KR102197717B1 - Method for multi-input multi-output communication in large-scale antenna system - Google Patents
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Abstract
대규모 안테나 시스템에서 다중 입력 다중 출력 통신 방법이 개시된다. MIMO 전송 방법은, 단말에 대한 채널 정보를 획득하는 단계, 채널 정보를 기반으로 단말을 클래스와 클래스에 종속된 그룹으로 분류하는 단계, 그룹에 대한 그룹 빔포밍 행렬을 결정하는 단계, 그룹 빔포밍 행렬에 기초한 그룹 빔포밍 전송을 그룹에 속한 단말들에게 수행하는 단계, 그룹에 속한 단말들에 대한 단일 SU-CQI 정보 및 간섭신호 정보를 획득하는 단계, SU-CQI 정보 및 간섭신호 정보를 기반으로 단말들을 스케줄링하는 단계, 및 스케줄링에 기초하여 데이터를 단말들에 전송하는 단계를 포함한다. 따라서, 채널 상태 정보의 피드백 양을 감소시킬 수 있다.A multiple input multiple output communication method in a large-scale antenna system is disclosed. The MIMO transmission method includes obtaining channel information for a terminal, classifying the terminal into a class and a group dependent on the class based on the channel information, determining a group beamforming matrix for the group, and a group beamforming matrix Performing group beamforming transmission based on group beamforming to UEs belonging to the group, obtaining single SU-CQI information and interference signal information for UEs belonging to the group, UE based on SU-CQI information and interference signal information Scheduling them, and transmitting data to the terminals based on the scheduling. Therefore, it is possible to reduce the amount of feedback of the channel state information.
Description
본 발명은 대규모 안테나 시스템에서 다중 입력 다중 출력(multi-input multi-output, MIMO) 통신 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나 상관도가 존재하는 대규모 안테나 MIMO 채널 환경에서 적은 양의 채널 상태 정보 피드백이 요구되면서도 상향링크와 하향링크의 주파수 효율을 극대화하는 MIMO 통신 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-input multi-output (MIMO) communication method in a large-scale antenna system, and more particularly, feedback of a small amount of channel state information in a large-scale antenna MIMO channel environment with antenna correlation. The present invention relates to a MIMO communication method for maximizing frequency efficiency of uplink and downlink while being required.
4G 이후(B4G)의 이동통신 시스템은 데이터 트래픽(traffic)의 급격한 증가로 인해 3GPP LTE(long term evolution)와 같은 4G 시스템 대비 10배 이상의 주파수 효율 증대가 필요하다. 이러한 10배 이상의 주파수 효율 증대의 목표를 달성하기 위해 필요한 물리계층 기술로 현재 네트워크 MIMO, 간섭 정렬(interference alignment), 릴레이(relay) 네트워크, 이종(heterogeneous) 네트워크, 그리고 대규모 안테나(large-scale antenna) 기술 등이 언급되고 있다.A mobile communication system after 4G (B4G) needs to increase frequency efficiency by 10 times or more compared to a 4G system such as 3GPP long term evolution (LTE) due to a rapid increase in data traffic. Current network MIMO, interference alignment, relay networks, heterogeneous networks, and large-scale antennas as the physical layer technology required to achieve the goal of increasing frequency efficiency by more than 10 times. Technology and the like are being mentioned.
본 발명은 주파수 효율을 증대시키는 기술로서 매우 큰 효과를 얻을 수 있는 매시브(massive) MIMO(혹은 대규모 안테나) 시스템에 관한 것이다. 종래의 대규모 안테나 시스템은 TDD(time division duplex) 방식에 국한되어 왔다. FDD(frequency division duplex) 방식에서는 대규모 안테나 송신기가 채널 상태 정보를 획득하기 위해서 사실상 불가능할 정도로 많은 참조 신호(reference signal) 및 채널 상태 정보 피드백을 위한 무선 자원을 필요로 하는 문제가 있다. The present invention relates to a massive MIMO (or large-scale antenna) system capable of obtaining a very large effect as a technique for increasing frequency efficiency. Conventional large-scale antenna systems have been limited to a time division duplex (TDD) scheme. In the frequency division duplex (FDD) scheme, there is a problem in that a large-scale antenna transmitter requires a large number of reference signals and radio resources for channel state information feedback, which is virtually impossible to obtain channel state information.
또한, 대규모 송신안테나로 동시에 수용 가능한 사용자의 수가 크게 증가함으로 인해 스케줄링(scheduling) 및 프리코딩(precoding) 계산 복잡도가 종래 시스템에 비해 매우 증가하는 문제가 있다.In addition, there is a problem in that scheduling and precoding calculation complexity is significantly increased compared to the conventional system due to a large increase in the number of users that can be simultaneously accommodated by a large-scale transmission antenna.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 채널 상태 정보 피드백을 위해 필요한 무선자원의 양을 증가시키지 않으면서 동시에 주파수 효율의 저하를 최소화할 수 있는, 대규모 안테나 시스템에 적합한 MIMO 전송 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a MIMO transmission method suitable for a large-scale antenna system capable of minimizing a decrease in frequency efficiency while not increasing the amount of radio resources required for channel state information feedback. To provide.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 채널 상태 정보 피드백을 위해 필요한 무선자원의 양을 증가시키지 않으면서 동시에 주파수 효율의 저하를 최소화할 수 있는, 대규모 안테나 시스템에 적합한 MIMO 수신 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention for solving the above problems is a MIMO reception method suitable for a large-scale antenna system capable of minimizing a decrease in frequency efficiency at the same time without increasing the amount of radio resources required for channel state information feedback To provide.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 MIMO 전송 방법은, 적어도 하나의 단말에 대한 채널 정보를 획득하는 단계, 상기 채널 정보를 기반으로 상기 적어도 하나의 단말을 적어도 하나의 클래스와 클래스에 종속된 적어도 하나의 그룹으로 분류하는 단계, 분류된 각 그룹에 대한 그룹 빔포밍 행렬을 결정하는 단계, 상기 그룹 빔포밍 행렬에 기초한 그룹 빔포밍 전송을 상기 각 그룹에 속한 단말들에게 수행하는 단계, 상기 각 그룹에 속한 단말들에 대한 SU-CQI 정보 및 간섭신호 정보를 획득하는 단계, 상기 SU-CQI 정보 및 상기 간섭신호 정보를 기반으로 단말들을 스케줄링하는 단계, 및 스케줄링에 기초하여 데이터를 단말들에 전송하는 단계를 포함한다.In the MIMO transmission method of a base station according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, obtaining channel information for at least one terminal, the at least one terminal based on the channel information at least one class Classifying into at least one group dependent on and class, determining a group beamforming matrix for each classified group, performing group beamforming transmission based on the group beamforming matrix to terminals belonging to each group The step of, obtaining SU-CQI information and interference signal information for the UEs belonging to each group, scheduling UEs based on the SU-CQI information and the interference signal information, and data based on scheduling And transmitting to the terminals.
여기서, 상기 채널 정보는, 송신상관행렬, 송신상관행렬의 고유치, 송신상관행렬의 고유벡터, AS, AOD 및 채널 정보를 의미하는 고정형 코드북에서 선택된 적어도 하나의 긴 주기 PMI 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Here, the channel information may include at least one of at least one of a transmission correlation matrix, an eigenvalue of a transmission correlation matrix, an eigenvector of a transmission correlation matrix, an AS, AOD, and at least one long period PMI selected from a fixed codebook indicating channel information. have.
여기서, 상기 그룹으로 분류하는 단계는, 상기 송신상관행렬이 서로 유사한 단말들을 하나의 그룹으로 분류할 수 있다.Here, in the step of classifying into groups, terminals having similar transmission correlation matrices may be classified into one group.
여기서, 상기 그룹으로 분류하는 단계는, 상기 송신상관행렬의 유효 고유 벡터가 서로 유사한 단말들을 하나의 그룹으로 분류할 수 있으며, 상기 송신상관행렬의 유효 고유 벡터간의 직교성이 높은 그룹들을 하나의 클래스로 분류할 수 있다.Here, in the step of classifying into groups, terminals having similar effective eigenvectors of the transmission correlation matrix may be classified into one group, and groups having high orthogonality between effective eigenvectors of the transmission correlation matrix may be classified into one class. Can be classified.
여기서, 상기 그룹 빔포밍 행렬을 결정하는 단계는, 상기 채널 정보 및 원-링 채널 모델에 기반하여 그룹별 그룹 빔포밍 행렬이 서로 유사 직교하도록 블록 대각화를 통하여 상기 그룹 빔포밍 행렬을 결정할 수 있다.Here, in the determining of the group beamforming matrix, the group beamforming matrix may be determined through block diagonalization so that group beamforming matrices for each group are similarly orthogonal to each other based on the channel information and the one-ring channel model. .
여기서, 상기 간섭신호 정보는, 상기 그룹에 속한 단말들 간의 간섭신호 세기 및 다른 그룹과의 간섭신호 세기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Here, the interference signal information may include at least one of an interference signal strength between terminals belonging to the group and an interference signal strength with another group.
여기서, 상기 간섭신호 정보는, 상기 SU-CQI에 대한 오프셋 값일 수 있다.Here, the interference signal information may be an offset value for the SU-CQI.
여기서, 상기 간섭신호 정보는, MCS 레벨로 표현되는 CQI일 수 있다.Here, the interference signal information may be a CQI expressed in an MCS level.
여기서, 상기 간섭신호 정보는, 상기 그룹에 속한 단말에 간섭으로 작용할 프리코딩 행렬 지시자에 대한 간섭신호 세기일 수 있다.Here, the interference signal information may be an interference signal strength with respect to a precoding matrix indicator that will act as interference to terminals belonging to the group.
여기서, 상기 간섭신호 정보는, 상기 SU-CQI에 대한 비율일 수 있다.Here, the interference signal information may be a ratio to the SU-CQI.
여기서, 상기 단말들을 스케줄링하는 단계는, 각 클래스에 속한 그룹의 조합, 각 그룹에 속한 단말의 조합, 각 단말에 대한 랭크의 조합을 기반으로 각 단말에 대한 MU-CQI 정보를 계산하는 단계, MU-CQI를 기반으로 합계-PF 메트릭을 계산하는 단계, 각 클래스에서 가장 큰 합계-PF 메트릭을 가지는 다중 사용자 조합을 상기 각 클래스의 합계-PF 메트릭으로 선택하는 단계, 모든 클래스 중에서 가장 큰 합계-PF 메트릭을 가지는 클래스를 선택하는 단계, 및 선택된 클래스에서 서로 간의 간섭이 가장 적은 다중 사용자 조합을 결정하고, 결정된 다중 사용자 조합을 스케줄링하는 단계를 포함한다.Here, the scheduling of the terminals includes calculating MU-CQI information for each terminal based on a combination of groups belonging to each class, a combination of terminals belonging to each group, and a combination of ranks for each terminal, MU -Calculating a sum-PF metric based on CQI, selecting a multi-user combination with the largest sum-PF metric in each class as the sum-PF metric of each class, the largest sum-PF among all classes Selecting a class having a metric, and determining a multi-user combination having the least interference between each other in the selected class, and scheduling the determined multi-user combination.
여기서, 상기 단말들에 전송하는 단계는, 상기 SU-CQI 정보 및 상기 간섭신호 정보에 관련된 랭크와 다른 랭크를 통해 데이터를 단말들에 전송할 수 있다.Here, in the step of transmitting to the terminals, data may be transmitted to the terminals through a rank different from a rank related to the SU-CQI information and the interference signal information.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 MIMO 수신 방법은, 상기 단말을 포함한 그룹에 대한 그룹 빔포밍 행렬이 적용된 신호를 수신하는 단계, 상기 그룹 빔포밍 행렬이 적용된 참조 신호 또는 상기 그룹 빔포밍 행렬이 적용되지 않은 참조 신호를 이용하여 SU-CQI 정보 및 간섭신호 정보를 생성하는 단계, 및 상기 SU-CQI 정보 및 상기 간섭신호 정보를 기지국으로 피드백하는 단계를 포함한다.A method for receiving MIMO by a terminal according to an embodiment of the present invention for achieving the above other object includes receiving a signal to which a group beamforming matrix is applied for a group including the terminal, and a reference signal to which the group beamforming matrix is applied. Or generating SU-CQI information and interference signal information using a reference signal to which the group beamforming matrix is not applied, and feeding back the SU-CQI information and the interference signal information to a base station.
여기서, 상기 간섭신호 정보는, 상기 그룹에 속한 단말들 간의 간섭신호 세기 및 다른 그룹과의 간섭신호 세기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Here, the interference signal information may include at least one of an interference signal strength between terminals belonging to the group and an interference signal strength with another group.
여기서, 상기 간섭신호 정보는, 상기 SU-CQI에 대한 오프셋 값일 수 있다.Here, the interference signal information may be an offset value for the SU-CQI.
여기서, 상기 간섭신호 정보는, MCS 레벨로 표현되는 CQI일 수 있다.Here, the interference signal information may be a CQI expressed in an MCS level.
여기서, 상기 간섭신호 정보는, 상기 그룹에 속한 단말에 간섭으로 작용할 프리코딩 행렬 지시자에 대한 간섭신호 세기일 수 있다.Here, the interference signal information may be an interference signal strength with respect to a precoding matrix indicator that will act as interference to terminals belonging to the group.
여기서, 상기 간섭신호 정보는, 상기 SU-CQI에 대한 비율일 수 있다.Here, the interference signal information may be a ratio to the SU-CQI.
여기서, 상기 피드백하는 단계는, 상기 단말은 자신에게 간섭으로 작용할 PMI 중에서 자신이 선택한 PMI와의 내적이 미리 설정된 값보다 작은 PMI를 포함한 상기 간섭신호 정보를 피드백할 수 있다.Here, in the step of feeding back, the terminal may feed back the interference signal information including a PMI whose inner product is smaller than a preset value among PMIs that will act as interference to itself.
