KR101382760B1

KR101382760B1 - 다중 안테나를 이용한 통신시스템에서 코드북을 이용한데이터 전송방법

Info

Publication number: KR101382760B1
Application number: KR1020070104212A
Authority: KR
Inventors: 이욱봉; 임빈철; 이문일; 고현수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2014-04-08
Also published as: KR20080086333A; US20090323840A1; US8781012B2

Abstract

다중 안테나를 이용한 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 귀환코드북(Feedback Codebook)에 속한 다수의 개체(Entry)에서, 선택된 개체에 대한 귀환인덱스(Index)를 수신하는 단계, 상기 귀환인덱스에 따른 개체를 이용하여 다수의 프리코더의 집합인 프리코딩(Precoding) 코드북에서 어느 하나의 프리코더를 선택하는 단계, 및 상기 선택된 프리코더에 대한 프리코더 인덱스를 전송하는 단계를 포함한다. 프리코딩 코드북과 별도로 귀환 코드북을 두어 상향링크로 귀환 코드북 인덱스를 전송한다. 따라서 코드북 설계에 있어서 유연성을 줄 수 있고, 코드북 인덱스의 귀환에 따른 오버헤드를 줄일 수 있다.

MIMO, 프리코더, 코드북, 귀환코드북

Description

다중 안테나를 이용한 통신시스템에서 코드북을 이용한 데이터 전송방법{ Method of Data Transmission in Communication System Using Multiple Antenna}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 안테나를 이용한 통신시스템에서 코드북을 이용한 데이터 송신방법에 관한 것이다.

이동통신시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위해 고속, 고품질의 무선 데이터 패킷 통신시스템으로 발전하고 있다. 무선통신에서 고속, 고품질의 데이터 서비스를 제공하기 위해 송신단과 수신단에 다중의 안테나를 사용하는 다중 입/출력(Multiple Input Multiple Output :MIMO) 안테나 송신기법이 다양하게 제안되고 있다.

MIMO 기술은 다양한 채널 경로를 이용하여 전송 신뢰도를 높이는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식과 다수의 데이터 스트림을 동시에 송신하여 전송률을 향상시키는 공간 다중화(spatial multiplexing) 방식으로 분류할 수 있다. 또한, 이러한 두 가지 방식을 적절히 결합하여 각각의 장점을 적절히 얻고자 하는 방식에 대한 연구도 최근 많이 연구되고 있는 분야이다.

이러한 다중안테나 송신기법은 크게 송신기에서 채널 정보를 알지 못하는 개 루프(Open loop) 송신기법과 송신기에서 채널 정보를 알고 있는 폐루프(Closed loop) 송신기법으로 분류될 수 있다. 개루프 송신기법은 송신기에서 채널 정보를 필요로 하지 않으므로 상향링크의 무선 자원을 낭비하지 않고 비교적 간단한 구조로 송신기와 수신기를 구성할 수 있다. 그러나 채널 변화에 적응적으로 대처할 수 없어 채널의 공간상관도가 증가하거나 다중채널이 동시에 심각한(deep) 페이딩을 겪는 경우 성능이 열화되는 단점을 갖는다. 반면 폐루프 송신기법에서는 수신기가 채널을 추정한 후 송신기로 추정된 채널을 재전송하고 송신기는 채널 정보를 획득한다. 송신기는 매 순간 채널 상태를 고려하여 채널에 적응된 전처리를 수행함으로써 시스템의 용량을 극대화할 수 있다.

그러나 채널 상태 정보를 송신기로 피드백하기 위해서는, 수신기에서 송신기로의 피드백채널을 이용한 많은 양의 피드백 데이터 전송이 요구된다. 많은 양의 피드백 데이터 전송에 따른 무선자원이 많이 소비되어 데이터 전송률이 떨어질 수 있다.

따라서 수신기에서 송신기로 전송되는 피드백 정보량을 최소화하면서, 데이터 전송률을 극대화하는 기술이 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 다중 안테나를 이용한 통신시스템에서 코드북을 이용한 데이터 송신방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면 다중 안테나를 이용한 통신시스템에서 코드북을 이용한 데이터 송신방법을 제공한다. 상기 방법은 귀환코드북(Feedback Codebook)에 속한 다수의 개체(Entry)에서, 선택된 개체에 대한 귀환인덱스(Index)를 수신하는 단계, 상기 귀환인덱스에 따른 개체를 이용하여 다수의 프리코더의 집합인 프리코딩(Precoding) 코드북에서 어느 하나의 프리코더를 선택하는 단계, 및 상기 선택된 프리코더에 대한 프리코더 인덱스를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면 다중 안테나를 이용한 통신시스템에서 코드북을 이용한 데이터 송신방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 수신기로부터 프리코더에 포함될 개체에 관한 제1 귀환인덱스를 수신하는 단계, 상기 프리코더에 포함되며 상기 제1 수신기에 간섭으로 작용하는 개체,에 관한 제2 귀환인덱스를 수신하는 단계, 및 상기 제2 귀환인덱스에 관한 개체를 알려주는 간섭인덱스를 상기 제1 수신기로 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면 다중안테나를 이용한 송신기를 제공한다. 상기 송신기는 다중 안테나, 다수의 프리코더의 집합으로 구성된 프리코딩 코드북 및 다수의 개체의 집합으로 구성된 귀환코드북을 가진 메모리부, 수신기로부터 수 신한 귀환인덱스에 따른 개체를 상기 귀환코드북에서 추출하고, 상기 개체를 이용하여 프리코더를 상기 프리코딩 코드북에서 선택하여 상기 선택된 프리코더에 따른 프리코더 인덱스를 상기 수신기로 송신하는 송신제어부, 및 상기 어느 하나의 프리코더를 이용하여 프리코딩을 수행하는 프리코딩부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 프리코딩 코드북과 별도로 귀환 코드북을 두어 상향링크로 귀환 코드북 인덱스를 전송한다. 따라서 코드북 설계에 있어서 유연성을 줄 수 있고, 코드북 인덱스의 귀환에 따른 오버헤드를 줄일 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명하기로 한다. 그러나 본 실시예가 이하에서 개시되는 실시예에 한정할 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 가지는 송신기를 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 송신기(100)는 송신처리부(110), 프리코딩부(120), 송신 안테나(130-1, ..., 130-Nt), 메모리부(140), 귀환코드북(Feedback Codebook, 150), 프리코딩 코드북(Precoding Codebook,160), 및 송신제어부(170)를 포함한다. 송신기(100)는 기지국(base station; BS)의 일부분일 수 있다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fix staion)을 말하며, 노드-B(node-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

송신처리부(110)는 N명의 사용자들로부터 데이터를 입력받아, 한 번에 전송될 K개의 스트림을 만들어 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded data)를 형성하고, 상기 부호화된 데이터를 신호 성상(signal constellation) 상의 위치를 표현하는 입력심벌 u로 맵핑한다.

