KR100809016B1 - 빔 형성, ｍｉｍｏ, 다이버서티 기법이 결합된 다중 안테나전송 기술을 이용하는 송신 방법 및 장치 - Google Patents

빔 형성, ｍｉｍｏ, 다이버서티 기법이 결합된 다중 안테나전송 기술을 이용하는 송신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 빔 형성, MIMO, 다이버서티 기법이 결합된 다중 안테나 전송 기술을 이용하는 송신 방법 및 장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 이동 단말기로 전송할 데이터 채널 신호를 생성하고, 데이터 채널 신호를 전송할 다중 안테나 전송 모드를 결정한 뒤, 데이터 채널 신호, 공통 파일럿 및 제어 신호를 합하여 순방향 신호를 생성하여 사전에 설정된 송신 각도에 따라 이동 단말기로 송출하는 다중 안테나 전송 기술을 이용한 송신 방법을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 다중 안테나 전송 기술을 이용한 송신 방법은 이동 단말기로부터 전송된 순방향 신호에 대한 피드백 신호를 수신하면, 피드백 신호를 이용하여 순방향 신호의 전송을 위한 다중 안테나 전송 모드를 결정한 뒤, 결정된 다중 안테나 전송 모드에 따라 순방향 신호를 생성하여 송출한다.
본 발명에 의하면, 기지국이 MIMO 및 다이버서티와 빔 형성을 간단하게 결합하여 데이터 채널 신호를 이동 단말기로 전송할 수 있으며, 이동 단말기도 다중 안테나 전송 모드를 채널 상황에 따라 용이하게 선택할 수 있다.
빔 형성, MIMO, 다이버서티, 다중 안테나 전송 모드, Beam Forming

Description

빔 형성, ＭＩＭＯ, 다이버서티 기법이 결합된 다중 안테나 전송 기술을 이용하는 송신 방법 및 장치{Method and Apparatus for Transmitting by Using Multiple Antenna Transmission Techniques Combined Beam Forming, MIMO and Diversity}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 전송 기술의 결합 방법을 설명하기 위한 예시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 다중 안테나 전송 기술을 이용하여 신호를 전송하는 기지국 송신기의 구조도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 다중 안테나 전송 기술을 이용하여 송신된 신호를 수신하는 이동 단말기의 내부 구조를 간략하게 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 이동 단말기에서 측정되는 송신 각도별 채널 이득 분포를 예시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 다중 안테나 전송 기술을 이용하여 신호를 전송하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 빔 형성, MIMO, 다이버서티 기법이 결합된 다중 안테나 전송 기술을 이용하는 송신 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 이동통신 시스템에서 순방향 링크 데이터 전송을 위하여 빔 형성, MIMO, 다이버서티 전송 기술 등을 결합하고, 채널 상황에 따라 적응적으로 전송 모드를 전환하는 송신 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 랜(WLAN)이나 무선 방송, DMB 등의 대용량의 데이터 전송을 필요로 하는 4세대의 이동통신 시스템에서는, 광대역의 고속 데이터를 전송하기 위하여 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 방식을 사용하고 있다. OFDM 방식은 사용 대역폭을 여러 개의 캐리어(Subcarrier)로 나누어 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 데이터 열을 N개의 병렬 데이터 열로 변환하여 각각 분리된 부반송파에 실어 전송함으로써 데이터율을 높이는 방법이다.
이와 같은 OFDM 방식을 이용하는 이동통신 시스템에서는 순방향 링크 데이터 전송의 효율성 향상을 위하여, 빔 형성, MIMO(Multi-Input Multi-Out), 다이버서티 등의 방법이 사용되고 있다.
빔 형성은 통상적으로 안테나 간격을 0.5 파장 간격으로 배치하고, 동일한 신호를 안테나별로 가중치를 곱하여 전송하는 것을 의미한다. 빔 형성은 빔이 지향하는 방향과 다른 방향에 위치한 이동 단말기에 주는 간섭을 적게 하고, 동시에 동일한 전력으로 원하는 이동 단말기에서의 평균 신호 대 간섭 잡음비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio, 이하, 'SINR'이라 칭함)를 증가시키는 효과가 있다. 이러한 SINR 증가와 다른 사용자에 대한 간섭 감소 효과는 안테나를 약 4 파 장 이상의 간격으로 배치하고, 안테나별로 가중치를 곱하는 폐루프 송신 다이버서티에서도 얻을 수 있다. 이하의 설명에 있어서는, 안테나 간격과 무관하게 동일한 신호를 안테나별로 가중치를 두어 송신하는 기법을 모두 빔 형성으로 칭하기로 한다.
