KR101676675B1 - 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션 장치 및 방법 - Google Patents

다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션 장치 및 방법에 관한 것으로, 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 단말 동작 방법에 있어서, 기지국과 다중 기지국 협력처리(Multi-BS Joint Prccessing)를 협상하는 과정과, 상기 기지국으로부터 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션임을 지시하는 정보를 포함한 제어 메시지를 수신하는 과정과, 상기 제어메시지를 수신시, 추정된 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수 기지국 각각의 부반송별 하향링크 채널의 위상을, 상기 기지국으로부터 할당받은 제1 사운딩 시퀀스에 매핑시켜 제2 사운딩 시퀀스를 생성하는 과정과, 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수의 기지국 각각에 대해서, 사운딩 심볼 구간 동안에, 상기 부반송별 하향링크 채널의 위상을 포함한 제2 사운딩 시퀀스를 전송하는 과정을 포함하여, 다중 셀 다중 입출력 전송의 캘리브레이션에의한 피드백 오버헤드를 줄일 수 있는 이점이 있다.
다중셀 MIMO 전송, 캘리브레이션, 상향링크 사운딩, 위상천이.

Description

다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATION FOR MULTICELL MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT TRANSMISSION IN MULTIPLE ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 무선통신 시스템에서의 캘리브레이션에 관한 것으로, 특히 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션 장치 및 방법에 관한 것이다.
셀룰러(cellular) 기반의 무선통신 시스템에서, 셀 간 간섭을 감소시키기 위한 노력은 꾸준히 있어왔으며, 최근 기지국 간의 협력을 통해 보다 적극적으로 간섭을 감소시키는 기법이 연구되고 있다. 특히, 단일 셀에서 사용되는 다양한 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기법들을 다수의 기지국들로 확장하는 협력(cooperative) MIMO 기법들이 다수 제안되고 있다. 상기 협력 MIMO 기법을 사용하기에 위해서, 기지국들은 각 단말에 대한 채널 정보가 필요하다. 이때, 필요한 채널 정보의 피드백(feedback) 양은 MIMO 기법의 성능과 비례하는 것이 일반적이 다. 따라서, 상기 협력 MIMO 기법의 성능을 최대화하기 위해서, 피드백 양이 많은 CSI(Channel State Information)의 피드백이 요구된다.
TDD(Time Division Duplex) 시스템의 경우, 사운딩(sounding) 훈련 신호를 이용하여 큰 용량의 데이터 피드백 없이 기지국들이 채널 정보를 획득할 수 있다. 더욱이, 협력 MIMO 기법을 적용하는 경우, 다수의 기지국들은 단말이 1회 전송한 사운딩 훈련 신호를 이용하여 동시에 채널 정보를 획득할 수 있기 때문에, 상기 사운딩 훈련 신호의 사용으로 인한 오버헤드(overhead)의 감소 효과가 크다. 단, 상기 다수의 기지국들이 사운딩을 사용하기 위해서, 상기 다수의 기지국들 각각과 단말 간 송신 및 수신 RF(Radio Frequency) 체인(chain)을 동기화하는 캘리브레이션(calibration)이 선행되어야 한다.
상기 캘리브레이션은 상향링크 채널 및 하향링크 채널 간 대칭성(reciprocity)을 확보하기 위한 것으로서, 송신단 및 수신단의 송신 RF 체인 및 수신 RF 체인에서 발생하는 신호의 크기 및 위상 변이를 보상하는 것이다. 따라서, 사운딩을 적용하는 경우, 상기 캘리브레이션이 필수적으로 선행되어야 하며, 이를 위한 다양한 방안들이 제안되어 있다. 하지만, 종래 제안되어 있는 캘리브레이션 기법들은 단일 셀 내의 송신단 및 수신단을 위한 방안이며, 상기 협력 MIMO 기법을 위한 사운딩을 고려하지 않고 있다. 따라서, 종래의 캘리브레이션 기법에 따라 셀 별로 캘리브레이션이 수행되었다 하더라도, 협력 MIMO에 참여하는 기지국들의 캘리브레이션 복소 상수들이 상이하게 되며, 이에 따라, 협력 MIMO의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중안테나 시스템에서 상향링크 사운딩에 기반한 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중안테나 시스템에서 다중 셀에 따른 캘리브레이션 피드백 오버헤드를 줄이기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 단말 동작 방법에 있어서, 기지국과 다중 기지국 협력처리(Multi-BS Joint Prccessing)를 협상하는 과정과, 상기 기지국으로부터 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션임을 지시하는 정보를 포함한 제어 메시지를 수신하는 과정과, 상기 제어메시지를 수신시, 추정된 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수 기지국 각각의 부반송별 하향링크 채널의 위상을, 상기 기지국으로부터 할당받은 제1 사운딩 시퀀스에 매핑시켜 제2 사운딩 시퀀스를 생성하는 과정과, 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수의 기지국 각각에 대해서, 사운딩 심볼 구간 동안에, 상기 부반송별 하향링크 채널의 위상을 포함한 