KR20100028859A - Apparatus and method for adaptive coloring codebook in a multiple input multiple output wireless communication system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: In a MIMO(Multi-Input Multi-Output) wireless telecommunications system, an adaptive codebook coloring apparatus and method decompose a correlation matrix information of channel to the coefficient of correlation and phase. In that way, the beam forming is implemented in consideration of correlation between antennas. CONSTITUTION: A correlation matrix of channel calculates(303). If the feedback point of time of the long-term information comes, a feedback of a long-term information and one or more coefficient of correlation operates(305~311). One or more coefficient of correlation constitutes each element of the correlation matrix. Using channel and correlation matrix, the weighted value vector is selected. If the feedback point of time of the short-term information comes, the feedback of the short-term information operates(313~317). The short-term information shows the selection result of the weight vector.

Description

다중 입출력 무선통신 시스템에서 적응적 코드북 컬러링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ADAPTIVE COLORING CODEBOOK IN A MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}APPARATUS AND METHOD FOR ADAPTIVE COLORING CODEBOOK 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 적응적으로 코드북을 컬러링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multiple input multiple output (MIMO) wireless communication system, and more particularly, to an apparatus and method for adaptively coloring codebooks in a multiple input and output wireless communication system.

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) 무선통신 시스템이 크게 주목되고 있다. 상기 다중 입출력 기술은 다수의 안테나를 통한 다수의 스트림을 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 파워가 고정되었을 경우, 평균 채널 용량은 단일 안테나에 비해 M배 증가하게 된다.Recently, as the demand for high-speed and high-quality data transmission has increased, a multiple input multiple output (MIMO) wireless communication system using a plurality of transmit / receive antennas has been attracting attention as one of techniques for satisfying this. The multiple input / output technology is a technology that can significantly improve channel capacity than when using a single antenna by performing communication using a plurality of streams through a plurality of antennas. For example, if both transmitter and receiver use M transmit and receive antennas, and the channels between the antennas are independent, and the bandwidth and the total transmit power are fixed, the average channel capacity is increased by M times compared to a single antenna. .

상기 다중 입출력 기술 중 공간 다중화(SM : Spatial Multiplexing) 방식은 하나의 송신단와 하나의 수신단 간에 다수의 공간적 부채널(spatial subchannel)들을 형성하고, 각 공간적 부채널을 통해 독립적으로 데이터를 전송함으로써 각 링크에서의 데이터 전송 용량을 증가시키는 방식이다. 상기 공간 다중화 방식에서, 송신단와 수신단 간 채널 행렬의 특이(singular) 벡터들에 의해 형성되는 공간적인 부 채널들에 워터 필링(water-filling) 기법에 의한 전력 할당을 수행함으로써 최대 전송 용량이 얻어진다. 또한, 공간분할 다중접속(SDMA : Space Division Multiple Access) 방식은 다수의 수신단들 각각에 동시에 공간적 부채널들을 형성하고, 각 공간적 부채널을 통해 데이터 스트림들을 전송함으로써 시스템의 전송 용량을 증가시키는 방식이다. 상기 공간분할 다중접속 방식에서, 송신단에서 각 수신단으로의 하향링크 채널의 최대 특이 벡터로 각 링크로의 공간적인 부 채널을 형성하고, 동시에 전송되는 수신단들의 공간적인 부채널들간의 간섭을 억제하도록 ZF(Zero-Forcing) 이나 MMSE(Minimum-Mean Square Error) 기법을 이용함으로써, 시스템 전송 용량이 증가 된다.Spatial Multiplexing (SM) among the multiple input / output technologies forms a plurality of spatial subchannels between one transmitting end and one receiving end, and transmits data independently through each spatial subchannel so that each link To increase the data transfer capacity. In the spatial multiplexing scheme, a maximum transmission capacity is obtained by performing power allocation by spatial filling on spatial subchannels formed by singular vectors of a channel matrix between a transmitter and a receiver. In addition, Space Division Multiple Access (SDMA) is a method of increasing the transmission capacity of a system by simultaneously forming spatial subchannels in each of a plurality of receivers and transmitting data streams through each spatial subchannel. . In the spatial division multiple access scheme, ZF is formed to form a spatial subchannel to each link with a maximum singular vector of a downlink channel from a transmitter to each receiver, and to suppress interference between spatial subchannels of receivers simultaneously transmitted. By using zero-forcing or minimum-mean square error (MMSE) techniques, system transmission capacity is increased.

따라서, 상기 공간 다중화 방식 및 상기 공간분할 다중접속 방식의 성능은 송신단이 각 수신단의 하향링크 채널의 특이 벡터를 얼마나 정확히 알고 있느냐에 따라 좌우된다. 하지만, 순시적으로 변하는 하향링크 채널 행렬 정보를 송신단으로 피드백하기 위해서는 많은 상향 링크 피드백 정보량이 필요하기 때문에, 벡터 코드북(codebook)을 사용하는 방안들이 제안된 바 있다. 벡터 코드북은 각 하향링크 채널의 특이 벡터들을 나타내는 G개의 벡터들로 구성되어 있으며, 송신단와 수신단은 상기 벡터 코드북을 미리 알고 있어야 한다. 각 수신단은 추정된 하향링크 채널의 특이 벡터와 가장 유사한 벡터를 코드북에서 선택하고, 선택된 벡터의 인덱스를 송신단으로 전달한다. 따라서, log2G 만큼의 비트 수의 정보만이 피드백된다. 이에 따라, 송신단은 피드백된 인덱스가 지시하는 벡터를 해당 하향링크 채널의 특이 벡터로 여기고, 빔 성형(beamforming) 또는 공간분할 다중접속을 위한 신호처리를 수행한다.Therefore, the performance of the spatial multiplexing scheme and the spatial division multiple access scheme depends on how accurately the transmitting end knows the singular vector of the downlink channel of each receiving end. However, since a large amount of uplink feedback information is required to feed back the instantaneously changing downlink channel matrix information to a transmitter, methods using a vector codebook have been proposed. The vector codebook consists of G vectors representing singular vectors of each downlink channel, and the transmitter and the receiver must know the vector codebook in advance. Each receiving end selects a vector most similar to the singular vector of the estimated downlink channel from the codebook and delivers the index of the selected vector to the transmitting end. Therefore, only the number of bits of information as long as the log 2 G is fed back. Accordingly, the transmitter regards the vector indicated by the feedback index as the singular vector of the corresponding downlink channel and performs signal processing for beamforming or spatial division multiple access.

상술한 바와 같이, 미리 약속된 코드북을 이용하여 피드백 정보량을 감소시킴으로써, 적은 양의 오버헤드(overhead)만으로 다중 입출력 기술의 성능 향상을 위한 신호 처리가 이루어진다. 하지만, 다수의 송신 안테나들 또는 다수의 수신 안테나들을 사용하는 경우, 안테나들 간 상관(correlation)이 존재한다. 그리고, 상기 안테나들 간 상관은 안테나들의 배열 형태 및 채널 환경 등에 따라 변화한다. 이 경우, 미리 약속된 정형화된 코드북은 수신단의 하향링크 채널의 특이 벡터를 정확히 나타낼 수 없다. 따라서, 안테나들의 배열 형태 및 채널 환경 등에 따라 적응적으로 코드북을 최적화하기 위한 대안이 요구된다.As described above, by reducing the amount of feedback information by using a previously promised codebook, signal processing is performed for improving the performance of the multi-input / output technique with only a small amount of overhead. However, when using multiple transmit antennas or multiple receive antennas, there is correlation between the antennas. The correlation between the antennas varies depending on the arrangement of the antennas and the channel environment. In this case, the pre-defined formal codebook may not accurately represent the singular vector of the downlink channel of the receiver. Therefore, there is a need for an alternative for adaptively optimizing the codebook according to the arrangement of the antennas and the channel environment.

따라서, 본 발명의 목적은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 안테나들의 배열 형태 및 채널 환경에 따라 적응적으로 코드북을 최적화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for adaptively optimizing a codebook according to an arrangement type and a channel environment of antennas in a multiple input multiple output (MIMO) wireless communication system.

본 발명의 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 코드북을 컬러링(coloring)하기 위한 채널의 상관 행렬 정보를 피드백하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for feeding back correlation matrix information of a channel for coloring a codebook in a multiple input / output wireless communication system.

본 발명의 또 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 채널의 상관 행렬 정보의 양을 최소화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for minimizing the amount of correlation matrix information of a channel in a multiple input / output wireless communication system.

본 발명의 또 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 채널의 상관 행렬의 원소를 구성하는 상관 계수들 및 위상을 이용하여 상기 상관 행렬을 표현하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for expressing the correlation matrix by using the correlation coefficients and the phase constituting elements of the correlation matrix of the channel in a multiple input / output wireless communication system.

본 발명의 또 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 채널의 상관 행렬의 원소를 구성하는 상관 계수들의 분포를 나타내는 이차 함수를 이용하여 상기 상관 행렬 정보를 피드백하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for feeding back the correlation matrix information by using a quadratic function representing a distribution of correlation coefficients constituting elements of a channel correlation matrix in a multiple input / output wireless communication system.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 수신단의 동작 방 법은, 송신단과의 채널의 상관 행렬을 산출하는 과정과, 롱텀(long-term) 정보를 피드백할 시점이 도래하면, 상기 상관 행렬의 각 원소를 구성하는 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 나타내는 상기 롱텀 정보를 피드백하는 과정과, 상기 채널 및 상기 상관 행렬을 이용하여 가중치 벡터를 선택하는 과정과, 숏텀(short-term) 정보를 피드백할 시점이 도래하면, 가중치 벡터의 선택 결과를 나타내는 상기 숏텀 정보를 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, the operation method of the receiver in a multiple input multiple output (MIMO) wireless communication system, the process of calculating the correlation matrix of the channel with the transmitter, and the long term when a time point for feeding back (long-term) information arrives, feeding back the long term information indicating at least one correlation coefficient and a phase constituting each element of the correlation matrix, and using the channel and the correlation matrix And selecting a weight vector, and feeding back the short term information indicating a result of selecting the weight vector when a time point for feeding back the short-term information arrives.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 동작 방법은, 수신단으로부터 피드백된 상관 행렬의 각 원소를 구성하는 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 나타내는 롱텀 정보를 확인하는 과정과, 상기 적어도 하나의 상관 계수 및 상기 위상을 이용하여 상기 상관 행렬을 복원하는 과정과, 상기 상관 행렬을 이용하여 벡터 코드북을 컬러링하는 과정과, 컬러링된 벡터 코드북 내의 가중치 벡터들 중, 상기 수신단으로부터 피드백된 숏텀 정보에 따라 상기 수신단으로의 송신 신호를 빔 성형하기 위한 가중치 벡터를 확인하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention for achieving the above object, a method of operating a transmitter in a multiple input-output wireless communication system, the long term information indicating at least one correlation coefficient and phase constituting each element of the correlation matrix fed back from the receiver A process of reconstructing the correlation matrix using the at least one correlation coefficient and the phase, coloring a vector codebook using the correlation matrix, and among the weight vectors in the colored vector codebook. And identifying a weight vector for beam shaping the transmission signal to the receiver according to the short term information fed back from the receiver.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단 장치는 송신단과의 채널의 상관 행렬을 산출하는 산출기와, 롱텀 정보를 피드백할 시점이 도래하면, 상기 상관 행렬의 각 원소를 구성하는 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 나타내는 상기 롱텀 정보를 출력하는 제1생성기와, 상기 채널 및 상기 상관 행렬을 이용하여 가중치 벡터를 선택하는 선택기와, 숏텀 정보를 피드백할 시점이 도래하면, 가중치 벡터의 선택 결과를 나타내는 상기 숏텀 정보를 출력하는 제2생성기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a third aspect of the present invention for achieving the above object, in a multiple input / output wireless communication system, a receiving end device includes a calculator for calculating a correlation matrix of a channel with a transmitting end, and when the time point for feeding back the long term information arrives, the correlation matrix A first generator for outputting the long term information representing at least one correlation coefficient and a phase constituting each element of the selector; a selector for selecting a weight vector using the channel and the correlation matrix; and a time point for feeding back the short term information The method may include a second generator configured to output the short term information indicating a result of selecting the weight vector.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단 장치는, 수신단으로부터 피드백된 상관 행렬의 각 원소를 구성하는 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 나타내는 롱텀 정보를 확인하는 해석기와, 상기 적어도 하나의 상관 계수 및 상기 위상을 이용하여 상기 상관 행렬을 복원하는 복원기와, 상기 상관 행렬을 이용하여 벡터 코드북을 컬러링하는 변형기와, 컬러링된 벡터 코드북 내의 가중치 벡터들 중, 상기 수신단으로부터 피드백된 숏텀 정보에 따라 상기 수신단으로의 송신 신호를 빔 성형하기 위한 가중치 벡터를 확인하는 선택기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a fourth aspect of the present invention for achieving the above object, in a multiple input-output wireless communication system, a transmitting end device confirms long term information indicating at least one correlation coefficient and phase constituting each element of a correlation matrix fed back from a receiving end. A decompressor for reconstructing the correlation matrix using the at least one correlation coefficient and the phase, a modifier for coloring a vector codebook using the correlation matrix, and a weight vector in the colored vector codebook, And a selector for identifying a weight vector for beamforming the transmission signal to the receiver according to the short term information fed back from the receiver.

다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 안테나 간 상관도에 따른 영향을 고려하여 코드북을 컬러링하기 위해 필요한 정보인 채널의 상관 행렬 정보를 상관 계수 및 위상으로 분해하고, 상기 상관 계수 및 위상 코드북 인덱스를 롱텀으로 피드백함으로써, 적은 오버헤드만으로 안테나 간 상관도를 고려한 빔 성형을 수행할 수 있다.Multiple Input Multiple Output (MIMO) In a wireless communication system, the correlation matrix information of a channel, which is information necessary for coloring a codebook, is decomposed into a correlation coefficient and a phase in consideration of the influence of the correlation between antennas, and the correlation coefficient and By feeding back the phase codebook index in a long term, beamforming in consideration of the correlation between antennas can be performed with only a small overhead.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구 체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that the specific description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하 본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 환경 변화에 따라 코드북(codebook)을 최적화하기 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.Hereinafter, a technology for optimizing codebooks according to environmental changes in a multiple input multiple output (MIMO) wireless communication system will be described. Hereinafter, the present invention will be described using an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) / Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) scheme as an example. The same applies to other wireless communication systems.

일반적인 코드북은 채널의 특이(singular) 벡터가 공간 상에서 균일하게(uniform) 분포하는 것으로 가정한다. 예를 들면, 그래스매니안(Grassmannian) 코드북과 같은 RVQ(Random Vector Quantization) 코드북이 이에 해당한다. 균일 분포를 갖는 벡터들로 구성된 코드북은 공간 상관도가 존재하지 않는 환경에서 최적의 성능을 보인다. 하지만. 공간 상관도가 존재하는 경우, 실제 채널의 특이 벡터는 특정 범위의 공간에서만 나타나게 될 수 있다. 이 경우, 상기 균일한 분포를 갖는 벡터들로 구성된 코드북을 이용하면, 성능이 저하된다. 따라서, 상기 공간 상관도를 반영하여 코드북을 구성하는 벡터들이 상기 특정 범위 내로 집중되도록 변형함으로써, 해당 채널에 적합한 코드북이 구성될 수 있으며, 이를 컬러링(coloring) 이라 한다. 상기 컬러링은 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다The general codebook assumes that a singular vector of channels is uniformly distributed in space. For example, a Random Vector Quantization (RVQ) codebook such as a Grassmannian codebook corresponds to this. Codebooks composed of vectors with uniform distribution show optimal performance in an environment without spatial correlation. However. If spatial correlation exists, the singular vector of the actual channel may appear only in a specific range of space. In this case, using a codebook composed of vectors having the uniform distribution degrades performance. Accordingly, by modifying the vectors constituting the codebook to be concentrated within the specific range by reflecting the spatial correlation, a codebook suitable for a corresponding channel can be constructed, which is called coloring. The coloring may be expressed as Equation 1 below.

Figure 112008063331862-PAT00001
Figure 112008063331862-PAT00001

상기 <수학식 1>에서, 상기

Figure 112008063331862-PAT00002
은 수신단k의 채널 특성에 따라 컬러링된 코드북의 m번째 가중치 벡터, 상기
Figure 112008063331862-PAT00003
는 수신단k의 상관 행렬, 상기
Figure 112008063331862-PAT00004
은 코드북의 m번째 가중치 벡터, 상기
Figure 112008063331862-PAT00005
는 코드북에 포함된 가중치 벡터의 개수를 의미한다.In Equation 1,
Figure 112008063331862-PAT00002
Is the m th weight vector of the codebook colored according to the channel characteristics of the receiving end k,
Figure 112008063331862-PAT00003
Is the correlation matrix of the receiving end k,
Figure 112008063331862-PAT00004
Is the m th weight vector of the codebook,
Figure 112008063331862-PAT00005
Denotes the number of weight vectors included in the codebook.

