KR20160010724A - Multi-user MIMO system and method for downlink - Google Patents

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KR20160010724A
KR20160010724A KR1020140090455A KR20140090455A KR20160010724A KR 20160010724 A KR20160010724 A KR 20160010724A KR 1020140090455 A KR1020140090455 A KR 1020140090455A KR 20140090455 A KR20140090455 A KR 20140090455A KR 20160010724 A KR20160010724 A KR 20160010724A
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base station
channel
downlink
mimo system
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KR1020140090455A
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신수용
이스난 아리프 위카소노
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금오공과대학교 산학협력단
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    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
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Abstract

Provided are a multi-user MIMO system and method for downlink. A multi-user MIMO system for downlink according to the embodiment of the present invention includes a base station which includes transmission antennas and transmits data without precoding, and a user terminal which includes receiving antennas of which the number is the same or greater than that of the transmission antennas of the base station, and restores the transmitted data from a signal transmitted from the base station by using channel estimation with the base station.

Description

다운링크를 위한 다중-사용자 ＭＩＭＯ 시스템 및 그 방법{Multi-user MIMO system and method for downlink} [0001] Multi-user MIMO system and method for downlink [0002]

본 발명은 다중-사용자 MIMO 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multi-user MIMO system and method, and more particularly, to a multi-user MIMO system and method for downlink.

최근, 다중-입력-다중-출력(MIMO; multiple-input multiple-output) 시스템들은 채널 용량에서의 대역폭 효율 및 극적인 이득들을 개선하기 위한 그것의 잠재성에 기인하여 많은 관심을 얻어왔다. 특히, 이러한 관심은 복수의 사용자들이 동일한 채널을 이용하여 다중-사용자 MIMO에 의해 달성될 수 있는 동일한 시간에 기지국(BS)과 통신할 수 있는 다중-사용자 시나리오로 옮겨졌다. 환언하면, 각각의 사용자가 상이한 공간, 즉, 동일한 기지국의 상이한 안테나로 통신하기 때문에 공간 분할 다중 액세스(SDMA; space division multiple access)로 지칭된다. 그러나, 다중-사용자 MIMO 시스템은 사용자간 간섭을 제거하기 위해 다운링크 측에서 프리코딩이 필요하다. Recently, multiple-input multiple-output (MIMO) systems have received much attention due to their potential to improve bandwidth efficiency and dramatic gains in channel capacity. In particular, this concern has moved to multi-user scenarios where multiple users can communicate with a base station (BS) at the same time that can be achieved by multi-user MIMO using the same channel. In other words, it is referred to as space division multiple access (SDMA) because each user communicates in a different space, i.e., different antennas of the same base station. However, multi-user MIMO systems require precoding on the downlink side to eliminate inter-user interference.

이러한 프로코딩으로서, DPC(Dirty Paper Coding)와 같은 비선형 프리코딩과, 송신기 제로 포싱(TZF; transmitter zero forcing)/채널 인버젼(CI; channel inversion) 및 블록 대각화(BD; block diagonalization)와 같은 선형 프리코딩이 있다. 채널 인버젼은 다수의 안테나를 가진 기지국과 단일 안테나를 가진 다수의 사용자를 가정한 경우로서, 채널의 의사 역행렬 값을 이용하여 프로코딩을 수행하고, 블록 대각화는 다수의 안테나를 가진 사용자를 가정한 경우로서, 프리코딩 행렬을 이용한다. As such a pro-coding, there are a nonlinear precoding such as DPC (Dirty Paper Coding), a transmitter zero forcing (TZF), a channel inversion (CI) and a block diagonalization There is linear precoding. The channel inversion assumes a base station having a plurality of antennas and a plurality of users having a single antenna. The channel inversion performs the coding using the pseudo inverse value of the channel, and the block diagonalization In one case, a precoding matrix is used.