제2 사운딩 시퀀스를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 기지국 동작 방법에 있어서, 단말과 다중 기지국 협력처리(Multi-BS Joint Prccessing)를 협상하는 과정과, 상기 단말에 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션임을 지시하는 정보를 포함한 제어 메시지를 전송하는 과정과, 상기 제어메시지 전송 후, 해당 사운딩 구간 동안에, 자신의 부반송별 하향링크 채널의 위상을 포함한 사운딩 시퀀스를 수신하는 과정과, 상기 수신된 사운딩 시퀀스로부터 하향링크 채널의 위상과 상향링크 채널의 위상의 불일치(mismasmatch)를 보상하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 단말 장치에 있어서, 기지국과 다중 기지국 협력처리(Multi-BS Joint Prccessing)를 협상하는 제어기와, 상기 기지국으로부터 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션임을 지시하는 정보를 포함한 제어 메시지를 수신하는 수신기와, 상기 제어메시지를 수신시, 추정된 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수 기지국 각각의 부반송별 하향링크 채널의 위상을, 상기 기지국으로부터 할당받은 제1 사운딩 시퀀스에 매핑시켜 제2 사운딩 시퀀스를 생성하는 사운딩매핑기와, 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수의 기지국 각각에 대해서, 사운딩 심볼 구간 동안에, 상기 부반송별 하향링크 채널의 위상을 포함한 제2 사운딩 시퀀스를 전송하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 기지국 장치에 있어서, 단말과 다중 기지국 협력처리(Multi-BS Joint Prccessing)를 협상하는 제어기와, 상기 단말에 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션임을 지시하는 정보를 포함한 제어 메시지를 전송하는 송신부와, 상기 제어메시지 전송 후, 해당 사운딩 구간 동안에, 자신의 부반송별 하향링크 채널의 위상을 포함한 사운딩 시퀀스를 수신하는 수신부와, 상기 수신된 사운딩 시퀀스로부터 하향링크 채널의 위상과 상향링크 채널의 위상의 불일치(mismasmatch)를 보상하는 위상천이 보상기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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상술한 바와 같이, 다중안테나 시스템에서 단말이 협력통신을 수행하는 다수의 기지국들의 하향링크 위상이동(phase shift) 값들을 할당받은 사운딩 시퀀스에 매핑하여 전송함으로써, 위상비교를 위한 피드백 오버헤드를 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한, 독립적으로 캘리브레이션이 수행된 기지국 협력 전송 동안에, 단말에서 수신 신호대잡음비(Signal-to-Interference-plus-Noise-Ratio: SINR)를 최대화할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명은 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력(Multicell MIMO) 전송을 위한 캘리브레이션 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다.
이하 본 발명은 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭함)/직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭함) 방식의 무선통신 시스템을 예로 들어 설명하며, 다른 방식의 무선통신 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다. 상기 OFDM 방식의 무선통신 시스템의 경우, 신호 특성이 주파수 대역에 의존하여 대역별로 캘리브레이션이 수행되어야 함은 자명한 사실이나, 이하 설명의 편의를 위해, 본 발명은 하나의 주파수 대역만을 고려하여 캘리브레이션 기술을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력(Multicell MIMO) 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 기지국 동작 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 1을 참조하면, 기지국은 100단계에서 기정의된 절차에 따라 하향링크 채널과 상향링크 채널의 비를 이용하여 단일 셀 캘리브레이션을 수행한다. 즉, 상기 캘리브레이션 동작은 각 안테나에 위상 및 크기를 곱해 안테나들간 아날로그 이득 불일치를 보상한다.
이후, 상기 기지국은 102단계에서 해당 단말에 Feedback_Polling_IE 메시지 를 통해 다중 기지국 MIMO 협력 전송(MIMO joint transmission)을 지시한다. 상기 다중 기지국 MIMO 협력 전송 기술로 CL-MD(Closed Loop Marco Diversity), Co-MIMO(Collaborative MIMO) 기술 등이 있다.
이후, 상기 기지국은 104단계에서 UL sounding command A-MAP IE 메시지를 통해 다수의 단말들에게 상향링크 사운딩을 할당한다. 여기서, 사운딩 시퀀스
Figure 112009081521134-pat00001
가 할당된다고 가정한다. L은 주파수 영역에서 부반송파(subcarrier) 인덱스를 나타낸다. 즉,
Figure 112009081521134-pat00002
은 사운딩 심볼의 k 번째 부반송파를 통해 전송되는 사운딩 스퀀스를 의미한다.
