KR101702353B1

KR101702353B1 - 다중 입출력 시스템에서 코드북을 이용한 통신 방법 및 이를 위한 장치

Info

Publication number: KR101702353B1
Application number: KR1020100008906A
Authority: KR
Inventors: 연명훈; 조준영; 이주호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2017-02-03
Also published as: KR20100136888A; WO2010147443A2; JP6137759B2; US8625712B2; KR20100136902A; KR20100136891A; EP2443764A4; US20130142277A1; US20100322343A1; JP2012531087A; JP2015122795A; WO2010147443A3; CN102804623B; KR20100136901A; US8391394B2; EP2443764A2; EP2443764B1; CN102804623A

Abstract

다중 입출력 시스템에서 코드북을 이용한 통신 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로, 이러한 본 발명은, 본 발명은 MIMO 시스템에서 4개의 송신안테나를 위한 랭크 (rank) 3 프리코딩 매트릭스들의 구조 및 장치를 제안한다. 본 발명에서 제안한 랭크 3 프리코딩 매트릭스들은 각 안테나에서 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)를 증가시키지 않고, 레이어(layer)당 전력비가 동일한 구조를 갖는 프리코딩 매트릭스들과 안테나당 전력비가 동일한 구조를 갖는 프리코딩 매트릭스들이 복합적으로 구성되도록 설계되었다. 그러므로 본 발명의 코드북은 레이어당 송신 전력비의 불균형을 갖고 있던 기존의 랭크 3 프리코딩 매트릭스들이 가지고 있던 높은 신호대 잡음비(SNR: signal to noise ratio) 영역에서 성능 저하 문제를 해결하며 낮은 SNR 영역에서도 성능을 향상시킨다.

Description

다중 입출력 시스템에서 코드북을 이용한 통신 방법 및 이를 위한 장치{A method for communication using Codebook in MIMO systems and apparatus thereof}

본 발명은 다중입출력 시스템에서 코드북을 이용한 통신 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로, 특히, 코드워드별로 서로 다른 안테나에 매핑되어 전송하는 다중입출력 시스템에서 코드북을 이용한 통신 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

최근 이동통신 시스템에서는 무선 채널에서 고속데이터 전송에 유용한 방식으로 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식, 혹은 이와 비슷한 방식으로 단일 반송파 주파수 분할 다중 접속(SC-FDMA: Single Carrier - Frequency division Multiple Access)이 활발하게 연구되고 있다. 차세대 이동통신 시스템인 LTE (Long Term Evolution) 에서는 상기 OFDM 시스템을 하향 링크에 적용하고, 상기 SC-FDMA 시스템을 상향 링크에 적용한다. 그러나 OFDM은 PAPR이 크기 때문에 신호의 비선형 왜곡을 방지하기 위해서 전력 증폭기 입력신호의 back-off 값을 크게 하여야 하며, 따라서 그만큼 최대 송신 전력이 제한되므로 전력 효율이 낮은 단점이 있다. 여기서 back-off는 송신 신호의 선형성을 보장하기 위하여 전력 증폭기의 최대값보다 작은 값으로 송신 전력의 최대값을 제한하는 것이다. 예를 들어 전력 증폭기의 최대값이 23dBm이고 back-off가 3dB이면 송신 전력의 최대값은 20dBm이 된다. 하향 링크의 다중화기술로서 OFDMA를 채택할 경우 송신기는 전력의 제한이 없는 기지국에 존재하므로 큰 문제가 되지 않지만 상향 링크의 다중화기술로서 OFDMA를 채택할 경우 송신기는 전력의 제한이 큰 사용자 단말기에 존재하므로 단말의 최대 전력이 제한되는 만큼 기지국 커버리지가 작아지는 문제가 발생한다. 따라서 3GPP 표준의 4세대 이동통신기술인 LTE에서는 대안으로 상향 링크의 다중화기술로서 SC-FDMA 가 결정되었다.

아울러 최근의 무선 통신 환경에서는 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 무선 통신 기술이 개발되고 있으며, 고품질의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해서는 고속의 데이터 전송이 요구된다. 따라서, 최근 고속의 데이터 전송을 지원하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있으며, 대표적으로 MIMO 기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. MIMO 기술은 다수의 안테나들을 사용함으로써 한정된 주파수 자원 내에서 채널 용량을 증가시킨다. MIMO 기술은 산란 환경에서 다수의 안테나들을 사용함으로써 이론적으로는 안테나들의 수에 비례하는 채널 용량을 제공한다. MIMO 기술에서 데이터를 효율적으로 송신하기 위해서는 미리 데이터를 코딩하는 작업이 필요한데, 이러한 작업을 프리코딩 (precoding)이라 한다. 또한, 데이터를 프리코딩하는 규칙을 행렬로 표현한 것을 프리코딩 매트릭스 (precoding matrix)라 하며, 프리코딩 매트릭스들의 집합을 코드북이라 한다. LTE-A (LTE Advanced)에서, 프리코딩 매트릭스를 이용한 다중 안테나 기술 (MIMO)은 단일 사용자 및 다중 사용자에 대한 성능향상을 제공할 수 있는 상향 링크의 주요 기술로 유력하게 제안되고 있다. 이러한 코드북 기반의 프리코딩은 LTE 시스템을 간단하게 개량하기 위한 기술로 고려되고 있다. 그러나, 위에서 설명한 SC-FDMA는 OFDMA에 비해 적은 PAPR을 가지므로 유력한 상향 링크 기술로 채택되었지만, 프리코딩을 적용한 MIMO 기술과 접목하는 경우에는 다음과 같은 문제가 발생한다. 즉, SC-FDMA에 다중 안테나 프리코딩 매트릭스가 적용되는 경우에 만약 서로 다른 레이어들의 데이터가 믹싱되는 프리코딩 매트릭스가 선택되면, 각 안테나에서 PAPR이 증가하는 문제가 발생하게 된다.

이러한SC-FDMA MIMO 시스템에서 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나가 사용하는 경우, 송신 안테나와 수신 안테나 사이에서는 최대 랭크 4까지의 데이터 채널이 생성될 수 있으며, 각각의 랭크에 대하여 서로다른 프리코딩 매트릭스들이 사용된다. 예를 들면, 기지국 또는 단말이 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 랭크 1 채널이 형성되었다고 판단하면, 다음의 <표 1>과 같은 프리코딩 매트릭스들이 사용될 수 있다.

다음의 <표 1>은 4개의 송신 안테나를 위한 랭크 1 코드북의 프리코딩 매트릭스들의 코드북 예이다.

<표 1>에서 보이는 바와 같이 프리코딩 매트릭스들의 행갯수가 4인 이유는 4개의 안테나를 사용하기 때문이며, 열갯수가 1인 이유는 랭크가 1, 즉, 레이어(Layer)의 수가 1이기 때문이다. 이러한 랭크 1 프리코딩 매트릭스에서 레이어는 1이므로 각 안테나 출력에서 레이어는 믹싱되지 않으며, 각 안테나의 전력증폭기에서 PAPR이 증가하는 문제는 발생하지 않는다.

기지국 또는 단말이 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 랭크 2 채널이 형성되었다고 판단하면, 다음의 <표 2>와 같은 프리코딩 매트릭스들이 송신 안테나의 프리코딩을 위하여 사용될 수 있다.

다음의 <표 2>는 4개의 송신 안테나를 위한 랭크 2 코드북의 프리코딩 매트릭스들의 코드북 예이다.

<표 2>에서 보이는 바와 같이 프리코딩 매트릭스들의 행갯수가 4인 이유는 4개의 안테나를 사용하기 때문이며, 열갯수가 2인 이유는 랭크가 2, 즉 레이어의 갯수가 2이기 때문이다. 예로 사용된 <표 2>에서는 레이어가 2라고 할지라도 각 행마다 인자의 계수가 0인 원소가 하나씩 포함되므로, 레이어가 믹싱되지 않는다. 말하자면 각 안테나의 전력증폭기에서 PAPR이 증가하는 문제가 발생하지 않는다.

기지국 또는 단말이 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 랭크 3 채널이 형성되었다고 판단하면, 다음의 <표 3>과 같은 프리코딩 매트릭스들이 4개의 송신 안테나를 위하여 사용될 수 있다.

다음의 <표 3>은 4개의 송신 안테나를 위한 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스들 코드북의 예이다.

<표 3>에서 보이는 바와 같이 프리코딩 매트릭스들의 행갯수가 4인 이유는 4개의 안테나를 사용하기 때문이며, 열갯수가 3인 이유는 랭크가 3, 즉, 레이어(Layer)의 갯수가 3이기 때문이다. 예를 들면 <표 3>의 코드북에서 다음의 <수학식 1>과 같은 프리코딩 매트릭스가 선택되었다고 가정한다.

여기서, 4개의 안테나 출력을

,

로 표현하고, 레이어1(Layer #1)에 맵핑되는 심볼데이터를

, 레이어2(Layer #2)에 맵핑되는 심볼데이터를

레이어3(Layer #3)에 맵핑되는 심볼데이터를

라고 한다면, 다음의 <수학식 2>와 같이 레이어들과 안테나간의 관계가 표현된다.

<수학식 2>에서 안테나1(antenna #1)의 출력은

로 표현된다. 즉 프리코딩 매트릭스의 첫번째 행 원소들

과

에 의해서 레이어1(Layer #1)에 맵핑되는 심볼 데이터

, 레이어2(Layer #2)에 맵핑되는 심볼 데이터

가 안테나1(antenna #1)에서 믹싱되어 출력되며 안테나1(antenna #1) 전력증폭기의 PAPR을 증가시킨다. 또한, 안테나2(antenna #2)의 출력은

로 표현된다. 즉 프리코딩 매트릭스의 두번째 행 원소들

과

에 의해서 레이어1(Layer #1)에 맵핑되는 심볼 데이터

, 레이어2(Layer #2)에 맵핑되는 심볼 데이터

가 안테나2(antenna #2)에서 믹싱되어 출력되며, 안테나2(antenna #2) 전력증폭기의 PAPR을 증가시킨다. 안테나3(antenna #3)의 출력은

로 표현된다. 즉 프리코딩 매트릭스의 세번째 행 원소들

와

에 의해서 레이어1(Layer #1)에 맵핑되는 심볼 데이터

, 레이어3(Layer #3)에 맵핑되는 심볼 데이터

가 안테나3(antenna #3)에서 믹싱되어 출력되며 안테나3(antenna #3) 전력증폭기의 PAPR을 증가시킨다. 안테나4(antenna #4)의 출력은

로 표현된다. 즉 프리코딩 매트릭스의 네번째 행 원소들

과

에 의해서 레이어1(Layer #1)에 맵핑되는 심볼 데이터

, 레이어3(Layer #3)에 맵핑되는 심볼 데이터

가 안테나4(antenna #4)에서 믹싱되어 출력되며 안테나4(antenna #4) 전력증폭기의 PAPR을 증가시킨다.

