KR101336961B1 - 다중 입출력 무선통신 시스템에서 미드앰블을 이용한프리코딩 장치 및 방법 - Google Patents

다중 입출력 무선통신 시스템에서 미드앰블을 이용한프리코딩 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 코드북 기반 프리코딩에 관한 것으로, 일정 개수의 대역들로 구분되고 코드북(codebook) 내의 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들을 포함하는 참조 신호를 송신하는 과정과, 단말들로부터 피드백된 대역의 인덱스(index) 및 인덱스에 대응되는 대역의 채널 품질 정보(CQI : Channel Quality Information)를 이용하여 공간 다중 접속될 단말들을 선택하는 과정과, 선택된 단말들의 데이터 스트림들을 처리하기 위한 프리코딩 행렬(precoding matrix)를 구성하는 과정을 포함하여, 코드북 내의 코드와 곱해진 파일럿 신호들로 구성되는 미드앰블을 이용하여 코드북 기반의 프리코딩을 수행함으로써, 단말의 연산 복잡도가 감소되고, 코드북 인덱스(codebook index) 피드백으로 인한 오버헤드(overhead)가 발생하지 않는다.
Figure R1020080035729
코드북(codebook), 미드앰블(midamble), 프리코딩(precoding), 다중 사용자 다중 입출력(MU MIMO : Multi-User Multiple Input Multiple Output)

Description

다중 입출력 무선통신 시스템에서 미드앰블을 이용한 프리코딩 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PRECODING USING MIDAMBLE IN A MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUPUT WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 미드앰블(midamble)을 이용하여 프리코딩을 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
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) 기술이 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 경 우, 평균 채널 용량은 단일 안테나에 비해 M배 증가하게 된다.
다중 입출력 기술은 송신단으로의 채널 정보 피드백 여부에 따라 폐루프(closed-loop) 방식 및 개루프(open-loop) 방식으로 구분된다. 단위 시간에 하나의 수신단에게만 신호를 송신하는 단일 사용자(SU : Single User) 다중 입출력의 경우, 폐루프 방식 및 개루프 방식 모두 적용 가능하다. 하지만, 다수의 수신단들에게 동시에 신호를 송신하는 다중 사용자(MU : Multi-User) 다중 입출력의 경우, 폐루프 방식만 적용 가능하다. 따라서, 다중 사용자 다중 입출력 시스템의 경우, 송신단은 수신단들과의 채널 정보를 획득해야 한다.
채널 정보는 다양한 형태로 피드백될 수 있다. 예를 들어, 수신단에서 추정된 채널 계수 값을 양자화(quantization)한 정보가 피드백되거나, 또는, 송신단 및 수신단 간 약속된 코드북(codebook)에서 수신단에 의해 선택된 최적의 코드와 대응되는 인덱스(index)가 피드백될 수 있다. 양자화된 채널 계수가 피드백되는 경우, 채널 정보가 비교적 정확하게 표현되므로, 송신단은 복잡하고 정확한 다중 사용자 다중 입출력 기술을 수행할 수 있다. 하지만, 피드백으로 인한 오버헤드(overhead)가 크다. 반면, 코드북의 인덱스가 피드백되는 경우, 채널 정보가 비교적 부정확하지만, 피드백으로 인한 오버헤드가 작다.
코드북 인덱스가 사용되는 경우, 즉, 코드북 기반의 프리코딩(precoding)을 적용하는 경우, 단말들은 코드북 내에서 적절한 코드를 선택하고, 기지국은 단말들에 의해 선택된 코드들을 이용하여 프리코딩 행렬을 구성한다. 예를 들어, DFT(Discrete Fourier Transform) 코드북이 사용되는 경우, 단말들 각각은 추정된 채널 행렬의 상관 행렬(correlation matrix)을 산출하고, 상관 행렬의 주 고유 벡터(dominant eigen vector)와 가장 유사한 코드를 선택한다. 그리고, 단말들 각각은 선택된 코드의 인덱스 및 채널 정보를 피드백한다.
