KR20090105299A - 다중 입출력 무선통신 시스템에서 일반화된 아이겐 분석을이용한 빔포밍 장치 및 방법 - Google Patents

다중 입출력 무선통신 시스템에서 일반화된 아이겐 분석을이용한 빔포밍 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 빔포밍(beamforming)에 관한 것으로, 기지국은, 단말들 각각의 채널 정보를 이용하여 상기 단말들의 빔포밍 벡터들 간 관계식을 생성하고, 일반화된 아이겐 분석(generalized eigen analysis) 기법에 따라 상기 관계식으로부터 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들을 산출하고, 상기 빔포밍 벡터 후보들 중 단말별 빔포밍 벡터들을 선택하는 산출기와, 상기 단말별 빔포밍 벡터들을 이용하여 상기 각 단말로 송신되는 전용 파일럿(dedicated pilot) 심벌들에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 다수의 송신 빔포머(beamformer)들을 포함하여, 일반화된 아이겐 분석(generalized eigen-analisys)를 통해 송신 빔포밍 벡터를 결정하고, 유효 채널 행렬을 추정함으로써 수신 빔포밍 벡터를 결정함으로써, 단말들 간 간섭없는 다중 사용자 다중 입출력 통신을 수행할 수 있다.
Figure P1020080030671
다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output), 빔포밍(beamforming), 다중 사용자(multiple user), 일반화된 아이겐 분석(generalized eigen analysis)

Description

다중 입출력 무선통신 시스템에서 일반화된 아이겐 분석을 이용한 빔포밍 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BEAMFORMING BASED ON GENERALIZED EIGEN ANALYSIS IN A MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 빔포밍(beamforming)을 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 고속 및 고품질의 데이터 전송에 대한 요구가 증대됨에 따라, 이를 만족시키기 위한 기술 중의 하나로 다수의 송수신 안테나들을 사용하는 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 기술이 크게 주목되고 있다. 상기 다중 입출력 기술은 다수의 안테나들로 인한 다수의 채널들을 이용하여 통신을 수행함으로써, 단일 안테나를 사용하는 경우보다 채널 용량을 크게 개선 시킬 수 있는 기술이다. 예를 들어, 송수신단이 모두 M개의 송신 안테나 및 수신 안테나를 사용하고, 각 안테나 간의 채널이 독립적이며, 대역폭과 전체 송신 전력이 고정되었을 경우, 평균 채널 용량은 단일 안테나에 비해 M배 증가하게 된다.
상기 다중 입출력 기술은 단일 사용자 다중 입출력(SU MIMO : Single User MIMO) 기술과 다중 사용자 다중 입출력(MU MIMO : Multiple User MIMO) 기술로 나누어질 수 있다. 상기 단일 사용자 다중 입출력 기술은 한 쌍의 송수신단이 다수의 안테나들로 의한 다수의 채널들을 모두 점유하여 일 대 일 통신을 수행하기 위한 것이며, 상기 다중 사용자 다중 입출력 기술은 다수의 안테나들로 의한 다수의 채널들을 분할하여 사용함으로써, 일대 다수 관계인 송수신단 간에 통신을 수행하기 위한 것이다.
다중 사용자 다중 입출력 기술에 따라 하나의 기지국과 다수의 단말들이 동시에 통신을 수행하는 경우, 다수의 채널들에서 각 단말들의 송신신호 또는 수신신호가 서로 섞이게 된다. 이때, 기지국 및 다수의 단말들은 송신신호에 대한 사전코딩(precoding) 및 수신신호에 대한 사후프로세싱(post-processing)을 수행함으로써 통해 각 단말의 신호를 구분해 낼 수 있다. 여기서, 사전코딩은 송신신호에 송신 빔포밍 벡터를 곱하는 것을 의미하며, 사후프로세싱은 수신신호에 수신 빔포밍 벡터를 곱하는 것을 의미한다. 이를 위해, 기지국은 자신 및 각 단말의 송신 빔포밍 벡터 및 수신 빔포밍 벡터를 결정해야 한다. 이때, 송신 빔포밍 벡터와 수신 빔포밍 벡터는 수신 빔포밍 후 단말들 간의 간섭을 발생시키지 않는 조건을 만족해야한다. 즉, 다중 사용자 다중 입출력 무선통신 시스템에서 효과적인 공간 다중 접속 통신을 수행하기 위하여, 최적의 송신 빔포밍 벡터 및 최적의 수신 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 대안이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 공간 다중 접속 통신을 수행하기 위한 송신 빔포밍(beamforming) 벡터 및 수신 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 일반화된 아이겐 분석(generalized eigen-analisys)를 통해 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국의 빔포밍 벡터 결정에 필요한 채널 정보를 전달하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말이 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 기지국 장치는, 단말들 각각의 채널 정보를 이용하여 상기 단말들의 빔포밍 벡터들 간 관계식을 생성하고, 일반화된 아이겐 분석(generalized eigen analysis) 기법에 따라 상기 관계식으로부터 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들을 산출하고, 상기 빔포밍 벡터 후보들 중 단말별 빔포밍 벡터들을 선택하는 산출기와, 상기 단말별 빔포밍 벡터들을 이용하여 상기 각 단말로 송신되는 전용 파일럿(dedicated pilot) 심벌들에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 다수의 송신 빔포머(beamformer)들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말 장치는, 빔포밍된 전용 파일럿 심벌들을 이용하여 기지국과의 유효 채널(effective channel)을 추정하는 추정기와, 상기 유효 채널을 이용하여 단말의 수신 빔포밍 벡터를 산출하는 산출기와, 상기 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 수신 심벌들에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 수신 빔포머를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은, 단말들 각각의 채널 정보를 이용하여 상기 단말들의 빔포밍 벡터들 간 관계식을 생성하는 과정과, 일반화된 아이겐 분석 기법에 따라 상기 관계식으로부터 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들을 산출하는 과정과, 상기 빔포밍 벡터 후보들 중 단말별 빔포밍 벡터들을 선택하는 과정과, 상기 단말별 빔포밍 벡터들을 이용하여 상기 각 단말로 송신되는 전용 파일럿 심벌들에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 동작 방법은, 빔포밍된 전용 파일럿 심벌들을 이용하여 기지국과의 유효 채널을 추정하는 과정과, 상기 유효 채널을 이용하여 단말의 수신 빔포밍 벡터를 산출하는 과정과, 상기 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 수신 심벌들에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다중 입출력 무선통신 시스템에서 일반화된 아이겐 분석(generalized eigen-analisys)를 통해 송신 빔포밍 벡터를 결정하고, 유효 채널 행렬을 추정함으로써 수신 빔포밍 벡터를 결정함으로써, 단말들 간 간섭없는 다중 사용자 다중 입출력 통신을 수행할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 공간 다중 접속 통신을 위한 송신 빔포밍 벡터 및 수신 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 기술에 대해 설명한다. 이하 본 발명은 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭함)/직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭함) 방식의 무선통신 시스템을 예로 들어 설명하며, 다른 방식의 무선통신 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.
수식을 이용하여 본 발명에 따른 기지국의 빔포밍 벡터 산출 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
송신 빔포밍 벡터 및 수신 빔포밍 벡터를 사용하는 하향링크 통신을 고려할때, 수신 빔포밍 후의 수신 신호는 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008023950753-PAT00001
상기 <수학식 1>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00002
는 단말k의 수신 빔포밍 후의 수신 신호, 상기
Figure 112008023950753-PAT00003
는 단말k의 수신 빔포밍 벡터, 상기
Figure 112008023950753-PAT00004
는 단말k와 기지국 간 하향링크 채널 행렬,
Figure 112008023950753-PAT00005
는 단말k에 대한 송신 빔포밍 벡터, 상기
Figure 112008023950753-PAT00006
는 단말k로의 송신 신호, 상기
Figure 112008023950753-PAT00007
는 동시에 통신을 수행하는 단말들 개수, 상기
Figure 112008023950753-PAT00008
는 단말k와 기지국 간 하향링크 채널에서의 잡음을 의미한다.
여기서, 단말k의 수신 빔포밍 벡터는 기지국에 의해 단말k로 전달되어야 한다. 이를 위해, 기지국은 상기 단말k의 전용 파일럿(dedicated pilot) 심벌을 단말k에 대한 송신 빔포밍 벡터로 빔포밍한 후, 빔포밍된 전용 파일럿 심벌을 송신한다. 이에 따라, 단말k는 빔포밍된 전용 파일럿 신호를 이용하여 유효 채 널(effective channel)을 추정하고, 추정된 유효 채널로부터 수신 빔포밍 벡터를 산출한다. 여기서, 상기 유효 채널은 하기 <수학식 2>와 같이 표현된다.
Figure 112008023950753-PAT00009
상기 <수학식 2>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00010
는 단말k와 기지국 간 하향링크 유효 채널, 상기
Figure 112008023950753-PAT00011
는 단말k와 기지국 간 하향링크 채널 행렬,
Figure 112008023950753-PAT00012
는 단말k에 대한 송신 빔포밍 벡터를 의미한다.
상술한 바와 같이 수신 빔포밍 벡터가 산출됨에 따라, 2개의 단말들과 통신을 수행한다고 가정할 때, 기지국은 하기 <수학식 3>과 같은 기준에 따라 각 단말에 대한 최적의 송신 빔포밍 벡터를 결정한다.
