(72) 발명자 배영택 서울동작구사당 1 동 번지 이정우 서울관악구봉천 7 동산 4-2 교수아파트 122A

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재돌 양
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1 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) (11) 공개번호 (43) 공개일자 2008년08월01일 (51) Int. Cl. H04B 7/04 ( ) H04B 7/02 ( ) H04L 1/02 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2007 년 01 월 29 일 심사청구일자 없음 전체청구항수 : 총 8 항 (54) 슈어분해를이용한 MIMO 시스템의안테나선택방법 (57) 요약 (71) 출원인 엘지전자주식회사 서울특별시영등포구여의도동 20 번지 (72) 발명자 장재원 경기고양시일산동구백석동백송마을 7 단지아파트임광아파트 705 동 1205 호 임빈철 경기안양시동안구호계 2 동 금호아파트 ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 양문옥 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 시스템의안테나선택방법을제공한다. 정방행렬인채널행렬 H 를얻고, 상기채널행렬 H 의고유값 (eigenvalue) 을얻는다. 가장작은상기고유값의절대값이최대가되도록안테나 를선택한다. 상기고유값은상기채널행렬 H 에대해 H=QTQ H 와같이슈어분해 (Schur decomposition) 하여상삼각행렬 T 의대각성분으로부터구할수있다. 슈어분해를통해안테나를선택함으로써 SVD(Singular Value Decomposition) 에비해보다높은성능을얻을수있다. 대표도 - 1 -

2 (72) 발명자 배영택 서울동작구사당 1 동 번지 이정우 서울관악구봉천 7 동산 4-2 교수아파트 122A

3 특허청구의범위청구항 1 MIMO 시스템의안테나선택방법에있어서, 정방행렬인채널행렬 H를얻고, 상기채널행렬 H의고유값 (eigenvalue) 을얻고, 가장작은상기고유값의절대값이최대가되도록안테나를선택하는안테나선택방법. 청구항 2 제 1 항에있어서, 상기고유값은상기채널행렬 H에대해 H=QTQ H 와같이슈어분해 (Schur decomposition) 하여상삼각행렬 T의대각성분으로부터구하는안테나선택방법. 청구항 3 다중송신안테나 ; 입력되는비트스트림으로부터데이터심벌을생성하는송신처리기 ; 및상기데이터심벌에대해프리코딩행렬을이용하여처리하여상기다중송신안테나를통해송신되는송신신호를생성하는 MIMO 전처리기를포함하되, 상기프리코딩행렬은채널행렬 H에대해 H=QTQ H 와같이슈어분해 (Schur decomposition) 하여얻어지는유니터리행렬 Q인송신기. 청구항 4 제 3 항에있어서, 상기채널행렬은수신기로부터귀환받는송신기. 청구항 5 제 3 항에있어서, 상기프리코딩행렬은수신기로부터귀환받는송신기. 청구항 6 제 3 항에있어서, 상기상삼각행렬 T의대각성분은상기채널행렬 H의고유값이고, 상기다중송신안테나로부터가장작은상기고유값의절대값이최대가되도록상기송신신호를송신할안테나를선택하는안테나선택기를더포함하는송신기. 청구항 7 다중수신안테나 ; 상기수신안테나로부터수신되는수신신호를후처리행렬을이용하여처리하는 MIMO 후처리기 ; 및상기후처리된심벌로부터비트스트림을복원하는수신처리기를포함하되, 상기후처리행렬은채널행렬 H에대해 H=QTQ H 와같이슈어분해 (Schur decomposition) 하여얻어지는유니터리행렬 Q의허미션행렬 Q H 인수신기