위의 프리코딩 매트릭스와 다르게 랭크 3인 채널에서 각 안테나들의 PAPR 증가를 방지하기 위해서 서로 다른 레이어들 간에 심볼이 믹싱되지 않는 형태로 다음의 <수학식 3>과 같은 프리코딩 매트릭스 구조가 가능하다.

이러한 <수학식 3>의 프리코딩 매트릭스는 다음의 <수학식 4>와 같이 레이어와 안테나간의 관계를 표현할 수 있다.

그러나 <수학식 3>과 같은 형태의 프리코딩 매트릭스의 단점은 레이어당 전력비의 불균형이 발생한다. 이러한 문제를 <수학식 4>를 참조하여 설명한다.

레이어(Layer #1)에 맵핑되는 심볼 데이터

은 프리코딩 매트릭스의 첫번째 열벡터 원소들에 의해 안테나1(antenna #1)과 안테나4(antenna #4)에 의해 송신되며, 레이어2(Layer #2)에 맵핑되는 심볼 데이터

는 프리코딩 매트릭스의 두번째 열벡터 원소들에 의해 안테나2(antenna #2)에 의해 송신되며, 레이어3(Layer #3)에 맵핑되는 심볼 데이터

는 프리코딩 매트릭스의 세번째 열벡터 원소들에 의해 안테나3(antenna #3)에 의해 송신된다. 이때, 레이어1(Layer #1), 레이어2(Layer #2), 레이어3(Layer #3)의 전력비는 2:1:1이다. 실험결과에 의하면 이러한 레이어당 전력비의 불균형은 중간크기의 신호대 잡음비(SNR: signal to noise ratio)에서부터 높은 크기의 SNR 영역까지 시스템의 성능 저하를 일으킨다. 게다가 이러한 프리코딩 매트릭스에서 만약 각각의 코드워드가 불균형한 수의 안테나에 의해서 전송되는 경우, 예컨대, 코드워드1(CW #1)은 1개의 안테나로 전송되고 코드워드2(CW #2)는 3개의 안테나로 전송되는 경우에는 코드워드1(CW #1)의 수신 성능이 저하된다.

따라서 상술한 바와 같은 종래의 문제를 감안한 본 발명이 목적은SC-FDMA MIMO 시스템을 위한 프리코딩 매트릭스를 설계하는 경우 시스템 성능향상뿐 아니라, 프리코딩 매트릭스에 의한 각 안테나 전력증폭기의 PAPR 증가 문제를 해결할 수 있는 방법 및 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은SC-FDMA MIMO 시스템에서 PAPR을 증가시키지 않으며, 낮은 크기의 신호대 잡음비(SNR: signal to noise ratio)에서부터 높은 크기의SNR 영역까지 시스템의 성능 향상을 가져오도록 하는 프리코딩 매트릭스를 이용한 통신 방법 및 이를 위한 장치를 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발며의 바람직한 실시 예에 따른 다중 입출력 시스템에서 코드북을 이용한 통신 방법은, 적어도 2개의 코드워드를 복수의 레이어에 매핑하는 레이어 매핑 과정과, 상기 각 코드워드가 서로 다른 안테나에 매핑되도록 형성된 코드북에서 선택한 프리코딩 매트릭스에 의거하여, 상기 레이어에 매핑된 다른 코드워드가 서로 다른 안테나에 매핑되도록 상기 레이어 각각을 복수의 안테나에 매핑하는 안테나 매핑 과정과, 상기 레이어 각각의 복수의 안테나에 매핑에 상기 프리코딩 매트릭스의 계수를 곱하는 과정과, 상기 매핑한 레이어 및 안테나의 경로로 상기 코드워드를 전송하는 과정을 포함한다.

상기 매핑과정은, 상기 레이어의 수가 코드워드의 수보다 많은 경우, 상기 코드워드 중 어느 일 코드워드를 병렬로 분할하여 복수의 레이어에 매핑시키는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발며의 바람직한 실시 예에 따른 다중 입출력 시스템에서 코드북을 이용한 통신 장치는, 적어도 2개의 코드워드를 복수의 레이어에 매핑하는 맵퍼 상기 각 코드워드가 서로 다른 안테나에 매핑되도록 형성된 코드북에서 선택한 프리코딩 매트릭스에 의거하여, 상기 레이어에 매핑된 코드워드가 서로 다른 안테나에 매핑되도록 상기 레이어 각각을 복수의 안테나에 매핑하는 프리코더 상기 레이어 각각의 복수의 안테나에 매핑에 상기 프리코딩 매트릭스의 계수를 곱하는 전력할당제어기 및 상기 매핑된 레이어를 통해 수신되는 코드워드를 전송하는 상기 복수의 안테나를 포함한다.

상기 맵퍼는 직별로 입력되는 일 코드워드를 두개의 레이어에 매핑되도록 병렬로 출력하는 직병렬변환장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명인 랭크 3 프리코딩 매트릭스들은 각 안테나의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 증가가 없고, 동시에 레이어 (layer)당 전력비가 동일한 매트릭스 구조를 갖는다. 그러므로 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 증가가 없지만 레이어당 송신 전력비의 불균형을 갖고 있던 기존 랭크 3 프리코딩 매트릭스들의 문제를 해결한다. 또한 본 발명은 2개의 코드워드가 사용 되는 경우, 각각의 코드워드가 서로 다른 2개의 안테나에 맵핑되는 프리코딩 매트릭스 구조를 갖는다. 그러므로 각 코드워드는 채널 상에서 송신 다이버시티 효과를 겪게 되는 장점을 가진다.

또한, 상술한 바와 같은 본 발명의 랭크 3 프리코딩 매트릭스들(코드북)은 각 안테나의 PAPR 증가가 없고, 동시에 레이어 (layer)당 전력비가 동일한 매트릭스들과 안테나당 전력비가 동일한 매트릭스들에 의해 복합적으로 구성되어 사용된다. 그러므로 SNR 전 영역에서 성능 향상을 이룰 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 코드북 매핑 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 코드북 매핑 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 송신기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 코드북 매핑 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 코드북을 성능을 설명하기 위한 그래프.
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 코드북 매핑 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 코드북 매핑 방법을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 안테나 구조를 설명하기 위한 도면.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 송신기의 안테나 구조를 설명하기 위한 도면.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 수식 그리고 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 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.

또한, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, OFDM 기반의 무선통신 시스템, 특히 3GPP EUTRA(혹은 LTE 라고 칭함) 혹은 Advanced E-UTRA(혹은 LTE-A 라고 칭함) 표준을 주된 대상으로 할 것이지만, 본 발명의 주요한 요지는 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.

본 발명의 주요한 요지는 4개의 송신 안테나를 사용하는 MIMO 시스템을 위하여, 각 안테나에서 레이어간 믹싱이 없고 (말하자면 PAPR 증가 없이), 레이어당 전력을 동일하게 유지하면서, 두 개의 코드워드 각각이 복수 개의 서로다른 안테나에 맵핑되는 랭크 3 프리코딩 매트릭스들을 제안한다는 것이다. 말하자면 본 발명의 랭크 3 프리코딩 매트릭스들은 레이어당 전력이 동일하므로, 레이어당 전력 불균형에 의한 성능저하 문제를 해결한다. 또한 본 말명의 프리코딩 매트릭스들은 각각의 코드워드가 동일한 수의 복수개 안테나를 이용하여 송신되는 구조로 제안되었으므로, 각 코드워드는 복수개의 송신 안테나에 의한 다이버시티 효과를 겪게 되는 장점을 갖게된다. 자세한 발명의 설명은 하기의 실시예들을 이용하여 설명하고자 한다.

제1 실시예

제1 실시예는 각 안테나의 PAPR 증가없이, 레이어들의 전력비를 동일하게 유지하면서, 2개의 코드워드가 서로다른 2개의 안테나에 맵핑되는 제안한 프리코딩 메트릭스 구조의 실시예이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 코드북 매핑 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에서는, 2개의 서로다른 코드워드(CW #1 과 CW #2)가 4개의 안테나들(Antenna #1, Antenna #2, Antenna #3, Antenna #4)을 통하여 전송되는 과정에서 2개의 코드워드와 3개의 레이어의 맵핑절차와, 3개의 레이어(Layer #1, Layer #2, Layer #3)와 4개의 안테나의 맵핑과정 절차에 대해서 설명한다.

이때, 코드북은 <표 4>와 같다고 가정한다. 다음의 <표 4>는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프리코딩 매트릭스를 가지는 코드북의 예이다.

<표 4>에 도시한 바와 같이, 제1 실시예는 안테나의 수는 4개이며, 랭크의 수가 3인 경우를 가정한다. 상기 코드북은 복수의 코드북이 입력될 경우 서로 다른 안테나에 매핑된다.

도 1을 참조하면, 송신기는 102 단계에서 서로 다른 코드워드 코드워드1(CW #1) 및 코드워드2(CW #2)를 생성한다.

그런 다음, 송신기는 103 단계에서 코드워드1(CW #1)을 레이어1(Layer #1)에 맵핑하고, 코드워드2(CW #2)는 레이어2(Layer #2)와 레이어3(Layer #3)에 맵핑한다.

송신기는 104 단계에서 채널 정보와 <표 4>에서 보인 코드북을 이용하여 랭크 3 인 채널환경에서 가장 많은 데이터를 보낼 수 있는 한 개의 프리코딩 매트릭스를 선택한다. 즉, 송신기는 코드워드1(CW #1) 및 코드워드2(CW #2)가 서로 다른 안테나에 매핑되도록 형성된 코드북에서 어느 하나의 프리코딩 매트릭스를 선택한다.

예컨대, 송신기는 스케쥴러에 의하여 코드북에서 다음의 <수학식 5>와 같은 프리코딩 매트릭스를 선택하였다고 가정한다.

그러면, 송신기는 105 단계에서 앞서(104 단계) 선택한 프리코딩 매트릭스(<수학식 5>)를 이용하여 레이어1(Layer #1)은 안테나1(Antenna #1)과 안테나2(Antenna #2)에 맵핑되고, 레이어2(Layer #2)는 안테나3(Antenna #3)에 맵핑되며, 레이어3(Layer #3)은 안테나4(Antenna #4)에 맵핑한다.

송신기의 전력할당제어기(213)는 106 단계에서 프리코딩 매트릭스에서 0이 아닌 인자들의 값(프리코딩 매트릭스의 계수)을 레이어와 안테나 사이에 곱해주며 각 레이어당 전력이 모두 동일하도록 만든다.

즉, <수학식 5>와 프리코딩 매트릭스를 이용하는 경우, 송신기의 프리코더(precoder) 장치는 레이어1(Layer #1)과 안테나1(Antenna #1) 사이에서 P1값을 곱하며, 레이어1(Layer #1)과 안테나2(Antenna #2) 사이에서 P2값을 곱한다. 또한, 송신기의 프리코더(precoder) 장치는 레이어2(Layer #2)와 안테나3(Antenna #3) 사이에서 P3값을 곱하며, 레이어3(Layer #3)과 안테나4(Antenna #4) 사이에서 P4값을 곱한다.

