KR100925125B1 - 다중 입력 다중 출력 시스템에서 다중 사용자 및 단독사용자를 스케줄링하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

다중 입력 다중 출력 시스템에서 다중 사용자 및 단독사용자를 스케줄링하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 시스템에서 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 할당 자원(chunk)에 대한 다중 사용자-MIMO(Multi User-MIMO : 이하 'MU-MIMO'라 칭함) 및 단일 사용자-MIMO(Single User-MIMO : 이하 'SU-MIMO'라 칭함) 용 자원의 비율을 결정하는 과정과, 상기 결정된 비율로 상기 MU-MIMO 용 자원을 결정하고 나머지 자원을 상기 SU-MIMO 용 자원으로 결정하는 과정과, 하나 이상의 단말들에게 상기 결정된 자원에 대한 자원 정보를 전송하는 과정과, 상기 단말들로부터 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원에 대한 채널 품질 정보(이하 'CQI'라 칭함) 피드백 정보가 수신될 시, 상기 CQI 피드백 정보를 이용하여 전체 용량을 최대화하는 사용자들에게 MU-MIMO/SU-MIMO 용 자원 및 스트림을 할당하는 과정을 포함하여, 최소의 CQI 피드백 오버헤드만을 희생하여 최대의 다중 사용자 다이버시티와 주파수 다이버시티를 획득할 수 있는 이점이 있다.
MIMO, 스케줄링, CQI, 피드백, 다이버시티

Description

다중 입력 다중 출력 시스템에서 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SCHEDULING OF MULTIUSER/SINGLE USER IN A MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT SYSTEM}
본 발명은 다중 입력 다중 출력 시스템에 관한 것으로, 특히, 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
다중 사용자 MIMO(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 방식은 여러 사용자에게 여러 개의 데이터 스트림(data stream)을 할당하는 방식으로, 공간 도메인(spatial domain)을 이용하여 최상의 채널 상황인 사용자에게 데이터 스트림을 할당함으로써 다중 사용자 다이버시티(Multiuser Diversity : 이하 'MUDiv'라 칭함)를 얻을 수 있는 공간 분할 다중 접속(Spatial Division Multiple Access : 이하 'SDMA'라 칭함) 방식이다.
기존의 기술 중 PU2RC(Per User Unitary feedback/beamforming and Rate Control)는 동일 사용자에게 여러 데이터 스트림을 할당하는 공간 다중화(Spatial Multiplexing : 이하 'SM'이라 칭함)와 여러 사용자에게 동시에 여러 데이터 스트림을 할당하는 상기 SDMA가 가능한 유일한 기술이다. 여기서, 상기 SM은 단일 사용자 MIMO(Single-User MIMO : 이하 'SU-MIMO'라 칭함) 방식이라 하고, 상기 SDMA는 다중 사용자 MIMO(Multiuser MIMO : 이하 'MU-MIMO'라 칭함) 방식이라 정의한다.
상기 SU-MIMO는 연속 간섭 제거(Successive Interference Cancellation : 이하 'SIC'라 칭함) 등과 같은 고도의 수신기 기술(advanced receiver technique)을 이용하여 최대 데이터 전송률(peak data-rate)을 극대화할 수 있는 방법인 반면, 상기 MU-MIMO 방식은 여러 개의 데이터 스트림을 여러 사용자가 경쟁을 통하여 최대의 성능(capacity)을 낼 수 있는 사용자에게 할당함으로써 MUDiv를 획득하여 전체적인 시스템 성능(system throughput)을 극대화하는 방법이다.
상기와 같은 다중 사용자 MIMO 방식은 단일 사용자 MIMO 방식과 추구하는 목표도 다르지만, 근본적으로는 폐쇄 루프 MIMO(Closed loop MIMO) 방식으로써 요구되는 채널 품질 정보(Channel Quality Information : 이하 'CQI'라 칭함) 피드백(feedback) 또한 상이하다. 먼저, 상기 MU-MIMO 방식은 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean-Squared Error : 이하 'MMSE'라 칭함) 수신기를 바탕으로 각 사용자가 프리코딩 매트릭스(Precoding Martix)별 신호 대 간섭 및 잡음의 비(Signal-to-Interference and Noise Ratio : 이하 'SINR'이라 칭함)를 계산하여 피드백 방식에 따라 CQI를 피드백한다. 반면, 상기 SU-MIMO 방식은 SIC 수신기를 기본으로 각 스트림별 SINR을 계산하여 피드백한다.
