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KR101092831B1 - 다중안테나 시스템에서 다중 고유 빔형성 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

다중안테나 시스템에서 다중 고유 빔형성 송수신 방법 및 장치 Download PDF

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KR101092831B1
KR101092831B1 KR1020090134964A KR20090134964A KR101092831B1 KR 101092831 B1 KR101092831 B1 KR 101092831B1 KR 1020090134964 A KR1020090134964 A KR 1020090134964A KR 20090134964 A KR20090134964 A KR 20090134964A KR 101092831 B1 KR101092831 B1 KR 101092831B1
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 다중안테나(multiple antenna)를 사용하는 무선 시스템에서 다중사용자의 전송 채널상관(transmit correlation) 정보를 이용하여 서비스할 사용자 수와 사용자를 결정하고, 이에 맞는 다중 고유빔(multiple eigen-beam)을 형성하여 신호를 전송함으로써, 시스템의 용량(system capacity)을 증가시키는 다중안테나 송수신 기법에 관한 것이다.
다중사용자 다중안테나, 전송 채널상관, 다중 고유 빔형성, 스케줄링, 시스템 용량

Description

다중안테나 시스템에서 다중 고유 빔형성 송수신 방법 및 장치{Apparatus and method of multiple eigen-beamforming in multiple antenna systems}
다중안테나 기술은 무선통신 시스템의 채널 용량을 획기적으로 향상시키기 위한 전송 방식으로 주목을 받고 있다. 특히 다중사용자 다중안테나 시스템의 경우 사용자들이 가진 수신 안테나의 수가 한정되어 있더라도 시스템 용량을 크게 향상시킬 수 있음이 알려져 있다. 본 발명은 이러한 다중사용자 다중안테나 시스템의 하향링크에서 전송 채널상관도가 존재하는 경우 다중의 사용자들로부터 기지국에 궤환되는 전송 채널상관도 정보만을 이용하여 하향링크의 시스템 용량을 증가시킬 수 있는 다중안테나 기법에 관한 것이다.
다중사용자 다중안테나 시스템의 하향링크에서, 기지국이 모든 사용자에 대한 순시 채널정보(instantaneous channel state information)를 알고 있다면 각 사용자에게 간섭으로 작용하는 성분인 다른 사용자의 신호를 기지국에서 미리 제거하여 각 사용자 입장에서는 다른 사용자로부터 간섭을 느끼지 못하도록 하는 더티페이퍼코딩(dirty paper coding; 이하 DPC) 기법이 시스템 용량 관점에서 최적임이 알려져 있다. 그러나 이를 지원하기 위해서는 모든 사용자들이 순시적으로 하향링크의 채널정보를 추정해서 상향링크(uplink)를 통해 기지국에 보고(report)해야 하므로 이에 다른 신호전송 부담이 크고, 또한 기지국에서 간섭을 미리 제거하기 위해 수행되는 DPC의 실장 복잡도가 매우 높아 실제 환경에서의 운용이 어렵다. 기존의 순시 채널정보 기반의 다중 빔형성 기법의 경우 다중의 사용자들로부터 궤환되는 순시 채널정보를 바탕으로, 기지국과 다중사용자 간의 채널에 가장 적합한 다중 빔을 형성하여 신호를 전송함으로써 DPC의 실장 복잡도 문제를 해결함과 동시에 DPC에 근접하는 시스템 용량을 제공하였다. 그러나 순시 채널정보 기반의 다중 빔형성 기법 역시 상향링크로의 순시 채널정보 궤환 부담이 크다는 문제점이 있다. 한편 사용자의 평균 채널정보에 해당하는 전송 채널상관도 정보를 이용하여 빔을 형성함으로써 채널상관도가 높을 경우 최적의 시스템 용량 성능을 제공하는 단일 고유 빔형성(eigen-beamforming) 기법이 제안되었다. 이 기법의 경우 사용자가 하향링크의 전송 채널상관도 정보만 추정하여 기지국에 궤환하기 때문에 기존의 순시 채널정보 기반의 다중안테나 기법에 비해 상향링크로의 궤환 부담이 적은 장점이 있으나, 기존의 단일 고유 빔형성 기법의 경우 공간다중화 이득을 얻을 수 없기 때문에 다중사용자 운용 환경에서는 시스템 용량 관점에서 성능 열화가 심하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 다중안테나 시스템의 하향링크에서 전송 채널상관도 정보만 기지국에 궤환하여 상향링크로의 궤환 부담을 줄일 수 있는 기법이 필요하며, 기존의 단일 고유 빔형성 기법에 비해 높은 시스템 용량을 제공할 수 있는 기법이 필요하다.
