KR102323130B1 - 하이브리드 빔포밍 기반 오픈-루프 mimo 전송 방법 및 장치 - Google Patents

하이브리드 빔포밍 기반 오픈-루프 mimo 전송 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 명세서의 일 실시 예에 따르는 이동 통신 시스템의 복수개 송신 안테나를 포함하는 송신기에서 신호 송수신 방법은 송신 자원과 상기 각 송신 안테나 사이의 대응 관계를 포함하는 시스템 정보를 결정하는 단계; 상기 결정된 시스템 정보를 기반으로 수신기에 신호를 송신하는 단계; 및 상기 수신기로부터 상기 신호 송신에 대한 피드백 정보를 수신하는 단계를 포함한다. 본 명세서의 실시 예에 따르면, 이동 통신 시스템의 빔포밍 전송 방법에서, 송신단이 수신단으로부터 사전 정보 없이 디지털 프리코딩 결정하고, 이에 따른 전송을 수행함에 따라 보다 오버 헤드가 적고, 효율적인 신호 송수신을 수행할 수 있다.

Description

하이브리드 빔포밍 기반 오픈-루프 MIMO 전송 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OPEN-LOOP MIMO TRANSMISSION IN BEAMFORMING SYSTEM}
본 명세서의 실시 예는 무선 통신 시스템에서 복수개의 안테나를 사용한 신호 송수신 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 복수개의 안테나를 사용하는 신호 송수신 시 하이브리드 빔포밍 구조에서 오픈-루프 마이모(Open-Loop MIMO) 전송을 하는 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 통신 시스템은 계속적으로 증가하는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 방향으로 발전하여 왔다.
현재까지의 4G 시스템은 데이터 전송률 증가를 위해 주로 주파수 효율성(spectral efficiency)을 개선하는 방향으로 기술 개발을 추구하였으나, 이러한 주파수 효율성 개선 기술 만으로는 폭증하는 무선 데이터 트래픽 수요를 만족시키기 어렵게 되었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 하나의 방법은 매우 넓은 주파수 대역을 사용하는 것인데, 현재 이동 통신 셀룰라 시스템에서 사용하고 있는 주파수 대역(<5GHz)에서는 넓은 주파수 대역 확보가 매우 어렵기 때문에 더 높은 주파수 대역에서 이러한 광대역 주파수를 확보해야 할 필요성이 있다.
무선 통신을 위한 전송 주파수가 높아질수록 전파 경로 손실은 증가한다. 이로 인하여 전파 도달거리는 상대적으로 짧아져 서비스 영역(coverage)의 감소를 초래하게 된다. 이에 따라 광대역 주파수에서 효율적인 신호 송수신을 위한 방법 및 장치가 요구된다.
이를 해결하기 위한, 즉 전파 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위한 중요 기술 중 하나가 빔포밍(beamforming) 기술이다. 본 명세서의 실시 예에는, 빔포밍 기반 이동 통신 시스템에서 수신단으로부터 디지털 프리코딩 결정에 필요한 사전 정보 없이 다중 안테나를 이용하여 데이터 전송하는 Open-Loop 기반의 빔포밍 운용 알고리즘과 전송 방법 및 장치를 제공함에 있다. 보다 구체적으로 본 명세서의 실시 예는 초고주파 대역에서 동작하는 빔포밍 기반의 이동 통신 시스템에 적용될 수 있다.
상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 이동 통신 시스템의 복수개 송신 안테나를 포함하는 송신기에서 신호 송수신 방법은 송신 자원과 상기 각 송신 안테나 사이의 대응 관계를 포함하는 시스템 정보를 결정하는 단계; 상기 결정된 시스템 정보를 기반으로 수신기에 신호를 송신하는 단계; 및 상기 수신기로부터 상기 신호 송신에 대한 피드백 정보를 수신하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 다른 실시 예에 따르는 이동 통신 시스템의 수신기에서 신호 송수신 방법은 복수개의 송신 안테나를 포함하는 송신기가 결정한 송신 자원과 상기 각 송신 안테나 사이의 대응 관계를 포함하는 시스템 정보를 기반으로 상기 송신기가 송신한 신호를 수신하는 단계; 및 상기 수신한 정보를 기반으로 생성한 피드백 정보를 기지국에 송신하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 다른 실시 예에 따르는 이동 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 송신기는 복수개의 송신 안테나를 포함하고, 수신기와 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상기 송수신부를 제어하고, 송신 자원과 상기 각 송신 안테나 사이의 대응 관계를 포함하는 시스템 정보를 결정하고, 상기 결정된 시스템 정보를 기반으로 수신기에 신호를 송신하고, 상기 수신기로부터 상기 신호 송신에 대한 피드백 정보를 수신하는 제어부를 포함한다.
본 명세서의 또 다른 실시 예에 따르는 이동 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 수신기는 복수개의 송신 안테나를 포함하는 송신기와 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상기 송수신부를 제어하고, 상기 송신기가 결정한 송신 자원과 상기 각 송신 안테나 사이의 대응 관계를 포함하는 시스템 정보를 기반으로 상기 송신기가 송신한 신호를 수신하고, 상기 수신한 정보를 기반으로 생성한 피드백 정보를 기지국에 송신하는 제어부를 포함한다.
본 명세서의 실시 예에 따르면, 이동 통신 시스템의 빔포밍 전송 방법에서, 송신단이 수신단으로부터 사전 정보 없이 디지털 프리코딩 결정하고, 이에 따른 전송을 수행함에 따라 보다 오버 헤드가 적고, 효율적인 신호 송수신을 수행할 수 있다.
도 1은 초고주파 대역 빔포밍 송신단 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 명세서의 실시 예에서 제안하는 하이브리드 빔포밍 구조에서의 Open-Loop MIMO 전송 구조를 도시한 도면,
도 3은 안테나 Cycling 단위가 1 RB 단위로 송신 안테나가 변경되는 실시 예를 도시한 도면,
도 4은 안테나 Cycling 단위가 2 RB 단위로 송신 안테나가 변경되는 실시 예를 도시한 도면,
도 5는 본 명세서의 실시 예에서 제안하는 하이브리드 빔포밍 구조의 Open-Loop MIMO 동작 시나리오를 도시한 도면,
도 6은 본 명세서의 실시 예에서 제안하는 하이브리드 빔포밍 구조의 Open-Loop 전송 기법의 FER 성능 결과 도시한 도면,
도 7은 본 명세서의 실시 예에서 제안하는 하이브리드 빔포밍 구조에서 Open-Loop MiMO 전송 구조의 일 예를 도시한 도면,
도 8은 본 명세서의 실시 예에 따른 단말의 구조를 도시한 도면,
도 9는 본 명세서의 실시 예에 따른 하이브리드 빔포밍을 적용하는 송신기에서 코드 자원을 적용하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 10은 코드 자원을 적용하는 하이브리드 빔 포밍 송신기의 구조를 나타내는 도면,
도 11은 본 명세서의 실시 예에 따른 수신기의 구조를 나타내는 도면,
도 12는 본 명세서의 실시 예에 따른 송신기의 신호 송수신 방법을 나타내는 도면이고,
도 13은 본 명세서의 실시 예에 따른 수신기의 신호 송수신 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
실시 예에 따르면, 송신 빔포밍은 일반적으로 다수의 안테나를 이용하여 각 안테나로부터 송신되는 신호를 특정한 방향으로 집중시키는 방법이다. 다수의 안테나가 집합된 형태를 배열 안테나(array antenna)라 칭할 수 있고, 상기 배열 안테나에 포함되어 있는 안테나를 요소 안테나 (antenna element)라 하기로 한다. 송신 빔포밍을 사용하면 신호의 전파 도달 거리를 증가시킬 수가 있고, 또한 해당 방향 이외의 다른 방향으로는 신호가 거의 전송되지 않기 때문에 다른 사용자에게 미치는 간섭이 매우 줄어든다.