이 실시 예에서 P1과 P2는

이다. 만약 코드북이 정규화된(normalized) 형태로 표현된다면 P1과 P2는

이다. 또한 이 실시예에서 P3과 P4는 1이다. 만약 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P3과 P4는

이다.

다음으로, 송신기는 107 단계에서 상술한 바와 같이 매핑된 각 코드워드들을 서로 다른 2개의 안테나들에서 전송한다.

코드워드1(CW #1)은 레이어1(Layer #1)에 맵핑되어 있으므로, 결국 코드워드1(CW #1)은 안테나1(Antenna #1)과 안테나2(Antenna #2)를 통하여 전송된다. 또한 코드워드2(CW #2)는 레이이2(Layer #2)와 레이어3(Layer #3)에 맵핑되어 있으므로, 코드워드2(CW #2)는 안테나3(Antenna #3)과 안테나4(Antenna #4)를 통하여 전송된다.

따라서 코드워드(CW #1)과 코드워드2(CW #2)는 서로 다른 두개의 안테나를 통하여 각각 전송되게 되며, 이때 레이어1 내지 3(Layer #1, Layer #2, Layer #3)의 전력비율은 모두 동일하게 된다.

다음으로, 상술한 바와 같은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신기의 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신기는 맵퍼(Codeword-to-layer mapper)(204), 프리코더(Precoder)(212), 전력할당제어기(213) 및 안테나들(218, 219, 220, 221)을 포함한다.

맵퍼(204)는 복수의 코드워드를 복수의 레이어에 매핑시키는 역할을 수행한다. 이때, 맵퍼(204)는 어느 일 코드워드를 적어도 2개의 레이어에 매핑시키기 위한 직병렬변환장치(Serial to Parallel)(203)를 구비한다. 도 2에서, 직병렬변환장치(Serial to Parallel)(203)는 입력되는 하나의 코드워드를 병렬로 분할하여 2개의 레이어에 매핑시킨다.

맵퍼(204)는 생성된 코드워드1(CW #1)(201)를 레이어1(Layer #1)(205)에 맵핑하며, 코드워드2(CW #2)(202)를 레이어2(Layer #2) 및 레이어3(Layer #3)에 각각 매핑한다.

프리코더(Precoder)(212)는 레이어별로 각 안테나에 매핑하는 역할을 수행한다. 즉, 프리코더(precoder)(212)에 의하여 레이어1(Layer #1)(205)은 안테나1(Antenna #1)(218)과 안테나2(Antenna #2)(219)에 맵핑된다. 또한, 프리코더(precoder)(212)에 의하여 레이어2(Layer #2)(205)는 안테나3(Antenna #3)(220)에 레이어3(Layer #3)(207)은 안테나4(Antenna #4)(221)에 맵핑된다.

전력할당제어기(213)는 <표 4>의 코드북에서 선택된 프리코딩 매트릭스에서 0이 아닌 인자값들(P1, P2, P3, P4)(208, 209, 210, 211)을 레이어들(205, 206, 207)과 안테나들(218, 219, 220, 221) 사이에 곱해주며(214, 215, 216, 217), 각 레이어(205, 206, 207)에 할당되는 전력을 동일하게 만들어 준다.

즉, 프리코더(precoder)(212)에서 레이어(Layer #1)(205)과 안테나1(Antenna #1)(218)사이에서 P1(208)이 곱해지며(214), 레이어1(Layer #1)(205)과 안테나2(Antenna #2)(219)사이에서 P2(209)가 곱해진다(215).

만약 선택된 프리코딩 매트릭스가 <수학식 5>와 같다면, P1(208)과 P2 (209)는

이다. 또한 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P1(208)과 P2(209)는

이다. 코드워드2(CW #2)(202)는 직병렬변환장치(Serial to Parallel)(203)를 통해 직렬 데이터가 병렬로 분리되어 레이어2(Layer #2) (206)와 레이어3(Layer #3)(207)에 맵핑된다. 맵핑된 코드워드2는 프리코더(precoder)(212)에 의하여 레이어2(Layer #2)(206)는 안테나3(Antenna #3)(220)에 맵핑되며, 레이어3(Layer #3)(207)은 안테나4(Antenna #4)(221)에 맵핑된다.

이때, 프리코더(Precoder)(212) 내에서 레이어2(Layer #2)(206)와 안테나3(Antenna #3)(220)사이에서 P3(210)이 곱해지며(216), 레이어3(Layer #3)(207)과 안테나(Antenna #4)(221)사이에서 P4(211)가 곱해진다(217).

여기서, P3(210)과 P4(211)는

이다. 만약 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P3(210)과 P4(211)는

이다.

다음의 <표 5>는 <표 4>에서 제시된 코드북의 정규화된 형태를 나타낸다. 즉, <표 5>는 본 발명의 바람직한 첫번째 실시예를 위한 코드북의 프리코딩 매트릭스들의 정규화(normalized)된 형태이다.

다음의 <표 6>은 <표 4>의 코드북에서 프리코딩 매트릭스들이 행이 교환된 형태로 나타날 수 있음을 보인 코드북이다.

<표 6>에 <표 4>의 코드북에서 행교환 (row permutation)에 의해서 만들어질 수 있는 12개의 다른 코드북 중 한가지 예를 개시하였다. 즉, <표 4>에서 보여진 코드북의 2번째 행과 4번째 행을 교환하면, <표 6>과 같은 코드북이 생성된다. 이와 같이 행 교환에 의해 <표 4>와 같은 코드북으로부터 12개의 다른 코드북 생성이 가능하게 된다.

제2 실시예

제2 실시예는 각 안테나의 PAPR 증가없이, 레이어들의 전력비를 동일하게 유지하면서, 2개의 코드워드가 서로다른 2개의 안테나에 맵핑되는 제안한 프리코딩 메트릭스 구조의 또 다른 실시예이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 코드북 매핑 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에서는, 2개의 서로다른 코드워드(CW #1 과 CW #2)가 4개의 안테나들(Antenna #1, Antenna #2, Antenna #3, Antenna #4)을 통하여 전송되는 과정에서 2개의 코드워드와 3개의 레이어의 맵핑절차와 3개의 레이어(Layer #1, Layer #2, Layer #3)와 4개의 안테나간의 맵핑과정 절차에 대해서 설명한다.

이때, 코드북은 다음의 <표 7>과 같다고 가정한다. 다음의 <표 7>은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 프리코딩 매트릭스를 가지는 코드북의 예이다.

<표 7>에 도시한 바와 같이, 제2 실시예에서는 안테나의 수는 4개이며, 랭크의 수가 3개인 경우를 가정한다.

도 3을 참조하면, 송신기는 302 단계에서 코드워드(CW #1 과 CW #2)가 생성한다. 그런 다음, 송신기는 303 단계에서 코드워드1(CW #1)을 레이어1(Layer #1)과 레이어2(Layer #2)에 맵핑하고, 코드워드2(CW #2)는 레이어3(Layer #3)에 맵핑한다.

송신기의 스케쥴러는 304 단계에서 채널정보와 <표 7>에서 보인 코드북을 이용하여 랭크 3 인 채널환경에서 가장 많은 데이터를 보낼 수 있는 한 개의 프리코딩 매트릭스를 선택한다. 예를 들면, 스케쥴러가 <표 7>과 같은 코드북에서 다음의 <수학식 6>과 같은 프리코딩 매트릭스를 선택했다고 가정한다.

그러면, 송신기는 305 단계에서 <수학식 6>과 프리코딩 매트릭스를 이용하여 레이어1(Layer #1)은 안테나1(Antenna #1)에 맵핑하고, 레이어2(Layer #2)는 안테나2(Antenna #2)에 맵핑하며, 레이어3(Layer #3)은 안테나3(Antenna #3)과 안테나4(Antenna #4)에 맵핑한다.

이때, 송신기의 전력할당제어기는 306 단계에서 프리코딩 매트릭스에서 0이 아닌 인자들의 값을 레이어와 안테나사이에 곱해준다. 이에 따라, 각 레이어당 전력이 동일하게 된다.

즉, 306 단계에서 <수학식 6>의 프리코딩 매트릭스를 이용하여 프리코더(precoder) 내에서 레이어1(Layer #1)과 안테나1(Antenna #1)사이에서 P1값이 곱해지며, 레이어2(Layer #2)와 안테나2(Antenna #2)사이에서 P2값이 곱해진다. 또한 레이어3(Layer #3)과 안테나3(Antenna #3)사이에서 P3값이 곱해지며, 레이어3(Layer #3)과 안테나4(Antenna #4)사이에서 P4값이 곱해진다. 제2 실시예에서 <수학식 6>에 개시된 계수와 같이, P1과 P2는

이다. 또한 제2 실시예에서 P3은

과 P4는

이다. 만약 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P3은

과 P4는

이다.

다음으로, 송신기는 307 단계에서 상술한 바와 같이 매핑된 각 코드워드들을 서로 다른 2개의 안테나들에서 전송한다.

즉, 송신기는 코드워드1(CW #1)이 레이어1(Layer #1)과 레이어2(Layer #2)에 맵핑되어 있으므로, 결국 코드워드1(CW #1)을 안테나1(Antenna #1)과 안테나2(Antenna #2)를 통하여 전송한다.

또한 코드워드2(CW #2)를 레이어3(Layer #3)에 맵핑되어 있으므로, 코드워드2(CW #2)는 안테나3(Antenna #3)과 안테나4(Antenna #4)를 통하여 전송한다.

이처럼, 코드워드1(CW #1)과 코드워드2(CW #2)는 서로 다른 두개의 안테나를 통하여 각각 전송되게 되며, 이때 레이어1, 2 및 3(Layer #1, Layer #2, Layer #3)의 전력비율은 모두 동일하게 된다.

다음으로, 상술한 바와 같은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 송신기의 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 송신기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 송신기는 맵퍼(Codeword-to-layer mapper)(404), 프리코더(Precoder)(412), 전력할당제어기(413) 및 안테나들(418, 419, 420, 421)을 포함한다.

맵퍼(404)는 하나의 코드워드를 하나의 레이어에 매핑시키거나, 하나의 코드워드를 복수의 레이어에 매핑시키는 역할을 수행한다. 이때, 맵퍼(404)는 어느 일 코드워드를 적어도 2개의 레이어에 매핑시키기 위한 직병렬변환장치(Serial to Parallel)(403)를 구비한다.

