KR102378517B1 - 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템에서 송신 전력 제어 방법 및 장치 - Google Patents

다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템에서 송신 전력 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것으로서, 특히 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 수행되는 송신 전력 제어 방법 및 장치에 대한 것이다. 상기 송신 전력 제어 방법은, 안테나 배열을 통해 기준 신호를 서로 다른 복수의 수직 각도들로 송신하는 과정과, 상기 기준 신호를 수신하여 채널 상태를 측정한 단말로부터 송신 신호의 빔 형성과 관련된 채널 상태 정보를 수신하는 과정과, 상기 채널 상태 정보에 대응되는 송신 전력으로 상기 단말에게 상기 송신 신호를 전송하는 과정을 포함한다.

Description

다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템에서 송신 전력 제어 방법 및 장치
본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신 전력 제어 방법 및 장치에 대한 것으로서, 특히 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템에서 송신 전력 제어 방법 및 장치에 대한 것이다.
4G(4th-Generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th-Generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(beyond 4G network) 통신 시스템 또는 LTE 이후(post LTE)의 시스템이라 불리고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서 전파의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(full dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(device to device communication: D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(coordinated multi-points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(advanced coding modulation: ACM) 방식인 FQAM(hybrid FSK and QAM modulation) 및 SWSC(sliding window superposition coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(filter bank multi carrier), NOMA(non-orthogonal multiple access), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
현재의 무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위해 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 통신시스템으로 발전하고 있다. 이를 위해 3GPP, 3GPP2, 그리고 IEEE 등의 여러 표준화 단체에서 다중 반송파(multi-carrier)를 이용한 다중 접속(multiple access) 방식을 적용한 3세대 진화 무선 통신 시스템 표준을 진행하고 있다. 최근 3GPP의 LTE(Long Term Evolution), 3GPP2의 UMB(Ultra Mobile Broadband), 그리고 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)의 802.16m 등 다양한 무선 통신 표준이 multi-carrier를 이용한 multiple access 방식을 바탕으로 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 전송 서비스를 지원하기 위해 개발되었다.
LTE, UMB, 802.16m 등의 현존하는 4세대 진화 무선 통신 시스템은 다중 반송파 다중 접속(multi-carrier multiple access) 방식을 기반으로 하고 있으며, 전송 효율을 개선하기 위해 MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 적용하고 빔 형성(beam-forming), AMC(Adaptive Modulation and Coding) 방법과 채널 감응 스케줄링(channel sensitive scheduling) 방법 등의 다양한 기술을 이용하는 특징을 갖고 있다. 상기의 여러 가지 기술들은 채널 품질(channel quality) 등에 따라 여러 안테나로부터 송신하는 송신 전력을 집중하거나 전송하는 데이터 양을 조절하고, channel quality가 좋은 사용자에게 선택적으로 데이터를 전송하는 등의 방법을 통해 전송 효율을 개선하여 시스템 용량 성능을 개선시킨다. 이러한 기법들은 대부분이 기지국(eNB: evolved Node B, or BS: Base Station)과 단말(UE: User Equipment, or MS: Mobile Station) 사이의 채널 상태 정보를 바탕으로 동작하기 때문에, eNB 또는 UE은 기지국과 단말 사이의 채널 상태를 측정할 필요가 있으며, 이때 이용되는 것이 CSI-RS(Channel Status Indication reference signal)다. 앞서 언급한 eNB는 일정한 장소에 위치한 다운링크(downlink) 송신 및 업링크(uplink) 수신을 위한 장치를 의미하며 한 개의 eNB는 복수 개의 cell에 대한 송수신을 수행한다. 무선 통신 시스템에서 복수 개의 eNB들이 지리적으로 분산되어 있으며 각각의 eNB는 복수 개의 cell들에 대한 송수신을 수행할 수 있다.
LTE/LTE-A 등 현존하는 4세대 무선 통신 시스템은 데이터 전송율 및 시스템 용량의 확대를 위하여 복수개의 송수신 안테나를 이용하여 전송하는 MIMO 기술을 활용한다. 상기 MIMO 기술은 복수개의 송수신 안테나를 활용함으로서 복수개의 정보 스트림(information stream)을 공간적으로 분리하여 전송하는 기술이다. 이와 같이 복수개의 information stream을 공간적으로 분리하여 전송하는 것을 공간 다중화(spatial multiplexing)라 한다. 일반적으로 몇 개의 information stream에 대하여 spatial multiplexing을 적용할 수 있는지는 송신기와 수신기의 안테나 수에 따라 달라진다. 일반적으로 몇 개의 information stream에 대하여 spatial multiplexing을 적용할 수 있는지를 해당 전송의 랭크(rank)라 한다. LTE/LTE-A Release 11까지의 표준에서 지원하는 MIMO 기술의 경우 송수신 안테나가 각각 8개 있는 경우에 대한 spatial multiplexing을 지원하며 rank가 최대 8까지 지원된다.
