KR101409732B1 - 다중 입력 다중 출력 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북을 생성 및 피드백하기 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

다중 입력 다중 출력 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북을 생성 및 피드백하기 위한 방법 및 디바이스 Download PDF

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다중 입력 다중 출력 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북을 생성 및 피드백하기 위한 방법 및 디바이스가 본 실시예들에 개시된다. 하이 랭크 적응성 코드북을 생성하기 위한 방법은: 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 향하도록, 하이 랭크 베이직 코드북에서 상이한 로우 벡터들을 변환하기 위해 롱-타임 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들을 이용하는 단계; 및 하이 랭크 적응성 코드북을 구축하기 위해 변환된 로우 벡터들을 이용하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 양호한 시스템 성능 이득을 갖고 아무런 추가의 피드백 비용도 가지지 않는다.

Description

다중 입력 다중 출력 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북을 생성 및 피드백하기 위한 방법 및 디바이스{METHOD AND DEVICE FOR GENERATING AND FEEDING BACK HIGH RANK ADAPTIVE CODEBOOK IN MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 네트워크에서의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 시스템에 관한 것이고, 특히 MIMO 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북의 생성 및 피드백에 관한 것이다.
단일-이용자 MIMO(SU-MIMO) 및 다중-이용자 MIMO(MU-MIMO)와 같은 다중-안테나 기술들은 IMT-어드밴스드 요건들을 충족시키기 위한 롱-텀 에볼루션-어드밴스드 LTE-A에 대한 핵심 기술들로서 식별된다. MIMO 시스템에서, 통상적으로 다양한 전송 데이터 스트림들이 적합한 프리코딩에 의해 처리되고, 이것은 시스템 성능을 증가시킬 수 있다. 프리코딩을 구현하기 위해, 송신 장치가 채널 상태 정보를 획득할 수 있고, 이용자 장비에게 채널 상태 정보를 기지국에 피드백하도록 요구하는 것이 필요하다. 채널 정보 피드백 정확성은 다중-안테나 방식들, 특히 MU-MIMO의 시스템 성능에 큰 영향을 미치는 것으로 판명되었다.
실제로, 그러나, 채널 상태 정보 피드백에 대한 리소스들은 매우 부족하다. 제한된 피드백 용량으로, 이용자 장비는 일반적으로, 피드백 정확성을 증가시키기 위해 채널 상태 정보를 먼저 양자화한다. 양자화에 대한 공통 방식은 코드북에 의해 구현된다. 이러한 방식으로, 코드북들의 세트(또한 코드북 세트라고 칭해짐)가 기지국 및 이용자 장비에 미리 저장되고, 수신 장치는 현재 채널 상태에 따라 어떤 기준 하에서 매칭 프리코딩 매트릭스를 선택한 다음 프리코딩 매트릭스 인덱스(PMI: Precoding Matrix Index)를 송신 장치에 피드백한다.
하나의 정규 코드북 피드백 방식은 고정된 코드북을 이용한다. 피드백 비트들의 수가 클수록, 더 큰 코드북 세트가 지원될 수 있다. 이 방식은 간단한 구현 및 낮은 피드백 오버헤드들에 의해 특징지워진다. 그러나, 고정된 코드북 방식에서, 시나리오들에 적응하기 위한 코드북의 능력 및 시스템 성능 이득들은 오히려 제한된다. 모든 안테나 구성들 및 응용 시나리오들에 최적화된 일정한 코드북을 가지는 것은 불가능하다.
또 다른 코드북 피드백 방식은 적응성 코드북을 이용하고, 여기서 롱-텀 광대역 공간 상관 매트릭스가 채널 정보 양자화 및 피드백을 지원하기 위해 이용된다. 적응성 코드북은 상이한 이용자들에 대한 채널 정보를 더욱 양호하게 수용하도록 각각의 이용자의 롱-텀 공간 상관 매트릭스에 따라 적응적으로 변화할 수 있다. 이러한 방식은 또한 공간 상관 기반 적응성 코드북 피드백이라고 칭해지고, 이것은 채널 피드백 정확성을 개선하고 SU/MU-MIMO에 대한 시스템 성능을 향상시키기 위해 3GPP LTE-A에서 많은 회사들에 의해 폭넓게 지원되었다.
현재 적응성 코드북 방식들에서, 베이스라인 코드북이 롱-텀 공간 상관 매트릭스에 대해 변환되고, 코드북이 회전되고, 변환된 코드북이 롱-텀 공간 상관 매트릭스의 우세한 고유벡터인 양호한 빔형성 방향으로 정렬된다. 획득된 적응성 코드북은 채널 양자화 동안 전체 초구보다는 구형의 캡(cap)으로부터만 선택될 수 있다. 따라서, 적응성 코드북은 랭크-원 채널 정보 또는 우세한 고유벡터를 양자화하기 위해 이용될 수 있는 것이 당연하다.
공간 상관 기반 적응성 피드백은 실제로 공간 상관 정보 없이 정규 코드북 피드백을 통한 랭크-원 송신의 명시적인 시스템 성능 이득들을 도시하였다. 그러나, 현재 적응성 코드북 방식들에서, 예를 들면, 하이 랭크(1보다 높은) 채널 피드백에 대해, 우세한 고유벡터 외에도, 어떤 더 낮은 레벨(레벨 1)의 고유벡터들이 또한 양자화 및 피드백되어야 한다. 적응성 코드북이 더 낮은 레벨의 고유벡터들의 방향으로 정렬되지 않기 때문에, 현재 하이 랭크 적응성 코드북은 하이 랭크 송신에 적합하지 않다. 하이 랭크 송신에서, 현재 공간 상관 기반 적응성 코드북 피드백은 공간 상관 정보 없이 상당한 시스템 성능 이득들 및 심지어 정규 코드북 피드백보다 아마도 낮은 성능을 달성할 수 없다. 하이 랭크 채널 피드백 품질을 더욱 개선하기 위한 방법은 피드백 메커니즘 설계에 대한 중대한 도전을 유발한다.
본 발명의 실시예들은 하이 랭크 채널 피드백 품질 및 대응하는 시스템 성능을 더욱 개선하기 위해 향상된 적응성 코드북 생성 및 피드백 메커니즘을 제안한다.