다중-사용자 MIMO 채널의 차선의 합 용량은 블록 대각화 및 채널 인버젼을 이용하여 달성될 수 있다. 이들 선형 및 비선형 모두의 프로코딩 방식은 사용자간 간섭을 완전히 제거하기 위해 송신기 측에서의 채널 상태 정보(CSIT; channel state information at transmitter)를 온전히 알아야할 필요가 있는데, 이는 실제 환경에서 가능하지 않다는 결점을 갖는다. 주파수 분할 듀플렉싱(FDD; frequency division duplexing) 시스템에서, 각각의 사용자 단말이 채널을 추정하고 피드백으로서 기지국으로 전송하도록 트레이닝 심벌이 기지국으로부터 각각의 사용자 단말로 전송된다. 무한하거나 한정되지 않은 피드백 비트들을 전송함으로써 CSIT의 온전한 값을 달성될 수 있지만, 이는 자원의 낭비일 것이고 CSIT의 큰 지연을 초래하기 때문에 제한된 CSI 피드백 방법이 제안되었다. 그러나, 부정확한 채널 추정 때문에 제한된 CSI 피드백 정보의 양자화 에러는 이용가능한 총 용량의 감소 또는 다중-사용자 MIMO 시스템의 용량 손실을 초래한다. 게다가, 무선의 에러-경향 특성에 기인하여, CSI 피드백은 지연될 수 있거나 심지어 손실되어 채널 추정을 부정확하게 한다. 게다가, 사용자 단말들로부터의 피드백이 업링크시 시스템 오버헤드를 증가시킬 것이기 때문에, CSI 피드백은 시스템 성능을 저하시키는 문제점이 있다. The sum capacity of the lanes of the multi-user MIMO channel can be achieved using block diagonalization and channel inversion. These linear and nonlinear procoding schemes require the full knowledge of the channel state information at transmitter (CSIT) on the transmitter side in order to completely eliminate inter-user interference, which has the disadvantage that it is not possible in a real environment . In a frequency division duplexing (FDD) system, training symbols are transmitted from a base station to each user terminal so that each user terminal estimates a channel and transmits it as a feedback to the base station. Although the full value of the CSIT can be achieved by transmitting infinite or unspecified feedback bits, a limited CSI feedback method has been proposed since this would be a waste of resources and leads to a large delay of the CSIT. However, quantization errors of limited CSI feedback information due to inaccurate channel estimation result in a reduction in the total available capacity or a loss of capacity of the multi-user MIMO system. In addition, due to the error-propagating nature of the radio, the CSI feedback can be delayed or even lost to inaccurate the channel estimate. In addition, since feedback from user terminals will increase system overhead in the uplink, CSI feedback has a problem of degrading system performance.

실제 셀룰러 시스템에서, 종종, 사용자 단말의 피드백 시그널링은 이동성, 피드백 및 프로세싱 레이턴시(latency), 기지국 스케줄러의 제한된 용량, 사용자 단말에 대한 업링크 커버리지 한계 등에 기인하여 주파수-선택 순시 페이딩(instantaneous fading)의 변화를 따르지 못할 수 있다. 따라서, 불완전하거나 제한된 피드백은 용량의 감소를 초래할 것이다. In an actual cellular system, feedback signaling of a user terminal often results in frequency-selective instantaneous fading due to mobility, feedback and processing latency, limited capacity of the base station scheduler, uplink coverage limit for user terminals, It may not follow the change. Thus, incomplete or limited feedback will result in a decrease in capacity.

KRKR 2012-00096492012-0009649 AA

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 사용자 단말의 기지국으로의 피드백이 필요 없는 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템 및 방법을 제공하고자 한다. To solve the above problems, an embodiment of the present invention seeks to provide a multi-user MIMO system and method for a downlink that does not require feedback to a base station of a user terminal.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템이 제공된다. 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템은 다수의 송신 안테나를 포함하며, 프리코딩을 사용하지 않고 데이터를 전송하는 기지국, 및 상기 기지국의 송신 안테나의 수보다 크거나 같은 수의 수신 안테나를 포함하며, 상기 기지국과의 사이의 채널 추정을 이용하여 상기 기지국으로부터 전송된 신호로부터 상기 전송된 데이터를 복원하는 사용자 단말을 포함한다. According to an aspect of the present invention, a multi-user MIMO system for downlink is provided. A multi-user MIMO system for a downlink includes a plurality of transmit antennas, the base station transmitting data without using precoding, and a number of receive antennas greater than or equal to the number of transmit antennas of the base station, And a user terminal for recovering the transmitted data from a signal transmitted from the base station using channel estimation between the base station and the base station.

일 실시예에서, 상기 사용자 단말은 상기 기지국과의 사이의 채널을 추정하는 채널 추정기, 및 상기 추정된 채널 정보를 기초로 의사 채널 역행렬을 산출하고, 상기 기지국으로부터 수신된 신호에 곱하여 디코딩하는 디코더를 포함할 수 있다.In one embodiment, the user terminal includes a channel estimator for estimating a channel with the base station, and a decoder for calculating a pseudo channel inverse matrix based on the estimated channel information and multiplying the received signal by the signal received from the base station for decoding .

일 실시예에서, 상기 디코더는 제로 포싱(ZF; Zero Forcing), MMSE(minimizing mean squared error) 및 연속한 간섭 소거 중 어느 하나의 방식으로 디코딩할 수 있다.In one embodiment, the decoder may decode in one of Zero Forcing (ZF), minimizing mean squared error (MMSE) and successive interference cancellation.