이후, 상기 기지국은 106단계에서 UL sounding command A-MAP IE 메시지를 통해 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션을 지시한다. 이를 위해, 종래 UL sounding command A-MAP IE 메시지에 "DL/UL channel calibration" 필드를 추가한다. 즉, DL/UL channel calibration 필드 값이 1이면 상향링크 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션 수행을 지시하고, DL/UL channel calibration 필드 값이 0이면 상향링크 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션이 아님을 지시한다.
이후, 상기 기지국은 108 단계에서 DL/UL channel calibration 필드 값을 1로 설정할 시, 해당 단말로부터 캘리브레이션을 위한 사운딩 시퀀스를 수신한다. 상기 캘리브레이션을 위한 사운딩 시퀀스는 사운딩 시퀀스에 협력통신을 수행하는 다수 기지국들의 하향링크 채널 위상이동(
Figure 112009081521134-pat00003
)들이 매핑된 시퀀스이다.
Figure 112009081521134-pat00004
와 협력 통신을 수행하는 다수 기지국들의 하향링크 채널 위상이동(
Figure 112009081521134-pat00005
) 사이의 매핑 정보는 사전에 해당 단말로부터 제공하거나, 별도의 협상과정을 통해 상기 기지국에 제공될 수 있다. 또 다른 구현에 있어서, 사전에 상기 기지국과 상기 단말에 알려진 매핑 정보에 기반하는 경우 별도의 제어 메시지 혹은 협상과정을 수행할 필요 없다.
이후, 상기 기지국은 110 단계에서 사운딩 채널의 상관을 이용하여 수신된 사운딩 시퀀스를 추정한다. 여기서, 상기 수신된 사운딩 시퀀스는 하기 <수학식 1>과 같다.
Figure 112009081521134-pat00006
여기서,
Figure 112009081521134-pat00007
는 k 기지국에서의 부반송파별 상향링크 위상이동 혹은 위상천이(phase shift)이고,
Figure 112009081521134-pat00008
는 사운딩 시퀀스 크기이고,
Figure 112009081521134-pat00009
는 단말이 전송한 캘리브레이션을 위한 사운딩 시퀀스이다.
이후, 상기 기지국은 112 단계에서 추정한 사운딩 시퀀스
Figure 112009081521134-pat00010
와 원본 사운딩시퀀스
Figure 112009081521134-pat00011
를 비교하여 부반송파별 위상이동
Figure 112009081521134-pat00012
을 획득한다.
이후, 상기 기지국은 114 단계에서 상기 획득된 위상이동을 이용하여 데이터 전송을 수행한다.
Figure 112009081521134-pat00013
여기서,
Figure 112009081521134-pat00014
는 k 기지국에서의 부반송파별 상향링크 위상이동,
Figure 112009081521134-pat00015
는 k 기지국의 부반송파별 하향링크 위상이동이고,
Figure 112009081521134-pat00016
는 전송 데이터이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력(Multicell MIMO) 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 단말 동작 흐름도를 도시하고 있다.
단말은 200단계에서 다중 기지국 MIMO 협력 전송 지시 정보가 포함된 Feedback_Polling_IE 메시지를 수신하여, 다중 기지국 MIMO 협력 전송을 결정한다.
이후, 단말은 202단계에서 프리앰블 또는 미드앰블 신호를 수신하여, 협력통신을 수행하는 N개의 기지국들의 하향링크 채널을 추정한다.
즉, 다중 기지국 MIMO(multi-BS MIMO)에 포함된 단말은 다중 협력 기지국에 해당하는 모든 하향링크 기준채널
Figure 112009081521134-pat00017
을 추정한다.
Figure 112009081521134-pat00018
는 k 번째 기지국의 i 송신안테나에서 단말의 j 번째 송신안테나 사이의 부반송파별 채널이다(k=1,...N, 협력통신을 수행하는 기지국 인덱스, N은 협력통신을 수행하는 기지국 개수임).
여기서, 상기 하향링크 채널은
Figure 112009081521134-pat00019
으로 표현되며, 상기 단말은
Figure 112009081521134-pat00020
의 부반송파별 위상(phase)
Figure 112009081521134-pat00021
를 추정한다. 여기서, k=1,...,N 그리고
Figure 112009081521134-pat00022
는 크기(amplitude)이다.
이후, 상기 단말은 204단계에서 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션 지시 정보가 포함된 UL sounding command A-MAP IE 메시지를 이용하여, 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션을 수행할지를 결정한다.