한편, 수신 측에서도 수신 배열 안테나를 이용하여 수신 빔포밍을 수행할 수 있는데, 수신 빔포밍을 이용할 경우, 전파의 수신을 특정 방향으로 집중시켜 해당 방향으로 들어오는 수신 신호 감도를 증가시키고 해당 방향 이외의 방향으로 들어오는 신호를 수신 신호에서 배제함으로써 간섭 신호를 차단할 수 있다.
실시 예에서 전송 주파수가 높아질수록 전파의 파장은 짧아지므로 반 파장 간격으로 안테나를 구성하는 경우, 동일한 면적 내에 더 많은 요소 안테나들로 배열 안테나를 구성할 수 있다. 즉, 고주파수 대역에서 동작하는 통신 시스템은 빔포밍을 사용하여 신호 송수신을 하는 경우, 낮은 주파수 대역에서 빔포밍 기술을 사용하는 것에 비해 상대적으로 더 높은 안테나 이득을 얻을 수 있다. 실시 예에서 고주파수 대역에서 동작하는 통신 시스템의 경우 빔포밍 기술을 적용시 보다 효율적인 통신을 수행할 수 있다.
또한 실시 예의 통신 시스템의 경우 높은 안테나 이득을 얻기 위하여 아날로그 빔포밍 기술 적용과 더불어 기존 다중 안테나 시스템에서의 높은 데이터 전송률 효과를 얻기 위해 사용하는 디지털 프리코딩(Precoding)을 추가로 수행 할 수 있으며, 아날로그 빔포밍 및 디지털 프리코딩 두 가지 기술을 접목한 하이브리드 빔포밍 (Hybrid beamforming) 기술을 고려할 수 있다.
실시 예에 따르면 아날로그 빔포밍을 통하여 빔을 형성하고 하나 이상의 아날로그 빔들을 형성하였을 때에 기저 대역에서 기존 다중 안테나에서 적용된 것과 유사한 디지털 프리코딩을 적용하여 전송함으로써 보다 신뢰도 높은 신호를 수신하거나 보다 높은 시스템 용량을 기대할 수 있다.
본 명세서의 실시 예는 추가적으로 초고주파 빔포밍 기술 기반의 이동 통신 시스템에서 고성능/저복잡도의 아날로그 빔 선택과 디지털 프리코더(Precoder) 결정 방법을 제안한다. 이를 위해 단말에서의 새로운 채널 측정 방법 및 채널 코드북(Codebook) 설계 방법을 제안한다.
본 명세서의 실시 예는 또한 초고주파수 대역 빔포밍 시스템은 아날로그 빔포밍 부와 디지털 프리코더 부로 구성된 하이브리드 빔포밍 구조를 제안할 수 있다.
도 1은 초고주파 대역 빔포밍 송신단 구조를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 디지털 빔포밍부(110), RF Chain(120) 및 아날로그 빔포밍부(130)를 포함할 수 있다.
디지털 빔포밍부(110)는 MIMO 인코더(MIMO Encoder)(112) 및 기저대역 프리코더(Baseband Precoder)(114)를 포함할 수 있다. MIMO Encoder(112)는 다수 안테나를 이용한 신호 전송을 위한 인코딩을 수행하고, 기저대역 프리코더(114)의 경우 기저대역 신호에 프리코딩을 수행할 수 있다.
RF Chain의 경우 N T 개의 역 고속 퓨리에 변환기(IFFT)(122), 병렬/직렬변환기(parallel-to-serial converter, P/S)(124) 및 디지털-아날로그 변환기(digital analog converter, DAC)(126)를 포함할 수 있다.
아날로그 빔포밍을 수행하는 아날로그 빔포밍부(130)는 N T개의 배열 안테나를 포함되며, 하나의 배열 안테나(136, 138)에는
Figure 112014091347519-pat00001
개의 요소 안테나를 포함하며, 전송신호에 빔포밍을 적용하여 데이터를 전송할 수 있다.
각 배열 안테나는 서비스 영역 내의 전 방향으로 아날로그 빔을 형성할 수 있으며, 실시 예에 따르면 상기 아날로그 빔 방향은 사전에 결정될 수 있다. 이렇게 사전에 결정된 아날로그 빔들이 적용된 채널측정 기준신호들을 전송해 줌으로써 모든 단말들은 자신에게 적합한 아날로그 빔을 선택할 수 있다. 일 실시 예에 따르면 상기 사전에 결정된 아날로그 빔들은 각기 다른 채널측정을 위한 기준신호를 전송함으로써, 각 단말은 각 채널 측정 신호의 수신 강도를 포함하는 정보를 기반으로 상기 각 단말에게 적합한 아날로그 빔을 선택할 수 있다.
또한, 실시 예의 빔포밍 구조에서는 다수개의 배열 안테나들이 존재하고, 각 배열 안테나 별로 아날로그 빔들을 형성할 수 있으므로 배열 안테나 별로 아날로그 빔을 선택할 수 있다. 보다 구체적으로 각 배열 안테나 별로 각기 다른 아날로그 빔들을 선택할 수 있다. 또한 일부 배열 안테나는 동일한 아날로그 빔을 선택하고, 나머지 안테나는 각기 다른 아날로그 빔들을 선택할 수 있다.
실시 예에서 빔포밍을 통한 다수개의 아날로그 빔 외에도 다수개의 배열 안테나들을 사용하므로 기저 대역에서 디지털 프리코딩을 적용할 수 있다. 디지털 프리코딩은 상기 프리코딩을 결정하는 방법에 따라 Open-Loop 기반 혹은 Closed-Loop 방식 기반의 프리코딩 기법으로 구분할 수 있다.
Closed-Loop 방식 기반의 프리코딩 기법은 수신단에서 특정 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 기반으로 채널 정보를 측정하고, 상기 측정된 채널 정보를 기반으로 선호하는 프리코딩 벡터를 결정하는 방식을 일컫는다. 이와 같이 선호하는 프리코딩 벡터를 송신단에 전송함으로써 결정된 프리코딩 방법으로 신호가 전송될 수 있다. 상기 Closed-Loop 방식에 따른 가장 일반적인 방법으로는 코드북 기반의 방식을 고려할 수 있다. 상기 실시 예의 경우 N T개의 배열 안테나들로 구성되므로 N T 차원의 디지털 코드북 중, 채널측정 기준신호들을 이용하여 선호하는 프리코딩 벡터를 결정한다. 보다 구체적으로 기 결정된 디지털 코드북 중 수신단에서 수신된 신호를 기반으로한 채널 측정 정보를 통해 상기 수신단에 가장 적합한 프리코딩 벡터를 선택할 수 있다.
이에 반해, Open-Loop 방식 기반의 프리코딩 기법은 송신단이 수신단으로부터 사전 도움 정보 없이, 송신단이 신호 송신을 위한 프리코딩 벡터를 결정하는 방식을 일컫는다. 즉, 사전 결정된 프리코딩 벡터가 사용자 별 혹은 채널에 상관 없이 공통적으로 사용하는 방법으로 수신기로부터의 어느 피드백 정보 없이 사용할 수 있는 프리코딩 방법이다. 일 예로, 송신기가 수신기와의 통신 연결이 이루어지지 않은 상태에서, 송신기가 다수의 수신기에게 데이터를 전송해야 하는 경우 Open-Loop 방식 기반의 프리코딩 기법을 사용하여 신호를 전송할 수 있다.