여기서, 상기 CQI 피드백의 종류에는 전체 CQI 피드백(Full CQI Feedback), 부분 CQI 피드백(Partial CQI Feedback), 감소된 CQI 피드백(Reduced CQI Feedback)이 있다. 먼저, 상기 전체 CQI 피드백은 송신단이 G개의 프리코딩 매트릭스(Pre-coding Matrix)를 사용하는 경우, 수신단이 상기 모든 프리코딩 매트릭스에 대해 획득 가능한 스트림별 SINR을 계산하여 상기 송신단으로 모두 피드백하는 방법으로, 많은 피드백 정보의 양으로 인해 비현실적인 방법이다. 반면, 상기 부분 CQI 피드백은 상기 계산된 모든 프리코딩 매트릭스의 스트림별 SINR 중 스트림별 SINR의 합이 가장 좋은(Max Sum-rate) 프리코딩 매트릭스의 인덱스(Pre-coding Matrix index)와 해당 프리코딩 매트릭스에 대해 획득 가능한 스트림별 SINR을 상기 송신단으로 피드백하는 방법으로, 현재로써 가장 현실적으로 성능과 리던던시(redundancy)의 타협을 이룬 피드백 방법이라 알려져 있다. 이때, 송신단은 각 사용자로부터 수신되는 피드백 정보를 동일 프리코딩 매트릭스로 그룹핑하고, 상기 그룹핑된 프리코딩 매트릭스별로 각 스트림별 가장 좋은 SINR을 피드백한 사용자를 선택함으로써, 해당 프리코딩 매트릭스에 대해 획득 가능한 스트림별 SINR의 합을 최대화하는 사용자들에게 해당 스트림을 할당한다. 마지막으로, 상기 감소된 CQI 피드백은 상기 스트림별 SINR의 합이 가장 좋은 프리코딩 매트릭스(Pre-coding Matrix)의 인덱스와 해당 프리코딩 매트릭스의 스트림별 SINR 중 가장 좋은 SINR을 획득할 수 있는 스트림의 인덱스(index)와 상기 프리코딩 매트릭스 및 스트림을 사용하였을 때 수신단에서 획득할 수 있는 SINR을 상기 송신단으로 피드백하는 방법으로, 가장 적은 CQI 피드백 양만을 요구하지만 사용자의 수가 충분히 클 때에는 상기 부분 CQI 피드백(Partial CQI Feedback) 못지 않은 성능을 보이므로 상기 SDMA의 가장 현실적인 CQI 피드백 방법이다.
한편, 상기 MIMO 시스템에서 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위해 기존의 SU-MIMO 및 MU-MIMO을 적용한다면, 정적 SU-MIMO 및 MU-MIMO 스위칭(Static SU-MIMO and MU-MIMO Switching) 기법과 동적 SU/MU-MIMO(Dynamic SU/MU-MIMO) 기법이 가능하다.
먼저, 상기 정적 SU-MIMO 및 MU-MIMO 스위칭 기법은, 상위 계층(Layer)에서 채널의 상황 및 사용자(user)의 수 등을 고려하여 전체적으로 SU-MIMO 혹은 MU-MIMO 만을 행하는 기법이다. 상기 기법은 가장 간단한 방법일 수 있지만, 상기 MU-MIMO와 SU-MIMO를 동시에 행할 수 없기 때문에 시스템 용량(system capacity) 극대화를 위한 최적화를 이룰 수 없어 전체적인 효율은 떨어질 수 밖에 없는 문제점이 있다.