프리코딩부(120)는 입력되는 입력심벌 u에 대해 프리코딩(Precoding)을 수행하여 전송심벌 x를 생성한다. 프리코딩은 전송할 입력심벌 u에 전처리를 수행하는 기법이며, 이러한 프리코딩 기법을 이용하면 입력심벌 u에 프리코더(벡터 또는 행렬)를 적용하여 전송심벌 x 가 생성된다. 프리코딩부(120)는 간섭을 선공제하는 더티 페이퍼 코딩(Dirty Paper Coding; 이하 DPC) 방식등 다양한 프리코딩 방식을 이용할 수 있다. 전송심벌 x는 변조되어 송신 안테나(130-1,...,130-Nt)를 통해 송신된다.

메모리부(140)는 상기 귀환코드북(150)과 상기 프리코딩 코드북(160)을 저장한다.

귀환코드북(150)은 다수의 개체로 구성된 집합이다. 상기 다수의 개체는 상기 송신제어부(170)가 프리코더를 선택하는 데 이용되는 정보로서, 벡터 또는 행렬 이될 수 있다. 귀환코드북(150)을 구성하는 개체의 개수가 N_F 이라면, 개체의 인덱스를 모두 나타내는데 필요한 비트수는

과 같다. 여기서

는 a보다 큰 최소 정수이다. 귀환코드북(150)에 속하는 모든 개체의 크기, 종류 및 생성 알고리즘은 송신기(100)와 수신기(도 2의 200)간에 미리 약속되어 있다. 송신기(100)의 귀환코드북(150)은 수신기(200)의 귀환코드북(도 2의 240)과 동일하다. 따라서, 수신기(200)가 송신기(100)로 귀환인덱스를 보내고, 송신기(100)는 상기 귀환인덱스를 받아서 귀환인덱스에 따른 개체를 추출할 수 있다. 상기 귀환인덱스는 귀환코드북(150)에 속하는 개체를 표시하는 정보로서 수신기(200)가 송신기로 피드백해주는 정보이다. 즉, 송신기(100)와 수신기(200)는 귀환코드북(150)에 속하는 개체에 따른 귀환인덱스를 주고받음으로써 피드백 정보의 오버헤드를 줄일 수 있다.

프리코딩 코드북(160)은 프리코딩부(120)가 프리코딩하는 데에 이용되는 다수의 프리코더(행렬 또는 벡터)로 구성된 집합이다. 프리코딩 코드북(160)에 속하는 모든 프리코더의 크기, 종류 및 생성 알고리즘은 송신기(100)와 수신기(200)간에 미리 약속되어 있다. 송신기(100)의 프리코딩 코드북(160)은 수신기(200)의 프리코딩 코드북(도 2의 250)과 동일하다. 따라서 송신기(100)와 수신기(200)은 프리코더 인덱스만을 주고받음으로써 선택된 프리코더를 추출할 수 있다. 여기서 프리코더 인덱스란 프리코더를 표시하는 정보이다. 프리코딩 코드북(160)은 귀환코드북(150)과 그 크기에 있어서 서로 다르다를 수 있다. 특히 귀환코드북(150)의 크기 는 프리코딩 코드북(160)의 크기보다 더 작을 수 있다. 코드북의 크기가 작다는 것은 그 코드북에 속한 개체의 개수가 적은 것을 나타내고, 개체의 개수가 적으면 개체를 표시하는 인덱스에 필요한 비트수가 적게 된다. 따라서, 수신기에서 송신기로의 피드백 오버헤드를 줄일 수 있다.

송신제어부(170)는 수신기(200)로부터 귀환인덱스를 받고 귀환코드북(150)에서 상기 귀환인덱스에 따른 개체를 추출한다. 송신제어부(170)는 상기 추출된 개체를 이용하여 프리코딩 코드북(160)에서 적절한 프리코더를 선택한다. 프리코더를 선택하는 알고리즘에 관하여는 후술하도록 한다. 송신제어부(170)는 선택된 프리코더를 프리코딩부(120)로 보낸다. 또한 송신제어부(170)는 상기 선택된 프리코더에 대한 프리코더 인덱스를 수신기(200)로 보내도록 제어한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기를 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 수신기(200)는 후처리부(210), 수신처리부(220), 메모리부(230), 귀환코드북(240), 프리코딩 코드북(250), 수신제어부(260), 수신 안테나(270-1,...270-Nr)를 포함한다. 수신기(200)는 단말(user equipement; UE)의 일부분일 수 있다. 단말은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하향링크는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다.

수신 안테나(270-1,...270-Nr)로부터 수신된 신호 x는 후처리기(210)로 입력된다. 후처리부(210)는 프리코딩부(120)에 대응하는 후처리를 수행한다. 수신처리 부(220)는 후처리부(210)의 출력인 입력심벌 u 를 부호화된 데이터로 디맵핑하고, 상기 부호화된 데이터를 디코딩하여 원래 데이터를 복원한다.

메모리부(230)는 상기 귀환코드북(240)과 상기 프리코딩 코드북(250)을 저장한다. 귀환코드북(240)은 송신기(100)에 포함되는 귀환코드북(150)과 같고, 프리코딩 코드북(250)는 상기 송신기(100)에 포함되는 프리코딩 코드북(160)과 같다.

수신제어부(260)는 상기 귀환코드북(240)에 속한 다수의 개체중에서 송신기(100)로 귀환될 개체를 선택한다. 수신제어부(260)는 상기 선택된 개체에 따른 귀환인덱스를 생성한다. 상기 귀환인덱스는 귀환코드북(240)에 속하는 특정한 개체를 표시하는 정보이다. 수신제어부(260)는 상기 귀환인덱스를 송신기(100)로 피드백하며, 이렇게 피드백되는 인덱스를 귀환인덱스라 한다. 한편, 수신제어부(260)는 송신기(100)로부터 받은 프리코더 인덱스에 따른 프리코더를 프리코딩 코드북(250)에서 추출한다. 상기 추출된 프리코더는 후처리기(210)로 보내지며, 후처리기(210)는 상기 추출된 프리코더를 이용하여 수신된 신호에 대해 후처리를 수행한다.

Ⅰ. DPC를 이용한 프리코딩부의 구성.

프리코딩부는 DPC 방식을 이용하여 입력심벌을 처리할 수 있다. DPC 방식은 첫번째 사용자에 대해 신호 u₁ 을 보내고 두번째 사용자에 대해 신호 u₂를 보낸다고 할 때, 송신기는 u₂로부터 u₁을 선공제한다. 이때 두번째 사용자의 수신기는 간섭이 존재하지 않는 것처럼 u₂ 만을 수신할 수 있다. 이에 의하면 수신기에서 별도의 간 섭 제거가 불필요하여 수신기의 복잡도를 크게 낮출 수 있다. DPC는 M. Costa, "Writing on Dirty Paper", IEEE Trans. on Inf. Theory, vol. IT-239, No. 3, May 1983 을 참조할 수 있다. 동 문헌에서 코스타는 DPC를 통해 전송 파워 제한하에서 채널 용량은 간섭이 존재하지 않는 경우와 동일함을 보이고 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DPC를 수행하는 프리코딩부를 포함하는 통신 시스템을 모델링한 예시도이다.