주파수 분할 다중 접속(FDD: Frequency Division Duplex) 시스템에서는 역방향과 순방향 주파수가 서로 상이하므로 페이딩이 서로 달라진다. 이에 따라서, 이동통신 채널과 같이 각도 확산이 있는 경우에 기지국은 각도에 따른 페이딩 분포를 역방향 데이터에서 추정하는 것이 어렵다. 따라서, FDD 시스템에서 기지국이 안정적인 순방향 빔 형성을 수행하기 위해서는 이동 단말기로부터 피드백을 받는 것이 좋다. 빔 형성에는 주어진 상황에서 최적 빔 패턴을 형성하는 적응 빔 형성(ABF: Adaptive Beam Forming)과, 고정된 빔 패턴 중에서 상황에 따라 적절히 선택하는 고정 빔 형성(SBF: Switched Beam Forming)이 있다. 적응 빔 형성에서 최적 빔 패턴을 얻기 위해서는 모든 안테나에 대한 순방향 채널 정보를 이동 단말기로부터 피드백 받아야 한다. 그러나, 이와 같은 방법은 역방향에 과도한 부하가 걸리므로, 실제 시스템에 적용하기에는 어려움이 있다. 반면, 고정 빔 형성은 빔 패턴이 고정되어 있으므로, 이동 단말기가 채널 특성이 좋은 빔 고유 번호만을 피드백하면 되므로, FDD 시스템에 실제 적용하기가 용이하다.
한편, 다중 안테나를 이용하여 순방향 데이터 전송 성능을 향상시키는 기법으로써, 송신 다이버서티가 사용된다. 송신 다이버서티는 순방향 데이터를 전송한 후, 순방향 데이터를 수신한 이동 단말기로부터의 피드백 신호를 수신하여, 수신된 피드백 신호에 따라 송신 안테나의 가중치를 달리하여 순방향 신호를 전송하는 전송 방법이다. 다이버서티에는 폐루프 다이버서티와 개루프 다이버서티가 있다. 폐루프 다이버서티는 적응 빔 형성과 동일한 방법이 사용되며, 개루프 다이버서티는 순방향 채널에 대한 정보 없이 안테나별로 전송하는 신호에 시공간 코딩을 하여 전송된다. 개루프 다이버서티는 수신단에서 다이버서티 이득을 얻을 수 있으나, SINR 이득과 데이터 전송률 증가 효과가 없는 문제점이 있다.
빔 형성과 송신 다이버서티는 안테나별로 동일한 신호를 전송하는 방식이나, MIMO는 안테나별로 서로 다른 데이터를 전송하는 방법이다. 이에 따라, 다이버서티 이득을 얻는 것 이외에도 데이터 전송률을 증가시키는 효과가 있다. MIMO에도 순방향 채널 정보를 피드백 받아 이를 데이터 송신시 프리코딩(Precoding)하는 폐루프 MIMO가 있다. 여기서, 프리코딩도 빔 형성 방법 중 하나의 방법으로 간주할 수도 있다.
대표적인 폐루프 MIMO 방식으로 특이 값 분해(SVD: Singular Value Decomposition, 이하 'SVD'라 칭함) 방식이 있다. SVD 방식은 이동 단말기가 추정한 채널 행렬을 SVD한 다음, 얻은 단일 행렬을 기지국으로 피드백하는 기법이다. 이 방식은 개루프 방식과 달리 빔 형성으로 인한 SINR 이득을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나, 안테나 개수가 증가할수록 피드백 데이터 양이 급격하게 증가하므로, 실제 시스템에 적용하기에는 어려운 문제점이 있다.
