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KR101556482B1 - Method and Apparatus for INTERFERENCE ALIGNMENT METHOD WITH SLNR MAXIMIZATION IN MIMO INTERFERENCE CHANNEL - Google Patents

Method and Apparatus for INTERFERENCE ALIGNMENT METHOD WITH SLNR MAXIMIZATION IN MIMO INTERFERENCE CHANNEL Download PDF

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KR101556482B1
KR101556482B1 KR1020140170284A KR20140170284A KR101556482B1 KR 101556482 B1 KR101556482 B1 KR 101556482B1 KR 1020140170284 A KR1020140170284 A KR 1020140170284A KR 20140170284 A KR20140170284 A KR 20140170284A KR 101556482 B1 KR101556482 B1 KR 101556482B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
receiver
transmitter
matrix
signal
maximization
Prior art date
Application number
KR1020140170284A
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Korean (ko)
Inventor
장성진
로빈
배인산
윤희석
김재명
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 인하대학교 산학협력단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413MIMO systems
    • H04B7/0456Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Disclosed are a method and an apparatus for interference alignment by maximizing SLNR in a multi-antenna interference channel. The apparatus for interference alignment by maximizing SLNR comprises a pair of a transmitter and a receiver which comprise a multi-antenna participating in interference alignment. The pair of the transmitter and the receiver may include: a free-coding matrix generation unit which generates an eigen-vector with respect to a signal space, required by the transmitter, and an inverse of signal leakage power if the pair of the transmitter and the receiver operate as a receiver; and a decoding matrix generation unit which generates a unique vector with respect to a signal space, required by the receiver, and an inverse of a signal leakage power.

Description

다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 방법 및 장치{Method and Apparatus for INTERFERENCE ALIGNMENT METHOD WITH SLNR MAXIMIZATION IN MIMO INTERFERENCE CHANNEL}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an interference alignment method and apparatus for maximizing SLNR in a multi-antenna interference channel,

본 발명은 다중안테나(MIMO: Multi Input Multi Output) 시스템으로 구성된 네트워크에서 간섭정렬 기법에 대한 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for an interference alignment technique in a network composed of multiple input multiple output (MIMO) systems.

무선시스템의 성능은 주파수 스펙트럼상에서 다중링크간의 간섭에 의해서 제한된다. 따라서 간섭을 어떻게 제어하는지의 문제가 무선 네트워크에서 다뤄야 할 중요한 문제가 된다. 간섭정렬(IA: Interference Alignment)은 각 수신기에서 수신되는 모든 간섭들을 최대한 겹쳐지게 하는 방법으로 최근 들어 가장 촉망 받는 연구분야 중 하나이다. 간섭정렬의 목적은 각 수신기의 신호공간에서 수신 받고자 하는 신호를 신호공간의 1/2에 배치하고 나머지 송신기의 신호들을 간섭으로써 신호공간의 1/2에 배치하는 것이다. 즉, 모든 간섭들을 수신신호공간의 공통된 부분공간에 넣고, 간섭공간과 원하는 신호공간을 선형독립으로 만드는 것이다. 다중안테나(MxN) 간섭채널(MIMO-IC : MIMO-Interference Channel)에서 다중 안테나를 갖는 2개의 사용자는 zero-forcing기법을 사용하여 각 사용자마다

Figure 112014117103417-pat00001
의 최대 DoF를 가질 수 있다. 따라서 두 개의 사용자가 존재하는 간섭채널에서 개별 노드가 갖게 되는 이론적인 용량합(Sum Capacity)는
Figure 112014117103417-pat00002
이 된다. 여기서 SNR은 완벽한 채널정보(CSI : Channel State Information)를 제공할 수 있는 값이다.The performance of a wireless system is limited by interference between multiple links on the frequency spectrum. Therefore, the problem of how to control interference becomes an important issue to deal with in wireless networks. Interference Alignment (IA) is one of the most promising research areas in recent years as a way to maximize the overlap of all interferences received at each receiver. The purpose of the interference alignment is to place the signal to be received in the signal space of each receiver at half of the signal space and the signals of the remaining transmitter to be placed at half of the signal space by interference. That is, put all the interferences into a common subspace of the received signal space and make the interference space and the desired signal space linearly independent. Two users with multiple antennas in a multi-antenna (MxN) interference channel (MIMO-IC) can use zero-forcing techniques for each user
Figure 112014117103417-pat00001
Quot; DoF " of < / RTI > Therefore, the theoretical capacity of the individual nodes in the interference channel in which two users exist is
Figure 112014117103417-pat00002
. Here, the SNR is a value that can provide complete channel information (CSI: Channel State Information).

간섭정렬 기법에는 비반복적(closed-form) 방법과 반복적(iterative) 방법이 있는데, 비반복적 기법은 짝수(M)개의 송수신 안테나를 갖는 3개의 사용자에 대해 한정하여 M/2의 DoF를 갖는다. 반복적 기법은 송신기와 수신기에서 교대로 프리코딩과 디코딩 행렬을 최적화시키는 방법이다. 분산기법이라고도 할 수 있는 반복적 기법은 무선네트워크의 송신채널과 수신채널이 동일하다는 가정 하에 부분적인 채널정보만 필요하다. 이 기법에 발전된 내용으로써 각 수신기에서 신호부분공간과 간섭신호부분공간을 직교화하여 신호공간에 침투되는 간섭정렬을 최소화하고, 최대 SINR을 갖게 하는 간섭정렬기법이 제안되었다. 또한 Sum-rate의 gradient 방향에 따라 교대로 간섭을 최소화하는 알고리즘, MMSE를 사용한 방법이 연구되었다. 그러나 대부분의 반복알고리즘은 높은 SNR을 가정하는 알고리즘이기 때문에 낮은 SNR에서의 간섭정렬 알고리즘의 연구 필요성이 제기되고 있다.The interference alignment technique is a closed-form method and an iterative method. The non-repetitive technique has a DoF of M / 2 limited to three users having even (M) transmitting and receiving antennas. An iterative technique is to optimize the precoding and decoding matrices alternately at the transmitter and the receiver. An iterative technique, which may be referred to as a distributed technique, requires only partial channel information on the assumption that the transmission and reception channels of the wireless network are the same. In this paper, we propose an interference alignment technique that minimizes the interference alignment in the signal space and maximizes the SINR by orthogonalizing the signal subspace and the interference signal subspace in each receiver. Also, an algorithm that minimizes the interference alternately according to the gradient direction of the sum-rate, and a method using the MMSE have been studied. However, since most iterative algorithms assume a high SNR, it is necessary to study the interference sorting algorithm at low SNR.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 각 송신기에서 신호의 누수전력을 지속적으로 줄이고 각 수신기에서 간섭의 전력누수를 억제하여 간섭을 정렬하고, 두 가지 모두의 경우에 있어서 원하는 신호부분공간 내에서 원하는 신호의 전력을 최대화시키는 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 프리코딩과 디코딩 행렬들은 SLNR과 SINR 각각을 최대화하도록 디자인 되고, 수신신호의 전력누수와 수신 간섭신호의 전력누수를 줄인다. 각각의 반복에서 전력누수는 최소화되어 알고리즘이 수렴하게 된다. 그러나 원하는 신호부 공간 내에서 신호전력을 최대화시켜 수렴하는데 까지는 어느 정도의 지연이 소요될 수 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for continuously reducing signal leakage power at each transmitter, And to provide a method and apparatus for maximizing power. The precoding and decoding matrices are designed to maximize the SLNR and SINR, respectively, and reduce the power leakage of the received signal and the power leakage of the received interfering signal. In each iteration, the power leakage is minimized and the algorithm converges. However, it may take some delay to maximize and converge the signal power within the desired signal subspace.