도 3을 참조하면, 송신기의 프리코딩부(310)는 입력되는 입력심벌 u에 대해 DPC를 수행하여 전송심벌 x를 생성한다. 프리코딩부(310)는 모듈로연산부(320), 귀환부(330) 및 프리코딩 연산부(340)를 포함한다. 모듈로연산부(320)는 모듈로(modulo) 연산을 수행하며, 귀환부(330)는 모듈로연산부(320)의 출력을 다시 모듈로연산부(320)의 입력측으로 귀환하여 다중 사용자 간의 간섭을 제거한다. 프리코더 연산부(340)는 모듈로(modulo) 연산을 통해 벡터 w에 전송 안테나 행렬 B를 곱하여 전송심벌 x를 생성하여 전송 안테나를 통해 송신한다.

수신기의 후처리기(350)는 수신 신호에 대해 수신 안테나 행렬 v _i ^H를 처리하여 모듈로연산부(360)로 보낸다. (·)^H는 허미션(Hermitian) 행렬을 말한다. 모듈로연산부(360)의 출력은 추정 심벌이 되어, 디맵핑되고 채널 디코딩되어 원본 데이터로 복원된다.

입력되는 입력심벌 벡터 u={u₁, ..., u_K}은 사용자 1 부터 사용자 K의 입력 심벌을 포함한다. 사용자 i의 입력심벌 u_i는 사용자 i의 전송률 Rate_i에 의해 선택되는 성상 크기(constellation size)를 가진다. (-L_i, L_i] 를 성상이 포함되는 간격(interval)으로 정의한다. 예를 들어, 채널당 4비트의 전송률에서 성상 크기는 16-QAM 이라 하면, 성상점들의 좌표는 {±1, ±3}으로부터 선택되고 L_i=4가 된다.

귀환부(330)에 의해 귀환되는 행렬 I-G는 상삼각 행렬(upper triangular matrix)이다. 주어진 인코딩 순서에 따라 I-G는 다중 사용자 간섭을 선공제한다. 이하에서 인코딩되는 순서는 사용자 K에서 사용자 1의 차례라 한다.

선공제되는 값들은 모듈로(modulo) 연산을 통해 벡터 w를 생성한다. 벡터 w는 다음 수학식 1과 같다.

여기서, w_i는 벡터 w의 i번째 원소, g_ij는 행렬 G의 (i,j)번째 원소이다.

모듈로 연산은 성상점들의 식별성(distinguishability)을 유지하면서 전송 파워를 줄이기 위함이다. 귀환되는 신호의 파워가 입력심벌의 파워보다 크다면 벡터 w는 간격 (-L_i, L_i] 내에서 균일한 분포를 가진다. σ_wi ²를 w_i의 파워라 할 때, 균일 분포에서

이 된다. 모듈로 연산으로 인해 w_i와 w_j는 i≠j 에 대해 상관되어 있지 않다(uncorrelated). 따라서, R _w = E[ww ^H] = diag(σ_w1 ², ... , σ_wK ²) 라 한다.

전송 신호 x=Bw 이고, 이는 공분산 행렬 E[xx ^H] = B R _w B ^H를 가진다. 이때 사용자 i에 대한 전송 공분산 행렬(transmit covariance matrix)은 σ_wi ² b _i b _i ^H 이다. 한편, S _i 를 사용자 i에 대한 전송 공분산 행렬이라 할 때, S _i =λ_i m _i m _i ^H로 정의할 수 있다. 여기서 λ_i는 S _i의 고유치(eigenvalue)이고, m _i 는 단위-놈 고유벡터(unit-norm eigenvector)이다. λ_i는 사용자 i에 대한 최적 파워 할당이고, m _i 는 전송 빔포밍 벡터(transmit beamforming vector)이다. 따라서 다음 수학식 2를 얻을 수 있다.

여기서, bi는 전송 안테나 행렬 B에서 i번째 사용자 데이터가 곱해지는 벡터이다.

이하에서는 귀환 행렬 G를 구한다. 귀환 행렬 G는 이전에 인코딩된 사용자로부터 간섭을 제거하도록 설계된다. 행렬 G는 수신기에서의 DFE로 하여 구할 수 있다. 사용자 i의 수신기의 수신 신호 y_i는 다음 수학식 3과 같다.

여기서, h _i는 송신기에서 i번째 수신기로의 Nt×1 채널 벡터이고, n_i는 i번째 수신기에 대한 잡음이다.

선형 DFE의 종류로는 ZF(zero-forcing) DFE와 MMSE(minimum mean square error) DFE가 있다.

먼저 ZF DFE에 대한 행렬 G를 구한다.

를 i번째 사용자에 대해 추정된 송신 신호라 할 때, 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

잡음을 무시할 때, K-1 번째 사용자에 대한 ZF DFE의 출력은 다음 수학식 5와 같다.

여기서, α₁,α₂는 임의의 상수이다. K-1번째 사용자에서 다음 사용자인 K번째 사용자의 간섭을 없애려면

이어야 한다. 이와 같은 방법으로 전개하면 행렬 G의 (i,j)번째 원소인 g_ij는 다음 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

MMSE DFE에 있어서는, 부분적인 간섭 선공제가 행해진다. 이 경우 행렬 G의 (i,j)번째 원소인 g_ij는 다음 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, β_i는 다음 수학식 8과 같이 선택할 수 있다.

DPC를 수행하는 일 실시예에 있어서, 특이값 분해(Singular value decomposition; 이하 SVD)를 적용하여 DPC를 수행할 수 있다. SVD는 임의의 행렬 H를 다음 수학식과 같이 유니터리 행렬(Unitary matrix) U 및 V와 대각선 행렬(Diagonal matrix) Λ로 분해(Decomposition)할 수 있다.

여기서, H를 송수신기에서 상호 아는 채널 정보라고 가정하면 송신기에서 송신 신호에 가중치 행렬을 처리해 주고 수신기에서는 적절한 신호 처리에 의하여 채널 용량을 늘릴 수 있다.

전송 신호 x=Bw 이고, x를 이용하여 공분산 행렬 E[xx ^H] = B R _w B ^H를 생성할 수 있다. 여기서, R _w = E[ww ^H] = diag(σ_w1 ², ... , σ_wK ²) 로서, 대각선 행렬이 된다. 수학식 8을 공분산 행렬(E[xx ^H])에 대응시키면, 수학식 8의 유니터리 행렬 U 및 V는 전송 안테나 행렬 B에 대응되고, 수학식 8의 대각선 행렬 Λ는 R _w에 대응된다.

사용자 i에 대한 전송 공분산 행렬(transmit covariance matrix)은 σ_wi ² b _i b _i ^H 이다. 한편, S _i 를 사용자 i에 대한 전송 공분산 행렬이라 할 때, S _i =λ_i m _i m _i ^H로 정의할 수 있다. 여기서 λ_i는 S _i의 고유치(eigenvalue)이고, m _i 는 단위-놈 고유벡터(unit-norm eigenvector)이다. λ_i는 사용자 i에 대한 최적 파워 할당이고, m _i 는 전송 빔포밍 벡터(transmit beamforming vector)이다. 따라서 다음 수학식 10을 얻을 수 있다.

