KR101579749B1

KR101579749B1 - 다중 입출력 무선통신 시스템에서 하향 링크를 위한 공동 빔 성형 방법 및 그를 수행하기 위한 송수신 장치

Info

Publication number: KR101579749B1
Application number: KR1020090025398A
Authority: KR
Inventors: 유재천; 이주호; 한진규; 이인호; 문철; 육종관
Original assignee: 삼성전자주식회사; 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2015-12-24
Also published as: KR20100107223A

Abstract

본 발명은 인접 기지국들이 고속의 통신망으로 연결된 협력 무선 통신 시스템에서, 역방향 링크의 제한된 피드백 채널을 통해 통신 단말기들로부터 전달된 부분적인 채널 정보만을 이용하여, 모든 협력 기지국들에서 한 통신 단말기로의 전송 이득을 최대로 하는 협력 기지국들간 공동 빔 성형 기술을 제공한다.

제안하는 공동 빔 성형 기술은, 약속된 RVQ 코드북을 협력 기지국들과 각 통신 단말기간의 공간 상관 행렬을 이용하여 컬러링함으로써, 협력 기지국들과 각 통신 단말기 링크의 블록 상관 채널 환경에 적응하는 컬러링 코드북을 사용한다. 각 통신 단말기는 각 링크 별로 생성하는 컬러링 코드북을 송신기와 공유하기 위해, 각 하향 링크의 공간 상관 행렬을 추정하고 이를 장기 피드백 채널을 통하여 협력 기지국들과 공동 빔 성형 제어국으로 피드백한다. 또한, 각 통신 단말기는 각 링크 별로 생성되는 컬러링 코드북에서 전송 이득을 최대로 하는 가중치 벡터를 선택하고, 그의 가중치 인덱스와 해당 채널 품질 정보를 단기 피드백 채널을 통해 송신기로 피드백한다. 송신기의 공동 빔 성형 제어국은 최대 스케줄링 우선 순위를 갖는 하나의 통신 단말기를 데이터 심볼을 전송할 통신 단말기로 스케줄링하고, 해당 통신 단말기의 공간 상관 행렬에 대한 장기 피드백 정보와 컬러링 과정을 통하여, 해당 통신 단말기에서 생성한 코드북과 동일한 컬러링 코드북을 생성한다. 공동 빔 성형 제어국은 해당 통신 단말기를 위한 컬러링 코드북에서 해당 통신 단말기가 단기 피드백한 가중치 인덱스가 가리키는 가중치 벡터를 이용하여 공동 빔 성형을 수 행한다. 공동 빔 성형에 의해 발생된 (협력 기지국 개수 X 협력 기지국 별 송신 안테나 개수) 개의 전송 심볼들은 해당되는 각 협력 기지국들로 나뉘어 전달되고, 각 협력 기지국들은 송신 안테나 개수의 전달된 전송 심볼들을 해당 송신 안테나들을 통해 전송한다. 제안하는 컬러링 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술은 제한적인 양의 장기와 단기의 피드백 정보만을 사용하여, optimal 공동 빔 성형 기술에 근접하는 전송 용량을 제공할 수 있다.

빔 성형, 코드북, 협력 기지국, 통신 단말기, 피드백

Description

다중 입출력 무선통신 시스템에서 하향 링크를 위한 공동 빔 성형 방법 및 그를 수행하기 위한 송수신 장치{METHOD FOR JOINT BEAMFORMING IN DOWNLINK MULTIPLE-INPUT MUTIPLE-OUTPUT WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND APPARATUS FOR PROCESSING THE SAME}

본 발명은 다중 입출력 방식을 사용하는 협력 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히 협력 기지국(Collaborative Base Transceiver Station; C-BTS)들과 단일 통신 단말기(Access Terminal; AT) 간 전송 이득을 최대로 하기 위한 협력 기지국들의 공동 빔 성형(joint BeamForming; joint BF) 방법 및 그를 수행하기 위한 송수신 장치에 관한 것이다.

무선통신 시스템에서 고속, 고품질의 데이터 서비스를 제공하기 위해, 송신기와 수신기에 다수의 안테나를 사용하는 다중 입출력(Multiple-Input Multiple-Output; MIMO) 방식이 제안되고 있다. 이러한 다중 입출력 방식에서 송신기와 수신기 간 공간 신호 처리(spatial processing)가 요구되며, 이를 위해 송신기와 수신기는 각각 송신기와 수신기 간 채널 상태 정보(Channel State Information; CSI)를 파악해야 한다. 특히 기지국(Base Transceiver Station; BTS)은 기지국의 복수개의 송신 안테나와 통신 단말기의 복수개의 수신 안테나 간 하향 링크의 채널 상태 정보를 파악해야 한다.

주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplexing; FDD) 시스템은 하향 링크와 상향 링크에 서로 다른 주파수 대역을 사용한다. 이에 따라, 통신 단말기가 하향 링크의 채널 상태 정보를 추정하여 기지국으로 피드백함에 따라, 기지국이 하향 링크의 채널 상태 정보를 파악할 수 있다. 이 때 통신 단말기가 완전한 채널 상태 정보(full CSI)를 기지국으로 피드백하는데 대용량의 피드백 정보의 전송이 요구된다. 이로 인하여, 통신 단말기가 최소 용량의 피드백 정보를 전송하더라도, 기지국에서 채널 상태 정보를 용이하게 파악할 수 있도록, 코드북(codebook) 기반의 다중 입출력 방식이 제안되었다. 즉 송신기와 수신기가 다수개의 송신 가중치 벡터들로 구성된 코드북을 미리 약속하고, 수신기가 하향 링크의 채널 상태 정보를 추정하여 전송 성능을 최대로 하기 위한 가중치 벡터를 코드북 내에서 선택하고, 그의 가중치 인덱스(index)를 송신기로 피드백하는 기술이다.

한편, 기존의 다중 입출력 방식은 동일 셀 내에서 동시에 전송되는 데이터 심볼들 간의 간섭을 나타내는 동일 셀 간섭을 공간적으로 제거하거나 억제하는데 초점을 맞춘 기술이다. 특히 기존의 단일 셀(single cell) 내 빔 성형 기술은 각각의 기지국에서 빔을 성형하고, 각 빔을 통해 단일 통신 단말기에 데이터 심볼을 전송한다. 그러나 데이터 심볼 수신 시, 통신 단말기가 다수개의 기지국들의 서비스 영역들이 서로 중복되는 지역에 위치하고 있으면, 타 셀 간 간섭(Inter Cell Interference; ICI)이 상당히 증가하여 통신 단말기의 성능이 저하된다.

이로 인하여, 인접한 타 셀 간 간섭을 억제하기 위한 빔 성형 기술에 대한 연구 필요성이 제기되고 있다. 최근 제안된 충돌 방지 빔 성형(Collison Avoidance BF; CA-BF) 기술은, 인접한 협력 기지국들이 고속의 통신망으로 서로 연결되어 있는 협력 무선 통신 시스템에서 협력 기지국들 간 협동 스케줄링(joint scheduling)을 통해 타 셀 간 간섭을 최소화한다. 즉 충돌 방지 빔 성형 기술은 기존의 코드북 및 전송 기술을 그대로 사용하면서, 단지 협력 기지국들의 가중치 벡터들 간 충돌을 방지하여 타 셀 간 간섭을 억제하는 협력 스케줄링 기술이다.