이후, 상기 단말은 206단계에서 UL sounding command A-MAP IE 메시지를 통해 할당받은 사운딩 시퀀스(제 1 사운딩 시퀀스라 칭함)와 협력통신을 수행하는 다수의 기지국들의 하향링크 채널 위상이동 값들을 매핑한다.
상기 하향링크 채널의 위상이동 값들과 매핑된 사운딩 시퀀스(제 2 사운딩 시퀀스라 칭함)는 하기 <수학식 3>과 같다.
Figure 112009081521134-pat00023
여기서, Sq=(Sq ,1, Sq ,2,...,Sq ,L)은 원본 사운딩 시퀀스이고, L은 사운딩 시퀀스 길이, k는 기지국 인덱스, N은 협력통신을 수행하는 기지국 개수이다. 상기 협력통신을 수행하는 기지국 개수(N)는 사운딩 심볼의 부반송파 개수(L)보다 항상 작다고 가정한다. 즉, 하나의 사운딩 프레임 내에서 하나의 사운딩 시퀀스에
Figure 112009081521134-pat00024
(k=1,...,N)이 랜덤하게 매핑된다. 예를 들어 제 1 기지국의 1 부반송파에 대한
Figure 112009081521134-pat00025
은 Sq ,1에 매핑되고, 제 2 기지국의 k 부반송파에 대한
Figure 112009081521134-pat00026
은 Sq,k에 매핑되고, 제 N 기지국의 i 부반송파에 대한
Figure 112009081521134-pat00027
은 Sq ,i에 매핑된다. 다음 사운딩 프레임 내에서 제 1 기지국의 i 부반송파에 대한
Figure 112009081521134-pat00028
은 Sq ,i에 매핑되고, 제 2 기지국의 1 부반송파에 대한
Figure 112009081521134-pat00029
은 Sq ,1에 매핑되고, 제 N 기지국의 k 부반송파에 대한
Figure 112009081521134-pat00030
은 Sq ,k에 매핑된다. 따라서, 협력통신을 수행하는 기지국 개수만큼 사운딩 프레임이 전송되면, 상기 단말은 협력통신을 수행하는 기지국 각각에 대해 부반송파별로
Figure 112009081521134-pat00031
을 전송할 수 있다.
구현에 따라서, 상기 제 1 사운딩 시퀀스(Sq = Sq,1, Sq,2,...,Sq,L)와 협력통신을 수행하는 다수의 기지국들의 하향링크 채널 위상이동 값들
Figure 112009081521134-pat00032
은 랜덤하게 매핑될 수 있다. 여기서, 서빙 기지국은 하향링크 제어 메시지를 통해 단말에 상기 매핑을 통보해야한다. 또한, 상기 서빙 기지국은 협력통신을 수행하는 다른 기지국에 상기 매핑 정보를 통보해주어야 한다.
다른 구현에 따라, 상기 제 1 사운딩 시퀀스(Sq = Sq,1, Sq,2,...,Sq,L)와 협력통신을 수행하는 다수의 기지국들의 하향링크 채널 위상이동 값들
Figure 112009081521134-pat00033
은 하기 <수학식 4>에 따라 매핑될 수 있다. 마찬가지로, 매핑정보는 다른 기지국들과 해당 단말에 통보되어야 한다. 또 다른 구현에 따라서, 기정의된 매핑 규칙을 단말과 기지국들이 미리 알고 있는 경우에는 상기 단말이 협력통신을 수행하는 기지국들에 통보할 필요 없다.
Figure 112009081521134-pat00034
즉,
Figure 112009081521134-pat00035
의 배수에 따라 매핑이 결정된다. N은 협력통신을 수행하는 기지국 개수이고, L은 사운딩 시퀀스 길이이다.
이후, 상기 단말은 208단계에서 협력통신을 수행하는 각각의 기지국들의 하향링크 채널의 위상이동 값들이 매핑된 사운딩 시퀀스를 전송한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력(Multicell MIMO) 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 기지국 구성 블록을 도시하고 있다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 송신RF처리기(300), OFDM변조 기(302), 부반송파매핑기(304), 제어기(306), 위상천이 보상기(308), 부반송파디매핑기(310), OFDM복조기(312), 수신RF처리기(314), 채널추정기(316) 및 위상천이 보상기(308)를 포함하여 구성된다.
