 때, 채널 정보는 채널 방향 정보(CDI) 및 채널 품질 정보(CQI)를 포함한다.
또한, 모든 멤버 단말들은 각각 채널 방향 정보(CDI) 및 채널 품질 정보(CQI)를 미리 결정된 헤드 노드로 전송한다. 이 때, 중계 노드는 중계기 또는 단말일 수 있다.
헤드 노드는 모든 멤버 단말들로부터 각각의 채널 방향 정보(CDI) 및 채널 품질 정보(CQI)를 수신하여 액티브 안테나 또는 액티브 멤버 단말을 선택한다. 이 때, 도 5에서, 헤드 노드는 멤버 단말 1, 2, 3을 액티브 멤버 단말로 선택한다.
헤드 노드는 액티브 멤버 단말인 멤버 단말 1, 2, 3의 채널 방향 정보(CDI1, CDI2, CDI3, CDI4)를 포함하는 선택 정보를 기지국으로 전달한다. 이 때, 도 5에 도시되지 아니하였으나, 헤드 노드는 선택 정보를 멤버 단말들에게 전송할 수도 있다.
기지국은 선택 정보를 이용하여 멤버 단말 1, 2, 3에 상응하는 빔 포밍 벡터를 선택할 수 있다. 이 때, 기지국은 선택된 빔 포밍 벡터를 이용하여 데이터 스트림을 빔 포밍함으로써 소스 신호를 생성한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공간 분할 다중 접속 통신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계(S610)에서 기지국이 멤버 단말들에게 전송할 파일럿 신호를 생성한다.
또한, 단계(S620)에서 멤버 단말들은 기지국으로부터 수신한 파일럿 신호를 이용하여 기지국과 각각의 멤버 단말들 사이에 무선 채널의 채널 정보를 생성한다. 이 때, 채널 정보는 채널 방향 정보 또는 채널 품질 정보를 포함할 수 있다.
또한, 단계(S630)에서 헤드 노드는 멤버 단말로부터 생성된 채널 정보를 수신한다.
또한, 단계(S640)에서 헤드 노드는 채널 정보를 이용하여 액티브 멤버 단말 또는 액티브 안테나를 선택한다. 이 때, 헤드 노드는 GUS 알고리즘을 이용하여 액티브 멤버 단말을 선택할 수 있고, SAS 알고리즘을 이용하여 액티브 안테나를 선택할 수 있다. 그리고, 헤드 노드는 선택된 액티브 멤버 단말 또는 액티브 안테나와 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 생성한다. 이 때, 선택 정보는 채널 방향 정보를 포함할 수 있다.
또한, 단계(S650)에서 헤드 노드는 선택 정보를 기지국으로 전달한다.
또한, 단계(S660)에서 기지국은 헤드 노드로부터 선택 정보를 수신하고, 수신한 선택 정보를 이용하여 데이터 스트림을 빔 포밍한 소스 신호를 생성한다. 이 때, 기지국은 제로 포싱 빔 포밍 기법을 이용하여 데이터 스트림을 빔 포밍할 수 있다.
또한, 단계(S670)에서 액티브 멤버 단말은 기지국으로부터 전송된 소스 신호를 검출한다.
본 발명에 따른 공간 분할 다중 접속 통신 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 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.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국, 헤드 노드 및 복수의 멤버 단말들을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사용자 협력을 이용한 통신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 기지국, 헤드 노드 및 복수의 멤버 단말들의 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공간 분할 다중 접속 통신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 기지국 310: 파일럿 생성부
120: 헤드 노드 320: 선택 정보 수신부
210: 채널 정보 수신부 330: 소스 신호 생성부
220: 멤버 단말 선택부
230: 선택 정보 전달부
410: 채널 정보 생성부
420: 채널 정보 전송부
430: 소스 신호 검출부

Claims (25)

  1. 동일한 그룹(group)에 속하는 복수의 멤버(member) 단말들로부터 채널 정보를 수신하는 채널 정보 수신부 -상기 채널 정보는 상기 복수의 멤버 단말들과 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련됨 -;
    상기 채널 정보를 기초로 상기 복수의 멤버 단말들 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택하는 멤버 단말 선택부; 및
    상기 액티브 멤버 단말과 상기 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 상기 기지국으로 전달하는 선택 정보 전달부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멤버 단말 선택부는
    상기 액티브 멤버 단말에 설치된 적어도 하나의 안테나 중 상기 기지국으로부터 생성된 소스 신호를 수신하는 적어도 하나의 액티브 안테나를 선택하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 선택 정보를 기초로 데이터 스트림(data stream)을 빔 포밍(beamforming)하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 멤버 단말 선택부는
    상기 액티브 멤버 단말에서 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio, SINR) 또는 상기 기지국에서 데이터 전송률의 총합이 최대가 되도록 상기 액티브 안테나를 선택하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 멤버 단말 선택부는
    세미 직교 안테나 선택(Semi-orthogonal Antenna Selection, SAS) 알고리즘을 이용하여 상기 액티브 안테나를 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 멤버 단말 선택부는
    그리디 사용자 선택(Greedy User Selection, GUS) 알고리즘을 이용하여 상기 액티브 멤버 단말을 선택하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 선택 정보는 상기 액티브 멤버 단말과 상기 기지국 사이에 형성된 무선 채널의 채널 방향 정보(Channel Duality Information, CDI)를 포함하는 것을 특 징으로 하는 통신 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 선택 정보는 상기 액티브 안테나와 관련된 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 멤버 단말들은 미리 결정된 기준에 따라 상기 통신 장치와 인접한 복수의 이웃 단말들로부터 선택되고, 상기 미리 결정된 기준은 상기 통신 장치 및 상기 이웃 단말들 사이에 형성된 무선 채널의 상태를 고려하는 것임을 특징으로 하는 통신 장치.