일 실시예에서, 상기 디코더는 하기의 식에 의해 상기 기지국으로부터 전송된 신호를 도출하고, In one embodiment, the decoder derives the signal transmitted from the base station by the following equation,

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Hk는 채널 추정 정보, Dk는 대각 전력 부하, nk는 잡음 신호, 및 [S1, S2, …, Sk]T는 전송된 신호의 세트일 수 있다. Where H k is the channel estimation information, D k is the diagonal power load, n k is the noise signal, and [S 1 , S 2 , ... , S k ] T may be a set of transmitted signals.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법이 제공된다. 다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법은 기지국에서, 프리코딩을 사용하지 않고 데이터를 전송하는 단계, 및 사용자 단말에서, 상기 기지국의 송신 안테나의 수보다 크거나 같은 수의 수신 안테나를 이용하여 상기 기지국과의 사이의 채널 추정을 이용하여 상기 기지국으로부터 전송된 신호로부터 상기 전송된 데이터를 복원하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the invention, a downlink method of a multi-user MIMO system is provided. A method of downlinking a multi-user MIMO system includes transmitting data at a base station without using precoding, and transmitting, at a user terminal, the base station using a number of receive antennas greater than or equal to the number of transmit antennas of the base station, And recovering the transmitted data from the signal transmitted from the base station using a channel estimate between the base station and the base station.

일 실시예에서, 상기 복원하는 단계는 상기 기지국과의 사이의 채널을 추정하는 단계, 상기 추정된 채널 정보를 기초로 의사 채널 역행렬을 산출하는 단계, 및 상기 기지국으로부터 수신된 신호를 상기 의사 채널 역행렬에 곱하여 디코딩하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the recovering includes estimating a channel with the base station, calculating a pseudo channel inverse based on the estimated channel information, and calculating a pseudo channel inverse matrix based on the estimated channel information, And decoding the encoded data.

일 실시예에서, 상기 디코딩하는 단계는 제로 포싱(ZF), MMSE 및 연속한 간섭 소거 중 어느 하나의 방식으로 디코딩할 수 있다.In one embodiment, the decoding step may decode in a manner of either zero forcing (ZF), MMSE, and successive interference cancellation.

일 실시예에서, 상기 디코딩하는 단계는 하기의 식에 의해 상기 기지국으로부터 전송된 신호를 도출하고, In one embodiment, the decoding step derives a signal transmitted from the base station by the following equation,

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, Hk는 채널 추정 정보, Dk는 대각 전력 부하, nk는 잡음 신호, 및 [S1, S2, …, Sk]T는 전송된 신호의 세트일 수 있다. Where H k is the channel estimation information, D k is the diagonal power load, n k is the noise signal, and [S 1 , S 2 , ... , S k ] T may be a set of transmitted signals.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기와 같은 방법들을 실행하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다. According to another aspect of the present invention, a computer program for executing the above methods is provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템 및 방법은 추가 수신기 안테나들을 이용함으로써 사용자 단말로부터 기지국으로의 동등한 채널 정보의 피드백을 생략할 수 있다.A multi-user MIMO system and method for downlink according to an embodiment of the present invention may omit feedback of equivalent channel information from a user terminal to a base station by using additional receiver antennas.

또한, 본 발명의 일 실시예는 송신 단에서 프리코딩을 사용하지 않기 때문에, 채널 양자화 에러에 기인한 피드백 오버헤드 및 용량 손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 송신 신호의 전력이 상대적으로 증가하여 다운링크의 성능을 향상시킬 수 있다. In addition, since an embodiment of the present invention does not use precoding at the transmitting end, it is possible not only to prevent feedback overhead and capacity loss due to channel quantization errors, but also to increase the power of the transmitted signal relatively The performance of the link can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템의 개략적 블록이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템의 세부적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템과 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼 방식에 대한 스펙트럼 효율 성능을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템과 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼 방식에 대한 비트 에러 레이트 성능을 나타낸 그래프이다. 1 is a schematic block diagram of a multi-user MIMO system for downlink according to an embodiment of the present invention.
2 is a detailed block diagram of a multi-user MIMO system for downlink according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a downlink method of a multi-user MIMO system according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph illustrating spectral efficiency performance for a multi-user MIMO system for downlink and a conventional block diagonalization and channel inversion scheme in accordance with an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating bit error rate performance for a multi-user MIMO system for downlink and a conventional block diagonalization and channel inversion scheme in accordance with an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템의 개략적 블록이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템의 세부적인 블록도이다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 실시간 수중 초음파 영상 개선 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다. FIG. 1 is a schematic block diagram of a multi-user MIMO system for downlink according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a detailed block diagram of a multi-user MIMO system for downlink according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a real-time submerged ultrasound image improving apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)은 기지국(100), 및 다수의 사용자 단말(200-1~200-k)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a multi-user MIMO system 10 for downlink according to an embodiment of the present invention includes a base station 100 and a plurality of user terminals 200-1 to 200-k.