상술한 바와 같이, 코드북 기반의 프리코딩 방식이 사용되는 경우, 단말의 코드북 인덱스 피드백으로 인한 오버헤드가 존재하며, 코드를 선택하는 과정에서 상관 행렬의 주 고유 벡터를 산출하고, 주 고유 벡터와 코드들을 비교하는 연산이 요구된다. 따라서, 코드북 인덱스 피드백으로 인한 오버헤드를 감소시키고, 단말의 연산 복잡도를 감소시키기 위한 대안이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 코드북 기반의 프리코딩(precoding) 수행 시 오버헤드(overhead)를 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 코드북 인덱스(codebook index)의 피드백없이 코드북 기반의 프리코딩을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 코드북 내의 코드와 곱해진 파일럿 신호들로 구성되는 미드앰블(midamble)을 이용하여 코드북 기반의 프리코딩을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은, 일정 개수의 대역들로 구분되고 코드북(codebook) 내의 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들을 포함하는 참조 신호를 송신하는 과정과, 단말들로부터 피드백된 대역의 인덱스(index) 및 인덱스에 대응되는 대역의 채널 품질 정보(CQI : Channel Quality Information)를 이용하여 공간 다중 접속될 단말들을 선택하는 과정과, 선택된 단말들의 데이터 스트림들을 처리하기 위한 프리코딩 행렬(precoding matrix)를 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 동작 방법은, 일정 개수의 대역들로 구분되고 코드북 내의 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들을 포함하는 참조 신호를 수신하는 과정과, 상기 참조 신호를 이용하여 대역별 채널 품질을 측정하는 과정과, 최대 채널 품질을 갖는 대역의 인덱스 및 최대 채널 품질을 갖는 대역의 채널 품질 정보를 기지국으로 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국 장치는, 일정 개수의 대역들로 구분되고 코드북 내의 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들을 포함하는 참조 신호를 송신하는 송신기와, 단말들로부터 피드백된 대역의 인덱스 및 인덱스에 대응되는 대역의 채널 품질 정보를 이용하여 공간 다중 접속될 단말들을 선택하는 스케줄러와, 선택된 단말들의 데이터 스트림들을 처리하기 위한 프리코딩 행렬를 구성하는 구성기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말 장치는, 일정 개수의 대역들로 구분되고 코드북 내의 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들을 포함하는 참조 신호를 수신하는 수신기와, 상기 참조 신호를 이용하여 대역별 채널 품질을 측정하는 추정기와, 최대 채널 품질을 갖는 대역의 인덱스 및 최대 채널 품질을 갖는 대역의 채널 품질 정보를 기지국으로 피드백하기 위한 제어 정보를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다중 입출력 무선통신 시스템에서 코드북 내의 코드와 곱해진 파일럿 신호들 로 구성되는 미드앰블(midamble)을 이용하여 코드북 기반의 프리코딩(precoding)을 수행함으로써, 단말의 연산 복잡도가 감소되고, 코드북 인덱스(codebook index) 피드백으로 인한 오버헤드(overhead)가 발생하지 않는다.
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 입출력 무선통신 시스템에서 코드북 인덱스(codebook index)의 피드백없이 코드북 기반의 프리코딩(precoding)을 수행하기 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.
코드북 인덱스의 피드백없이 코드북 기반의 프리코딩을 수행하기 위해, 본 발명에 따른 기지국은 코드북 내의 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들로 구성된 미드앰블(midamble)을 송신한다. 이때, 코드와 곱해진 파일럿 신호들은 대역(band)별로 구분되며, 프레임마다 송신되는 대역이 달라진다. 즉, 상기 미드앰블은 일정 시간 구간을 점유하는 참조 신호로서, 일정 개수의 주파수 대역들로 나누어지며, 상기 미드앰블에 포함되는 각 대역의 신호는 코드와 곱해진다.
예를 들어, 4개의 코드들이 사용되는 경우, 미드앰블은 도 1과 같이 구성 및 송신된다. 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 0번 프레임에서, 코드 C1과 곱해진 파일럿 신호는 대역1(110)을 통해, 코드 C2와 곱해진 파일럿 신호는 대역2(120)를 통해, 코드 C3와 곱해진 파일럿 신호는 대역3(130)을 통해, 코드 C4와 곱해진 파일럿 신호는 대역4(140)를 통해 송신된다. 그리고, 1번 프레임에서, 상기 미드앰블은 코드 단위로 순환 쉬프팅(cyclic shifting)된 후 송신된다. 즉, 1번 프레임에서, 코드 C1과 곱해진 파일럿 신호는 대역2(120)를 통해, 코드 C2와 곱해진 파일럿 신호는 대역3(130)을 통해, 코드 C3와 곱해진 파일럿 신호는 대역4(140)를 통해, 코드 C4와 곱해진 파일럿 신호는 대역1(110)을 통해 송신된다. 이후, 2번 프레임 및 3번 프레임에서, 상기 미드앰블은 한 단위씩 순환 쉬프팅된 후 송신된다. 이때, 코드와 곱해진 파일럿 신호는 송신 안테나 개수만큼의 원소(element)들을 가지며, 각 원소들은 대응되는 송신 안테나를 통해 송신된다.