Figure 112008023950753-PAT00013
Figure 112008023950753-PAT00014
상기 <수학식 3>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00015
는 단말k에 대한 최적의 송신 가중치 벡터, 상기
Figure 112008023950753-PAT00016
는 단말k와 기지국 간 하향링크 채널 행렬,
Figure 112008023950753-PAT00017
는 단말k에 대한 송신 빔포밍 벡터를 의미한다.
단, 상기 <수학식 3>은 하기 <수학식 4>와 같은 제한조건을 만족해야 한다.
Figure 112008023950753-PAT00018
상기 <수학식 4>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00019
는 단말k와 기지국 간 하향링크 채널 행렬,
Figure 112008023950753-PAT00020
는 단말k에 대한 송신 빔포밍 벡터를 의미한다.
상기 <수학식 4>와 같은 제한조건을 이용하여, 기지국은 하기 <수학식 5>와 같은 각 단말에 대한 송신 빔포밍 벡터들 간의 관계식들을 생성할 수 있다.
Figure 112008023950753-PAT00021
상기 <수학식 5>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00022
는 단말k와 기지국 간 하향링크 채널 행렬,
Figure 112008023950753-PAT00023
는 단말k에 대한 송신 빔포밍 벡터, 상기
Figure 112008023950753-PAT00024
은 두 상수 a1 및 b1의 나눗셈으로 이루어진 미지수를 의미한다.
송신 빔포밍 벡터는 0 벡터가 아니므로, 상기 <수학식 5>는 하기 <수학식 6>과 같이 정리된다.
Figure 112008023950753-PAT00025
상기 <수학식 6>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00026
는 단말k와 기지국 간 하향링크 채널 행렬,
Figure 112008023950753-PAT00027
는 단말k에 대한 송신 빔포밍 벡터, 상기
Figure 112008023950753-PAT00028
은 두 상수 a1 및 b1의 나눗셈으로 이루어진 미지수를 의미한다.
상기 <수학식 5> 및 상기 <수학식 6>과 유사한 방식으로, 하기 <수학식 7>과 같은 다른 하나의 관계식들이 생성된다.
Figure 112008023950753-PAT00029
상기 <수학식 6>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00030
는 단말k와 기지국 간 하향링크 채널 행렬,
Figure 112008023950753-PAT00031
는 단말k에 대한 송신 빔포밍 벡터, 상기
Figure 112008023950753-PAT00032
은 두 상수 a2 및 b2의 나눗셈으로 이루어진 미지수를 의미한다.
상기 <수학식 6> 및 상기 <수학식 7>을 다시 정리하면 하기 <수학식 8>과 같다.
Figure 112008023950753-PAT00033
상기 <수학식 8>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00034
는 단말k의 채널 행렬의 허미션(hermitian) 행렬과 단말k의 채널 행렬의 곱, 상기
Figure 112008023950753-PAT00035
는 단말k에 대한 송신 빔포밍 벡터, 상기
Figure 112008023950753-PAT00036
은 두 상수 ak 및 bk의 나눗셈으로 이루어진 미지수를 의미한다.
상기 <수학식 8>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00037
및 상기
Figure 112008023950753-PAT00038
를 산출하는 문제는 상기
Figure 112008023950753-PAT00039
및 상기
Figure 112008023950753-PAT00040
의 일반화된 아이겐벡터(generalized eigenvector)들을 산출하는 문제와 동일하다. 더욱이, 상기
Figure 112008023950753-PAT00041
및 상기
Figure 112008023950753-PAT00042
가 역행렬을 가진다면, 상기
Figure 112008023950753-PAT00043
및 상기
Figure 112008023950753-PAT00044
를 산출하는 문제는
Figure 112008023950753-PAT00045
및
Figure 112008023950753-PAT00046
의 아이겐벡터들을 산출하는 문제와 동일하다. 상기 일반화된 아이겐벡터 및 상기 아이겐벡터의 산출은 널리 알려진 수학적 과정에 따라 수행되므로, 본 발명은 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
상술한 바와 같이, 기지국은 일반화된 아이겐 분석을 통해 단말1에 대한 송신 빔포밍 벡터 후보들 및 단말2에 대한 송신 빔포밍 벡터 후보들을 산출할 수 있다. 하지만, 상기 일반화된 아이겐 분석을 통해 산출되는 송신 빔포밍 벡터 후보들은 상기 <수학식 4>의 제한조건만을 고려한 송신 빔포밍 벡터들이다. 다시 말해, 단말들 상호 간의 신호 간섭만을 고려한 송신 빔포밍 벡터들이다. 따라서, 기지국은 상기 각 단말에 대한 송신 빔포밍 벡터 후보들 중 전송률 합(sum rate)를 최대화하는 단말별 최적의 송신 빔포밍 벡터를 선택한다. 예를 들어, 상기 단말별 최적의 송신 빔포밍 벡터를 선택하기 위한 기준은 하기 <수학식 9>와 같다.
Figure 112008023950753-PAT00047
상기 <수학식 9>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00048
는 단말k에 대한 송신 빔포밍 벡터, 상기
Figure 112008023950753-PAT00049
는 송신 안테나 개수, 상기
Figure 112008023950753-PAT00050
는 k번째 단말에게 할당된 전력, 상기
Figure 112008023950753-PAT00051
는 잡음 전력, 상기
Figure 112008023950753-PAT00052
는 단말k의 채널 행렬의 허미션 행렬과 단말k의 채널 행렬의 곱을 의미한다. 단, 상기 두 단말들 각각에게 할당된 전력들의 합은 기지국의 총 송신전력과 같아야 한다.
상술한 바와 같이, 기지국은 일반화된 아이겐 분석 및 상기 <수학식 9>와 같은 기준에 따라 단말별 최적의 송신 빔포밍 벡터를 선택한다. 이때, 상기 기지국은 각 단말의 채널 행렬의 허미션 행렬과 채널 행렬의 곱인
Figure 112008023950753-PAT00053
행렬을 알아야한다. 상기
Figure 112008023950753-PAT00054
행렬은 단말의 하향링크 채널 행렬로부터 생성되는 행렬이므로, 기지국은 채널 행렬을 이용하여 상기
Figure 112008023950753-PAT00055
행렬을 구성할 수 있다.
만일, TDD(Time Division Duplex) 방식에 따르는 시스템의 경우, 상향링크 및 하향링크는 동일한 대역을 사용하므로, 상향링크 채널 행렬과 하향링크 채널 행렬이 동일하다. 따라서, 기지국의
Figure 112008023950753-PAT00056
행렬 정보 획득을 위한 본 발명의 실시 예에 따라, 기지국은 사운딩 채널을 이용하여 상향링크 채널 행렬을 추정하고, 상기
Figure 112008023950753-PAT00057
행렬을 구성한다. 즉, 단말은 미리 약속된 사운딩 채널을 통해 채널 추정을 위한 사운딩 신호를 송신하고, 기지국은 사운딩 신호를 이용하여 상향링크 채널을 추정한다.
기지국의
Figure 112008023950753-PAT00058
행렬 정보 획득을 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 단말 은 상기
Figure 112008023950753-PAT00059
행렬을 나타내는 제어 정보를 기지국으로 피드백한다. 이때, 단말은 상기
Figure 112008023950753-PAT00060
행렬의 특성을 이용하여 최소한의 정보량으로 상기
Figure 112008023950753-PAT00061
행렬을 나타낸다. 먼저, 상기
Figure 112008023950753-PAT00062
행렬의 특성을 설명하면 다음과 같다. 상기
Figure 112008023950753-PAT00063
행렬은 단일 놈(norm)의 허미션 행렬이며, 상기
Figure 112008023950753-PAT00064
행렬의 대각(diagonal) 원소들은 모두 실수(real number)이고, 대각 원소들의 총 합은 1이다. 그리고, 상기
Figure 112008023950753-PAT00065
행렬의 비대각 원소들은 복소수(complex number)이며, 상기
Figure 112008023950753-PAT00066
행렬의 (n,m)번째 원소는 (m,n)번째 원소의 켤레(conjugate)와 동일하다. 따라서, 단말은 상기
Figure 112008023950753-PAT00067
행렬의 대각 원소들 중 하나의 원소를 제외한 나머지 원소들의 값을 피드백하고, 비대각 원소들 중 상삼각(upper triangular) 원소들 또는 하상각(lower triangular) 원소들의 값을 피드백한다.
예를 들어, 상기
Figure 112008023950753-PAT00068
행렬이 2×2 행렬인 경우, 상술한 특성에 따라, 상기
Figure 112008023950753-PAT00069
행렬은 하기 <수학식 10>과 같이 표현된다.
Figure 112008023950753-PAT00070
상기 <수학식 10>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00071
은 채널 행렬의 허미션 행렬과 채널 행렬의 곱, 상기
Figure 112008023950753-PAT00072
, 상기
Figure 112008023950753-PAT00073
, 상기
Figure 112008023950753-PAT00074
는 임의의 실수를 의미한다.
