KR101349826B1 - 코드북 기반의 다중 입출력 시스템에 있어서, 피드백정보를 송신하는 방법 및 코드북 기반 프리코딩 기법을적용하는 다중 입출력 시스템에 있어서, 프리코딩 정보를송신하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 문서는 코드북 기반의 다중 입출력 시스템에 있어서, 피드백 정보를 송신하는 방법을 개시한다. 예를 들어, 상기 피드백 정보를 송신하기 위해 신호를 수신하여 수신된 신호의 채널 특성을 파악하고, 다수의 벡터 성분을 포함하는 확장 행렬과 이전 피드백 정보를 이용하여 상기 코드북을 갱신하여 상기 수신된 신호의 채널 특성을 고려하여 상기 갱신된 코드북에서 피드백 정보를 선택하여 송신한다.

MIMO, Pre-coding, feedback, tracking

Description

코드북 기반의 다중 입출력 시스템에 있어서, 피드백 정보를 송신하는 방법 및 코드북 기반 프리코딩 기법을 적용하는 다중 입출력 시스템에 있어서, 프리코딩 정보를 송신하는 방법{A method for transmitting feedback information in multi input multi output system based on codebook and a method for transmitting precoding information in multi input multi output system using codebook based precoding scheme}

본 문서는 코드북 기반의 다중 입출력 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로 코드북 기반의 다중 입출력 시스템에 있어서, 피드백 정보를 송신하는 방법 및 코드북 기반 프리코딩 기법을 적용하는 다중 입출력 시스템에 있어서, 프리코딩 정보를 송신하는 방법에 관한 것이다.

MIMO 프리코딩 (pre-coding) 기법은 폐-루프 (Closed-loop)방식으로 채널정보를 부분 또는 전부 기지국 또는 단말로 피드백 (Feedback)하여 통신 성능의 개선을 도모하는 다중 입출력 시스템 기법의 하나이다. 이는 특히 시속 30Km 이하의 저속 페이딩 (Slow fading) 환경에서 유리한 효과를 나타낸다.

이때 채널정보를 전부 피드백 하는 것은 오버헤드가 크므로, 채널정보를 양자화 하여 코드북으로 구성하고 각 코드북 성분에 할당되는 인덱스를 제어채널을 통해서 전송하는 부분 채널정보를 이용하는 MIMO 프리코딩 기법이 표준화를 통하여 실제 시스템에 적용되고 있다.

또한, 코드북 기반의 빔포밍 방식과 X-pol 안테나를 사용하여 빔포밍과 MIMO를 조합하는 방식을 사용하는 경우 단말의 사용자가 이동 중인 경우에는 해당 빔에서 멀어져 신호가 없어지는 사각지대가 생기게 마련이다. 코드북을 기반으로 하지 않는 빔포밍 방식인 경우에도 주파수 분할 다이버시티 방식에서는 안테나 가중치 계산을 위한 상/하향 채널간 특성차이 문제가 발생하여 정확한 빔포밍이 이루어지지 않기 때문에 이로 인한 이득손실이 발생한다. 따라서 수신단에서 수신 채널을 기초로 채널 상태를 파악하여 그 정보를 송신단으로 피드백 할 필요가 있다.

코드북을 기반으로 하여 피드백 오버헤드를 어느 정도 줄일 수 있을 것이나 채널정보를 양자화하는 데서 발생할 수 있는 양자화 오차 및 피드백 지연으로 인한 오류를 무시할 수는 없을 것이다. 이러한 코드북 사용의 한계를 완화하기 위해서 시간 또는 주파수 축의 채널 변동에 따라 코드북의 성분을 유연하게 변화시킴으로써 양자화 오차 또는 피드백 지연으로 인한 오류, 그리고 피드백 오버헤드를 줄이는 방법에 대한 연구가 최근에 이루어지고 있다.