상기 <수학식 1>에서 상관 행렬

Figure 112008063331862-PAT00006
은 하기 <수학식 2>와 같이 산출된다.Correlation matrix in Equation 1
Figure 112008063331862-PAT00006
Is calculated as shown in Equation 2 below.

Figure 112008063331862-PAT00007
Figure 112008063331862-PAT00007

상기 <수학시 2>에서, 상기

Figure 112008063331862-PAT00008
는 수신단k의 상관 행렬, 상기
Figure 112008063331862-PAT00009
는 수신단k의 채널 행렬을 의미한다.In Math 2,
Figure 112008063331862-PAT00008
Is the correlation matrix of the receiving end k,
Figure 112008063331862-PAT00009
Denotes a channel matrix of the receiving end k.

상기 <수학식 1>과 같은 컬러링을 통해, 채널의 상관 특성에 적합한 컬러링된 코드북이 생성된다. 즉, 다수의 수신단들이 존재하는 경우, 각 수신단에 최적화된 다수의 코드북들이 생성된다.Through the coloring as shown in Equation 1, a colored codebook suitable for the correlation characteristic of the channel is generated. That is, when there are a plurality of receivers, a plurality of codebooks optimized for each receiver are generated.

상기 컬러링된 코드북을 사용하기 위한 송신단 및 수신단의 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다.The operation of the transmitter and the receiver for using the colored codebook will be described briefly as follows.

상기 수신단은 하향링크 채널을 추정하고, 상기 <수학식 2>와 같이 상관 행렬을 산출한다. 그리고, 상기 수신단은 상기 상관 행렬 정보를 상기 송신단으로 피드백한다. 상기 상관 행렬 정보를 수신한 상기 송신단은 하향링크 채널의 상관 행렬을 확인하고, 상기 상관 행렬을 이용하여 코드북을 컬러링한다. 그리고, 상기 송신단은 컬러링된 벡터를 이용하여 빔 성형된 신호들을 송신한다.The receiving end estimates a downlink channel and calculates a correlation matrix as shown in Equation 2. The receiver feeds back the correlation matrix information to the transmitter. The transmitting end receiving the correlation matrix information checks a correlation matrix of a downlink channel and colors a codebook using the correlation matrix. The transmitter transmits the beam shaped signals using the colored vector.

여기서, 상기 상관 행렬은 평균화된 채널을 이용하여 산출되므로, 상기 상관 행렬 정보는 벡터 코드북 인덱스에 비하여 긴 간격(long term)으로 피드백되는 것이 바람직하다. 더욱이, 상기 상관 행렬 정보는 상기 인덱스에 비하여 매우 큰 양의 정보이므로, 긴 간격으로 피드백되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 벡터 코드북 인덱스는 매 프레임 피드백되고, 상기 상관 행렬 정보는 수백 프레임 간격으로 피드백될 수 있다. 또는, 상기 상관 행렬 정보는 상기 상관 행렬의 큰 변화가 존재하는 경우에만 피드백될 수 있다. Here, since the correlation matrix is calculated using the averaged channel, the correlation matrix information is preferably fed back at a long term as compared to a vector codebook index. Furthermore, since the correlation matrix information is a very large amount of information compared to the index, it is preferable to be fed back at a long interval. For example, the vector codebook index may be fed back every frame, and the correlation matrix information may be fed back at intervals of several hundred frames. Alternatively, the correlation matrix information may be fed back only when there is a large change in the correlation matrix.

상기 상관 행렬 정보를 피드백하는데 있어서, 상기 상관 행렬의 모든 원소들의 값들을 직접적으로 피드백하는 것은 매우 큰 오버헤드(overhead)로 작용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상관 행렬 정보의 피드백 량이 최소가 되도록 상기 상관 행렬 정보를 구성하는 방안을 제안한다. In feeding back the correlation matrix information, directly feeding back the values of all elements of the correlation matrix can act as a very large overhead. Accordingly, the present invention proposes a method of configuring the correlation matrix information such that the feedback amount of the correlation matrix information is minimized.

이하 본 발명은 4개의 송신 안테나들을 사용하는 시스템을 가정하고, 두 가지 구체적인 안테나 구조들을 예로 들어 상기 상관 행렬 정보를 구성하는 방안을 설명한다. 다시 말해, 이하 본 발명은 도 1a와 같은 SLA(Split Linear Arrary) 안 테나 구조 및 도 1b와 같은 ULA(Uniform Linear Arrary) 안테나 구조를 예로 들어 설명한다.The present invention assumes a system using four transmit antennas, and describes a method of configuring the correlation matrix information by taking two specific antenna structures as an example. In other words, the present invention will be described using a split linear antenna (SLA) antenna structure as shown in FIG. 1A and a uniform linear antenna (ULA) antenna structure as shown in FIG. 1B as an example.

먼저, 상기 SLA 안테나 구조의 경우를 설명하면 다음과 같다. First, the case of the SLA antenna structure is as follows.

상기 SLA 안테나 구조는 다수의 안테나들이 이(異) 간격으로 배치된 구조로서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 도 1a에 도시된 바와 같이, 4개의 송신 안테나들 중 2개의 쌍(pair)을 이루고, 각 안테나 쌍들이 각 쌍 내의 2개의 안테나들 간의 거리에 비해 멀리 위치하여 각 안테나들이 서로 다른 간격으로 배치된 경우를 고려한다.The SLA antenna structure is a structure in which a plurality of antennas are arranged at two intervals, and according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1A, two pairs of four transmit antennas are formed. Consider the case where the antenna pairs are located far from each other in comparison with the distance between two antennas in each pair.

송신 안테나들 간 간격이 좁을수록 하향링크 공간분할 다중접속 시스템의 용량이 증가하지만, 수신 안테나들 간 간격은 넓을수록 상향링크 다이버시티(diversity) 이득이 증가한다. 일반적으로, 기지국의 안테나 설치 공간 제약으로 인해, 송수신 겸용 안테나들이 사용되며, 상술한 두 가지 대치되는 조건들을 동시에 만족시키기 위해서는 상기 도 1a와 같은 SLA 안테나 구조가 사용될 수 있다. 상기 도 1a에서, dT는 0.5λ, 즉, 반파장의 길이로 설정되는 것이 바람직하다. 이 경우, 수신단의 하향링크 채널의 상관 행렬은 하기 <수학식 3>과 같이 근사화될 수 있다.The narrower the spacing between the transmit antennas, the larger the capacity of the downlink spatial division multiple access system, but the wider the spacing between the receive antennas, the higher the uplink diversity gain. In general, due to the antenna installation space constraints of the base station, both transmit and receive antennas are used, and the SLA antenna structure as shown in FIG. 1A may be used to simultaneously satisfy the two opposing conditions described above. In FIG. 1A, d T is preferably set to 0.5λ, that is, a length of half wavelength. In this case, the correlation matrix of the downlink channel of the receiver may be approximated as in Equation 3 below.

Figure 112008063331862-PAT00010
Figure 112008063331862-PAT00010

상기 <수학식 3>에서, 상기

Figure 112008063331862-PAT00011
는 수신단k의 상관 행렬, 상기
Figure 112008063331862-PAT00012
는 수신단k의 상관 행렬의 상관 계수, 상기
Figure 112008063331862-PAT00013
는 수신단k의 상관 행렬의 위상을 의미한다.In Equation 3,
Figure 112008063331862-PAT00011
Is the correlation matrix of the receiving end k,
Figure 112008063331862-PAT00012
Is the correlation coefficient of the correlation matrix of the receiving end k,
Figure 112008063331862-PAT00013
Denotes the phase of the correlation matrix of the receiving end k.

상기 <수학식 3>의 상관 행렬을 살펴보면, (1,3), (1,4), (2,3), (2,4), (3,1), (3,2), (4,1), (4,2) 위치의 원소들은 0이고, (1,2), (2,1) (3,4), (4,3) 위치의 원소는 상관 계수

Figure 112008063331862-PAT00014
및 위상
Figure 112008063331862-PAT00015
로 표현된다. 이는 인접한 안테나인 안테나 1과 안테나 2간, 그리고 안테나 3과 안테나 4간에만 상관도가 존재하고, 인접하지 않은 안테나인 안테나1과 안테나3, 안테나 1과 안테나 4, 안테나 2와 안테나 3, 안테나 2와 안테나 4 간의 상관도가 존재하지 않음을 의미한다. 따라서, 수신단은 상기 상관 계수
Figure 112008063331862-PAT00016
및 상기 위상
Figure 112008063331862-PAT00017
만을 피드백함으로써, 송신단으로 상관 행렬을 알릴 수 있다.Looking at the correlation matrix of Equation 3, (1,3), (1,4), (2,3), (2,4), (3,1), (3,2), (4 The elements at positions (1) and (4,2) are 0, and the elements at positions (1,2) and (2,1) (3,4) and (4,3) are correlation coefficients.
Figure 112008063331862-PAT00014
And phase
Figure 112008063331862-PAT00015
It is expressed as The correlation exists only between antenna 1 and antenna 2, which are adjacent antennas, and between antenna 3 and antenna 4, and antennas 1 and 3, antenna 1 and antenna 4, antenna 2 and antenna 3, and antenna 2 that are not adjacent antennas. Means that there is no correlation between and antenna 4. Therefore, the receiving end is the correlation coefficient
Figure 112008063331862-PAT00016
And the phase
Figure 112008063331862-PAT00017
By feeding back only, the correlation matrix can be informed to the transmitting end.

인접하는 2개의 안테나들의 간격이 좁은 경우, 상기 상관 계수

Figure 112008063331862-PAT00018
는 각 확산(angular spread)가 크더라도 약 0.97 정도의 큰 값을 갖기 때문에, 수신단은 각 링크에서 상기 상관 계수
Figure 112008063331862-PAT00019
를 피드백하지 않아도 된다. 그리고, 상기 위상
Figure 112008063331862-PAT00020
는 0 내지 2π의 범위에서 균일한 분포를 가진다. 따라서, 수신단 및 송신단은 0 내지 2π의 범위의 값들을 균일하게 양자화한 2N개의 값들로 구성된 위상 코드북을 정의하고, 수신단은 상기 위상 코드북 내의 위상 값들을 나타내는 N비트의 인덱스를 이용하여 상기 위상
Figure 112008063331862-PAT00021
를 알린다.The correlation coefficient when the distance between two adjacent antennas is narrow
Figure 112008063331862-PAT00018
Since the angular spread has a large value of about 0.97 even though the angular spread is large, the receiving end has the correlation coefficient at each link.
Figure 112008063331862-PAT00019
You do not have to feed back. And the phase
Figure 112008063331862-PAT00020
Has a uniform distribution in the range of 0 to 2π. Accordingly, the receiving end and the transmitting end define a phase codebook consisting of 2 N values of uniformly quantized values in the range of 0 to 2π, and the receiving end uses the N-bit index representing the phase values in the phase codebook.
Figure 112008063331862-PAT00021
Inform.

정리하면, 상기 SLA 안테나 구조의 경우, 수신단은 상관 행렬을 구성하는 위상

Figure 112008063331862-PAT00022
를 N 비트의 롱텀(long-term) 정보로서 피드백하고, 송신단은 피드백된 위상
Figure 112008063331862-PAT00023
를 이용하여 상관 행렬을 구성한 후, 코드북을 컬러링할 수 있다.In summary, in the case of the SLA antenna structure, the receiving end is a phase constituting a correlation matrix
Figure 112008063331862-PAT00022
Is fed back as N bits of long-term information, and the transmitting end is fed back.
Figure 112008063331862-PAT00023
After constructing the correlation matrix by using the codebook can be colored.

다음으로, 상기 ULA 안테나 구조의 경우를 설명하면 다음과 같다.Next, the case of the ULA antenna structure will be described.

상기 ULA 안테나 구조는 복수의 안테나들이 등 간격으로 배치된 구조로서, 본 발명의 일 실시예에서는 도 1b에 도시된 바와 같이 4개의 송신 안테나들은 균일한 간격으로 배치된 경우를 고려한다.The ULA antenna structure is a structure in which a plurality of antennas are arranged at equal intervals, and according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1B, four transmitting antennas are arranged at uniform intervals.

상향링크 CSM(Cooperative Spatial Multiplexing)과 같은 상향링크 빔 성형에 기반한 공간분할 다중접속 기술을 사용하는 경우, 송수신 배열 안테나의 안테나 간격이 좁을수록 성능이 우수하다. 따라서, 상기 도 1b와 같은 ULA 안테나 구조가 사용된다. 예를 들어, 0.5λ의 균일한 간격을 가지는 ULA 안테나 구조를 사용하는 경우, 수신단의 하향링크 채널의 상관 행렬은 하기 <수학식 4>과 같이 표현된다.In the case of using a spatial division multiple access technique based on uplink beamforming such as uplink cospatial multiplexing (CSM), the narrower the antenna spacing of the transmit / receive array antenna, the better the performance. Therefore, the ULA antenna structure as shown in FIG. 1B is used. For example, when using a ULA antenna structure having a uniform interval of 0.5λ, the correlation matrix of the downlink channel of the receiver is expressed by Equation 4 below.

Figure 112008063331862-PAT00024
Figure 112008063331862-PAT00024

상기 <수학식 3>에서, 상기

Figure 112008063331862-PAT00025
는 수신단k의 상관 행렬, 상기
Figure 112008063331862-PAT00026
는 m의 안테나 인덱스 차이를 갖는 두 송신 안테나들에 대한 수신단k의 상관 계수, 상기
Figure 112008063331862-PAT00027
는 수신단k의 상관 행렬의 위상을 의미한다.In Equation 3,
Figure 112008063331862-PAT00025
Is the correlation matrix of the receiving end k,
Figure 112008063331862-PAT00026
Is a correlation coefficient of the receiving end k for two transmitting antennas having an antenna index difference of m,
Figure 112008063331862-PAT00027
Denotes the phase of the correlation matrix of the receiving end k.

상기 <수학식 4>의 상관 행렬을 살펴보면, 각 안테나들은 다른 모든 안테나들과 상관관계를 갖는다. 따라서, 수신단은 상관 행렬 정보로서 상기 상관 계수

Figure 112008063331862-PAT00028
,
Figure 112008063331862-PAT00029
,
Figure 112008063331862-PAT00030
및 위상
Figure 112008063331862-PAT00031
를 송신단으로 피드백해야 한다.Looking at the correlation matrix of Equation 4, each antenna has a correlation with all other antennas. Accordingly, the receiver may use the correlation coefficient as correlation matrix information.
Figure 112008063331862-PAT00028
,
Figure 112008063331862-PAT00029
,
Figure 112008063331862-PAT00030
And phase
Figure 112008063331862-PAT00031
Should be fed back to the transmitter.

상기 위상

Figure 112008063331862-PAT00032
는 0 내지 2π의 범위에서 균일한 분포를 가진다. 따라서, 수신단 및 송신단은 0 내지 2π의 범위의 값들을 균일하게 양자화한 2N개의 값들로 구성된 위상 코드북을 정의하고, 수신단은 상기 위상 코드북 내의 위상 값들을 나타내는 N비트의 인덱스를 이용하여 상기 위상
Figure 112008063331862-PAT00033
를 알린다. The phase
Figure 112008063331862-PAT00032
Has a uniform distribution in the range of 0 to 2π. Accordingly, the receiving end and the transmitting end define a phase codebook consisting of 2 N values of uniformly quantized values in the range of 0 to 2π, and the receiving end uses the N-bit index representing the phase values in the phase codebook.
Figure 112008063331862-PAT00033
Inform.

한편, 상기 상관 계수

Figure 112008063331862-PAT00034
,
Figure 112008063331862-PAT00035
Figure 112008063331862-PAT00036
는 각 행 또는 각 열에서 순환적으로 반복되므로, 일부의 행 또는 열의 상관 계수들의 크기만이 근사되어 피드백된 다. 상관 행렬의 첫 번째 행 또는 첫 번째 열의 근사화된 상관 계수들은 1,
Figure 112008063331862-PAT00037
,
Figure 112008063331862-PAT00038
Figure 112008063331862-PAT00039
이다. 상기 상관 계수들 간 위치 차이는 안테나들 간 간격에 비례하므로, 상기 상관 계수들은 1에서 시작하여 점차 감소되는 경향을 보인다. 따라서, 상기 상관 계수들은 하기 <수학식 5>와 같은 2차 함수로 모델링될 수 있다.Meanwhile, the correlation coefficient
Figure 112008063331862-PAT00034
,
Figure 112008063331862-PAT00035
And
Figure 112008063331862-PAT00036
Since is repeated cyclically in each row or each column, only the magnitudes of the correlation coefficients of some rows or columns are approximated and fed back. Approximated correlation coefficients of the first row or first column of the correlation matrix are 1,
Figure 112008063331862-PAT00037
,
Figure 112008063331862-PAT00038
And
Figure 112008063331862-PAT00039
to be. Since the position difference between the correlation coefficients is proportional to the spacing between the antennas, the correlation coefficients tend to decrease gradually starting at one. Therefore, the correlation coefficients may be modeled as a quadratic function as shown in Equation 5 below.