따라서, 본 발명의 목적은 인접한 협력 기지국들이 고속의 통신망으로 연결된 협력 무선 통신 시스템에서, 모든 협력 기지국들과 단일 통신 단말기 간 전송 이득을 최대로 하는 협력 기지국들의 공동 빔 성형을 위한 새로운 데이터 심볼 송수신 방법 및 장치들을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 협력 기지국들과 하나의 통신 단말기 간 하향 링크 채널의 특성, 즉 동일 협력 기지국의 송신 안테나들의 채널들은 상관(correlation)되어 있지만 다른 협력 기지국들의 송신 안테나들의 채널들은 비상관(uncorrelation)된 채널 특성에 적합한 공동 빔 성형 용 가중치 벡터들의 코드북 생성을 위한 새로운 방법들과 장치들을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상향 링크의 제한된 피드백 정보를 이용하여, 최적의 성능을 갖는 공동 빔 성형 기술을 구현하기 위해, 통신 단말기의 피드백 정보의 내용 및 형태를 최적화하는 새로운 방법들과 장치들을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 공동 빔 성형 기술은, 모든 협력 기지국들과 단일 통신 단말기 간 하향 링크 채널에서 전송 이득을 최대로 하도록, 모든 협력 기지국들의 송신 배열 안테나에 가해지는 송신 가중치 벡터들을 동시에 조절한다. 이를 위해, 본 발명에 따른 공동 빔 성형 기술에 있어서, 협력 기지국들이 고속의 유선 통신망을 통해 공동 빔 성형 제어국에 연결되고, 각 협력 기지국들은 통신 단말기들로부터 수신된 피드백 정보를 유선 통신망을 통해 공동 빔 성형 제어국에 전달한다. 그리고 본 발명에 따른 공동 빔 성형 기술에 있어서, 공동 빔 성형 제어국은 피드백 정보를 이용하여 해당 클러스터에 속한 모든 통신 단말기들 중에서 데이터 심볼을 전송할 하나의 통신 단말기와 해당 통신 단말기에 사용할 공동 빔 성형 가중치 벡터를 결정한다. 또한 본 발명에 따른 공동 빔 성형 기술에 있어서, 공동 빔 성형 제어국은 스케줄링된 통신 단말기에 전송할 데이터 심볼에, 해당 통신 단말기에 사용할 공동 빔 성형 가중치 벡터를 곱해서 발생된 전송 심볼들을 협력 기지국들로 전송하고, 모든 협력 기지국들은 각 송신 배열 안테나를 통해 해당 전송 심볼들을 동시에 전송한다.

그리고 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 공동 빔 성형 기술은, 모든 협력 기지국들과 통신 단말기들간에 약속된 RVQ 코드북을 협력 기지국들과 각 통신 단말기 간 공간 상관 행렬을 이용하여 컬러링함으로써, 협력 기지국들과 각 통신 단말기 간 링크의 채널 환경에 적응하는 컬러링 코드북(colored RVQ codebook)을 생성 및 사용한다. 이 때 협력 기지국들과 각 통신 단말기 간 공간 상관 행렬은 대각선 블록 상관 형태를 가지므로, RVQ 코드북은 컬러링 과정을 통해, 동일 협력 기지국의 송신 배열 안테나에 곱해지는 가중치 벡터들 간에는 주어진 공간 상관도를 가지면서, 타 협력 기지국의 송신 배열 안테나에 가해지는 가중치 벡터들 간에는 상관도가 없는 가중치 벡터들로 구성된, 공동 빔 성형을 위한 컬러링 코드북으로 변형된다.

또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 공동 빔 성형 기술은, 각 통신 단말기에서 장기 피드백 채널을 이용하여 하향 링크 채널의 공간 상관 행렬을 피드백하고, 각 통신 단말기 별로 컬러링 코드북에서 전송 이득을 최대로 하는 가중치 벡터를 선택하고 그의 가중치 인덱스를 단기 피드백 채널을 통해 피드백한다. 송신기의 공동 빔 성형 제어국은 협력 기지국들로부터 피드백된 각 통신 단말기의 공간 상관 행렬에 대한 장기 피드백 정보를 이용하여, 각 통신 단말기에서 생성한 코드북과 동일한 컬러링 코드북을 생성한다. 공동 빔 성형 제어국은 최대 스케줄링 우선 순위를 갖는 하나의 통신 단말기를 데이터 심볼을 전송할 통신 단말기로 선택하고, 해당 통신 단말기를 위한 컬러링 코드북에서 해당 통신 단말기가 단기 피드백한 가중치 인덱스가 가리키는 가중치 벡터를 이용하여 공동 빔 성형을 수행한다.

따라서, 본 발명에 따른 다중 입출력 무선 통신 시스템에서 하향 링크를 위한 공동 빔 성형 방법 및 그를 수행하기 위한 송수신 장치는, 인접 기지국들이 고속의 통신망으로 연결된 협력 무선 통신 시스템에서, 상향 링크의 제한된 피드백 채널을 통해 통신 단말기들로부터 전달된 부분적인 채널 정보만을 이용하여, 모든 협력 기지국들과 단일 통신 단말기 간 전송 이득을 최대화할 수 있다. 그리고 모든 협력 기지국들과 단일 통신 단말기 간 하향 링크 채널에서 전송 이득을 최대화하도록, 모든 협력 기지국들의 송신 배열 안테나에 가해지는 송신 가중치 벡터들을 공동으로 동시에 조절함으로써, 타 셀 간 간섭이 매우 큰 환경에서도 협력 기지국들의 가장 자리에 위치한 통신 단말기에 안정적인 데이터 심볼 전송이 가능하다. 또 한 협력 기지국들과 통신 단말기 간 하향 링크 채널의 블록 상관 채널 특성에 최적화된 컬러링 코드북을 사용함으로써, 다양한 공간 상관 특성을 갖는 채널 환경에서 기존의 BF 코드북 보다 상당히 높은 성능을 제공한다.

게다가, 역방향 링크의 제한된 피드백 채널을 통해 통신 단말기들로부터 전달된 부분적인 채널 정보만을 이용하여, 제안하는 공동 빔 성형 기술이 최적의 공동 빔 성형 기술에 근접하는 성능을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이 때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

본 발명에서는 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 협력 무선통신 네트워크에서, 제한된 양의 피드백 정보를 이용하여 모든 협력 기지국들에서 단일 통신 단말기로의 전송 이득을 최대로 하는 협력 기지국들간 공동 빔 성형 기술을 제안한다. 본 발명에서는, 제한된 양의 피드백 정보를 이용하여, 모든 협력 기지국들이 단일 통신 단말기를 대상으로 전송 이득을 최대화 하는 공동 빔 성형 기술을 제안한다. 본 발명의 공동 빔 성형 기술은, 모든 협력 기지국들과 통신 단말기 간 하향 링크 채널에서 전송 이득을 최대로 하도록, 모든 협력 기지국들의 송신 가중치 벡터를 공동으로 조절한다. 따라서, 타 셀 간 간섭이 매우 큰 환경에서도 협력 기지국들의 가장 자리에 위치한 통신 단말기에 안정적인 데이터 심볼 전송을 가능케 한 다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공동 빔 성형 시스템의 개략적인 구조를 도시하는 구조도이다.

