KR101420177B1 - 다중-입력 다중-출력 시스템들에서 상관 매트릭스를 피드백 및 구성하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은: 상관 매트릭스의 켤레 특성에 기초하고 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하는 단계; 구성된 코드북들로부터 코드워드를 선택하는 단계; 및 코드북에서 선택된 코드워드의 대응하는 인덱스를 피드백하는 단계를 포함한다. 본 발명을 통해, 인코더 복잡성 또는 전송 부하(transfer load)를 감소시키면서, 다중-입력 다중-출력 시스템의 처리량이 향상될 수 있다.
Description
본 발명은 통신 분야에 관한 것이고, 특히 다중-입력 다중-출력 시스템들(multi-input multi-output system)에서 상관 매트릭스(correlation matrix)를 피드백 및 구성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 다중-사용자 다중-입력 다중-출력(MU-MIMO) 시스템에서, 특히 폐루프 MIMO 시스템에서, 프리코딩 매트릭스 인덱스(precoding matrix index: PMI)의 고속 피드백이 일반적으로 요구되어, 전송단은 PMI에 기초하여 코드북에서 가중을 위한 자신의 프리코딩 벡터를 찾는다.
그러나, MU-MIMO 시스템의 성능은 PMI 피드백만을 이용하여 이상적으로 이용될 수 없다. 실험들은 PMI 피드백을 가진 상관 매트릭스 지원된 MU-MIMO 시스템들이 PMI 피드백만을 가진 MU-MIMO 시스템을 능가함을 이미 논증하였다.
기지국(BS)이 다운링크 서브-채널들(사용자 기기 UE로의)의 상관 매트릭스를 필요로 하는 상관 매트릭스 지원된 다운링크 MU-MIMO 시스템에서 양자화 처리가 활용될 수 있다. 주파수 분할 듀플렉싱(FDD) 디지털 시스템에서, UE로부터 BS로 상관 매트릭스를 피드백하도록 상관 매트릭스를 양자화할 필요가 있다. 상관 매트릭스 피드백에 대한 원하는 양자화 방식을 설계하기 위해서는 오버헤드 및 정밀도 둘다가 고려되어야 한다. 정밀도가 높을수록, 시스템 오버헤드가 커진다; 그러나 비용은 시스템 복잡성에 따라 증가된다.
IEEE 802.16m 명세에서, 4×4 안테나 어레이에 대해 상관 매트릭스 양자화 방식이 제안되었고, 상기 양자화 방식은 양자화를 위해 28 비트들을 채택하였다. 그러나, IEEE 802.16m에서의 현재 상관 매트릭스 양자화 방식은 상관 매트릭스의 포텐셜 및 성능을 효율적으로 이용하지 않는다.
본 발명의 목적들 중 하나는 종래 기술의 결함들을 극복할 수 있고 처리량을 향상시킬 수 있지만 에러들을 감소시킬 수 있는 기술적 솔루션을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은: 상관 매트릭스의 켤레 특성(conjugation nature)에 기초하고 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하는 단계; 구성된 코드북들로부터 코드워드를 선택하는 단계; 및 코드북들에서 선택된 코드워드의 대응하는 인덱스를 피드백하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구성 단계는: 상관 매트릭스의 요소들을 제 1 그룹의 값들, 제 2 그룹의 값들, 및 제 3 그룹의 값들로 분할하는 단계; 및 제 1 그룹의 값들, 제 2 그룹의 값들, 및 제 3 그룹의 값들에 대해 각각, l-비트 인덱스로 표현된 제 1 코드북, m-비트 인덱스로 표현된 제 2 코드북, 및 n-비트 인덱스로 표현된 제 3 코드북을 구성하는 단계로서, l, m, 및 n ≥ 0인, 상기 코드북들 구성 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제 1 그룹의 값들은 상관 매트릭스의 대각 요소들 값들 Rii (양의 실수임)을 표시하고, 제 2 그룹의 값들은 상관 매트릭스의 대각외 상관 계수 크기들 rij(1보다 작은 양의 실수임)을 표시하고, 제 3 그룹의 값들은 상관 매트릭스의 상관 계수 위상들 θij([0, 2π)의 범위에서)을 표시하고; i 및 j는 상관 매트릭스의 로우들 및 컬럼들의 인덱스들을 각각 표시하고; 상관 매트릭스에서의 대각외 요소 Rij 는 로 표현된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상관 매트릭스는 N×N 차원을 가지고, 여기서 N은 다중-입력 다중-출력 시스템에서의 전송 안테나들 또는 수신 안테나들의 양을 표시하고; 제 1 코드북, 제 2 코드북, 및 제 3 코드북에서의 피드백된 인덱스들의 양들은 각각 N, , 및 이고, 이들은 lN 비트들, 비트들, 및 비트들에 각각 대응하여, 피드백될 때의 총 비트들은 이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, l, m, 및 n의 값들은: {l = 0, m = 0, n = 3}; {l = 2, m = 1, n = 3}; {l = 2, m = 0, n = 4}; 및 {l = 2, m = 2, n = 5}의 조합들 중 하나로부터 선택된다: .
본 발명의 일 실시예에 따라, 코드북들 구성 단계 이전에, 상관 매트릭스 대각선 상의 최대값을 이용하여 상관 매트릭스의 요소들이 정규화(normalize)되는 정규화 단계가 더 포함된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 방법은 사용자 기기(user equipment)에서 구현된다.
