KR101208189B1

KR101208189B1 - 다중안테나 시스템에서 데이터 전송방법

Info

Publication number: KR101208189B1
Application number: KR1020080132986A
Authority: KR
Inventors: 임빈철; 이욱봉; 이문일; 김수남; 고현수; 박성호; 구자호; 임동국; 천진영; 김재완
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2012-12-04
Also published as: EP2304883A4; US20110176442A1; EP2304883A2; US8432828B2; WO2010011078A2; WO2010011078A3; KR20100010893A

Abstract

다중안테나 시스템에서 데이터 전송방법은 다중안테나를 지원하는 제1 단말의 채널 추정을 위한 제1 파일럿 및 상기 제1 단말보다 많은 수의 다중안테나를 지원하는 제2 단말의 채널 추정을 위한 제2 파일럿을 포함하는 채널 추정 신호를 전송하는 단계 및 상기 채널 추정 신호에 대한 응답으로 귀환데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 4Tx MIMO 기술을 지원하는 단말과 8Tx MIMO 기술을 지원하는 단말을 동시에 지원할 수 있고, 8Tx 시스템에서 4Tx 시스템의 프리코딩 방식을 사용하더라도 모든 안테나의 전송전력을 동일하게 유지시킬 수 있다.

Description

다중안테나 시스템에서 데이터 전송방법{Method for transmitting data in multiple antenna system}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 다중안테나를 이용한 데이터 전송방법에 관한 것이다.

최근에는 무선통신 시스템의 성능과 통신용량을 극대화하기 위하여 다중입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 시스템이 주목받고 있다. MIMO 기술은 지금까지 하나의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 채택해 송수신 데이터 전송 효율을 향상시킬 수 있는 방법이다. MIMO 시스템을 다중안테나(Multiple antenna) 시스템이라고도 한다. MIMO 기술은 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 그 결과, 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다.

MIMO 기술에는 송신 다이버시티(transmit diversity), 공간 다중화(spatial multiplexing) 및 빔형성(beamforming) 등이 있다. 송신 다이버시티는 다중 송신 안테나에서 동일한 데이터를 전송하여 전송 신뢰도를 높이는 기술이다. 공간 다중화는 다중 송신 안테나에서 서로 다른 데이터를 동시에 전송하여 시스템의 대역폭을 증가시키지 않고 고속의 데이터를 전송할 수 있는 기술이다. 빔 형성은 다중 안테나에서 채널 상태에 따른 가중치를 가하여 신호의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 증가시키기 위해 사용된다. 이때, 가중치는 가중치 벡터(weight vector) 또는 가중치 행렬(weight matrix)로 표시될 수 있고, 이를 프리코딩 벡터(precoding vector) 또는 프리코딩 행렬(precoding matrix)이라 한다.

공간 다중화는 단일 사용자에 대한 공간 다중화와 다중 사용자에 대한 공간 다중화가 있다. 단일 사용자에 대한 공간 다중화는 SU-MIMO(Single User MIMO)라고도 하며, 다중 사용자에 대한 공간 다중화는 SDMA(Spatial Division Multiple Access) 혹은 MU-MIMO(Multi User MIMO)로 불린다. MIMO 채널의 용량은 안테나 수에 비례하여 증가한다. MIMO 채널은 독립 채널로 분해될 수 있다. 송신 안테나의 수를 Nt, 수신 안테나의 수를 Nr 이라 할 때, 독립 채널의 수 Ni 는 Ni ≤ min{Nt, Nr}이 된다. 각각의 독립 채널은 공간 계층(spatial layer)이라 할 수 있다. 랭크(rank)는 MIMO 채널 행렬의 영이 아닌 고유값(non-zero eigenvalue)의 수로, 다중화될 수 있는 공간 스트림의 수로 정의될 수 있다.

MIMO 기술을 지원하는 단말은 성능에 따라 지원할 수 있는 송신 안테나의 수가 달라질 수 있다. 기지국은 최대수의 송신 안테나를 지원할 수 있는 단말뿐만 아 니라 최대수보다 작은 수의 송신 안테나를 지원할 수 있는 단말을 고려하여 데이터를 전송하여야 한다. 예를 들어, 기지국의 송신 안테나가 8개라고 할 때, 8개의 송신 안테나를 통하여 전송되는 데이터를 수신할 수 있는 단말에게는 8Tx MIMO 기술을 적용하여 데이터를 전송하고 4개의 송신 안테나를 통하여 전송되는 데이터를 수신할 수 있는 단말에게는 4Tx MIMO 기술을 적용하여 데이터를 전송하여야 한다.