상술한 바와 같은 종래기술에 있어서 본 발명은 코드북을 기반으로 하는 다중 입출력 시스템에서 피드백 정보를 송신하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 코드북을 기반으로 하는 다중 입출력 시스템에서 프리코딩 정보를 송신하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 코드북을 기반으로 하는 다중 입출력 시스템에서 코드북을 갱신하여 이용하는 트랙킹 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 양태에 따른 코드북을 이용하는 다중 입출력 시스템에 있어서, 피드백 하는 방법은, 신호를 수신하여 수신 채널을 추정하는 단계 및 위상 값을 변수로 갖는 위상천이 행렬과 이전 피드백 정보를 이용하여 갱신된 코드북에서, 상기 추정된 채널을 고려하여 선택된 코드워드를 피드백 하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 실시 양태에 따른 코드북 기반의 프리코딩 기법이 적용되는 다중 입출력 시스템에 있어서, 프리코딩 정보를 송신하는 방법은,

코드북 갱신 모드로 동작하는 것으로 결정하는 단계 제1 코드북에서 선택된 제1 프리코딩 정보를 피드백 하는 단계 신호를 수신하는 단계 및 상기 수신된 신호의 채널 특성을 고려하여 제2 코드북에서 선택된 제2 프리코딩 정보를 피드백 하는 단계를 포함하되, 상기 제2 코드북은 위상 값을 변수로 갖는 위상천이 행렬과 상기 제1 프리코딩 정보를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 실시 양태에 있어서, 상기 제2 코드북은, 다수의 위상 값을 결정함으로써 다수의 상기 위상천이 행렬을 결정하고, 상기 결정된 위상천이 행렬 각각을 상기 제1 프리코딩 정보에 따른 벡터 성분과 곱하여 코드북 코드워드를 결정하여, 상기 결정된 코드북 코드워드를 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 위상 값은 상기 제1 프리코딩 정보를 중심으로, 위상 간격의 정수 배만큼 가감하여 결정될 수 있다. 아울러 이때 상기 위상 간격은, 소정의 위상 범위를 피드백 비트 수에 상응하는 수만큼 균등 분할하여 생성될 수 있다.

그리고, 상기 프리코딩 정보 송신 방법은 기 설정된 횟수만큼 반복될 수 있다. 또한, 상기 위상 값 각각은 기 설정된 반복 주기를 갖고 0° 로 재설정될 수 있다.

본 문서에서 개시하는 코드북 기반의 다중 입출력 시스템에 있어서, 피드백 정보를 송신하는 방법을 통해서, 저속 페이딩으로 인한 채널 변동이 있는 MIMO 프리코딩 기법에 있어서 코드북을 사용할 경우 양자화 오차 또는 피드백 지연으로 인한 오류, 그리고 피드백 오버헤드를 줄이는 문제 등을 해결할 수 있을 것이다. 또한, 이러한 문제들을 해결하기 위해 별다른 복잡함이 없이 간단하면서도 필요한 성능개선을 얻을 수 있을 것이다.

본 발명에서는 저속 페이딩에 의한 채널 변동 시 기존 폐-루프 MIMO 프리 코딩 방식에서 채널을 양자화하는 코드 북의 크기에 따른 성능의 한계를 개선시킬 수 있다. 또한, 성능대비 피드백 되는 오버헤드의 양의 감소가 기대된다.

그리고 기존 코드 북과 병행하여 사용할 수 있도록 트랙킹 모드를 별도로 지정하는 경우, 코드북을 이용한 폐-루프 송수신을 하다가 성능개선 또는 피드백 오버헤드 양을 줄이는 요구가 있을 때, 트랙킹 모드로 쉽게 모드변경이 가능하며 복잡도가 낮다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시되는 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해 구체적인 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 이하의 설명에서 일정 용어를 중심으로 설명하나, 이들 용어에 한정될 필요는 없으며 임의의 용어로서 지칭되는 경우에도 동일한 의미를 나타낼 수 있다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및/또는 장치는 생략될 수 있고, 각 구조 및/또는 장치의 핵심기능을 중심으로 도시한 블록도 및/또는 흐름도 형식으로 나타낼 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

본 문서에서 본 발명의 실시예들은 기지국과 단말 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다. 즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.

본 발명은 코드북을 이용하여 피드백 정보를 송신하는 다중 입출력 시스템에 있어서 채널 변동을 반영할 수 있는 코드북 갱신 방법을 제공한다. 코드북 기반 의 프리코딩 기법을 적용하는 시스템에서는 코드북 갱신 방법을 이용하여 채널 상태를 반영할 수 있는 프리코딩의 트랙킹(tracking)에서 적용할 수 있다. 또한, 코드북 기반의 빔포밍 기법을 적용하는 시스템에서 단말의 이동을 반영할 수 있는 단말의 위치추적에도 이용할 수도 있다. 그리고, 이하 코드북을 구성하는 각 벡터 성분을 코드워드(codeword)라고 칭한다.

