KR20110020352A - Apparatus and method of cooperative interference mitigation and resource management in wireless dual-hop relay systems with multiple antennas - Google Patents

Abstract

PURPOSE: An apparatus and a method of cooperative interference mitigation and resource management in a wireless dual-hop relay system with multiple antennas are provided to control relay interference by using the transmission channel correlation information of a user in order to increase the capacitance of an MIMO relay system. CONSTITUTION: A reception unit receives average channel information of a relay from a multi-reception antenna of a user. A determination unit uses a maximum eigenvector to select an orthogonal user. A generation unit generates a beam weight value of a base station and a relay depending on the selection of the orthogonal user. A calculation unit calculates the estimated capacitance of a relay system by using an S/N(Signal to Noise) ratio. A transmission unit transmits the transmission power allocation information to the relay.

Description

다중 안테나를 사용하는 무선 이중-홉 릴레이 통신 시스템에서 릴레이 간섭 제어와 자원 관리 기법 및 장치 {APPARATUS AND METHOD OF COOPERATIVE INTERFERENCE MITIGATION AND RESOURCE MANAGEMENT IN WIRELESS DUAL-HOP RELAY SYSTEMS WITH MULTIPLE ANTENNAS}Relay Interference Control and Resource Management Techniques and Devices in Wireless Dual-Hop Relay Communication Systems Using Multiple Antennas

셀룰러 환경에서 릴레이는 음영 지역(coverage hole) 해소 및 셀 영역(cell coverage) 확장 등의 목적을 위해 사용된다. 최근에는 다중 안테나(multiple input multiple output: 이하 MIMO)가 장착된 릴레이(이하 MIMO 릴레이)를 사용하여 공간 자원을 늘림으로써 시스템 용량을 증가시킬 수 있다고 알려져 있다. 그러나, 주파수 재사용률(frequency reuse factor)이 1인 다중 셀 환경에서 MIMO 릴레이를 설치하는 경우, 인접 셀에 의한 간섭 신호(other-cell interference: 이하 OCI) 뿐 만 아니라 설치된 MIMO 릴레이로 인해 발생하는 간섭, 인접 릴레이에서 발생되는 간섭 신호 때문에 실질적으로 MIMO 릴레이의 시스템 용량은 크게 제한된다.In cellular environments, relays are used for purposes such as eliminating coverage holes and extending cell coverage. Recently, it is known that a system capacity can be increased by increasing spatial resources by using a relay (hereinafter, MIMO relay) equipped with multiple input multiple output (MIMO). However, when installing a MIMO relay in a multi-cell environment with a frequency reuse factor of 1, interference caused by the installed MIMO relay as well as other-cell interference (OCI) by adjacent cells. As a result, the system capacity of the MIMO relay is substantially limited due to the interference signal generated from the adjacent relay.

이 같은 간섭 문제를 해결하기 위해 기존에는 기지국과 기지국, 또는 기지국과 릴레이 간 협력 자원 관리(coordinated resource management) 기법을 통해 간섭 을 회피하는 방안이 제안되었다. 특히, 사용자의 서로 다른 채널 특성을 고려하여 결정된 자원 할당(resource allocation) 정보를 백본 망(back-bone network)을 통해 실시간으로 교환함으로써 셀 내 간섭(intra-cell interference)과 OCI를 제어하는 기지국 간 협력 자원관리 기법이 제안되었다. 유사한 방식으로, 릴레이 사용자의 채널 정보를 기지국으로 전달하여 기지국이 자기 사용자뿐 만 아니라 릴레이 사용자의 자원을 같이 할당함으로써 셀 내 간섭을 제어하는 중앙 집중식 자원 관리 기법이 제안되었다. 그러나, 이러한 협력 자원 관리 기법을 통한 간섭 회피는 자원 할당 정보의 실시간 교환으로 인한 시스템 오버헤드(overhead) 증가, 채널 시변(time-varying) 특성에 의한 채널 불일치(channel mismatch) 문제, 부분적인 대역폭 사용으로 인한 시스템 용량 감소 때문에 실질적으로 큰 성능 이득을 얻는 것이 용이하지 않다.In order to solve this interference problem, a method of avoiding interference through a coordinated resource management technique has been proposed. In particular, between the base stations that control intra-cell interference and OCI by exchanging resource allocation information determined in consideration of user's different channel characteristics in real time through a back-bone network. Cooperative resource management techniques have been proposed. In a similar manner, a centralized resource management scheme has been proposed in which channel information of a relay user is transmitted to a base station so that the base station allocates resources of not only its own user but also the relay user together to control interference in a cell. However, interference avoidance through this cooperative resource management technique can increase system overhead due to the real-time exchange of resource allocation information, channel mismatch problem due to channel time-varying characteristics, and partial bandwidth usage. It is not easy to get a substantial performance gain due to the reduced system capacity.

최근에는 이러한 간섭 문제를 해결하기 위해 MIMO 전송 기법을 이용한 협력 전송 연구가 이루어지고 있으나 MIMO 릴레이로 인한 간섭 문제보다는 OCI 문제를 해결하기 위한 연구가 많이 진행되어왔다. 특히, 종래의 dirty-paper coding (DPC) 기반의 기지국 간 협력 전송 기법은 신호 전송 전에 OCI를 미리 제거함으로써 최적의 성능을 제공하나, 모든 사용자의 순시 채널 정보를 정확하게 알고 있어야 하기 때문에 사용자 수가 많아질수록 채널 정보의 궤환 부담과 실장 복잡도가 증가해서 구현이 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 이러한 시스템 복잡도를 줄이기 위해 한번의 스케줄링 시간에 최대 사용자 수를 시스템의 이용 가능한 자유도(즉, 기지국의 송신 안테나 수)까지 제한하는 선형 프리코딩(linear precoding) 기반의 zero- forcing (이하 ZF) 또는 최소자승오차(minimum mean square error: 이하 MMSE) 빔형성 기법이 제안되었다. 그러나, 이들 기법도 모든 사용자의 순시 채널 정보가 필요하고, 이를 이용하여 직교적인 사용자 집합을 선택해야 하는 스케줄링 부담이 존재한다. 무엇보다도 이러한 순시 채널 정보를 이용하는 협력 전송 기법은 채널의 시변 특성 및 채널 정보 궤환 지연(feedback delay)으로 인해 발생하는 채널 불일치 문제로 인해 현실적으로 사용되기 어렵다. 이를 보완하기 위하여 순시 채널 정보보다 상대적으로 채널의 시변 특성에 덜 민감한 평균 채널 정보를 이용한 협력 전송 기법이 제안되었다.Recently, cooperative transmission research using MIMO transmission technique has been conducted to solve such interference problem, but much research has been conducted to solve OCI problem rather than interference problem caused by MIMO relay. In particular, the conventional dirty-paper coding (DPC) based inter-base cooperative transmission scheme provides optimal performance by removing OCI in advance of signal transmission, but the number of users increases because the instantaneous channel information of all users must be known accurately. It is known that implementation is difficult because the feedback burden and implementation complexity of channel information increase. To reduce this system complexity, linear precoding-based zero-forcing (hereinafter referred to as ZF), which limits the maximum number of users at one scheduling time to the available degrees of freedom of the system (ie, the number of transmit antennas at the base station), or A minimum mean square error (MMSE) beamforming technique has been proposed. However, these techniques also require instantaneous channel information of all users, and there is a scheduling burden of selecting an orthogonal user set by using the same. Above all, the cooperative transmission scheme using instantaneous channel information is difficult to use due to channel mismatch caused by the time-varying characteristics of the channel and the feedback delay of the channel information. In order to compensate for this, a cooperative transmission scheme using average channel information, which is relatively less sensitive to time-varying characteristics of a channel than instantaneous channel information, has been proposed.

MIMO 릴레이로 인한 간섭 문제를 완화하기 위해 종래의 기지국 간 협력 전송 기법을 고려할 수 있으나, MIMO 릴레이 전송은 다중-홉 전송으로 인한 추가적인 시간 지연 및 궤환 신호 오버헤드 증가, 홉 간 채널 용량의 균형 문제를 동시에 고려해야 한다는 점에서 종래의 기지국 간 협력 전송 기법을 그대로 사용할 수 없다. 이런 문제점을 해결하기 위하여 시간 지연에 강인한 평균 채널 정보 특성을 이용하여 홉 간 채널 용량의 균형을 위한 분산 자원 관리(distributed resource management) 기법과 연동된 기지국과 릴레이 간 협력 전송 기법을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 간섭 채널을 신호 전송에 이용하는 공간 다중화 기반의 협력 전송보다는 간섭을 회피할 수 있는 협력 전송 기법을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명은 사용자의 송신 채널 상관도가 존재하는 이중-홉 MIMO 릴레이 무선통신 시스템의 하향링크에서 다중 사용자의 송신 채널 상관 정보를 기지국과 릴레이가 공유하여 MIMO 릴레이로 인한 간섭을 회피할 수 있는 기지국과 릴레이 간의 협력 송신 빔형성(cooperative transmit beamforming) 기법과 장치에 관한 것이다. 또한, 릴레이 간섭 제거와 함께, 간섭 환경에 적응적으로 기지국과 릴레이의 송신 전력 값을 결정한다.Conventional inter-base station cooperative transmission schemes can be considered to mitigate the interference problems caused by MIMO relays, but MIMO relay transmissions provide additional time delays due to multi-hop transmissions, increased feedback signal overhead, and balancing channel capacity between hops. At the same time, the conventional cooperative transmission technique between base stations cannot be used as it is. In order to solve this problem, it is desirable to use a cooperative transmission method between a base station and a relay interworking with a distributed resource management technique for balancing channel capacity between hops using average channel information characteristics that are robust against time delays. . In addition, it is preferable to use a cooperative transmission technique that can avoid interference rather than cooperative transmission based on spatial multiplexing using an interference channel for signal transmission. The present invention relates to a base station capable of avoiding interference caused by a MIMO relay by sharing a transmission channel correlation information of a multi-user with a base station in a downlink of a dual-hop MIMO relay wireless communication system in which a transmission channel correlation of a user exists. A cooperative transmit beamforming technique and apparatus between relays. In addition to the relay interference cancellation, the transmission power values of the base station and the relay are determined adaptively to the interference environment.

