KR101505825B1 - 벡터들을 인코딩하기 위한 방법 - Google Patents

벡터들을 인코딩하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전송기로부터 수신기로의 전송을 위해 벡터를 인코딩하기 위한 방법으로서, 미리 규정된 M-차원 벡터 코드북에서 제 1 벡터를 선택하는 단계, 및 랜덤 벡터와 제 1 벡터 사이의 에러 벡터가 이전 단계와 관련된 것만큼 감소된 차원을 갖는 추가 벡터 코드북으로부터 추가 벡터를 선택함으로써 양자화되는 적어도 하나의 리파인먼트 단계를 포함하고, M-차원 벡터 코드북 및 추가된 미리 규정된 벡터 코드북은 전송기 및 수신기 둘 모두에 공지되는, 상기 전송기로부터 수신기로의 전송을 위해 벡터를 인코딩하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

벡터들을 인코딩하기 위한 방법{METHOD FOR ENCODING VECTORS}
본 발명은 다중-입력 다중-출력(MIMO) 전송 신호에 대한 벡터(vector)들을 인코딩(encoding)하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 예를 들면, 범용 모바일 원격통신 시스템(Universal Mobile Telecommunications System; UMTS)에서 구현된 MIMO 신호들에 관한 것이다.
주파수 분할 듀플렉스(frequency division duplex; FDD) 모드에서 동작하는 통신 시스템들의 하나의 중요한 양태는 단말기들이 신뢰가능한 채널 상태 정보(channel state information; CSI)를 전송기에 제공하는 것이고, 이는 다운링크(downlink)에서의 사용자들의 스케줄링(scheduling), 적응형 변조 및 코딩 방식들의 선택 뿐만 아니라, 채널 상태들에 따른 데이터 신호들의 사전-프로세싱(pre-processing)을 허용한다.
이 제어 정보는 예를 들면, 전송 단들 중 하나 또는 둘 모두에서 안테나 어레이(antenna array)들을 사용하는 전송 방식들에서 근본적이다. 실제로, 전송 신호의 더 높은 처리량 및/또는 더 높은 신뢰성 면에서 MIMO 이득들을 이용하기 위해서, 전송기는 타겟 사용자(target user)의 전파 채널과 부합하고 아마도 다른 원하지 않는 빔(beam)들로부터의 간섭을 최소화하는 빔들을 형성할 수 있어야 한다. 이것은 전송기 측에서 사전-코딩 기술들을 적용함으로써 성취되는데, 이는 각 쌍의 전송 및 수신 안테나 소자들로부터의 채널 전파 계수들의 정확한 인식을 요구한다.
이 CSI는 전형적으로 수신 단말기들에 의해 주기적으로 피드백(feed back)된 제어 정보에 의하여 FDD 시스템의 전송기로 전달된다. 제어 시그널링(control signalling)은 일반적으로 채널 측정치들 + 수신기가 동작할 것으로 예상되는 신호-대-잡음+간섭비(SINR)를 나타내는 채널 품질 표시자(channel quality indicator; CQI)의 벡터의 인코딩된 표현을 포함한다.
채널 벡터를 인코딩하는 하나의 통상적인 방식은 단말기가 어떤 메트릭(metric)에 의해 채널 벡터에 가장 가까운 코드북 벡터에 대응하는 인덱스(index)를 피드백하도록 전송기와 단말기 둘 모두에 공지되어 있는 벡터들의 코드북(codebook)을 제공한다. 이것은 기본적으로 벡터 양자화 동작이다. 이 양자화 인덱스 보고는 시간 및 주파수에서 주기적으로 수행되는데, 이는 인덱스가 주어진 시간-주파수 리소스(resource) 블록마다 피드백된다는 것을 의미한다. 이러한 피드백 보고들은 시간 및 주파수의 채널 변화들이 더 느려짐에 따라 증가하는 어떤 레벨의 상관을 나타낸다.
본 발명의 목적은 제어 시그널링의 비트 레이트를 감소시키고/감소시키거나 CSI 보고들의 정확도를 증가시키는 것이다. 이를 위해, 상기 언급된 상관을 이용하도록 시도하는 것이 합리적이다.
