KR101071690B1 - 다중 안테나 시스템에서 전송 방식 선택 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 안테나 시스템에서 전송 방식을 선택하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 적어도 두 개의 안테나를 통해 수신된 신호를 이용하여 송신 단과의 채널 특성을 확인하는 과정과, 상기 채널 특성을 고려하여 다중 안테나 전송 방식을 결정하는 과정을 포함하여 시스템의 용량 이득에 대한 손실을 줄이며 상기 시스템의 용량 이득을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
다중 안테나 시스템, 공간 다중화(Spatial Multiplexing), 다이버시티(Diversity), 신호대 간섭 및 잡음 비(Carriri to Interference and Noise Ration), 상관

Description

다중 안테나 시스템에서 전송 방식 선택 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SELECTING TRANMISSION MODE IN MULTI-ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 다중 안테나 시스템에 관한 것으로서, 특히 상기 다중 안테나 시스템에서 전송 방식을 선택하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 이동통신 시장의 급성장으로 인하여 무선 환경에서 다양한 멀티미디어 서비스가 요구된다. 상기 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해 전송 데이터의 대용량화와 데이터 전송의 고속화가 진행되면서 한정된 주파수를 효율적으로 사용할 수 있는 다중 안테나 시스템(예 : MIMO(Multiple Input Multiple Output))의 연구가 진행되고 있다.
상기 다중 안테나 시스템은 각각의 안테나별로 서로 독립적인 채널을 이용하여 데이터를 전송하여 추가적인 주파수나 송신 전력 할당 없이도 단일 안테나 시스템에 비해 전송 신뢰도와 전송률을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 다중 안테나 시스템은 다이버시티(Diversity) 방식을 통해 시스템 성능을 향상시킬 수 있고, 공간 다중화 방식을 통해 전송률을 향상시킬 수 있다.
상기 다중 안테나 시스템에서 공간 다중화 방식을 사용하는 경우, 송신 단은 송신 안테나들에 따른 스트림 별로 서로 다른 데이터를 전송하여 전송률을 향상시킬 수 있다. 이때, 수신 단은 각각의 스트림들을 통해 수신받는 데이터들 간 간섭에 의해 이득이 감소할 수 있다.
따라서, 스트림들 간 간섭의 영향이 작은 환경인 경우, 상기 다중 안테나 시스템은 공간 다중화 방식을 사용하여 용량 이득을 향상시킬 수 있다. 하지만, 스트림들 간 간섭의 영향이 큰 환경인 경우, 공간 다중화 방식을 사용하면 데이터들 간 간섭으로 의해 용량 이득이 저하될 수 있다. 따라서, 스트림들 간 간섭의 영향이 큰 경우, 상기 다중 안테나 시스템은 다이버시티 방식을 이용하여 안정적인 링크를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 다중 안테나 시스템은 채널 환경에 따라 다이버시티 방식과 공간 다중화 방식을 사용하여 얻을 수 있는 이득에 차이가 있다. 따라서, 상기 다중 안테나 시스템은 채널 환경에 따라 전송 방식을 선택적으로 사용하기 위한 기술을 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 안테나 시스템에서 채널 특성에 따라 다중 안테나 전송 방식을 선택적으로 사용하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 안테나 시스템에서 각 전송 스트림들 간 신호대 간섭 및 잡음비의 차이에 따라 다중 안테나 전송 방식을 선택적으로 사용하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 안테나 시스템에서 신호대 간섭 및 잡음비와 각 채널 간의 상관에 따라 상기 다중 안테나 전송 방식을 선택적으로 사용하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 채널 특성에 따라 다중 안테나 전송 방식을 선택하여 피드백하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 전송 방식을 선택하기 위한 방법은, 적어도 두 개의 안테나를 통해 수신된 신호를 이용하여 송신 단과의 채널 특성을 확인하는 과정과, 상기 채널 특성을 고려하여 다중 안테나 전송 방식을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 신호를 전송하기 위한 방법은, 수신 단으로부터 수신되는 피드백 신호에서 상기 수신 단이 결정한 다중 안테나 전송 방식을 확인하는 과정과, 상기 다중 안테나 전송방식에 따라 상기 수신 단으로 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 전송 방식을 선택하기 위한 장치는, 적어도 두 개의 안테나들을 통해 신호를 수신받는 수신부와, 상기 수신 신호를 이용하여 송신 단과의 채널 특성을 확인하는 채널 추정부와, 상기 채널 특성을 고려하여 다중 안테나 전송 방식을 결정하는 전송방식 결정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 신호를 전송하기 위한 장치는, 수신 단으로부터 수신되는 피드백 신호에서 상기 수신 단이 결정한 다중 안테나 전송 방식을 확인하는 피드백 수신부와, 적어도 두 개의 안테나를 통해 상기 다중 안테나 전송방식에 따라 상기 수신 단으로 신호를 전송하는 송신부를 포함하는 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 다중 안테나 시스템에서 채널 환경에 따라 전송 방식을 선택적으로 사용함으로써, 시스템의 용량 이득에 대한 손실을 줄이며 상기 시스템의 용량 이득을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 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 안테나 시스템에서 채널 특성에 따라 다중 안테나 전송 방식을 선택적으로 사용하기 위한 기술에 대해 설명한다.