Figure 112008063331862-PAT00040
Figure 112008063331862-PAT00040

상기 <수학식 5>에서, 상기

Figure 112008063331862-PAT00041
은 수신단k의 상관 행렬의 근사화된 m번째 상관 계수, 상기
Figure 112008063331862-PAT00042
는 근사화된 이차항 계수, 상기
Figure 112008063331862-PAT00043
은 안테나 인덱스를 의미한다.In Equation 5,
Figure 112008063331862-PAT00041
Is an approximated m th correlation coefficient of the correlation matrix of the receiving end k,
Figure 112008063331862-PAT00042
Is an approximated quadratic coefficient,
Figure 112008063331862-PAT00043
Means antenna index.

상기 <수학식 5>의 2차 함수를 살펴보면, 이차항 계수

Figure 112008063331862-PAT00044
만이 결정되면, 송신단은 모든 상관 계수들을 결정할 수 있다. 따라서, 수신단 및 송신단은 2S개의
Figure 112008063331862-PAT00045
후보들을 정의하고, 수신단은 상관 행렬로부터 얻어진 상관 계수들 및 상기 2차 함수로부터 계산되는 상관 계수들 간 오차가 가장 적도록 상기 이차항 계수
Figure 112008063331862-PAT00046
후보들 중 하나를 선택하여 송신단으로 피드백한다. 이때, 상기 이차항 계수
Figure 112008063331862-PAT00047
는 S비트의 피드백 정보로 전송될 수 있다.Looking at the quadratic function of Equation 5, the quadratic coefficient
Figure 112008063331862-PAT00044
If only is determined, the transmitting end can determine all correlation coefficients. Therefore, the receiving end and the transmitting end have 2 S
Figure 112008063331862-PAT00045
Candidates are defined, and the receiving end selects the quadratic coefficient such that the error between the correlation coefficients obtained from the correlation matrix and the correlation coefficients calculated from the quadratic function is minimal.
Figure 112008063331862-PAT00046
One of the candidates is selected and fed back to the transmitter. In this case, the secondary term coefficient
Figure 112008063331862-PAT00047
May be transmitted as feedback information of S bits.

예를 들어, 상기 이차항 계수

Figure 112008063331862-PAT00048
의 후보들을 0.0111 내지 0.0426 내의 균일 한 8개의 값들로 설정한 경우. 상기 이차항 계수
Figure 112008063331862-PAT00049
의 변화에 따라 상기 <수학식 5>로부터 산출되는 상관 계수들의 변화는 도 2에 도시된 바와 같다. 상기 이차항 계수
Figure 112008063331862-PAT00050
의 선택은 하기 <수학식 6>과 같이 수행된다.For example, the quadratic coefficient
Figure 112008063331862-PAT00048
The candidates of are set to eight uniform values within 0.0111 to 0.0426. The secondary term coefficient
Figure 112008063331862-PAT00049
The change of correlation coefficients calculated from Equation 5 according to the change of Equation 5 is as shown in FIG. 2. The secondary term coefficient
Figure 112008063331862-PAT00050
Is selected as in Equation 6 below.

Figure 112008063331862-PAT00051
Figure 112008063331862-PAT00051

상기 <수학식 6>에서, 상기

Figure 112008063331862-PAT00052
는 근사화된 이차항 계수, 상기
Figure 112008063331862-PAT00053
는 이차항 계수, 상기
Figure 112008063331862-PAT00054
는 송신 안테나 개수, 상기
Figure 112008063331862-PAT00055
은 오차 함수, 상기
Figure 112008063331862-PAT00056
는 수신단k의 상관 행렬의 m번째 상관 계수, 상기
Figure 112008063331862-PAT00057
은 수신단k의 상관 행렬의 근사화된 m번째 상관 계수를 의미한다.In Equation 6,
Figure 112008063331862-PAT00052
Is an approximated quadratic coefficient,
Figure 112008063331862-PAT00053
Is the quadratic coefficient,
Figure 112008063331862-PAT00054
Is the number of transmit antennas, the
Figure 112008063331862-PAT00055
Is the error function,
Figure 112008063331862-PAT00056
Is the m th correlation coefficient of the correlation matrix of the receiving end k,
Figure 112008063331862-PAT00057
Denotes an approximate m th correlation coefficient of the correlation matrix of the receiving end k.

상기 <수학식 6>에서, 상기 오차 함수의 구체적인 형태는 다양한 방식으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 오차 함수는 하기 <수학식 7>과 같이 정의될 수 있다.In Equation 6, the specific shape of the error function may be defined in various ways. For example, the error function may be defined as in Equation 7 below.

Figure 112008063331862-PAT00058
Figure 112008063331862-PAT00058

상기 <수학식 7>에서, 상기

Figure 112008063331862-PAT00059
은 오차 함수를 의미한다.In Equation 7,
Figure 112008063331862-PAT00059
Is an error function.

정리하면, 상기 ULA 안테나 구조의 경우, 수신단은 상관 행렬을 구성하는 위 상

Figure 112008063331862-PAT00060
및 이차항 계수
Figure 112008063331862-PAT00061
각각을 N 비트와 S 비트의 롱텀 정보로서 피드백하고, 송신단은 피드백된 위상
Figure 112008063331862-PAT00062
를 이용하여 상관 행렬을 구성한 후, 코드북을 컬러링한다.In summary, in the case of the ULA antenna structure, the receiver is configured to construct a correlation matrix.
Figure 112008063331862-PAT00060
And quadratic coefficients
Figure 112008063331862-PAT00061
Feed back each as long-term information of N bits and S bits, and the transmitting end feeds back the phase
Figure 112008063331862-PAT00062
After constructing the correlation matrix by using the color codebook.

송신단은 빔 성형 및 공간분할 다중접속 시스템을 운용하는 채널 환경 및 무선 네트웍의 운용 목표에 따라 송신 배열 안테나 구조를 상기 SLA 또는 상기 ULA 중에 하나로 선택한다. 송신단이 상기 SLA 안테나 구조를 사용하는 경우, 수신단은 N 비트의 롱텀 정보만을 송신단으로 피드백하고, 송신단이 ULA 안테나 구조를 사용하는 경우, 수신단은 N 비트 및 S 비트의 롱텀 정보를 송신단으로 피드백한다. 즉, 송신단이 사용하는 송신 안테나의 배열 형태에 따라 피드백해야 하는 정보의 종류와 양이 달라질 수 있다. The transmitter selects one of the SLA and the ULA according to the channel environment for operating the beam shaping and the spatial division multiple access system and the operation target of the wireless network. When the transmitting end uses the SLA antenna structure, the receiving end feeds back only N bits of long term information to the transmitting end, and when the transmitting end uses ULA antenna structure, the receiving end feeds back the long term information of N bits and S bits to the transmitting end. That is, the type and amount of information to be fed back may vary according to the arrangement of the transmitting antenna used by the transmitting end.

이를 위해, 송신단 및 수신단 간 송신단의 송신 배열 안테나 배열 형태에 따라 피드백해야 할 정보의 형태 및 양을 협의하는 절차가 필요하다. 상기 절차는 수신단이 다른 송신단의 셀로 이동하는 핸드오프 시에서도 요구된다. 따라서, 빈번한 핸드오프가 발생하는 도심지 환경에서 상기 절차로 인한 성능 및 용량 저하가 유발될 수 있으므로, 본 발명에 따른 송신단 및 수신단은 상술한 바와 같은 절차의 수행 없이 사용 가능한 피드백 방식에 따른다. To this end, a procedure for negotiating the type and amount of information to be fed back according to the transmission array antenna arrangement of the transmitting end and the receiving end is necessary. This procedure is also required at the handoff when the receiving end moves to a cell of another transmitting end. Therefore, in the downtown environment where frequent handoffs occur, performance and capacity degradation may occur due to the above procedure. Accordingly, the transmitter and the receiver according to the present invention may use a feedback scheme that can be used without performing the above-described procedure.

상관행렬의 위상

Figure 112008063331862-PAT00063
에 대한 롱텀 피드백은 SLA 및 ULA에 공통적으로 요구되므로, 수신단은 상술한 바와 같이 N 비트의 롱텀 정보를 이용하여 피드백한다. 즉, 수신단은 0 내지 2π의 범위에서 균일하게 양자화된 2N개의 값들로 구성된 위상 코드북 내에서 위상
Figure 112008063331862-PAT00064
와 가장 비슷한 값
Figure 112008063331862-PAT00065
를 선택하고, 선택된
Figure 112008063331862-PAT00066
을 나타내는 N 비트의 인덱스를 롱텀 정보로서 피드백한다. Phase of correlation matrix
Figure 112008063331862-PAT00063
Since long term feedback for is commonly required for SLA and ULA, the receiver feeds back using N bits of long term information as described above. That is, the receiving end phase in a phase codebook consisting of 2 N values quantized uniformly in the range of 0 to 2π.
Figure 112008063331862-PAT00064
Most similar to
Figure 112008063331862-PAT00065
Select the selected
Figure 112008063331862-PAT00066
The N-bit index indicating the feedback signal is fed back as long term information.

반면, 송신 배열 안테나의 구조에 따라 상관 행렬의 상관 계수

Figure 112008063331862-PAT00067
를 나타내는 정보의 형태 및 양은 달라진다. 따라서, 본 발명은 송신단의 모든 안테나 구조들에 대한 상관 계수
Figure 112008063331862-PAT00068
를 나타내는 정보들을 하나의 통합 계수 코드북으로 구성한다. 예를 들어, 상기 SLA 안테나 구조 및 ULA 안테나 구조에 대한 통합 계수 코드북은 하기 <표 1>과 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, the correlation coefficient of the correlation matrix according to the structure of the transmission array antenna
Figure 112008063331862-PAT00067
The type and amount of information representing the different. Accordingly, the present invention provides a correlation coefficient for all antenna structures of the transmitting end.
Figure 112008063331862-PAT00068
Information representing a is composed of one integrated coefficient codebook. For example, an integrated coefficient codebook for the SLA antenna structure and the ULA antenna structure may be represented as shown in Table 1 below.

인덱스index 이차항 계수(

Figure 112008063331862-PAT00069
)Quadratic coefficient (
Figure 112008063331862-PAT00069
) ρk,1 ρ k, 1 ρk,2 ρ k, 2 ρk,3 ρ k, 3 1One 00 0.970.97 00 00 22 0.01110.0111 0.970.97 0.90.9 0.850.85 · · ·· · · · · ·· · · · · ·· · · · · ·· · · · · ·· · · 2S-12 S -1 0.03360.0336 0.950.95 0.850.85 0.650.65 2S 2 S 0.03810.0381 0.940.94 0.830.83 0.550.55

상기 <표 1>과 같은 통합 계수 코드북에서, 인덱스 1의 행은 SLA 안테나 구조를 위한 코드워드(codeword)이며, 인덱스 2 내지 인덱스 2S의 행들은 ULA 안테나 구조를 위한 코드워드들이다. In the integrated coefficient codebook as shown in Table 1, the row of index 1 is a codeword for the SLA antenna structure, and the rows of index 2 to index 2 S are codewords for the ULA antenna structure.

상기 <표 1>의 상기 통합 계수 코드북은 일 예로서, 피드백에 사용되는 인덱스, 이차항 계수 값, 상관 계수

Figure 112008063331862-PAT00070
의 값을 포함하지만, 피드백에 사용되는 인덱스 및 이차항 계수 값만을 포함하는 통합 계수 코드북도 가능하다.The integrated coefficient codebook of Table 1 is an example of an index, a quadratic coefficient value, and a correlation coefficient used for feedback.
Figure 112008063331862-PAT00070
An integrated coefficient codebook is also possible that includes the value of but includes only the index and quadratic coefficient values used for the feedback.

또한, 피드백에 사용되는 인덱스 및 상관 계수

Figure 112008063331862-PAT00071
의 값만을 포함하는 통합 계수 코드북도 사용될 수 있다. 이 경우, 수신단은 2S개의 코드워드들이 나타내는 근사화된 상관 계수
Figure 112008063331862-PAT00072
및 추정된 상관 계수
Figure 112008063331862-PAT00073
간 오차가 최소화되도록 하나의 코드워드를 선택한 후, 선택된 코드워드의 인덱스를 롱텀 정보로서 피드백한다. 또는, 인덱스 및 이차항 계수 값만으로 구성된 통합 계수 코드북이 사용되는 경우, 수신단은 상관 행렬로부터 상관 계수
Figure 112008063331862-PAT00074
를 나타내는 이차 함수의 이차항 계수
Figure 112008063331862-PAT00075
를 산출하고, 이차항 계수
Figure 112008063331862-PAT00076
와 가장 유사한
Figure 112008063331862-PAT00077
를 선택한 후, 선택된
Figure 112008063331862-PAT00078
의 인덱스를 롱텀 정보로서 피드백한다. 인덱스, 이차항 계수 값 및 상관 계수를 모두 포함하는 통합 계수 코드북이 사용되는 경우, 수신단은 상술한 방식들 중 하나에 따라 인덱스 선택한 후, 선택된 인덱스를 롱텀 정보로서 피드백한다.In addition, the index and correlation coefficient used for feedback
Figure 112008063331862-PAT00071
An integrated coefficient codebook containing only the value of may also be used. In this case, the receiving end approximates the correlation coefficients represented by the 2 S codewords.
Figure 112008063331862-PAT00072
And estimated correlation coefficient
Figure 112008063331862-PAT00073
After selecting one codeword to minimize the inter-error, the index of the selected codeword is fed back as long term information. Alternatively, when an integrated coefficient codebook consisting of only index and quadratic coefficient values is used, the receiver may determine the correlation coefficient from the correlation matrix.
Figure 112008063331862-PAT00074
Quadratic coefficient of the quadratic function
Figure 112008063331862-PAT00075
Yield the quadratic coefficient
Figure 112008063331862-PAT00076
Most similar to
Figure 112008063331862-PAT00077
Select, then select
Figure 112008063331862-PAT00078
The index of is fed back as long term information. When an integrated coefficient codebook including all indexes, quadratic coefficient values, and correlation coefficients is used, the receiving end selects an index according to one of the above-described schemes, and then feeds back the selected index as long term information.

이하 본 발명은 상술한 바와 같이 통신을 수행하는 수신단 및 송신단의 동작 절차 및 구성을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings the operation procedure and configuration of the receiving end and the transmitting end performing the communication as described above.

도 3a 및 도 3b은 본 발명의 실시예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 동작 절차를 도시하고 있다. 상기 도 3a 및 상기 도 3b 각각은 하나의 프레임 구간 동안의 수신단의 동작 절차를 도시하고 있다. 상기 도 3a는 산출된 상관 행렬을 직접 사용하여 벡터 코드북 인덱스를 선택하는 경우의 실시예를, 상기 도 3b는 양자화된 상관 행렬을 이용하여 벡터 코드북 인덱스를 선택하는 경우의 실시예를 도시하고 있다.3A and 3B illustrate an operation procedure of a receiver in a multiple input / output wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention. 3A and 3B illustrate an operation procedure of a receiving end during one frame period. FIG. 3A illustrates an example of selecting a vector codebook index using a calculated correlation matrix directly, and FIG. 3B illustrates an example of selecting a vector codebook index using a quantized correlation matrix.

먼저, 상기 도 3a를 참고하면, 상기 수신단은 301단계에서 하향링크 채널을 추정한다. 즉, 상기 수신단은 송신단으로부터 수신되는 파일럿 신호들을 이용하여 하향링크 채널을 추정한다. 이때, 상기 하향링크 채널은 {송신단의 송신 안테나 개수}×{수신단의 수신 안테나 개수} 크기의 행렬이다.First, referring to FIG. 3A, the receiver estimates a downlink channel in step 301. That is, the receiver estimates a downlink channel using pilot signals received from the transmitter. In this case, the downlink channel is a matrix having the size of {the number of transmitting antennas of the transmitting end} × {the number of receiving antennas of the receiving end}.

