다중 안테나 시스템에서 자원할당을 위한 서치 세트 결정장치 및 방법 document_id A220623014793

본 발명은 다중안테나 시스템에서 자원할당을 위한 서치 세트 결정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 자원 할당을 위한 서치 세트를 감축하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 현재 무선 이동통신 시장이 급성장하고 무선 환경에서의 다양한 멀티미디어 서비스가 요구되고 있다. 이와 동시에 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되고 있다. 따라서 한정된 주파수를 효율적으로 사용할 수 있는 방법을 찾는 것이 가장 시급한 과제로 떠오르고 있다. 이와 같은 과제를 해결하기 위해서는 다중 안테나를 이용한 새로운 전송 기술이 필요하다. 상기 다중 안테나를 이용한 새로운 전송 기술의 대표적인 예로 다중 입력 다중 출력 (MIMO ; Multiple-Input Multiple-Output) 시스템이 제안되었다. 상기 MIMO 시스템에서는 고품질뿐 아니라 높은 전송률에 의한 데이터 서비스를 위한 효율적인 신호 처리 알고리즘이 요구된다. 상기 신호 처리 알고리즘의 일예로 자원 할당 알고리즘이 존재한다. 상기 자원 할당 알고리즘은 최소의 자원을 소비하면서 목표하는 에러 율을 얻을 수 있도록 안테나별로 자원, 즉 데이터 전송률을 할당하는 것을 목표로 한다. 상기 자원 할당 알고리즘은 송신측에서의 신호 처리 알고리즘과 수신측에서의 신호 처리 알고리즘으로 구분할 수 있다. 이때 송신측에서는 안테나별로의 데이터 전송률이 주어졌을 때, 가장 작은 에너지를 소비하면서 목표 에러 율 (Error Rate)에 도달할 수 있는 자원 할당을 찾는다. 기존의 자원 할당 알고리즘은 단일 할당 (Uniform allocation), 고정 할당 (Fixed allocation), 풀-서치 할당 (Full-search allocation)이 존재한다. 상기 단일 할당 (Uniform allocation) 방식은 각 안테나별로 동일한 데이터 전송률을 할당한다. 이는 피드백 정보의 전송이 필요 없는 가장 간단한 자원 할당 방법이다. 하지만 선형 검출 (Linear detection) 기법은 말할 것도 없고, 연속 간섭 제거 (SIC : Successive Interference Cancellation) 기법을 사용하더라도 에러 율이 높아 성능이 좋지 않다는 단점이 있다. 상기 고정 할당 (Fixed allocation) 방식은 최적의 할당을 정하고, 상기 정하여진 하나의 할당을 모든 채널에 사용한다. 상기 최적의 할당은 채널의 통계 (Statistics)에 따라 결정한다. 이는 채널의 통계가 맞으면 단일 할당 방식보다 좋은 성능을 보여준다. 하지만 할당을 고정한다는 제약에 의해 에러 율 성능이 제한될 뿐만 아니라 고정된 할당을 사용하기에 채널 변화에 안정적으로 동작하지 않는다. 마지막으로 상기 풀-서치 할당 (Full-search allocation) 방식은 사용 가능한 모든 조합을 데이터 전송률 할당의 후보로 사용하며, 그 중 가장 작은 전력을 필요로 하는 후보를 현재 채널에 대한 할당으로 사용한다. 이는 모든 경우를 고려하기 때문에 가장 좋은 성능을 보여준다. 하지만 복잡도 및 피드백 정보가 증가하는 단점을 가진다. 상기 풀-서치 할당 (Full-search allocation) 방식에서는 복잡 도를 줄이기 위해 반복 알고리즘 (Iterative Algorithm)이 제안되었다. 상기 수신측에서의 신호 처리 알고리즘은 각 전송 채널에 대한 채널 상태를 탐색하고, 상기 탐색 결과를 송신측으로 피드백 하는 방안을 마련한다. 그리고 상기 송신측에서의 신호 처리 알고리즘은 수신측으로부터 피드백 되는 탐색 결과에 의해 각 송신 안테나별로 자원을 할당하는 방안을 마련한다. 상기 송신측에서의 신호 처리 알고리즘으로는 대표적으로 BLAST (Bell Labs Layered Space Time) 기술이 존재한다. 상기 BLAST 기술은 다중 안테나를 이용하여, 시스템이 사용하는 주파수 영역을 증가시키지 않고도, 데이터 전송량을 증가시킬 수 있다. 이러한 BLAST 기술은 D-BLAST (Diagonal-BLAST)와 V-BLAST (Vertical-BLAST)로 구분된다. 상기 D-BLAST는 대각 (Diagonal) 전송을 위해 각 송신 안테나에서 전송되는 데이터 간 특정한 블록 코딩을 사용하여, 주파수 효율이 높다. 하지만 구현에 있어 복잡도가 높다는 단점이 있다. 이와 달리 V-BLAST는 각 안테나에서 독립적으로 데이터를 전송함으로써 복잡도를 줄일 수 있다. 한편 수신측에서의 신호 처리 알고리즘으로는 수신신호를 이용하여 각 송신 안테나에서 전송된 신호들을 검출하는데 이용되는 알고리즘으로써, 선형 검출 (Linear detection) 기법과 비선형 검출 (Non-linear detection) 기법으로 분류할 수 있다. 상기 선형 검출 기법으로는 제로 포싱 (ZF : Zero Forcing) 기법과 최소 평균 자승 오류 (MMSE : Minimum Mean Square Error) 기법 등이 존재한다. 상기 ZF 기법은 채널 행렬의 각 열벡터에 대한 기준을 계산하여 벡터 크기가 가장 큰 열벡터에 해당하는 심벌부터 검출한 후, 수신신호에서 검출된 신호 성분을 제거함으로써 심벌 간의 간섭을 없애는 기법이다. 상기 MMSE 기법은 원래 전송한 심벌들과 수신측에서 추정된 신호들 사이의 평균 자승 오차 (mean square error)를 최소화하는 기법이다. 상기 비선형 기법으로는 최대 우도 검출 (ML : Maximum Likelihood detection) 기법과 연속 간섭 제거 (SIC : Successive Interference Cancellation) 기법 등이 존재한다. 상기 ML 기법은 모든 송신 안테나에서 송신 가능한 심벌들을 모두 대입해서 최소 제곱 유클리드 거리 (Squared Euclidean Distance)를 가지는 입력을 선택함으로써 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 하지만 송신 안테나 수와 변조 순서 (modulation order)에 따라 복잡도가 지수 함수적으로 증가한다. 따라서 상기 ML 기법은 가장 좋은 성능을 보이지만, 계산 량의 증가로 구현하는데 복잡하다는 단점이 있다. 상기 SIC 기법은 큰 신호 대 간섭 펄스 잡음비 (SINR; Signal to Interference plus Noise Ratio)를 가지는 채널을 우선적으로 검출하여 제거함으로써 성능을 높이고자 하는 간섭 제거 기법이다. 상기 SIC 기법을 위해서는 최상의 성능을 얻기 위한 오더링이 별도로 요구된다. 전술한 바와 같이 MIMO 시스템의 성능 향상을 위해서는 수신신호로부터 송신신호를 더욱 정확하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라 계산 량의 관점에서도 양호한 신호 검출 기법 및 자원 할당 방안이 절실하게 요구된다.