KR101647377B1 - 무선 통신 시스템에서 안테나 전송 전력에 따른 적응적인 다중 안테나 전송 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 안테나 전송 전력에 따른 적응적인 다중 안테나 전송 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 안테나 전송 전력에 따른 적응적인 다중 안테나 전송 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에서 기지국으로 다중 안테나를 전송을 수행하는 방법은, 상기 단말의 복수개의 전송 안테나 각각의 전송 전력에 대한 기준값을 결정하는 단계, 상기 복수개의 전송 안테나를, 상기 결정된 기준값에 따라서 제 1 그룹 전송 안테나 및 제 2 그룹 전송 안테나로 그룹화하는 단계와, 상기 제 1 그룹 전송 안테나 또는 상기 제 2 그룹 전송 안테나 중 하나 이상을 통하여 상기 기지국으로 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 안테나 전송 전력에 따른 적응적인 다중 안테나 전송 방법 및 장치{A METHOD FOR ADAPTIVE MULTI-ANTENNA TRANSMISSION BASED ON ANTENNA TRANSMISSION POWER IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND APPARATUS THEREOF}
이하의 설명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 안테나 전송 전력에 따른 적응적인 다중 안테나 전송 방법 및 장치에 대한 것이다.
MIMO는 Multiple-Input Multiple-Output의 준말로 지금까지 한 개의 전송안테나와 한 개의 수신안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중전송안테나와 다중수신안테나를 채택하여 송수신 데이터 효율을 향상시킬 수 있는 방법을 말한다. 즉, 무선통신시스템의 전송 단(transmitter) 혹은 수신 단(receiver)에서 다중안테나를 사용하여 용량을 증대시키거나 성능을 개선하는 기술이다. 여기서는 MIMO를 다중안테나라고 칭하기로 한다.
다중안테나 기술이란, 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 상기 다중안테나 기술은 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있기 때문에 이동 통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있는 차세대 이동통신기술이다. 상기 기술은 데이터 통신 확대 등으로 인해 한계 상황에 이른 이동통신의 전송량 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술로 관심을 모으고 있다.
도 1은 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 전송 안테나의 수를 NT개로, 수신 안테나의 수를 NR개로 동시에 늘리게 되면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적으로 채널 전송 용량이 증가한다. 따라서 전송률(transmission rate)를 향상시키고, 주파수 효율을 획기적으로 향상시키는 것이 가능하다. 채널 전송 용량의 증가에 따른 전송률은 이론적으로 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송률()
Figure 112010032547398-pat00001
)에 하기의 수학식 1의 증가율(
Figure 112010032547398-pat00002
)이 곱해진 만큼 증가할 수 있다.
Figure 112010032547398-pat00003
예를 들어, 4개의 전송 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는 단일 안테나 시스템에 대하여 이론상 4배의 전송률을 획득할 수 있다. 이와 같은 다중안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90년대 중반에 증명된 이후 실질적인 데이터 전송률 향상으로 이끌어 내기 위하여 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며, 이들 중 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
다중 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링 하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 NT개의 전송 안테나와 NR개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다. 먼저, 전송 신호에 대해 살펴보면, NT개의 전송 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 NT개이므로, 전송 정보를 하기의 수학식 2와 같은 벡터로 나타낼 수 있다.
Figure 112010032547398-pat00004
한편, 각각의 전송 정보
Figure 112010032547398-pat00005
에 있어 전송 전력을 다르게 할 수 있으며, 이때 각각의 전송 전력을
Figure 112010032547398-pat00006
라 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보를 벡터로 나타내면 하기의 수학식 3과 같다.
Figure 112010032547398-pat00007
또한,
Figure 112010032547398-pat00008
를 전송 전력의 대각행렬
Figure 112010032547398-pat00009
를 이용하여 나타내면 하기의 수학식 4와 같다.
Figure 112010032547398-pat00010
한편, 전송전력이 조정된 정보 벡터
Figure 112010032547398-pat00011
에 가중치 행렬
Figure 112010032547398-pat00012
가 적용되어 실제 전송되는 NT 개의 전송신호(transmitted signal)
Figure 112010032547398-pat00013
가 구성되는 경우를 고려해 보자. 여기서, 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송신호
Figure 112010032547398-pat00014
는 벡터
Figure 112010032547398-pat00015
를 이용하여 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서
Figure 112010032547398-pat00016
는
Figure 112010032547398-pat00017
번째 전송안테나와
Figure 112010032547398-pat00018
번째 정보 간의 가중치를 의미한다.
Figure 112010032547398-pat00019
는 가중치 행렬(Weight Matrix) 또는 프리코딩 행렬(Precoding Matrix)이라고 불린다.
Figure 112010032547398-pat00020
NR개의 수신안테나가 있는 경우 각 안테나의 수신신호
Figure 112010032547398-pat00021
을 벡터로 나타내면 하기의 수학식 6과 같다.
Figure 112010032547398-pat00022
한편, 다중 안테나 통신 시스템에 있어서의 채널을 모델링 하는 경우, 채널은 송수신 안테나 인덱스에 따라 구분할 수 있으며, 전송 안테나
Figure 112010032547398-pat00023
로부터 수신 안테나
Figure 112010032547398-pat00024
를 거치는 채널을
Figure 112010032547398-pat00025
로 표시하기로 한다. 여기서,
Figure 112010032547398-pat00026
의 인덱스의 순서는 수신 안테나 인덱스가 먼저, 전송안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.
이러한 채널은 여러 개를 한데 묶어서 벡터 및 행렬 형태로도 표시 가능하다. 벡터 표시의 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 도 2는 NT개의 전송 안테나에서 수신 안테나
Figure 112010032547398-pat00027
로의 채널을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 총 NT개의 전송 안테나로부터 수신안테나
Figure 112010032547398-pat00028
로 도착하는 채널은 다음과 같이 표현 가능하다.
Figure 112010032547398-pat00029
또한, 상기 수학식 7과 같은 행렬 표현을 통해 NT개의 전송 안테나로부터 NR 개의 수신 안테나를 거치는 채널을 모두 나타내는 경우 하기의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010032547398-pat00030
실제 채널은 위와 같은 채널 행렬
Figure 112010032547398-pat00031
를 거친 후에 백색잡음(AWGN; Additive White Gaussian Noise)이 더해지게 되므로, NR개의 수신안테나 각각에 더해지는 백색잡음
Figure 112010032547398-pat00032
을 벡터로 표현하면 하기의 수학식 9와 같다.
Figure 112010032547398-pat00033
상기 수학식들을 이용하여 구한 수신신호는 하기의 수학식 10과 같다.
