KR102197677B1

KR102197677B1 - 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법

Info

Publication number: KR102197677B1
Application number: KR1020140000080A
Authority: KR
Inventors: 예충일; 안재영
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2020-12-31
Also published as: KR20140089312A

Abstract

다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법이 개시된다. 기지국은 복수의 안테나 그룹 각각을 이용하여 형성한 복수의 빔을 통해 기준신호를 전송하고, 단말로부터 기준신호에 상응하는 제1 프리코더 매트릭스 인덱스(PMI-1) 및 제2 프리코더 매트릭스 인덱스(PMI-2)를 수신한 후, 제1 프리코더 매트릭스 인덱스에 상응하는 제1 프리코더 및 제2 프리코더 매트릭스 인덱스에 상응하는 제2 프리코더에 기초하여 하향링크 전송 신호에 대한 프리코딩을 수행한다. 따라서, 시스템의 용량을 증대시킬 수 있다.

Description

다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법{METHOD FOR TRANSMITTING SIGNAL USING MULTIPLE ANTENNAS}

본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템의 용량을 증대시킬 수 있는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법에 관한 것이다.

무선 통신 시스템의 용량 증대를 위해 다중 안테나 기술 또는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 사용되고 있다. 다중 안테나 기술은 안테나 사이의 상관성(correlation)을 이용하여 어레이 이득(array gain)을 얻기 위한 빔형성(BF: Beamforming) 기술과, 안테나 사이의 무상관성을 이용하여 멀티플렉싱 이득(multiplexing gain)을 얻기 위한 공간 다중화(SM: Space Multiplexing) 기술로 구분할 수 있다.

빔형성 기술은 송신기 안테나에서 방사되는 전자기파를 특정 방향으로 성형하여 목적 수신기에게는 높은 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)를 제공하고 다른 수신기들은 간섭을 적게 받도록 한다.

따라서 이동통신 기지국은 빔형성 기술을 적용하여 셀 경계에 위치한 단말에게 좋은 품질의 통신 서비스를 제공할 수 있고, 공간적으로 이격된 단말들에게는 빔형성 기반의 SDMA (Space Division Multiple Access) 기술을 적용하여 동일 스펙트럼으로 동시에 복수의 단말들에게 서비스를 제공할 수 있다.

한편, 복수의 안테나에서 안테나 사이에 존재하는 상관성이 낮은 경우 멀티플렉싱 이득을 얻을 수 있다. 정보이론에 따르면 멀티플렉싱 이득에 의한 시스템의 용량 증대는 빔형성에 의한 시스템의 용량 증대 보다 더 크다.

공간 다중화(SM)를 적용하기 위해서는 높은 신호대잡음비가 요구된다. 또한 공간 다중화 기술을 적용하여 큰 효과를 얻으려면 MIMO 채널의 랭크(rank)가 충분히 큰 값이어야 하지만 사실 그렇지 않다. 셀 내에서 높은 신호대잡음비를 얻을 수 있는 영역은 기지국과 가까운 영역인데 이 경우 충분한 랭크를 얻을 수 없고, LOS (Line of sight)가 없는 먼 거리에서는 랭크 값은 충분하나 신호대잡음비가 낮기 때문이다. 즉, 공간 다중화 기술이 적용될 수 있는 환경은 제한적이다.

정보이론에 따르면 멀티플렉싱에 의한 용량 증대가 어레이 이득에 의한 용량 증대보다 우수하지만 멀티플렉싱 이득을 추구해야 할 환경과 어레이 이득을 추구해야 할 환경은 서로 구분된다. 따라서 멀티플렉싱 이득을 추구하는 상용화된 무선통신 시스템도 있고 어레이 이득을 추구하는 상용화된 무선 시스템도 존재한다.

본 발명의 목적은 시스템의 용량을 증대시킬 수 있는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법은, 기지국에서 수행되는 신호 전송 방법으로, 복수의 안테나 그룹 각각을 이용하여 형성한 복수의 빔을 통해 기준신호를 전송하는 단계와, 단말로부터 상기 기준신호에 상응하는 제1 프리코더 매트릭스 인덱스(PMI-1) 및 제2 프리코더 매트릭스 인덱스(PMI-2)를 수신하는 단계 및 상기 제1 프리코더 매트릭스 인덱스에 상응하는 제1 프리코더 및 상기 제2 프리코더 매트릭스 인덱스에 상응하는 제2 프리코더에 기초하여 하향링크 전송 신호에 대한 프리코딩을 수행하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 복수의 안테나 그룹 각각은 서로 상관성 있도록 배치된 복수의 안테나들을 포함하고, 상기 복수의 안테나 그룹들은 안테나 그룹간 서로 상관성이 없도록 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제1 프리코더는 복수의 안테나 그룹 각각이 빔을 형성하기 위한 프리코더일 수 있고, 상기 제2 프리코더는 상기 복수의 안테나 그룹 각각이 형성하는 빔을 이용하여 멀티플렉싱 이득을 얻기 위한 프리코더일 수 있다.

여기서, 상기 기준신호는 PN(Pseudo-Noise) 시퀀스와 OCC(Orthogonal Cover Code) 시퀀스를 혼합하여 생성할 수 있다. 상기 기준신호는 동일한 제1 프리코더를 적용하여 전송되며 셀간 간섭 및 빔간 간섭 완화를 위하여 PN 시퀀스가 사용될 수 있으며 각 안테나 그룹이 생성하는 빔 구분을 위하여 OCC 시퀀스를 사용할 수 있다. 따라서, OCC 시퀀스의 종류는 안테나 그룹의 수와 동일하게 정의될 수 있다. 상기 PN 시퀀스는 미리 설정된 시간구간 단위로 초기화될 수 있다. 상기 PN 시퀀스의 초기화 값으로 셀구분자, 빔구분자 및 미리 설정된 시간구간의 인덱스 중 적어도 하나의 정보가 사용될 수 있다.

상술한 다중 안테나 신호 전송 방법은 어레이 이득과 멀티플렉싱 이득을 동시에 얻을 수 있는 안테나 구조, 프리코더 설계 방법, 기준신호 설계 방법 및 복조기준신호 설계 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법은 데이터 채널과 제어채널의 전송에 모두 적용할 수 있고, 셀 경계 지역에 위치하는 단말의 수신 성능 향상 및 셀간 간섭 완화 목적으로도 사용될 수 있다.

또한, 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법에 따르면, 특정 단말에게 동일 스펙트럼을 사용하여 동시에 복수 레이어의 데이터를 전송하는 SU-MIMO는 물론, 복수의 단말에게 동일 스펙트럼으로 동시에 데이터를 전송하는 MU-MIMO 방식으로 신호를 전송할 수도 있다.