도 1을 참조하면, 공동 빔 성형 시스템은 인접한 협력 기지국(100)들, 공동 빔 성형 제어국(joint beamformer; 200) 및 통신 단말기(300)들을 포함한다. 협력 기지국(100)들은 고속의 유선 통신망을 통해 공동 빔 성형 제어국(joint beamformer; 200)에 연결된다. 그리고 과 통신 단말기(300)들은 무선 통신망을 통해 협력 기지국(100)들에 연결될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공동 빔 성형 시스템의 공동 빔 성형 절차를 도시하는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 협력 기지국(100)들은 211단계에서 파일럿 채널을 송신한다. 이 후 파일럿 채널 수신 시, 통신 단말기(300)들은 213단계에서 장기(long-term) 피드백 정보를 피드백하고, 215단계에서 단기(short-term) 피드백 정보를 피드백한다. 이 때 협력 기지국(100)들이 통신 단말기(300)들의 장기와 단기 피드백 정보를 유선 통신망을 통해 공동 빔 성형 제어국(200)으로 전달한다. 그리고 장기와 단기 피드백 정보 수신 시, 공동 빔 성형 제어국(200)은 217단계에서 미리 저장된 코드북을 컬러링하여 컬러링 코드북을 생성한다. 또한 공동 빔 서형 제어국(200)은 219단계에서 해당 클러스터(cluster)에 속한 모든 통신 단말기(300)들 중에서 데이터 심볼을 전송할 하나의 통신 단말기(300)와 해당 통신 단말기(300)에 사용할 공동 빔 성형 가중치 벡터를 결정한다. 게다가, 공동 빔 성형 제어국(200) 은 221단계에서 통신 단말기(300)에 전송할 데이터 심볼에 해당 통신 단말기(300)에 사용될 공동 빔 성형 가중치 벡터가 곱하여 빔 성형을 수행한다. 더욱이, 공동 빔 성형 제어국(200)은 223단계에서 전송 심볼들을 해당 협력 기지국(100)들의 다중 안테나를 통해 전송한다.

한편, 협력 기지국(100)들은 225단계에서 다른 파일럿 채널을 송신한다. 이 후 파일럿 채널 수신 시, 통신 단말기(300)들은 227단계에서 장기 피드백 정보를 피드백한 다음, 미리 설정된 장기 피드백 주기가 경과했는지의 여부를 판단한다. 이 때 장기 피드백 주기가 경과한 것으로 판단되면, 공동 빔 성형 시스템은 225단계의 파일럿 채널을 이용하여 213 내지 227단계를 반복하여 수행할 수 있다. 또는 장기 피드백 주기가 경과하지 않은 것으로 판단되면, 공동 빔 성형 시스템은 장기 피드백 정보 및 225단계의 파일럿 채널을 이용하여 215 내지 227단계를 반복하여 수행할 수 있다.

이를 위해, 제한된 양의 피드백 정보를 사용하여, 모든 협력 기지국(100)들이 단일 통신 단말기(300)를 대상으로 공동 빔 성형을 수행하기 위해, 공동 빔 성형의 채널 환경에 적합한 코드북이 필요하다. 기존의 빔 성형을 위한 코드북 디자인 방식으로 random vector quantization(RVQ) 방식과 maximum angular distance(MAD) 방식이 제안되었으며, 각 방식의 성능은 운용되는 채널 환경에 따라 상이하다. 비상관 환경에서는 RVQ 코드북의 성능이 우수하지만, 상관 환경에서는 MAD 코드북의 성능이 우수하다. 한편, 공동 빔 성형 기술이 운용되는 채널 환경은, 동일 협력 기지국의 송신 안테나들로부터의 채널들간은 상관되어 있지만 다른 협력 기지국들의 송신 안테나들로부터의 채널들간은 비상관된 채널 특성, 즉 상관 채널 환경과 비상관 채널 환경이 혼재된 채널 특성을 가진다. 따라서, 기존의 RVQ나 MAD 디자인 방식은 공동 빔 성형을 위한 코드북 디자인에 적합하지 않으므로, 공동 빔 성형의 채널 환경에 적합한 새로운 코드북 디자인 기법과 이를 위한 송수신기 구조, 피드백 채널, 그리고 송수신 동작에 대한 연구가 필요하다.

공동 빔 성형 시스템 모델

본 발명의 실시예에 따른 공동 빔 성형 시스템으로 인접한 세 개의 협력 기지국(100)들로 이루어진 클러스터에 K 개의 통신 단말기(300)들이 분포하고 있는 순방향 링크 시스템을 고려한다. 여기서 각각의 협력 기지국(100)은

개의 송신 안테나를 사용하고, 모든 통신 단말기(300)는

개의 수신 안테나를 사용하는 것으로 가정한다. 본 발명에서는 설명을 위해 세 개의 협력 기지국(100)으로 이루어진 클러스터를 고려하지만, 임의의 개수의 협력 기지국(100)을 포함하는 클러스터로 확장하더라도, 본 발명의 구현이 가능하다. 이 때 공동 빔 성형 시스템에 주파수 비선택적 페이딩 채널 모델이 적용된 것을 가정하면, 통신 단말기(300)의 수신 신호는 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 세 개의 협력 기지국(100)들에서

개의 송신 안테나를 통해 k 번째 통신 단말기(300)로 전송되는 데이터 심볼을 나타내고,

는 k 번째 통신 단말기(300)의

수신 신호 벡터를 나타내고,

는 m 번째 협력 기지국(100)으로부터 k 번째 통신 단말기(300)로의 평균 신호 대 잡음 비(Signal to Noise Ratio; SNR)를 나타내고,

는 m 번째 협력 기지국(100)으로부터 k 번째 통신 단말기(300)로의

복소 채널 행렬을 나타내고,

는 세 개의 협력 기지국(100)들로부터 k 번째 통신 단말기(300)로의

등가(equivalent) 복소 채널 행렬로서

를 나타내고,

는

AWGN vector를 나타내며,

는

를 공동 빔 성형하기 위한

송신 가중치 벡터로서 세 개의 협력 기지국(100)들의 총

개의 송신 안테나들에 곱해진다.

이러한 공동 빔 성형 시스템은 제한된 양의 피드백 정보를 사용해야 하는 FDD 무선 통신 시스템으로, 수신기에서 순시적으로 변하는 하향 링크 채널 행렬 자체를 송신기로 피드백하는 것이 불가능하다. 이로 인하여, 송신기와 수신기가 다수의 빔 성형 가중치 벡터들로 구성된 코드북을 미리 약속하고, 수신기가 최적의 가중치 벡터를 코드북 내에서 선택하여, 그의 가중치 인덱스를 송신기로 피드백하는 방식이 바람직하다. 따라서, 공동 빔 성형 기술의 성능 최적화를 위해서, 코드북을 구성하는 가중치 벡터들이 등가 복소 채널 행렬

의 최대 특이(singular) 벡터로 이루어지도록 정확하게 모사하기 위한 디자인이 요구된다. 즉 세 개의 협력 기지국(100)들로부터 k 번째 통신 단말기(300)로의 하향 링크 채널,

의 특성을 분석하기 위해,

의 공간 상관 행렬

을 구하면 하기 <수학식 2>와 같다.

