KR101479312B1 - 네트워크 다중 입출력 통신 시스템을 위한 코드북 설계 방법 및 상기 코드북의 사용 방법 - Google Patents

네트워크 다중 입출력 통신 시스템을 위한 코드북 설계 방법 및 상기 코드북의 사용 방법 Download PDF

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Abstract

복수의 기지국들에 의해 공유되는 네트워크 코드북을 생성하기 위한 네트워크 코드북 생성 방법 및 상기 네트워크 코드북을 이용하는 단말의 피드백 방법이 제공된다. 네트워크 코드북 생성 방법은 고려되는 기지국들의 대규모 페이딩의 상황을 기초로 미리 정의된 제1 코드북을 가공함으로써 네트워크 코드북을 생성한다. 또한, 단말은 네트워크 코드북에 대한 선호 매트릭스 지시자를 보다 효율적으로 피드백한다.
네트워크 코드북, 다중 입출력, 기지국, 단말, 대규모 페이딩, 피드백, 시그널링

Description

네트워크 다중 입출력 통신 시스템을 위한 코드북 설계 방법 및 상기 코드북의 사용 방법{METHOD OF DESIGNING CODEBOOK FOR NETWORK MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT COMMUNICATION SYSTME AND METHOD OF USING THE CODEBOOK}
다음의 실시예들은 다중 입출력 통신 시스템에 사용되는 코드북을 설계하는 방법 및 상기 설계된 코드북을 활용하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복수의 기지국들에 의해 공유되는 네트워크 코드북을 설계하고, 상기 네트워크 코드북을 활용하는 기술에 관한 것이다.
최근 무선 통신 환경에서 음성 서비스를 비롯한 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하고, 고품질 및 고속의 데이터 전송을 지원하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 연구의 일환으로 공간 영역에서 다수의 채널들을 이용하는 MIMO(multi input multi output) 통신 시스템과 관련된 기술이 급속도로 발전하고 있다. MIMO 통신 시스템은 필수적으로 적어도 하나의 기지국을 포함하며, 일반적으로 복수의 사용자들과 하나의 기지국으로 구성된 다중 사용자 MIMO 통신 시스템 및 하나의 사용자와 하나의 기지국으로 구성된 단일 사용자 MIMO 통신 시스템으로 분류될 수 있다.
MIMO 통신 시스템에서 적어도 하나의 기지국 및 단말기들은 코드북을 사용한다. 특정 공간은 복수 개의 벡터(또는 매트릭스)들로 양자화될 수 있으며, 공간을 양자화하여 생성된 복수의 벡터(또는 매트릭스)들은 코드북으로서 기지국 및 단말기들에 저장될 수 있다.
단말기들 각각은 기지국과 각각의 단말기들 사이의 채널에 따라 코드북에 포함된 매트릭스들 혹은 벡터들 중 어느 하나의 매트릭스 혹은 벡터를 선택할 수 있으며, 기지국 또한 코드북을 이용하여 단말에 의해 선택된 매트릭스 혹은 벡터를 파악할 수 있다. 그리고, 그 선택된 매트릭스 혹은 벡터는 기지국이 프리코딩 매트릭스 혹은 프리코딩 벡터를 생성하는 데에 이용된다.
또한, 최근 복수의 기지국들을 포함하는 네트워크 MIMO 통신 시스템에 관한 연구가 진행되고 있다. 즉, 복수의 기지국들은 공간적으로 분리되어 있으며(예를 들어, 100미터 정도), 서로 협력하여 또는 협력함이 없이 단말들을 서빙한다. 이 때, 네트워크 MIMO 통신 시스템에 적절한 네트워크 코드북을 설계하는 기술이 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 방법은 복수의 기지국들로부터 단말로의 대규모 페이딩(large scale fading)과 관련된 정보를 수신하는 단계, 상기 대규모 페이딩과 관련된 정보 및 미리 정의된 제1 코드북을 기초로 제2 코드북을 생성하는 단계 및 상기 복수의 기지국들의 코드북들로부터 생성된 연결된(concatenated) 코드북을 기초로 상기 제2 코드북으로부터 네트워크 코드북을 생성하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 제2 코드북을 생성하는 단계는 상기 대규모 페이딩과 관련된 값들을 포함하는 매트릭스를 이용하여 상기 제1 코드북에 포함된 원소들을 가공함으로써 상기 제2 코드북을 생성하는 단계일 수 있다. 여기서, 상기 대규모 페이딩의 값들은 대각 원소들로서 포함될 수 있고, 상기 복수의 기지국들로부터 상기 단말로의 대규모 페이딩은 상기 단말에 의해 측정될 수 있다.