본 특허에서 제안하는 SLNR 최대화 알고리즘은 각각의 송신기에서 SLNR이 최대화되도록 하는 프리코딩, 디코딩 행렬로 수렴하게 되는데 이는 원하는 신호의 전력이 최대화되고 각 송신기에서 전력누수가 줄어드는 것을 의미한다. 각각의 반복계산에서 본 특허에서 제안하는 방식으로 최적의 프리코딩 행렬과 디코딩 행렬을 계산함으로써, 원하는 신호의 부분공간에서 신호의 전력을 최대화하고 전력누수를 최소화할 수 있다.The proposed SLNR maximization algorithm converges into a precoding and decoding matrix that maximizes the SLNR in each transmitter, which means that the power of the desired signal is maximized and the power leakage in each transmitter is reduced. By calculating the optimal precoding matrix and decoding matrix in the manner suggested by the present patent in each iteration, the power of the signal can be maximized in the subspace of the desired signal and the power leakage can be minimized.

일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 장치는 간접정렬에 참여하는 다중안테나로 구성된 송신기 및 수신기의 쌍으로 구성되고, 상기 송신기 및 수신기의 쌍은 상기 송신기 및 수신기의 쌍이 송신기로 동작할 경우, 상기 송신기에서 원하는 신호공간과 신호누설전력의 역에 대한 고유벡터를 생성하는 프리코딩 행렬 생성부, 상기 송신기 및 수신기의 쌍이 수신기로 동작할 경우, 상기 수신기에서 원하는 신호공간과 신호누설전력의 역에 대한 고유벡터를 생성하는 디코딩 행렬 생성부를 포함할 수 있다. In one aspect, the interference alignment apparatus for maximizing SLNR in a multi-antenna interference channel proposed in the present invention is composed of a pair of a transmitter and a receiver composed of multiple antennas participating in indirect alignment, A precoding matrix generator for generating an eigenvector for a desired signal space and an inverse of a signal leakage power in the transmitter when the pair of receivers and the receiver operate as a transmitter; And a decoding matrix generator for generating an eigenvector for the desired signal space and the inverse of the signal leakage power.

상기 프리코딩 행렬 생성부 및 상기 디코딩 행렬 생성부에서 사용되는 SLNR 최대화를 통해 원하는 신호 부공간과 원하지 않는 신호 부공간을 분리할 수 있다. The desired signal subspace and the undesired signal subspace may be separated by maximizing the SLNR used in the precoding matrix generator and the decoding matrix generator.

상기 프리코딩 행렬 생성부 및 상기 디코딩 행렬 생성부에서 사용되는 SLNR 최대화를 반복 수행함으로써 프리코딩 및 디코딩을 생성할 때 용량합 성능이 특정 반복 횟수 이상에서 최대화될 수 있다. When the precoding and decoding are generated by repeatedly maximizing the SLNR used in the precoding matrix generator and the decoding matrix generator, the capacity sum performance can be maximized beyond a specific number of iterations.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 방법은 수신기를 통해 디코딩 행렬을 수신하는 단계, 송신기에서 원하는 신호의 부분공간과 신호전력누수부분공간의 역에 대한 최대값으로부터 고유벡터를 사용하여 프리코딩 행렬을 생성하는 단계, 상기 송신기를 통해 상기 생성된 프리코딩을 송신하는 단계, 상기 수신기에서 원하는 신호공간과 신호누설전력의 역에 대한 고유벡터를 이용하여 디코딩 행렬을 생성하는 단계, 상기 디코딩 행렬을 수신하는 단계, 상기 디코딩 행렬이 수렴할 때까지 반복수행 하는 단계를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of maximizing SLNR interference in a multi-antenna interference channel, comprising: receiving a decoding matrix through a receiver; estimating a subspace of a desired signal and a signal power leakage subspace Generating a precoding matrix using an eigenvector from a maximum value for the signal, transmitting the generated precoding via the transmitter, using an eigenvector for the desired signal space and the inverse of the signal leakage power at the receiver Generating a decoding matrix, receiving the decoding matrix, and repeating the decoding until the decoding matrix converges.

상기 수신기는 상기 디코딩 행렬 생성부에서 생성한 디코딩 행렬을 이용하여 신호를 수신할 수 있다. The receiver may receive a signal using the decoding matrix generated by the decoding matrix generator.

상기 송신부는 상기 프리코딩 생성부에서 SLNR 최대화를 통한 고유 벡터를 사용하여 생성한 프리코딩 행렬을 이용하여 신호를 송신할 수 있다. The transmitter may transmit a signal using the precoding matrix generated using the eigenvectors through SLNR maximization in the precoding generator.

상기 수신기는 상기 디코딩 생성부에서 수신된 신호에 대한 SLNR 최대화를 통한 고유벡터를 사용하여 생성한 디코딩 행렬을 이용하여 수신할 수 있다.The receiver may receive the signal using a decoding matrix generated using an eigenvector through SLNR maximization of the signal received by the decoding generator.

본 발명의 실시예들에 따르면 SLNR 최대화를 통한 고유벡터를 사용하여 프리코딩 행렬과 디코딩 행렬을 생성하는데 있어서, 이러한 일련의 과정을 수렴할 때까지 반복적으로 수행하고, 이를 통해 최종적으로 간섭으로 작용하는 원하지 않는 신호부 공간과 원하는 신호의 부공간을 분리함으로써, 간섭정렬에 참여하는 송수신기기들이 동시에 통신을 수행할 수 있도록 한다.According to embodiments of the present invention, in generating the precoding matrix and the decoding matrix using the eigenvectors through maximizing the SLNR, it is necessary to repeatedly perform the series of processes until convergence, By separating the undesired signal subspace and the subspaces of the desired signal, transmitting / receiving devices participating in the interference alignment can simultaneously perform communication.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭정렬에 참여하는 다중안테나 시스템으로 이뤄진 네트워크를 나타내는 그림이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 (2X2, 1)3 에서 SNR에 따른 용량합을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 (4X4, 1)3 에서 SNR에 따른 용량합을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 (2X2, 1)3 에서 반복회수의 증가에 따른 용량합을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 (4X4, 1)3 에서 반복회수의 증가에 따른 용량합을 나타내는 도면이다.
1 is a diagram illustrating a network comprised of multiple antenna systems participating in interference alignment in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of an interference alignment method by maximizing SLNR in a multi-antenna interference channel according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a capacity sum according to SNR at (2X2, 1) 3 according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a capacity sum according to SNR in (4X4, 1) 3 according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a capacity sum according to an increase in the number of repetitions in (2X2, 1) 3 according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a capacity sum according to an increase in the number of repetitions in (4X4, 1) 3 according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다중안테나(MIMO: Multi Input Multi Output) 시스템으로 구성된 네트워크에서 간섭정렬 기법에 대한 것이다. 보다 구체적으로 다중안테나 시스템 네트워크에서 SLNR(Signal to Leakage and Noise Ratio)를 사용하여 다른 사용자들과 동시에 신호를 전송할 때 상호간 간섭을 정렬하여 신호공간에서 다른 사용자의 신호들을 간섭공간에 넣을 수 있게 하고, 최종적으로 간섭정렬에서 추구하는 개별 노드 마다 1/2의 DoF(Degree of Freedom)를 달성할 수 있도록 하는 기술이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an interference alignment technique in a network composed of multiple input multiple output (MIMO) systems. More specifically, when a signal is transmitted simultaneously with other users by using SLNR (Signal to Leakage and Noise Ratio) in a multi-antenna system network, mutual interference is aligned so that signals of other users in the signal space can be put into the interference space, And finally achieving a degree of freedom (DoF) of 1/2 for each individual node pursued in the interference alignment.