따라서, 동일한 안테나 구조로 데이터 및 제어 채널 용량 증대는 물론 셀간 간섭 완화와 셀 경계 지역 성능 향상을 통해 시스템 용량을 획기적으로 증대시킬 수 있다.

도 1은 어레이 안테나를 이용한 신호 전송 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 안테나 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 안테나 구조를 나타낸다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법에서 빔형성 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호 전송 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법을 셀 경계 지역에 적용하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

이하에서 기술되는 본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802 시스템, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 시스템, 3GPP LTE 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기의 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

본 출원에서 사용하는 ‘단말’은 이동국(MS: Mobile Station), 사용자 장비(UE: User Equipment), MTC(Machine Type Communication) 디바이스, 이동 단말(MT: Mobile Terminal), 사용자 단말, 사용자 터미널(UT: User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS: Subscriber Station), 무선 기기(Wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU: Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로 지칭될 수 있다.

또한, 본 출원에서 사용하는 '기지국'은 하나의 셀(cell)을 제어하는 제어장치의 의미로 사용된다. 그러나, 실제 무선 통신 시스템에서 물리적인 기지국은 복수의 셀을 제어할 수 있으며, 이와 같은 경우 물리적인 기지국은 본 출원에서 사용하는 기지국을 하나 이상 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 본 출원에서 각 셀마다 다르게 할당되는 파라미터는 각 기지국이 서로 다른 값을 할당하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, '기지국'은 베이스 스테이션(Base Station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), 전송 포인트 등의 다른 용어로 불릴 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법은 멀티플렉싱 이득과 어레이 이득을 동시에 얻을 수 있는 프리코더 설계 방법 및 기준신호 설계 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법은 데이터 채널은 물론 제어채널의 전송에도 적용이 가능하며, 시스템의 용량을 획기적으로 증대시킬 수 있다.

도 1은 어레이 안테나를 이용한 신호 전송 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1에 도시한 바와 같이 어레이 안테나(101)는 안테나들이 일정한 간격으로 배열된 안테나 그룹으로 구성된다. 도 1에서 프리코더(precoder,

)(103)는

행렬로 구성된다.

는 안테나 포트(antenna port) 수를 의미하고,

는 레이어(layer) 수를 의미한다.

어레이 안테나(101)를 구성하는 개별 안테나 사이의 간격이 충분히 좁게 배치되어(예를 들면, 안테나 사이의 간격이 반파장으로 이격되어 배치되는 경우) 안테나들이 서로 상관되어(correlated) 있을 경우, 어레이 안테나(101)를 구성하는 개별 안테나 별로 적절한 가중치(weight)를 할당하여 원하는 방향으로 지향되는 빔을 성형할 수 있다. 어레이 안테나(101)를 이용하여 빔을 성형할 경우, 레이어 수(

)는 1이 된다. 또한, 이 경우 어레이 안테나(101)를 구성하는 안테나 포트 수는

이지만 어레이 안테나(101)는 하나의 안테나처럼 동작하게 된다.

한편, 어레이 안테나(101)를 구성하는 개별 안테나 사이의 간격이 충분히 넓게 배치되어 안테나 사이의 상관성이 없는 경우, 어레이 안테나(101)는 특정 방향으로 지향하는 빔을 형성할 수 없다. 이 경우 어레이 안테나(101)를 구성하는 각 안테나는 고유의 빔 패턴으로 신호를 전송하게 되고,

개의 안테나 포트는 각각 개별적인 안테나로 동작한다.

어레이 안테나(101)를 구성하는 안테나들이 서로 상관되어 있는 경우 프리코더(103)는 실제 성형되는 빔 패턴과 연관이 있다. 그러나, 서로 상관되어 있지 않은 안테나들로 구성된 어레이 안테나(101)의 경우, 프리코더(103)는 특정 방향으로 방사되는 빔 패턴과는 관련이 없다. 안테나들이 상관되어 있지 않은 경우 특정 목적으로 설계된 프리코더(103)를 거쳐 개별 안테나로 인입되는 신호들은 개별 안테나 고유의 빔 패턴을 통해 방사된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 구조를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 안테나 구조를 나타낸다. 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 안테나 구조를 나타낸다.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 다중 안테나 구조 및 동작을 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나는 전체 16개의 안테나를 포함할 수 있고, 4개의 안테나 그룹으로 구성될 수 있다. 각 안테나 그룹은 4개의 안테나를 포함할 수 있다.

먼저, 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나(200)는 안테나 그룹 0 내지 안테나 그룹 3(210 내지 240)으로 구성될 수 있고, 안테나 그룹들은 하나의 열을 구성하도록 배치될 수 있다.

각 안테나 그룹 사이의 이격 거리는 안테나 그룹간 상관성이 없도록 충분히 먼 거리로 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 안테나 그룹 사이의 이격 거리는 4λ(λ는 파장을 의미함)로 구성될 수 있다.

또한, 각 안테나 그룹에 포함된 안테나들(211, 221, 231, 241) 사이의 이격 거리는 안테나 사이의 상관성을 보장할 수 있도록 충분히 가까운 거리로 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 안테나 그룹에 포함된 안테나들 사이의 이격 거리는 λ/2로 구성될 수 있다.

도 2에 도시한 다중 안테나(200) 구조에서, 각 안테나 그룹(210 내지 240)은 하나의 안테나처럼 동작할 수 있고, 이에 따라 16개의 안테나를 포함하는 다중 안테나(200)는 4개의 안테나처럼 동작할 수 있다.

도 3을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 안테나(300)는 안테나 그룹 0 내지 안테나 그룹 3(310 내지 340)으로 구성될 수 있다. 여기서, 안테나 그룹 0(310) 및 안테나 그룹 1(320)은 서로 다른 편파(polarization)를 가지도록 구성될 수 있고, 이에 따라 안테나 그룹 0(310) 및 안테나 그룹 1(320)은 서로 상관성이 없기 때문에 충분한 이격 거리를 가지지 않아도 된다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이 안테나 그룹 0(310)에 포함된 개별 안테나(311)와 안테나 그룹 1(320)에 포함된 개별 안테나(321)는 서로 교차하는 형태로 배치될 수 있다.

안테나 그룹 2(330)과 안테나 그룹 3(340) 역시 서로 다른 편파를 가지도록 구성될 수 있고, 이에 따라 안테나 그룹 2(330) 및 안테나 그룹 3(340) 역시 서로 충분히 이격되도록 배치되지 않아도 된다.