본 명세서의 실시 예 전반에서는 송신기가 수신기로부터 프리코딩 결정에 필요한 정보 없이 프리코딩을 수행하여 데이터를 전송하는 Open-Loop 기반의 프리코딩 방법을 통한 신호 송수신 방법을 제안한다. 그러나 실시 예는 이에 제한 되지 않으며 Closed-Loop 기반의 프리코딩 방법에서도 본 실시 예의 사상이 활용될 수 있다.
이하 추가적으로 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, Open-Loop 기반의 MIMO 기술의 필요성 및 복적을 살펴본다. 본 명세서의 실시 예에서 제안하는 전송 방법은 빔포밍 기반 Open-Loop MIMO 전송 기술은 송신단에서 데이터를 전송하기 전에 하나 혹은 다수의 수신단으로부터 채널에 대한 사전 정보 피드백 없이 데이터를 전송하기 위한 다중 안테나 전송 기술이다. 실시 예의 경우 사용자의 채널 환경 및 전송하려는 데이터 종류에 따라서 채널에 대한 사전 정보를 피드백 받을 수 없는 경우가 존재한다. 예를 들어, 셀 경계 혹은 음영 지역에 위치한 수신단 사용자의 경우 채널 환경이 매우 열악한 상황이므로 채널에 대한 정확한 측정이 힘들 뿐만 아니라, 상기 수신단은 송신단에게 상기 수신단이 측정한 채널 정보를 전송 오류 없이 전송하는 것도 힘들다.
이와 같이 부정확한 채널에 대한 사전 정보를 낮은 전송 신뢰도를 갖는 피드백 채널을 통해 전송하는 것은 오히려 심각한 성능 열화를 가져올 수 있다. 따라서, 채널에 대한 사전 정보 없이 동작하는 Open-Loop MIMO 전송 기술을 이용하여 전송하는 것이 보다 효과적으로 데이터 및 제어 정보를 전송할 수 있다.
또 다른 예로, 초기 접속 단계의 수신단 사용자의 경우 아직 상향 링크를 통한 데이터 전송이 불가능한 상태가 존재한다. 이러한 경우, 아무리 채널 환경이 좋은 지역에 위치하여 정확한 채널 측정 및 높은 신뢰도로 측정 데이터를 피드백 할 수 있어도 아직 상향 링크 채널이 연결이 되지 않은 상태이므로, 상기 수신단은 송신단에 사전 채널 정보를 전달할 수가 없다. 그러므로, 이런 환경에서도 Open-Loop MIMO 전송 기술을 사용하는 것 효과적이며 기지국과 단말 사이의 통신 연결을 위해 사용될 수 있는 전송 기법이다.
Beamforming 시스템에서 Open-Loop MIMO 전송 알고리즘
이동 통신 시스템에서 일반적으로 사용하는 Open-Loop MIMO 전송 기법으로는 STBC (Space-Time Block Coding) 계열의 방식과 안테나 별 다른 지연 시간을 이용하는 CDD (Cyclic Delay Diversity)의 방식, 혹은 채널 혹은 사용자 구별 없이 사전에 결정된 디지털 프리코더를 사용하는 Open-Loop Precoding 방법 등을 고려할 수 있다.
본 명세서의 실시 예는 빔포밍 기반의 이동 통신 시스템을 고려하며 이와 같은 시스템 구조에 효과적이며 적합한 Open-Loop MIMO 전송 기법 개발이 필요하다. 빔포밍 기반의 Open-Loop MIMO 전송 기법의 일 예로는 상기 설명한 STBC 계열의 다중 안테나 전송 기법과 빔포밍 기법이 제안될 수 있다. 다시 말해, 상기 도 1에서 상기 기저대역 프리코더(114) 블록 대신 STBC Precoder 블록으로 대체 할 경우 STBC 계열의 MIMO 전송 기법을 수행할 수 있다.
본 명세서의 실시 예에서는 추가적으로 STBC 계열의 전송 방식이 아닌 안테나 Cycling 기반의 아날로그 빔 전송 기법을 제안한다.
Hybrid Beamforming 구조에서의 Open-Loop MIMO 전송 알고리즘
본 명세서의 실시 예에서 제안하는 하이브리드 빔포밍 기반 Open-Loop MIMO 전송 기법은 적용하려는 Open-Loop 전송 기법에 대한 정보를 서빙 기지국 내에 있는 사용자들에게 시스템 정보 전송을 통해 사전 공유한 후, 채널 측정할 때 상기 공유된 정보를 이용하여 각 배열 안테나 별로 아날로그 빔을 결정하고, 사전 정의된 안테나 선택 패턴 및 주기에 따라 데이터 전송할 주파수 영역을 매핑하여 데이터를 전송하는 Open-Loop 다중 안테나 전송 기법을 포함한다.
도 2는 본 명세서의 실시 예에서 제안하는 하이브리드 빔포밍 구조에서의 Open-Loop MIMO 전송 구조를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 실시 예의 송신단은 디지털 빔포밍을 수행하는 오픈 루프 프리코더(210), RF Chain(220) 및 아날로그 빔포밍부(230)를 포함할 수 있다. 실시 예의 송신단은 기지국을 포함할 수 있다. 기지국은 서빙 기지국으로 후술될 수 있다.
실시 예의 오픈 루프 프리코더(Open-Loop Precoder)(210)은 실시 예에 따른 Open-Loop 방식으로 프리코딩을 수행할 수 있다.
RF Chain의 경우 N T 개의 역 고속 퓨리에 변환기(IFFT)(222), 병렬/직렬변환기, P/S(224) 및 디지털 아날로그 변환기(DAC)(226)를 포함할 수 있다.
아날로그 빔포밍을 수행하는 아날로그 빔포밍부(330)는 N T개의 배열 안테나들로 구성되며, 하나의 배열 안테나(236, 238)에는
Figure 112014091347519-pat00002
개의 요소 안테나로 구성되어 빔포밍을 적용하고, 빔을 형성하여(233, 235) 데이터를 전송할 수 있다.
실시 예에 따라 기지국은 단말 또는 다른 기지국과 신호를 송수신하는 송수신부 및 상기 송수신부를 제어하여 단말에 신호를 전송하는 제어부를 포함할 수 있다. 실시 예에서 오픈루프 프리코더(210), RF Chain 및 빔포밍부는 상기 제어부의 제어에 따라 동작할 수 있다.
실시 예를 살펴보면 단일 스트림을 전송하기 위한 하이브리드 빔포밍 기반의 Open-Loop MIMO 송신 구조가 개시될 수 있다.
실시 예의 송신단은 도 1의 Baseband Precoder(114) 대신 Open-Loop Precoder(210)를 사용하며 해당 Open-Loop Precoder(210)의 역할은 이후 설명한다. 실시 예에서 송신 단은 서빙 기지국 내에 존재하는 사용자들로부터 각 안테나 별 선호하는 아날로그 빔 정보를 받을 수 있는 것을 가정한다. 해당 선호 아날로그 빔을 선택/결정하는 과정은 이후 도 5에서 상세 설명을 한다.
간단히, 수신단은 각 송신 안테나 별로 할당 받은 주파수 자원 영역 내에서 측정된 채널 정보를 바탕으로 선호 아날로그 빔을 선택한다. 이렇게 수신단은 선택된 아날로그 빔 정보를 해당 서빙 기지국에게 전달하며, 이 정보를 바탕으로 기지국은 각 안테나 별로 적용될 아날로그 빔을 결정하고 해당 위상 천이 값들을 설정한다. 상기 적용된 아날로그 빔 및 설정된 위상 천이 값을 기반으로 송신단은 수신단에 데이터를 포함하는 신호를 전송할 수 있다.