본 발명의 일 실시예는, MIMO 통신 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북을 생성하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은:
롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해, 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들을 변환하는 단계; 및
하이 랭크 적응성 코드북을 구축하기 위해 상기 변환된 컬럼 벡터들을 이용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 피드백하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은:
롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들을 변환하고, 그에 의해 하이 랭크 적응성 코드북을 구축하는 단계;
모든 하이 랭크 적응성 코드북들에 기초하여 하이 랭크 적응성 코드북 세트를 구성하는 단계;
하이 랭크 적응성 코드북 세트로부터, 현재 채널에 매칭하는 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스를 결정하는 단계; 및
롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 인덱스에 관한 정보를 피드백하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예는, MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 처리하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은:
롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스에 관한 정보를 수신하는 단계;
롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 인덱스에 대응하는 하이 랭크 베이스라인 코드북의 상이한 컬럼 벡터들을 변환하는 단계; 및
하이 랭크 적응성 코드북을 구축하기 위해 변환된 컬럼 벡터들을 이용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예는, MIMO 통신 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북을 생성하기 위한 장치를 제공하고, 상기 장치는:
롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해, 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들을 변환시키도록 구성된 정렬 구성요소; 및
하이 랭크 적응성 코드북을 구축하기 위해 상기 변환된 컬럼 벡터들을 이용하도록 구성된 구축 구성요소를 포함한다.
본 발명의 일 실시예는, MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 피드백하기 위한 장치를 제공하고, 상기 장치는:
롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들을 변환하고, 그에 의해 하이 랭크 적응성 코드북을 구축하도록 구성된 구축 구성요소;
모든 하이 랭크 적응성 코드북들에 기초하여 하이 랭크 적응성 코드북 세트를 구성하도록 구성된 생성 구성요소;
하이 랭크 적응성 코드북 세트로부터, 현재 채널에 매칭하는 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스를 결정하도록 구성된 결정 구성요소; 및
롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 인덱스에 관한 정보를 피드백하도록 구성된 피드백 구성요소를 포함한다.
본 발명의 일 실시예는, MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 처리하기 위한 장치를 제공하고, 상기 장치는:
롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스에 관한 정보를 수신하도록 구성된 수신 구성요소;
롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 인덱스에 대응하는 하이 랭크 베이스라인 코드북의 상이한 컬럼 벡터들을 변환시키도록 구성된 정렬 구성요소; 및
하이 랭크 적응성 코드북을 구축하기 위해 변환된 컬럼 벡터들을 이용하도록 구성된 구축 구성요소를 포함한다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부 도면들과 함께 본 발명의 비제한적인 실시예들의 다음의 상세한 기술을 참조함으로써 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북을 생성하기 위한 방법의 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 피드백하기 위한 방법의 흐름도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 처리하기 위한 방법의 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북을 생성하기 위한 장치의 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 피드백하기 위한 장치의 블록도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 처리하기 위한 장치의 블록도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템의 블록도.
본 발명의 실시예들에 따른 MIMO 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북 생성 및 피드백을 위한 방법들 및 장치들이 첨부 도면들과 함께 구체적인 실시예들을 참조하여 하기에 기술될 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 하이 랭크 채널 피드백 품질 및 대응하는 시스템 성능을 더욱 개선하기 위해 향상된 적응성 코드북 생성 및 피드백 메커니즘이 제안된다. 하이 랭크 베이스라인 코드북 세트는 다수의 하이 랭크 베이스라인 코드북들로 구성된다. 각각의 하이 랭크 베이스라인 코드북은 다수의 컬럼 벡터들로 구성된다. 각각의 컬럼 벡터는 채널들의 상이한 고유 벡터들을 양자화하기 위해 이용될 수 있다. 양자화 정확성을 개선하기 위해, 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들은 고유벡터들의 상이한 레벨들의 상이한 빔형성을 정렬하기 위해 공간 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 변환된다. 모든 변환된 컬럼 벡터들은 새로운 하이 랭크 적응성 코드북을 구축하고, 이것은 하이 랭크 채널 정보를 더욱 정확하게 기술할 수 있다. 이러한 종류의 하이 랭크 적응성 코드북은 다양한 안테나 구성들 및 응용 시나리오들에 이용될 수 있다. 예로서, 안테나 배치는 예를 들면, 동일-편파되거나 교차-편파될 수 있다. 송신 안테나 수는 예를 들면, 4Tx 또는 8Tx 안테나들일 수 있다. 본 발명의 실시예들은 임의의 허용된 수의 스트림들을 송신하기 위한 시나리오들을 적용할 수 있다(즉, 임의의 송신 랭크). 또한, 본 발명의 실시예들은 임의의 다중-안테나 방식, 예를 들면, SU-MIMO 또는 MU-MIMO에 적용할 수 있다.
MIMO 시스템에서의 랭크는 MIMO 시스템에 대응하는 독립된 방정식들의 수로서 규정됨(대수적 랭크)을 유념해야 한다. 랭크의 크기는 시스템에서 공간-분할 멀티플렉싱될 수 있는 데이터 스트림들의 수를 제한한다. 랭크는 항상 두 Tx 안테나들의 수 및 Rx 안테나들의 수 이하이다. 본 발명의 콘텍스트에서, 달리 명시적으로 지정되지 않는 한, 용어 "랭크(rank)"는 일반적으로 송신된 데이터 스트림들의 수를 나타내고, 용어 "하이 랭크(high rank)"는 일반적으로, 송신된 데이터 스트림들의 수가 1보다 많음을 의미한다. 송신된 데이터 스트림들의 수가 1보다 많을 때, 시스템에 의해 이용된 코드북은 보통 하이 랭크를 가진다.
또한, 코드북 세트는 다수의 코드북들을 포함하고 코드북은 컬럼 벡터들을 포함한다는 것을 알아야 한다. 통상적으로, 코드북 세트가 클수록(즉, 포함된 코드북들이 많을수록), 달성되는 양자화 정확성이 높아진다.
본 발명의 구체적인 실시예들은 첨부 도면들과 함께 하기에 상세히 기술된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북을 생성하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 단계(101)에서, 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들은 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 변환된다. 단계(102)에서, 하이 랭크 적응성 코드북은 변환된 컬럼 벡터들을 이용하여 구축된다.
본 발명의 실시예에서, 베이스라인 코드북 세트는 송신 장치 및 수신 장치에 의해 미리 저장된다. 베이스라인 코드북 세트는 구체적인 안테나 구성들 및 응용 시나리오들에 따라 미리 결정될 수 있다. 예를 들면, 베이스라인 코드북 세트는 기지국 오프라인에 의해 미리 결정될 수 있고 그 다음 이용자 장비에 이전될 수 있다.