따라서, 전송기로부터 수신기로의 전송을 위해 벡터를 인코딩하기 위한 방법으로서, 미리 규정된 M-차원 벡터 코드북에서 제 1 벡터를 선택하는 단계, 및 랜덤 벡터(random vector)와 제 1 벡터 사이의 에러 벡터(error vector)가 이전 단계와 관련된 것만큼 감소된 차원을 갖는 추가 벡터 코드북으로부터 추가 벡터를 선택함으로써 양자화되는 적어도 하나의 리파인먼트 단계(refinement step)를 포함하고, M-차원 벡터 코드북 및 추가된 미리 규정된 벡터 코드북은 전송기 및 수신기 둘 모두에 공지되는, 상기 전송기로부터 수신기로의 전송을 위해 벡터를 인코딩하기 위한 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이전 단계와 관련된 것만큼 감소된 차원을 갖는 추가 벡터 코드북은 이전 단계와 관련된 것만큼 감소된 차원들을 갖는 미리 규정된 벡터 코드북을 회전시킴으로써 획득된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 회전 파라미터들은 절차의 이전 단계들에서 선택된 벡터들에 의해 완전히 결정된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 각 단계에서의 양자화의 결과의 표시자는 전송기로부터 수신기로 시그널링(signalling)된다.
전송기로부터 수신기로의 전송을 위해 벡터를 인코딩하기 위한 인코더로서, 미리 규정된 M-차원 벡터 코드북에서 제 1 벡터를 선택하고, 랜덤 벡터와 제 1 벡터 사이의 에러 벡터가 이전 단계와 관련된 것만큼 감소된 차원을 갖는 추가 벡터 코드북으로부터 추가 벡터를 선택함으로써 양자화되는 적어도 하나의 리파인먼트 단계를 수행하기 위해 구성되고, M-차원 벡터 코드북 및 추가 미리 규정된 벡터 코드북은 전송기 및 수신기 둘 모두에 공지되는, 상기 인코더가 또한 제공된다.
본 발명은 무선 통신 시스템들 특히, UMTS LTE 또는 다른 미래의 셀룰러 시스템들에서의 제어 시그널링의 인코딩에서 적용될 수 있다.
따라서, 랜덤 벡터를 인코딩하기 위한 이러한 인코더 및 랜덤 벡터를 수신기에 전송하기 위한 전송기를 포함하는 무선 통신 단말기, 및 랜덤 벡터를 인코딩하기 위한 인코더 및 랜덤 벡터를 수신기로 전송하기 위한 전송기를 포함하는 기지국이 제공된다.
본 발명은 이제 첨부 도면들을 참조하여, 예로서, 더 상세히 설명될 것이다.
도 1 내지 도 3은 M=3인 본 발명의 리파인먼트 방법의 단계들을 표현한 도면들.
본 발명에서, 우리는 개선된 정확도로 다수의 단계들에서 랜덤 벡터를 인코딩하기 위한 방법을 설명하고, 이는 벡터의 상관된 인스턴스(instance)들의 연속적인 보고의 경우에 벡터에 의해 전달된 정보를 라파인(refine)하도록 한다.
본 발명의 가장 일반적인 형태에서, 본 발명은 다음과 같이 설명될 수 있다: 인코딩될 벡터가 차원 M을 갖는다면, 차원들 M, M-1, 차원 2까지의 벡터 공간들에서 벡터 양자화에 양호한 복수의 벡터 코드북들이 제공되고, 코드북들의 수는 주어진 애플리케이션에 대해 고려되는 리파인먼트 단계들의 최대 수에 따른다.
인코딩 프로세서의 제 1 단계는 M-차원 코드북에 의한 통상적인 벡터 양자화 동작이다. 이것을 리파인먼트 단계(0)이라고 하자.
다음 인코딩 동작에서, 이전 단계로부터 변화할 수 있는 벡터가 다시 M-차원 코드북으로 양자화되는 테스트 절차(test procedure)가 처음으로 수행될 수 있다. 양자화가 이전 단계와 상이한 벡터 인덱스를 발생시킨다면, 이 새로운 벡터는 벡터의 새로운 표현으로 간주된다. 그러나, 코드북 M으로부터 양자화 벡터 인덱스가 이전 단계와 동일하다면, 추가 리파인먼트 단계가 액세스된다. 코드북 M에 의해 생성된 양자화 에러 자체가 코드북 M-1을 사용함으로써 양자화된다. 이것을 리파인먼트 단계(1)이라고 하자. 이것은 양자화 에러 벡터가 차원 M-1을 가지는 양자화 벡터에 직교하는 벡터 공간에 존재하기 때문에 가능하다. 방법의 가능한 구현에서, 상기 설명된 테스트 절차가 스킵(skip)될 수 있고, 단말기는 항상 규칙적인 패턴으로 단계(0) 이후에 리파인먼트 단계(1)의 결과를 보고하도록 강요될 수 있다. 이 경우에, M-차원 코드북으로부터의 벡터 인덱스가 변화한 것으로 인하여 리파인먼트가 가능하지 않다면, 단말기는 이 사실을 전송기에 시그널링할 수 있다.