상기 하향링크 채널을 추정한 후, 상기 수신단은 303단계로 진행하여 상기 채널의 상관 행렬을 산출한다. 상기 상관 행렬은 송신단의 송신 안테나들 간 상관도를 나타내는 행렬로서, 평균화된 채널을 이용하여 산출된다. 여기서, 상기 평균화된 채널이란 시간축에서 평균화된 채널, 주파수축에서 평균화된 채널, 및, 시간축 및 주파수축에서 모두 평균화된 채널 중 하나이다. 예를 들어, 상기 수신단은 상기 <수학식 2>와 같이 상기 상관 행렬을 산출한다.After estimating the downlink channel, the receiver proceeds to step 303 to calculate a correlation matrix of the channel. The correlation matrix is a matrix representing correlation between transmission antennas of a transmitter and is calculated using an averaged channel. Here, the averaged channel is one of a channel averaged on the time axis, a channel averaged on the frequency axis, and a channel averaged on both the time axis and the frequency axis. For example, the receiver calculates the correlation matrix as shown in Equation 2.

상기 상관 행렬을 산출한 후, 상기 수신단은 305단계로 진행하여 롱텀 정보를 피드백할 시점인지 판단한다. 상기 롱텀 정보는 상기 상관 행렬을 의미하며, 약속된 간격에 따라 주기적으로 송신되거나 또는 상관 행렬의 변화량이 클 때 송신된다. 만일, 상기 롱텀 정보가 주기적으로 송신되는 경우, 상기 롱텀 정보의 송신 간격은 상기 숏텀 정보의 송신 간격보다 길며, 예를 들어, 수백 프레임을 주기로 송신된다.After calculating the correlation matrix, the receiver proceeds to step 305 and determines whether it is time to feed back the long term information. The long term information refers to the correlation matrix, and is periodically transmitted at a predetermined interval or when a change amount of the correlation matrix is large. If the long term information is transmitted periodically, the transmission interval of the long term information is longer than the transmission interval of the short term information, for example, several hundred frames are transmitted.

상기 롱텀 정보를 피드백할 시점이면, 상기 수신단은 307단계로 진행하여 상기 상관 행렬의 상관 계수 및 위상을 추출한다. 여기서, 상기 상관 계수는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 다시 말해, 상기 수신단은 상기 상관 행렬의 원소들을 구성하는 최소의 요소들을 추출한다. 예를 들어, 송신단이 상기 도 1a와 같은 SLA 안테나 구조를 가지는 경우, 상기 수신단은 하나의 상관 계수 및 하나의 위상을 추출한다. 반면, 송신단이 상기 도 1b와 같은 ULA 안테나 구조를 가지는 경우, 상기 수신단은 3개의 상관 계수들 및 하나의 위상을 추출한다.If it is time to feed back the long term information, the receiver proceeds to step 307 to extract the correlation coefficient and phase of the correlation matrix. Here, the correlation coefficient may be one or two or more. In other words, the receiver extracts the minimum elements constituting the elements of the correlation matrix. For example, when the transmitting end has the SLA antenna structure as shown in FIG. 1A, the receiving end extracts one correlation coefficient and one phase. On the other hand, when the transmitter has the ULA antenna structure as shown in FIG. 1B, the receiver extracts three correlation coefficients and one phase.

상기 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 추출한 후, 상기 수신단은 309단계로 진행하여 계수 코드북 인덱스 및 위상 코드북 인덱스를 선택한다. 다시 말해, 상기 수신단은 상기 통합 계수 코드북 내의 상관 계수 코드워드들 중 추출된 상관 계수와 대응되는 이차항 계수 인덱스를 선택하고, 상기 위상 코드북 내의 위상 값들 중 추출된 위상과 가장 유사한 위상 값의 위상 인덱스를 선택한다. 이때, 상기 통합 계수 코드북이 인덱스 및 상관 계수 값을 포함하는 경우, 상기 수신단은 코드워드들이 나타내는 근사화된 상관 계수 및 추정된 상관 계수 간 오차가 최소화되도록 하나의 코드워드를 검색한 후, 선택된 코드워드의 인덱스를 선택한다. 또는, 상기 통합 계수 코드북이 인덱스 및 이차항 계수 값을 포함하는 경우, 상기 수신단은 상관 행렬에서 추출된 상관 계수를 나타내는 이차 함수의 이차항 계수를 산출하고, 상기 통합 계수 코드북에서 상기 이차항 계수와 가장 유사한 값의 인덱스를 선택한다.After extracting the at least one correlation coefficient and phase, the receiver proceeds to step 309 to select a coefficient codebook index and a phase codebook index. In other words, the receiving end selects a quadratic coefficient index corresponding to the extracted correlation coefficient among the correlation coefficient codewords in the integrated coefficient codebook, and phase index of the phase value most similar to the extracted phase among the phase values in the phase codebook. Select. In this case, when the integrated coefficient codebook includes an index and a correlation coefficient value, the receiving end searches for one codeword to minimize an error between the approximated correlation coefficient and the estimated correlation coefficient represented by the codewords, and then selects the selected codeword. Select the index of. Alternatively, when the integrated coefficient codebook includes an index and a quadratic coefficient value, the receiving end calculates a quadratic coefficient of a quadratic function representing a correlation coefficient extracted from a correlation matrix, and the quadratic coefficient and the quadratic coefficient in the integrated coefficient codebook. Select the index of the most similar value.

이어, 상기 수신단은 311단계로 진행하여 상기 계수 코드북 인덱스 및 상기 위상 코드북 인덱스를 피드백한다. 즉, 상기 수신단은 롱텀 정보를 피드백한다. 이때, 상기 롱텀 정보는 미리 정해진 물리적 피드백 채널을 통해 피드백되거나, 또는, MAC 관리 메시지(Media Access Control management message)의 형태로 피드백된다. 상기 물리적 피드백 채널이 사용되는 경우, 상기 수신단은 롱텀 정보의 내용에 대응되는 물리 신호를 생성하고, 상기 물리 신호를 상기 피드백 채널을 통해 송신한다. 반면, 상기 MAC 관리 메시지가 사용되는 경우, 상기 수신단은 상기 롱텀 정보의 내용을 포함하는 MAC 관리 메시지를 구성하고, 부호화 및 변조를 수행한 후, 상기 MAC 관리 메시지를 송신한다.In operation 311, the receiving end feeds back the coefficient codebook index and the phase codebook index. That is, the receiver feeds back the long term information. In this case, the long term information is fed back through a predetermined physical feedback channel, or fed back in the form of a media access control management message. When the physical feedback channel is used, the receiving end generates a physical signal corresponding to the content of the long term information and transmits the physical signal through the feedback channel. On the other hand, when the MAC management message is used, the receiving end configures a MAC management message including the content of the long term information, performs encoding and modulation, and then transmits the MAC management message.

이어, 상기 수신단은 313단계로 진행하여 숏텀 정보를 피드백할 시점인지 판단한다. 상기 숏텀 정보는 상기 벡터 코드북 인덱스를 의미하며, 약속된 간격에 따라 주기적으로 송신된다. 예를 들어, 상기 숏텀 정보는 하나의 프레임을 주기로 송신될 수 있다.In operation 313, the receiver determines whether it is time to feed back the short term information. The short term information means the vector codebook index and is periodically transmitted at a predetermined interval. For example, the short term information may be transmitted every one frame.

상기 숏텀 정보를 피드백할 시점이면, 상기 수신단은 315단계로 진행하여 벡터 코드북 인덱스를 선택한다. 다시 말해, 상기 수신단은 벡터 코드북에 포함된 가중치 벡터들 중 자신으로의 송신 신호를 빔 성형하기 위해 사용될 가중치 벡터의 인덱스를 선택한다. 상세히 설명하면, 상기 수신단은 상기 301단계에서 추정된 채널을 하기 <수학식 8>과 같이 상기 상관 행렬의 제곱근의 역수 및 상기 채널의 곱을 산출한 후, 상기 곱의 결과와 가장 유사한 가중치 벡터를 선택한다.If it is time to feed back the short term information, the receiver proceeds to step 315 to select a vector codebook index. In other words, the receiving end selects an index of a weight vector to be used for beam shaping a transmission signal to itself among weight vectors included in a vector codebook. In detail, the receiver calculates the inverse of the square root of the correlation matrix and the product of the channel as shown in Equation 8 below, and selects a weight vector most similar to the result of the product. do.

Figure 112008063331862-PAT00079
Figure 112008063331862-PAT00079

상기 <수학식 8>에서, 상기

Figure 112008063331862-PAT00080
는 하향링크 채널, 상기
Figure 112008063331862-PAT00081
는 상관 행렬을 의미한다.In Equation 8,
Figure 112008063331862-PAT00080
Is a downlink channel,
Figure 112008063331862-PAT00081
Denotes a correlation matrix.

상기 벡터 코드북 인덱스를 선택한 후, 상기 수신단은 317단계로 진행하여 상기 벡터 코드북 인덱스를 피드백한다. 이때, 상기 벡터 코드북 인덱스는 미리 정해진 물리적 피드백 채널을 통해 피드백되거나, 또는, MAC 관리 메시지의 형태로 피드백된다. 상기 물리적 피드백 채널이 사용되는 경우, 상기 수신단은 상기 벡터 코드북 인덱스에 대응되는 물리 신호를 생성하고, 상기 물리 신호를 상기 피드백 채널을 통해 송신한다. 반면, 상기 MAC 관리 메시지가 사용되는 경우, 상기 수신단은 상기 벡터 코드북 인덱스를 포함하는 MAC 관리 메시지를 구성하고, 부호화 및 변조를 수행한 후, 상기 MAC 관리 메시지를 송신한다.After selecting the vector codebook index, the receiver proceeds to step 317 to feed back the vector codebook index. In this case, the vector codebook index is fed back through a predetermined physical feedback channel or in the form of a MAC management message. When the physical feedback channel is used, the receiving end generates a physical signal corresponding to the vector codebook index and transmits the physical signal through the feedback channel. On the other hand, when the MAC management message is used, the receiving end constructs a MAC management message including the vector codebook index, performs encoding and modulation, and then transmits the MAC management message.

다음으로, 상기 도 3b를 참고하면, 상기 수신단은 351단계에서 하향링크 채널을 추정한다. 즉, 상기 수신단은 송신단으로부터 수신되는 파일럿 신호들을 이용하여 하향링크 채널을 추정한다. 이때, 상기 하향링크 채널은 {송신단의 송신 안테나 개수}×{수신단의 수신 안테나 개수} 크기의 행렬이다.Next, referring to FIG. 3B, the receiver estimates a downlink channel in step 351. That is, the receiver estimates a downlink channel using pilot signals received from the transmitter. In this case, the downlink channel is a matrix having the size of {the number of transmitting antennas of the transmitting end} × {the number of receiving antennas of the receiving end}.

상기 하향링크 채널을 추정한 후, 상기 수신단은 353단계로 진행하여 상기 채널의 상관 행렬을 산출하고, 이전에 산출되었던 상관 행렬을 업데이트한다. 즉, 상기 상관 행렬은 롱텀 정보의 피드백 간격 동안 지속적으로 평균화되므로, 상기 수신단은 매번 채널 추정시마다 상관 행렬을 산출하고, 새로이 산출된 상관 행렬을 이용하여 이전 산출된 상관 행렬을 업데이트한다. After estimating the downlink channel, the receiver proceeds to step 353 to calculate a correlation matrix of the channel and updates the correlation matrix previously calculated. That is, since the correlation matrix is continuously averaged during the feedback interval of the long term information, the receiver calculates a correlation matrix for each channel estimation and updates the previously calculated correlation matrix by using the newly calculated correlation matrix.

상기 상관 행렬을 산출한 후, 상기 수신단은 355단계로 진행하여 롱텀 정보를 피드백할 시점인지 판단한다. 상기 롱텀 정보는 상기 상관 행렬을 의미하며, 약속된 간격에 따라 주기적으로 송신되거나 또는 상관 행렬의 변화량이 클 때 송신된다. 만일, 상기 롱텀 정보가 주기적으로 송신되는 경우, 상기 롱텀 정보의 송신 간격은 상기 숏텀 정보의 송신 간격보다 길며, 예를 들어, 수백 프레임을 주기로 송신된다.After calculating the correlation matrix, the receiver proceeds to step 355 and determines whether it is time to feed back the long term information. The long term information refers to the correlation matrix, and is periodically transmitted at a predetermined interval or when a change amount of the correlation matrix is large. If the long term information is transmitted periodically, the transmission interval of the long term information is longer than the transmission interval of the short term information, for example, several hundred frames are transmitted.

상기 롱텀 정보를 피드백할 시점이면, 상기 수신단은 357단계로 진행하여 상기 상관 행렬의 상관 계수 및 위상을 추출한다. 여기서, 상기 상관 계수는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 다시 말해, 상기 수신단은 상기 상관 행렬의 원소들을 구성하는 최소의 요소들을 추출한다. 예를 들어, 송신단이 상기 도 1a와 같은 SLA 안테나 구조를 가지는 경우, 상기 수신단은 하나의 상관 계수 및 하나의 위상을 추출한다. 반면, 송신단이 상기 도 1b와 같은 ULA 안테나 구조를 가지는 경우, 상기 수신단은 3개의 상관 계수들 및 하나의 위상을 추출한다.If it is time to feed back the long term information, the receiver proceeds to step 357 to extract the correlation coefficient and phase of the correlation matrix. Here, the correlation coefficient may be one or two or more. In other words, the receiver extracts the minimum elements constituting the elements of the correlation matrix. For example, when the transmitting end has the SLA antenna structure as shown in FIG. 1A, the receiving end extracts one correlation coefficient and one phase. On the other hand, when the transmitter has the ULA antenna structure as shown in FIG. 1B, the receiver extracts three correlation coefficients and one phase.

상기 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 추출한 후, 상기 수신단은 359단계로 진행하여 계수 코드북 인덱스 및 위상 코드북 인덱스를 선택한다. 다시 말해, 상기 수신단은 상기 통합 계수 코드북 내의 상관 계수 코드워드들 중 추출된 상관 계수와 대응되는 이차항 계수 인덱스를 선택하고, 상기 위상 코드북 내의 위상 값 들 중 추출된 위상과 가장 유사한 위상 값의 위상 인덱스를 선택한다. 이때, 상기 통합 계수 코드북이 인덱스 및 상관 계수 값을 포함하는 경우, 상기 수신단은 코드워드들이 나타내는 근사화된 상관 계수 및 추정된 상관 계수 간 오차가 최소화되도록 하나의 코드워드를 검색한 후, 선택된 코드워드의 인덱스를 선택한다. 또는, 상기 통합 계수 코드북이 인덱스 및 이차항 계수 값을 포함하는 경우, 상기 수신단은 상관 행렬에서 추출된 상관 계수를 나타내는 이차 함수의 이차항 계수를 산출하고, 상기 통합 계수 코드북에서 상기 이차항 계수와 가장 유사한 값의 인덱스를 선택한다.After extracting the at least one correlation coefficient and phase, the receiver proceeds to step 359 to select a coefficient codebook index and a phase codebook index. In other words, the receiver selects a quadratic coefficient index corresponding to the extracted correlation coefficient among the correlation coefficient codewords in the integrated coefficient codebook, and phase of the phase value most similar to the extracted phase among the phase values in the phase codebook. Select an index. In this case, when the integrated coefficient codebook includes an index and a correlation coefficient value, the receiving end searches for one codeword to minimize an error between the approximated correlation coefficient and the estimated correlation coefficient represented by the codewords, and then selects the selected codeword. Select the index of. Alternatively, when the integrated coefficient codebook includes an index and a quadratic coefficient value, the receiving end calculates a quadratic coefficient of a quadratic function representing a correlation coefficient extracted from a correlation matrix, and the quadratic coefficient and the quadratic coefficient in the integrated coefficient codebook. Select the index of the most similar value.

이어, 상기 수신단은 361단계로 진행하여 상기 계수 코드북 인덱스 및 상기 위상 코드북 인덱스를 피드백한다. 즉, 상기 수신단은 롱텀 정보를 피드백한다. 이때, 상기 롱텀 정보는 미리 정해진 물리적 피드백 채널을 통해 피드백되거나, 또는, MAC 관리 메시지의 형태로 피드백된다. 상기 물리적 피드백 채널이 사용되는 경우, 상기 수신단은 롱텀 정보의 내용에 대응되는 물리 신호를 생성하고, 상기 물리 신호를 상기 피드백 채널을 통해 송신한다. 반면, 상기 MAC 관리 메시지가 사용되는 경우, 상기 수신단은 상기 롱텀 정보의 내용을 포함하는 MAC 관리 메시지를 구성하고, 부호화 및 변조를 수행한 후, 상기 MAC 관리 메시지를 송신한다.In operation 361, the receiving end feeds back the coefficient codebook index and the phase codebook index. That is, the receiver feeds back the long term information. In this case, the long term information is fed back through a predetermined physical feedback channel or in the form of a MAC management message. When the physical feedback channel is used, the receiving end generates a physical signal corresponding to the content of the long term information and transmits the physical signal through the feedback channel. On the other hand, when the MAC management message is used, the receiving end configures a MAC management message including the content of the long term information, performs encoding and modulation, and then transmits the MAC management message.