상기 부반송파매핑기(304)는 상기 제어기(306)로부터 제공되는 데이터 심벌들 및 상기 제어 심볼들을 각 안테나별 주파수 자원에 매핑한다. 상기 OFDM변조기(302)는 IFFT(Inverse Fourier Trasnform) 연산을 통해 상기 부반송파매핑기(304)로부터 제공되는 주파수 자원에 매핑된 심벌들을 시간 영역 신호로 변환하고, CP(Cyclic Prefix)를 삽입함으로써 OFDM 심벌들을 구성한다. 상기 송신RF처리기(300)는 상기 OFDM변조기(302)로부터 제공되는 OFDM 심벌들에 대한 아날로그 변환, RF 대역의 신호로의 상향변환 및 증폭을 수행한 후, 다수의 안테나들을 통해 송신한다. 특히, 상기 송신RF처리기(300)는 상기 위상천이 보상기(308)로부터 제공되는 캘리브레이션 파라미터를 이용하여 송신 신호에 대한 캘리브레이션을 수행한다. 즉, 상기 송신RF처리기(300)는 상기 송신 신호열에 상기 캘리브레이션 파라미터를 곱한 후, 송신한다.
상기 수신 RF처리기(314)는 다수의 안테나들을 통해 수신되는 RF 신호들에 대한 증폭, 기저대역 신호로의 하향변환 및 디지털 변환을 수행하고, 디지털 신호들을 상기 OFDM복조기(312)로 제공한다. 상기 OFDM복조기(312)는 상기 다수의 수신RF처리기(314)로부터 제공되는 신호들을 OFDM 심벌 단위로 분할하고, CP 제거 및 FFT(Fourier Transform) 연산을 통해 주파수 자원에 매핑된 심벌들을 복원한다. 상기 부반송파디매핑기(310)는 상기 OFDM복조기(312)로부터 제공되는 주파수 자원에 매핑된 심벌들을 추출하고, 처리 단위로 출력한다. 예를 들어, 상기 부반송파디매핑기(310)는 데이터 심벌들 및 제어 심볼들 상기 제어기(310)로 제공하고, 사운딩 심벌들을 상기 채널추정기(316)로 제공한다. 상기 채널추정기(316)는 사운딩 심볼들을 이용하여 상향링크를 채널을 추정한다.
상기 제어기(306)는 트래픽(traffic) 및 제어 정보를 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들로 변환하고, 상기 복소 심벌들을 상기 부반송파매핑기들(304)로 제공한다. 또한, 상기 제어기(306)는 단말들의 하향링크 채널 추정을 위한 파일럿 심벌(혹은 프리앰블)들을 생성하고, 상기 파일럿 심벌들을 상기 부반송파매핑기(304)로 제공한다. 상기 제어기(306)는 상기 부반송파디매핑기(310)로부터 제공되는 데이터 심벌들을 복조 및 부호화함으로써, 트래픽 및 제어 정보를 복원한다. 상기 채널추정기(316)는 상기 부반송파디매핑기들(312)로부터 제공되는 사운딩 심벌들을 이용하여 상향링크 채널 행렬을 추정하고, 추정된 상향링크 채널 계수 혹은 행렬을 상기 제어기(306)로 제공한다.
상기 제어기(306)는 다중 기지국 MIMO 협력 전송을 수행한다. 예를 들어, Feedback_Polling_IE 메시지를 통해 다중 기지국 MIMO 협력 전송을 단말에 지시한다. 그리고, 상향링크 채널 및 하향링크 채널 간 대칭성을 확보하기 위한 캘리브레이션 동작을 수행한다. 특히, 상기 제어기(306)는 협력 MIMO 기법을 위한 다중 셀 캘리브레이션 동작을 제어한다.
여기서, 상기 다중 셀 캘리브레이션 동작의 구체적인 과정을 살펴보면, 상기 제어기(306)는 UL sounding command A-MAP IE 메시지를 통해 다수의 단말들에게 할 당할 상향링크 사운딩을 할당하고, 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션을 지시한다.
이후, 해당 단말로부터 캘리브레이션을 위한 제 2 사운딩 시퀀스를 수신할 시, 상기 제 2 사운딩 시퀀스를 검출한다.
상기 위상천이 보상기(308)는 상기 제어기(306)에 의해 검출된 제 2 사운딩 시퀀스
Figure 112009081521134-pat00036
와 원본 제 1 사운딩시퀀스
Figure 112009081521134-pat00037
를 비교하여 위상이동
Figure 112009081521134-pat00038
을 획득한다. 상기 송신RF처리기(300)에서 RF 신호를 송신될 때, 위상이동
Figure 112009081521134-pat00039
만큼 위상이 되도록 제어한다.
상기 캘리브레이션을 위한 제 2 사운딩 시퀀스는 제 1 사운딩 시퀀스에 협력통신을 수행하는 다수 기지국들의 하향링크 채널 위상이동(
Figure 112009081521134-pat00040
)들이 매핑된 시퀀스이다.