다중안테나 시스템의 다중의 사용자들이 하향링크의 순시 채널정보를 기지국에 궤환하고, 이를 이용해 기지국에서 다중사용자 간의 간섭을 미리 제거하여 전송하는 DPC 기법이 시스템 용량을 최대화 할 수 있다고 이론적으로 알려져 있으나, 높은 상향링크 궤환 부담과 코딩 복잡도 문제로 인해 현실적으로 운용이 쉽지 않다. 기존의 순시 채널정보 기반의 다중 빔형성 기법의 경우 DPC 기법의 복잡도 문제를 해결하였으나, 상향링크를 통한 채널정보 궤환 부담은 여전히 매우 크다. 상향링크를 이용한 채널정보 궤환 부담을 줄이기 위해 하향링크의 평균 채널정보인 전송 채널상관도를 이용하여 단일사용자 환경에서 최적인 단일 고유 빔형성 기법이 제안되었다. 그러나 상기 단일 고유 빔형성 기법은 공간다중화 이득을 얻을 수 없어 다중사용자 환경에서는 시스템 용량 관점에서 성능 열화가 매우 심한 단점이 있다. 본 발명은 이러한 기존 기법들의 문제점을 해결하기 위한 하향링크에서의 다중사용자 다중안테나 기법에 관한 것이다.
전송 채널상관도가 존재하는 채널 환경에서, 기지국과 사용자 사이의 하향링크 채널 이득은 각 사용자의 전송 채널상관 행렬의 주 고유벡터(principal eigenvector)의 방향으로 집중된다. 이러한 특성을 이용하여 다중의 사용자들은 각자의 하향링크 전송 채널상관도 정보를 추정해 상향링크로 이를 기지국에 궤환하고, 기지국은 궤환된 하향링크 전송 채널상관도 정보를 이용해 다중사용자의 하향링크 전송 채널상관 행렬의 주 고유벡터 방향으로 다중의 고유 빔을 동시에 형성하여 신호를 전송함으로써, 기존의 단일 고유 빔형성 기법에 비해 시스템 용량 향상을 얻도록 하는 것이다. 또한 기지국에서 다중의 고유빔을 통해 서비스할 사용자 수와 사용자를 시스템 용량이 최대화되도록 결정함으로써, 다중사용자들의 하향링크 전송 채널상관도 정보만을 가지고 하향링크에서 다중안테나 시스템의 용량을 크게 증가시킬 수 있다.
안테나의 전송 채널상관도가 존재하는 하향링크 다중사용자 환경에서 이론적으로 최적인 DPC 기법과 이의 복잡도 문제를 해결한 순시 채널정보 기반의 다중 빔형성 기법의 경우 상향링크로의 궤환 부담 문제가 있었다. 또한 낮은 궤환 부담 및 복잡도를 제공하는 기존의 단일 고유 빔형성 기법의 경우 공간다중화 이득을 얻지 못해 다중사용자 환경에서 만족할만한 시스템 용량을 제공하지 못하였다. 본 발명에서 제안하는 다중 고유 빔형성 기법의 경우 다중사용자 다중안테나 시스템의 하향링크에서 전송 채널상관도 정보만을 이용하므로, 상향링크로의 궤환 부담이 적으면서도 높은 시스템 용량을 제공할 수 있다.