본 발명의 제 2 양태에 따라, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은: 제 1 상관 매트릭스의 켤레 특성에 기초하고 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 제 1 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하는 단계; 제 1 상관 매트릭스의 코드워드의 인덱스를 수신하는 단계; 제 1 상관 매트릭스에 대한 구성된 코드북들로부터 대응하는 코드워드를 획득하는 단계; 및 획득된 코드워드에 기초하여 제 1 상관 매트릭스에 대응하는 제 2 상관 매트릭스를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 따라, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는: 상관 매트릭스의 켤레 특성에 기초하고 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하도록 구성된 구성 모듈; 구성된 코드북들로부터 코드워드를 선택하도록 구성된 선택 모듈; 및 코드북들에서 선택된 코드워드의 대응하는 인덱스를 피드백하도록 구성된 피드백 모듈을 포함한다.
본 발명의 제 4 양태에 따라, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는: 제 1 상관 매트릭스의 켤레 특성에 기초하고 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 제 1 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하도록 구성된 구성 모듈; 제 1 상관 매트릭스의 코드워드의 인덱스를 수신하도록 구성된 수신 모듈; 제 1 상관 매트릭스에 대한 구성된 코드북들로부터 대응하는 코드워드를 획득하도록 구성된 획득 모듈; 및 획득된 코드워드에 기초하여 제 1 상관 매트릭스에 대응하는 제 2 상관 매트릭스를 구성하도록 구성된 매트릭스 구성 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 제 5 양태에 따라, 수신단 및 전송단을 포함하는 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백 및 구성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은: 수신단 및 전송단에서, 상관 매트릭스의 켤레 특성 및 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하는 단계; 수신단에서, 구성된 코드북들로부터 피드백될 상관 매트릭스를 표현하는 코드워드를 선택하는 단계; 상관 매트릭스에서 선택된 코드워드에 대한 인덱스를 전송단에 피드백하는 단계; 전송단에서, 상관 매트릭스에서 선택된 코드워드의 인덱스를 수신하는 단계; 인덱스에 기초하여 구성된 코드북들로부터 대응하는 코드워드를 획득하는 단계; 및 획득된 코드워드에 기초하여 상관 매트릭스에 관련하는 유사한 상관 매트릭스를 구성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 제공된 방법들 및 장치들은 논의중인 현재 다운링크 MU-MIMO 토픽과 일치하고, 따라서 이들은 표준화의 규정을 위해 매우 중요하다. 본 발명의 이점은 또한 다양한 환경들에 적용 가능하도록 범용 설계 방식이고; 이것은 상관 매트릭스의 포텐셜을 거의 완전히 이용할 수 있고, 따라서 리던던트 오버헤드들을 감소시킨다는 점에 있다. 관련 특성들을 고려함으로 인해, 본 발명은 더욱 적합한 양자화 방식을 설계하는 것을 용이하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중-입력 다중-출력(MIMO) 통신 시스템의 전송단과 수신단 사이의 신호 전송의 전체 개략도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 양태에 따른 일 실시예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 링크 계층에서의 신호대 잡음비(SNR)에 대한 BLER의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따른 방법의 흐름도.
도 5는 본 발명의 다른 양태에 따른 방법의 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 양태에 따른 장치의 블록도.
도 7은 본 발명의 다른 양태에 따른 장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 제 1 양태에 따른 일 실시예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 링크 계층에서의 신호대 잡음비(SNR)에 대한 BLER의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따른 방법의 흐름도.
도 5는 본 발명의 다른 양태에 따른 방법의 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 양태에 따른 장치의 블록도.
도 7은 본 발명의 다른 양태에 따른 장치의 블록도.
이후, 본 발명의 양호한 실시예들은 도면들을 참조하여 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중-입력 다중-출력(MIMO) 통신 시스템의 전송단과 수신단 사이의 신호 전송의 전체 개략도를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 여기서 전송단은 다중-입력 다중-출력(MIMO) 시스템에서의 기지국(BS)일 수 있고, 수신단은 MIMO 시스템에서의 사용자 기기(UE)일 수 있다.
수신단에서, 예를 들면 UE에서, MIMO 시스템에서 안테나 어레이를 표현하는 상관 매트릭스를 가질 수 있다. 상관 매트릭스의 차원은 N×N으로 가정되고, 여기서 N은 다중-입력 다중-출력 시스템에서 전송 안테나 또는 수신 안테나의 양을 표시하고, 즉, MIMO 시스템은 N개의 전송 안테나들 및 N개의 수신 안테나들을 가진다.
UE는 채널 측정을 통해 상관 매트릭스를 획득할 수 있고, 이것은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 알려져 있고 따라서 본 발명의 본질에 대한 영향을 방지하기 위해 여기에 상술되지 않을 것임을 유념해야 한다.