이에 따라, 단말들은 상기 미드앰블을 이용하여 대역별 유효(effective) 채널 행렬을 추정하고, 대역별 채널 품질을 측정한다. 그리고, 상기 단말들은 최대 채널 품질을 갖는 대역의 인덱스 및 채널 품질 정보(CQI : Channel Quality Information)를 기지국으로 피드백한다. 따라서, 상기 단말들은 상기 기지국에서 사용된 코드북 정보를 알지 못해도 무관하며, 코드를 선택하기 위한 연산도 필요치 않다.
상기 단말들로부터 대역의 인덱스 및 채널 품질 정보를 획득한 상기 기지국은 피드백된 정보를 대역 및 프레임을 기준으로 분류하고, 각 대역에서 공간 다중 접속될 단말들을 결정한다. 여기서, 상기 프레임을 기준으로 하는 분류는 코드를 기준으로 하는 분류와 동일하다. 예를 들어, 대역1에서 4개의 단말들을 선택하는 경우, 기지국은 0번 프레임 내지 3번 프레임 각각에서 대역1에 대한 채널 품질 정보를 피드백한 단말들 중 각 대역별 최대 채널 품질을 갖는 4개의 단말들을 대역1을 통해 공간 다중 접속될 단말들로서 선택한다. 그리고, 기지국은 0번 프레임 내지 3번 프레임의 대역1에서 사용된 코드들을 이용하여 프리코딩 행렬을 구성한다. 프리코딩 행렬은 코드들의 허미션(Hermitian) 벡터들을 행 벡터로 갖는 행렬을 이용하여 하기 <수학식 1>과 같이 구성된다.
Figure 112008027475715-pat00001
상기 <수학식 1>에서, 상기 P는 프리코딩 행렬, 상기 G는 코드들의 허미션 벡터들을 행벡터로 갖는 행렬, 상기 ck는 k번째 코드를 의미한다. 여기서, k는 1, 2, 3, 4이다.
상기 <수학식 1>에서 상기 코드들의 허미션 벡터들로 프리코딩 행렬이 구성되었지만, 코드의 정의 방식에 따라 허미션 벡터들이 아닌 코드 그 자체로 프리코딩 행렬이 구성될 수 있다. 즉, 상기 코드들이 채널의 허미션 벡터들로서 정의되는 경우, 상기 <수학식 1>과 같이 코드들의 허미션 벡터들이 사용되고, 상기 코드들이 채널로서 정의되는 경우, 상기 <수학식 1>과 달리 코드들 그 자체가 사용된다.
이후, 상기 기지국은 프리코딩 행렬과 곱해진 데이터 스트림들을 다수의 송신 안테나들을 통해 송신한다. 이때, 상기 단말들은 코드 정보를 알지 못하기 때문에, 일반적인 파일럿 신호를 통해 유효 채널을 추정할 수 없다. 하지만, 다수의 수신 안테나들을 통해 수신되는 신호 열을 검출하기 위해서, 상기 단말들은 유효 채널 정보를 획득해야한다. 따라서, 상기 기지국은 상기 단말들의 유효 채널 추정을 위해 데이터 신호들 및 단말별 전용 파일럿(dedicated pilot) 신호들을 함께 송신한다. 여기서, 상기 전용 파일럿 신호들은 해당 단말에 대응되는 코드와 곱해진 파일럿 신호들을 의미하며, 상기 전용 파일럿 신호들은 인밴드(in-band)로 송신된다. 예를 들어, 상기 데이터 신호들 및 상기 전용 파일럿 신호들은 도 2와 같이 송신된다. 이에 따라, 상기 단말들 각각은 자신에게 할당된 전용 파일럿 신호를 통해 유효 채널을 추정하고, 데이터 신호를 검출한다.
이하 본 발명은 상술한 바와 같이 프리코딩을 수행하는 기지국 및 단말의 동작 절차를 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참고하면, 상기 기지국은 301단계에서 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들로 미드앰블을 구성한다. 다시 말해, 상기 기지국은 다중 접속을 위한 단말들의 선택 및 프리코딩 행렬의 구성을 위하여, 일정 개수의 대역들로 구분된 파일럿 신호들 각각에 코드가 곱해진 참조 신호를 구성한다. 이때, 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들 각각은 송신 안테나 개수 만큼의 원소들을 가진다.
상기 미드앰블을 구성한 후, 상기 기지국은 303단계로 진행하여 프레임의 약속된 구간에서 다수의 송신 안테나들을 통해 상기 미드앰블을 송신한다. 이때, 상기 기지국은 미드앰블 내의 파일럿 신호들에 포함된 원소들 각각을 대응되는 송신 안테나를 통해 송신한다.