Figure 112010032547398-pat00034
한편, 채널 상황을 나타내는 채널 행렬
Figure 112010032547398-pat00035
의 행과 열의 수는 전송안테나와 수신 안테나의 개수에 의해 결정된다. 채널 행렬
Figure 112010032547398-pat00036
에서 행의 수는 수신 안테나의 개수(NR)과 동일하고, 열의 수는 전송 안테나의 개수(NT)와 동일하다. 즉, 채널 행렬 H는 NR ⅹ NT 행렬로 표시될 수 있다. 일반적으로, 행렬의 랭크는 서로 독립적인 행의 수와 열의 수 중에서 더 작은 수에 의해 정의된다. 그러므로, 행렬의 랭크는 행렬의 행의 수나 열의 수보다 더 큰 값을 가질 수 없다. 채널 행렬
Figure 112010032547398-pat00037
의 랭크는 다음의 수학식 11에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112010032547398-pat00038
MIMO 시스템에 있어서 프리코딩은 송수신측에 빔포밍 이득(Beamforming Gain) 및 다이버시티 이득(diversity gain)을 제공하여, 높은 시스템 처리율을 제공할 수 있다. 다만, 프리코딩 기법은 안테나 설정, 채널 환경, 시스템 구조 등을 고려하여 적절히 설계되어야 한다.
일반적으로, 복잡도와 제어 시그널링 오버헤드를 최소화하기 위해 프리코딩을 수행하는 MIMO 시스템은 코드북 기반 프리코딩 기법을 이용한다. 코드북은 전송 랭크(Rank) 및 안테나 개수에 따라 송수신단 사이에 미리 결정된 소정 개수의 프리코딩 벡터/행렬을 포함한다. 송신단은 수신단으로부터 수신한 채널 상태 정보에 따라 코드북 내 특정 프리코딩 벡터/행렬을 선택하여 전송 신호에 프리코딩을 수행하여 전송하게 된다. 경우에 따라 송신단은 수신단으로부터 채널 상태 정보를 수신하지 않고 미리 정해진 규칙에 따라 프리코딩 행렬을 선택하여 프리코딩을 수행한 후 신호를 전송할 수도 있다.
도 3은 코드북 기반 프리코딩의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.
코드북 기반 프리코딩 방식에 따를 경우 상술한 바와 같이 송수신단은 전송 랭크, 안테나 개수 등에 따라 미리 정해진 소정 개수의 프리코딩 행렬들을 포함하는 코드북 정보를 공유하게 된다. 수신측은 수신 신호를 통해 채널 상태를 측정하여 상술한 코드북 정보를 기반으로 선호하는 프리코딩 행렬 정보를 송신측에 피드백할 수 있다. 도 3에서는 수신단이 송신단에 선호하는 프리코딩 행렬 정보를 코드워드별로 전송하는 것을 도시하고 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
수신단으로부터 피드백 정보를 수신한 송신단은 수신된 정보에 기반하여 코드북으로부터 특정 프리코딩 행렬을 선택할 수 있다. 프리코딩 행렬을 선택한 송신단은 전송 랭크에 대응하는 개수의 레이어 신호에 선택된 프리코딩 행렬을 곱하는 방식으로 프리코딩을 수행하며, 프리코딩이 수행된 전송 신호를 복수의 안테나를 통해 전송할 수 있다. 송신단에서 프리코딩되어 전송된 신호를 수신한 수신단은 송신단에서 이루어진 프리코딩의 역처리를 수행하여 수신 신호를 복원할 수 있다. 일반적으로 프리코딩 행렬은 U*UH = I와 같은 유니터리 행렬(U) 조건을 만족하는바, 상술한 프리코딩의 역처리는 송신단의 프리코딩에 이용된 프리코딩 행렬(P)의 에르미트(Hermit) 행렬 (PH)을 수신 신호에 곱하는 방식으로 이루어질 수 있다.
3GPP LTE(3RD Generation Partnership Project Long Term Evolution) release 8 시스템에서는 단말로부터 기지국으로의 상향링크 신호 전송에 MIMO 기법을 적용하는 경우 PAPR(Peak-to-Average Ratio)/CM(Cubic Metric) 특성 열화 문제 등으로 인하여, 기지국으로부터 단말로의 하향링크 신호 전송에 대해서만 MIMO 전송 기법을 규정하고 있다. 다만, 단말이 기지국으로 전송하는 상향링크 신호에 대해서도 전송률 증대, 다이버시티 이득 획득 등을 위해 MIMO 기법을 적용하는 방향으로 논의되고 있으며, 3GPP LTE 시스템의 후속 표준(3GPP LTE-Advanced 또는 3GPP LTE-A)에서는 상향링크 신호 전송에도 MIMO 기법을 적용하는 구체적인 방안에 대해 논의되고 있다.
3GPP LTE-A 표준에 따라 상향링크 시스템에서 다중 안테나 전송을 지원하는 단말은 단일 안테나 전송 또는 공간 다중화 전송 방식에 따라 동작할 수 있다. 단일 안테나 전송은 단말이 기존의 3GPP LTE 시스템에서 동작하는 등의 경우에 요구되며, 단말이 복수개의 전송 안테나를 적절한 프리코딩 행렬 등을 사용하여 조합함으로써 기지국으로 하여금 단말이 단일 안테나 전송을 하고 있다고 인식하게 할 수 있다. 한편, 다중 안테나를 이용하는 공간 다중화 전송에 있어서는, 전술한 바와 같이 프리코딩 행렬이 낮은 PAPR/CM을 가지도록 설계하는 것이 중요하다.
다중 안테나를 포함하는 단말의 일부 안테나의 출력이 물리적으로 방해 받는 경우가 발생할 수 있다. 즉, 단말의 일부 안테나가 신체의 일부 또는 주변 장애물에 의하여 영향을 받는 경우에는 해당 안테나의 출력이 실제 전송 전력보다 크게 낮아지는 문제가 발생한다. 이러한 경우에 전술한 바와 같이 안테나 조합 방식으로 단일 안테나 전송을 하거나 또는 공간 다중화 전송을 함에 있어서 신호 전송 성능이 낮아지는 문제가 있다. 따라서, 안테나 별로 상이할 수 있는 전송 전력을 고려하여 효율적으로 다중 안테나 전송을 하는 방법이 요구된다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에서 기지국으로 다중 안테나 전송을 수행하는 방법은, 단말의 복수개의 전송 안테나 각각의 전송 전력에 대한 기준값을 결정하는 단계, 복수개의 전송 안테나를, 결정된 기준값에 따라서 제 1 그룹 전송 안테나 및 제 2 그룹 전송 안테나로 그룹화하는 단계와, 제 1 그룹 전송 안테나 또는 제 2 그룹 전송 안테나 중 하나 이상을 통하여 기지국으로 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 기준값은, 복수개의 전송 안테나 각각에 매핑되는 전력 증폭기의 출력, 또는 기지국에 의하여 측정된 복수개의 전송 안테나 각각에 대한 신호 품질 중 하나 이상에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 전송하는 단계는, 제 2 그룹 전송 안테나는 사용하지 않고, 제 1 그룹 전송 안테나만을 사용하여 기지국으로 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 전송하는 단계는, 제 1 그룹 전송 안테나에 속한 안테나들을 조합하여 기지국으로 랭크 1 전송을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 전송하는 단계는, 제 2 그룹 전송 안테나에 비하여 제 1 그룹 전송 안테나에 더 많은 개수의 레이어의 신호가 전송되도록 구성된 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 이용하여 기지국으로 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 프리코딩 행렬은, 각 열(column) 당 0 값을 갖는 요소의 수가 동일하고, 0 값을 갖는 요소는 동일한 행(row)에 존재하지 않으며, 각 열(column) 당 하나의 0 값을 갖는 요소를 포함할 수 있다.