3GPP LTE(-A) 또는 IEEE 802.16m 등과 같은 최근의 4세대 진화 무선 무선 통신 시스템 표준에서는 다중 접속(multiple access) 기법으로 OFDM(A) (orthogonal frequency division multiplexing (multiple access)와 같은 다중 부반송파(subcarrier)를 이용한 다중 접속(multiple access) 기법을 주로 채택하고 있다. 이와 같은 다중 부반송파를 기반으로한 다중 접속 기법과 함께 다중 안테나를 사용하여 송수신을 수행하는 MIMO (Multiple Input Multiple Output)를 이용하여 주파수 효율을 증대시키는 공간 다중화 방식을 무선 통신에 활용한다. 그리고 다중 안테나를 지원하는 무선 통신 시스템에서 효율적인 송신 전력 제어는 중요한 기술적 이슈들 중의 하나이다.
본 발명은 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템에서 효율적인 송신 전력 제어 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템에서 안테나의 각도에 따라 송신 전력을 제어하는 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템에서 인접 셀에 간섭 영향을 줄일 수 있는 송신 전력 제어 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따라 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 수행되는 송신 전력 제어 방법은, 안테나 배열을 통해 기준 신호를 서로 다른 복수의 수직 각도들로 송신하는 과정과, 상기 기준 신호를 수신하여 채널 상태를 측정한 단말로부터 송신 신호의 빔 형성과 관련된 채널 상태 정보를 수신하는 과정과, 상기 채널 상태 정보에 대응되는 송신 전력으로 상기 단말에게 상기 송신 신호를 전송하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따라 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템의 기지국은, 안테나 배열을 포함하는 송수신기와, 상기 안테나 배열을 통해 기준 신호를 서로 다른 복수의 수직 각도들로 송신하고, 상기 기준 신호를 수신하여 채널 상태를 측정한 단말로부터 송신 신호의 빔 형성과 관련된 채널 상태 정보를 수신하며, 상기 채널 상태 정보에 대응되는 송신 전력으로 상기 단말에게 상기 송신 신호를 전송하는 것을 제어하는 제어기를 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따라 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 수행되는 송신 전력 제어 방법은, 기지국의 안테나 배열을 통해 서로 다른 복수의 수직 각도들로 송신되는 기준 신호를 각각 수신하는 과정과, 상기 기준 신호를 수신하여 채널 상태를 측정하고 상기 기지국으로부터 송신될 송신 신호의 빔 형성과 관련된 채널 상태 정보를 송신하는 과정과, 상기 채널 상태 정보에 대응되는 송신 전력으로 상기 기지국으로부터 상기 송신 신호를 수신하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따라 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 수행되는 송신 전력 제어 방법은, 데이터 송수신을 위한 송수신기와, 기지국의 안테나 배열을 통해 서로 다른 복수의 수직 각도들로 송신되는 기준 신호를 각각 수신하고, 상기 기준 신호를 수신하여 채널 상태를 측정하고 상기 기지국으로부터 송신될 송신 신호의 빔 형성과 관련된 채널 상태 정보를 송신하며, 상기 채널 상태 정보에 대응되는 송신 전력으로 상기 기지국으로부터 상기 송신 신호를 수신하는 것을 제어하는 제어기를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어가 적용되는 FD-MIMO 시스템의 일 예를 나타낸 도면,
도 2는 LTE 시스템에서 무선 자원을 설명하기 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 CSI-RS 구성의 일 예를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 3차원 공간에 대한 채널 측정을 위한 기준 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말기 기지국으로 채널 상태 정보를 보고하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 다중 셀 구조의 일 예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 안테나 배열을 통해 전송되는 송신 신호의 수직 각도에 따른 간섭 영향을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신 신호의 수직 각도에 따른 송신 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면,
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명의 실시 예에 따라 기지국으로부터 PMI별 송신 전력 관련 정보를 수신한 단말이 채널상태 보고를 수행하는 방법의 일 예를 나타낸 도면,
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 일 구성 예를 나타낸 블록도,
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 일 구성 예를 나타낸 블록도.
이하 본 발명의 실시예를 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.
또한, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, MIMO 기반의 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템을 대상으로 설명될 것이다. 본 발명의 주요한 요지는 또한 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.