4 청구항 8 제 7 항에있어서, 상기수신처리기는연속간섭제거 (Successive Interference Cancellation) 방식인수신기. 명세서 발명의상세한설명 발명의목적 <14> <15> <16> <17> <18> <19> <20> <21> <22> 발명이속하는기술및그분야의종래기술본발명은무선통신에서 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 기술에관한것으로, 더욱상세하게는 MIMO 시스템에서송신안테나의수와수신안테나의수가같을경우효율적으로데이터를송수신하는방법에관한것이다. 최근에활발하게연구되고있는차세대멀티미디어무선통신시스템은초기의음성위주의서비스를벗어나영상, 무선데이터등의다양한정보를처리하여전송할수있는시스템이요구되고있다. 차세대무선통신시스템은제한된주파수자원을이용하여고품질, 고용량멀티미디어데이터를고속으로전송할수있어야한다. 대역폭이제한된무선채널에서이를가능하게하기위해서는주파수효율을극대화하면서고속전송시발생하는심벌간간섭및주파수선택적페이딩을극복해야만한다. 주파수효율을극대화하기위해개발된기술중가장각광을받고있는것이 MIMO 기술이다. MIMO 시스템은크게두가지목적으로사용될수있다. 첫째로는채널의페이딩환경으로인한성능감소를줄이기위해다이버시티 (diversity) 이득을높이는목적으로이용될수있다. 둘째로는동일한주파수대역에서데이터전송률을올리는목적으로이용될수있다. MIMO 기술은하나의송수신안테나를사용하는 SISO(Single- Input Single-Output) 시스템에견주어주파수대역폭을늘리지않으면서더욱많은데이터를보낼수있는장점이있다. 차세대무선통신망은고속데이터전송속도 (20Mbps(bit per second) 이상 ) 를요구하는데제한된대역폭 (10 ~ 20MHz) 으로이를구현하기위해서는 MIMO 기술이필수적으로사용될것이다. 그러나 MIMO 기술은송수신기의복잡도가증가한다는단점이있다. MIMO 시스템은하나의안테나만을사용하는시스템에비해서송수신단에서이루어지는신호처리량이많아지기때문이다. 또한, 단말또는기지국에서 MIMO 를구현하기위해서는생산비용도상당한부담을가져온다. MIMO 시스템에서필요한안테나는보통비싸지않으며, 추가적인디지털신호처리회로는기술의발달로점점더가격이하락하고있다. 하지만, 저잡음증폭기 (low-noise amplifier), 업 / 다운변환기 (up/down converter), A/D 변환기 (Analog-to-Digital converter) 등을포함하는 RF단 (Radio Frequency unit) 은상대적으로비싸기때문에, MIMO 시스템을적용하기위해상당한생산비용상승이발생할수있다. 즉, MIMO 시스템을구현하기위해상대적으로비싼 RF단의수가증가함에따라비용상승이심각한문제가될수있다. 안테나의수는필요한수만큼유지하면서 RF단의수를줄이기위한기법중하나가안테나선택 (antenna selection) 기법이다. 안테나선택기법을사용할경우 MIMO의장점, 특히다이버시티 (diversity) 이득을유지하면서 RF단의수를줄일수있어단말생산비용을절감할수있다. 이상적인안테나선택을위해서는어떤정해진기준에따라선택가능한모든조합에대해서조사를해보아야한다. 그러나안테나수가많아지면실제로조사해보아야할가능한조합이매우커지게되어구현이거의불가능하다. MIMO 시스템에서는수신안테나로들어오는신호로부터송신된신호를복원해야한다. 따라서다른송신안테나로부터오는신호간섭과동일한송신안테나에서전송된신호가다중경로채널을겪게되면서생기는간섭으로인한효과를제거하여야한다. 채널에의한간섭으로부터송신신호를복원하는수신기의종류는크게선형수신기와비선형수신기로나눌수있다. 선형수신기는다시잡음의영향을고려하느냐에따라 ZF(Zero-Forcing) 수신기와 MMSE(Minimum Mean Square Error) 수신기로나뉠수있다. 그리고비선형수신기로는 ML(Maximum Likelihood) 수신기와 BLAST(Bell Labs Layered Space Time) 타입의수신기가있다. MIMO 시스템에서수신안테나의수와송신안테나의수를임의로바뀔수있다. 그러나 MIMO 시스템에서다중화 - 4 -