여기서, 상기 피드백하는 단계는, 상기 단말은 서브 밴드 중에서 간섭신호의 세기가 미리 설정된 값보다 작은 서브 밴드에 대한 간섭신호 정보를 피드백할 수 있다.Here, in the step of feeding back, the terminal may feed back interference signal information for a subband in which the strength of the interference signal is smaller than a preset value among the subbands.
본 발명에 의하면, MIMO 전송에 있어서 채널 상태 정보의 피드백 양을 감소시킬 수 있다. 또한, 채널 상태 정보의 피드백 양이 감소되는 경우에도 상향링크 및 하향링크에서 주파수 효율의 저하를 최소화할 수 있다.According to the present invention, it is possible to reduce the amount of feedback of channel state information in MIMO transmission. In addition, even when the amount of feedback of the channel state information is reduced, it is possible to minimize a decrease in frequency efficiency in uplink and downlink.
도 1은 본 발명에 따른 MIMO 송수신 방법에서 사용자 그룹간의 공간 분리 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 8 안테나 포트의 CSI-RS 패턴을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 전송 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 전송 방법 중에서 스케줄링 과정을 도시한 흐름도이다.1 is a conceptual diagram illustrating the concept of spatial separation between user groups in a MIMO transmission/reception method according to the present invention.
2 is a conceptual diagram showing a CSI-RS pattern of 8 antenna ports.
3 is a flowchart illustrating a MIMO transmission method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a scheduling process in a MIMO transmission method according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.
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.However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.
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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.
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.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.
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.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, in order to facilitate an overall understanding, the same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions for the same elements are omitted.
명세서 전체에서 망(network)은, 예를 들어, WiFi(wireless fidelity)와 같은 무선인터넷, WiBro(wireless broadband internet) 또는 WiMax(world interoperability for microwave access)와 같은 휴대인터넷, GSM(global system for mobile communication) 또는 CDMA(code division multiple access)와 같은 2G 이동통신망, WCDMA(wideband code division multiple access) 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(high speed downlink packet access) 또는 HSUPA(high speed uplink packet access)와 같은 3.5G 이동통신망, LTE(long term evolution)망 또는 LTE-Advanced망과 같은 4G 이동통신망, 및 5G 이동통신망 등을 포함할 수 있다.Throughout the specification, a network is, for example, a wireless Internet such as WiFi (wireless fidelity), a mobile Internet such as WiBro (wireless broadband internet) or WiMax (world interoperability for microwave access), and a global system for mobile communication (GSM). ) Or a 2G mobile communication network such as code division multiple access (CDMA), a 3G mobile communication network such as wideband code division multiple access (WCDMA) or CDMA2000, a high speed downlink packet access (HSDPA) or a high speed uplink packet access (HSUPA). It may include a 3.5G mobile communication network, a 4G mobile communication network such as a long term evolution (LTE) network or an LTE-Advanced network, and a 5G mobile communication network.
명세서 전체에서 단말(terminal)은 이동국(mobile station), 이동 단말(mobile terminal), 가입자국(subscriber station), 휴대 가입자국(portable subscriber station), 사용자 장치(user equipment), 접근 단말(access terminal) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.Throughout the specification, a terminal is a mobile station, a mobile terminal, a subscriber station, a portable subscriber station, user equipment, and an access terminal. And the like, and may include all or part of functions such as a terminal, a mobile station, a mobile terminal, a subscriber station, a mobile subscriber station, a user equipment, and an access terminal.
여기서, 단말로 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 태블릿(tablet) PC, 무선전화기(wireless phone), 모바일폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB (digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player) 등을 사용할 수 있다.Here, a desktop computer, a laptop computer, a tablet PC, a wireless phone, a mobile phone, a smart phone, and a smart watch that can communicate with a terminal. (smart watch), smart glass, e-book reader, PMP (portable multimedia player), portable game console, navigation device, digital camera, DMB (digital multimedia broadcasting) player, digital voice Recorder (digital audio recorder), digital audio player (digital audio player), digital video recorder (digital picture recorder), digital video player (digital picture player), digital video recorder (digital video recorder), digital video player (digital video player) ) Can be used.
명세서 전체에서 기지국(base station)은 접근점(access point), 무선 접근국(radio access station), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved nodeB), 송수신 기지국(base transceiver station), MMR(mobile multihop relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 기지국, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
Throughout the specification, a base station is an access point, a radio access station, a node B, an evolved node B, a base transceiver station, and an MMR. mobile multihop relay)-BS, or the like, and may include all or part of functions such as a base station, an access point, a radio access station, a nodeB, an eNodeB, a transmission/reception base station, and an MMR-BS.
아래에서 설명되는 본 발명의 일 실시예가 적용되는 분야는 셀룰러 통신의 상향링크와 하향링크이다. 여기서, 단일 셀(cell)은 M개의 안테나를 가지는 기지국과 각각 N개의 안테나를 가지는 K개의 사용자들(즉, 단말들)로 구성될 수 있다. 또한, 각 단말의 송신 안테나 상관도는 높다(즉, angle spread(AS)가 작다)고 가정한다. 일례로, 하향링크 도심 매크로(macro) 및 LOS(line of sight) 성분이 강한 채널환경에서는 송신 안테나의 상관도가 높게 형성된다.Fields to which an embodiment of the present invention described below is applied are uplink and downlink of cellular communication. Here, a single cell may include a base station having M antennas and K users (ie, terminals) each having N antennas. In addition, it is assumed that the transmit antenna correlation of each terminal is high (that is, the angle spread (AS) is small). For example, in a channel environment in which the downlink urban macro and line of sight (LOS) components are strong, the correlation between the transmission antennas is high.
또한, 편의상 K개의 단말은 송신 안테나 상관도의 유사성에 따라 공간적으로 분리될 수 있는 G개의 그룹으로 분류될 수 있고, 각 그룹에는 K'개의 단말이 존재한다고 가정한다.Also, for convenience, it is assumed that K terminals can be classified into G groups that can be spatially separated according to the similarity of transmit antenna correlations, and K'terminals exist in each group.
본 발명에서 고려하는 채널 모델은 아래 수학식 1과 같다.The channel model considered in the present invention is shown in
여기서, 는 i.i.d.(independently and identically distributed) 채널 행렬이고, 는 송신 상관 행렬이고, 는 수신 상관 행렬이다. 편의상, 다중 사용자 MIMO(MU-MIMO)에서 이른바 원-링 채널 모델(one-ring channel model)을 고려하면 이다. 즉, 수신 상관도는 없다고 가정한다.here, Is the iid (independently and identically distributed) channel matrix, Is the transmission correlation matrix, Is the received correlation matrix. For convenience, considering the so-called one-ring channel model in multi-user MIMO (MU-MIMO), to be. That is, it is assumed that there is no reception correlation.
본 발명에서 제안하는 송신 신호 모델은 아래 수학식 2와 같다.The transmission signal model proposed in the present invention is shown in
여기서, 는 채널의 통계적 특성에 기반하는 빔포밍 행렬이고, 는 순시 채널 정보 에 기반하는 프리코딩(precoding) 행렬이고, 는 데이터 심볼 벡터(symbol vector)이다.here, Is a beamforming matrix based on the statistical characteristics of the channel, Is instantaneous channel information Is a precoding matrix based on, Is a data symbol vector.
본 발명에서 제안하는 수신 신호 모델은 아래 수학식 3과 같다.The received signal model proposed in the present invention is shown in
여기서, 는 잡음 신호이고, 는 아래 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.here, Is the noise signal, Can be expressed as in
여기서, 는 그룹 g의 전체 채널 행렬이고, 는 그룹 g의 빔포밍 행렬이다. 상기 수학식 4에서 근사 부등호는 아래 수학식 5와 같은 조건을 만족하는 경우에 해당한다.here, Is the entire channel matrix of group g, Is the beamforming matrix of group g. In
그러면, 가 된다.then, Becomes.
상기 조건을 만족하도록 를 설정하고, 그러한 빔포밍 행렬을 갖는 단말들을 동시에 스케줄링하는 것이 본 발명에서 제안하는 MIMO 송수신 방법의 핵심 요소이다.
To satisfy the above conditions And scheduling terminals having such a beamforming matrix at the same time is a key element of the MIMO transmission/reception method proposed in the present invention.
다음으로, 본 발명에서 제안하는 MIMO 송수신 방법으로 얻을 수 있는 순시 채널 행렬의 차원 감소에 대해 설명한다. 먼저, K개 단말의 그룹 인덱스(index)를 표현하기 위해 아래 수학식 6과 같이 인덱싱한다고 가정한다.Next, the reduction in the dimension of the instantaneous channel matrix obtained by the MIMO transmission/reception method proposed in the present invention will be described. First, it is assumed that indexing is performed as shown in
도 1은 본 발명에 따른 MIMO 송수신 방법에서 사용자 그룹간의 공간 분리 개념을 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating the concept of spatial separation between user groups in a MIMO transmission/reception method according to the present invention.
도 1을 참조하면, 기지국은 M개의 안테나 소자들(10-1, 10-2, …, 10-M)로 이루어진 대규모 안테나 어레이(array)(10)를 구비할 수 있다. 그리고 K개의 활성 단말들(20-1, 20-2, …, 20-K)이 존재하며 K개의 활성 단말들은 G개의 그룹으로 분류될 수 있다. 예컨대, 제1 그룹(30-1)은 제1 단말(20-1)과 제2 단말(20-2)을 포함할 수 있고, 제2 그룹(30-2)은 제3 단말(20-3)을 포함할 수 있다. 제G 그룹(20-G)은 제K-1 단말(20-(K-1))과 제K 단말(20-K)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a base station may include a large-
이때, 제1 단말(20-1)과 제2 단말(20-2)로 이루어진 제 1 그룹(30-1)의 채널행렬은 에 해당한다.
At this time, the channel matrix of the first group 30-1 consisting of the first terminal 20-1 and the second terminal 20-2 is Corresponds to.
다음으로, 본 발명에 따른 코드북(code book) 설계에 대해 설명한다.Next, the design of a code book according to the present invention will be described.
고정형 코드북은 T개의 클래스와 각 클래스에 속하는 G개의 그룹으로 이루어질 수 있다. 여기서, 각 클래스별로 다른 수의 그룹을 가질 수도 있다. 하나의 클래스를 구성하는 그룹의 고유 벡터 공간을 이루는 행렬 은 원-링 채널 모델로 만들어질 수 있다. 이를 위해 필요한 파라미터(parameter)는 그룹의 AS와 AoD(angle of departure)이다. 그룹의 AS는 셀 내 단말의 AS 분포에 의해 결정될 수 있고, 각 그룹 AoD는 다음과 같이 두 가지 기준을 종합적으로 판단하여 결정될 수 있다.The fixed codebook may consist of T classes and G groups belonging to each class. Here, each class may have a different number of groups. Matrix that makes up the eigenvector space of groups that make up a class Can be built with a one-ring channel model. The necessary parameters for this are the AS of the group and the angle of departure (AoD). The AS of the group may be determined by the AS distribution of the UE in the cell, and each group AoD may be determined by comprehensively determining two criteria as follows.
- 각 그룹 고유 벡터 공간이 가능한 직교 하도록 한다. 이는 그룹 간의 간섭을 줄이기 위함이다.-Make each group's unique vector space as orthogonal as possible. This is to reduce interference between groups.
- 각 그룹의 AoD가 가능한 균등 배치되도록 한다. 이는 단말의 고유 벡터 공간과 단말이 속한 그룹의 고유 벡터 공간 간에 불일치를 최소화하기 위함이다.
-Make sure that the AoDs of each group are arranged as evenly as possible. This is to minimize the discrepancy between the eigen vector space of the terminal and the eigen vector space of the group to which the terminal belongs.
위와 같은 방식으로 획득한 각 클래스별 집합에 블록 대각화 기법을 적용하여 코드북을 이루는 빔포밍 행렬 를 생성할 수 있다. 이를 통해 그룹 간의 간섭을 보다 줄일 수 있다. 여기서, 빔포밍 행렬 는 긴 주기(혹은 와이드-밴드(wide-band)) PMI(precoding matrix indicator)로 사용되거나 짧은 주기(혹은 서브-밴드(sub-band)) PMI로 사용될 수 있다. 즉, 단말은 더 나은 성능을 얻고자하는 경우 자신에게 최적의 를 찾아서 짧은 주기로 피드백할 수 있다.
For each class acquired in the same way as above Beamforming matrix that forms a codebook by applying block diagonalization to a set Can be created. Through this, interference between groups can be further reduced. Here, the beamforming matrix May be used as a long period (or wide-band) PMI (precoding matrix indicator) or a short period (or sub-band) PMI. In other words, if the terminal wants to obtain better performance, You can find and give feedback in a short period.
다음으로, 본 발명에 따른 MU-MIMO 스케줄링에 대해 설명한다.Next, MU-MIMO scheduling according to the present invention will be described.
종래의 MU-MIMO 스케줄링은 단말들의 조합에 대해 일례로 합계-PF 메트릭(sum-PF(proportional fair) metric)을 구하여 최적의 조합을 찾는 과정을 통해 수행되었으나, 본 발명에 따른 MU-MIMO 스케줄링은 개별 단말이 아닌 클래스별로 그룹들의 조합에 대해 최적의 조합을 찾는 과정을 통해 수행될 수 있다. 이때, 각 그룹은 가상 섹터(sector)로 볼 수 있다.Conventional MU-MIMO scheduling was performed through a process of finding an optimal combination by obtaining a sum-PF (proportional fair) metric, for example, for a combination of terminals, but MU-MIMO scheduling according to the present invention It may be performed through a process of finding an optimal combination for a combination of groups for each class, not for individual terminals. At this time, each group can be viewed as a virtual sector.