도 1과 같이
Figure 112011059144616-pat00001
송신 안테나(101)를 가지는 기지국(102)이 임의의 스케줄링 시간에 총
Figure 112011059144616-pat00002
명의 사용자(103, 104, 105) 중
Figure 112011059144616-pat00003
명의 사용자를 스케줄링하여 서비스하는 다중사용자 다중안테나 시스템의 하향링크를 고려하자. 기지국의 빔형성기(106)에서는 빔형성 가중치 행렬
Figure 112011059144616-pat00004
을 통해 신호생성기(107)에서 생성되는 신호를 전송하고, 이 송신 신호 벡터를
Figure 112011059144616-pat00005
로 두자. 여기서
Figure 112011059144616-pat00006
은 사용자
Figure 112011059144616-pat00007
을 위한 정규화된 크기를 가지는 빔형성 벡터이며,
Figure 112011059144616-pat00008
는 행렬
Figure 112011059144616-pat00009
의 전치 행렬(transpose matrix)을 나타낸다. 기지국과 사용자
Figure 112011059144616-pat00010
사이의 하향링크 채널 특성을 나타내는 채널 벡터를
Figure 112011059144616-pat00011
라고 하면, 사용자
Figure 112011059144616-pat00012
이 수신안테나를 통해 수신하는 수신 신호는 다음과 같이 표현된다.
[수학식 1]
Figure 112009081922410-pat00013
여기서
Figure 112009081922410-pat00014
은 평균이 0이고 분산이
Figure 112009081922410-pat00015
인 복소 가우시안 잡음(complex Gaussian noise)이다.
특히 기지국과 사용자
Figure 112011059144616-pat00016
사이의 하향링크 채널에 전송 채널상관 행렬
Figure 112011059144616-pat00017
로 표현되는 상관도가 존재할 경우 하향링크 채널 벡터
Figure 112011059144616-pat00018
은 다음과 같이 표시할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112009081922410-pat00019
여기서
Figure 112011059144616-pat00020
는 공간적으로 상관도가 없는 채널 벡터(즉, 평균이 0이고 분산이 1인 독립적이고 동일한 분포를 갖는(independent and identically distributed; i.i.d.) 복소 가우시안 채널)이다. 또한, 하향링크 전송 채널상관 행렬
Figure 112011059144616-pat00021
은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112009081922410-pat00022
이때
Figure 112009081922410-pat00023
는 행렬
Figure 112009081922410-pat00024
의 복소전치 행렬(Hermitian matrix)을 나타내고,
Figure 112009081922410-pat00025
는
Figure 112009081922410-pat00026
의 기대값 연산자(expectation operator)를 나타낸다.
도 2와 같이 전송 채널상관도가 존재하는 하향링크 채널 환경에서, 기지국(201)과 사용자
Figure 112011059144616-pat00027
간의 채널 이득은 평균적인 관점에서 사용자
Figure 112011059144616-pat00028
의 전송 채널상관 행렬
Figure 112011059144616-pat00029
의 주 고유벡터
Figure 112011059144616-pat00030
방향으로 집중된다. 따라서 다중의 사용자들(202, 203, 204)이 각자의 하향링크의 전송 채널상관 행렬 정보를 기지국으로 궤환하고, 기지국에서 이를 이용해 다중사용자의 하향링크의 전송 채널상관 행렬의 주 고유벡터 방향으로 수학식 4와 같이 다중의 고유 빔을 동시에 형성하여 신호를 전송하면, 상관도가 있는 환경에서 기존의 단일 고유 빔형성 기법을 사용하는 것보다 성능 향상을 얻을 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112009081922410-pat00031
여기서 사용자
Figure 112011059144616-pat00032
의 전송 채널상관 행렬
Figure 112011059144616-pat00033
의 주 고유벡터
Figure 112011059144616-pat00034
는 수학식 5와 같이
Figure 112011059144616-pat00035
을 고유치 분해(eigen-value decomposition; EVD) 했을 때 나타나는 고유치(
Figure 112011059144616-pat00036
) 각각에 해당하는 고유벡터(
Figure 112011059144616-pat00037
) 중 최대 고유치
Figure 112011059144616-pat00038
에 해당하는 고유벡터로 정의된다.