실시 예의 하이브리드 빔포밍 구조에서는 각 안테나 별로 동일한 방향의 아날로그 빔이 선택되는 것도 무방하다.
이와 같이 안테나 별로 선택된 아날로그 빔과 해당 안테나 별로 사전에 결정된 주파수 자원 영역과의 매핑 과정을 통해 다중 안테나를 사용하여 데이터를 전송한다. 이를 일컬어 주파수 자원 영역과 안테나 매핑을 통한 안테나 Cycling 전송 기법이라 한다. 실시 예에서 IFFT 통과 이전 단(212)에서 안테나 별 할당된 주파수 영역을 살펴봄으로써 상세 매핑 방법 및 전송 방법에 대해서 알 수 있다.
도 3 및 도 4는 실시 예에서 IFFT 이전 단에서의 각 송신 안테나 별 주파수 자원이 할당된 영역의 위치를 도시한 것이다. 도 3은 안테나 Cycling 단위가 1 Resource Block(RB) 단위로 송신 안테나가 변경되는 실시 예이며, 도 4는 안테나 Cycling 단위가 2 Resource Block(RB) 단위로 송신 안테나가 변경되는 다른 실시 예를 도시한 것이다. 여기서, RB는 시간/주파수 축으로 연속된 부반송파 심볼들로 구성된 하나의 자원 할당 단위를 의미한다.
도 3을 참고하면, 실시 예는 상기 도 2와 같이 NT개의 송신 배열 안테나들로 구성이 된 하이브리드 빔포밍 구조를 가정하며, 안테나 Cycling 단위가 1 RB로서 매 RB마다 송신 안테나가 변경되는 구조에서 적용될 수 있다.
첫 번째 배열 안테나인 1st pre-IFFT 단(310)에서 할당된 RB 주파수 자원 위치(312, 314)는 아래와 같이 표현될 수 있다.
(k-1) mod NT = 0, k=1,2,...,NRB
여기서 NRB는 전체 RB의 개수를 의미하며 k는 RB의 인덱스를 의미한다. 이를 일반화하여 n번째 pre-IFFT 단(330)인 n번째 배열 안테나에 할당된 RB 주파수 자원 위치(332, 334)를 아래와 같이 표현된다.
(k-1) mod NT = n-1, k=1,2,..., NRB
상기 수식은 안테나 Cycling 단위가 1RB 즉, K=1을 가정할 때의 각 송신 안테나에 매핑되는 RB 주파수 자원 위치를 나타낸 것이다. 본 발명에서 제안하는 Open-Loop MIMO 전송 기법은 전체 주파수 자원 영역을 살펴볼 때, 안테나 Cycling 단위인 K개 RB 단위로 배열 안테나를 변경하면서 데이터를 전송하고, 모든 배열 안테나들을 순환 반복하여 데이터를 전송하는 기법이다.
상기 도 4는 상기 실시 예에서 NT개의 송신 배열 안테나들로 구성이 된 하이브리드 빔포밍 구조를 가정하며, 안테나 Cycling 단위가 2 RB로서 2개의 RB마다 송신 안테나가 변경되는 구조를 의미한다.
상기 도 4에서 도시된 것과 같이, 첫 번째 배열 안테나인 1st pre-IFFT(410) 단에서 할당된 RB 주파수 자원 위치(412)는 아래와 같이 표현된다.
( floor(k/2) - 1) mod NT = 0, k=1,2,..., NRB
여기서 함수 floor(x)는 정수 x의 소수점 이하를 모두 버리는 함수를 의미한다. 안테나 Cycling 단위인 K 값을 고려한 일반화하여 n번째 pre-IFFT(430)인 n번째 배열 안테나에 할당된 RB 주파수 자원 위치(432)를 아래와 같이 표현된다.
( floor(k/K) - 1) mod NT = n-1, k=1,2,..., NRB.
본 명세서의 실시 예에서 제안하는 Open-Loop MIMO 전송 기법은 안테나 Cycling 단위 값에 따라서 안테나와 주파수 자원 영역 사이의 매핑 관계가 결정이 되는 방법을 포함한다. 안테나 Cycling 단위는 실시 예에 따라 유동적으로 수행될 수 있으며, 복수개의 기지국 사이에 선택된 Cycling 정보를 공유하고, 이를 기반으로 통신을 수행할 수 있다. 또한 기존의 기지국에서 송수신했던 신호를 기반으로 Cycling 단위를 선택할 수 있으며, 이를 기반으로 Open-Loop MIMO 전송을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 하이브리드 빔포밍 기반의 Open-Loop MIMO 전송을 위한 기지국과 단말 사이의 동작 시나리오를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 단말(502) 및 기지국(504) 실시 예에서 제안하는 방법을 기반으로 신호 송수신을 할 수 있다.
단계 510에서 기지국(504)는 단말(504)에게 시스템 정보를 전달할 수 있다. 상기 시스템 정보는 실시 예에 다라 안테나 Cycling RB unit의 정보를 전달할 수 있다. 실시 예에서 상기 도 3과 도 4에서 설명한 것과 같이 안테나 Cycling 단위 값에 따라서 안테나와 주파수 자원 영역 사이의 매핑 방법이 결정되므로, 서빙 기지국(504)은 해당 셀 내에 포함된 모든 사용자들에게 Open-Loop MIMO 전송할 때 적용될 안테나 Cycling 단위 정보를 시스템 정보에 포함시켜서 방송함으로써 시스템 정보를 전달할 수 있다. 이를 통하여 서빙 기지국에 연결된 모든 사용자들은 해당 정보를 획득하게 되고 이를 바탕으로 해당 안테나에 연결될 주파수 자원 영역을 결정할 수 있다.
일 예로서 안테나 Cycling 단위 정보를 2bit으로 설정한 경우 아래와 같이 와 같이 K=1, 2, 4, 8로 설정할 수 있다.
2bit system information
b00 : K=1, b01 : K=2, b10 : K=4, b11 : K=8
여기서, 설정된 K 값은 서빙 기지국(504)에서 이전 채널 상황 및 해당 셀 환경에 따라서 기지국이 결정하는 값으로서 성능 개선 및 최적화를 위하여 기지국(504)이 결정할 수 있다.
단계 515에서 기지국(504)는 상기 설정된 시스템 정보를 기반으로 단말(502)에 채널 측정을 위한 기준 신호(Reference Signal, RS)를 전송할 수 있다.
단계 520에서 단말(502)는 수신한 기준신호를 기반으로 안테나 별 할당 받은 주파수 자원 영역에 대한 채널 측정을 수행할 수 있다.
단계 525에서 단말(502)는 상기 채널 측정 결과를 기반으로 선호하는 아날로그 빔을 선택할 수 있다. 실시 예에서 단말(502)은 선호하는 수신 및 송신 아날로그 빔 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
단계 530에서 단말(502)는 선택된 빔 정보를 기지국(504)에 피드백 할 수 있다.
단계 535에서 기지국(504)은 피드백 된 정보를 기반으로 송신 안테나별로 선호하는 아날로그 빔을 설정할 수 있다.
단계 540에서 기지국(504)은 주파수 영역과 안테나 매핑을 통하여 데이터 전송을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 기지국(504)는 안테나 Cycling RB unit 단위로 주파수 영역과 안테나 매핑을 통한 데이터 전송을 수행할 수 있으며, 이후 단계에서 기지국(504)은 추가적으로 Open-Loop 방식의 빔포밍을 적용하여 데이터를 전송할 수 있다.