이중-홉 MIMO 릴레이가 설치된 셀룰러 환경에서 시스템 용량을 제한하는 원인은 한정된 주파수 및 전력 자원의 분산 할당과 릴레이 설치로 인한 기지국 셀 내로의 간섭, 인접 셀 또는 인접 릴레이로의 간섭 현상이 발생하여 실질적으로 신호대간섭잡음비(Signal-to-Interference plus Noise Ratio: 이하 SINR)가 낮아지기 때문이다. 이러한 간섭 문제를 기지국과 릴레이 간 협력 자원관리 기법을 통해 해결할 수 있으나, 자원 할당 정보의 실시간 교환에 필요한 시스템 오버헤드 증가, 채널 시변 특성에 의한 채널 불일치 문제, 부분적인 대역폭 사용으로 인한 시스템 용량 감소로 인해 현실적으로 적용이 쉽지 않다. 이러한 문제점을 보완하기 위해서는 전 대역의 주파수를 사용하면서 동시에 릴레이로 인한 간섭을 공간 자원을 이용하여 제어할 수 있는 다중 안테나 기법의 사용이 바람직하다. 기지국과 릴레이 간 협력을 통해 모든 사용자의 순시 채널 정보를 이용하여 릴레이 간섭을 최소화시키는 최소자승오차(MMSE) 빔형성 기법이 효과적이나, 사용자 이동 속도가 빠른 환경에서의 채널 불일치 문제 등으로 인해 실질적으로 향상된 성능을 기대하기 힘들다. 또 송신단에서 채널 정보를 이용하지 않는 랜덤 빔형성(random beamforming) 기법은 빔형성 이득(beamforming gain)의 손실이 발생하고 효율적인 간섭 제어가 되지 않아 높은 시스템 용량을 얻을 수 없다. 본 발명은 사용자의 송신 채널 상관도 정보를 이용하여, 릴레이 간섭을 제어함으로써 MIMO 릴레이 시스템 용량을 증가시킬 수 있는 기지국과 릴레이 간의 협력 송신 빔형성 기법 및 장치에 관한 것이며 기본 개념은 다음과 같다.In a cellular environment with dual-hop MIMO relays, system capacity is limited by the fact that distributed allocation of limited frequency and power resources and the installation of relays can cause interference within base station cells and interference to adjacent cells or adjacent relays. This is because the signal-to-interference plus noise ratio (SINR) is lowered. This interference problem can be solved through the cooperative resource management technique between the base station and the relay, but due to the increased system overhead required for real-time exchange of resource allocation information, channel mismatch due to channel time-varying characteristics, and reduced system capacity due to partial bandwidth usage. Due to the reality, it is not easy to apply. In order to solve this problem, it is desirable to use a multi-antenna technique that can control the interference due to the relay using spatial resources while using the frequency of the entire band. The minimum square error (MMSE) beamforming technique that minimizes relay interference by using instantaneous channel information of all users through cooperation between base station and relay is effective. It's hard to expect improved performance. In addition, the random beamforming technique that does not use channel information at the transmitting end causes loss of beamforming gain and does not provide efficient interference control, and thus high system capacity cannot be obtained. The present invention relates to a cooperative transmission beamforming technique and apparatus between a base station and a relay capable of increasing the capacity of a MIMO relay system by controlling relay interference by using transmission channel correlation information of a user. The basic concept is as follows.

일반적으로 하향링크에서 다중 사용자의 송신 채널 상관도 정보가 물리적으로 독립적이고 송신 채널 상관도가 큰 경우 채널 이득이 소수의 채널 고유 벡터(eigenvector) 방향으로 집중된다. 이 사실을 이용하여 릴레이 채널과 간섭 채널의 송신 채널 상관도가 서로 직교적인 특성을 갖는 사용자 집합을 선택하고, 선택된 사용자의 릴레이 채널의 주요한 고유 벡터 방향으로 송신 빔을 형성함으로써 릴레이 간섭을 회피하도록 한다. 또한, 릴레이로부터의 간섭 특성이 간섭 채널 및 송신 빔형성 방식뿐 만 아니라 릴레이에 할당된 송신 전력에 의해 변한다는 사실을 이용하여, 간섭 특성에 따라 기지국과 릴레이의 송신 전력을 조정하여 성능을 최적화한다.In general, when downlink transmission channel correlation information of multiple users is physically independent and transmission channel correlation is large, the channel gain is concentrated in a direction of a few channel eigenvectors. This fact is used to select a set of users whose transmission channel correlations of the relay channel and the interference channel are orthogonal to each other, and avoid the relay interference by forming the transmission beam in the direction of the principal eigenvectors of the relay channel of the selected user. . In addition, by utilizing the fact that the interference characteristics from the relay are changed not only by the interference channel and the transmission beamforming scheme, but also by the transmission power allocated to the relay, the transmission power of the base station and the relay is optimized according to the interference characteristics to optimize performance. .

설명의 편의를 위해 도 1과 같이, 기지국은 첫 번째 슬롯 기간 동안

개의 안테나를 이용하여 릴레이로 신호를 전송하고, 릴레이는 두 번째 슬롯 기간 동안

개의 안테나로 신호를 수신하여 복조 후 전송하는(decoding-and-forward: 이하 DF) 방식으로 릴레이 사용자

에게 신호를 전송하며 이와 같은 경로를 릴레이 링크라 명한다. 두 번째 슬롯 기간 동안, 기지국은 릴레이와 같은 주파수 자원을 이용하여 기지국 사용자

에게 신호를 전송하며 이와 같은 경로를 엑세스 링크라 명한다. 편의를 위해 슬롯 기간과 연관이 있는 변수들은 각각 윗 첨자

와

를 사용하여 슬롯 기간을 구분한다. 기지국과 릴레이는 각각

와

로 주어지 는 최대 송신 전력 조건을 갖는다고 가정한다.For convenience of description, as shown in FIG. 1, the base station is configured for the first slot period.

Signals are sent to the relay using two antennas, and the relay

Relay user receives signals with two antennas, demodulates them and transmits them after demodulation-and-forward (DF)

It sends a signal to the network, and this path is called a relay link. During the second slot period, the base station uses a frequency resource such as a relay to

This signal is sent to the user and this path is called an access link. For convenience, variables associated with slot durations are superscripted, respectively.

Wow

Use to separate slot periods. The base station and the relay

Wow

Assume that we have a maximum transmit power condition given by.

는 릴레이 경로의 첫 번째 홉인

MIMO 채널 행렬을,

는 릴레이 경로의 두 번째 홉인

MISO (multiple-input single-output) 채널 벡터를 의미한다. 이 때, 릴레이 경로의 첫 번째 홉을 통해 첫 번째 슬롯 기간 동안 릴레이에 수신되는 수신 신호

는 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.

Is the first hop of the relay path

MIMO channel matrix,

Is the second hop of the relay path

MISO (multiple-input single-output) channel vector. At this time, the received signal received by the relay during the first slot period through the first hop of the relay path

May be expressed as in Equation 1.

여기서,

는 첫 번째 홉의 경로 손실을,

은 평균이 0이고, 공분산 행렬이

인 복소 가우시안 분포(complex Gaussian random variable)를 갖는 백색잡음이다. 송신 신호 벡터는

이며,

와

는 각각 첫 번째 슬롯 기간에서 기지국의 송신 빔포밍 벡터와 송신 심볼을 의미한다. 두 번째 슬롯 기간 동안, 릴레이 경로의 두 번째 홉을 통해 릴레이 사용자

에게 수신되는 수신 신호

와 엑세스 경로를 통해 기지국 사용자

에게 수신되는 수신 신호

는 각각 <수학식 2>와 <수학식 3>으로 나타낼 수 있다.here,

The path loss of the first hop,

Has a mean of 0 and the covariance matrix

White noise with a complex Gaussian random variable. Transmit signal vector

,

Wow

Denotes a transmission beamforming vector and a transmission symbol of the base station in the first slot period, respectively. During the second slot period, relay users through the second hop of the relay path

Received by

Base station user through and access path

Received by

May be represented by <Equation 2> and <Equation 3>, respectively.

여기서,

와

는 각각 기지국과 기지국 사용자

사이의 채널을, 릴레이와 기지국 사용자

사이의 간섭 채널을 나타낸다. 만약, 릴레이 경로의 첫 번째 홉에 공간 채널 상관도가 존재하는 경우,

는 <수학식 4>와 같이 표현할 수 있다.here,

Wow

Is the base station and base station user, respectively.

Between channels, relays and base station users

Indicates an interfering channel between. If spatial channel correlation exists in the first hop of the relay path,

Can be expressed as shown in Equation 4.

여기서,

는 공간적으로 상관도가 없는 (즉, 평균이 0이고 분산이 1인 독립적이고 동일한 분포를 갖는(independent and identically distributed: IID) 복소 가우시안) 채널 행렬이고,

와

는 송신과 수신 채널 상관도 행렬로 각각 다음과 같이 표현된다.here,

Is a spatially uncorrelated (i.e., independent and identically distributed (IID) complex Gaussian) channel matrix with mean 0 and variance 1,

Wow

Are denoted by the transmit and receive channel correlation matrices, respectively.