다음 인코딩 동작에서, 벡터가 다시 코드북 M 및 M-1로 양자화되는 테스트 절차가 다시 처음으로 수행될 수 있다. 이러한 동작들 중 하나가 이전 단계들과 상이한 인덱스를 리턴(return)시킨다면, 벡터의 새로운 표현이 이 새로운 인덱스에 의해 주어진다. 그렇지 않은 경우에, 동작들 둘 모두가 동일한 인덱스들을 리턴시키거나, 테스트 절차가 스킵(skip)된다면, 방법은 리파인먼트 단계(1)와 연관된 에러 벡터가 코드북 M-2로 양자화되는 추가 리파인먼트 단계로 진행한다. 이것은 리파인먼트 단계(2)이다.
코드북들이 추가 라파인먼트 단계들을 위해 제공되는 경우에 벡터 표현을 추가로 리파인함으로써 반복 절차가 지속될 수 있다. 절차가 제공된 가장 작은 코드북 차원을 갖는 양자화 인덱스를 생성할 때, 더 큰 코드북 차원들로부터의 양자화 인덱스들이 이전 단계로부터 변화되지 않는다면, 이 동일한 코드북을 지속적으로 사용한다.
각 단계에서, 관련 차원의 미리 규정된 코드북은 자신이 이전 단계에서 선택된 벡터에 직교한다는 것을 보증하기 위하여 회전될 수 있다. 유용하게도, 회전은 자신이 이전 단계들에서 선택된 벡터들로부터 고유하게 결정되도록 디자인될 수 있다; 이것은 사용된 회전이 부가적인 시그널링 없이 전송기 및 수신기 둘 모두에 충분히 공지될 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명은 인코딩 프로세스의 연속적인 단계들에서 감소된 차원을 갖는 상이한 코드북들의 사용을 기초로 한다. 이들 코드북들 각각은 각 차원에 대해 최적화될 수 있고, 코드북들은 서로 독립적이다. 게다가, 차원이 감소함에 따라, 평균 왜곡을 동일하게 유지하면서 코드북 크기가 감소될 수 있다.
본 발명의 기술은 예를 들면, 통신 시스템에서 단말기들로부터 기지국으로 보고될 채널 상태 정보(CSI)를 인코딩하기 위해 사용될 수 있다. CSI의 시그널링의 경우에, 상이한 단계들에서 수행된 양자화 동작들의 출력이 시간에서의 연속적인 시그널링 이벤트들에서, 또는 주파수에서의 인접한 리소스 블록들에 대해서, 또는 채널의 연속적인 인접한 공간적 경로들에 대해서 사용될 수 있다. 본 발명의 기술에 따르면, 감소된 차원의 양자화 코드북을 사용하는 각 연속적인 피드백 메시지는 CSI의 하나의 인스턴스와 다음 인스턴스 사이에 상관이 존재하는 임의의 경우에, 채널 상태 정보의 더 리파인된 버전을 기지국에 제공한다.
테스트 절차가 상기 설명된 바와 같이 각 단계에서 수행되는 경우에, 기술에서의 리파인먼트 단계들의 수는 인코딩될 벡터의 연속적인 인스턴스들 사이의 상관 정도에 자동적으로 따를 것이다. 대안적으로, 리파인먼트 단계들의 수는 인코딩될 벡터의 연속적인 인스턴스들 사이의 측정되거나 예측된 상관에 따라 설정되거나, 미리 결정될 수 있다.
이하에서, 우리는 본 발명의 가능한 구현을 설명한다. 간소화를 위하여, 우리는 실제-값의 M-차원 벡터(a)를 고려하고(여기서, M=3), 양자화 동작이 2-차원 코드북을 사용하여 3-차원 코드북(리파인먼트 단계(0)) 및 리파인먼트 단계(1)로 수행한 것을 설명한다. 이 예에서의 양자화 메트릭은 현 거리(chordal distance)이다.
도 1에서, 리파인먼트 단계(0)가 도시된다. a로부터 최소 현 거리를 갖는 코드북 벡터(
Figure 112010003342119-pct00001
)만이 양자화 에러 벡터(e)와 함께 도시된다. 리파인먼트 단계(0)에서의 a의 근사 표현은 단순히
Figure 112010003342119-pct00002
에 의해 제공된다.
도 2에 도시된 리파인먼트 단계(1)에서, 단계(0)로부터의 양자화 에러 벡터(e) 자신은 사전에 제공된 2-차원 코드북을 사용함으로써 양자화된다. e의 양자화된 표현은
Figure 112010003342119-pct00003
에 의해 제공되는 반면, 벡터(a)의 리파인된 표현은 이제
Figure 112010003342119-pct00004
이 되었다.