맵퍼(404)는 코드워드1(CW #1)을 직렬 데이터의 병렬 분리 과정 (401)을 통하여 레이어1(Layer #1)(405)과 레이어2(Layer #2)(406)에 맵핑한다. 또한, 맵퍼(404)는 코드워드2(CW #2)(402)를 레이어3(Layer #3)(407)에 매핑한다. 이때, 직병렬변환장치(Serial to Parallel)(403)는 직렬로 입력되는 코드워드1(CW #1)(401)을 병렬로 분할하여 레이어2 및 레이어3(Layer #2 및 Layer #3)에 매핑시킨다.

프리코더(Precoder)(412)는 레이어별로 각 안테나에 매핑하는 역할을 수행한다. 즉, 프리코더(precoder)(412)는 레이어1(Layer #1)(405)을 안테나1(Antenna #1)(418)에 맵핑하고, 레이어2(Layer #2)(406)를 안테나2(Antenna #2)(419)에 맵핑한다. 또한, 프리코더(precoder)(412)는 레이어3(Layer #3)(407)을 안테나3(Antenna #3)(420) 및 안테나4(Antenna #4)(421)에 맵핑한다.

전력할당제어기(413)는 <표 7>의 프리코딩 매트릭스에서 0이 아닌 인자들의 값들(P1, P2, P3, P4)(408, 409, 410, 411)을 해당하는 레이어(405, 406, 407)와 안테나들(418, 419, 420, 421) 사이에 곱해준다(414, 415, 416, 417).

즉, 프리코더(Precoder)(412)내에서 레이어1(Layer #1)(405)과 안테나1(Antenna #1)(418)사이에서 P1(408)이 곱해지며(414), 레이어2(Layer #2)(406)와 안테나2(Antenna #2)(419)사이에서 P2(409)가 곱해진다(415).

제2 실시예에서 <수학식 6>에 따라, P1과 P2는 1이다. 만약 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P1(408)과 P2(409)는

이다. 코드워드2(CW #2)(402)는 레이어3(Layer #3)(407)에 맵핑되며, 프리코더(precoder)(412)에 의하여 다시 레이어3(Layer #3)(407)은 안테나3(Antenna #3)(420)과 안테나4(Antenna #4)(421)에 맵핑된다.

프리코더(Precoder)(412)내에서 레이어3(Layer #3)(407)과 안테나3(Antenna #3)(420)사이에서 P3(410)이 곱해지며(416), 레이어3(Layer #3)(407)과 안테나4(Antenna #4)(421)사이에서 P4(411) 곱해진다(417). 제2 실시예에서 <수학식 6>에 따라, P3은

, P4는

이다. 만약 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P3은

과 P4는

이다.

제3 실시예

제3 실시예는 각 안테나의 PAPR 증가없이, 레이어들의 전력비를 동일하게 유지하는 제안한 프리코딩 메트릭스 구조의 실시예이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 코드북 매핑 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5에서는 3개의 서로다른 코드워드(CW #1 과 CW #2 와 CW #3)가 4개의 안테나들(Antenna #1, Antenna #2, Antenna #3, Antenna #4)을 통하여 전송되는 과정에서 3개의 코드워드와 3개의 레이어(Layer #1, Layer #2, Layer #3)간의 맵핑절차와 3개의 레이어와 4개의 안테나간의 맵핑과정 절차에 대해서 설명한다.

이때, 코드북은 상기 <표 4>와 같다고 가정한다.

송신기는 502 단계에서 서로 다른 코드워드(CW #1, CW #2, CW #3)를 생성한다. 그런 다음, 송신기는 503 단계에서 코드워드1(CW #1)을 레이어1(Layer #1)에 맵핑하고, 코드워드2(CW #2)를 레이어2(Layer #2)에 맵핑하며, 코드워드3(CW #3)을 레이어3(Layer #3)에 맵핑한다.

송신기의 스케쥴러는 504 단계에서 채널정보를 이용하여 <표 4>에서 보인 코드북에서 어느 하나의 프리코딩 매트릭스를 선택한다. 예를 들면 스케쥴러에 의하여 상기 <수학식 5>와 같은 프리코딩 매트릭스를 선택하였다고 가정한다.

그러면, 송신기는 505 단계에서 프리코딩 매트릭스(<수학식 5>)를 이용하여 레이어1(Layer #1)은 안테나1(Antenna #1)과 안테나2(Antenna #2)에 맵핑하고, 레이어2(Layer #2)는 안테나3(Antenna #3)에 맵핑하며, 레이어3(Layer #3)은 안테나4(Antenna #4)에 맵핑한다.

송신기의 전력할당제어기는 506 단계에서 프리코딩 매트릭스에서 0이 아닌 인자들의 값을 레이어와 안테나사이에 곱해준다. 즉, <수학식 5>와 같은 프리코딩 매트릭스를 이용하는 경우, 프리코더(precoder) 내에서 레이어1(Layer #1)과 안테나1(Antenna #1)사이에서 P1값이 곱해지며, 레이어1(Layer #1)과 안테나2(Antenna #2)사이에서 P2값이 곱해진다. 또한 레이어2(Layer #2)와 안테나3(Antenna #3)사이에서 P3값이 곱해지며, 레이어3(Layer #3)과 안테나4(Antenna #4)사이에서 P4값이 곱해진다.

제3 실시예에서 P1과 P2는

이다. 만약 코드북이 정규화된형태로 표현된다면 P1과 P2는

이다. 또한 제3 실시예에서 P3과 P4는

이다. 만약 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P3과 P4는

이다.

다음으로, 송신기는 507 단계에서 상술한 바와 같이 매핑된 각 코드워드들을 4개의 안테나들에서 전송한다.

코드워드1(CW #1)은 레이어1(Layer #1)에 맵핑되어 있으므로, 결국 코드워드1(CW #1)은 안테나1 및 2(Antenna #1, Antenna #2)를 통하여 전송된다. 코드워드2(CW #2)는 레이어2(Layer #2)에 맵핑되어 있으므로, 코드워드2(CW #2)는 안테나3(Antenna #3)을 통하여 전송된다. 코드워드3(CW #3)은 레이어3(Layer #3)에 맵핑되어 있으므로, 코드워드3(CW #3)은 안테나4(Antenna #4)를 통하여 전송된다. 따라서 코드워드1, 2, 및 3(CW #1, CW #2, CW #3)은 레이어1 내지 3(Layer #1, Layer #2, Layer #3)에 순차적으로 매핑(mapping)되어 전송되어 지며, 레이어1 내지 3(Layer #1, Layer #2, Layer #3)의 전력비율은 모두 동일하게 된다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 구족에 대해서 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 송신기는 맵퍼(Codeword-to-layer mapper)(604), 프리코더(Precoder)(612), 전력할당제어기(613) 및 안테나들(618, 619, 620, 621)을 포함한다.

맵퍼(604)는 하나의 코드워드를 하나의 레이어에 매핑시키는 역할을 수행한다.

즉, 맵퍼(604)는 생성된 코드워드1(CW #1)(601)를 레이어1(Layer #1)(605)에 맵핑하고, 코드워드2(CW #2)(602)를 레이어2(Layer #2)(606)에 맵핑하며, 코드워드3(CW #3)(603)을 레이어3(Layer #3)(607)에 맵핑한다.

프리코더(Precoder)(612)는 레이어별로 각 안테나에 매핑하는 역할을 수행한다. 즉, 프리코더(612)는 레이어1(Layer #1)(605)을 안테나1(Antenna #1)(618)과 안테나2(Antenna #2)(619)에 맵핑한다. 또한, 프리코더(612)는 레이어2(Layer #2)(606)를 안테나3(Antenna #3)(620)에 맵핑한다. 게다가, 프리코더(612)는 레이어3(Layer #3)(607)을 안테나4(Antenna #4)(621)에 맵핑한다.

전력할당제어기(613)는 <수학식 5>와 같은 프리코딩 매트릭스에서 0이 아닌 인자들의 값들(P1, P2, P3, P4)(608, 609, 610, 611)을 해당하는 레이어와 안테나 사이에 곱해준다(614, 615, 616, 617). 이때, 프리코더(Precoder)(612)내에서 레이어1(Layer #1)(605)과 안테나1(Antenna #1)(618)사이에서 P1(608)이 곱해지며(614), 레이어1(Layer #1)(605)과 안테나2(Antenna #2)(619)사이에서 P2(609)가 곱해진다(615).

제3 실시예에서 P1(608)과 P2(609)는

이다. 만약 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P1(608)과 P2(609)는

이다. 코드워드2(CW #2)(602)는 레이어2(Layer #2)(606)에 맵핑되며, 프리코더(precoder)(612)에 의하여 레이어2(Layer #2)(606)는 안테나3(Antenna #3)(620)에 맵핑된다. 코드워드3(CW #3)(603)은 레이어3(Layer #3)(607)에 맵핑되며, 프리코더(precoder)(612)에 의하여 다시 레이어3(Layer #3)(607)은 안테나4(Antenna #4)(621)에 맵핑된다.

프리코더(Precoder)(612)내에서 레이어2(Layer #2)(606)와 안테나3(Antenna #3)(620)사이에서 P3(610)가 곱해지며(616), 레이어3(Layer #3)(607)과 안테나4(Antenna #4)(621)사이에서 P4(611)가 곱해진다(617). 제3 실시예에서 P3과 P4는

이다. 만약 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P3과 P4는

이다.

<표 4> 내지 <표 7>에 개시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 코드북의 프리코딩 매트릭스들은 각 행에 0이 아닌 계수를 가지는 인자가 하나만 존재한다.

이에 따라, 코드워드별로 다른 안테나에 매핑할 수 있다. 즉, 레이어의 수에 무관하게 복수의 코드워드를 서로 다른 안테나를 통해 전송할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 코드북의 프리코딩 매트릭스들은 프리코딩 매트릭스의 코드북의 계수가 레이어당 전력비가 동일한 구조를 가진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 MIMO 시스템에서, 4개의 송신 안테나를 사용하는 경우, 각각의 안테나에서 PAPR 증가를 일으키지 않고, 레이어당 전력을 동일하게 유지하면서, 두 개의 코드워드 각각이 복수 개의 서로다른 안테나에 의해 전송되는 랭크 3 프리코딩 매트릭스들을 제안한다.

즉, 본 발명의 랭크 3 프리코딩 매트릭스들은 각 안테나의 PAPR 증가도 없고 레이어당 전력도 동일하다. 또한 본 말명의 프리코딩 매트릭스들은 각각의 코드워드가 동일한 수의 복수개 안테나를 이용하여 송신되는 구조로 제안되었으므로, 각 코드워드는 복수개의 송신 안테나에 의한 다이버시티 효과를 겪게 되는 장점을 갖게된다.

다음으로, 본 발명에서 제안한 랭크 3 코드북을 사용한 경우의 이점에 대해서 설명하기로 한다.

이하에서는, 본 발명에서 제안한 랭크 3 코드북 성능의 우수성을 입증하기 위하여, 참고 문헌(R1-091818, "Cubic Metric Friendly Precoding for UL 4 Tx MIMO", Huawei)에서 사용된 CMF(cubic metric friendly) 코드북과의 성능 비교 실험 결과에 대해서 설명하기로 한다.