한편, 안테나 그룹 0(310)과 안테나 그룹 2(330)는 서로 동일한 편파를 가지고, 안테나 그룹 1(320)과 안테나 그룹 3(340)은 서로 동일한 편파를 가질 수 있기 때문에 안테나 그룹 0(310) 및 안테나 그룹 1(320)과, 안테나 그룹 2(330) 및 안테나 그룹 3(340) 사이의 이격 거리는 안테나 그룹들간 상관성이 없도록 충분히 먼 거리로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 그룹 0 및 1(310, 320)과 안테나 그룹 2 및 3(330, 340) 사이의 이격 거리는 4λ로 구성될 수 있다.

또한, 각 안테나 그룹에 포함된 안테나들 사이의 이격 거리는 안테나 사이의 상관성을 보장할 수 있도록 충분히 가까운 거리로 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 안테나 그룹에 포함된 안테나들 사이의 이격 거리는 λ/2로 구성될 수 있다.

도 3에 도시한 다중 안테나(300) 구조에서, 각 안테나 그룹(310 내지 340)은 하나의 안테나처럼 동작할 수 있고, 이에 따라 16개의 안테나를 포함하는 다중 안테나(300)는 4개의 안테나처럼 동작할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 안테나(400)는 안테나 그룹 0 내지 안테나 그룹 3(410 내지 440)으로 구성될 수 있고, 안테나 그룹들은 하나의 행을 구성하도록 배치될 수 있다.

각 안테나 그룹 사이의 이격 거리는 안테나 그룹간 상관성이 없도록 충분히 먼 거리로 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 안테나 그룹 사이의 이격 거리는 4λ로 구성될 수 있다.

또한, 각 안테나 그룹(410, 420, 430, 440)에 포함된 안테나들 사이의 이격 거리는 안테나 사이의 상관성을 보장할 수 있도록 충분히 가까운 거리로 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 안테나 그룹에 포함된 안테나들 사이의 이격 거리는 λ/2로 구성될 수 있다.

도 4에 도시한 다중 안테나(400) 구조에서, 각 안테나 그룹(410 내지 440)은 하나의 안테나처럼 동작할 수 있고, 이에 따라 16개의 안테나를 포함하는 다중 안테나(400)는 4개의 안테나처럼 동작할 수 있다.

도 2 내지 도 4에서는 설명의 편의를 위하여 다중 안테나가 전체 16개로 구성되고, 각각 4개의 안테나를 포함하는 4개의 안테나 그룹으로 구성된 것으로 예를 들어 도시하였다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 도 2 내지 도 4에 도시한 다중 안테나의 안테나 그룹 수, 안테나 수 및 안테나 구조에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 또 다른 실시예들에서는 전체 안테나 수, 안테나 그룹 수, 각 안테나 그룹에 포함된 안테나 수, 안테나간 배치 또는 안테나 그룹간 배치가 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 다른 다양한 안테나 개수 또는 안테나 배치 구조를 가지도록 구성될 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법에서 빔형성 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 5 및 도 6은 도 3에 도시한 다중 안테나(300)를 이용한 빔형성 방법을 예시한 것이다.

도 3에 도시한 다중 안테나(300) 구조에서, 기지국은 안테나 그룹 0(310)에 포함된 안테나들을 이용하여 전체 서비스 영역을 지원할 수 있는

개의 고정 안테나 방사 패턴(또는 고정빔, fixed beam)을 형성할 수 있다. 또한, 기지국은 안테나 그룹 1(320)에 포함된 안테나들을 이용하여 전체 서비스 영역을 지원할 수 있는

개의 고정 안테나 방사 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 기지국은 안테나 그룹 2(330)에 포함된 안테나들을 이용하여 전체 서비스 영역을 지원할 수 있는

개의 고정 안테나 방사 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 기지국은 안테나 그룹 3(340)에 포함된 안테나들을 이용하여 전체 서비스 영역을 지원할 수 있는

개의 고정 안테나 방사 패턴을 형성할 수 있다.

도 5에서는 도 3에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 안테나(300)가 형성할 수 있는 고정 안테나 방사 패턴을 예시하였으나, 도 2, 도 4 또는 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 다른 다중 안테나 구조를 통해서도 도 5에 도시한 바와 같은 전체 서비스 영역을 지원할 수 있는

개의 고정 안테나 방사 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 도 5에서는 설명의 편의를 위하여 전체 서비스 영역을 지원하는 고정 안테나 방사 패턴의 수(

)를 16개로 예시하였으나 여기에 한정되는 것은 아니며, 전체 서비스 영역을 지원하기 위한 고정 안테나 방사 패턴의 수는 각 안테나 그룹을 구성하는 개별 안테나의 수 및/또는 각 안테나 그룹에 포함된 개별 안테나들의 고유 방사 패턴 등에 따라 달라질 수 있다.

도 5에 도시한

개의 고정 안테나 방사 패턴 각각은 4개의 안테나 그룹이 각각 형성한 동일한 방향의 4개 빔이 중첩(overlap)된 것이다. 즉, 안테나 그룹 0 내지 안테나 그룹 3(310 내지 340) 각각은 도 5에 도시한 16개 방향으로 빔을 전송할 수 있으므로 도 5에 도시된 각 빔은 사실 4개의 동일 방향 빔이 중첩된 것이다.

도 6은 도 5에 도시한 16개의 빔들 중 특정 빔(beam 15)의 예를 들어 도시한 것이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 빔 15는 안테나 그룹 0 내지 안테나 그룹 3(310 내지 340)이 각각 형성한 4개의 고정 빔(601 내지 604)이 중첩되어 구성될 수 있다. 도 5에 도시한 각 빔들(beam 0 ~ beam 15)은 도 6에 도시한 바와 마찬가지로 안테나 그룹 0 내지 안테나 그룹 3(310 내지 340)이 각각 해당 빔 방향으로 형성한 4개의 고정 빔이 중첩되어 구성될 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 특정 방향으로 형성되는 4개의 고정 안테나 방사 패턴을 통해 전송되는 신호는 서로 다른 경로를 경유하여 수신기에 도착할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이 4개의 고정 안테나 방사 패턴(또는 고정 빔)을 통해 전송되는 신호는 서로 다른 무선 채널을 경유하거나 서로 다른 위상(phase)을 가지고 수신기에 도착할 수 있다. 본 발명에서는 상기한 바와 같이 복수의 안테나 그룹 각각이 특정 방향으로 고정 빔을 형성하도록 함으로써 어레이 이득을 얻을 수 있고, 특정 방향에 대해 복수의 안테나 그룹이 각각 형성한 고정 빔들이 서로 다른 경로로 수신기에 도착함에 따라 멀티플렉싱 이득을 얻을 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법에서는 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같은 다중 안테나 및 다중 안테나를 이용한 빔 형성 방법을 이용하여 어레이 이득 및 멀티플렉싱 이득을 동시에 얻을 수 있다.