이 때, 상기 제2 코드북을 생성하는 단계는 상기 제1 코드북에 포함된 원소들을 대각화하는 단계 및 상기 대규모 페이딩과 관련된 값들을 포함하는 매트릭스 및 상기 대각화된 상기 제1 코드북에 포함된 원소들을 이용하여 상기 제2 코드북을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 네트워크 코드북을 생성하는 단계는 상기 연결된 코드북에 포함된 원소들 및 상기 제2 코드북에 포함된 원소들을 내적함으로써 상기 네트워크 코드북을 생성하는 단계일 수 있다.
이 때, 상기 제1 코드북은 일정 계수(constant modulus) 조건(criterion)을 만족하거나, 상기 제1 코드북에 포함된 매트릭스들 사이의 코달 거리(Chordal distance)를 고려하여 미리 정의된 것일 수 있다.
이 때, 네트워크 코드북 생성 방법은 상기 복수의 기지국들의 코드북들을 기초로 상기 연결된 코드북을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 연결된 코드북을 생성하는 단계는 상기 복수의 기지국들의 코드북들에 포함된 원소들을 내적함으로써 상기 연결된 코드북을 생성하는 단계일 수 있다.
이 때, 상기 네트워크 코드북은 상기 복수의 기지국들이 프리코딩을 수행하는 데에 사용되거나, 상기 단말이 채널 상태 정보를 상기 복수의 기지국들로 피드백하는 데 사용될 수 있으며, 상기 복수의 기지국들의 코드북들은 하나의 기지국을 포함하는 다중 입출력 통신 시스템에서 사용되는 것들일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 피드백 방법은 제1 기지국으로 상기 제1 기지국의 코드북에 대한 단말의 선호 매트릭스 지시자(Preferred Matrix Indicator) 및 상기 제1 기지국 및 상기 단말 사이의 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator)를 피드백하는 단계 및 제2 기지국으로 상기 제2 기지국의 코드북에 대한 상기 단말의 선호 매트릭스 지시자 및 네트워크 코드북에 대한 상기 단말의 선호 매트릭스 지시자를 피드백하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 네트워크 코드북은 상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국에 의해 공유되는 것이다.
이 때, 상기 네트워크 코드북을 공유하는 제3 기지국이 더 존재하는 경우, 상기 제2 기지국으로 상기 네트워크 코드북에 대한 상기 단말의 선호 매트릭스 지 시자를 피드백하는 단계는 상기 네트워크 코드북에 대한 상기 단말의 선호 매트릭스 지시자의 일부를 상기 제2 기지국으로 피드백하는 단계일 수 있다. 여기서, 상기 네트워크 코드북을 이용한 단말의 피드백 방법은 상기 제3 기지국으로 상기 네트워크 코드북에 대한 상기 단말의 선호 매트릭스 지시자의 다른 일부를 피드백하는 단계를 더 포함한다.
상기 네트워크 코드북은 상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국으로부터 상기 단말로의 대규모 페이딩(large scale fading)과 관련된 정보 및 미리 정의된 제1 코드북을 기초로 제2 코드북을 생성하는 단계 및 상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국의 코드북들로부터 생성된 연결된(concatenated) 코드북을 기초로 상기 제2 코드북으로부터 상기 네트워크 코드북을 생성하는 단계를 수행함으로써 생성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 방법은 복수의 기지국들로부터 단말로의 대규모 페이딩에 따라 미리 정의된 제1 코드북을 가공함으로써, 보다 효율적으로 네트워크 코드북을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 방법은 미리 잘 알려진 단일 사용자 다중 입출력 통신 시스템 또는 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템을 위한 코드북들을 기반으로 네트워크 코드북을 생성함으로써, 높은 호환성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 네트워크 코드북을 이용하여 높은 호환성을 가지고 시그널링을 수행할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 다중 사용자(Multi Users) MIMO(Multiple Input Multiple Output) 통신 시스템의 일예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 다중 사용자 MIMO 통신 시스템은 기지국(110) 및 복수의 사용자들(120, 130, 140)을 포함한다. 기지국(110)에는 복수의 안테나들이 설치되며, 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각에는 적어도 하나의 안테나가 설치될 수 있다. 그리고, 기지국(110)과 각각의 복수의 사용자들(120, 130, 140) 사이에는 채널들이 존재하며, 기지국(110)과 각각의 복수의 사용자들(120, 130, 140)은 채널들을 통하여 신호를 송/수신한다.