본 발명의 랭크 3 코드북은 각 안테나의 PAPR 증가를 가져오지 않으므로, CMP(cubic metric preserving) 코드북의 계열로 볼 수 있다. 여기서, CM(cubic metric)은 전력증폭기에서 PAPR의 영향을 잘 나타내기 위하여 3GPP 에서 정의된 용어이다. CMF는 CM을 유지(preserving)하지는 못하지만 크게 증가시키지는 않는다는 의미로 CM 친화적(friendly)이라고 정의되었다. 그럼에도 불구하고 CMF는 CMP에 비하여 PAPR을 크게 증가시킨다.

<표 3>에서 보여진 코드북을 CMF 코드북이라고 할 수 있다. 예를 들면 <표 3>의 CMF 코드북에서 다음의 <수학식 7>과 같은 프리코딩 매트릭스가 선택되었다고 가정한다.

그러면, 4개의 안테나 출력을

,

로 표현하고, 레이어1(Layer #1)에 맵핑되는 심볼데이터를

, 레이어2(Layer #2)에 맵핑되는 심볼데이터를

레이어3(Layer #3)에 맵핑되는 심볼데이터를

라고 한다면, 다음의 <수학식 8>과 같이 레이어들과 안테나간의 관계가 표현된다.

<수학식 8>에서 안테나1(antenna #1 출력은

로 표현된다. 즉 프리코딩 매트릭스의 첫번째 행 원소들

과

에 의해서 레이어1(Layer #1)에 맵핑되는 심볼 데이터

, 레이어2(Layer #2)에 맵핑되는 심볼 데이터

가 안테나1(antenna #1)에서 믹싱되어 출력되며 안테나1(antenna #1)의 전력증폭기의 PAPR을 증가시킨다.

다음의 <표 8>은 제안한 랭크 3 코드북과 CMF 랭크 3 코드북의 성능 비교 실험에 사용된 파라미터들을 나타낸다.

Transmission mode	Closed Loop
Antenna configuration	4x4
Rank	3
Channel model	TU-6(uncorrelated and correlated), 3km/h
RB allocation	4RB to one UE
Modulation and coding	27 states MCS
Channel estimation	Ideal channel estimation
System BW	10 MHz
Receiver	MMSE
DMRS	Precoded DMRS
HARQ operation	2 ACK/NACK for 2 CWs
Max number of retransmission for HARQ	3
Target BLER	0.1 for the first round

<표 8>을 참조하면, 송신 모드(Transmission mode)는 페루프 모드(Closed Loop)이므로, 스케쥴러에 의해 현재의 채널에 가장 적합한 프리코딩 매트릭스가 코드북에서 선택된다. 송신 안테나는 4개, 수신 안테나도 4개이고, 랭크는 3으로 고정되었다. 실험에 사용된 채널 모델은 TU6 이며, 3km/hr의 이동 속도에서 송신안테나간 상관관계가 있는 경우와 없는 경우 모두 실험되었다. 단말에 할당된 자원은 4RB (resource block) 이며, 스케쥴러에서 27개의 MCS (modulation and coding)가 모두 사용되었다. 채널은 이상적인 채널 추정기법을 이용하였으며, 10MHz 대역에서 실험하였다. 수신기는 MMSE가 사용되었고, precoded DMRS(demodulation reference signal)가 데이터 복조를 위한 채널추정에 사용되었다. 2개 코드워드에 대하여 각각의 HARQ가 동작하였으며, 따라서 2개 코드워드에 대하여 단말은 기지국으로부터 각각의 ACK/NACK를 수신하였다. 단말은 기지국으로부터 NACK를 응답으로 받은경우 최대 3번까지 재전송을 하였으며, 첫번째 초기 전송을 위한 BLER (block error rate)는 0.1 이였다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 코드북을 성능을 설명하기 위한 그래프이다.

도 7의 그래프는 uncorrelated TU6 채널에서, 본 발명에서 제안하는 랭크 3 코드북과 첨부한 CMF 코드북과의 성능차이를 보여준다. 실험결과에서 보인 바와 같이 단말이 제안한 랭크 3 코드북을 사용하였을 때 모든 SNR 영역에서 CMF 코드북을 사용할 때 보다, 시간당 주파수당 더 많은 정보(throughout/s/Hz)를 전송함을 알 수 있다.

게다가 이 실험결과에서는 power back-off의 영향이 고려되지 않았다. 즉, CMF 코드북은 제안된 코드북보다 PAPR이 크기 때문에 신호의 비선형 왜곡을 방지하기 위해서 전력 증폭기 입력신호의 back-off 값을 크게 하여야 하며, 따라서 그만큼 최대 송신 전력이 제한되므로 전력 효율이 낮은 단점이 있다. 따라서 실험결과에서 보인바와 같이 수치적으로도 제안한 코드북의 성능이 CMF 방식보다 우수하며, PAPR이 증가하는 CMF 코드북을 사용하는 단말의 송신 전력 효율이 낮다는 점까지 고려한다면, 제안한 코드북 성능이 CMF에 비하여 월등히 우수함을 알 수 있다.

도 8의 그래프는 송신 안테나간 상관 관계가 0.5인 TU6 채널에서의 본 발명의 랭크 3 코드북과 첨부문서의 CMF 코드북과의 성능차이를 보여준다. 도 8에서 보인 바와 같이 단말이 본 발명의 랭크 3 코드북을 사용하였을 때 모든 SNR 영역에서 CMF 코드북을 사용할 때 보다, 더 많은 정보 (throughout/s/Hz)를 전송함을 알 수 있다. 그러므로 본 발명에서 제안한 랭크 3 코드북은 각 안테나의 PAPR을 증가시키지 않음과 동시에, CMF 코드북보다도 성능이 월등히 우수하며, 따라서 LTE-A 와 같은 무선시스템에 반드시 적용되어야 하는 기술이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따르면, 높은 크기의 SNR 영역에서 성능 저하 문제를 해결하기 위하여 제안된 랭크 3 프리코딩 매트릭스들은 각 안테나의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 증가가 없고, 동시에 레이어(layer)당 전력비가 동일한 <수학식 5>와 같은 매트릭스 구조를 갖는다.

그러므로 PAPR 증가가 없지만 레이어당 송신 전력비의 불균형을 갖고 있던 기존 랭크 3 프리코딩 매트릭스들의 문제를 해결한다.

게다가 <수학식 5>의 프리코딩 매트릭스에서 2개의 코드워드가 사용 되는 경우, 각각의 코드워드가 서로 다른 2개의 안테나에 맵핑되는 프리코딩 매트릭스 구조를 갖는다. 그러므로 각 코드워드는 채널상에서 송신 다이버시티 효과를 겪게되는 장점을 가진다. 그러나 이와 같은 <수학식 5>의 프리코딩 매트릭스 구조는 각 안테나간 전력비가 동일하지 않다는 것이다.

이 문제를 설명하기 위하여 <수학식 9>를 참조하여 설명한다.

여기서, 4개의 안테나 출력을

,

로 표현하고, 레이어1(Layer #1)에 맵핑되는 심볼데이터를

, 레이어2(Layer #2)에 맵핑되는 심볼데이터를

레이어3(Layer #3)에 맵핑되는 심볼데이터를

라고 한다. <수학식 9>에서 안테나1(antenna #1)의 출력은

로 표현된다. 또한, 안테나2(antenna #2)의 출력은

로 표현된다. 안테나3(antenna #3)의 출력은

로 표현된다. 안테나4(antenna #4)의 출력은

로 표현된다. 심볼데이터들

,

의 전력이 동일하므로 안테나

,

의 전력비는 1:2:2:1이 된다.

<수학식 9>의 안테나 출력의 비가 불균형을 이루는 경우, <수학식 4>의 프리코딩 매트릭스를 이용한 안테나 출력에서와 같은 총 전력을 얻기 위해서 <수학식 9>의 각 안테나는 서로 다른 최대 전력값을 출력하는 PA(power amplifier)를 사용하거나 또는 각 안테나가 동일한 최대 전력값을 출력하는 대신 <수학식 4>에서 보다 큰 최대전력 값을 출력하는 PA를 사용해야 한다. 예를 들면 <수학식 4>에서 모든 안테나의 출력 전력의 합이 23dBm이라고 하면, 각 안테나는 최대 17dBm의 전력을 출력하는PA를 사용하면 된다. 왜냐하면 17dBm + 17dBm + 17dBm + 17dBm = 23dBm이기 때문이다.

반면 <수학식 9>에서 모든 안테나의 출력 전력의 합을 23dBm으로 만들기 위해서, 첫번째와 네번째 안테나

과

는 최대 17dBm을 출력하는 PA를 사용하고, 두번째와 세번째 안테나

와

는 최대 20dBm을 출력하는 PA를 사용할 수 있다.

과

가 최대 17dBm을 출력하는 PA를 사용한다고 할지라도,

과

의 출력은 각각 최대 17dBm이 되지 않을 것이고,

와

는 최대 20dBm을 출력하는 PA를 사용한다고 할지라도

와

의 최대 출력은 각각 최대 20dBm이 되지 않을 것이며, 모든 안테나의 출력 전력의 합은 23dBm으로 만들 수 있다.

<수학식 9>에서 모든 안테나 출력 전력의 합을 23dBm으로 만들기 위한 또 다른 방법으로, 안테나

,

모두 최대 20dBm을 출력하는 PA를 사용할 수 있다. 이 경우

와

는 최대 17dBm을 출력하는 PA를 사용하는 대신 최대 20dBm을 출력하는PA를 사용하였다.

이와 같이 <수학식 9>과 같은 프리코딩 매트릭스는 PA의 최대 출력 전력을 사용하지 않으므로 효율이 떨어지는 단점이 있지만, 높은 SNR 영역에서 <수학식 4>의 프리코딩 매트릭스 보다 좋은 성능을 보이다.

왜냐하면 중간에서 높은 SNR까지 <수학식 9>의 프리코딩 매트릭스는 레이어간 전력비가 동일하므로 레이어간 전력비의 불균형으로 인한 성능 저하를 개선하였기 때문이다.

반면 낮은 SNR 영역에서 중간 SNR 영역까지는 안테나간 전력비가 일정한 프리코딩 매트릭스의 성능이 <수학식 9>의 프리코딩 매트릭스의 성능이 좋다. 말하자면 SNR 영역에 따라 안테나간 전력비가 일정한 프리코딩 매트릭스의 성능이 우수하기도 하고, 레이어간 전력비가 일정한 <수학식 9>의 프리코딩 매트릭스의 성능이 우수하기도 하다.

이에 따라 레이어당 전력비가 동일한 프리코딩 매트릭스들 및 안테나당 전력비가 동일한 프리코딩 매트릭스들의 장점을 모두 가지는 코드북을 이용한 통신 방법 및 장치를 하기의 제4 및 제5 실시 예를 통해 설명하기로 한다.