이하에서는 어레이 이득과 멀티플렉싱 이득을 얻기 위한 프리코더 설계 방법 및 기준신호 설계 방법에 대해 구체적으로 설명한다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 분산 안테나가 4개의 안테나 그룹으로 구성되고, 각 안테나 그룹은 4개의 안테나를 포함하며, 16개의 고정 빔을 형성할 수 있는 것으로 가정하여 설명하나, 분산 안테나가 상기한 바와 다르게 구성되는 경우에도 하기에 기술하는 방법이 적용될 수 있다.

어레이 이득(array gain)과 멀티플렉싱 이득(multiplexing gain)을 동시에 얻기 위해서는 두 개의 프리코더(precoder)가 필요하다.

즉, 어레이 이득을 얻기 위한 프리코더

과, 멀티플렉싱 이득을 얻기 위한 프리코더

가 필요하다.

따라서, 어레이 이득 및 멀티플렉싱 이득을 동시에 얻기 위한 전체 프리코더

는 수학식 1과 같이

의 함수로 표현할 수 있다.

단말은 기지국이 송출하는 기준신호(RS: Reference Signal)를 이용하여 선호 PMI (precoder matrix index)를 결정한 다음 기지국에게 보고한다. 단말은 두 개의 PMI (PMI-1은

의 인덱스, PMI-2는

의 인덱스)를 기지국에 보고한다.

이하는 프리코더

에 대한 설명이다.

PMI-1은 집합이며 구성 원소의 수는 안테나 그룹의 수와 같다. 본 발명에서는 안테나 그룹의 수를 4로 가정하였으므로 PMI-1은 원소의 수가 4인 집합이다.

PMI-1의 원소는 정수이며, 값의 범위는

이다. 여기서

은 미리 정의된 고정빔(fixed beam)의 수이다. 본 발명에서는 고정빔의 수를 16개로 가정하였으므로

이다.

인 경우 각 안테나 그룹에 대한

은 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.

[수학식 2]에서

은

번째 안테나 그룹의

번째 고정빔을 위한

이고 4×1 벡터이다. 여기서 4는 각 안테나 그룹을 구성하는 안테나의 수이다. 따라서

은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 3에서

은

번째 안테나 그룹이

번째 고정빔을 형성하기 하기 위해 사용하는 계수이다.

이하는 멀티플렉싱 효과를 활용하기 위한 프리코더

에 대한 설명이다.

설명을 위하여 먼저

를 수학식 4와 같이 정의할 필요가 있다.

수학식 4에서

는 4×4 항등행렬(identity matrix)을 의미하고

는 하우스홀더 생성 함수 (Householder generation function)의 입력벡터(input vector)를 의미하는 것으로 표 1과 같이 정의할 수 있다. 표 1은 안테나의 수가 4인 경우

값의 예로 3GPP (3rd Generation Project Partnership) LTE (Long Term Evolution) 시스템에서 사용하는 값을 나타낸 것이다. 그러나 값은 표 1에 나타낸 값 이외의 값이 적용될 수도 있다. 또한 안테나 그룹의 수가 4가 아닌 경우에는 표 1에 나타낸 값들은 적용될 수 없고 다른 값들로 구성된

값이 적용되어야 한다.

표 2는 안테나 그룹의 수가 4인 경우 PMI-2에 대한 프리코더

를 구하는 방법에 대한 것이다.

는 수학식 4와 표 1을 이용하여 구할 수 있다. 표 2에서

은

행렬의 첫 번째 열(column)을 의미한다.

은

행렬의 첫 번째와 두 번째 열을 의미한다.

는

행렬의 첫 번째와 네 번째 열을 의미한다.

은

행렬의 첫 번째와 두 번째 그리고 세 번째의 열을 의미한다.

은

행렬의 모든 열을 의미한다.

안테나 그룹의 수가 4이므로 단말의 수신 안테나 수가 4 이상일 경우 MIMO 채널의 가능한 랭크(rank)는 1, 2, 3, 4 중 어느 하나가 된다.

랭크가 1인 경우

는 수학식 5와 같다.

단말이

로 보고한 경우 기지국은 전체 프리코더

를 수학식 6과 같이 설정한다.

이 경우

는

의 첫 번째 요소값을 의미하며, 각 안테나 그룹으로 입력되는 데이터

는 동일하다.

번째 안테나 그룹의

이고,

인 경우

번째 안테나 그룹의

번째 안테나에서 출력되는 신호는

이다.

랭크가 2인 경우

는 수학식 7과 같다.

단말이

로 보고한 경우 기지국은 전체 프리코더

를 수학식 8과 같이 설정한다.

이 경우

는

의 첫 번째 열,

는

의 두 번째 열을 의미한다. 또

는

의

번째 요소값을 의미한다. 따라서,

이고

이다. 각 안테나 그룹으로 입력되는 값은

의 선형결합값(linearly combined value)이다.

번째 안테나 그룹의

이고,

인 경우

번째 안테나 그룹의

번째 안테나에서 출력되는 신호는

이다.

랭크가 3인 경우

는 수학식 9와 같다.

단말이

로 보고한 경우 기지국은 전체 프리코더

를 수학식 10과 같이 설정한다.

이 경우

는

의 첫 번째 열,

는

의 두 번째 열,

는

의 세 번째 열을 의미한다. 각 안테나 그룹으로 입력되는 값은

의 선형결합값(linearly combined value)이다.

번째 안테나 그룹의

이고,

인 경우

번째 안테나 그룹의

번째 안테나에서 출력되는 신호는

이다.

랭크가 4인 경우

는 수학식 11과 같다.

단말이

로 보고한 경우 기지국은 전체 프리코더

를 수학식 12와 같이 설정한다.

이 경우

는

의 첫 번째 열,

는

의 두 번째 열,

는

의 세 번째 열,

는

의 네 번째 열을 의미한다. 각 안테나 그룹으로 입력되는 값은

의 선형결합값(linearly combined value)이다.

번째 안테나 그룹의

이고,

인 경우

번째 안테나 그룹의

번째 안테나에서 출력되는 신호는

이다.

본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법은 SU-MIMO (Single User MIMO) 또는 MU-MIMO (Multi User MIMO)의 개별적 적용에 이용할 수도 있고, SU-MIMO와 MU-MIMO의 동시 적용에 이용할 수도 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 7에서는 기지국이 공간적으로 이격되어 있는 단말들에 대해 SU-MIMO와 MU-MIMO를 동시에 적용하여 서비스를 제공하는 일 예를 도시하였다.