반면, 상기 동적 SU/MU-MIMO 기법은 상기 정적 스위칭(static switching) 기법의 반대되는 개념으로써, 모든 사용자는 MU-MIMO(SDMA) 혹은 SU-MIMO(SM)으로 서비스될 것을 가정하여 각각에 맞는 CQI를 계산하고, 상기 계산 결과를 송신단으로 피드백(feedback)한다. 이때, 모든 사용자는 상기 SDMA 서비스에 대비하여 최고 선호하는 프리코딩 매트릭스(Precoding matrix)와 스트림 인덱스(stream index) 및 송신단이 상기 프리코딩 매트릭스와 스트림을 사용하였을 때 수신단에서 획득할 수 있는 SINR을 피드백(감소된 CQI 피드백)하고, 상기 SM 서비스에 대비하여 SIC로 계산한 각 스트림(stream)별 SINR들을 피드백(부분 CQI 피드백)한다. 이때, 상기 송 신단은 할당할 자원(chunk)에 대해서 SU-MIMO로 서비스를 하는 것이 더 좋을지 아니면 MU-MIMO로 서비스하는 것이 더 좋을지를 판단하고, 시스템 용량(System Capacity)을 최대화(maximize)하는 방향으로 상기 자원(chunk)을 할당한다. 또한, 상기 기법은 상기 MU-MIMO와 SU-MIMO 중에서 합 전송률(sum-rate)을 최고로 만드는 방법을 사용자에게 할당함으로써 시스템 용량(system capacity)을 최대화(Maximize)할 수 있다. 하지만, 상기 기법은 각 사용자가 상기 MU-MIMO를 위한 감소된 CQI 피드백 및 상기 SU-MIMO를 위한 부분 CQI 피드백을 각각 계산하여 전부 피드백해야 하므로, 요구되는 CQI 피드백 량이 많은 문제점이 있다. 또한, 상기 기법을 OFDM으로 확장하게 되면, 선형적으로 N배 만큼의 피드백 오버헤드(feedback overhead)가 더 필요하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 전체 주파수 대역(frequency band) 중에 일부 자원(chunk)은 MU-MIMO 용으로 사용하고 나머지는 SU-MIMO 용으로 활용하여 스케줄링(scheduling)의 복잡도 및 불필요한 CQI 피드백을 방지하기 위한 다중 사용자 및 단독 사용자 스케줄링 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 할당 자원에 대해 MU-MIMO 용 자원과 SU-MIMO 용 자원의 비율을 채널 상황 또는 사용자의 수에 따라 적응적으로 변화시켜 전체적인 시스템 용량을 극대화하기 위한 스케줄링 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 송신단이 MU-MIMO 용 자원을 미리 지정하고, 모든 사용자들로부터 상기 지정된 자원에 대해서만 MU-MIMO를 위한 CQI를 피드백 받음으로써, 특정 자원에 대해 많은 사용자들이 경쟁에 참여하도록 하여 다중 사용자 다이버시티 이득을 극대화시키기 위한 스케줄링 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 시스템의 기지국에서 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위한 방법은, 할당 자원(chunk)에 대한 다중 사용자-MIMO(Multi User-MIMO : 이하 'MU-MIMO'라 칭함) 및 단일 사용자-MIMO(Single User-MIMO : 이하 'SU-MIMO'라 칭함) 용 자원(chunk)의 비율을 결정하는 과정과, 상기 결정된 비율로 상기 MU-MIMO 용 자원을 결정하고 나머지 자원을 상기 SU-MIMO 용 자원으로 결정하는 과정과, 하나 이상의 단말들에게 상기 결정된 자원에 대한 자원 정보를 전송하는 과정과, 상기 단말들로부터 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원에 대한 채널 품질 정보(Channel Quality Information : 이하 'CQI'라 칭함) 피드백(feedback) 정보가 수신될 시, 상기 CQI 피드백 정보를 이용하여 전체 용량을 최대화하는 사용자들에게 MU-MIMO/SU-MIMO 용 자원 및 스트림을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 시스템의 단말에서 피드백 정보를 전송하기 위한 방법은, 기지국으로부터 다중 사용자-MIMO(Multi User-MIMO : 이하 'MU-MIMO'라 칭함) 용 자원 및 단일 사용자-MIMO(Single User-MIMO : 이하 'SU-MIMO'라 칭함) 용 자원에 대한 자원 정보가 수신될 시, 상기 자원 정보를 이용하여 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원에 대한 채널 품질 정보(Channel Quality Information : 이하 'CQI'라 칭함)를 계산하는 과정과, 상기 SU-MIMO 용 자원 중 가장 높은 CQI를 가지는 소정 개수의 SU-MIMO 용 자원을 선택하고, 상기 선택된 소정 개수의 SU-MIMO 용 자원 및 상기 MU-MIMO 용 자원에 대한 CQI를 이용하여 CQI 피드백(feedback) 정보를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 시스템에서 