KR101470503B1 - 다중 입출력 통신 시스템을 위한 채널 정보 피드백 방법 및장치 - Google Patents

다중 입출력 통신 시스템을 위한 채널 정보 피드백 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

다중 입출력 통신 시스템을 위한 채널 정보 피드백 방법이 제공된다. 적어도 하나의 단말 각각은 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 생성된 피드백 정보를 기지국으로 제공한다. 또한, 기지국은 적어도 하나의 단말 각각으로부터 제공된 피드백 정보를 적절히 처리하여 다운링크 채널들 각각에 대한 채널 정보를 파악한다.
다중 입출력, MIMO, 피드백, 채널 정보, 확산, 아날로그, 디지털, 양자화, 다운링크, 업링크

Description

다중 입출력 통신 시스템을 위한 채널 정보 피드백 방법 및 장치{DEVICE AND METHOD OF FEEDBACKING CHANNEL INFORMATION}
본 발명의 실시예들은 다중 입출력 통신 시스템에서 채널 정보를 피드백하는 단말들 및 채널 정보를 수신하는 기지국에 관한 것이다.
최근 무선 통신 환경에서 멀티미디어 서비스 등 다양한 서비스들을 제공하고, 고품질 및 고속으로 데이터를 전송하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 이러한 연구의 일환으로 공간 영역에서 다수의 채널들을 이용하는 MIMO(multiple input multiple output) 통신 시스템과 관련된 기술이 급속도로 발전하고 있다.
MIMO 통신 시스템에서, 기지국은 공간 분할 다중(Spatial Division Multiplexing, SDM) 방식 및 공간 분할 다중 접속(Spatial Division Multiplexing Access, SDMA) 방식을 사용할 수 있다. 즉, 기지국은 SDM 방식에 따라 복수의 안테나들을 통하여 복수의 데이터 스트림들을 동시에 전송할 수 있으며, SDMA 방식에 따라 복수의 안테나들을 통하여 복수의 데이터 스트림들을 다중 사용자들에게 전송할 수 있다.
이 때, 기지국이 복수의 안테나들을 이용하여 효율적으로 복수의 데이터 스 트림들을 전송하기 위해서는 기지국의 복수의 안테나들과 적어도 하나의 사용자 사이에 형성된 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 파악해야 한다. 따라서, 적어도 하나의 사용자는 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 기지국으로 피드백해야 한다.
적어도 하나의 사용자가 기지국으로 채널 정보를 피드백하기 위해서는 업링크 무선 자원이 요구된다. 이러한 업링크 무선 자원은 MIMO 통신 시스템의 성능을 감소시키거나, MIMO 통신 시스템에서 발생하는 오버헤드를 증가시키는 원인이 될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법은 기지국의 복수의 전송 안테나들 및 단말의 적어도 하나의 수신 안테나 사이에 형성된 다운링크 채널들을 추정하는 단계, 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 피드백 정보를 생성하는 단계 및 상기 기지국으로 상기 생성된 피드백 정보를 제공하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 복수의 확산 시퀀스들 각각은 상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응되고, 서로에게 간섭을 주지 않도록 설계되거나, 서로 직교성을 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 복수의 확산 시퀀스들 각각은 복수의 단말들 각각에 대응될 수 있다.
