KR101154992B1 - 다중 사용자 시스템에 적용되는 신호 수신 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 사용자(Multi-user) 시스템에 적용되는 신호 수신 방법에 있어서, 2 이상의 이동국으로부터, k 번째 무선자원 및 k+m 번째 무선 자원을 이용하여 신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 신호를 이용하여 채널 행렬을 추정하는 단계와, 상기 채널 행렬이 상기 각 이동국이 전송한 신호에 대하여 직교성을 가지도록 하는 가중치 행렬을 산출하는 단계와, 상기 가중치 행렬을 상기 각 이동국에 전송하는 단계와, 상기 각 이동국으로부터 상기 가중치가 적용된 신호를 수신하는 단계를 포함하여 이루어지는 신호 수신 방법에 관한 것으로, 다중 사용자 MIMO 시스템에 있어서, 직교성과 다이버시티 이득을 모두 얻을 수 있도록 함으로써, 전송 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

다중 사용자 시스템, 직교성, 채널 행렬, 다이버시티 이득

Description

다중 사용자 시스템에 적용되는 신호 수신 방법{Method for Receiving Signals in Multiple User System}

도 1 은 다중 반송파 시스템에 있어서, 이동국에 할당되는 무선 자원을 나타낸 일실시예 설명도.

도 2 는 다중 반송파 시스템에 있어서, 이동국에 할당되는 무선 자원을 나타낸 다른 실시예 설명도.

도 3 은 다중 사용자 MIMO 시스템에서 가중치를 이용한 신호 전송 방법을 나타낸 일실시예 흐름도.

본 발명은 다중 사용자 시스템에 적용되는 신호 수신 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 2 이상의 이동국으로부터 전송되는 신호 상호간에 직교성을 가지도록 하여, 전송 효율을 높일 수 있도록 하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 상향링크 전송에 있어서, 이동국은 기지국으로부터 할당받은 무선 자원을 전용으로 사용한다. 이러한 시스템을 단일 사용자 시스템(single-user system)이라고 한다. 예를 들어, 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access; 이하 'TDMA') 시스템에서는 일정한 시간 구간을 각 이동국에게 할당하고, 할당된 시간 구간 동안에는 할당된 이동국이 전용으로 사용할 수 있도록 한다. 한편, 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access; 이하 'CDMA') 시스템에서는 각 이동국에게 서로 다른 코드를 할당하고, 각 이동국은 할당된 코드를 전용으로 사용한다. 이 경우에는, 하나의 무선 자원이라고 할 수 있는 코드 하나당 하나의 사용자만이 사용할 수 있다.

도 1 은 다중 반송파 시스템에 있어서, 이동국에 할당되는 무선 자원을 나타낸 일실시예 설명도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 다중 반송파(multi carrier) 시스템에서는, 시간축과 주파수축으로 구성되는 2 차원 맵 상에서 각 이동국에 무선 자원을 할당하며, 각 이동국은 할당받은 무선 자원을 전용으로 사용할 수 있다.

도 2 는 다중 반송파 시스템에 있어서, 이동국에 할당되는 무선 자원을 나타낸 다른 실시예 설명도이다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 시간축과 주파수축으로 구성되는 2 차원 맵 상에서 할당되는 동일한 무선 자원에 대하여, 2 이상의 이동국이 공유하여 사용할 수 있는데, 이러한 시스템을 다중 사용자 시스템(multi-user system) 이라고 한다.

표 1 은 다중 사용자 시스템에서 각 이동국이 신호를 전송하는 방법을 나타낸 일례이다.

단말 1	S1
단말 2	S2

표 1 과 같이, 각 이동국이 단일 사용자 시스템과 같은 방식으로 전송을 하고, 기지국은 두 신호를 동시에 수신하는 경우 데이터 레이트(Data rate) 는 2 가 되고, 이론상으로 전송률이 두 배가 된다. 그러나, 수신 단에서의 에러율이 커지는 문제점이 있다.

표 2 은 다중 사용자 시스템에서 각 이동국이 신호를 전송하는 방법을 나타낸 일례이다.