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위한 장치는, 할당 자원(chunk)에 대한 다중 사용자-MIMO(Multi User-MIMO : 이하 'MU-MIMO'라 칭함) 및 단일 사용자-MIMO(Single User-MIMO : 이하 'SU-MIMO'라 칭함) 용 자원(chunk)의 비율을 결정하고, 상기 결정된 비율로 상기 MU-MIMO 용 자원을 결정하며 나머지 자원을 상기 SU-MIMO 용 자원으로 결정하는 자원 결정부와, 하나 이상의 단말들에게 상기 결정된 자원에 대한 자원 정보를 전송하며, 상기 단말들로부터 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원에 대한 채널 품질 정보(Channel Quality Information : 이하 'CQI'라 칭함) 피드백(feedback) 정보가 수신될 시, 상기 CQI 피드백 정보를 이용하여 전체 용량을 최대화하는 사용자들에게 MU-MIMO/SU-MIMO 용 자원 및 스트림을 할당하는 사용자 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 사용자의 수나 채널환경에 따라서 전체 주파수 대역(Frequency band) 중에 일부 자원(chunk)은 MU-MIMO(SDMA) 용으로 사용하고 나머지는 SU-MIMO(SM) 용으로 활용하여 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링함으로써, 상기 MU-MIMO(SDMA) 용 특정 자원(chunk)에 많은 사용자들이 몰리게 하여 다중 사용자 다이버시티(Multiuser Diversity) 이득(gain)을 극대화하고, 선호하는 자원(Preferred chunk)에 대한 정보를 피드백해주지 않아도 되므로 상기 자원에 대한 CQI 피드백(feedback) 량이 감소하는 이점이 있다. 또한, 주파수 선택(Frequency selectivity)를 고려하여 SU-MIMO(SM) 용 자원 중 최선호 자원에 대한 CQI를 피드백하기 때문에 주파수 다이버시티(Frequency Diversity)를 극대화하는 이점이 있다. 마지막으로, 사용자의 수 및 채널 상황에 따라 MU-MIMO(SDMA) 및 SU-MIMO(SM) 용 자원(chunk)의 비율을 적응적으로 조정함으로써, 시스템 성능(system throughput)을 극대화할 수 있는 이점이 있다. 다시 말해, 최소의 CQI 피드백 오버헤드(feedback overhead)만을 희생하여 최대의 다중 사용자 다이버시티(Multiuser diversity)와 주파수 다이버시티(Frequency diversity)를 동시에 획득하고, 스케줄링(scheduling)의 복잡도를 줄이며, 이에 따라 최대의 시스템 용량(system capacity)을 도출해낼 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 다중 입력 다중 출력 시스템에서 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위한 장치 및 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다. 여기서, 상기 다중 입력 다중 출력 시스템은 기지국과 단말을 포함하여 구성되며, 상기 기지국은 사용자 선택부(101)와 프리코더(103) 및 자원 결정부(109)를 포함하여 구성되고, 상기 단말은 수신부(105)와 디코더(107)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 시스템은 M개의 송신 안테나와 N개의 수신 안테나로 가정한다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 자원 결정부(109)는 스케줄링해야할 사용자의 수 혹은 1 명의 사용자가 요구하는 데이터 요구량에 따라 MU-MIMO 및 SU-MIMO 용 자원(chunk)의 양을 조절 및 결정하고, 사용자의 수 및 사용자들의 채널 상황에 따라 MU-MIMO 용 자원을 미리 결정한 후, 상기 결정된 MU-MIMO 및 SU-MIMO 용 자원(chunk)의 양 및 MU-MIMO 용 자원의 인덱스를 상기 사용자 선택부(101)로 출력한다. 여기서, 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원을 제외한 나머지 자원은 SU-MIMO 용 자원으로 결정된다.
상기 사용자 선택부(101)는 피드포워드 제어 시그널링(feedforward control signaling)을 통해 각 사용자들에게 자원 정보를 전송한다. 여기서, 상기 피드포워드 제어 시그널링을 통해 각 사용자들에게 전송되는 자원 정보는 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 인덱스와 상기 자원에 사용된 프리코딩 인덱스, 상기 SU-MIMO 용 자원 인덱스와 상기 자원에 사용된 프리코딩 인덱스를 포함한다. 이후, 각 사용자들로부터 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원에 대한 CQI 피드백(feedback) 정보가 수신되면, 상기 CQI 피드백 정보를 이용하여 하향링크 전체 용량을 최대화하는 사용자들에게 MU-MIMO/SU-MIMO 용 자원 및 스트림을 할당한다.