다른 폐루프 MIMO 방식으로 이동 단말기에서 채널 정보를 이용하여 평균 비트 오류율을 최소화하는 각 전송 안테나의 송신 전력을 계산하고, 계산된 값을 기 지국에 피드백시키는 방법이다. 기존의 개루프 MIMO 시스템은 모든 송신 안테나에서 동일한 값의 전력을 이용하여 신호를 송신하도록 되어 있으므로, 채널 상태가 나쁜 안테나로부터의 데이터는 수신 신호 대 잡음비가 높아서 성능의 불균형이 존재하였다. 평균 비트 오류율은 가장 신호 대 잡음비가 낮은 데이터가 전체 비트 오류율을 좌우하는 특성이 있으므로, 이 방법은 채널 상태가 좋은 안테나에는 상대적으로 적은 전력을 할당하고, 채널 상태가 나쁜 안테나에는 상대적으로 많은 전력을 할당하여, 전체적으로 비트 오류율을 향상시키는 방법이다. 이와 같은 방법은 채널에 대한 정보를 전부 피드백할 필요 없이 데이터별 송신 전력 정보만을 할당하므로, 피드백 데이터 양이 감소한다는 장점이 있다. 그러나, 빔 형성이 포함되어 있지 않으므로, SINR 이득을 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
MIMO는 안테나별로 데이터 멀티플렉싱을 수행하므로, 데이터 전송률을 향상시킬 수 있으나, 수신기에서 각 송신 심볼에 대한 페이딩이 서로 상관성이 커지게 되면, 심볼 간 간섭으로 인하여 성능이 떨어지는 특성이 있다. 이런 경우에는 MIMO 보다는 송신 다이버서티나 빔 형성을 이용하여 데이터를 전송하는 것이 효율적이다. 따라서, 이동 단말기는 페이딩의 상관 특성을 계속 관찰하면서, 채널 상황에 따라 효율적인 전송 모드를 기지국에서 피드백해주어야 한다. 이러한 모드 전환을 위한 방법으로는 이동 단말기가 일정 시간에 걸쳐서 평균하여 채널 상관 행렬을 산출하고, 산출된 행렬의 행렬 식을 이용하여 페이딩 상관성을 판단하는 방법이 있다. 그러나, 이와 같은 방법은 이동 단말기의 연산량이 많고 시간에 대한 평균을 해야하므로, 시간 지연이 있다는 단점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 빔 형성, MIMO, 다이버서티 등의 순방향 다중 안테나 기술들을 결합시키는 방법과, 이동 단말기에서 안테나별 상관성의 크고 작음에 따라 적절한 데이터 송신 모드를 쉽고 빠르게 선택하는 방법을 제공한다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국 송신 장치로서, 다중 안테나 전송 기술을 이용하여 순방향 신호를 이동 단말기로 전송하는 기지국 송신 장치에 있어서, 이동 단말기로 전송할 데이터 채널 신호를 생성하는 데이터 채널 생성부; 이동 단말기로부터 전송된 순방향 신호에 대한 피드백 신호를 수신하고, 피드백 신호를 이용하여 순방향 신호의 전송에 사용할 다중 안테나 전송 모드를 결정하는 전송 모드 선택부; 데이터 채널 신호, 공통 파일럿 신호 및 제어 신호를 합하여 순방향 신호를 생성하는 합산기; 및 합산기로부터 전달되는 순방향 신호를 사전에 설정된 송신 각도를 이용하여 송출하는 다수의 안테나를 포함한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이동 단말기의 피드백 신호 전송 방법으로서, 이동 단말기가 다중 안테나 전송 기술을 이용하여 전송되는 순방향 신호에 대한 피드백 신호를 기지국으로 전송하는 방법에 있어서, (a) 순방향 신호로부터 공통 파일럿 신호를 추출하여, 기지국의 송신 안테나와 이동 단말기의 수신 안테나 사이의 채널 행렬을 산출하는 단계; (b) 송신 안테나의 기지국 송신 각도별로 빔 형성 가중치를 계산하는 단계; (c) 계산된 빔 형성 가중치로부터 다중 안테나 전송 모드 선택 및 순방향 신호 전송에 사용할 빔의 고유 번호를 결정하는 단계; 및 (d) 빔의 고유 번호를 피드백 신호로써, 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중 안테나 전송 기술을 이용한 송신 방법으로서, 다중 안테나 전송 기술을 이용하여 순방향 신호를 이동 단말기로 전송하는 기지국의 송신 방법에 있어서, (a) 이동 단말기로 전송할 데이터 채널 신호를 생성하는 단계; (b) 데이터 채널 신호를 전송할 다중 안테나 전송 모드를 결정하는 단계; (c) 데이터 채널 신호, 공통 파일럿 및 제어 신호를 합하여 순방향 신호를 생성하는 단계; 및 (d) 결정된 다중 안테나 전송 모드를 사용하여, 순방향 신호를 사전에 설정된 송신 각도에 따라 송출하는 단계를 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 기재한 모듈(module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작 을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 전송 기술의 결합 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
여기서는 4 개의 송신 안테나(140, 150, 160, 170)를 이용하여 4개의 빔(#1, #3, #5, #7)을 형성하는 경우, 하나의 수신 안테나 또는 복수의 수신 안테나를 이용하여 전송되는 빔을 수신하는 이동 단말기의 구조가 도시되어 있다.