또한, 프리코딩 행렬은, 복수개의 전송 안테나 각각에 매핑되는 전력 증폭기의 위치에 따라 프리코딩 행렬의 각각의 행(row)이 퍼뮤테이션되어 재구성되는 프리코딩 행렬을 포함할 수 있다.
또한, 프리코딩 행렬은, 랭크 2 전송에 대하여 수학식 1 의 행렬을 포함하고,
[수학식 1]
Figure 112010032547398-pat00039
랭크 3 전송에 대하여 수학식 2 의 행렬을 포함하며,
[수학식 2]
Figure 112010032547398-pat00040
수학식 1 및 2에 있어서, a, b, c, d, e, f, g, h 및 i는 0 이 아닌 복소수 값을 가질 수 있다.
또한, 단말에서 기지국으로 다중 안테나 전송을 수행하는 방법은, 기지국으로의 신호 전송에 이용되는 하나 이상의 전송 안테나에 매핑되는 전력 증폭기의 조합을 선택하는 단계와, 전력 증폭기의 조합을 기지국에게 보고하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국으로 다중 안테나 전송을 수행하는 단말은, 복수개의 안테나, 복수개의 안테나를 통하여 기지국으로부터 신호를 수신하는 수신 모듈, 복수개의 안테나를 통하여 기지국으로 신호를 전송하는 전송 모듈과, 복수개의 안테나, 수신 모듈 및 전송 모듈을 포함하는 단말을 제어하는 프로세서를 포함하며, 프로세서는, 단말의 복수개의 전송 안테나 각각의 전송 전력에 대한 기준값을 결정하고, 복수개의 전송 안테나를, 결정된 기준값에 따라서 제 1 그룹 전송 안테나 및 제 2 그룹 전송 안테나로 그룹화하며, 제 1 그룹 전송 안테나 또는 제 2 그룹 전송 안테나 중 하나 이상을 통하여 기지국으로 신호를 전송하도록 제어할 수 있다.
또한, 프로세서는, 제 2 그룹 전송 안테나는 사용하지 않고, 제 1 그룹 전송 안테나만을 사용하여 기지국으로 신호를 전송하도록 제어할 수 있다.
또한, 기지국으로 다중 안테나 전송을 수행하는 단말은, 제 2 그룹 전송 안테나에 비하여 제 1 그룹 전송 안테나에 더 많은 개수의 레이어의 신호가 전송되도록 구성된 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 저장하는 메모리, 메모리에 저장된 프리코딩 행렬을 이용하여, 기지국으로 전송될 신호에 프리코딩을 수행하여 프리코딩된 신호를 출력하는 프리코더(precoder)를 더 포함하며, 프로세서는, 프리코딩된 신호를 제 1 그룹 전송 안테나 및 제 2 그룹 전송 안테나를 통하여 기지국으로 전송하도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면 복수개의 안테나 중 높은 전송 전력을 가진 안테나를 통하여 적응적으로 신호를 전송함으로써 신호 전송의 성공 확률을 높일 수 있다. 또한, 높은 PAPR을 가진 신호를 높은 전송 전력을 가진 안테나를 통하여 전송함으로써 효율적으로 신호를 전송할 수 있다. 또한, 다중 안테나 전송을 지원하는 단말이 기존의 단일 안테나 전송만을 지원하는 시스템에서도 동작할 수 있는 호환성을 제공할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도이다.
도 2는 복수개의 전송 안테나에서 수신 안테나로의 채널을 도시한 도면이다.
도 3은 코드북 기반 프리코딩을 나타낸 도면이다.
도 4는 SC-FDMA 방식을 설명하는 송수신단의 블록도이다.
도 5는 단말의 프로세서 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 안테나와 전력증폭기(PA)의 매핑관계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리코딩 행렬을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리코딩 행렬의 구체적인 예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 구성을 도시한 도면이다.
이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
본 명세서에서 본 발명의 실시예들을 기지국과 단말 간의 데이터 송신 및 수신의 관계를 중심으로 설명한다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.
즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국(BS: Base Station)'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 액세스 포인트(AP: Access Point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 중계기는 Relay Node(RN), Relay Station(RS) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말(Terminal)'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다. WiMAX는 IEEE 802.16e 규격(WirelessMAN-OFDMA Reference System) 및 발전된 IEEE 802.16m 규격(WirelessMAN-OFDMA Advanced system)에 의하여 설명될 수 있다. 명확성을 위하여 이하에서는 3GPP LTE 및 LTE-A 시스템을 위주로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
이하의 설명에서 '랭크(Rank)’는 독립적으로 신호를 전송할 수 있는 경로의 수를 나타내며, ‘레이어(layer)의 개수’는 각 경로를 통해 전송되는 신호 스트림의 개수를 나타낸다. 일반적으로 송신단은 신호 전송에 이용되는 랭크 수에 대응하는 개수의 레이어를 전송하기 때문에 특별한 언급이 없는 한 랭크는 레이어 개수와 동일한 의미를 가진다. 또한, 프리코딩 행렬에 있어서 행(row)은 각 안테나에, 열(column)은 랭크 또는 각 레이어 신호에 대응하는 것을 가정한다.
도 4는 일반적인 SC-FDMA 방식을 설명하기 위한 도면이다.