DPC를 수행하는 다른 실시예에 있어서, QR 분해(QR decomposition)를 적용하여 DPC를 수행할 수 있다. 전송 안테나 행렬 B에서 사용자 i의 데이터가 곱해지는 벡터인 b _i를 구하기 위하여는 QR 분해(Decomposition)를 사용할 수 있다. 송신기는 K개의 수신기로부터 채널 정보를 수집하여 다음 수학식과 같은 스택 행렬(H _s)을 생 성한다.

여기서,

는 i-번째 수신기에 대한 채널 벡터이며, 스택 행렬(H _s)은 K 수신기의 채널 벡터(

)를 스택(Stacking)하여 생성되는 행렬이다. 스택 행렬(H _s)의 허미션 행렬(

)은 수학식 10과 같이 QR 분해에 의해 유니터리 행렬(Unitary matrix; Q)과 상삼각 행렬(Upper triangular matrix; R)로 분리될 수 있다.

따라서 스택 행렬은

로 표현 된다. 유니터리 행렬(Q)에 전송 안테나 행렬(B)을 대입하면, 다음의 수학식이 얻어진다.

따라서 스택 행렬(H _s)에 전송 안테나 행렬(B)을 처리한 후에는 하삼각 행렬(Lower triangular matrix; R ^H)를 얻을 수 있다. 전처리기에 의해 먼저 인코딩된 사용자의 간섭이 제거되기 때문에 각 사용자는 다른 사용자로부터 간섭(Interference)이 없는 상태가 된다.

전송 안테나 행렬(B)에서 사용자 i의 데이터가 곱해지는 벡터인 b _i를 다음 수학식에 의해 구할 수 있다.

여기서, 각 P_i는 사용자 i의 수신기에 대한 전송 파워이며, q _i는 유니터리 행렬(Q)의 i-번째 열(Column) 벡터이다.

프리코딩부는 상기 DPC를 이용하는 방법외에 다양한 방법을 이용하여 프리코딩을 할 수 있으며 상기 DPC에 한정되지 않는다.

Ⅱ. 코드북의 구성.

코드북을 구성하는 개체의 개수가 N_E 이라면, 개체의 인덱스를 모두 나타내는데 필요한 비트수는

과 같다. 코드북의 크기(size)는 코드북에 속한 개체의 개수에 의하여 결정된다.

만약, 송신기와 수신기가 하나의 코드북만을 사용한다면, 코드북의 크기가 커지는 경우에는 수신기가 송신기로 인덱스를 피드백할 때 상당한 오버헤드를 초래한다. 왜냐하면, 다양한 공간 상관도를 갖는 채널 환경에서는 다양한 공간 상관도에 따른 모든 프리코더들이 고려되어야 하기 때문에, 고려해야할 프리코더의 수가 기하급수적으로 증가하기 때문이다. 이러한 상황에서 송신기와 수신기가 서로 동일한 프리코더로 구성된 코드북의 인덱스를 주고받는다면, 과도한 피드백 정보에 따른 오버헤드로 성능열화를 야기할 수 있다.

따라서 송신기와 수신기가 두 개의 별개의 코드북을 사용하는 것이 효율적이다. 즉, 하나의 코드북은 송신기가 수신기로 피드포워드(feedforward)해 주기위한 코드북(이하 프리코딩 코드북)이고, 다른 하나의 코드북은 수신기가 송신기로 피드백해주기 위한 코드북(이하 귀환코드북)이다. 피드백 오버헤드를 줄이기 위해 귀환코드북의 크기는 프리코딩 코드북의 크기보다 더 작은 것이 바람직하다. 예컨대, 프리코딩 코드북에 속한 프리코더의 개수가 64개라면, 프리코더 인덱스로 사용될 비트수는 6비트가 된다. 이때 수신기에서 송신기로 귀환되는 피드백 정보량을 줄이기 위해 귀환코드북에 속한 개체를 8개로 한정한다면, 귀환인덱스로 사용될 비트수는 3비트가 된다.

일 실시예에 있어서, 코드북의 각 개체 E_n (1≤n≤N_F)은 다음과 같은 수학식 15에 의하여 생성될 수 있다.

여기서, N_T는 송신안테나의 개수이고, N은 코드북에 속하는 개체의 개수이며, m은 상기 개체의 행(Row) 번호이고(1≤m≤N_T), n은 귀환인덱스이다. 상기 수학식 15에 의해서 생성되는 개체는 벡터가 된다. 코드북은 상기 수학식 15이외에도, 존재 가능한 다양한 채널상태정보를 양자화하여 놓은 채널벡터의 집합이 될 수도 있다. 상기 코드북은 프리코딩 코드북 및 귀환코드북에 모두 적용될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 코드북은 그래스매니안 라인 패킹(Grassmannian Line Packing)기법에 의해 생성될 수 있다. 상기 기법에 의한 코드북은 Love D.J., Robert W. Heath Jr., Thomas Strohmer, "Grassmannian beamforming for multiple-input multiple-output wireless systems" Information theory, IEEE transaction on, vol. 49, issue 10, Oct. 2003, page 2735-2747 을 참조한다. 그래스매니안 라인 패킹 기법을 이용하여 생성되는 코드북의 예제는 다음과 같다. 송신안테나의 개수(Nt) 가 2이고, 코드북의 크기(N)가 8일 경우, 코드북은 다음의 수학식 16과 같 다.

또 다른 실시예에 있어서, 프리코딩 코드북은 ZF-BF(Zero Forcing-BeamForming) 기법을 이용하여 생성될 수도 있다. 이 기법은 귀환코드북에 속하는 개체(행렬 또는 벡터)의 모든 가능한 조합을 이용하여 프리코딩 코드북을 생성한다.

k 명의 사용자가 존재한다고 하자. 각 사용자로부터 피드백된 귀환인덱스에 따른 개체가 각각 V ₁ ,V ₂ ,...,V _k 라고 하면, 프리코딩 코드북은 수학식 17에 의해 생성된다.

여기서 C 는 각 개체로부터 얻어진 행렬이고, C^H 는 C의 허미션(Hermitian) 행렬이다. Norm[a] 는 행렬 a 의 정규화 행렬을 나타낸다. 상기 프리코딩 코드북은 귀환코드북에 속한 모든 개체의 가능한 조합을 모두 반영하여 생성된 프리코더의 집합이 된다.

또 다른 실시예에 있어서, 프리코딩 코드북은 QR 분해(QR Decomposition) 기법을 이용하여 생성될 수도 있다. 먼저 수신기는 귀환코드북에서 어느 하나의 개체를 선택한 후, 선택된 개체에 따른 귀환인덱스를 송신기로 보낸다. 송신기는 상기 귀환인덱스에 따른 개체를 귀환코드북에서 뽑아낸다. K 개의 수신기로부터 얻은 개체를 각각 V ₁ , V ₂, ...V _K 라고 하면, 송신기는 다음과 같은 스택 행렬 C를 생성한다.