기지국(100)은 Nt개와 같은 다수의 송신 안테나(102)를 포함하며, 사용자간 간섭을 제거하기 위한 프리코딩을 사용하지 않고, 일련의 변조 및 인코딩을 통하여 데이터를 전송할 수 있다. 여기서, 프리코딩이 필요하지 않다는 것은 사용자 단말(200-1~200-k)이 채널 정보의 피드백을 기지국(100)으로 전송할 필요가 없다는 것을 의미한다. The base station 100 includes a plurality of transmit antennas 102 such as N t and can transmit data through a series of modulation and encoding without using precoding to eliminate inter-user interference. Here, no need for precoding means that the user terminals 200-1 to 200-k do not need to transmit the channel information feedback to the base station 100. [

다수의 사용자 단말(200-1~200-k)은 브로드캐스팅 채널을 이용하며, 기지국(100)과의 사이의 채널에 대한 추정을 이용하여 기지국(100)으로부터 전송된 신호로부터 데이터를 복원할 수 있다. A plurality of user terminals 200-1 to 200-k use a broadcasting channel and can recover data from a signal transmitted from the base station 100 by using an estimation on a channel with the base station 100 have.

도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 사용자 단말(200) 각각은 수신 안테나(202), 채널 추정기(210) 및 디코더(220)를 포함한다. 2, each of the plurality of user terminals 200 includes a reception antenna 202, a channel estimator 210, and a decoder 220. [

수신 안테나(202)는 기지국(100)의 송신 안테나(102)의 수보다 크거나 같은 수로 구성되며, 예를 들면, Nr개의 안테나로 구성될 수 있다. 이와 같이 수신 안테나(202)의 수를 증가시킴으로써 프리코딩을 이용하지 않고도 채널 정보에 대한 의사 채널 역행렬을 산출하여 신호를 복원시킬 수 있다. The receiving antenna 202 is configured to have a number equal to or greater than the number of the transmitting antennas 102 of the base station 100 and may be composed of, for example, N r antennas. By increasing the number of the receive antennas 202, it is possible to calculate a pseudo-channel inverse matrix for channel information and recover the signal without using precoding.

채널 추정기(210)는 기지국(100)과의 사이의 채널을 추정할 수 있다. 예를 들면, 채널 추정기(210)는 기지국(100)의 송신 안테나(102)로부터 수신 안테나(202) 사이의 채널의 상태를 추정하여 채널 정보를 획득할 수 있다.The channel estimator 210 may estimate the channel with the base station 100. For example, the channel estimator 210 may estimate the state of the channel between the transmitting antenna 102 of the base station 100 and the receiving antenna 202 to obtain channel information.

디코더(220)는 추정된 채널 정보를 기초로 의사 채널 역행렬을 산출하고, 기지국(100)으로부터 수신된 신호를 의사 채널 역행렬에 곱하여 디코딩할 수 있다. 예를 들면, 디코더(220)는 제로 포싱(ZF), MMSE 및 연속한 간섭 소거와 같은 단일 사용자 MIMO 디코딩 방법을 이용하여 디코딩할 수 있다. The decoder 220 may calculate a pseudo-channel inverse matrix based on the estimated channel information, and may multiply the pseudo-channel inverse matrix by a signal received from the base station 100 and decode the pseudo-channel inverse matrix. For example, the decoder 220 may decode using a single user MIMO decoding method such as Zero Forcing (ZF), MMSE and successive interference cancellation.

제로 포싱(ZF)에서, 디코더(220)는 기지국(100)으로부터 수신한 신호로부터 채널 행렬의 의사 역행렬을 산출하고, 기지국(100)으로부터 수신한 신호를 산출된 역행렬에 곱함으로써 획득하고자 하는 신호를 산출할 수 있다. In the zero forcing (ZF), the decoder 220 calculates a pseudoinverse matrix of the channel matrix from the signal received from the base station 100, multiplies the calculated inverse matrix by the signal received from the base station 100, Can be calculated.

이러한 디코더(220)는 기지국(100)으로부터 전송된 신호를 아래와 같은 식에 따라 도출할 수 있다 : The decoder 220 can derive a signal transmitted from the base station 100 according to the following equation:

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, Hk는 채널 추정 정보, Dk는 대각 전력 부하, nk는 잡음 신호, 및 [S1, S2, …, Sk]T는 전송된 신호의 세트일 수 있다. Where H k is the channel estimation information, D k is the diagonal power load, n k is the noise signal, and [S 1 , S 2 , ... , S k ] T may be a set of transmitted signals.