롱-텀 채널 상관 매트릭스는 측정된 채널 응답에 따라 생성될 수 있거나 다른 장치로부터 수신에 의해 획득될 수 있다. 예를 들면, 수신 장치는 송신 링크의 기준 신호(예를 들면, 파일롯 신호)를 측정함으로써 롱-텀 채널 상관 매트릭스를 결정할 수 있다. 송신 장치는 수신 장치로부터의 피드백에 의해 롱-텀 채널 상관 매트릭스에 관한 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 채널 상관 매트릭스는 그 고유벡터들에 따라 레벨들로 분할된다. Tx 안테나들의 수가 M이면, 채널 상관 매트릭스는 MxM 매트릭스이다. 채널 상관 매트릭스가 r개의 고유값들과 r개의 대응하는 고유벡터들을 가지는 경우, 최대 고유값의 고유벡터에 관한 공분산 매트릭스가 제 1 레벨에 할당되고, 제 2 최대 고유값의 고유벡터에 관한 공분산 매트릭스가 제 2 레벨에 할당되는 등, 채널 상관 매트릭스가 M개의 레벨들로 분할된다. 따라서, 상이한 고유값들에 대응하는 이들 고유벡터들은 고유벡터들의 상이한 레벨들이라고 칭해진다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 단계(101)에서의 변환 동안, 하이 랭크 베이스라인 코드북의 제 l 컬럼 벡터가 롱-텀 공간 상관 매트릭스의 제 l 내지 제 M 레벨들에 의해 변환되고, 여기서 l ≥ 1이고 M은 Tx 안테나들의 수이고, M은 또한 롱-텀 공간 상관 매트릭스의 레벨들의 가장 큰 수에 대응한다.
이 실시예의 예에서, 송신 장치는 예를 들면, M개의 Tx 안테나들을 가진 셀의 기지국이고, 수신 장치는 예를 들면, N개의 RX를 구비한 이용자 장비 UE이고, 송신된 데이터 스트림들의 수는 r이고, 여기서 r은 M보다 적다. 각각의 UE는 다운링크(DL) 기준 신호들에 따라 DL 채널을 검출할 수 있고, 다수의 서브-대역들 및 다수의 서브프레임들에 걸쳐 평균화된 롱-텀 광대역 공간 상관 매트릭스를 계산할 수 있고, 그 다음 양자화하여 서빙 셀에 피드백할 수 있다.
예를 들면, 이용자 장비 k의 MxM 양자화된 롱-텀 공간 상관 매트릭스
Figure 112012100395487-pct00001
은 동일한 변환을 통해 하기와 같이 표현될 수 있다:
Figure 112012100395487-pct00002
,
여기서:
Figure 112012100395487-pct00003
는
Figure 112012100395487-pct00004
의 제 i 고유값이고,
Figure 112012100395487-pct00005
및
Figure 112012100395487-pct00006
이고,
Figure 112012100395487-pct00007
는
Figure 112012100395487-pct00008
의 제 i 고유벡터이고,
Figure 112012100395487-pct00009
는 상기 제 i 고유벡터
Figure 112012100395487-pct00010
에 관한 공분산 매트릭스이다.
시스템에 의해 이용되는 하이 랭크 베이스라인 코드북은 하기와 같이 표시될 수 있다:
Figure 112012100395487-pct00011
여기서:
S는 베이스라인 코드북 세트에 포함된 코드북들의 수, 즉 코드북 세트의 크기이다. S는 보통 2의 거듭제곱과 같고, 예를 들면,
Figure 112012100395487-pct00012
이다. B는 보통 양자화 및 양자화 정보의 피드백에 필요한 비트들의 수를 표시하고;
Figure 112012100395487-pct00013
는 Mxr 차원을 가진 코드북이고;
Figure 112012100395487-pct00014
는 하이 랭크 베이스라인 코드북
Figure 112012100395487-pct00015
의 Mx1 차원을 가진 제 l 컬럼 벡터이고,
Figure 112012100395487-pct00016
이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 베이스라인 코드북 세트에서 각각의 베이스라인 코드북은 각각의 이용자의 롱-텀 공간 상관 매트릭스에 따라 변환되고, 그에 의해 대응하는 적응성 코드북을 획득한다. 대응하는 적응성 코드북들은 적응성 코드북 세트를 획득한다. 고유벡터들의 상이한 레벨들에 대응하는 빔형성 방향들로 정렬하기 위해, 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들은 공간 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 회전되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 베이스라인 코드북
Figure 112012100395487-pct00017
의 제 1 컬럼
Figure 112012100395487-pct00018
는 우세한 고유벡터의 방향으로 정렬하기 위해 전체 롱-텀 공간 상관
Figure 112012100395487-pct00019
에 의해 변환되고, 즉,
Figure 112012100395487-pct00020
이고,
여기서,
Figure 112012100395487-pct00021
는 정규화 연산자이다.
제 1 컬럼
Figure 112012100395487-pct00022
을 제외하면, 모든 컬럼 벡터들이 전체 롱-텀 공간 상관
Figure 112012100395487-pct00023
에 의해서가 아니라 그 일부에 의해서만 변환된다. 예를 들면, 베이스라인 코드북
Figure 112012100395487-pct00024
의 제 l(
Figure 112012100395487-pct00025
) 컬럼 벡터는 제 l 고유벡터의 방향으로 정렬하기 위해 정규화 방정식
Figure 112012100395487-pct00026
에 따라 롱-텀 공간 상관 매트릭스
Figure 112012100395487-pct00027
의 특정 레벨에 의해 변환된다.
본 발명의 일 실시예에서, 코드북
Figure 112012100395487-pct00028
의 최종 컬럼(또는 제 r 컬럼)은 제 r 고유벡터의 방향으로 정렬하기 위해 공간 상관 매트릭스
Figure 112012100395487-pct00029
의 특정 레벨에 의해 변환되며, 즉
Figure 112012100395487-pct00030
이다.
일 실시예에 따라, 새로운 하이 랭크 적응성 코드북은 모든 변환된 컬럼 벡터들을 이용하여 구축된다:
Figure 112012100395487-pct00031
여기서,
Figure 112012100395487-pct00032
이다.
베이스라인 코드북 세트에서의 각각의 코드북이 대응하는 하이 랭크 적응성 코드북이 되도록 변환되는 경우, 새로운 하이 랭크 적응성 코드북 세트가 획득된다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 방법은 또한 다른 단계들을 포함할 수 있음을 알아야 한다. 예를 들면, 베이스라인 코드북 세트가 미리 생성되지 않는 경우, 상기 방법은 또한 베이스라인 코드북 세트를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 적응성 코드북으로서 단일 매트릭스를 가지는 것이 바람직한 경우, 그램-슈미트 방식 (또는 QR분해), 특이 값 분해 (SVD: singular value decomposition), 제로 포싱 (ZF: zero forcing) 방식 등과 같은 어떤 종류의 직교 연산이 또한 새로운 하이 랭크 적응성 코드북에 적용될 수 있다.
베이스라인 코드북 세트 및 롱-텀 공간 상관 정보가 이용자 장비 및 셀(기지국에 대응) 둘다에 동시에 알려지기 때문에, 새로운 적응성 코드북은 또한 동일한 생성 규칙에 따라 이용자들 및 셀에 의해 획득될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 피드백하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 단계(201)에서, 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들은 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 변환되고, 그에 의해 하이 랭크 적응성 코드북을 구축한다. 단계(202)에서, 하이 랭크 적응성 코드북 세트는 모든 하이 랭크 적응성 코드북들에 기초하여 구성된다. 단계(203)에서, 현재 채널에 매칭하는 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스는 하이 랭크 적응성 코드북 세트로부터 결정된다. 단계(204)에서, 롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 인덱스에 관한 정보가 피드백된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 방법은 수신 장치에서 구현된다.