본 발명은 간섭정렬에 참여하는 다중안테나로 구성된 송신기-수신기 쌍으로 구성된다. 이러한 각각의 송수신기들은 프리코딩 행렬을 계산하는 프리코딩 생성부와 디코딩 행렬을 계산하는 디코딩 생성부로 구성된다. 프리코딩 생성부는 송수신기가 송신기로 동작할 때 송신기에서 원하는 신호공간과 신호누설전력의 역에 대한 고유벡터를 생성한다. 디코딩 생성부는 송수신기가 수신기로 동작할 때 수신기에서 원하는 신호공간과 신호누설전력의 역에 대한 고유벡터를 생성한다.The present invention consists of a transmitter-receiver pair consisting of multiple antennas participating in an interference alignment. Each of these transceivers comprises a precoding generator for calculating a precoding matrix and a decoding generator for calculating a decoding matrix. The precoding generator generates an eigenvector for the desired signal space and the inverse of the signal leakage power at the transmitter when the transceiver operates as a transmitter. The decoding generator generates an eigenvector for the desired signal space and the inverse of the signal leakage power at the receiver when the transceiver operates as a receiver.

먼저 수신기는 임의의 디코딩 행렬을 사용하여 신호를 수신하고, 프리코딩 생성부에서 SLNR 최대화를 통한 고유벡터를 사용하여 프리코딩 행렬을 만들어 이를 통해 송신한다. 그리고 수신기에서는 디코딩 생성부에서 수신된 신호에 대한 SLNR 최대화를 통한 고유벡터를 사용하여 디코딩 행렬을 만들어 이를 통해 수신한다. 이러한 일련의 과정들은 프리코딩, 디코딩 행렬이 수렴할 때까지 진행된다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
First, the receiver receives a signal using an arbitrary decoding matrix, and generates and transmits a precoding matrix using an eigenvector through SLNR maximization in a precoding generator. Then, the receiver generates a decoding matrix using the eigenvectors by maximizing the SLNR for the signal received by the decoding generator, and receives the decoding matrix. This series of processes proceeds until the precoding and decoding matrices converge. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭정렬에 참여하는 다중안테나 시스템(100)으로 이뤄진 네트워크를 나타내는 그림이다. 1 is a diagram illustrating a network comprised of multiple antenna systems 100 participating in an interference alignment in accordance with an embodiment of the present invention.

간접정렬에 참여하는 다중안테나로 구성된 송신기(102) 및 수신기(103)의 쌍으로 구성되고, 상기 송신기(102) 및 수신기(103)의 쌍은, 상기 송신기(102) 및 수신기(103)의 쌍이 송신기로 동작할 경우, 상기 송신기에서 원하는 신호공간과 신호누설전력의 역에 대한 고유벡터를 생성하는 프리코딩 행렬 생성부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 송신기(102) 및 수신기(103)의 쌍이 수신기로 동작할 경우, 상기 수신기에서 원하는 신호공간과 신호누설전력의 역에 대한 고유벡터를 생성하는 디코딩 행렬 생성부를 포함할 수 있다. Wherein the pair of transmitter 102 and receiver 103 comprises a pair of transmitter 102 and receiver 103 configured with multiple antennas participating in indirect alignment and wherein the pair of transmitter 102 and receiver 103 is a pair of transmitter 102 and receiver 103, And a precoding matrix generator for generating an eigenvector for a desired signal space and an inverse of a signal leakage power in the transmitter when the transmitter operates. In addition, when the pair of the transmitter 102 and the receiver 103 operates as a receiver, the receiver may include a decoding matrix generator for generating an eigenvector for a desired signal space and an inverse of signal leakage power.

상기 프리코딩 행렬 생성부 및 상기 디코딩 행렬 생성부에서 사용되는 SLNR 최대화를 통해 원하는 신호 부공간과 원하지 않는 신호 부공간을 분리할 수 있다. 그리고, 상기 프리코딩 행렬 생성부 및 상기 디코딩 행렬 생성부에서 사용되는 SLNR 최대화를 반복 수행함으로써 프리코딩 및 디코딩을 생성할 때 용량합 성능이 특정 반복 횟수 이상에서 최대화될 수 있다. The desired signal subspace and the undesired signal subspace may be separated by maximizing the SLNR used in the precoding matrix generator and the decoding matrix generator. When the precoding and decoding are repeatedly performed by repeatedly maximizing the SLNR used in the precoding matrix generator and the decoding matrix generator, the capacity sum performance can be maximized beyond a specific number of iterations.

다시 도 1을 참조하면, 간섭정렬에 참여하는 다중 안테나 시스템으로 구성된 네트워크를 나타내는 것으로써 전체적인 도식(100)은 각각의 안테나(101)를 가진 송신기(102)와 수신기(103)으로 구성된다.Referring again to FIG. 1, a schematic diagram 100 illustrating a network comprised of multiple antenna systems participating in an interference alignment comprises a transmitter 102 and a receiver 103 with respective antennas 101.