제4 실시예

제4 실시예는 각 안테나의 PAPR 증가없이, 레이어들의 전력비를 동일하게 유지하거나 또는 안테나당 전력비들을 동일하게 유지하면서, 2개의 코드워드가 서로다른 2개의 안테나에 맵핑되는 제안한 프리코딩 매트릭스들의 구조의 실시예이다.

하기의 <표 12>는 본 발명의 실시예에 따른 레이어간 전력비가 동일한 프리코딩 매트릭스들과 안테나간 전력비가 동일한 프리코딩 매트릭스들로 이루어진 코드북을 나타낸다. <표 12>에 도시한 바와 같이, 제4 실시예는 안테나의 수는 4개이며, 랭크의 수가 3인 경우를 가정한다. 상기 코드북은 복수의 코드북이 입력될 경우 서로 다른 안테나에 매핑된다.

제4 실시예를 설명하기에 앞서 <표 11>에서 제시한 본 발명의 코드북의 기본이 되는 코드북들을 먼저 생성한다. 이와 같은, <표 11>을 생성하는 방법을 설명하면, 먼저 레이어간 동일한 전력을 가지는 프리코딩 매트릭스들의 코드북은 상기 <표 4>와 같다고 가정한다.

앞서 설명한 바와 같이, <표 5>는 <표 4>에서 제시된 코드북의 프리코딩 매트릭스들의 정규화(normalized)된 형태이다.

또한, 상기 <표 6>은 <표 4>의 코드북에서 프리코딩 매트릭스들이 행이 교환된 형태로 나타날 수 있음을 보인 코드북이다.

다음의 <표 9>는 <표 4>의 코드북의 첫번째 열들의 원소의 계수값을 조정하여 안테나당 전력비를 동일하게 유지하는 구조를 갖도록 생성된 프리코딩 매트릭스들 보여준다.

또한, 다음의 <표 10>은 <표 9>의 정규화(normalized)된 프리코딩 매트릭스들을 나타낸다.

다음의 <표 11>는 레이어당 전력비가 동일한 <표 4>의 프리코딩 매트릭스들과 <표 9>의 안테나당 전력비가 동일한 프리코딩 매트릭스들의 조합으로 이루어진 본 발명의 제4 실시예에 따른 코드북의 예이다.

다음의 <표 12>는 본 발명의 제4 실시예에 따른 <표 11>의 정규화된 프리코딩 매트릭스들을 나타낸다.

다음의 <표 13>는 본 발명의 제4 실시예에 따른 프리코딩 매트릭스들의 한가지 예를 나타낸다.

다음의 <표 14>는 본 발명의 제4 실시예에 따른 프리코딩 매트릭스들의 한가지 예를 나타낸다.

<표 13> 및 <표 14>의 16개 프리코딩 메트릭스들을 사용하는 경우 송신 전력이 충분한 (power unlimited situation) 경우에는 다음의 두 가지 방법 중 어느 하나를 선택하여 프리코딩 매트릭스를 사용할 수 있다.

첫째, 레이어당 전력비를 동일하게 만드는 8개의 프리코딩 메트릭스들과 안테나당 전력비를 동일하게 만드는 8개의 프리코딩 메트릭스들의 조합인 16개의 프리코딩 메트릭스들을 모두 사용하는 방법과, 둘째, 각 레이어당 전력비를 일정하게 만드는 8개의 프리코딩 메트릭스를 사용하는 방법 중 어느 하나를 선택할 수 있다.

<표 13> 및 <표 14>에서 레이어당 전력비를 동일하게 만드는 8개의 프리코딩 메트릭스들은 다음의 <표 15> 및 <표 16>에 나타내었다.

<표 15>는 <표 13>에서 레이어당 전력비를 동일하게 만드는 8개의 프리코딩 매트릭스를 발췌한 것이며, <표 16>은 <표 14>에서 레이어당 전력비를 동일하게 만드는 8개의 프리코딩 매트릭스를 발췌한 것이다.

그러나 안테나의 송신 전력이 충분하지 않은 경우(power limited situation)에는 <표 13> 및 <표 14>에서 각 안테나간 송신전력비를 일정하게 만드는 8개의 프리코딩 메트릭스를 사용하며, 이 8개의 프리코딩 메트릭스는 <표 17> 및 <표 18>에 표시하였다.

<표 17>은 <표 13>에서 각 안테나간 송진전력비를 일정하게 만드는 8개의 프리코딩 매트릭스를 발췌한 것이며, <표 18>은 <표 14>에서 각 안테나간 송신전력비를 일정하게 만드는 8개의 프리코딩 매트릭스를 발췌한 것이다.

한편, 다음의 <표 19>은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 프리코딩 매트릭스들의 다른 예를 나타낸다.

<표 19>에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 프리코딩 매트릭스들의 다른 예는 20개 프리코딩 매트릭스들을 사용한다.

이때, 송신 전력이 충분한(power unlimited situation) 경우 다음의 2 가지 방법을 이용한다.

첫째, <표 19>와 같이, 레이어당 전력비를 동일하게 만드는 12개의 프리코딩 메트릭스들과 안테나당 전력비를 동일하게 만드는 8개의 프리코딩 메트릭스들의 조합인 20개의 프리코딩 메트릭스들을 모두 사용하는 방법과, 둘째, <표 19>에서, 각 레이어당 전력비를 일정하게 만드는 12개의 프리코딩 메트릭스를 추출하여 사용하는 방법 중 어느 하나를 선택할 수 있다.

<표 19>에서 레이어당 전력비를 동일하게 만드는 12개의 프리코딩 메트릭스들은 다음의 <표 20>에 나타내었다.

그러나 본 발명의 제4 실시 예에 따른 프리코딩 매트릭스들의 다른 예에서, 안테나의 송신 전력이 충분하지 않은 경우(power limited situation)에는 <표 19>에서 각 안테나간 송신전력비를 일정하게 만드는 8개의 프리코딩 메트릭스를 사용한다. 이러한 8개의 프리코딩 메트릭스는 다음의 <표 21>에 표시하였다.

또한, 레이어당 전력비를 동일하게 만드는 20개의 프리코딩 메트릭스들은 다음의 <표 22>에 나타내었다.

그리고 각 안테나간 송신전력비를 일정하게 만드는 20개의 프리코딩 메트릭스는 다음의 <표 23>에 표시하였다.

또한, 각 안테나간 송신전력비를 일정하게 만드는 12개의 프리코딩 메트릭스는 <표 24>에 표시하였다.

한편, 다음의 <표 25>는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 프리코딩 매트릭스들의 또 다른 예를 나타낸다.

<표 25>에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 프리코딩 매트릭스들의 또 다른 예는 20개 프리코딩 매트릭스들을 사용한다.

이때, 송신 전력이 충분한 (power unlimited situation) 경우에는 다음의 두 가지 방법 중 어느 하나를 선택하여 프리코딩 매트릭스를 사용할 수 있다.

첫째, <표 25>와 같이, 레이어당 전력비를 동일하게 만드는 12개의 프리코딩 메트릭스들과 안테나당 전력비를 동일하게 만드는 8개의 프리코딩 메트릭스들의 조합인 20개의 프리코딩 메트릭스들을 모두 사용하는 방법과, 둘째, 각 레이어당 전력비를 일정하게 만드는 12개의 프리코딩 메트릭스를 사용하는 방법 중 어느 하나를 선택할 수 있다.

<표 25>에서 레이어당 전력비를 동일하게 만드는 12개의 프리코딩 메트릭스들은 다음의 <표 26>에 나타내었다.

그러나 본 발명의 제4 실시 예에 따른 프리코딩 매트릭스들의 또 다른 예에서, 안테나의 송신 전력이 충분하지 않은 경우(power limited situation)에는 <표 25>에서 각 안테나간 송신전력비를 일정하게 만드는 8개의 프리코딩 메트릭스를 사용하며, 이 8개의 프리코딩 메트릭스는 <표 27> 에 표시하였다.

프리코딩 매트릭스들의 또 다른 예에서, 각 안테나간 송신전력비를 일정하게 만드는 12개의 프리코딩 메트릭스를 사용하며, 이 12개의 프리코딩 메트릭스는 <표 28>에 표시하였다. <표 28>의 프리코딩 매트릭스는 하기의 도 14에서 설명되는 송신기의 안테나 구조에 적용된다.

프리코딩 매트릭스들의 또 다른 예에서, 각 안테나간 송신전력비를 일정하게 만드는 12개의 프리코딩 메트릭스를 사용하며, 이 12개의 프리코딩 메트릭스는 <표 29>에 표시하였다. <표 29>의 프리코딩 매트릭스는 하기의 도 14에서 설명되는 송신기의 안테나 구조에 적용된다.

프리코딩 매트릭스들의 또 다른 예에서, 각 안테나간 송신전력비를 일정하게 만드는 12개의 프리코딩 메트릭스를 사용하며, 이 12개의 프리코딩 메트릭스는 <표 30>에 표시하였다. <표 30>의 프리코딩 매트릭스는 하기의 도 14에서 설명되는 송신기의 안테나 구조에 적용된다.

프리코딩 매트릭스들의 또 다른 예에서, 각 안테나간 송신전력비를 일정하게 만드는 8개의 프리코딩 메트릭스를 사용하며, 이 8개의 프리코딩 메트릭스는 <표 31> 에 표시하였다. <표 31>의 프리코딩 매트릭스는 하기의 도 14에서 설명되는 송신기의 안테나 구조에 적용된다.

프리코딩 매트릭스들의 또 다른 예에서, 각 안테나간 송신전력비를 일정하게 만드는 8개의 프리코딩 매트릭스를 사용하며, 이 8개의 프리코딩 매트릭스는 <표 32> 에 표시하였다. <표 32>의 프리코딩 매트릭스는 하기의 도 14에서 설명되는 송신기의 안테나 구조에 적용된다.

프리코딩 매트릭스들의 또 다른 예로써, 랭크 2 전송을 위하여 각 안테나간 송신 전력비를 일정하게 만드는 24개의 프리코딩 매트릭스를 사용하며, 이 24개의 프리코딩 메트릭스는 <표 33>에 표시하였다. <표 33>의 프리코딩 매트릭스는 하기의 도 14에서 설명되는 송신기의 안테나 구조에 적용된다.

<표 33>에서 <수학식 12>와 같은 프리코딩 매트릭스가 선택되어 진다면, 레이어(Layer #1)에 맵핑되는 심볼 데이터는 <수학식 12>의 프리코딩 매트릭스의 첫번째 열벡터 원소들에 의해 도 14에서 안테나1(antenna #1)과 안테나2(antenna #2)에 의해 송신되며, 레이어2(Layer #2)에 맵핑되는 심볼 데이터는 <수학식 12>의 프리코딩 매트릭스의 두번째 열벡터 원소들에 의해 안테나3(antenna #3)과 안테나 4(antenna #4)에 의해 송신된다.