상기 <수학식 10>에 나타난 바와 같이, 상기
Figure 112008023950753-PAT00075
행렬이 2×2 행렬인 경우,
Figure 112008023950753-PAT00076
,
Figure 112008023950753-PAT00077
,
Figure 112008023950753-PAT00078
의 3개의 값을 이용하여 상기
Figure 112008023950753-PAT00079
행렬 정보가 획득될 수 있다. 따라서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00080
행렬이 2×2 행렬인 경우, 단말은
Figure 112008023950753-PAT00081
,
Figure 112008023950753-PAT00082
,
Figure 112008023950753-PAT00083
의 3개의 값만을 피드백하면 된다.
상기
Figure 112008023950753-PAT00084
행렬 정보를 기지국으로 피드백하기 위해서, 단말들은 상기
Figure 112008023950753-PAT00085
행렬의 대각 원소들 중 하나의 원소를 제외한 나머지 원소들의 값 및 비대각 원소들 중 상삼각 원소들 또는 하삼각 원소들의 값을 양자화한다. 이때, 피드백되는 각 원소의 실수 부분 및 허수 부분은 독립적으로 양자화된다. 상기
Figure 112008023950753-PAT00086
행렬의 대각 원소들 각각의 값은 하기 <수학식 11>과 같은 확률 누적 분포 함수를 가진다.
Figure 112008023950753-PAT00087
상기 <수학식 1>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00088
은
Figure 112008023950753-PAT00089
행렬의 (m,m)번째 원소, 상기
Figure 112008023950753-PAT00090
는
Figure 112008023950753-PAT00091
행렬의 (m,m)번째 원소의 값에 대한 확률 누적 분포 함수, 상기
Figure 112008023950753-PAT00092
는 x에 대한 불완전 베타 함수(incomplete beta function), 상기
Figure 112008023950753-PAT00093
은 단말의 수신 안테나 개수, 상기
Figure 112008023950753-PAT00094
는 기지국의 송신 안테나 개수를 의미한다.
상기 <수학식 11>에 나타난 상기 불완전 베타 함수는 하기 <수학식 12>와 같이 정의된다.
Figure 112008023950753-PAT00095
상기 <수학식 12>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00096
는 x에 대한 불완전 베타 함수를 의미한다.
상기 <수학식 11>에 따라 상기
Figure 112008023950753-PAT00097
의 값의 분포가 결정되므로, 단말은 상기 확률 누적 분포를 고려하여 상기
Figure 112008023950753-PAT00098
의 값의 분포가 높은 영역에서는 양자화 단계들을 조밀하게 설정함으로써, 양자화 오차를 감소시킬 수 있다. 즉, 양자화 단계들 간의 차이 값이 균일하게 설정되지 않고, 확률 분포가 높은 영역의 양자화 단계들 간의 차이 값이 상대적으로 작게 설정됨으로써, 양자화 오차가 감소된다. 예를 들어, 상기
Figure 112008023950753-PAT00099
의 양자화를 위한 양자화 단계들은 하기 <수학식 12>와 같이 설정될 수 있다.
Figure 112008023950753-PAT00100
상기 <수학식 13>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00101
는 x에 대한 정규화 베타 함수(normalized beta function), 상기
Figure 112008023950753-PAT00102
는 i번째 양자화 단계, 상기
Figure 112008023950753-PAT00103
은 단말의 수신 안테나 개수, 상기
Figure 112008023950753-PAT00104
는 기지국의 송신 안테나 개수, 상기
Figure 112008023950753-PAT00105
는 양자화에 사용되는 총 비트 개수를 의미한다.
상기 <수학식 13>에 나타난 상기 정규화 베타 함수는 하기 <수학식 14>와 같이 정의된다.
Figure 112008023950753-PAT00106
상기 <수학식 4>에서, 상기
Figure 112008023950753-PAT00107
는 x에 대한 정규화 베타 함수를 의미한다.
상기
Figure 112008023950753-PAT00108
행렬의 대각 원소들의 값의 범위는 0 이상 1 이하이고, 비대각 원소들의 허수 성분 값의 범위 및 실수 성분 값의 범위는 -0.5 이상 0.5 이하이다. 따라서, 상기 비대각 원소들의 허수 성분 확률 누적 분포 함수 및 실수 성분 확률 누적 분포 함수는 대각원소의 확률 분포 함수를 x축 상에서 음의 방향으로 0.5 이동시킨 것과 같다. 즉, 상기 비대각 원소들의 분포 형태는 상기 대각 원소들의 분포 형태와 동일하지며, 값의 범위만 다르다. 따라서, 비대각 원소의 양자화를 위한 양자화 단계들도 상기 <수학식 13>과 같이 설정될 수 있다. 이때, 실수 성분의 양자화 단계들과 허수 성분의 양자화 단계들은 동일하다.
상술한 바와 같이 양자화 단계들이 설정되는 경우, 기지국과 단말들은 설정된 양자화 단계들의 정보를 획득해야 한다. 이를 위해, 기지국과 단말들 각각이 상 기 <수학식 11> 내지 상기 <수학식 14>를 이용하여 양자화 단계들을 산출하거나, 또는, 기지국이 상기 <수학식 11> 내지 상기 <수학식 14>를 이용하여 양자화 단계들을 산출하고, 산출된 양자화 단계 정보를 포함하는 제어 정보를 단말들에게 송신한다.
상술한 빔포밍 벡터 산출 과정은 하향링크 통신을 고려하여 설명되었다. 하지만, 상향링크 채널 및 하향링크 채널이 동일한 TDD 방식에 따르는 경우, 하향링크 통신을 위해 산출된 기지국의 송신 빔포밍 벡터는 상향링크 통신을 위한 기지국의 수신 빔포밍 벡터로 사용될 수 있고, 하향링크 통신을 위해 산출된 단말의 수신 빔포밍 벡터는 상향링크 통신을 위한 단말의 송신 빔포밍 벡터로 사용될 수 있다.
그리고, FDD(Frequency Division Duplex) 방식에 따르더라도, 상향링크 채널 행렬을 이용하여 상기
Figure 112008023950753-PAT00109
행렬을 구성함으로써, 상향링크 통신을 위한 빔포밍 벡터이 산출될 수 있다. 다시 말해, 기지국은 상향링크 채널 행렬을 추정하고, 상기 상향링크 채널 행렬을 이용하여 상기
Figure 112008023950753-PAT00110
행렬을 구성한 후, 상술한 과정을 통해 상향링크 통신을 위한 기지국의 수신 빔포밍 벡터 및 단말의 송신 빔포밍 벡터를 산출한다.
이하 본 발명은 상술한 과정에 따라 빔포밍 벡터들을 산출하는 기지국 및 단말의 구성을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 다수의 부호화기들(102-1 내지 102-N), 다수의 심벌변조기들(104-1 내지 104-N), 다수의 송신빔포머(beamformer)들(106-1 내지 106-N), 다수의 합산기들(108-1 내지 108-N), 다수의 부반송파매핑기들(110-1 내지 110-N), 다수의 OFDM변조기들(112-1 내지 112-N), 다수의 RF(Radio Frequency)송신기들(114-1 내지 114-N), 다수의 RF수신기들(116-1 내지 116-N), 다수의 OFDM복조기들(118-1 내지 118-N), 다수의 부반송파디매핑기들(120-1 내지 120-N), 다수의 수신빔포머들(122-1 내지 122-N), 다수의 심벌복조기들(124-1 내지 124-N), 다수의 복호화기들(126-1 내지 126-N), 채널추정기(128), 제어정보해석기(130), MCS(Modulation and Coding Scheme)결정기(132), 빔벡터산출기(134), 제어정보생성기(136)를 포함하여 구성된다.
상기 다수의 부호화기들(102-1 내지 102-N) 각각은 대응되는 송신 스트림을 통해 송신될 비트열을 채널 부호화(channel encoding)한다. 상기 다수의 심벌변조기들(104-1 내지 104-N) 각각은 자신과 대응되는 부호화기(102)로부터 제공되는 부호화된 비트열을 변조(modulation)함으로써, 부호화된 비트열을 복소 심벌(complex symbol)들로 변환한다. 상기 다수의 송신빔포머들(106-1 내지 106-N) 각각은 대응되는 송신 스트림을 통해 송신될 심벌에 대한 송신 빔포밍을 수행한다. 여기서, 하나의 스트림은 하나의 단말에게 할당되며, 상기 다수의 송신빔포머들(106-1 내지 106-N) 각각은 자신에게 대응되는 송신 스트림을 할당받은 단말에 대한 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍을 수행한다. 이때, 하나의 송신 심벌은 빔포밍을 통해 기지국의 송신 안테나 개수만큼의 원소를 갖는 송신 심벌 벡터로 변환된다. 그리고, 상기 다수의 송신빔포머들(106-1 내지 106-N) 각각은 송신 신호 벡터에 포함된 심벌들을 상기 다수의 합산기들(108-1 내지 108-N)로 나누어 출력한다. 단, 상기 빔벡터산출기(134)에 의해 단말별 송신 빔포밍 벡터가 결정되면, 상기 다수의 송신빔포머들(106-1 내지 106-N)은 각 단말의 전용 파일럿 심벌에 대한 송신 빔포밍을 우선적으로 수행한다. 그리고, 상기 빔포밍된 전용 파일럿 심벌이 송신된 후, 상기 다수의 송신빔포머들(106-1 내지 106-N)은 상기 다수의 심벌변조기들(104-1 내지 104-N)로부터 제공되는 데이터 심벌들에 대한 송신 빔포밍을 수행한다.