본 발명을 더욱 분명히 이해하기 위해, [수학식 1]은 상관 매트릭스 R에 대한 예시적인 매트릭스 표현을 제공한다:
[수학식 1]
매트릭스는 4×4 매트릭스, 즉 4개의 전송 안테나들 및 4개의 수신 안테나들을 가지는 것임을 안다. 이 매트릭스에서, 대각 요소들은 양의 실수들이고 대각외 요소들은 모두 복소수들이다. 매트릭스에서 기호 "conj"는 켤레를 표시하고, 예를 들면, conj(R23)은 요소 R23 의 켤레를 표시하고; 따라서, 상관 매트릭스 R에서의 대각외 요소들은 대각선에 대해 대칭적이다. 상관 매트릭스 R의 대칭 특성으로 인해, 수신단(예를 들면, UE)이 상부 삼각형에서 각각의 요소들 및 상관 매트릭스에서의 대각 요소들을 피드백하고, 전송단(예를 들면, BS)이 획득된 피드백에 기초하여 수신단에서의 상관 매트릭스와 유사한 상관 매트릭스를 구성할 수 있는 것만이 요구된다. 여기서 "유사한(similar)"은 특정 양자화 에러가 존재함을 의미하지만, 매트릭스의 전체 구성의 관점으로부터, 수신단 및 전송단에서의 상관 매트릭스들이 동일함을 유념해야 한다.
또한, 상관 매트릭스의 N개의 대각 요소들([수학식 1]에서 4) 및 개의 대각외 요소들([수학식 1]에서 6)을 전송단에 피드백하도록 요구되는 것을 [수학식 1]로부터 알 수 있다. 따라서, 피드백되도록 요구되는 비트수들은 매트릭스에서 피드백하도록 요구되는 요소들의 수에 상관되고, 이것은 이후 상세히 기술될 것이다. 상관 매트릭스의 구성은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 알려져 있고, 여기서 상술하지 않을 것이다.
도 1을 참조하여, 참조 번호들 S1 및 S1'로 표시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라, 수신단(예를 들면, UE) 및 전송단(BS)에서, 상관 매트릭스에 대한 코드북들은 상관 매트릭스의 켤레 특성 및 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 구성된다. 이렇게 구성된 코드북들은 후속 이용을 위해 수신단 및 전송단에서 미리 저장될 수 있다.
종래 기술에서, 예를 들면, IEEE 802.16m 명세에서, 코드북은 대각외 요소들과 대각 요소들 사이의 관계를 고려하지 않고, 상관 매트릭스의 고유한 켤레 대칭 특성을 이용함으로써 구성될 뿐이다. 그러나, 본 발명은 이러한 관계를 고려하여, 구성 처리 동안 더욱 개선되고; 따라서, 본 발명의 피드백 방식은 IEEE 802.16m에 이용된 바와 같은 피드백 방식보다 더욱 효율적이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하는 단계는: 상관 매트릭스의 요소들이 제 1 그룹의 값들, 제 2 그룹의 값들, 및 제 3 그룹의 값들로 분할되는 단계(S11); 및 l-비트 인덱스로 표현된 제 1 코드북, m-비트 인덱스로 표현된 제 2 코드북, 및 n-비트 인덱스로 표현된 제 3 코드북이 제 1 그룹의 값들, 제 2 그룹의 값들, 및 제 3 그룹의 값들에 대해 각각 구성되고, l, m, 및 n ≥ 0인 단계(S12)를 포함한다.
비교에 의해 예시하기 위해, [수학식 2]는 기존의 IEEE 802.16m 명세에서의 전송단에서 상관 매트릭스에서의 각각의 요소를 양자화하기 위한 표현식 (2)를 제공한다:
[수학식 2]
기존의 IEEE 802.16m 명세에서, 상관 매트릭스는 양자화를 대기하기 위해 a 및 b로 각각 표시된 2개의 그룹들로 분할되고; 따라서, 그룹 a 및 그룹 b에 대한 코드북들을 각각 구성하는 것만 요구되는 것을 알 수 있다. 더 많은 상세들에 대해, IEEE 802.16m 명세의 특정 규정을 참조한다.
대조적으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 2의 제 1 그룹의 값들은 상기에 논의된 상관 매트릭스의 대각 요소 값들 Rii (양의 실수임)을 표시한다.
제 2 그룹의 값들은 상관 매트릭스의 대각외 상관 계수 크기들 rij(1보다 작은 양의 실수임)을 표시한다.
제 3 그룹의 값들은 상관 계수의 대각외 상관 계수 위상들 θij([0, 2π)의 범위에서)을 표시하고; i 및 j는 상관 매트릭스의 로우들 및 컬럼들의 인덱스들을 각각 표시하고; 상관 매트릭스에서의 대각외 요소 Rij 는 로 표현된다.
대각 상관 계수 위상들 θ ij 은 또한 다른 값들, 예를 들면 [-π, π) 등일 수 있음을 알아야 한다.
따라서, 상관 매트릭스에서의 모든 요소들은 다음의 [수학식 3]으로 표현될 수 있다:
[수학식 3]
도 1로 다시 돌아가서, 상관 매트릭스에 대한 코드북들이 상관 매트릭스의 켤레 특성 및 및 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 구성된 후에, 단계(S2)에서, 구성된 코드북들로부터 코드워드가 선택된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 코드북들에서의 코드워드는 레벨들로 양자화될 수 있고, 이것은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 알려져 있고 따라서 여기에 상술되지 않을 것이다.
다음에, 단계(S3)에서, 코드북들에서 선택된 코드워드의 대응하는 인덱스가 전송단에 피드백된다.