K 개의 대칭적인 MIMO-IC 네트워크를 고려할 때, k번째 (

Figure 112014117103417-pat00003
) 송신기-수신기 쌍은
Figure 112014117103417-pat00004
개의 송신 안테나와
Figure 112014117103417-pat00005
개의 수신 안테나를 갖고
Figure 112014117103417-pat00006
개의 공간 스트림을 전송한다. 보다 구체적으로는 k번째 송신기기는 k번째 수신 기기와 1대1로 짝 지워져 동시에 K개의 링크가 발생하는 것이다. 각각의
Figure 112014117103417-pat00007
개의 안테나를 갖는 송신기는 그에 해당하는
Figure 112014117103417-pat00008
개의 수신 안테나에 신호를 송신하고 그에 따라 그림 1에서 보여지듯이 의도되지 않은 수신기들에 대해 동일채널 간섭(co-channel interference)을 발생시킨다. 모든 기기들이 동일한 안테나 구성을 갖고 있다고 할 때, 즉,
Figure 112014117103417-pat00009
Figure 112014117103417-pat00010
일 때 대칭적인 MIMO-IC 네트워크를
Figure 112014117103417-pat00011
로 정의 한다. 본 논문에서 채널은 협대역 블록 페이딩 MIMO 간섭채널모델로 간주하였고, 여기서 네트워크 상의 모든 채널 링크들은 한 심볼의 전송구간 동안 불변이고 그 다음 심볼 전송구간에서는 바뀌는 것으로 가정하였다. 수신기기 k의 채널출력은 수학식 1과 같다.
Considering K symmetric MIMO-IC networks, the kth (
Figure 112014117103417-pat00003
) The transmitter-receiver pair
Figure 112014117103417-pat00004
≪ / RTI >
Figure 112014117103417-pat00005
Have a receiving antenna
Figure 112014117103417-pat00006
Lt; / RTI > More specifically, the k-th transmitter is paired with the k-th receiving device on a one-to-one basis, and K links are generated simultaneously. Each
Figure 112014117103417-pat00007
Transmitters with two antennas are
Figure 112014117103417-pat00008
Signal to the receive antennas, thereby causing co-channel interference to unintended receivers as shown in FIG. When all devices have the same antenna configuration, that is,
Figure 112014117103417-pat00009
Figure 112014117103417-pat00010
A symmetric MIMO-IC network
Figure 112014117103417-pat00011
. In this paper, we assume that the channel is a narrow-band block fading MIMO interfering channel model, where all channel links on the network are assumed to be invariant during the transmission interval of one symbol and then changed in the next symbol transmission interval. The channel output of the receiving device k is expressed by Equation (1).

Figure 112014117103417-pat00012
수학식 1
Figure 112014117103417-pat00012
Equation 1

여기서

Figure 112014117103417-pat00013
는 송신기 l과 수신기 k간에 독립적이고 동일한 분포(IID : Independently and identically distributed)를 갖는 MIMO 복소수 채널 페이딩 계수 행렬이고,
Figure 112014117103417-pat00014
Figure 112014117103417-pat00015
의 전송심볼
Figure 112014117103417-pat00016
을 송신하는데 사용되는 l번째 송신기의 프리코딩 행렬이다. 여기서
Figure 112014117103417-pat00017
는 k번째 링크의 DoF이다. 그리고,
Figure 112014117103417-pat00018
는 0의 평균값과
Figure 112014117103417-pat00019
의 잡음분산 값을 가지며
Figure 112014117103417-pat00020
,
Figure 112014117103417-pat00021
가 되는, 수신기 k에서의 IID 복소 가우시안 잡음 벡터를 나타낸다. 추가적으로 채널
Figure 112014117103417-pat00022
들은 각각 full rank를 가지며 상호간 독립적이고, 전송심볼은 IID를 가정하였다. 또한, 이러한 신호 모델에서 심볼타이밍의 동기화를 오차 없이 수행하는 캐리어 복구를 가정하였다. 그리고2 전개의 편의를 위해 각 링크의 전송 전력은 1로 정규화시켰다.here
Figure 112014117103417-pat00013
Is a MIMO complex channel fading coefficient matrix that is independent and identically distributed (IID) between transmitter l and receiver k ,
Figure 112014117103417-pat00014
silver
Figure 112014117103417-pat00015
The transmission symbol
Figure 112014117103417-pat00016
Lt; RTI ID = 0.0 > l < / RTI > here
Figure 112014117103417-pat00017
Is the DoF of the kth link. And,
Figure 112014117103417-pat00018
Lt; RTI ID = 0.0 > 0 &
Figure 112014117103417-pat00019
≪ / RTI >
Figure 112014117103417-pat00020
,
Figure 112014117103417-pat00021
Is the IID complex Gaussian noise vector at receiver k . Additionally,
Figure 112014117103417-pat00022
Have full rank and are mutually independent, and the transmission symbol is assumed to be IID. Also, we assume carrier recovery to perform synchronization of symbol timing in this signal model without error. For the convenience of two deployments, the transmission power of each link is normalized to one.

k번째 수신기의 디코딩 행렬을

Figure 112014117103417-pat00023
라고 정의하여, k번째 수신기의 수신기 필터 출력을 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.
The decoding matrix of the kth receiver is
Figure 112014117103417-pat00023
The receiver filter output of the kth receiver can be defined as Equation (2).

Figure 112014117103417-pat00024
수학식 2
Figure 112014117103417-pat00024
Equation 2

그리고 MIMO-IC 네트워크에서 간섭정렬을 사용하는 k번째 송수신기 쌍의 전송률합(Sum-Rate) 성능은 다음 수학식 3과 같이 정의된다.
And the Sum-Rate performance of the kth transceiver pair using interference alignment in the MIMO-IC network is defined as: < EMI ID = 3.0 >

Figure 112014117103417-pat00025
수학식 3
Figure 112014117103417-pat00025
Equation 3

여기서

Figure 112014117103417-pat00026
는 수신신호의 공분산 행렬을 나타내고
Figure 112014117103417-pat00027
는 k번째 수신기의 간섭 및 잡음 공분산 행렬을 나타낸다. 그리고, 대부분의 간섭정렬 알고리즘들은 프리코딩과 디코딩 행렬이 직교하도록 설계되고, 각각의
Figure 112014117103417-pat00028
Figure 112014117103417-pat00029
로 정의 된다.here
Figure 112014117103417-pat00026
Represents a covariance matrix of the received signal
Figure 112014117103417-pat00027
Represents the interference and noise covariance matrix of the kth receiver. And most of the interference-ordering algorithms are designed such that the precoding and decoding matrices are orthogonal,
Figure 112014117103417-pat00028
The
Figure 112014117103417-pat00029
.

선형 간섭정렬에서 구현은

Figure 112014117103417-pat00030
를 갖는 프리코딩 행렬
Figure 112014117103417-pat00031
Figure 112014117103417-pat00032
를 갖는 디코딩 행렬
Figure 112014117103417-pat00033
이 다음 수학식 4와 수학식 5를 만족할 때 가능하다.
Implementation in linear interference alignment
Figure 112014117103417-pat00030
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112014117103417-pat00031
Wow
Figure 112014117103417-pat00032
/ RTI >
Figure 112014117103417-pat00033
Is satisfied when the following equations (4) and (5) are satisfied.

Figure 112014117103417-pat00034
수학식 4
Figure 112014117103417-pat00034
Equation 4

Figure 112014117103417-pat00035
수학식 5
Figure 112014117103417-pat00035
Equation 5

수학식 4는 간섭이 존재하지 않는 신호공간이 존재할 조건이고, 수학식 5는 원하는 신호를 찾아낼 수 있는 조건을 나타낸다.Equation (4) is a condition in which a signal space in which interference does not exist exists, and Equation (5) indicates a condition in which a desired signal can be found.