하나의 수신 안테나를 이용하여 송신 안테나로부터 전송되는 빔을 수신하는 제1 이동 단말기(110)는 채널에서의 각도 확산이 작으므로, 안테나별 페이딩 상관성이 크다. 이에 따라서, 다이버서티 이득을 포기하고 SINR 이득과 사용자에 대한 간섭 제거를 수행하는 방법이 유리하다. 이에 다라, 제1 이동 단말기에서는 빔 형성이 이용된다.
하나의 수신 안테나를 이용하여 다수의 송신 안테나로부터 전송되는 빔을 수신하는 제2 이동 단말기(120)는 각도 확산이 크고, 하나의 수신 안테나를 사용하므로, 시공간 전송 다이버서티(STTD: Space Time Transmit Diversity)와 같은 송신 다이버서티를 적용한다. 이 때, 송신 다이버서티는 기존의 WCDMA 방식에서와 같이 전 방향성 안테나 빔을 이용하지 않고, 빔 #1과 빔 #3에 대해서 개루프 송신 다이버서티를 적용한다. 이와 같이 두 개의 빔에 대하여 송신 다이버서티를 적용하면, 다이버서티 이득, SINR 이득 및 다른 이동 단말기에 대한 간섭 감소 효과를 얻을 수 있다.
두 개의 수신 안테나를 이용하여 송신 안테나로부터 전송되는 빔을 수신하는 제3 이동 단말기(130)는 각도 확산이 크고, 두 개의 수신 안테나를 포함하고 있으므로, MIMO를 적용하는 것이 바람직하다. 빔 #1과 빔 #3에 대해서 데이터 멀티플렉싱을 하므로, MIMO와 빔 형성이 결합된 구조라고 볼 수 있다. 일반적으로 MIMO는 안테나별로 페이딩 상관성이 증가하면, 성능이 저하되는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명에 따른 구조에서는 빔 #1과 빔 #3가 서로 다른 방향을 지향하고 있으므로, 페이딩 상관성을 감소시키는 효과가 있다.
여기서, 제1 이동 단말기(110) 내지 제3 이동 단말기(130)는 고정된 특성 전송 모드를 가지는 구조를 예로 하였으나, 이동 단말기가 이동하면서 여러 가지의 전송 모드로 전환되는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 다중 안테나 전송 기술을 이용하여 신호를 전송하는 기지국 송신기의 구조도이다.
본 발명에 따른 기지국 송신기는 데이터 채널 생성부(210) 및 다수의 전송 모드 선택부(220), 제1 합산기(230), 빔 형성기(240), 제2 합산기(250), OFDM 변조기(260), 송신 안테나(140 내지 170)를 포함한다.
여기서, 제2 합산기(250)로 입력되는 공통 채널은 안테나별로 송신하는 공통 파일럿과 기타 제어 신호들을 의미하는 것으로, 공통 채널은 빔 형성을 하지 않고 전 지향성 빔으로 전송된다. 특히 공통 파일럿은 안테나별로 시간 또는 주파수를 다르게 하여 전송함으로써, 이동 단말기가 안테나별 채널 값을 산출할 수 있도록 한다.