상관 매트릭스의 대칭 특성으로 인해, 수신단으로부터 전송단으로 N-대각 요소들 및 개의 대각외 요소들의 인덱스들을 피드백하도록 요구됨을 유념해야 한다. 따라서, 상관 매트릭스가 3그룹들의 값들로 분할된 후에, 제 1 코드북, 제 2 코드북, 및 제 3 코드북에서의 인덱스들의 피드백된 양들은 각각 N, , 및 이다. 3개의 코드북들의 인덱스들이 각각 l 비트들, m 비트들, 및 n 비트들로 표현되기 때문에, 이들은 lN 비트들, 비트들, 및 비트들에 각각 대응하고; 따라서, 피드백될 총 비트들의 양은 이다. 따라서, 수신단에서의 인코더 복잡성은 이고, 여기서 는 x-비트 코드북으로부터의 처리 복잡성을 표현하고, 는 로 표현된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1에서 대안적인 단계들 S0 및 S0'로 표시된 바와 같이, 대안적으로, 코드북들을 구성하기 전에(즉, 단계(S1) 전에) 또는 단계(S1) 동안, 상관 매트릭스의 요소들은 상관 매트릭스의 대각선 상의 최대값을 이용하여 정규화된다.
본 발명에서의 정규화는 종래 기술의 정규화 방식, 예를 들면 IEEE 802.16m 명세와 상이함을 유념해야 한다. [수학식 4]은 IEEE 802.16m에서의 양자화 방법을 도시한다:
[수학식 4]
IEEE 802.16m에서의 정규화 방식은 상관 매트릭스에서의 모든 요소들의 절대값들 중에서 최대값을 이용하여 수행되지만, 본 발명에서, 정규화는 대각 요소들 중에서 최대값을 이용하여 수행된다는 것이 [수학식 4]로부터 보여진다. 이러한 점은 IEEE 802.16m과 상당히 상이하다.
다음에, 도 1을 계속 참조하여, 단계(S4)에 도시된 바와 같이, 전송단(예를 들면, BS)은 수신단(예를 들면, UE)으로부터 피드백되는 상관 매트릭스의 코드워드의 인덱스를 수신한다; 다음에, S5에 도시된 바와 같이, 전송단에서, 수신된 인덱스에 기초하여 상관 매트릭스에 대한 이전에 구성된 코드북들로부터 대응하는 코드워드(S1'에 도시된 바와 같이)가 획득된다; 그 후에, S6에 도시된 바와 같이, 전송단에서, 이전 상관 매트릭스와 유사하거나 이에 대응하는 상관 매트릭스는 획득된 코드워드에 기초하여 구성된다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 여기서 "유사한"은 특정 양자화 에러가 존재함을 의미하지만, 매트릭스의 전체 구성의 관점으로부터, 수신단 및 전송단에서의 상관 매트릭스들이 동일함을 알 것이다.
이후, 일반적인 MIMO 시스템에서 종래 기술을 능가하는 시스템 성능에 대한 본 발명의 개선이 더욱 특정한 예와 함께 기술될 것이다.
본 발명의 제 1 예는 다음의 파라미터들을 채택하며, 즉 도시형 매크로-셀룰러 통신 모델(UMI) 시나리오에서, 안테나들 사이의 거리는 0.5 파장이고, N = 4(안테나들은 4×4 어레이를 가짐), l = 2, m = 0, n = 4임을 가정하고, 모든 랜덤 팩터들이 정규화되었고 서로 독립적이고, 각각의 그룹에서의 랜덤 팩터들은 동일하게 분포됨을 가정한다. 세 개의 그룹의 값들에 대한 코드북들이 하기에 제공된다.
[표 1]은 l = 2일 때 대각 요소들에 대한 코드북을 도시한다.
여기서 양자화 값들은 균일하거나 불균일할 수 있음을 유념한다. 예를 들면, 상기 양자화 값들은 (0.25, 0.5, 0.75, 1) 등일 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 원하는 양자화 값들을 경험적으로 또는 필요에 따라 설정할 수 있다.
따라서, lN에 기초하여, 대각 요소들을 피드백하기 위한 비트들의 수는 8 비트들(2×4)이다.
본 발명의 제 1 예에 따라, 대각 상관 계수 크기 rij를 0.7로 고정되게 하고, 즉 m = 0으로 둔다. 상관 계수 크기에 대한 비트들의 총수는 또는 0 비트들이다.
또한, 본 발명의 제 1 예에 따라, n = 4일 때, 대각외 상관 계수 위상들 θij을 양자화하기 위한 코드북은 [표 2]에 도시된다:
따라서, 4개의 안테나들(즉, N = 4)의 경우에, 본 발명의 이 예는 피드백을 위해 총 32 비트들을 필요로 한다.
이후, 32 비트들, 이상적 양자화 및 IEEE 802.16m 양자화 방식을 채택하는 본 발명의 시스템 성능들은 시뮬레이션을 통해 동일한 전송 조건 하에서 비교된다.
먼저, 시뮬레이션 및 비교가 물리 계층에서 이루어진다.
[표 3]에 도시된 바와 같이, 시뮬레이션에 대한 환경을 제공한다.
여기서, 각각의 파라미터들의 값들은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 알려져 있고 따라서 여기서 상술되지 않을 것이다.
[표 4]는 시뮬레이션 처리에서 획득되는 바와 같은 평균 방향 에러의 시뮬레이션 결과를 도시한다. IEEE 802.16m에서 28-비트 양자화 방식과 비교하여, 본 발명의 실시예에 의해 채택된 32-비트 양자화 방식은 평균 방향 에러의 관점에서 약 10% 낮다는 것을 안다.