실시 예를 살펴보면 빔포밍 기반 시스템은 채널 측정을 위해 전송되는 RS(Reference Signal)들을 이용하여 선호하는 송수신 아날로그 빔들을 결정할 수 있다. 이는 Open-Loop MIMO를 전송하는 경우도 해당된다. 본 명세서의 실시 예에서는 단말(502)은 시스템 정보에 포함된 안테나 Cycling 단위 값을 이용하여 각 배열 안테나 별 서로 다른 주파수 자원 영역 위치를 확인한 후, 해당 주파수 자원 영역에 대해서 채널 측정을 수행하고 이를 바탕으로 해당 배열 안테나 별로 선호하는 아날로그 빔을 선택한다. 이렇게 선택된 아날로그 빔 정보를 서빙 기지국(504)에게 피드백 채널을 통해 전송할 수 있다.
서빙 기지국(504)은 각 사용자로부터 피드백된 아날로그 빔 정보를 바탕으로 안테나 별 선호하는 아날로그 빔들을 결정하고 이에 맞는 위상 천이 값들을 설정한다. 그리고, 안테나 Cycling 단위 값에 따라 주파수 자원 영역과 해당 안테나 매핑을 통한 데이터 전송을 수행할 수 있다.
도 6은 실시 예에 따른 하이브리드 빔포밍 구조에서의 Open-Loop MIMO 성능을 비교 검증한 결과를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 제안하는 Open-Loop MIMO 전송 기법에 비교 대상으로 하나의 아날로그 빔을 통해 데이터를 전송하는 Analog BF과 Closed-Loop 방식의 하이브리드 빔포밍(CL BF) 기법을 고려한다.
실시 예에서 하나의 안테나 즉 하나의 아날로그 빔을 사용하여 전송하는 Analog BF에 비해 제안하는 Open-Loop MIMO 전송 기법은 다수개의 안테나 및 아날로그 빔들을 순환 변경하며 데이터를 전송하기 때문에 주파수 다이버시티 성능 이득을 좀 더 얻음을 확인할 수 있다. 본 성능 평가는 2개의 송신 배열 안테나, 1개의 수신 배열 안테나를 가정한 것이다.
도 7은 본 명세서의 실시 예에서 제안하는 하이브리드 빔포밍 구조에서 Open-Loop MiMO 전송 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 실시 예의 송신단은 디지털 빔포밍을 수행하는 오픈 루프 프리코더(710), RF Chain(720) 및 아날로그 빔포밍부(730)를 포함할 수 있다. 실시 예의 송신단은 기지국을 포함할 수 있다. 기지국은 서빙 기지국으로 후술될 수 있다.
실시 예의 오픈 루프 프리코더(Open-Loop Precoder)(710)은 실시 예에 따른 Open-Loop 방식으로 프리코딩을 수행할 수 있다.
RF Chain의 경우 N T 개의 역 고속 퓨리에 변환기(IFFT)(722), 병렬/직렬변환기, P/S(724) 및 디지털 아날로그 변환기(DAC)(726)를 포함할 수 있다.
아날로그 빔포밍을 수행하는 아날로그 빔포밍부(730)는 N T개의 배열 안테나들로 구성되며, 하나의 배열 안테나(736, 738)에는
Figure 112014091347519-pat00003
개의 요소 안테나로 구성되어 빔포밍을 적용하고, 빔을 형성하여(733, 735) 데이터를 전송할 수 있다.
본 명세서의 실시 예에 따르면, 식별번호 702와 같이 전송 자원에 매핑을 수행할 수 있으며, 이는 pre IFFT를 통해 각각 식별번호 704 및 706과 같이 전송자원이 각 안테나 어레이에 할당될 수 있다.
이와 같이 전송 자원의 할당 정보는 비트맵 형식 또는 특정 인덱스 값을 통해 단말에 전달될 수 있다. 보다 구체적으로 전체 자원에서 각 안테나 어레이 별로 할당된 자원 정보를 비트맵 형식으로 표현할 수 있다. 또한 Cycling 단위를 인덱스로 표현하여 단말에 전달 할 수 있다.
또한 Cycling 단위의 경우 실시 예에 따라 다양하게 적용될 수 있으며, 각 주파수 자원 사이의 거리가 유동적으로 변하도록 Cycling 단위를 설정할 수도 있다.
또한 실시 예의 기지국은 Open-Loop 및 Closed-Loop 방식의 전송을 가변적으로 수행할 수 있으며, 이는 단말이 보고한 CQI를 포함하는 채널 정보를 기반으로 판단할 수 있다.
또한 이와 같은 전송 자원 할당 패턴은 고정적으로 선택되거나, 채널 상태에 따라 가변적으로 선택될 수 있다.
또한 상기 기지국은 자원 할당의 패턴 정보를 인접 기지국과 교환할 수 있다. 이와 같이 교환된 자원 할당 패턴 정보는 RS별로 전송 자원의 충돌방지를 하기 위해 선택될 수 있다. 또한 각 기지국은 CellID를 기반으로 전송 자원 패턴을 선택할 수 있다.
또한 실시 예의 단말은 상향링크 전송을 Open-Loop MIMO로 수행할 수 있으며, 수행시 하향링크 패턴과 동일하거나 상이한 자원 할당 패턴 정보를 적용할 수 있다.
도 8은 본 명세서의 실시 예에 따른 단말의 구조를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 실시 예의 단말(800)은 기지국과 신호를 송수신 할 수 있는 송수신부(805) 및 단말(800)의 동작을 제어할 수 있는 제어부(810)을 포함할 수 있다. 제어부(810)은 기지국으로부터 수신된 신호를 기반으로 채널을 측정하는 채널 측정부(812)를 포함할 수 있다.
또한 제어부(814)는 채널 측정 결과를 기반으로 선호하는 빔을 선택하는 빔 선택부(814)를 포함할 수 있다.
또한 제어부(816)는 선호하는 빔 정보를 포함하는 정보를 기지국으로 전송하기 위한 피드백을 생성하는 피드백 생성부(816)를 포함할 수 있다.
또한 제어부(818)는 기지국으로부터 송신되는 데이터를 수신할 수 있는 데이터 수신부(818)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 단말기는 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 내비게이션 (navigation), 디지털 방송 수신기, PMP(Portable Multimedia Player) 등과 같은 휴대용 전자기기 장치를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 명세서의 실시 예에서 제안하는 하이브리드 빔포밍 기반 Open-Loop MIMO 전송 기법 중, 사전 정의된 안테나 선택 패턴 및 주기에 따라 매핑될 데이터 전송자원 할당 방법에 대한 또 다른 실시 예를 기술 한다. 보다 구체적으로 위의 실시 예와 같이 전송 자원으로 각 안테나 선택 패턴에 따라 주파수 자원 및 Code자원 중 적어도 하나를 선택적으로 사용하는 방법을 기술한다. 상기 실시 예에서 디지털 빔포밍을 수행한 신호에 각각 직교하는 코드(orthogonal code)를 적용하고, 이와 같이 직교하는 코드를 적용한 신호에 아날로그 빔포밍을 적용하여 신호를 전송하는 것을 고려할 수 있다. 실시 예에서 직교하는 코드의 개수는 송신기에서 적용되는 IFFT의 개수와 대응될 수 있으며, 각 코드 사이의 상호 상관이 0이 되는 다양한 코드가 적용될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 적용되는 코드는 왈쉬 코드(walsh code)일 수 있다.
도 9는 본 명세서의 실시 예에 따른 하이브리드 빔포밍을 적용하는 송신기에서 코드 자원을 적용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 보다 구체적으로 하이브리드 빔포밍 구조에서의 Open-Loop MIMO전송시 Code자원 할당 방법의 개념을 나타낸다.