특히, 피드백 정보를 생성하는 단계는 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 상기 복수의 전송 안테나들 및 상기 적어도 하나의 수신 안테나 각각에 대응하는 서브 피드백 정보를 생성하고, 상기 서브 피드백 정보를 기초로 상기 피드백 정보를 생성하는 단계일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법은 기지국의 복수의 전송 안테나들 및 단말의 적어도 하나의 수신 안테나 사이에 형성된 다운링크 채널들을 추정하는 단계, 아날로그 피드백 기법 또는 디지털 피드백 기법 중 어느 하나의 기법을 선택하는 단계 및 상기 선택된 어느 하나의 기법에 따라 상기 기지국으로 피드백 정보 또는 상기 다운링크 채널들의 벡터에 대한 인덱스 정보를 제공하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 피드백 정보는 상기 아날로그 피드백 기법에서 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 생성되고, 상기 인덱스 정보는 상기 디지털 피드백 기법에서 양자화된 벡터 공간 상에서 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 기초로 결정된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기지국이 채널 정보를 인지하는 방법은 적어도 하나의 단말로부터 제공된 피드백 정보를 수신하는 단계, 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 상기 수신된 피드백 정보를 처리하여 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 추출하는 단계 및 상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 기초로 상기 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 인지하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 기지국의 복수의 전송 안테나들 및 단말의 적어도 하나의 수신 안테나 사이에 형성된 다운링크 채널들을 추정하는 채널 추정부, 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 피드백 정보를 생성하는 피드백 정보 생성부 및 상기 기지국으로 상기 생성된 피드백 정보를 제공하는 피드백 정보 제공부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기지국은 적어도 하나의 단말로부터 피드백된 피드백 정보를 수신하는 피드백 정보 수신부, 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 상기 수신된 피드백 정보를 처리하여 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 추출하는 안테나-채널 정보 추출부 및 상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 기초로 상기 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 인지하는 채널 정보 인지부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 단말은 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 피드백 정보를 생성함으로써, 채널 정보를 피드백하는 데에 필요한 업링크 무선 자원의 사용 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 다운링크 채널들의 인덱스 정보를 이용하여 피드백 정보를 생성하는 것이 아니라, 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 피드백 정보를 생성함으로써, 피드백 정보의 양인 피드백 비트 수를 증가시키지 않고도 높은 신호 대 잡음 비에서 다중화 이득(multiplexing gain)을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 피드백 정보를 생성하는 데에 복수의 확산 시퀀스들을 이용함으로써, 낮은 신호 대 잡음 비에서도 효율적으로 피드백 정보를 기지국으로 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기지국은 복수의 확산 시퀀스들을 이용하여 단말로부터 제공된 피드백 정보를 처리함으로써, 효율적으로 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 인지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 아날로그 피드백 기법 또는 디지털 피드백 기법을 선택적으로 적용할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템의 일예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 다중 사용자 MIMO 통신 시스템은 하나의 기지국(110) 및 복수의 사용자들(120, 130, 140)을 포함한다. 기지국(110)에는 M 개의 전송 안테나들이 설치되며, 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각에는 하나 또는 둘 이상의 수신 안테나들이 설치될 수 있다.
그리고, 기지국(110)과 각각의 복수의 사용자들(120, 130, 140) 사이에는 채널들(다운링크 채널들 또는 업링크 채널들)이 형성되며, 기지국(110)과 각각의 복수의 사용자들(120, 130, 140)은 형성된 채널을 통하여 신호를 송/수신한다.
기지국(110)은 복수의 사용자들(120, 130, 140)에게 하나 또는 둘 이상의 데이터 스트림들을 전송할 수 있다. 이 때, 기지국(110)은 공간 분할 다중화(Spatial Division Multiplexing Access) 기법에 따라 복수의 데이터 스트림들을 빔포밍하여 전송 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 기지국(110)은 빔포밍을 수행하기 위하여 또는 복수의 사용자들(120, 130, 140) 중 적어도 하나를 선택하기 위하여 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 파악해야 한다. 특히, 기지국(110)은 채널 정보를 기초로 GUS(Greedy User Selection, SUS(Semi-orthogonal User Selection) 등과 같은 다양한 사용자 선택 알고리즘을 이용하여 복수의 사용자들(120, 130, 140) 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
기지국(110)은 파일럿 신호들을 다운링크 채널을 통해 복수의 사용자들(120, 130, 140)에게 전송할 수 있다. 여기서, 파일럿 신호는 기지국(110) 및 복수의 사용자들(120, 130, 140)에게 잘 알려진(well-known) 신호이다. 이 때, 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각은 파일럿 신호를 이용하여 기지국(110) 및 복수의 사용자들(120, 130, 140) 사이에 형성된 다운링크 채널들을 추정할 수 있다.
또한, 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각은 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 기초로 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 기지국(110)으로 피드백한다. 이 때, 복수의 사용자들(120, 130, 140)이 기지국(110)으로 채널 정보를 피드백하기 위하여 다양한 피드백 기법들을 사용할 수 있다.
피드백 기법은 크게 디지털 피드백 기법 및 아날로그 피드백 기법으로 분류될 수 있다.
디지털 피드백 기법에서, 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각은 복수의 전송 안테나들과 수신 안테나들 각각 사이에 형성된 다운링크 채널들에 대한 벡터와 관련된 정보를 피드백한다. 특히, 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각은 벡터 공간을 미리 결정된 개수의 벡터들로 양자화할 수 있다. 그리고, 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각은 양자화된 벡터 공간 상에서, 다운링크 채널들에 대한 벡터와 가장 근접한 벡터를 선택하고, 선택된 벡터의 인덱스 정보를 기지국(110)으로 피드백할 수 있다.