사용자 단말(200)은 기지국(100)의 송신 안테나(102)보다 크거나 동일한 수의 수신 안테나(202)를 이용함으로써, 채널 추정 정보 및 그의 역행렬에 의해 프리코딩을 사용하지 않고도 원하는 정보 신호를 획득할 수 있다. The user terminal 200 can acquire a desired information signal without using precoding by channel estimation information and its inverse matrix by using the same number of reception antennas 202 as the transmission antenna 102 of the base station 100 can do.

예를 들면, 사용자 단말 1(200-1)은, 추가해야 할 필요한 채널 정보 또는 사용자 단말들(200-1~200-k) 사이의 추정이 필요하지 않고, 또한 사용자 단말들(200-1~200-k)의 피드백으로부터의 정확한 CSIT가 또한 필요하지 않기 때문에, 자신의 원하는 신호(S1)를 취하고, 다른 신호들(S2 내지 Sk)을 제거한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)은 사용자간 간섭을 제거하기 위한 프로코딩을 생략할 수 있다.For example, the user terminal 1 (200-1) does not need to estimate between the necessary channel information or the user terminals (200-1 to 200-k) to be added, 200-k since it is also not necessary to have an accurate CSIT from the feedback of the other signals (S2-Sk). Accordingly, the multi-user MIMO system 10 for downlink according to the embodiment of the present invention may omit the pro- coding for eliminating the inter-user interference.

또한, 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼이 송신 전력 정규화를 초래하는 프로코딩을 해야할 필요가 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)은 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼에 비하여 사용자 단말(200)과 같은 수신기에서 더 높은 신호 대 잡음비를 허용하고, 더 높은 스펙트럼 효율을 초래할 수 있다.Also, since conventional block diagonalization and channel inversion require procoding to result in transmit power normalization, a multi-user MIMO system 10 for downlink according to an embodiment of the present invention may be implemented in a conventional block May permit higher signal-to-noise ratios at the receiver, such as the user terminal 200, as compared to diagonalization and channel inversion, resulting in higher spectral efficiency.

이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)은 추가 수신기 안테나들을 이용함으로써 사용자 단말로부터 기지국으로의 동등한 채널 정보의 피드백을 생략할 수 있고, 또한, 송신 단에서 프리코딩을 사용하지 않기 때문에, 채널 양자화 에러에 기인한 피드백 오버헤드 및 용량 손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 송신 신호의 전력이 상대적으로 증가하여 다운링크의 성능을 향상시킬 수 있다. With such an arrangement, the multi-user MIMO system 10 for the downlink according to an embodiment of the present invention can omit feedback of equivalent channel information from the user terminal to the base station by using additional receiver antennas, , Since precoding is not used at the transmitting end, feedback overhead and capacity loss due to channel quantization error can be prevented, and the power of the transmitting signal can be relatively increased to improve the performance of the downlink .

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법을 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법의 순서도이다. Hereinafter, a downlink method of a multi-user MIMO system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 is a flowchart of a downlink method of a multi-user MIMO system according to an embodiment of the present invention.

다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법(300)은 다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법은 기지국에서, 프리코드를 사용하지 않고 데이터를 전송하는 단계(단계 S301), 및 사용자 단말에서, 기지국의 송신 안테나의 수보다 크거나 같은 수의 수신 안테나를 이용하여 기지국과의 사이의 채널 추정을 이용하여 기지국으로부터 전송된 신호로부터 전송된 데이터를 복원하는 단계(단계 S302 내지 S304)를 포함한다. The downlink method 300 of a multi-user MIMO system is a method in which a downlink method of a multi-user MIMO system transmits data at a base station without using a free code (step S301) (Steps S302 to S304) of recovering data transmitted from a signal transmitted from the base station using channel estimation between the base station and the base station using a number of reception antennas greater than or equal to the number of antennas.

보다 상세히 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 기지국(100)과 같은 송신기에서 프리코딩을 사용하지 않고 데이터를 전송할 수 있다(단계 S301). 즉 송신기에서, 사용자간 간섭을 제거하기 위한 프리코딩을 사용하지 않고, 일련의 변조 및 인코딩을 통하여 데이터를 전송할 수 있다. 여기서, 프리코딩이 필요하지 않다는 것은 사용자 단말(200-1~200-k)이 채널 정보의 피드백을 기지국(100)으로 전송할 필요가 없다는 것을 의미한다.More specifically, as shown in FIG. 3, first, a transmitter such as the base station 100 can transmit data without using precoding (step S301). That is, at the transmitter, data can be transmitted through a series of modulation and encoding without using precoding to eliminate inter-user interference. Here, no need for precoding means that the user terminals 200-1 to 200-k do not need to transmit the channel information feedback to the base station 100. [

다음으로, 사용자 단말(200)과 같은 수신기에서, 기지국(100)과 사용자 단말(200) 사이의 채널을 추정할 수 있다(단계 S302). 이 때, 기지국(100)의 송신 안테나(102)로부터 수신 안테나(202) 사이의 채널의 상태를 추정하여 채널 정보를 획득할 수 있다. Next, at a receiver such as the user terminal 200, a channel between the base station 100 and the user terminal 200 can be estimated (step S302). At this time, the state of the channel between the transmission antenna 102 of the base station 100 and the reception antenna 202 can be estimated to obtain channel information.