송신 장치가 예를 들면, M개의 송신 안테나들을 구비한 셀의 기지국인, 이러한 시스템을 고려하면, 수신 장치는 예를 들면, N개의 Rx 안테나들을 구비한 이용자 장비 UE이고, 송신된 데이터 스트림들의 수는 r이고, 여기서 r은 M이하이다. 그 다음, 단계(201)를 통해 수신 장치는 그 랭크가 r인 적응성 코드북을 획득할 수 있다. 구체적인 상세들은 도 1을 참조하여 기술되었고 따라서 여기에 상세히 기재되지 않는다. 단계(201)에서, 대응하는 하이 랭크 적응성 코드북을 획득하기 위해 베이스라인 코드북 세트에서의 각각의 코드북이 변환되는 경우, 단계(202)에서, 모든 하이 랭크 적응성 코드북들은 하이 랭크 적응성 코드북 세트를 구축한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 단계(203)에서, 하이 랭크 채널 양자화는 획득된 하이 랭크 적응성 코드북 및 쇼트-텀 채널 응답에 의해 수행될 수 있어서 인덱스를 결정한다. 채널 양자화는 다양한 방법들에 따라 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 하이 랭크 채널 양자화는 최소 화음 거리에 따라 수행될 수 있거나, 적합한 하이 랭크 프리코더는 최대 후처리 신호 대 잡음 비(SINR) 또는 채널 용량에 따라 채널 정보에 매칭하기 위해 직접 선택된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 최소 화음 거리 규칙은 랭크 r 채널 양자화에 적용될 수 있다. 현재 채널은 현재 쇼트-텀 채널 고유벡터에 따라 표현될 수 있다. 일 실시예에서, 다운링크 채널 측정으로부터, 이용자 장비 k는 쇼트-텀 서브-대역의 r개의 상이한 고유벡터들
Figure 112012100395487-pct00033
을 획득할 수 있다. 그 다음, 제 1 내지 제 r 고유벡터들은 현재 채널에 매칭하는 하이 랭크 적응성 코드북을 결정하기 위해, 공선성(collinearity) 규칙에 따라 획득된 랭크 r 적응성 코드북에 의해 양자화된다:
Figure 112012100395487-pct00034
.
본 발명의 일 실시예에 따라, 단계(204)에서, 이용자 장비 k는 현재 채널에 매칭하는 하이 랭크 적응성 코드북의 결정된 인덱스를 기지국에 피드백할 수 있다. 동시에, 이용자 장비 k는 롱-텀 채널 상관 매트릭스에 관한 정보를 피드백할 수 있다.
다른 단부에서, 기지국은 피드백된 인덱스의 수신시 베이스라인 코드북 세트에서 대응하는 코드북을 결정할 수 있다. 코드북은 롱-텀 채널 상관 매트릭스에 관한 수신된 정보를 이용하여 변환되고, 적응성 코드북은 이용자 장비 k에서 적용된 규칙과 동일한 규칙에 따라 생성된다. 따라서, 기지국은 서빙 셀에 대한 양호한 송신 프리코더 또는 채널 양자화로서 적응성 코드북을 이용할 수 있다. 이용자 장비 k의 송신 프리코더는
Figure 112012100395487-pct00035
와 같이 표현될 수 있거나, MU-MIMO에 대한 제로 포싱(ZF)에 의해 다른 이용자들로 또한 스케줄링된다.
상세한 기술이 도 3과 함께 하기에 제공된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 처리하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 단계(301)에서, 롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스에 관한 정보가 수신된다. 단계(302)에서, 인덱스에 대응하는 하이 랭크 베이스라인 코드북의 상이한 컬럼 벡터들은 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 변환된다. 단계(303)에서, 하이 랭크 적응성 코드북은 변환된 컬럼 벡터들을 이용하여 구축된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 방법은 송신 장치에서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 단계(302)에서, 하이 랭크 베이스라인 코드북의 l 컬럼 벡터는 롱-텀 공간 상관 매트릭스의 l 내지 M개의 레벨들에 의해 변환되고, 여기서 l ≥ 1이고, M은 Tx 안테나들의 수이고, M은 또한 롱-텀 공간 상관 매트릭스의 레벨들의 총수에 대응한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 롱-텀 채널 상관 매트릭스는 이용자 장비 k의 양자화된 MxM 롱-텀 공간 상관 매트릭스
Figure 112012100395487-pct00036
이고, 하기와 같이 표현한다:
Figure 112012100395487-pct00037
,
여기서:
Figure 112012100395487-pct00038
는
Figure 112012100395487-pct00039
의 제 i 고유값이고,
Figure 112012100395487-pct00040
및
Figure 112012100395487-pct00041
이고
Figure 112012100395487-pct00042
는
Figure 112012100395487-pct00043
의 제 i 고유벡터이고,
Figure 112012100395487-pct00044
는 상기 제 i 고유벡터
Figure 112012100395487-pct00045
에 관한 공분산 매트릭스이다.
인덱스에 대응하는 하이 랭크 베이스라인 코드북
Figure 112012100395487-pct00046
은 하기와 같이 표시될 수 있다:
Figure 112012100395487-pct00047
여기서:
Figure 112012100395487-pct00048
는 Mxr 차원을 가진 하이 랭크 베이스라인 코드북이다;
Figure 112012100395487-pct00049
는
Figure 112012100395487-pct00050
의 Mxl 차원을 가진 제 l 컬럼 벡터이고,
Figure 112012100395487-pct00051
이고;
그 다음, 변환에서,
하이 랭크 베이스라인 코드북
Figure 112012100395487-pct00052
의 제 l(l>1) 컬럼 벡터
Figure 112012100395487-pct00053
는 제 l 고유벡터의 방향으로 정렬하기 위해 정규화 방정식
Figure 112012100395487-pct00054
에 따라 롱-텀 공간 상관 매트릭스
Figure 112012100395487-pct00055
의 특정 레벨에 의해 변환된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북을 생성하기 위한 장치(400)의 블록도를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 장치(400)는 정렬 구성요소(401) 및 구축 구성요소(402)를 포함한다. 정렬 구성요소(401)는 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들을 변환시키도록 구성된다. 구축 구성요소(402)는 변환된 컬럼 벡터들에 의해 하이 랭크 적응성 코드북을 구축하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 정렬 구성요소가 변환을 수행할 때, 하이 랭크 베이스라인 코드북의 제 1 컬럼을 제외한 모든 컬럼 벡터들은 전체 롱-텀 공간 상관 매트릭스에 의해서가 아닌 공간적 레벨들에 의해서만 변환된다. 예를 들면, l 컬럼 벡터는 낮은 고유값들에 대응하는 (M-l+1) 레벨들에 의해 변환되고, 여기서 M은 Tx 안테나들의 수이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 롱-텀 공간 상관 매트릭스가 상술된 바와 같은 고유값들에 따라 가장 높은 레벨들에서 가장 낮은 레벨들까지 분할될 때, 하이 랭크 베이스라인 코드북의 제 l 컬럼 벡터는 제 l 고유벡터의 방향으로 정렬하기 위해 롱-텀 공간 상관 매트릭스의 제 l 내지 제 M 레벨들에 의해 변환된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 롱-텀 채널 상관 매트릭스는 이용자 장비 k의 MxM 양자화된 롱-텀 공간 상관 매트릭스
Figure 112012100395487-pct00056
이고, 이것은 하기와 같이 동일한 변환을 통해 표현될 수 있다:
Figure 112012100395487-pct00057
,
여기서:
Figure 112012100395487-pct00058
는
Figure 112012100395487-pct00059
의 제 i 고유값이고,
Figure 112012100395487-pct00060
이고,
Figure 112012100395487-pct00061
는
Figure 112012100395487-pct00062
의 제 i 고유벡터이고,
Figure 112012100395487-pct00063
는 제 i 고유벡터
Figure 112012100395487-pct00064
에 관한 공분산 매트릭스이다.