도 9를 참조하면 송신기는 디지털 빔포밍부(910), 코드 자원 적용부(920) 및 아날로그 빔포밍부(930)을 포함할 수 있다. 실시 예의 아날로그 빔포밍부(930)은 RF Chain을 포함할 수 있다. 디지털 빔포밍부(910)은 도 1의 디지털 빔포밍부(110)와 동일한 기능을 수행할 수 있으며, MIMO 인코더 및 기저대역 프리코더를 포함할 수 있다.
먼저 먼저 디지털 빔포밍부(910)에서 Digital 빔포밍된 신호들이 각각의 array안테나에 입력되기 위한 신호로 분리될 수 있다.이후 코드 자원 적용부(920)에서 분리된 신호에 각각 코드가 적용될 수 있으며, 코드의 적용에 따라 각 신호는 주파수 상에서 스프레딩(spreading)되어 아날로그 빔포밍 부에 전가될 수 있다. 이후 아날로그 빔포밍부(930)에서 코드가 적용되어 스프레딩 된 신호에 아날로그 빔포밍을 적용하여 수신기로 전송할 수 있다.
이와 같이 본 실시 예에서 전송 할당 자원으로 부호분할을 사용하는 방식으로 주파수 할당대비 효율성이 극대화 될 수 있다. 일반적으로 부호자원의 총 수는 OFDM에서 사용되는 IFFT 개수 만큼 존재하고, 이 총수는 실제 안테나 개수보다 충분히 커서 각각의 안테나의 고유 부호할당이 가능할 수 있다. 보다 구체적으로 송신기에서 각각의 안테나마다 고유 부호 할당이 가능할 수 있다.
실시 예에서 상기의 코드 자원을 적용하여 빔포밍된 신호를 단말이 수신한 경우, 단말은 각 코드의 상관 관계를 기반으로 수신된 신호의 고유 부호를 획득함으로써 어떤 방향성을 가지는 빔이 전송에 적합한지 보다 용이하게 판단할 수 있다. 또한 코드를 적용하여 스프레딩 된 신호를 전송함으로써, 전 주파수 대역에서 신호를 전송할 수 있고, 이에 따라 채널 estimation시 순환패턴방법을 쓰지 않더라도 주파수 다이버시티 효과를 얻을 수 있다.
또한 주파수 자원 상에서 특정 대역에 대한 채널 추정(channel estimation)이 필요할 경우 이에 따른 부호의 스프레딩 펙터(spreading factor)를 조절하여, 특정 대역에 대한 채널 추정을 하는 것이 가능하다. 보다 구체적으로 주파수 축상에서 RB당 Channel estimation이 필요할 시, 부호의 spreading Factor를 작게 조정하여 RB당 Channel estimation이 가능하다. 단, Spreading factor는 총 안테나 개수이상의 값을 가질 수 있다. 실시 예에서 기지국은 채널 추정을 위해 스프레딩 펙터를 조절할 수 있으며, 보다 구체적으로 단말에 신호를 전송하기 위해 스케줄링 되는 주파수 대역을 결정하고 이에 대응하는 스프레딩 펙터를 결정하고, 결정된 스프레딩 펙터를 적용하여 신호를 전송함으로써 측정하기 위한 대역에 대한 신호를 전송할 수 있다.
도 10은 코드 자원을 적용하는 하이브리드 빔 포밍 송신기의 구조를 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면 실시 예의 송신기(1000)은 디지털 빔포밍부(1010), 스프레더(1020), RF Chain(1030) 및 아날로그 빔포밍부(1040) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
디지털 빔포밍부는(1010)는 오픈 루프 프리코더를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 MIMO 인코더 및 기저대역 프리코더를 포함할 수 있다.
스프레더(1020)은 빔포밍된 신호에 직교 코드를 적용할 수 있다. 실시 예에 따라 송신기(1000)는 채널 상태를 기반으로 신호 송신을 위한 코드 적용을 선택적으로 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 수신기로부터 수신된 채널 상태가 문턱 값 이상일 경우 코드를 적용하지 않을 수 있으며, 수신기는 피드백한 채널 상태가 문턱 값 이상일 경우 대응되는 수신 신호에 코드가 적용되지 않을 것을 알 수 있다.
RF Chain(1030)은 N T 개의 역 고속 퓨리에 변환기(IFFT)(1032), 병렬/직렬변환기, P/S(1034) 및 디지털 아날로그 변환기(digital analog converter, DAC)(1036)를 포함할 수 있다.
아날로그 빔포밍부(1040)는 아날로그 빔포밍을 수행할 수 있으며, N T개의 배열 안테나를 포함되며, 하나의 배열 안테나(1042)에는
Figure 112014091347519-pat00004
개의 요소 안테나(1046)를 포함하며, 전송신호에 빔포밍을 적용하여 데이터를 전송할 수 있다.
먼저 입력신호에 open-loop precoder가 디지털 빔포밍을 수행한 후, 각 안테나별 전송되는 신호로 분기 되면, 스프레더(1020)에서 각 안테나별 신호들은 각 안테나에 대응되게 할당된 부호로 스프레딩되어 출력된다.
이후 출력된 스프레딩 된 신호들은 RF chain(1030)에서 주파수 축상의 신호로 매핑되어 IFFT를 수행한 후, 아날로그 빔포밍부(1040)에 포함된 각각의 Array 안테나로 전송된다. 아날로그 빔포밍부(1040)에 서 각 신호는 안테나 및 고유부호 중 적어도 하나에 대응하는 빔 방향으로 빔포밍 되어 송신된다. 실시 예에서 고유 부호는 각 안테나 또는 각 자원 영역에 대응하는 직교하는 코드를 칭할 수 있다. 또한 실시 예에서 각 안테나 또는 고유부호에 따른 빔포밍 방법을 다르게 적용할 수 있다.
도 11은 본 명세서의 실시 예에 따른 수신기의 구조를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면 본 명세서의 실시 예에 따른 수신기(1100)는 수신부(1110), 아날로그-디지털 변환기(analog digital converter, ADC)(1120), 직렬/병렬변환기(serial-to-parallel converter, S/P)(1130), 고속 퓨리에 변환기(fast fourier transformer, FFT)(1140), 상관도 계산기(1150) 및 연관기(correlator)(1160) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 수신부(1110)는 송신기에서 전송된 수신신호를 수신할 수 있다. 수신부(1110)는 복수개의 안테나를 포함할 수 있으며, 이를 통해 송신기에서 수신한 신호를 용이하게 수신할 수 있다.
실시 예에 따른 ADC(1120), S/P(1130) 및 FFT(1140)는 각각 송신기에 RF Chain를 구성하는 요소에 대응하는 동작을 수행해서 수신된 신호를 처리할 수 있다.
실시 예에 따른 상관도 계산기(1150)는 수신한 신호의 상관도를 계산할 수 있다. 보다 구체적으로 상관도 계산기(1150)는 역 고속 월시-하다말드 변환기(fast walsh–hadamard transformer, IFHT)일 수 있다. 이를 통해 수신한 신호의 상관도를 분석하여 신호를 처리할 수 있다.
실시 예에 따른 연관기(1160)는 수신한 신호에 적용된 코드를 판단할 수 있다. 이는 코드가 적용된 RB의 길이에 따라 각기 다른 코드의 상관도를 계산하여 적용된 코드를 판단할 수 있다. 만약 수신기기 송신기의 안테나에 적용된 코드 정보를 미리 알 경우, 상기 코드 정보를 활용하여 신호를 수신할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 연관기는 부분 연관기(partial correlator)일 수 있다.
이와 같이 수신기는 상기의 요소들을 통해 수신한 신호를 처리하여, 출력신호를 생성할 수 있으며, 이를 통해 송신기가 송신한 정보를 수신할 수 있다.