또한, 아날로그 피드백 기법에서, 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각은 채널 정보를 피드백하기 위하여 양자화된 벡터 공간을 사용하지 않는다. 즉, 아날 로그 피드백 기법에서, 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각은 다운링크 채널들에 대한 벡터와 가장 근접한 벡터의 인덱스 정보를 기지국(110)으로 피드백하지 않으며, 다운링크 채널들에 대한 추정치들 또는 상기 추정치들을 적절히 가공하여 생성된 정보를 기지국(110)으로 피드백한다.
본 발명의 실시예들에 따른 단말은 아날로그 피드백 기법을 주요하게 사용할 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예들에 따른 단말은 디지털 피드백 기법 또는 아날로그 피드백 기법을 선택적으로 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 디지털 피드백 기법에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 기지국 및 단말 사이에 형성된 다운링크 채널들의 예들을 나타낸 도면이다.
도 2의 210을 참조하면, 기지국(211)에는 4 개의 전송 안테나들이 설치되어 있으며, 단말(212)에는 두 개의 수신 안테나들이 설치되어 있다.
이 때, 기지국(211)의 하나의 전송 안테나와 단말(212)의 두 개의 수신 안테나들 사이에는 두 개의 채널들(다운링크 채널들 또는 업링크 채널들)이 형성된다. 즉, Tx ant 1과 단말(212)의 두 개의 수신 안테나들 사이에는 채널 ① 및 채널 ②가 형성되고, Tx ant 2와 단말(212)의 두 개의 수신 안테나들 사이에는 채널 ③ 및 채널 ④가 형성된다. 마찬가지로, Tx ant 3과 단말(212)의 두 개의 수신 안테나들 사이에는 채널 ⑤ 및 채널 ⑥이 형성되고, Tx ant 4와 단말(212)의 두 개의 수신 안테나들 사이에는 채널 ⑦ 및 채널 ⑧이 형성된다.
도 2의 220을 참조하면, 기지국(221)에는 4 개의 전송 안테나들이 설치되어 있으며, 단말(222)에는 하나 수신 안테나가 설치되어 있다.
이 때, 기지국(221)의 하나의 전송 안테나와 단말의 수신 안테나 사이에는 하나의 채널이 형성된다. 즉, Tx ant 1과 단말(222)의 수신 안테나 사이에는 채널 ①이, Tx ant 2와 단말(222)의 수신 안테나 사이에는 채널 ②가, Tx ant 3과 단말(222)의 수신 안테나 사이에는 채널 ③이, Tx ant 4와 단말(222)의 수신 안테나 사이에는 채널 ④가 형성된다.
도면 부호 210 및 220에서, 단말(212, 222)은 채널들을 추정하고, 추정된 채널들에 대한 채널 정보를 기지국(211, 221)으로 제공해야 한다. 도면 부호 210에서, 채널들의 개수는 8개이므로, 단말(212)은 8 개의 채널들에 대한 채널 정보를 기지국(211)으로 제공해야 한다. 마찬가지로, 도면 부호 220에서, 단말(222)은 4 개의 채널 들에 대한 채널 정보를 기지국(220)으로 제공해야 한다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 단말(212, 222)은 채널들의 인덱스 정보를 피드백하는 디지털 피드백 기법뿐만 아니라, 채널들의 추정치들을 적절히 가공하여 피드백 정보를 생성하고, 생성된 피드백 정보를 피드백하는 아날로그 피드백 기법을 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 MIMO 통신 시스템에서, 다운링크 채널들의 채널 정보를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, bfb(m, k)는 m 번째 전송 안테나와 k 번째 사용자(단말) 사이에 형성된 다운링크 채널에 대한 추정치(채널 정보)이다. 예를 들어, bfb(1, 3)은 기 지국(310)의 첫 번째 전송 안테나와 단말 3(340) 사이에 형성된 다운링크 채널에 대한 추정치(채널 정보)를 의미하고, bfb(4, 2)는 네 번째 전송 안테나와 단말 2(330) 사이에 형성된 다운링크 채널에 대한 추정치(채널 정보)를 의미한다.