다음으로, 사용자 단말(200)은 추정된 채널 정보를 기초로 의사 채널 역행렬을 산출할 수 있다(단계 S303). 여기서, 사용자 단말(200)은 기지국(100)과 같은 송신기의 송신 안테나(102)보다 많은 거나 동일한 수의 수신 안테나(202)를 사용함으로써, 채널 정보에 대한 의사 채널 역행렬을 산출할 수 있다. Next, the user terminal 200 can calculate the pseudo channel inverse matrix based on the estimated channel information (step S303). Here, the user terminal 200 can calculate the pseudo channel inverse matrix for the channel information by using the same number of reception antennas 202 as the transmission antenna 102 of the transmitter, such as the base station 100. [

다음으로, 기지국(100)으로부터 수신된 신호를 산출된 의사 채널 역행렬에 곱하여 디코딩할 수 있다(단계 S304). 이 때, 제로 포싱(ZF), MMSE 및 연속한 간섭 소거 중 어느 하나의 방식으로 디코딩을 수행할 수 있다. Next, the signal received from the base station 100 can be multiplied by the calculated pseudo-channel inverse matrix and decoded (step S304). At this time, decoding can be performed by any one of zero forcing (ZF), MMSE, and continuous interference cancellation.

예를 들면, 하기의 식에 의해 기지국(100)으로부터 전송된 신호를 도출할 수 있다 : For example, the signal transmitted from the base station 100 can be derived by the following equation:

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, Hk는 채널 추정 정보, Dk는 대각 전력 부하, nk는 잡음 신호, 및 [S1, S2, …, Sk]T는 전송된 신호의 세트일 수 있다. Where H k is the channel estimation information, D k is the diagonal power load, n k is the noise signal, and [S 1 , S 2 , ... , S k ] T may be a set of transmitted signals.

이 때, 사용자 단말(200)은 기지국(100)의 송신 안테나(102)보다 크거나 동일한 수의 수신 안테나(202)를 이용함으로써, 채널 추정 정보 및 그의 역행렬에 의해 프리코딩을 사용하지 않고도 원하는 정보 신호를 획득할 수 있다.At this time, the user terminal 200 uses the reception antennas 202 that are equal to or greater than the transmission antennas 102 of the base station 100, Signal can be obtained.

이와 같은 방법에 의해, 본 발명의 실시예에 따른 다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법(300)은 추가 수신기 안테나들을 이용함으로써 사용자 단말로부터 기지국으로의 동등한 채널 정보의 피드백을 생략할 수 있고, 또한, 송신 단에서 프리코딩을 사용하지 않기 때문에, 채널 양자화 에러에 기인한 피드백 오버헤드 및 용량 손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 송신 신호의 전력이 상대적으로 증가하여 다운링크의 성능을 향상시킬 수 있다. By this method, the downlink method 300 of a multi-user MIMO system according to an embodiment of the present invention can omit feedback of the equivalent channel information from the user terminal to the base station by using additional receiver antennas, , Since precoding is not used at the transmitting end, feedback overhead and capacity loss due to channel quantization error can be prevented, and the power of the transmitting signal can be relatively increased to improve the performance of the downlink .

상기와 같은 방법들은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)에 의해 구현될 수 있고, 특히, 이러한 단계들을 수행하는 소프트웨어 프로그램으로 구현될 수 있으며, 이 경우, 이러한 프로그램들은 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다. Such methods may be implemented by a multi-user MIMO system 10 for the downlink as shown in FIGS. 1 and 2, and in particular may be implemented as a software program that performs these steps, These programs may be stored on a computer readable recording medium or transmitted by a computer data signal coupled to a carrier wave in a transmission medium or a communication network.

이 때, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 판독가능한 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함하며, 예를 들면, ROM, RAM, CD-ROM, DVD-ROM, DVD-RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 데이터 저장장치 등일 수 있다. At this time, the computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. For example, ROM, RAM, CD-ROM, DVD-ROM, DVD- , A floppy disk, a hard disk, an optical data storage device, or the like.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템과, 블록 대각화 및 채널 인코딩 방식에 대한 성능을 비교한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템과 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼 방식에 대한 스펙트럼 효율 성능을 나타낸 그래프이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템과 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼 방식에 대한 비트 에러 레이트 성능을 나타낸 그래프이다. Hereinafter, the performance of the multi-user MIMO system for the downlink according to an embodiment of the present invention, the performance of the block diagonalization and the channel encoding method will be compared. 4 is a graph illustrating spectral efficiency performance for a multi-user MIMO system for downlink and a conventional block diagonalization and channel inversion scheme in accordance with an embodiment of the present invention. 5 is a graph illustrating bit error rate performance for a multi-user MIMO system for downlink and a conventional block diagonalization and channel inversion scheme in accordance with an embodiment of the present invention.