여기서,

는 m 번째 협력 기지국(100)으로부터 k 번째 통신 단말기(300)로의 공간 상관 행렬을 나타내며,

이다.

상기 <수학식 2>를 분석하면, 협력 기지국(100)들로부터 k 번째 통신 단말기(300)로의 하향 링크 채널의 공간 상관 행렬

는 대각선 블록 상관(block diagonal correlation) 행렬의 형태를 갖는다. 즉, 동일 협력 기지국(100)들에서 송신 안테나들의 채널들은

의 공간 상관 특성을 갖지만, 다른 협력 기지국(100)들에서 송신 안테나들의 채널들은 비상관 채널 특성(즉, 공간 상관도 행렬 0)을 가진다. 따라서, 공동 빔 성형 기술의 성능 최적화를 위해서, <수학식 2>와 같은 블록 상관 채널 특성에 적합한 빔 성형을 위한 코드북을 디자인 해야 한다.

공동 빔 성형을 위한 컬러링 코드북 디자인

지금까지 빔 성형을 위한 코드북 디자인 방식으로 random vector quantization (RVQ) 방식과 maximum angular distance (MAD) 방식이 제안되었다. RVQ 방식은, 코드북을 구성하는 각각의 양자화된 벡터들이

-dimensional unit sphere의 균일한 분포(isotropic distribution)로부터 독립적으로 선택된다. RVQ 방식을 기반으로 하는 코드북은 비상관 환경에서 코드북을 구성하는 벡터의 수를

개 이상으로 증가시켜 최적의 성능을 이룰 수 있다. 그러나, 상관 환경에서는 최대 특이 벡터 분포가

-dimensional unit sphere에서 균일한 분포를 가지지 않기 때문에, 균일한 벡터 분포를 가정하여 벡터를 양자화한 RVQ의 성능이 열화 된다. MAD 방식은, 코드북을 구성하는 각 벡터들이 형성하는 주 빔 방향들이 1차원의 방위(azimuth) 각도 영역(domain)에서 균일하도록 코드북을 디자인한다. MAD 방식은 상관 채널에서 우수한 성능을 보이지만, 비상관 채널 환경에서 코드북을 구성하는 벡터들의 수를

개 이상으로 증가시키더라도 성능 개선이 미미하다는 단점이 있다. 따라서, 비상관 환경에서는 RVQ 코드북의 성능이 우수하지만, 상관 환경에서는 MAD 코드북의 성능이 우수하다.

한편, 공동 빔 성형 기술이 운용되는 채널 환경은 상기 <수학식 2>와 같은 블록 상관 채널 특성을 가지므로, 상관 채널 환경과 비상관 채널 환경이 혼재된 채널 특성을 가진다. 따라서, 기존의 RVQ나 MAD 방식으로 디자인된 코드북들은 공동 빔 성형에 적합하지 않으므로, 본 발명에서는 공동 빔 성형의 채널 환경에 적합한 코드북 디자인 기법을 제안한다.

즉 기존 RVQ 방식을 기반으로 하는 코드북은 비상관 환경에서 최적의 성능을 이룰 수 있지만, 공간 상관도가 존재하는 채널 환경에서는 성능이 저하 된다. 따라서, 공간 상관도가 존재하는 채널 환경에서 RVQ 코드북의 성능을 개선하기 위해, 송신기와 모든 수신기들 사이에 미리 약속된 RVQ 코드북을 각 링크의 공간 상관 행렬을 이용하여 컬러링(coloring)하는 기법이 제안되었다. 협력 기지국(100)들과 통신 단말기(300)들이 G 개의

가중치 벡터

들로 구성된 RVQ 코드북을 미리 약속하고, 세 개의 협력 기지국(100)들로부터 k 번째 통신 단말기(300)로의 공간 상관 행렬

를 이용하여 컬러링 기법을 적용하면, 공동 빔 성형을 위한 새로운 코드북을 구성하는

가중치 벡터

를 하기 <수학식 3>과 같이 구할 수 있다.

따라서, 협력 기지국(100)들과 통신 단말기(300)들 간 약속된 RVQ 코드북

를 각 링크의 공간 상관 행렬을 이용하여 컬러링함으로써, k 번째 링크의 공간 상관 행렬

에 최적인 코드북

을 생성한다. 즉, 협력 기지국(100)들과 각각의 통신 단말기(300) 간 공간 상관 행렬은 대각선 블록 상관 형태를 가지므로, RVQ 코드북

은 컬러링 과정을 통해, 동일 협력 기지국(100)의 가중치 벡터들끼리는 주어진 공간 상관도를 가지면서, 타 협력 기지국(100)의 가중치 벡터들 간에는 상관도가 없는, 공동 빔 성형을 위한 가중치 벡터들로 구성된 코드북으로 변형된다.

이 때 각각의 통신 단말기(300)에서 공동 빔 성형을 위한 각 링크 별 코드북

을 생성하고 이를 협력 기지국(100)들과 공유하기 위해서, 각각의 통신 단말기(300)는 각 링크의 공간 상관 행렬

를 협력 기지국(100)들을 경유하여 공동 빔 성형 제어국(200)으로 피드백해야 한다. 여기서, 각 링크의 공간 상관 행렬은 각각의 통신 단말기(300)에서 하향 링크 채널

을 추정한 후에 이를 시간 평균하여 구하기 때문에, 순시적으로 변하지 않는 채널 정보이다. 이에 따라, 각각의 통신 단말기(300)는 상당히 긴 시간 주기를 가지고 협력 기지국(100)으로 피드백 정보를 전송하는 장기 피드백을 통해 전송 할 수 있다. 이로 인하여, 각각의 통신 단말기(300)에서 각 링크의 공간 상관 행렬을 협력 기지국(100)들에게 피드백하기 위해 요구되는 정보량은 많지 않다.

공동 빔 성형을 위한 수신기 구조 및 동작

본 발명에 따른 공동 빔 성형 시스템에서 공동 빔 성형 기술의 수행을 위한 수신기의 구조 및 동작을 제안한다. 도 3은 도 1에서 통신 단말기(300)의 수신기의 내부 구성을 도시하는 블록도이다. 그리고 도 4는 도 1에서 수신기의 동작 절차를 도시하는 순서도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 수신기는 하향 링크 채널 추정기(310), 공간 상관 행렬 추정기(320), 코드북 생성 및 가중치 선택기(330), CQI 추정기(340) 및 복조기(350)를 포함한다.

이러한 수신기에서 공동 빔 성형을 위한 동작 절차는,수신기가 411단계에서 RVQ 코드북을 저장한 상태에서 출발한다. 이 후 세 개의 협력 기지국(100)들로부터 파일럿 채널 수신 시, 하향 링크 채널 추정기(310)가 413단계에서 이를 감지하고, 415단계에서 세 개의 협력 기지국(100)들과 해당 통신 단말기(300) 간 하향 링크 채널을 추정한다. 이 때 하향 링크 채널 추정기(310)는 세 개의 협력 기지국(100)들로부터 수신되는 파일럿 채널들을 추정하여 세 개의 협력 기지국(100)들로부터 k 번째 통신 단말기(300)로의 하향 링크 채널

를 추정한다.