[수학식 5]
Figure 112009081922410-pat00039
다중의 고유 빔을 사용하여 전송되는 사용자들의 신호 간에는 상호 간섭이 발생할 수 있다. 이를 최소화 하기 위해 다중 고유 빔형성 기법을 통해 얻을 수 있는 시스템 용량을 분석하고, 이를 바탕으로 다중 빔 간의 간섭을 최소화하도록 사용자를 선택하여 서비스 함으로써 시스템 용량을 최대화 할 수 있는 사용자 스케줄링 기법을 기술한다.
임의의 스케줄링 시간에 총
Figure 112009081922410-pat00040
명의 사용자 중
Figure 112009081922410-pat00041
명의 사용자가 선택되었다고 가정하자. 이 때 상기 다중 빔형성 기법을 통해 얻을 수 있는 시스템 용량은 다음과 같이 표현된다.
[수학식 6]
Figure 112009081922410-pat00042
여기서
Figure 112009081922410-pat00043
은 사용자
Figure 112009081922410-pat00044
의 평균 신호대잡음비(signal-to-noise ratio; SNR)를 나타낸다. 젠센의 부등식(Jensen's inequality)을 이용하면, 시스템의 최대 용량은 다음과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112009081922410-pat00045
또한,
Figure 112009081922410-pat00046
이므로, 수학식 7은 다음과 같이 표현될 수 있다. 여기서
Figure 112009081922410-pat00047
는 행렬
Figure 112009081922410-pat00048
의 대각합 연산자(trace operator)를 나타낸다.
[수학식 8]
Figure 112009081922410-pat00049
수학식 8을 살펴보면, 제안된 다중 고유 빔형성 기법의 성능이 다중사용자들의 하향 링크 전송 채널상관 행렬과 관련됨을 알 수 있다. 따라서,
Figure 112011059144616-pat00050
명의 사용자들이 각자의 전송 채널상관 행렬 정보
Figure 112011059144616-pat00051
을 기지국으로 전달하고, 기지국에서는 수학식 8을 이용해
Figure 112011059144616-pat00052
명의 사용자 중 이를 최대화하는
Figure 112011059144616-pat00053
명 사용자들을 선택함으로써, 제안된 다중 고유 빔형성 기법의 시스템 용량을 최대화 할 수 있다. 임의의 스케줄링 시간에
Figure 112011059144616-pat00054
명의 사용자 중
Figure 112011059144616-pat00055
명의 사용자를 선택할 수 있는 조합의 수는
Figure 112011059144616-pat00056
이다. 여기서,
Figure 112011059144616-pat00057
이며
Figure 112011059144616-pat00058
이다. 이러한 사용자의 조합들을 원소로 가지는 집합을
Figure 112011059144616-pat00059
라고 하면, 시스템 용량을 최대화 하는 방법
Figure 112011059144616-pat00060
은 다음과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112009081922410-pat00061
만약 총 사용자 수
Figure 112009081922410-pat00062
가 충분히 크지 않아 사용자 빔 간의 간섭 제어가 쉽지 않은 경우, 선택되는 사용자의 수
Figure 112009081922410-pat00063
을 적응적으로 조절함으로써 시스템 용량을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 기술한 사용자 선택 방법에 있어 선택되는 사용자의 수
Figure 112009081922410-pat00064
에 따른 시스템 용량을 추가적으로 계산하여, 수학식 10과 같이 이를 최대로 하는 선택할 사용자 수
Figure 112009081922410-pat00065
과 사용자 조합
Figure 112009081922410-pat00066
를 동시에 결정함으로써 시스템 용량을 최대화할 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112009081922410-pat00067
또한, 상향링크를 이용한 정보 궤환 부담을 줄이기 위하여 총
Figure 112011059144616-pat00068
명의 사용자들은 각자의 하향링크 전송 채널상관도를 추정하고, 이들 중 전송 채널상관도의 크기 또는 수신신호 성능이 어느 수준 이상인 사용자들만 (즉,
Figure 112011059144616-pat00069
또는
Figure 112011059144616-pat00070
)전송 채널상관 정보를 기지국에 보고하도록 한다. 즉, 하향링크 전송 채널상관도 크기가 작아 상기 다중 고유 빙형성 기법을 통하여 시스템 용량 향상에 크게 기여하지 못한다고 판단하는 경우, 사용자들이 지능적으로 선택 여부를 결정하도록 한다.