랭크 r을 가진 하이 랭크 베이스라인 코드북은 하기와 같이 표현된다:
Figure 112012100395487-pct00065
여기서, S는 코드북 세트에서의 코드북들의 수이고,
Figure 112012100395487-pct00066
는 Mxr 차원을 가진 하이 랭크 베이스라인 코드북이고,
Figure 112012100395487-pct00067
는
Figure 112012100395487-pct00068
의 Mxl 차원을 가진 제 l 컬럼 벡터이고,
Figure 112012100395487-pct00069
이고,
그 다음, 변환에서,
하이 랭크 베이스라인 코드북
Figure 112012100395487-pct00070
의 제 l(l > 1) 컬럼 벡터
Figure 112012100395487-pct00071
는 제 l 고유벡터의 방향으로 정렬하기 위해 정규화 방정식
Figure 112012100395487-pct00072
에 따라 롱-텀 공간 상관 매트릭스
Figure 112012100395487-pct00073
의 특정 레벨에 의해 변환된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 장치(400)는 측정된 채널 응답에 따라 롱-텀 채널 상관 매트릭스를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 장치(400)는 롱-텀 채널 상관 매트릭스에 관한 정보를 수신함으로써 롱-텀 채널 상관 매트릭스를 획득한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 피드백하기 위한 장치(500)의 블록도를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 장치(500)는 구축 구성요소(501), 생성 구성요소(502), 결정 구성요소(503) 및 피드백 구성요소(504)를 포함한다. 구축 구성요소(501)는 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들을 변환하고, 그에 의해 하이 랭크 적응성 코드북을 구축한다. 생성 구성요소(502)는 모든 하이 랭크 적응성 코드북들에 기초하여 하이 랭크 적응성 코드북 세트를 구축한다. 결정 구성요소(503)는 하이 랭크 적응성 코드북 세트로부터 현재 채널에 매칭하는 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스를 결정한다. 피드백 구성요소(504)는 롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 인덱스에 관한 정보를 피드백한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 하이 랭크 채널 양자화는 인덱스를 결정하도록 하이 랭크 적응성 코드북 및 쇼트-텀 채널 응답에 의해 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 하이 랭크 채널 양자화는 최소 화음 거리에 따라 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 하이 랭크 채널 양자화를 수행하는 것은: 하이 랭크 적응성 코드북 세트로부터, 현재 채널에 매칭하는 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스를 결정하기 위해, 다음의 방정식에 따라 하이 랭크 적응성 코드북
Figure 112012100395487-pct00074
에 의해 쇼트-텀 채널 응답의 고유벡터들
Figure 112012100395487-pct00075
을 양자화하는 것을 포함한다:
Figure 112012100395487-pct00076
여기서,
Figure 112012100395487-pct00077
이고, M은 Tx 안테나들의 수이고, r은 통신 시스템의 랭크이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 하이 랭크 채널 양자화는 최대 후처리 신호 대 잡음 비(SINR) 또는 채널 용량에 따라 결정된다. 결정된 매칭 하이 랭크 적응성 코드북이 하이 랭크 프리코더로서 선택된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 MIMO 통신 시스템에서 채널 정보를 처리하기 위한 장치(600)의 블록도를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 장치(600)는 수신 구성요소(601), 정렬 구성요소(602) 및 구축 구성요소(603)를 포함한다. 수신 구성요소(601)는 롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스에 관한 정보를 수신한다. 정렬 구성요소(602)는 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 인덱스에 대응하는 하이 랭크 베이스라인 코드북의 상이한 컬럼 벡터들을 변환한다. 구축 구성요소(603)는 변환된 컬럼 벡터들을 이용하여 하이 랭크 적응성 코드북을 구축한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 정렬 구성요소(602)가 변환을 수행할 때, 하이 랭크 베이스라인 코드북의 제 1 컬럼을 제외한 모든 컬럼 벡터들은 전체 롱-텀 공간 상관에 의해서가 아닌 롱-텀 공간 상관 매트릭스의 부분적 레벨들에 의해서만, 예를 들면, 더 낮은 고유값들에 대응하는 (M-l+1)에 의해 변환되고, 여기서 M은 송신 안테나들의 수이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 롱-텀 공간 상관 매트릭스가 상술된 바와 같은 고유값들에 따라 가장 높은 레벨들에서 가장 낮은 레벨들까지 분할될 때, 하이 랭크 베이스라인 코드북의 제 l 컬럼 벡터는 제 l 고유벡터의 방향으로 정렬하기 위해 롱-텀 공간 상관 매트릭스의 제 l 내지 제 M 레벨들에 의해 변환된다.
롱-텀 채널 상관 매트릭스는 이용자 장비 k의 양자화된 MxM 롱-텀 공간 상관 매트릭스
Figure 112012100395487-pct00078
이고, 이것은 하기와 같이 동일한 변환을 통해 표현될 수 있다:
Figure 112012100395487-pct00079
,
여기서:
Figure 112012100395487-pct00080
는
Figure 112012100395487-pct00081
의 제 i 고유값이고,
Figure 112012100395487-pct00082
이고,
Figure 112012100395487-pct00083
는
Figure 112012100395487-pct00084
의 제 i 고유벡터이고,
Figure 112012100395487-pct00085
는 제 i 고유벡터 에 관한 공분산 매트릭스이다;
인덱스에 대응하는 하이 랭크 베이스라인 코드북
Figure 112012100395487-pct00086
은 다음과 같이 표현된다:
Figure 112012100395487-pct00087
,
여기서:
Figure 112012100395487-pct00088
는 Mxr 차원을 가진 하이 랭크 베이스라인 코드북이고;
Figure 112012100395487-pct00089
는
Figure 112012100395487-pct00090
의 Mxl 차원을 가진 제 l 컬럼 벡터이고,
Figure 112012100395487-pct00091
이고;
그 다음, 변환에서, 하이 랭크 베이스라인 코드북
Figure 112012100395487-pct00092
의 제 l 컬럼 벡터
Figure 112012100395487-pct00093
는 제 l 고유벡터의 방향으로 정렬하기 위해 정규화 방정식
Figure 112012100395487-pct00094
에 따라 롱-텀 공간 상관 매트릭스
Figure 112012100395487-pct00095
의 특정 레벨에 의해 변환된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 통신 시스템(700)의 블록도를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 시스템(700)은 장치(500) 및 장치(600)를 포함한다. 장치(500)는 구축 구성요소(501), 생성 구성요소(502), 결정 구성요소(503) 및 피드백 구성요소(504)를 포함한다. 장치(600)는 수신 구성요소(601), 정렬 구성요소(602) 및 구축 구성요소(603)를 포함한다.