상기 롱텀 정보를 피드백한 후, 상기 수신단은 363단계로 진행하여 상기 계수 코드북 인덱스 및 상기 위상 코드북 인덱스를 이용하여 양자화된 상관 행렬을 생성한 후, 상기 양자화된 상관 행렬을 업데이트한다. 상기 계수 코드북 인덱스 및 상기 위상 코드북 인덱스가 정확한 상관 계수 및 정확인 위상을 나타낼 수 없기 때 문에, 송신단에서 상기 롱텀 정보를 이용하여 복원되는 상관 행렬은 상기 353단계에서 산출 및 업데이트된 상관 행렬과 동일하지 않다. 따라서, 상기 수신단의 가중치 벡터 선택 시 상기 송신단에서 복원되는 상관 행렬과 동일한 상관 행렬을 이용하기 위해, 상기 수신단은 상기 계수 코드북 인덱스 및 상기 위상 코드북 인덱스를 이용하여 양자화된 상관 행렬을 생성한다. 그리고, 상기 수신단은 새로이 생성된 양자화된 상관 행렬을 이용하여 이전에 생성된 양자화된 상관 행렬을 업데이트한다. 이로 인해, 다음 롱텀 정보 피드백 시점까지, 상기 수신단은 상기 양자화된 상관 행렬을 이용하여 가중치 벡터를 선택하게 된다.ㅇAfter feeding back the long term information, the receiver proceeds to step 363 to generate a quantized correlation matrix using the coefficient codebook index and the phase codebook index, and then updates the quantized correlation matrix. Since the coefficient codebook index and the phase codebook index cannot represent an accurate correlation coefficient and an accurate phase, the correlation matrix reconstructed using the long term information at the transmitting end is the same as the correlation matrix calculated and updated in step 353. Not. Accordingly, the receiver generates a quantized correlation matrix using the coefficient codebook index and the phase codebook index to use the same correlation matrix as the correlation matrix reconstructed by the transmitter in selecting the weight vector of the receiver. The receiver updates the previously generated quantized correlation matrix using the newly generated quantized correlation matrix. Accordingly, until the next long term information feedback point, the receiver selects a weight vector using the quantized correlation matrix.

이어, 상기 수신단은 365단계로 진행하여 숏텀 정보를 피드백할 시점인지 판단한다. 상기 숏텀 정보는 상기 벡터 코드북 인덱스를 의미하며, 약속된 간격에 따라 주기적으로 송신된다. 예를 들어, 상기 숏텀 정보는 하나의 프레임을 주기로 송신될 수 있다.In operation 365, the receiver determines whether it is time to feed back the short term information. The short term information means the vector codebook index and is periodically transmitted at a predetermined interval. For example, the short term information may be transmitted every one frame.

상기 숏텀 정보를 피드백할 시점이면, 상기 수신단은 367단계로 진행하여 벡터 코드북 인덱스를 선택한다. 다시 말해, 상기 수신단은 벡터 코드북에 포함된 가중치 벡터들 중 자신으로의 송신 신호를 빔 성형하기 위해 사용될 가중치 벡터의 인덱스를 선택한다. 이때, 상기 수신단은 상기 351단계에서 추정된 채널 및 상기 363단계에서 생성된 양자화된 상관 행렬을 이용한다. 상세히 설명하면, 상기 수신단은 상기 351단계에서 추정된 채널을 상기 양자화된 상관 행렬의 제곱근의 역수 및 상기 채널의 곱을 산출한 후, 상기 곱의 결과와 가장 유사한 가중치 벡터를 선택한다.If it is time to feed back the short term information, the receiver proceeds to step 367 to select a vector codebook index. In other words, the receiving end selects an index of a weight vector to be used for beam shaping a transmission signal to itself among weight vectors included in a vector codebook. In this case, the receiver uses the channel estimated in step 351 and the quantized correlation matrix generated in step 363. In detail, the receiver calculates the inverse of the square root of the quantized correlation matrix and the product of the channels, and selects the weight vector most similar to the result of the product.

상기 벡터 코드북 인덱스를 선택한 후, 상기 수신단은 369단계로 진행하여 상기 벡터 코드북 인덱스를 피드백한다. 이때, 상기 벡터 코드북 인덱스는 미리 정해진 물리적 피드백 채널을 통해 피드백되거나, 또는, MAC 관리 메시지의 형태로 피드백된다. 상기 물리적 피드백 채널이 사용되는 경우, 상기 수신단은 상기 벡터 코드북 인덱스에 대응되는 물리 신호를 생성하고, 상기 물리 신호를 상기 피드백 채널을 통해 송신한다. 반면, 상기 MAC 관리 메시지가 사용되는 경우, 상기 수신단은 상기 벡터 코드북 인덱스를 포함하는 MAC 관리 메시지를 구성하고, 부호화 및 변조를 수행한 후, 상기 MAC 관리 메시지를 송신한다.After selecting the vector codebook index, the receiver proceeds to step 369 to feed back the vector codebook index. In this case, the vector codebook index is fed back through a predetermined physical feedback channel or in the form of a MAC management message. When the physical feedback channel is used, the receiving end generates a physical signal corresponding to the vector codebook index and transmits the physical signal through the feedback channel. On the other hand, when the MAC management message is used, the receiving end constructs a MAC management message including the vector codebook index, performs encoding and modulation, and then transmits the MAC management message.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 동작 절차를 도시하고 있다. 상기 도 4는 하나의 프레임 구간 동안의 송신단의 동작 절차를 도시하고 있다. 또한, 상기 도 4는 하나의 수신단에 대한 동작 절차만을 도시하고 있으며, 다수의 수신단들과 동시에 통신을 수행하는 경우, 상기 도 4에 도시된 절차가 상기 다수의 수신단들의 개수만큼 독립적으로 수행된다.4 is a flowchart illustrating an operation procedure of a transmitter in a multiple input / output wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention. 4 illustrates an operation procedure of a transmitter during one frame period. 4 illustrates only an operation procedure for one receiver, and when communicating with multiple receivers at the same time, the procedure shown in FIG. 4 is independently performed by the number of receivers.

상기 도 4를 참고하면, 상기 송신단은 401단계에서 수신단으로부터 롱텀 정보가 수신되는지 확인한다. 상기 롱텀 정보는 상기 수신단의 상관 행렬을 나타내는 상기 계수 코드북 인덱스 및 상기 위상 코드북 인덱스를 포함하며, 약속된 간격에 따라 주기적으로 송신되거나 또는 상기 수신단의 판단에 의해 송신된다. 예를 들어, 상기 롱텀 정보는 수백 프레임을 주기로 송신된다. 이때, 상기 롱텀 정보는 미리 정해진 물리적 피드백 채널을 통해 수신되거나, 또는, MAC 관리 메시지의 형태 로 수신된다.Referring to FIG. 4, the transmitter determines whether long term information is received from the receiver in step 401. The long term information includes the coefficient codebook index and the phase codebook index representing the correlation matrix of the receiver, and is periodically transmitted at a predetermined interval or transmitted by the receiver. For example, the long term information is transmitted every few hundred frames. In this case, the long term information is received through a predetermined physical feedback channel or in the form of a MAC management message.

상기 롱텀 정보가 수신되면, 상기 송신단은 403단계로 진행하여 상기 롱텀 정보, 즉, 상기 계수 코드북 인덱스 및 상기 위상 코드북 인덱스를 이용하여 상기 수신단의 상관 행렬을 복원한다. 상세히 설명하면, 상기 송신단은 상기 계수 코드북 인덱스를 통해 적어도 하나의 상관 계수 값을 결정하고, 상기 위상 코드북 인덱스를 이용하여 위상 값을 결정한다. 그리고, 상기 송신단은 상기 적어도 하나의 상관 계수 값 및 상기 위상 값을 조합함으로써 상기 상관 행렬의 원소들을 복원하고, 상기 원소들을 상기 상관 행렬의 형태에 따라 배치함으로써 상기 상관 행렬을 복원한다. 이때, 상기 상관 행렬의 형태는 송신단의 송신 배열 안테나 구조에 따라 달라진다. 예를 들어, SLA 안테나 구조의 경우, 상기 상관 행렬은 상기 <수학식 3>과 같은 형태를 가지고, ULA 안테나 구조의 경우, 상기 상관 행렬은 상기 <수학식 4>와 같은 형태를 가진다. 여기서, 상기 적어도 하나의 상관 계수 값의 확인 과정은 상기 송신단이 가진 통합 계수 코드북의 형태에 따라 달라진다. 예를 들어, 상기 통합 계수 코드북이 인덱스 및 상관 계수 값을 포함하는 경우, 상기 송신단은 상기 계수 코드북 인덱스에 대응되는 코드워드에 포함된 상관 계수 값들을 확인한다. 반면, 상기 통합 계수 코드북이 인덱스 및 이차항 계수 값을 포함하는 경우, 상기 송신단은 상기 계수 코드북 인덱스가 지시하는 값을 확인하고, 상기 값을 이차 함수에 대입한 후, 상기 이차 함수를 이용하여 상기 적어도 하나의 상관 계수 값을 산출한다. When the long term information is received, the transmitter proceeds to step 403 to restore the correlation matrix of the receiver using the long term information, that is, the coefficient codebook index and the phase codebook index. In detail, the transmitter determines at least one correlation coefficient value through the coefficient codebook index, and determines a phase value using the phase codebook index. The transmitter restores the elements of the correlation matrix by combining the at least one correlation coefficient value and the phase value, and restores the correlation matrix by arranging the elements according to the shape of the correlation matrix. In this case, the shape of the correlation matrix depends on the structure of the transmit array antenna of the transmitter. For example, in the case of the SLA antenna structure, the correlation matrix has the form as shown in Equation 3, and in the case of the ULA antenna structure, the correlation matrix has the form as shown in Equation 4. Here, the checking of the at least one correlation coefficient value depends on the form of the integrated coefficient codebook included in the transmitter. For example, when the integrated coefficient codebook includes an index and a correlation coefficient value, the transmitter checks correlation coefficient values included in a codeword corresponding to the coefficient codebook index. On the other hand, when the integrated coefficient codebook includes an index and a quadratic coefficient value, the transmitter checks a value indicated by the coefficient codebook index, substitutes the value into a quadratic function, and then uses the quadratic function to perform the At least one correlation coefficient value is calculated.

상기 상관 행렬을 복원한 후, 상기 송신단은 405단계로 진행하여 벡터 코드 북을 컬러링한다. 다시 말해, 상기 송신단은 균일 분포를 갖는 벡터들로 구성된 벡터 코드북을 상기 수신단에 적합하도록 변형한다. 즉, 상기 송신단은 상기 상관 행렬의 제곱근과 상기 벡터 코드북의 각 벡터를 곱함으로써, 컬러링된 벡터 코드북을 생성한다. 예를 들어, 상기 컬러링은 상기 <수학식 1>과 같이 수행된다.After restoring the correlation matrix, the transmitter proceeds to step 405 to color the vector codebook. In other words, the transmitter modifies the vector codebook composed of the vectors having a uniform distribution to suit the receiver. That is, the transmitter generates a colored vector codebook by multiplying the square root of the correlation matrix by each vector of the vector codebook. For example, the coloring is performed as in Equation 1 above.

이후, 상기 송신단은 407단계로 진행하여 숏텀 정보가 수신되는지 확인한다. 상기 숏텀 정보는 상기 수신단의 벡터 코드북 인덱스를 포함하며, 약속된 간격에 따라 주기적으로 수신된다. 예를 들어, 상기 숏텀 정보는 하나의 프레임을 주기로 송신된다. 이때, 상기 숏텀 정보는 미리 정해진 물리적 피드백 채널을 통해 수신되거나, 또는, MAC 관리 메시지의 형태로 수신된다.In step 407, the transmitter determines whether short term information is received. The short term information includes a vector codebook index of the receiver and is periodically received at a predetermined interval. For example, the short term information is transmitted every one frame. In this case, the short term information is received through a predetermined physical feedback channel or in the form of a MAC management message.

상기 숏텀 정보가 수신되면, 상기 송신단은 409단계로 진행하여 상기 컬러링된 벡터 코드북에 포함된 벡터들 중 상기 숏텀 정보, 즉, 상기 벡터 코드북 인덱스에 대응되는 벡터를 확인한다. 다시 말해, 상기 송신단은 상기 수신단으로 송신되는 신호의 빔 성형을 위한 가중치 벡터를 확인한다.When the short term information is received, the transmitter determines the short term information, ie, the vector corresponding to the vector codebook index, among the vectors included in the colored vector codebook in step 409. In other words, the transmitter checks the weight vector for beam shaping the signal transmitted to the receiver.

상기 빔 서형 벡터를 확인한 후, 상기 송신단은 411단계로 진행하여 확인된 가중치 벡터를 이용하여 상기 수신단으로 송신되는 신호를 처리한 후, 다수의 송신 안테나들을 통해 송신한다. 다시 말해, 상기 송신단은 상기 수신단으로 송신되는 신호에 상기 가중치 벡터를 곱함으로써 빔 성형한 후, 빔 성형된 신호열의 각 원소를 대응되는 송신 안테나를 통해 송신한다.After checking the beam format vector, the transmitter proceeds to step 411 to process a signal transmitted to the receiver using the identified weight vector, and then transmits the signal through a plurality of transmit antennas. In other words, the transmitter performs beamforming by multiplying the signal transmitted to the receiver by the weight vector, and then transmits each element of the beamformed signal sequence through a corresponding transmit antenna.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에 서 수신단의 블록 구성을 도시하고 있다.5A and 5B illustrate a block configuration of a receiving end in a multiple input / output wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

상기 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 수신단은 RF(Radio Frequency)수신기(502), OFDM복조기(504), 부반송파디매핑기(506), 신호검출기(508), 채널추정기(510), 상관행렬산출기(512), 벡터선택기(514), 롱텀정보생성기(516), 숏텀정보생성기(518), 피드백제어기(520), 부반송파매핑기(522), OFDM변조기(524), RF송신기(526)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 5A, the receiver includes a radio frequency (RF) receiver 502, an OFDM demodulator 504, a subcarrier demapper 506, a signal detector 508, a channel estimator 510, and a correlation matrix. Calculator 512, vector selector 514, long term information generator 516, short term information generator 518, feedback controller 520, subcarrier mapper 522, OFDM modulator 524, RF transmitter 526 It is configured to include.

상기 RF수신기(502)는 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 변환한다. 상기 OFDM복조기(504)는 상기 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 구분하고, CP(Cyclic Prefix)를 제거한 후, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 주파수 영역의 신호들을 복원한다. 상기 부반송파디매핑기(506)는 상기 주파수 영역의 신호들을 데이터 신호들 및 파일럿 신호들로 구분하고, 상기 데이터 신호들을 상기 신호신호검출기(508)로 제공하고, 상기 파일럿 신호들을 상기 채널추정기(510)로 제공한다. 상기 신호검출기(510)는 상기 데이터 신호들로부터 송신 신호를 검출한다. 상기 채널추정기(510)는 상기 파일럿 신호들을 이용하여 송신단과의 채널을 추정한다. 즉, 상기 채널추정기(510)는 상기 파일럿 신호들을 이용하여 하향링크 채널을 추정한다. 이때, 상기 하향링크 채널은 {송신단의 송신 안테나 개수}×{수신단의 수신 안테나 개수} 크기의 행렬이다.The RF receiver 502 converts an RF band signal received through an antenna into a baseband signal. The OFDM demodulator 504 divides the baseband signal into OFDM symbol units, removes a cyclic prefix (CP), and restores signals in a frequency domain through a fast fourier transform (FFT) operation. The subcarrier demapper 506 divides the signals in the frequency domain into data signals and pilot signals, provides the data signals to the signal signal detector 508, and provides the pilot signals to the channel estimator 510. ) The signal detector 510 detects a transmission signal from the data signals. The channel estimator 510 estimates a channel with a transmitter using the pilot signals. That is, the channel estimator 510 estimates a downlink channel using the pilot signals. In this case, the downlink channel is a matrix having the size of {the number of transmitting antennas of the transmitting end} × {the number of receiving antennas of the receiving end}.