도 3은 제안하는 다중 고유 빔형성 및 다중사용자 스케줄링 방법과 이에 의해 구현된 장치를 나타낸다. 먼저 기지국(304)의 다중 송신 안테나들(308)로부터 전송된 신호를 다중의 사용자들(301,302,303)은 각자의 수신 안테나(306,307,308)를 이용해 수신한다. 사용자 k는 신호 품질 정보 추정기(309)에서 신호대잡음비(
Figure 112011059144616-pat00071
)와 전송 채널상관도 정보(
Figure 112011059144616-pat00072
)를 획득하고, 전송 채널상관도의 크기나 수신신호 성능이 어느 수준 이상인 경우 (즉,
Figure 112011059144616-pat00073
또는
Figure 112011059144616-pat00074
) 이 정보들을 상향링크 궤환 채널을 통해 기지국에 궤환한다. 이 정보는 기지국의 다중사용자 스케줄러(310)의 시스템 용량 계산기(311)로 전달된다. 시스템 용량 계산기에서는 수학식 8을 바탕으로 제안 다중 고유 빔형성 기법을 적용할 경우에 선택되는 사용자의 수(
Figure 112011059144616-pat00075
)와 선택되는 사용자 조합(
Figure 112011059144616-pat00076
)에 따른 시스템 용량(
Figure 112011059144616-pat00077
)을 계산하고 이를 시스템 용량 비교기(312)에 전달한다. 시스템 용량 비교기에서는 선택되는 사용자 수와 선택되는 사용자 조합에 따른 시스템 용량을 비교하고, 이를 이용해 스케줄링 사용자 조합 및 사용자 수 결정기(313)에서는 시스템 용량을 최대화 하는 선택되는 사용자의 수(
Figure 112011059144616-pat00078
)와 선택되는 사용자 조합(
Figure 112011059144616-pat00079
)을 결정한다. 이 정보는 제안 다중 고유 빔형성기(314)로 전달되고 다중 고유 빔형성기에서는 결정된 사용자들의 하향링크 전송 채널상관도의 최대 고유벡터로 이루어지는 다중 고유빔(
Figure 112011059144616-pat00080
)을 형성하여 신호 생성기(315)로부터 전달되는 신호를 전송한다. 이러한 신호는 채널을 거쳐 사용자에게 전송되며, 사용자는 이를 수신하고 채널추정정보를 바탕으로 데이터를 복조한다.
도 4 는 제안된 다중 고유 빔형성 기법을 사용하는 경우 시스템 성능을 기존의 DPC 기법, 단일 고유 빔형성 기법과 비교한다. 기지국의 송신 안테나의 수가
Figure 112011059144616-pat00081
개이고, 임의의 스케줄링 시간에 최대의 사용자가 선택되는 (즉,
Figure 112011059144616-pat00082
)명의 경우를 가정하였다. 또한, 성능 평가의 간편화를 위해 모든 사용자는 동일한 평균 신호대잡음비를 갖고, 각 전송 채널상관도는 다음과 같이 지수 감쇄 모델(exponential decay model)로 표현된다고 가정하였다. 이는
Figure 112011059144616-pat00083
일 경우 수학식 11와 같이,
Figure 112011059144616-pat00084
일 경우 수학식 12과 같이 표현된다.
[수학식 11]
Figure 112009081922410-pat00085
[수학식 12]
Figure 112009081922410-pat00086
여기서
Figure 112011059144616-pat00087
은 전송 채널상관 계수이며
Figure 112011059144616-pat00088
는 전송 채널상관 계수의 크기,
Figure 112011059144616-pat00089
은 전송 채널상관 계수의 각도를 나타낸다. 기존의 DPC 기법의 경우 최대 시스템용량을 제공함을 볼 수 있으나, 상향링크를 통하여 보고되는 채널정보 부담과 소요 계산복잡도로 인해 실제 시스템에서의 운용이 힘들다. 제안된 기법은 사용자의 전송 채널상관 계수의 각도 차가 큰 사용자 조합을 선택할 경우 기존 단일 고유 빔형성 기법에 비해 향상된 시스템 용량을 제공함을 볼 수 있다. 만약 사용자의 전송 채널상관도의 각도 차가 큰 사용자 조합을 찾을 수 없다면 기존의 단일 빔 기법을 사용하는 것이 나을 수 있다.