도 12는 본 명세서의 실시 예에 따른 송신기의 신호 송수신 방법을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 실시 예에 따라 송신기와 수신기는 신호를 송수신 할 수 있다.
단계 1210에서 송신기는 수신기에 시스템 정보를 송신할 수 있다. 상기 시스템 정보는 실시 예에 따라 안테나 Cycling RB unit의 정보를 포함할 수 있다. 실시 예에서 안테나 Cycling 단위 값에 따라서 안테나와 주파수 자원 영역 사이의 매핑 방법이 결정될 수 있으며, 송신기는 모든 수신기에게 Open-Loop MIMO 전송할 때 적용될 안테나 Cycling 단위 정보를 시스템 정보에 포함시켜서 방송할 수 있다. 또한 실시 예에 따라 상기 시스템 정보는 신호 전송에 사용되는 직교 코드의 정보를 포함할 수 있다. 또한 상기 직교 코드의 정보는 안테나 및 주파수 자원 중 적어도 하나와 코드의 매핑 관계에 대한 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한 실시 예에서 송신기는 채널 상태에 따라 코드 적용 여부를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로 수신기에서 보고한 채널 상태가 문턱 값 이상일 경우 코드를 적용하지 않을 수도 있다. 실시 예에 따라 코드는 안테나 및 자원 영역 중 적어도 하나와 매핑 관계를 가질 수 있다. 혹은 상기 코드는 안테나와 무관하게 적용될 수도 있다.
단계 1220에서 송신기는 상기 시스템 정보를 기반으로 기준 신호를 수신기에 송신할 수 있다. 상기 기준 신호는 본 명세서의 실시 예에 따른 프리코딩 및 코드 중 적어도 하나가 적용되어 전송될 수 있다.
단계 1230에서 송신기는 수신기로부터 상기 기준 신호에 대한 피드백 정보를 수신할 수 있다. 상기 피드백 정보는 수신기가 선택한 빔 정보를 포함할 수 있다.
단계 1240에서 송신기는 상기 피드백 정보를 기반으로 안테나별 아날로그 빔을 선택할 수 있다. 보다 구체적으로 송신기는 복수개의 단말에서 수신한 피드백 정보를 고려해 채널 전송량을 최대화 하는 방향으로 안테나별 아날로그 빔을 선택할 수 있다.
단계 1250에서 송신기는 상기 선택된 아날로그 빔을 각 안테나에 적용하여 수신기로 신호를 전송할 수 있다. 신호 전송시에도 직교 코드가 적용되어 전송될 수 있으며, 직교 코드는 기준 신호와 같은 방식 또는 다른 방식으로 적용될 수 있다. 또한 이후 단계에서 송신기는 추가적으로 Open-Loop 방식의 빔포밍을 적용하여 데이터를 전송할 수 있다. 또한 실시 예에서 실시 예에서 송신기는 수신기에서 수신한 피드백 정보를 기반으로 전송 방법을 결정할 수 있다.
도 13은 본 명세서의 실시 예에 따른 수신기의 신호 송수신 방법을 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 실시 예에 따라 수신기는 송신기와 신호를 송수신 할 수 있다.
단계 1310에서 수신기는 송신기로부터 시스템 정보를 수신할 수 있다. 상기 시스템 정보는 실시 예에 따라 안테나 Cycling RB unit의 정보를 포함할 수 있다. 실시 예에서 안테나 Cycling 단위 값에 따라서 안테나와 주파수 자원 영역 사이의 매핑 방법이 결정될 수 있으며, 송신기는 모든 수신기에게 Open-Loop MIMO 전송할 때 적용될 안테나 Cycling 단위 정보를 시스템 정보에 포함시켜서 방송할 수 있다. 또한 실시 예에 따라 상기 시스템 정보는 신호 전송에 사용되는 직교 코드의 정보를 포함할 수 있다. 또한 상기 직교 코드의 정보는 안테나 및 주파수 자원 중 적어도 하나와 코드의 매핑 관계에 대한 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한 실시 예에서 송신기는 채널 상태에 따라 코드 적용 여부를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로 수신기에서 보고한 채널 상태가 문턱 값 이상일 경우 코드를 적용하지 않을 수도 있다. 실시 예에 따라 코드는 안테나 및 자원 영역 중 적어도 하나와 매핑 관계를 가질 수 있다. 혹은 상기 코드는 안테나와 무관하게 적용될 수도 있다.
단계 1320에서 수신기는 상기 시스템 정보를 기반으로 송신기로부터 기준신호를 수신할 수 있다. 상기 기준 신호는 본 명세서의 실시 예에 따른 프리코딩 및 코드 중 적어도 하나가 적용될 수 있으며, 수신기는 상기 시스템 정보를 기반으로 상기 기준 신호를 수신할 수 있다.
단계 1330에서 수신기는 상기 수신한 기준 신호를 기반으로 채널 측정 및 수신기에 적합한 아날로그 빔을 선택할 수 있다. 보다 구체적으로 수신기는 수신한 기준신호를 기반으로 안테나 별 할당 받은 주파수 자원 영역에 대한 채널 측정을 수행할 수 있다. 또한 수신기는 상기 채널 측정 결과를 기반으로 선호하는 아날로그 빔을 선택할 수 있다. 실시 예에서 수신기는 선호하는 수신 및 송신 아날로그 빔 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
단계 1340에서 수신기는 송신기로 상기 기준 신호에 대한 피드백 정보를 송신할 수 있다. 상기 피드백 정보는 수신기가 선택한 빔 정보를 포함할 수 있다.