본 실시예에서는 코드북 갱신에 다수의 벡터 성분을 포함하는 확장 행렬을 이용하여 현재 채널 상태를 반영할 수 있도록 한다. 또한, 이때 이전 전송에 사용된 코드북 또는 코드북의 코드워드를 이용하도록 하여 이전 전송에 기초하여 코드북 갱신이 이루어질 수 있도록 한다. 이렇게 갱신된 코드북에서 수신된 신호의 채널 특성을 고려하여 코드워드를 선택하여 송신함으로써 채널 변동을 반영할 수 있을 것이다.

이하 본 발명의 일례로서 확장 행렬로 위상값을 변수로 포함하는 위상천이 행렬을 사용하고 기본 행렬로 서로 직교하는 빔 패턴을 형성하는 DFT 유니터리 행렬을 사용하는 코드북 갱신 방법을 설명한다.

이하 수학식 1은 위상값을 변수로 포함하는 위상천이 행렬의 일례를 나타낸다.

수학식 1은 특히, 기본 행렬의 행 수가 N개인 경우 사용할 수 있는 위상천이 행렬을 나타낸다. 수학식 1에서

는 위상값을 나타낸다. 위상값

은 소정의 규칙에 따라 결정된다.

위상값

를 결정하는 일 방법을 설명한다. 예를 들어, 위상값을 결정하기 위한 소정의 위상범위를 결정한다 그리고, 위상범위를 K 개만큼 균등 분할함으로써 일 위상간격을 결정할 수 있다. 이로써 각 위상값은

는 결정된 위상범위 및 위상간격을 이용하여 결정할 수 있다. 이하 수학식 2는 이러한 위상값 결정 방법의 일례를 수학식으로 나타낸 것이다. 수학식 2는 각 위상값을 위상범위를 균등분할 하는 값으로 정의된 위상간격의 정수 배로 결정하는 예를 나타낸 것이다.

수학식 2는 위상범위를

과 같이 결정하고 결정된 위상범위를 K로 균등하게 분할하여 일 위상간격을 정의하여 이용하는 예를 나타낸다. 여기서, N과 K는 임의의 실수 값이다. 예를 들어, 위상범위는 송수신 안테나 소자의 수 또는 간격 빔패턴의 수 등에 따라 결정될 수 있다.

위상값

를 결정하는 다른 방법을 설명한다. 결정되는 위상값의 수는 코드북에 포함될 수 있는 코드워드 수가 될 수 있다. 예를 들어, 피드백 비트 수가 M인 경우 M 비트로 나타낼 수 있는 채널 상태의 수 즉, 코드북에 포함될 수 있는 코드워드 수는

이 될 것이다. 따라서, 이때 위상값의 수는 L 개가 될 것이다

.

이는 이하 수학식 3과 같이 표현할 수도 있다.

그리고 0 또는 이전 전송 때 결정되었던 위상값을 초기값으로 하고, 이 초기값을 중심으로 결정된 위상간격의 정수 배만큼을 가감하여 각 위상값을 결정할 수 있다. 이는 이하 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.

수학식 4에서 t는 코드북 갱신 횟수와 관련되는 인덱스를 나타내고 1 이상의 정수 값이 될 수 있다. 그리고, t 값이 1인 경우 즉, 처음 코드북 갱신인 경우에는 그 값을 0으로 할 수 있다. 수학식 4를 통해 알 수 있듯이, 이 방법을 사용하여 위상값을 결정하면 각 위상값

은 0 또는 이전 전송 때 결정되었던 위상값을 중심으로 좌, 우로 고르게 분포할 수 있을 것이다.

또한, 수학식 4에서 f(i) 값은 -L/2부터 L/2까지의 정수 값 중에서 임의로 L개를 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들어, i 값은 -(L/2-1)부터 L/2까지 또는 -L/2부터 L/2-1까지의 정수 값이 될 수 있다. 이 경우에는 코드북 갱신 모드에서 이전 위상값과 동일한 위상값을 선택할 수 있다는 이점이 있을 것이다. 그리고 다른 예를 들어, i 값은 -(L/2-1)부터 -1까지와 1부터 L/2까지의 정수 값이 될 수 있다. 이 경우에는 코드북 갱신 모드에서 이전 위상값과 동일한 위상값을 선택할 수는 없지만, 더 확장된 위상값을 선택할 수 있다는 이점이 있을 수 있다.