상기 미드앰블을 송신한 후, 상기 기지국은 305단계로 진행하여 단말들로부터 피드백되는 대역별 채널 품질 정보를 획득한다. 즉, 상기 기지국은 상기 미드앰 블을 통해 측정된 채널 품질 정보를 획득한다. 이때, 채널 품질 정보는 대역의 인덱스와 함께 피드백되며, 기지국은 각 단말로부터 하나의 인덱스 및 인덱스에 대응되는 대역의 채널 품질 정보를 수신한다.
상기 대역별 채널 품질 정보를 획득한 후, 상기 기지국은 307단계로 진행하여 공간 다중 접속될 단말들을 선택하기 위한 정보가 수집되었는지 확인한다. 예를 들어, 특정 대역에서 4개의 단말들 선택하는 경우, 상기 특정 대역에서 적어도 4개의 코드들에 대한 단말들의 채널 품질 정보가 필요하다.
만일, 공간 다중 접속될 단말들을 선택하기 위한 정보가 수집되지 않았으면, 상기 기지국은 309단계로 진행하여 미드앰블을 코드 단위로 순환 쉬프팅한 후, 상기 303단계로 되돌아간다. 즉, 상기 기지국은 상기 도 1과 같이 프레임마다 변화하는 미드앰블을 송신한다.
반면, 공간 다중 접속될 단말들을 선택하기 위한 정보가 수집되었으면, 상기 기지국은 311단계로 진행하여 공간 다중 접속될 단말들을 선택한다. 즉, 상기 기지국은 단말들의 채널 품질 정보를 대역 및 프레임을 기준으로 분류하고, 동일한 대역에서 코드별 최대 채널 품질을 갖는 단말들을 상기 대역에서 공간 다중 접속될 단말들로서 선택한다. 이때, 상기 기지국은 모든 대역들에서 공간 다중 접속될 단말들을 선택하거나, 또는, 일부 대역에서만 공간 다중 접속될 단말들을 선택한다.
상기 공간 다중 접속될 단말들을 선택한 후, 상기 기지국은 313단계로 진행하여 선택된 단말들로의 데이터 스트림들을 처리하기 위한 프리코딩 행렬을 구성한다. 상기 기지국은 선택된 단말들 각각이 대역의 인덱스를 피드백할 때 상기 대역에서 사용된 코드들을 이용하여 상기 프리코딩 행렬을 구성한다. 여기서, 상기 프리코딩 행렬은 코드들 또는 코드들의 허미션 벡터들을 행 벡터로 갖는 행렬을 이용하여 상기 <수학식 1>과 같이 구성된다.
이후, 상기 기지국은 315단계로 진행하여 프리코딩 행렬과 곱해진 데이터 스트림들 및 각 코드와 곱해진 전용 파일럿 신호들을 송신한다. 이때, 상기 전용 파일럿 신호들은 단말의 유효 채널 추정을 위한 것으로서, 인밴드 방식으로 송신된다. 예를 들어, 상기 데이터 스트림들 및 상기 전용 파일럿 신호들은 상기 도 2와 같이 송신된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참고하면, 상기 단말은 401단계에서 미드앰블이 수신되는지 확인한다. 여기서, 상기 미드앰블은 코드와 곱해진 파일럿 신호들로 구성된다. 다시 말해, 상기 단말은 일정 개수의 대역들로 구분된 파일럿 신호들 각각에 코드가 곱해진 참조 신호가 수신되는지 확인한다.
상기 미드앰블이 수신되면, 상기 단말은 403단계로 진행하여 상기 미드앰블을 이용하여 대역별 채널 품질을 측정한다. 다시 말해, 상기 단말은 상기 미드앰블을 이용하여 대역별 유효 채널 행렬을 추정하고, 유효 채널 행렬을 이용하여 대역별 채널 품질을 측정한다.
상기 대역별 채널 품질을 측정한 후, 상기 단말은 405단계로 진행하여 최대 채널 품질을 갖는 대역의 인덱스 및 채널 품질 정보를 상기 기지국으로 피드백한다. 여기서, 상기 채널 품질 정보는 SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), SNR(Sinal to Noise Ratio), CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio) 등으로 표현될 수 있다.
이후, 상기 단말은 407단계로 진행하여 프리코딩 행렬과 곱해진 데이터 스트림이 수신되는지 확인한다. 이때, 상기 데이터 스트림과 함께 전용 파일럿 신호가 수신된다. 예를 들어, 상기 데이터 스트림 및 상기 전용 파일럿 신호는 상기 도 2와 같이 수신된다.