이후, 이상적 양자화, 802.16m 양자화 방식 및 본 발명의 양자화 방식에서 블록 에러 레이트들(BLER)을 비교하기 위해 링크 계층에 대한 시뮬레이션이 수행된다. [표 5]는 물리 계층 시뮬레이션 구성을 도시한다.
여기서, 각각의 파라미터들의 값들은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 알려져 있고 따라서 여기서 상술되지 않을 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 링크 계층에서의 신호대 잡음비(SNR)에 대한 BLER의 시뮬레이션 결과를 도시한다. IEEE 802.16m에서의 28-비트 양자화 방식에 비해, 본 32-비트 양자화 방식은 이상적인 양자화 방식에 더 근접하고 상당히 양호하다는 것이 보여진다.
이후, 이상적인 양자화에서의 처리량, 802.16m 양자화 방식 및 본 발명에서의 양자화 방식을 비교하기 위해 시스템 계층에 대한 시뮬레이션이 수행된다. [표 6]은 시스템 계층 시뮬레이션 구성을 도시한다.
여기서, 각각의 파라미터들의 값들은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 알려져 있고 따라서 여기서 상세히 기술되지 않을 것이다.
[표 7]은 시스템 계층에서 처리량의 시뮬레이션 결과를 도시한다. 본 32-비트 양자화 시스템은 IEEE 802.16m에서 28-비트 양자화 방식을 상당히 능가하고, 본 발명의 처리량은 IEEE 802.16m 양자화 방식의 것보다 약 10% 더 높음이 보여진다.
상관 매트릭스의 포텐셜을 더 이용하기 위해, 본 발명은 다른 예시적인 시나리오들과의 추가의 비교를 행한다. [표 8]은 다른 3개의 예시적인 시나리오들에서 시스템 계층의 처리량에 관한 비교를 제공한다. [표 8]의 시뮬레이션 결과들은 모두 [표 6]에 도시된 바와 같은 구성에 기초함을 유념한다.
또한, [표 8]의 예 1에서, 상관 매트릭스의 대각 값들이 1로 고정되고, 대각외 상관 계수 크기들이 0.6으로 고정되고; 따라서, 두 값들에 대한 코드북들은 둘다 0비트들이고 대각외 상관 계수 위상에 대한 코드북은 3비트이고; 따라서, 8개의 양자화 값들을 가질 수 있고; 이들 양자화 값들을 {rπ/4, r=0,…,7}로 두어, 예에서 피드백에 대한 총 비트들은 18 비트들임을 유념해야 한다.
[표 8]의 예 2에서, 상관 매트릭스의 대각 양자화 값들은 {0.3, 0.6, 0.9, 1}이고, 대각 양자화 값들에 대한 코드북은 2 비트들이고; 상관 매트릭스의 대각외 상관 계수 크기들의 양자화 값들은 {0.4, 0.8}이고, 대응적으로, 대각외 상관 계수 크기들에 대한 코드북은 1 비트이고; 또한, 대각외 상관 계수 위상들에 대한 코드북은 또한 본 예 2에서 3 비트들이고; 양자화 값들은 예에서 동일하고, 즉, {rπ/4, r=0,…,7}이다. 따라서, 예 2에서 피드백을 위한 총 비트들은 32 비트들이다.
[표 8]의 예 3에서, 상관 매트릭스의 대각 양자화 값들은 {0.3, 0.6, 0.9, 1}이고, 대각 양자화 값들에 대한 코드북은 2 비트들이고; 상관 매트릭스의 대각외 상관 계수 크기들의 양자화 값들은 {0.2, 0.5, 0.7, 0.9}이고, 대응적으로, 대각외 상관 계수 크기들에 대한 코드북은 2 비트이고; 또한, 대각외 상관 계수 위상들에 대한 코드북은 본 예 3에서 5 비트들이고; 양자화 값들은, {rπ/16, r=0,…, 31}이다. 따라서, 예 3에서 피드백을 위한 총 비트들은 50 비트들이다.
예 2의 경우에, 처리량은 IEEE 802.16m보다 개선되고, 즉 4-비트 롱-텀 피드백 양을 증가시키는 것을 통해, 시스템 처리량은 9%만큼 증가될 수 있다는 것이 [표 8]로부터 보여진다. 추가로, 예 3의 경우에, 50-비트 피드백이 채택될 때, 처리량은 이상적인 상태에 근접한다. 예 1의 경우에, IEEE 802.16m에 의해 채택된 비트들의 수의 약 65%인 18-비트 피드백만이 채택되어, 인코더 복잡성을 상당히 감소시킬 수 있지만, 한편으로 IEEE 802.16m에 실질적으로 동일한 처리량을 달성할 수 있다.
상기 비교들을 통해, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 본 발명의 기술적 솔루션의 채택이 동일한 인코더 복잡성으로 성능의 상당한 개선을 달성할 수 있거나, 성능이 실질적으로 변하지 않는 경우에, 리던던트 오버헤드들이 동적으로 감소되고; 따라서, 상관 매트릭스의 포텐셜이 거의 완전히 이용될 수 있음을 알 것이다.