도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 코드북 매핑 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 9에서는, 2개의 서로 다른 코드워드(CW #1 과 CW #2)가 4개의 안테나들(Antenna #1, Antenna #2, Antenna #3, Antenna #4)을 통하여 전송되는 과정에서 2개의 코드워드와 3개의 레이어의 맵핑절차와, 3개의 레이어(Layer #1, Layer #2, Layer #3)와 4개의 안테나의 맵핑과정 절차에 대해서 설명한다.

도 9를 참조하면, 송신기는 902 단계에서 서로 다른 코드워드, 코드워드1(CW #1) 및 코드워드2(CW #2)를 생성한다.

그런 다음, 송신기는 903 단계에서 코드워드1(CW #1)을 레이어1(Layer #1)에 맵핑하고, 코드워드2(CW #2)는 레이어2(Layer #2)와 레이어3(Layer #3)에 맵핑한다.

송신기는 904 단계에서 채널 정보와 <표 11> 또는 <표 12>에서 보인 코드북을 이용하여 랭크 3 인 채널환경에서 가장 많은 데이터를 보낼 수 있는 한 개의 프리코딩 매트릭스를 선택한다. 즉, 송신기는 코드워드1(CW #1) 및 코드워드2(CW #2)가 서로 다른 안테나에 매핑되도록 형성된 코드북에서 어느 하나의 프리코딩 매트릭스를 선택한다.

예컨대, 송신기는 스케쥴러에 의하여 코드북 <표 12>에서 다음의 <수학식 10>와 같은 프리코딩 매트릭스를 선택하였다고 가정한다.

그러면, 송신기는 905 단계에서 앞서(104 단계) 선택한 프리코딩 매트릭스(<수학식 10>)를 이용하여 레이어1(Layer #1)을 안테나1(Antenna #1)과 안테나2(Antenna #2)에 맵핑하고, 레이어2(Layer #2)를 안테나3(Antenna #3)에 맵핑하며, 레이어3(Layer #3)을 안테나4(Antenna #4)에 맵핑한다.

송신기의 전력할당제어기(213)는 906 단계에서 프리코딩 매트릭스에서 0이 아닌 인자들의 값(프리코딩 매트릭스의 계수)을 레이어와 안테나 사이에 곱해주며 각 레이어당 전력이 모두 동일하도록 만든다.

즉, <수학식 10>과 프리코딩 매트릭스를 이용하는 경우, 송신기의 프리코더(precoder) 장치는 레이어1(Layer #1)과 안테나1(Antenna #1) 사이에서 P1값을 곱하며, 레이어1(Layer #1)과 안테나2(Antenna #2) 사이에서 P2값을 곱한다. 또한, 송신기의 프리코더(precoder) 장치는 레이어2(Layer #2)와 안테나3(Antenna #3) 사이에서 P3값을 곱하며, 레이어3(Layer #3)과 안테나4(Antenna #4) 사이에서 P4값을 곱한다.

이 실시예에서 코드북이 정규화된(normalized) 형태로 표현된다면 P1은

과 P2는

이다.

다음으로, 송신기는 907 단계에서 상술한 바와 같이 매핑된 각 코드워드들을 서로 다른 2개의 안테나들에서 전송한다.

다음으로, 상술한 바와 같은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 송신기의 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 송신기는 맵퍼(Codeword-to-layer mapper)(1004), 프리코더(Precoder)(1012), 전력할당제어기(1013) 및 안테나들(1018, 1019, 1020, 1021)을 포함한다.

맵퍼(1004)는 복수의 코드워드를 복수의 레이어에 매핑시키는 역할을 수행한다. 이때, 맵퍼(1004)는 어느 일 코드워드를 적어도 2개의 레이어에 매핑시키기 위한 직병렬변환장치(Serial to Parallel)(1003)를 구비한다. 도 2에서, 직병렬변환장치(Serial to Parallel)(203)는 입력되는 하나의코드워드를 병렬로 분할하여 2개의 레이어에 매핑시킨다.

맵퍼(1004)는 생성된 코드워드1(CW #1)(1001)를 레이어1(Layer #1)(1005)에 맵핑하며, 코드워드2(CW #2)(1002)를 레이어2(Layer #2) 및 레이어3(Layer #3)에 각각 매핑한다.

프리코더(Precoder)(1012)는 레이어별로 각 안테나에 매핑하는 역할을 수행한다. 즉, 프리코더(precoder)(1012)에 의하여 레이어1(Layer #1)(1005)은 안테나1(Antenna #1)(1018)과 안테나2(Antenna #2)(1019)에 맵핑된다. 또한, 프리코더(precoder)(1012)에 의하여 레이어2(Layer #2)(1005)는 안테나3(Antenna #3)(1020)에 레이어3(Layer #3)(1007)은 안테나4(Antenna #4)(1021)에 맵핑된다.

전력할당제어기(1013)는 <표 12>의 코드북에서 선택된 프리코딩 매트릭스에서 0이 아닌 인자값들(P1, P2, P3, P4)(1008, 1009, 1010, 1011)을 레이어들(1005, 1006, 1007)과 안테나들(1018, 1019, 1020, 1021) 사이에 곱해주며(1014, 1015, 1016, 1017), 각 레이어(1005, 1006, 1007)에 할당되는 전력을 동일하게 만들어 준다.

즉, 프리코더(precoder)(1012)에서 레이어(Layer #1)(1005)과 안테나1(Antenna #1)(1018)사이에서 P1(1008)이 곱해지며(1014), 레이어1(Layer #1)(1005)과 안테나2(Antenna #2)(1019)사이에서 P2(1009)가 곱해진다(1015).

만약 선택된 프리코딩 매트릭스가 <수학식 10>과 같고, 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P1(1008)은

과 P2(1009)는

이다. 코드워드2(CW #2)(1002)는 직병렬변환장치(Serial to Parallel)(1003)를 통해 직렬 데이터가 병렬로 분리되어 레이어2(Layer #2)(1006)와 레이어3(Layer #3)(1007)에 맵핑된다. 맵핑된 코드워드2는 프리코더(precoder)(1012)에 의하여 레이어2(Layer #2)(1006)는 안테나3(Antenna #3)(1020)에 맵핑되며, 레이어3(Layer #3)(1007)은 안테나4(Antenna #4)(1021)에 맵핑된다.

이때, 프리코더(Precoder)(1012) 내에서 레이어2(Layer #2)(1006)와 안테나3(Antenna #3)(1020)사이에서 P3(1010)이 곱해지며(1016), 레이어3(Layer #3)(1007)과 안테나(Antenna #4)(1021)사이에서 P4(1011)가 곱해진다(1017).

여기서, 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P3(1010)과 P4(1011)는

이다.

제5 실시예

제5 실시예는 제4 실시 예에의 코드북(<표 9>, <표 11> 또는 <표 12>)에서, 안테나간 전력비가 동일한 프리코딩 매트릭스를 선택한 경우를 상정한다.

도 11은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 코드북 매핑 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 송신기는 1102 단계에서 서로 다른 코드워드 코드워드1(CW #1) 및 코드워드2(CW #2)를 생성한다.

그런 다음, 송신기는 1103 단계에서 코드워드1(CW #1)을 레이어1(Layer #1)에 맵핑하고, 코드워드2(CW #2)는 레이어2(Layer #2)와 레이어3(Layer #3)에 맵핑한다.

송신기는 1104 단계에서 채널 정보와 <표 12>에서 보인 코드북 중 코드워드1(CW #1) 및 코드워드2(CW #2)가 서로 다른 안테나에 매핑되도록 형성된 코드북에서 어느 하나의 프리코딩 매트릭스를 선택한다.

이때, 송신기는 스케쥴러에 의하여 코드북 <표 12>에서 다음의 <수학식 11>과 같이 안테나간 전력비가 동일한 프리코딩 매트릭스를 선택하였다고 가정한다.

그러면, 송신기는 1105 단계에서 앞서(104 단계) 선택한 프리코딩 매트릭스(<수학식 11>)를 이용하여 레이어1(Layer #1)을 안테나1(Antenna #1)과 안테나3(Antenna #3)에 맵핑하고, 레이어2(Layer #2)를 안테나2(Antenna #2)에 맵핑하며, 레이어3(Layer #3)을 안테나4(Antenna #4)에 맵핑한다.

송신기의 전력할당제어기(1213)는 1106 단계에서 프리코딩 매트릭스에서 0이 아닌 인자들의 값(프리코딩 매트릭스의 계수)을 레이어와 안테나 사이에 곱해주며 각 안테나당 전력이 모두 동일하도록 만든다.

즉, <수학식 11>과 같은 프리코딩 매트릭스를 이용하는 경우, 송신기의 프리코더(precoder) 장치는 레이어1(Layer #1)과 안테나1(Antenna #1) 사이에서 P1값을 곱하며, 레이어1(Layer #1)과 안테나3(Antenna #3) 사이에서 P2값을 곱한다. 또한, 송신기의 프리코더(precoder) 장치는 레이어2(Layer #2)와 안테나2(Antenna #2) 사이에서 P3값을 곱하며, 레이어3(Layer #3)과 안테나4(Antenna #4) 사이에서 P4값을 곱한다.

이 실시예에서 코드북이 정규화된(normalized) 형태로 표현된다면 P1과 P2는

이다. 만약 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P3과 P4는

이다.

다음으로, 송신기는 1107 단계에서 상술한 바와 같이 매핑된 각 코드워드들을 서로 다른 2개의 안테나들에서 전송한다.

코드워드1(CW #1)은 레이어1(Layer #1)에 맵핑되어 있으므로, 결국 코드워드1(CW #1)은 안테나1(Antenna #1)과 안테나3(Antenna #3)를 통하여 전송된다. 또한 코드워드2(CW #2)는 레이이2(Layer #2)와 레이어3(Layer #3)에 맵핑되어 있으므로, 코드워드2(CW #2)는 안테나2(Antenna #2)와 안테나4(Antenna #4)를 통하여 전송된다.

따라서 코드워드(CW #1)과 코드워드2(CW #2)는 서로 다른 두개의 안테나를 통하여 각각 전송되게 되며, 이때 안테나1 내지 4(Antenna #1, Antenna #2, Antenna #3, Antenna #4)의 전력비율은 모두 동일하게 된다.

다음으로, 상술한 바와 같은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 송신기의 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 12는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면이다. 실제적으로 도 12의 송신기는 도 10의 송신기와 같은 동작을 수행한다. 그러나 실시예를 설명하기 위해 여기서 분리하여 표시한다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 송신기는 맵퍼(Codeword-to-layer mapper)(1204), 프리코더(Precoder)(1212), 전력할당제어기(1213) 및 안테나들(1218, 1219, 1220, 1221)을 포함한다.