상기 프리코딩 행렬과 곱해진 데이터 스트림이 수신되면, 상기 단말은 409단계로 진행하여 데이터 신호를 검출한다. 다시 말해, 상기 단말은 자신에게 할당된 전용 파일럿 신호를 이용하여 유효 채널을 추정하고, 추정된 유효 채널을 이용하여 자신에게 할당된 스트림의 데이터 신호를 검출한다. 즉, 상기 단말은 상기 추정된 유효 채널 행렬에 근거하여 수신 신호의 왜곡을 보상한다. 예를 들어, 단말이 선형 수신 기법을 사용하는 경우, 상기 단말은 유효 채널을 이용하여 선형 수신 필터를 생성하고, 다수의 수신 안테나들을 통해 수신되는 신호 열에 상기 선형 수신 필터를 곱한다.
이하 본 발명은 상술한 바와 같이 프리코딩을 수행하는 기지국 및 단말의 구성을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 미드앰블구성기(502), 스케줄러(504), 프리코딩행렬구성기(506), 데이터버퍼(508), 다수의 부호화기들(510-1 내지 510-N), 다수의 심벌변조기들(512-1 내지 512-N), 프리코더(precoder)(514), 다 수의 부반송파매핑기들(516-1 내지 516-N), 다수의 OFDM변조기들(518-1 내지 518-N), 다수의 RF(Radio Frequency)송신기들(520-1 내지 520-N)을 포함하여 구성된다.
상기 미드앰블구성기(502)는 단말들로 송신될 미드앰블을 구성한다. 즉, 상기 미드앰블구성기(502)는 코드북 내의 각 코드와 파일럿 신호를 곱하고, 파일럿 신호들을 나열함으로써 미드앰블을 구성한다. 다시 말해, 상기 미드앰블구성기(502)는 일정 개수의 대역들로 구분된 파일럿 신호들 각각에 코드가 곱해진 참조 신호를 구성한다. 그리고, 상기 미드앰블구성기(502)는 상기 미드앰블을 코드 단위로 순환 쉬프팅시킴으로써, 각 프레임에서 송신될 다수의 미드앰블들을 구성한다.
상기 스케줄러(504)는 대역별 공간 다중 접속될 단말들을 선택한다. 다시 말해, 상기 스케줄러(504)는 단말들로부터 수신되는 대역의 인덱스 및 인덱스에 대응되는 대역의 채널 품질 정보를 이용하여 대역별 공간 다중 접속될 단말들을 선택한다. 예를 들어, 특정 대역에서 4개의 단말들을 선택하는 경우, 상기 특정 대역에서 적어도 4개의 코드들에 대한 단말들의 채널 품질 정보가 필요하다. 상기 스케줄러(504)는 단말들의 채널 품질 정보를 대역 및 프레임을 기준으로 분류하고, 동일한 대역에서 코드별 최대 채널 품질을 갖는 단말들을 상기 대역에서 공간 다중 접속될 단말들로서 선택한다. 이때, 상기 스케줄러(504)는 모든 대역들에서 공간 다중 접속될 단말들을 선택하거나, 또는, 일부 대역에서만 공간 다중 접속될 단말들을 선택한다.
상기 프리코딩행렬구성기(506)는 상기 스케줄러(504)에 의해 선택된 단말들의 데이터 스트림들을 처리하기 위한 프리코딩 행렬을 구성한다. 이때, 상기 프리코딩행렬구성기(506)는 선택된 단말들 각각이 대역의 인덱스를 피드백할 때 상기 대역에서 사용된 코드들을 이용하여 상기 프리코딩 행렬을 구성한다, 여기서, 상기 프리코딩 행렬은 코드들 또는 코드들의 허미션 벡터들을 행 벡터로 갖는 행렬을 이용하여 상기 <수학식 1>과 같이 구성된다.
상기 데이터버퍼(508)는 단말들로 송신될 데이터를 저장하며, 상기 스케줄러(504)의 스케줄링 결과에 따라 저장된 데이터를 출력한다. 상기 다수의 부호화기들(510-1 내지 510-N) 각각은 자신과 대응되는 스트림의 비트열을 부호화한다. 상기 다수의 심벌변조기들(512-1 내지 512-N) 각각은 자신과 대응되는 스트림의 부호화된 비트열을 변조함으로써, 복소 심벌(complex)들로 변환한다. 상기 프리코더(514)는 상기 프리코딩행렬구성기(506)에 의해 구성된 프리코딩 행렬을 이용하여 공간 다중 접속되는 단말들에게 할당된 스트림들의 신호들을 처리한다. 즉, 상기 프리코더(514)는 공간 다중 접속되는 단말들에게 할당된 스트림들의 신호 열을 상기 프리코딩 행렬과 곱한다.