결국, 단말들(320, 330, 340, 350) 각각은 네 개의 다운링크 채널들에 대한 추정치들(채널 정보)을 기지국(310)으로 피드백해야 한다.
이 때, 일반적인 다중 사용자 MIMO 통신 시스템에서, 단말들(320, 330, 340, 350)은 시간 분할 접속 방식 또는 주파수 분할 접속 방식을 이용하여 단말들(320, 330, 340, 350)의 채널 정보 사이에 간섭을 최소화한다. 다만, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단말들(320, 330, 340, 350)은 적절히 확산 시퀀스들을 생성하고, 단말들(320, 330, 340, 350)의 채널 정보 사이에 간섭을 최소화하기 위하여 생성된 확산 시퀀스들을 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 서브 피드백 정보 및 피드백 정보를 생성하는 과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 단말(410)은 기지국의 네 개의 전송 안테나들과 단말(410)의 수신 안테나 사이에 형성된 다운링크 채널들에 대한 채널 정보 bfb1, bfb2, bfb3, bfb4(420)를 기지국으로 피드백한다. 여기서, bfbm은 기지국의 m 번째 전송 안테나와 단말(410)의 수신 안테나 사이에 형성된 다운링크 채널에 대한 채널 정보를 의미한다. 여기서, 채널 정보 bfbm를 설명의 편의를 위하여 '채널에 대한 추정치'라고 부르기로 한다.
이 때, 단말(410)은 4 개의 확산 시퀀스들(g1(t), g2(t), g3(t), g4(t))을 이용하여 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공할 수 있다. 이 때, 4 개의 확산 시퀀스들(g1(t), g2(t), g3(t), g4(t)) 각각은 기지국의 네 개의 전송 안테나들 각각에 대응되며, 서로에게 간섭을 주지 않도록 결정될 수 있다. 예를 들어, 4 개의 확산 시퀀스들(g1(t), g2(t), g3(t), g4(t))은 서로 직교성을 갖도록 결정될 수 있다. 다만, 도 4에 도시된 바와 달리, 4 개의 확산 시퀀스들(g1(t), g2(t), g3(t), g4(t)) 각각은 복수의 단말들 각각에 대응될 수 있다.
단말(410)은 첫 번째 전송 안테나에 대응하는 다운링크 채널에 대한 추정치 bfb1(430)를 확산 코드 g1(t)를 가지고 가공하여 첫 번째 서브 피드백 정보(431)를 생성한다. 또한, 단말(410)은 두 번째 전송 안테나에 대응하는 다운링크 채널에 대한 추정치 bfb2(440)를 확산 코드 g2(t)를 가지고 가공하여 두 번째 서브 피드백 정보(441)를 생성한다. 마찬가지로, 단말(410)은 bfb3(450) 및 bfb4(460)을 g3(t) 및 g4(t)를 가지고 가공하여 세 번째 서브 피드백 정보(451) 및 네 번째 서브 피드백 정보(461)를 생성한다.
그리고, 단말(410)은 네 개의 서브 피드백 정보(431, 441, 451, 461)를 더함으로써 피드백 정보를 생성하고, 생성된 피드백 정보를 동시에(simultaneous) 기지국으로 전송할 수 있다. 이 때, 4 개의 확산 시퀀스들(g1(t), g2(t), g3(t), g4(t)) 이 서로 직교성을 갖는 경우, 네 개의 서브 피드백 정보(431, 441, 451, 461) 사이에는 간섭이 거의 발생하지 않을 수 있다.
이 때, 단말(410)로부터 전송되는 피드백 정보는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008090395491-pat00001
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 복수의 단말들 각각이 피드백 정보를 생성하는 과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 복수의 단말들 각각은 전송 안테나들의 개수인 4 개의 확산 시퀀스들을 이용하여 피드백 정보를 생성한다.
즉, 단말 1은 4 개의 확산 시퀀스들(g1(t), g2(t), g3(t), g4(t))을 이용하여 네 개의 다운링크 채널들에 대한 채널 정보(추정치들)를 가공하여 피드백 정보 1을 생성한다. 마찬가지로, 단말 2, 3, 4 각각은 4 개의 확산 시퀀스들(g1(t), g2(t), g3(t), g4(t))을 이용하여 피드백 정보 2, 3, 4를 생성한다.