다음으로, 미리 설정된 장기 피드백 주기 경과 시, 공간 상관 행렬 추정기(310)가 417단계에서 이를 감지하고, 419단계에서 하향 링크 채널

를 이용하여 협력 기지국(100)들로부터 k 번째 통신 단말기(300)로의 공간 상관 행렬

를 추정한다. 즉 k 번째 통신 단말기(300)의 공간 상관 행렬 추정기(320)는 m 번째 협력 기지국(100)으로부터의 공간 상관 행렬

을 각각 추정한다. 이 후 k 번째 통신 단말기(300)의 공간 상관 행렬 추정기(320)는 m 번째 협력 기지국(100)으로부터의 평균 수신 SNR

을 추정하고, 이들을 세 개의 평균 SNR들 중에서 최대 평균 수신 SNR

로 나누어서 구한 값

을 이용하여, 협력 기지국(100)들로부터 k 번째 통신 단말기(300)로의 근사화된 공간 상관 행렬을 하기 <수학식 4>와 같이 결정한다.

여기서,

이고,

은 0 또는 1 값을 가지는 변수로서 하기 <수학식 5>와 같이 결정된다.

즉 m 번째 협력 기지국(100)으로부터의 평균 수신 SNR이 최대 평균 수신 SNR의

배 미만일 경우

값은 0이 되고,

이

의

배 이상일 경우에는

이 1이 된다.

는 협력 기지국(100)들과 통신 단말기(300)들이 미리 약속하는 값으로 시스템 파라메터로서 정할 수 있다. 예를 들면,

이고

일 경우에는, 해당 m 번째 협력 기지국(100)으로부터 평균 수신 SNR이 최대 평균 수신 SNR

의 1/4 이상 이므로, k 번째 통신 단말기(300)는 해당 m 번째 협력 기지국(100)으로부터 협력이 가능하기 때문에 공동 빔 성형 기술에 의해 서비스 받을 수 있다. 따라서, 제안하는 컬러링 코드북을 위한 컬러링 과정에서 요구되는 공간 상관 행렬

를 구성할 때, 해당 m 번째 협력 기지국(100)으로부터의 공간 상관 행렬

이 포함되어야 하므로

로 설정한다. 반면에, 해당 m 번째 협력 기지국(100)으로부터 평균 수신 SNR이 최대 평균 수신 SNR

의 1/4 미만인 경우에는, 평균 수신 SNR이 상당히 작으므로 해당 m 번째 협력 기지국(100)으로부터 협력이 불가능하기 때문에 공동 빔 성형 기술에 의해 서비스 받을 수가 없다. 따라서, 공간 상관 행렬

을 구성할 때, 해당 m 번째 협력 기지국(100)으로부터의 공간 상관 행렬

이 포함될 필요가 없으므로,

으로 설정한다.

다음으로, 공간 상관 행렬 추정기(320)는 421단계에서 공간 상관 행렬

를 장기 피드백 채널을 이용하여 협력 기지국(100)들로 피드백한다. 구체적으로, 각 k 번째 통신 단말기(300)의 공간 상관 행렬 추정기(320)는 각 m 번째 협력 기지국(100)으로

값과 해당 m 번째 협력 기지국(100)으로부터의 공간 상관 행렬

을 피드백한다. 각각의 협력 기지국(100)으로 피드백된

값과

은 공동 빔 성형 제어국(200)으로 전달되어, 컬러링 코드북을 위한 컬러링 과정에서 필요한 공간 상관 행렬

로 상기 <수학식 4>와 같이 재 구성된다.

이어서, 코드북 생성 및 가중치 선택 기(330)가 423단계에서 RVQ 코드북을 컬러링하여 컬러링 코드북을 생성한다. 즉 코드북 생성 및 가중치 선택기(330)는 공간 상관 행렬

를 이용하여, k 번째 통신 단말기(300)를 위한 공동 빔 성형에서 사용되는 컬러링 코드북

을 상기 <수학식 3>과 같이 생성한다. 그리고 k 번째 통신 단말기(300)의 코드북 생성 및 가중치 선택기(330)는 생성된 컬러링 코드북

에서 최고 채널 이득을 제공하는 가중치 벡터

를 선택한다. 이 후 코드북 생성 및 가중치 선택기(330)는 425단계에서 최고 채널 이득을 제공하는 가중치 벡터

의 가중치 인덱스를 단기 피드백 채널을 이용하여 협력 기지국(100)들로 피드백한다.

계속해서, CQI 추정기(340)가 427단계에서 가중치 벡터

를 사용하여 수신할 수 있는 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio; SINR)를 하향 링크 채널

정보를 이용하여 추정한다. 이 후 CQI 추정기(340)는 429단계에서 수신 가능 SINR을 채널 품질 정보(Channel Quality Information; CQI) 정보로 변환하여 단기 피드백 채널을 이용하여 협력 기지국(100)들로 피드백한다.

마지막으로, 복조기(350)가 431단계에서 하향 링크 채널, 컬러링 코드북 및 선택된 가중치 벡터

를 이용하여, 세 개의 협력 기지국(100)들로부터 수신되는 트래픽 채널의 수신 데이터를 추정한다. 즉 공동 빔 성형 제어국(200)에 의해 스케줄링된 통신 단말기(300)의 복조기(16)는 세 개의 협력 기지국(100)들로부터 수신되는 트래픽 채널의

개의 심볼을 수신 신호 처리하여 하나의 수신 데이터를 추정한다.

공동 빔 성형을 위한 송신기 구조 및 동작

본 발명에 따른 공동 빔 성형 기술의 수행을 위한 송신기의 구조 및 동작을 제안한다. 도 5는 도 1에서 공동 빔 성형 제어국과 협력 기지국들로 구성된 송신기의 내부 구성을 도시하는 블록도이다. 도 5는 도 1에서 송신기의 동작 절차를 도시하는 순서도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 송신기는 다수개의 협력 기지국(100)들과 공동 빔 성형 제어국(200)으로 이루어진다. 이 때 협력 기지국(100)들은 각각 피드백 수신기(510)를 구비한다. 그리고 공동 빔 성형 제어국(200)은 스케줄러(530), 송신 상관 행렬 복구기(540), 코드북 발생기(550), 하향 링크 전송 심볼 발생기(560) 및 빔 성형기(570)를 구비한다.