상기 상관행렬산출기(512)는 상기 채널추정기(510)에 의해 추정된 채널을 이용하여 상관 행렬을 산출한다. 상기 상관 행렬은 송신단의 송신 안테나들 간 상관도를 나타내는 행렬로서, 평균화된 채널을 이용하여 산출된다. 여기서, 상기 평균 화된 채널이란 시간축에서 평균화된 채널, 주파수축에서 평균화된 채널, 및, 시간축 및 주파수축에서 모두 평균화된 채널 중 하나이다. 예를 들어, 상기 상관행렬산출기(512)는 상기 <수학식 2>와 같이 상기 상관 행렬을 산출한다.The correlation matrix calculator 512 calculates a correlation matrix by using the channel estimated by the channel estimator 510. The correlation matrix is a matrix representing correlation between transmission antennas of a transmitter and is calculated using an averaged channel. Here, the averaged channel is one of a channel averaged on the time axis, a channel averaged on the frequency axis, and a channel averaged on both the time axis and the frequency axis. For example, the correlation matrix calculator 512 calculates the correlation matrix as shown in Equation 2 above.

상기 벡터선택기(514)는 벡터 코드북 인덱스를 선택한다. 다시 말해, 상기 벡터선택기(514)는 벡터 코드북에 포함된 가중치 벡터들 중 자신으로의 송신 신호를 빔 성형하기 위해 사용될 가중치 벡터의 인덱스를 선택한다. 상세히 설명하면, 상기 벡터선택기(514)는 상기 채널추정기(510)에 의해 추정된 채널을 상기 <수학식 8>과 같이 상기 상관 행렬의 제곱근의 역수 및 상기 채널의 곱한 후, 상기 곱의 결과와 가장 유사한 가중치 벡터를 선택한다. 이때, 송신단에서 복원되는 상관 행렬 및 상기 상관행렬산출기(512)에 의해 산출되는 상관 행렬 간의 오차로 인한 성능 열화를 방지하기 위해, 상기 벡터선택기(514)는 상기 롱텀정보생성기(516)에 의해 생성된 계수 코드북 인덱스 및 위상 코드북 인덱스를 이용하여 양자화된 상관 행렬을 생성하고, 상관행렬산출기(512)에 의해 산출된 상관 행렬을 대신하여 상기 양자화된 상관 행렬을 이용할 수 있다.The vector selector 514 selects a vector codebook index. In other words, the vector selector 514 selects an index of the weight vector to be used for beam shaping a transmission signal to itself among the weight vectors included in the vector codebook. In detail, the vector selector 514 multiplies the channel estimated by the channel estimator 510 with the inverse of the square root of the correlation matrix and the channel, as shown in Equation 8, Choose the most similar weight vector. In this case, in order to prevent performance degradation due to an error between the correlation matrix reconstructed at the transmitting end and the correlation matrix calculated by the correlation matrix calculator 512, the vector selector 514 is configured by the long term information generator 516. The generated quantized correlation matrix may be generated using the generated coefficient codebook index and the phase codebook index, and the quantized correlation matrix may be used in place of the correlation matrix calculated by the correlation matrix calculator 512.

상기 롱텀정보생성기(516)는 상기 상관행렬산출기(512)에 의해 산출된 상관 행렬을 알리기 위한 롱텀 정보를 생성한다. 이를 위해 상기 롱텀정보생성기(516)는 상기 상관 행렬의 원소들을 구성하는 최소의 요소들을 추출하고, 상기 최소의 요소들을 이용하여 롱텀 정보를 생성한다. 상기 롱텀정보생성기(516)의 상세한 구성은 다음과 같다.The long term information generator 516 generates long term information for informing the correlation matrix calculated by the correlation matrix calculator 512. To this end, the long term information generator 516 extracts the minimum elements constituting the elements of the correlation matrix and generates long term information using the minimum elements. The detailed configuration of the long term information generator 516 is as follows.

상기 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 롱텀정보생성기(516)는 계수추출 기(552), 계수인덱스선택기(554), 위상추출기(556), 위상인덱스선택기(558), 신호생성기(560)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 5B, the long term information generator 516 uses a coefficient extractor 552, a coefficient index selector 554, a phase extractor 556, a phase index selector 558, and a signal generator 560. It is configured to include.

상기 계수추출기(552)는 상기 상관행렬산출기(512)에 의해 산출된 상기 상관 행렬에서 적어도 하나의 상관 계수를 추출한다. 예를 들어, 송신단이 상기 도 1a와 같은 SLA 안테나 구조를 가지는 경우, 상기 계수추출기(552)는 하나의 상관 계수를 추출하고, 송신단이 상기 도 1b와 같은 ULA 안테나 구조를 가지는 경우, 상기 계수 추출기는 3개의 상관 계수들을 추출한다.The coefficient extractor 552 extracts at least one correlation coefficient from the correlation matrix calculated by the correlation matrix calculator 512. For example, when the transmitting end has the SLA antenna structure as shown in FIG. 1A, the coefficient extractor 552 extracts one correlation coefficient, and when the transmitting end has the ULA antenna structure as shown in FIG. 1B, the coefficient extractor Extracts three correlation coefficients.

상기 계수인덱스선택기(554)는 상기 적어도 하나의 상관 계수를 나타내는 계수 인덱스를 선택한다. 다시 말해, 상기 계수인덱스선택기(554)는 상기 통합 계수 코드북 내의 상관 계수 코드워드들 중 추출된 상관 계수와 대응되는 이차항 계수 인덱스를 선택한다. 이때, 상기 통합 계수 코드북이 인덱스 및 상관 계수 값을 포함하는 경우, 상기 계수인덱스선택기(554)는 코드워드들이 나타내는 근사화된 상관 계수 및 추정된 상관 계수 간 오차가 최소화되도록 하나의 코드워드를 검색한 후, 선택된 코드워드의 인덱스를 선택한다. 또는, 상기 통합 계수 코드북이 인덱스 및 이차항 계수 값을 포함하는 경우, 상기 계수인덱스선택기(554)는 상관 행렬에서 추출된 상관 계수를 나타내는 이차 함수의 이차항 계수를 산출하고, 상기 통합 계수 코드북에서 상기 이차항 계수와 가장 유사한 값의 인덱스를 선택한다.The coefficient index selector 554 selects a coefficient index representing the at least one correlation coefficient. In other words, the coefficient index selector 554 selects a quadratic coefficient index corresponding to the extracted correlation coefficient among the correlation coefficient codewords in the integrated coefficient codebook. In this case, when the integrated coefficient codebook includes index and correlation coefficient values, the coefficient index selector 554 searches one codeword to minimize an error between the approximated correlation coefficients and the estimated correlation coefficients represented by the codewords. Then, the index of the selected codeword is selected. Alternatively, when the integrated coefficient codebook includes an index and a quadratic coefficient value, the coefficient index selector 554 calculates a quadratic coefficient of a quadratic function that represents the correlation coefficient extracted from the correlation matrix, and in the integrated coefficient codebook The index of the value most similar to the quadratic coefficient is selected.

상기 위상추출기(556)는 상기 상관행렬산출기(512)에 의해 산출된 상기 상관 행렬에서 위상을 추출한다. 상기 위상인덱스선택기(558)는 위상 코드북 인덱스를 선택한다. 다시 말해, 상기 위상인덱스선택기(558)는 상기 위상 코드북 내의 위상 값들 중 추출된 위상과 가장 유사한 위상 값의 위상 인덱스를 선택한다. 상기 신호생성기(560)는 상기 계수인덱스선택기(554)에 의해 선택된 계수 코드북 인덱스 및 상기 위상인덱스선택기(558)에 의해 선택된 위상 코드북 인덱스를 포함하는 롱텀 정보의 신호를 생성한다. 이때, 상기 롱텀 정보는 미리 정해진 물리적 피드백 채널을 통해 피드백되거나, 또는, MAC 관리 메시지의 형태로 피드백된다. 상기 물리적 피드백 채널이 사용되는 경우, 상기 신호생성기(560)는 롱텀 정보의 내용에 대응되는 물리 신호를 생성한다. 반면, 상기 MAC 관리 메시지가 사용되는 경우, 상기 신호생성기(560)는 상기 롱텀 정보의 내용을 포함하는 MAC 관리 메시지를 구성하고, 부호화 및 변조를 수행한다.The phase extractor 556 extracts a phase from the correlation matrix calculated by the correlation matrix calculator 512. The phase index selector 558 selects a phase codebook index. In other words, the phase index selector 558 selects a phase index of the phase value most similar to the extracted phase among the phase values in the phase codebook. The signal generator 560 generates a signal of long term information including a coefficient codebook index selected by the coefficient index selector 554 and a phase codebook index selected by the phase index selector 558. In this case, the long term information is fed back through a predetermined physical feedback channel or in the form of a MAC management message. When the physical feedback channel is used, the signal generator 560 generates a physical signal corresponding to the content of the long term information. On the other hand, when the MAC management message is used, the signal generator 560 constructs a MAC management message including the content of the long term information, and performs encoding and modulation.

상기 숏텀정보생성기(518)는 상기 벡터선택기(514)에 의해 선택된 벡터 코드북 인덱스를 알리기 위한 숏텀 정보를 생성한다. 여기서, 상기 숏텀 정보는 미리 정해진 물리적 피드백 채널을 통해 피드백되거나, 또는, MAC 관리 메시지의 형태로 피드백된다. 상기 물리적 피드백 채널이 사용되는 경우, 상기 숏텀정보생성기(518)는 상기 벡터 코드북 인덱스에 대응되는 물리 신호를 생성한다. 반면, 상기 MAC 관리 메시지가 사용되는 경우, 상기 숏텀정보생성기(518)는 상기 벡터 코드북 인덱스를 포함하는 MAC 관리 메시지를 구성하고, 부호화 및 변조를 수행한다.The short term information generator 518 generates short term information for informing the vector codebook index selected by the vector selector 514. Here, the short term information is fed back through a predetermined physical feedback channel or fed back in the form of a MAC management message. When the physical feedback channel is used, the short term information generator 518 generates a physical signal corresponding to the vector codebook index. On the other hand, when the MAC management message is used, the short term information generator 518 constructs a MAC management message including the vector codebook index, and performs encoding and modulation.

상기 피드백제어기(520)는 상기 롱텀 정보 및 상기 숏텀 정보의 피드백 시w점을 제어한다. 즉, 상기 피드백제어기(520)는 상기 롱텀 정보의 송신 시점 및 상기 숏텀 정보의 송신 시점의 도래 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 롱텀정보생성기(516) 및 상기 숏텀정보생성기(518)의 동작을 트리거링한다. 여기서, 상기 롱텀 정보는 약속된 간격에 따라 주기적으로 송신되거나 또는 상관 행렬의 변화량이 클 때 송신된다. 만일, 상기 롱텀 정보가 주기적으로 송신되는 경우, 상기 롱텀 정보의 송신 간격은 상기 숏텀 정보의 송신 간격보다 길며, 예를 들어, 수백 프레임을 주기로 송신된다. 이 경우, 상기 피드백제어기(520)는 수백 프레임에 한번 씩 상기 롱텀정보생성기(516)의 동작을 트리거링한다. 반면, 상기 롱텀 정보가 상기 상관 행렬의 변화량이 클 때 송신되는 경우, 상기 피드백제어기(520)는 상기 상관 행렬의 변화를 모니터링하고, 상기 상관 행렬의 변화량이 임계치를 초과하면, 상기 롱텀정보생성기(516)의 동작을 트리거링한다. 그리고, 상기 숏텀 정보는 상기 벡터 코드북 인덱스를 의미하며, 약속된 간격에 따라 주기적으로 송신된다. 예를 들어, 상기 숏텀 정보는 하나의 프레임을 주기로 송신된다. 이 경우, 상기 피드백제어기(520)는 매 프레임 한번 씩 상기 숏텀정보생성기(518)의 동작을 트리거링한다.The feedback controller 520 controls a feedback starting point of the long term information and the short term information. That is, the feedback controller 520 determines whether the transmission time of the long term information and the transmission time of the short term information arrive, and the operation of the long term information generator 516 and the short term information generator 518 according to the determination result. Trigger In this case, the long term information is transmitted periodically at a predetermined interval or when a change amount of the correlation matrix is large. If the long term information is transmitted periodically, the transmission interval of the long term information is longer than the transmission interval of the short term information, for example, several hundred frames are transmitted. In this case, the feedback controller 520 triggers the operation of the long term information generator 516 once every few hundred frames. On the other hand, when the long term information is transmitted when the change amount of the correlation matrix is large, the feedback controller 520 monitors the change of the correlation matrix, and when the change amount of the correlation matrix exceeds a threshold, the long term information generator ( 516 triggers the operation. The short term information means the vector codebook index and is periodically transmitted at a predetermined interval. For example, the short term information is transmitted every one frame. In this case, the feedback controller 520 triggers the operation of the short term information generator 518 once every frame.

상기 부반송파매핑기(522)는 상기 롱텀 정보 및 상기 숏텀 정보를 물리적인 피드백 채널 또는 할당받은 상향링크 자원에 매핑한다. 상기 OFDM변조기(524)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 상기 부반송파매핑기(522)로부터 제공되는 주파수 영역의 신호들을 시간 영역 신호로 변환하고, CP를 삽입함으로써 OFDM 심벌들을 구성한다. 상기 RF송신기(526)는 상기 OFDM 심벌들을 RF 대역 신호로 상향변환한 후, 안테나를 통해 송신한다.The subcarrier mapper 522 maps the long term information and the short term information to a physical feedback channel or an allocated uplink resource. The OFDM modulator 524 converts the signals in the frequency domain provided from the subcarrier mapper 522 into a time domain signal through an inverse fast fourier transform (IFFT) operation, and constructs OFDM symbols by inserting a CP. The RF transmitter 526 upconverts the OFDM symbols into an RF band signal and then transmits them through an antenna.

상기 도 5a에 도시된 수신단의 구성에서, 상기 수신단은 하나의 송수신 안테나를 구비한다. 하지만, 상기 수신단은 다수의 송수신 안테나들을 구비할 수 있으며, 이 경우, 다수의 RF수신기들, 다수의 OFDM복조기들, 다수의 부반송파디매핑기 들, 다수의 부반송파매핑기들, 다수의 OFDM변조기들, 다수의 RF송신기들이 포함된다.In the configuration of the receiver shown in FIG. 5A, the receiver has one transmit / receive antenna. However, the receiving end may be provided with a plurality of transmit and receive antennas, in which case, a plurality of RF receivers, a plurality of OFDM demodulators, a plurality of subcarrier demappers, a plurality of subcarrier mappers, a plurality of OFDM modulators A plurality of RF transmitters are included.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하고 있다.6 is a block diagram of a transmitter in a multiple input / output wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 송신단은 신호발생기(602), 빔성형기(604), 다수의 부반송파매핑기들(606-1 내지 606-N), 다수의 OFDM변조기들(608-1 내지 608-N), 다수의 RF송신기들(610-1 내지 610-N), 다수의 RF수신기들(612-1 내지 612-N), 다수의 OFDM복조기들(614-1 내지 614-N), 다수의 부반송파디매핑기들(616-1 내지 616-N), 피드백정보해석기(618), 상관행렬복원기(620), 코드북변형기(622), 벡터선택기(624)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 6, the transmitter includes a signal generator 602, a beam shaper 604, a plurality of subcarrier mappers 606-1 through 606-N, and a plurality of OFDM modulators 608-1 through 608-N), multiple RF transmitters 610-1 through 610-N, multiple RF receivers 612-1 through 612-N, multiple OFDM demodulators 614-1 through 614-N, A plurality of subcarrier mapperes 616-1 to 616-N, a feedback information interpreter 618, a correlation matrix restorer 620, a codebook modifier 622, and a vector selector 624 are configured.