이하 설명에서 상기 다중 안테나 시스템은 채널 특성 중 전송 스트림들의 특성과 채널 상태를 고려하여 전송 방식을 결정할 수 있다.
먼저, 상기 전송 스트림들의 특성을 고려하여 전송 방식을 결정하는 경우, 상기 다중 안테나 시스템은 전송 스트림들의 신호대 간섭 및 잡음비(CINR : Carrier to Interference and Noise Ratio)의 차와 상기 전송 스트림들의 CINR에 대한 평균을 고려하여 전송 방식을 결정한다. 여기서, 상기 전송 스트림은 송신 단에서 송신 안테나들을 통해 신호를 전송하기 위한 흐름을 나타낸다.
즉, 상기 다중 안테나 시스템에서 공간 다중화 방식을 사용하는 경우, 송신 단은 송신 안테나들 간 동일한 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 사용한다. 이때, 상기 전송 스트림들의 CINR 차가 큰 경우, 상기 다중 안테나 시스템의 용량 이득이 저하된다. 예를 들어, 다중 안테나 시스템의 송신 단에서 안테나들 중 CINR이 10dB인 스트림 1과 CINR이 17dB인 스트림 2을 갖는 두 개의 안테나들을 통해 공간 다중화 방식으로 신호를 전송하는 경우, 상기 스트림들의 평균 CINR은 12.74dB가 된다. 따라서, 상기 송신 단은 평균 CINR인 12.74dB에 따른 MCS 레벨로 신호를 전송한다. 이 경우, 상기 다중 안테나 시스템은 스트림 1로 전송되는 신호의 에러가 발생할 확률이 커지고, 상기 스트림 2는 용량이 감소하여 공간 다중화 방식에 따른 용량 이득을 얻을 수 없게 된다.
다른 실시 예로, 다중 안테나 시스템의 송신 단에서 안테나들 중 CINR이 -4dB인 스트림 1과 CINR이 30dB인 스트림 2을 갖는 두 개의 안테나들을 통해 공간 다중화 방식으로 신호를 전송하는 경우, 상기 스트림들의 평균 CINR은 22dB가 된다. 따라서, 송신 단은 평균 CINR인 22dB에 따른 MCS 레벨로 신호를 전송한다. 이 경우, 상기 다중 안테나 시스템은 스트림 1을 통해 신호를 전송할 수 없으므로 공간 다중화 방식을 사용할 수 없게 된다.
따라서, 상기 다중 안테나 시스템은 하기 도 1에 도시된 바와 같이 전송 스트림들의 CINR 차를 고려하여 전송 방식을 결정한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 전송 스트림들의 신호대 간섭 및 잡음비 그래프를 도시하고 있다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이 상기 다중 안테나 시스템은 전송 스트림들의 CINR 차에 대한 절대값이 기준 값들보다 작은 경우, 공간 다중화 방식을 사용하고, 상기 전송 스트림들의 CINR 차의 절대값이 기준 값들보다 큰 경우, 다이버시티 방식을 사용한다.
상술한 바와 같이 전송 스트림들의 CINR 차를 고려하여 전송 방식을 결정하는 경우, 전송 방식을 결정하기 위해 수신 단은 하기 도 2에 도시된 바와 같이 구 성된다. 여기서, 상기 수신 단은 단말을 예를 들어 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이 상기 단말은 다중 안테나 수신부(201), 복조기(203), 복호기(205), 채널추정기(207), 전송방식 결정기(209) 및 피드백 제어기(211)를 포함하여 구성된다.
상기 다중 안테나 수신부(201)는 송신 단(예 : 기지국)에서 신호를 전송한 전송 방식에 따라 안테나들을 통해 수신되는 신호에서 수신 정보를 검출한다. 예를 들어, 기지국에서 다이버시티 방식으로 신호를 전송한 경우, 상기 다중 안테나 수신부(201)는 다이버시티 방식을 이용하여 수신신호를 검출한다. 만일, 기지국에서 공간 다중화 방식으로 신호를 전송한 경우, 상기 다중 안테나 수신부(201)는 공간 다중화 방식을 이용하여 수신신호를 검출한다.