데이터 채널 생성부(210)에 의해 생성된 데이터 채널은 각 이동 단말기에서 피드백된 신호를 바탕으로 특정 방향으로 전송된다.
전송 모드 선택부(220)는 이동 단말기로부터 피드백된 신호를 바탕으로 다중 안테나 전송 모드를 결정하고, 다이버서티 또는 MIMO 인코더(222)를 이용하여 결정된 안테나 전송 모드를 적절하게 가공한 후, 빔 선택기(224)를 이용하여 송신하고자 하는 방향으로 전달한다.
빔 선택기(224)에 의해 선택된 데이터 채널은 제1 합산기(230), 빔 형성기(240)를 거쳐 제2 합산기(250)로 전달된다. 이 때, 제2 합산기(250)에서는 빔 형성기(240)를 통하여 전달되는 빔 형성된 데이터 채널 신호와, 공통 채널로부터 입력되는 공통 파일럿과 기타 제어 신호가 합해진다.
빔 형성된 데이터 채널 신호, 파일럿 신호 및 기타 제어 신호가 합해진 순방향 신호는 OFDM 변조기(260)를 통하여 변조된 후, 각 안테나(140 내지 170)를 통하여 사전에 설정된 송신 각도로써, 이동 단말기로 송출된다.
이와 같이 기지국 송신기로부터 전송된 순방향 신호는 전송 모드 선택부(220)에서 선택된 안테나 전송 모드를 통하여 이동 단말기로 전송된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 다중 안테나 전송 기술을 이용하여 송신된 신호를 수신하는 이동 단말기의 내부 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 이동 단말기는 수신 안테나(310, 312), 합산기(320, 322), 심볼 검출 모듈(330), 채널 디코딩 모듈(340), 멀티플렉싱 모듈(350), 채널 추정 모듈(360) 및 피드백 정보 추출 모듈(370)을 포함한다.
이동 단말기는 심볼 검출 모듈(330)을 이용하여, 수신 안테나(310, 312)를 통하여 수신된 순방향 신호로부터 데이터 채널 심볼, 파일럿 심볼 및 기타 제어 심볼을 검출하고, 채널 디코딩 모듈(340)을 통하여 각 심볼의 채널을 디코딩한다. 디코딩된 채널 정보는 합산기(320, 322)로 전달되어 다음에 수신되는 순방향 신호와 함께 심볼 검출 모듈(330)로 전달된다.
그리고, 채널 추정 모듈(360) 및 피드백 정보 추출 모듈(370)을 통하여 수신된 공통 파일럿을 이용하여 송신 각도별 채널 이득 분포를 구함으로써, 피드백 신호를 통해 송출할 피드백 정보를 추출한다.
여기서, 이동 단말기에서 피드백 신호를 결정하는 방법을 상세하게 설명하면, 이동 단말기는 먼저, 공통 파일럿을 이용하여 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 채널 행렬을 산출한다. 여기서, 산출되는 채널 행렬(A)은 수학식 1과 같다.
Figure 112006048331144-pat00001
여기서,
Figure 112006048331144-pat00002
는 j번째 송신 안테나와 i번째 수신 안테나 사이의 채널 값을 의미하고, N R 과 N T 는 각각 수신 안테나와 송신 안테나의 개수를 의미한다. 이동 단말기는 기지국이 사용하는 안테나 개수와 빔 지향 방향에 대한 정보를 기지국으로부 터 미리 전송받는다. 즉, 이동 단말기는 기지국이 사용하는 빔 형성 가중치 계산을 위한 정보를 전송받는다. 이동 단말기는 기지국 송신 각도별로 수학식 2와 같은 연산을 수행하여 전력과 비례되는 값을 산출함으로써, 빔 형성 가중치를 계산한다.
Figure 112006048331144-pat00003
여기서, P i,j 는 기지국이 j번째 빔으로 송신하였을 때, 이동 단말기의 i번째 안테나에 수신되는 전력과 비례되는 값이다. a i 는 i번째 수신 안테나에 대한 채널 벡터이고, w j 는 기지국이 송신단에서 빔 형성시 사용하는 빔 형성 가중치 벡터이다.