단계 1350에서 수신기는 상기 피드백 정보를 기반으로 송신기가 선택한 아날로그 빔을 적용한 신호를 수신할 수 있다. 상기 신호는 기지국이 단말에 전송하는 제어정보 및 데이터 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (20)

  1. 이동 통신 시스템의 복수개 송신 안테나를 포함하는 송신기에서 신호 송수신 방법에 있어서,
    수신기로 적어도 하나의 무선 자원 및 신호를 전송하기 위한 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보를 포함하는 시스템 정보를 전송하는 단계;
    상기 매핑 정보에 기반하여 상기 수신기로 상기 적어도 하나의 무선 자원에서 기준 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 수신기로부터 상기 수신기에 의해 선택된 빔에 대한 빔 정보를 포함하는 피드백 정보를 수신하는 단계 - 상기 피드백 정보는 상기 기준 신호 및 상기 시스템 정보에 기반하여 생성됨; 를 포함하고,
    상기 수신기로 전송되는 상기 시스템 정보는 상기 적어도 하나의 무선 자원 상에서 안테나 순환 자원 블록(resource block, RB) 유닛에 대한 정보를 포함하며, 상기 안테나 순환 RB 유닛에 대한 정보는 상기 복수의 전송 안테나가 적어도 하나의 연속적인 RB마다 순환적으로 변경되는 것을 나타내는 정보를 포함하고,
    상기 복수의 전송 안테나 및 주파수 도메인 상의 상기 적어도 하나의 무선 자원 간의 매핑 관계는 상기 안테나 순환 RB 유닛에 대한 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시스템 정보는,
    상기 적어도 하나의 무선 자원의 적어도 하나의 주파수 자원 영역 및 상기 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보를 포함하고,
    상기 기준 신호를 전송하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 무선 자원의 상기 적어도 하나의 주파수 자원 영역 및 상기 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보에 기반하여 상기 복수의 전송 안테나를 통해 상기 기준 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시스템 정보는,
    적어도 하나의 코드 자원과 상기 복수의 전송 안테나들 사이의 매핑 정보를 포함하고,
    상기 신호를 송신하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 코드 자원과 상기 복수의 전송 안테나들 사이의 매핑 정보에 기반하여 상기 복수의 전송 안테나를 통해 상기 기준 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시스템 정보는,
    상기 복수의 전송 안테나들에 할당된 연속적인 주파수 자원들에 대한 정보를 포함하고,
    상기 복수의 전송 안테나들에 할당된 연속적인 주파수 자원들에 대한 정보는 상기 송신기 및 상기 수신기 사이의 채널 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전송 안테나들에 대한 적어도 하나의 빔 정보를 상기 피드백 정보에 기반하여 결정하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  6. 이동 통신 시스템의 수신기에서 신호 송수신 방법에 있어서,
    송신기로부터 적어도 하나의 무선 자원 및 상기 송신기에서 신호를 전송하기 위한 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보를 포함하는 시스템 정보를 수신하는 단계;
    상기 매핑 정보에 기반하여 상기 송신기로부터 상기 적어도 하나의 무선 자원에서 기준 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 수신기에 의해 선택된 빔에 대한 빔 정보를 포함하는 피드백 정보를 상기 송신기로 전송하는 단계 - 상기 피드백 정보는 상기 기준 신호 및 상기 시스템 정보에 기반하여 생성됨; 를 포함하고,
    상기 송신기로부터 수신되는 상기 시스템 정보는 상기 적어도 하나의 무선 자원 상에서 안테나 순환 자원 블록(resource block, RB) 유닛에 대한 정보를 포함하며, 상기 안테나 순환 RB 유닛에 대한 정보는 상기 복수의 전송 안테나가 적어도 하나의 연속적인 RB마다 순환적으로 변경되는 것을 나타내는 정보를 포함하고,
    상기 복수의 전송 안테나 및 주파수 도메인 상의 상기 적어도 하나의 무선 자원 간의 매핑 관계는 상기 안테나 순환 RB 유닛에 대한 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하를 포함하는 신호 송수신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시스템 정보는,
    상기 적어도 하나의 무선 자원의 적어도 하나의 주파수 자원 영역 및 상기 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보를 포함하고,
    상기 기준 신호를 수신하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 무선 자원의 상기 적어도 하나의 주파수 자원 영역 및 상기 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보에 기반하여 상기 송신기로부터 상기 기준 신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 시스템 정보는,
    적어도 하나의 코드 자원과 상기 복수의 전송 안테나들 사이의 매핑 정보를 포함하고,
    상기 신호를 송신하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 코드 자원과 상기 복수의 전송 안테나들 사이의 매핑 정보에 기반하여 상기 송신기로부터 상기 기준 신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 시스템 정보는,
    상기 복수의 전송 안테나들에 할당된 연속적인 주파수 자원들에 대한 정보를 포함하고,
    상기 복수의 전송 안테나들에 할당된 연속적인 주파수 자원들에 대한 정보는 상기 송신기 및 상기 수신기 사이의 채널 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 전송 안테나들에 대한 적어도 하나의 빔 정보는 상기 피드백 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  11. 이동 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 송신기에 있어서,
    복수개의 전송 안테나를 포함하는 송수신부; 및
    수신기로 적어도 하나의 무선 자원 및 신호를 전송하기 위한 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보를 포함하는 시스템 정보를 전송하고,
    상기 매핑 정보에 기반하여 상기 수신기로 상기 적어도 하나의 무선 자원에서 기준 신호를 전송하며,
    상기 수신기로부터 상기 수신기에 의해 선택된 빔에 대한 빔 정보를 포함하는 피드백 정보를 수신하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부 - 상기 피드백 정보는 상기 기준 신호 및 상기 시스템 정보에 기반하여 생성됨; 를 포함하고,
    상기 수신기로 전송되는 상기 시스템 정보는 상기 적어도 하나의 무선 자원 상에서 안테나 순환 자원 블록(resource block, RB) 유닛에 대한 정보를 포함하며, 상기 안테나 순환 RB 유닛에 대한 정보는 상기 복수의 전송 안테나가 적어도 하나의 연속적인 RB마다 순환적으로 변경되는 것을 나타내는 정보를 포함하고,
    상기 복수의 전송 안테나 및 주파수 도메인 상의 상기 적어도 하나의 무선 자원 간의 매핑 관계는 상기 안테나 순환 RB 유닛에 대한 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 시스템 정보는
    상기 적어도 하나의 무선 자원의 적어도 하나의 주파수 자원 영역 및 상기 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 무선 자원의 상기 적어도 하나의 주파수 자원 영역 및 상기 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보에 기반하여 상기 복수의 전송 안테나를 통해 상기 기준 신호를 전송하도록 상기 송수신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 시스템 정보는,
    적어도 하나의 코드 자원과 상기 복수의 전송 안테나들 사이의 매핑 정보를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 코드 자원과 상기 복수의 전송 안테나들 사이의 매핑 정보에 기반하여 상기 복수의 전송 안테나를 통해 상기 기준 신호를 전송하도록 상기 송수신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 시스템 정보는,
    상기 복수의 전송 안테나들에 할당된 연속적인 주파수 자원들에 대한 정보를 포함하고,
    상기 복수의 전송 안테나들에 할당된 연속적인 주파수 자원들에 대한 정보는 상기 송신기 및 상기 수신기 사이의 채널 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 전송 안테나들에 대한 적어도 하나의 빔 정보를 상기 피드백 정보에 기반하여 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  16. 이동 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 수신기에 있어서,
    송수신부; 및
    송신기로부터 적어도 하나의 무선 자원 및 상기 송신기에서 신호를 전송하기 위한 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보를 포함하는 시스템 정보를 수신하고,
    상기 매핑 정보에 기반하여 상기 송신기로부터 상기 적어도 하나의 무선 자원에서 기준 신호를 수신하며,
    상기 수신기에 의해 선택된 빔에 대한 빔 정보를 포함하는 피드백 정보를 상기 송신기로 전송하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부 - 상기 피드백 정보는 상기 기준 신호 및 상기 시스템 정보에 기반하여 생성됨; 를 포함하고,
    상기 송신기로부터 수신되는 상기 시스템 정보는 상기 적어도 하나의 무선 자원 상에서 안테나 순환 자원 블록(resource block, RB) 유닛에 대한 정보를 포함하며, 상기 안테나 순환 RB 유닛에 대한 정보는 상기 복수의 전송 안테나가 적어도 하나의 연속적인 RB마다 순환적으로 변경되는 것을 나타내는 정보를 포함하고,
    상기 복수의 전송 안테나 및 주파수 도메인 상의 상기 적어도 하나의 무선 자원 간의 매핑 관계는 상기 안테나 순환 RB 유닛에 대한 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 수신기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 시스템 정보는,
    상기 적어도 하나의 무선 자원의 적어도 하나의 주파수 자원 영역 및 상기 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 무선 자원의 상기 적어도 하나의 주파수 자원 영역 및 상기 복수의 전송 안테나 사이의 매핑 정보에 기반하여 상기 송신기로부터 상기 기준 신호를 수신하도록 상기 송수신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 시스템 정보는,
    적어도 하나의 코드 자원과 상기 복수의 전송 안테나들 사이의 매핑 정보를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 코드 자원과 상기 복수의 전송 안테나들 사이의 매핑 정보에 기반하여 상기 송신기로부터 상기 기준 신호를 수신하도록 상기 송수신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 시스템 정보는,
    상기 복수의 전송 안테나들에 할당된 연속적인 주파수 자원들에 대한 정보를 포함하고,
    상기 복수의 전송 안테나들에 할당된 연속적인 주파수 자원들에 대한 정보는 상기 송신기 및 상기 수신기 사이의 채널 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 수신기.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 전송 안테나들에 대한 적어도 하나의 빔 정보는 상기 피드백 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 수신기.

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