Figure 112009081521134-pat00041
와 협력통신을 수행하는 다수 기지국들의 하향링크 채널 위상이동(
Figure 112009081521134-pat00042
) 사이의 매핑 정보는 사전에 해당 단말로부터 수신하거나, 별도의 협상과정을 통해 상기 기지국에 제공될 수 있다. 또 다른 구현에 있어서, 사전에 상기 기지국과 상기 단말에 알려진 매핑 정보에 기반하는 경우 별도의 제어 메시지 혹은 협상과정을 수행할 필요 없다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력(Multicell MIMO) 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 단말 구성 블록을 도시 하고 있다.
상기 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 단말은 다수의 수신RF처리기(412), OFDM복조기(410), 부반송파디매핑기(408), 부반송파매핑기(404), OFDM변조기(402), 송신RF처리기(400), 제어기(406), 사운딩매핑기(414)를 포함하여 구성된다.
상기 수신RF처리기(412)는 다수의 안테나들을 통해 수신되는 RF 신호들에 대한 증폭, 기저대역 신호로의 하향변환 및 디지털 변환을 수행하고, 디지털 신호들을 상기 OFDM복조기(410)로 제공한다. 상기 OFDM복조기(410)는 상기 수신RF처리기(412)로부터 제공되는 신호들을 OFDM 심벌 단위로 분할하고, CP 제거 및 FFT 연산을 통해 주파수 자원에 매핑된 심벌들을 복원한다. 상기 부반송파디매핑기(408)는 상기 OFDM복조기(410)로부터 제공되는 주파수 자원에 매핑된 심벌들을 추출하고, 처리 단위로 출력한다. 예를 들어, 상기 부반송파디매핑기(412)는 데이터 심벌들을 상기 제어기(406)로 제공하고, 파일럿 심벌들을 상기 사운딩 매핑기(414)로 제공한다.
상기 부반송파매핑기(408)는 상기 제어기(406)로부터 제공되는 데이터 심벌들 및 파일럿 심벌들을 각 안테나별 주파수 자원에 매핑한다. 상기 다수의 OFDM변조기(402)는 IFFT 연산을 통해 상기 부반송파매핑기(408)로부터 제공되는 주파수 자원에 매핑된 심벌들을 시간 영역 신호로 변환하고, CP를 삽입함으로써 OFDM 심벌들을 구성한다. 상기 송신RF처리기(400)는 OFDM변조기(402)로부터 제공되는 OFDM 심벌들에 대한 아날로그 변환, RF 대역의 신호로의 상향변환 및 증폭을 수행한 후, 다수의 안테나들을 통해 송신한다.
상기 제어기(406)는 상기 부반송파디매핑기(408)로부터 제공되는 데이터 심벌들을 복조 및 부호화함으로써, 트래픽 및 제어 정보를 복원한다. 상기 제어기(406)는 상기 부반송파디매핑기(408)로부터 제공되는 파일럿 심벌들을 이용하여 기지국과의 상향링크 채널 행렬을 추정한다.
상기 제어기(406)는 트래픽(traffic) 및 제어 정보를 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들로 변환하고, 상기 복소 심벌들을 상기 다수의 부반송파매핑기(404)로 제공한다.
상기 제어기(406)는 상향링크 채널 및 하향링크 채널 간 교환성을 확보하기 위한 캘리브레이션 동작을 수행한다. 특히, 상기 제어기(406)는 협력 MIMO 기법을 위한 다중 셀 캘리브레이션 동작을 제어한다. 여기서, 상기 다중 셀 캘리브레이션 동작의 구체적인 과정을 살펴보면, 상기 제어기(406)는 다중 기지국 MIMO 협력 전송 지시 정보가 포함된 Feedback_Polling_IE 메시지를 수신하여, 다중 기지국 MIMO 협력 전송을 결정한다. 그리고 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션 지시 정보가 포함된 UL sounding command A-MAP IE 메시지를 이용하여, 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션을 수행할지를 결정한다.
이후, 상기 제어기(414)는 협력통신을 수행하는 N개의 기지국들의 하향링크 채널을 추정하여, 그 결과를 사운딩 매핑기(414)로 제공한다.
상기 사운딩매핑기(414)는 UL sounding command A-MAP IE 메시지를 통해 할당받은 제 1 사운딩 시퀀스와 협력통신을 수행하는 다수의 기지국들의 하향링크 채널 위상이동 값들을 매핑한다.
상기 제 1 사운딩 시퀀스(Sq = Sq,1, Sq,2,...,Sq,L)와 협력통신을 수행하는 다수의 기지국들의 하향링크 채널 위상이동 값들
Figure 112009081521134-pat00043
은 랜덤하게 매핑될 수 있다. 여기서, 서빙 기지국은 하향링크 제어 메시지를 통해 단말에 상기 매핑을 통보해야한다. 또한, 상기 서빙 기지국은 협력통신을 수행하는 다른 기지국에 상기 매핑 정보를 통보해주어야 한다.