상기 신호발생기(602)는 수신단으로 송신될 신호를 생성한다. 즉, 상기 신호발생기(620)는 송신 데이터를 부호화 및 변조함으로써 송신 신호를 생성한다. 상기 빔성형기(604)는 상기 벡터선택기(624)에 의해 선택된 가중치 벡터를 이용하여 상기 송신 신호를 빔 성형한다. 다시 말해, 상기 빔성형기(640)는 상기 송신 신호와 상기 가중치 벡터를 곱함으로써 빔 성형한 후, 빔 성형된 신호열의 각 원소를 대응되는 부반송파매핑기(606)로 제공한다. 상기 다수의 부반송파매핑기들(606-1 내지 606-N) 각각은 담당하는 송신 안테나를 통해 송신될 신호들 및 파일럿 신호들을 주파수 영역에 매핑한다. 상기 다수의 OFDM변조기들(608-1 내지 608-N) 각각은 담당하는 송신 안테나를 통해 송신될 OFDM 심벌들을 생성한다. 즉, 상기 다수의 OFDM변 조기들(608-1 내지 608-N) 각각은 IFFT 연산을 통해 상기 주파수 영역의 신호들을 시간 영역 신호로 변환한 후, CP를 삽입함으로써 OFDM 심벌들을 구성한다. 상기 다수의 RF송신기들(610-1 내지 610-N) 각각은 상기 OFDM 심벌들을 RF 대역 신호로 상향변환한 후, 담당하는 안테나를 통해 송신한다.The signal generator 602 generates a signal to be transmitted to the receiving end. That is, the signal generator 620 generates a transmission signal by encoding and modulating the transmission data. The beamformer 604 beamforms the transmission signal using the weight vector selected by the vector selector 624. In other words, the beamformer 640 performs beamforming by multiplying the transmission signal by the weight vector, and then provides each element of the beamformed signal sequence to a corresponding subcarrier mapper 606. Each of the plurality of subcarrier mappers 606-1 through 606 -N maps signals and pilot signals to be transmitted through a corresponding transmit antenna in a frequency domain. Each of the plurality of OFDM modulators 608-1 through 608 -N generates OFDM symbols to be transmitted via a corresponding transmit antenna. That is, each of the plurality of OFDM modulators 608-1 through 608 -N converts the signals of the frequency domain into a time domain signal through an IFFT operation, and then configures OFDM symbols by inserting a CP. Each of the plurality of RF transmitters 610-1 to 610 -N up-converts the OFDM symbols into an RF band signal and then transmits the signals through a responsible antenna.

상기 다수의 RF수신기들(612-1 내지 612-N) 각각은 담당하는 안테나를 통해 수신된 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 상기 다수의 OFDM복조기들(614-1 내지 614-N) 각각은 상기 기저대역 신호를 OFDM 단위로 구분하고, CP를 제거한 후, FFT 연산을 통해 주파수 영역의 신호들을 복원한다. 상기 다수의 부반송파디매핑기들(616-1 내지 616-N) 각각은 상기 주파수 영역의 신호들 중 피드백 정보의 신호를 추출하고, 상기 피드백 정보의 신호를 상기 피드백정보해석기(618)로 제공한다.Each of the plurality of RF receivers 612-1 through 612 -N down-converts an RF band signal received through a responsible antenna to a baseband signal. Each of the plurality of OFDM demodulators 614-1 to 614 -N divides the baseband signal into OFDM units, removes a CP, and restores signals in a frequency domain through an FFT operation. Each of the plurality of subcarrier dimappers 616-1 to 616 -N extracts a signal of feedback information among the signals of the frequency domain and provides a signal of the feedback information to the feedback information analyzer 618. .

상기 피드백정보해석기(618)는 상기 피드백 정보의 신호로부터 피드백 정보를 확인한다. 즉, 상기 피드백정보해석기(618)는 상기 피드백 정보의 신호를 정보 비트열로 변환하고, 숏텀 정보 및 롱텀 정보를 구분한다. 그리고, 상기 피드백정보해석기(618)는 상기 숏텀 정보를 상기 벡터선택기(624)로 제공하고, 상기 롱텀 정보를 상기 상관행렬복원기(620)로 제공한다. 여기서, 상기 숏텀 정보는 미리 정해진 물리적 피드백 채널을 통해 수신되거나, 또는, MAC 관리 메시지의 형태로 수신된다. 상기 물리적 피드백 채널이 사용되는 경우, 상기 피드백정보해석기(618)는 상기 피드백 채널을 통해 수신된 물리 신호와 대응되는 비트열을 출력한다. 반면, 상기 MAC 관리 메시지가 사용되는 경우, 상기 피드백정보해석기(618)는 복조 및 복 호화를 통해 상기 벡터 코드북 인덱스를 포함하는 MAC 관리 메시지를 복원하고, 상기 MAC 관리 메시지에서 피드백 정보를 추출한다.The feedback information parser 618 confirms feedback information from the signal of the feedback information. That is, the feedback information interpreter 618 converts the signal of the feedback information into an information bit string, and distinguishes short term information and long term information. The feedback information interpreter 618 provides the short term information to the vector selector 624, and provides the long term information to the correlation matrix restorer 620. Here, the short term information is received through a predetermined physical feedback channel or in the form of a MAC management message. When the physical feedback channel is used, the feedback information parser 618 outputs a bit string corresponding to the physical signal received through the feedback channel. On the other hand, when the MAC management message is used, the feedback information analyzer 618 restores the MAC management message including the vector codebook index through demodulation and decoding, and extracts feedback information from the MAC management message.

상기 상관행렬복원기(620)는 상기 롱텀 정보, 즉, 상기 계수 코드북 인덱스 및 상기 위상 코드북 인덱스를 이용하여 상기 수신단의 상관 행렬을 복원한다. 상세히 설명하면, 상기 상관행렬복원기(620)는 상기 계수 코드북 인덱스를 통해 적어도 하나의 상관 계수 값을 결정하고, 상기 위상 코드북 인덱스를 이용하여 위상 값을 결정한다. 이후, 상기 상관행렬복원기(620)는 상기 적어도 하나의 상관 계수 값 및 상기 위상 값을 조합함으로써 상기 상관 행렬의 원소들을 복원하고, 상기 원소들을 상기 상관 행렬의 형태에 따라 배치함으로써 상기 상관 행렬을 복원한다. 이때, 상기 상관 행렬의 형태는 송신단의 송신 배열 안테나 구조에 따라 달라진다. 예를 들어, SLA 안테나 구조의 경우, 상기 상관 행렬은 상기 <수학식 3>과 같은 형태를 가지고, ULA 안테나 구조의 경우, 상기 상관 행렬은 상기 <수학식 4>와 같은 형태를 가진다. 여기서, 상기 적어도 하나의 상관 계수 값의 확인 과정은 상기 송신단이 가진 통합 계수 코드북의 형태에 따라 달라진다. 예를 들어, 상기 통합 계수 코드북이 인덱스 및 상관 계수 값을 포함하는 경우, 상기 상관행렬복원기(620)는 상기 계수 코드북 인덱스에 대응되는 코드워드에 포함된 상관 계수 값들을 확인한다. 반면, 상기 통합 계수 코드북이 인덱스 및 이차항 계수 값을 포함하는 경우, 상기 상관행렬복원기(620)는 상기 계수 코드북 인덱스가 지시하는 값을 확인하고, 상기 값을 이차 함수에 대입한 후, 상기 이차 함수를 이용하여 상기 적어도 하나의 상관 계수 값을 산출한다. The correlation matrix restorer 620 restores the correlation matrix of the receiver by using the long term information, that is, the coefficient codebook index and the phase codebook index. In detail, the correlation matrix restorer 620 determines at least one correlation coefficient value through the coefficient codebook index, and determines a phase value using the phase codebook index. Thereafter, the correlation matrix restorer 620 restores the elements of the correlation matrix by combining the at least one correlation coefficient value and the phase value, and arranges the correlation matrix by arranging the elements according to the shape of the correlation matrix. Restore In this case, the shape of the correlation matrix depends on the structure of the transmit array antenna of the transmitter. For example, in the case of the SLA antenna structure, the correlation matrix has the form as shown in Equation 3, and in the case of the ULA antenna structure, the correlation matrix has the form as shown in Equation 4. Here, the checking of the at least one correlation coefficient value depends on the form of the integrated coefficient codebook included in the transmitter. For example, when the integrated coefficient codebook includes an index and a correlation coefficient value, the correlation matrix restorer 620 checks correlation coefficient values included in a codeword corresponding to the coefficient codebook index. On the other hand, when the integrated coefficient codebook includes an index and a quadratic coefficient value, the correlation matrix restorer 620 checks the value indicated by the coefficient codebook index, assigns the value to a quadratic function, and then A quadratic function is used to calculate the at least one correlation coefficient value.

상기 코드북변형기(622)는 상기 상관행렬복원기(620)에 의해 복원된 상관 행렬을 이용하여 벡터 코드북을 컬러링한다. 다시 말해, 상기 코드북변형기(622)는 균일 분포를 갖는 벡터들로 구성된 벡터 코드북을 수신단에 적합하도록 변형한다. 즉, 상기 코드북변형기(622)는 상기 상관 행렬의 제곱근과 상기 벡터 코드북의 각 벡터를 곱함으로써, 컬러링된 벡터 코드북을 생성한다. 예를 들어, 상기 컬러링은 상기 <수학식 1>과 같이 수행된다.The codebook modifier 622 colors the vector codebook using the correlation matrix reconstructed by the correlation matrix restorer 620. In other words, the codebook modifier 622 transforms a vector codebook composed of vectors having a uniform distribution to suit the receiver. In other words, the codebook modifier 622 generates a colored vector codebook by multiplying the square root of the correlation matrix by each vector of the vector codebook. For example, the coloring is performed as in Equation 1 above.

상기 벡터선택기(624)은 상기 코드북변형기(622)에 의해 컬러링된 백터 코드북 내의 가중치 벡터들 중 상기 피드백정보해석기(618)로부터 제공되는 숏텀 정보, 즉, 즉, 상기 벡터 코드북 인덱스와 대응되는 가중치 벡터를 확인한다. 그리고, 상기 벡터선택기(624)는 확인된 가중치 벡터를 상기 빔형성기(604)로 제공한다.The vector selector 624 is short weighted information provided from the feedback information interpreter 618 among the weight vectors in the vector codebook colored by the codebook modifier 622, that is, a weight vector corresponding to the vector codebook index. Check it. The vector selector 624 provides the identified weight vector to the beamformer 604.

상기 도 3 내지 상기 도 6을 참고하여 설명한 본 발명의 실시예에서, 빔 성형을 위하여 가중치 벡터들을 포함하는 벡터 코드북이 사용되었다. 여기서, 가중치가 벡터의 형태를 가지는 것은, 수신단으로의 송신 스트림이 1개인 경우를 가정하였기 때문이다. 따라서, 하나의 수신단에게 다수의 송신 스트림들이 할당되는 경우, 스트림의 개수에 비례하여 가중치 벡터의 개수가 증가하게 되며, 이 경우, 가중치는 벡터가 아닌 행렬의 형태를 갖는다. 즉, 가중치 벡터는 가중치 행렬로 대체된다. 따라서, 행렬 코드북 및 가중치 행렬을 사용하는 경우에도, 상술한 본 발명은 동일하게 적용될 수 있다.In the embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 3 to 6, a vector codebook including weight vectors is used for beamforming. Here, the weight has the form of a vector because it is assumed that there is one transmission stream to the receiving end. Therefore, when a plurality of transmission streams are allocated to one receiver, the number of weight vectors increases in proportion to the number of streams. In this case, the weights have the form of a matrix rather than a vector. In other words, the weight vector is replaced with a weight matrix. Therefore, even when the matrix codebook and the weight matrix are used, the above-described present invention can be equally applied.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템의 성능을 도시하고 있다. 상기 도 7a 및 상기 도 7b는 송신 안테나 개수가 4, 수신 안테나 개수가 2, 채널의 평균 SNR(Signal to Noise Ratio)가 5dB인 환경에서 본 발명을 적용한 시스템의 사용자 수 증가에 따른 스펙트럼 효율(spectral efficiency)를 나타낸 그래프들이다. 단, 수신 안테나들 간 상관도는 없다고 가정하였다. 여기서, 상기 도 7a는 송신 배열 안테나 구조가 SLA인 경우의 실험 결과 그래프이고, 상기 도 7b는 송신 배열 안테나 구조가 ULA인 경우의 실험 결과 그래프이다. 7A and 7B illustrate the performance of a multiple input / output wireless communication system according to the present invention. 7A and 7B illustrate spectral efficiency according to an increase in the number of users of a system to which the present invention is applied in an environment in which the number of transmit antennas is 4, the number of receive antennas is 2, and the average signal to noise ratio (SNR) of the channel is 5 dB. graphs showing efficiency). However, it is assumed that there is no correlation between receiving antennas. Here, FIG. 7A is a graph showing the result of the experiment when the transmission array antenna structure is SLA, and FIG. 7B is a graph of the result of the experiment when the transmission array antenna structure is ULA.

상기 도 7a 및 상기 도 7b의 모의 실험에서, ZF-MET(Zero-Forcing Maximum Eigenmode Transmission) 기법을 사용하는 송신단을 가정하였다. 상기 ZF-MET 기법은 송신단에서 각 수신단으로의 하향 링크 채널의 최대 특이 벡터로 각 하향링크의 송신 채널을 인식하고, 각 수신단의 채널들 간의 간섭을 억제하도록 ZF 가중치를 이용는 기법이다. 그리고, 사용된 코드북은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e의 6비트 코드북이며, 송신 각 확산은 20도로 설정되었다.In the simulations of FIGS. 7A and 7B, it is assumed that a transmitter using a Zero-Forcing Maximum Eigenmode Transmission (ZF-MET) technique. The ZF-MET technique uses a ZF weight to recognize a transmission channel of each downlink as a maximum singular vector of a downlink channel from a transmitter to each receiver, and to suppress interference between channels of each receiver. The codebook used is a 6-bit codebook of Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.16e, and the transmission angle spread is set to 20 degrees.

상기 도 7a을 참고하면, 위상

Figure 112008063331862-PAT00082
를 양자화하기 위한 비트 수 N이 2에서 4로 증가할수록, 양자화되지 않은 완전한 상관 행렬을 사용하는 경우의 용량에 근접함이 확인된다. 특히, 상기 N이 3비트 이상일 경우, 위상
Figure 112008063331862-PAT00083
의 양자화에 의한 성능 열화가 미미함이 확인된다. 또한, 본 발명에 따른 적은 양의 롱텀 피드백을 사용하 는 컬러링된 코드북을 사용하는 기법은 기존의 RVQ 코드북 또는 DFT(Discrete Fourier Transform) 코드북과 같은 MAD(Maximum Angular Distance) 코드북을 사용하는 기법에 비하여 상당한 용량 이득을 제공함이 확인된다.Referring to FIG. 7A, the phase
Figure 112008063331862-PAT00082
As the number of bits N for quantizing increases from 2 to 4, it is confirmed that the capacity is closer to the case of using the unquantized complete correlation matrix. In particular, when N is 3 bits or more, phase
Figure 112008063331862-PAT00083
It is confirmed that performance degradation due to quantization is minimal. In addition, the technique of using a colored codebook using a small amount of long term feedback according to the present invention is compared with the technique using a maximum Angular Distance (MAD) codebook such as a conventional RVQ codebook or a Discrete Fourier Transform (DFT) codebook. It is confirmed that it provides a significant capacity gain.

싱기 도 7b를 참고하면, 본 발명에 따라 위상

Figure 112008063331862-PAT00084
를 양자화하기 위해 3비트를 사용하고, 상관 계수
Figure 112008063331862-PAT00085
를 근사화하기 위해 3비트를 사용하는 기법이 양자화 되지 않은 완전한 상관 행렬을 사용하는 경우의 용량에 근접함이 확인된다. 또한, 기존의 MAD 코드북을 사용하는 기법에 비해 용량 이득을 제공함이 확인된다.With reference to Figure 7b, the phase according to the present invention
Figure 112008063331862-PAT00084
Uses 3 bits to quantize
Figure 112008063331862-PAT00085
It is confirmed that the technique of using 3 bits to approximate the approximation of the capacity when using a non-quantized complete correlation matrix. In addition, it is confirmed that the present invention provides a capacity gain over the conventional MAD codebook.

결론적으로, 본 발명에 따른 시스템은 기존의 RVQ 코드북 또는 MAD 코드북보다 6 비트 정도의 적은 양의 롱텀 피드백 정보만을 추가적으로 사용함으로써, SLA 및 ULA와 같은 다양한 송신 배열 안테나 구조 및 공간 상관도를 갖는 채널 환경에서 성능의 향상을 제공한다.In conclusion, the system according to the present invention additionally uses only 6 bits of long term feedback information, which is less than the existing RVQ codebook or MAD codebook, thereby providing a channel environment with various transmission array antenna structures such as SLA and ULA and spatial correlation. Provides an improvement in performance.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by those equivalent to the scope of the claims.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신 배열 안테나 구조의 예를 도시하는 도면,1A and 1B illustrate an example of a transmission array antenna structure in a multiple input / output wireless communication system according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 이차항 계수 변화에 따른 상관 계수들의 예를 도시하는 도면,2 is a diagram illustrating an example of correlation coefficients according to quadratic coefficient change in a multiple input / output wireless communication system according to the present invention;

도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 동작 절차를 도시하는 도면,3A and 3B illustrate an operation procedure of a receiver in a multiple input / output wireless communication system according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 동작 절차를 도시하는 도면,4 is a diagram illustrating an operation procedure of a transmitting end in a multiple input / output wireless communication system according to an embodiment of the present invention;

도 5a 및 5b는 본 발명의 실시예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하는 도면,5A and 5B are block diagrams of a receiving end in a multiple input / output wireless communication system according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하는 도면,6 is a block diagram of a transmitter in a multiple input / output wireless communication system according to an embodiment of the present invention;

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템의 성능을 도시하는 도면.7A and 7B illustrate the performance of a multiple input / output wireless communication system in accordance with the present invention.