도 7에 도시된 실시예에서, 구축 구성요소(501)는 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들을 변환하고, 그에 의해 하이 랭크 적응성 코드북을 구축한다. 생성 구성요소(502)는 모든 하이 랭크 적응성 코드북들에 기초하여 하이 랭크 적응성 코드북 세트를 구축한다. 결정 구성요소(503)는 하이 랭크 적응성 코드북 세트로부터 현재 채널에 매칭하는 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스를 결정한다. 피드백 구성요소(504)는 롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 인덱스에 관한 정보를 장치(600)에 피드백한다.
후속적으로, 수신 장치(600)는 피드백 채널로부터 피드백된 정보를 처리한다. 구체적으로, 수신 구성요소(601)는 롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스에 관한 정보를 수신한다. 정렬 구성요소(602)는 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 인덱스에 대응하는 하이 랭크 베이스라인 코드북의 상이한 컬럼 벡터들을 변환한다. 구축 구성요소(603)는 변환된 컬럼 벡터들을 이용하여 하이 랭크 적응성 코드북을 구축한다.
도 8은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 MIMO 시스템(800)의 개략도를 도시한다. 시스템(800)은 송신 장치 Tx 및 수신 장치 Rx를 포함한다. 송신 장치는 M(M은 1 이상의 정수임)개의 송신 안테나들, 예를 들면, 도면에 도시된 4개의 송신 안테나들을 갖는다. 수신 장치 Rx는 N(N은 1 이상의 정수임)개의 수신 안테나들, 예를 들면, 도면에 도시된 2개의 수신 안테나들을 갖는다. MIMO 채널 H는 송신 장치 Tx와 수신 장치 Rx 사이에 구성된다. 수신 장치 Rx는 MIMO 채널 H에 관한 정보를 송신 장치 Tx에 피드백할 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(800)은 동일한 서브-주파수 대역 및 동일한 프레임에서 2개의 데이터 스트림들을 송신하고, 즉 랭크 r은 2이다.
본 발명의 실시예들은 다운링크 송신에 적용될 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 송신 장치 Tx는 기지국일 수 있고, 수신 장치 Rx는 이용자 장비일 수 있다. 도 8이 하나의 수신 장치만을 도시하시만, 본 발명은 단일-이용자 MIMO(SU-MIMO) 방식들에 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 다중-이용자 MIMO(MU-MIMO) 방식들에 적용될 수 있음을 유념해야 한다. MU-MIMO 경우들에 대해, 각각의 이용자 장비는 본 발명의 실시예들에 따라 공간 상관 기반 코드북 생성 및 피드백 방식들을 독립적으로 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 또한 업링크 전송에 적용될 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 송신 장치 Tx는 이용자 장비일 수 있고, 수신 장치 Rx는 기지국일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 하이 랭크 SU/MU-MIMO에 대해, 공간 상관 기반 적응성 코드북 설계 및 피드백 메커니즘이 하기와 같이 기술된다.
롱-텀 공간 상관 매트릭스 피드백
각각의 UE는 DL 기준 신호들에 따른 다운링크(DL) 채널을 검출하고, 다수의 서브-대역들 및 다수의 서브프레임들에 걸쳐 평균화된 롱-텀 광대역 공간 상관 매트릭스를 계산하고, 매트릭스를 양자화하여 서빙 셀에 피드백한다.
예를 들면, 이용자 장비 k는 MxM 차원의 양자화된 롱-텀 공간 상관 매트릭스
Figure 112012100395487-pct00096
를 가진다:
Figure 112012100395487-pct00097
,
여기서:
Figure 112012100395487-pct00098
는
Figure 112012100395487-pct00099
의 제 i 고유값이고,
Figure 112012100395487-pct00100
및
Figure 112012100395487-pct00101
이고,
Figure 112012100395487-pct00102
는
Figure 112012100395487-pct00103
의 제 i 고유벡터이고,
Figure 112012100395487-pct00104
는 제 i 고유벡터
Figure 112012100395487-pct00105
에 관한 공분산 매트릭스이다.
하이 랭크 적응성 코드북 설계
랭크 r을 가진 베이스라인 코드북은 다음과 같이 표시된다:
Figure 112012100395487-pct00106
여기서:
Figure 112012100395487-pct00107
는
Figure 112012100395487-pct00108
의 크기를 가진 Mxr 코드북 매트릭스이고,
Figure 112012100395487-pct00109
는 코드북
Figure 112012100395487-pct00110
의 Mxl 차원을 가진 제 j 컬럼 벡터이고,
Figure 112012100395487-pct00111
이다.
적응성 코드북은 각각의 이용자의 롱-텀 공간 상관 매트릭스에 따라 변환된다.
고유벡터들의 상이한 레벨들에 대응하는 빔형성 방향들로 정렬하기 위해, 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들은 공간 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 회전되어야 한다.
예를 들면, 코드북
Figure 112012100395487-pct00112
의 제 1 컬럼은 우세한 고유벡터 방향으로 정렬하기 위해 전체 공간 상관
Figure 112012100395487-pct00113
에 의해 변환되고, 즉
Figure 112012100395487-pct00114
이고,
여기서,
Figure 112012100395487-pct00115
는 정규화의 연산자이다.
코드북
Figure 112012100395487-pct00116
의 최종 컬럼(또는 제 r 컬럼)은 제 r 고유벡터의 방향으로 정렬하기 위해 공간 상관 매트릭스
Figure 112012100395487-pct00117
의 특정 레벨에 의해 변환되고, 즉
Figure 112012100395487-pct00118
이다.
최종적으로, 모든 상기 변환된 컬럼 벡터들은 새로운 하이 랭크 적응성 코드북을 구축한다:
Figure 112012100395487-pct00119
,
여기서
Figure 112012100395487-pct00120
이다.