기지국(110)은 복수의 사용자들(120, 130, 140)에게 하나 이상의 데이터 스트림을 전송할 수 있다. 이 때, 기지국(110)은 공간 분할 다중화 접속(Spatial Division Multiplexing Access) 기법에 따라 데이터 스트림을 빔포밍하여 전송 신호를 생성한다. 이 때, 기지국(110)은 코드북 C(i) 을 이용하여 프리코딩 매트릭스를 생성하고, 생성된 프리코딩 매트릭스를 이용하여 전송 신호를 생성한다. 여기서, 코드북은
Figure 112009030731894-pat00001
로 정의될 수 있고, 2B(i) 개의 매트릭스들 혹은 벡터들을 포함한다. 여기서, i는 기지국의 인덱스를 의미한다.
보다 구체적으로, 기지국(110)은 파일럿 신호들을 하향링크 채널을 통해 복수의 사용자들(120, 130, 140)에게 전송한다. 여기서, 파일럿 신호는 기지국(110) 및 복수의 사용자들(120, 130, 140)에게 잘 알려진(well-known) 신호이다. 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각은 파일럿 신호를 수신하여 기지국(110) 및 복수의 사용자들(120, 130, 140) 사이의 채널을 추정한다.
그리고, 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각은 추정된 채널을 기초로 미리 저장된 코드북 C(i)에 포함된 매트릭스들 또는 벡터들 중 어느 하나의 매트릭스 또는 벡터를 선호(preferred) 매트릭스 또는 선호 벡터로 선택한다. 여기서, 각각의 복수의 사용자들(120, 130, 140)은 여러 가지 기준에 따라 2B(i) 개의 벡터들 혹은 매트릭스들 중 어느 하나의 벡터 혹은 매트릭스를 선호 벡터 혹은 선호 매트릭스로 선택할 수 있다. 예를 들어, 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각은 달성될 수 있는 데이터 전송률 또는 신호 대 간섭 및 잡음 비(Signal to Interference and Noise Ratio, SINR)를 고려하여 2B(i)개의 벡터들 중 어느 하나의 벡터 혹은 매트릭스를 선호 벡터 혹은 선호 매트릭스로 선택할 수 있다.
또한, 각각의 복수의 사용자들(120, 130, 140)은 선택된 선호 벡터 또는 선호 매트릭스와 관련된 정보를 기지국(110)으로 피드백한다. 여기서, 선택된 선호 벡터 또는 선호 매트릭스와 관련된 정보는 채널 방향 지시자(Channel Direction Indicator, CDI) 또는 선호 매트릭스 지시자(Preferred Matrix indicator, PMI) 또는 프리코딩 매트릭스 지시자(Precoding Matrix Indicator, PMI)로 불려지기도 한다.
기지국(110)은 복수의 사용자들(120, 130, 140) 각각의 선호 벡터 또는 선호 매트릭스와 관련된 정보를 수신하여 프리코딩 매트릭스를 결정한다. 이 때, 기지국(110)은 다양한 프리코딩 기법(예를 들어, 제로 포싱, PU2RC(Per User Unitary Rate Control))에 따라 프리코딩 매트릭스를 결정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 다중 사용자 다중 입출력 통신 시스템을 위한 코드북뿐만 아니라 단일 사용자 다중 입출력 통신 시스템을 위한 코드북 및 이중 편파(dual polarization)을 위한 코드북 등과 같이 다양한 코드북들은 3GPP LTE 또는 IEEE 802.16m 등의 표준에서 잘 정의되어 있다. 다만, 지금까지 여러 표준들, 여러 발행된 제안들에서 정의되어 있는 코드북들은 하나의 기지국을 포함하는 다중 입출력 통신 시스템에 관한 것이다.
최근 복수의 기지국들을 포함하는 네트워크 MIMO 통신 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 네트워크 MIMO 통신 시스템에서 복수의 기지국들에 의해 공유되는 네트워크 코드북이 명확히 정의되어 있지 않다. 지금까지 잘 정의된 하나의 기지국을 포함하는 다중 입출력 통신 시스템을 위한 코드북을 변경하지 않으면서도, 네트워크 MIMO 통신 시스템에도 잘 적용될 수 있는 네트워크 코드북을 설계할 필요가 있다.