단말 1	S1	S1
단말 2	S2	-S2

표 2 와 같이 전송하는 경우에는 각 이동국은 같은 신호를 시간축 상에서 또는 주파수 축 상에서 두 번 반복하여 전송한다. 같은 무선 자원을 두 단말이 공유하는 대신 두번 반복하여 걸쳐서 전송하므로, 단일 사용자(Single-user) 시스템의 경우와 같이, 데이터 레이트(Data rate)는 1 이 된다. 여기서, 두 번에 걸쳐 전송하는 두 이동국의 전송 신호는 서로 직교성을 갖도록 구성하여, 각자가 다른 이동국에게 간섭을 주지 않도록 한다. 이와 같이 전송하면, 데이터를 반복해서 전송하므로 데이터율(data rate)은 반으로 줄어들지만, 낮은 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio; 이하 'SNR') 환경에서 성능이 낮게 나타나는 점을 보완할 수 있다. 또한, 데이터들간의 직교성이 유지되기 때문에, 쉽게 신호를 디커플링(decoupling)할 수 있다.

종래의 다중 사용자(Multi-user) 다중 입출력(Multi-input Multi-output; 이하 'MIMO') 시스템의 경우, 표 2 와 같은 경우 직교성을 얻을 수 있으나, 인접 시간 축이나 주파수 축으로 반복하여 전송을 수행하므로 다이버시티 이득을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은, 다중 사용자 시스템에 있어서, 2 이상의 이동국으로부터 전송되는 신호 상호간에 직교성을 가지도록 하여 전송 효율을 증가시키는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다중 사용자(Multi-user) 시스템에 적용되는 신호 수신 방법에 있어서, 2 이상의 이동국으로부터, k 번째 무선자원 및 k+m 번째 무선 자원을 이용하여 신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 신호를 이용하여 채널 행렬을 추정하는 단계와, 상기 채널 행렬이 상기 각 이동국이 전송한 신호에 대하여 직교성을 가지도록 하는 가중치 행렬을 산출하는 단계와, 상기 가중치 행렬을 상기 각 이동국에 전송하는 단계 및 상기 각 이동국으로부터 상기 가중치가 적용된 신호를 수신하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 다중 사용자 MIMO (Multi-user MIMO) 시스템에서 직교성과 다이버시티 이득(diversity gain)을 모두 얻기 위해, 반복 신호를 시간 축이나 주파수 축 상에서 일정한 구간만큼 이격하여 전송 함으로써, 다이버시티 이득을 (diversity gain)을 얻고, 그 대신 채널 값을 피드백(feedback) 받아서 직교성을 가지도록 가 중치(weight)를 곱하여 신호를 전송한다.

하나의 안테나를 가진 두개의 이동국이 동일한 무선 자원을 할당 받고, 하나의 안테나를 가진 기지국에 신호를 송신하는 경우의 일례를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 기지국에서 수신한 신호는 수학식 1 과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 1 에서,

은 수신된 신호이고,

는 채널 값,

는 각 사용자가 송신한 신호,

은 부가적 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise; 이하 'AWGN')을 의미한다. 한편, 첨자 k, k+1 은 시간축 혹은 주파수축 인덱스를 의미한다.

수학식 1 과 같이 신호를 전송하는 경우, 인접 시간 혹은 인접 주파수를 이용하여 신호가 전송되므로, 채널 값은 거의 같고, 따라서 직교성을 가지게 된다. 그러나, 같은 이동국에서 전송한 두 신호는 거의 같은 채널을 통과하게 되어 다이버시티 이득을 얻을 수는 없다.

즉, 채널행렬 H 에 대하여,

를 계산하여 대각 성분(diagonal term)이외의 성분이 0 이 되는 경우에, 직교성을 가진다. 직교성을 가지는 경우, 두 송신 신호가 서로 간섭 신호로 작용하지 않고, 각 신호를 디커플링하여 간단하게 검파를 수행할 수 있게 된다.

수학식 2 는 수학식 1 에 대하여, 직교성을 보이기 위한 것이다.