상기 프리코더(103)는 상기 자원 및 스트림을 할당받은 사용자들, 즉 동시에 전송될 사용자들의 데이터 스트림에 해당 프리코더 매트릭스(pre-coder matrix)를 사용하여 전송 심볼을 생성하고, 상기 생성된 전송 심볼을 소정 개수 M의 송신 안테나를 통해 각 사용자에게 전송한다.
상기 단말의 수신부(105)는 소정 개수 N의 수신 안테나를 통해 상기 기지국으로부터 데이터를 수신하고, 상기 수신된 데이터를 각각의 스트림으로 분리하여 상기 디코더(107)로 출력한다. 또한, 상기 기지국의 사용자 선택부(101)로부터 피드포워드 제어 시그널링(feedforward control signaling)을 통해 수신되는 자원 정보를 이용하여 SINR을 계산 및 CQI 피드백 정보를 생성하고, 상기 생성된 CQI 피드백 정보를 상기 사용자 선택부(101)로 전송한다. 다시 말해, 상기 기지국이 상기 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원을 상기 자원에 사용된 프리코딩 매트릭스를 사용하여 데이터를 전송하였을 시, 상기 단말 자신이 수신할 수 있는 스트림별 SINR을 계산하고, 상기 SU-MIMO 용 자원 중 가장 선호하는 M개의 자원 및 상기 자원에 대한 CQI 피드백 정보와 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원에 대한 감소된 피드백(reduced feedback) 정보를 상기 사용자 선택부(101)로 전송한다. 여기서, 상기 수신부(105)는 상기 SU-MIMO 용 자원에 대한 CQI를 SIC로 계산하고, 상기 MU-MIMO 용 자원에 대한 CQI를 MMSE로 계산한다.
상기 디코더(107)는 상기 수신부(105)로부터 입력되는 데이터 스트림을 디코딩하여 원하는 정보를 출력한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템의 기지국에서 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위한 방법의 절차를 도시한 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 기지국은 201단계에서 이번 프레임에서 스케줄링해야할 사용자의 수 혹은 1 명의 사용자가 요구하는 데이터 요구량에 따라 MU-MIMO 및 SU-MIMO 용 자원(chunk)의 양을 조절 및 결정한다. 예를 들어, 상기 기지국은 이번 프레임에서 스케줄링해야 할 사용자의 수가 많거나 1 명의 사용자가 요구하는 데이터 요구량이 적을 경우, 할당할 자원의 양에 대해서 MU-MIMO 용 자원의 비율을 증가시키고, 사용자의 수가 적거나 1 명의 사용자가 요구하는 데이터 요구량이 클 경우, 사용자마다 희망하는 단위 매트릭스(프리코딩 매트릭스)가 모두 달라서 그룹핑(Grouping)을 통한 MUDiv를 얻기 어려우므로 상기 MU-MIMO 용 자원의 비율을 줄이고 SU-MIMO 용 자원의 비율을 증가시킨다. 이와 같이, 상기 MU-MIMO 및 SU-MIMO 용 자원의 양을 적응적으로 조절함으로써, 상기 시스템은 사용자에 의해 요구되는 최대 데이터 전송율(peak data rate)을 보장할 수 있다.