도 2는 복수의 수퍼 셀들을 포함하는 네트워크 MIMO 통신 시스템의 일예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 수퍼 셀 1(210)은 7 개의 기지국들(기지국 1~기지국 7)을 포함하고, 수퍼 셀 2(220) 역시 7 개의 기지국들(기지국 8~기지국 14)을 포함한다.
수퍼 셀들(210, 220) 내부의 i 번째 기지국을 위한 B 비트의 사이즈를 갖는 코드북 C(i)을
Figure 112009030731894-pat00002
라고 가정한다. 이 때, C(i)는 2B(i) 개의 매트릭스들을 포함하며, 2B(i) 개의 매트릭스들 각각의 차원은 Mi x r이다. 여기서, Mi는 i 번째 기지국에 설치된 안테나들의 개수로서, 예를 들어, 기지국 1의 안테나들의 개수인 M1은 2이고, 기지국 5의 안테나들의 개수인 M5는 1이다. 그리고, r은 랭크를 의미하며, 3GPP LTE에서 MU-MIMO 모드를 위한 랭크 r은 1로 설정되며, SU-MUIMO 모드를 위한 랭크 r은 1부터 min(Mi, Nk)까지의 범위로 제한된다. 여기서, Nk는 사용자 k의 안테나들의 개수이다.
그리고,
Figure 112009030731894-pat00003
는 하나의 기지국을 포함하는 다중 입출력 통신 시스템에 대해 이미 잘 정의된 코드북으로서, 3GPP LTE 또는 IEEE 802.16m 등에서 정의된 코드북일 수 있다.
사용자 k는 파일럿 신호들과 같은 잘 알려진 신호들을 이용하여 다른 기지국 들로부터의 채널들을 측정한다.
이 때, 사용자 k는 사용자 k에서 수신된 파일럿 신호들의 세기가 큰 순서에 따라 기지국들을 오더링(ordering)할 수 있다. 즉, 가장 큰 세기를 갖는 수신된 파일럿 신호에 대응하는 기지국은 1, i 번째 큰 세기를 갖는 수신된 파일럿 신호에 대응하는 기지국은 i, p 번째 큰 세기를 갖는 기지국은 p로 인덱싱된다.
여기서,
Figure 112009030731894-pat00004
는 i 번째 기지국으로부터 사용자 k로의 채널과 관련된 대규모 페이딩으로서 사용자 k에 의해 측정된다고 가정한다. 이러한 대규모 페이딩은 경로 손실(path loss)와 쉐도잉(shadowing)의 합과 같다. 이 때, 대규모 페이딩은 i 번째 기지국으로부터 사용자 k로의 채널과 관련된 다른 값들로 대체될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
복수의 기지국들에 의해 공유되는 네트워크 코드북은 다음의 프로시져를 통하여 설계될 수 있다. 여기서, 네트워크 코드북은 동일한 슈퍼 셀에 속하는 복수의 기지국들에 의해 공유되며, 복수의 기지국들은 수퍼 셀의 레벨에서 네트워크 코드북을 이용하여 프리코딩을 수행할 수 있고, 단말은 네트워크 코드북을 이용하여 복수의 기지국들로 채널 방향 지시자, 선호 매트릭스 지시자, 채널 품질 지시자 등과 같은 채널 상태 정보를 피드백할 수 있다.
1) 기지국들의 코드북들을 연결(concatenation)
단말은 측정된 대규모 페이딩들의 크기에 따라 기지국들의 코드북들을 인덱싱한다. 기지국들의 코드북들을
Figure 112009030731894-pat00005
라 하면, 연결된 코드북은
Figure 112009030731894-pat00006
로 표현된다. 여기서, CC에 속하는 임의의(any) 원소 u는 하기 수학식 1과 같이 표현된다.
[수학식 1]
Figure 112009030731894-pat00007
2) 제1 코드북 D의 도입
네트워크 코드북을 생성하는 데에 사용되는 제1 코드북 D가 정의된다. 이 때, 제1 코드북 D는 하기 수학식 2와 같이 표현된다. 제1 코드북 D에 포함되는 매트릭스들 각각은 p x r의 차원을 갖고, 상기 매트릭스들에 포함되는 컬럼 벡터들 각각은 단위 놈(unit norm) 벡터이다.