  10. 동일한 그룹에 속하는 복수의 멤버 단말들에게 전송할 파일럿 신호를 생성하는 파일럿 생성부;
    상기 그룹에 대하여 미리 결정된 헤드 노드가 상기 복수의 멤버 단말들 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택한 경우, 상기 헤드 노드로부터 상기 액티브 멤버 단말과 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 수신하는 선택 정보 수신부; 및
    상기 선택 정보를 기초로 데이터 스트림을 빔 포밍하여 소스 신호를 생성하는 소스 신호 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소스 신호 생성부는
    상기 선택 정보를 기초로 제로 포싱(zero-forcing) 빔 포밍 기법을 이용하여 상기 소스 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 선택 정보는 상기 액티브 멤버 단말과 형성된 무선 채널의 채널 방향 정보(Channel Direction Information, CDI)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 헤드 노드는 사용자 단말, 중계기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기지국.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 헤드 노드가 사용자 단말인 경우, 상기 헤드 노드는
    복수의 사용자 단말들 및 기지국 사이에 형성된 채널의 상태, 상기 복수의 사용자 단말들 각각의 사용 가능한 파워, 이동성 또는 데이터 트래픽의 양 중 적어 도 하나를 고려하여 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 기지국.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 멤버 단말들은 미리 결정된 기준에 따라 상기 헤드 노드와 인접한 복수의 이웃 단말들로부터 선택되고, 상기 미리 결정된 기준은 상기 헤드 노드 및 상기 이웃 단말들 사이에 형성된 무선 채널의 상태를 고려하는 것임을 특징으로 하는 기지국.
  16. 기지국으로부터 수신한 파일럿 신호를 이용하여 기지국과 형성된 무선 채널의 채널 정보를 생성하는 채널 정보 생성부;
    미리 결정된 헤드(head) 노드로 상기 채널 정보를 전송하는 채널 정보 전송부; 및
    상기 기지국이 선택 정보를 기초로 데이터 스트림을 빔 포밍한 소스 신호를 검출하는 소스 신호 검출부-상기 선택 정보는 복수의 멤버 단말들 중 상기 헤드 노드에 의해 선택된 적어도 하나의 액티브 멤버 단말과 상기 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 정보임-
    포함하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 채널 정보는 채널 방향 정보(Channel Direction Information, CDI) 또 는 채널 품질 정보(Channel Quality Information, CQI)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 헤드 노드가 사용자 단말인 경우, 상기 헤드 노드는
    복수의 사용자 단말들 및 기지국 사이에 형성된 채널의 상태, 상기 복수의 사용자 단말들 각각의 사용 가능한 파워, 이동성 또는 데이터 트래픽의 양 중 적어도 하나를 고려하여 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  19. 동일한 그룹(group)에 속하는 복수의 멤버(member) 단말들로부터 채널 정보를 수신하는 단계 -상기 채널 정보는 상기 복수의 멤버 단말들과 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련됨-;
    상기 채널 정보를 기초로 상기 복수의 멤버 단말들 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택하는 단계; 및
    상기 액티브 멤버 단말과 상기 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 상기 기지국으로 전달하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중 접속 통신 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택하는 단계는
    상기 액티브 멤버 단말에 설치된 적어도 하나의 안테나 중 상기 기지국으로부터 생성된 소스 신호를 수신하는 적어도 하나의 액티브 안테나를 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중 접속 통신 방법.
  21. 동일한 그룹에 속하는 복수의 멤버 단말들에게 전송할 파일럿 신호를 생성하는 단계;
    상기 그룹에 대하여 미리 결정된 헤드 노드가 상기 복수의 멤버 단말들 중 적어도 하나의 액티브 멤버 단말을 선택한 경우, 상기 헤드 노드로부터 상기 액티브 멤버 단말과 형성된 무선 채널과 관련된 선택 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 선택 정보를 기초로 데이터 스트림을 빔 포밍하여 소스 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 소스 신호 생성 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 소스 신호를 생성하는 단계는
    상기 선택 정보를 기초로 제로 포싱(zero-forcing) 빔 포밍 기법을 이용하여 상기 소스 신호를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 소스 신호 생성 방법.
  23. 기지국으로부터 수신한 파일럿 신호를 이용하여 기지국과 형성된 무선 채널의 채널 정보를 생성하는 단계;
    미리 결정된 헤드(head) 노드로 상기 채널 정보를 전송하는 단계; 및
    상기 기지국이 선택 정보를 기초로 데이터 스트림을 빔 포밍한 소스 신호를 검출하는 단계-상기 선택 정보는 복수의 멤버 단말들 중 상기 헤드 노드에 의해 선택된 적어도 하나의 액티브 멤버 단말과 상기 기지국 사이에 형성된 무선 채널과 관련된 정보임-
    포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 채널 정보는 채널 방향 정보(Channel Direction Information, CDI) 또는 채널 품질 정보(Channel Quality Information, CQI)를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  25. 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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