기지국은 4개의 안테나 그룹(310 내지 340)을 구비하고 있고 각 안테나 그룹에는 4개의 안테나가 포함된 것을 가정하고, 각 단말들(731, 732, 733)은 최대 4개의 안테나를 구비할 수 있다고 가정하면 최대 랭크는 4이다.

도 7을 참조하면 단말(731)은 기지국이 4개의 안테나 그룹(310 내지 340)을 이용하여 형성하는 4개의 빔(751)을 통해 신호를 수신할 수 있다. 또한, 단말(732)은 기지국이 4개의 안테나 그룹을 이용하여 형성하는 4개의 빔(752)을 통해 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 단말(731)을 향하여 방사되는 빔들(751)과 단말(732)을 향하여 방사되는 빔들(752)은 서로 방향이 다르므로 기지국은 동일한 스펙트럼을 이용하여 단말(731)과 단말(732)에 동시에 서로 다른 신호를 전송할 수 있다. 이 경우, 단말(731, 732)는 각각 동시에 4개까지 멀티플렉싱된 신호를 수신할 수 있다.

각 단말(731, 732, 733)은 후술하는 바와 같이 기지국으로부터 전송된 기준신호에 기초하여 랭크, PMI-1, PMI-2를 선택하고 기지국에 보고한다.

한편, 단말(731)이 4개의 수신 안테나를 구비한 것으로 가정하면, 기지국과 단말(731) 사이의 MIMO 채널이 가질 수 있는 랭크의 최대값은 4가 된다. 따라서, 기지국은 단말로부터 보고된 랭크, PMI-1, PMI-2의 값을 참조하여 최대 보고된 랭크 수만큼 스펙트럼을 재사용하여 단말(731)에게 신호를 전송할 수 있다. 즉, 기지국은 복수의 안테나 그룹을 이용하여 SU-MIMO 방식으로 하나의 단말에게 신호를 전송할 수 있다.

또한 기지국은 단말(732) 및 단말(733)으로부터 각각 보고된 채널정보(랭크, PMI-1, PMI-2)를 바탕으로 MU-MIMO를 실시할 수 있다.

단말(732), 단말(733)이 동일한

을 사용하고 서로 다른

를 사용할 경우, 기지국은 MU-MIMO를 사용하여 두 단말에게 신호를 전송할 수 있다.

일 예로, 단말(732)과 단말(733)이 동일한

을 사용하고 랭크가 2인 서로 다른

를 사용할 경우, 기지국은 단말 별로 랭크 2의 프리코딩을 적용할 수 있으므로 SU-MIMO, MU-MIMO의 동시 적용도 가능하다.

이하에서는, 단말의 채널 정보 보고(feedback) 방법에 대해 설명한다.

단말은 기지국의 송신 안테나와 단말의 수신 안테나 사이에 존재하는 MIMO 채널의 랭크, PMI-1 및 PMI-2를 기지국에 보고한다.

단말은 기지국이 전송하는 기준신호를 이용하여 MIMO 채널의 랭크, PMI-1 및 PMI-2를 측정할 수 있다. 또 기지국이 기준신호를 전송할 수 있도록 하향링크에 시간-주파수 자원이 할당되어야 한다.

기준신호는 프리코딩을 적용하지 않고 전송할 수도 있으나, 본 발명의 실시예에서는 프리코딩을 적용하여 전송하는 경우를 가정한다.

기준신호는 PN (Pseudo Noise) 시퀀스와 OCC (Orthogonal Cover Code)를 이용하여 생성할 수 있다.

또한, 기준신호는

프리코딩만 적용하고

프리코딩은 적용하지 않고 전송할 수도 있다.

기준신호에

프리코딩을 적용하여 전송하면, 서로 다른

을 사용하는 빔들은 공간적으로 서로 이격되어 있으므로 각 안테나 그룹이 형성하는 N개의 고정빔으로 전송되는 기준신호는 동일한 시간-주파수 자원을 이용할 수 있다. 그러나 이 경우, 서로 인접한 빔들 사이의 간섭으로 단말의 기준신호 검출 성능이 저하될 수 있다.

이러한 빔간 간섭 완화를 위하여 인접한 빔들은 동일한 자원을 사용하지 않고 서로 다른 자원을 사용하여 기준신호를 전송할 수 있다.

또는, 빔 사이의 간섭 완화를 위하여, 모든 빔들이 동일한 시간-주파수 자원을 사용하여 전송하되 기준신호 전송 시점을 다르게 정할 수도 있다. 즉, 특정 안테나 그룹은 시분할다중화(TDM: Time Division Multiplexing) 방법을 사용하여 기준신호를 전송할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호 전송 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 8은 기준신호 전송 방법의 일 예로 시분할다중화 방법을 예를 들어 도시한 것이다.

기지국이 4개의 안테나 그룹을 구비한 경우, 동일한

을 사용하는 고정빔이 4개 존재한다. 따라서, 동일한

을 사용하는 고정빔을 구분하기 위한 4가지의 기준신호가 필요하다.

도 8에 도시한 바와 같이, 기지국의 각 안테나 그룹은 시간구간(period) n에서 고정빔 0으로 프리코딩된 기준신호를 전송한다. 이 경우 각 안테나 그룹별로 적용되는 프리코딩은 수학식 13과 같다.

4가지의 기준신호 전송을 위한 시간-주파수 자원은 도 8에 도시된 바와 같이 4개의 인접한 자원요소(RE: Resource Element)들로 구성될 수 있다.

또한, 기지국은 시간구간 n+1에서 고정빔 1로 프리코딩된 4가지 기준신호를, 시간구간 n+2에서 고정빔 2로 프리코딩된 4가지 기준신호를 전송할 수 있다. 이 경우, PMI-1이 가질 수 있는 값의 종류가 N개라고 하면 시간구간 n+N-1에서는 고정빔 N-1로 프리코딩된 4가지 기준신호가 전송된다.

도 8에 도시된 기준신호가 전송되는 시간구간의 길이와 주파수구간의 밀도는 환경에 따라 다르게 구성될 수 있다.

한편, 셀간 간섭(inter-cell interference) 및 빔간 간섭(inter-beam interference) 완화를 위해 PN 시퀀스가 기준신호로 사용될 수 있고, PN 시퀀스 생성기 초기화 값으로 셀구분자(cell ID), 빔구분자(beam ID), 시간구간 인덱스 등을 결합하여 사용할 수 있다. 시간구간 단위로 생성된 PN 시퀀스는 해당 시간구간에서 기준신호 전송에 할당된 자원요소에 맵핑된다.

하나의 시간구간에 기준신호 전송을 위해 인접한 4개의 자원요소가

개 할당되어 있다면 필요한 PN 시퀀스의 길이는

가 된다.