[수학식 2]
Figure 112009030731894-pat00008
제1 코드북 D는 일정 계수(constant modulus) 조건(criterion)을 만족하거나, 제1 코드북 D에 포함된 매트릭스들 사이의 코달 거리(Chordal distance)를 고려하여 정의될 수 있다. 특히, 제1 코드북 D는 주어진 랭크 r에 대하여 제1 코드북 D에 포함된 매트릭스들 사이의 코달 거리가 최대가 되도록 정의될 수 있다.
3) Q 매트릭스의 정의
대규모 페이딩을 나타내는 값들을 기초로 제1 코드북 D에 속하는 매트릭스들 각각에 가중치를 부여하기 위한 Q 매트릭스가 하기 수학식 3과 같이 정의된다.
[수학식 3]
Figure 112009030731894-pat00009
여기서, diag{a, b, c, d}는 대각 행렬이고, a, b, c, d를 대각 원소들로 포함한다. 즉, diag{a, b, c, d}의 첫 번째 행 및 첫 번째 열에 있는 원소는 a이고, diag{a, b, c, d}의 네 번째 행 및 네 번째 열에 있는 원소는 d이다.
4) 제2 코드북 E의 생성
Q 매트릭스 및 제1 코드북 D를 기초로 네트워크 코드북 F를 생성하는 과정에서 매개로 사용되는 제2 코드북 E가 하기 수학식 4와 같이 생성된다.
[수학식 4]
Figure 112009030731894-pat00010
5) 네트워크 코드북 F를 생성
네트워크 코드북 F에 속하는 어떠한 원소(행렬) t는 하기 수학식 5와 같이 정의된다.
[수학식 6]
Figure 112009030731894-pat00011
여기서, uj는 CC에 속하는 원소들 중 j 번째 원소를 의미한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 방법은 상술한 바와 같이 대상 단말과 관련된 기지국들의 코드북들을 연결한다(310). 여기서, 연결된 코드북은 상기 수학식 1을 통해 알 수 있는 바와 같이 기지국들의 코드북들에 포함된 원소들을 내적함으로써 정의될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 방법은 대규모 페이딩과 관련된 정보를 수신한다(320). 즉, 단말은 측정된 대규모 페이딩과 관련된 정보를 내부 모듈로 제공하며, 대규모 페이딩과 관련된 정보는 단말에 의해 기지국들로 제공된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 방법은 제1 코드북 D를 도입한다(330). 이 때, 일정 계수 조건을 만족하거나, 코달 거리를 고려하여 도입된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 방법은 대규모 페이딩과 관련된 정보를 기초로 Q 매트릭스를 정의한다(340). 이 때, Q 매트릭스는 대규모 페이딩과 관련된 값들을 상기 수학식 3과 같이 대각 원소들로 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 방법은 제1 코드북 D 및 대규모 페이딩과 관련된 값들을 기초로 제2 코드북 E를 생성한다(350).
보다 구체적으로, 네트워크 코드북 생성 방법은 상기 수학식 4의 diag(W1), diag(W2)을 통해 알 수 있는 바와 같이 제1 코드북 D에 포함된 원소들을 대각화한다. 그리고, 네트워크 코드북 생성 방법은 상기 수학식 4와 같이 대규모 페이딩과 관련된 값들을 포함하는 매트릭스인 Q 매트릭스 및 대각화된 제1 코드북 D의 원소들을 이용하여 제2 코드북 E를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 방법은 연결된 코드북을 기초로 제2 코드북 E로부터 네트워크 코드북 F를 생성한다(360).
즉, 네트워크 코드북 생성 방법은 상기 수학식 6과 같이, 연결된 코드북에 포함된 원소들과 제2 코드북 E에 포함된 원소들을 내적함으로써, 네트워크 코드북 F를 생성한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 장치는 정보 수신부(410), 메모리(420), 제2 코드북 생성부(430) 및 네트워크 코드북 생성부(440)를 포함한다. 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 장치는 기지국 및 단말에 설치되어 동작할 수 있다.
정보 수신부(410)는 복수의 기지국들로부터 단말로의 대규모 페이딩(large scale fading)과 관련된 정보를 수신한다.
또한, 메모리(420)에는 미리 정의된 제1 코드북 및 복수의 기지국들의 코드북들(또는, 연결된 코드북들)이 저장된다.