5 가능한독립채널의수는수신안테나의수와송신안테나의수중최소값에좌우되므로, 일반적으로수신안테 나의수와송신안테나의수는같게사용하는경우가많다. 수신안테나의수와송신안테나의수가같을경우 채널행렬이정방행렬 (square matrix) 형태로되므로, 채널행렬의취급에있어서여러이점을취할수있다. <23> MIMO 시스템에서선택되는수신안테나의수와송신안테나의수가같을경우효율적으로안테나를선택하기위 한기법이필요하다. 또한, 사용되는수신안테나의수와송신안테나의수가같을경우효율적인데이터송수 신기법이필요하다. <24> 발명이이루고자하는기술적과제 본발명이이루고자하는기술적과제는 MIMO 시스템에서수신안테나의수와송신안테나의수가같을경우효 율적으로안테나를선택하기위한안테나선택방법을제공하는데에있다. <25> <26> 발명의구성및작용본발명의일양태에따르면 MIMO 시스템의안테나선택방법을제공한다. 정방행렬인채널행렬 H를얻고, 상기채널행렬 H의고유값 (eigenvalue) 을얻는다. 가장작은상기고유값의절대값이최대가되도록안테나를선택한다. 일실시예에있어서, 상기고유값은상기채널행렬 H에대해 H=QTQ H 와같이슈어분해 (Schur decomposition) 하여상삼각행렬 T 의대각성분으로부터구할수있다. <27> 본발명의다른양태에따르면다중송신안테나를갖는송신기를제공한다. 상기송신기는입력되는비트스트 림으로부터데이터심벌을생성하는송신처리기및상기데이터심벌에대해프리코딩행렬을이용하여처리하 여상기다중송신안테나를통해송신되는송신신호를생성하는 MIMO 전처리기를포함한다. 상기프리코딩행 렬은채널행렬 H 에대해 H=QTQ H 와같이슈어분해 (Schur decomposition) 하여얻어지는유니터리행렬 Q 이다. <28> 본발명의또다른양태에따르면다중수신안테나를갖는수신기를제공한다. 상기수신기는상기수신안테 나로부터수신되는수신신호를후처리행렬을이용하여처리하는 MIMO 후처리기및상기후처리된심벌로부터 비트스트림을복원하는수신처리기를포함한다. 상기후처리행렬은채널행렬 H 에대해 H=QTQ H 와같이슈어 분해 (Schur decomposition) 하여얻어지는유니터리행렬 Q 의허미션행렬 Q H 이다. <29> <30> <31> 이하첨부한도면을참조하여본발명의바람직한실시예를상세히설명한다. 명세서전체에걸쳐서동일한참조번호는동일한구성요소를나타낸다. 도 1은본발명의일실시예에따른송신기와수신기를나타내는블록도이다. 도 1을참조하면, 송신기 (100) 는송신처리기 (110), MIMO 전처리기 (120), 안테나스위치 (150) 및안테나선택기 (180) 를포함한다. 송신처리기 (110) 는입력되는비트스트림을처리하여 M개의데이터심벌 을생성한다. 데이터심벌을생성하기위해송신처리기 (110) 는입력되는비트스트림에대해채널코딩, 성상맵핑등을수행할수있다. MIMO 전처리기 (120) 는데이터심벌에대해공간다중화를수 행한다. MIMO 전처리기 (120) 는프리코딩행렬 (precoding matrix) 을이용하여데이터심벌을처리하여송신신호 s={s 1,...,s M } 을출력한다. 안테나스위치 (150) 는 K 개의송신안테나 (190-1,...,190-K) 중안테나선택기 (180) 에의해선택되는 M 개의안테나를통해송신신호를송신한다. 여기서, 송신안테나의수를 K 라하고, 선택되는 송신안테나의수를 M 이라하며, K M 인관계가성립한다. <32> <33> 안테나선택기 (180) 는귀환되는채널정보를이용하여안테나선택기준에따라안테나를선택하여이를안테나스위치 (150) 로보낸다. 안테나선택기 (180) 는귀환되는채널정보로부터슈어분해 (Schur decomposition) 를이용하여실제로송신심벌을송신하는데사용되는송신안테나및 / 또는실제로수신신호를수신하는데사용되는수신안테나를선택한다. 또한, 안테나선택기 (180) 는슈어분해의결과인유니터리행렬 Q을프리코딩행렬로선택하여 MIMO 전처리기 (120) 로보낸다. 수신기 (200) 는안테나스위치 (210), MIMO 후처리기 (220) 및수신처리기 (250) 를포함한다. 안테나스위치 (210) 는 L개의수신안테나 (290-1,...,290-L) 중에서 M개를택하여수신한다. 여기서, 수신안테나의수를 L라하고, 선택되는송신안테나의수를 M이라하며, L M인관계가성립한다. 선택되는송신안테나에대한정보는송신 - 5 -