여기서,

는

는 복소전치 행렬(Hermitian matrix)이고,

는

의 기대값 연산자(expectation operator)를 나타내며,

와

는 각각 송신과 수신 채널 상관 계수를 의미한다. 이때,

,

와

,

는 각각 채널 상관 계수의 크기와 각도를 의마한다. 유사하게,

는 <수학식 7>과 같이 나타낼 수 있다.here,

Is

Is the Hermitian matrix,

Is

Represents the expectation operator of,

Wow

Denotes transmit and receive channel correlation coefficients, respectively. At this time,

,

Wow

,

Denotes the magnitude and angle of the channel correlation coefficient, respectively. Similarly,

Can be expressed as shown in Equation 7.

이 때,

는 양의 준정부호(positive semi-definite) 특성을 갖는 복소 전치 행렬이므로 다음과 같이 특이치 분해(singular-value decomposition: SVD)가 가능하다.At this time,

Since is a complex transpose matrix with positive semi-definite characteristics, singular-value decomposition (SVD) is possible as follows.

여기서,

와

는 각각 유니터리(unitary) 행렬과 대각(diagonal) 행렬이고,

의 열(column)은

의 정규화된 고유 벡터(eigenvectors)들이고,

의 대각 원소들은 내림 차순된 음이 아닌 실수(descending ordered non-negative real values) 값을 갖는 고유치(eigenvalues)이다. 이 때, 가장 큰 고유치(

)에 해당하는 주요한 고유벡터를

라 정의한다 (즉,

).here,

Wow

Are unitary and diagonal matrices,

The column of

Are the normalized eigenvectors of

The diagonal elements of are eigenvalues with values of descending ordered non-negative real values. Where the largest eigenvalue (

) Is the dominant eigenvector

(I.e.,

).

일반적으로 MIMO 채널에서 채널 상관도가 존재하며, 채널 상관도가 큰 경우 채널 이득은 채널 상관도 행렬의 소수의 고유 벡터 방향으로 집중된다. 이러한 경우, 채널은 소수의 주요한 고유치와 이에 해당하는 고유 벡터의 선형 조합으로 표현될 수 있다. 이와 같이, 채널 상관 정보의 물리적인 특성을 이용하면 MIMO 릴레이가 유발하는 간섭을 채널의 고유 공간(eigen-space)에서 제어할 수 있다. 도 2는 채널의 고유 공간에서 MIMO 릴레이가 유발하는 간섭을 송신 채널 상관 정보를 이용하여 제어할 수 있는 기지국과 릴레이 간의 협력 송신 빔형성 기법의 기하학적인 개념을 나타낸 것이다. 두 번째 슬롯 기간 동안, 기지국과 릴레이는 각각의 송신 채널 상관 행렬

와

의 최대 고유 벡터

와

를 이용하여 송신 빔을 발생시킨다. 이러한 경우, MIMO 릴레이가 기지국 사용자

에게 유발하는 간섭은 <수학식 9>와 같이 송신 채널 상관도 행렬

의

번째 고유치

, 그에 해당하는 고유 벡터

와 릴레이의 송신 빔

의 내적으로 표현할 수 있다.In general, a channel correlation exists in a MIMO channel, and when the channel correlation is large, the channel gain is concentrated in the direction of a small number of eigenvectors of the channel correlation matrix. In this case, the channel may be represented by a linear combination of a few major eigenvalues and corresponding eigenvectors. As such, by using the physical characteristics of the channel correlation information, interference caused by the MIMO relay can be controlled in the eigen-space of the channel. 2 illustrates a geometric concept of a cooperative transmission beamforming technique between a base station and a relay capable of controlling interference caused by a MIMO relay in a unique space of a channel by using transmission channel correlation information. During the second slot period, the base station and the relay each transmit channel correlation matrix

Wow

Maximum eigenvectors of

Wow

Generate a transmission beam using In this case, the MIMO relay is the base station user.

The interference caused by the transmission channel correlation matrix is shown in Equation (9).

of

Eigenvalue

, The corresponding eigenvectors

And the transmission beam of the relay

Can be expressed internally.

채널 상관 크기가 큰 환경에서

이기 때문에, <수학식 9>는 <수학식 10>과 같이 근사화하여 표현할 수 있다.In environments with large channel correlation sizes

Therefore, Equation 9 can be expressed by approximating Equation 10.

<수학식 10>에서 MIMO 릴레이가 유발하는 간섭은

와

의 최대 고유 벡터들이 서로 직교하는 경우(즉,

) 최소가 된다는 것을 알 수 있다. 이것은 두 개의 최대 고유 벡터

와

의 상대적인 각도 차이(angle difference) _가 _인 경우이다. 여기서, _는 두 벡터 _와 _간 상대적인 방향각 차이를 나타낸다.In Equation 10, the interference caused by the MIMO relay is

Wow

If the largest eigenvectors of are orthogonal to each other (i.e.

) To the minimum. This is the two largest eigenvectors

Wow

This is the case where the relative angle difference _ of _ is _. Here, _ represents the relative direction angle difference between the two vectors _ and _.

이와 같은 물리적 사실을 바탕으로, 송신 채널 상관 정보를 이용하여 기지국과 릴레이가 협력적으로 빔을 생성함으로써 릴레이 간섭을 제어 할 수 있으며, 이를 협력 고유 빔형성(cooperative eigen-beamforming) 기법이라고 명한다. 제안된 협력 고유 빔형성 기법을 통해 데이터를 전송하는 경우 엑세스 링크와 릴레이 링크의 채널 용량 합 _은 <수학식 11>과 같이 나타낼 수 있다Based on these physical facts, relay interference can be controlled by the base station and the relay cooperatively generating beams using transmission channel correlation information, which is called a cooperative eigen-beamforming technique. In case of transmitting data through the proposed cooperative unique beamforming technique, the sum of channel capacities of the access link and the relay link _ can be expressed as Equation (11).

여기서,

와

는 각각 엑세스 링크와 릴레이 링크의 채널 용량을 나타내며,

는 릴레이의 수신 신호 결합 벡터를 나타낸다. Jensen's 부등식으로부터

의 최대값은 <수학식 12>로 주어진다.here,

Wow

Are the channel capacities of the access and relay links, respectively.

Denotes the received signal coupling vector of the relay. From Jensen's inequality

The maximum value of is given by Equation 12.

이때,

인 경우, 엑세스 링크의 채널 용량

는 <수학식 13>과 같이 근사화된다.At this time,

If, the channel capacity of the access link

Is approximated by Equation 13.

기지국과 릴레이에서 송신 채널 상관 정보를 알고 있는 경우, 송신 빔 가중치는 각각

와

이므로,If the base station and the relay know the transmission channel correlation information, the transmission beam weights are respectively

Wow

Because of,

가 되며,

특성을 이용하면, <수학식 15>와 같이 표현된다.Becomes

Using the property, it is expressed as Equation 15.

,

이므로, <수학식 15>는 다음과 같이 표현된다.

,

Equation 15 is expressed as follows.

채널 상관 크기가 큰 환경에서

이기 때문에, <수학식 16>은 다음과 같다.In environments with large channel correlation sizes

Therefore, Equation 16 is as follows.

이와 유사하게, 릴레이 링크의 채널 용량

는 Jensen's 부등식에 의해 <수학식 18>과 같이 표현된다.Similarly, the channel capacity of the relay link

Is expressed by Equation 18 by Jensen's inequality.

릴레이 링크의 각 홉에서 송신 빔 가중치는

와

이며, 첫 번째 홉에서의 수신 신호 결합 벡터는 릴레이 수신단에서 순시 채널 정보를 알고 있기 때문에

이다. 여기서,

이다. 따라서, 릴레이 링크의 첫 번째 홉 채널 용량 채널

는 <수학식 19>와 같고On each hop of the relay link, the transmit beam weight is

Wow

Since the received signal combining vector at the first hop knows instantaneous channel information at the relay receiving end,

to be. here,

to be. Thus, the first hop channel capacity channel of the relay link

Is the same as <Equation 19>

와

이기 때문에, <수학식 20>과 같이 표현된다.

Wow

Therefore, it is expressed as Equation 20.

와

이기 때문에,

는 <수학식 21>과 같이 나타낼 수 있다.

Wow

Because

Can be expressed as in Equation 21.

같은 원리로, 릴레이 링크의 두 번째 홉 채널 용량

는

와

로부터 <수학식 22>와 같이 표현되며,In the same principle, the second hop channel capacity of the relay link

Is

Wow

From Equation 22,

이기 때문에,

는 <수학식 23>과 같다.

Because

Is as shown in Equation 23.

<수학식 21>과 <수학식 23>으로부터, 릴레이 링크의 채널 용량

는 <수학식 24>와 같다.From Equation 21 and Equation 23, the channel capacity of the relay link

Is as shown in Equation 24.

여기서, 상수

는 릴레이 전송으로 인해 2번의 슬롯 기간을 사용하기 때문에 발생하는 상수이다. 따라서, <수학식 17>과 <수학식 24>로부터 송신 채널 상관도 기반의 기지국과 릴레이 간 협력 고유 빔형성 기법의 채널 용량

은 <수학식 25>와 같이 표현할 수 있다.Where constant

Is a constant that occurs because two slot periods are used due to relay transmission. Therefore, the channel capacity of the cooperative unique beamforming scheme between the base station and the relay based on the transmission channel correlation from Equations 17 and 24

Can be expressed as shown in Equation 25.