먼저, 기지국은 각 그룹에서 일례로 MU-CQI(multi user-channel quality indicator)를 기반으로 PF 메트릭이 가장 큰 단말을 결정할 수 있고, 각 클래스별로 그룹의 가능한 조합에 따른 합계-PF 메트릭을 모두 계산할 수 있다. 일례로, 송신 안테나의 수가 4인 경우, 최대 (4,1)+(4,2)+(4,3)+(4,4)개 경우의 수만큼 합계-PF 메트릭이 계산될 수 있다. 여기서, (M,S)는 M개에서 S개를 선택하는 경우(combination)의 수를 의미한다. 이를 기초로 기지국은 1~4 단말에 대한 동적인 스케줄링을 수행하여 클래스별로 가장 최적의 그룹 조합을 선택할 수 있다. 마지막으로, 기지국은 T개의 클래스 중에서 가장 큰 합계-PF 메트릭을 가지는 클래스를 선택하여 해당 클래스에서 선택된 그룹 조합에 속한 단말들에 스케줄링할 수 있다.First, the base station may determine the terminal with the largest PF metric in each group based on a multi-user-channel quality indicator (MU-CQI) as an example, and calculate all of the sum-PF metrics according to possible combinations of groups for each class. I can. For example, when the number of transmit antennas is 4, the sum-PF metric may be calculated as many as (4,1)+(4,2)+(4,3)+(4,4) cases. Here, (M,S) means the number of combinations of M to S. Based on this, the base station can perform dynamic scheduling for
상술한 MU-MIMO 스케줄링을 가능하게 하는 MU-CQI 피드백 방식은 다음과 같다.The MU-CQI feedback scheme enabling the MU-MIMO scheduling described above is as follows.
각 단말은 SU-CQI(single user-channel quality indicator), 그룹 내의 단말 간 간섭신호 세기, 다른 그룹 간 간섭신호 세기를 기지국에 피드백할 수 있다. 일례로 송신 안테나 수가 4이고 그룹의 수가 4인 경우, 그룹당 하나의 빔포밍 벡터를 사용하므로 그룹 내에서 단말 간 간섭은 없으며 SU-CQI는 아래 수학식 7과 같다.Each terminal may feed back a single user-channel quality indicator (SU-CQI), an interference signal strength between terminals within a group, and an interference signal strength between other groups to the base station. For example, when the number of transmit antennas is 4 and the number of groups is 4, since one beamforming vector is used per group, there is no interference between terminals within the group, and the SU-CQI is as
여기서, 는 배경잡음과 다른 셀로부터의 간섭신호 세기이다. 단말이 속한 그룹을 제외한 3개의 다른 그룹의 간섭신호 세기는 아래 수학식 8과 같다.here, Is the background noise and the strength of the interference signal from other cells. The interference signal strength of the three other groups excluding the group to which the terminal belongs is as shown in
한편, 피드백 비트(bit) 수를 줄이기 위해 간섭신호 세기는 SU-CQI와의 오프셋(offset)으로 표현될 수 있다.Meanwhile, in order to reduce the number of feedback bits, the interference signal strength may be expressed as an offset from the SU-CQI.
이와 같이 간섭신호 세기를 피드백함에 의해 기지국이 MU-CQI를 계산하도록 하는 방식은 본 발명에 따른 MU-MIMO 방식에만 한정되지 않고 종래의 LTE 방식에도 적용된다. 일례로, Rel 8 코드북과 8-Tx 방식의 더블 코드북 경우에도 단말 별로 SU-CQI와 모든 다른 단말 간의 간섭신호 세기를 피드백 받음으로써, 기지국은 MU-CQI를 정확히 계산할 수 있다.The method of allowing the base station to calculate the MU-CQI by feeding back the strength of the interference signal as described above is not limited to the MU-MIMO method according to the present invention, but is also applied to the conventional LTE method. For example, even in the case of the
이때, 기지국은 스케줄링에 제약을 두어 단말 간의 간섭 조합의 수를 줄임으로써 피드백 비트 수를 줄일 수 있다. Rel 8 코드북을 상세한 예로 들면, k번째 단말이 자신의 PMI 를 선택하였다면 나머지 15개의 PMI가 다른 단말과 조합이 될 수 있다. 따라서, 단말은 자신에게 간섭으로 작용할 15개의 PMI에 대한 간섭신호 세기(즉, 아래 수학식 9)와 상술한 SU-CQI를 피드백할 수 있고, 이를 기초로 기지국은 MU-CQI를 계산하여 최대 4명의 사용자를 동시에 스케줄링할 수 있다.In this case, the base station may reduce the number of feedback bits by reducing the number of interference combinations between terminals by placing restrictions on scheduling. For a detailed example of the
여기서, 단말의 수신 MMSE(minimum mean square error) 필터링 과정을 생략하고 서술하였다. 이 경우 MU-CQI는 아래 수학식 10과 같다.Here, the filtering process of the reception MMSE (minimum mean square error) of the terminal has been omitted. In this case, the MU-CQI is shown in
상술한 간섭신호는 Rel 8 코드북의 경우 단말이 선택한 자기 PMI를 제외한 15개의 PMI에 대한 간섭신호로 구성될 수 있다. 이로 인한 피드백의 부담을 줄이기 위해 단말은 15개의 PMI 중에서 일부 PMI 간섭신호만을 피드백할 수 있다. 일례로, 단말은 15개의 PMI 중에서 자신이 선택한 PMI와 내적(inner product)을 수행한 수치의 절대값이 특정 임계치보다 작은 PMI만을 선택하여 피드백할 수 있고, 기지국은 이들의 조합만으로 스케줄링을 수행할 수 있다. 임계치는 Rel 8 코드북의 경우 0.3으로 설정될 수 있다. 이 경우, 단말은 자신이 선택한 PMI에 따라 15개의 PMI 중에서 5~9개의 간섭신호만을 기지국으로 피드백할 수 있다. 이와 같이 간섭신호의 피드백 부담을 줄이는 방식은 Rel 8 코드북에만 한정되지 않고 다른 코드북에도 적용될 수 있다.In the case of the
상술한 간섭신호의 세기 피드백을 이용하여 MU-CQI를 계산하기 위해서는 기지국은 SU-CQI와 별도로 다른 셀의 간섭신호 세기 를 피드백 받아야 한다. 혹은, 아래 수학식 11과 같이 변형된 간섭신호의 세기를 피드백 받은 경우, 기지국은 별도로 를 피드백 받을 필요 없다.In order to calculate the MU-CQI by using the above-described interference signal strength feedback, the base station uses the interference signal strength of another cell separately from the SU-CQI. Should receive feedback. Alternatively, when the strength of the modified interference signal is fed back as in
상술한 단말 피드백의 장점은 변형된 간섭신호 세기를 양자화(quantization)하여 피드백하면 기지국은 보다 정확한 MU-CQI를 추정할 수 있다는 것이다. 이에 대한 상세한 설명은 다음과 같다. MU-CQI를 SU-CQI의 프랙션(fraction)으로 표현하는 과정은 편의상 아래 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.The advantage of the above-described terminal feedback is that the base station can estimate a more accurate MU-CQI by quantizing the modified interference signal strength and feeding back. A detailed description of this is as follows. The process of expressing MU-CQI as a fraction of SU-CQI may be expressed as
여기서, S는 단말이 선택한 PMI에 따른 자기신호이고, I는 셀간 간섭신호이고, IA는 단말이 선택한 PMI를 제외한 PMIA로 인한 단말 간의 간섭신호이고, α는 MU-CQI를 SU-CQI의 프랙션으로 표현하기 위한 변수이다. 본 발명에서 제안하는 단말 피드백은 SU-CQI의 프랙션으로 표현된 MU-CQI를 직접 피드백하는 것이 아니라, 아래 수학식 13과 같이 를 SU-CQI의 프랙션으로 표현하여 피드백하는 것이다.Here, S is a self-signal according to the PMI selected by the UE, I is an intercell interference signal, I A is an interference signal between UEs due to PMI A excluding the PMI selected by the UE, and α is MU-CQI of SU-CQI. It is a variable to express as a fraction. The UE feedback proposed in the present invention does not directly feed back the MU-CQI expressed as a fraction of SU-CQI, but as shown in
이와 같은 피드백으로 기지국은 2~4명까지의 모든 조합에 대한 MU-CQI를 추정할 수 있다. 일례로, 기지국은 단말로부터 수신한 와 를 기반으로 PMIA, PMIB로 인한 MU-CQI를 아래 수학식 14와 같이 추정할 수 있다.With such feedback, the base station can estimate MU-CQI for all combinations of 2 to 4 people. As an example, the base station receives from the terminal Wow MU-CQI due to PMI A and PMI B may be estimated as shown in Equation 14 below.
상술한 두 피드백 방식 간의 차이는 다음과 같다. 전자의 α는 단말의 SU-CQI에 따라 다른 다이내믹(dynamic) 범위를 가지기 때문에 양자화에 어려움이 있으며, 이를 통해 정확한 MU-CQI를 표현하는데 문제가 있다. 반면, 후자의 β는 단말의 SU-CQI에 관계없이 동일한 다이내믹 범위를 가지기 때문에 양자화에 용이하고, 기지국은 이러한 피드백으로 보다 정확한 MU-CQI를 추정할 수 있다. 한편, 전자의 경우 다이내믹 범위가 SU-CQI의 영향을 받으므로, SU-CQI에 따른 복수 개의 다이내믹 범위에 맞는 α의 매핑 테이블(mapping table)을 정의하여 기지국과 단말이 이를 공유하는 경우 더욱 정확한 MU-CQI가 추정될 수 있다. 그러나 이 방식은 피드백 부담을 증가시키는 단점이 있다.The difference between the above two feedback methods is as follows. Since the former α has a different dynamic range according to the SU-CQI of the terminal, it is difficult to quantize, and there is a problem in expressing an accurate MU-CQI through this. On the other hand, the latter β is easy to quantize because it has the same dynamic range regardless of the SU-CQI of the UE, and the base station can estimate more accurate MU-CQI with this feedback. Meanwhile, in the former case, since the dynamic range is affected by SU-CQI, a more accurate MU when the base station and the terminal share it by defining a mapping table of α suitable for a plurality of dynamic ranges according to SU-CQI. -CQI can be estimated. However, this method has the disadvantage of increasing the feedback burden.
상술한 간섭신호 세기 는 MCS(modulation and coding scheme) 레벨로 표현되는 CQI 형태로 피드백될 수 있다. 이러한 간섭 PMI에 대한 CQI를 간섭 CQI라 한다. 이 경우, MUI(multi-user interference indicator) β와 동일한 효과를 얻기 위해 간섭 CQI는 종래 LTE가 제공하는 MCS 레벨 표의 범위 이하(즉, MCS 레벨의 범위를 벗어남)를 세분화하기 위해 낮은 MCS 레벨을 정의해야 한다. 이러한 추가 MCS 레벨의 필요성은 중간 혹은 낮은 MCS 레벨의 SU-CQI를 가지는 단말들의 MU-MIMO를 위해서이다. 즉, 중간 혹은 낮은 MCS 레벨의 단말들에 대한 간섭 CQI 레벨은 종래의 MCS 레벨의 범위 이하의 낮은 SINR(signal to interference plus noise ratio)를 가질 가능성이 매우 높다. 따라서, 정확한 간섭신호 세기를 피드백하기 위해서는 종래 MCS 레벨 범위 이하의 낮은 SINR를 표현할 수 있는 추가적인 낮은 MCS 레벨의 정의가 필요하다. 일례로, 종래 MCS 레벨 범위 밖의 -5dB SINR 이하를 통틀어 표현한다면, 추가적인 MCS 레벨은 -5 ~ -15dB의 SINR을 추가적인 몇 단계로 나누어 표현할 수 있어야 정확한 간섭신호 세기의 표현이 가능하다.Interference signal strength described above May be fed back in the form of a CQI expressed at a modulation and coding scheme (MCS) level. The CQI for such an interfering PMI is called an interfering CQI. In this case, in order to obtain the same effect as the multi-user interference indicator (MUI) β, the interference CQI defines a low MCS level to subdivide the range of the MCS level table provided by the conventional LTE (ie, out of the range of the MCS level). Should be. The need for such an additional MCS level is for MU-MIMO of UEs having SU-CQI of a medium or low MCS level. That is, it is very likely that the interference CQI level for terminals of the medium or low MCS level has a low signal to interference plus noise ratio (SINR) below the range of the conventional MCS level. Accordingly, in order to feed back accurate interference signal strength, it is necessary to define an additional low MCS level capable of representing a low SINR below the conventional MCS level range. As an example, if a total of less than -5dB SINR outside the conventional MCS level range is expressed as a whole, the additional MCS level must be expressed by dividing the SINR of -5 ~ -15dB into several additional steps to accurately express the strength of the interference signal.
한편, IMR(interference measurement resource)를 이용하여 MU-CQI를 피드백하는 방식에도 상술한 간섭신호 세기의 피드백이 적용될 수 있다. 이 경우, 복수 개의 MU 추정(hypotheses)에 대한 IMR은 서브프레임 단위로 복수 개 설정될 수 있고, 서브-밴드 단위로 복수 개 설정되어 MU-CSI(channel state information) 피드백 지연을 줄일 수 있다.Meanwhile, the above-described interference signal strength feedback may be applied to a method of feeding back MU-CQI using an interference measurement resource (IMR). In this case, a plurality of IMRs for a plurality of MU hypotheses may be set for each subframe, and a plurality of IMRs may be set for each sub-band to reduce a channel state information (MU-CSI) feedback delay.
한편, 상술한 단말 피드백을 모든 서브-밴드에 대해 전송을 하면 MU-MIMO 성능 개선에 도움이 되지만 상향링크 피드백 부담을 증가시키게 된다. 이를 방지하기 위해, 간섭신호의 세기에 대한 특정 임계치를 두어 특정 서브-밴드에서 모든 간섭신호의 세기가 그 임계치를 넘는 경우, 단말은 간섭신호가 너무 커서 MU-MIMO를 하기에 적당하지 않다고 판단하여 해당 서브-밴드에 대한 간섭신호를 피드백하지 않을 수 있다.On the other hand, if the above-described terminal feedback is transmitted for all sub-bands, it helps to improve MU-MIMO performance, but increases the uplink feedback burden. To prevent this, if the strength of all interference signals in a specific sub-band exceeds that threshold by setting a specific threshold for the strength of the interference signal, the UE determines that the interference signal is too large to be suitable for MU-MIMO. The interference signal for the corresponding sub-band may not be fed back.