6 기 (100) 로부터전달받을수있다. MIMO 후처리기 (220) 는송신기 (100) 의 MIMO 전처리기 (120) 에대응하는후처리를수행한다. 프리코딩행렬로슈어분해의결과인 Q 행렬을사용할경우, MIMO 후처리기 (220) 는그허미션행렬 (Hermitian matrix) 인 Q H 를이용하여수신신호 y={y 1,..,y M } 에대해후처리를수행할수있다. 수신처리기 (250) 는원래의비트스트림을검출한다. 채널추정기 (230) 는수신신호로부터채널을추정하여, 이채널정보를송신기 (100) 로귀환시킨다. <34> 수신신호 y 에대한송신신호 s 의모델은다음수학식 1 과같다. 수학식 1 <35> <36> <37> <38> 여기서, M은선택된송신안테나의수및 / 또는수신안테나의수, E는송신안테나에서가용한전체파워이다. y는 M 1의수신신호벡터이고, n은 M 1의 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 벡터이다. H는 M M의채널행렬이고, s는 M 1의송신신호벡터이다. 이하에서는설명을명확히하기위해 MIMO 전처리와후처리를생략한경우에있어서수학식 1에의한모델로부터송신신호 s를복원하는수신기에서의동작에대해먼저설명한다. 먼저선형수신기의일종인 ZF(Zero Forcing) 수신기는수신신호에채널행렬의유사역행렬 (pseudo-inverse matrix) 를곱하여송신신호를분리하는방법이다. ZF 수신기에서의채널행렬의함수 G ZF 는다음수학식 2와같 다. 수학식 2 <39> <40> 여기서, H + =(H H H) -1 H H 는채널행렬의유사역행렬이고, ( ) H 는허미션행렬 (Hermitian matrix) 를의미한다. ZF 수신기의출력은행렬 G ZF 를수학식 1 의모델에곱하여다음수학식 3 과같이얻을수있다. 수학식 3 <41> <42> <43> H가풀-열랭크 (full column rank) 를가진다고가정하면, ZF 수신기는스트림사이의잡음이더이상독립적이지않은 M개의스칼라채널로나누는결과를가져온다. ZF 수신기는매우간단한구조를가진다는장점을가진다. 그러나 ZF 수신기는다른송신안테나로부터전송되는스트림사이의간섭은제거하지만잡음을증폭시킬수있다는단점을가지고있다. 수신기에서의성능은각스트림의신호대잡음비율 (Signal-to-Noise Ratio; 이하 SNR) 에영향을받게되는데 ZF 수신기에서 k번째스트림의 SNR은다음수학식 4와같이계산될수있다. 수학식 4 <44> <45> 여기서, N 0 는잡음파워를나타낸다