코드워드로서 단일 매트릭스를 가지는 것이 바람직한 경우, 그램-슈미트 방식 (또는 QR분해), 특이 값 분해 (SVD), 제로 포싱 (ZF) 방식 등과 같은 어떤 종류의 직교 연산이 또한 새로운 하이 랭크 적응성 코드북에 적용되어야 한다.
베이스라인 코드북 세트 및 롱-텀 공간 상관 정보가 이용자 장비 및 셀 둘다에 동시에 알려지기 때문에, 이용자들 및 셀은 또한 동일한 설계 규칙에 따라 새로운 적응성 코드북을 획득할 수 있다.
하이 랭크 적응성 코드북 피드백
새롭게 생성된 적응성 코드북으로, 하이 랭크 채널 양자화는 최소 화음 거리에 따라 수행될 수 있거나, 최대 후처리 SINR 또는 채널 용량에 따라 채널 정보를 매칭하기 위해 적합한 하이 랭크 프리코더가 선택될 수 있다.
예를 들면, 최소 화음 거리 규칙은 랭크 r 채널 양자화에 적용된다. 다운링크 채널 측정으로부터, 이용자는 쇼트-텀 서브-대역 고유벡터들
Figure 112012100395487-pct00121
의 상이한 레벨들을 획득할 수 있다. 그 다음, 제 1 내지 제 r 고유벡터들은 공선성 규칙에 따라 랭크 r 적응성 코드북에 의해 양자화된다:
Figure 112012100395487-pct00122
.
랭크 k 적응성 코드북 피드백은 양호한 송신 프리코더 또는 서빙 셀에 대한 채널 양자화로서 이용될 수 있다. 송신 프리코더는 이용자 장비 k에 대해
Figure 112012100395487-pct00123
와 같이 표현될 수 있거나, MU-MIMO에 대한 제로 포싱(ZF)에 의해 다른 이용자들로 또한 스케줄링될 수 있다.
시스템 레벨 시뮬레이션들을 통한 시스템 성능 평가들
시스템 성능 평가들은 3GPP 케이스 1 SCM-UMa 시나리오에서 FDD SU-MIMO에 초점을 맞춘다. 4x2 Tx/Rx 안테나 배치가 가정된다. SU-MIMO는 랭크-2 송신이다. 베이스라인 4x2 Rel-8 코드북은 적응성 코드북 변환 및 채널 양자화에 이용된다. 상세한 시뮬레이션 파라미터들은 [표 1]에 리스트된다.
도시된 바와 같은 4종류의 코드북 생성 및 피드백 방식들이 하기에 평가되고 비교되어 있다:
1) 변환 없는 베이스라인 코드북:
Figure 112012100395487-pct00124
2) 전체 롱-텀 공간 상관
Figure 112012100395487-pct00125
에 의해 모든 컬럼 벡터들을 변환하는 적응성 코드북 방식 I:
Figure 112012100395487-pct00126
3) 제 1 컬럼 벡터만을 변환하는 적응성 코드북 방식 Ⅱ:
Figure 112012100395487-pct00127
4) 본 발명의 실시예들에 따른 적응성 코드북 방식 Ⅲ(권장됨):
Figure 112012100395487-pct00128
적응성 코드북 방식 I는 종래의 하이 랭크 적응성 피드백 방식이다. 시스템 레벨 시뮬레이션들 후에, 적응성 코드북 방식 I는 변환없이 정규 코드북 피드백을 통한 셀 평균 처리량의 12% 손상을 가진다는 것을 알았다. 베이스라인 코드북의 제 1 컬럼에서의 변환만인 경우, 적응성 코드북 방식 Ⅱ는 셀 평균 처리량의 3% 이득들 및 셀 에지 처리량의 27% 이득들만을 가진다. 그러나, 본 발명의 실시예들에 따른 적응성 코드북 방식 Ⅲ을 이용하여, 하이 랭크 적응성 코드북 피드백은 셀 평균 처리량의 22% 이득들 및 셀 에지 처리량의 24% 이득들과 결부되어 명시적 시스템 성능 개선을 가진다는 것을 알았다.
Figure 112012100395487-pct00129
Figure 112012100395487-pct00130
본 발명의 실시예들은 하이 랭크 채널 피드백 정확성 및 대응하는 시스템 성능을 더욱 개선하기 위해 롱-텀 공간 상관 피드백에 기초하여 향상된 적응성 코드북 생성 및 피드백 메커니즘을 제안한다. 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 각각의 컬럼 벡터는 고유벡터의 특정 레벨의 빔형성 방향으로 정렬하기 위해 공간 상관 매트릭스의 특정 레벨에 의해 변환되고, 그 다음 새롭게 생성된 적응성 코드북에서 각각의 컬럼 벡터는 특정 고유벡터를 더욱 정확하게 양자화하기 위해 이용될 수 있다. 시스템 레벨 시뮬레이션들은 본 발명의 실시예들에 의해 제안된 적응성 코드북 방식이 아무런 부가의 피드백 오버헤드 없이 더 우수한 시스템 성능 이득들을 가지는 것으로 판명되었다. 이러한 종류의 적응성 코드북은 임의의 안테나 배치(예를 들면, 동일-편파된 또는 교차-편파된), 임의의 송신 안테나 수(예를 들면, 4Tx 또는 8Tx 안테나들), 임의의 송신 랭크 및 임의의 다중-안테나 방식(예를 들면, SU-MIMO 또는 MU-MIMO)에 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상기에 기술되었다. 그러나, 본 발명은 특정 시스템들, 장치들 또는 구체적 프로토콜들에 제한되지 않는다. 다양한 변동들 또는 수정들은 첨부된 바와 같은 청구항들의 범위 내에서 당업자들에 의해 이루어질 수 있다.