본 특허에서는 각각의 송신기와 수신기가 다중 안테나를 갖고 K개의 송수신기 쌍으로부터 발생하는 간섭채널이 존재 할 때, 각 송신기에서 보내고자 하는 신호의 부분공간 내에서 신호전력을 최대화하고 원하지 않는 수신기에 대한 신호전력 누설을 최소화하는 방법에 대해 제안한다. 수신기에서의 SINR은 수학식 6과 같이 정의된다.
In this patent, when each transmitter and receiver has multiple antennas and there are interfering channels originating from a pair of K transceivers, maximize the signal power within the subspace of the signal to be transmitted at each transmitter, We propose a method to minimize power leakage. The SINR at the receiver is defined as Equation (6).

Figure 112014117103417-pat00036
수학식 6
Figure 112014117103417-pat00036
Equation 6

위 수식에서 k = 1, ..., K 에 대한 SINR은 각 수신기에서 SINR이 최대화 되도록 프리코딩과 디코딩 행렬을 정의하기 위한 최적화 기준으로 사용될 수 있다.The SINR for k = 1, ..., K in the above equation can be used as an optimization criterion for defining a precoding and decoding matrix so that the SINR is maximized at each receiver.

MIMO-IC를 위한 IA의 다른 접근 방법은 각 송신기에서 원하지 않는 수신기로 흘러 들어가는 누설전력을 최소화하는 것이다. 수학식 2로부터 송신기 k에서 수신기 k로 전송하고자 하는 신호전력은

Figure 112014117103417-pat00037
로 계산할 수 있고, 수신기 l에서 송신기 k의 신호를 수신 받아 간섭으로 작용하는 신호전력은
Figure 112014117103417-pat00038
로 계산된다. 따라서 송신기 k를 제외한 송신기들에서 수신기 k로 누설되는 총 간섭전력은
Figure 112014117103417-pat00039
로 계산할 수 있다. 제안하는 방법의 목적은 송신하고자 하는 신호전력
Figure 112014117103417-pat00040
가 다른 사용자들로의 누설전력
Figure 112014117103417-pat00041
보다 크게 만드는 것이다. 이러한 방법은 SLNR이라 불리는 평가수치로써 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
Another approach of the IA for MIMO-IC is to minimize the leakage power from each transmitter to the unwanted receiver. From Equation (2), the signal power to be transmitted from transmitter k to receiver k is
Figure 112014117103417-pat00037
, And the signal power received by the receiver l from the transmitter k and acting as interference is
Figure 112014117103417-pat00038
. Therefore, the total interference power leaked from the transmitters except for transmitter k to receiver k is
Figure 112014117103417-pat00039
. The purpose of the proposed method is to estimate the signal power
Figure 112014117103417-pat00040
Leakage power to other users
Figure 112014117103417-pat00041
It will make it bigger. This method can be expressed as Equation (7) with an evaluation value called SLNR.

Figure 112014117103417-pat00042
수학식 7
Figure 112014117103417-pat00042
Equation 7

Figure 112014117103417-pat00043
와 달리, 위 식의
Figure 112014117103417-pat00044
은 수신기가 아닌 송신기에서 계산되는 값이다. 수학식 7은 수학식 8과 같이 정리되어 쓰여질 수 있다.
Figure 112014117103417-pat00043
Unlike the above,
Figure 112014117103417-pat00044
Is the value calculated at the transmitter rather than at the receiver. Equation (7) can be summarized as Equation (8).

Figure 112014117103417-pat00045
수학식 8
Figure 112014117103417-pat00045
Equation 8

여기서

Figure 112014117103417-pat00046
는 l번째 수신기기에서의 잡음분산 값을 나타낸다.here
Figure 112014117103417-pat00046
Represents the noise variance value at the 1 < th >

MIMO-IC 시스템에서 간섭정렬에 포함된 모든 K개의 전송에 대한 SLNR의 최대화는, 각 송신기기에서 원하지 않는 수신기기들로의 누설전력 최소화가 각 수신기에서 수신된 간섭을 최소화시키게 되기 때문에, 동시에 모든 기기에 대한 SINR도 지속적으로 향상시키게 된다. 이러한 누설전력개념을 사용하여 본 특허에서는 수학식 9로 정의되는 최적화 문제를 사용하여 MIMO-IC에서의 간섭정렬 문제를 해결한다.
Maximization of the SLNR for all K transmissions included in the interference alignment in the MIMO-IC system minimizes the leakage power received at each receiver by minimizing the leakage power to the unwanted receiving devices at each transmitter, The SINR for the device is also continuously improved. Using this leakage power concept, the present invention solves the interference alignment problem in the MIMO-IC using the optimization problem defined by Equation (9).

Figure 112014117103417-pat00047
수학식 9
Figure 112014117103417-pat00047
Equation 9

여기서

Figure 112014117103417-pat00048
이고,
Figure 112014117103417-pat00049
는 k번째 송신에 할당된 총 전력을 나타낸다.here
Figure 112014117103417-pat00048
ego,
Figure 112014117103417-pat00049
Represents the total power allocated to the kth transmission.

수학식 9의 최적화 문제에서 닫힌 형태의 해결방법을 고안하는 것은 프리코더, 디코더, 그리고 수신기의 수신신호 부분공간의 상호종속성 때문에 쉽지 않은 문제이다. 위 식의 문제는 프리코딩, 디코딩 행렬에 대해 교차적으로 최소화하는 방식을 사용하는 반복기법을 통해 쉽게 접근할 수 있다. 먼저 임의의 값을 갖는

Figure 112014117103417-pat00050
로부터 시작한다. 그리고 레일레이-리츠 나머지 정리(Rayleigh-Ritz quotient result)로부터 수학식 9의 문제는 수학식 10과 같이 해결할 수 있고,
Designing a closed form solution in the optimization problem of Equation (9) is a difficult problem because of the interdependency of the received signal subspace of the precoder, decoder, and receiver. The problem of the above equation can be easily accessed by an iterative technique that uses a method of minimizing the crossing of the precoding and decoding matrices. First,
Figure 112014117103417-pat00050
Lt; / RTI > From the Rayleigh-Ritz quotient result, the problem of Equation (9) can be solved as Equation (10)

Figure 112014117103417-pat00051
Figure 112014117103417-pat00051

수학식 10
Equation 10

수학식 11로 풀게 된다.
(11).

Figure 112014117103417-pat00052
수학식 11
Figure 112014117103417-pat00052
Equation 11

여기서

Figure 112014117103417-pat00053
는 행렬 A의 가장 큰 고유값(eigen value)에서
Figure 112014117103417-pat00054
개의 고유값(
Figure 112014117103417-pat00055
)에 해당하는 고유 벡터를 나타낸다. 즉, 최적 프리코딩 행렬은
Figure 112014117103417-pat00056
Figure 112014117103417-pat00057
에서
Figure 112014117103417-pat00058
개의 큰 고유값에 해당하는
Figure 112014117103417-pat00059
개의 고유벡터로 얻을 수 있다. 여기서 SLNR은
Figure 112014117103417-pat00060
개의 최대 고유값들(
Figure 112014117103417-pat00061
)에 의해 최대화된다.here
Figure 112014117103417-pat00053
Is the largest eigenvalue of matrix A
Figure 112014117103417-pat00054
Unique values (
Figure 112014117103417-pat00055
). ≪ / RTI > That is, the optimal precoding matrix is
Figure 112014117103417-pat00056
Wow
Figure 112014117103417-pat00057
in
Figure 112014117103417-pat00058
Corresponding to the largest eigenvalues of
Figure 112014117103417-pat00059
Eigenvectors. Where SLNR is
Figure 112014117103417-pat00060
The maximum eigenvalues (
Figure 112014117103417-pat00061
).