맵퍼(1204)는 복수의 코드워드를 복수의 레이어에 매핑시키는 역할을 수행한다. 이때, 맵퍼(1204)는 어느 일 코드워드를 적어도 2개의 레이어에 매핑시키기 위한 직병렬변환장치(Serial to Parallel)(1203)를 구비한다. 도 12에서, 직병렬변환장치(Serial to Parallel)(1203)는 입력되는 하나의 코드워드를 병렬로 분할하여 2개의 레이어에 매핑시킨다.

맵퍼(1204)는 생성된 코드워드1(CW #1)(1201)를 레이어1(Layer #1)(1205)에 맵핑하며, 코드워드2(CW #2)(1202)를 레이어2(Layer #2) 및 레이어3(Layer #3)에 각각 매핑한다.

프리코더(Precoder)(1212)는 레이어별로 각 안테나에 매핑하는 역할을 수행한다. 즉, 프리코더(precoder)(1212)에 의하여 레이어1(Layer #1)(1205)은 안테나1(Antenna #1)(1218)과 안테나3(Antenna #3)(1220)에 맵핑된다. 또한, 프리코더(precoder)(1212)에 의하여 레이어2(Layer #2)(1205)는 안테나2(Antenna #3)(1219)에 레이어3(Layer #3)(1207)은 안테나4(Antenna #4)(1221)에 맵핑된다.

전력할당제어기(1213)는 <표 9>, <표 11> 또는 <표 12>의 코드북에서 선택된 프리코딩 매트릭스에서 0이 아닌 인자값들(P1, P2, P3, P4)(1208, 1209, 1210, 1211)을 레이어들(1205, 1206, 1207)과 안테나들(1218, 1219, 1220, 1221) 사이에 곱해주며(1214, 1215, 1216, 1217), 각 안테나들에 할당되는 전력을 동일하게 만들어 준다.

즉, 프리코더(precoder)(1212)에서 레이어(Layer #1)(1205)과 안테나1(Antenna #1)(1218)사이에서 P1(1208)이 곱해지며(1214), 레이어1(Layer #1)(1205)과 안테나3(Antenna #3)(1220)사이에서 P2(1209)가 곱해진다(1215).

만약 선택된 프리코딩 매트릭스가 <수학식 11>과 같고, 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P1(1208)과 P2(1209)는

이다. 코드워드2(CW #2)(1202)는 직병렬변환장치(Serial to Parallel)(1203)를 통해 직렬 데이터가 병렬로 분리되어 레이어2(Layer #2)(1206)와 레이어3(Layer #3)(1207)에 맵핑된다. 맵핑된 코드워드2는 프리코더(precoder)(1212)에 의하여 레이어2(Layer #2)(1206)는 안테나2(Antenna #2)(1219)에 맵핑되며, 레이어3(Layer #3)(1207)은 안테나4(Antenna #4)(1221)에 맵핑된다.

이때, 프리코더(Precoder)(1212) 내에서 레이어2(Layer #2)(1206)와 안테나2(Antenna #3)(1220)사이에서 P3(1210)이 곱해지며(1216), 레이어3(Layer #3)(1207)과 안테나4(Antenna #4)(1221)사이에서 P4(1211)가 곱해진다(1217).

여기서, 코드북이 정규화된 형태로 표현된다면 P3(1210)과 P4(1211)는

이다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 안테나 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 13은, 본 발명의 실시 예에 따른 프리코딩 매트릭스에 따라 사용할 수 있는 안테나 구조이다. 도시한 바와 같이, 안테나 1(1) 및 안테나 3(3)이 동일한 방향으로 형성되며, 안테나 2(2) 및 안테나 4(4)가 동일한 방향으로 형성된다. 이러한 방향에 따라, 안테나 1과 안테나 3(1, 3)이 공간 상관관계(spatial correlation)를 가지며, 안테나 2와 안테나 4(2, 4)가 공간 상관관계를 갖는다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 안테나 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 14는, 본 발명의 실시 예에 따른 프리코딩 매트릭스에 따라 사용할 수 있는 안테나 구조로써 앞서 설명한 <표 28> 내지 <표 32>에 개시된 프리코딩 매트릭스에 적용된다. 도시한 바와 같이, 안테나 1(1) 및 안테나 2(2)이 동일한 방향으로 형성되며, 안테나 3(3) 및 안테나 4(4)가 동일한 방향으로 형성된다. 이러한 방향에 따라, 안테나 1과 안테나 2(1, 2)가 공간 상관관계(spatial correlation)를 가지며, 안테나 3과 안테나 4(3, 4)가 공간 상관관계를 갖는다.

Claims

다중 입출력 시스템에서 코드북을 이용한 송신 방법에 있어서,
복수의 코드워드를 복수의 레이어에 매핑하는 단계;
랭크 3 코드북 중 선택된 프리코딩 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 레이어를 복수의 안테나에 매핑하는 단계; 및
상기 매핑된 레이어 및 안테나를 포함하는 경로로 상기 복수의 코드워드를 전송하는 단계를 포함하고,
상기 랭크 3 코드북은 제1 랭크 3 코드북과 제2 랭크 3 코드북을 포함하며,
제1 신호 대 잡음비(signal to noise ratio: SNR) 범위에 상응하는 상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 안테나 간 송신 전력비가 일정하도록 설정된 매트릭스이고,
상기 제1 랭크 3의 코드북은 12개의 프리코딩 매트릭스만으로 구성되고,
상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 레이어 간 송신 전력비가 2:1:1가 되도록 하며,
상기 제1 랭크 3 코드북은 아래 표 1과 같은 것을 특징으로 하며,
[표 1]

제2 SNR 범위에 상응하는 상기 제2 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 레이어 간 송신 전력비가 일정하도록 설정된 매트릭스이고,
상기 제2 랭크 3 코드북은 아래 표 2와 같은 것을 특징으로 하는 송신 방법.
[표 2]
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제1항에 있어서,
상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 하나의 안테나 포트에 서로 다른 레이어에 매핑된 변조 심볼이 매핑되지 않도록 설정된 것임을 특징으로 하는 송신 방법.
다중 입출력 시스템에서 코드북을 이용한 송신 장치에 있어서,
복수의 코드워드를 복수의 레이어에 매핑하는 코드워드-레이어 매퍼;
랭크 3 코드북 중 선택된 프리코딩 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 레이어를 복수의 안테나에 매핑하는 자원 원소 매퍼; 및
상기 복수의 레이어를 통해 전달된 코드워드를 전송하는 안테나를 포함하고,
상기 복수의 코드워드는 상기 매핑된 레이어 및 안테나를 포함하는 경로로 전송되며,
상기 랭크 3 코드북은 제1 랭크 3 코드북과 제2 랭크 3 코드북을 포함하며,
제1 신호 대 잡음비(signal to noise ratio: SNR) 범위에 상응하는 상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 안테나 간 송신 전력비가 일정하도록 설정된 매트릭스이고,
상기 제1 랭크 3의 코드북은 12개의 프리코딩 매트릭스만으로 구성되고,
상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 레이어 간 송신 전력비가 2:1:1가 되도록 하며,
상기 제1 랭크 3 코드북은 아래 표 3과 같은 것을 특징으로 하며,
[표 3]

제2 SNR 범위에 상응하는 상기 제2 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 레이어 간 송신 전력비가 일정하도록 설정된 매트릭스이고,
상기 제2 랭크 3 코드북은 아래 표 4와 같은 것을 특징으로 하는 송신 장치.
[표 4]
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제5항에 있어서,
상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 하나의 안테나 포트에 서로 다른 레이어에 매핑된 변조 심볼이 매핑되지 않도록 설정된 것임을 특징으로 하는 송신 장치.
다중 입출력 시스템에서 코드북을 이용한 수신 방법에 있어서,
복수의 안테나를 통해 신호를 수신하는 단계;
랭크 3 코드북 중 선택된 프리코딩 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 안테나를 복수의 레이어에 매핑하고, 상기 복수의 레이어를 복수의 코드워드로 매핑하는 단계; 및
상기 매핑된 레이어 및 안테나를 포함하는 경로로 상기 수신 신호를 상기 복수의 코드워드로 복원하는 단계를 포함하고,
상기 랭크 3 코드북은 제1 랭크 3 코드북과 제2 랭크 3 코드북을 포함하며,
제1 신호 대 잡음비(signal to noise ratio: SNR) 범위에 상응하는 상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 안테나 간 송신 전력비가 일정하도록 설정된 매트릭스이고,
상기 제1 랭크 3의 코드북은 12개의 프리코딩 매트릭스만으로 구성되고,
상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 레이어 간 송신 전력비가 2:1:1가 되도록 하며,
상기 제1 랭크 3 코드북은 아래 표 5과 같은 것을 특징으로 하며,
[표 5]

제2 SNR 범위에 상응하는 상기 제2 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 레이어 간 송신 전력비가 일정하도록 설정된 매트릭스이고,
상기 제2 랭크 3 코드북은 아래 표 6과 같은 것을 특징으로 하는 수신 방법.
[표 6]
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제9항에 있어서,
상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 하나의 안테나 포트에 서로 다른 레이어에 매핑된 변조 심볼이 매핑되지 않도록 설정된 것임을 특징으로 하는 수신 방법.
다중 입출력 시스템에서 코드북을 이용한 수신 장치에 있어서,
신호를 수신하는 복수의 안테나;
랭크 3 코드북 중 선택된 프리코딩 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 안테나를 복수의 레이어로 매핑하는 디프리코더;
상기 복수의 레이어를 복수의 코드워드로 매핑하는 레이어-코드워드 매퍼; 및
상기 매핑된 레이어 및 안테나를 포함하는 경로로 수신한 신호를 상기 복수의 코드워드로 복원하는 코드워드 복원기를 포함하고,
상기 랭크 3 코드북은 제1 랭크 3 코드북과 제2 랭크 3 코드북을 포함하며,
제1 신호 대 잡음비(signal to noise ratio: SNR) 범위에 상응하는 상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 안테나 간 송신 전력비가 일정하도록 설정된 매트릭스이고,
상기 제1 랭크 3의 코드북은 12개의 프리코딩 매트릭스만으로 구성되고,
상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 레이어 간 송신 전력비가 2:1:1가 되도록 하며,
상기 제1 랭크 3 코드북은 아래 표 7과 같은 것을 특징으로 하며,
[표 7]

제2 SNR 범위에 상응하는 상기 제2 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 각 레이어 간 송신 전력비가 일정하도록 설정된 매트릭스이고,
상기 제2 랭크 3 코드북은 아래 표 8과 같은 것을 특징으로 하는 수신 장치.
[표 8]
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제13항에 있어서,
상기 제1 랭크 3 코드북의 프리코딩 매트릭스는 하나의 안테나 포트에 서로 다른 레이어에 매핑된 변조 심볼이 매핑되지 않도록 설정된 것임을 특징으로 하는 수신 장치.