도 5는 송신 채널상관 계수의 각도 차에 따라 시스템 용량을 최대화하도록 선택되는 사용자 수를 적응적으로 조절하는 제안된 기법의 운용을 예시한다. 기지국의 송신 안테나의 수가
Figure 112011059144616-pat00090
개이고, 각 사용자의 전송 채널상관 계수 간 위상 차가
Figure 112011059144616-pat00091
인 경우(예를 들면,
Figure 112011059144616-pat00092
Figure 112011059144616-pat00093
)를 가정하였다. 전송 채널상관 계수 간 위상 차가 작은 경우는 다중 고유빔 간의 간섭으로 인한 성능 열화로 인해 1명의 사용자가 선택되어 기존의 단일 고유 빔형성 기법을 사용하는 경우(즉,
Figure 112011059144616-pat00094
)가 최적의 성능을 보이며, 전송 채널상관 계수의 각도 차가 커질수록 다중 고유빔 간의 간섭 조절이 잘되므로 선택되는 사용자의 수를 적응적으로 증가시키고(즉,
Figure 112011059144616-pat00095
) 제안 다중 고유 빔형성 기법을 사용함으로써 시스템 용량을 크게 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 6은 하향링크 전송 채널상관 계수의 크기에 따라 시스템 용량을 최대화 하도록 선택되는 사용자 수를 적응적으로 조절하는 제안된 기법의 운용을 예시한다. 전송 채널상관 계수의 크기가 증가할수록 선택되는 사용자의 수를 적응적으로 증가시키고 제안 다중 고유 빔형성 기법을 사용함으로써 시스템 용량을 크게 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한 하향링크 전송 채널상관 계수가 크기 않은 경우(예를 들면,
Figure 112011059144616-pat00096
)나, 수신 조건이 나쁜 경우에는 기존의 단일 고유빔을 사용하는 경우(즉,
Figure 112011059144616-pat00097
)에 비해 성능 향상이 크지 않으므로, 사용자는 이를 고려하여 전송 채널상관도 정보를 보고하지 않음으로써 상향채널을 통해 보고되는 채널 정보량 부담을 더욱 줄일 수도 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 제안 기법 및 그 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 또 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1. 빔형성 기반의 하향링크 다중사용자 다중안테나 시스템
도 2. 제안 다중 고유 빔형성 방법의 개념도
도 3. 제안 다중 고유 빔형성과 다중사용자 스케줄링 방법 및 장치
도 4. 제안된 다중 고유 빔형성 기법을 통한 시스템 용량 증가 예
도 5. 채널 상관계수 간 각도 차에 따른 선택된 사용자 수(
Figure 112009081922410-pat00137
)의 변화
도 6. 채널 상관계수의 크기에 따른 선택된 사용자 수(
Figure 112009081922410-pat00138
)의 변화

Claims (6)

  1. 다중 송신 안테나를 사용하여 다수의 사용자에게 동시에 신호를 전송하는 무선통신 시스템의 하향링크 통신 장치에 있어서,
    상기 다수의 사용자가 하향링크의 전송 채널상관 정보를 기지국으로 전달하는 전송 채널상관 정보 전달부,
    상기 다수의 사용자로부터 전달받은 하향링크의 전송 채널상관도 정보를 이용하여 기지국이 시스템 용량을 계산하도록 하는 시스템 용량 계산부와,
    상기 시스템 용량 계산부를 이용하여 시스템 용량이 최대가 되도록 사용자를 결정하는 사용자 결정부와,
    상기 사용자 결정부에 의한 상기 사용자 결정 결과에 따라 기지국에서 다중 고유빔을 형성하여 송신하는 다중 고유빔 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전송 채널상관 정보 전달부는,
    상기 다수의 사용자들이 각자 하향링크의 전송 채널상태를 추정해서 사용자
    Figure 112011059144616-pat00098
    의 전송 채널상관도의 크기 또는 수신신호 성능이 어느 수준 이상인 경우 (즉,
    Figure 112011059144616-pat00099
    또는
    Figure 112011059144616-pat00100
    )에만 하향링크의 전송 채널상관 정보를 기지국으로 전달하는 것을 특징으로 하는 장치.