<수학식 25>로부터 제안된 협력 고유 빔형성 기법의 채널 용량

은 최대 고유값(

,

,

,

)과

와

의 각도 차이(

)에 의해 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. 특히,

은 채 널 상관 크기가 큰 환경에서 각도 차이

가

가 될 때 최대가 된다. 이는 두 최대 고유 벡터

와

가 서로 직교가 될 때(즉,

), 릴레이 간섭이 최소가 되어 용량이 최대화되는 것을 의미한다. Channel Capacity of Cooperative Intrinsic Beamforming Scheme from Equation 25

Is the maximum eigenvalue (

,

,

,

)and

Wow

Angular difference in

Is affected by). Especially,

Angle Difference in Environments with Large Channel Correlation Sizes

end

It becomes the maximum when becomes. Which is the two largest eigenvectors

Wow

Are orthogonal to each other (i.e.

This means that the relay interference is minimized and the capacity is maximized.

특별한 경우로,

일 때 제안된 협력 고유 빔형성 기법의 채널 용량

에 대해 알아본다. 이때, 두 번째 슬롯 기간에서 기지국과 릴레이의 송신 빔 가중치는 각각 다음과 같다.As a special case,

Channel capacity of the proposed cooperating beamforming technique

Learn about. In this case, the transmission beam weights of the base station and the relay in the second slot period are as follows.

,

,

따라서, <수학식 15>는 다음과 같다.Therefore, Equation 15 is as follows.

와

이므로, 엑세스 링크의 채널 용량

는 <수학식 28>과 같이 표현할 수 있다.

Wow

Channel capacity of the access link

Can be expressed as shown in Equation 28.

이와 유사하게,

인 경우

,

이므로, <수학식 24>는 다음과 같다.Similarly,

If

,

<Equation 24> is as follows.

따라서, <수학식 28>과 <수학식 29>로부터

인 경우 제안된 기지국과 릴레이 간 협력 고유 빔형성 기법의 채널 용량

은 <수학식 30>과 같이 표현할 수 있다.Therefore, from (28) and (29)

Is the channel capacity of the cooperative unique beamforming scheme between the proposed base station and the relay.

Can be expressed as shown in Equation 30.

인 경우, 제안된 협력 고유 빔형성 기법의 채널 용량

은 채널 상관 크기(

,

,

,

)와

와

의 송신 채널 상관 계수의 각도 차이(

)에 의해 영향을 받는다. 특히,

가

일 때 릴레이 간섭이 최소가 되며, 이때 두 개의 최대 고유 벡터

와

가 직교가 된다는 것을 의미한다.

, The channel capacity of the proposed cooperative eigenbeamforming technique

Is the channel correlation size (

,

,

,

)Wow

Wow

Difference in the transmission channel correlation coefficient of

Affected by). Especially,

end

Is the minimum relay interference, where two maximum eigenvectors

Wow

Means orthogonal.

제안된 협력 고유 빔형성 기법의 성능 비교를 위해 종래의 비협력 고유 빔형성 기법(non-cooperative eigen-beamforming)과 비교한다. 비협력 고유 빔형성 기법은 릴레이 간섭 고려 없이 임의의 사용자 집합을 선택하여 선택된 사용자에게 최대 고유 벡터로 송신 빔을 결정하며, 이 기법의 채널 용량

은 <수학식 31>과 같이 표현된다.To compare the performance of the proposed cooperative eigenbeam forming technique, we compare it with the conventional non-cooperative eigen-beamforming technique. The non-cooperative eigenbeamforming technique selects a random set of users without considering relay interference to determine the transmit beam with the maximum eigenvectors for the selected users, and the channel capacity of this technique

Is expressed as shown in Equation 31.

여기서,

는 릴레이로부터의 평균 간섭량을 나타낸다. <수학식 25>와 <수학식 31>로부터 릴레이 링크의 채널 용량은 협력 여부에 관계없이 같음을 알 수 있다. 따라서, 두 기법 간 채널 용량의 차이는 <수학식 32>와 같이 엑세스 링크의 채널 용량 차이와 같다.here,

Represents the average amount of interference from the relay. From Equation 25 and Equation 31, it can be seen that the channel capacity of the relay link is the same regardless of cooperation. Therefore, the difference in channel capacity between the two techniques is equal to the difference in channel capacity of the access link as shown in Equation 32.

따라서 <수학식 33>과 같은 조건 일 때

이 된다.Therefore, under the same condition as <Equation 33>

Becomes

즉, 채널 상관이 크고

가

에 가까울수록 제안된 협력 고유 빔형성 기법이 비협력 고유 빔형성 기법보다 큰 채널 용량을 갖는다.In other words, the channel correlation is large

end

Closer to, the proposed cooperative beamforming technique has a larger channel capacity than the noncooperative beamforming technique.

제안된 협력 고유 빔형성 기법이 송신 채널 상관 정보를 이용하여 릴레이 간섭을 평균적으로 최소화할 수 있더라도, 순시적으로는 최소화할 수 없다. 이러한 문제를 완화시키기 위해서, 릴레이는 가능한 작은 전력으로 신호를 송신해야만 한다. 이는 릴레이 간섭이 송신 전력 크기에 비례적으로 증가하기 때문이다. 그러나, 릴레이 링크의 채널 용량은 홉 채널 용량 중 가장 작은 홉에 의해 결정되기 때문에 홉 간 채널 용량의 균형을 이루기 위한 전력 할당도 필요하다. 따라서, 릴레이의 송신 전력은 릴레이 링크의 채널 용량을 최대화하면서 간섭을 최소화할 수 있도록 릴레이 간섭 제어 기법과 연동되어 할당되어야 한다.Although the proposed cooperative specific beamforming technique can minimize relay interference on average using transmission channel correlation information, it cannot be minimized instantaneously. To alleviate this problem, the relay must transmit signals with as little power as possible. This is because relay interference increases in proportion to the transmit power magnitude. However, since the channel capacity of the relay link is determined by the smallest hop of the hop channel capacity, power allocation is also required to balance the channel capacity between hops. Therefore, the transmission power of the relay should be allocated in conjunction with the relay interference control scheme to minimize the interference while maximizing the channel capacity of the relay link.

도 3은 릴레이 간섭 제어 기법과 연동되어 릴레이 송신 전력을 결정하기 위한 개념도를 나타낸 것이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 송신 전력과 릴레이 링크의 채널 용량은 채널 용량 영역(achievable sum-rate region)과 관련이 있다. 채널 용량 영역은 홉 간 채널 상태 뿐 만 아니라 기지국과 릴레이 송신 전력 값에 의해 결정된다는 것을 알 수 있다. 기지국의 송신 전력이

으로 정해진 경우, 첫 번째 홉을 통해 전달된 채널 용량

을 두 번째 홉을 통해 릴레이 사용자에게 오 류 없이 전달하기 위한 릴레이의 최소 송신 전력 값을 결정하는 것이 중요하다. 이러한 상황을 표현하기 위해, <수학식 34>와 같이 릴레이 채널 용량 _을 기지국과 릴레이 간 송신 전력 비율의 함수로 표현한다.3 illustrates a conceptual diagram for determining relay transmission power in conjunction with a relay interference control technique. As shown in FIG. 3, the transmit power and the channel capacity of the relay link are related to the achievable sum-rate region. It can be seen that the channel capacity region is determined not only by the hop-to-hop channel state, but also by the base station and relay transmit power values. The transmit power of the base station

Channel capacity delivered over the first hop, if

It is important to determine the minimum transmit power value of the relay to deliver to the relay user through the second hop without error. To express this situation, the relay channel capacity _ is expressed as a function of the transmission power ratio between the base station and the relay as shown in Equation 34.

여기서,

는 기지국과 릴레이 간 송신 전력 비율을 나타낸다. <수학식 34>는

조건 하에서 릴레이 채널 용량

을 최대화하면서 가장 작은 송신 전력 비율

를 결정해야 하는 것을 의미한다. 따라서, 릴레이 간섭 제어 기법과 연동된 전력 할당 기법은 <수학식 35>와 같이 공식화할 수 있다.here,

Denotes the transmission power ratio between the base station and the relay. Equation 34 is

Relay channel capacity under conditions

Smallest transmit power ratio while maximizing

That means you have to decide. Therefore, the power allocation scheme linked with the relay interference control scheme may be formulated as in Equation 35.

<수학식 24>와 <수학식 34>로부터, 릴레이 링크의 채널 용량

은 다음과 같이 표현된다.From Equation 24 and Equation 34, the channel capacity of the relay link

Is expressed as:

최대-최소 최적화 기법(max-min optimization)에 의해, 릴레이 채널 용량

은 <수학식 37>과 같은 조건 일 때 최대가 되며,Relay channel capacity by max-min optimization

Is the maximum under the same condition as in <Equation 37>,

이는 <수학식 38>과 같다.This is shown in Equation 38.

이기 때문에, 릴레이 간섭 제어 기법과 연동하여 릴레이 송신 전력은 다음과 같이 결정할 수 있다.

Therefore, the relay transmission power can be determined as follows in conjunction with the relay interference control technique.

<수학식 39>는 기지국과 릴레이의 최적 송신 전력 비율

는 홉 간 평균 신호대잡음비(

,

)와 최대 고유값(

,

)에 의해 결정된다는 것을 보여준다. 실제로 최적 송신 전력 비율

는 홉의 채널 용량에 반비례한다. 즉,

가 증가함에 따라 두 번째 홉의 빔포밍 이득이 커지기 때문에 는 증가하게 되고, 이러한 경우

는 첫 번째 홉의 채널 용량

와 균형을 유지하기 위해 감소한다. 반대의 경우도 마찬가지이다. 만약 기지국의 정해진 송신 전력

에서 첫 번째 홉의 채널 용량

이 릴레이 송신 전력 값에 상관없이 두 번째 홉의 채널 용량

보다 항상 큰 경우(즉,

), 릴레이 전송 시 오류가 발생한다. 이러 한 현상을 완화시키기 위해, 비록 첫 번째 홉에 전달되는 데이터 량이 감소하더라도 제안된 최적 송신 전력 비율 할당 기법에 따라 기지국 송신 전력을 줄이는 것이 필요하다.Equation 39 shows the optimal transmission power ratio between the base station and the relay.