이후, 상기 기지국은 203단계에서 많은 사용자들이 경쟁에 참여하도록 하여 MUDiv 이득을 극대화시키기 위해 사용자의 수 및 사용자들의 채널 상황에 따라 적응적으로 MU-MIMO 용 자원을 미리 결정하고, 피드포워드 제어 시그널링(feedforward control signaling)을 통해 단말들에게 자원 정보를 전송한다. 여기서, 상기 MU-MIMO 용 주파수 자원은 연속된 위치의 주파수 자원으로 결정할 수도 있고, 분리된 위치의 주파수 자원으로 결정할 수도 있으며, 이 경우 상기 주파수 자원의 위치는 중요치 않다. 도 4를 예로 들면, 기지국은 1, 5번째 주파수 자원(chunk)을 MU-MIMO 용 자원으로 결정하고, 나머지 주파수 자원을 SU-MIMO 용 자원으로 결정할 수 있다. 여기서, 상기 자원 정보에는 고정된 자원 인덱스, 즉 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 인덱스와 그외 자원 인덱스, 즉 SU-MIMO 용 자원 인덱스 및 해당 자원에 사용된 프리코딩 인덱스가 포함된다. 이때, 사용자들은 상기 결정된 임의의 자원에 대해서만 MU-MIMO를 위한 CQI를 상기 기지국으로 피드백한다. 즉, 사용자들은 선호하는 MU-MIMO 자원에 대한 정보를 피드백하지 않아도 되고, 따라서 그만큼의 오버헤드를 감소시킬 수 있다. SDMA의 경우, 대부분의 이득이 사용자가 많이 경쟁하여 각 데이터 스트림을 좋은 채널 환경의 사용자에게 할당함으로써 얻는 MUDiv에 근거한다. 그러므로, 사용자들은 선호하는 MU-MIMO 자원과 해당 자원의 CQI 정보를 기지국으로 피드백하는 대신, 이미 지정된 임의의 자원에 대해 CQI 정보를 피드백하여도 성능상의 차이가 거의 없다.
이후, 상기 기지국은 205단계에서 상기 단말들로부터 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원에 대한 CQI 피드백(feedback) 정보가 수신되는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 CQI 피드백 정보에는 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원에 대한 감소된 피드백(reduced feedback) 정보와, 상기 SU-MIMO 용 자원 중 가장 선호하는 M개의 자원에 대한 CQI 피드백 정보가 포함된다.
상기 CQI 피드백 정보가 수신될 시, 상기 기지국은 207단계에서 상기 CQI 피드백 정보를 이용하여 하향링크 전체 용량을 최대화하는 사용자들에게 MU-MIMO/SU-MIMO 용 자원 및 스트림을 할당한다. 다시 말해, 상기 MU-MIMO 용 자원의 경우, 상 기 기지국은 상기 자원의 할당을 지원한 여러 사용자 중에서 전체 시스템 용량(capacity)을 최대화하는 사용자들에게 데이터 스트림(data stream)을 할당한다. 즉, 해당 자원의 각 스트림별로 가장 좋은 SINR을 피드백한 사용자를 선택하여, 각 스트림별 SINR의 합(Sum-rate)을 최대화하는 사용자들에게 해당 데이터 스트림을 할당한다. 또한, 상기 기지국은 나머지 자원, 즉 상기 SU-MIMO 용 자원에 대해서도 사용자들이 보낸 선호 자원과 CQI 피드백 정보를 바탕으로 전체 용량(Sum-rate)을 최대화하는 사용자에게 해당 자원 및 모든 데이터 스트림(data stream)을 할당한다.
이후, 상기 기지국은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템의 단말에서 피드백 정보를 전송하기 위한 방법의 절차를 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 단말은 301단계에서 기지국으로부터 피드포워드 제어 시그널링(feedforward control signaling)을 통해 자원 정보가 수신되는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 자원 정보에는 이번 프레임에 할당이 결정된 고정된 자원 인덱스, 즉 MU-MIMO 용 자원 인덱스와 그외 자원 인덱스, 즉 SU-MIMO 용 자원 인덱스 및 해당 자원에 사용된 프리코딩 인덱스가 포함된다.
상기 자원 정보가 수신될 시, 상기 단말은 303단계에서 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원에 대한 CQI, 상기 SU-MIMO 용 자원 중 가장 선호하는 M개의 자원에 대한 CQI를 계산한다. 여기서, 상기 SU-MIMO 용 자원에 대한 CQI는 SIC 수신기를 가정하 여 계산된 부분 CQI 피드백이고, 상기 MU-MIMO 용 자원에 대한 CQI는 MMSE 수신기를 가정하여 계산된 감소된 CQI 피드백이다. 다시 말해, 상기 기지국이 상기 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원을 상기 자원에 사용된 프리코딩 매트릭스를 사용하여 데이터를 전송하였을 시, 상기 단말 자신이 수신할 수 있는 SINR에 대한 정보를 생성하고, 상기 SU-MIMO 용 자원 중 가장 선호하는 M개의 자원을 선택한다. 여기서, 상기 가장 선호하는 자원은 주파수 선택(Frequency Selectivity)를 고려하여 자신에게 최적인 자원을 의미한다.