Claims (26)

다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 수신단의 동작 방법에 있어서,Multiple Input Multiple Output (MIMO) A method of operating a receiver in a wireless communication system, 송신단과의 채널의 상관 행렬을 산출하는 과정과,Calculating a correlation matrix of the channel with the transmitter; 롱텀(long-term) 정보를 피드백할 시점이 도래하면, 상기 상관 행렬의 각 원소를 구성하는 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 나타내는 상기 롱텀 정보를 피드백하는 과정과,When a time point for feeding back long-term information arrives, feeding back the long-term information indicating at least one correlation coefficient and a phase constituting each element of the correlation matrix; 상기 채널 및 상기 상관 행렬을 이용하여 가중치 벡터를 선택하는 과정과,Selecting a weight vector using the channel and the correlation matrix; 숏텀(short-term) 정보를 피드백할 시점이 도래하면, 가중치 벡터의 선택 결과를 나타내는 상기 숏텀 정보를 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And when the time point for feeding back short-term information arrives, feeding back the short-term information indicating a result of selecting a weight vector. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 롱텀 정보를 피드백하는 과정은,The process of feeding back the long term information, 상기 상관 행렬에서 상기 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 추출하는 과정과,Extracting the at least one correlation coefficient and phase from the correlation matrix; 상기 위상을 지시하는 위상 코드북 인덱스를 선택하는 과정과,Selecting a phase codebook index indicating the phase; 상기 적어도 하나의 상관 계수의 분포를 나타내는 이차 함수의 이차항 계수 를 지시하는 계수 코드북 인덱스를 선택하는 과정과,Selecting a coefficient codebook index indicating a quadratic coefficient of the quadratic function representing the distribution of the at least one correlation coefficient; 상기 위상 코드북 인덱스 및 상기 계수 코드북 인덱스를 포함하는 상기 롱텀 정보를 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And feeding back the long term information including the phase codebook index and the coefficient codebook index. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 계수 코드북 인덱스를 선택하는 과정은,The process of selecting the coefficient codebook index, 인덱스 및 상관 계수 값을 포함하는 통합 계수 코드북 내의 코드워드들 중, 상기 적어도 하나의 상관 계수와의 오차를 최소화하는 코드워드를 검색하는 과정과,Retrieving a codeword that minimizes an error with the at least one correlation coefficient among codewords in an integrated coefficient codebook including an index and a correlation coefficient value; 상기 오차를 최소화하는 코드워드의 인덱스를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And selecting an index of a codeword that minimizes the error. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 계수 코드북 인덱스를 선택하는 과정은,The process of selecting the coefficient codebook index, 상기 적어도 하나의 계수를 나타내는 이차 함수의 이차항 계수를 산출하는 과정과,Calculating a quadratic coefficient of the quadratic function representing the at least one coefficient; 인덱스 및 이차항 계수 값을 포함하는 통합 계수 코드북 내의 값들 중, 상기 이차항 계수와의 오차를 최소화하는 값의 인덱스를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Selecting an index of a value that minimizes an error with the secondary term coefficient among values in an integrated coefficient codebook comprising an index and a secondary term coefficient value. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 이차 함수는, 안테나 간의 거리에 따라 감소되는 상관도의 크기를 안타네 간의 거리의 비율의 제곱에 비례하도록 표현한 함수인 것을 특징으로 하는 방법.The quadratic function is a function of expressing a magnitude of correlation reduced with distance between antennas in proportion to a square of a ratio of distances between antennas. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가중치 벡터를 선택하는 과정은,The process of selecting the weight vector, 벡터 코드북 내의 가중치 벡터들 중, 상기 상관 행렬의 제곱근의 역수 및 상기 채널의 곱과 가장 유사한 가중치 벡터를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And among the weight vectors in the vector codebook, selecting a weight vector most similar to the inverse of the square root of the correlation matrix and the product of the channel. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 숏텀 정보는, 미리 설정된 간격에 따라 주기적으로 피드백되며,The short term information is periodically fed back at a predetermined interval, 상기 롱텀 정보는, 상기 숏텀 정보의 피드백 간격에 비하여 긴 간격에 따라 주기적으로 피드백되는 것을 특징으로 하는 방법.The long term information is periodically fed back according to a longer interval than the feedback interval of the short term information. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 숏텀 정보는, 미리 설정된 간격에 따라 주기적으로 피드백되며,The short term information is periodically fed back at a predetermined interval, 상기 롱텀 정보는, 상기 상관 행렬의 변화량이 임계치를 초과하는 경우 피드백되는 것을 특징으로 하는 방법.The long term information is fed back when the amount of change in the correlation matrix exceeds a threshold. 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 동작 방법에 있어서,In the operation method of the transmitting end in a multiple input and output wireless communication system, 수신단으로부터 피드백된 상관 행렬의 각 원소를 구성하는 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 나타내는 롱텀 정보를 확인하는 과정과,Identifying long-term information indicating at least one correlation coefficient and a phase constituting each element of the correlation matrix fed back from the receiver; 상기 적어도 하나의 상관 계수 및 상기 위상을 이용하여 상기 상관 행렬을 복원하는 과정과,Restoring the correlation matrix using the at least one correlation coefficient and the phase; 상기 상관 행렬을 이용하여 벡터 코드북을 컬러링하는 과정과,Coloring a vector codebook using the correlation matrix; 컬러링된 벡터 코드북 내의 가중치 벡터들 중, 상기 수신단으로부터 피드백된 숏텀 정보에 따라 상기 수신단으로의 송신 신호를 빔 성형하기 위한 가중치 벡터를 확인하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And among the weight vectors in the colored vector codebook, identifying a weight vector for beam shaping the transmission signal to the receiver according to the short term information fed back from the receiver. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 상관 행렬을 복원하는 과정은,Restoring the correlation matrix, 상기 롱텀 정보에 포함된 위상 코드북 인덱스를 통해 위상 값을 결정하는 과정과,Determining a phase value through a phase codebook index included in the long term information; 상기 롱텀 정보에 포함된 계수 코드북 인덱스를 통해 적어도 하나의 상관 계수 값을 결정하는 과정과,Determining at least one correlation coefficient value through a coefficient codebook index included in the long term information; 상기 적어도 하나의 상관 계수 값 및 상기 위상 값을 조합함으로써, 상기 상관 행렬의 원소들을 복원하는 과정과,Restoring elements of the correlation matrix by combining the at least one correlation coefficient value and the phase value; 상기 원소들을 상기 상관 행렬의 형태에 따라 배치하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Disposing the elements according to the shape of the correlation matrix. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 적어도 하나의 상관 계수 값을 결정하는 과정은,Determining the at least one correlation coefficient value, 인덱스 및 상관 계수 값을 포함하는 통합 계수 코드북 내의 코드워드들 중, 상기 계수 코드북 인덱스에 대응되는 코드워드에 포함된 적어도 하나의 값을 상기 적어도 하나의 상관 계수 값으로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Determining at least one value included in a codeword corresponding to the coefficient codebook index as the at least one correlation coefficient value among codewords in an integrated coefficient codebook including an index and a correlation coefficient value. How to. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 코드워드는들 각각은, 안테나 간의 거리에 따라 감소되는 상관도의 크기를 안타네 간의 거리의 비율의 제곱에 비례하도록 표현한 이차 함수를 이용하여 산출된 근사화된 상관 계수 값으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.Each of the codewords is composed of an approximated correlation coefficient value calculated using a quadratic function in which the magnitude of the correlation reduced with the distance between antennas is proportional to the square of the ratio of the distance between antennas. How to. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 적어도 하나의 상관 계수 값을 결정하는 과정은,Determining the at least one correlation coefficient value, 인덱스 및 이차항 계수 값을 포함하는 통합 계수 코드북 내의 값들 중, 상기 계수 코드북 인덱스에 대응되는 값을 확인하는 과정과,Identifying a value corresponding to the coefficient codebook index among values in an integrated coefficient codebook including an index and a quadratic coefficient value; 확인된 값을 이차항 계수로 갖는 이차 함수를 구성하는 과정과,Constructing a quadratic function with the identified values as quadratic coefficients, 상기 이차 함수를 이용하여 상기 적어도 하나의 상관 계수 값을 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Calculating the at least one correlation coefficient value using the quadratic function. 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단 장치에 있어서,In the receiving end device in a multiple input and output wireless communication system, 송신단과의 채널의 상관 행렬을 산출하는 산출기와,A calculator for calculating a correlation matrix of channels with a transmitter, 롱텀 정보를 피드백할 시점이 도래하면, 상기 상관 행렬의 각 원소를 구성하는 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 나타내는 상기 롱텀 정보를 출력하는 제1생성기와,A first generator configured to output the long term information indicating at least one correlation coefficient and a phase constituting each element of the correlation matrix when a time point for feeding back the long term information arrives; 상기 채널 및 상기 상관 행렬을 이용하여 가중치 벡터를 선택하는 선택기와,A selector for selecting a weight vector using the channel and the correlation matrix; 숏텀 정보를 피드백할 시점이 도래하면, 가중치 벡터의 선택 결과를 나타내는 상기 숏텀 정보를 출력하는 제2생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a second generator for outputting the short term information indicating a result of selecting the weight vector when the time point for feeding back the short term information arrives. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제1생성기는,The first generator, 상기 상관 행렬에서 상기 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 추출하는 추출기와,An extractor for extracting the at least one correlation coefficient and a phase from the correlation matrix; 상기 위상을 지시하는 위상 코드북 인덱스를 선택하는 위상 인덱스 선택기와,A phase index selector for selecting a phase codebook index indicating the phase; 상기 적어도 하나의 상관 계수의 분포를 나타내는 이차 함수의 이차항 계수를 지시하는 계수 코드북 인덱스를 선택하는 계수 인덱스 선택기와,A coefficient index selector for selecting a coefficient codebook index indicating a quadratic coefficient of the quadratic function representing the distribution of the at least one correlation coefficient; 상기 위상 코드북 인덱스 및 상기 계수 코드북 인덱스를 포함하는 상기 롱텀 정보의 신호를 생성하는 신호 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a signal generator for generating a signal of the long term information including the phase codebook index and the coefficient codebook index. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 계수 인덱스 선택기는,The coefficient index selector, 인덱스 및 상관 계수 값을 포함하는 통합 계수 코드북 내의 코드워드들 중, 상기 적어도 하나의 상관 계수와의 오차를 최소화하는 코드워드를 검색하고, 상기 오차를 최소화하는 코드워드의 인덱스를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.Among codewords in an integrated coefficient codebook including an index and a correlation coefficient value, a codeword that minimizes an error with the at least one correlation coefficient is searched, and an index of a codeword that minimizes the error is selected. Device. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 계수 인덱스 선택기는,The coefficient index selector, 상기 적어도 하나의 계수를 나타내는 이차 함수의 이차항 계수를 산출하고, 인덱스 및 이차항 계수 값을 포함하는 통합 계수 코드북 내의 값들 중, 상기 이차항 계수와의 오차를 최소화하는 값의 인덱스를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.Calculating a quadratic coefficient of the quadratic function representing the at least one coefficient, and selecting an index of a value that minimizes an error with the quadratic coefficient among values in an integrated coefficient codebook comprising an index and a quadratic coefficient value; Characterized in that the device. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 이차 함수는, 안테나 간의 거리에 따라 감소되는 상관도의 크기를 안타네 간의 거리의 비율의 제곱에 비례하도록 표현한 함수인 것을 특징으로 하는 장치.The quadratic function is a function of expressing the magnitude of the correlation reduced with the distance between antennas in proportion to the square of the ratio of the distance between antennas. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제2선택기는, 벡터 코드북 내의 가중치 벡터들 중, 상기 상관 행렬의 제곱근의 역수 및 상기 채널의 곱과 가장 유사한 가중치 벡터를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.And the second selector selects, among the weight vectors in the vector codebook, a weight vector most similar to the inverse of the square root of the correlation matrix and the product of the channel. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 숏텀 정보가 미리 설정된 간격에 따라 주기적으로 피드백되도록 제어하고, 상기 롱텀 정보가 상기 숏텀 정보의 피드백 간격에 비하여 긴 간격에 따라 주기적으로 피드백되도록 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And controlling the short term information to be periodically fed back according to a preset interval, and controlling the long term information to be periodically fed back at a longer interval than the feedback interval of the short term information. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 숏텀 정보가 미리 설정된 간격에 따라 주기적으로 피드백되도록 제어하고, 상기 롱텀 정보가 상기 상관 행렬의 변화량이 임계치를 초과하는 경우 피드백되도록 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And controlling the short term information to be periodically fed back according to a predetermined interval, and controlling the long term information to be fed back when the variation amount of the correlation matrix exceeds a threshold. 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단 장치에 있어서,In the transmitting end device in a multiple input / output wireless communication system, 수신단으로부터 피드백된 상관 행렬의 각 원소를 구성하는 적어도 하나의 상관 계수 및 위상을 나타내는 롱텀 정보를 확인하는 해석기와,An analyzer for identifying long-term information indicating at least one correlation coefficient and a phase constituting each element of the correlation matrix fed back from the receiver; 상기 적어도 하나의 상관 계수 및 상기 위상을 이용하여 상기 상관 행렬을 복원하는 복원기와,A reconstructor for reconstructing the correlation matrix using the at least one correlation coefficient and the phase; 상기 상관 행렬을 이용하여 벡터 코드북을 컬러링하는 변형기와,A transformer for coloring a vector codebook using the correlation matrix; 컬러링된 벡터 코드북 내의 가중치 벡터들 중, 상기 수신단으로부터 피드백된 숏텀 정보에 따라 상기 수신단으로의 송신 신호를 빔 성형하기 위한 가중치 벡터를 확인하는 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a selector for identifying among the weight vectors in the colored vector codebook a weight vector for beam shaping a transmission signal to the receiver according to the short term information fed back from the receiver. 제22항에 있어서,The method of claim 22, 상기 복원기는, The restorer, 상기 롱텀 정보에 포함된 위상 코드북 인덱스를 통해 위상 값을 결정하고, 상기 롱텀 정보에 포함된 계수 코드북 인덱스를 통해 적어도 하나의 상관 계수 값을 결정하고, 상기 적어도 하나의 상관 계수 값 및 상기 위상 값을 조합함으로써, 상기 상관 행렬의 원소들을 복원하고, 상기 원소들을 상기 상관 행렬의 형태에 따라 배치하는 것을 특징으로 하는 장치.Determine a phase value through a phase codebook index included in the long term information, determine at least one correlation coefficient value through a coefficient codebook index included in the long term information, and determine the at least one correlation coefficient value and the phase value. Combining to restore the elements of the correlation matrix and to arrange the elements according to the shape of the correlation matrix. 제23항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 복원기는, The restorer, 인덱스 및 상관 계수 값을 포함하는 통합 계수 코드북 내의 코드워드들 중, 상기 계수 코드북 인덱스에 대응되는 코드워드에 포함된 적어도 하나의 값을 상기 적어도 하나의 상관 계수 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.And determining at least one value included in a codeword corresponding to the coefficient codebook index as the at least one correlation coefficient value among codewords in an integrated coefficient codebook including an index and a correlation coefficient value. 제24항에 있어서,The method of claim 24, 상기 코드워드는들 각각은, 안테나 간의 거리에 따라 감소되는 상관도의 크기를 안타네 간의 거리의 비율의 제곱에 비례하도록 표현한 이차 함수를 이용하여 산출된 근사화된 상관 계수 값으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.Each of the codewords is composed of an approximated correlation coefficient value calculated using a quadratic function in which the magnitude of the correlation reduced with the distance between antennas is proportional to the square of the ratio of the distance between antennas. Device. 제23항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 복원기는, The restorer, 인덱스 및 이차항 계수 값을 포함하는 통합 계수 코드북 내의 값들 중, 상기 계수 코드북 인덱스에 대응되는 값을 확인하고, 확인된 값을 이차항 계수로 갖는 이차 함수를 구성하고, 상기 이차 함수를 이용하여 상기 적어도 하나의 상관 계수 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.Among the values in an integrated coefficient codebook including an index and a quadratic coefficient value, a value corresponding to the coefficient codebook index is identified, a secondary function having the identified value as a secondary term coefficient is constructed, and the secondary function is used to determine the value. Calculating at least one correlation coefficient value.
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