상술한 피드백 부담을 줄이는 방법은 서브-밴드별로 MU-CQI를 피드백하는 경우에도 동일하게 적용된다.
The above-described method of reducing the feedback burden is applied equally to the case of feeding back MU-CQI for each sub-band.
본 발명에 따른 SU-MIMO의 프리코딩 행렬은 Bg와 Pg로 구성된다. 이러한 구조의 프리코딩 행렬은 아래 수학식 15와 같은 관계에 의해 SVD(singular value decomposition) 프리코딩 행렬을 근사하게 된다.The SU-MIMO precoding matrix according to the present invention is composed of B g and P g . The precoding matrix having this structure approximates the SVD (singular value decomposition) precoding matrix by the relationship as shown in Equation 15 below.
즉, SVD 프리코딩 행렬을 매우 긴 주기의 파트(part)와 짧은 주기의 파트로 나눌 수 있다. 매우 긴 주기의 빔포밍 행렬 B는 피드백 부담이 거의 없으므로 동일한 피드백 자원을 가정한 경우, 본 발명에 따른 SU-MIMO 프리코딩 행렬은 보다 세밀한 짧은 주기의 프리코딩 행렬 P를 생성할 수 있다. 따라서, 랭크(rank) 2 이상의 코드북은 상기와 같은 방식으로 생성될 수 있다.
That is, the SVD precoding matrix can be divided into a part of a very long period and a part of a short period. Since the beamforming matrix B having a very long period has almost no feedback burden, if the same feedback resources are assumed, the SU-MIMO precoding matrix according to the present invention can generate a more detailed short period precoding matrix P. Accordingly, a codebook of
MUMU -- MIMOMIMO 를 위한 피드백Feedback for
본 발명에 제안하는 유연한 MU-MIMO 피드백 방식은 단말이 직접 MU-CQI를 계산하여 피드백하지 않고 기지국이 다양한 단말의 조합으로 MU-CQI를 추정할 수 있도록 간섭신호의 세기를 피드백하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 각 단말은 SU-CQI, 단말 간의 간섭신호 세기, 다른 그룹 간의 간섭신호 세기를 피드백할 수 있다. 여기서, 간섭신호의 세기를 MUI(multi-user interference indicator)라 한다. 편의상 단말 안테나 수가 1인 경우, 단말의 전송 랭크 1의 SU-CQI는 아래 수학식 16과 같다.The flexible MU-MIMO feedback scheme proposed in the present invention is characterized in that the UE feeds back the strength of the interference signal so that the base station can estimate the MU-CQI with a combination of various UEs without directly calculating and feeding back the MU-CQI. . Accordingly, each terminal can feed back SU-CQI, an interference signal strength between terminals, and an interference signal strength between different groups. Here, the strength of the interference signal is referred to as a multi-user interference indicator (MUI). For convenience, when the number of terminal antennas is 1, the SU-CQI of the
여기서, 는 배경잡음과 다른 셀로 인한 간섭신호의 세기이다. 한편, 단말이 선택한 PMI 와 MU-MIMO로 페어링(pairing)될 수 있는 PMI의 부분집합을 S라 하면, S에 속한 PMI 로 인한 MUI는 효율적인 피드백을 위해 아래 수학식 17과 같이 셀간 간섭신호의 세기와 비율로 정의될 수 있다.here, Is the strength of the interference signal due to background noise and other cells. Meanwhile, the PMI selected by the terminal If S is a subset of PMI that can be paired with and MU-MIMO, PMI belonging to S The resulting MUI may be defined as the strength and ratio of the inter-cell interference signal as shown in Equation 17 below for efficient feedback.
MUI는 피드백 비트 수를 줄이기 위해 SU-CQI와의 비율로 표현되어 피드백될 수 있다. 즉, 실제 피드백되는 MUI 정보는 을 양자화한 것이다. 이러한 양자화는 2비트로 할 수 있고, 서브-밴드 MUI의 피드백 부담을 줄이기 위해 와이드-밴드 MUI에 대한 1비트 오프셋으로 양자화할 수도 있다.In order to reduce the number of feedback bits, the MUI can be fed back by being expressed in a ratio with the SU-CQI. In other words, the MUI information actually fed back Is quantized. This quantization can be performed in 2 bits, and in order to reduce the feedback burden of the sub-band MUI, quantization can be performed with a 1-bit offset for the wide-band MUI.
본 발명에 제안하는 새로운 PUSCH(physical uplink shared channel) 피드백 모드는 SU-CQI와 복수 개의 MUI를 피드백하는 것이다. 이러한 피드백을 통해 기지국은 MU-CQI를 추정할 수 있다. 일례로, 두 단말에 동일한 송신전력을 할당하는 경우, PMI 로 인한 MU-CQI는 아래 수학식 18과 같이 계산될 수 있다.A new PUSCH (physical uplink shared channel) feedback mode proposed in the present invention is to feed back SU-CQI and a plurality of MUIs. The base station can estimate the MU-CQI through this feedback. For example, in the case of allocating the same transmission power to two terminals, PMI The MU-CQI caused by may be calculated as in Equation 18 below.
세 개의 단말을 페어링하는 경우, PMI 로 인한 MU-CQI는 아래 수학식 19와 같다.When pairing three terminals, PMI The MU-CQI caused by is shown in Equation 19 below.
네 개의 단말을 페어링하는 경우에도 동일하게 적용된다.The same applies to the case of pairing four terminals.
한편, 종래의 LTE 코드북에서 정의하는 상위랭크 PMI 대신 랭크 1의 PMI 집합에서 직교하는 두 PMI에 대해 비슷한 SU-CQI와 서로 다른 PMI에 대해 비슷한 MUI를 갖는 단말은 랭크 1의 SU-CQI와 MUI만을 통해 랭크 2 전송을 할 수 있다. 랭크 2에 대한 시메트리(symmetry)는 아래 수학식 20과 같이 표현될 수 있다.Meanwhile, a terminal having a similar SU-CQI for two PMIs orthogonal in a PMI set of
이 경우, 1번과 2번 PMI에 대한 MMSE 수신 벡터는 아래 수학식 21과 같다.In this case, the MMSE received vectors for
즉, 단말의 랭크 1 PMI와 직교하는 3개의 PMI 중 하나는 랭크 2의 2번째 PMI가 될 수 있다. 단말이 이러한 시메트리를 갖는 2번째 PMI에 대한 정보(일례로, 랭크 1 PMI와 직교하는 3개의 PMI 중 하나를 구분하는 2비트 정보)와 RI(rank indicator)(여기서, RI는 두 개의 PMI가 상술한 시메트리 관계를 갖는 것을 나타냄)에 대한 정보를 기지국으로 와이드-밴드 혹은 서브-밴드 모드로 피드백하는 경우, 기지국은 이를 판단하여 랭크 2로 전송할 수 있다. 여기서, MUI는 두 번째 PMI를 제외한 나머지 2개의 직교하는 PMI (w3,w4)에 대한 MUI를 상기 MMSE 수신벡터에 의해 아래 수학식 22와 같이 4개의 값으로 표현될 수 있다.That is, one of the three PMIs orthogonal to the
단말은 상술한 MUI를 와이드-밴드 혹은 서브-밴드 모드로 피드백할 수 있다. 이 경우, 랭크 2 전송을 위한 두 개의 SU-CQI는 동일하고, 상술한 MU-CQI처럼 계산하는 경우 SU-CQI는 아래 수학식 23과 같다.The terminal may feed back the above-described MUI in a wide-band or sub-band mode. In this case, the two SU-CQIs for
또한, 상술한 피드백 방식은 페어링되는 각 단말이 랭크 1 혹은 랭크 2를 가질 수 있는 매우 유연한 MU-MIMO 페어링을 가능하게 한다. 일례로, 랭크 2인 두 단말이 페어링 될 수도 있다.In addition, the above-described feedback scheme enables very flexible MU-MIMO pairing in which each UE to be paired may have
상술한 MUI 피드백 방식은 다음과 같은 특징을 가진다.The above-described MUI feedback method has the following characteristics.
1) 랭크 1 피드백으로 트랜스패런트(transparent) 랭크 2 전송 및 두 개의 랭크 2 단말 페어링.1)
단말 피드백이 랭크 1로 된 경우에도, 기지국은 MUI를 통해 랭크 2 전송의 MU-CQI를 계산할 수 있으므로 랭크 2로 전송할 수 있다. 그러므로 기지국은 종래와 같은 랭크 2 피드백 없이 MUI 피드백을 추가함으로 랭크 2 전송을 할 수 있다. 또한, 동일한 방법으로 기지국은 랭크 1 피드백 정보만으로도 매우 유연하게 스케줄링할 수 있다. 일례로, 기지국은 두 개의 랭크 2 단말 혹은 하나의 랭크 2 단말과 두 개의 랭크 1 조합 등을 페어링할 수도 있다.Even when the terminal feedback is
2) DM-RS(demodulation reference signal) 자원 절감2) DM-RS (demodulation reference signal) resource reduction
MUI를 통해 기지국은 특정 단말 페어링에 대해 정확한 단말 간 간섭을 알 수 있으므로, MUI가 매우 적은 단말들이 별도의 제어신호 없이 동일한 DM-RS 자원을 공유하도록 설정할 수 있다. 필요하다면 기지국은 SCID(scrambling identify)를 달리할 수도 있다.
Since the base station can know the exact interference between terminals for a specific terminal pairing through the MUI, terminals with very few MUIs can be configured to share the same DM-RS resource without a separate control signal. If necessary, the base station may use different scrambling identification (SCID).
한편, 랭크 2 MU-MIMO를 위한 MUI 피드백 방식의 다른 대안은 다음과 같다. LTE Rel-8 4-Tx 코드북과 단말 수신 안테나 수 2를 기준으로 설명하겠으나, 본 발명에 따른 피드백 방식은 특정 안테나 형상이나 코드북에 제한되지 않는다.Meanwhile, another alternative to the MUI feedback scheme for
랭크 2의 SU-CQI는 레이어 1, 2에 대해 각각 아래 수학식 24와 같이 정의될 수 있다.The SU-CQI of
여기서, 는 단말 K가 선택한 랭크 2에 대한 PMI를 나타내고, gk (1), gk (2)는 레이어 1, 2에 대한 단말의 수신필터 계수를 나타낸다. 본 발명에 따른 피드백 방식을 설명하기 위해, 상기 SU-CQI와 달리 레이어 간의 간섭이 빠진 형태의 CQI를 SL(single layer)-CQI라 하고 아래 수학식 25과 같이 정의할 수 있다.here, Denotes the PMI for
또한, PMI 로 인한 레이어 1에 대한 MUI는 아래 수학식 26과 같이 재정의될 수 있다.Also, PMI The MUI for
상기 정의된 피드백을 이용하여 다음과 같이 랭크 1/랭크 2 MU-MIMO를 유연하게 지원할 수 있다. 편의상, 모든 단말이 랭크 2를 가지고 랭크 2의 CSI 피드백을 한다고 가정한다. 먼저, 랭크 2를 가지는 두 단말의 페어링으로 인한 단말 k의 레이어 1에 대한 MU-CQI는 아래 수학식 27과 같다.Using the above-defined feedback, it is possible to flexibly support
여기서, 는 단말 k와 페어링된 다른 단말이 선택한 랭크 2 PMI를 나타낸다. 또한, 단말이 랭크 2로 피드백한 경우에도 시스템의 스케줄링 관점에서 일부 단말들에게 랭크 1로 전송하는 것이 시스템 전송 효율 측면에서 좋을 수 있다. 이 경우, 상기 피드백에 의해 정확한 MU-CQI를 통해 안정적인 링크 적응이 가능하다. 일례로, 각 의 PMI가 선택된 세 단말의 페어링으로 인한 단말 k의 MU-CQI는 아래 수학식 8과 같다.here, Denotes a
한편, 상기 MU-CQI는 피드백시 gk (2)와 변조시 gk (2)가 다를 수 있으므로 약간의 오차가 있을 수 있다. 하지만, 상기 오류는 과소 평가(underestimate)된 것이므로 시스템 성능에 미치는 영향은 미미할 것이다.On the other hand, the MU-CQI feedback, so that when g k (2) and modulation when g k (2) may be different may be some errors. However, since the error is underestimate, the effect on system performance will be minimal.
상술한 MUI 피드백 방식의 문제점은 서브-밴드 단위로 MUI를 피드백하면 상향링크 자원 부담이 클 수 있다는 것이다. 이러한 피드백 부담을 줄이기 위한 하나의 방법으로, 각 서브-밴드와 레이어별로 MUI를 인에이블(enable)/디스에이블(disable) 시키는 1비트 정보를 추가하는 것이다. 이 추가 정보를 MUI_Enb라 한다. 특정 단말에 대한 특정 레이어의 특정 서브-밴드 MUI 피드백을 디스에이블시키는 조건은 해당 단말에 대한 해당 레이어의 S에 속한 후보 PMI들이 하나라도(혹은 모두) 특정 임계치를 넘어서는 간섭을 나타낼 때이다. 이러한 임계치를 시스템 제어신호(higher-layer signaling)로 조정하거나 단말의 규격에 정의할 수 있다. 일례로, 집합 S를 직교하는 PMI들로 정의하면, 아래 표 1과 같이 직교하는 페어링 후보 PMI는 두 개로 한정될 수 있다. 표 1은 랭크 2의 PMI에 대해 직교하는 MU-PMI를 나타낸다.A problem with the above-described MUI feedback scheme is that if the MUI is fed back in units of sub-bands, the uplink resource burden may be large. One way to reduce the feedback burden is to add 1-bit information that enables/disables MUI for each sub-band and layer. This additional information is called MUI_Enb. The condition for disabling a specific sub-band MUI feedback of a specific layer for a specific terminal is when any (or all) candidate PMIs belonging to S of a corresponding layer for the corresponding terminal indicate interference exceeding a specific threshold. These thresholds can be adjusted with a system control signal (higher-layer signaling) or can be defined in the standard of the terminal. As an example, when the set S is defined as orthogonal PMIs, as shown in Table 1 below, the pairing candidate PMIs that are orthogonal may be limited to two. Table 1 shows the MU-PMI orthogonal to the PMI of
여기서 직교하는 후보 PMI는 위상만 천이되고 동등한 PMI들을 포함한다. 일례로, w11 (2) = -w9 (1) 이므로 두 PMI는 동등하고, 또한 w9 (1) = w9이다. 스케줄러는 이러한 모든 동등한 PMI를 고려하여 최적의 단말 및 PMI 조합을 찾아야 한다. 상기 MUI_Enb을 서브-밴드와 (레이어 대신) MU-PMI 별로 달리 설정할 수 있다.Here, candidate PMIs that are orthogonal are phase shifted and include equivalent PMIs. For example, since w 11 (2) = -w 9 (1) , the two PMIs are equal, and w 9 (1) = w 9 . The scheduler should consider all of these equivalent PMIs to find an optimal combination of terminal and PMI. The MUI_Enb may be set differently for each sub-band and for each MU-PMI (instead of a layer).