단말이 지원할 수 있는 송신 안테나의 수가 다양하게 구성되는 환경에서 기지국이 모든 단말의 성능을 만족시킬 수 있는 데이터 전송방법이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 서로 다른 수의 송신 안테나를 지원하는 단말에게 효율적으로 데이터를 전송할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 다중안테나 시스템에서 데이터 전송방법은 다중안테나를 지원하는 제1 단말의 채널 추정을 위한 제1 파일럿 및 상기 제1 단말보다 많은 수의 다중안테나를 지원하는 제2 단말의 채널 추정을 위한 제2 파일럿을 포함하는 채널 추정 신호를 전송하는 단계 및 상기 채널 추정 신호에 대한 응답으로 귀환데이터를 수신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 다중안테나 시스템에서 채널 추정 방법은 제1 다중안테나를 위한 제1 파일럿 및 제2 다중안테나를 위한 제2 파일럿을 포함하는 채널 추정 신호를 수신하되, 상기 제1 파일럿 및 상기 제2 파일럿은 전체 다중안테나에 선형 결합 형태로 전송되는 단계 및 상기 채널 추정 신호를 이용하여 상기 제1 다중안테나 및 상기 제2 다중안테나 중 적어도 어느 하나의 채널을 추정하는 단계를 포함한다.

4Tx MIMO 기술을 지원하는 단말과 8Tx MIMO 기술을 지원하는 단말을 동시에 지원할 수 있고, 8Tx 시스템에서 4Tx 시스템의 프리코딩 방식을 사용하더라도 모든 안테나의 전송전력을 동일하게 유지시킬 수 있다.

도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.

도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다.

이하에서 하향링크(downlink; DL)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink; UL)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서, 송신기는 기지국(20)의 일부일 수 있고 수신기는 단말(10)의 일부일 수 있다. 상향링크에서, 송신기는 단말(10)의 일부일 수 있고 수신기는 기지국(20)의 일부일 수 있다.

무선통신 시스템은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) /OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 시스템일 수 있다. OFDM은 다수의 직교 부반송파를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)과 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교성 특성을 이용한다. 송신기는 데이터에 IFFT를 수행하여 전송한다. 수신기는 수신신호에 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 송신기는 다중 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하고, 수신기는 다중 부반송파들을 분리하기 위해 대응하는 FFT를 사용한다.

무선통신 시스템은 다중안테나(multiple antenna) 시스템일 수 있다. 다중안테나 시스템은 다중입출력(multiple-input multiple-output; MIMO) 시스템일 수 있다. 또는 다중안테나 시스템은 다중 입력 싱글 출력(multiple-input single-output; MISO) 시스템 또는 싱글 입력 싱글 출력(single-input single-output; SISO) 시스템 또는 싱글 입력 다중 출력(single-input multiple-output; SIMO) 시스템일 수도 있다. MIMO 시스템은 다수의 전송 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다. MISO 시스템은 다수의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SISO 시스템은 하나의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SIMO 시스템은 하나의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다.

다중 안테나 시스템에서 다중 안테나를 이용한 기법으로는 랭크 1에서 SFBC(Space Frequency Block Code), STBC(Space Time Block Code)와 같은 STC(Space-Time Coding), CDD(Cyclic Delay Diversity), FSTD(frequency switched transmit diversity), TSTD(time switched transmit diversity) 등이 사용될 수 있다. 랭크 2 이상에서는 공간 다중화(Spatial Multiplexing; SM), GCDD(Generalized Cyclic Delay Diversity), S-VAP(Selective Virtual Antenna Permutation) 등이 사 용될 수 있다. SFBC는 공간 영역과 주파수 영역에서의 선택성을 효율적으로 적용하여 해당 차원에서의 다이버시티 이득과 다중 사용자 스케줄링 이득까지 모두 확보할 수 있는 기법이다. STBC는 공간 영역과 시간 영역에서 선택성을 적용하는 기법이다. FSTD는 다중 안테나로 전송되는 신호를 주파수로 구분하는 기법이고, TSTD는 다중 안테나로 전송되는 신호를 시간으로 구분하는 기법이다. 공간 다중화는 안테나별로 서로 다른 데이터를 전송하여 전송률을 높이는 기법이다. GCDD는 시간 영역과 주파수 영역에서의 선택성을 적용하는 기법이다. S-VAP는 단일 프리코딩 행렬을 사용하는 기법으로, 공간 다이버시티 또는 공간 다중화에서 다중 코드워드를 안테나 간에 섞어주는 MCW(Multi Codeword) S-VAP와 단일 코드워드를 사용하는 SCW(Single Codeword) S-VAP가 있다.

도 2는 송신기 구조의 일예를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 송신기(100)는 인코더(110-1,...,110-K), 변조기(120-1,..., 120-K), 계층 맵퍼(130), 프리코더(140), 부반송파 맵퍼(150-1,...,150-K) 및 OFDM 신호 발생기(160-1,...,160-K)를 포함한다. 송신기(100)는 Nt(Nt≥1)개의 송신 안테나(170-1,..,170-Nt)를 포함한다.