501, 603: 구축 구성요소 502: 생성 구성요소
503: 결정 구성요소 504: 피드백 구성요소
602: 수신 구성요소 602: 정렬 구성요소

Claims (30)

  1. 다중 입력 다중 출력(MIMO) 통신 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북(high rank adaptive codebook)을 생성하기 위한 방법에 있어서:
    롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해, 상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들을 변환하는 단계; 및
    하이 랭크 적응성 코드북을 구축하기 위해 상기 변환된 컬럼 벡터들을 이용하는 단계를 포함하는, 하이 랭크 적응성 코드북 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환 동안, 상기 하이 랭크 베이스라인 코드북의 제 l 컬럼 벡터가 롱-텀 공간 상관 매트릭스의 제 l 내지 제 M 레벨들에 의해 변환되고, 여기서 l ≥ 1이고 M은 송신 안테나들의 수인, 하이 랭크 적응성 코드북 생성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스는 이용자 장비 k의 MxM 양자화된 롱-텀 공간 상관 매트릭스
    Figure 112012100395487-pct00131
    이고, 이것은:
    Figure 112012100395487-pct00132
    와 같이 동일한 변환을 통해 표현될 수 있고,
    여기서:
    Figure 112012100395487-pct00133
    는
    Figure 112012100395487-pct00134
    의 제 i 고유값이고,
    Figure 112012100395487-pct00135
    및
    Figure 112012100395487-pct00136
    이고,
    Figure 112012100395487-pct00137
    는
    Figure 112012100395487-pct00138
    의 제 i 고유벡터이고,
    Figure 112012100395487-pct00139
    는 상기 제 i 고유벡터
    Figure 112012100395487-pct00140
    에 관한 공분산 매트릭스이고;
    랭크 r을 가진 상기 하이 랭크 베이스라인 코드북은:
    Figure 112012100395487-pct00141
    와 같이 표현되고,
    여기서:
    S는 코드북 세트에서의 코드북들의 수이고,
    Figure 112012100395487-pct00142
    는 Mxr 차원을 가진 하이 랭크 베이스라인 코드북이고,
    Figure 112012100395487-pct00143
    는
    Figure 112012100395487-pct00144
    의 Mx1 차원을 가진 제 l 컬럼 벡터이고,
    Figure 112012100395487-pct00145
    이고;
    그 다음, 상기 변환 동안,
    하이 랭크 베이스라인 코드북
    Figure 112012100395487-pct00146
    의 상기 제 l 컬럼 벡터
    Figure 112012100395487-pct00147
    는 상기 제 l 고유벡터의 방향으로 정렬하기 위해 정규화 방정식
    Figure 112012100395487-pct00148
    에 따라 상기 롱-텀 공간 상관 매트릭스
    Figure 112012100395487-pct00149
    의 특정 레벨에 의해 변환되는, 하이 랭크 적응성 코드북 생성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하이 랭크 적응성 코드북은 방정식:
    Figure 112012100395487-pct00150
    에 따라 모든 변환된 컬럼 벡터들을 이용하여 구축되고,
    여기서
    Figure 112012100395487-pct00151
    인, 하이 랭크 적응성 코드북 생성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스는 측정된 채널 응답을 이용하여 생성되는, 하이 랭크 적응성 코드북 생성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스는 상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스에 관한 정보를 수신함으로써 획득되는, 하이 랭크 적응성 코드북 생성 방법.
  7. 다중 입력 다중 출력(MIMO) 통신 시스템에서 채널 정보를 피드백하기 위한 방법에 있어서:
    롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들을 변환하고, 그에 의해 하이 랭크 적응성 코드북을 구축하는 단계;
    모든 하이 랭크 적응성 코드북들에 기초하여 하이 랭크 적응성 코드북 세트를 구성하는 단계;
    상기 하이 랭크 적응성 코드북 세트로부터, 현재 채널에 매칭하는 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스를 결정하는 단계; 및
    상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 상기 인덱스에 관한 정보를 피드백하는 단계를 포함하는, 채널 정보 피드백 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    하이 랭크 채널 양자화는 상기 인덱스를 결정하기 위해, 상기 하이 랭크 적응성 코드북 및 쇼트-텀 채널 응답에 의해 수행되는, 채널 정보 피드백 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하이 랭크 채널 양자화는 최소 화음 거리(minimum chordal distance)에 따라 수행되는, 채널 정보 피드백 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하이 랭크 채널 양자화를 수행하는 것은:
    상기 하이 랭크 적응성 코드북 세트로부터 상기 현재 채널에 매칭하는 상기 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스를 결정하기 위해,
    Figure 112012100395487-pct00152
    에 따라 상기 하이 랭크 적응성 코드북
    Figure 112012100395487-pct00153
    에 의해 이용자 장비 k의 상기 쇼트-텀 채널 응답
    Figure 112012100395487-pct00154
    을 양자화하는 단계를 포함하고,
    여기서,
    Figure 112012100395487-pct00155
    는 상기 쇼트-텀 채널 응답의 r개의 고유벡터들을 표현하고,
    Figure 112012100395487-pct00156
    이고, S는 상기 코드북 세트의 크기이고,
    Figure 112012100395487-pct00157
    는 Mxr 차원들을 가진 상기 하이 랭크 적응성 코드북인, 채널 정보 피드백 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하이 랭크 채널 양자화는 최대 후처리 신호 대 잡음 비(SINR) 또는 채널 용량에 따라 결정되는, 채널 정보 피드백 방법.
  12. 다중 입력 다중 출력(MIMO) 통신 시스템에서 채널 정보를 처리하기 위한 방법에 있어서:
    롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스에 관한 정보를 수신하는 단계;
    상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 상기 인덱스에 대응하는 하이 랭크 베이스라인 코드북의 상이한 컬럼 벡터들을 변환하는 단계; 및
    하이 랭크 적응성 코드북을 구축하기 위해 상기 변환된 컬럼 벡터들을 이용하는 단계를 포함하는, 채널 정보 처리 방법.
  13. 다수의 입력 다수의 출력(MIMO) 통신 시스템에서 하이 랭크 적응성 코드북을 생성하기 위한 장치에 있어서:
    롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해, 상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들을 변환시키도록 구성된 정렬 구성요소; 및
    하이 랭크 적응성 코드북을 구축하기 위해 상기 변환된 컬럼 벡터들을 이용하도록 구성된 구축 구성요소를 포함하는, 하이 랭크 적응성 코드북 생성 장치.
  14. 다수의 입력 다수의 출력(MIMO) 통신 시스템에서 채널 정보를 피드백하기 위한 장치에 있어서:
    롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 하이 랭크 베이스라인 코드북에서의 상이한 컬럼 벡터들을 변환하고, 그에 의해 하이 랭크 적응성 코드북을 구축하도록 구성된 구축 구성요소;
    모든 하이 랭크 적응성 코드북들에 기초하여 하이 랭크 적응성 코드북 세트를 구성하도록 구성된 생성 구성요소;
    상기 하이 랭크 적응성 코드북 세트로부터, 현재 채널에 매칭하는 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스를 결정하도록 구성된 결정 구성요소; 및
    상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 상기 인덱스에 관한 정보를 피드백하도록 구성된 피드백 구성요소를 포함하는, 채널 정보 피드백 장치.
  15. 다수의 입력 다수의 출력(MIMO) 통신 시스템에서 채널 정보를 처리하기 위한 장치에 있어서:
    롱-텀 채널 상관 매트릭스 및 하이 랭크 적응성 코드북의 인덱스에 관한 정보를 수신하도록 구성된 수신 구성요소;
    상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 고유벡터들의 방향들로 정렬하기 위해 상기 롱-텀 채널 상관 매트릭스의 상이한 레벨들에 의해 상기 인덱스에 대응하는 하이 랭크 베이스라인 코드북의 상이한 컬럼 벡터들을 변환시키도록 구성된 정렬 구성요소; 및
    하이 랭크 적응성 코드북을 구축하기 위해 상기 변환된 컬럼 벡터들을 이용하도록 구성된 구축 구성요소를 포함하는, 채널 정보 처리 장치.
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