다른 구현에 따라, 상기 제 1 사운딩 시퀀스(Sq = Sq,1, Sq,2,...,Sq,L)와 협력통신을 수행하는 다수의 기지국들의 하향링크 채널 위상이동 값들
Figure 112009081521134-pat00044
은 상기 <수학식 4>에 따라 매핑될 수 있다. 마찬가지로, 매핑정보는 다른 기지국들과 해당 단말에 통보되어야 한다. 또 다른 구현에 따라서, 기정의된 매핑 규칙을 단말과 기지국들이 미리 알고 있는 경우에는 상기 단말이 협력통신을 수행하는 기지국들에 통보할 필요 없다.
또 다른 구현에 있어서, 상기 사운딩매핑기(414)는 상기 단말은 하향링크 채널에 대한 위상 값들을 사운딩 시퀀스에 매핑시키기 위해, 협력통신 기지국별로 해당 사운딩 프레임에서 각각 부반송파별
Figure 112009081521134-pat00045
를 사운딩시퀀스에 매핑한다.
하기 도 5는 단말이 협력통신을 수행하는 기지국들에 대해 하향링크 채널을 추정한 후에, 하향링크 채널에 대한 위상 값들을 사운딩 시퀀스에 매핑시키는 다른 예를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 하향링크 채널의 위상이동 값들을 사운딩 시퀀스에 매핑시키는 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 5를 참조하면, 단말은 500단계에서 N=1로 설정한다. 여기서, N은 협력통신을 수행하는 기지국 개수이다.
이후, 상기 단말은 502단계에서 N번째 기지국에 대해 M번째 사운딩 프레임에서 부반송파별로 추정된 위상천이 값들을 부반송파별 사운딩 스퀀스에 각각 매핑시킨다. 예를 들어, N번째 기지국의 1 부반송파에 대한
Figure 112009081521134-pat00046
은 1 부반송파를 통해 전송되는 사운딩 시퀀스(Sq,1)에 매핑되고, N번째 기지국의 k 부반송파에 대한
Figure 112009081521134-pat00047
은 k 부반송파를 통해 전송되는 사운딩 시퀀스(Sq,k)에 매핑되고, N번째 기지국의 L 부반송파에 대한
Figure 112009081521134-pat00048
은 k 부반송파를 통해 전송되는 사운딩 시퀀스(Sq,L)에 매핑된다.
이후, 상기 단말은 504단계에서 N,M 값을 1씩 증가시키기고 상기 502단계를 반복수행한다.
즉, 상기 단말은 하향링크 채널에 대한 위상 값들을 사운딩 시퀀스에 매핑시키기 위해, 협력통신 기지국별로 해당 사운딩 프레임에서 각각 부반송파별
Figure 112009081521134-pat00049
를 사운딩시퀀스에 매핑시킨다. 따라서, 사운딩 시퀀스를 통해 협력통신을 수행하 는 기지국에 대해 각각의 위상천이 값을 전달하기 위해서, N개의 사운딩 프레임이 필요하다. N개의 사운딩 프레임 구간을 캘리브레이션을 기반으로 하는 사운딩 구간이라 칭한다. 따라서, 기지국은 제어메시지를 통해 상기 캘리브레이션을 기반으로 하는 사운딩 구간을 제어 메시지를 통해 단말에 지시하거나, 혹은 상기 캘리브레이션을 기반으로 하는 사운딩 구간을 미리 정의될 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력(Multicell MIMO) 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 기지국 동작 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력(Multicell MIMO) 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 단말 동작 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력(Multicell MIMO) 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 기지국 구성 장치도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력(Multicell MIMO) 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 단말 구성 장치도 및.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하향링크 채널의 위상이동 값들을 사운딩 시퀀스에 매핑시키는 흐름도.