이 때, 단말 1, 2, 3, 4 각각은 동일한 전송 안테나에 대응하는 채널 정보를 동일한 확산 시퀀스를 가지고 가공할 수 있다. 예를 들어, bfb(1, 1), bfb(1, 2), bfb(1, 3), bfb(1, 4) 각각은 동일한 확산 시퀀스인 g1(t)를 가지고 가공된다.
단말들 모두가 그들의 피드백 정보를 동시에 기지국으로 전송하는 경우, 네 개의 피드백 정보는 모두 더해진 채로 기지국에서 수신될 수 있다. 여기서, 모두 더해진 피드백 정보는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008090395491-pat00002
여기서, i는 기지국의 전송 안테나들의 인덱스이고, k는 사용자들(단말들)의 인덱스이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 네 개의 단말들로부터 전송된 피드백 정보를 수신하는 기지국을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 네 개의 단말들 각각은 피드백 정보 1(611), 2(612), 3(613) 및 4(614)를 업링크 채널들을 통하여 기지국(610)으로 전송한다. 이 때, 피드백 정보 1(611), 2(612), 3(613) 및 4(614)는 상술한 바와 같이 업링크 채널들에서 합해져서 기지국(610)으로 전송된다.
이 때, 기지국(610)의 수신 신호는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008090395491-pat00003
여기서, A=[a1 . . . . aM]은 업링크 채널들을 나타내며, MxM의 사이즈를 갖는다.
이 때, 기지국(610)은 상관기(correlator)를 이용하여 r(t)로부터 전송 안테나들 각각에 대응하는 성분을 추출할 수 있다. 즉, 기지국(610)은 r(t)로부터 첫 번째, 두 번째, . . ., M 번째 전송 안테나 각각에 대응하는 성분을 추출할 수 있다.
여기서, j 번째 전송 안테나에 대응하는 성분은 하기 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008090395491-pat00004
여기서,
Figure 112008090395491-pat00005
이다.
또한, 기지국(610)은 rj로부터 단말들 각각에 대응하는 성분을 추출할 수 있다. 즉, 기지국(610)은 rj로부터 k 번째 단말에 대응하는 성분을 추출할 수 있다. 다만, 단말들 각각에 설치된 수신 안테나들의 개수가 둘 이상인 경우, 기지국(610)은 rj로부터 k 번째 단말의 n 번째 수신 안테나에 대응하는 성분을 추출할 수 있다. 여기서는 설명의 편의를 위해 단말들 각각에 하나의 수신 안테나가 설치되었다고 가정한다.
기지국(610)이 엠엠에스이(Minimum Mean Squared Error, MMSE) 필터를 사용하는 경우, k 번째 단말에 대응하는 성분은 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008090395491-pat00006
여기서, L은 확산 시퀀스의 길이이고, P는 단말의 전송 파워, c는
Figure 112008090395491-pat00007
이고, β1은 공통 파일럿 신호의 길이이다.
이 때, 상기 수학식 5를 통해 추출된 채널 정보로 인한 브로드캐스트 채널의 rate gap은 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008090395491-pat00008
여기서,
Figure 112008090395491-pat00009
이다.
상기 수학식 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 아날로그 피드백 기법은 높은 SNR에서도 다중화 이득이 유지될 수 있고, 낮은 SNR에서도 오류-저항성(error-resistance)를 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국을 나타낸 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기지국은 피드백 정보 수신부(710), 확산 시퀀스 발생기(720), 안테나-채널 정보 추출부(730) 및 채널 정보 인지부(740)를 포함한다.
피드백 정보 수신부(710)는 업링크 채널을 통하여 적어도 하나의 단말로부터 전송된 피드백 정보를 수신한다. 여기서, 피드백 정보는 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 피드백 정보를 생성된 것이고, 기지국은 미리 업링크 채널을 추정한다. 특히, 피드백 정보 수신부(710)는 적어도 하나의 단말이 동일한 시간 자원 또는 주파수 자원을 사용하여 전송하는 피드백 정보를 수신할 수 있다.
또한, 확산 시퀀스 발생기(720)는 수신된 피드백 정보를 처리하기 위하여 적어도 하나의 단말에 의해 사용된 복수의 확산 시퀀스들을 생성한다. 이 때, 적어도 하나의 단말은 사용된 복수의 확산 시퀀스들에 대한 정보를 기지국으로 제공할 수도 있으며, 기지국이 복수의 확산 시퀀스들에 대한 정보를 미리 파악하고 있을 수도 있다.