상술한 방법을 통해 다수의 위상값을 결정하여 각 위상값에 상응하는 위상천이 행렬을 생성하고, 이를 이용하여 코드북을 갱신하여 코드북 갱신을 수행할 수 있다.

이하 수학식 5는 서로 직교하는 빔 패턴을 형성하는 DFT 유니터리 행렬을 나 타낸다.

여기서, N은 행 수를 결정하는 정수 값으로 예를 들어, 프리코딩의 경우 송신 안테나 소자의 수에 따라 결정될 수 있다. 그리고, 빔포밍의 경우 빔 패턴의 수에 따라 결정될 수 있다. N 개의 열 벡터

로 구성되는

는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

이하 상술한 위상천이 행렬 및 DFT 행렬을 이용하여 본 발명에 따른 코드북 갱신 방법을 설명하도록 한다.

먼저, 코드북 갱신을 수행하지 않는 경우나 코드북 갱신을 수행할 것으로 결정하더라도 첫 번째 피드백을 할 때는 기본 코드북

의 코드워드 즉, 열 벡터 중 수신된 신호를 기초로 수신성능이 가장 좋은 코드워드

를 선택한다. 여기서 k는 코드북 내 코드워드 인덱스 값으로

의 값을 가질 수 있다.

그리고, 코드북 갱신 모드로 동작할 때는 현재 수신된 신호의 채널 상태 또는 단말의 이동 상황을 반영할 수 있도록 다수의 위상천이 행렬을 생성하여 기존 코드북을 갱신할 수 있다. 이때 상술한 바와 같이 이전 전송에서 사용된 코드워드

의 위상값

를 중심으로 소정의 위상범위

내에서 코드북 크기 N에 해당되는 만큼의 일정한 좌우 대칭의 위상 간격을 가지는 다수의 위상값에 따라 다수의 위상천이 행렬을 생성한다. 생성된 각 위상천이 행렬은 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

그리고, 이전 전송에 사용된 코드워드에 생성된 다수의 위상천이 행렬을 적용하여 갱신된 코드북을 생성할 수 있다. 갱신된 코드북을 이용하여 수신된 신호를 기초로 수신성능이 가장 좋은 코드워드를 선택하여 코드워드

를 선택한다.

이러한 코드북 갱신 동작은 수회 반복하여 수행될 수 있으며 이하 상술한 코드북 갱신 방법을 일반화하여 t회부터 t+1회까지의 코드북 갱신 동작의 예를 수학식을 통해 설명하도록 한다.

이하 수학식 7은 t회 코드북 갱신 동작에서 생성될 수 있는 코드북 갱신 방법의 일례를 나타낸다.

수학식 7의

에서 t는 코드북 갱신 횟수를 나타내는 값으로 첫 번째 코드북 갱신 동작에서의 t 값을 1로 시작하여 1씩 증가하는 정수 값이 된다. 그리고

는 이전의 즉, t-1회 코드북 갱신 동작에서 갱신된 코드북에서 선택되었던 코드워드를 나타내며 여기서, k는 코드북 내 코드워드 인덱스 값으로

의 값을 가질 수 있다.

이때 위상값 결정하는 방법으로 상술한 수학식 3 및 수학식 4를 이용하는 경우 수학식 7의 갱신된 코드북을 보다 구체적으로 나타내면 수학식 8a 또는 수학식 8b와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 8a는 위상값이 0인 경우도 포함되어 갱신된 코드북을 나타내고, 수학식 8b는 위상값이 0인 경우를 제외하고 갱신된 코드북을 나타낸다. 각 경우에 대한 이점은 수학식 4에서 설명한 바와 같다. 수학식 8a에서는 음의 값을 가지는 최대 위상값을 하나 제외하였지만, 다른 방법으로 양의 값을 가지는 최대 위상값을 하나 제외할 수도 있을 것이다.

수학식 8a 또는 수학식 8b와 같이 생성되는 갱신된 코드북

을 이용하여 수신된 신호를 기초로 수신성능이 가장 좋은 코드워드 예를 들어

를 선택한다.

그리고 이하 수학식 9는 t+1회 코드북 갱신 동작에서 생성될 수 있는 코드북 갱신 방법의 일례를 나타낸다.