성능을 측정하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)과, 종래의 채널 인버젼 및 블록 대각화 방식에 대하여 스펙트럼 효율 및 비트 에러 레이트(BER; bit error rate) 성능이 각각 평가된다. 이 때, 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)은 송신기 안테나의 수와 동일한 수의 수신기 안테나를 사용하였으며, 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼 방식은 각 사용자 단말의 수신 안테나 수를 기지국의 송신 안테나의 수의 절반으로 하였다. 여기서, 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼 방식에 대해서는 송신기 상에서 완전한 채널 상태 정보가 가정되고, 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)은 동일한 전력 할당을 이용한 채널 인버젼 및 블록 대각화 방식에 대하여 신호-대-잡음비의 함수로서 스펙트럼 효율을 측정하였다. In order to measure the performance, a multi-user MIMO system 10 for downlink according to an embodiment of the present invention, and a conventional channel inversion and block diagonalization scheme, rate performance is evaluated. At this time, the multi-user MIMO system 10 for the downlink according to the embodiment of the present invention uses the same number of receiver antennas as the number of transmitter antennas, and the conventional block diagonalization and channel inversion method uses each receiver The number of receiving antennas of the terminal is set to be half the number of transmitting antennas of the base station. For the conventional block diagonalization and channel inversion scheme, full channel state information is assumed on the transmitter, and the multi-user MIMO system 10 for the downlink according to an embodiment of the present invention uses a channel with the same power allocation The spectral efficiency was measured as a function of signal-to-noise ratio for inversion and block diagonalization schemes.

도 4에서, 신호-대-잡음비(SNR)가 증가함에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)과, 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼 방식의 스펙트럼 효율이 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)은 프리코딩을 이용하지 않음에 의한 수신기 다이버시티 및 송신 전력 이득 때문에, Nt=4 및 Nt=2 양자에서 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼 방식 모두와 비교하여 높은 스펙트럼 효율을 달성할 수 있다.4, as the signal-to-noise ratio (SNR) increases, a multi-user MIMO system 10 for downlink according to an embodiment of the present invention and a conventional block diagonalization and channel- Efficiency is shown. 4, a multi-user MIMO system 10 for a downlink according to an embodiment of the present invention may use N t = 4 and / or N t = 4 because of receiver diversity and transmit power gain by not using precoding, High spectral efficiency can be achieved in both N t = 2 as compared to both conventional block diagonalization and channel inversion schemes.

도 5에서, Nt=4인 경우에 대하여 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)과, 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼 방식에 대한 비트 에러 레이트 성능이 도시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 신호-대-잡음비가 증가함에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)은 프리코딩을 이용하지 않음에 의한 수신기 다이버시티 및 송신 전력 이득 때문에, 채널 인버젼 및 블록 대각화 방식 모두보다 우수하다. 5, the bit error rate performance for the multi-user MIMO system 10 for downlink according to an embodiment of the present invention and the conventional block diagonalization and channel inversion scheme for N t = Respectively. As shown in FIG. 5, as the signal-to-noise ratio increases, the multi-user MIMO system 10 for downlink according to an embodiment of the present invention may be configured for receiver diversity by not using precoding, Because of the transmit power gain, both channel inversion and block diagonalization are better.

결론적으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템(10)은 종래의 블록 대각화 및 채널 인버젼 방식에 비하여 우수한 스펙트럼 효율 및 비트 에러 레이트를 달성할 수 있다.4 and 5, the multi-user MIMO system 10 for downlink according to an embodiment of the present invention is superior to the conventional block diagonalization and channel inversion scheme in terms of excellent spectral efficiency And a bit error rate.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10 : 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템
100 : 기지국 102 : 송신 안테나
200 : 사용자 단말 202 : 수신 안테나
210 : 채널 추정기 220 : 디코더10: Multi-user MIMO system for downlink
100: base station 102: transmission antenna
200: user terminal 202: receiving antenna
210: channel estimator 220: decoder

Claims (9)