V_i 는 수신기 i 로부터 얻은 개체이다. 스택행렬 C의 허미션(Hermitian) 행렬은 수학식 16과 같이 QR 분해에 의해 유니터리 행렬(Unitary matrix; Q)와 상삼 각 행렬(Upper Triangular Matrix; R) 로 분리될 수 있다.

C^H=Q*R

따라서 스택 행렬 C 는 C=R^H*Q^H 로 표현된다. 유니터리 행렬(Q)에 프리코딩 코드북에서 선택된 어느 하나의 프리코더 B 를 대입하면, 다음의 수학식이 얻어진다.

C*B=R^H

따라서 스택 행렬 C 에 프리코더 B를 처리한 후에는 하삼각 행렬(Lower triangular matrix; R^H)를 얻을 수 있다. 상기 프리코딩 코드북은 귀환코드북에 속한 모든 개체의 가능한 조합을 모두 반영하여 생성된 프리코더의 집합이 된다.

Ⅲ. 프리코더 선택방법.

송신기는 다수의 개체를 이용하여 프리코딩 코드북에서 적절한 프리코더를 선택한다. 송신기가 프리코더를 선택하는 방법은 다음과 같다. 피드백된 다수의 개체가 V ₁ , V ₂ ,...V _k 라 하고, 프리코딩 코드북에 속한 i 번째 프리코더를 B_i 라 하자.

일 실시예에 있어서, 송신기는 데이터 전송 성능 메트릭(Metric) F를 이용하여 프리코더를 선택할 수 있다. 데이터 전송 성능 메트릭(Metric) F는 수신된 개체 와 프리코더를 매개변수로 하는 메트릭으로서 다음의 수학식과 같다.

max[F(V ₁ , V ₂, ...V _K _,B_i)]

송신기는 프리코딩 코드북에 속한 모든 프리코더에 대해 상기 메트릭을 계산한다. 송신기는 모든 프리코더 중에서 상기 메트릭 F 가 최대로 되는 프리코더 B_i 를 선택한다. 송신기는 선택된 상기 프리코더 B_i 를 프리코딩부(120)로 보낸다.

다른 실시예에 있어서, 송신기는 데이터 전송 에러 메트릭 G를 이용하여 프리코더를 선택할 수 있다. 데이터 전송 에러 메트릭 G는 수신된 개체와 프리코더를 매개변수로 하는 메트릭으로서 다음의 수학식과 같다.

min[G(V ₁ , V ₂, ...V _K _,B_i)]

송신기는 프리코딩 코드북에 속한 모든 프리코더에 대해 상기 메트릭을 계산한다. 송신기는 모든 프리코더 중에서 상기 메트릭 G 가 최소가 되는 프리코더 B_i 를 선택한다. 송신기는 선택된 상기 프리코더 B_i 를 프리코딩부(120)로 보낸다.

Ⅳ. 선택된 프리코더의 전송방법.

송신기가 선택한 프리코더를 전송하는 방법에 관하여 개시된다. 송신기가 프 리코더 자체를 전송하는 경우 오버헤드가 커지므로, 송신기는 데이터 전송에 사용된 프리코더를 알려주기 위하여 인덱스만을 수신기로 전송할 수 있다. 먼저 송신기가 수신기로부터 귀환인덱스를 수신하여 프리코더를 선택하는 과정에 관해 간단히 설명하도록 한다.

벡터 개체로 이루어진 귀환코드북 G_i={G₀,G₁,...,G_i]에서 각 G_i의 랭크는 송신기가 전송할 랭크와 같다. 수신기는 G_i에서 최적의 벡터를 찾아서 그 귀환인덱스를 송신기로 피드백한다. 또는 수신기는 행렬의 집합으로 이루어진 귀환코드북에서 최적의 벡터 G_ij(i번째 행렬의 j번째 열(column))의 인덱스를 송신기로 피드백한다. 또는 채널을 양자화(quantization)하여 미리 정해진 행렬의 집합으로 이루어진 귀환코드북에서 최적의 벡터를 피드백한다.

송신기는 수신기로부터 귀환인덱스를 수신하여 프리코더 P를 구한다. 이때 프리코더 P를 구하는 방법은 송신기와 수신기가 모두 알고 있는 것일 수 있다. 프리코더 P는 다수의 벡터 P_i로 구성된다. 즉, P=[P₁ P₂ P₃,...,P_i]이다. P_i는 각 사용자에게 전송되는 데이터에 곱해지는 벡터이다. 송신기는 구해진 프리코더를 인덱스형식으로 수신기로 전송할 수 있다.

프리코더를 알려주는 일 예로서, 송신기는 프리코더의 집합인 프리코더 코드북에서 특정 프리코더를 가리키는 프리코더 인덱스를 직접 수신기로 전송할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리코더의 전송방법을 나타내는 흐름도 이다. 도 4는 송신기가 전송하는데 이용할 프리코더의 인덱스를 직접 전송함으로써 프리코더를 수신기로 알려주는 방법이다. 상기 방법은 생성 가능한 모든 프리코더의 조합을 표현할 수 있는 인덱스를 이용하므로 이하에서 전면적 인덱싱(full indexing)이라 한다.

도 4는 참조하면, 수신기가 귀환인덱스를 송신기로 전송한다(S310). 수신기는 귀환코드북에서 선택된 개체에 따른 귀환인덱스를 송신기로 피드백한다. 수신기는 상기 귀환인덱스를 상향링크 제어채널등을 이용하여 전송할 수 있다.

송신기가 프리코더 인덱스를 수신기로 전송한다(S320). 송신기는 프리코딩 코드북에서 특정한 어느 하나의 프리코더를 선택한 후 그 프리코더에 따른 프리코더 인덱스를 생성하여 수신측으로 전송한다.

이때 상기 송신기가 프리코더 인덱스를 전송하는 방법의 일 예로서, 하향링크 제어채널을 이용하여 전송할 수 있다. 다른 예로서, 송신기는 전용 파일럿(dedicated pilot)을 수신기로 보낼 수 있다. 전용 파일럿은 수신기 입장에서 동등채널(Equivalent Channel)을 직접 획득할 수 있도록 송신기에서 프리코더를 전송할 때 사용되는 파일럿이다. 프리코더와 채널을 각각 W, H 라 하고, 송신신호와 수신신호를 각각 x, y 라 하면, 송신기가 전용 파일럿을 보낼 경우 수신기는 y = HWx 을 수신하게 된다. 수신기는 x를 디코딩하기 위하여 전용 파일럿에서 획득한 HW 를 이용하여 신호를 복원할 수 있다.

프리코더를 알려주는 다른 예로서, 다중 안테나를 구비한 송신기는 전송할 프리코더 내에서 간섭으로 작용하는 다른 사용자의 개체(벡터또는 행렬)에 관한 인 덱스인 간섭인덱스(interference index)를 전송할 수 있다. 예를 들어, 송신기는 제1 사용자가 선호하는 개체(벡터 또는 행렬)뿐만 아니라, 다른 제2 사용자가 선호하는 개체(벡터 또는 행렬)를 함께 이용하여 프리코더를 구한다. 이때 제2 사용자가 전송한 귀환개체(귀환벡터 또는 귀환행렬)는 제1 사용자에 대해 간섭으로 작용한다. 이를 간섭개체(간섭벡터 또는 간섭행렬)라 한다. 반대로, 제1 사용자가 전송한 귀환개체(귀환벡터 또는 귀환행렬)는 제2 사용자에 대해 간섭으로 작용한다. 따라서 송신기는 제1 사용자에게는 제2 사용자의 귀환벡터를 알려주는 간섭인덱스를 전송하고, 제2 사용자에게는 제1 사용자의 귀환벡터를 알려주는 간섭인덱스를 전송한다.