인코더(110-1,...,110-K)는 입력되는 데이터를 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded data)를 형성한다. 변조기(120-1,...,120-K)는 부호화된 데이터를 신호 성상(signal constellation) 상의 위치를 표현하는 심볼로 배치한다. 변조 방식(modulation scheme)에는 제한이 없으며, m-PSK(m-Phase Shift Keying) 또는 m-QAM(m-Quadrature Amplitude Modulation)일 수 있다. 예를 들어, m-PSK는 BPSK, QPSK 또는 8-PSK 일 수 있다. m-QAM은 16-QAM, 64-QAM 또는 256-QAM 일 수 있다.

계층 맵퍼(130)는 프리코더(140)가 안테나 특정 심볼을 각 안테나의 경로로 분배할 수 있도록 입력 심볼의 계층을 정의한다. 계층(layer)은 프리코더(140)로 입력되는 정보 경로(information path)로 정의된다. 프리코더(140) 이전의 정보 경로를 가상 안테나(virtual antenna) 또는 계층(layer)이라 할 수 있다.

프리코더(140)는 입력 심볼을 다중 송신 안테나(170-1,..,170-Nt)에 따른 MIMO 방식으로 처리한다. 예를 들어, 프리코더(140)는 코드북(codebook) 기반의 프리코딩을 이용할 수 있다. 프리코더(140)는 안테나 특정 심볼을 해당 안테나의 경로의 부반송파 맵퍼(150-1,...,150-K)로 분배한다. 프리코더(140)에 의해 하나의 부반송파 맵퍼를 통해 하나의 안테나로 보내어지는 각 정보 경로를 스트림(stream)이라 한다. 이를 물리적 안테나(physical antenna)라 할 수 있다.

부반송파 맵퍼(150-1,...,150-K)는 입력 심볼을 적절한 부반송파에 할당하고, 사용자에 따라 다중화한다. OFDM 신호 발생기(160-1,...,160-K)는 입력 심볼을 OFDM 방식으로 변조하여 OFDM 심볼을 출력한다. OFDM 신호 발생기(160-1,...,160-K)는 입력 심볼에 대해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행할 수 있으며, IFFT가 수행된 시간 영역 심볼에는 CP(cyclic prefix)가 삽입될 수 있다. OFDM 심볼은 각 송신 안테나(170-1,..,170-Nt)를 통해 송신된다.

MIMO 시스템에서 송신기(100)는 두 가지 모드로 동작할 수 있다. 하나는 SCW 모드이고, 다른 하나는 MCW 모드이다. SCW 모드에서는 MIMO 채널을 통해 송신되는 송신 신호가 동일한 송신률(data rate)을 갖는다. MCW 모드에서는 MIMO 채널을 통해 송신되는 데이터가 독립적으로 인코딩되어, 송신 신호가 서로 다른 송신률을 가질 수 있다. MCW 모드는 랭크가 1보다 큰 경우에 동작한다.

도 3은 프레임 구조의 일예를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 슈퍼프레임(super frame) 또는 무선 프레임(radio frame)은 적어도 하나의 프레임(frame)을 포함할 수 있다. 여기서는 슈퍼프레임이 4개의 프레임을 포함하는 것으로 나타내었나, 슈퍼프레임에 포함되는 프레임의 수에는 제한이 없다. 슈퍼프레임의 시간 영역에서 가장 앞선 부분에는 슈퍼프레임 헤더가 할당될 수 있으며, 슈퍼프레임 헤더에는 시스템 구성 정보, 슈퍼프레임 내의 프레임 구성 정보 등이 포함될 수 있다.

프레임은 적어도 하나의 서브프레임(subframe)을 포함할 수 있다. 하나의 프레임은 데이터를 한 번에 전송할 수 있는 시간인 1 TTI(transmission time interval)에 전송될 수 있다. 프레임의 일부 심볼에는 프리앰블(preamble)이 할당될 수 있다. 프리앰블은 동기채널(Synchronization channel)이라고도 한다. 프리앰블이 할당되지 않은 프레임의 일부 심볼에는 미드앰블(midamble)이 할당될 수 있다. 프리앰블 및 미드앰블은 적어도 하나의 OFDMA 심볼을 통하여 전송될 수 있다. 프리앰블은 시간 및 주파수 동기화(synchronization)를 위해 할당되고, 미드앰블은 동기화 또는 단말의 채널 추정을 위해 할당될 수 있다. 프리앰블 및 미드앰블은 다중 안테나 시스템에서 안테나를 구분하는 서로 다른 시퀀스로 구성되거나, 동일한 시퀀스에 서로 다른 가중치가 적용되어 전송될 수 있다. 프리앰블은 매 프레임마다 전송될 수 있고, 미드앰블은 매 프레임마다 전송되지 않고 임의의 프레임을 통하여 전송될 수 있다. 여기서는 프리앰블이 프레임 단위로 전송되는 것으로 나타내었으나, 프리앰블은 슈퍼 프레임 단위로 전송될 수도 있다. 즉, 슈퍼프레임 헤더에 프리앰블이 포함될 수 있고, 슈퍼프레임 내의 임의의 프레임에 미드앰블이 할당될 수 있다.