Is the average signal-to-noise ratio between hops (

,

) And maximum eigenvalues (

,

Is determined by). In fact, the optimal transmit power ratio

Is inversely proportional to the channel capacity of the hop. In other words,

Since the beamforming gain of the second hop increases as Will increase, in this case

Channel capacity of the first hop

And decrease to maintain balance. The opposite is also true. If the base station's fixed transmit power

Channel capacity of the first hop in

Channel capacity of the second hop regardless of this relay transmit power value

Is always greater than (i.e.

), An error occurs during relay transmission. To alleviate this phenomenon, it is necessary to reduce the base station transmit power according to the proposed optimal transmit power ratio allocation scheme, even if the amount of data delivered on the first hop is reduced.

도 7, 8, 9는 제안된 협력 고유 빔형성 기법과 송신 전력 할당 기법이 연동된 단말, 기지국, 릴레이의 동작 절차를 나타낸 것이다.7, 8, and 9 illustrate an operation procedure of a terminal, a base station, and a relay in which the proposed cooperative unique beamforming technique and a transmission power allocation scheme are interworked.

도 7에서 단말은 701과 702단계에서 기지국 또는 릴레이로부터 하향링크 동기 획득 신호(프리앰블)을 추출하여 하향 링크 동기를 획득한다. 703과 704단계에서 공통 파일럿 신호를 이용하여 기지국과 릴레이와의 송신 채널 상관 정보(최대 고유 벡터, 상관 크기)와 평균 신호대잡음비를 측정하여 이를 상향링크 제어 채널을 통해 기지국으로 궤환한다. 그 후에 705단계에서 기지국 또는 릴레이로부터 상기 단말의 데이터가 스케줄링 되었는지를 판단하고 상기 단말의 데이터가 전송되는 경우 706단계에서 데이터를 복조한다.In FIG. 7, the UE extracts a downlink synchronization acquisition signal (preamble) from a base station or a relay in step 701 and 702 to obtain downlink synchronization. In operation 703 and 704, the transmission channel correlation information (maximum eigenvector, correlation magnitude) and the average signal-to-noise ratio between the base station and the relay are measured using the common pilot signal, and the feedback signal is fed back to the base station through the uplink control channel. Thereafter, in step 705, it is determined whether data of the terminal is scheduled from the base station or the relay, and if data of the terminal is transmitted, the data is demodulated in step 706.

도 8에서 기지국은 801단계에서 단말에서 전송된 상향링크 제어 채널을 획득하여 802와 803단계에서 각각 신호대잡음비와 송신 채널 상관 정보(최대 고유 벡터, 상관 크기)를 추출한다. 그 후에 804단계에서 최대 고유 벡터를 이용하여 릴레이 채널과 간섭 채널의 최대 고유 벡터가 가장 직교에 가까운 기지국 사용자와 릴레이 사용자

를 선택하고, 805단계에서 선택된 사용자를 위한 송신 빔 가중치를

와

로 결정한다. 806단계에서는 804와 805단계에서 결정한 사용자 정보와 송신 빔 가중치를 이용하여 기지국과 릴레이 최적 송신 전력 비율

을 <수 학식 39>와 같이 결정한다. 807단계에서 제안 기법의 성능 향상 여부를 판단하기 위해서 <수학식 33>과 같은 조건과 비교하여 제안된 연동 기법의 성능 향상 여부를 판단한다. 만약, 807단계에서 성능 향상이 없는 경우 종래의 비협력 고유 빔형성 기법으로 데이터를 전송하고, 성능 향상이 있는 경우 808 단계에서 사용자 선택 결과, 전력 할당 정보와 데이터를 릴레이에게 전송한다.In FIG. 8, the base station acquires an uplink control channel transmitted from the terminal in step 801 and extracts signal-to-noise ratio and transmission channel correlation information (maximum eigenvector, correlation magnitude) in steps 802 and 803, respectively. Thereafter, in step 804, the base station user and the relay user whose maximum eigenvectors of the relay channel and the interference channel are closest to each other using the maximum eigenvectors.

In step 805, transmit beam weights for the user selected in step 805 are selected.

Wow

Decide on In step 806, the optimal transmission power ratio between the base station and the relay using the user information and the transmission beam weight determined in steps 804 and 805.

Is determined as shown in Equation 39. In order to determine whether the performance of the proposed scheme is improved in step 807, it is determined whether the performance of the proposed interworking scheme is improved by comparing with the condition shown in Eq. If there is no performance improvement in step 807, data is transmitted using a conventional non-cooperative unique beamforming technique. If there is performance improvement, power allocation information and data are transmitted to the relay as a result of user selection in step 808.

도 9에서 릴레이는 901단계에서 상기 기지국으로부터 전달된 사용자 선택 정보

를 추출하고 902단계에서 릴레이 사용자

의 최대 고유 벡터를 송신 빔 가중치로 결정한다. 그런 후에 903단계에서 릴레이 사용자

에게 데이터를 전송한다.In FIG. 9, the relay transmits user selection information transmitted from the base station in step 901.

And extract the relay user in step 902

The maximum eigenvector of is determined as the transmission beam weight. Then, in step 903, the relay user

Send data to

표 1과 같은 실험 환경에서 제안된 협력 고유 빔형성 기법과 송신 전력 할당 기법을 연동하여 성능을 평가하였다. 3섹터 구조의 19셀 환경에서 이중-홉

릴레이 시스템을 고려하였다. 단, 릴레이 간에는 지리적으로 떨어져 있어 서로 영향을 받지 않는 환경을 가정하였고 인접 셀 간섭은 백색 잡음으로 모델링 하였다. 성능 비교를 위해, 순시 채널 정보를 이용한 송신 전력 할당 기법과 연동된 MMSE 빔형성 기법, 최대 전력 할당 기법과 연동된 비협력 고유 빔형성 기법을 고려하였고, 성능 평가 지수는 주파수 효율(spectral efficiency)과 시스템 주파수 효율(net spectral efficiency)를 고려하였다.In the experimental environment as shown in Table 1, the performance of the proposed cooperative beamforming technique and the transmission power allocation scheme are evaluated. Double-hop in a three-sector 19-cell environment

Consider the relay system. However, it is assumed that the relays are geographically separated and not affected by each other, and the neighboring cell interference is modeled as white noise. For performance comparison, we consider the MMSE beamforming technique linked with the transmission power allocation scheme using instantaneous channel information and the non-cooperative inherent beamforming scheme coupled with the maximum power allocation scheme. The system net spectral efficiency is considered.

파라미터parameter 값value 셀 구조Cell structure 19셀 (3섹터 구조)19 cells (3-sector structure) 셀 반경Cell radius 1 km1 km 주파수 재사용률Frequency reuse rate 1One 릴레이 동작 방식Relay operation method 복조 후 전송 방식(DF)Post Demodulation Transmission (DF) 안테나 구성Antenna configuration 기지국(2TX), 릴레이(2TX/RX), 단말(1RX)Base station 2TX, relay 2TX / RX, terminal 1RX 송신 전력 조건Transmit power condition

,

,

시스템 대역폭System bandwidth 8.75 MHz8.75 MHz FFT 크기FFT size 10241024 부반송파 간격Subcarrier spacing 9.77 KHz9.77 KHz 부채널 내 부반송파 개수Number of subcarriers in subchannel 54개 (48개 데이터, 6개 파일럿)54 (48 data, 6 pilots) 심볼 길이Symbol length 102.4 us + 12.8 us102.4 us + 12.8 us 프레임 길이Frame length 5 ms5 ms 순시 채널 궤환 주기/비트Instantaneous channel feedback cycle / bit 5 ms / 4 bits5 ms / 4 bits 평균 채널 궤환 주기/비트Average Channel Feedback Cycle / Bits 2 sec / 10 bits2 sec / 10 bits 궤환 채널 구조Feedback channel structure QPSK 1/12QPSK 1/12 채널channel 채널 상관도가 존재하는 레일레이 채널Rayleigh channel with channel correlation 경로 손실 지수Path loss index 44 링크 적응 기법Link Adaptation Technique Shannon's capacity formulaShannon's capacity formula

비교 대상


comparison target
Case 1: 순시 채널 기반 전력 할당 기법 + MMSE 빔형성 기법Case 1: Instantaneous channel based power allocation scheme + MMSE beamforming scheme Case 2: 평균 채널 기반 전력 할당 기법 + 제안된 협력 고유 빔형성 기법Case 2: Average Channel-based Power Allocation Scheme + Proposed Cooperative Unique Beamforming Technique Case 3: 최대 전력 할당 기법 + 제안된 협력 고유 빔형성 기법Case 3: Maximum Power Allocation Scheme + Proposed Cooperative Unique Beamforming Technique Case 4: 최대 전력 할당 기법 + 비협력 고유 빔형성 기법Case 4: Maximum Power Allocation Technique + Non-Cooperative Unique Beamforming Technique

도 10은

km,

km,

,

,

dB 일 때, 송신 채널 상관 계수의 각도 차이(

)에 따른 제안된 연동 기법의 주파수 효율을 나타낸 것이다. 평균 채널 정보 기반의 송신 전력 할당 기법과 연동된 협력 고유 빔형성 기법(Case 2)의 성능은

와

의 최대 고유 벡터가 서로 직교할 때(즉,

), 순시 채널 정보 기반의 송신 전력 할당과 연동된 MMSE 빔형성 기법(Case 1)의 성능에 가까워진다는 것을 알 수 있다. 이것은 제안된 연동 기법(Case 2)이 채널 상관도가 크고

인 환경에서 간섭 회피와 릴레이 전력 최소화를 통해 간섭을 최소화할 수 있다는 것을 의미한다. 반면, 최대 전력 할당 기법과 연동된 협력 고유 빔형성 기법(Case 3)은 <수학식 33> 조건을 만족하는 범위 내에서 최대 전력 할당 기법과 연동된 비협력 고유 빔형성 기법(Case 4)보다 큰 성능을 갖는다. 이것은 비협력 고유 빔형성 기법의 경우, 릴레이 간섭 고려 없이 임의의 기지국 사용자와 릴레이 사용자를 선택하기 때문이다. 비록 이론적 성능과 실험 결과가 최대 용량 분석 기법으로 인해 다소 일치하지 않지만, 이론적 성능 분석 결과가 실제 실험 결과와 같은 경향을 보이는 것을 알 수 있다.10 is

km,

km,

,

,

At dB, the angular difference of the transmission channel correlation coefficients (

) Shows the frequency efficiency of the proposed interlocking scheme. The performance of the cooperative intrinsic beamforming technique (Case 2) in conjunction with the transmit power allocation scheme based on average channel information

Wow

When the eigenvectors of are orthogonal to each other (that is,

It can be seen that the performance of the MMSE beamforming technique (Case 1) linked with the transmission power allocation based on instantaneous channel information is approached. This suggests that the proposed interlocking scheme (Case 2) has a high channel correlation.