OFDM 방식 및 SC-FDMA 방식 모두 도 4에 도시된 바와 같이 직렬 신호를 병렬로 변환하고, 이 병렬 신호를 서브캐리어에 맵핑하고, IDFT 또는 IFFT 처리 후, 다시 직렬 신호를 변환하여, CP 부착 후 RF 모듈을 통해 신호를 전송하는 측면에서 동일하다. 다만, SC-FDMA 방식의 경우 병렬 신호를 직렬 신호로 변환한 후 DFT 확산을 통해 이후 IDFT 또는 IFFT 처리의 영향을 감소시키며 단일 신호 특성을 일정 수준이상 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 SC-FDMA 방식 신호 전송에 MIMO가 적용되는 경우, 단말의 프로세서 구성에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단말의 프로세서 구성을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시형태에 따른 단말의 프로세서는 상향링크 신호를 특정 랭크에 대응하는 개수의 레이어에 맵핑하는 레이어 맵퍼(501), 소정 개수의 레이어 신호 각각에 DFT(Discrete Fourier Transform) 확산을 수행하는 소정 개수의 DFT 모듈(502), 및 메모리에 저장된 코드북으로부터 프리코딩 행렬을 선택하여 전송 신호에 프리코딩을 수행하는 프리코더(503)를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 SC-FDMA 방식으로 상향링크 신호를 전송하기 위한 DFT 모듈(502)을 프리코더(503)의 전단, 레이어 맵퍼(501) 후단에 배치하여, 레이어 별로 DFT 확산된 신호가 프리코딩을 거친 후, IFFT 역확산되어 전송함으로써, 프리코딩을 제외하고 DFT 확산과 IFFT 역확산의 영향이 상쇄되는 효과로 인하여 상술한 PAPR/CM 특성을 양호하게 유지할 수 있다.
도 6에서는 안테나와 PA의 매핑관계를 도시한다.
도 6에서 도시하는 바와 같이, 다중 안테나 전송을 지원하는 단말은 복수개의 전송 안테나(602-1, 602-2, 602-3,..., 602-N)를 포함하고, 복수개의 전송 안테나 각각에 매핑되는 복수개의 전력 증폭기(Power Amplifier; PA) (601-1, 601-2, 601-3,..., 601-N)를 포함한다. 각각의 안테나 별로 PA가 매핑된다. 예를 들어, PA(601-1)은 안테나(602-1)에 매핑되고, PA(601-2)은 안테나(602-2)에 매핑되고, PA(601-3)은 안테나(602-3)에 매핑되며, PA(601-N)은 안테나(602-N)에 매핑될 수 있다. 그러나, 안테나와 PA의 매핑관계는 반드시 고정되는 것은 아니다. 즉, 어떤 시점에서 안테나 (601-1)에 매핑되었던 PA(601-1)은, 다른 시점에서 안테나(602-2) 또는 다른 안테나에 매핑될 수도 있다.
단일 안테나 전송을 지원하는 기존의 3GPP LTE 시스템에서는 하나의 안테나에 대하여 하나의 PA가 제공되며, PA의 출력은 23dBm으로 규정된다. 따라서, 다중 안테나 전송을 지원하는 단말이 단일 안테나 전송을 수행하는 경우에 있어서, 단말의 복수개의 안테나에 대한 PA 출력의 합은 23dBm으로 설정될 필요가 있다. 예를 들어, 4 개의 전송 안테나를 가지는 단말의 4 개의 PA의 출력은 동일하게 각각 17dBm 으로 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수개의 PA의 출력은 상이하게 구성될 수도 있다.
위와 같이 복수개의 PA는 다양한 출력을 가질 수 있으므로, 다중 안테나 전송을 지원하는 단말에서 복수개의 PA가 사용되는 경우에, 사용되는 PA의 다양한 조합이 구성될 수 있다. 이 때, 단말은 다양한 PA 조합 중에서 하나의 조합을 선택할 수 있으며, 단말이 사용하는 PA의 조합은 기지국으로 보고될 수 있다.
복수개의 전송 안테나에 있어서, 안테나 별로 전송 전력(P1, P2, P3,..., PN)이 동일하지 않을 수도 있다. 안테나 별로 매핑된 PA의 출력이 상이함으로 인하여 안테나의 전송 전력이 상이할 수도 있다. 또는, 특정 안테나를 통한 신호 전송이 물리적인 방해를 받음으로 인하여 안테나의 전송 전력이 PA의 출력보다 감소될 수도 있다. 이러한 경우에 안테나 별로 상이한 전송 전력을 고려하지 않고 신호를 전송하는 경우에는 신호 수신 성공 확률이 낮아지는 등의 문제가 발생할 수도 있다. 이하에서는 안테나의 전송 전력을 고려한 효율적인 다중 안테나 전송 방법에 대하여 설명한다.
기존의 3GPP LTE의 상향링크 시스템은 단일 안테나 전송만을 지원한다. 단말은 하나의 안테나를 통해 데이터, 제어 신호 및 참조 신호를 전송한다. 기지국에는 단말의 단일 안테나 전송을 지원하기 위한 수신기가 설계되어 있으며, 단일 안테나 전송을 하는 다중 사용자를 지원하도록 수신기가 설계되어 있다.
3GPP LTE-A 시스템에서 단말은 다중안테나를 지원할 수 있다. 지원하는 바에 따라 다중안테나를 갖는 단말이 기존의 3GPP LTE의 망에 진입을 했을 때에 그 단말은 단일 안테나 전송을 하고 있는 것처럼 동작을 해야 한다. 즉, 3GPP LTE 시스템은 단일 안테나 전송만을 지원하기 때문에, 다중안테나를 가지고 있는 단말도 기지국을 향하여 단일 안테나 전송을 할 필요가 있다. 이와 관련하여, 3GPP LTE 시스템에서 단말의 단일 안테나에 대한 전력 증폭기(PA)는 23dBm으로 규정되어 있다. 따라서, 다중안테나를 갖는 단말이 단일 안테나 전송을 수행하기 위해서는 다수의 PA 중 특정 PA는 23dBm을 갖도록 하고, 그 안테나를 이용하여 단일 안테나 전송을 하는 방법을 생각할 수 있다.
그러나, 높은 출력의 PA는 단말의 단가를 높이는 요인이 되므로, 기존의 3GPP LTE 시스템에서의 동작을 위하여 23dBm의 PA를 반드시 구비하도록 하는 것은 비효율적이다. 즉, 23dBm 출력의 PA를 구비하는 단말이 3GPP LTE-A 시스템에서 동작할 때에 그 PA 출력을 모두 활용하지 않는 것은 낭비가 될 수 있다.
따라서 단말은 23dBm보다 낮은 출력을 갖는 PA들을 구비하는 것이 효율적이다. 낮은 출력 PA를 가지고 있는 단말이 단일 안테나 전송을 하는 것과 같은 효과를 갖도록 하기 위해서, 단말은 적절한 프리코딩 행렬을 사용하거나 짧은 지연(small delay) 순환 지연 다이버시티(Cyclic Delay Diversity; CDD) 기법을 사용하여 3GPP LTE 기지국으로 하여금 단일 안테나 전송을 하고 있다고 인식하게 할 수 있다.