여기서도 마찬가지로 수학식 7의

에서 t는 코드북 갱신 횟수를 나타내는 값으로 첫 번째 코드북 갱신 동작에서의 t 값을 1로 시작하여 1씩 증가하는 정수 값이 된다. 그리고

는 이전의 즉, t회 코드북 갱신 동작에서 갱신된 코드북에서 선택되었던 코드워드를 나타내며 여기서, k는 코드북 내 코드워드 인덱스 값으로

의 값을 가질 수 있다.

이때 위상값 결정하는 방법으로 상술한 수학식 3 및 수학식 4를 이용하는 경우 수학식 9의 갱신된 코드북을 보다 구체적으로 나타내면 수학식 10a와 수학식 10b와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 10a는 위상값이 0인 경우도 포함되어 갱신된 코드북을 나타내고, 수학식 10b는 위상값이 0인 경우를 제외하고 갱신된 코드북을 나타낸다. 각 경우에 대한 이점은 수학식 4에서 설명한 바와 같다. 수학식 10a에서는 음의 값을 가지는 최대 위상값을 하나 제외하였지만, 다른 방법으로 양의 값을 가지는 최대 위상값을 하나 제외할 수도 있음은 상술한 바와 동일하다.

수학식 10a 또는 수학식 10b와 같이 생성되는 갱신된 코드북

을 이용하여 수신된 신호를 기초로 수신성능이 가장 좋은 코드워드 예를 들어,

를 선택한다.

상술한 코드북 갱신 모드로 동작하여 수회의 코드북 갱신 동작을 수행하되, 만약에 발생할 수 있는 오류를 방지하기 위해, 기 설정된 횟수의 코드북 갱신 동작을 수행한 후에는 기본 DFT 코드북 행렬을 사용하거나 위상값을 0으로 재설정하도록 하여 다시 원점에서 코드북 갱신을 새로 시작하게 할 수 있다. 또는 일정 임계치를 미리 설정하고, 단말의 수신성능이 미리 설정된 임계치 이상 나빠질 때는 기본 DFT 코드북 행렬을 사용하도록 하여 다시 원점에서 코드북 갱신을 새로 시작하게 할 수도 있다.

단말의 이동 또는 통신 환경의 변동으로 인하여 현재 채널 상태에 적합한 코드북 코드워드의 값도 변한다. 특히 빔포밍의 경우 단말의 이동으로 원하는 빔의 방향이 바뀌게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 코드북 갱신 모드로의 동작을 통해 채널 상태를 반영하여 코드북을 갱신하고 갱신된 코드북에서 수신성능이 좋은 특정 코드워드를 선택하여 피드백 하게 되면, 피드백 오버헤드의 증가 없이 시시각각 변하는 채널을 반영하는 피드백 정보를 송신할 수 있어 통신 성능을 향상시킬 수 있을 것이다.

그리고, 코드북 갱신 시 이전에 피드백 한 코드워드 값을 이용하고 그 코드워드를 중심으로 새로운 코드워드 값을 결정함으로써, 코드북 기반의 빔포밍 기법을 적용하는 다중 입출력 시스템에서 이동 단말의 위치 추적 기능에 있어서도 유용한 효과를 기대할 수 있다.

아울러, 코드북 기반의 MIMO 프리코딩 또는 다이버시티 기법을 적용하는 경우나 코드북 기반의 빔포밍 기법을 적용하는 경우에 있어서는 코드북을 갱신하여 피드백을 수행하는 방법에 대한 기본적인 기술적 특징은 공유할 것이지만, 안테나 간격이 서로 상이함으로 인해 안테나 구성을 공통으로 가져가기가 어려운 경우에는 별도로 각각 구성하여 사용할 수 있을 것이다. 그리고, 위상 범위, 위상 간격, 코드북 갱신 횟수의 최대값 등의 파라미터 값은 어느 특정된 값을 고정하여 사용하기 보다는 시스템 및 통신 환경에 따라서 최적화된 값으로 적용될 것이다.

이하 상술한 본 실시예를 4개의 송신 안테나 (4Tx)를 구비하는 통신 시스템에 적용하는 경우를 예로써 보다 구체적으로 설명한다.

본 실시예는 DFT 방식의 코드북을 적용하는 폐-루프 MIMO 프리코딩 방식에서의 트랙킹 기법에 관한 것으로서, 이하 수학식 11 및 수학식 12에서 각각 본 실시예에서 사용할 수 있는 위상천이 행렬과 DFT 행렬을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 수신단에서 트랙킹 동작을 수행하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1을 참조하여 수학식 11 및 수학식 12 각각의 위상천이 행렬과 DFT 행렬을 이용하는 본 실시예의 트랙킹 방법을 설명한다.