상기 다수의 합산기들(108-1 내지 108-N) 각각은 상기 다수의 송신빔포머들(106-1 내지 106-N)로부터 제공되는 심벌들을 합산한다. 상기 다수의 부반송파매핑기들(110-1 내지 110-N) 각각은 자신과 대응되는 합산기(108)로부터 제공되는 심벌들을 부반송파들에 매핑한다. 상기 다수의 OFDM변조기들(112-1 내지 112-N) 각각은 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 자신과 대응되는 부반송파매핑기(110)로부터 제공되는 부반송파별 심벌들을 시간영역 신호로 변환하고, CP(Cyclic Prefix)를 삽입함으로써 OFDM 심벌을 구성한다. 상기 다수의 RF송신기들(114-1 내지 114-N) 각각은 자신과 대응되는 OFDM변조기(112)로부터 제공되는 기저대역 OFDM 심벌들을 RF 대역 신호로 상향변환한 후, 안테나를 통해 송신한다.
상기 다수의 RF수신기들(116-1 내지 116-N) 각각은 대응되는 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 상기 다수의 OFDM복조기들(118-1 내지 118-N) 각각은 자신과 대응되는 RF수신기(116)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 구분하고, CP를 제거한 후, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 부반송파별 심벌들을 복원한다.
상기 다수의 부반송파디매핑기들(120-1 내지 120-N) 각각은 자신과 대응되는 OFDM복조기(118)로부터 제공되는 부반송파별 심벌들을 처리 경로에 따라 분류한다. 예를 들어, 상기 다수의 부반송파디매핑기들(120-1 내지 120-N) 각각은 공간 다중 접속 기법에 따라 통신을 수행하는 단말들로부터 수신된 심벌들을 상기 다수의 수신빔포머들(122-1 내지 122-N)로 제공한다. 그리고, 상기 다수의 부반송파디매핑기들(120-1 내지 120-N) 각각은 사운딩 채널에 매핑된 심벌들을 상기 채널추정기(128)로 제공한다. 그리고, 상기 다수의 부반송파디매핑기들(120-1 내지 120-N) 각각은 제어 정보를 나타내는 심벌들을 상기 제어정보해석기(130)로 제공한다.
상기 다수의 수신빔포머들(122-1 내지 122-N) 각각은 상기 다수의 부반송파디매핑기들(120-1 내지 120-N)로부터 제공되는 공간 다중 접속에 따라 통신을 수행하는 단말들로부터의 수신 심벌 벡터에 대해 수신 빔포밍을 수행한다. 다시 말해, 상기 다수의 수신빔포머들(122-1 내지 122-N) 각각은 제공되는 수신 심벌 벡터와 자신과 대응되는 스트림을 할당받은 단말에 대한 수신 빔포밍 벡터를 곱한다.
상기 다수의 심벌복조기들(124-1 내지 124-N) 각각은 자신과 대응되는 수신빔포머(122)로부터 제공되는 심벌들에 대한 복조(demodulation)을 수행함으로써, 심벌들을 비트열로 변환한다. 상기 다수의 복호화기들(126-1 내지 126-N) 각각은 자신과 대응되는 심벌복조기(124)로부터 제공되는 비트열을 채널 복호화(channel decoding)한다.
상기 채널추정기(128)는 단말들로부터 수신되는 사운딩 신호를 이용하여 단말들 각각에 대한 상향링크 채널 행렬을 추정한다. 그리고, 상기 채널추정기(128)는 추정된 상향링크 채널 행렬 정보를 상기 빔벡터산출기(134)로 제공한다. 만일, 기지국과 단말들이 TDD 방식에 따르는 경우, 상기 채널추정기(128)는 상향링크 채널 품질 정보를 측정하고, 측정된 채널 품질 정보를 상기 MCS결정기(132)로 제공한다.
상기 제어정보해석기(130)는 제어 정보의 심벌들을 비트열로 변환하고, 단말들로부터 수신된 제어 정보를 해석한다. 예를 들어, 상기 제어정보해석기(130)는 단말들로부터 피드백되는 하향링크 채널 품질 정보를 확인하고, 상기 하향링크 채널 품질 정보를 상기 MCS결정기(132)로 제공한다. 특히, 본 발명에 따라, 상기 제어정보해석기(130)는 단말들로부터 피드백되는 하향링크 채널 정보를 확인한다. 여기서, 상기 채널 정보는 단말의 하향링크 채널 행렬의 허미션 행렬 및 하향링크 채널 행렬을 곱한 행렬인
Figure 112008023950753-PAT00111
행렬을 나타내는 정보이다. 이때, 상기
Figure 112008023950753-PAT00112
행렬을 나타내는 정보는 상기
Figure 112008023950753-PAT00113
행렬의 일부 원소들의 값만을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어정보해석기(130)는 상기
Figure 112008023950753-PAT00114
행렬의 특성에 따라 상기
Figure 112008023950753-PAT00115
행렬의 모든 원소들의 값을 복원한 후, 상기
Figure 112008023950753-PAT00116
행렬 정보를 상기 빔벡터산출기(134)로 제공한다.
상기 MCS결정기(132)는 상기 채널추정기(128)로부터 제공되는 하향링크 채널 품질 정보에 따라 상기 다수의 부호화기들(102-1 내지 102-N)에서 사용될 부호화 방식 및 상기 다수의 심벌변조기들(104-1 내지 104-N)에서 사용될 변조방식을 결정한다.
상기 빔벡터산출기(134)는 상기 채널추정기(128)로부터 제공되는 상향링크 채널 행렬 정보 및 상기 제어정보해석기(130)로부터 제공되는 상기
Figure 112008023950753-PAT00117
행렬 정보를 이용하여 빔포밍 벡터들을 결정한다. 이때, 상기 상향링크 채널 행렬 정보를 이용하는 경우, 상기 빔벡터산출기(134)는 먼저 상기 상향링크 채널 행렬을 이용하여 상향링크 빔포밍 벡터 산출을 위한
Figure 112008023950753-PAT00118
행렬을 구성한다. 상기
Figure 112008023950753-PAT00119
행렬을 이용한 빔포밍 벡터 산출 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 상기 빔벡터산출기(134)는 상기
Figure 112008023950753-PAT00120
행렬을 이용하여 각 단말의 빔포밍 벡터들 간의 제약조건에 따라 빔포밍 벡터들 간의 관계식들을 생성한다. 예를 들어, 2개의 단말들을 고려한 경우, 상기 관계식들은 상기 <수학식 8>과 같다. 그리고, 상기 빔벡터산출기(134)는 일반화된 아이겐 분석을 이용하여 상기 관계식들로부터 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들을 산출한다. 이후, 상기 빔벡터산출기(134)는 상기 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들 중 단말별 빔포밍 벡터를 선택한다. 이때, 상기 빔벡터산출기(134)는 전송률 합을 최대화하는 단말별 빔포밍 벡터를 선택한다. 예를 들어, 2개의 단말들 고려한 경우, 상기 빔벡터산출기(134)는 상기 <수학식 9>와 같이 단말별 빔포밍 벡터를 산출한다.
이때, 사용된
Figure 112008023950753-PAT00121
행렬이 하향링크 채널 행렬로부터 생성된 경우, 즉, 상기 제어정보해석기(130)로부터 제공된 경우, 상기 단말별 빔포밍 벡터는 송신 빔포밍 벡터들이며, 사용된
Figure 112008023950753-PAT00122
행렬이 상향링크 채널 행렬로부터 생성된 경우, 즉, 상기 채널추정기(128)로부터 제공된 경우, 상기 단말별 빔포밍 벡터는 수신 빔포밍 벡터이다. 따라서, 기지국 및 단말들이 TDD 방식에 따르는 경우, TDD 방식은 상향링크 채널 및 하향링크 채널이 동일하기 때문에, 상기 빔벡터산출기(134)는 하향링크 채널 행렬로부터 생성된
Figure 112008023950753-PAT00123
행렬 및 상향링크 채널 행렬로부터 생성된
Figure 112008023950753-PAT00124
행렬 중 하나만을 이용하여 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍에 모두 사용될 빔포밍 벡터들을 산출한다. 반면, 기지국 및 단말들이 FDD 방식에 따르는 경우, 상기 빔벡터산출기(134)는 하향링크 채널 행렬로부터 생성된
Figure 112008023950753-PAT00125
행렬을 이용하여 송신 빔포밍 벡터들을 산출하고, 상향링크 채널 행렬로부터 생성된
Figure 112008023950753-PAT00126
행렬을 이용하여 수신 빔포밍 벡터들을 산출한다. 그리고, 기지국 및 단말들이 FDD 방식에 따르는 경우, 상기 빔벡터산출기(134)는 상향링크 통신 시 단말에서 사용될 송신 빔포밍 벡터를 산출한다.