This means that interference can be minimized by avoiding interference and minimizing relay power. On the other hand, the cooperative intrinsic beamforming technique (Case 3) interlocked with the maximum power allocation scheme is larger than the non-cooperative intrinsic beamforming technique (Case 4) interlocked with the maximum power allocation scheme within a range that satisfies <Equation 33>. Has performance. This is because, for the non-cooperative inherent beamforming technique, it selects any base station user and relay user without considering relay interference. Although the theoretical performance and the experimental results are somewhat inconsistent due to the maximum capacity analysis technique, it can be seen that the theoretical performance analysis results tend to be the same as the actual experimental results.

도 11은

km,

km,

,

명,

dB 일 때, 송신 채널 상관 계수의 크기(

)에 따른 제안된 연동 기법의 주파수 효율을 나타낸 것이다. 평균 채널 정보 기반의 송신 전력 할당 기법과 연동된 협력 고유 빔형성 기법(Case 2)의 성능은

가 커질수록, 순시 채널 정보 기반의 송신 전력 할당과 연동된 MMSE 빔형성 기법(Case 1)의 성능에 가까워진다는 것을 알 수 있다. 이것은

가 커질수록 릴레이 간섭 채널 이득이

의 최대 고유 벡터 방향으로 대부분 집중되기 때문에 제안된 연동 기법의 성능 향상이 증가되기 때문이다. 또한,

가 작은 환경에서도 평균 채널 정보 기반의 송신 전력 할당 기법과 연동된 협력 고유 빔형성 기법(Case 2)은 최대 전력 할당 기법과 연동된 비협력 고유 빔형성 기법(Case 4)보다는 훨씬 큰 성능 향상이 있는 반면, 최대 전력 할당 기법과 연동된 협력 고유 빔형성 기법(Case 3)은 최대 전력 할당 기법과 연동된 비협력 고유 빔형성 기법(Case 4)과 거의 같은 성능을 갖는다. 이것은

가 작아서 릴레이 간섭을 제어할 수 없는 환경일지라도 릴레이 송신 전력을 최소화함으로써 상대적으로 간섭 크기를 줄이는 효과가 발생하기 때문이다.11 is

km,

km,

,

persons,

At dB, the magnitude of the transmit channel correlation coefficient (

) Shows the frequency efficiency of the proposed interlocking scheme. The performance of the cooperative intrinsic beamforming technique (Case 2) in conjunction with the transmit power allocation scheme based on average channel information

It can be seen that the larger the value is, the closer the performance of the MMSE beamforming technique (Case 1) associated with the instantaneous channel information based transmission power allocation is. this is

Increases, the relay interference channel gain

This is because the performance improvement of the proposed interworking technique is increased because it is mostly concentrated in the direction of the maximum eigenvector of. Also,

Even in a small environment, the cooperative intrinsic beamforming technique (Case 2) in conjunction with the average power channel-based transmit power allocation scheme has a much higher performance improvement than the noncooperative intrinsic beamforming technique (Case 4) in conjunction with the maximum power allocation scheme. On the other hand, the cooperative intrinsic beamforming technique (Case 3) linked to the maximum power allocation scheme has almost the same performance as the non-cooperative intrinsic beamforming technique (Case 4) linked to the maximum power allocation scheme. this is

Even if the environment is small and the relay interference cannot be controlled, the effect of reducing the size of the interference is relatively reduced by minimizing the relay transmission power.

도 12는

km,

km,

,

,

dB 일 때, 기지국 사용자 수(

)에 따른 제안된 연동 기법의 주파수 효율을 나타낸 것이다. 기지국 스케줄러는

와

의 최대 고유 벡터의 각도 차이가 가장 직교에 가까운 사용자를 선택하고, MMSE 빔형성 기법과 비협력 고유 빔형성 기법은 각각 순시 채널 정보를 이용하여 직교 사용자를, 채널 정보 없이 임의의 사용자를 선택한다. MMSE 빔형성 기법과 제안된 협력 고유 빔형성 기법은 가 증가할수록 다중사용자 다이버시티 이득을 얻어 성능 향상이 있다는 것을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 평균 채널 정보 기반의 송신 전력과 연동된 협력 고유 빔형성 기법(Case 2)의 성능은 순시 채널 정보 기반의 송신 전력과 연동된 MMSE 빔형성 기법(Case 1)보다 작다는 것을 알 수 있다. 이것은 순시 채널과 평균 채널 간 불일치 문제로 인해 발생하는 평균 신호대간섭및잡음비(SINR) 손실 때문이다.12 is

km,

km,

,

,

at dB, the number of base station users (

) Shows the frequency efficiency of the proposed interlocking scheme. Base station scheduler

Wow

The angular difference of the maximum eigenvectors of is selected for the user orthogonal to the most orthogonal, and the MMSE beamforming technique and the non-cooperative eigenbeam forming technique select the orthogonal user and the random user without the channel information, respectively. The MMSE beamforming technique and the proposed cooperative intrinsic beamforming technique As is increased, the multi-user diversity gain is obtained, indicating that there is an improvement in performance. Nevertheless, it can be seen that the performance of the cooperative intrinsic beamforming technique (Case 2) linked with the transmit power based on average channel information is smaller than the MMSE beamforming technique (Case 1) linked with the transmit power based on instantaneous channel information. have. This is due to the loss of average signal-to-interference and noise ratio (SINR) caused by the mismatch between instantaneous and average channels.

궤환 오버헤드를 고려하여 제안된 연동 기법의 시스템 주파수 효율을 알아보기 위해, 표 2와 같이 궤환되는 채널 정보에 따라 다른 궤환 주기와 궤환 비트를 가정하였다. 링크 적응을 위한 순시 CQI는

주기마다

비트를, 순시적인 빔형성을 위한 채널 정보는

주기마다

비트를, 평균적인 빔형성을 위한 채널 정보는

주기마다

비트를 궤환한다. 이러한 경우, MMSE 빔형성 기법, 협력 고유 빔형성 기법, 비협력 고유 빔형성 기법을 동작시키기 위한 상향링크 궤환 채널의 데이터 양은 표 3과 같다.In order to determine the system frequency efficiency of the proposed interworking scheme in consideration of feedback overhead, different feedback periods and feedback bits are assumed according to the feedback channel information as shown in Table 2. Instantaneous CQI for link adaptation

Every cycle

Bit, channel information for instantaneous beamforming

Every cycle

Bits and channel information for average beamforming

Every cycle

Feedback bit. In this case, the amount of data of the uplink feedback channel for operating the MMSE beamforming technique, the cooperative specific beamforming technique, and the non-cooperative unique beamforming technique is shown in Table 3.

궤환 채널 종류Feedback Channel Type 궤환 채널 구조Feedback channel structure


순시 CQI


Instantaneous CQI

순시 채널 기반의 빔형성 정보


Instantaneous channel based beamforming information

평균 채널 기반의 빔형성 정보


Average channel based beamforming information

MMSE 빔형성 기법MMSE Beamforming Technique 협력 고유 빔형성 기법Cooperative Unique Beamforming Technique 비협력 고유 빔형성 기법Uncooperative Unique Beamforming Technique
궤환채널 데이터 양
Feedback channel data amount

예를 들어,

인 경우 순시 CQI는

ms마다

비트를, 순시적인 빔형성 정보는

ms마다

비트를, 평균적인 빔형성 정보는

sec마다

비트를 궤환한다고 가정하면, 빔형성 기법에 따른 궤환 채널의 데이터양은 각각

Kbps,

Kbps,

Kbps가 된다. 제안된 협력 고유 빔형성 기법을 동작시키기 위해 필요한 궤환 채널의 데이터양은 비협력 고유 빔형성 기법에 비해 1 % 내의 증가된 궤환 채널 정보량이 필요하나, MMSE_BF 기법은 148.4 %의 증가된 궤환 정보량이 필요하다. 이와 같은 궤환 채널 정보량을 바탕으로, 시스템 주파수 효율을 구하면 표 4와 같다.E.g,

If is instantaneous CQI

every ms

Bit, the instantaneous beamforming information

every ms

Bits, average beamforming information

every sec

Assuming feedback of the bit, the amount of data of the feedback channel according to the beamforming technique is respectively

Kbps,

Kbps,

Kbps. The amount of feedback channel data required to operate the proposed cooperative eigenbeam beamforming technique requires an increased amount of feedback channel information within 1% compared to the non-cooperative eigenbeam beamforming technique, but the MMSE_BF technique requires 148.4% increased feedback information. . Based on the feedback channel information amount, the system frequency efficiency is obtained as shown in Table 4.