도 3은 2-단계 양자화 절차의 완성된 픽처(picture)를 도시한다. 2개의 코드북들의 최소 현 거리들 상에서의 매우 온건한 조건들 하에서, 리파인먼트 단계(1) 이후의 에러 벡터(γ)의 진폭이 항상 단계(0)에서의 에러 벡터(e)의 진폭보다 더 작다는 것이 확인될 수 있다.

Claims (12)

  1. 전송기로부터 수신기로의 MIMO 전송 신호에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 벡터를 인코딩하기 위한 방법에 있어서,
    미리 규정된 M-차원 벡터 코드북에서 제 1 벡터를 선택하는 단계, 및 랜덤 벡터와 상기 제 1 벡터 사이의 에러 벡터가 이전 단계에 비해 차원이 1 만큼 감소된 추가 벡터 코드북으로부터 추가 벡터를 선택함으로써 양자화되는 적어도 하나의 리파인먼트 단계(refinement step)를 포함하고, 상기 M-차원 벡터 코드북 및 상기 추가된 미리 규정된 벡터 코드북은 상기 전송기 및 수신기 모두에 공지되는, 전송기로부터 수신기로의 MIMO 전송 신호에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 벡터를 인코딩하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이전 단계에 비해 차원이 1 만큼 감소된 추가 벡터 코드북은 상기 이전 단계에 비해 차원이 1 만큼 감소된 미리-규정된 벡터 코드북을 회전시킴으로써 획득되는, 전송기로부터 수신기로의 MIMO 전송 신호에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 벡터를 인코딩하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    회전 파라미터들(rotation parameters)은 상기 제 1 벡터를 선택하는 단계 및 상기 적어도 하나의 리파인먼트 단계에서 선택된 벡터들에 의해 완전히 결정되는, 전송기로부터 수신기로의 MIMO 전송 신호에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 벡터를 인코딩하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각 리파인먼트 단계에서의 양자화의 결과의 표시자가 상기 전송기로부터 상기 수신기로 시그널링(signalling)되는, 전송기로부터 수신기로의 MIMO 전송 신호에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 벡터를 인코딩하기 위한 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    각 리파인먼트 단계에서, 양자화가 이전 단계의 코드북을 사용하여 처음으로 수행되고, 양자화들의 결과가 상기 이전 단계와 동일하면 상기 리파인먼트 단계가 수행되고 상기 리파인먼트 단계의 결과가 시그널링되는 반면, 상기 양자화의 결과가 상기 이전 단계와 상이하면 리파인먼트가 가능하지 않다는 표시자가 시그널링되는, 전송기로부터 수신기로의 MIMO 전송 신호에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 벡터를 인코딩하기 위한 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    각 리파인먼트 단계는 미리 규정된 시퀀스에 따라 연속적인 시간 간격 동안 수행되는, 전송기로부터 수신기로의 MIMO 전송 신호에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 벡터를 인코딩하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 벡터는 라디오 채널(radio channel)의 상태 정보를 표현하는, 전송기로부터 수신기로의 MIMO 전송 신호에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 벡터를 인코딩하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    각 단계는 상이한 시간, 주파수 또는 공간 양태 중 적어도 하나에서 상기 라디오 채널에 대해 수행되는, 전송기로부터 수신기로의 MIMO 전송 신호에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 벡터를 인코딩하기 위한 방법.
  10. 전송기로부터 수신기로의 MIMO 전송 신호에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 벡터를 인코딩하기 위한 인코더에 있어서,
    미리 규정된 M-차원 벡터 코드북에서 제 1 벡터를 선택하고, 랜덤 벡터와 상기 제 1 벡터 사이의 에러 벡터가 이전 단계에 비해 차원이 1 만큼 감소된 추가 벡터 코드북으로부터 추가 벡터를 선택함으로써 양자화되는 적어도 하나의 리파인먼트 단계를 수행하기 위해 구성되고, 상기 M-차원 벡터 코드북 및 상기 추가된 미리 규정된 벡터 코드북은 상기 전송기 및 수신기 모두에 공지되는, 전송기로부터 수신기로의 MIMO 전송 신호에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 벡터를 인코딩하기 위한 인코더.
  11. 랜덤 벡터를 인코딩하기 위한 제 10 항에 따른 인코더 및 상기 랜덤 벡터를 수신기에 전송하기 위한 전송기를 포함하는, 무선 통신 단말기.
  12. 랜덤 벡터를 인코딩하기 위한 제 10 항에 따른 인코더 및 상기 랜덤 벡터를 수신기에 전송하기 위한 전송기를 포함하는, 기지국.
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