이러한 MUI_Enb로 인한 또 다른 효과는 MUI를 2비트로 양자화하는 경우, MUI_Enb가 MUI의 범위를 벗어났는지 여부를 나타내므로 실제 3단계에서 4단계로 보다 정확한 양자화를 수행할 수 있다. 혹은, 1비트로 양자화하는 경우 실제적인 2단계 양자화를 수행하기 때문에 1비트 양자화도 큰 성능저하 없이 사용할 수 있다. 한편, MUI_Enb이 디스에이블 되면 단말의 서브-밴드 CQI는 상술한 SL-CQI 대신 종래 랭크 2에 대한 SU-CQI가 피드백되어야 한다.Another effect of this MUI_Enb is that when MUI is quantized into 2 bits, it indicates whether MUI_Enb is out of the range of MUI, and thus more accurate quantization can be performed from 3 to 4 steps. Alternatively, in the case of quantization with 1 bit, since two-step quantization is actually performed, 1-bit quantization can also be used without significant performance degradation. Meanwhile, when MUI_Enb is disabled, the SU-CQI for
또 다른 피드백 부담 절감 방안은 지연된 MUI 피드백 방식으로 다음과 같다. 먼저 기지국은 종래의 SU-CSI(특히, PMI)를 각 단말로부터 수신하여 어느 간섭 PMI가 실제로 페어링될 수 있는 단말에 의해 사용될 수 있는지를 판단할 수 있다. 혹은, 기지국은 일부 간섭 PMI를 선택하여 단말에 피드백할 것을 지시할 수도 있다. 따라서, 기지국은 하향링크 제어정보를 통해 각 단말에 간섭 PMI 중에서 어느 간섭 PMI에 대한 피드백을 수행할지를 알려줄 수 있다. 이를 통해, 각 단말은 실제 다른 단말이 사용할 수 있는 간섭 PMI에 대한 MUI만을 피드백하여 상향링크 자원을 절감할 수 있다. 이러한 기법은 CSI-RS 기반의 MU-CQI에서도 동일하게 적용될 수 있다.Another way to reduce the burden of feedback is the delayed MUI feedback method as follows. First, the base station may receive a conventional SU-CSI (especially, PMI) from each terminal to determine which interfering PMI can actually be used by the terminal to which it can be paired. Alternatively, the base station may instruct to select some interfering PMI and feed back to the terminal. Accordingly, the base station can inform each terminal through the downlink control information about which of the interfering PMIs to perform feedback on. Through this, each terminal can reduce uplink resources by feeding back only the MUI for an interfering PMI that can be actually used by other terminals. This technique can be applied equally to the CSI-RS-based MU-CQI.
한편, 본 발명에서 제안한 MUI 피드백 방식은 MU-CQI를 대체하는 방안으로 CSI-RS 기반 및 CSI-IM 기반 MU-CQI 방식에 모두 적용될 수 있다.
Meanwhile, the MUI feedback scheme proposed in the present invention can be applied to both CSI-RS-based and CSI-IM-based MU-CQI schemes as a scheme to replace MU-CQI.
1) 2D 어레이의 1) 2D array PMIPMI
Rel. 11에서 주파수측 입도(granularity)와 피드백 오버헤드(overhead)를 조절하기 위해 와이드-밴드/서브-밴드 PMI로 달리 전송하는 복수 개의 피드백 모드(mode)가 존재한다. 이와 같은 개념을 2차원 안테나 어레이로 확장하여 PMI 피드백 모드를 수평축 와이드-어레이/서브-어레이 PMI, 수직축 와이드-어레이/서브-어레이 PMI로 구분하는 것이 필요하다. 여기서, 서브-어레이 PMI는 서브-어레이 별로 최적의 PMI를 의미하고, 와이드-어레이 PMI는 모든 서브-어레이의 CQI 합을 최대로 하는 PMI를 의미한다.
Rel. In 11, in order to adjust frequency-side granularity and feedback overhead, there are a plurality of feedback modes differently transmitted to the wide-band/sub-band PMI. It is necessary to extend this concept to a 2D antenna array and divide the PMI feedback mode into horizontal axis wide-array/sub-array PMI and vertical axis wide-array/sub-array PMI. Here, the sub-array PMI means an optimal PMI for each sub-array, and the wide-array PMI means a PMI that maximizes the sum of CQIs of all sub-arrays.
3D 3D 빔포밍Beam forming
긴 주기 CSI-RS 구조: 기지국이 2차원 안테나 어레이로 인해 수평축/수직축으로 각각 복수 개의 어레이를 가지는 경우에도, 단말의 통계적 채널 특성인 고유벡터 행렬은 수평축으로 하나, 수직축으로 하나가 존재한다고 볼 수 있다. 따라서, 긴 주기의 CSI-RS는 모든 2차원 안테나 요소마다 존재할 필요 없고, 수평축으로 하나의 행과 수직축으로 하나의 열이 사용되어 전송되면 될 것이다.Long-period CSI-RS structure: Even when the base station has a plurality of arrays on the horizontal axis/vertical axis due to the 2D antenna array, it can be considered that the eigenvector matrix, which is the statistical channel characteristic of the terminal, exists one on the horizontal axis and one on the vertical axis. have. Therefore, the long-period CSI-RS does not need to exist for every 2D antenna element, and only one row for the horizontal axis and one column for the vertical axis are used for transmission.
짧은 주기 CSI-RS 구조: 단말의 고유벡터 행렬은 상술한 구조를 가지나, 짧은 주기의 페이딩(fading) 채널에서 수평축/수직축으로 각각 복수 개의 어레이는 서로 다를 수 있다. 따라서, 짧은 주기의 CSI-RS는 모든 2차원 안테나 요소마다 전송될 필요가 있다.Short-period CSI-RS structure: The eigenvector matrix of the terminal has the above-described structure, but a plurality of arrays may be different from each other in a horizontal axis/vertical axis in a short periodic fading channel. Therefore, the short-period CSI-RS needs to be transmitted for every 2D antenna element.
긴 주기 PMI 피드백: 긴 주기 PMI는 긴 주기 CSI-RS에 맞춰 수평축으로 하나의 긴 주기 PMI(수평축 클래스 및 그룹 ID), 수직축으로 하나의 긴 주기 PMI(수직축 클래스 및 그룹 ID)로 구성될 수 있다.Long cycle PMI feedback: Long cycle PMI can be composed of one long cycle PMI (horizontal axis class and group ID) on the horizontal axis and one long cycle PMI (vertical axis class and group ID) on the vertical axis according to the long cycle CSI-RS. .
짧은 주기 PMI 피드백: 짧은 주기 PMI는 모든 2차원 안테나 요소마다 다를 수 있으므로, 수평축으로 복수 개의 짧은 주기 PMI와 수직축으로 복수 개의 짧은 주기 PMI가 피드백될 수 있다. 또한, 수평축 짧은 주기 PMI와 수직축 짧은 주기 PMI의 피드백 주기는 다를 수 있다.
Short period PMI feedback: Since the short period PMI may be different for all 2D antenna elements, a plurality of short period PMIs may be fed back along the horizontal axis and a plurality of short period PMIs may be fed back along the vertical axis. In addition, the feedback period of the horizontal axis short period PMI and the vertical axis short period PMI may be different.
다음으로, 아래와 같은 시스템 환경에 적용되는 본 발명에 따른 일 실시예에 대해 설명한다.Next, an embodiment according to the present invention applied to the following system environment will be described.
시스템 환경System environment
1) 안테나 구성(1) Antenna configuration ( configurationconfiguration ))
대규모 안테나 MIMO를 구현하기 위해 본 발명에서 고려하는 기지국의 안테나 수는 32개의 동일-편파(co-polarization) ULA이고, 안테나 간격은 1/2 λ이다. 안테나 형상은 2차원 어레이의 경우, 8(H)×4(V)를 가정한다. 여기서, H는 2차원에서 수평축을 의미하고, V는 수직축을 의미한다. 또한, 단말의 안테나 수는 2개로 제한된다.In order to implement large-scale antenna MIMO, the number of antennas of the base station considered in the present invention is 32 co-polarization ULA, and the antenna spacing is 1/2 λ. The antenna shape is assumed to be 8(H)×4(V) in case of a two-dimensional array. Here, H means the horizontal axis in 2D and V means the vertical axis. In addition, the number of antennas of the terminal is limited to two.
2) 2) JSDMJSDM 설계 변수들 Design variables
JSDM 설계 변수들은 다음과 같이 정의될 수 있다.JSDM design variables can be defined as follows.
- TH, TV: 수평축/수직축 클래스 수-T H , T V : Number of horizontal/vertical axis classes
- GH, GV: 수평축/수직축 그룹 수-G H , G V : Number of horizontal/vertical axis groups
- bH, bV: 수평축/수직축 그룹당 빔 수-b H , b V : Number of beams per horizontal/vertical axis group
클래스는 동일 PRB(physical resource block)로 스케줄링 될 수 있는 단말의 조합을 나타낸다. 즉, 다른 클래스는 서로 다른 자원을 사용한다. 본 발명에서 사용되는 JSDM 변수는 2차원 어레이의 경우 다음과 같이 정의될 수 있다.The class represents a combination of terminals that can be scheduled with the same physical resource block (PRB). That is, different classes use different resources. JSDM variables used in the present invention may be defined as follows in the case of a two-dimensional array.
- TH = 2, TV = 2-T H = 2, T V = 2
- GH = 4, GV = 2-G H = 4, G V = 2
- bH = 2, bV = 1-b H = 2, b V = 1
1차원 어레이의 경우는 다음과 같이 정의될 수 있다.In the case of a one-dimensional array, it can be defined as follows.
- TH = 4-T H = 4
- GH = 4-G H = 4
- bH = 4-b H = 4
3) 표기법(3) Notation ( notationsnotations ))
- tH = 0, 1, …, TH-1; tV = 0, 1, …, TV-1: 수평축/수직축 클래스 인덱스-t H = 0, 1,… , T H -1; t V = 0, 1,… , T V -1: horizontal/vertical axis class index
- gH = 0, 1, …, GH-1; gV = 0, 1, …, GV-1: 수평축/수직축 그룹 인덱스-g H = 0, 1,… , G H -1; g V = 0, 1,… , G V -1: horizontal/vertical group index
- k = 0, 1, …, bH-1: 수평축 빔 인덱스-k = 0, 1,… , b H -1: horizontal beam index
- gk: 수평축 그룹 g 내의 빔 k
-g k : beam k in horizontal axis group g
참조 신호(Reference signal ( referencereference signalsignal , , RSRS ))
본 발명에 따른 RS는 상술한 시스템 환경에 따라 32개의 송신 안테나를 수용하고 RS 오버헤드를 종래 수준으로 유지해야 한다. 또한, 기지국은 동일 자원으로 스케줄링하는 레이어의 수를 최대 16개로 제한하고 단말 당 최대 2개의 레이어를 지원할 수 있다. CSI-RS의 RE(resource element) 수를 8개로 설정하고 DM-RS 포트의 수를 최대 4개로 설정하는 RS 설계방식에 대해 아래에서 설명한다.
The RS according to the present invention must accommodate 32 transmit antennas and maintain the RS overhead at a conventional level according to the above-described system environment. In addition, the base station may limit the number of layers scheduling with the same resource to a maximum of 16 and support a maximum of 2 layers per terminal. The RS design method in which the number of RE (resource elements) of CSI-RS is set to 8 and the number of DM-RS ports is set to 4 is described below.
1) One) CSICSI 그룹-특정 참조 신호( Group-specific reference signal ( CSICSI -- GRSGRS ))
도 2는 8 안테나 포트의 CSI-RS 패턴(pattern)을 도시한 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a CSI-RS pattern of 8 antenna ports.
도 2를 참조하면, Rel. 11의 CSI-RS는 하나의 PRB에 5개의 8-Tx CSI-RS 안테나 포트가 수용되도록 설계될 수 있다. 한편, 32개 안테나 포트의 CSI-RS를 하나의 PRB에 수용하는 경우 전력 부스팅(power boosting)과 인접 셀간의 CSI-RS 간섭 증가 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 종래 CSI-RS를 제안된 CSI-GRS로 대체할 수 있다.2, Rel. The CSI-RS of 11 may be designed to accommodate five 8-Tx CSI-RS antenna ports in one PRB. Meanwhile, when CSI-RSs of 32 antenna ports are accommodated in one PRB, problems such as power boosting and increased CSI-RS interference between adjacent cells may occur. Therefore, in the present invention, it is possible to replace the conventional CSI-RS with the proposed CSI-GRS.