7 <46> 또다른선형수신기의일종인 MMSE(Minimum Mean Square Error) 수신기는잡음의영향까지고려하여검출오류 를줄이는방법이다. 즉, MSE(Mean Sqare Error) 를최소화하는방법이다. MMSE 수신기에서의채널행렬의함수 G MMSE 는다음수학식 5 와같다. 수학식 5 <47> <48> 수학식 5 에잘알려진수학식 6 과같은직교성원리 (orthogonality principle) 를적용한다. 수학식 6 <49> <50> 따라서, 다음수학식 7 과같은행렬을구할수있다. 수학식 7 <51> <52> 여기서, I M 은 M M 단위행렬 (identity matrix) 이다. ZF 수신기에서와같은방법으로 k 번째출력스트림에대한 SNR 을구하면다음수학식 8 과같다. 수학식 8 <53> <54> 수학식 8 로부터 MMSE 수신기의경우낮은 SNR 에서는상대적으로두번째항의값이커지게되므로 가되어매칭필터링 (matched filtering) 을하는수신기의성능으로수렴하고, 높은 SNR 에서는두번째항이매우작다고할수있으므로 있듯이 ZF 수신기와비슷한성능을보이게된다. 에서알수 <55> <56> <57> 이제연속간섭제거 (Successive Interference Cancellation; 이하 SIC) 방식을이용한수신기에대해설명한다. SIC 방식은단일안테나시스템의결정궤환등화기 (Decision Feedback Equalizer) 와비슷한개념으로이전에복호된신호를수신된신호에서차례로제거해가면서수신신호를검출해내는원리이다. SIC 방식을이용한수신기는반복에사용되는채널행렬의함수에따라 ZF-타입수신기와 MMSE-타입수신기로나눌수있다. 먼저, ZF-타입수신기의작동원리를설명하면다음과같다. (1) 초기화 <58> <59> - 7 -

8 <60> <61> <62> (2) 재귀적반복 <63> <64> <65> <66> <67> <68> <69> <70> <71> 여기서 G ZF ( ) 는채널행렬의함수로서 ZF 수신기에서알아본행렬이다. 따라서수학식 2 를참조하면, G ZF (H)= H + 가된다. (G i ) ki 는 i 번째반복에서생기는 G i 행렬의 k i 번째행벡터 (row vector) 를의미한다. F( ) 는복호과 정을나타내는기호이고, 는 k 1 ~ k i 에해당하는열을영벡터 (zero vector) 로바꾼 H 행렬을의미한다. <72> 한편, MMSE- 타입수신기의원리는상술한 ZF- 타입수신기의원리에서 G ZF ( ) 를 ZF 수신기에서알아본행렬 G MMSE ( ) 로치환하면된다. 수학식 7 을참조하면, G MMSE (H)= (H H H + αi M ) -1 이된다. 이때 α=n 0 M/E 이다. <73> ZF- 타입수신기또는 MMSE- 타입수신기의 k i 번째스트림의 SNR 은수학식 9 와같다. 수학식 9 <74> <75> 상기와같은 SIC 방식의수신기를사용할경우에송신기에서채널의정보를알수있다고가정하면채널행렬의 QR 분해 (QR decomposition) 를이용해서좀더간략한분석을시도할수있다. 우선선택되는안테나로만들어지 - 8 -

9 는채널행렬 H 을 QR 분해를수행하면다음수학식 10 과같이나타낼수있다. 수학식 10 <76> <77> 여기서 Q 는유니터리행렬 (unitary matrix) 이고, R 은상삼각행렬 (upper-triangular matrix) 이다. 수학식 1 의 수신신호 y 에 Q 의역행렬 Q -1 = Q H 을곱하면다음수학식 11 과같다. 수학식 11 <78> <79> 여기서, k 번째스트림은다음수학식 12 와같다. 수학식 12 <80> <81> 여기서, (R) kk 는 R 행렬의 (k,k) 번째원소를의미한다. 만약복호순서가 s M s 1 로고정되어있다고하고, SIC 방식수신기의특성에의해서이미복호된신호는제거되므로오차전파 (error propagation) 를무시한다면, 수학식 12 에서세번째항은항상 이구할수있다. 이된다. 따라서 k 번째스트림의 SNR 은다음수학식 13 과같 수학식 13 <82> <83> <84> <85> 이제 MIMO 전처리와 MIMO 후처리를고려한시스템에대해기술한다. 도 2는 SVD(Singular Value Decomposition) 를이용한 MIMO 시스템모델을나타낸블록도이다. 송신기 (100) 은채널추정기 (230) 를통해채널정보를귀환받으므로, 이채널정보를처리하여송신기 (100) 는프리코딩을수행할수있다. 여기서는 SVD를이용한다. 도 2를참조하면, 신호모델은다음수학식 14와같다. 수학식 14 <86> <87> <88> 잘알려진바와같이 M N 행렬 H 는 H=UDV H 로 SVD 될수있다. 여기서, U 는 M M 유니터리행렬, V 는 N N 유니 터리행렬, D 는그대각성분 (diagonal entry) 이특이값 (singular value) 인대각행렬 (diagonal matrix) 이다. 수학식 14 에 H=UDV H 를대입하면, 다음수학식 15 와같다