상술한 동작을 통해 단말별 상향링크 수신 빔포밍 벡터 및 단말별 하향링크 송신 빔포밍 벡터를 산출한 후, 상기 빔벡터산출기(134)는 단말별 상향링크 수신 빔포밍 벡터를 상기 다수의 수신빔포머들(122-1 내지 122-N)로 제공하고, 단말별 하향링크 송신 빔포밍 벡터를 상기 다수의 송신빔포머들(106-1 내지 106-N)로 제공한다. 그리고, 상기 빔벡터산출기(134)는 단말에서 사용될 송신 빔포밍 벡터를 상기 제어정보생성기(136)로 제공한다.
상기 제어정보생성기(136)는 단말들로 송신될 제어 정보를 생성한다. 특히, 본 발명에 따라, 상기 제어정보생성기(136)는 단말에서 사용될 송신 빔포밍 벡터 정보를 포함하는 제어 정보를 생성한다. 그리고, 상기 제어정보생성기(136)는 제어 정보를 심벌들로 구성하고, 제어 정보를 나타내는 심벌들을 상기 다수의 부반송파매핑기들(110-1 내지 110-N)로 제공한다.
상기 도 1에 도시된 기지국의 블록 구성에서, 송신 안테나들 및 수신 안테나들은 구분되어 존재한다. 하지만, N개의 송신안테나들 및 N개의 수신 안테나들은 공통된 N개의 송수신 안테나들로 구성될 수 있으며, 이 경우, 각 송수신 안테나와 연결된 RF송신기(114) 및 RF수신기(116)는 복신기(duplexer)를 통해 상기 송수신 안테나와 연결된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 단말은 다수의 RF수신기들(202-1 내지 202-N), 다수의 OFDM복조기들(204-1 내지 204-N), 다수의 부반송파디매핑기들(206-1 내지 206-N), 수신빔포머(208), 심벌복조기(210), 복호화기(212), 부호화기(214), 심벌변조기(216), 송신빔포머(218), 다수의 부반송파매핑기들(220-1 내지 220-N), 다수의 OFDM변조기들(222-1 내지 222-N), 다수의 RF송신기들(224-1 내지 224-N), 채널추정기(226), 제어정보생성기(228), 제어정보해석기(230), 빔벡터산출기(232), 사운딩신호발생기(234)를 포함하여 구성된다.
상기 다수의 RF수신기들(202-1 내지 202-N) 각각은 대응되는 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 상기 다수의 OFDM복조기들(204-1 내지 204-N) 각각은 자신과 대응되는 RF수신기(202)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 구분하고, CP를 제거한 후, FFT 연산을 통해 부반송파별 심벌들을 복원한다. 상기 다수의 부반송파디매핑기들(206-1 내지 206-N) 각각은 자신과 대응되는 OFDM복조기(204)로부터 제공되는 심벌들을 처리 경로에 따라 분류한다. 예를 들어, 상기 다수의 부반송파디매핑기들(206-1 내지 206-N) 각각은 단말에게 할당된 자원에 매핑된 심벌들을 추출하여 상기 수신빔포머(208)로 제공한다. 그리고, 상기 다수의 부반송파디매핑기들(206-1 내지 206-N) 각각은 빔포밍되지 않은 파일럿 신호 및 빔포밍된 전용 파일럿 신호를 추출하여 상기 채널추정기(226)로 제공한다. 또한, 상기 다수의 부반송파디매핑기들(206-1 내지 206-N) 각각은 제어 정보를 나타내는 심벌들을 상기 제어정보해석기(230)로 제공한다.
상기 수신빔포머(208)는 상기 다수의 부반송파디매핑기들(206-1 내지 206-N)로부터 제공되는 수신 심벌 벡터에 대해 수신 빔포밍을 수행한다. 즉, 상기 수신빔포머(208)는 상기 수신 심벌 벡터와 상기 빔벡터산출기(232)로부터 제공되는 수신 빔포밍 벡터를 곱한다. 상기 심벌복조기(210)는 상기 수신빔포머(208)로부터 제공되는 심벌들을 복조함으로써, 심벌들을 비트열로 변환한다. 상기 복호화기(212)는 상기 심벌복조기(210)로부터 제공되는 비트열을 채널 복호화한다.
상기 부호화기(214)는 송신될 비트열을 채널 부호화한다. 상기 심벌변조기(216)는 상기 부호화기(214)로부터 제공되는 부호화된 비트열을 변조함으로써, 부호화된 비트열을 복소 심벌들로 변환한다. 상기 송신빔포머(218)는 송신될 심벌 에 대한 송신 빔포밍을 수행한다. 즉, 상기 송신빔포머(218)는 상기 송신될 심벌과 상기 빔벡터산출기(232)로부터 제공되는 송신 빔포밍 벡터를 곱한다.
다수의 부반송파매핑기들(220-1 내지 220-N)은 상기 송신빔포머(218)로부터 제공되는 송신 심벌 벡터를 단말 자신에게 할당된 자원에 매핑한다. 그리고, 상기 다수의 부반송파매핑기들(220-1 내지 220-N)은 상기 사운딩신호발생기(234)로부터 제공되는 사운딩 신호를 사운딩 채널에 매핑한다. 또한, 상기 다수의 부반송파매핑기들(220-1 내지 220-N)은 상기 제어정보생성기(228)로부터 제공되는
Figure 112008023950753-PAT00127
행렬을 나타내는 제어 정보의 심벌들을 제어 정보 송신을 위해 할당된 자원에 매핑한다. 단, 단말과 기지국이 TDD 방식에 따르는 경우, 상기 다수의 부반송파매핑기들(220-1 내지 220-N)의 상기 사운딩 신호을 매핑하는 동작 및 상기
Figure 112008023950753-PAT00128
행렬을 나타내는 정보의 심벌들을 매핑하는 동작 중 하나는 생략될 수 있다.
상기 다수의 OFDM변조기들(222-1 내지 222-N) 각각은 각각은 IFFT 연산을 통해 자신과 대응되는 부반송파매핑기(220)로부터 제공되는 부반송파별 심벌들을 시간영역 신호로 변환하고, CP를 삽입함으로써 OFDM 심벌을 구성한다. 상기 다수의 RF송신기들(224-1 내지 224-N) 각각은 자신과 대응되는 OFDM변조기(222)로부터 제공되는 기저대역 OFDM 심벌들을 RF 대역 신호로 상향변환한 후, 안테나를 통해 송신한다.
상기 채널추정기(226)는 상기 다수의 부반송파디매핑기들(206-1 내지 206-N)로부터 제공되는 파일럿 심벌 또는 프리앰블 신호를 이용하여 기지국의 하향링크 채널 행렬을 추정한다. 그리고, 기지국으로의 채널 정보 피드백을 위해, 상기 채널추정기(226)는 기지국의 하향링크 채널 행렬 정보를 상기 제어정보생성기(228)로 제공한다. 또한, 상기 채널추정기(226)는 상기 다수의 부반송파디매핑기들(206-1 내지 206-N)로부터 제공되는 빔포밍된 전용 파일럿 심벌을 이용하여 기지국의 하향링크 유효 채널을 추정한다. 그리고, 빔포밍 벡터 산출을 위해, 상기 채널추정기(226)는 상기 하향링크 유효 채널 정보를 상기 빔벡터산출기(232)로 제공한다.
상기 제어정보생성기(228)는 기지국으로 송신될 제어 정보를 생성한다. 특히, 상기 제어정보생성기(228)는 기지국으로 피드백될 채널 정보를 생성한다. 여기서, 상기 채널 정보는 하향링크 채널 행렬의 허미션 행렬 및 상기 하향링크 채널 행렬을 곱한 행렬인
Figure 112008023950753-PAT00129
행렬을 나타내는 정보이다. 이때, 상기 제어정보생성기(228)는 상기
Figure 112008023950753-PAT00130
행렬의 특성에 따라 최소의 정보량으로 상기
Figure 112008023950753-PAT00131
행렬을 나타내는 제어 정보를 생성한다. 다시 말해, 상기 제어정보생성기(228)는 상기
Figure 112008023950753-PAT00132
의 대각 원소들 중 하나의 원소을 제외한 나머지 원소들의 값을 포함하고, 비대각 원소들 중 상삼각 원소들 또는 하삼각 원소들을 포함하는 제어 정보를 생성한다. 그리고, 상기 제어정보생성기(228)는 생성된 제어 정보를 심벌들로 구성하고, 제어 정보를 나타내는 심벌들을 상기 다수의 부반송파매핑기들(220-1 내지 220-N)로 제공한다. 단, 단말과 기지국이 TDD 방식에 따르는 경우, 상기 제어정보생성기(228)의
Figure 112008023950753-PAT00133
행렬을 나타내는 제어 정보 생성 동작은 생략될 수 있다.
상기 제어정보해석기(230)는 기지국으로부터 수신되는 제어 정보를 해석함으 로써, 제어 정보의 내용을 확인한다. 예를 들어, 상기 제어정보해석기(230)는 기지국으로부터 수신되는 제어 정보를 통해 단말의 송신 빔포밍 벡터를 확인한다. 즉, 단말과 기지국이 FDD 방식에 따르는 경우, 상향링크 통신 시 사용되는 송신 빔포밍 벡터는 하향링크 통신 시 사용되는 수신 빔포밍 벡터와 다르다. 따라서, 단말과 기지국이 TDD 방식에 따르는 경우와 달리, 상기 송신 빔포밍 벡터는 기지국으로부터의 제어 정보를 통해 확인된다.