CSI-GRS에서 그룹 간에 서로 직교하는 복수 개의 빔 벡터들로 빔포밍된 RS들은 동일한 하나의 RE를 공유하여 전송될 수 있다. 상술한 JSDM 설계 변수에 따르면 수평/수직 그룹의 총 수는 8이므로, 8개의 직교 빔포밍된 RS가 하나의 RE를 점유할 수 있다. 따라서, 8개의 안테나 포트 패턴은 종래의 도 2와 동일하게 유지될 수 있다.In CSI-GRS, RSs beamformed with a plurality of beam vectors orthogonal to each other between groups may be transmitted by sharing the same one RE. According to the aforementioned JSDM design variable, the total number of horizontal/vertical groups is 8, so that 8 orthogonal beamformed RSs can occupy one RE. Therefore, the eight antenna port patterns can be maintained the same as in the conventional FIG. 2.
인접 셀간의 CSI-GRS가 빔의 방향성으로 인해 발생할 수 있는 최악의 간섭을 서로 미치지 않도록, 인접 셀간의 안테나 포트 및 그룹 ID 조정(아래 '포트 및 그룹 매핑'절 참조)을 통해 인접 셀간의 CSI-GRS 빔이 서로 어긋나도록 협력 빔포밍이 수행될 수 있다.In order that CSI-GRS between adjacent cells does not cause the worst interference that may occur due to the direction of the beam, antenna port and group ID adjustment between adjacent cells (refer to the'Port and Group Mapping' section below) is applied to CSI- Cooperative beamforming may be performed so that the GRS beams deviate from each other.
한편, CSI-GRS는 다중 직교 프리코딩된(multiple orthogonal precoded) CSI-RS의 구분이 어려울 수 있으므로 많은 자원을 사용하여 다중 직교 프리코딩된 CSI-RS의 구분이 쉽게 설정될 수 있다. 이때, 인접 셀과 동일한 RE 자원을 사용하여 CSI-GRS를 전송할 수도 있으며, 이로 인한 인접 셀간 CSI-GRS 간섭을 완화하기 위해 셀간 협력을 통해 인접 셀간의 CSI-GRS 빔이 서로 어긋나도록 협력 빔포밍을 해야 할 것이다.
Meanwhile, in the CSI-GRS, since it may be difficult to distinguish multiple orthogonal precoded CSI-RSs, classification of multiple orthogonal precoded CSI-RSs can be easily configured using a large number of resources. At this time, the CSI-GRS may be transmitted using the same RE resource as the adjacent cell, and cooperative beamforming is performed so that the CSI-GRS beams between adjacent cells deviate from each other through inter-cell cooperation in order to mitigate CSI-GRS interference between adjacent cells. Will have to do.
포트 및 그룹 Ports and groups IDID 매핑Mapping
안테나 포트 p는 아래 수학식 29와 같이 수평/수직축 클래스 인덱스와 빔 인덱스로 매핑될 수 있다.The antenna port p may be mapped to the horizontal/vertical axis class index and the beam index as shown in Equation 29 below.
한편, 그룹 ID는 의 값을 가지고, 아래 표 2와 같이 수평/수직축 그룹 인덱스로 매핑될 수 있다.Meanwhile, the group ID is With the value of, it can be mapped to the horizontal/vertical group index as shown in Table 2 below.
시퀀스sequence (( sequencesequence ) 생성) produce
CSI-GRS의 의사-랜덤(pseudo-random) 시퀀스는 다음과 같이 재정의될 수 있다. 즉, 참조 신호 시퀀스 는 아래 수학식 30과 같다.The pseudo-random sequence of CSI-GRS may be redefined as follows. I.e. the reference signal sequence Is as in
여기서, ns 는 무선 프레임(radio frame) 내에 슬롯 번호이고, l은 슬롯 내의 OFDM 심볼 번호이다. 의사-랜덤 시퀀스 생성기는 각각의 OFDM 심볼의 시작에서 아래 수학식 31로 초기화될 수 있다.Here, n s is a slot number in a radio frame, and l is an OFDM symbol number in the slot. The pseudo-random sequence generator may be initialized with Equation 31 below at the start of each OFDM symbol.
여기서, NCP는 아래 수학식 32와 같이 정의될 수 있다.Here, N CP may be defined as in Equation 32 below.
2) 2) DMDM -- RSRS
본 발명에 따른 DM-RS는 하나의 DM-RS 포트에 4개의 다른 SCID를 통해 최대 4개의 레이어를 수용하도록 하고, 최대 4개의 DM-RS 포트를 두어 총 16개의 레이어를 전송할 수 있도록 한다. 4개의 직교하는 DM-RS 패턴은 랭크 4의 DM-RS 패턴과 OCC(orthogonal cover code)를 따른다. 이때, 동일한 포트로 스케줄링되는 레이어는 상술한 바와 같이 단말 피드백 정보를 기반으로 결정될 수 있다.
The DM-RS according to the present invention allows one DM-RS port to accommodate a maximum of 4 layers through 4 different SCIDs, and a maximum of 4 DM-RS ports to transmit a total of 16 layers. Four orthogonal DM-RS patterns follow the
시퀀스sequence 생성 produce
DM-RS의 의사-랜덤 시퀀스는 다음과 같이 정의될 수 있다. 즉, 어떤 안테나 포트 를 위해, 참조 신호 시퀀스 r(m)은 아래 수학식 33에 의해 정의될 수 있다.The pseudo-random sequence of the DM-RS may be defined as follows. Ie what antenna port For, the reference signal sequence r(m) may be defined by Equation 33 below.
의사-랜덤 시퀀스 생성기는 각 서브프레임의 시작에서 아래 수학식 34로 초기화될 수 있다.The pseudo-random sequence generator may be initialized with Equation 34 below at the beginning of each subframe.
양은 의해 주어질 수 있다. German silver Can be given by
DCI 포맷 2C-1의 경우, nSCID는 아래의 표 3에 의해 주어질 수 있다.
In the case of DCI format 2C-1, n SCID may be given by Table 3 below.
공간 다중화를 위한 For spatial multiplexing 프리코딩Precoding
공간 다중화를 위한 프리코딩 행렬 코드북은 8-DFT 기반의 수평축(H) 코드북과 4-DFT 기반의 수직축(V) 코드북으로 구성될 수 있으며, 수평축 코드북은 8 Tx 더블 코드북 구조를 따른다.The precoding matrix codebook for spatial multiplexing may consist of an 8-DFT-based horizontal axis (H) codebook and a 4-DFT-based vertical axis (V) codebook, and the horizontal axis codebook follows an 8 Tx double codebook structure.
1) One)
랭크
랭크 1의 수평축 코드북은 아래 수학식 35와 같이 정의될 수 있다.The horizontal axis codebook of
여기서, t = 0, 1, …, TH-1, g = 0, 1, …, GH-1, k = 0, 1, …, bH-1이다.Where t = 0, 1,… , T H -1, g = 0, 1,… , G H -1, k = 0, 1,… , b H -1.
DFT 빔 벡터 vH ,m은 아래 수학식 36과 같이 정의될 수 있다.The DFT beam vector v H ,m may be defined as in Equation 36 below.
여기서, m = 0, 1, …, 15이다.Where m = 0, 1,… , 15.
랭크 1의 수직축 코드북은 아래 수학식 37과 같이 정의될 수 있다.The vertical axis codebook of
여기서, t = 0, 1, …, TV-1, g = 0, 1, …, GV-1이다.Where t = 0, 1,… , T V -1, g = 0, 1,… , G V -1.
DFT 빔 벡터 vV ,m은 아래 수학식 38과 같이 정의될 수 있다.The DFT beam vector v V ,m may be defined as in Equation 38 below.
여기서, m = 0, 1, …, 3이다.Where m = 0, 1,… , Is 3.
2) 2)
랭크
상술한 CQI 피드백 방식에 의해 랭크 2 (단말 당 2개의 레이어) 전송을 위한 코드북은 랭크 1 코드북을 재사용하므로 별도의 랭크 2 코드북을 정의하지 않는다.
The codebook for transmitting rank 2 (two layers per terminal) according to the above-described CQI feedback scheme reuses the
다운링크Downlink 제어 정보( Control information ( downlinkdownlink controlcontrol informationinformation , , DCIDCI ))
최대 16개의 레이어를 지원하기 위해 종래의 방식으로는 사실상 16개의 DM-RS 포트가 필요하다. 본 발명에 제안하는 DM-RS를 실현하기 위해 상술한 MUI를 통해 기지국은 어느 단말 혹은 레이어 간에 간섭이 매우 적은지를 알 수 있다. 따라서, 기지국은 추가적인 제어신호 없이 하나 이상의 단말 혹은 레이어에 동일한 포트와 다른 SCID를 할당하여도 DM-RS의 복조가 가능하므로 DM-RS 자원 부담을 완화할 수 있다.In order to support up to 16 layers, 16 DM-RS ports are actually required in the conventional method. In order to realize the DM-RS proposed in the present invention, the base station can know which terminal or layer interference is very small through the above-described MUI. Accordingly, the base station can demodulate the DM-RS even if the same port and different SCIDs are allocated to one or more terminals or layers without an additional control signal, thereby reducing the DM-RS resource burden.
1) One) DCIDCI 포맷 2C-1 Format 2C-1
최대 16개 레이어에 대한 MU-MIMO를 지원하는 DCI 포맷 2C-1과 종래 DCI 포맷 2C의 차이는 아래 표 3과 같다. 안테나 포트, nSCID, 레이어 수는 4비트로 표현될 수 있다. 표 3은 안테나 포트와 SCID를 나타낸다.Table 3 shows the difference between DCI format 2C-1 supporting MU-MIMO for up to 16 layers and conventional DCI format 2C. The antenna port, n SCID , and the number of layers may be represented by 4 bits. Table 3 shows the antenna ports and SCID.
2) 2) PMIPMI 정의 Justice
PMI는 에 해당하고 두 개의 PMI 인덱스로 표현될 수 있다. 첫 번째 PMI 인덱스 i1는 와 같다. 두 번째 PMI 인덱스 i2는 와 같다. 랭크 2인 경우, 두 번째 PMI i2는 피드백되지 않는다.PMI It corresponds to and can be represented by two PMI indexes. The first PMI index i 1 is Same as The second PMI index i 2 is Same as In case of
3) 3) MUIMUI 정의 Justice
MUI는 단말이 선택한 PMI에 대응하는 동일-스케줄링된(co-scheduled) PMI(Co-PMI)로 인한 간섭 레벨을 네트워크에 보고하는 정보이다. Co-PMI의 대상은 PMI 클래스 (tH,tV)에 속한 모든 프리코딩 행렬이다.The MUI is information reporting an interference level due to a co-scheduled PMI (Co-PMI) corresponding to the PMI selected by the terminal to the network. The targets of Co-PMI are all precoding matrices belonging to the PMI class (t H ,t V ).
아래 표 4는 단말이 선택한 PMI (tH,tV,gH,gV,k)에 대한 Co-PMI 집합을 나타낸다. Co-PMI에 대해 수평/수직 그룹 인덱스는 PMI의 (tH,tV)와 동일한 값을 가지므로 생략될 수 있고, PMI의 수평/수직 그룹 (gH,gV)을 제외한 모든 그룹에 해당하는 Co-PMI 인덱스 1~7은 해당 그룹에 속한 두 개의 빔을 모두 포함하므로 인덱스 k가 생략될 수 있다.Table 4 below shows the Co-PMI set for the PMI (t H ,t V ,g H ,g V ,k) selected by the UE. For Co-PMI, the horizontal/vertical group index has the same value as (t H ,t V ) of PMI, so it can be omitted, and corresponds to all groups except for the horizontal/vertical group (g H ,g V ) of PMI. Since the
여기서, 이고, 이다. GH는 모든 수평 그룹의 집합에서 gH를 제외한 부분 집합으로 아래 수학식 39와 같이 정의될 수 있다.here, ego, to be. G H is a subset of all horizontal groups excluding g H and may be defined as in Equation 39 below.
MUI 계산을 위해 아래 표 5와 같은 가상의 확장 CQI가 정의될 수 있다. 이러한 CQI 값은 실제 전송에 사용되는 것이 아니다.For MUI calculation, a virtual extended CQI as shown in Table 5 below may be defined. These CQI values are not actually used for transmission.
MUI는 CQI 오프셋과 아래 표 6에 의해 다음과 같이 설정될 수 있다.The MUI may be set as follows according to the CQI offset and Table 6 below.
- Co-PMI 집합에 속한 각각의 PMI(s)에 대해 CQI 값을 계산하고, 이를 가상(virtual) CQI라 정의한다. 여기서, Co-PMI 인덱스 1~7은 해당 그룹에 속한 두 개의 빔(혹은 PMI)을 모두 포함하므로, 두 개의 빔으로 인한 두 개의 간섭 레벨은 평균치로 계산되어 하나의 가상 CQI를 형성한다.-A CQI value is calculated for each PMI(s) belonging to the Co-PMI set, and this is defined as a virtual CQI. Here, since the
- CQI 오프셋은 PMI에 따른 CQI와 Co-PMI에 따른 가상 CQI의 차이를 나타낸다.-The CQI offset represents the difference between the CQI according to the PMI and the virtual CQI according to the Co-PMI.
CQI 오프셋 = CQI - 가상 CQICQI offset = CQI-virtual CQI
- CQI 오프셋은 아래 표 6과 같이 MUI 인덱스로 매핑될 수 있다.-The CQI offset may be mapped to the MUI index as shown in Table 6 below.
- 단말은 상기 Co-PMI 집합에 해당하는 8개의 MUI를 계산할 수 있다.-The terminal can calculate 8 MUIs corresponding to the Co-PMI set.
4) 4) MUMU -- CQICQI 추정 방식 Estimation method
본 발명에서 제안하는 유연한 MU-CSI 피드백 방식은 단말이 직접 MU-CQI를 계산하여 피드백하지 않고 기지국이 다양한 단말의 조합으로 MU-CQI를 추정할 수 있도록 간섭신호의 세기를 피드백하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 각 단말은 CQI(즉, SU-CQI), 단말 간의 간섭신호 세기, 다른 그룹 간의 간섭신호 세기를 피드백할 수 있다. 여기서, 간섭신호의 세기를 MUI라 정의한다. 본 발명에서는 단말 안테나의 수를 2로 가정한다.