상기 복조기(203)는 상기 다중 안테나 수신부(201)로부터 제공받은 수신신호를 해당 변조 수준(예 : MCS 레벨)에 따라 복조(De-Modulation)한다. 상기 복호기(205)는 상기 복조기(203)로부터 제공받은 복조된 신호를 해당 변조 수준에 따라 복호(De-coding)를 수행한다.
상기 채널 추정기(207)는 상기 다중 안테나 수신부(201)로부터 검출된 각각의 전송 스트림에 대한 CINR과 상기 전송 스트림들의 평균 CINR을 산출한다. 예를 들어, 두 개의 전송 스트림이 존재하는 경우, 상기 채널 추정기(207)는 하기 <수학식 1>를 이용하여 각각의 전송 스트림들에 대한 CINR과 상기 전송 스트림들의 평균 CINR을 산출한다.
Figure 112008009599420-pat00001
Figure 112008009599420-pat00002
여기서, 상기 CINRi는 i번째 전송 스트림의 CINR을 나타내고, 상기 CINRAVR은 공간 다중화 방식을 사용할 때, 상기 전송 스트림들의 평균 CINR을 나타낸다. 또한, 상기 Hi는 i번째 전송 스트림의 채널을 나타내고, 상기 Wi는 상기 i번째 전송 스트림의 가중치를 나타낸다.
상기 전송방식 결정기(209)는 상기 채널 추정기(207)로부터 제공받은 각각의 전송 스트림들에 대한 CINR과 상기 전송 스트림들의 평균 CINR을 이용하여 송신 단으로 요청할 다중 안테나 전송방식을 결정한다. 예를 들어, 각각의 전송 스트림들에 대한 CINR 차가 제 1 기준 값보다 큰 경우, 상기 전송방식 결정기(209)는 전송 방식을 다이버시티 방식으로 선택한다. 즉, 상기 전송방식 결정기(209)는 각각의 전송 스트림들에 대한 CINR 차가 제 1 기준 값보다 작거나 같은 경우 공간 다중화 방식을 선택한다.
또한, 상기 전송 스트림들의 평균 CINR이 제 2 기준 값보다 작거나 같은 경우, 상기 전송방식 결정기(209)는 전송방식을 다이버시티 방식으로 선택한다. 즉, 상기 전송방식 결정기(209)는 상기 전송 스트림들의 평균 CINR이 제 2 기준 값보다 큰 경우 공간 다중화 방식을 선택한다.
상기 피드백 제어기(211)는 상기 전송방식 결정기(209)에서 결정된 다중 안테나 전송 방식을 송신 단으로 피드백한다.
이하 설명은 상술한 바와 같이 구성되는 수신 단에서 다중 안테나 전송 방식을 피드백하기 위한 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면 먼저 상기 단말은 301단계에서 다수 개의 안테나들을 통해 송신 단으로부터 신호가 수신되는지 확인한다.
상기 신호가 수신되면, 상기 단말은 303단계로 진행하여 상기 수신신호를 이용하여 각각의 전송 스트림들에 대한 CINR을 측정한다. 또한, 상기 단말은 상기 전송 스트림들의 CINR에 대한 평균을 산출한다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 <수학식 1>과 같이 각각의 전송 스트림들에 대한 CINR과 상기 전송 스트림들에 대한 CINR 평균을 산출한다. 여기서, 상기 CINR의 평균을 산출하기 위한 시간은 고정된 값 또는 조절가능하다.
이후, 상기 단말은 305단계로 진행하여 상기 전송 스트림들의 CNIR 차를 산출하여 제 1 기준 값과 비교한다.
만일, 상기 전송 스트림들의 CINR 차가 상기 제 1 기준 값보다 큰 경우(|CINR1 - CINR2| > CINTRth1), 상기 단말은 313단계로 진행하여 다중 안테나 전송 방식으로 다이버시티 방식을 선택한다.
한편, 상기 전송 스트림들의 CINR 차가 상기 제 1 기준 값보다 작거나 같은 경우(|CINR1 - CINR2| ≤ CINTRth1), 상기 단말은 307단계로 진행하여 상기 전송 스트림들의 CINR 평균과 제 2 기준 값을 비교한다.
만일, 상기 CINR 평균이 상기 제 2 기준 값보다 작거나 같은 경우(CINRAVR ≤ CINTRth2), 상기 단말은 상기 313단계로 진행하여 다중 안테나 전송 방식으로 다이버시티 방식을 선택한다.