서브프레임은 시간 영역에서 복수의 OFDMA 심볼을 포함하고 주파수 영역으로 복수의 부반송파(subcarrier)를 포함한다. 서브프레임은 적어도 하나의 자원블록(resource block)을 포함할 수 있다. 자원블록은 하나의 사용자에게 할당되는 무선자원의 기본 단위로서 하나의 사용자에게는 하나 이상의 자원블록이 할당될 수 있다. 자원블록은 복수의 부반송파로 정의될 수 있다. 예를 들어, 자원블록은 주파수 영역에서 연속되는 12개의 부반송파로 정의될 수 있다. 서브프레임은 시간 영역에서 2개의 슬롯으로 구성될 수 있고, 하나의 슬롯에는 6 내지 7개의 OFDMA 심볼이 포함될 수 있다.

서브프레임에 포함되는 일부 OFDMA 심볼은 제어정보 전송을 위한 제어채널로 할당되고, 나머지 OFDMA 심볼은 데이터 전송을 위한 데이터 채널로 할당될 수 있다. 하향링크 서브프레임의 앞선 1 내지 3의 OFDMA 심볼이 하향링크 제어채널로 사용되고 나머지 OFDMA 심볼이 데이터 채널로 사용될 수 있다. 하향링크 제어채널에는 PCFICH(physical control format indicator channel), PDCCH(physical downlink control channel)이 있다. 하향링크 데이터 채널에는 PDSCH(physical downlink shared channel)이 있다. PCFICH는 PDCCH가 전송되는 OFDMA 심볼의 수를 알려주는 채널로 PDCCH가 전송되는 OFDMA 심볼의 수는 1 내지 3개가 될 수 있다. PDCCH는 PDSCH의 자원할당, PUSCH(physical uplink shared channel)의 자원할당, 전력제어 정보 등을 알려주는 채널이다. 서브프레임에는 채널 추정을 위한 파일럿(또는 참조신호(reference signal))이 할당될 수 있다. 채널 추정을 위한 파일럿에는 일반 파일럿(common pilot), 사용자 특정 파일럿(user specific pilot)이 있다.

이제, 서로 다른 수의 송신 안테나를 지원하는 단말을 동시에 지원할 수 있는 데이터 전송방법에 대하여 설명한다. 설명의 편의를 위해, 4개의 송신 안테나를 4Tx라 하고 8개의 송신 안테나를 8Tx라 하여, 4개의 송신 안테나를 지원하는 단말을 4Tx 단말, 8개의 송신 안테나를 지원하는 단말은 8Tx 단말, 4개의 송신 안테나에 대한 일반 파일럿을 4Tx 일반 파일럿, 8개의 송신 안테나에 대한 일반 파일럿을 8Tx 일반 파일럿이라 한다. 4Tx 단말은 상대적으로 적은 수의 안테나를 지원하는 단말을 의미하고 8Tx 단말은 상대적은 많은 수의 안테나를 지원하는 단말을 의미한다.

이하에서 4Tx 단말 및 8Tx 단말을 동시에 지원하는 방법을 예로 들어 설명하나, 송신 안테나의 수는 예시에 불과하며 단말이 지원할 수 있는 송신 안테나의 수는 다양하게 정해질 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중안테나 시스템에서의 데이터 전송방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 기지국은 채널 추정을 위한 신호를 전송한다(S110). 채널 추정을 위한 신호는 서로 다른 수의 송신 안테나를 지원하는 단말을 동시에 지원할 수 있는 일반 파일럿, 사용자 특정 파일럿 또는 미드앰블 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

8Tx 채널 추정 신호를 구성하는 방법으로, 4Tx 단말의 채널 추정을 지원하는 4Tx 일반 파일럿에 추가로 4Tx 일반 파일럿이 추가하여 8Tx 채널 추정 신호를 구성할 수 있다. 8Tx 중에서 안테나 #1 내지 #4에 대하여는 원래의 4Tx 일반 파일럿이 할당되고, 안테나 #5 내지 #8에는 추가된 4Tx 일반 파일럿이 할당될 수 있다. 4Tx 단말은 원래의 4Tx 일반 파일럿만을 이용하여 채널 추정을 수행할 수 있다. 4Tx 단말은 채널 추정을 바탕으로 폐루프(closed loop) MIMO의 PMI(precoding matrix index)를 계산하거나 베스트 밴드를 선택하거나 4Tx MIMO 기술의 적용을 귀환 정보(feedback information)를 구성할 수 있다. 8Tx 단말은 모든 일반 파일럿을 이용하여 채널 추정을 수행할 수 있다. 8Tx 단말은 채널 추정을 바탕으로 PMI를 계산하거나 베스트 밴드를 선택하거나 8Tx MIMO 기술의 적용을 위한 귀환 정보를 구성할 수 있다. 안테나 #5 내지 #8에 할당되는 일반 파일럿은 안테나 #1 내지 #4에 할당되는 일반 파일럿과 CDM(code division multiplex) 방식 또는 FDM(frequency division multiplex) 방식 또는 TDM(time division multiplex) 방식으로 배치될 수 있다.