다수의 송신 안테나를 포함하며, 프리코딩을 사용하지 않고 데이터를 전송하는 기지국; 및
상기 기지국의 송신 안테나의 수보다 크거나 같은 수의 수신 안테나를 포함하며, 상기 기지국과의 사이의 채널 추정을 이용하여 상기 기지국으로부터 전송된 신호로부터 상기 전송된 데이터를 복원하는 사용자 단말을 포함하는, 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템.A base station that includes a plurality of transmit antennas and transmits data without using precoding; And
And a user terminal including a number of receive antennas greater than or equal to the number of transmit antennas of the base station and restoring the transmitted data from signals transmitted from the base station using channel estimates with the base station, Multi-user MIMO system for downlink. 제 1 항에 있어서,
상기 사용자 단말은,
상기 기지국과의 사이의 채널을 추정하는 채널 추정기; 및
상기 추정된 채널 정보를 기초로 의사 채널 역행렬을 산출하고, 상기 기지국으로부터 수신된 신호에 곱하여 디코딩하는 디코더를 포함하는, 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템.The method according to claim 1,
The user terminal comprises:
A channel estimator for estimating a channel with the base station; And
And a decoder for calculating a pseudo-channel inverse matrix based on the estimated channel information and for multiplying and decoding the signal received from the base station. 제 2 항에 있어서,
상기 디코더는 제로 포싱(ZF; Zero Forcing), MMSE(minimizing mean squared error) 및 연속한 간섭 소거 중 어느 하나의 방식으로 디코딩하는, 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the decoder decodes in one of Zero Forcing (ZF), minimizing mean squared error (MMSE), and successive interference cancellation. 제 2 항에 있어서,
상기 디코더는 하기의 식에 의해 상기 기지국으로부터 전송된 신호를 도출하고,
Figure pat00005

여기서, Hk는 채널 추정 정보, Dk는 대각 전력 부하, nk는 잡음 신호, 및 [S1, S2, …, Sk]T는 전송된 신호의 세트인, 다운링크를 위한 다중-사용자 MIMO 시스템.3. The method of claim 2,
The decoder derives a signal transmitted from the base station by the following equation,
Figure pat00005

Where H k is the channel estimation information, D k is the diagonal power load, n k is the noise signal, and [S 1 , S 2 , ... , S k ] T is a set of transmitted signals. 기지국에서, 프리코딩을 사용하지 않고 데이터를 전송하는 단계; 및
사용자 단말에서, 상기 기지국의 송신 안테나의 수보다 크거나 같은 수의 수신 안테나를 이용하여 상기 기지국과의 사이의 채널 추정을 이용하여 상기 기지국으로부터 전송된 신호로부터 상기 전송된 데이터를 복원하는 단계를 포함하는, 다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법.Transmitting data at a base station without using precoding; And
And recovering the transmitted data from a signal transmitted from the base station using channel estimation between the base station and the base station using a number of receive antennas greater than or equal to the number of transmit antennas of the base station Downlink method of a multi-user MIMO system. 제 5 항에 있어서,
상기 복원하는 단계는,
상기 기지국과의 사이의 채널을 추정하는 단계;
상기 추정된 채널 정보를 기초로 의사 채널 역행렬을 산출하는 단계; 및
상기 기지국으로부터 수신된 신호를 상기 의사 채널 역행렬에 곱하여 디코딩하는 단계를 포함하는, 다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법.6. The method of claim 5,
Wherein,
Estimating a channel with the base station;
Calculating a pseudo channel inverse matrix based on the estimated channel information; And
And multiplying the signal received from the base station by the pseudo-channel inverse matrix to decode the downlink signal. 제 6 항에 있어서,
상기 디코딩하는 단계는 제로 포싱(ZF), MMSE 및 연속한 간섭 소거 중 어느 하나의 방식으로 디코딩하는, 다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법.The method according to claim 6,
Wherein the step of decoding comprises decoding in a manner of either zero forcing (ZF), MMSE, and successive interference cancellation. 제 6 항에 있어서,
상기 디코딩하는 단계는 하기의 식에 의해 상기 기지국으로부터 전송된 신호를 도출하고,
Figure pat00006

여기서, Hk는 채널 추정 정보, Dk는 대각 전력 부하, nk는 잡음 신호, 및 [S1, S2, …, Sk]T는 전송된 신호의 세트인, 다중-사용자 MIMO 시스템의 다운링크 방법.The method according to claim 6,
Wherein the decoding step derives a signal transmitted from the base station by the following equation,
Figure pat00006

Where H k is the channel estimation information, D k is the diagonal power load, n k is the noise signal, and [S 1 , S 2 , ... , S k ] T is a set of transmitted signals. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 방법을 실행하는 컴퓨터 프로그램.A computer program for implementing the method of any one of claims 5 to 8.
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KR20120009649A (en) 2010-07-20 2012-02-02 삼성전자주식회사 Apparatus and method for precoding using channel orthogonalization in multi user multi antenna system

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