상기 빔벡터산출기(232)는 수신 빔포밍 벡터 및 송신 빔포밍 벡터를 산출하며, 상기 수신 빔포밍 벡터를 상기 수신빔포머(208)로 제공하고, 상기 송신 빔포밍 벡터를 상기 송신빔포머(218)로 제공한다. 만일, 단말과 기지국이 TDD 방식에 따르는 경우, 상기 빔벡터산출기(232)는 상기 채널추정기(226)로부터 제공되는 하향링크 유효 채널 정보를 이용하여 수신 빔포밍 벡터 및 송신 빔포밍 벡터를 산출한다. 즉, 상기 빔벡터산출기(232)는 상기 하향링크 유효 채널의 허미션 행렬을 산출함으로써, 수신 빔포밍 벡터 및 송신 빔포밍 벡터를 산출한다. 반면, 단말과 기지국이 FDD 방식에 따르는 경우, 상기 빔벡터산출기(232)는 상기 채널추정기(226)로부터 제공되는 하향링크 유효 채널 정보를 이용하여 수신 빔포밍 벡터를 산출하고, 상기 제어정보해석기(230)로부터 제공되는 송신 빔포밍 벡터 정보를 사용한다.
상기 사운딩신호발생기(234)는 기지국의 상향링크 채널 추정을 위한 사운딩 신호를 발생시키고, 상기 사운딩 신호를 상기 다수의 부반송파매핑기들(220-1 내지 220-N)로 제공한다.
상기 도 2에 도시된 단말의 블록 구성에서, 송신 안테나들 및 수신 안테나들 은 구분되어 존재한다. 하지만, N개의 송신안테나들 및 N개의 수신 안테나들은 공통된 N개의 송수신 안테나들로 구성될 수 있으며, 이 경우, 각 송수신 안테나와 연결된 RF송신기(224) 및 RF수신기(202)는 복신기를 통해 상기 송수신 안테나와 연결된다.
이하 본 발명은 상술한 과정에 따라 빔포밍 벡터들을 산출하는 기지국 및 단말의 동작을 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 이하 설명에서, 기지국 및 단말의 동작은 제1실시 예 및 제2실시 예로 구분된다. 여기서, 제1실시 예는 기지국 및 단말이 TDD 방식에 따르는 경우의 실시 예이며, 제2실시 예는 기지국 및 단말이 FDD 방식에 따르는 경우의 실시 예이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참고하면, 상기 기지국은 301단계에서 단말들의 채널 정보를 획득한다. 이때, 상기 채널 행렬 정보는 기지국의 상향링크 채널 추정을 통해 확인되거나, 또는, 단말의 채널 정보 피드백을 통해 획득된다. 상기 상향링크 채널 추정을 통해 획득되는 경우, 상기 기지국은 사운딩 채널을 통해 수신되는 사운딩 신호를 이용하여 채널 행렬을 추정하고, 상기 채널 행렬의 허미션 행렬과 상기 채널 행렬을 곱함으로써,
Figure 112008023950753-PAT00134
행렬을 구성한다. 상기 채널 정보 피드백을 통해 획득되는 경 우, 상기 기지국은 단말들로부터 수신되는
Figure 112008023950753-PAT00135
행렬을 나타내는 제어 정보로부터 상기
Figure 112008023950753-PAT00136
행렬의 일부 원소들의 값을 확인하고, 상기
Figure 112008023950753-PAT00137
행렬의 특성에 따라 상기 일부 원소들의 값으로부터 상기
Figure 112008023950753-PAT00138
행렬의 모든 원소들의 값을 복원한다.
상기 채널 정보를 획득한 후, 상기 기지국은 303단계로 진행하여 각 단말의 빔포밍 벡터들 간 제약 조건에 따라 빔포밍 벡터들 간의 관계식들을 생성한다. 이때, 상기 제약 조건은 빔포밍 벡터들 간 간섭이 없어야 한다는 것으로, 2개의 단말을 고려한 경우, 상기 <수학식 4>와 같이 표현된다. 그리고, 2개의 단말들을 고려한 경우, 상기 관계식들은 상기 <수학식 8>과 같다.
상기 관계식들을 생성한 후, 상기 기지국은 305단계로 진행하여 일반화된 아이겐 분석을 이용하여 상기 관계식들로부터 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들을 산출한다. 이때, 단말 당 다수의 빔포밍 벡터 후보들이 산출된다.
상기 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들을 산출한 후, 상기 기지국은 307단계로 진행하여 상기 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들 중 단말별 빔포밍 벡터를 선택한다. 이때, 상기 기지국은 전송률 합을 최대화하는 단말별 빔포밍 벡터를 선택한다. 예를 들어, 2개의 단말들 고려한 경우, 상기 기지국은 상기 <수학식 9>와 같이 단말별 빔포밍 벡터를 선택한다. 여기서, 선택된 단말별 빔포밍 벡터는 송신 빔포밍 벡터 및 수신 빔포밍 벡터로서 사용된다.
상기 단말별 빔포밍 벡터를 선택한 후, 상기 기지국은 309단계로 진행하여 상기 307단계에서 선택된 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여 각 단말로 송신될 전용 파일럿 심벌들을 빔포밍한다. 즉, 상기 기지국은 각 단말로 송신될 전용 파일럿 심벌들 각각과 해당 빔포밍 벡터를 곱한다.
상기 전용 파일럿 심벌들을 빔포밍한 후, 상기 기지국은 311단계로 진행하여 빔포밍된 전용 파일럿 심벌들을 송신한다. 이때, 상기 기지국은 상기 전용 파일럿 심벌들을 각 단말에게 독점적으로 할당된 자원을 통해 송신한다.
상기 빔포밍된 전용 파일럿 심벌들을 송신한 후, 상기 기지국은 313단계로 진행하여 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여 신호를 처리하며 공간 다중 접속 통신을 수행한다. 즉, 상기 기지국은 단말들로 송신되는 심벌에 대해 상기 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여 송신 빔포밍을 수행하고, 단말들로부터 수신되는 심벌들에 대해 상기 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여 수신 빔포밍을 수행한다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참고하면, 상기 단말은 401단계에서 기지국의 하향링크 채널 행렬을 추정한다. 다시 말해, 상기 단말은 기지국으로부터 수신되는 프리앰블 또는 파일럿 심벌을 이용하여 기지국의 하향링크 채널 행렬을 추정한다.
상기 하향링크 채널 행렬을 추정한 후, 상기 단말은 403단계로 진행하여 채널 정보를 송신한다. 여기서, 상기 채널 정보는 하향링크 채널 행렬의 허미션 행렬 및 상기 하향링크 채널 행렬을 곱한 행렬인
Figure 112008023950753-PAT00139
행렬을 나타내는 제어 정보이다. 이 때, 상기 단말은 상기
Figure 112008023950753-PAT00140
행렬의 특성에 따라 최소의 정보량으로 상기
Figure 112008023950753-PAT00141
행렬을 나타내는 제어 정보를 생성한다. 다시 말해, 상기 단말은 상기
Figure 112008023950753-PAT00142
행렬의 대각 원소들 중 하나의 원소을 제외한 나머지 원소들의 값을 포함하고, 비대각 원소들 중 상삼각 원소들 또는 하삼각 원소들을 포함하는 제어 정보를 생성한다. 그리고, 상기 단말은 상술한 바와 같이 생성된 제어 정보를 기지국으로 송신한다.
상기 채널 정보를 송신한 후, 상기 단말은 405단계로 진행하여 기지국으로부터 빔포밍된 전용 파일럿 신호가 수신되는지 확인한다. 이때, 상기 전용 파일럿 신호는 상기 단말에게 독점적으로 할당된 자원을 통해 수신된다.
상기 빔포밍된 전용 파일럿 신호가 수신되면, 상기 단말은 407단계로 진행하여 상기 빔포밍된 전용 파일럿 신호를 이용하여 기지국과의 유효 채널을 추정한다. 여기서, 상기 유효 채널은 실제 채널과 기지국에서 사용된 빔포밍 벡터가 곱해진 것을 의미하며, 상기 <수학식 2>와 같다.
상기 유효 채널을 추정한 후, 상기 단말은 409단계로 진행하여 상기 유효 채널을 이용하여 자신의 빔포밍 벡터를 산출한다. 즉, 상기 단말은 상기 유효 채널의 허미션 행렬을 산출함으로써, 자신의 빔포밍 벡터를 산출한다. 여기서, 산출된 빔포밍 벡터는 송신 빔포밍 벡터 및 수신 빔포밍 벡터로서 사용된다.
상기 자신의 빔포밍 벡터를 산출한 후, 상기 단말은 411단계로 진행하여 상기 빔포밍 벡터를 이용하여 신호를 처리하며 기지국과 통신을 수행한다. 즉, 상기 단말은 기지국으로 송신되는 심벌에 대해 상기 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여 송 신 빔포밍을 수행하고, 기지국으로부터 수신되는 심벌들에 대해 상기 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여 수신 빔포밍을 수행한다.