따라서, 상기 기술에 기초하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은: 상관 매트릭스의 켤레 특성에 기초하고 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하기 위한 구성 단계(110); 구성된 코드북들로부터 코드워드를 선택하기 위한 선택 단계(120); 및 코드북들에서 선택된 코드워드의 대응하는 인덱스를 피드백하기 위한 피드백 단계(130)를 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 구성 단계 전에, 상관 매트릭스 대각선 상의 최대값을 이용하여 상관 매트릭스의 요소들을 정규화하기 위한 대안적인 정규화 단계(100)를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 또한 다중-입력 다중-출력 시스템에서 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은: 제 1 상관 매트릭스의 켤레 특성, 및 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 제 1 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하기 위한 구성 단계(210); 제 1 상관 매트릭스의 코드워드의 인덱스를 수신하기 위한 수신 단계(220); 제 1 상관 매트릭스에 대한 구성된 코드북들로부터 대응하는 코드워드를 획득하기 위한 획득 단계(230); 및 획득된 코드워드에 기초하여 제 1 상관 매트릭스에 대응하는 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 구성 단계(240)를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 구성 단계 전에, 상관 매트릭스 대각선 상의 최대값을 이용하여 상관 매트릭스의 요소들을 정규화하기 위한 대안적인 정규화 단계(200)를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 또한 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백하기 위한 장치를 제공하고, 상기 장치는: 상관 매트릭스의 켤레 특성에 기초하고 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하도록 구성된 구성 모듈(310); 구성된 코드북들로부터 코드워드를 선택하도록 구성된 선택 모듈(320); 및 코드북들에서 선택된 코드워드의 대응하는 인덱스를 피드백하도록 구성된 피드백 모듈(330)을 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 구성 단계 전에, 상관 매트릭스 대각선 상의 최대값을 사용하여 상관 매트릭스의 요소들을 정규화하도록 구성된 대안적인 정규화 모듈(300)을 포함한다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 또한 다중-입력 다중-출력 시스템에서 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 장치를 제공하고, 상기 장치는: 제 1 상관 매트릭스의 켤레 특성, 및 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 제 1 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하도록 구성된 구성 모듈(410); 제 1 상관 매트릭스의 코드워드의 인덱스를 수신하도록 구성된 수신 모듈(420); 제 1 상관 매트릭스에 대한 구성된 코드북으로부터 대응하는 코드워드를 획득하도록 구성된 획득 모듈(430); 및 획득된 코드워드에 기초하여 제 1 상관 매트릭스에 대응하는 제 2 상관 매트릭스를 구성하도록 구성된 매트릭스 구성 모듈(440)을 포함한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 구성 단계 전에, 상관 매트릭스 대각선 상의 최대값을 이용하여 상관 매트릭스의 요소들을 정규화하기 위한 대안적인 정규화 단계(400)를 포함한다.
또한, 본 발명은 수신단 및 전송단을 포함하는 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백 및 구성하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은: 수신단 및 전송단에서, 상관 매트릭스의 켤레 특성 및 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하는 단계; 수신단에서, 구성된 코드북들로부터 코드워드를 선택하는 단계; 코드북들에서 선택된 코드워드에 대한 대응하는 인덱스를 전송단에 피드백하는 단계; 전송단에서, 상관 매트릭스에서 선택된 코드워드의 인덱스를 수신하는 단계; 인덱스에 기초하여 상관 매트릭스에 대한 구성된 코드북으로부터 대응하는 코드워드를 획득하는 단계; 및 획득된 코드워드에 기초하여 상관 매트릭스에 대응하는 추가의 상관 매트릭스를 구성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 방법들 및 장치들은 하드웨어, 회로, 처리기, 소프트웨어, 펌웨어, 및 그 다양한 조합들을 포함하지만 이에 제한되지 않고 임의의 방식으로 구현될 수 있다. 본 발명의 보호 범위는 상기 개시된 내용에 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들 및 변형들을 받을 수 있음을 알아야 한다.