간섭정렬의 목적은 각 수신기가 수신기기의 수신공간에서 부분공간의 일정부분에 모든 다른 송신기기들의 간섭을 제한시켜 수신하고자 하는 신호를 디코딩하는 것이다. 각 송신기기에서 SLNR의 최대화는 간섭정렬에 참여하는 다른 원하지 않는 수신기기에 신호누설전력을 최소화하는 것이다. 그러나 아직까지는 수신기기에서 나머지 K-1개의 송신기로부터의 송신신호를 간섭으로써 정렬하지는 못 한다. 이를 위해, 채널호혜성을 가정하는 호혜적인 네트워크를 위한 디코딩 행렬

Figure 112014117103417-pat00062
를 구하거나, 최적 디코딩 행렬을 얻는데 있어서 채널 호혜성을 요구하지 않는 SINR 최대화를 통해 간섭을 정렬할 수 있다. 본 특허에서는 채널호혜성에 대한 요구를 없애는 것에 관심이 있기 때문에 각 수신기에서 디코딩 행렬
Figure 112014117103417-pat00063
을 구하기 위해 SINR의 최대화를 수행하고 이는 수학식 12와 같이 정의된다.
The purpose of interference alignment is to allow each receiver to limit the interference of all other transmitters to a certain portion of the subspace in the receive space of the receiver to decode the signal it wishes to receive. The maximization of the SLNR at each transmitting device is to minimize the signal leakage power to other unwanted receiving devices participating in the interference alignment. However, the receiving apparatus can not arrange the transmission signals from the remaining K-1 transmitters by interference. To this end, a decoding matrix for a reciprocal network assuming channel reciprocity
Figure 112014117103417-pat00062
Or to maximize the SINR that does not require channel reciprocity in order to obtain an optimal decoding matrix. In this patent, since it is interested in eliminating the demand for channel reciprocity, the decoding matrix
Figure 112014117103417-pat00063
The SINR maximization is performed, which is defined as Equation (12).

Figure 112014117103417-pat00064
수학식 12
Figure 112014117103417-pat00064
Equation 12

주어진 프리코딩 행렬들

Figure 112014117103417-pat00065
에 대한 최적의 디코딩행렬
Figure 112014117103417-pat00066
을 구하는 것은 SINR 최대화와 비슷한 방식이다. 따라서 디코딩 행렬들
Figure 112014117103417-pat00067
은 프리코딩 행렬을 갱신하면서 얻게 된다. 이러한 반복은 알고리즘이 수렴할 때까지 계속된다. 프리코딩 행렬들을 설계하기 위한 SLNR 최대화와 디코딩 행렬들을 설계하기 위한 SINR 최대화는 채널호혜성에 대한 요구를 제거할 수 있다.
The given precoding matrices
Figure 112014117103417-pat00065
The optimal decoding matrix for
Figure 112014117103417-pat00066
Is similar to SINR maximization. Therefore,
Figure 112014117103417-pat00067
Is obtained by updating the precoding matrix. This iteration continues until the algorithm converges. Maximizing SLNR for designing precoding matrices and maximizing SINR for designing decoding matrices can eliminate the need for channel reciprocity.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 방법의 흐름도이다. FIG. 2 is a flowchart of an interference alignment method by maximizing SLNR in a multi-antenna interference channel according to an embodiment of the present invention.

다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 방법은 수신기를 통해 디코딩 행렬을 수신하는 단계(201), 송신기에서 원하는 신호의 부분공간과 신호전력누수부분공간의 역에 대한 최대값으로부터 고유벡터를 사용하여 프리코딩 행렬을 생성하는 단계(202), 상기 송신기를 통해 상기 생성된 프리코딩을 송신하는 단계(203), 상기 수신기에서 원하는 신호공간과 신호누설전력의 역에 대한 고유벡터를 이용하여 디코딩 행렬을 생성하는 단계(204), 상기 디코딩 행렬을 수신하는 단계(205), 상기 디코딩 행렬이 수렴할 때까지 반복수행 하는 단계(206)를 포함할 수 있다. An interference alignment method via SLNR maximization in a multi-antenna interference channel includes receiving (201) a decoding matrix through a receiver, using the eigenvector from the maximum value for the partial space of the desired signal and the signal power leakage partial space in the transmitter (202) generating a precoding matrix by the transmitter, transmitting (203) the generated precoding through the transmitter, and using the eigenvector of the desired signal space and the inverse of the signal leakage power in the receiver (204), receiving the decoding matrix (205), and repeating (206) until the decoding matrix converges.

처음으로 임의의 디코딩행렬

Figure 112014117103417-pat00068
로 수신(201)하는 것으로부터 시작된다. 그리고, 수학식 11과 같이 송신기기 k의 원하는 신호의 부분공간과 신호전력누수부분공간의 역(다시 말해, SLNR)에 대한 최대값으로부터
Figure 112014117103417-pat00069
개의 고유벡터를 사용하여 프리코딩 행렬
Figure 112014117103417-pat00070
를 생성(202)하여 전송(203)한다. 그리고 이를 수신한 수신기는, 수학식 12와 같이 수신기기 l의 원하는 신호의 부분공간과 신호전력누수부분공간의 역(즉, SLNR)에 대한 최대값으로부터
Figure 112014117103417-pat00071
개의 고유벡터를 사용하여 디코딩 행렬
Figure 112014117103417-pat00072
를 생성(204)하여 수신(205)한다. 그리고 이를 수렴할 때까지 반복한다.For the first time an arbitrary decoding matrix
Figure 112014117103417-pat00068
(201). ≪ / RTI > Then, as shown in Equation (11), from the maximum value of the partial space of the desired signal of the transmitter k and the inverse of the signal power leakage partial space (i.e., SLNR)
Figure 112014117103417-pat00069
Lt; RTI ID = 0.0 > eigenvectors < / RTI >
Figure 112014117103417-pat00070
(202) and transmits (203). Then, the receiver receives the signal s from the maximum value of the partial space of the desired signal of the receiving device 1 and the inverse of the signal power leakage partial space (i.e., SLNR)
Figure 112014117103417-pat00071
Lt; RTI ID = 0.0 > eigenvectors < / RTI &
Figure 112014117103417-pat00072
(204) and receives (205). Repeat until convergence.

표 1은 본 발명의 성능을 보이기 위한 시뮬레이션 파라미터들이다.
Table 1 is simulation parameters for demonstrating the performance of the present invention.