이동 단말기가 빔 형성 가중치를 생성할 수 있기 위해서는 초기에 기지국으로부터 기지국 안테나에 대한 정보를 전송받아야 한다. 이러한 안테나 정보에는 안테나 간 간격, 기하학적 안테나 배치 구조 및 기지국이 사용하는 빔의 전체 개수 등이 포함되어 있어야한다. 최종적으로 이동 단말기는 송신 각도별 채널 이득 값을 이용하여 빔 형성 가중치를 계산하고, 계산된 빔 형성 가중치로부터 다중 안테나 전송 모드와 데이터 전송에 사용할 빔의 고유 번호를 결정하여 기지국에 피드백한다.
여기서, 이동 단말기가 빔의 고유 번호를 결정하기 위하여 이용하는 송신 각도별 채널 이득 값(Γj)은 수학식 3에 의해 산출된다.
Figure 112006048331144-pat00004
여기서, 수학식 3에 의해 산출된 송신 각도별 채널 이득 값은 송신 각도별 채널 이득 분포와 각도 번호를 축으로 하는 그래프 상에서 표시될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 이동 단말기에서 측정되는 송신 각도별 채널 이득 분포를 예시한 도면이다.
도 4에서 (a)는 도 1의 제1 이동 단말기에서 산출되는 각도별 채널 이득 값(Γj)을 도시한 예시 그래프이며, (b)는 제2 이동 단말기에서 산출되는 각도별 채널 이득 값을 도시한 예시 그래프이고, (c)는 제3 이동 단말기에서 산출되는 각도별 채널 이득 값을 도시한 예시 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 다중 안테나 전송 기술을 이용하여 신호를 전송하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
기지국은 데이터 채널 생성부를 통해 각 이동 단말기로 전송할 데이터 채널 신호를 생성한 후(S510), 전송 모드 선택부(220)를 통하여 다중 안테나 전송 모드를 결정한다(S520).
그리고, 공통 채널로부터 공통 파일럿과 기타 제어 신호를 입력받아, S510 단계에서 생성된 데이터 채널 신호와 합하여 순방향 신호를 생성하고(S530), OFDM 변조한 후, 다수의 안테나를 통하여 송신하고자 하는 방향을 통해 각 이동 단말기로 송출한다(S540).
순방향 신호를 수신한 이동 단말기가 수신된 공통 파일럿을 이용하여 송신 각도별 채널 이득 분포를 구하고, 피드백 정보를 추출하여 기지국으로 피드백 신호로써 전송하면, 기지국은 전송되는 피드백 신호를 수신한다(S550).
기지국의 전송 모드 선택부(220)는 이동 단말기로부터 전송되는 피드백 신호를 수신하고 확인하여, 다중 안테나 전송 모드를 결정한다(S560). 그리고, 결정된 다중 안테나 전송 모드를 이용하여 순방향 신호를 생성하고, 각 이동 단말기로 송출하는 S530 이후의 단계를 반복한다.
이와 같은 방법을 통하여 기지국은 빔 형성 방법, MIMO 및 다이버서티 기법을 이용하는 다중 안테나 전송 모드를 결정하고, 결정된 다중 안테나 전송 모드를 이용하여 데이터 채널 신호를 송출할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기지국이 MIMO 및 다이버서티와 빔 형성을 간단하게 결합하여 데이터 채널 신호를 이동 단말기로 전송할 수 있으며, 이동 단말기도 다중 안테나 전송 모드를 채널 상황에 따라 용이하게 선택할 수 있다.