이하에서 PU2RC(Per User Unitary and Rate Control)기법 및 ZF-BF(ZeroForcing-BeamForming)기법을 이용한 시스템에서 간섭인덱스를 전송하는 방법이 개시된다.

PU2RC는 프리코딩 기반의 다중 사용자 MIMO(Multiple User MIMO; 이하 MU-MIMO)기법으로서 공간적 영역에서 다중 사용자 다이버시티를 얻을 수 있어서 시스템의 전체적인 수율(throughput)을 높일 수 있는 방식이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리코더의 전송방법을 나타내는 흐름도이다. 도 5는 4개의 안테나를 구비한 송신기가 PU2RC 기법을 이용하여 랭크(rank) 2로 데이터를 전송하는 경우이다. 랭크는 송신기로부터 수신기로 전송되는 독립적인 데이터의 개수를 말한다.

도 5를 참조하면, 송신기는 제1 수신기로부터 제1 귀환개체(이하 편의상 귀환벡터라 한다)인 G_i1을 가리키는 제1 귀환인덱스를 수신한다(S510). G_i는 귀환코드북에 속하는 행렬이고, G_i=[G_i0 G_i1 G_i2 G_i3]이다. G_i1은 행렬 G_i의 첫번째 열(column) 벡터이고, G_i2는 행렬 G_i의 두번째 열벡터이다.

송신기는 제2 수신기로부터 제2 귀환벡터인 G_i3을 가리키는 제2 귀환인덱스를 수신한다(S520). G_i3은 행렬 G_i의 세번째 열벡터이다. 즉, 제1 수신기로부터 G_i1의 인덱스를 수신한 송신기는 귀환코드북의 행렬 G_i에서 G_i1을 제외한 다른 벡터를 선호하는 제2 수신기로부터 G_i3의 인덱스를 수신한다.

송신기가 제1 간섭인덱스(Interference Index)를 제1 수신기로 전송하고(S530), 제2 간섭인덱스를 제2 수신기로 전송한다(S540). 송신기는 제1 및 제2 귀환벡터로부터 프리코더를 생성하고, 생성된 프리코더를 이용하여 제1 및 제2 수신기로 데이터를 전송한다. 이때 송신기가 사용한 프리코더를 제1 및 제2 수신기로 알려주기 위해, 송신기는 프리코더의 인덱스를 전송하는 것이 아닌, 간섭인덱스를 전송함으로써 프리코더를 알려줄 수 있다.

송신기는 간섭인덱스를 다음과 같이 생성할 수 있다. Gi에서 수신기가 피드백한 귀환인덱스에 관한 벡터와 간섭을 일으키는 벡터(다른 수신기가 피드백한 벡터)의 조합에 따라 간섭인덱스를 생성한다.

표 1은 랭크가 2인 경우 간섭인덱스의 예이다. 랭크가 2이므로, 1개의 귀환 벡터와 1개의 간섭개체(이하 편의상 간섭벡터라 한다.)에 의해 프리코더가 생성된다.

표 1을 참조하면, 제1 귀환벡터를 피드백한 제1 수신기에 대해, 제1 간섭인덱스 00은 간섭벡터가 없음을 나타내는 인덱스이다. 제1 간섭인덱스 01은 제1 수신기가 피드백한 제1 귀환벡터 G_i0에 대해 간섭벡터가 G_i1임을 나타내는 인덱스이다. 제1 간섭인덱스 10은 제1 수신기에 대한 간섭벡터가 G_i2임을 나타내는 인덱스이고, 제1 간섭인덱스 11은 제1 수신기에 대한 간섭벡터가 G_i3임을 나타내는 인덱스이다.

마찬가지로, 제2 귀환벡터를 피드백한 제2 수신기에 대해, 제2 간섭인덱스 00은 간섭벡터가 없음을 나타내는 인덱스이다. 제2 간섭인덱스 01은 제2 수신기가 피드백한 제2 귀환벡터 G_i3에 대해 간섭벡터가 G_i0임을 나타내는 인덱스이다. 제2 간섭인덱스 10은 제2 수신기에 대한 간섭벡터가 G_i1임을 나타내는 인덱스이고, 제2 간섭인덱스 11은 제2 수신기에 대한 간섭벡터가 G_i2임을 나타내는 인덱스이다.

송신기는 제1 및 제2 수신기로부터 각각 G_i에 속하는 귀환벡터 G_i0및 G_i3을 수신하였다. 그런데, 제1 수신기에 대해 제2 수신기가 피드백한 제2 귀환벡터 G_i3은 간섭벡터로 작용하므로, 송신기는 제1 수신기로 제1 간섭인덱스 11을 전송한다. 반대로, 제2 수신기는 G_i3 을 귀환벡터로 피드백하였으므로, 제2 수신기에 대해 제1 수신기가 피드백한 귀환벡터 G_i0은 간섭벡터로 작용한다. 따라서, 송신기는 제2 수신기로 제2 간섭인덱스 01을 전송한다.

제1 간섭인덱스 11을 수신한 제1 수신기는 송신기가 제1 프리코더 [G_i0 G_i3]을 이용하여 데이터를 전송한 것임을 알 수 있다. 또한, 제1 수신기는 제1 프리코더로부터 자신이 피드백한 귀환벡터가 G_i0이외에 다른 제2 수신기가 피드백한 귀환벡터(제1 수신기의 입장에서는 간섭벡터이다.)가 G_i3임을 알 수 있다.

제2 간섭인덱스 01을 수신한 제2 수신기는 송신기가 제2 프리코더 [G_i0 G_i3]을 이용하여 데이터를 전송한 것임을 알 수 있다. 또한, 제2 수신기는 제2 프리코더로부터 자신이 피드백한 귀환벡터가 G_i3이외에 다른 제1 수신기가 피드백한 귀환벡터(제2 수신기의 입장에서는 간섭벡터이다.)가 G_i0임을 알 수 있다.

즉, 송신기는 프리코딩 코드북에서 특정한 어느 하나의 프리코더를 선택하고, 그 프리코더를 수신기에게 알려주기 위해 간섭인덱스를 전송한다. 송신기는 동일한 귀환코드북에 속하는 동일한 행렬 G_i에 내의 귀환벡터들만을 피드백한 수신기들을 묶어서 스케줄링하고 각기 수신기에 대해 각 귀환코드북에 대한 정보를 보내지 않으므로, 프리코더 자체에 대한 인덱스를 전송하는 전면적 인덱싱과 달리 프리코더를 전달하는데 소요되는 데이터량을 줄일 수 있다. 간섭인덱스를 전송하는 방법은 제한된 프리코더의 조합만을 나타내는 인덱스를 이용하므로 전면적 인덱싱과 구분하여 제한적 인덱싱(limited indexing)이라 한다.