최근 다중 안테나와 관련된 새로운 기술로 FD-MIMO(Full Dimension MIMO)가 3GPP에서 표준화 착수되었다. FD-MIMO는 송신기에서 2차원으로 배열된 송신 안테나들을 활용하여 신호의 전송 방향을 3차원 공간에서 조절할 수 있는 빔 형성(beam forming)을 가능케 한다. 즉, FD-MIMO를 적용한 송신기는 송신 신호의 수직각도 및 수평각도 방향을 조절할 수 있게 된다. 이와 같이 신호의 전송 방향을 수직 및 수평 방향에서 모두 조절할 수 있을 경우, 송신기는 수신 위치에 따라 보다 효과적으로 송신 신호를 송신할 수 있게 되며 결과적으로 무선 통신 시스템의 성능을 획기적으로 개선시킬 수 있다.
2차원 안테나 배열을 활용한 FD-MIMO를 다중 셀 무선 통신 시스템에 적용할 경우 전체적인 시스템 성능을 대폭 개선할 수 있다. 특히 FD-MIMO가 기지국에 적용되어 단말에 보다 효율적인 무선 통신 서비스를 제공하는데 활용될 수 있다. FD-MIMO를 기지국에 적용할 경우 기지국에서 전송하는 신호가 다양한 수직 각도 방향에서 전송될 수 있다는 점에서 기존 MIMO를 적용한 기지국과 다르다. 기존 MIMO를 적용한 기지국은 전송되는 신호의 수평 각도 방향만을 조절할 수 있다. 이와 같이 전송하는 신호의 수직 각도 방향을 조절할 경우 무선 통신 시스템에서 인접 셀에 미치는 간섭효과를 고려하여 FD-MIMO를 운용해야 한다. 일반적으로 기지국에서 전송하는 신호의 수직 방향의 각도가 수평에 가까울수록 인접 셀에 미치는 간섭이 커지기 때문이다. 본 발명에서는 이와 같이 다양한 수직 각도 방향에서 전송하는 FD-MIMO가 인접에 미치는 영향을 조절하여 효율적인 무선 통신 서비스를 제공할 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어 방법이 적용될 수 있는 일 시스템의 예로 FD-MIMO 시스템은 기존 LTE/LTE-A MIMO 기술이 진화되어 8개 보다 많은 32개 또는 그 이상의 송신 안테나를 이용할 수 있는 시스템이다. 즉 FD-MIMO 시스템은 수십 개 또는 그 이상의 송신 안테나를 활용하여 데이터를 송신하는 무선통신 시스템을 일컫는다. 그리고 이하 LTE 또는 LTE-A 기술은 간략히 LTE라 칭하기로 한다. 또한 이하 본 발명의 실시 예들은 설명의 편의상 FD-MIMO 시스템을 일 예로 들어 설명될 것이나 본 발명이 FD-MIMO 시스템에 한정되는 것은 아님에 유의하여야 할 것이다. 본 발명의 실시 예들은 송신 신호의 각도를 조절할 수 있는 다중 안테나를 이용하는 각종 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 제어가 적용되는 FD-MIMO 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 참조 번호 100의 기지국 송신 장비는 수십 개 또는 그 이상의 송신안테나로 무선 신호를 전송한다. 복수개의 송신안테나들은 110과 같이 서로 최소거리를 유지하도록 배치된다. 상기 최소거리의 한 예로는 송신되는 무선신호의 파장길이의 절반이 될 수 있다. 일반적으로 송신안테나 사이에 무선신호의 파장길이의 절반이 되는 거리가 유지되는 경우 각 송신안테나에서 전송되는 신호는 서로 상관도가 낮은 무선채널의 영향을 받게 된다. 전송하는 무선신호의 대역이 2GHz일 경우 이 거리는 대략 7.5cm가 되며 대역이 2GHz보다 높아지면 이 거리는 더 짧아진다.
상기 도 1에서 기지국의 송신 안테나들은 100과 같은 2차원 안테나 배열에 위치되어 있다. 이와 같이 2차원 평면에 송신 안테나들을 배치하는 것은 기지국으로 하여금 송신신호의 빔형성을 수직 및 수평방향에서 동시에 조절할 수 있다. 기존에 송신 안테나들이 1차원 안테나 배열에 위치되어 있는 경우 빔형성을 수직 또는 수평방향에서만 조절할 수 있었던 것과는 대조되는 부분이다.
상기 도 1에서 100의 기지국에 배치된 수십 개 또는 그 이상의 송신안테나들은 한 개 또는 복수개의 단말에서 120과 같이 신호를 전송하는데 활용된다. 복수의 송신안테나에는 적절한 사전 부호화(precoding)가 적용되어 복수의 단말들에게로 동시에 송신하도록 한다. 이때 한 개의 단말은 1개 또는 그 이상의 공간적으로 분리된 information stream을 수신할 수 있다. 일반적으로 한 개의 단말이 수신할 수 있는 information stream의 개수는 단말이 보유하고 있는 수신안테나 수와 채널상황에 따라 결정된다.