한편, 다중안테나에 의한 공간 다중화 전송에 있어서 PAPR/CM 특성을 고려할필요가 있다. 이와 관련하여, PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)은 파형(waveform)의 특성을 나타내는 파라미터로서, 파형의 첨두 진폭(peak amplitude)을 파형의 시간 평균된 RMS(Root Mean Square) 값으로 나눈 값이다. 또한, PAPR는 송신측에서 전력증폭기(PA)가 지원해야 하는 동적 범위(dynamic range)와 연관된다. 일반적으로 단일 캐리어 신호의 PAPR이 멀티 캐리어 신호의 PAPR 보다 좋다. CM(Cubic Metric)값은 PAPR가 나타내는 수치를 대변할 수 있는 또 다른 측정값이다. 따라서, 동적 범위가 큰 PA를 사용하면 높은 PAPR/CM을 까지도 지원할 수 있다. 그러나, 동적 범위가 큰 PA의 가격이 높기 때문에, 단말은 가능한 낮은 출력의 PA를 구비하는 것이 일반적이다. PA 출력의 제한으로 인하여 단말은 전력 제한(power limited) 상황에 놓이게 된다. 따라서, 다중안테나에 의한 공간 다중화 전송에 있어서 낮은 PAPR/CM을 갖도록 하는 프리코딩 행렬을 설계하는 것이 중요하다.
예를 들어, 4 개의 전송 안테나에 의한 다중 안테나 전송(4Tx 안테나 전송)에서 랭크 2 전송이 선택되는 경우를 가정한다. 랭크 2 전송에 있어서 전력 제한 상황에서 낮은 PAPR/CM을 갖도록 하기 위해서는 각 레이어의 신호가 결합되지 않도록 할 필요가 있다. 그렇게 하기 위하여 프리코딩 행렬에 0 값을 포함하도록 설계할 수 있다. 이러한 프리코딩 행렬로 구성된 코드북을 이용하여 다중 안테나를 이용하면서 낮은 PAPR/CM을 갖는 공간 다중화 전송을 수행할 수 있다.
한편, 다중안테나 전송에 있어서 안테나 별로 서로 다른 출력을 갖는 PA를 갖는 경우에, PA의 특성에 따라 어떤 안테나는 전력이 제한되고 다른 안테나는 전력에 여유가 있을 수 있다. 예를 들어, 4 개의 전송 안테나를 가지는 단말에서 각각의 안테나에 대한 20dBm, 20dBm, 17dBm, 17dBm 의 출력을 갖는 PA 구성을 가정할 수 있다. 단일 안테나 전송을 위해 4개의 다중안테나 전송에 있어서 안테나들의 출력의 합이 23dBm이 되기 위해서는 4 개의 안테나의 PA의 출력이 동일하게 17dBm으로 설정되어야 한다. 이러한 PA 구성을 고려할 때, 17dBm 출력의 안테나들에서는 전력 제한 전송이 되고, 20dBm 출력의 안테나에서는 전송 전력에 여유를 가지고 신호를 전송할 수 있는 상황이 된다.
이러한 단일 안테나 전송에 있어서, 전송 안테나의 출력을 물리적으로 방해하는 요인에 의해 전송안테나의 출력이 방해 받는 경우를 고려할 필요가 있다. 예를 들어, 사용자가 단말이 휴대폰과 같은 크기인 경우 단말의 특정 안테나를 가리는 형태로 단말을 쥐는 경우, 또는 단말이 노트북과 같은 크기인 경우 단말의 특정 안테나 근처에 장애물이 위치하는 경우를 생각해볼 수 있다. 이러한 경우에는 단말이 최대 출력의 전송을 하더라도 수신 전력보다 낮은 전력으로 전송되는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같은 상황에서 다중 안테나를 갖는 단말이, 다중 안테나를 모두 조합하여 랭크 1 전송을 한다면 23dBm의 단일 안테나 전송보다 더 낮은 성능을 갖게 된다.
또한, 공간 다중화 전송의 경우에 있어서 특정 안테나에 대한 PA가 더 큰 출력을 갖는 상황에서는, 낮은 PAPR/CM을 갖도록 설계된 프리코딩 행렬을 그대로 이용하는 것은 성능 열화를 초래할 수 있다. 즉, 어떤 레이어가 다른 레이어와 결합되지 않고 특정 안테나에 매핑되는 경우에, 그 특정 안테나의 PA 출력이 열화되는 상황이라면 해당 레이어를 통한 신호의 손실이 발생할 수도 있다.
이하에서는 효율적인 다중 안테나 전송을 위한 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
실시예 1
실시예 1은 4 개의 전송 안테나를 모두 이용하여 랭크 1 전송을 수행하는 경우에 각각의 안테나에 대응되는 PA의 출력을 설정하는 방안에 대한 것이다.
4 개의 전송 안테나(602-1, 602-2, 602-3, 602-4)에 각각 대응하는 4개의 PA(601-1, 601-2, 601-3, 601-4)가 존재하고, PA(601-1)의 출력이 23dBm, PA(601-2)의 출력이 20dBm, PA(601-3 및 601-4)의 출력이 17dBm인 경우를 가정한다. 전송 안테나의 출력이 물리적인 방해에 의해 감소되지 않는 경우를 가정하면, PA의 출력이 곧 전송 안테나의 전송 전력에 해당한다.
모든 안테나를 통하여 안정적으로 신호가 전송되어야 하는 상황이 보장되어야 하므로, PA(601-1 및 601-2)는 최대 출력보다 낮은 전송 전력으로 설정될 수 있지만, PA(601-3 및 601-4)의 최대 출력인 17dBm을 초과할 수는 없다. 따라서, 4 개의 전송 안테나를 조합하여 전송 전력이 23dBm인 랭크 1 전송을 하기 위해서는 4 개의 전송 안테나의 전송 전력을 모두 17dBm으로 설정할 수 있다. 실시예 1에 따라 단말은 4 개의 전송 안테나를 모두 결합하는 프리코딩 행렬을 사용하여 23dBm 전송 전력의 랭크 1 전송을 수행할 수 있다.
실시예 2
실시예 2는 복수개의 전송 안테나 중 상대적으로 높은 출력을 갖는 전송 안테나만을 선택하여, 상향링크 전송을 수행하는 방안에 대한 것이다.
4Tx 안테나 전송을 위해 20dBm의 PA 2개 (601-1 및 601-2)와 17dBm의 PA 2개(601-3 및 601-4)가 사용된다고 가정한다. 본 실시예에서는 4 개의 PA중에서 높은 출력(20dBm)을 갖는 2개의 PA(601-1 및 601-2)를 선택하고, 낮은 출력(17dBm)의 PA들(601-3 및 601-4)는 선택하지 않는다. 이에 따라, 단말은 20dBm의 PA 2 개(601-1 및 601-2)에 대응하는 2 개의 전송 안테나(602-1 및 602-2)만을 이용하여 랭크 1 전송을 수행할 수 있다. 예를 들어, 2개의 전송 안테나(602-1 및 602-2)를 조합하는 프리코딩 행렬을 이용하여 23dBm 전송 전력의 랭크 1 전송을 수행할 수 있다. 이에 따라, 높은 전송 전력을 갖는 일부 안테나들만 사용하여 랭크 1 전송의 수행함으로써 신호 전송의 성공확률을 높일 수 있다.