또한, 안테나-채널 정보 추출부(730)는 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 상기 수신된 피드백 정보를 처리하여 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 추출한다. 즉, 안테나-채널 정보 추출부(730)는 상관기를 이용하여 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 추출할 수 있다. 특히, 안테나-채널 정보 추출부(730)는 수신된 피드백 정보 및 복수의 확산 시퀀스들 사이의 상관값들을 기초로 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 추출할 수 있다.
복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 추출하는 과정에 대해서는 상술한 바 있으므로, 상기 과정에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 채널 정보 인지부(740)는 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 기초로 다운링크 채널들 각각에 대한 채널 정보를 인지한다. 즉, 채널 정보 인지부(740)는 MMSE 필터를 이용하여 다운링크 채널들 각각에 대한 채널 정보를 인지할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 단말 각각에 하나의 수신 안테나가 설치된 경우, 채널 정보 인지부(730)는 적어도 하나의 단말 각각과 복수의 전송 안테나들 각각 사이에 형성된 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 인지한다.
이러한 다운링크 채널들에 대한 채널 정보는 기지국이 빔포밍을 수행하거나, 복수의 단말들 중 적어도 하나의 단말을 선택하는 데에 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 단말을 나타낸 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 채널 추정부(810), 확산 시퀀스 발생기(820), 피드백 정보 생성부(830), 피드백 정보 제공부(840) 및 인 덱스 정보 생성부(850)를 포함한다.
채널 추정부(810)는 기지국의 복수의 전송 안테나들 및 단말의 적어도 하나의 수신 안테나 사이에 형성된 다운링크 채널들을 추정한다. 즉, 채널 추정부(810)는 기지국으로부터 전송된 파일럿 신호를 이용하여 다운링크 채널들을 추정할 수 있다.
또한, 확산 시퀀스 발생기(820)는 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하기 위한 복수의 확산 시퀀스들을 생성한다. 이 때, 복수의 확산 시퀀스들 각각은 복수의 전송 안테나들 각각에 대응되고, 서로 직교성을 갖도록 생성될 수 있다.
또한, 피드백 정보 생성부(830)는 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 피드백 정보를 생성한다. 즉, 피드백 정보 생성부(830)는 양자화된 벡터 공간을 사용하는 디지털 피드백 기법이 아니라 아날로그 피드백 기법을 사용하여 피드백 정보를 생성할 수 있다.
이 때, 피드백 정보 생성부(830)는 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 복수의 전송 안테나들 및 적어도 하나의 수신 안테나 각각에 대응하는 서브 피드백 정보를 생성하고, 서브 피드백 정보를 기초로 피드백 정보를 생성할 수 있다. 여기서, 복수의 전송 안테나들 및 적어도 하나의 수신 안테나 각각에 대응하는 서브 피드백 정보를 더함(summation)으로써, 피드백 정보가 생성될 수 있다.
또한, 피드백 정보 제공부(840)는 기지국으로 생성된 피드백 정보를 제공한다. 이 때, 피드백 정보 제공부(840)는 적어도 하나의 이웃 단말과 동일한 시간 자원 또는 주파수 자원을 사용하여 생성된 피드백 정보를 제공할 수 있다. 즉, 피 드백 정보 제공부(840)는 시간 분할 다중 접속 기법 또는 주파수 분할 다중 접속 기법을 사용하지 않고 피드백 정보를 기지국으로 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 MIMO 통신 시스템은 아날로그 피드백 기법 또는 디지털 피드백 기법 중 어느 하나를 적응적으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 기지국 또는 단말은 채널 환경, 기지국 및 단말의 전송 파워 등을 종합적으로 고려하여 아날로그 피드백 기법 또는 디지털 피드백 기법 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 아날로그 피드백 기법이 선택되는 경우에 대비하여 인덱스 정보 생성부(850)를 더 포함할 수 있다. 인덱스 정보 생성부(850)는 양자화된 벡터 공간 상에서 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 기초로 적절한 벡터를 선택하고, 선택된 벡터의 인덱스 정보를 생성한다. 이 때, 생성된 인덱스 정보는 피드백 정보 제공부(840)를 통하여 기지국으로 제공된다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 기지국의 복수의 전송 안테나들 및 단말의 적어도 하나의 수신 안테나 사이에 형성된 다운링크 채널들을 인지한다(S910).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 사용되어야 하는 피드백 기법이 아날로그 피드백 기법인지 여부를 판단한다(S920).