상기 다수의 부반송파매핑기들(516-1 내지 516-N) 각각은 자신과 대응되는 안테나를 통해 송신될 신호들을 부반송파에 매핑한다. 이때, 상기 다수의 부반송파매핑기들(516-1 내지 516-N) 각각은 상기 프리코더(514)로부터 제공되는 데이터 신호들뿐만 아니라, 상기 미드앰블구성기(502)로부터 제공되는 미드앰블 및 각 단말에 대응되는 코드와 곱해진 전용 파일럿 신호들을 부반송파에 매핑한다. 이때, 상기 다수의 부반송파매핑기들(516-1 내지 516-N) 각각은 상기 전용 파일럿 신호를 인밴드 방식으로 매핑한다. 예를 들어, 상기 다수의 부반송파매핑기들(516-1 내지 516-N) 각각은 상기 도 2와 같이 데이터 신호들 및 전용 파일럿 신호들을 매핑한다.
상기 다수의 OFDM변조기들(518-1 내지 518-N) 각각은 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 자신과 대응되는 안테나를 통해 송신될 부반송파별 신호들을 시간 영역 신호로 변환하고, CP(Cyclic Prefix)를 삽입함으로써, OFDM 심벌을 구성한다. 상기 다수의 RF송신기들(520-1 내지 520-N) 각각은 제공되는 기저대역 신호를 RF대역 신호로 상승변환한 후, 자신과 대응되는 안테나를 통해 송신한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 단말은 다수의 RF수신기들(602-1 내지 602-N), 다수의 OFDM복조기들(604-1 내지 604-N), 다수의 부반송파디매핑기들(606-1 내지 606-N), 채널추정기(608), 시그널링처리기(610), 신호검출기(612)를 포함하여 구성된다.
다수의 RF수신기들(602-1 내지 602-N) 각각은 자신과 대응되는 안테나를 통해 수신되는 RF대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 상기 다수의 OFDM복조기들(604-1 내지 604-N) 각각은 자신과 대응되는 안테나를 통해 수신된 신호를 OFDM 심벌 단위로 구분하고, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 부반송파별 신호들로 변환한다.
다수의 부반송파디매핑기들(606-1 내지 606-N) 각각은 자신과 대응되는 안테나를 통해 수신된 부반송파별 신호들을 처리 단위로 분류하고, 대응되는 블록으로 출력한다. 예를 들어, 상기 부반송파디매핑기들(606-1 내지 606-N) 각각은 데이터 신호들을 상기 신호검출기(612)로 출력하고, 미드앰블 및 전용 파일럿 신호들을 상기 채널추정기(608)로 출력한다.
상기 채널추정기(608)는 기지국과 단말 간의 유효 채널을 추정한다. 예를 들어, 미드앰블이 제공되는 경우, 상기 채널추정기(608)는 대역별 유효 채널 행렬을 추정하고, 상기 유효 채널 행렬을 이용하여 대역별 채널 품질을 측정한다. 또한, 인밴드 방식으로 송신된 전용 파일럿 신호들이 제공되는 경우, 상기 채널추정기(608)는 유효 채널을 추정한다. 그리고, 상기 채널추정기(608)는 상기 미드앰블을 이용하여 추정된 대역별 채널 품질 정보를 상기 시그널링처리기(610)로 제공하고, 상기 전용 파일럿 신호들을 이용하여 추정된 유효 채널 정보를 상기 신호검출기(612)로 제공한다.
상기 시그널링처리기(610)는 기지국으로 송신될 제어 정보를 생성한다. 특히, 상기 시그널링처리기(610)는 상기 미드앰블을 이용하여 측정된 대역별 채널 품질 중 최대 채널 품질을 갖는 대역의 인덱스 및 최대 채널 품질을 갖는 대역의 채널 품질 정보를 포함하는 제어 정보를 생성한다.
상기 신호검출기(612)는 자신에게 할당된 스트림을 통해 송신된 신호들을 검출한다. 이때, 상기 신호검출기(612)는 상기 채널추정기(608)에 의해 추정된 유효 채널을 이용한다. 즉, 상기 신호검출기(612)는 상기 추정된 유효 채널 행렬에 근거하여 수신 신호의 왜곡을 보상한다. 예를 들어, 선형 수신 기법을 사용하는 경우, 상기 신호검출기(612)는 상기 유효 채널을 이용하여 선형 수신 필터를 생성하고, 다수의 수신 안테나들을 통해 수신되는 신호 열에 상기 선형 수신 필터를 곱한다.