한편, 특정 안테나가 단말 사용자의 손에 의해 가려져서 물리적인 방해를 받는 경우에는 PA의 출력에 따른 안테나 전송 전력보다 기지국에서 수신하는 신호의 강도는 매우 낮아질 수 있다.
3GPP LTE-A 시스템에서 기지국은 단말에게 일부 안테나를 사용하여 전송하는 것을 지시할 수 있다. 즉, 단말은 스스로 어떤 안테나를 통한 신호 전송의 전력이 다른 안테나에 비하여 높은지 판단할 수는 없으므로 기지국이 단말의 어떤 안테나를 통한 신호 전송이 높은 전력을 갖는지를 측정하여 단말에게 알려줄 수 있다. 예를 들어, 단말이 복수개의 전송 안테나 별로 별도의 사운딩 참조 신호(Sounding Reference Signal; SRS)를 기지국으로 전송하고, 기지국은 수신된 SRS로부터 소정의 기준값에 따라, 단말의 복수개의 전송 안테나 중 어떤 안테나의 채널 품질(예를 들어, 수신 신호 강도)이 좋은지를 판단할 수 있다. 좋은 채널 품질을 나타내는 단말의 전송 안테나들을 하나의 그룹으로 분류할 수 있고, 단말의 나머지 전송 안테나들을 다른 그룹으로 분류할 수 있다. 기지국은 단말에게 RRC(Radio Resource Control) 시그널링, 계층1/계층2 (L1/L2) 시그널링 등을 통하여 랭크 1 전송에 이용되는 안테나(안테나 그룹)를 지시할 수 있다. 단말은 기지국으로부터의 지시에 따라 전송 전력이 낮은 안테나(안테나 그룹)를 사용하지 않고, 전송 전력이 높은 안테나(안테나 그룹)를 조합하여 랭크 1 전송을 수행할 수 있다.
예를 들어, 4Tx 안테나 전송의 경우에 단말의 제1 및 제2 안테나(602-1 및 602-2)가 단말 사용자의 손에 의해 가려져서 물리적으로 방해 받는 경우를 가정하면, 제1 및 제2 안테나(602-1 및 602-2)를 통하여 전송되는 상향링크 신호의 품질(기지국에서의 수신 전력 강도)은 크게 낮아지게 된다. 따라서, 기지국은 단말에게 전송 전력이 양호한 제3 및 제4 안테나(602-3 및 602-4)를 이용하여 다중 안테나 전송을 수행하도록 지시할 수 있다.
또한, 복수개의 안테나(602-1, 602-2,..., 602-N) 각각에 대하여 복수개의 PA (601-1, 601-2,..., 601-N) 중 하나가 매핑될 수 있으며, 안테나와 PA의 매핑관계는 항상 고정되는 것은 아니다. 예를 들어, 4Tx 안테나 전송의 경우에 4 개의 PA 중 제1 및 제2 PA(601-1, 601-2)의 출력이 제3 및 제4 PA(601-3, 601-4)에 비하여 높은 경우를 가정할 수 있다. 각각의 안테나를 통한 전송 전력은 안테나 주변의 물리적인 장애물(예를 들어, 단말 사용자의 손)의 위치에 따라 시간에 따라 상이하게 변동할 수 있다. 즉, 사용자가 단말의 제1 및 제2 전송 안테나(602-1, 602-2)를 가리도록 단말을 쥐는 경우에는 제3 및 제4 안테나(602-3, 602-4)를 통한 전송 전력이 보다 양호할 수 있다. 따라서, 높은 출력을 갖는 제1 및 제2 PA(601-1, 601-2)는 물리적인 장애물에 의해 방해받지 않는 안테나들(예를 들어, 602-3 및 602-4)에 매핑될 수 있다.
실시예 3
도 7을 참조하여 다중 안테나 전송을 지원하는 단말에 있어서 프리코딩 행렬을 구성하는 본 발명의 실시예 3에 대하여 설명한다.
프리코딩 행렬에 의해 복수개(N개)의 레이어가 결합되어 다중 안테나를 통하여 전송될 수 있다. 낮은 PAPR을 유지하도록 하기 위해서는 하나의 안테나를 통하여 레이어들이 결합되지 않고 전송되도록 프리코딩 행렬을 설계할 수 있다.
이하의 설명에서, 프리코딩 행렬의 행(row)은 각 물리 안테나에, 열(column)은 랭크 또는 각 레이어 신호에 대응한다. 또한, 도 7의 프리코딩 행렬 (W1) 및 (W2)에서 a, b, c, d, e, f, g 및 h는 0이 아닌 임의의 복소수를 의미한다.
도 7의 프리코딩 행렬(W1)은 4 개의 물리 안테나를 이용한 랭크 2 전송을 위한 것이다. 프리코딩 행렬(W1)의 제1 행에서 제1 열에 해당하는 요소는 0이 아닌 값 a를 가지고, 제2 열(레이어)에 해당하는 요소는 0 값을 가진다. 즉, 제1 행(안테나)를 통해서 제1 열(레이어)의 신호만이 전송되도록 프리코딩 행렬을 설계할 수 있다. 또한, 제2 안테나를 통해서 제 1 레이어의 신호만이 전송되고, 제3 안테나를 통해서 제2 레이어의 신호만이 전송되며, 제4 안테나를 통해서 제2 레이어의 신호만이 전송된다. 따라서, 하나의 물리 안테나를 통해 하나의 레이어 신호만이 전송되도록 구성함으로써, 전송되는 신호의 PAPR을 낮게 유지할 수 있다.
또한, 도 5와 관련하여 상술한 바와 같이 DFT 확산 이후 프리코딩 시 하나의 레이어 신호가 하나의 안테나를 통해 전송되도록 설정되는 경우, IFFT 역확산의 효과를 DFT 확산에 의해 바로 상쇄할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
도 7의 프리코딩 행렬(W2)는 4 개의 물리 안테나를 이용한 랭크 3 전송을 위한 것이다. 제1 및 제2 안테나를 통해서는 제1 및 제2 레이어 신호가 결합되어 전송되고, 제3 및 제4 안테나를 통해서는 제1 및 제3 레이어 신호가 결합되어 전송된다. 프리코딩 행렬(W2)는 하나의 안테나를 통하여 2 개의 레이어 신호만이 결합되어 전송되므로, 하나의 안테나에 3 개의 레이어 신호가 결합되어 전송되는 경우에 비하여 낮은 PAPR을 유지할 수 있다.