한편, 상기 CINR 평균이 상기 제 2 기준 값보다 큰 경우(CINRAVR > CINTRth2), 상기 단말은 311단계로 진행하여 다중 안테나 전송 방식으로 공간 다중화 방식을 선택한다.
상기 다중 안테나 전송 방식을 선택한 후, 상기 단말은 311단계로 진행하여 상기 다중 안테나 전송 방식을 송신 단으로 피드백한다.
이후, 상기 단말은 본 알고리즘을 종료한다.
상술한 실시 예에서 단말은 안테나들을 통해 신호가 수신되는 경우, 상기 수신 신호를 이용하여 추정한 전송 스트림들의 특성에 따라 다중 안테나 전송 방식을 결정한다. 다른 실시 예로 단말은 하기 도 4에 도시된 바와 같이 송신 단으로부터 다중 안테나 전송 방식 선택 신호가 수신되는 경우, 안테나들을 통해 수신되는 신호를 이용하여 추정한 전송 스트림들의 특성에 따라 다중 안테나 전송 방식을 결정할 수도 있다.
도 4는 본 발명이 다른 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면 먼저 단말은 401단계에서 송신 단으로부터 다중 안테나 전송 방식을 선택할 것을 요청하는 신호가 수신되는지 확인한다. 여기서, 상기 단말은 상기 다중 안테나 전송 방식을 선택할 것을 요청하는 신호를 패스트 피드백 서브 헤더(Fast Feedback Subheader) 또는 CQI채널 할당 정보 요소(Channel_Allocation_Information Element)를 통해 수신받는다.
상기 다중 안테나 전송 방식을 선택할 것을 요청하는 신호가 수신되면, 상기 단말은 403단계로 진행하여 상기 송신 단으로부터 수신되는 신호를 이용하여 각각의 전송 스트림들에 대한 CINR을 측정한다. 이때, 상기 단말은 상기 전송 스트림들의 CINR에 대한 평균을 산출한다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 <수학식 1>과 같이 각각의 전송 스트림들에 대한 CINR과 상기 전송 스트림들에 대한 CINR 평균을 산출한다. 여기서, 상기 CINR의 평균을 산출하기 위한 시간은 고정된 값 또는 조절가능하다.
이후, 상기 단말은 405단계로 진행하여 각각의 전송 스트림들의 CINR 차를 산출하여 제 1 기준 값과 비교한다.
만일, 상기 전송 스트림들의 CINR의 차가 상기 제 1 기준 값보다 큰 경우(|CINR1 - CINR2| > CINTRth1), 상기 단말은 413단계로 진행하여 다중 안테나 전송 방식으로 다이버시티 방식을 선택한다.
한편, 상기 전송 스트림들의 CINR 차가 상기 제 1 기준 값보다 작거나 같은 경우(|CINR1 - CINR2| ≤ CINTRth1), 상기 단말은 407단계로 진행하여 상기 전송 스트림들의 CINR 평균과 제 2 기준 값을 비교한다.
만일, 상기 CINR 평균이 상기 제 2 기준 값보다 작거나 같은 경우(CINRAVR ≤ CINTRth2), 상기 단말은 상기 413단계로 진행하여 다중 안테나 전송 방식으로 다이버시티 방식을 선택한다.
한편, 상기 CINR 평균이 상기 제 2 기준 값보다 큰 경우(CINRAVR > CINTRth2), 상기 단말은 411단계로 진행하여 다중 안테나 전송 방식으로 공간 다중화 방식을 선택한다.
상기 다중 안테나 전송 방식을 선택한 후, 상기 단말은 411단계로 진행하여 상기 다중 안테나 전송 방식을 상기 송신 단으로 피드백한다.
이후, 상기 단말은 본 알고리즘을 종료한다.
상술한 실시 예에서 단말은 전송 스트림들의 CINR 차와 상기 전송 스트림들 의 CINR 평균을 이용하여 다중 안테나 전송 방식을 결정하였다. 다른 실시 예로 상기 단말은 전송 스트림들의 CINR 차만을 이용하거나 상기 전송 스트림들의 CINR 평균만을 이용하여 다중 안테나 전송 방식을 결정할 수도 있다.
다음으로 채널 상태를 고려하여 전송 방식을 결정하는 경우, 상기 다중 안테나 시스템은 다중 안테나 전송 방식에 따른 CINR과 수신 단에서 신호를 수신받은 채널들 간 상관(Corrlation)을 고려하여 전송 방식을 결정한다. 여기서, 상기 CINR은 다중 안테나 전송 방식에 따른 채널 상태를 나타내고, 상기 상관은 각 채널간 독립도를 나타낸다.