또한, 제2 코드북 생성부(430)는 메모리(420)에 저장된 제1 코드북을 기초로 제2 코드북을 생성한다.
또한, 네트워크 코드북 생성부(440)는 연결된 코드북을 기초로 제2 코드북으로부터 네트워크 코드북을 생성한다.
구체적인 동작 예
본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 장치의 구체적인 동작 예는 아래와 같다. 여기서, 수퍼 셀이 4 개의 기지국들(1, 2, 3, 4)로 구성되고, 4 개의 기지국들 각각에는 두 개의 안테나들이 설치되어 있다고 가정한다. 그리고,
Figure 112009030731894-pat00012
이고, 랭크 r은 1로 설정되어 있다고 가정한다. 또한, 4 개의 기지국들의 코드북들 각각은 3GPP LTE에서 정의된
Figure 112009030731894-pat00013
라고 가정한다. 그리고, 제1 코드북 또한 3GPP LTE에서 랭크 1 코드북으로 정의된 것으로,
Figure 112009030731894-pat00014
이고, 여기서, D의 원소들은 아래와 같다고 가정한다. 참고로, D의 원소들 사이의 코달 거리는 0.75이고, D는 일정 계수 조건을 만족한다.
Figure 112009030731894-pat00015
Figure 112009030731894-pat00016
Figure 112009030731894-pat00017
D의 원소들의 개수가 16개, 4 개의 기지국들 각각의 코드북의 원소들의 개수가 4개이므로, 네트워크 코드북 F는 4x4x4x4x16=4096 개의 벡터들을 포함한다. 그리고, 4096 개의 벡터들 각각의 차원은 8 x 1 이다.
Figure 112009030731894-pat00018
에 대하여 사용자 k로부터 기지국 1로의 PMI는 '1'이고, 사용자 k로부터 기지국 2로의 PMI는 3, 사용자 k로부터 기지국 3으로의 PMI는 2, 사용자 k로부터 기지국 4로의 PMI는 1이라고 가정한다. 여기서, PMI는 코드북에 포함된 원소들의 인덱스를 의미하며, PMI '1'은 코드북에 포함된 첫 번째 원소로서,
Figure 112009030731894-pat00019
을 의미한다.
예를 들어, 코드북 D에서 12 번째 원소와 관련된 네트워크 코드북 F의 원소 t는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112009030731894-pat00020
도 4에 도시된 네트워크 코드북 생성 장치에는 도 1 내지 도 3을 통하여 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 상기 장치에 대한 보다 구체적인 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 피드백 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 5를 참조하여 단말의 피드백 방법에 대해 설명하기에 앞서, 단말과 관련된 기지국들이 제1 기지국 및 제2 기지국이라고 가정한다. 따라서, 단말은 채널 상태 정보를 제1 기지국 및 제2 기지국으로 피드백해야 한다.
여기서, 가장 큰 세기를 갖는 수신된 파일럿 신호에 대응하는 기지국을 제1 기지국, 두 번째로 큰 세기를 갖는 수신된 파일럿 신호에 대응하는 기지국을 제2 기지국이라고 가정한다.
상술한 상황에서, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 제1 기지국 및 단말 사이의 채널과 관련하여 제1 기지국의 코드북 C(1)에 대한 단말의 선호 매트릭스 지시자를 계산한다(510). 여기서, 제1 기지국의 코드북 C(1)은 제1 기지국에 의해 사용되는 코드북으로서, 이미 잘 알려진 하나의 기지국을 포함하는 다중 입출력 통신 시스템을 위한 코드북일 수 있다.
즉, 단말은 제1 기지국의 코드북 C(1)에 포함된 복수의 매트릭스들(혹은 벡터들) 중 어느 하나를 선호 매트릭스(혹은 선호 벡터)로 결정하고, 결정된 선호 매트릭스(혹은 선호 벡터)에 관한 정보인 선호 매트릭스 지시자를 생성한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 제1 기지국 및 단말 사이의 채널에 대한 채널 품질 지시자를 계산한다(520).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 제2 기지국과 단말 사이의 채널과 관련하여 제2 기지국의 코드북 C(2)에 대한 선호 매트릭스 지시자를 계산한다(530).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 상술한 바와 같이 제1 기지국 및 제2 기지국의 코드북들을 가공하여 네트워크 코드북을 생성한다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 생성된 네트워크 코드북에 대한 선호 매트릭스 지시자를 계산한다(540).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단말은 계산된 제1 기지국의 코드북 C(1)에 대한 선호 매트릭스 지시자, 제1 기지국 및 단말 사이의 채널에 대한 채널 품질 지 시자, 제2 기지국의 코드북 C(2)에 대한 선호 매트릭스 지시자, 네트워크 코드북에 대한 선호 매트릭스 지시자를 제1 기지국 또는 제2 기지국으로 피드백한다(550).