먼저 단계 S100에서 송신단으로부터 신호를 수신하여 채널 특성을 파악한다. 그리고, 단계 S110에서 본 실시예에서 설명하는 트랙킹 동작을 수행하는 트랙킹 모드로 진행할지 여부를 결정한다. 단, 단계 S100 및 단계 S110의 순서는 변경 될 수 있을 것이다.

이와 같이 트랙킹 모드를 별도로 지정하여 적용하는 경우, 일반적인 코드 북과 병행하여 사용할 수 있다. 즉, 코드북을 이용한 폐-루프 송수신을 하다가 성능개선 또는 피드백 오버헤드 양을 줄이는 요구가 있을 때, 트랙킹 모드로 쉽게 모드변경이 가능하며 복잡도가 낮다.

단계 S110에서 트랙킹 모드로 진행하지 않을 것으로 결정되는 경우에는 단계 S111에서 나타난 바와 같이 기본 코드북에서 코드워드를 선택하고 S112에서 송신단으로 선택된 코드워드에 대한 인덱스 정보를 송신 즉 피드백 한다. 여기서 기본 코드북으로 수학식 12에서 나타낸 DFT 행렬을 이용할 수 있다.

그리고, 단계 S110에서 트랙킹 모드로 진행할 것으로 결정되는 경우에는 단계 S120에서 나타난 바와 같이 기본 코드북에서 코드워드를 선택하고 S121에서 송신단으로 선택된 코드워드에 대한 인덱스 정보를 송신 즉 피드백 한다. 여기서도 단계 S111과 마찬가지로 기본 코드북으로 수학식 12에서 나타낸 DFT 행렬을 이용할 수 있다. 단계 S120에서 단계 S121까지의 동작을 첫 번째 트랙킹 동작으로 볼 수 있다.

상술한 단계 S111 및 단계 S120에서 코드워드를 선택할 때 MMSE와 같은 메트릭을 사용하여 수신 신호를 기초로 파악한 채널 특성에 가장 적합한 코드워드를 선택할 수 있다.

단계 S130에서 2회 또는 그 이상의 트랙킹 수행 시 이용하기 위해 코드북을 갱신한다. 예를 들어, 단계 S120에서 선택된 코드워드와 위상값을 변수로 갖는 다수의 위상천이 행렬을 이용하여 코드북을 갱신한다. 이때 코드북을 갱신하는 방법은 다수의 위상값을 결정하고 결정된 위상값 각각에 대한 위상천이 행렬을 생성하여 이 생성된 위상천이 행렬 각각을 단계 S120에서 선택된 코드워드에 곱하여 주는 방법을 이용할 수 있다.

여기서 다수의 위상값 개수는 피드백 비트 수에 상응하는 수로 결정될 수 있다. 예를 들어, 피드백 비트 수가 3 비트인 경우 3 비트로 전송할 수 있는 채널 상태는

이 될 것이므로 8개의 위상값을 결정하여 8개의 위상천이 행렬을 생성할 수 있다.

이렇게 생성되는 위상천이 행렬의 예를 이하 수학식 13에서 나타낸다.

그리고, 수학식 13에서 나타낸 위상천이 행렬과 단계 S120에서 선택한 코드워드를 이용하여 갱신한 코드북의 예를 이하 수학식 14에서 나타낸다.

그러면, 단계 S140에서 신호를 수신하여 채널 특성을 파악하고 단계 S150에서 파악된 채널 특성에 기초하여 신호 수신 성능을 최적화 할 수 있는 코드워드를 갱신된 코드북에서 선택한다. 그리고, 단계 S151에서 선택된 코드워드에 대한 인덱스 정보를 송신단으로 송신한다.

이렇게 갱신된 코드북을 이용하여 선택된 코드워드를 피드백하고 이후에 계속해서 트랙킹을 수행하는 경우 미리 설정된 일정 횟수까지는 계속해서 이전 전송을 기반으로 트랙킹을 수행하도록 할 수 있다. 도 1에서는 이러한 트랙킹 횟수를 P회로 설정하고 P회의 트랙킹 횟수가 되지 않으면 계속해서 바로 이전에 선택된 코드워드를 기반으로 코드북을 갱신하는 경우를 나타내고 있다.