상기 다중 안테나 시스템은 다중 안테나 전송 방식별로 채널 상태에 따라 얻을 수 있는 용량 이득이 다르다. 즉, 상기 다중 안테나 시스템은 하기 도 5에 도시된 바와 같이 다중 안테나 전송 방식별로 채널 상태에 따라 서로 다른 용량 이득을 갖는다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 신호대 잡음비에 따른 전송률 그래프를 도시하고 있다. 여기서, 상기 도 5는 헐 곡선(Hull curve) 그래프로 가로축은 신호대 잡음비를 나타내고, 세로축은 상기 신호대 잡음비에 따른 데이터 전송률(Data Rate)을 나타낸다.
상기 도 5에 도시된 바와 같이 송수신단 사이의 채널에 대한 신호대 잡음비가 기준 값(500)보다 작은 경우, 상기 다중 안테나 시스템은 다중 안테나 전송 방식에 상관없이 비슷한 데이터 전송률을 갖는다. 따라서, 상기 다중 안테나 시스템은 다이버시티 전송 방식을 사용하여 전송 신뢰도를 높이는 것이 유리하다.
반면에 신호대 잡음비가 상기 기준 값(500)보다 큰 경우, 상기 다중 안테나 시스템에서 공간 다중화 전송 방식을 사용할 때의 데이터 전송률이 단일 입력 다중 출력(Single Input Multiple Output) 방식과 다이버시티 전송 방식을 사용할 때의 데이터 전송률보다 높게 나타난다. 따라서, 상기 다중 안테나 시스템은 공간 다중화 전송 방식을 사용하여 데이터 전송률을 높이는 것이 유리하다.
따라서, 상기 다중 안테나 시스템은 다중 안테나 전송 방식별 CINR과 채널들 간 상관을 통해 확인한 채널 상태에 따라 다중 안테나 전송 방식을 결정할 수 있다. 여기서, 상기 다중 안테나 전송 방식들 중 공간 다중화 방식에 대한 CINR은 상기 <수학식 1>에서 스트림들의 평균 CINR과 동일한 값을 갖는다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이 상기 단말은 다중 안테나 수신부(601), 복조기(603), 복호기(605), 채널추정기(607), 전송방식 결정기(609) 및 피드백 제어기(611)를 포함하여 구성된다.
상기 다중 안테나 수신부(601)는 송신 단(예 : 기지국)에서 신호를 전송한 다중 안테나 전송 방식에 따라 다수 개의 안테나들을 통해 수신받은 신호에서 수신 정보를 검출한다. 예를 들어, 기지국에서 다이버시티 전송 방식으로 신호를 전송하는 경우, 상기 다중 안테나 수신부(601)는 다이버시티 전송 방식을 이용하여 수신 정보를 검출한다. 만일, 기지국에서 공간 다중화 전송 방식으로 신호를 전송하는 경우, 상기 다중 안테나 수신부(601)는 공간 다중화 전송 방식을 이용하여 수신 정 보를 검출한다.
상기 복조기(603)는 상기 다중 안테나 수신부(601)로부터 제공받은 수신정보를 해당 변조 수준(예 : MPR(Modulation order Product code Rate))에 따라 복조(De-Modulation)한다. 상기 복호기(605)는 상기 복조기(603)로부터 제공받은 복조된 신호를 해당 변조 수준에 따라 복호(De-coding)를 수행한다.
상기 채널 추정기(607)는 채널 추정부(621)와 상관 추정부(623)를 포함하여 구성된다.
상기 채널 추정부(621)는 상기 다중 안테나 수신부(601)로부터 제공받은 상기 수신신호의 프리앰블 또는 파일럿 신호를 이용하여 상기 수신신호의 CINR을 산출한다. 이때, 상기 채널 추정부(621)는 송신 단에서 신호를 전송하기 위해 사용한 다중 안테나 전송 방식에 따른 CINR을 추정한다.
상기 상관 추정부(623)는 상기 다중 안테나 수신부(601)로부터 제공받은 상기 수신 신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 송신 단의 송신 안테나들과 상기 단말의 수신 안테나들 간 채널들의 상관 값을 산출한다. 여기서, 상기 다중 안테나 시스템의 송신 단은 다중 안테나 전송 방식에 구분없이 동일한 구조로 파일럿 신호를 전송한다. 이때, 상기 송신 단은 하기 도 10에 도시된 바와 같이 각각의 송신 안테나별로 파일럿을 송신한다.