이러한 송신기에서 공동 빔 성형을 위한 동작 절차는, 송신기가 611단계에서 RVQ 코드북을 저장한 상태에서 출발한다. 이 때 공동 빔 성형 제어국(200)에서 RVQ 코드북을 저장하고 있으며, 협력 기지국(100)들에서 RVQ 코드북을 더 저장할 수도 있다. 이 후 장기 피드백 정보 수신 시, 협력 기지국(100)들 및 공동 빔 성형 제어국(200)이 613단계에서 이를 감지한다. 즉 협력 기지국(100)들의 피드백 수신 기(510)가 장기 피드백 정보를 수신하여, 공동 빔 성형 제어국(200)의 송신 상관 행렬 복구기(540)로 전송한다. 그리고 가중치 인덱스 정보 수신 시, 협력 기지국(100)들 및 공동 빔 성형 제어부(200)은 615단계에서 이를 감지한다. 즉 협력 기지국(100)들의 피드백 수신기(510)가 단기 피드백 정보 중 선택된 가중치 인덱스 정보를 수신하여, 공동 빔 성형 제어국(200)의 빔 성형기(570)로 전송한다. 또한 채널 품질 정보 수신 시, 협력 기지국(100)들 및 공동 빔 성형 제어부(200)는 617단계에서 이를 감지한다. 즉 협력 기지국(100)들의 피드백 수신기(510)가 단기 피드백 정보 중 채널 품질 정보를 수신하여, 공동 빔 성형 제어국(200)의 스케줄러(530)로 전송한다.

이어서, 공동 빔 성형 제어국(200)의 스케줄러(530)가 619단계에서 모든 통신 단말기(300)들의 채널 품질 정보를 갖는 피드백 정보를 이용하여 스케줄링을 수행한다. 이 때 스케줄러(530)는 스케줄링 우선 순위(priority)를 계산하고, 최대 스케줄링 우선 순위를 갖는 하나의 통신 단말기(300) k*를 선택한다. 이 후 공동 빔 성형 제어국(200)의 송신 상관 행렬 복구기(540)는 621단계에서 선택된 k* 번째 통신 단말기(300)의 공간 상관 행렬을 복구한다. 이 때 송신 상관 행렬 복구기(540)는 협력 기지국(100)들로부터 전달된

값과

을 이용하여 컬러링 코드북을 컬러링하는데 필요한 공간 상관 행렬

를 상기 <수학식 4>와 같이 재 구성 한다. 이 후 공동 빔 성형 제어국(200)의 코드북 발생기(550)는 623단계에서 RVQ 코드북을 컬러링하여 k* 번째 통신 단말기(300)를 위한 컬러링 코드북

를 생성한다. 이 때 코드북 발생기(550)는 공간 상관 행렬

를 이용하여 미리 약속된 RVQ 코드북

을 상기 <수학식 3>과 같이 컬러링하여 스케줄링된 k* 번째 통신 단말기(300)를 위한 컬러링 코드북

를 생성한다.

계속해서, 공동 빔 성형 제어국(200)의 하향 링크 전송 심볼 발생기(560)는 625단계에서 스케줄링된 k* 번째 통신 단말기(300)를 위한 송신 데이터 심볼

를 발생시킨다. 이 후 빔 성형기(570)가 627단계에서 컬러링 코드북

중에서 피드백 정보의 가중치 인덱스가 가리키는 가중치 벡터에 송신 데이터 심볼

에 곱해서 빔 성형을 수행한다. 즉 빔 성형기(570)는 k* 번째 통신 단말기(300)를 위한 하나의 송신 데이터 심볼

에

크기의 선택된 가중치 벡터

를 곱하여

개의 전송 심볼들을 발생시킨다.

마지막으로, 공동 빔 성형 제어국(200) 및 협력 기지국(300)들은 629단계에서

개의 전송 심볼들을 순서에 맞게 전송한다. 즉 공동 빔 성형 제어국(200)의 빔 성형기(39)는 세 개의 협력 기지국(100)들에 각각

개의 전송 심볼들을 전송한다. 이 후 각각의 협력 기지국(100)들은 공동 빔 성형 제어국(200)으로부터 전달된

개의 전송 심볼들을

개의 송신 안테나들을 통해 전송한다.

본 발명에 따른 공동 빔 성형 시스템의 성능 분석

본 발명은 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 협력 무선통신 네트워크에서, 모든 협력 기지국들과 단일 통신 단말기 간 전송 이득을 최대로 하는 컬러링 코드북을 사용하는 협력 기지국들의 공동 빔 성형 기술을 제안하였다. 본 발명에 따른 컬러링 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술의 성능을 분석하기 위해, 두 개의 협력 기지국으로 구성된 하나의 클러스터에서, 본 발명에 따른 공동 빔 성형 기술의 성능을 시스템 레벨 용량을 기준으로 비교 분석한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공동 빔 성형 시스템의 성능을 설명하기 위한 그래프이다. 즉 본 실시예의 공동 빔 성형 기술의 성능을 optimal 공동 빔 성형 기술, DFT 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술, 그리고 Grassmannian 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술의 성능과 비교 분석하고자 한다. 여기서, 본 실시예의 공동 빔 성형 시스템이 K 개의 통신 단말기들과 두 개의 협력 기지국으로 구성된 클러스터를 포함하도록 구성되는 예를 가정한다. 그리고 각각의 협력 기지국의 송신 안테나 수

은 2이고 안테나 간격이 0.5λ이며, 통신 단말기의 수신 안테나 수

은 1인 예를 가정한다. 또한 모든 K 개의 통신 단말기들이 두 개의 협력 기지국들로부터 평균 SNR 5dB의 신호를 수신하는 예를 가정한다.

이 때 클러스터로부터 K 개의 통신 단말기들 간 각 링크에서 MIMO 채널 계수를 10,000 번 발생시켜서 얻어진 클러스터의 spectral efficiency를 평균하여 성능 척도로 사용하였다. 채널 계수 발생 시, 기지국의 송신단에서의 AOD(angle of depature)를

내에서 균일하게 발생시켰다. 각 링크에서 채널 발생시, 각 기지국의 하향 링크에서 공간 상관도가 있는 MIMO 채널을 발생시켰으며, 기지국의 송신단에서의 공간 상관 행렬

는 선형 배열 안테나를 사용하며 angular spectrum이 AOD를 중심으로 각각

만큼 균일하게 분포하는 모델을 사용하여 구하였다. 모든 K 개의 링크들에 대해

로 가정한다.

그리고 비교 기술 중 optimal 빔 성형 기술은 두 개의 협력 기지국들로부터 각 k 번째 통신 단말기로의 채널 행렬

의 최대 특이 벡터로 빔 성형을 하는 기술이다. 즉 4×1 크기의

의 최대 특이 벡터로 두 개의 협력 기지국들의 총 네 개의 송신 안테나들에 빔 성형을 하여 전송한다. 또한 비교 기술 중 DFT 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술은 4×4 크기의 두 개 DFT 행렬

들의 총 여덟 개 컬럼 벡터들로 구성된 코드북을 사용하여, 공동 빔 성형을 수행한다. 게다가, 비교 기술 중 Grassmannian 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술은, IEEE 802.16e의 빔 성형 코드북 중 여덟 개의 가중치 벡터들로 구성된 코드북을 사용하여 공동 빔 성형을 사용한다.