비교 대상comparison target 시스템 주파수 효율 [bps/Hz]System Frequency Efficiency [bps / Hz] Case 1: 순시 채널 기반 전력 할당 기법 + MMSSE 빔형성 기법Case 1: Instantaneous channel based power allocation scheme + MMSSE beamforming scheme 1.86461.8646 Case 2: 평균 채널 기반 전력 할당 기법 + 제안된 협력 고유 빔형성 기법Case 2: Average Channel-based Power Allocation Scheme + Proposed Cooperative Unique Beamforming Technique 3.21683.2168 Case 3: 최대 전력 할당 기법 + 제안된 협력 고유 빔형성 기법Case 3: Maximum Power Allocation Scheme + Proposed Cooperative Unique Beamforming Technique 3.16413.1641 Case 4: 최대 전력 할당 기법 + 비협력 고유 빔형성 기법Case 4: Maximum Power Allocation Technique + Non-Cooperative Unique Beamforming Technique 2.18332.1833 성능 향상
Improve performance
Case 2 over Case 1Case 2 over Case 1 + 72.52 %+ 72.52% Case 2 over Case 4Case 2 over Case 4 + 40.85 %+ 40.85%

표 4에서 보는 바와 같이, 평균 채널 정보 기반의 송신 전력과 연동된 협력 고유 빔형성 기법(Case 2)이 순시 채널 정보 기반의 송신 전력과 연동된 MMSE 빔형성 기법(Case 1)에 비해 시스템 주파수 효율 측면에서 + 72.52 % 성능 이득이 있는 것을 알 수 있다. 이것은 순시 채널 정보 기반의 송신 전력과 연동된 MMSE 빔형성 기법(Case 1)의 경우, 릴레이 간섭을 순시적으로 제거하면서 최적의 전력 할당을 하기 위해 매 프레임마다 많은 양의 채널 정보를 궤환해야 하지만, 평균 채널 정보 기반의 송신 전력과 연동된 협력 고유 빔형성 기법(Case 2)의 경우, 평균 채널 정보가 시간 변화에 강인한 특성을 이용하여 보다 긴 주기로 채널 정보를 궤환해서 상대적으로 큰 궤환 오버헤드 증가 없이 릴레이 간섭 제어와 송신 전력 최소화를 할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 최대 송신 전력 할당과 연동된 비협력 고유 빔형성 기법(Case 4)에 비해 작은 궤환 오버헤드 증가로 + 40.85 %의 시스템 주파수 효율 향상 이득을 얻을 수 있다.As shown in Table 4, the cooperative inherent beamforming technique (Case 2) linked with the transmit power based on average channel information is more efficient than the MMSE beamforming technique (Case 1) coupled with the transmit power based on instantaneous channel information. In terms of performance, we see a + 72.52% performance gain. In case of the MMSE beamforming technique (Case 1) linked with the instantaneous channel information-based transmission power, a large amount of channel information should be fed back every frame in order to optimally allocate power while eliminating relay interference instantaneously. In the case of the cooperative intrinsic beamforming technique (Case 2) linked to the transmission power based on the average channel information, the average channel information is robust to time variation, and the channel information is fed back at a longer period without a relatively large feedback overhead increase. This means that relay interference control and transmission power can be minimized. In addition, compared to the non-cooperative intrinsic beamforming technique (Case 4) in conjunction with the maximum transmit power allocation, a small feedback overhead increase results in a system frequency efficiency gain of + 40.85%.

본 발명은 주파수 재사용률이 1이고 이중-홉 다중안테나 릴레이가 설치된 다중 셀 환경에서 셀 내의 음영 지역 주변 또는 셀 경계 부근에 위치한 단말에게 미 치는 상당한 양의 릴레이 간섭 신호를 기지국과 릴레이 간 협력을 통해 회피하는 기법이다. 제안된 협력 고유 빔형성 기법은 평균 채널 정보만을 이용하여 서로 간섭 영향이 최소가 되는 기지국 사용자와 릴레이 사용자를 확률적인 관점에서 선택하고 고유 빔을 형성함으로써 릴레이 간섭을 최소화한다. 또한, 제안된 협력 고유 빔형성 기법을 고려하여 릴레이 사용자의 채널 용량을 최대화하면서 릴레이 간섭을 최소로 유발하는 송신 전력을 결정함으로써 릴레이 간섭 제어와 송신 전력 할당 기법 간 연동 최적화한다. 이를 통해 종래의 순시 채널 정보 기반의 협력 최소자승오차(MMSE) 빔형성 기법에 비해 상대적으로 적은 궤환 부담으로 동작 가능하면서 시스템 주파수 효율 측면에서 우수한 성능을 보일 수 있다.According to the present invention, in a multi-cell environment in which a frequency reuse ratio is 1 and a dual-hop multi-antenna relay is installed, a substantial amount of relay interference signals reaching a terminal located near a shadow area or a cell boundary within a cell may be achieved through cooperation between the base station and the relay. It is a technique to avoid. The proposed cooperative unique beamforming technique minimizes relay interference by selecting a base station user and a relay user whose probability of interference is minimized by using only average channel information from a probabilistic viewpoint and forming a unique beam. In addition, considering the proposed cooperative inherent beamforming technique, the transmission power that minimizes relay interference while maximizing the channel capacity of the relay user is determined to optimize the interworking between the relay interference control and the transmission power allocation scheme. As a result, it is possible to operate with a relatively small feedback burden and show excellent performance in terms of system frequency efficiency, compared to conventional instantaneous channel information-based collaborative least square error (MMSE) beamforming techniques.

본 발명에 의한, 셀 내 열악한 환경(음영 지역, 셀 경계)에 위차한 사용자에게 끊김 없는 서비스를 제공하는 다중 안테나를 사용하는 무선 멀티-홉 릴레이 통신 시스템 및 장치는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위 와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.According to the present invention, a wireless multi-hop relay communication system and apparatus using multiple antennas for providing a seamless service to a user in a harsh environment (shading area, cell boundary) in a cell are within the scope of the technical idea of the present invention. In various forms, the present invention is not limited to the above embodiments. In addition, the embodiments and drawings are merely for the purpose of describing the contents of the invention in detail, not intended to limit the scope of the technical idea of the invention, the present invention described above is common knowledge in the technical field to which the present invention belongs As those skilled in the art can have various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention, it is not limited to the above embodiments and the accompanying drawings, of course, and not only the claims to be described below but also claims Judgment should be made including scope and equivalence.

도 1은 다중-사용자 이중-홉 MIMO 릴레이 시스템 모델1 is a multi-user dual-hop MIMO relay system model

도 2는 제안된 채널 상관도 기반의 릴레이 간섭 제어 기법의 개념도2 is a conceptual diagram of a proposed channel correlation based relay interference control scheme

도 3은 제안된 채널 상관도 기반의 릴레이 간섭 제어 및 송신 전력 연동 최적화 방안의 개념도3 is a conceptual diagram of relay interference control and transmission power interworking optimization method based on proposed channel correlation

도 4는 제안된 연동 최적화 기법에 따른 단말의 블록 구성을 도시하는 도면4 is a diagram illustrating a block configuration of a terminal according to the proposed interlocking optimization technique.

도 5는 제안된 연동 최적화 기법에 따른 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면5 is a block diagram of a base station according to the proposed interlocking optimization technique.

도 6는 제안된 연동 최적화 기법에 따른 릴레이의 블록 구성을 도시하는 도면6 is a block diagram of a relay according to the proposed interlocking optimization technique;

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단말기에서 데이터 수신 절차를 도시하는 도면7 is a diagram illustrating a data reception procedure in a terminal according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에서 스케줄링 절차를 도시하는 도면8 is a diagram illustrating a scheduling procedure at a base station according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이에서 송신 빔 가중치 결정 절차를 도시하는 도면9 is a diagram illustrating a transmission beam weight determination procedure in a relay according to an embodiment of the present invention.

도 10은 송신 채널 상관 계수의 각도 차이에 따른 제안된 연동 최적화 기법의 성능 그래프를 도시하는 도면10 is a diagram illustrating a performance graph of a proposed interlocking optimization scheme according to an angle difference of a transmission channel correlation coefficient.

도 11은 송신 채널 상관 계수의 크기에 따른 제안된 연동 최적화 기법의 성능 그래프를 도시하는 도면11 is a diagram illustrating a performance graph of a proposed interlocking optimization technique according to the magnitude of a transmission channel correlation coefficient.

도 12는 기지국 사용자 수에 따른 제안된 연동 최적화 기법의 성능 그래프를 도시하는 도면12 is a diagram illustrating a performance graph of the proposed interlocking optimization scheme according to the number of base station users.