따라서, 상기 상관 추정부(623)는 상기 수신신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 산출한 각각의 채널 정보를 이용하여 하기 <수학식 2>와 같이 채널 간 상관값을 산출한다.
Figure 112008009599420-pat00003
여기서, 상기 고유값 확산(Eigen_Value_Spread)는 상기 채널 간 상관도를 나타내고, 상기 H(k)는 상기 송신 단의 안테나들과 수신 단의 안테나들 사이의 채널을 나타내며, 상기 hij는 i번째 송신 단의 안테나와 j번째 수신 단의 안테나 사이의 채널을 나타낸다.
상기 상관 추정부(623)는 상기 <수학식 2>와 같이 고유값 확산을 산출하여 채널 간 상관 값을 확인한다. 이때, 상기 고유값 확산과 채널 간 상관은 하기 도 11에 도시된 바와 같이 고유값 확산이 1보다 커질수록 상기 채널 간 상관 값은 커진다.
상기 전송방식 결정기(609)는 상기 채널 추정기(607)로부터 제공받은 CINR과 채널 간 상관 값을 이용하여 송신 단으로 요청할 다중 안테나 전송방식을 결정한다. 예를 들어, 상기 CINR이 제 1 기준 값보다 크고 상기 상관 값이 제 2 기준 값보다 작거나 같은 경우, 상기 전송방식 결정기(609)는 다중 안테나 전송 방식으로 공간 다중화 전송 방식을 선택한다. 즉, 상기 CINR이 제 1 기준 값보다 큰 경우, 상기 전송방식 결정기(609)는 송신 단에서 채널 상태에 맞는 다중 안테나 전송 방식을 사용하는 것으로 판단한다. 또한, 상기 채널들 간 상관이 작아 제 2 기준 값보다 작은 경우, 상기 송신모드 결정기(609)는 수신 단에서 신호를 수신하는 채널들 간 유사성이 낮아 서로 간섭의 영향을 미칠 확률이 낮은 것으로 판단한다. 따라서, 상기 전송방식 결정기(609)는 다중 안테나 전송 방식으로 공간 다중화 전송 방식을 선택한다.
한편, 상기 CINR이 제 1 기준 값보다 작거나 같으며 또는 상기 상관 값이 제 2 기준 값보다 큰 경우, 상기 전송방식 결정기(609)는 다중 안테나 전송 방식으로 다이버시티 전송 방식을 선택한다.
상기 피드백 제어기(611)는 상기 전송방식 결정기(609)에서 결정된 다중 안테나 전송 방식을 송신 단으로 피드백한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 안테나별 파일럿 신호의 구성을 도시하고 있다. 이하 설명에서는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e PUSC(Partial Usage of Sub-Channels) 하향링크 신호의 클러스터(Cluster)의 파일럿 구조를 예를 들어 설명한다.
상기 도 10에 도시된 바와 같이 상기 다중 안테나 시스템의 송신 단은 각각의 안테나별로 서로 다른 파일럿 패턴을 이용하여 상기 파일럿 신호를 전송한다. 따라서, 클러스터의 톤별로 채널 차이가 크기 않은 환경에서는 상기 파일럿 신호를 이용하여 상기 송수신 안테나별 채널 값을 산출할 수 있다.
따라서, 상기 상관 추정부(623)는 상기 수신신호에 포함된 파일럿 신호를 이 용하여 채널 간 상관 값을 산출하기 위한 각각의 채널 정보를 산출할 수 있다.
도 11은 본 명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 고유값 확산에 따른 상관값 그래프를 도시하고 있다.
상기 도 11에 도시된 바와 같이 상기 고유값 확산이 1보다 커질수록 상기 채널 간 상관 값은 커진다.
따라서, 상기 상관 추정부(623)에서 상기 <수학식 2>와 같이 산출한 고유값 확산이 1이면 채널 간 상관이 없는 상태를 나타낸다.
이하 설명은 상술한 바와 같이 구성되는 수신 단에서 다중 안테나 전송 방식을 피드백하기 위한 방법에 대해 설명한다. 이하 설명에서 상기 수신 단은 단말인 것으로 가정하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 7을 참조하면 먼저 상기 단말은 701단계로 진행하여 다수 개의 안테나들을 통해 송신 단으로부터 신호가 수신되는지 확인한다.