각 시간구간에서 전송되는 4가지의 기준신호를 구분하기 위한 방법으로 시분할다중화(TDM), 주파수분할다중화(FDM: Frequency Division Multiplexing) 또는 코드분할다중화(CDM: Code Division Multiplexing) 방법이 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 코드분할다중화를 이용하는 경우를 예를 들어 설명한다.

도 8에서는 4가지의 기준신호를 전송하기 위해 인접한 4개의 자원요소로 구성된 자원할당을 예시하였다.

여기서 길이 4의 하다마드(length-4 Hardamard) 시퀀스 등의 OCC를 이용하여 기준신호에서 각 안테나 그룹을 구분할 수 있다. 길이 4의 하다마드 시퀀스는 4가지

가 있다. 여기서

을 안테나 그룹 0,

을 안테나 그룹 1,

를 안테나 그룹 2,

을 안테나 그룹 3에 할당하면 각 안테나 그룹을 구분할 수 있다.

인접한 4개의 자원요소로 구성된 시간-주파수 할당은 PN에 OCC가 곱해진 값을 전송하기 위해 사용되며 이때

프리코딩이 적용된다.

또한, 각 셀에서 전송되는 기준신호들의 충돌에 의한 성능 저하를 방지하기 위해 기준신호 전송 시에 호핑(hopping)이 적용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법에 적용되는 복조기준신호(DMRS: Demodulation Reference Signal) 생성 방법에 대해 설명한다.

기지국은 단말에 데이터를 전송할 때 단말이 수신한 데이터를 복조할 수 있도록 복조기준신호를 전송한다. 상술한 기준신호(RS)는 단말들의 랭크, PMI-1, PMI-2를 결정을 돕기 위한 것이므로 모든 단말들을 대상으로 전송된다.

반면, 복조기준신호(DMRS)는 특정 단말의 복조를 돕기 위한 것이므로 모든 단말이 아닌 특정 단말을 위해 전송된다. 따라서 기준신호와 복조기준신호는 서로 다른 시간-주파수 자원을 이용하여 전송되는 것이 바람직하다.

복조기준신호는 복조기준신호를 위해 생성된 PN과 OCC를 곱한 형태로 구성된다. 기준신호가 셀 및 빔 특정 신호인 반면 복조기준신호는 단말 특정 (UE-specific) 신호이므로 PN 생성기 초기화 시에 셀구분자, 빔구분자, 시간구간 인덱스 외에도 단말구분자(UE ID)가 필요하다. OCC는 기준신호 생성시에 사용된 OCC와 동일한 OCC가 사용될 수 있다. 복조기준신호에 사용되는 OCC는 안테나 그룹을 구분하기 위한 것이 아니라 멀티플렉싱 되어 전송되는 데이터의 랭크(또는 레이어)를 구분하기 위한 것이다.

복조기준신호와 데이터에는 동일한 프리코딩

이 적용된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법에서 셀 경계 지역의 성능 개선과 셀간 간섭을 관리하기 위한 방법을 설명한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법을 셀 경계 지역에 적용하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 9에서, 제1 단말(911) 및 제2 단말(912)은 제1 기지국(901)이 서비스를 제공하는 제1 셀과 제2 기지국(902)이 서비스를 제공하는 제2 셀의 경계 지역에 위치하고 있고, 제1 기지국(901)을 제1 단말(911) 및 제2 단말(912)의 서빙 기지국으로 가정한다.

제1 단말(911)은 제1 기지국(901)이 구비하고 있는 4개의 안테나 그룹이 전송하는 기준신호를 이용하여 수학식 14와 같이 PMI-1을 결정할 수 있다.

는 제1 기지국(901), 안테나 그룹

의 고정빔

를 의미한다.

마찬가지로 제1 단말(911)은 제2 기지국(902)에 대해서 수학식 15와 같이 PMI-1을 결정할 수 있다.

서빙 기지국과 인접 기지국에 대한 PMI-1을 계산한 제1 단말(911)은

에서 몇 개의 빔을 선택할 수 있다. 예를 들어 제1 단말(911)은

를 선택하고, 이 4개의 고정빔에 대하여 PMI-2를 결정할 수 있다.

이후, 제1 단말(911)은 PMI-1과 PMI-2를 서빙 기지국인 제1 기지국(901)에 보고하고, 제1 기지국(901)은 기지국간 인터페이스를 통해 제1 단말(911)이 보고한 PMI-1 및 PMI-2 정보를 제2 기지국(902)에게 통보한다. 여기서, 제1 기지국(901)과 제2 기지국(902) 간의 통신이 어려울 경우에는 제1 단말(911)이 상향링크를 통해 제1 기지국(901) 및 제2 기지국(902)에 PMI-1, PMI-2를 동시에 보고하도록 구성할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 제1 기지국(901) 및 제2 기지국(902)은 보고된 PMI-1 및 PMI-2에 기초하여 협력 프리코딩(Joint Precoding)을 수행하여 제1 단말(911)의 수신 성능을 향상시킬 수 있다. 또는 제1 기지국(901) 및 제2 기지국(902)은 제1 단말(911) 및 제2 단말(912)이 보고한 정보를 동시에 고려하여 제1 단말(911) 및 제2 단말(912)에게 MU-MIMO 스케쥴링을 수행하여 스펙트럼 사용 효율을 향상시킬 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 단말이 두 개의 기지국으로부터 형성되는 8개의 빔 중 4개의 빔을 선택하여 서빙 기지국에 보고하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 여기에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에서는 단말이 4개가 아닌 다른 개수의 빔을 선택하여 보고하도록 구성될 수도 있다. 다만, 이 경우 새로운 프리코더 설계가 요구된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법은 데이터 채널의 전송은 물론 제어채널의 전송에도 적용할 수 있고, 이를 통해 시스템의 용량을 획기적으로 증대시킬 수 있다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법을 데이터 채널의 전송에 이용하는 경우를 설명한다.

단말은 기지국으로부터 수신한 기준신호를 이용하여 랭크, PMI-1, PMI-2를 결정한 후, 결정한 정보를 기지국에 보고한다.

여기서, 단말이 결정할 수 있는 최대 랭크의 수는 수학식 16과 같이 주어질 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예에서는 기지국이 4개의 안테나 그룹을 구비하고, 단말의 수신 안테나 수가 4개인 것으로 가정하였으므로, 4 레이어까지 SU-MIMO를 적용할 수 있다.