상기 도 4를 참고하여 설명한 단말의 동작 절차 중 403단계에서, 상기 단말은 기지국의 채널 정보 획득을 위해 상기
Figure 112008023950753-PAT00143
행렬을 나타내는 제어 정보를 송신한다. 하지만, 기지국의 채널 정보 획득에 대한 다른 실시 예에 따르는 경우, 즉, 기지국이 상향링크 채널 추정을 통해 채널 정보를 획득하는 경우, 상기 403단계는 사운딩 신호를 송신하는 단계로 대체된다. 즉, 상기 단말은 403단계에서 사운딩 채널을 통해 사운딩 신호를 송신한다.
도 5은 본 발명의 제2실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 5을 참고하면, 상기 기지국은 501단계에서 단말들 각각의 상향링크 채널 행렬들을 추정한다. 즉, 상기 기지국은 사운딩 채널을 통해 각 단말로부터 수신되는 사운딩 신호를 이용하여 단말들 각각의 상향링크 채널 행렬을 추정한다.
상기 상향링크 채널 행렬들을 추정한 후, 상기 기지국은 503단계로 진행하여 단말들 각각으로부터 피드백되는 제어 정보를 통해 단말들 각각의 하향링크 채널 정보를 확인한다. 여기서, 상기 채널 정보는 단말들 각각의 하향링크 채널 행렬의 허미션 행렬 및 상기 하향링크 채널 행렬을 곱한 행렬인
Figure 112008023950753-PAT00144
행렬을 나타내는 제어 정보이다. 이때, 상기 기지국은 단말들 각각으로부터 수신되는
Figure 112008023950753-PAT00145
행렬을 나타내는 제어 정보로부터 상기
Figure 112008023950753-PAT00146
행렬의 일부 원소들의 값을 확인하고, 상기
Figure 112008023950753-PAT00147
행렬의 특성에 따라 상기 일부 원소들의 값으로부터 상기
Figure 112008023950753-PAT00148
행렬의 모든 원소들의 값을 복원한다.
상기 501단계 및 상기 503단계를 통해 상향링크 채널 행렬 정보 및 하향링크 채널 정보를 획득한 후, 상기 기지국은 505단계로 진행하여 각 단말의 빔포밍 벡터들 간 제약 조건에 따라 빔포밍 벡터들 간의 관계식들을 생성한다. 이때, 상기 제약 조건은 빔포밍 벡터들 간 간섭이 없어야 한다는 것으로, 2개의 단말을 고려한 경우, 상기 <수학식 6>와 같이 표현된다. 그리고, 2개의 단말들을 고려한 경우, 상기 관계식들은 상기 <수학식 8>과 같다. 이때, 상기 기지국은 수신 빔포밍 벡터들 간의 관계식들 및 송신 빔포밍 벡터들 간의 관계식들을 독립적으로 생성한다.
상기 관계식들을 생성한 후, 상기 기지국은 507단계로 진행하여 일반화된 아이겐 분석을 이용하여 상기 관계식들로부터 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들을 산출한다. 이때, 단말 당 다수의 빔포밍 벡터 후보들이 산출되며, 송신 빔포밍 벡터 후보들 및 수신 빔포밍 벡터 후보들이 독립적으로 산출된다.
상기 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들을 산출한 후, 상기 기지국은 509단계로 진행하여 상기 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들 중 단말별 빔포밍 벡터를 선택한다. 이때, 상기 기지국은 전송률 합을 최대화하는 단말별 빔포밍 벡터를 선택한다. 예를 들어, 2개의 단말들 고려한 경우, 상기 기지국은 상기 <수학식 9>와 같이 단말별 빔포밍 벡터를 선택한다. 여기서, 선택된 단말별 빔포밍 벡터는 송신 빔포밍 벡 터 및 수신 빔포밍 벡터로서 사용된다. 이때, 상기 기지국은 각 단말의 송신 빔포밍 벡터 후보들 중 단말별 송신 빔포밍 벡터를 선택하고, 각 단말의 수신 빔포밍 벡터 후보들 중 단말별 수신 빔포밍 벡터를 선택한다.
상기 단말별 송신 빔포밍 벡터 및 수신 빔포밍 벡터를 선택한 후, 상기 기지국은 511단계로 진행하여 상기 509계에서 선택된 단말별 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 각 단말로 송신될 전용 파일럿 심벌들을 빔포밍한다. 즉, 상기 기지국은 각 단말로 송신될 전용 파일럿 심벌들 각각과 해당 송신 빔포밍 벡터를 곱한다.
상기 전용 파일럿 심벌들을 빔포밍한 후, 상기 기지국은 513단계로 진행하여 빔포밍된 전용 파일럿 심벌들을 송신한다. 이때, 상기 기지국은 상기 전용 파일럿 심벌들을 각 단말에게 독점적으로 할당된 자원을 통해 송신한다.
이후, 상기 기지국은 515단계로 진행하여 상향링크 통신 시 각 단말에서 사용될 송신 빔포밍 벡터들을 산출한다. 즉, 상기 기지국이 FDD 방식에 따르는 경우, 상향링크 통신 시 단말에서 사용되는 송신 빔포밍 벡터는 하향링크 통신 시 단말에서 사용되는 수신 빔포밍 벡터와 다르다. 따라서, 단말과 기지국이 TDD 방식에 따르는 경우와 달리, 상기 단말에서 사용될 송신 빔포밍 벡터는 단말에 의해 스스로 산출될 수 없으므로, 상기 기지국은 상향링크 통신 시 각 단말에서 사용될 송신 빔포밍 벡터들을 산출한다. 예를 들어, 단말k에서 사용될 송신 빔포밍 벡터를 산출하는 경우, 상기 기지국은 상향링크 통신 시 기지국에서 사용될 단말k에 대한 수신 빔포밍 벡터와 단말k와의 상향링크 채널 행렬을 곱하고, 이에 대한 허미션 행렬을 산출함으로써, 상기 단말k에서 사용될 송신 빔포밍 벡터를 산출한다.
상기 각 단말에서 사용될 송신 빔포밍 벡터들을 산출한 후, 상기 기지국은 517단계로 진행하여 송신 빔포밍 벡터 정보를 포함하는 제어 정보를 각 단말로 송신한다. 예를 들어, 단말k에게 제어 정보를 송신하는 경우, 상기 기지국은 상향링크 통신 시 상기 단말k에서 사용될 송신 빔포밍 벡터 정보를 포함하는 제어 정보를 생성하고, 상기 제어 정보를 상기 단말k에게 송신한다.
상기 송신 빔포밍 벡터 정보를 포함하는 제어 정보를 송신한 후, 상기 기지국은 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여 신호를 처리하며 공간 다중 접속 통신을 수행한다. 즉, 상기 기지국은 단말들로 송신되는 심벌에 대해 상기 단말별 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 송신 빔포밍을 수행하고, 단말들로부터 수신되는 심벌들에 대해 상기 단말별 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 수신 빔포밍을 수행한다.
도 6는 본 발명의 제2실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 6를 참고하면, 상기 단말은 601단계에서 기지국으로 사운딩 신호를 송신한다. 다시 말해, 기지국의 상향링크 채널 행렬 추정을 위해, 상기 단말은 사운딩 채널을 통해 사운딩 신호를 송신한다.
이어, 상기 단말은 603단계로 진행하여 상기 기지국의 하향링크 채널 행렬을 추정한다. 다시 말해, 상기 단말은 상기 기지국으로부터 수신되는 프리앰블 또는 파일럿 심벌을 이용하여 기지국의 하향링크 채널 행렬을 추정한다.
상기 하향링크 채널 행렬을 추정한 후, 상기 단말은 605단계로 진행하여 채 널 정보를 송신한다. 여기서, 상기 채널 정보는 하향링크 채널 행렬의 허미션 행렬 및 상기 하향링크 채널 행렬을 곱한 행렬인
Figure 112008023950753-PAT00149
행렬을 나타내는 제어 정보이다. 이때, 상기 단말은 상기
Figure 112008023950753-PAT00150
행렬의 특성에 따라 최소의 정보량으로 상기
Figure 112008023950753-PAT00151
행렬을 나타내는 제어 정보를 생성한다. 다시 말해, 상기 단말은 상기
Figure 112008023950753-PAT00152
행렬의 대각 원소들 중 하나의 원소을 제외한 나머지 원소들의 값을 포함하고, 비대각 원소들 중 상삼각 원소들 또는 하삼각 원소들을 포함하는 제어 정보를 생성한다. 그리고, 상기 단말은 상술한 바와 같이 생성된 제어 정보를 기지국으로 송신한다.
상기 채널 정보를 송신한 후, 상기 단말은 607단계로 진행하여 기지국으로부터 빔포밍된 전용 파일럿 신호가 수신되는지 확인한다. 이때, 상기 전용 파일럿 신호는 상기 단말에게 독점적으로 할당된 자원을 통해 수신된다.
상기 빔포밍된 전용 파일럿 신호가 수신되면, 상기 단말은 609단계로 진행하여 상기 빔포밍된 전용 파일럿 신호를 이용하여 기지국과의 유효 채널을 추정한다. 여기서, 상기 유효 채널은 실제 채널과 기지국에서 사용된 빔포밍 벡터가 곱해진 것을 의미하며, 상기 <수학식 2>와 같다.