상기 도 1 내지 상기 도 6를 참고하여 설명한 실시 예는 미드앰블을 이용하는 경우만을 설명하고 있다. 하지만, 본 발명에 따른 시스템은 종래의 기술에 따라 코드북 인덱스를 피드백하는 방식도 함께 지원한다. 단말의 이동 속도가 빠르거나 또는 단말이 셀의 경계에 위치하는 경우, 비교적 작은 크기의 코드북을 이용하여 상술한 실시 예와 같은 방식을 적용하는 것이 효율적이다. 하지만, 단말의 이동 속도가 느리거나 또는 단말이 셀의 중심에 위치하는 경우, 비교적 큰 크기의 코드북을 이용하여 코드북 인덱스를 피드백하는 것이 효율적이다.
따라서, 단말은 상술한 실시 예에 따라 공간 다중 접속된 후, 비교적 큰 크기의 코드북을 사용하는 방식으로 변경할 수 있다. 이때, 단말은 채널 행렬을 알아야하며, 다음과 같이 채널 행렬 정보를 획득한다. 단말은 먼저 전용 파일럿 신호들을 이용하여 유효 채널 행렬을 추정한다. 그리고, 단말은 유효 채널 행렬에 기지국에서 사용된 프리코딩 행렬의 역행렬을 곱함으로써, 채널 행렬 정보를 획득한다. 이를 수식으로 표현하면 하기 <수학식 2>와 같다.
Figure 112008027475715-pat00002
상기 <수학식 2>에서, 상기 Heff는 유효 채널 행렬, 상기 P는 프리코딩 행렬, 상기 H는 채널 행렬을 의미한다.
여기서, 단말은 프레임 번호를 통해 해당 프레임의 미드앰블에 적용된 코드들을 확인할 수 있다. 즉, 프레임 번호 및 코드의 대응관계는 미리 약속되거나 또는 기지국으로부터 알려지며, 이로 인해, 상기 단말은 프레임 번호를 통해 상기 미드앰블에 적용된 코드들을 확인할 수 있다. 따라서, 단말은 프레임 번호를 참고하여 미드앰블들에 적용된 코드들을 확인하고, 상기 코드들을 사용하여 기지국과 동일한 방식으로 프리코딩 행렬을 구성한다. 상술한 바와 같이 구성된 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 <수학식 2>와 같이 유효 채널로부터 실제 채널 정보를 분리한 단말은 분리된 채널 행렬을 이용하여 큰 크기의 코드북 내에서 코드를 선택하고, 선택된 코드의 인덱스를 기지국으로 피드백한다. 이로 인해, 기지국은 상대적으로 정교한 프리코딩을 수행할 수 있다.
이 경우, 단말은 프리코딩 행렬을 구성하고, 채널 행렬 정보를 획득하고, 코드를 선택하는 선택기를 더 포함한다. 그리고, 상기 단말의 상기 시그널링처리기(610)는 상기 기지국으로 피드백하기 위한 선택된 코드의 인덱스를 알리는 제어 정보를 생성한다.
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 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 미드앰블(midamble) 송신 예를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 데이터 신호와 전용 파일럿(dedicated pilot) 신호의 송신 예를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하는 도면.

Claims (20)

  1. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서,
    일정 개수의 대역들로 구분되고 코드북(codebook) 내의 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들을 포함하는 참조 신호를 송신하는 과정과,
    단말들로부터 피드백된 대역의 인덱스(index) 및 상기 인덱스에 대응되는 대역의 채널 품질 정보(CQI : Channel Quality Information)를 이용하여 공간 다중 접속될 단말들을 선택하는 과정과,
    선택된 단말들의 데이터 스트림들을 처리하기 위한 프리코딩 행렬(precoding matrix)를 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 참조 신호를 송신하는 과정은,
    상기 참조 신호를 코드 단위로 순환 쉬프팅(cyclic shifting)하며 다수의 프레임들을 통해 순차적으로 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공간 다중 접속될 단말들을 선택하는 과정은,
    피드백된 채널 품질 정보를 대역 및 프레임을 기준으로 분류하는 과정과,
    동일한 대역에서 코드별 최대 채널 품질을 갖는 단말들을 상기 대역에서 공간 다중 접속될 단말들로서 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은, 상기 선택된 단말들 각각이 대역의 인덱스를 피드백할 때 상기 대역에서 사용된 코드들 또는 코드들의 허미션(Hermitian) 벡터들을 행 벡터로 갖는 행렬을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은, 하기 수식과 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112009023206264-pat00003
    여기서, 상기 P는 프리코딩 행렬, 상기 G는 코드들의 허미션 벡터들을 행벡터로 갖는 행렬, 상기 c1는 1번째 코드, 상기 c2는 2번째 코드, 상기 c3는 3번째 코드, 상기 c4는 4번째 코드를 의미함.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬과 곱해진 데이터 신호들 및 각 코드와 곱해진 전용 파일럿(dedicated pilot) 신호들을 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