상기 신호가 수신되면, 상기 단말은 703단계로 진행하여 상기 수신신호의 프리앰블 또는 파일럿을 이용하여 송신 단에서 신호를 전송한 다중 안테나 전송 방식에 따른 채널 상태를 확인한다. 예를 들어, 송신 단에서 다이버시티 전송 방식을 사용하는 경우, 상기 단말은 수신 신호에 포함된 프리앰블 또는 파일럿을 이용하여 다이버시티 전송 방식에 따른 CINR을 산출한다. 또한, 송신 단에서 공간 다중화 전송 방식을 사용하는 경우, 상기 단말은 수신 신호에 포함된 프리앰블 또는 파일럿 을 이용하여 공간 다중화 전송 방식에 따른 CINR을 산출한다.
상기 다중 안테나 전송 방식에 따른 채널 상태를 확인한 후, 상기 단말은 705단계로 진행하여 상기 수신신호의 파일럿을 이용하여 추정한 채널 정보를 이용하여 각 송수신 안테나별 채널들 간의 상관 값을 확인한다. 이때, 상기 단말은 상기 <수학식 2>와 같이 고유값 확산을 산출하여 채널들 간 상관 값을 확인한다.
이후, 상기 단말은 707단계로 진행하여 상기 다중 안테나 전송 방식에 따른 CINR을 제 1 기준 값과 비교한다.
만일, 상기 CINR이 상기 제 1 기준 값보다 작거나 같은 경우(CINR ≤ Th1), 상기 단말은 715단계로 진행하여 채널 상태가 좋지 않은 것으로 판단하여 송신 단으로 요청할 다중 안테나 전송 방식으로 다이버시티 전송 방식을 선택한다.
한편, 상기 CINR이 상기 제 1 기준 값보다 큰 경우(CINR > Th1), 상기 단말은 709단계로 진행하여 상기 상관 값과 제 2 기준 값을 비교한다.
만일, 상기 상관 값이 상기 제 2 기준 값보다 큰 경우(Corr > Th2), 상기 단말은 상기 715단계로 진행하여 채널 간 상관이 크기 때문에 송신 단으로 요청할 다중 안테나 전송 방식으로 다이버시티 전송 방식을 선택한다.
한편, 상기 상관 값이 상기 제 2 기준 값보다 작거나 같은 경우(Corr ≤ Th2), 상기 단말은 711단계로 진행하여 송신 단으로 요청할 다중 안테나 전송 방식으로 공간 다중화 전송 방식을 선택한다.
상기 기지국으로 요청할 다중 안테나 전송 방식을 선택한 후, 상기 단말은 713단계로 진행하여 상기 선택된 다중 안테나 전송 방식을 송신 단으로 전송한다.
이후, 상기 단말은 본 알고리즘을 종료한다.
상술한 바와 같이 수신 단에서 채널 환경에 따라 다중 안테나 전송 방식을 선택하여 피드백하는 경우, 송신 단은 상기 수신 단에서 선택한 다중 안테나 전송 방식에 따라 신호를 전송하기 위해 하기 도 8에 도시된 바와 같이 구성된다. 이하 명에서 상기 송신 단은 기지국인 것으로 가정하여 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 8에 도시된 바와 같이 상기 기지국은 부호기(801), 변조기(803), 역다중화기(De-Multiplexer)(805), 다중안테나 송신부(807) 및 전송방식 제어부(809), 피드백 수신부(811)를 포함하여 구성된다.
상기 부호기(801)는 수신 단으로 전송할 데이터를 해당 변조 수준(예 : MCS 레벨 또는 MPR)에 따라 부호화(Coding)하여 출력한다. 상기 변조기(803)는 상기 부호기(801)로부터 제공받은 신호를 해당 변조 수준에 따라 변조(Modulation)하여 출력한다.
상기 역다중화기(805)는 상기 변조기(803)로부터 제공받은 복소 신호들을 NT개의 송신안테나들을 통해 송신할 수 있도록 역 다중화하여 출력한다.
상기 다중 안테나 송신부(807)는 상기 전송방식 제어부(809)의 제어에 따라 결정된 다중 안테나 전송 방식을 이용하여 상기 역 다중화기(805)로부터 제공받은 신호를 상기 송신 안테나들을 통해 수신 단으로 전송한다.
상기 전송방식 제어부(809)는 상기 피드백 수신부(811)로부터 제공받은 다중 안테나 전송 방식에 따라 상기 다중 안테나 송신부(807)의 다중 안테나 전송 방식을 제어한다.
상기 피드백 수신부(811)는 수신 단으로부터 제공받은 피드백 신호에서 상기 수신 단 채널 환경에 따라 결정한 다중 안테나 송신 모드를 확인하여 상기 전송방식 제어부(809)로 제공한다.
상술한 바와 같이 구성되는 기지국은 하기 도 9에 도시된 절차를 통해 수신 단에서 결정한 다중 안테나 전송 방식에 따라 신호를 전송한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 9를 참조하면, 먼저 상기 기지국은 901단계로 진행하여 수신 단으로부터 피드백 신호가 수신되는지 확인한다.