또한, 도 7의 프리코딩 행렬(W2)에 있어서, 제1 레이어 신호는 제1 내지 제4 안테나 모두를 통하여 전송되고, 제2 레이어 신호는 제1 및 제2 안테나를 통하여 전송되며, 제3 레이어 신호는 제3 및 제4 안테나를 통하여 전송됨을 알 수 있다. 이에 따라, 제1 레이어 신호는 제2 및 제3 레이어 신호에 비하여 높은 공간 다이버시티를 가질 수 있다.
도 7의 프리코딩 행렬(W1) 및 (W2)에 있어서, 각각의 행이 하나의 동일한 정도의 PAPR을 갖도록 구성되므로, 각각의 안테나에는 동일한 출력의 PA가 매핑되도록 설계할 수 있다.
실시예 4
도 7을 참조하여 다중 안테나 전송을 지원하는 단말에 있어서 전송 안테나 별로 상이한 PAPR을 갖도록 프리코딩 행렬을 구성하는 본 발명의 실시예 4에 대하여 설명한다.
전송 안테나 별로 서로 다른 PAPR을 갖도록 하기 위해서, 프리코딩 행렬의 어떤 행에서는 적은 개수의 레이어 신호가 전송되고 다른 행에서는 보다 많은 개수의 레이어 신호가 결합되어 전송되도록 구성할 수 있다. 이와 같이 프리코딩 행렬을 구성할 때 다음과 같은 점을 고려할 수 있다.
- 각 열 당 0 값을 갖는 요소의 수가 같게 한다.
- 0 값을 갖는 요소는 동일한 행에 존재하지 않는다.
- 각 열 당 하나의 0 값을 갖는 요소를 포함한다.
- 프리코딩 행렬의 0이 아닌 요소는 0이 아닌 임의의 복소수 값으로 표현된다.
위와 같은 사항을 고려하여 설계된 도 7의 프리코딩 행렬(W3)은 4 개의 물리 안테나를 이용한 랭크 2 전송을 위한 것이다. 프리코딩 행렬(W3)의 제1 행 및 제2 행에서는 제1 및 제2 열이 모두 0이 아닌 값을 가지고, 제3 및 제4 행에서는 제1 또는 제2 열 중 하나만이 0이 아닌 값을 가지므로, 제1 및 제2 행(안테나)은 제3 및 제4 행(안테나)에 비하여 상대적으로 높은 PAPR을 갖게 된다.
높은 PAPR을 갖는 제1 및 제2 안테나에 높은 출력의 PA가 매핑되도록 할 수 있다. 여기서, 높은 전송 전력의 안테나 그룹(예를 들어, 제1 및 제2 전송 안테나)과 낮은 전송 전력의 안테나 그룹(예를 들어, 제3 및 제4 전송 안테나)으로 4 개의 전송 안테나를 그룹화할 수 있다. 안테나 그룹의 분류는 각각의 안테나에 매핑된 PA의 출력을 기준값으로 하여 결정될 수 있다. 또한, LTE-A 시스템에서는 기지국이 단말의 4 개의 전송 안테나 중 어떤 안테나의 수신 전력이 높은지(즉, 높은 전송 전력의 안테나 그룹에 속하는 안테나)를 결정하여 제어 시그널링으로서 단말에게 알려줄 수도 있다. 따라서, 본 실시예에 있어서, 프리코딩 행렬에서 높은 PAPR을 가지는 행은 높은 전송 전력의 안테나 그룹에 매핑되고, 낮은 PAPR을 가지는 행은 낮은 전송 전력의 안테나 그룹에 매핑되도록 할 수 있다.
또한, 4 개의 PA 위치에 맞추어 프리코딩 행렬의 행이 퍼뮤테이션(permutation)되어 재구성된 프리코딩 행렬을 사용할 수 있다. 즉, 제1 및 제3 PA의 출력이 높은 경우라면, 도 7의 프리코딩 행렬(W3)의 제2 행을 제3 행으로 퍼뮤테이션함으로써 높은 출력의 PA에 높은 PAPR을 갖는 안테나가 매핑되도록 할 수 있다.
도 7의 프리코딩 행렬(W4)는 4 개의 물리 안테나를 이용한 랭크 3 전송을 위한 것이다. 프리코딩 행렬(W4)에서는 제1 행에서 제1 내지 제3 열이 모두 0이 아닌 값을 가지고, 제2 내지 제3 행에서는 3개의 열 중 2 개의 열만이 0이 아닌 값을 가진다. 즉, 제1 안테나를 통해서는 제1 내지 제3 레이어 신호가 결합되어 전송되고, 제2 안테나를 통해서는 제2 및 제3 레이어 신호가 결합되어 전송되고, 제3 안테나를 통해서는 제1 및 제3 레이어 신호가 결합되어 전송되며, 제4 안테나를 통해서는 제1 및 제2 레이어 신호가 결합되어 전송된다.
이에 따라, 프리코딩 행렬(W4)의 제1 행(안테나)은 나머지 행(안테나)에 비하여 상대적으로 높은 PAPR을 가지게 되고, 제1 행(안테나)에 대하여 높은 출력의 PA가 매핑되도록 설계할 수 있다. 또한, 프리코딩 행렬(W4)의 행이 퍼뮤테이션되어 재구성된 프리코딩 행렬을 이용하여, 높은 출력의 PA의 위치에 높은 PAPR을 가지는 행이 매핑될 수 있도록 할 수 있다.
도 7의 프리코딩 행렬 (W3) 및 (W4) 에 있어서, a, b, c, d, e, f, g, h 및 i는 0 이 아닌 임의의 복소수 값으로 표현된다. 즉, 프리코딩 행렬 (W3) 및 (W4)의 요소들은 QPSK(Quadrature Phase-Shift Keying) 또는 8PSK(8 Phase-Shift Keying)로 표현될 수 있다.
또한, 도 7의 프리코딩 행렬 (W3) 및 (W4)는 유니터리 행렬(U) 조건을 만족하도록 구성될 수 있다.
도 8에서 도시하는 프리코딩 행렬 (W3_1) 내지 (W3_6)은 도 7의 프리코딩 행렬(W3)의 예시적인 행렬들로서, QPSK로 구성된 유니터리 행렬들의 실시예이다. 도 8의 프리코딩 행렬들에서 a 및 b는 QPSK로 표현된 임의의 값일 수 있다. 또한, 도 8에 예시된 프리코딩 행렬들의 행 및/또는 열이 퍼뮤테이션되어 재구성된 프리코딩 행렬을 사용하는 것이 본 발명의 범위에 포함됨은 자명하다.