10 수학식 15 <89> <90> 여기서,, σ i 는특이값, i=1,...,r 이고, r은채널행렬 H의랭크 (rank) 이다. 프리코딩행렬에해당하는 V 행렬은유니터리행렬이므로송신파워를바꿀필요는없다. 수학식 15에의하면, 송신기가채널상황을아는경우에 MIMO 채널은랭크 r에해당하는 r개의 SISO(Single-Input Single-Output) 채널로구성된다. 그리고각각의 SISO 채널의채널이득은특이값이기때문에, 최소 SNR은다음수학식 16과같이나타낼수있다. 수학식 16 <91> <92> <93> <94> 심벌오류확률을줄이기위해서는가장작은특이값이최대가되도록안테나부분집합을선택하면된다. 도 3은슈어분해 (Schur Decomposition) 를이용한 MIMO 시스템모델을나타낸블록도이다. SVD는채널행렬이정방행렬 (square matrix) 이아니라도가능하다. 여기서는선택되는송신안테나의수와수신안테나의수가같으므로채널행렬이정방행렬이되고, 따라서정방행렬에대한다른분해형태인슈어분해가가능하다. 도 3을참조하면, 송신안테나의수와수신안테나의수가동일하게선택될경우, 형성되는채널행렬 H은정방행렬이되고, 정방행렬은슈어분해를이용해서다음수학식 17과같이나타낼수있다. 수학식 17 <95> <96> 여기서, Q 는유니터리행렬, T 는그대각성분이고유값 (eigenvalue) 인상삼각행렬이다. T=D+N 으로나타낼수 있는데, D 는그대각원소가채널행렬 H 의고유값 λ i 인대각행렬 D=diag(λ 1,..,λ M ), N 은엄격한상삼각행 렬 (strictly upper-triangular matrix) 이다. T 의대각성분은임의로위치를바꿀수가있다. 물론이경우유 니터리행렬 Q 는달라지게된다. <97> 시스템의블록도로부터신호모델은다음수학식 18 과같다. 수학식 18 <98> <99> 수학식 18 에수학식 17 을대입하면다음수학식 19 와같다. 수학식 19 <100> <101> k 번째스트림은다음수학식 20 과같다

11 수학식 20 <102> <103> 여기서, QR 분해에서처럼마지막스트림부터복호를하고 (s M s 1 ), 오차전파가없다고가정할경우각스트림 을복호할때에간섭이 0 이되므로세번째항은 이성립한다. 이다. 따라서, 다음수학식 21 의관계식 수학식 21 <104> <105> 이때, 최소의 SNR 은다음수학식 22 와같다. 수학식 22 <106> <107> <108> <109> <110> 따라서, 최적의안테나를선택하기위해서는채널행렬의가장작은고유값의절대값이최대가되도록안테나를선택한다. 도 4는본발명의일실시예에따른안테나선택방법을나타낸순서도이다. 도 4를참조하면, 정방행렬인채널행렬 H를 H=QTQ H 로슈어분해한다 (S110). T 행렬의대각성분이채널행렬 H의고유값이되며, 가장작은고유값의절대값이최대가되도록안테나의부분집합을구한다 (S120). 다음수학식 23의바일의정리 (Weyl's theorem) 를고려한다. 수학식 23 <111> <112> <113> <114> 상기바일의정리를이용하면다음수학식 24 과같은관계식이성립한다. 수학식 24 <115> <116> 이로부터최적의안테나선택은채널행렬의가장작은고유값의절대값이최대가되도록선택하는것이특이값