보다 구체적으로, 단말은 제1 기지국의 코드북 C(1)에 대한 선호 매트릭스 지시자, 제1 기지국 및 단말 사이의 채널에 대한 채널 품질 지시자를 제1 기지국으로 피드백할 수 있고, 제2 기지국의 코드북 C(2)에 대한 선호 매트릭스 지시자를 제2 기지국으로 피드백할 수 있다. 이 때, 단말은 제2 기지국 및 단말 사이의 채널에 대한 채널 품질 지시자를 피드백하는 대신에, 네트워크 코드북에 대한 선호 매트릭스 지시자를 제2 기지국으로 피드백할 수 있다. 즉, 제2 기지국 및 단말 사이의 채널에 대한 채널 품질 지시자를 위한 피드백 비트들은 네트워크 코드북에 대한 선호 매트릭스 지시자를 위해 할당될 수 있다.
특히, 네트워크 코드북에 대한 선호 매트릭스 지시자는 균등하게 분할되어 제1 기지국을 제외한 나머지 기지국들(상술한 예에서 나머지 기지국은 제2 기지국이다)로 피드백될 수 있다. 예를 들어, 제3 기지국 및 제4 기지국이 더 존재한다고 가정한다면, 단말은 제2 기지국 및 단말 사이의 채널에 대한 채널 품질 지시자, 제3 기지국 및 단말 사이의 채널에 대한 채널 품질 지시자, 제4 기지국 및 단말 사이의 채널에 대한 채널 품질 지시자를 제2 기지국, 제3 기지국 및 제4 기지국으로 피드백하는 대신에, 네트워크 코드북에 대한 선호 매트릭스 지시자를 균등하게 분할하여 제2 기지국, 제3 기지국, 제4 기지국으로 피드백할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 단말에 의해 피드백되는 정보의 구조를 나타낸 도면이다.
단말과 관련된 기지국들이 제1 기지국 및 제2 기지국이고, 가장 큰 세기를 갖는 수신된 파일럿 신호에 대응하는 기지국을 제1 기지국, 두 번째로 큰 세기를 갖는 수신된 파일럿 신호에 대응하는 기지국을 제2 기지국이라고 가정한다.
도 6의 610을 참조하면, 단말은 제1 기지국 및 단말 사이의 채널 품질 지시자를 제1 기지국으로 피드백한다. 또한, 단말은 제1 기지국의 코드북에 대한 선호 매트릭스 지시자를 제1 기지국으로 피드백한다. 여기서, '0'는 피드백 비트가 '사용되고 있음'을 의미한다.
도 6의 620을 참조하면, 단말은 제2 기지국의 코드북에 대한 선호 매트릭스 지시자를 제2 기지국으로 피드백한다. 다만, 단말은 제2 기지국 및 단말 사이의 채널 품질 지시자를 제2 기지국으로 피드백하지 않고, 남아 있는 피드백 비트들을 이용하여 네트워크 코드북에 대한 선호 매트릭스 지시자를 제2 기지국으로 피드백한다. 여기서, 'x'는 피드백 비트들이 '사용되지 않음'을 의미한다.
만약, 제3 기지국이 더 존재한다면, 단말은 네트워크 코드북에 대한 선호 매트릭스 지시자를 분할하여 일부를 제2 기지국으로 피드백하고, 나머지 일부를 제3 기지국으로 피드백할 수 있다.
상술한 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 특 별히 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 포함된다. 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(Multi Users) MIMO(Multiple Input Multiple Output) 통신 시스템의 일예를 나타낸 도면이다.
도 2는 복수의 수퍼 셀들을 포함하는 네트워크 MIMO 통신 시스템의 일예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 코드북 생성 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 피드백 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 단말에 의해 피드백되는 정보의 구조를 나타낸 도면이다.