    여기서
    Figure 112011059144616-pat00101
    는 사용자
    Figure 112011059144616-pat00145
    의 하향링크 전송 채널상관 계수의 크기이고
    Figure 112011059144616-pat00102
    는 이 계수에 대한 문턱값을,
    Figure 112011059144616-pat00103
    는 사용자
    Figure 112011059144616-pat00146
    가 수신한 신호의 신호대비잡음(간섭잡음 포함)비이고
    Figure 112011059144616-pat00104
    는 이 계수에 대한 문턱값을 나타낸다.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 하향링크의 전송 채널상관 정보는,
    다음과 같이 계산되는 사용자
    Figure 112011059144616-pat00105
    의 하향링크 전송 채널 상관 행렬
    Figure 112011059144616-pat00106
    ,
    Figure 112011059144616-pat00107
    또는 상기 하향링크 전송 채널상관 행렬
    Figure 112011059144616-pat00108
    을 사용자가 직접 고유치 분해했을 때 나타나는 고유치(
    Figure 112011059144616-pat00109
    )와 이에 해당하는 고유벡터(
    Figure 112011059144616-pat00110
    )로 표시되는 채널 정보를 기지국으로 보고하는 것을 특징으로 하는 장치. 이때
    Figure 112011059144616-pat00111
    는 행렬
    Figure 112011059144616-pat00112
    의 복소전치 행렬(Hermitian matrix)을 나타내고,
    Figure 112011059144616-pat00113
    는
    Figure 112011059144616-pat00114
    의 기대값 연산자(expectation operator)를 나타낸다.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 시스템 용량 계산부는,
    상기 다수의 사용자들로부터 보고된 하향링크의 전송 채널상관 행렬
    Figure 112011059144616-pat00115
    을 이용하여
    Figure 112011059144616-pat00116
    명의 사용자를 선택하였을 때의 시스템 최대 용량을 기지국에서 다음과 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112011059144616-pat00117
    여기서
    Figure 112011059144616-pat00118
    은 사용자
    Figure 112011059144616-pat00119
    의 하향링크 전송 채널상관 행렬,
    Figure 112011059144616-pat00120
    는
    Figure 112011059144616-pat00121
    의 최대 고유치에 해당하는 고유벡터를,
    Figure 112011059144616-pat00122
    은 송신 안테나 수,
    Figure 112011059144616-pat00123
    은 스케줄링되는 사용자의 수,
    Figure 112011059144616-pat00124
    는 수신된 신호의 신호대잡음비를 나타내며,
    Figure 112011059144616-pat00125
    는 행렬
    Figure 112011059144616-pat00126
    의 대각합 연산자를 나타낸다.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 사용자 결정부는,
    상기 시스템 용량 계산부를 이용하여 다음 식과 같이 시스템 용량이 최대가 되도록 사용자 수
    Figure 112011059144616-pat00127
    과 이에 따른 사용자 조합
    Figure 112011059144616-pat00128
    를 기지국에서 다음과 같이 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112011059144616-pat00129
    여기서
    Figure 112011059144616-pat00130
    는
    Figure 112011059144616-pat00131
    명의 사용자 중
    Figure 112011059144616-pat00132
    명의 사용자를 선택할 수 있는 조합의 집합을 나타내며,
    Figure 112011059144616-pat00133
    은 송신 안테나 개수를 나타낸다.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 다중 고유빔 송신부는,
    상기 사용자 결정부로부터 결정된 사용자들에게 기지국에서 다음과 같이 결정된 빔 계수를 사용하여 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112011059144616-pat00134
    여기서
    Figure 112011059144616-pat00135
    는 선택된 사용자
    Figure 112011059144616-pat00136
    의 전송 채널상관 행렬의 최대 고유치에 해당하는 고유벡터를 나타낸다.
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