상기 피드백 신호가 수신되면, 상기 기지국은 903단계로 진행하여 상기 피드백 신호에서 상기 수신 단이 채널 환경을 고려하여 선택한 다중 안테나 전송 방식을 확인한다.
상기 다중 안테나 전송 방식을 확인한 후 상기 기지국은 905단계로 진행하여 상기 수신 단에서 선택한 다중 안테나 전송 방식에 따라 상기 수신 단으로 신호를 전송한다. 예를 들어, 상기 수신 단에서 다이버시티 전송 방식을 요청하는 경우, 상기 기지국은 다이버시티 전송 방식을 이용하여 상기 수신 단로 신호를 전송한다. 한편, 상기 수신 단에서 공간 다중화 전송 방식을 요청하는 경우, 상기 기지국은 공간 다중화 전송 방식을 이용하여 상기 수신 단로 신호를 전송한다.
이후, 상기 기지국은 본 알고리즘을 종료한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 전송 스트림들의 신호대 간섭 및 잡음비 그래프를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명이 다른 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 신호대 잡음비에 따른 전송률 그래프를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 안테나별 파일럿 신호의 구성을 도시하는 도면, 및
도 11은 본 명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 고유값 확산에 따른 상관값 그래프를 도시하는 도면.

Claims (35)

  1. 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 전송 방식을 선택하기 위한 방법에 있어서,
    적어도 두 개의 안테나들을 통해 수신된 신호를 이용하여 적어도 두 개의 전송 스트림들에 대한 신호대 간섭 및 잡음비들을 확인하는 과정과,
    상기 전송 스트림들 간 신호대 간섭 및 잡음비를 비교하는 과정과,
    상기 전송 스트림들 간 신호대 간섭 및 잡음비들의 차이가 제 1 기준 값보다 작은 경우, 다중 안테나 전송 방식을 공간 다중화 방식으로 결정하는 과정과,
    상기 전송 스트림들 간 신호대 간섭 및 잡음비의 차이가 상기 제 1 기준 값보다 큰 경우, 다중 안테나 전송 방식을 다이버시티 방식으로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    송신 단으로부터 다중 안테나 전송 방식 선택 요청 신호가 수신되는지 확인하는 과정을 더 포함하여,
    상기 다중 안테나 전송 방식 선택 요청 신호가 수신되는 경우, 상기 전송 스트림들에 대한 신호대 간섭 및 잡음비들을 확인하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다중 안테나 전송방식 선택 요청 신호는, 패스트 피드백 서브 헤더(Fast Feedback Subheader), CQI채널 할당 정보요소(CQIChannel_Allocation_Information Element) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
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  11. 삭제
  12. 삭제
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  14. 삭제
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  16. 제 1항에 있어서,
    상기 결정한 다중 안테나 전송 방식을 송신 단으로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 전송 방식을 선택하기 위한 장치에 있어서,
    적어도 두 개의 안테나들을 통해 신호를 수신받는 수신부와,
    상기 수신부를 통해 수신받은 신호를 이용하여 적어도 두 개의 전송 스트림들에 대한 신호대 간섭 및 잡음비들을 확인하는 채널 추정부와,
    상기 채널 추정부에서 확인한 전송 스트림들 간 신호대 간섭 및 잡음비의 차이가 제 1 기준 값보다 작은 경우, 다중 안테나 전송 방식을 공간 다중화 방식으로 결정하고, 상기 전송 스트림들 간 신호대 간섭 및 잡음비의 차이가 상기 제 1 기준 값보다 큰 경우, 다중 안테나 전송 방식을 다이버시티 방식으로 결정하는 전송방식 결정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제 21항에 있어서,
    상기 채널 추정부는, 송신 단이 전송한 다중 안테나 전송 방식 선택 요청 신호가 상기 수신부를 통해 수신되는 경우, 상기 전송 스트림들에 대한 신호대 간섭 및 잡음비들을 확인하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 수신부는, 패스트 피드백 서브 헤더(Fast Feedback Subheader), CQI채널 할당 정보요소(CQIChannel_Allocation_Information Element) 중 어느 하나의 형태로 구성된 다중 안테나 전송 방식 선택 요청 신호를 수신받는 것을 특징으로 하는 장치.
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  32. 삭제
  33. 제 21항에 있어서,
    적어도 하나의 안테나를 통해 상기 결정한 다중 안테나 전송 방식을 송신 단으로 전송하는 송신부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 삭제
  35. 삭제
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