<표 1><Table 1>

Figure 112014117103417-pat00073

Figure 112014117103417-pat00073

다중안테나 시스템으로 이뤄진 네트워크에서 3개의 송수신기 쌍이 간섭정렬에 참여하는 것으로 가정하였고, 송수신기 안테나는

Figure 112014117103417-pat00074
로 동일한 것으로 가정하였다. K개의 수신하고자 하는 채널링크와 K(K-1)개의 간선채널링크에 대한 채널계수들은 0의 평균값과 1의 복소가우시안 랜덤변수 분산을 갖는 IID로 가정하였다. 또한 각 기기의 전력 제한은
Figure 112014117103417-pat00075
로 동일하게 설정하였다.
In a network of multi-antenna systems, it is assumed that three transceiver pairs participate in the interference alignment, and the transceiver antenna
Figure 112014117103417-pat00074
. The channel coefficients for K receive channel links and K (K-1) adjacent channel link are assumed to be IIDs with an average value of 0 and a complex Gaussian random variable variance of 1. Also, the power limit of each device is
Figure 112014117103417-pat00075
.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 (2X2, 1)3 에서 SNR에 따른 용량합을 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing a capacity sum according to SNR at (2X2, 1) 3 according to an embodiment of the present invention.

도 3은 (2ⅹ2, 1)3 MIMO-IC 네트워크에 대한 성능으로, SLNR의 최대화 기법이 최적이고, 데이터율합 최대화 기법(max sum-rate)은 낮은 SNR에서 저하된 성능을 가지며 SNR이 증가할수록 성능이 올라가는 것을 확인할 수 있다. 그리고, SINR 최대화 기법(max SINR)과 SINR합 최대화 기법(max sum SINR)은 0~20dB의 SNR에서 제안하는 방법보다 성능이 좋지 않은 것을 확인 할 수 있다. 그리고, 분산알고리즘(Distributed IA)은 낮은 SNR에서 성능이 더 좋지 않고 SNR이 증가하면서 성능이 증가하고, MMSE 알고리즘은 낮은 SNR에서만 최적의 성능을 가지며, 교차 최소화 기법(Alternating minimization)은 이들 중 최악의 성능을 갖는다.
FIG. 3 is a graph illustrating performance of a (2 x 2 , 1) 3 MIMO-IC network. The SLNR maximization technique is optimal and the max sum-rate technique degrades at a low SNR. Can be confirmed. In addition, the SINR maximization technique (max SINR) and the SINR sum maximization technique (max sum SINR) show that the performance is worse than the proposed method at SNR of 0 ~ 20dB. In the distributed algorithm, the performance improves at the low SNR, the SNR increases and the performance increases. The MMSE algorithm has the optimal performance at the low SNR, and the alternating minimization is the worst Performance.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 (4X4, 1)3 에서 SNR에 따른 용량합을 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing a capacity sum according to SNR in (4X4, 1) 3 according to an embodiment of the present invention.

도 4는 (4ⅹ4, 1)3 MIMO-IC 네트워크에 대한 성능으로, 제안하는 알고리즘이 SNR 전 영역에서 최적의 성능을 보인다. 10dB까지는 SINR 최대화 기법과 동일한 성능을 보이고, SINR합 최대화 기법은 제안된 알고리즘보다 전 영역에서 낮은 성능을 보인다. 분산 알고리즘, SINR합 최대화 기법, 교차 최소화 기법은 25dB이상에서만 최상의 성능을 보이고, MMSE 알고리즘은 (2ⅹ2, 1)3의 성능과 동일하다.
FIG. 4 shows performance of (4 × 4, 1) 3 MIMO-IC networks, and the proposed algorithm shows optimal performance over the entire SNR region. Up to 10dB, the performance is the same as that of the SINR maximization technique, and the SINR sum maximization technique has lower performance than the proposed algorithm. The distributed algorithm, the SINR sum maximization method, and the cross minimization method show the best performance only over 25dB, and the MMSE algorithm has the same performance as (2ⅹ2, 1) 3 .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 (2X2, 1)3 에서 반복회수의 증가에 따른 용량합을 나타내는 도면이다. 5 is a diagram showing a capacity sum according to an increase in the number of repetitions in (2X2, 1) 3 according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (2ⅹ2, 1)3 MIMO-IC 네트워크에서는 모든 알고리즘들이 용량합의 값이 다른 것을 제외하고는 비슷하게 수렴한다.
In the (2 x 2, 1) 3 MIMO-IC network of Fig. 5, all algorithms converge similarly, except that the capacity sum values are different.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 (4X4, 1)3 에서 반복회수의 증가에 따른 용량합을 나타내는 도면이다.6 is a diagram showing a capacity sum according to an increase in the number of repetitions in (4X4, 1) 3 according to an embodiment of the present invention.

도 6의 (4ⅹ4, 1)3 MIMO-IC 네트워크의 경우에는 SLNR 최대화 기법이 반복 횟수가 증가할수록 더 큰 용량합을 가지는 것을 알 수 있고 전체 SNR 영역에서 일정한 성능 향상을 가져온다. 제안된 알고리즘은 (2ⅹ2, 1)3 MIMO-IC에서 SINR 최대화와 성능 면의 차이는 없으나 안테나 수가 더 많은 경우에는 성능의 향상을 가져올 수 있다.
In the case of the (4 x 4, 1) 3 MIMO-IC network of FIG. 6, it can be seen that the SLNR maximization technique has a larger capacity sum as the number of iterations increases, resulting in a constant performance improvement in the entire SNR region. The proposed algorithm does not show the difference between SINR maximization and performance in (2 ⅹ 2, 1) 3 MIMO-IC, but it can improve the performance when the number of antennas is larger.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.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. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI &gt; or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (7)

간접정렬에 참여하는 다중안테나로 구성된 송신기 및 수신기의 쌍으로 구성되고,
상기 송신기 및 수신기의 쌍은,
상기 송신기 및 수신기의 쌍이 송신기로 동작할 경우, 상기 송신기에서 원하는 신호공간과 신호누설전력의 역에 대한 고유벡터를 통해 SLNR을 최대화하기 위한 프리코딩 행렬을 하기 수학식 1을 이용하여 생성하는 프리코딩 행렬 생성부; 및
상기 송신기 및 수신기의 쌍이 수신기로 동작할 경우, 상기 수신기에서 원하는 신호공간과 신호누설전력의 역에 대한 고유벡터를 통해 SINR을 최대화하기 위한 디코딩 행렬을 하기 수학식 2를 이용하여 생성하는 디코딩 행렬 생성부
를 포함하고,
송신기 및 수신기 쌍들에 대해 상기 프리코딩 행렬과 상기 디코딩 행렬이 반복 생성됨에 따라, 상기 SLNR 최대화를 통해 원하는 신호 부공간과 원하지 않는 신호 부공간을 분리하고, 상기 SLNR 최대화 및 상기 SINR의 최대화를 통해 네트워크를 위한 채널호혜성 요구가 제거되는 것을 특징으로 하는 다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 장치.
[수학식 1]
Figure 112015087210389-pat00082