The flexible MU-CSI feedback scheme proposed in the present invention is characterized in that the UE feeds back the strength of the interference signal so that the base station can estimate the MU-CQI with a combination of various UEs without directly calculating and feeding back the MU-CQI. . Accordingly, each terminal can feed back CQI (ie, SU-CQI), an interference signal strength between terminals, and an interference signal strength between different groups. Here, the strength of the interference signal is defined as MUI. In the present invention, it is assumed that the number of terminal antennas is 2.
랭크
단말 k의 전송 랭크 1의 CQI는 아래 수학식 40의 SINR 에 의해 결정될 수 있다.The CQI of
여기서, 는 2×4 채널 행렬이고, 는 수신 빔포밍 벡터이고, 는 배경잡음과 다른 셀로 인한 간섭신호의 세기이다. 한편, 단말이 선택한 PMI 와 표 4의 MU-MIMO로 페어링될 수 있는 Co-PMI 집합을 S라고 하면, S에 속한 PMI 로 인한 간섭신호의 세기는 표 5를 이용하여 아래 수학식 41과 같은 가상 CQI로 표현될 수 있다.here, Is a 2x4 channel matrix, Is the received beamforming vector, Is the strength of the interference signal due to background noise and other cells. Meanwhile, the PMI selected by the terminal If the set of Co-PMIs that can be paired with MU-MIMO in Table 4 is S, PMI belonging to S The intensity of the interference signal caused by may be expressed as a virtual CQI as shown in Equation 41 below using Table 5.
MUI는 피드백 비트 수를 줄이기 위해 아래 수학식 42와 같이 CQI와의 오프셋으로 표현될 수 있고, 표 6을 통해 MUI 인덱스로 매핑될 수 있다.In order to reduce the number of feedback bits, the MUI may be expressed as an offset from the CQI as shown in Equation 42 below, and may be mapped to the MUI index through Table 6.
표 6에 정의된 MUI 인덱스는 아래 표 7과 같이 선택된 PMI로 인한 CQI의 유효 SNR 대비 전력 오프셋 수치로 해석될 수 있다.The MUI index defined in Table 6 can be interpreted as a power offset value compared to the effective SNR of the CQI due to the selected PMI as shown in Table 7 below.
본 발명에서 제안하는 새로운 PUSCH 피드백 모드는 상기 CQI와 복수 개의 MUI를 피드백하는 것이다. 이러한 피드백을 통해 기지국은 MU-CQI를 추정할 수 있다. 일례로, 두 단말에 동일한 송신 전력을 할당하는 경우, Co-PMI 로 인한 MU-CQI는 아래 수학식 43을 통해 계산될 수 있다.A new PUSCH feedback mode proposed in the present invention is to feed back the CQI and a plurality of MUIs. The base station can estimate the MU-CQI through this feedback. For example, when allocating the same transmission power to two terminals, Co-PMI The MU-CQI caused by may be calculated through Equation 43 below.
세 개의 단말을 페어링하는 경우, Co-PMI 로 인한 MU-CQI는 아래 수학식 44와 같다.When pairing three terminals, Co-PMI The MU-CQI caused by is shown in Equation 44 below.
16개까지의 단말을 페어링하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.The same can be applied to the case of pairing up to 16 terminals.
네트워크는 CQI와 MUI 피드백을 통해 아래 수학식 45와 같이 각각의 SINR을 추정할 수 있고, 이를 MU-CQI로 매핑하여 정밀한 MU-MIMO 링크 적응과 MU-MIMO 스케줄링을 수행할 수 있다.The network can estimate each SINR as shown in
랭크
한편, 랭크 2를 포함한 MU-MIMO 동작을 위한 MU-CQI 추정은 다음과 같은 방식을 따른다. 상술한 PMI 정의(즉, 공간 다중화를 위한 프리코딩에서 랭크 2 전송을 위한 코드북)에 의해 랭크 2 전송을 위한 PMI 는 제1 PMI에 속한 두 개의 제2 PMI에 해당하는 프리코딩 벡터들로 구성될 수 있다. 두 개의 프리코딩 벡터로 인한 레이어 간의 간섭을 고려하여 PMI 를 갖는 1번 레이어(혹은 코드워드)에 대한 종래 CQI는 아래 수학식 46과 같이 정의될 수 있다.Meanwhile, MU-CQI estimation for MU-MIMO
여기서, 은 1번 레이어에 대한 수신 빔포밍 필터 계수이다. 본 발명은 상기 CQI와 다르게 랭크 2의 경우 2번 레이어의 PMI 로 인한 간섭을 배제한 SINR을 아래 수학식 47과 같이 SL-CQI로 매핑하여 네트워크에 보고할 수 있다.here, Is a reception beamforming filter coefficient for
상기 SL-CQI와 로 인한 MUI를 통해 네트워크는 아래 수학식 48과 같이 랭크 2 를 갖는 두 단말을 MU 페어링하는 경우 단말 k의 1번 레이어에 대한 MU-CQI를 추정할 수 있다.And the SL-CQI Through the MUI caused by, the network is ranked 2 as shown in Equation 48 below. In case of MU pairing two UEs having a, MU-CQI for
여기서, 다른 그룹에 속한 단말이 가지는 Co-PMI 에 대한 MUI는 상술한 으로 인한 그룹 간 간섭의 평균치이므로 아래 수학식 49와 같은 관계가 정의될 수 있다.Here, the Co-PMI of a terminal belonging to another group For the MUI described above Since it is an average value of interference between groups due to, the relationship as in Equation 49 below may be defined.
다른 그룹으로 인한 간섭의 MUI를 평균치로 표현하는 이유는 해당 간섭 그룹의 Co-PMI 의 는 서로 유사한 방향성을 가지므로 유사한 간섭 레벨을 보이기 때문이다.The reason for expressing the MUI of interference from other groups as an average value is the Co-PMI of the interference group. of This is because they have similar directions and thus show similar interference levels.
상술한 바와 같이, CQI(즉, SL-CQI)와 MUI를 통해 네트워크는 16 레이어까지 랭크 1, 2가 혼재하는 매우 다양한 조합의 MU-CQI를 추정할 수 있다.As described above, through CQI (ie, SL-CQI) and MUI, the network can estimate MU-CQI of very various combinations in which ranks 1 and 2 are mixed up to 16 layers.
한편, 교차-편파(cross-polarization) (X-pol) 안테나 어레이에 대한 MU-MIMO 동작은 코드북의 동일-파싱(co-phasing) 요소에 의해 좀 더 복잡한 형태를 보이지만, 상술한 교차-편파의 동작원리를 X-pol로 확장하여 적용할 수 있다. 일례로, QPSK의 동일-파싱 요소를 4개의 클래스로 분류하면 각 클래스 내의 프리코딩 행렬의 직교성을 보장할 수 있다.On the other hand, the MU-MIMO operation for the cross-polarization (X-pol) antenna array shows a more complex form due to the co-phasing element of the codebook, but the above-described cross-polarization The principle of operation can be extended to X-pol and applied. For example, if the same-parsing element of QPSK is classified into four classes, orthogonality of a precoding matrix within each class can be guaranteed.
5) 피드백 5) Feedback 모드mode
본 발명에서는 MU-MIMO 방식에 적합하도록 코드북과 CSI 피드백이 설계되었다. 한편, 셀 내 단말의 수가 매우 적은 경우에는 SU-MIMO가 주파수 효율 측면에서 보다 유리할 수 있다. 따라서, SU-MIMO에 적합하도록 입도가 보다 높은 코드북을 정의하고 새로운 피드백 모드를 설정할 수 있다. 기지국은 단말이 SU-MIMO 혹은 MU-MIMO로 피드백을 하도록 상위 레이어 시그널링(higher-layer signaling)으로 피드백 모드를 변경할 수 있다. 이때, MU-MIMO를 위한 코드북이 SU-MIMO 코드북의 부분집합이 되도록 하면, 상기 MU-MIMO 피드백은 SU-MIMO 코드북의 서브-샘플링으로 볼 수 있다.
In the present invention, the codebook and CSI feedback are designed to be suitable for the MU-MIMO scheme. On the other hand, when the number of terminals in a cell is very small, SU-MIMO may be more advantageous in terms of frequency efficiency. Therefore, it is possible to define a codebook having a higher granularity and set a new feedback mode to be suitable for SU-MIMO. The base station may change the feedback mode through higher-layer signaling so that the UE provides feedback through SU-MIMO or MU-MIMO. In this case, if the codebook for MU-MIMO is a subset of the SU-MIMO codebook, the MU-MIMO feedback can be regarded as sub-sampling of the SU-MIMO codebook.
스케줄링Scheduling
종래 MU-MIMO 스케줄링은 무작위(brute-force) 알고리즘 기반으로 셀 당 단말의 수를 10으로 가정하는 경우 네트워크가 감당할 수 있는 계산 복잡도를 나타낸다. 하지만, 매시브(massive) MIMO 시스템의 셀 당 단말의 수는 10보다 큰 수치를 가진다. 일례로, 셀 당 단말의 수를 30으로 가정하고 최대 동시에 전송 가능한 레이어 수를 16으로 가정하는 경우, 의 모든 조합에 대해 합계-PF 메트릭을 계산해야 하므로 계산 복잡도가 매우 증가한다.Conventional MU-MIMO scheduling represents a computational complexity that a network can handle when the number of terminals per cell is assumed to be 10 based on a brute-force algorithm. However, the number of terminals per cell in a massive MIMO system has a value greater than 10. As an example, if the number of terminals per cell is assumed to be 30 and the maximum number of simultaneously transmittable layers is assumed to be 16, The computational complexity is greatly increased because the sum-PF metric must be calculated for all combinations of.
본 발명에서 제안하는 매시브 MIMO 방식을 위한 스케줄링은 두 단계로 이루어진다. 네트워크는 먼저 각 클래스 별로 인트라-클래스 스케줄링을 수행한 후 클래스 간의 인터-클래스 스케줄링을 수행하므로, 스케줄링으로 인한 계산 복잡도를 크게 줄일 수 있다.
Scheduling for the massive MIMO scheme proposed in the present invention consists of two steps. Since the network first performs intra-class scheduling for each class and then inter-class scheduling between classes, computational complexity due to scheduling can be greatly reduced.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 전송 방법을 도시한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 전송 방법 중에서 스케줄링 과정을 도시한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a MIMO transmission method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a scheduling process in a MIMO transmission method according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기지국은 채널 정보를 적어도 하나의 단말로부터 피드백 받거나 상향링크 SRS(sounding reference signal)를 통해 측정할 수 있다(S300). 채널 정보는 송신 상관 행렬(transmit correlation matrix), 송신 상관 행렬의 고유치(eigenvalue), 송신 상관 행렬의 고유벡터(eigenvector), AS, AOD 및 채널 정보를 의미하는 고정형 코드북에서 선택된 적어도 하나의 긴 주기 PMI 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4, the base station may receive feedback from at least one terminal or measure channel information through an uplink sounding reference signal (SRS) (S300). The channel information includes at least one long period PMI selected from a fixed codebook indicating a transmit correlation matrix, an eigenvalue of a transmission correlation matrix, an eigenvector of a transmission correlation matrix, AS, AOD, and channel information. It may include at least one of.
즉, 기지국은 CSI-RS를 설정하여 단말들에 전송하고, 단말들로부터 CSI-RS를 통하여 측정한 결과를 피드백 받는 것을 통해 채널 정보를 획득할 수 있다. 또는, 기지국은 단말이 전송한 상향링크 SRS를 통해 직접 측정하여 채널 정보를 획득할 수 있다.That is, the base station may configure the CSI-RS and transmit it to the UEs, and obtain channel information through feedback of the measurement result from the UEs through the CSI-RS. Alternatively, the base station may obtain channel information by directly measuring through the uplink SRS transmitted by the terminal.
기지국은 채널 정보에 기초하여 적어도 하나의 단말을 적어도 하나의 클래스와 클래스에 종속된 적어도 하나의 그룹으로 분류할 수 있다(S310). 구체적으로, 기지국은 단말의 유효 고유 벡터(유효한 고유치에 해당하는 고유 벡터) 행렬이 유사한 단말을 하나의 그룹으로 분류하여 복수의 그룹을 생성할 수 있다. 또한, 기지국은 고유 벡터들 간의 직교성이 높은 그룹들끼리 묶어 하나의 클래스를 생성할 수 있다. 이와 같이 분류된 각각의 클래스에는 서로 다른 시간 자원 및 주파수 자원이 할당될 수 있고, 하나의 클래스 내의 그룹들에는 동일한 시간 자원 및 주파수 자원이 할당될 수 있다.The base station may classify at least one terminal into at least one class and at least one group dependent on the class based on the channel information (S310). Specifically, the base station may generate a plurality of groups by classifying UEs having a similar effective eigenvector (eigenvector corresponding to a valid eigenvalue) matrix of the UE into one group. In addition, the base station may generate one class by grouping groups having high orthogonality between eigen vectors. Different time resources and frequency resources may be allocated to each class classified as described above, and the same time resources and frequency resources may be allocated to groups within one class.
기지국은 채널 정보를 기반으로 각 그룹에 대한 그룹 빔포밍 행렬을 결정할 수 있다(S320). 기지국은 단말 분류를 통해 선정된 그룹 고유벡터 행렬의 열 벡터 전체집합 혹은 부분집합을 기초로 하여 해당 그룹의 빔포밍 행렬을 생성할 수 있다. 여기서, 기지국은 채널 정보 및 원-링 채널 모델에 기반하여 그룹별 그룹 빔포밍 행렬이 서로 유사 직교하도록 그룹 빔포밍 행렬을 결정할 수 있다.The base station may determine a group beamforming matrix for each group based on the channel information (S320). The base station may generate a beamforming matrix of a corresponding group based on the entire set or subset of column vectors of the group eigenvector matrix selected through terminal classification. Here, the base station may determine a group beamforming matrix such that group beamforming matrices for each group are similar or orthogonal to each other based on the channel information and the one-ring channel model.