또한, 동일한 PMI-1 정보를 기지국에 보고한 단말들 중에서 PMI-2가 서로 다른 단말들의 경우에 대해서는 MU-MIMO를 적용할 수 있다. 예를 들어, 랭크가 2인 두 개의 단말들이 동일한 PMI-1 정보를 기지국에 보고한 경우, 상기 두 개의 단말들이 PMI-2가 서로 다른 경우 상기 두 개의 단말들은 각각 2 레이어로 서비스를 받을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법에서는 셀 경계 지역에 존재하는 단말들에게 협력 MIMO(joint MIMO)를 적용하여 셀 경계 지역에 위치하는 단말들의 수신 성능을 향상시킬 수 있고, 셀간 간섭을 효율적으로 관리할 수 있다.

멀티플렉싱 효과를 이용하는 공간 다중화(SM)의 경우, 요구되는 신호대잡음비 수준이 높기 때문에 기지국의 서비스 영역 가장자리에서는 적용 가능성이 높지 않다. 이와 같은 경우 어레이 이득을 이용할 경우 멀티플렉싱 효과를 이용할 수 있는 영역을 확장시켜 시스템의 용량을 증대시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법을 제어채널의 전송에 이용하는 경우에 대해 설명한다.

제어채널은 특정 단말이 아닌 모든 단말들을 대상으로 전송된다. 따라서, 기지국은 제어채널의 전송을 위해 특정 방향으로 빔을 성형하지 않고 전체 서비스 영역을 지원할 수 있도록 빔을 성형한다. 이하에서는 전체 서비스 영역을 지원하기 위해 기지국이 성형하는 빔을 전방향빔(omni beam)으로 지칭한다. 전방향빔의 빔폭(beam width)은 셀의 형태에 따라 120도가 될 수도 있고, 360도가 될 수도 있다.

제어채널에는 프리코더

가 사용되지 않으므로

이 된다. 또한

은 전체 서비스 영역을 지원할 수 있는 빔을 의미하므로, 이하에서

로 표현한다.

는 미리 정의된 값이므로 기지국은 단말로부터 랭크, PMI-1, PMI-2를 보고받을 필요가 없다. 또한, 단말은 기지국이 안테나 그룹의 수만큼 송신 안테나를 구비한 것으로 인식한다.

기지국은 제어채널을 위해 기준신호를 전송하지 않는다. 그러나, 기지국은 단말이 제어채널을 코히어런트 복조(coherent demodulation)할 수 있도록 지원하는 제어채널복조기준신호(CCDMRS: Control Channel DMRS)를 전송하여야 한다. 제어채널복조기준신호는 제어채널에 적용된 것과 동일한 프리코딩, 즉

가 적용되어 전송되어야 한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법에서는 안테나 그룹의 수에 따라 제어채널 전송에 송신 다이버시티(transmit diversity) 기술을 적용할 수 있다. 이 경우 단말은 각 안테나 그룹이 전송하는 제어채널복조기준신호를 구분할 수 있어야 한다. 각 안테나 그룹이 전송하는 제어채널복조기준신호는 TDM, FDM, CDM 등의 방식으로 다중화되어 전송될 수 있다.

예를 들어, 안테나 그룹의 수가 2인 경우 SFBC (Space Frequency Block Coding)를 적용할 수 있고, 안테나 그룹의 수가 4인 경우에는 FSTD(Frequency Switched Transmit Diversity), FDFR(Full Diversity Full Rate) 등의 기술을 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법은 제어채널, 데이터 채널 및 기지국간 협력에 의한 협력 MIMO에 적용할 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

101 : 어레이 안테나 103 : 프리코더
200 : 다중 안테나 210 : 안테나 그룹 0
211 : 안테나 220 : 안테나 그룹 1
221 : 안테나 230 : 안테나 그룹 2
231 : 안테나 240 : 안테나 그룹 3
241 : 안테나 300 : 다중 안테나
310 : 안테나 그룹 0 311 : 안테나
320 : 안테나 그룹 1 321 : 안테나
330 : 안테나 그룹 2 331 : 안테나
340 : 안테나 그룹 3 341 : 안테나
400 : 다중 안테나 410 : 안테나 그룹 0
411 : 안테나 420 : 안테나 그룹 1
421 : 안테나 430 : 안테나 그룹 2
431 : 안테나 440 : 안테나 그룹 3
441 : 안테나 601, 602, 603, 604 : 고정빔
731, 732, 733 : 단말 751, 752 : 빔
901 : 제1 기지국 902 : 제2 기지국
911 : 제1 단말 912 : 제2 단말

Claims

삭제
기지국에서 수행되는 신호 전송 방법에 있어서,
기지국이 복수의 안테나 그룹들 별, 지향성 빔 별로 기준신호를 전송하는 단계;
단말에 의해 상기 기준신호를 기초로 산출된 제1 프리코더 매트릭스 인덱스(PMI-1) 및 제2 프리코더 매트릭스 인덱스(PMI-2)를 상기 단말로부터 수신하는 단계;
상기 제1 프리코더 매트릭스 인덱스에 상응하는 제1 프리코더를 기초로 상기 복수의 안테나 그룹들 각각에 대한 지향성 빔을 성형하는 단계; 및
상기 제2 프리코더 매트릭스 인덱스에 상응하는 제2 프리코더를 기초로 상기 지향성 빔을 이용하여 멀티플렉싱 이득을 얻도록 하향링크 데이터 및 복조기준신호를 프리코딩하는 단계를 포함하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 프리코더는 복수의 안테나 그룹 각각이 지향성 빔을 성형하기 위한 프리코더이고, 상기 제2 프리코더는 상기 복수의 안테나 그룹 각각이 성형한 지향성 빔을 이용하여 멀티플렉싱 이득을 얻기 위한 프리코더인 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 기준신호는 PN(Pseudo-Noise) 시퀀스와 OCC(Orthogonal Cover Code) 시퀀스를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 기준신호는 셀간 간섭 및 빔간 간섭 완화를 위하여, 또한 각 안테나 그룹이 전송하는 지향성 빔 구분을 위하여 상기 PN 시퀀스와 안테나 그룹 수와 동일한 수의 OCC 시퀀스 중 하나를 곱하여 생성되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법
청구항 4에 있어서,
상기 PN 시퀀스는 미리 설정된 시간구간 단위로 초기화되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 PN 시퀀스의 초기화 값으로 셀구분자, 빔구분자 및 미리 설정된 시간구간의 인덱스 중 적어도 하나의 정보가 사용되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 기준신호를 전송하는 단계는,
상기 기준신호에 상기 제2 프리코더는 적용하지 않고, 상기 제1 프리코더만 적용하는 프리코딩을 수행한 후, 상기 기준신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 2에 있어서,
복수의 안테나 그룹들이 기준신호를 전송하는 단계에서,
동일한 안테나 그룹이 성형한 인접한 지향성 빔간 간섭 완화를 위하여, 인접한 지향성 빔이 적용된 기준신호를 동일한 시간-주파수 자원을 사용하여 동시에 전송하지 않는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법
청구항 2에 있어서,
상기 기준신호를 전송하는 단계는,
상기 복수의 안테나 그룹들이 성형하는 지향성 빔이 적용된 기준신호에서, 안테나 그룹들이 성형한 빔의 지향 방향이 동일한 경우 동일한 시간-주파수 자원을 이용하여 전송하되 PN 및 OCC를 이용하여 안테나 그룹을 구분하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법
청구항 2에 있어서,
상기 하향링크 복조기준신호에 대한 프리코딩을 수행하는 단계는,
단말 구분자, 셀 구분자, 빔 구분자 및 미리 설정된 시간 구간 인덱스 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 초기화한 PN 시퀀스와 OCC 시퀀스를 곱하여 복조기준신호를 생성하는 단계;
상기 생성된 복조기준신호에 대해, 하향링크 데이터에 적용된 제1 프리코더 및 제2 프리코더와 동일한 프리코더를 적용하여 프리코딩을 수행하는 단계; 및
상기 프리코딩된 하향링크 데이터와 상기 복조기준신호를 포함하는 하향링크 전송 신호를 상기 단말에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 프리코더(
)는 단말로부터 수신한 상기 제1 프리코더 매트릭스 인덱스(PMI-1)에 따라 하기의 수학식(하기 수학식에서
은
번째 안테나 그룹의
번째 고정빔을 의미함)과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 2에 있어서,