이후, 상기 단말은 305단계에서 상기 계산한 CQI를 이용하여 CQI 피드백(feedback) 정보를 생성하고, 상기 생성한 CQI 피드백(feedback) 정보를 상기 기지국으로 전송한다. 여기서, 상기 CQI 피드백(feedback) 정보에는 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원에 대한 감소된 피드백(reduced feedback)과, 상기 SU-MIMO 용 자원 중 가장 선호하는 M개의 자원과 상기 자원에 대한 CQI 피드백 정보가 포함된다. SU-MIMO(SM)의 경우, 자원의 모든 데이터 스트림이 한명의 사용자에게 할당되어야 하므로, 주파수 선택(frequency selectivity)의 영향을 받기 때문에, 상기 단말은 가장 선호하는 자원과 상기 자원에 대한 스트림별 CQI를 상기 기지국에 알려주어야 한다.
이후, 상기 단말은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 5는 종래 기술과 본 발명에 따른 기술의 성능을 비교한 그래프이다. 여기서, 본 발명에 따른 기술은 사용자의 수가 10명에 이를 때, SDMA 용 자원 대 SM 용 자원의 비율을 1 대 9에서 9 대 1로 적응적 스위칭하는 경우를 예로 들어 비교하는 것으로 한다.
상기 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 기술이 약 80%의 CQI 피드백 양 및 저 복잡도의 할당 과정(allocation process)을 통해서, 종래 기술에 따른 안테나별 전송율 제어(Per-Antenna Rate Control: PARC)보다 월등히 우수한 성능을 가지며, 기존의 동적 PU2RC와 비슷한 시스템 용량(system capacity) 성능을 보장할 수 있음을 알 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템의 구성을 도시한 블럭도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템의 기지국에서 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위한 방법의 절차를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템의 단말에서 피드백 정보를 전송하기 위한 방법의 절차를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입력 다중 출력 시스템에서 주파수 스케줄링 방법을 도시한 예시도, 및
도 5는 종래 기술과 본 발명에 따른 기술의 성능을 비교한 그래프.

Claims (20)

  1. 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 시스템의 기지국에서 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위한 방법에 있어서,
    할당 자원(chunk)에 대한 다중 사용자-MIMO(Multi User-MIMO : 이하 'MU-MIMO'라 칭함) 및 단일 사용자-MIMO(Single User-MIMO : 이하 'SU-MIMO'라 칭함) 용 자원(chunk)의 비율을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 비율로 상기 MU-MIMO 용 자원을 결정하고 나머지 자원을 상기 SU-MIMO 용 자원으로 결정하는 과정과,
    하나 이상의 단말들에게 상기 결정된 자원에 대한 자원 정보를 전송하는 과정과,
    상기 단말들로부터 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원에 대한 채널 품질 정보(Channel Quality Information : 이하 'CQI'라 칭함) 피드백(feedback) 정보가 수신될 시, 상기 CQI 피드백 정보를 이용하여 전체 용량을 최대화하는 사용자들에게 MU-MIMO/SU-MIMO 용 자원 및 스트림을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 MU-MIMO 및 SU-MIMO 용 자원(chunk)의 비율은 스케줄링 해야 할 사용자의 수 혹은 1 명의 사용자가 요구하는 데이터 요구량에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자원 정보는 피드포워드 제어 시그널링(feedforward control signaling)을 통해 각 단말로 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자원 정보는 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 인덱스와 그외 SU-MIMO 용 자원 인덱스 및 해당 자원에 사용된 프리코딩 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 CQI 피드백(feedback) 정보는 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원에 대한 감소된 피드백(reduced feedback) 정보, 상기 SU-MIMO 용 자원 중 가장 높은 CQI를 가지는 소정 개수의 자원에 대한 CQI 피드백 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 MU-MIMO 자원은 사용자 수, 사용자들의 채널 상황 중 적어도 하나를 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 MU-MIMO 및 SU-MIMO 용 자원(chunk)의 비율은 스케줄링해야할 사용자의 수, 1 명의 사용자가 요구하는 데이터 요구량 중 적어도 하나를 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 시스템의 단말에서 피드백 정보를 전송하기 위한 방법에 있어서,