상술한 4 안테나 전송의 랭크 2 및 랭크 3에 대한 프리코딩 행렬의 실시예들은 하나의 코드북에 각 랭크별로 소정 개수의 프리코딩 행렬을 포함하는 형태로 결합되어 이용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 단말 장치는 수신 모듈(910), 전송 모듈(920), 프로세서(930), 메모리(940) 및 복수개의 안테나(950)를 포함할 수 있다. 수신 모듈(910)은 복수개의 안테나(950)를 통하여 각종 신호, 데이터, 정보 등을 기지국 등으로부터 수신할 수 있다. 전송 모듈(920)은 복수개의 안테나(950)를 통하여 각종 신호, 데이터, 정보 등을 기지국 등으로 전송할 수 있다. 프로세서(930)는 복수개의 안테나(950), 수신 모듈(910) 및 전송 모듈(920)을 포함하는 상기 단말을 제어한다.
단말 장치의 프로세서(930)는, 단말의 복수개의 전송 안테나(950) 각각의 전송 전력에 대한 기준값을 결정하고, 복수개의 전송 안테나(950)를, 결정된 기준값에 따라서 제 1 그룹 전송 안테나 및 제 2 그룹 전송 안테나로 그룹화하며, 제 1 그룹 전송 안테나 또는 상기 제 2 그룹 전송 안테나 중 하나 이상을 통하여 기지국으로 신호를 전송하도록 제어할 수 있다.
또한, 프로세서(930)는, 복수개의 전송 안테나(950) 중, 낮은 전송 전력을 가지는 제 2 그룹 전송 안테나는 사용하지 않고, 높은 전송 전력을 가지는 제 1 그룹 전송 안테나만을 사용하여 기지국으로 신호를 전송하도록 제어할 수 있다.
또한, 메모리(940)는, 낮은 전송 전력을 가지는 제 2 그룹 전송 안테나에 비하여 높은 전송 전력을 가지는 제 1 그룹 전송 안테나에 더 많은 개수의 레이어의 신호가 전송되도록 구성된 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 저장한다. 프로세서(930)는, 메모리(940)에 저장된 프리코딩 행렬을 이용하여, 기지국으로 전송될 신호에 프리코딩을 수행하여 프리코딩된 신호를 제 1 그룹 전송 안테나 및 제 2 그룹 전송 안테나를 통하여 기지국으로 전송하도록 제어할 수 있다.
프로세서(930)는 그 외에도 단말 장치가 수신한 정보, 외부로 전송할 정보 등을 연산 처리하는 기능을 수행하며, 메모리(940)는 연산 처리된 정보 등을 소정시간 동안 저장할 수 있으며, 버퍼(미도시) 등의 구성요소로 대체될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
910 수신 모듈 920 전송 모듈
930 프로세서 940 메모리
950 안테나

Claims (12)

  1. 단말에서 기지국으로 다중 안테나 전송을 수행하는 방법으로서,
    상기 단말의 복수개의 전송 안테나 각각의 전송 전력에 대한 기준값을 결정하는 단계;
    상기 복수개의 전송 안테나를, 상기 결정된 기준값에 따라서 제 1 그룹 전송 안테나 및 제 2 그룹 전송 안테나로 그룹화하는 단계; 및
    상기 제 1 그룹 전송 안테나 또는 상기 제 2 그룹 전송 안테나 중 하나 이상을 통하여 상기 기지국으로 신호를 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 제 2 그룹 전송 안테나에 비하여 상기 제 1 그룹 전송 안테나에 더 많은 개수의 레이어의 신호가 전송되도록 구성된 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 이용하여 상기 기지국으로 신호를 전송하고,
    상기 프리코딩 행렬은 각 열(column) 당 0 값을 갖는 요소의 수가 동일하고, 0 값을 갖는 요소는 동일한 행(row)에 존재하지 않으며, 각 열(column) 당 하나의 0 값을 갖는 요소를 포함하는, 다중 안테나 전송 수행 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준값은,
    상기 복수개의 전송 안테나 각각에 매핑되는 전력 증폭기의 출력, 또는
    상기 기지국에 의하여 측정된 상기 복수개의 전송 안테나 각각에 대한 신호 품질 중 하나 이상에 기초하여 결정되는, 다중 안테나 전송 수행 방법.

  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은,
    상기 복수개의 전송 안테나 각각에 매핑되는 전력 증폭기의 위치에 따라 상기 프리코딩 행렬의 각각의 행(row)이 퍼뮤테이션되어 재구성되는 프리코딩 행렬을 포함하는, 다중 안테나 전송 수행 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은,
    랭크 2 전송에 대하여 수학식 1 의 행렬을 포함하고,
    [수학식 1]
    Figure 112016058308623-pat00041

    랭크 3 전송에 대하여 수학식 2 의 행렬을 포함하며,
    [수학식 2]
    Figure 112016058308623-pat00042

    상기 수학식 1 및 2에 있어서, a, b, c, d, e, f, g, h 및 i는 0 이 아닌 복소수 값을 가지는, 다중 안테나 전송 수행 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국으로의 신호 전송에 이용되는 상기 하나 이상의 전송 안테나에 매핑되는 전력 증폭기의 조합을 선택하는 단계; 및
    상기 전력 증폭기의 조합을 상기 기지국에게 보고하는 단계를 더 포함하는, 다중 안테나 전송 수행 방법.
  10. 기지국으로 다중 안테나 전송을 수행하는 단말로서,
    복수개의 안테나;
    상기 복수개의 안테나를 통하여 상기 기지국으로부터 신호를 수신하는 수신 모듈;
    상기 복수개의 안테나를 통하여 상기 기지국으로 신호를 전송하는 전송 모듈; 및
    상기 복수개의 안테나, 상기 수신 모듈 및 상기 전송 모듈을 포함하는 상기 단말을 제어하는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 단말의 복수개의 전송 안테나 각각의 전송 전력에 대한 기준값을 결정하고,
    상기 복수개의 전송 안테나를, 상기 결정된 기준값에 따라서 제 1 그룹 전송 안테나 및 제 2 그룹 전송 안테나로 그룹화하며,
    상기 제 1 그룹 전송 안테나 또는 상기 제 2 그룹 전송 안테나 중 하나 이상을 통하여 상기 기지국으로 신호를 전송하도록 제어하되,
    상기 제 2 그룹 전송 안테나에 비하여 상기 제 1 그룹 전송 안테나에 더 많은 개수의 레이어의 신호가 전송되도록 구성된 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 이용하여 상기 기지국으로 신호를 전송하고,
    상기 프리코딩 행렬은 각 열(column) 당 0 값을 갖는 요소의 수가 동일하고, 0 값을 갖는 요소는 동일한 행(row)에 존재하지 않으며, 각 열(column) 당 하나의 0 값을 갖는 요소를 포함하는, 다중 안테나 전송 수행 단말.
  11. 삭제
  12. 삭제
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