Claims (11)

다중 안테나를 이용하는 무선 이중-홉 릴레이 통신 시스템의 하향링크 통신 방법 및 그 장치에 있어서,A downlink communication method and apparatus therefor in a wireless dual-hop relay communication system using multiple antennas, 사용자의 다중 수신 안테나로부터 릴레이의 평균 채널 정보(최대 고유 벡터, 상관 크기) 수신 방법 및 수신부와,A method and receiver for receiving average channel information (maximum eigenvector, correlation magnitude) of a relay from a user's multiple receive antenna; 상기 평균 채널 정보 수신 방법 및 수신부로부터 얻어진 최대 고유 벡터를 이용하여 직교 사용자를 선택하는 방법 및 결정부와,A method and determiner for selecting an orthogonal user using the average channel information receiving method and the maximum eigenvector obtained from the receiver; 상기 직교 사용자 선택에 따른 기지국과 릴레이의 빔 가중치 생성 방법 및 생성부와,A method and generator for generating a beam weight of a base station and a relay according to the orthogonal user selection; 상기 직교 사용자 선택 및 빔 가중치 결정부로부터 얻어진 정보에 따른 기지국과 릴레이의 송신 전력 결정 방법 및 결정부와,A transmission power determining method and determining unit of the base station and the relay according to the information obtained from the orthogonal user selection and beam weight determining unit; 상기 사용자 선택, 빔 가중치 생성부와 송신 전력 결정부로부터 계산된 정보와 신호대잡음비를 이용하여 릴레이 시스템의 예측 용량을 계산하는 계산 방법 및 계산부와,A calculation method and calculator for calculating a predicted capacity of a relay system using information calculated from the user selection, the beam weight generator and the transmit power determiner, and a signal-to-noise ratio; 상기 예측 용량 계산 방법 및 계산부로부터 계산된 시스템 예측 용량을 이용하여 릴레이 시스템의 성능 향상 여부를 판단하는 판단 방법 및 판단부와,A determination method and determination unit for determining whether the performance of the relay system is improved by using the estimated capacity calculation method and the system estimated capacity calculated from the calculation unit; 상기 판단 방법 및 판단부에 의해 검증된 사용자 선택 정보와 송신 전력 할당 정보를 릴레이로 송신하는 송신 방법 및 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치And a transmission method and a transmission unit for transmitting the user selection information and the transmission power allocation information verified by the determination method and the determination unit to a relay. 제 1항에 있어서, 상기 릴레이의 다중 송신 안테나의 채널 상관도 정보는 릴레이로부터 송신되는 하향링크 동기 획득 신호(프리앰블) 또는 파일럿 신호를 이용하여 추정하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.The method of claim 1, wherein the channel correlation information of the multiple transmit antennas of the relay is estimated using a downlink sync acquisition signal (preamble) or a pilot signal transmitted from the relay.

여기서,

는 파일럿 신호를 통해서 측정된 간섭 신호의 순시 채널을 나타낸다. 이때 단말은 송신 채널 상관 행렬을 특이치 분해한다.here,

Denotes an instantaneous channel of the interference signal measured through the pilot signal. In this case, the UE decomposes the transmission channel correlation matrix.

여기서,

,

를 나타낸다. 이때 단말은 최대 고유치

에 해당하는 최대 고유 벡터

를 기지국으로 전달한다.here,

,

Indicates. In this case, the terminal has a maximum eigenvalue

Maximum Eigenvectors Corresponding to

To the base station. 제 1항에 있어서, 상기 직교 사용자를 선택하는 방법 및 결정부는,The method of claim 1, wherein the method and the determining unit for selecting the orthogonal user, 상기 얻어진 모든 사용자의 최대 고유 벡터 방향 정보를 이용하여 릴레이 채널과 간섭 채널의 최대 고유 벡터 간 내적 값이 최소가 되는 사용자를 선택하는 방법 및 장치.And a method for selecting a user whose internal product value between the maximum eigenvector of the interference channel is minimum by using the obtained maximum eigenvector direction information of all the users.

여기서,

는 두 개의 최대 고유 벡터

와

의 내적이 가장 작은 값을 갖는 사용자 집합을 나타낸다. 즉,here,

Is the two largest eigenvectors

Wow

The dot product of denotes the set of users with the smallest value. In other words,

여기서,

는 두 벡터

와

사이의 상대적인 방향 각 차이(angle difference)를 나타낸다. 내적이 0이 되기 위해서는, 방향 각 차이

가

가 되어야 한다.here,

Two vector

Wow

Relative angle difference between them. In order for the dot product to be zero, the direction angle difference

end

Should be 제 1항에 있어서, 상기 기지국과 릴레이의 빔형성 생성 방법 및 생성부는,The method of claim 1, wherein the beamforming generating method and the generating unit of the base station and the relay, 상기 선택된 직교 사용자의 최대 고유 벡터를 이용하여 기지국과 릴레이의 빔 가중치를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.And determining beam weights of a base station and a relay using the maximum eigenvector of the selected orthogonal user.

여기서,

와

는 릴레이 채널과 간섭 채널이 가장 직교에 가까운 사용자 지수이며,

와

는 각각 릴레이와 기지국의 송신 빔 가중치를 나타낸다. 이 때,

와

는 각각 송신 채널 상관도 행렬

와

의 가장 큰 고유치에 해당 하는 고유 벡터를 나타낸다.here,

Wow

Is the user index of the closest orthogonal relay channel,

Wow

Denotes transmission beam weights of the relay and the base station, respectively. At this time,

Wow

Are the transmit channel correlation matrices, respectively.

Wow

Represents the eigenvector corresponding to the largest eigenvalue of. 제 1항에 있어서, 상기 송신 전력 결정 방법 및 결정부는,The method of claim 1, wherein the transmission power determination method and determination unit, 상기 선택된 사용자 정보와 릴레이와 기지국의 송신 빔 가중치를 이용하여 홉 간 채널 용량의 균형을 유지하기 위해 기지국과 릴레이의 송신 전력을 다음과 같은 비율로 결정하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.And transmitting power of the base station and the relay in the following ratio to balance the channel capacity between the hops using the selected user information and the transmission beam weights of the relay and the base station.

여기서,

와

는 각각 릴레이 링크의 첫 번째 홉과 두 번째 홉의 경로 손실을,

와

는 각각 릴레이 링크의 첫 번째 홉과 두 번째 홉의 최대 고유값을 나타낸다.here,

Wow

The path loss of the first and second hops of the relay link, respectively,

Wow

Denote the maximum eigenvalues of the first and second hops of the relay link, respectively. 제 1항에 있어서, 상기 시스템 예측 용량 계산 방법 및 계산부는,The method of claim 1, wherein the system prediction capacity calculation method and the calculation unit, 상기 계산된 송신 전력, 고유 빔형성 벡터 및 신호대잡음비를 이용하여 릴레이 시스템의 최대 예측 용량을 다음과 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.And calculating the maximum predicted capacity of the relay system using the calculated transmit power, the eigenbeamforming vector, and the signal-to-noise ratio as follows.

여기서,

와

는 각각 엑세스 링크와 릴레이 링크의 채널 측정 용량을 나타낸다.here,

Wow

Are the channel measurement capacities of the access link and the relay link, respectively. 제 1항에 있어서, 상기 시스템 용량 향상 판단 방법 및 판단부는,The method of claim 1, wherein the system capacity improvement determination method and determination unit, 상기 계산된 시스템 최대 예측 용량과 릴레이로부터의 간섭대잡음비를 이용하여 성능향상 여부를 결정할 수 있는 임계치를 설정하는 것을 포함하는 방법 및 장치.And using the calculated system maximum predicted capacity and the interference-to-noise ratio from a relay, setting a threshold to determine whether to improve performance.

여기서,

는 제안된 협력 고유 빔형성 기법의 시스템 측정 용량의 향상 여부를 판단할 수 있는 임계치로 아래와 같다.here,

Is a threshold value to determine whether the system coordination capability of the proposed cooperative unique beamforming technique is improved.

여기서,

는 릴레이로부터의 평균 릴레이 간섭 크기를 나타낸다.here,

Represents the average relay interference magnitude from the relay. 제 1항에 있어서, 상기 송신 방법 및 송신부는,The method of claim 1, wherein the transmission method and the transmission unit, 상기 성능 향상이 검증된 릴레이 사용자 선택 정보

, 릴레이 송신 전력 할당 정보

를 하향링크 제어 채널을 통해 릴레이로 송신하는 것을 포함하는 방법 및 장치.Relay user selection information whose performance improvement is verified

Relay transmit power allocation information

And transmitting to a relay via a downlink control channel. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 기지국 사용자로의 간섭을 회피하기 위한 방법 및 장치 뿐 만 아니라 기존 셀룰러 환경에서 인접 셀 간섭을 회피하기 위해 제안된 협력 고유 빔형성 기법을 적용하는 기지국 간 협력 기반의 송신 빔형성 기법을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.It includes not only a method and apparatus for avoiding interference to a base station user but also an inter-base station cooperative transmission beamforming technique applying the proposed cooperative unique beamforming technique to avoid neighbor cell interference in an existing cellular environment. Method and apparatus. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 기지국 사용자로의 간섭, 인접 셀 간섭을 회피하기 위한 방법 및 장치 뿐 만 아니라 다중 릴레이 간 간섭을 회피하기 위해 제안된 협력 고유 빔형성 기법과 송신 전력 간 연동 기법을 적용하는 기지국과 다중 릴레이 간 협력 전송 기법을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.Cooperative transmission between the base station and the multiple relays applying the proposed cooperative intrinsic beamforming technique and the interworking technique between the transmission powers to avoid interference between the base station user and the neighbor cell interference, as well as the proposed cooperative intrinsic beamforming technique and the transmission power interworking technique. A method and apparatus comprising a technique. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 기지국 사용자로의 간섭, 인접 셀 간섭, 다중 릴레이 간 간섭을 회피하기 위한 방법 및 장치 뿐 만 아니라 다중 셀 환경에서 셀 경계에 설치된 릴레이로 인해 발생하는 인접 셀로의 간섭을 회피하기 위해 제안된 협력 고유 빔형성 기법과 송신 전력 간 연동 기법을 적용하는 인접 기지국과 릴레이 간 협력 전송 기법을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.A cooperative inherent beam proposed to avoid interference to neighboring cells caused by relays installed at cell boundaries in a multicell environment, as well as methods and apparatus for avoiding interference to base station users, neighbor cell interference, and interference between multiple relays. A method and apparatus comprising a cooperative transmission technique between a neighboring base station and a relay applying an interworking technique between a forming technique and a transmission power.

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