12 을최대화하는것보다나은성능을가지게된다는것을알수있다. 따라서, 슈어분해를이용한방법이 SVD 를 이용한방법보다더효율적이다. <117> <118> <119> <120> <121> 또한, 슈어분해를통하여안테나를선택함과더불어 Q 행렬을프리코딩행렬로이용하여프리코딩하게되면고정된복호순서를가지는 SIC 방식의수신기를그대로사용할수있다. 도 5는 SVD를이용한방법과슈어분해를이용한방법에대한시뮬레이션결과를비교한그래프이다. 선택기준으로고유값과특이값을사용하였고각각의기준으로선택된 2 2 정방행렬인채널행렬을 SVD와슈어분해를이용하여송수신하는경우를비교한다. 도 5를참조하면, 수학식 24의부등식에서예상된것과같이선택된채널행렬에대해서는슈어분해를이용하는방법이 SVD를이용한방법보다더나은성능을보인다. 또한, 슈어분해를이용하는방법에서선택기준으로고유값또는특이값중어느것을사용할것인지여부에따라성능에차이가발생한다. 이는특이값을최대화하는안테나부분집합이항상고유값을최대로하는것이아니기때문이다. 마찬가지로 SVD을이용한방법에있어서도선택기준으로고유값또는특이값중어느것을사용할것인지여부에따라성능에차이가발생한다. 도 6은본발명의다른실시예에따른송신기와수신기를나타낸블록도이다. 도 6을참조하면, 도 1의실시예와달리수신기 (400) 는안테나선택기 (480) 를포함한다. 안테나선택기 (480) 는채널추정기 (430) 에의해추정되는채널정보를통해안테나선택기준에따라안테나를선택한다. 안테나선택 기 (480) 는채널행렬 H 에대해 H=QTQ H 와같이슈어분해 (Schur decomposition) 하여유니터리행렬 Q 와그대각 성분이채널행렬 H 의고유값 (eigenvalue) 인상삼각행렬 T 를얻고, 가장작은상기고유값의절대값이최대가 되도록안테나를선택한다. <122> <123> <124> <125> 안테나선택기 (480) 는선택된안테나정보를송신기 (300) 로귀환시킨다. 송신기 (300) 의제어기 (380) 는상기정보를받아안테나스위치 (350) 로선택된안테나정보를보내고, MIMO 전처리기 (320) 로슈어분해의결과인유니터리행렬 Q을프리코딩행렬로선택하여보낸다. MIMO 전처리기 (320) 는프리코딩행렬을이용하여데이터심벌을처리하여송신신호를출력한다. 안테나스위치 (350) 는 K개의송신안테나 (390-1,...,390-K) 중선택되는 M개의안테나를통해송신신호를송신한다. 도 7은본발명의또다른실시예에따른송신기와수신기를나타낸블록도이다. 도 7을참조하면, 송신기 (500) 는송신처리기 (510) 및 MIMO 전처리기 (520) 를포함한다. 송신처리기 (510) 는입력되는비트스트림을처리하여데이터심벌을생성한다. 데이터심벌을생성하기위해송신처리기 (510) 는입력되는비트스트림에대해채널코딩, 성상맵핑등을수행할수있다. MIMO 전처리기 (520) 는프리코딩행렬을이용하여데이터심벌을처리하여송신신호를출력한다. 제어기 (580) 는귀환되는채널정보를통해프리코딩 행렬을선택하여 MIMO 전처리기 (520) 로보낸다. 프리코딩행렬은채널행렬 H 에대해 H=QTQ H 와같이슈어분해 하여얻어지는유니터리행렬 Q 일수있다. <126> 수신기 (600) 는 MIMO 후처리기 (610) 및수신처리기 (620) 를포함한다. MIMO 후처리기 (610) 는송신기 (500) 의 MIMO 전처리기 (520) 에대응하는후처리를수행한다. 프리코딩행렬로슈어분해의결과인 Q 행렬을사용할 경우, MIMO 후처리기 (610) 는그허미션행렬 (Hermitian matrix) 인 Q H 를이용하여수신신호에대해후처리를수행할수있다. 수신처리기 (620) 는원래의비트스트림을검출한다. 수신처리기 (620) 는고정된복호순서를갖는 SIC 방식으로비트스트림을검출할수있다. 채널추정기 (630) 는수신신호로부터채널을추정하여, 이채널정보를송신기 (500) 로귀환시킨다. <127> <128> <129> 도 8은본발명의또다른실시예에따른송신기와수신기를나타낸블록도이다. 도 8을참조하면, 송신기 (700) 는송신처리기 (710) 및 MIMO 전처리기 (720) 를포함한다. 송신처리기 (710) 는입력되는비트스트림을처리하여데이터심벌을생성한다. 데이터심벌을생성하기위해송신처리기 (710) 는입력되는비트스트림에대해채널코딩, 성상맵핑등을수행할수있다. MIMO 전처리기 (720) 는프리코딩행렬을이용하여데이터심벌을처리하여송신신호를출력한다. MIMO 전처리기 (720) 는프리코딩행렬을수신기 (800) 로부터귀환받는다. 수신기 (800) 는 MIMO 후처리기 (810) 및수신처리기 (820) 를포함한다. MIMO 후처리기 (810) 는송신기 (700) 의 MIMO 전처리기 (720) 에대응하는후처리를수행한다. 프리코딩행렬로슈어분해의결과인 Q 행렬을사용할