Claims (15)

  1. 복수의 기지국들에 의해 공유되는 네트워크 코드북을 생성하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 기지국들로부터 단말로의 대규모 페이딩(large scale fading)과 관련된 정보를 수신하는 단계;
    상기 대규모 페이딩과 관련된 정보 및 미리 정의된 제1 코드북을 기초로 제2 코드북을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 기지국들의 코드북들로부터 생성된 연결된(concatenated) 코드북을 기초로 상기 제2 코드북으로부터 상기 네트워크 코드북을 생성하는 단계
    를 포함하는 네트워크 코드북 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코드북을 생성하는 단계는
    상기 대규모 페이딩과 관련된 값들을 포함하는 매트릭스를 이용하여 상기 제1 코드북에 포함된 원소들을 가공함으로써 상기 제2 코드북을 생성하는 단계인 네트워크 코드북 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 대규모 페이딩과 관련된 값들은 대각 원소들로서 포함되는 네트워크 코 드북 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코드북을 생성하는 단계는
    상기 제1 코드북에 포함된 원소들을 대각화하는 단계; 및
    상기 대규모 페이딩과 관련된 값들을 포함하는 매트릭스 및 상기 대각화된 상기 제1 코드북에 포함된 원소들을 이용하여 상기 제2 코드북을 생성하는 단계
    를 포함하는 네트워크 코드북 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 코드북을 생성하는 단계는
    상기 연결된 코드북에 포함된 원소들 및 상기 제2 코드북에 포함된 원소들을 내적함으로써 상기 네트워크 코드북을 생성하는 단계인 네트워크 코드북 생성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 기지국들로부터 상기 단말로의 대규모 페이딩은 상기 단말에 의해 측정되는 네트워크 코드북 생성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코드북은 일정 계수(constant modulus) 조건(criterion)을 만족하거나, 상기 제1 코드북에 포함된 매트릭스들 사이의 코달 거리(Chordal distance)를 고려하여 미리 정의되는 네트워크 코드북 생성 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 기지국들의 코드북들을 기초로 상기 연결된 코드북을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 네트워크 코드북 생성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연결된 코드북을 생성하는 단계는
    상기 복수의 기지국들의 코드북들에 포함된 원소들을 내적함으로써 상기 연결된 코드북을 생성하는 단계인 네트워크 코드북 생성 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 코드북은 상기 복수의 기지국들이 프리코딩을 수행하는 데에 사용되거나, 상기 단말이 채널 상태 정보를 상기 복수의 기지국들로 피드백하는 데에 사용되는 네트워크 코드북 생성 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 기지국들의 코드북들은 하나의 기지국을 포함하는 다중 입출력 통신 시스템에서 사용되는 것들인 네트워크 코드북 생성 방법.
  12. 제1 기지국으로 상기 제1 기지국의 코드북에 대한 단말의 선호 매트릭스 지시자(Preferred Matrix Indicator) 및 상기 제1 기지국 및 상기 단말 사이의 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator)를 피드백하는 단계; 및
    제2 기지국으로 상기 제2 기지국의 코드북에 대한 상기 단말의 선호 매트릭스 지시자 및 네트워크 코드북에 대한 상기 단말의 선호 매트릭스 지시자를 피드백하는 단계
    를 포함하고,
    상기 네트워크 코드북은 상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국에 의해 공유되는 네트워크 코드북을 이용한 단말의 피드백 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 네트워크 코드북을 공유하는 제3 기지국이 더 존재하는 경우,
    상기 제2 기지국으로 상기 네트워크 코드북에 대한 상기 단말의 선호 매트릭스 지시자를 피드백하는 단계는
    상기 네트워크 코드북에 대한 상기 단말의 선호 매트릭스 지시자의 일부를 상기 제2 기지국으로 피드백하는 단계이고,
    상기 네트워크 코드북을 이용한 단말의 피드백 방법은
    상기 제3 기지국으로 상기 네트워크 코드북에 대한 상기 단말의 선호 매트릭스 지시자의 다른 일부를 피드백하는 단계
    를 더 포함하는 네트워크 코드북을 이용한 단말의 피드백 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 네트워크 코드북은
    상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국으로부터 상기 단말로의 대규모 페이딩(large scale fading)과 관련된 정보 및 미리 정의된 제1 코드북을 기초로 제2 코드북을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국의 코드북들로부터 생성된 연결된(concatenated) 코드북을 기초로 상기 제2 코드북으로부터 상기 네트워크 코드북을 생성하는 단계
    를 수행함으로써 생성되는 네트워크 코드북을 이용한 단말의 피드백 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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