즉, 예를 들어, 세 번째 트랙킹을 수행하기 위해 다시 단계 S130에서 코드북을 갱신한다. 코드북을 갱신하는 방법은 상술한 단계 S130의 경우와 유사하다. 다만, 이 경우에는 상술한 단계 S130의 경우와 달리 단계 S150에서 선택된 코드워드를 이용하여 갱신하게 될 것이다.

단계 S150에서 선택한 코드워드를 이용하여 갱신한 코드북의 예를 이하 수학식 15에서 나타낸다.

이러한 트랙킹 동작을 통해서 채널변동에 따른 코드북 갱신을 별도의 추가되는 피드백 오버헤드 없이도 수행하게 된다.

단계 S160에서 트랙킹 횟수가 기 설정된 횟수 예를 들어, P회가 되는 경우에는 다시 단계 S120에서 기본 코드북을 기반으로 코드북을 선택하고 다시 트랙킹을 수행한다. 이는 상술한 바와 같이 누적된 트랙킹으로 인한 오류 시정의 기회를 갖기 위함이다. 이러한 초기화 과정은 일정 반복주기 P 간격으로 위상천이 행렬의 위상을 0으로 재설정 하여 주는 것을 설명할 수도 있다.

다른 실시예로 수학식 12를 통해 예를 들은 기본 코드북은 기본 DFT행렬을 이용하되 다수의 랭크에 대한 코드워드를 포함할 수 있도록 구성하여 이용할 수도 있다.

이하 수학식 16은 다수의 랭크에 대한 코드워드를 포함할 수 있도록 구성한 기본 코드북의 예를 나타낸다. 그리고 이는 피드백 비트 수가 4 비트인 경우이다.

수학식 16에서

수학식 12의 코드북의 각각의 코드워드와 동일한 열 벡 터를 의미하는 것으로 볼 수 있다.

상술한 트랙킹 방법은 수신단을 위주로 설명하였지만, 송신단에서도 동일한 방법으로 코드북을 갱신하여 프리코딩을 수행함이 바람직할 것이다. 즉, 송신단에서도 트랙킹 모드로 동작할 것으로 결정된 경우에는 동일한 방법으로 코드북을 갱신하여야 수신단에서 전송하는 피드백 정보에 상응하는 코드워드를 선택하여 프리코딩을 수행할 수 있을 것이다.

아울러, 트랙킹 모드 상에서의 피드백 비트 수에 따른 코드북 크기 L와 위상간격, 코드북 위상값을 재설정 시키기 위한 반복횟수 P, 그리고 피드백 되는 코드워드 인덱스 송신 주기 등은 채널상황에 따른 트랙킹 성능과 피드백 되는 코드워드 인덱스의 오버헤드 양 등의 다양한 요인들을 고려하여 최적으로 설계 됨이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 트랙킹을 수행하는 경우에 대한 위상천이 흐름을 보여주는 도면이다.

즉, 첫 번째 트랙킹 동작에서 기본 코드북을 기반으로 코드워드

을 선택하면 이 값을 중심으로 이후 트랙킹 동작이 수행된다. 두 번째 트랙킹 동작에서는

과 기본 코드북에서 선택된 코드워드

을 이용하여 코드북을 갱신한다. 이렇게 갱신된 코드북에서 수신 신호의 채널 특성 등을 고려하여 최적의 코드워드를 선택한다. 이때 예를 들어,

의 코드워드가 선택된다고 가정하면 도 2에 나타난 바와 같이 본 발명이 제안하는 코드 북 트랙킹 방법에 의해 코드 북의 위상이

을 중심으로 생성되는

로 진행될 것이다. 그리고, 마찬가지로,

에서 다음 전송시에는 다시 채널변동에 따라 위상천이가 이루어져

로 진행될 것이다.

아울러 상술한 코드북 트랙킹 방법은 하우스 홀드 (Household) 나 DFT (Discrete Fourier Transform)를 이용한 MIMO 프리코딩 기법과 함께 사용되어 MIMO 프리코딩의 어느 정도 성능 개선을 도모할 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 적용할 수 있는 송수신단 구조의 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하여, 다중 안테나 송수신 기술 중 특히 직교 주파수 분할 다중화 방식(OFDM; Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 이용하는 다중 입력 다중 출력(MIMO; Multi-Input Multi-Output) 시스템의 일반적인 구조를 설명한다.