Claims (36)

  1. 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 단말 동작 방법에 있어서,
    기지국과 다중 기지국 협력처리(Multi-BS Joint Prccessing)를 협상하는 과정과,
    상기 기지국으로부터 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션임을 지시하는 정보를 포함한 제어 메시지를 수신하는 과정과,
    상기 제어메시지를 수신시, 추정된 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수 기지국 각각의 부반송별 하향링크 채널의 위상을, 상기 기지국으로부터 할당받은 제1 사운딩 시퀀스에 매핑시켜 제2 사운딩 시퀀스를 생성하는 과정과,
    상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수의 기지국 각각에 대해서, 사운딩 심볼 구간 동안에, 상기 부반송별 하향링크 채널의 위상을 포함한 제2 사운딩 시퀀스를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 사운딩 시퀀스를 생성하는 과정은,
    상기 제1 사운딩 시퀀스를 할당받는 과정과,
    상기 추정된 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수 기지국에 대해, 각각의 부반송별 하향링크 채널의 위상을 측정하는 과정과,
    상기 제1 사운딩 시퀀스에 각각의 하향링크 채널의 위상을 매핑하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 사운딩 시퀀스를 전송하는 과정은,
    해당 사운딩 구간에 해당 기지국의 부반송별 하향링크 채널의 위상을 포함한 사운딩 시퀀스를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 해당 사운딩 구간은 기지국과 단말 사이 사운딩에 기반한 캘리브레이션의 기정의된 구간인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 사운딩 시퀀스를 전송하는 총 사운딩 구간은, 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 기지국 개수를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다중 셀 다중 입출력 전송은 CL-MD(Closed Loop Marco Diversity) 및 Co-MIMO(Collaborative MIMO) 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다중안테나 시스템은 OFDM/OFDMA를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 기지국 동작 방법에 있어서,
    단말과 다중 기지국 협력처리(Multi-BS Joint Prccessing)를 협상하는 과정과,
    상기 단말에 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션임을 지시하는 정보를 포함한 제어 메시지를 전송하는 과정과,
    상기 제어메시지 전송 후, 해당 사운딩 구간 동안에, 자신의 부반송별 하향링크 채널의 위상을 포함한 사운딩 시퀀스를 수신하는 과정과,
    상기 수신된 사운딩 시퀀스로부터 하향링크 채널의 위상과 상향링크 채널의 위상의 불일치(mismasmatch)를 보상하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다중 셀 다중 입출력 전송은 CL-MD(Closed Loop Marco Diversity) 및 Co-MIMO(Collaborative MIMO) 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 다중안테나 시스템은 OFDM/OFDMA를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 단말 장치에 있어서,
    기지국과 다중 기지국 협력처리(Multi-BS Joint Prccessing)를 협상하는 제어기와,
    상기 기지국으로부터 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션임을 지시하는 정보를 포함한 제어 메시지를 수신하는 수신기와,
    상기 제어메시지를 수신시, 추정된 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수 기지국 각각의 부반송별 하향링크 채널의 위상을, 상기 기지국으로부터 할당받은 제1 사운딩 시퀀스에 매핑시켜 제2 사운딩 시퀀스를 생성하는 사운딩매핑기와,
    상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수의 기지국 각각에 대해서, 사운딩 심볼 구간 동안에, 상기 부반송별 하향링크 채널의 위상을 포함한 제2 사운딩 시퀀스를 전송하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 사운딩매핑기는,
    상기 제1 사운딩 시퀀스를 할당받고,
    상기 추정된 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 다수 기지국에 대해, 각각의 부반송별 하향링크 채널의 위상을 측정하고,
    상기 제1 사운딩 시퀀스에 각각의 하향링크 채널의 위상을 매핑하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 송신기는,
    해당 사운딩 구간에 해당 기지국의 부반송별 하향링크 채널의 위상을 포함한 사운딩 시퀀스를 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 해당 사운딩 구간은 기지국과 단말 사이 사운딩에 기반한 캘리브레이션의 기정의된 구간인 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 사운딩 시퀀스를 전송하는 총 사운딩 구간은, 상기 다중 기지국 협력처리에 포함된 기지국 개수를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 다중 셀 다중 입출력 전송은 CL-MD(Closed Loop Marco Diversity) 및 Co-MIMO(Collaborative MIMO) 중 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 다중안테나 시스템은 OFDM/OFDMA를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 다중안테나 시스템에서 다중 셀 다중 입출력 전송을 위한 캘리브레이션을 수행하는 기지국 장치에 있어서,
    단말과 다중 기지국 협력처리(Multi-BS Joint Prccessing)를 협상하는 제어기와,
    상기 단말에 상향링크 사운딩에 기반한 하향링크 채널 캘리브레이션임을 지시하는 정보를 포함한 제어 메시지를 전송하는 송신부와,
    상기 제어메시지 전송 후, 해당 사운딩 구간 동안에, 자신의 부반송별 하향링크 채널의 위상을 포함한 사운딩 시퀀스를 수신하는 수신부와,
    상기 수신된 사운딩 시퀀스로부터 하향링크 채널의 위상과 상향링크 채널의 위상의 불일치(mismasmatch)를 보상하는 위상천이 보상기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 다중 셀 다중 입출력 전송은 CL-MD(Closed Loop Marco Diversity) 및 Co-MIMO(Collaborative MIMO) 중 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 다중안테나 시스템은 OFDM/OFDMA를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 장치.
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