4Tx 일반 파일럿에 추가로 4Tx 일반 파일럿이 추가되는 방법은 가장 간단한 방법이다. 그러나, 4Tx 단말과 8Tx 단말이 동시에 자원을 할당 받는 경우, 안테나 #1 내지 #4의 전송전력이 안테나 #5 내지 #8의 전송전력보다 더 커질 수 있다. 개방루프(open-loop) MIMO의 경우에는 안테나 #1 내지 #8을 모두 골고루 사용하는 방 식을 도입하여 안테나 간의 전송전력이 균일하게 분포하도록 할 수도 있으나, 폐루프 MIMO의 경우에는 프리코딩을 사용하므로 안테나 #1 내지 #4의 전송전력이 안테나 #5 내지 #8의 전송전력보다 더 커질 수 있다. 특히, 4Tx 코드북이 CM(constant modulus) 특성을 갖는 프리코딩 행렬이나 벡터를 사용하는 경우 안테나 #1 내지 #4와 안테나 #5 내지 #8의 전송전력에 차이가 생길 수 있다.

표 1은 4Tx 프리코딩과 8Tx 프리코딩이 함께 적용될 때 안테나 간의 전송전력을 나타낸 일예이다. 4Tx 코드북과 8Tx 코드북은 CM 특성을 갖는 프리코딩 행렬을 사용하는 것으로 가정한다.

PRB Antenna	#1	#2	#3	#4	#5	#6	Total Tx power
Tx #1	1	1	1	0.5	0.5	0.5	4.5
Tx #2	1	1	1	0.5	0.5	0.5	4.5
Tx #3	1	1	1	0.5	0.5	0.5	4.5
Tx #4	1	1	1	0.5	0.5	0.5	4.5
Tx #5				0.5	0.5	0.5	1.5
Tx #6				0.5	0.5	0.5	1.5
Tx #7				0.5	0.5	0.5	1.5
Tx #8				0.5	0.5	0.5	1.5

PRB (physical resource block) #1 내지 #3에는 4Tx 코드북이 적용되어 프리코딩되고, PRB #4 내지 #6에는 8Tx 코드북이 적용되어 프리코딩되면, 안테나 #1 내지 #4는 안테나 #5 내지 #8보다 더 많은 PRB에 대한 신호를 전송하여야 하므로 그 만큼 더 많은 전력을 소모한다. 이는 안테나 #1 내지 #4는 안테나 #5 내지 #8보다 리니어 레인지(linear range)가 더 큰 전력 증폭기(power amplifier, PA)가 필요하다는 것을 의미한다. 즉, 안테나 8개 중에서 4개는 더 비싼 전력 증폭기를 사용하여야 한다.

모든 안테나의 전력을 동일하게 유지하면서 8Tx 채널 추정 신호를 구성하는 방법으로, 일반 파일럿을 제1 일반 파일럿 및 제2 일반 파일럿으로 분류하여 배치한다.

제1 일반 파일럿은 안테나 #1 내지 #8의 선형 결합(linear combination) 형태로 전송된다. 4Tx 단말은 제1 일반 파일럿만 이용하여 채널을 추정할 수 있다. 이때, 4Tx 단말은 8개의 안테나의 8개의 채널을 추정하는 것이 아니라 선형 결합된 4개의 채널을 추정한다. 이렇게 추정된 4개의 채널을 등가 채널(equivalent channel)이라 한다. 등가 채널을 이용하여 4Tx 개방루프 MIMO 및 4Tx 폐루프 MIMO 기법이 모두 지원될 수 있다.

수학식 1은 제1 일반 파일럿의 k번째 톤(tone)에서의 제1 일반 파일럿의 선형 결합 방식의 일예를 나타낸다.

여기서, p_m(k)는 m 번째 등가 안테나의 k 번째 톤에서의 파일럿 시퀀스를 의미한다.

수학식 2는 수학식 1을 CDD(cyclic delay diversity)를 이용해서 시간 영역 에서 구현한 것이다.

여기서, c(k)는 규격화 인자(normalization factor)이다.

이와 같이, 제1 일반 파일럿을 안테나 #1 내지 #8의 선형 결합(linear combination) 형태로 전송하면 CM(constant modulus) 특성을 갖는 프리코딩 벡터 또는 프리코딩 행렬을 직접 등가채널에 적용하여도 안테나 #1 내지 #8에 동일한 전송전력이 할당된다.

또한, CM 특성을 갖는 4Tx 프리코딩 벡터나 프리코딩 행렬을 적용해도 안테나 #1 내지 #8의 전송전력은 동일하게 유지된다. 수학식 3은 수학식 2에 4Tx 프리코딩 행렬을 적용한 일예이다.