또한, 기존에는 빔 별로 파일럿을 전송해야함에 따라 파일럿 대 데이터 비율이 증가하는 문제점을 해결되어, 기지국이 빔 별로 파일럿을 별도로 송출할 필요가 없이, 안테나별 파일럿을 전송하기만 하면 되는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 이동 단말기가 다중 안테나 전송 기술을 이용하여 전송되는 순방향 신호에 대한 피드백 신호를 기지국으로 전송하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 순방향 신호로부터 공통 파일럿 신호를 추출하여, 상기 기지국의 송신 안테나와 상기 이동 단말기의 수신 안테나 사이의 채널 행렬을 산출하는 단계;
    (b) 상기 송신 안테나의 기지국 송신 각도별로 빔 형성 가중치를 계산하는 단계;
    (c) 상기 계산된 빔 형성 가중치로부터 다중 안테나 전송 모드 선택 및 상기 순방향 신호 전송에 사용할 빔의 고유 번호를 결정하는 단계; 및
    (d) 상기 빔의 고유 번호를 상기 피드백 신호로써, 상기 기지국으로 전송하는 단계
    를 포함하는 이동 단말기의 피드백 신호 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서, 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나 사이의 채널 행렬(A)은,
    Figure 112006048331144-pat00005
    (여기서, 상기
    Figure 112006048331144-pat00006
    는 j번째 송신 안테나와 i번째 수신 안테나 사이의 채널 값, 상기 N R 는 상기 수신 안테나의 개수, 상기 N T 는 상기 송신 안테나의 개수)
    의 형태로 산출되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기의 피드백 신호 전송 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (c)는,
    Figure 112006048331144-pat00007
    (여기서, P i,j 는 상기 기지국이 j번째 빔으로 송신하였을 때, 상기 이동 단말기의 i번째 안테나에 수신되는 전력과 비례되는 값, 상기 a i 는 i번째 수신 안테나에 대한 채널 벡터, 상기 w j 는 상기 송신 안테나에서 빔 형성시 사용하는 빔 형성 가중치 벡터)
    를 통하여, 상기 빔 형성 가중치를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기의 피드백 신호 전송 방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 단계 (c)는,
    상기 송신 안테나의 송신 각도별 채널 이득 값을 산출하여, 상기 빔 형성 가중치를 계산하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기의 피드백 신호 전송 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 송신 각도별 채널 이득 값(Γj)은,
    Figure 112006048331144-pat00008
    을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기의 피드백 신호 전송 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 단계 (c)에 앞서,
    상기 빔 형성 가중치의 계산을 위하여 상기 기지국으로부터, 상기 송신 안테나 사이의 간격, 상기 송신 안테나의 배치 구조 및 상기 기지국이 사용하는 빔의 전체 개수를 포함하는 안테나 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기의 피드백 신호 전송 방법.
  11. 다중 안테나 전송 기술을 이용하여 순방향 신호를 이동 단말기로 전송하는 기지국의 송신 방법에 있어서,
    (a) 상기 이동 단말기로 전송할 데이터 채널 신호를 생성하는 단계;
    (b) 상기 데이터 채널 신호를 전송할 다중 안테나 전송 모드를 결정하는 단계;
    (c) 상기 데이터 채널 신호, 공통 파일럿 및 제어 신호를 합하여 상기 순방향 신호를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 결정된 다중 안테나 전송 모드를 사용하여, 상기 순방향 신호를 사전에 설정된 송신 각도에 따라 송출하는 단계
    를 포함하는 다중 안테나 전송 기술을 이용한 송신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    (e) 상기 이동 단말기로부터 상기 전송된 순방향 신호에 대한 피드백 신호를 수신하는 단계;
    (f) 상기 피드백 신호를 이용하여 순방향 신호의 전송을 위한 다중 안테나 전송 모드를 결정하는 단계; 및
    (g) 상기 결정된 다중 안테나 전송 모드에 따라 상기 순방향 신호를 생성하여 송출하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 전송 기술을 이용한 송신 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    동일한 순방향 신호에 상기 다수의 안테나별로 설정된 각각의 가중치를 곱하여 전송하는 빔 형성 방식;
    상기 이동 단말기로부터의 피드백 신호를 수신하고, 상기 피드백 신호에 따라 안테나의 가중치를 달리하여 상기 순방향 신호를 전송하는 다이버서티 방식; 및
    상기 순방향 신호에 대하여 상기 이동 단말기로부터 피드백 신호를 수신하고, 상기 피드백 신호에 따라 하나의 안테나를 선택하여 상기 순방향 신호를 전송하는 MIMO 방식
    중 하나 또는 두 개 이상의 결합된 방식을 상기 다중 안테나 전송 모드로서 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 전송 기술을 이용한 송신 방법.
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