상기 표 1의 간섭인덱스를 귀환벡터와 간섭벡터의 조합에 매핑시키는 방법은 일 예에 불과할 뿐, 반드시 2비트에 매핑될 필요는 없으며, 간섭인덱스를 표시할 수 있는 어떠한 다른 방법을 사용할 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 표 1에서 간섭벡터가 없을 경우 전송하는 간섭인덱스는 간섭이 없음을 알리는 용도 이외에 다른 기능을 수행할 수 있는 인덱스로도 사용될 수 있다.

표 2는 랭크가 3인 경우 간섭인덱스의 예이다. 랭크가 3이므로, 1개의 귀환벡터와 2개의 간섭벡터에 의해 프리코더가 생성된다.

표 2를 참조하면, 수신기가 제1 귀환벡터(G_i1)를 피드백하는 경우, 간섭벡터가 G_i0과 G_i2이면, 송신기는 간섭인덱스 01을 전송한다. 수신기가 제2 귀환벡터(G_i2)를 피드백하는 경우, 간섭벡터가 G_i1과 G_i3이면, 송신기는 간섭인덱스 11을 전송한다. 마찬가지로, 제3 귀환벡터(G_i0)와 제4 귀환벡터(G_i3)에 대해서도 동일하게 간섭인덱스를 생성할 수 있다. 송신기가 프리코더 자체에 관한 인덱스를 전송하는 대신, 이와 같이 간섭벡터를 기준으로 하는 간섭인덱스를 전송하면 2비트만으로 프리코더를 알려줄 수 있다.

상기 표 2의 간섭인덱스를 귀환벡터와 간섭벡터의 조합에 매핑시키는 방법은 일 예에 불과할 뿐, 반드시 2비트에 매핑될 필요는 없으며, 간섭인덱스를 표시할 수 있는 어떠한 다른 방법을 사용할 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 표 1에서 간섭벡터가 없을 경우 전송하는 간섭인덱스는 간섭이 없음을 알리는 용도 이외에 다른 기능을 수행할 수 있는 인덱스로도 사용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리코더의 전송방법을 나타내는 블록도이다. 도 6은 4개의 안테나를 구비한 송신기가 ZF-BF 기법을 이용하여 데이터를 전송하는 경우이다. 여기서, 송신기는 기지국일 수 있고, 수신기는 단말(사용자)일 수 있다. 랭크는 2라고 가정한다.

도 6을 참조하면, 제1 수신기(600-1)와 제2 수신기(600-2)는 귀환코드북에서 최적의 귀환벡터에 관한 귀환인덱스를 각각 송신기(610)로 송신한다. 여기서, 귀환코드북 V={V₀, V₁, V₂, V₃, V₄, V₅, V₆, V₇}이고, 귀환코드북은 3비트의 크기를 가지며, 제1 수신기(600-1)은 귀환벡터 V₁을 피드백하고, 제2 수신기(600-2)는 귀환벡터 V₅를 피드백한다고 가정한다.

송신기(610)는 ZF-BF 기법을 이용하여 프리코더 [V₁ V₅]를 생성하고, 생성된 상기 프리코더를 이용하여 제1 및 제2 수신기로 데이터를 전송한다. 이때 전면적 인덱싱을 사용하면, 귀환코드북의 각 벡터에 의해 표현 가능한 프리코더의 수는 56가지이다. 즉, 8개의 벡터 중에서 2개를 순서대로 선택할 수 있는 경우의 수는 퍼뮤테이션(Permutation)으로 계산이 가능하며 P⁸ ₂=8!/(8-2)!=56이다.

전면적 인덱싱을 이용하면 56가지의 프리코더를 포함해야하므로 적어도 6비트 크기의 프리코더 인덱스가 필요하다. 반면, 제한적 인덱싱을 이용하면, 간섭인덱스를 전송하므로, 송신기(610)는 3비트만으로도 제1 및 제2 수신기(600-1, 600-2)에게 프리코더를 알려줄 수 있다. 즉, 제1 및 제2 수신기(600-1, 600-2)는 각각 자신이 전송한 귀환벡터의 인덱스를 알고 있으므로, 표 3의 간섭벡터에 따라 간섭인덱스를 생성할 수 있다. 표 3은 제1 수신기로 전송되는 간섭인덱스의 예이다.

표 3을 참조하면, 제1 수신기(600-1)로 전송되는 간섭인덱스는 [귀환벡터 간섭벡터]가 [V₁ V₅]에 해당하는 101이다. V₁을 귀환벡터로 선택한 제1 수신기(600-1)에게 3비트의 간섭인덱스를 알려준다면 제1 수신기(600-1)는 자신이 전송한 귀환인덱스와 송신기(610)로부터 수신한 간섭인덱스를 이용하여 프리코더를 알 수 있다.

프리코딩 코드북을 구성하는 간섭벡터를 제한하는 경우에도 같은 방법으로 프리코더 인덱스의 크기를 줄일 수 있다. 예를 들어 귀환벡터로 V₀이 선택되면 간섭벡터는 V₃, V₄, 및 V₅ 중 적어도 하나로 제한된다고 가정하자.

이때 전면적 인덱싱(즉, 프리코더 인덱스를 사용하는 경우)을 이용하면, 가능한 프리코더의 조합은 [V₀, V₃], [V₀, V₄], [V₀, V₅], [V₁, V₄], [V₁, V₅], [V₁, V₆], [V₁, V₅], [V₂, V₅], [V₂, V₆], [V₂, V₇], [V₃, V₆], [V₃, V₇], [V₄, V₇]이다. 경우의 수가 13이므로, 프리코더 인덱스에 사용될 총비트수는 4이다.

반면, 제한적 인덱싱을 이용하면(즉 간섭인덱스를 사용하는 경우) 가능한 프리코더의 조합은 [V₀ V₃],[V₀ V₄],[V₀ V₅] 이므로, 송신기(610)는 2비트로 충분히 프리코더를 알려줄 수 있다. 하나의 인덱스는 사용되지 않으므로 귀환벡터 하나만이 프리코더를 구성하는 경우([V₁])를 나타낼 수 있다.

이하에서 전면적 인덱싱과 제한적 인덱싱에 사용되는 비트수를 비교하여 설명한다. 편의상 귀환코드북 V={V₀, V₁, V₂, V₃, V₄, V₅}이라고 가정한다. 즉, V는 6개의 귀환벡터를 가진 귀환코드북이다. 표 4는 송신안테나의 개수와 랭크의 수에 따라 전면적 인덱싱과 제한적 인덱싱에 각각 사용되는 인덱스의 비트수를 나타낸다.