제2 일반 파일럿은 안테나 #1 내지 #8의 또 다른 선형 결합 형태로 전송된다. 4Tx 단말은 제2 일반 파일럿을 이용하지 않고 8Tx 단말만이 제2 일반 파일럿을 이용한다. 8Tx 폐루프 MIMO 기법을 사용하는 경우에 8개의 등가채널에 직접 프리코딩 벡터 또는 프리코딩 행렬을 적용하면 프리코딩 벡터나 프리코딩 행렬에 따라 안테나의 전송전력이 달라져 CM 특성을 잃을 수 있다. 따라서 8Tx 폐루프 MIMO 기법을 지원하는 단말은 8개의 등가 채널로부터 원래의 채널 8개를 복구하여야 한다.

수학식 4는 8개의 등가 채널로부터 원래의 채널 8개를 쉽게 복구하도록 하는 제2 일반 파일럿의 k번째 톤(tone)에서의 제2 일반 파일럿의 선형 결합 방식의 일 예를 나타낸다.

수학식 5는 수학식 4를 CDD(cyclic delay diversity)를 이용해서 시간 영역에서 구현한 것이다.

여기서, c(k)는 규격화 인자(normalization factor)이다.

제1 일반 파일럿 및 제2 일반 파일럿은 참조신호(reference signal) 또는 미드앰블의 형태를 가질 수 있으며, 시스템에 따라 프리앰블이 제1 일반 파일럿 및 제2 일반 파일럿의 기능을 수행할 수도 있다.

한편, 제1 일반 파일럿 및 제2 일반 파일럿의 선형 결합 형태는 W_8ㅧ4 및 V_8ㅧ4에 임의의 순열 행렬(permutation matrix)이 곱해진 형태로 표현될 수 있다. 수학식 6은 제1 일반 파일럿 및 제2 일반 파일럿의 선형 결합에 임의의 순열 행렬이 곱해진 일예이다.

8Tx 단말은 제1 일반 파일럿 및 제2 일반 파일럿의 선형 결합 방식을 나타내는 행렬들을 알고 있어야 한다.

상술한 W_8ㅧ4 및 V_8ㅧ4에 CDD 인자 e^jθm(k)는 파일럿 시퀀스 p_m(k)에 포함될 수도 있으며, 제1 일반 파일럿 및 제2 일반 파일럿은 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는 m 번째 등가 안테나의 k 톤의 파일럿 시퀀스를 의미한다.

단말은 채널 추정을 위한 신호를 수신하여 채널 추정을 수행한다(S120). 4Tx 단말은 제1 일반 파일럿의 선형결합 형태를 알고 있으며, 제1 일반 파일럿을 이용하여 채널을 추정할 수 있다. 8Tx 단말은 제1 일반 파일럿 및 제2 일반 파일럿의 선형결합 형태를 알고 있으며, 제1 일반 파일럿 및 제2 일반 파일럿을 이용하여 채널을 추정할 수 있다.

단말은 기지국으로 귀환데이터를 전송한다(S130). 단말은 채널 추정을 통하 여 획득한 정보를 이용하여 MIMO 기술 적용에 필요한 귀환데이터를 구성할 수 있다. 단말은 채널 추정을 통하여 베스트 밴드를 선택하고 베스트 밴드의 PMI를 구하고 PMI를 바탕으로 CQI를 구하여 귀환데이터를 구성할 수 있다. 단말은 구성된 귀환데이터를 기지국으로 전송한다.

<파일럿 배치>

4Tx 단말을 위한 제1 일반 파일럿이 8개의 안테나를 통하여 전송되는 경우, 파일럿 톤마다 등가 안테나의 채널 추정을 위한 파일럿이 전송될 수 있다. 예를 들어, 등가 안테나 #1의 채널을 추정하기 위한 파일럿을 수학식 8과 같이 만들 수 있다.

8Tx 단말은 개방루프 MIMO 방식으로 4Tx 개방루프 MIMO 방식을 이용할 수 있다. 이때, 8Tx 단말 및 4Tx 단말 모두 등가 안테나 #1 내지 #4만을 이용하여 4Tx 개방루프 MIMO 방식을 적용할 수 있다. 8Tx 단말이 8Tx 폐루프 MIMO 방식을 이용할 경우, 등가 안테나 #5 내지 #8의 채널을 추정할 수 있도록 제2 일반 파일럿이 배치되어야 한다. 제2 일반 파일럿은 매 서브프레임마다 배치될 필요는 없으며 일정 주기로 배치될 수 있다. 제2 일반 파일럿이 배치된 서브프레임은 하향링크 제어채널을 통하여 지시될 수 있다.

제1 일반 파일럿만이 배치된 서브프레임을 서브프레임 유형 1이라 하고, 제1 일반 파일럿 및 제2 일반 파일럿이 함께 배치된 서브프레임을 서브프레임 유형 2라고 한다.

이하, 서브프레임 유형 1 및 서브프레임 유형 2에서의 파일럿 배치에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 배치를 나타낸다. 서브프레임 유형 1에서 제1 일반 파일럿 및 사용자 특정 파일럿이 배치된 경우이다.