만약, 사용되어야 하는 피드백 기법이 디지털 피드백 기법이라면, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 다운링크 채널들에 대응하는 인덱스 정보를 생성하고(S960), 생성된 인덱스 정보를 기지국으로 제공한다(S970).
반대로, 사용되어야 하는 피드백 기법이 아날로그 피드백 기법인 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 채널 정보를 가공하기 위한 복수의 확산 시퀀스들을 생성한다(S930).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 다운링크 채널들에 대한 추정치들(채널 정보)을 가공하여 피드백 정보를 생성한다(S940).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 생성된 피드백 정보를 기지국으로 제공한다(S950).
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된 다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템의 일예를 도시한 도면이다.
도 2는 기지국 및 단말 사이에 형성된 다운링크 채널들의 예들을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 사용자 MIMO 통신 시스템에서, 다운링크 채널들의 채널 정보를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 서브 피드백 정보 및 피드백 정보를 생성하는 과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 복수의 단말들 각각이 피드백 정보를 생성하는 과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 네 개의 단말들로부터 전송된 피드백 정보를 수신하는 기지국을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국을 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 단말을 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.

Claims (27)

  1. 기지국의 복수의 전송 안테나들 및 단말의 적어도 하나의 수신 안테나 사이에 형성된 각각의 다운링크 채널들을 추정하는 단계;
    복수의 확산 시퀀스들을 가지고 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들 각각을 확산시킴으로써 피드백 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 기지국으로 상기 생성된 피드백 정보를 제공하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 정보를 생성하는 단계는
    상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 상기 복수의 전송 안테나들 및 상기 적어도 하나의 수신 안테나 각각에 대응하는 서브 피드백 정보를 생성하고, 상기 서브 피드백 정보를 기초로 상기 피드백 정보를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 정보를 생성하는 단계는
    양자화된 벡터 공간을 사용하지 않고 상기 피드백 정보를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 피드백 정보를 생성하는 단계는
    상기 복수의 전송 안테나들 및 상기 적어도 하나의 수신 안테나 각각에 대응하는 상기 서브 피드백 정보를 더함(summation)으로써, 상기 피드백 정보를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 확산 시퀀스들은 서로에게 간섭을 주지 않도록 결정되거나, 서로 직교성을 갖는 것을 특징으로 하는 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 확산 시퀀스들 각각은 상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응되거나, 복수의 단말들 각각에 대응되는 것을 특징으로 하는 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 생성된 피드백 정보를 제공하는 단계는
    적어도 하나의 이웃 단말과 동일한 시간 자원 또는 주파수 자원을 사용하여 상기 생성된 피드백 정보를 제공하는 단계인 것을 특징으로 하는 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단말은 미리 결정된 적어도 하나의 사용자 선택 알고리즘에 따라 상기 기지국에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법.
  9. 기지국의 복수의 전송 안테나들 및 단말의 적어도 하나의 수신 안테나 사이에 형성된 다운링크 채널들을 추정하는 단계;
    아날로그 피드백 기법 또는 디지털 피드백 기법 중 어느 하나의 기법을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 어느 하나의 기법에 따라 상기 기지국으로 피드백 정보 또는 상기 다운링크 채널들의 벡터에 대한 인덱스 정보를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 피드백 정보는 상기 아날로그 피드백 기법에서 복수의 확산 시퀀스들을 가지고 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 생성되고, 상기 인덱스 정보는 상기 디지털 피드백 기법에서 양자화된 벡터 공간 상에서 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 어느 하나의 기법을 선택하는 단계는
    상기 기지국의 요청에 따라 상기 어느 하나의 기법을 선택하거나, 상기 단말이 능동적으로 상기 어느 하나의 기법을 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 단말은 상기 아날로그 피드백 기법에서 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 상기 복수의 전송 안테나들 및 상기 적어도 하나의 수신 안테나 각각에 대응하는 서브 피드백 정보를 생성하고, 상기 서브 피드백 정보를 기초로 상기 피드백 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 단말을 위한 채널 정보 피드백 방법.