표 4를 참조하면, Ceil(A)은 A보다 큰 최소정수를 의미한다. Num_alloc_Subband는 데이터 전송을 위해 할당된 서브밴드의 개수를 의미한다. 전면적 인덱싱을 이용하여 각 서브밴드(subband)에 프리코더를 알려주는 방법에 있어서, 필요한 비트수는 다음과 같다. 예를 들어, 송신안테나의 수가 2이고 랭크가 2인 경우, 생성 가능한 프리코더의 수는 P⁶ ₂ = 6!/(6-2)! = 30이다.

또한 서브밴드별로 다른 수신기를 묶어서(pairing) 전송하는 경우 Ceil(log₂(30^Num_alloc_Subband)) 비트가 필요하다. 만약, 비트수를 고정시키려면, Ceil(log₂(30^Num_alloc_Subband)) 비트가 필요하다.

제한적 인덱싱을 이용하여 각 서브밴드에 프리코더를 알려주는 방법에 있어서, 필요한 비트수는 다음과 같다. 예를 들어, 송신안테나의 수가 2이고 랭크가 2인 경우, 간섭인덱스는 다음의 표 5와 같이 정해진다.

표 5를 참조하면, 귀환벡터가 V₀일 때, 간섭벡터는 V₁, V₂, V₃, V₄, V₅ 중 어느 하나가 될 수 있다. 귀환벡터와 간섭벡터의 가능한 조합으로 이루어진 프리코더는 모두 C⁵ ₁ = 5!/(5-1)!) = 5 개이다. 만약, 서브밴드별로 다른 수신기와 묶어서(pairing)하는 경우 간섭인덱스에 사용되는 비트수는 Ceil(log₂(5^Num_alloc_Subband))이다. 비트수를 고정시키려면, Ceil(log₂(5^Num_alloc_Subband)) 비트가 필요하다. 따라서 간섭인덱스는 5개가 필요하며, 3비트로 나타낼 경우 3개의 인덱스가 남는다. 남는 3개의 인덱스는 간섭이 없는 프리코더를 나타내는 용도로 사용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리코딩을 수행하는 통신 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 7을 참조하면, 송신기(710)의 프리코딩부(720)는 입력되는 입력심벌 u에 대해 프리코딩을 수행하여 전송심벌 x를 생성한다. 수신기의 후처리기(730)는 수신 신호에 대해 수신 안테나 행렬 v _i ^H를 처리하여 모듈로연산부(740)로 보낸다. (·)^H는 허미션(Hermitian) 행렬을 말한다. 모듈로연산부(740)의 출력은 추정 심벌이 되어, 디맵핑되고 채널 디코딩되어 원본 데이터로 복원된다.

입력되는 입력심벌 벡터 u={u₁, ..., u_K}은 사용자 1 부터 사용자 K의 입력심벌을 포함한다. 사용자 i의 입력심벌 u_i는 사용자 i의 전송률 Rate_i에 의해 선택되는 성상 크기(constellation size)를 가진다. (-L_i, L_i] 를 성상이 포함되는 간격(interval)으로 정의한다. 예를 들어, 채널당 4비트의 전송률에서 성상 크기는 16-QAM 이라 하면, 성상점들의 좌표는 {±1, ±3}으로부터 선택되고 L_i=4가 된다.

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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중안테나를 가진 수신기를 나타낸 블록도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리코더의 전송방법을 나타내는 흐름도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리코더의 전송방법을 나타내는 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리코더의 전송방법을 나타내는 블록도이다.

** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **

100: 송신기 200: 수신기

130, 240: 귀환코드북 140, 250: 프리코딩 코드북

Claims

무선통신 시스템에서 코드북 인덱스를 전송하는 방법에 있어서,

제1 수신기로부터 제1 피드백 인덱스를 수신하되, 상기 제1 피드백 인덱스는 피드백 코드북에 포함된 복수의 개체들 중에서 선택된 제1 개체에 대한 것이고,

제2 수신기로부터 제2 피드백 인덱스를 수신하되, 상기 제2 피드백 인덱스는 상기 피드백 코드북에 포함된 상기 복수의 개체들 중에서 선택된 제2 개체에 대한 것이고,

상기 제1 피드백 인덱스 및 상기 제2 피드백 인덱스를 이용하여 복수의 프로코더들을 포함하는 프리코딩 코드북으로부터 상기 제1 개체 및 상기 제2 개체로 구성된 프리코더를 선택하고,

상기 제1 수신기에게 상기 프리코더를 알려주는 제1 간섭 인덱스를 전송하고, 및

상기 제2 수신기에게 상기 프리코더를 알려주는 제2 간섭 인덱스를 전송하되,

상기 제1 간섭 인덱스는 상기 프리코딩 코드북 내의 상기 제1 개체를 포함하는 제1 집합에서 상기 프리코더를 알려주는 상대적인 인덱스이고,

상기 제2 간섭 인덱스는 상기 프리코딩 코드북 내의 상기 제2 개체를 포함하는 제2 집합에서 상기 프리코더를 알려주는 상대적인 인덱스인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 프리코딩 코드북의 크기는 상기 피드백 코드북보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 개체는 상기 제2 수신기에 대해 간섭으로 작용하고, 상기 제2 개체는 상기 제1 수신기에 대해 간섭으로 작용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 프리코더를 사용하여 프리코딩된 데이터를 상기 제1 수신기 및 상기 제2 수신기에게 전송하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
무선통신 시스템에서 코드북 인덱스를 전송하는 장치에 있어서,

복수의 스트림들을 생성하는 송신 처리부;

상기 복수의 스트림들에 프리코딩을 수행하는 프리코딩부;

상기 프리코딩부와 연결되어 무선 신호를 송수신하는 송신 안테나들;

피드백 코드북 및 프리코딩 코드북을 저장하는 메모리; 및

상기 송신 처리부, 상기 프리코딩부 및 상기 메모리와 연결되는 송신 제어부를 포함하되,

상기 송신 제어부는

제1 수신기로부터 제1 피드백 인덱스를 수신하되, 상기 제1 피드백 인덱스는 피드백 코드북에 포함된 복수의 개체들 중에서 선택된 제1 개체에 대한 것이고,

제2 수신기로부터 제2 피드백 인덱스를 수신하되, 상기 제2 피드백 인덱스는 상기 피드백 코드북에 포함된 상기 복수의 개체들 중에서 선택된 제2 개체에 대한 것이고,

상기 제1 피드백 인덱스 및 상기 제2 피드백 인덱스를 이용하여 복수의 프로코더들을 포함하는 프리코딩 코드북으로부터 상기 제1 개체 및 상기 제2 개체로 구성된 프리코더를 선택하고,

상기 제1 수신기에게 상기 프리코더를 알려주는 제1 간섭 인덱스를 전송하고, 및

상기 제2 수신기에게 상기 프리코더를 알려주는 제2 간섭 인덱스를 전송하되,

상기 제1 간섭 인덱스는 상기 프리코딩 코드북 내의 상기 제1 개체를 포함하는 제1 집합에서 상기 프리코더를 알려주는 상대적인 인덱스이고,

상기 제2 간섭 인덱스는 상기 프리코딩 코드북 내의 상기 제2 개체를 포함하는 제2 집합에서 상기 프리코더를 알려주는 상대적인 인덱스인 것을 특징으로 하는 장치.
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