도 5를 참조하면, 서브프레임 유형 1에서는 4Tx 단말과 8Tx 단말이 모두 같은 개방루프 MIMO 방식을 사용하며 4Tx 단말은 4Tx 폐루프 MIMO 방식을 사용할 수 있다. 8Tx 단말이 서브프레임 유형 1에서 8Tx 폐루프 MIMO 방식을 사용할 때에는 사용자 특정 파일럿(user specific pilot)을 이용하여 수신신호를 복조(demodulation)할 수 있다.

R1 내지 R4는 제1 일반 파일럿의 배치의 일예를 나타내고, R5는 사용자 특정 파일럿의 배치의 일예를 나타낸다. 제1 일반 파일럿 및 사용자 특정 파일럿의 배치는 다양하게 이루어질 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파일럿 배치를 나타낸다. 서브프레임 유형 1에서 제1 일반 파일럿 및 사용자 특정 파일럿이 배치된 다른 경우이다.

도 6을 참조하면, 사용자 특정 파일럿은 단일 스트림(single stream)에 대하여 지원될 수 있지만, 다중 스트림(multiple stream)을 지원하기 위해 변형될 수 있다. 도시한 바와 같이, 사용자 특정 파일럿으로 스트림 #1의 채널을 추정하기 위한 R5, 스트림 #2의 채널을 추정하기 위한 R6, 스트림 #3의 채널을 추정하기 위한 R7, 스트림 #4의 채널을 추정하기 위한 R8이 배치될 수 있다.

R1 내지 R4는 제1 일반 파일럿의 배치, R5 내지 R8은 사용자 특정 파일럿의 배치의 일예를 나타낸 것으로, 제1 일반 파일럿 및 사용자 특정 파일럿의 배치는 다양하게 이루어질 수 있다.

서브프레임 유형 2에는 제2 일반 파일럿이 배치되는데, 제2 일반 파일럿은 사용자 특정 파일럿 R5 내지 R8의 위치를 이용하여 배치될 수 있다. 이때, R5 내지 R8은 제2 일반 파일럿이 되며, 제2 일반 파일럿은 V_8ㅧ4를 이용하여 만들 수 있다. 수학식 9는 5번째 파일럿의 구성 예이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파일럿 배치를 나타낸다. 서브프레임 유형 2에서 제1 일반 파일럿 및 제2 일반 파일럿이 배치된 경우이다.

도 7을 참조하면, 도 6에서 사용자 특정 파일럿 R5 내지 R8의 위치를 이용하여 제2 일반 파일럿을 배치하면, 4Tx 단말과 8Tx 단말에 대하여 하나의 서브프레임 내에서 스케줄링을 수행할 수 있는 장점이 있으나 파일럿에 의한 오버헤드가 너무 커질 수 있다. 파일럿에 의한 오버헤드를 줄이기 위해 제1 일반 파일럿은 제어채널 영역에 배치하고 제2 일반 파일럿은 데이터 영역에 배치될 수 있다. 데이터 영역은 사용자 특정 파일럿이 배치될 수 있는 영역이다. 즉, 제1 일반 파일럿은 PDCCH 영역에 할당되고, 제2 일반 파일럿은 PDSCH 영역에 할당될 수 있다.

서브프레임 유형 2에 대한 정보는 PCFICH 또는 PDCCH를 통하여 전송될 수 있다. 4Tx 단말은 PCFICH 또는 PDCCH를 통하여 서브프레임 유형 2를 확인하면 PDSCH 영역을 건너뛸 수 있다. PDSCH 영역에는 자원블록마다 사용자 특정 파일럿이 추가될 수 있다.

제1 일반 파일럿 R1 내지 R4는 수학식 8에 따라 생성될 수 있다. 제2 일반 파일럿 R5 내지 R8은 수학식 9에 따라 생성될 수 있다. 제2 일반 파일럿 R5 내지 R8을 통하여 등가 안테나 #5 내지 #8의 채널이 추정될 수 있다.

한편, 시스템에 따라 프리앰블을 통하여 4Tx 안테나의 채널이 추정될 수 있다. 프리앰블을 통하여 4Tx 안테나의 채널 추정이 가능한 시스템에서는 등가 안테나 #5 내지 #8의 채널 추정을 위한 제2 일반 파일럿만이 서브프레임에 추가된다. 즉, 프리앰블이 제1 일반 파일럿의 역할을 수행한다. 프리앰블의 파일럿은 상술한 W_8ㅧ4를 이용하여 8개의 안테나를 모두 사용하는 방식으로 구성될 수 있다. 제2 일반파일럿은 V_8ㅧ4를 이용하여 구성될 수 있다. 이때, 8Tx 단말은 프리앰블과 제2 일반 파일럿을 이용하여 8개의 안테나의 채널을 추정하여야 하므로, 프리앰블과 제2 일반 파일럿은 시간 영역에서 가까운 OFDMA 심볼에 배치될 수 있다. 프리앰블과 제2 일반 파일럿은 연속된 OFDMA 심볼에 배치될 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파일럿 배치를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 제2 일반 파일럿만으로 8개의 안테나의 채널을 추정할 수 있도록 파일럿을 제공하는 방법이 있다. 각 안테나 별로 동일한 파일럿 시퀀스를 사용하거나 서로 다른 파일럿 시퀀스를 사용할 수 있다. 모든 셀 또는 섹터에 대해 파일럿 시퀀스를 할당하기 위해서 섹터마다 모든 안테나의 파일럿 시퀀스는 동일하게 지정될 수 있다.