도 7을 참조하면, 본 실시예의 컬러링 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술이 DFT나 Grassmannian 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술보다 높은 클러스터 용량을 보임을 확인할 수 있다. 이는 본 실시예의 컬러링 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술이 각 링크의 공간 상관 행렬에 대한 추가적인 장기 피드백을 사용하여, DFT나 Grassmannian 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술보다 상당한 용량 이 득을 제공함을 알 수 있다. 장기 피드백은 상당히 긴 시간 주기를 가지고 통신 단말기에서 협력 기지국으로 데이터를 전송되기 때문에, 각 링크의 공간 상관 행렬을 협력 기지국들에게 피드백하기 위해 요구되는 정보량은 많지 않다. 또한 본 실시예의 컬러링 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술이 송신단에서 모든 통신 단말기로의 하향 링크 채널 정보

를 필요로 하는 optimal 공동 빔 성형의 성능에 거의 근접함을 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 컬러링 코드북을 사용하는 공동 빔 성형 기술이 제한적인 피드백 정보만을 사용하여, optimal 공동 빔 성형 기술의 성능에 근접함을 확인할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공동 빔 성형 시스템의 개략적인 구조를 도시하는 구조도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공동 빔 성형 시스템에서 공동 빔 성형 절차를 도시하는 흐름도,

도 3은 도 1에서 수신기의 내부 구성을 도시하는 블록도,

도 4는 도 1에서 수신기의 동작 절차를 도시하는 순서도,

도 5는 도 1에서 송신기의 내부 구성을 도시하는 블록도,

도 6은 도 1에서 송신기의 동작 절차를 도시하는 순서도, 그리고

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공동 빔 성형 시스템의 성능을 설명하기 위한 그래프이다.

Claims

다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신 장치의 하향 링크를 위한 공동 빔 성형 방법에 있어서,

적어도 두 개의 기지국들 각각에 대한 하향 링크 채널 추정 정보, 공간 상관 행렬 정보 및 가중치 인덱스를 적어도 하나의 단말로부터 수신하는 단계;

스케줄링 할 단말을 결정하는 단계;

상기 결정된 단말에 대하여 상기 수신된 공간 상관 행렬 정보와 미리 저장된 코드북을 연산하여 컬러링 코드북을 생성하는 단계;

상기 결정된 단말에 전송할 송신 데이터 심볼을 발생 시키는 단계; 및

상기 컬러링 코드북과 상기 가중치 인덱스를 이용하여 가중치 벡터를 선택하고, 상기 가중치 벡터를 이용하여 상기 송신 데이터 심볼에 대한 빔 성형을 수행하여 전송 심볼을 생성하는 단계를 포함하며,

상기 공간 상관 행렬 정보는 상기 하향 링크 채널 추정 정보에 기반하여 계산되며, 상기 공간 상관 행렬 정보는 대각선 블록 형태로 구성되고, 상기 적어도 두 개의 기지국들 각각에 대한 복소 채널 행렬 및 신호 대 잡음비에 기반하여 계산된 것을 특징으로 하는 공동 빔 성형 방법.
제 1항에 있어서, 상기 공간 상관 행렬 정보는,

상기 하향 링크 채널 추정 정보를 이용하여 하기 <수학식 6>과 같이 추정되는 것을 특징으로 하는 공동 빔 성형 방법.

여기서, 상기
는 상기 기지국들과 상기 결정된 단말 간 공간 상관 행렬 정보를 나타내고, 상기
는 상기 기지국들 중 어느 하나와 상기 결정된 단말 간 공간 상관 행렬 정보로
을 나타내고, 상기 k는 상기 결정된 단말의 인덱스를 나타내고, 상기 m은 기지국의 인덱스를 나타내고, 상기
은 상기 기지국들 중 어느 하나와 상기 결정된 단말 간 하향 링크 채널의 복소 채널 행렬을 나타내며, 상기
은 하기 <수학식 7>과 같이 결정됨.

여기서, 상기
은 상기 기지국들 중 어느 하나와 상기 결정된 단말 간 신호 대 잡음 비를 나타내고, 상기
는 상기 기지국들과 상기 결정된 단말 간 신호 대 잡음 비 중 최대값으로
을 나타내며, 상기
는 미리 설정된 임계치를 나타냄.
제 2항에 있어서, 상기 컬러링 코드북을 생성하는 단계는,

상기 적어도 하나의 단말이 상기 하향 링크 채널 추정 정보를 이용하여 하기 <수학식 8>과 같이 미리 저장된 코드북을 컬러링하여 컬러링 코드북을 생성하고, 상기 컬러링 코드북에서 가중치 벡터를 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공동 빔 성형 방법.

여기서, 상기
는 상기 컬러링 코드북의 가중치 벡터를 나타내고, 상기 g는 상기 가중치 벡터의 가중치 인덱스를 나타내며, 상기
는 상기 저장된 코드북의 가중치 벡터를 나타냄.
제 3항에 있어서, 상기 컬러링 코드북을 생성하는 단계는,

상기 공간 상관 행렬 정보를 이용하여 하기 <수학식 9>와 같이 상기 컬러링 코드북을 생성하는 과정과,

상기 컬러링 코드북에서 상기 가중치 인덱스에 상응하는 상기 가중치 벡터를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 공동 빔 성형 방법.

여기서, 상기
는 상기 컬러링 코드북의 가중치 벡터를 나타내고, 상기 g는 상기 가중치 벡터의 가중치 인덱스를 나타내며, 상기
는 상기 저장된 코드북의 가중치 벡터를 나타냄.
제 3항에 있어서, 상기 스케줄링 할 단말을 결정하는 단계는,

신호 대 간섭 및 잡음비가 채널 품질 정보로 변환되어 수신되는 과정을 더 포함하며,

상기 신호 대 간섭 잡음비는 상기 하향 링크 채널 정보를 이용하여 상기 가중치 벡터를 수신하기 위해 상기 적어도 하나의 단말에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는 공동 빔 성형 방법.
다중 입출력 무선통신 시스템에서 하향 링크를 위한 공동 빔 성형을 위한 수신 장치에 있어서,

신호를 송수신하는 송수신기; 및

적어도 두 개의 기지국들에서 파일럿 채널 수신 시, 상기 파일럿 채널을 이용하여 상기 기지국들에 대한 하향 링크 채널을 추정하고,

상기 하향 링크 채널을 이용하여 공간 상관 행렬 정보를 추정하고,

상기 공간 상관 행렬 정보와 미리 저장된 코드북을 연산하여 컬러링 코드북을 생성하고, 상기 컬러링 코드북에서 가장 큰 채널 이득을 제공하는 가중치 벡터의 가중치 인덱스를 전송하는 제어부를 포함하며,

상기 공간 상관 행렬 정보는 대각선 블록 형태로 구성되고, 상기 적어도 두 개의 기지국들 각각에 대한 복소 채널 행렬 및 신호 대 잡음비에 기반하여 계산되는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 하향 링크 채널을 이용하여 상기 기지국들과 상기 수신 장치 간 공간 상관 행렬 정보를 하기 <수학식 10>과 같이 추정하고, 상기 공간 상관 행렬 정보를 피드백 정보로 송신하기 위한 상관 행렬 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.

여기서, 상기
는 상기 기지국들과 단말 간 공간 상관 행렬 정보를 나타내고, 상기
는 상기 기지국들 중 어느 하나와 상기 단말 간 공간 상관 행렬 정보로
을 나타내고, 상기 k는 상기 단말의 인덱스를 나타내고, 상기 m은 기지국의 인덱스를 나타내고, 상기
은 상기 기지국들 중 어느 하나와 상기 단말 간 하향 링크 채널의 복소 채널 행렬을 나타내며, 상기
은 하기 <수학식 11>과 같이 결정됨.