13 경우, MIMO 후처리기 (810) 는그허미션행렬 (Hermitian matrix) 인 Q H 를이용하여수신신호에대해후처리를수행할수있다. 수신처리기 (820) 는원래의비트스트림을검출한다. 채널추정기 (830) 는수신신호로부터채널을추정한다. 제어기 (880) 는추정되는채널행렬 H에대해 H=QTQ H 와같이슈어분해하여유니터리행렬 Q를얻어, 이를귀환정보로하여송신기 (700) 로보낼수있다. <130> <131> 상술한모든기능은상기기능을수행하도록코딩된소프트웨어나프로그램코드등에따른마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과같은프로세서에의해수행될수있다. 상기코드의설계, 개발및구현은본발명의설명에기초하여당업자에게자명하다고할것이다. 이상본발명에대하여실시예를참조하여설명하였지만, 해당기술분야의통상의지식을가진자는본발명의기술적사상및영역으로부터벗어나지않는범위내에서본발명을다양하게수정및변경시켜실시할수있음을이해할수있을것이다. 따라서상술한실시예에한정되지않고, 본발명은이하의특허청구범위의범위내의모든실시예들을포함한다고할것이다. <132> 발명의효과 상기한바와같은본발명에의하면슈어분해를통해안테나를선택함으로써 SVD 에비해보다높은성능을얻 을수있다. <133> <1> <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> <12> <13> 도면의간단한설명도 1은본발명의일실시예에따른송신기와수신기를나타내는블록도이다. 도 2는 SVD를이용한 MIMO 시스템모델을나타낸블록도이다. 도 3은슈어분해를이용한 MIMO 시스템모델을나타낸블록도이다. 도 4는본발명의일실시예에따른안테나선택방법을나타낸순서도이다. 도 5는 SVD를이용한방법과슈어분해를이용한방법에대한시뮬레이션결과를비교한그래프이다. 도 6은본발명의다른실시예에따른송신기와수신기를나타낸블록도이다. 도 7은본발명의또다른실시예에따른송신기와수신기를나타낸블록도이다. 도 8은본발명의또다른실시예에따른송신기와수신기를나타낸블록도이다. * 도면의주요부분에대한설명 * 110 : 송신처리기 120 : MIMO 전처리기 150 : 안테나스위치 180 : 안테나선택기

14 도면 도면 1 도면 2 도면

15 도면 4 도면

16 도면

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(72) 발명자 이정우 서울관악구봉천 7 동산 4-2 교수아파트 122A-302 배영택 서울동작구사당 1 동 번지 - 2 -

(72) 발명자 이정우 서울관악구봉천 7 동산 4-2 교수아파트 122A-302 배영택 서울동작구사당 1 동 번지 - 2 - (51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) H04B 7/06 (2006.01) (21) 출원번호 10-2007-0010524 (22) 출원일자 2007 년 02 월 01 일 심사청구일자 없음 전체청구항수 : 총 8 항 (54) MIMO 시스템의안테나선택방법및송신기 (11) 공개번호 10-2008-0072164 (43)