  12. 기지국의 복수의 전송 안테나들 및 적어도 하나의 단말의 적어도 하나의 수신 안테나 사이에 형성된 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 인지하는 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단말로부터 제공된 피드백 정보를 수신하는 단계;
    복수의 확산 시퀀스들을 가지고 상기 수신된 피드백 정보를 처리하여 상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 추출하는 단계; 및
    상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 기초로 상기 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 인지하는 단계
    를 포함하고,
    상기 피드백 정보는 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들 각각을 복수의 확산 시퀀스들로 확산시킴으로써 생성되는,
    채널 정보를 인지하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    미리 결정된 적어도 하나의 사용자 선택 알고리즘을 이용하여 복수의 단말들 중 상기 적어도 하나의 단말을 선택하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 정보를 인지하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 확산 시퀀스들 각각은 상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응되거나, 적어도 하나의 단말 각각에 대응되고, 상기 적어도 하나의 단말은 상기 복수의 확산 시퀀스들을 이용하여 상기 피드백 정보를 생성하는 것 특징으로 하는 채널 정보를 인지하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단말로부터 제공된 피드백 정보를 수신하는 단계는
    동일한 시간 자원 또는 주파수 자원을 사용하여 상기 적어도 하나의 단말로부터 제공된 피드백 정보를 수신하는 단계인 것을 특징으로 하는 채널 정보를 인지하는 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 추출하는 단계는
    상기 수신된 피드백 정보 및 상기 복수의 확산 시퀀스들 사이의 상관값들을 기초로 상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 추출하는 단계인 것을 특징으로 하는 채널 정보를 인지하는 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 인지하는 단계는
    엠엠에스이(Minimum Mean Squared Error, MMSE) 필터를 이용하여 상기 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 인지하는 단계인 것을 특징으로 하는 채널 정보를 인지하는 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 전송 안테나들 및 상기 적어도 하나의 수신 안테나 사이에 형성된 업링크 채널들을 추정하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 정보를 인지하는 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
  20. 기지국의 복수의 전송 안테나들 및 단말의 적어도 하나의 수신 안테나 사이에 형성된 각각의 다운링크 채널들을 추정하는 채널 추정부;
    복수의 확산 시퀀스들을 가지고 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들 각각을 확산시킴으로써 피드백 정보를 생성하는 피드백 정보 생성부; 및
    상기 기지국으로 상기 생성된 피드백 정보를 제공하는 피드백 정보 제공부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 피드백 정보 생성부는
    양자화된 벡터 공간을 사용하지 않고 상기 복수의 확산 시퀀스들을 이용하여 상기 피드백 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 단말.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 피드백 정보 생성부는
    상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 가공하여 상기 복수의 전송 안테나들 및 상기 적어도 하나의 수신 안테나 각각에 대응하는 서브 피드백 정보를 생성하고, 상기 서브 피드백 정보를 이용하여 상기 피드백 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 단말.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 피드백 정보 제공부는
    적어도 하나의 이웃 단말과 동일한 시간 자원 또는 주파수 자원을 사용하여 상기 생성된 피드백 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 단말.
  24. 제20항에 있어서,
    양자화된 벡터 공간 상에서 상기 추정된 다운링크 채널들에 대한 추정치들을 기초로 상기 다운링크 채널들의 벡터에 대한 인덱스 정보를 생성하는 인덱스 정보 생성부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 피드백 정보 제공부는
    상기 기지국으로 상기 인덱스 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 단말.
  26. 기지국의 복수의 전송 안테나들 및 적어도 하나의 단말의 적어도 하나의 수신 안테나 사이에 형성된 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 인지하는 기지국에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단말로부터 피드백된 피드백 정보를 수신하는 피드백 정보 수신부;
    복수의 확산 시퀀스들을 가지고 상기 수신된 피드백 정보를 처리하여 상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 추출하는 안테나-채널 정보 추출부; 및
    상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 기초로 상기 다운링크 채널들에 대한 채널 정보를 인지하는 채널 정보 인지부
    를 포함하고,
    상기 피드백 정보는 상기 다운링크 채널들에 대한 추정치들 각각을 복수의 확산 시퀀스들로 확산시킴으로써 생성되는,
    채널 정보를 인지하는 기지국.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 안테나-채널 정보 추출부는
    상기 수신된 피드백 정보 및 상기 복수의 확산 시퀀스들 사이의 상관값들을 기초로 상기 복수의 전송 안테나들 각각에 대응하는 채널 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 채널 정보를 인지하는 기지국.
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