300 : 정규화 모듈 310 : 구성 모듈
320 : 선택 모듈 330 : 피드백 모듈
410 : 구성 모듈 420 : 수신 모듈
430 : 획득 모듈 440 : 매트릭스 구성 모듈
320 : 선택 모듈 330 : 피드백 모듈
410 : 구성 모듈 420 : 수신 모듈
430 : 획득 모듈 440 : 매트릭스 구성 모듈
Claims (17)
- 다중-입력 다중-출력 시스템(multi-input multi-output system)에서 상관 매트릭스(correlation matrix)를 피드백하기 위한 방법에 있어서:
상기 상관 매트릭스의 켤레 특성(conjugation nature)에 기초하고 상기 상관 매트릭스에서 대각 요소들(diagonal elements) 과 대각외 요소들(off-diagonal elements) 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상기 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하는 단계;
상기 구성된 코드북들로부터 코드워드를 선택하는 단계; 및
상기 코드북들에서 상기 선택된 코드워드의 대응하는 인덱스를 피드백하는 단계를 포함하고,
상기 상관 매트릭스에서의 대각 요소들은 Rij (i=j)로 표현되고, 상기 상관 매트릭스에서의 상기 대각외 요소들은 로 표현되고, 상기 i 및 j는 상기 상관 매트릭스의 로우들 및 컬럼들의 인덱스들을 각각 표시하고,
상기 구성 단계는:
상기 상관 매트릭스의 요소들을 제 1 그룹의 값들, 제 2 그룹의 값들, 및 제 3 그룹의 값들로 분할하는 단계; 및
상기 제 1 그룹의 값들, 상기 제 2 그룹의 값들, 및 상기 제 3 그룹의 값들에 대해 각각, l-비트 인덱스로 표현된 제 1 코드북, m-비트 인덱스로 표현된 제 2 코드북, 및 n-비트 인덱스로 표현된 제 3 코드북을 구성하는 단계로서, 상기 l, m, 및 n ≥ 0인, 상기 제 1 코드북 내지 제 3 코드북 구성 단계를 포함하는, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백하기 위한 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 그룹의 값들은 상기 상관 매트릭스의 대각 요소들 값들 Rii 을 표시하고, Rii 는 양의 실수이고;
상기 제 2 그룹의 값들은 상기 상관 매트릭스의 대각외 상관 계수 크기들 rij을 표시하고, rij는 1보다 작은 양의 실수이고;
상기 제 3 그룹의 값들은 상기 상관 매트릭스의 대각외 상관 계수 위상들 θij을 표시하고, θij는 [0, 2π)의 범위에 있고,
상기 i 및 j는 상기 상관 매트릭스의 로우들 및 컬럼들의 인덱스들을 각각 표시하고; 상기 상관 매트릭스에서의 상기 대각외 요소 Rij 는 로 표현되는, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백하기 위한 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 l, m, 및 n의 값들은: {l = 0, m = 0, n = 3}; {l = 2, m = 1, n = 3}; {l = 2, m = 0, n = 4}; 및 {l = 2, m = 2, n = 5}, 중 하나로부터 선택되는, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백하기 위한 방법. - 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코드북들 구성 단계 전에, 상기 상관 매트릭스 대각선 상의 최대값을 이용하여 상기 상관 매트릭스의 요소들을 정규화하는 단계(normalizing)를 더 포함하는, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백하기 위한 방법. - 다중-입력 다중-출력 시스템에서 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 방법에 있어서:
제 1 상관 매트릭스의 켤레 특성에 기초하고 상기 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상기 제 1 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하는 단계;
상기 제 1 상관 매트릭스의 코드워드의 인덱스를 수신하는 단계;
상기 인덱스에 기초하여 상기 제 1 상관 매트릭스에 대한 상기 구성된 코드북들로부터 대응하는 코드워드를 획득하는 단계; 및
상기 획득된 코드워드에 기초하여 상기 제 1 상관 매트릭스에 대응하는 제 2 상관 매트릭스를 구성하는 단계를 포함하고,
상기 상관 매트릭스에서의 대각 요소들은 Rij (i=j)로 표현되고, 상기 상관 매트릭스에서의 상기 대각외 요소들은 로 표현되고, 상기 i 및 j는 상기 상관 매트릭스의 로우들 및 컬럼들의 인덱스들을 각각 표시하고,
상기 코드북들 구성 단계는:
상기 제 1 상관 매트릭스의 요소들을 제 1 그룹의 값들, 제 2 그룹의 값들, 및 제 3 그룹의 값들로 분할하는 단계; 및
상기 제 1 그룹의 값들, 상기 제 2 그룹의 값들, 및 상기 제 3 그룹의 값들에 대해 각각, l-비트 인덱스로 표현된 제 1 코드북, m-비트 인덱스로 표현된 제 2 코드북, 및 n-비트 인덱스로 표현된 제 3 코드북을 구성하는 단계로서, 상기 l, m, 및 n ≥ 0인, 상기 제 1 코드북 내지 상기 제 3 코드북 구성 단계를 포함하는, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 방법. - 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 그룹의 값들은 상기 제 1 상관 매트릭스의 대각 요소들 값들 Rii 을 표시하고, Rii 는 양의 실수이고;
상기 제 2 그룹의 값들은 상기 제 1 상관 매트릭스의 대각외 상관 계수 크기들 rij을 표시하고, rij는 1보다 작은 양의 실수이고;
상기 제 3 그룹의 값들은 상기 제 1 상관 매트릭스의 대각외 상관 계수 위상들 θij을 표시하고, θij는 [0, 2π)의 범위에 있고,