기지국은 그룹 빔포밍 행렬에 기초한 그룹 빔포밍 전송을 그룹에 속한 단말들에게 그룹별로 수행할 수 있다(S330). 그리고 기지국은 그룹 빔포밍이 적용된 CSI-RS 신호 또는 그룹 빔포밍이 적용되지 않은 CSI-RS로부터 측정된 SU-CQI 정보 및 간섭신호 정보를 단말들로부터 피드백 받을 수 있다(S340).The base station may perform group beamforming transmission based on the group beamforming matrix to terminals belonging to the group for each group (S330). In addition, the base station may receive feedback from the UEs the SU-CQI information and interference signal information measured from a CSI-RS signal to which group beamforming is applied or a CSI-RS to which group beamforming is not applied (S340).
간섭신호 정보는 그룹에 속한 단말들 간의 간섭신호 세기 및 다른 그룹과의 간섭신호 세기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 간섭신호 정보는 SU-CQI에 대한 오프셋 값으로 표현되거나, MCS 레벨로 정의되는 CQI로 표현되거나, 그룹에 속한 단말에 간섭으로 작용할 PMI에 대한 간섭신호 세기로 표현되거나, SU-CQI에 대한 비율로 표현될 수 있다.The interference signal information may include at least one of an interference signal strength between terminals belonging to a group and an interference signal strength with another group. Here, the interference signal information is expressed as an offset value for SU-CQI, a CQI defined as an MCS level, or as an interference signal strength for a PMI that will act as interference to a terminal belonging to a group, or for SU-CQI. It can be expressed as a ratio.
한편, 단말은 간섭신호 정보를 기지국에 피드백하는 경우 자신에게 간섭으로 작용할 PMI 중에서 자신이 선택한 PMI와의 내적이 미리 설정된 값보다 작은 PMI를 포함한 간섭신호 정보를 피드백할 수 있다. 또한, 단말은 서브 밴드 중에서 간섭신호의 세기가 미리 설정된 값보다 작은 서브 밴드에 대한 간섭신호 정보를 피드백할 수 있다.Meanwhile, when the terminal feeds back the interference signal information to the base station, the terminal may feed back interference signal information including a PMI whose inner product is smaller than a preset value among PMIs that will act as interference to itself. In addition, the terminal may feed back interference signal information for a subband in which the strength of the interference signal is smaller than a preset value among the subbands.
기지국은 SU-CQI 정보 및 간섭신호 정보를 기반으로 단말들을 스케줄링할 수 있다(S350). 먼저, 기지국은 단말의 PMI를 기반으로 non-empty H/V 그룹을 확인할 수 있다. 그 후, 기지국은 각 클래스 (tH,tV)에 대해 인트라-클래스 스케줄링을 수행할 수 있다. 즉, 기지국은 하나의 클래스에 속한 non-empty H/V 그룹의 가능한 모든 조합(즉, non-empty H/V 그룹의 수를 라 하면, 개의 그룹 조합이 생성됨), 각 그룹별로 가능한 모든 단말의 조합, 각 단말별 랭크의 조합을 기반으로 각 단말의 MU-CQI(s)를 계산할 수 있다(S351). The base station may schedule terminals based on the SU-CQI information and the interference signal information (S350). First, the base station can check the non-empty H/V group based on the PMI of the terminal. Thereafter, the base station can perform intra-class scheduling for each class (t H ,t V ). That is, the base station determines all possible combinations of non-empty H/V groups belonging to one class (that is, the number of non-empty H/V groups). If you say, Group combinations are generated), the MU-CQI(s) of each terminal may be calculated based on a combination of all possible terminals for each group, and a rank combination for each terminal (S351).
기지국은 MU-CQI를 기반으로 합계-PF 메트릭을 계산할 수 있고(S352), 각 클래스에서 가장 큰 합계-PF 메트릭을 가지는 다중 사용자 조합(또는, MU 페어)을 해당 클래스의 합계-PF 메트릭으로 선택할 수 있다(S353).The base station can calculate the sum-PF metric based on the MU-CQI (S352), and select a multi-user combination (or MU pair) with the largest sum-PF metric in each class as the sum-PF metric of the class. Can be (S353).
다음으로, 기지국은 인터-클래스 스케줄링을 수행할 수 있다. 즉, 기지국은 모든 클래스 중에서 가장 큰 합계-PF 메트릭을 가지는 클래스를 선택할 수 있다(S354).Next, the base station may perform inter-class scheduling. That is, the base station may select a class having the largest sum-PF metric among all classes (S354).
기지국은 선택된 클래스에서 서로 간의 간섭이 가장 적은 다중 사용자 조합을 결정하고, 결정된 다중 사용자 조합을 스케줄링할 수 있다(S355). 즉, 기지국은 MUI를 통해 레이어 간의 간섭을 확인할 수 있고, MUI가 매우 적은 레이어들에 동일한 DM-RS 포트를 할당할 수 있다. 이때, 이들 간은 SCID로 구분될 수 있다.The base station may determine a multi-user combination having the least interference with each other in the selected class, and schedule the determined multi-user combination (S355). That is, the base station can check inter-layer interference through the MUI, and can allocate the same DM-RS port to layers having very few MUIs. At this time, these livers may be classified by SCID.
한편, 서로 간의 간섭이 매우 적은 레이어(혹은 단말)의 집합 수가 4를 넘는 경우, 기지국은 합계-PF 메트릭이 작은 순서대로 해당 레이어를 드롭(drop)하여 DM-RS 포트를 4개로 유지할 수 있다. 기지국은 최종 결정된 다중 사용자 조합을 스케줄링할 수 있다.On the other hand, when the number of sets of layers (or terminals) with very little interference between each other exceeds 4, the base station may drop the corresponding layers in the order of small sum-PF metric and maintain the number of DM-RS ports as four. The base station can schedule the finally determined multi-user combination.
마지막으로, 기지국은 스케줄링에 기초하여 데이터를 단말들에 전송할 수 있다(S360). 이때, 기지국은 SU-CQI 정보 및 간섭신호 정보에 관련된 랭크와 다른 랭크를 통해 데이터를 단말들에 전송할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 랭크 1을 통해 SU-CQI 정보 및 간섭신호 정보를 피드백 받은 경우에도 이를 기초로 랭크 2를 통해 데이터를 단말에 전송할 수 있다.
Finally, the base station may transmit data to the terminals based on the scheduling (S360). In this case, the base station may transmit data to the terminals through a rank different from the rank related to the SU-CQI information and the interference signal information. For example, even when the base station receives feedback of SU-CQI information and interference signal information through
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.Although described with reference to the above embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. I will be able to.
Claims (25)
적어도 하나의 단말에 대한 채널(channel) 정보를 획득하는 단계;
상기 채널 정보를 기반으로 상기 적어도 하나의 단말을 적어도 하나의 클래스(class)와 클래스에 종속된 적어도 하나의 그룹(group)으로 분류하는 단계;
분류된 각 그룹에 대한 그룹 빔포밍(beamforming) 행렬을 결정하는 단계;
상기 그룹 빔포밍 행렬에 기초한 그룹 빔포밍 전송을 상기 각 그룹에 속한 단말들에게 수행하는 단계;
상기 각 그룹에 속한 단말들에 대한 단일 사용자-채널 품질 지시자(single user-channel quality indicator, SU-CQI) 정보 및 간섭신호 정보를 획득하는 단계;
상기 SU-CQI 정보 및 상기 간섭신호 정보를 기반으로 단말들을 스케줄링(scheduling)하는 단계; 및
스케줄링에 기초하여 데이터를 단말들에 전송하는 단계를 포함하며,
상기 간섭신호 정보는 상기 그룹에 속한 단말들 간의 간섭신호 세기 및 다른 그룹과의 간섭신호 세기 중 적어도 하나를 포함하는 MIMO 전송 방법.As a method for transmitting multi-input multi-output (MIMO) of a base station in a wireless communication system,
Obtaining channel information for at least one terminal;
Classifying the at least one terminal into at least one class and at least one group dependent on the class based on the channel information;
Determining a group beamforming matrix for each classified group;
Performing group beamforming transmission based on the group beamforming matrix to terminals belonging to each group;
Obtaining single user-channel quality indicator (SU-CQI) information and interference signal information for terminals belonging to each group;
Scheduling terminals based on the SU-CQI information and the interference signal information; And
Including the step of transmitting data to the terminals based on the scheduling,
The interference signal information includes at least one of an interference signal strength between terminals belonging to the group and an interference signal strength with another group.
상기 채널 정보는,
송신상관행렬(transmit correlation matrix), 송신상관행렬의 고유치(eigenvalue), 송신상관행렬의 고유벡터(eigenvector), AS(Angle Spread), AOD(Angle of Departure) 및 채널 정보를 의미하는 고정형 코드북에서 선택된 적어도 하나의 긴 주기 PMI(Precoding Matrix Indicator) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 전송 방법.The method according to claim 1,
The channel information,
Selected from a fixed codebook that means transmit correlation matrix, eigenvalue of transmission correlation matrix, eigenvector of transmission correlation matrix, AS (Angle Spread), AOD (Angle of Departure), and channel information. MIMO transmission method comprising at least one of at least one long period PMI (Precoding Matrix Indicator).
상기 그룹 빔포밍 행렬을 결정하는 단계는,
상기 채널 정보 및 원-링(one-ring) 채널 모델에 기반하여 그룹별 그룹 빔포밍 행렬이 서로 유사 직교하도록 블록 대각화(block diagonalization)를 통하여 상기 그룹 빔포밍 행렬을 결정하는 것을 특징으로 하는 MIMO 전송 방법.The method according to claim 1,
The step of determining the group beamforming matrix,
MIMO, characterized in that, based on the channel information and a one-ring channel model, the group beamforming matrix is determined through block diagonalization so that group beamforming matrices for each group are similarly orthogonal to each other. Transmission method.
상기 그룹 빔포밍 전송을 상기 각 그룹에 속한 단말들에게 수행하는 단계는,
상기 그룹 간에 서로 직교하는 복수의 빔 벡터(vector)로 빔포밍되는 그룹-특정 참조 신호들을 하나의 자원 요소(resource element)를 통해 전송하는 것을 특징으로 하는 MIMO 전송 방법.The method according to claim 1,
The step of performing the group beamforming transmission to the terminals belonging to each group,
A MIMO transmission method comprising transmitting group-specific reference signals beamformed into a plurality of beam vectors orthogonal to each other between the groups through one resource element.
상기 간섭신호 정보는,
상기 SU-CQI에 대한 오프셋(offset) 값인 것을 특징으로 하는 MIMO 전송 방법.The method according to claim 1,
The interference signal information,
MIMO transmission method, characterized in that the offset (offset) value for the SU-CQI.
상기 간섭신호 정보는,
MCS(modulation and coding scheme) 레벨로 표현되는 CQI인 것을 특징으로 하는 MIMO 전송 방법.The method according to claim 1,
The interference signal information,
MIMO transmission method, characterized in that the CQI expressed in the MCS (modulation and coding scheme) level.
상기 간섭신호 정보는,
상기 그룹에 속한 단말에 간섭으로 작용할 프리코딩 행렬 지시자(precoding matrix indicator, PMI)에 대한 간섭신호 세기인 것을 특징으로 하는 MIMO 전송 방법.The method according to claim 1,
The interference signal information,
MIMO transmission method, characterized in that the interference signal strength for a precoding matrix indicator (PMI) to act as interference to the terminal belonging to the group.
상기 간섭신호 정보는,
상기 SU-CQI에 대한 비율인 것을 특징으로 하는 MIMO 전송 방법.The method according to claim 1,
The interference signal information,
MIMO transmission method, characterized in that the ratio to the SU-CQI.
상기 단말들을 스케줄링하는 단계는,
미리 설정된 기준보다 상호 간에 적은 간섭신호 정보를 가지는 복수의 단말들이 동일한 복조 참조 신호 자원을 공유하도록 스케줄링하는 것을 특징으로 하는 MIMO 전송 방법.The method according to claim 1,
The step of scheduling the terminals,
A MIMO transmission method, characterized in that scheduling a plurality of terminals having less interference signal information with each other than a preset reference to share the same demodulated reference signal resource.
상기 단말들에 전송하는 단계는,
상기 SU-CQI 정보 및 상기 간섭신호 정보에 관련된 랭크(rank)와 다른 랭크를 통해 데이터를 단말들에 전송하는 것을 특징으로 하는 MIMO 전송 방법.The method according to claim 1,
The step of transmitting to the terminals,
And transmitting data to UEs through a rank different from a rank related to the SU-CQI information and the interference signal information.
상기 단말을 포함한 그룹에 대한 그룹 빔포밍 행렬이 적용된 신호를 수신하는 단계;
상기 그룹 빔포밍 행렬이 적용된 참조 신호 또는 상기 그룹 빔포밍 행렬이 적용되지 않은 참조 신호를 이용하여 단일 사용자-채널 품질 지시자(single user-channel quality indicator, SU-CQI) 정보 및 간섭신호 정보를 생성하는 단계; 및
상기 SU-CQI 정보 및 상기 간섭신호 정보를 기지국으로 피드백(feedback)하는 단계를 포함하며,
상기 간섭신호 정보는 상기 그룹에 속한 단말들 간의 간섭신호 세기 및 다른 그룹과의 간섭신호 세기 중 적어도 하나를 포함하는 MIMO 수신 방법.As a method for receiving MIMO of a terminal in a wireless communication system,
Receiving a signal to which a group beamforming matrix for a group including the terminal is applied;
Generating single user-channel quality indicator (SU-CQI) information and interference signal information using a reference signal to which the group beamforming matrix is applied or a reference signal to which the group beamforming matrix is not applied step; And
Including the step of feedback (feedback) the SU-CQI information and the interference signal information to a base station,
The interference signal information includes at least one of an interference signal strength between terminals belonging to the group and an interference signal strength with another group.
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