    기지국으로부터 다중 사용자-MIMO(Multi User-MIMO : 이하 'MU-MIMO'라 칭 함) 용 자원 및 단일 사용자-MIMO(Single User-MIMO : 이하 'SU-MIMO'라 칭함) 용 자원에 대한 자원 정보가 수신될 시, 상기 자원 정보를 이용하여 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원에 대한 채널 품질 정보(Channel Quality Information : 이하 'CQI'라 칭함)를 계산하는 과정과,
    상기 SU-MIMO 용 자원 중 가장 높은 CQI를 가지는 소정 개수의 SU-MIMO 용 자원을 선택하고, 상기 선택된 소정 개수의 SU-MIMO 용 자원 및 상기 MU-MIMO 용 자원에 대한 CQI를 이용하여 CQI 피드백(feedback) 정보를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 자원 정보는 피드포워드 제어 시그널링(feedforward control signaling)을 통해 상기 기지국으로부터 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 자원 정보는 상기 기지국에서 결정한 MU-MIMO 용 자원 인덱스와 그외 SU-MIMO 용 자원 인덱스 및 해당 자원에 사용된 프리코딩 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 생성한 CQI 피드백(feedback) 정보를 상기 기지국으로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 CQI 피드백(feedback) 정보는 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원에 대한 감소된 피드백(reduced feedback) 정보, 상기 SU-MIMO 용 자원 중 가장 높은 CQI를 가지는 소정 개수의 자원에 대한 CQI 피드백 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 시스템에서 다중 사용자 및 단독 사용자를 스케줄링하기 위한 장치에 있어서,
    할당 자원(chunk)에 대한 다중 사용자-MIMO(Multi User-MIMO : 이하 'MU-MIMO'라 칭함) 및 단일 사용자-MIMO(Single User-MIMO : 이하 'SU-MIMO'라 칭함) 용 자원(chunk)의 비율을 결정하고, 상기 결정된 비율로 상기 MU-MIMO 용 자원을 결정하며 나머지 자원을 상기 SU-MIMO 용 자원으로 결정하는 자원 결정부와,
    하나 이상의 단말들에게 상기 결정된 자원에 대한 자원 정보를 전송하며, 상 기 단말들로부터 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원에 대한 채널 품질 정보(Channel Quality Information : 이하 'CQI'라 칭함) 피드백(feedback) 정보가 수신될 시, 상기 CQI 피드백 정보를 이용하여 전체 용량을 최대화하는 사용자들에게 MU-MIMO/SU-MIMO 용 자원 및 스트림을 할당하는 사용자 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 자원 결정부는,
    스케줄링 해야 할 사용자의 수 혹은 1 명의 사용자가 요구하는 데이터 요구량에 따라 MU-MIMO 및 SU-MIMO 용 자원의 비율을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 사용자 선택부는,
    상기 자원 정보를 피드포워드 제어 시그널링(feedforward control signaling)을 통해 각 단말로 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 자원 결정부는,
    사용자 수, 사용자들의 채널 상황 중 적어도 하나를 이용하여 상기 MU-MIMO 자원을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 자원 결정부는,
    상기 MU-MIMO 및 SU-MIMO 용 자원(chunk)의 비율을 스케줄링해야할 사용자의 수, 1 명의 사용자가 요구하는 데이터 요구량 중 적어도 하나를 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 사용자 선택부로부터 수신되는 자원 정보를 이용하여 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 및 SU-MIMO 용 자원에 대한 CQI를 계산하고, 상기 SU-MIMO 용 자원 중 가장 높은 CQI를 가지는 소정 개수의 자원에 대한 CQI 피드백 정보와 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원에 대한 CQI 피드백 정보를 생성하여 상기 사용자 선택부로 전송하는 것을 특징으로 하는 상기 단말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 자원 정보는 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원 인덱스와 그외 SU-MIMO 용 자원 인덱스 및 해당 자원에 사용된 프리코딩 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 CQI 피드백(feedback) 정보는 상기 결정된 MU-MIMO 용 자원에 대한 감소된 피드백(reduced feedback) 정보, 상기 SU-MIMO 용 자원 중 가장 높은 CQI를 가지는 소정 개수의 자원에 대한 CQI 피드백 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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