상기 i 및 j는 상기 제 1 상관 매트릭스의 로우들 및 컬럼들의 인덱스들을 각각 표시하고; 상기 제 1 상관 매트릭스에서의 상기 대각외 요소 Rij 는 로 표현되는, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 l, m, 및 n의 값들은: {l = 0, m = 0, n = 3}; {l = 2, m = 1, n = 3}; {l = 2, m = 0, n = 4}; 및 {l = 2, m = 2, n = 5}, 중 하나로부터 선택되는, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 방법. - 제 7 항, 제 9 항, 제 10 항, 또는 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코드북들 구성 단계 전에, 상기 제 1 상관 매트릭스 대각선 상의 최대값을 이용하여 상기 제 1 상관 매트릭스의 요소들을 정규화하는 단계를 더 포함하는, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 방법. - 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백하기 위한 장치에 있어서:
상기 상관 매트릭스의 켤레 특성에 기초하고 상기 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상기 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하도록 구성된 구성 모듈;
상기 구성된 코드북들로부터 코드워드를 선택하도록 구성된 선택 모듈; 및
상기 코드북들에서 상기 선택된 코드워드의 대응하는 인덱스를 피드백하도록 구성된 피드백 모듈을 포함하고,
상기 상관 매트릭스에서의 대각 요소들은 Rij (i=j)로 표현되고, 상기 상관 매트릭스에서의 상기 대각외 요소들은 로 표현되고, 상기 i 및 j는 상기 상관 매트릭스의 로우들 및 컬럼들의 인덱스들을 각각 표시하고,
상기 구성 모듈은:
상기 상관 매트릭스의 요소들을 제 1 그룹의 값들, 제 2 그룹의 값들, 및 제 3 그룹의 값들로 분할하도록 구성되고;
상기 제 1 그룹의 값들, 상기 제 2 그룹의 값들, 및 상기 제 3 그룹의 값들에 대해 각각, l-비트 인덱스로 표현된 제 1 코드북, m-비트 인덱스로 표현된 제 2 코드북, 및 n-비트 인덱스로 표현된 제 3 코드북을 구성하도록 구성되고, 상기 l, m, 및 n ≥ 0인, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백하기 위한 장치. - 다중-입력 다중-출력 시스템에서 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 장치에 있어서:
제 1 상관 매트릭스의 켤레 특성 및 상기 상관 매트릭스에서 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상기 제 1 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하도록 구성된 구성 모듈로서, 상기 제 1 상관 매트릭스는 N×N 차원을 가지고, 상기 N은 상기 다중-입력 다중-출력 시스템에서 전송 안테나들 또는 수신 안테나들의 수를 표시하는, 상기 구성 모듈;
상기 제 1 상관 매트릭스의 코드워드의 인덱스를 수신하도록 구성된 수신 모듈;
상기 인덱스에 기초하여 상기 제 1 상관 매트릭스에 대한 상기 구성된 코드북들로부터 대응하는 코드워드를 획득하도록 구성된 획득 모듈; 및
상기 획득된 코드워드에 기초하여 상기 제 1 상관 매트릭스에 대응하는 제 2 상관 매트릭스를 구성하도록 구성된 매트릭스 구성 모듈을 포함하고,
상기 상관 매트릭스에서의 대각 요소들은 Rij (i=j)로 표현되고, 상기 상관 매트릭스에서의 상기 대각외 요소들은 로 표현되고, 상기 i 및 j는 상기 상관 매트릭스의 로우들 및 컬럼들의 인덱스들을 각각 표시하고,
상기 코드북들을 구성하도록 구성된 구성 모듈은:
상기 제 1 상관 매트릭스의 요소들을 제 1 그룹의 값들, 제 2 그룹의 값들, 및 제 3 그룹의 값들로 분할하도록 구성되고;
상기 제 1 그룹의 값들, 상기 제 2 그룹의 값들, 및 상기 제 3 그룹의 값들에 대해 각각, l-비트 인덱스로 표현된 제 1 코드북, m-비트 인덱스로 표현된 제 2 코드북, 및 n-비트 인덱스로 표현된 제 3 코드북을 구성하도록 구성되고, 상기 l, m, 및 n ≥ 0인, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 제 2 상관 매트릭스를 구성하기 위한 장치. - 수신단 및 전송단을 포함하는 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백 및 구성하기 위한 방법에 있어서:
상기 수신단 및 상기 전송단에서, 상기 상관 매트릭스의 켤레 특성 및 상기 상관 매트릭스에서의 대각 요소들과 대각외 요소들 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상기 상관 매트릭스에 대한 코드북들을 구성하는 단계;
상기 수신단에서,
상기 구성된 코드북들로부터 피드백될 상관 매트릭스를 표현하는 코드워드를 선택하는 단계와;
상기 상관 매트릭스에서의 상기 선택된 코드워드에 대응하는 인덱스를 상기 전송단에 피드백하는 단계;
상기 전송단에서,
상기 상관 매트릭스에서의 상기 코드워드의 인덱스를 수신하는 단계와;
상기 인덱스에 기초하여 상기 구성된 코드북들로부터 상기 대응하는 코드워드를 획득하는 단계; 및
상기 획득된 코드워드에 기초하여 상기 상관 매트릭스에 대응하는 추가의 상관 매트릭스를 구성하는 단계를 포함하고,
상기 상관 매트릭스에서의 대각 요소들은 Rij (i=j)로 표현되고, 상기 상관 매트릭스에서의 상기 대각외 요소들은 로 표현되고, 상기 i 및 j는 상기 상관 매트릭스의 로우들 및 컬럼들의 인덱스들을 각각 표시하고,
상기 코드북들 구성 단계는:
상기 상관 매트릭스의 요소들을 제 1 그룹의 값들, 제 2 그룹의 값들, 및 제 3 그룹의 값들로 분할하는 단계; 및
상기 제 1 그룹의 값들, 상기 제 2 그룹의 값들, 및 상기 제 3 그룹의 값들에 대해 각각, l-비트 인덱스로 표현된 제 1 코드북, m-비트 인덱스로 표현된 제 2 코드북, 및 n-비트 인덱스로 표현된 제 3 코드북을 구성하는 단계로서, 상기 l, m, 및 n ≥ 0인, 상기 제 1 코드북 내지 상기 제 3 코드북 구성 단계를 포함하는, 다중-입력 다중-출력 시스템에서 상관 매트릭스를 피드백 및 구성하기 위한 방법. - 삭제
- 삭제
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