8개의 안테나에 대하여 파일럿 시퀀스 P1 내지 P8이 하나씩 배치된다. 이때, P5, P6, P7, P8은 각각 P1, P2, P3, P4의 CDD 버전으로 구성되어 구분될 수 있다.

수학식 10은 P5와 P1 간의 CDD 관계의 일예를 나타낸다.

수학식 10과 같이, P6 내지 P8도 동일한 방식으로 표현될 수 있다.

이 방법은 도 7의 제2 일반 파일럿 배치보다 오버헤드가 커질 수 있지만 채 널 추정이 간단하다는 장점이 있다.

상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 2는 송신기 구조의 일예를 나타낸다.

도 3은 프레임 구조의 일예를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 배치를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파일럿 배치를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파일럿 배치를 나타낸다.

Claims

다수의 OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) 심볼을 사용하여 신호를 송신하는 다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법에 있어서

제1 개수의 안테나를 지원하는 제1 단말의 채널 추정을 위한 제1 파일럿 및 상기 제1 개수를 초과하는 제2 개수의 안테나를 지원하는 제2 단말의 채널 추정을 위한 제2 파일럿을 포함하는 신호를 송신하는 단계; 및

상기 신호에 대응하여 피드백을 수신하는 단계를 포함하되,

상기 제1 파일럿은 제어채널 영역에 할당되고, 상기 제2 파일럿은 상기 제어채널 영역과 상이한 데이터 영역에 할당되는

다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 파일럿은 상기 제2 단말에 의해 지원되는 상기 제2 개수의 안테나에 대해 선형 결합 형태로 송신되는

다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 제2 파일럿은 상기 제2 단말에 의해 지원되는 상기 제2 개수의 안테나에 대해 상기 제1 파일럿과 다른 선형 결합 형태로 송신되는

다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
삭제
제1항에 있어서

상기 제1 파일럿은 일반 파일럿이고 상기 제2 파일럿은 사용자 특정 파일럿인

다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 신호는 미드앰블(midamble)을 통하여 송신되는

다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 파일럿은 프리앰블을 통하여 송신되고, 상기 제2 파일럿은 인접한 OFDMA 심볼을 통하여 송신되는

다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 파일럿의 구성 정보는 PCFICH(physical control format indicator channel) 또는 PDCCH(physical downlink control channel)을 통해 송신되는

다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1 파일럿의 하나의 파일럿 시퀀스는 제1 송신 안테나를 위한 제1 파일럿 시퀀스와 제2 송신 안테나를 위한 제2 파일럿 시퀀스 간의 선형 결합을 기초로 생성되고, 상기 제1 송신 안테나 및 상기 제2 송신 안테나는 상기 제2 개수의 안테나에 속하는

다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 제2 송신 안테나를 위한 제2 파일럿 시퀀스의 위상은 선형 결합 이전에 천이되는

다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 개수의 안테나 및 제2 개수의 안테나는 기지국에 구비되는

다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 제어채널 영역이 할당되는 적어도 하나의 OFDMA 심볼은 상기 데이터 영역이 할당되는 적어도 하나의 OFDMA 심볼과 상이한

다중 안테나 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
다수의 OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) 심볼을 사용하여 신호를 송신하는 다중 안테나 시스템에서 데이터를 수신하는 방법에 있어서

제1 개수의 안테나를 지원하는 제1 단말의 채널 추정을 위한 제1 파일럿 및 상기 제1 개수를 초과하는 제2 개수의 안테나를 지원하는 제2 단말의 채널 추정을 위한 제2 파일럿을 포함하는 신호를 수신하는 단계; 및

상기 신호에 대응하여 피드백을 송신하는 단계를 포함하되,

상기 제1 파일럿은 제어채널 영역에 할당되고, 상기 제2 파일럿은 상기 제어채널 영역과 상이한 데이터 영역에 할당되는

다중 안테나 시스템에서 데이터를 수신하는 방법.
다수의 OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) 심볼을 사용하여 신호를 송신하는 다중 안네타 시스템에서 사용되는 단말에 있어서,

제1 개수의 안테나를 지원하는 제1 단말의 채널 추정을 위한 제1 파일럿 및 상기 제1 개수를 초과하는 제2 개수의 안테나를 지원하는 제2 단말의 채널 추정을 위한 제2 파일럿을 포함하는 신호를 송신하는 송신부; 및

상기 신호에 대응하여 피드백을 수신부를 포함하되,

상기 제1 파일럿은 제어채널 영역에 할당되고, 상기 제2 파일럿은 상기 제어채널 영역과 상이한 데이터 영역에 할당되는

단말.