여기서, 상기
은 상기 기지국들 중 어느 하나와 상기 단말 간 신호 대 잡음 비를 나타내고, 상기
는 상기 기지국들과 상기 단말 간 신호 대 잡음 비 중 최대값으로
을 나타내며, 상기
는 미리 설정된 임계치를 나타냄.
제 7 항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 하향 링크 채널을 이용하여 하기 <수학식 12>와 같이 미리 저장된 코드북을 컬러링하여 컬러링 코드북을 생성하기 위한 코드북 생성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.

여기서, 상기
는 상기 컬러링 코드북의 가중치 벡터를 나타내고, 상기 g는 상기 가중치 벡터의 가중치 인덱스를 나타내며, 상기
는 상기 저장된 코드북의 가중치 벡터를 나타냄.
제 8 항에 있어서, 제어부는,

상기 하향 링크 채널을 이용하여 상기 가중치 벡터를 통해 수신하기 위한 신호 대 간섭 및 잡음비를 추정하고, 상기 신호 대 간섭 및 잡음비를 채널 품질 정보로 변환하여 상기 피드백 정보로 송신하기 위한 CQI 추정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 하향 링크 채널의 상기 가중치 벡터에 대응하는 전송 심볼에서 데이터를 복구하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
다중 입출력 무선통신 시스템에서 하향 링크를 위한 공동 빔 성형을 위한 송신 장치에 있어서,

신호를 송수신하는 송수신부; 및

적어도 두 개의 기지국들 각각에 대한 하향 링크 채널 추정 정보, 공간 상관 행렬 정보 및 가중치 인덱스를 적어도 하나의 단말로부터 수신하고, 스케줄링 할 단말을 결정하고, 상기 결정된 단말에 대하여 상기 수신된 공간 상관 행렬 정보와 미리 저장된 코드북을 연산하여 컬러링 코드북을 생성하고,

상기 결정된 단말에 전송할 송신 데이터 심볼을 발생 시키고, 상기 컬러링 코드북과 상기 가중치 인덱스를 이용하여 가중치 벡터를 선택하고, 상기 가중치 벡터를 이용하여 상기 송신 데이터 심볼에 대한 빔 성형을 수행하여 전송 심볼을 생성하도록 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 공간 상관 행렬 정보는 상기 하향 링크 채널 추정 정보에 기반하여 계산되며,

상기 공간 상관 행렬 정보는 대각선 블록 형태로 구성되고, 상기 적어도 두 개의 기지국들 각각에 대한 복소 채널 행렬 및 신호 대 잡음비에 기반하여 계산된 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 공간 상관 행렬 정보를 이용하여 하기 <수학식 13>과 같이 상기 컬러링 코드북을 생성하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.

여기서, 상기
는 상기 컬러링 코드북의 가중치 벡터를 나타내고, 상기 g는 상기 가중치 벡터의 가중치 인덱스를 나타내며, 상기
는 상기 저장된 코드북의 가중치 벡터를 나타냄.
제 12 항에 있어서, 제어부는,

상기 컬러링 코드북에서 상기 가중치 인덱스에 상응하는 가중치 벡터를 선택하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 송신 장치는,

수신 장치에 각각 연결되며, 상기 기지국들에서 상기 가중치 벡터로 상기 전송 심볼을 상기 수신 장치에 전달하도록 제어하는 공동 빔 성형 제어국으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 공동 빔 성형 제어국은,

코드북 발생기와 빔 성형기를 포함하며,

상기 기지국들은,

상기 수신 장치에서 피드백 정보 수신 시, 상기 피드백 정보를 상기 공동 빔 성형 제어국으로 전달하고, 상기 공동 빔 성형 제어국에서 상기 전송 심볼 수신 시, 상기 전송 심볼을 상기 수신 장치에 전달하기 위한 피드백 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신 장치의 하향 링크를 위한 공동 빔 성형 방법에 있어서,

적어도 두 개의 기지국들에서 파일럿 채널 수신 시, 상기 파일럿 채널을 이용하여 상기 기지국들에 대한 하향 링크 채널을 추정하는 단계;

상기 하향 링크 채널을 이용하여 공간 상관 행렬 정보를 추정하는 단계;

상기 공간 상관 행렬 정보와 미리 저장된 코드북을 연산하여 컬러링 코드북을 생성하는 단계; 및

상기 컬러링 코드북에서 가장 큰 채널 이득을 제공하는 가중치 벡터의 가중치 인덱스를 전송하는 단계를 포함하며,

상기 공간 상관 행렬 정보는 대각선 블록 형태로 구성되고, 상기 적어도 두 개의 기지국들 각각에 대한 복소 채널 행렬 및 신호 대 잡음비에 기반하여 계산되는 것을 특징으로 하는 공동 빔 성형 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 공간 상관 행렬 정보를 추정하는 단계는,

상기 하향 링크 채널을 이용하여 상기 기지국들과 상기 수신 장치 간 공간 상관 행렬 정보를 하기 <수학식 14>과 같이 추정하는 것을 특징으로 하는 공동 빔 성형 방법.

여기서, 상기
는 상기 기지국들과 단말 간 공간 상관 행렬 정보를 나타내고, 상기
는 상기 기지국들 중 어느 하나와 상기 단말 간 공간 상관 행렬 정보로
을 나타내고, 상기 k는 상기 단말의 인덱스를 나타내고, 상기 m은 기지국의 인덱스를 나타내고, 상기
은 상기 기지국들 중 어느 하나와 상기 통신 단말기 간 하향 링크 채널의 복소 채널 행렬을 나타내며, 상기
은 하기 <수학식 15>과 같이 결정됨.

여기서, 상기
은 상기 기지국들 중 어느 하나와 상기 단말 간 신호 대 잡음 비를 나타내고, 상기
는 상기 기지국들과 상기 단말 간 신호 대 잡음 비 중 최대값으로
을 나타내며, 상기
는 미리 설정된 임계치를 나타냄.
제 17 항에 있어서,

상기 컬러링 코드북 생성 단계는,

상기 하향 링크 채널을 이용하여 하기 <수학식 16>와 같이 미리 저장된 코드북을 컬러링하여 컬러링 코드북을 생성하고, 상기 컬러링 코드북에서 가중치 벡터를 선택하여 상기 가중치 벡터의 가중치 인덱스를 피드백 정보로 송신하는 것을 특징으로 하는 공동 빔 성형 방법.

여기서, 상기
는 상기 컬러링 코드북의 가중치 벡터를 나타내고, 상기 g는 상기 가중치 벡터의 가중치 인덱스를 나타내며, 상기
는 상기 저장된 코드북의 가중치 벡터를 나타냄.
제 18 항에 있어서,

상기 가중치 인덱스 전송 단계는,

상기 하향 링크 채널을 이용하여 상기 가중치 벡터를 통해 수신하기 위한 신호 대 간섭 및 잡음비를 추정하고, 상기 신호 대 간섭 및 잡음비를 채널 품질 정보로 변환하여 상기 피드백 정보로 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공동 빔 성형 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 가중치 인덱스 전송 단계는,

상기 하향 링크 채널의 상기 가중치 벡터에 대응하는 전송 심볼에서 데이터를 복구하는 것을 특징으로 하는 공동 빔 성형 방법.