송신단(300)에 있어서, 사용자 선택부 (310)를 통해 사용자 데이터가 단독 스트림 또는 다중 데이터 스트림으로 채널 부호화기로 입력된다. 채널 인코더 (320)는 전송 데이터 비트에 중복의 비트를 첨부하여 채널이나 잡음에 의한 영향을 줄이고, 맵퍼(330)는 성상 매핑 (Constellation Mapping) 방법 등과 같은 다양한 방법을 통해 데이터 비트 정보를 데이터 심벌 정보로 변환해주며, 다중 안테나 인코더(107)는 병렬화된 데이터 심벌을 시공간 신호로 변환한다. 이때 프리코딩을 수행하는 경우 이들 심볼화된 데이터들에 프리코딩을 위한 코드북 코드워드 또는 프 리코딩 벡터를 곱하여 줄 수 있다. 그리고 다중 안테나부 (350)를 통해 다중 안테나를 이용하여 신호를 송신한다.

수신단 (400)에서의 다중 안테나부 (410), 다중 안테나 디코더(440), 채널 디코더(450) 및 디맵퍼(460)는 송신단에서의 다중 안테나부 (350), 다중 안테나 인코더(340), 채널 인코더(320) 및 맵퍼(330)의 역기능을 각각 수행한다.

그리고, 채널 추정기 (420)에서는 수신된 신호를 통해 채널 특성을 파악하고 피드백 정보 생성부 (430)에서는 채널 추정기에서 획득한 채널 특성을 고려하여 상술한 본 실시예에 따라 코드북에서 최적의 코드워드를 선택하여 그 정보를 송신단 (300)으로 피드백 한다.

아울러 송신단 (300)의 제어기 (360)에서는 MCS(Modulation and coding scheme) 레벨 또는 프리코딩 코드워드들에 대한 선택은 수신단 (400)로부터 피드백 되는 정보를 가지고 제어한다. 또한, 도면상 도시하지 않았지만 수신단의 채널 추정기 (420)에서 채널

를 추정할 수 있도록 하기 위하여 송신단의 각 안테나에는 프리코딩이 되지 않은 공용 파일럿 신호를 전송할 수도 있다.

특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 코드북 기반의 다중 입출력 시스템에 있어서, 피드백 정보를 송신하는 방법 및 프리코딩 정보를 송신하는 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 코드북 기반의 다중 입출력 시스템에 있어서, 피드백 정보를 송신하는 방법 및 프리코딩 정보를 송신하는 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

본 발명은 본 발명의 기술적 사상 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 수신단에서 트랙킹 동작을 수행하는 방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 트랙킹을 수행하는 경우에 대한 위상천이 흐름을 보여주는 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 적용할 수 있는 송수신단 구조의 예를 설명하기 위한 도면.

Claims (7)

1. 코드북 기반의 프리코딩 기법이 적용되는 다중 입출력 시스템에 있어서, 프리코딩 정보를 송신하는 방법은,

   코드북 갱신 모드로 동작하는 것으로 결정하는 단계;

   제1 코드북에서 선택된 제1 프리코딩 정보를 피드백 하는 단계;

   신호를 수신하는 단계; 및

   상기 수신된 신호의 채널 특성을 고려하여 제2 코드북에서 선택된 제2 프리코딩 정보를 피드백 하는 단계를 포함하되,

   상기 제2 코드북은,

   다수의 위상 값을 결정함으로써 다수의 위상천이 행렬을 결정하고, 상기 결정된 위상천이 행렬 각각을 상기 제1 프리코딩 정보에 따른 벡터 성분과 곱하여 코드북 코드워드를 결정하여, 상기 결정된 코드북 코드워드를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,

   프리코딩 정보 송신 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상 값은 상기 제1 프리코딩 정보를 중심으로, 위상 간격의 정수 배만큼 가감하여 결정되는 것을 특징으로 하는,

   프리코딩 정보 송신 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 위상 간격은,

   소정의 위상 범위를 피드백 비트 수에 상응하는 수만큼 균등 분할하여 생성되는 것을 특징으로 하는,

   프리코딩 정보 송신 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상 값은 기 설정된 반복 주기를 갖고 0° 로 재설정되는 것을 특징으로 하는, 프리코딩 정보 송신 방법.
6. 삭제
7. 삭제

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