상기 유효 채널을 추정한 후, 상기 단말은 611단계로 진행하여 상기 유효 채널을 이용하여 자신의 수신 빔포밍 벡터를 산출한다. 즉, 상기 단말은 상기 유효 채널의 허미션 행렬을 산출함으로써, 자신의 수신 빔포밍 벡터를 산출한다.
이후, 상기 단말은 613단계로 진행하여 기지국으로부터 수신되는 제어 정보를 통해 자신의 송신 빔포밍 벡터를 확인한다. 즉, 상향링크 채널 및 하향링크 채 널이 서로 다르기 때문에, 상향링크 통신 시 단말에서 사용되는 송신 빔포밍 벡터는 상기 단말에 의해 산출될 수 없다. 따라서, 상기 단말은 기지국으로부터 수신되는 제어 정보를 통해 자신의 송신 빔포밍 벡터를 확인한다.
상기 자신의 빔포밍 벡터를 산출한 후, 상기 단말은 615단계로 진행하여 상기 빔포밍 벡터를 이용하여 신호를 처리하며 기지국과 통신을 수행한다. 즉, 상기 단말은 기지국으로 송신되는 심벌에 대해 상기 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 송신 빔포밍을 수행하고, 기지국으로부터 수신되는 심벌들에 대해 상기 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 수신 빔포밍을 수행한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하는 도면.

Claims (37)

  1. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 기지국 장치에 있어서,
    단말들 각각의 채널 정보를 이용하여 상기 단말들의 빔포밍 벡터들 간 관계식을 생성하고, 일반화된 아이겐 분석(generalized eigen analysis) 기법에 따라 상기 관계식으로부터 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들을 산출하고, 상기 빔포밍 벡터 후보들 중 단말별 빔포밍 벡터들을 선택하는 산출기와,
    상기 단말별 빔포밍 벡터들을 이용하여 상기 각 단말로 송신되는 전용 파일럿(dedicated pilot) 심벌들에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 다수의 송신 빔포머(beamformer)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 정보는, 단말의 채널 행렬의 허미션(hermitian) 행렬 및 상기 채널 행렬의 곱인 R 행렬인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 산출기는, 상기 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들 중 전송률 합(sum rate) 를 최대화하는 단말별 빔포밍 벡터들을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 단말들 각각으로부터 수신되는 사운딩 신호를 이용하여 상기 단말들 각각의 상향링크 채널 행렬을 추정하고, 상기 상향링크 채널 행렬 정보를 상기 산출기로 제공하는 추정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 산출기는, 상기 단말들 각각의 상향링크 채널 행렬들을 이용하여 상기 단말들 각각의 R 행렬들을 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 다수의 송신 빔포머들은, 상기 상향링크 채널 행렬들로부터 구성된 R 행렬들을 이용하여 결정된 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여, 송신 심벌들에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 상향링크 채널 행렬들로부터 구성된 R 행렬들을 이용하여 결정된 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여, 수신 심벌들에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 다수의 수신 빔포머들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 단말들 각각으로부터 수신되는 제어 정보를 해석함으로써, 상기 R 행렬을 나타내는 정보를 확인하는 해석기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 R 행렬을 나타내는 정보는, 상기 R 행렬의 일부 원소들의 값들이며,
    상기 해석기는, 상기 R 행렬의 특성에 따라 상기 일부 원소들의 값을 이용하여 상기 R 행렬의 모든 원소들의 값을 복원하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어 정보를 통해 확인된 R 행렬을 이용하여 결정된 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여, 수신 심벌들에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 다수의 수신 빔포머들 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 다수의 송신 빔포머들은, 상기 제어 정보를 통해 확인된 R 행렬을 이용하여 결정된 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여, 송신 심벌들에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 단말 장치에 있어서,
    빔포밍된 전용 파일럿(dedicated pilot) 심벌들을 이용하여 기지국과의 유효 채널(effective channel)을 추정하는 추정기와,
    상기 유효 채널을 이용하여 단말의 수신 빔포밍 벡터를 산출하는 산출기와,
    상기 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 수신 심벌들에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 수신 빔포머(beamformer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 산출기는, 상기 유효 채널의 허미션(hermitian) 행렬을 산출함으로써, 상기 수신 빔포밍 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 산출기는, 상기 유효 채널의 허미션 행렬을 산출함으로써, 송신 빔포밍 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 송신 심벌에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 송신 빔포머를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 기지국의 상향링크 채널 추정을 위한 사운딩 신호를 발생시키는 발생기와,
    상기 사운딩 신호를 사운딩 채널에 매핑하는 다수의 매핑기들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 12항에 있어서,
    기지국의 하향링크 채널 행렬의 허미션 행렬 및 상기 하향링크 채널 행렬의 곱인 R 행렬을 나타내는 제어 정보를 생성하는 생성기와,
    제어 정보 송신을 위해 할당된 자원에 상기 제어 정보를 매핑하는 다수의 매핑기들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 생성기는, 상기 R 행렬의 대각(diogonal) 원소들 중 하나를 제외한 나머지 적어도 하나의 원소의 값을 포함하고, 상기 R 행렬의 비대각 원소들 중 적어도 하나의 상삼각(upper triangular) 원소의 갑 또는 적어도 하나의 하삼각(lower triangular) 원소의 값 포함하는 제어 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 12항에 있어서,
    기지국으로부터 수신되는 제어 정보를 해석함으로써, 단말의 송신 빔포밍 벡터를 확인하는 해석기와,
    상기 제어 정보를 통해 확인된 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 송신 심벌에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 송신 빔포머를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서,
    단말들 각각의 채널 정보를 이용하여 상기 단말들의 빔포밍 벡터들 간 관계식을 생성하는 과정과,
    일반화된 아이겐 분석(generalized eigen analysis) 기법에 따라 상기 관계식으로부터 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들을 산출하는 과정과,
    상기 빔포밍 벡터 후보들 중 단말별 빔포밍 벡터들을 선택하는 과정과,
    상기 단말별 빔포밍 벡터들을 이용하여 상기 각 단말로 송신되는 전용 파일럿(dedicated pilot) 심벌들에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 채널 정보는, 단말의 채널 행렬의 허미션(hermitian) 행렬 및 상기 채널 행렬의 곱인 R 행렬인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 단말별 빔포밍 벡터들은, 상기 각 단말의 빔포밍 벡터 후보들 중 전송률 합(sum rate)를 최대화하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 단말들 각각으로부터 수신되는 사운딩 신호를 이용하여 상기 단말들 각각의 상향링크 채널 행렬들을 추정하는 과정과,
    상기 상향링크 채널 행렬들을 이용하여 상기 R 행렬들을 구성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 상향링크 채널 행렬들로부터 구성된 R 행렬들을 이용하여 결정된 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여, 송신 심벌들에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 상향링크 채널 행렬들로부터 구성된 R 행렬들을 이용하여 결정된 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여, 수신 심벌들에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 22항에 있어서,
    상기 단말들 각각으로부터 수신되는 제어 정보를 해석함으로써, 상기 R 행렬을 나타내는 정보를 확인하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 R 행렬을 나타내는 정보는, 상기 R 행렬의 일부 원소들의 값들인 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 R 행렬의 특성에 따라 상기 일부 원소들의 값을 이용하여 상기 R 행렬의 모든 원소들의 값을 복원하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 제어 정보를 통해 확인된 R 행렬을 이용하여 결정된 단말별 빔포밍 벡 터를 이용하여, 수신 심벌들에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 제어 정보를 통해 확인된 R 행렬을 이용하여 결정된 단말별 빔포밍 벡터를 이용하여, 송신 심벌들에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
    빔포밍된 전용 파일럿(dedicated pilot) 심벌들을 이용하여 기지국과의 유효 채널(effective channel)을 추정하는 과정과,
    상기 유효 채널을 이용하여 단말의 수신 빔포밍 벡터를 산출하는 과정과,
    상기 수신 빔포밍 벡터를 이용하여 수신 심벌들에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31항에 있어서,
    수신 빔포밍 벡터를 산출하는 과정은,
    상기 유효 채널의 허미션(hermitian) 행렬을 산출함으로써, 상기 수신 빔포밍 벡터를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 유효 채널의 허미션 행렬을 산출함으로써, 송신 빔포밍 벡터를 산출하는 과정과,
    상기 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 송신 심벌에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 32항에 있어서,
    상기 기지국의 상향링크 채널 추정을 위한 사운딩 신호를 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 32항에 있어서,
    기지국의 하향링크 채널 행렬의 허미션 행렬 및 상기 하향링크 채널 행렬의 곱인 R 행렬을 나타내는 제어 정보를 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 제어 정보는, 상기 R 행렬의 대각(diogonal) 원소들 중 하나를 제외한 나머지 적어도 하나의 원소의 값을 포함하고, 상기 R 행렬의 비대각 원소들 중 적어도 하나의 상삼각(upper triangular) 원소의 갑 또는 적어도 하나의 하삼각(lower triangular) 원소의 값 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 32항에 있어서,
    기지국으로부터 수신되는 제어 정보를 해석함으로써, 단말의 송신 빔포밍 벡터를 확인하는 과정과,
    상기 제어 정보를 통해 확인된 송신 빔포밍 벡터를 이용하여 송신 심벌에 대한 송신 빔포밍을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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