[수학식 2]
Figure 112015087210389-pat00083

여기서, 상기 H lk 는 송신기 k와 수신기 l간에 독립적이고 동일한 분포(IID : Independently and identically distributed)를 갖는 MIMO 복소수 채널 페이딩 계수 행렬을, 상기 V k 는 송신기 k에서 생성된 프리코딩 행렬을, 상기 U l 은 수신기 l에서 생성된 디코딩 행렬을, 상기
Figure 112015087210389-pat00084
는 IID 복소 가우시안 잡음 벡터의 잡음분산 값을, 상기 d k k번째 링크의 DoF(Degree of Freedom)를 각각 의미함.
A pair of transmitters and receivers composed of multiple antennas participating in indirect alignment,
The pair of transmitter and receiver may comprise:
When a pair of the transmitter and the receiver operates as a transmitter, a precoding matrix for maximizing the SLNR through an eigenvector for a desired signal space and a signal leakage power in the transmitter is generated using Equation (1) A matrix generator; And
Generating a decoding matrix for maximizing an SINR using an eigenvector for a desired signal space and an inverse of a signal leakage power at a receiver using Equation (2), when the transmitter and the receiver are operating as a receiver, part
Lt; / RTI &gt;
The precoding matrix and the decoding matrix are repeatedly generated for the transmitter and receiver pairs, the desired signal subspace and the undesired signal subspace are separated through the SLNR maximization, and the SNR maximization and the SINR maximization are performed, Wherein the channel reciprocity requirement for the interference cancellation channel is eliminated.
[Equation 1]
Figure 112015087210389-pat00082

&Quot; (2) &quot;
Figure 112015087210389-pat00083

Where H lk denotes a MIMO complex channel fading coefficient matrix having independent and identically distributed (IID) independent between transmitter k and receiver l , V k denotes a precoding matrix generated in transmitter k , U l denotes a decoding matrix generated in the receiver l ,
Figure 112015087210389-pat00084
Denotes the noise variance value of the IID complex Gaussian noise vector, and dk denotes the DoF (Degree of Freedom) of the kth link.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 프리코딩 행렬 생성부에서 사용되는 SLNR 최대화 및 상기 디코딩 행렬 생성부에서 사용되는 SINR 최대화를 반복 수행함으로써 프리코딩 및 디코딩을 생성할 때 용량합 성능이 특정 반복 횟수 이상에서 최대화 되는 것을 특징으로 하는 다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 장치.
The method according to claim 1,
Wherein when the precoding and decoding are generated by repeatedly performing the SLNR maximization used in the precoding matrix generator and the SINR maximization used in the decoding matrix generator to maximize the capacity sum performance over a specific number of iterations, An interference alignment device through SLNR maximization in an antenna interference channel.
수신기를 통해 디코딩 행렬을 수신하는 단계;
송신기에서 원하는 신호의 부분공간과 신호전력누수부분공간의 역에 대한 최대값으로부터 고유벡터를 통해 SLNR을 최대화하기 위한 프리코딩 행렬을 하기 수학식 3을 이용하여 프리코딩 행렬을 생성하는 단계;
상기 송신기를 통해 상기 생성된 프리코딩을 송신하는 단계;
상기 수신기에서 원하는 신호공간과 신호누설전력의 역에 대한 고유벡터를 통해 SINR을 최대화하기 위한 디코딩 행렬을 하기 수학식 4를 이용하여 디코딩 행렬을 생성하는 단계;
상기 디코딩 행렬을 수신하는 단계; 및
상기 디코딩 행렬이 수렴할 때까지 반복수행 하는 단계
를 포함하고,
송신기 및 수신기 쌍들에 대해 상기 프리코딩 행렬과 상기 디코딩 행렬이 반복 생성됨에 따라, 상기 SLNR 최대화를 통해 원하는 신호 부공간과 원하지 않는 신호 부공간을 분리하고, 상기 SLNR 최대화 및 상기 SINR의 최대화를 통해 네트워크를 위한 채널호혜성 요구가 제거되는 것을 특징으로 하는 다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 방법.
[수학식 3]
Figure 112015087210389-pat00085

[수학식 4]
Figure 112015087210389-pat00086

여기서, 상기 H lk 는 송신기 k와 수신기 l간에 독립적이고 동일한 분포(IID : Independently and identically distributed)를 갖는 MIMO 복소수 채널 페이딩 계수 행렬을, 상기 V k 는 송신기 k에서 생성된 프리코딩 행렬을, 상기 U l 은 수신기 l에서 생성된 디코딩 행렬을, 상기
Figure 112015087210389-pat00087
는 IID 복소 가우시안 잡음 벡터의 잡음분산 값을, 상기 d k k번째 링크의 DoF(Degree of Freedom)를 각각 의미함.
Receiving a decoding matrix through a receiver;
Generating a precoding matrix using Equation (3) to maximize the SLNR through the eigenvectors from the maximum value for the inverse of the desired signal's subspace and the signal power leakage subspace at the transmitter;
Transmitting the generated precoding via the transmitter;
Generating a decoding matrix for maximizing the SINR using an eigenvector for a desired signal space and an inverse of signal leakage power in the receiver using Equation (4);
Receiving the decoding matrix; And
Repeating the decoding until the decoding matrix converges
Lt; / RTI &gt;
The precoding matrix and the decoding matrix are repeatedly generated for the transmitter and receiver pairs, the desired signal subspace and the undesired signal subspace are separated through the SLNR maximization, and the SNR maximization and the SINR maximization are performed, Wherein the channel reciprocity requirement for the multi-antenna interference channel is eliminated.
&Quot; (3) &quot;
Figure 112015087210389-pat00085

&Quot; (4) &quot;
Figure 112015087210389-pat00086

Where H lk denotes a MIMO complex channel fading coefficient matrix having independent and identically distributed (IID) independent between transmitter k and receiver l , V k denotes a precoding matrix generated in transmitter k , U l denotes a decoding matrix generated in the receiver l ,
Figure 112015087210389-pat00087
Denotes the noise variance value of the IID complex Gaussian noise vector, and dk denotes the DoF (Degree of Freedom) of the kth link.
제4항에 있어서,
상기 수신기는 상기 디코딩 행렬을 생성하는 단계에서 생성한 디코딩 행렬을 이용하여 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the receiver receives a signal using the decoding matrix generated in the step of generating the decoding matrix.
제4항에 있어서,
상기 송신기는 상기 프리코딩 행렬을 생성하는 단계에서 SLNR 최대화를 통한 고유벡터를 사용하여 생성한 프리코딩 행렬을 이용하여 신호를 송신하는 것을 특징을 하는 다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the transmitter transmits a signal using a precoding matrix generated using an eigenvector through SLNR maximization in the step of generating the precoding matrix, wherein the transmitter is configured to maximize SLNR in a multiple antenna interference channel.
제4항에 있어서,
상기 수신기는 상기 디코딩 행렬을 생성하는 단계에서 SINR 최대화를 통한 고유벡터를 사용하여 생성한 디코딩 행렬을 이용하여 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 다중안테나 간섭채널에서 SLNR 최대화를 통한 간섭정렬 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the receiver receives a signal using a decoding matrix generated using an eigenvector through SINR maximization in the step of generating the decoding matrix.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106209186A (en) * 2016-07-11 2016-12-07 东南大学 A kind of multiuser distributed MIMO multiaerial system downlink precoding method
KR102001334B1 (en) * 2018-01-11 2019-07-17 연세대학교 산학협력단 Precoding method and base station for removing signal interference in full duplex communication

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