    일정 개수의 대역들로 구분되고 코드북(codebook) 내의 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들을 포함하는 참조 신호를 수신하는 과정과,
    상기 참조 신호를 이용하여 대역별 채널 품질을 측정하는 과정과,
    최대 채널 품질을 갖는 대역의 인덱스 및 채널 품질 정보를 기지국으로 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    데이터 신호들 및 전용 파일럿(dedicated pilot) 신호들이 수신되면, 상기 전용 파일럿 신호들을 이용하여 유효 채널을 추정하는 과정과,
    상기 유효 채널을 이용하여 상기 데이터 신호들을 검출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유효 채널 행렬에 상기 기지국에서 사용된 프리코딩 행렬(precoding matrix)의 역행렬을 곱함으로써, 채널 행렬 정보를 획득하는 과정과,
    상기 채널 행렬을 이용하여 코드북에서 코드를 선택하는 과정과,
    선택된 코드의 인덱스를 피드백하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    프레임 번호를 참고하여 참조 신호들에 적용된 코드들을 확인하는 과정과,
    확인된 코드들을 이용하여 프리코딩 행렬(precoding matrix)를 구성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 기지국 장치에 있어서,
    일정 개수의 대역들로 구분되고 코드북(codebook) 내의 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들을 포함하는 참조 신호를 송신하는 송신기와,
    단말들로부터 피드백된 대역의 인덱스(index) 및 상기 인덱스에 대응되는 대역의 채널 품질 정보(CQI : Channel Quality Information)를 이용하여 공간 다중 접속될 단말들을 선택하는 스케줄러와,
    선택된 단말들의 데이터 스트림들을 처리하기 위한 프리코딩 행렬(precoding matrix)를 구성하는 구성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 송신기는, 상기 참조 신호를 코드 단위로 순환 쉬프팅(cyclic shifting)하며 다수의 프레임들을 통해 순차적으로 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 피드백된 채널 품질 정보를 대역 및 프레임을 기준으로 분류하고, 동일한 대역에서 코드별 최대 채널 품질을 갖는 단말들을 상기 대역에서 공간 다중 접속될 단말들로서 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은, 상기 선택된 단말들 각각이 대역의 인덱스를 피드백할 때 상기 대역에서 사용된 코드들 또는 코드들의 허미션(Hermitian) 벡터들을 행 벡터로 갖는 행렬을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은, 하기 수식과 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112009023206264-pat00011
    여기서, 상기 P는 프리코딩 행렬, 상기 G는 코드들의 허미션 벡터들을 행벡터로 갖는 행렬, 상기 c1는 1번째 코드, 상기 c2는 2번째 코드, 상기 c3는 3번째 코드, 상기 c4는 4번째 코드를 의미함.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 송신기는, 상기 프리코딩 행렬과 곱해진 데이터 신호들 및 각 코드와 곱해진 전용 파일럿(dedicated pilot) 신호들을 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 단말 장치에 있어서,
    일정 개수의 대역들로 구분되고 코드북(codebook) 내의 각 코드와 곱해진 파일럿 신호들을 포함하는 참조 신호를 수신하는 수신기와,
    상기 참조 신호를 이용하여 대역별 채널 품질을 측정하는 추정기와,
    기지국으로 피드백하기 위한 최대 채널 품질을 갖는 대역의 인덱스 및 채널 품질 정보를 포함하는 제어 정보를 생성하는 처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 추정기는, 데이터 신호들 및 전용 파일럿(dedicated pilot) 신호들이 수신되면, 상기 전용 파일럿 신호들을 이용하여 유효 채널을 추정하며,
    상기 유효 채널을 이용하여 상기 데이터 신호들을 검출하는 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 유효 채널 행렬에 상기 기지국에서 사용된 프리코딩 행렬(precoding matrix)의 역행렬을 곱함으로써 채널 행렬 정보를 획득하고, 상기 채널 행렬을 이용하여 코드북에서 코드를 선택하는 선택기를 더 포함하며,
    상기 처리기는, 상기 기지국으로 피드백하기 위한 선택된 코드의 인덱스를 알리는 제어 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 선택기는, 프레임 번호를 참고하여 참조 신호들에 적용된 코드들을 확인하고, 확인된 코드들을 이용하여 프리코딩 행렬(precoding matrix)를 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
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