이고 랭크가 1인 경우, 프리코더는 하기의 수학식(하기 수학식에서
는 제2 프리코더
의 첫 번째 요소값을 의미하며, 각 안테나 그룹으로 입력되는 데이터
는 동일하다.
번째 안테나 그룹의
이고,
인 경우
번째 안테나 그룹의
번째 안테나에서 출력되는 신호는
이다)과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 2에 있어서,

이고 랭크가 2인 경우 프리코더는 하기의 수학식(하기 수학식에서
는 제2 프리코더
의 첫 번째 열,
는
의 두 번째 열을 의미한다. 또
는
의
번째 요소값을 의미한다. 따라서,
이고
이다. 각 안테나 그룹으로 입력되는 값은
의 선형결합값(linearly combined value)이다.
번째 안테나 그룹의
이고,
인 경우
번째 안테나 그룹의
번째 안테나에서 출력되는 신호는
이다)과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 2에 있어서,

이고 랭크가 3인 경우, 프리코더는 하기의 수학식(하기 수학식에서
는 제2 프리코더
의 첫 번째 열,
는
의 두 번째 열,
는
의 세 번째 열을 의미한다. 각 안테나 그룹으로 입력되는 값은
의 선형결합값(linearly combined value)이다.
번째 안테나 그룹의
이고,
인 경우
번째 안테나 그룹의
번째 안테나에서 출력되는 신호는
이다)과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 2에 있어서,

이고 랭크가 4인 경우, 프리코더는 하기의 수학식(하기 수학식에서
는 제2 프리코더
의 첫 번째 열,
는
의 두 번째 열,
는
의 세 번째 열,
는
의 네 번째 열을 의미한다. 각 안테나 그룹으로 입력되는 값은
의 선형결합값(linearly combined value)이다.
번째 안테나 그룹의
이고,
인 경우
번째 안테나 그룹의
번째 안테나에서 출력되는 신호는

이다)과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
기지국에서 수행되는 신호 전송 방법에 있어서,
복수의 안테나 그룹들에서 개별 안테나 그룹 각각이 형성한 지향성 빔을 통해 기준신호를 전송하는 단계;
복수의 단말이 상기 기준신호를 이용하여 MIMO 채널의 랭크, 제1 프리코더 매트릭스 인덱스 및 제2 프리코더 매트릭스 인덱스를 계산하고 이를 제1 기지국에 보고하는 단계; 및
수신한 복수 단말의 랭크, 제1 프리코더 매트릭스 인덱스 및 제2 프리코더 매트릭스 인덱스 정보에 기초하여 상기 복수의 단말 중 적어도 하나의 단말에 적용할 MIMO 전송 방식을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 제1 프리코더 매트릭스 인덱스는,
상기 복수의 안테나 그룹들 각각에 대한 지향성 빔을 성형하기 위한 제1 프리코더에 상응하는 프리코더 매트릭스 인덱스이고,
상기 제2 프리코더 매트릭스 인덱스는,
상기 지향성 빔을 이용하여 멀티플렉싱 이득을 얻기 위한 제2 프리코더에 상응하는 프리코더 매트릭스 인덱스인, 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 적어도 하나의 단말에 적용할 MIMO 전송 방식을 결정하는 단계는,
제1 단말, 제2 단말이 보고하는 PMI-1이 상이할 경우 또는 PMI-1은 동일하나 PMI-2가 상이할 경우 보고된 랭크, PMI-1 및 PMI-2에 기초하여 MU-MIMO 또는 SU-MIMO/MU-MIMO를 동시에 적용하여 하향링크 데이터를 전송하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
제1 기지국 및 제2 기지국에서 수행되는 협력 신호 전송 방법에 있어서,
단말이 제1 기지국 및 제2 기지국이 각각 전송하는 기준신호에 따라 양쪽 기지국 안테나 그룹 모두에 대하여 선호하는 PMI-1 및 PMI-2를 결정하고 제1 기지국 또는 제1 기지국 및 제2 기지국 모두에게 보고하는 단계;
단말이 제2 기지국에게만 보고했을 경우, 상기 제1 기지국이 상기 제2 기지국에 기지국간 인터페이스를 통하여 단말이 보고한 채널 정보를 제공하는 단계; 및
상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국이 단말이 보고한 채널 정보에 기초하여 단말의 수신 신호대잡음비 향상, 셀간 간섭 완화 또는 시스템 용량 증대를 위하여 제1 기지국 및 제2 기지국이 협력하여 SU-MIMO와 MU-MIMO를 적용하는 단계를 포함하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.
제어채널 전송에 있어서,
기지국은 각 안테나 그룹을 이용하여 제2 프리코딩 없이 제1 프리코딩
이 적용된 동일한 제어 데이터를 전송하고, 또한, 단말이 안테나 그룹을 구분할 수 있도록 그룹 별 제어채널복조기준신호를 TDM, CDM, FDM 중 적어도 하나의 방식으로 다중화하여 제2 프리코딩 없이 제1 프리코딩
을 적용하여 전송하여 제어채널 전송 다이버시티를 가능하도록 하는 다중 안테나를 이용한 신호 전송 방법.