수학식 1 에서,

라고 가정하면, 수학식 2 와 같이, 대각 성분 이외의 성분이 0 인 행렬을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 채널 행렬을 직교성을 가짐을 알 수 있다.

다이버시티 이득(Diversity gain)을 얻기 위해서는 시간 축이나 주파수 축 상에서 인접한 채널이 아닌(즉,

이 성립하지 않는) 다른 채널을 통해 데이터를 전송할 필요가 있다. 그러나, 인접한 채널이 아닌 경우에는 채널상황이 같다는 가정, 즉, 수학식 1 에서

라는 가정이 적용되기 어려우므로, 직교성을 만족하지 못한다.

따라서, 직교성을 가지도록 하기 위해, 이전에 추정한 채널 값으로부터 가중치 값을 계산하고 이를 적용하여 직교성을 가지도록 한다.

도 3 은 다중 사용자 MIMO 시스템에서 가중치를 이용한 신호 전송 방법을 나타낸 일실시예 흐름도이다. 도 3 을 참조하면, 기지국은 이동국으로부터 신호를 수신하고, 채널 추정을 수행한다(S31). 그리고, 이전에 추정한 채널 값을 이용하여 가중치 값을 산출하고(S32), 산출된 가중치 값을 각 이동국에게 피드백하여(S33) 각 이동국이 상기 피드백된 정보를 이용하여 신호를 전송할 수 있도록 한다. 가중치가 적용된 수신 신호는 수학식 3 과 같이 나타낼 수 있다.

기지국에서 채널 행렬이 직교성을 가지도록 하는

를 구하여 이동국에 피드백 하면, 이동국은 가중치가 적용된 신호

를 전송한다. 예를 들어, 수학식 4 와 같은 값들을 가질 수 있다.

수학식 4 와 같은 경우, 제 1 이동국은 피드백 정보와 관계 없이 k 번째 시간 혹은 k 번째 주파수에

을 전송하고, k+m 번째 시간 혹은 k+m 번째 주파수에

을 전송한다. 그리고, 제 2 이동국은 피드백 정보에 따라, k 번째 시간 혹은 k 번째 주파수에

를 전송하고, k+m 번째 시간 혹은 k+m 번째 주파수에

를 전송한다. 따라서, 각 신호가 서로 다른 채널을 겪게 되므로 다이버시티 이득을 얻을 수 있고, 피드백된 값을 이용함으로써 직교성도 얻을 수 있다.

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 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

본 발명은 다중 사용자 MIMO 시스템에 있어서, 직교성과 다이버시티 이득을 모두 얻을 수 있도록 함으로써, 전송 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 다중 사용자(multi-user) 시스템에서 신호를 수신하는 방법에 있어서,

   'k'번째 무선 자원 및 'k+m'번째 무선 자원을 이용하여 제1 이동국 및 제2 이동국으로부터 제1 신호를 수신하는 단계; 및

   상기 수신된 신호를 이용하여 채널 행렬을 추정하는 단계;

   상기 채널 행렬이 상기 제1 이동국 및 상기 제2 이동국 각각으로부터의 신호에 대하여 직교성을 갖도록 가중치를 산출하는 단계;

   상기 제1 이동국 및 상기 제2 이동국 각각에 상기 가중치를 전송하는 단계;

   상기 제1 이동국 및 상기 제2 이동국 각각으로부터 상기 가중치가 적용된 신호인 제2 신호를 수신하는 단계를 포함하며,

   상기 수신된 제2 신호 r_k 및 r_k+m은 다음과 같고

   

   ,

   여기서, s₁은 상기 제1 이동국이 전송한 신호를, s₂는 상기 제2 이동국이 전송한 신호를, n_k 및 n_k+m은 부가적 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise, AWGN)를 나타내고, 상기 가중치는 다음과 같은 값을 갖는

   

   ,

   

   ,

   신호 수신 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 무선 자원은 시간 축 상의 채널인,

   신호 수신 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 무선 자원은 주파수 축 상의 채널,

   신호 수신 방법.
4. 삭제

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