상기 FD-MIMO system을 효과적으로 구현하기 위해서는 단말이 채널상황 및 간섭의 크기를 정확하게 측정하고 이를 이용하여 효과적인 채널상태 정보를 기지국으로 전송하여야 한다. 상기 채널상태 정보를 수신한 기지국은 이를 이용하여 하향링크의 송신과 관련하여 어떤 단말들에게 송신을 수행할지, 어떤 데이터 전송속도로 송신을 수행할지, 어떤 precoding을 적용할지 등을 결정한다. FD- MIMO 시스템의 경우 송신안테나 개수가 많은 관계로 종래의 LTE/LTE-A 시스템의 채널 상태 정보의 송수신 방법을 적용할 경우 상향링크로 많은 양의 제어정보를 송신해야 하는 상향링크 오버헤드 문제가 발생한다.
무선 통신 시스템에서 시간, 주파수, 그리고 전력 자원은 한정되어 있다. 그러므로 기준 신호에 더 많은 자원을 할당하게 되면 트래픽 채널(traffic channel)에서 데이터 전송에 할당할 수 있는 자원이 줄어들게 되어 전송되는 데이터의 절대적인 양이 줄어들 수 있다. 이와 같은 경우 채널 측정 및 추정(channel measurement and estimation)의 성능은 개선되겠지만 전송되는 데이터의 절대량이 감소하므로 전체 시스템 용량 성능은 오히려 저하될 수 있다. 따라서, 전체 시스템 용량 측면에서 최적의 성능을 이끌어 낼 수 있도록 기준 신호를 위한 자원과 traffic channel에서 데이터 전송을 위한 신호의 자원 사이에 적절한 배분이 필요하다.
도 2는 LTE 시스템에서 무선 자원을 설명하기 도면으로서, 하향링크로 스케줄링 할 수 있는 최소 단위인 1 subframe 및 1 RB의 무선자원을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 무선 자원은 시간축상에서 한 개의 subframe으로 이루어지며 주파수축상에서 한 개의 RB로 이루어진다. 이와 같은 무선자원은 주파수 영역에서 12개의 subcarrier로 이루어지며 시간영역에서 14개의 OFDM 심볼로 이루어져서 총 168개의 고유 주파수 및 시간 위치 갖도록 한다. LTE 시스템에서는 상기 도 2의 각각의 고유 주파수 및 시간 위치를 RE(resource element)라 한다. 상기 도 2에 도시된 무선자원에는 다음 1) 내지 5)와 같은 복수개의 서로 다른 종류의 신호가 전송될 수 있다.
1) CRS (Cell Specific RS): 한 개의 cell에 속한 모든 단말을 위하여 주기적으로 전송되는 기준신호이며 복수개의 단말들이 공통적으로 이용할 수 있다.
2) DMRS (Demodulation Reference Signal): 특정 단말을 위하여 전송되는 기준신호이며 해당 단말에게 데이터를 전송할 경우에만 전송된다. DMRS는 총 8개의 DMRS port들로 이루어질 수 있다. LTE/LTE-A에서는 port 7에서 port 14까지 DMRS port에 해당하며 port들은 CDM또는 FDM을 이용하여 서로 간섭을 발생시키지 않도록 orthogonality를 유지한다.
3) PDSCH (Physical Downlink Shared Channel): 하향링크로 전송되는 데이터 채널로 기지국이 단말에게 트래픽을 전송하기 위하여 이용하며 상기 도 2의 data region에서 기준신호가 전송되지 않는 RE를 이용하여 전송됨
4) CSI-RS (Channel Status Information Reference Signal): 한 개의 cell에 속한 단말들을 위하여 전송되는 기준신호를 채널상태를 측정하는데 이용됨. 한 개의 cell에는 복수개의 CSI-RS가 전송될 수 있음.
5) 기타 제어채널 (PHICH, PCFICH, PDCCH): 단말이 PDSCH를 수신하는데 필요한 제어정보를 제공하거나 상향링크의 데이터 송신에 대한 HARQ를 운용하기 위한 ACK/NACK 전송
상기 신호 외에 LTE-A 시스템에서는 다른 기지국의 전송하는 CSI-RS가 해당 셀의 단말들에게 간섭없이 수신될 수 있도록 muting을 설정할 수 있다. 상기 muting은 CSI-RS가 전송될 수 있는 위치에서 적용될 수 있으며 일반적으로 단말은 해당 무선 자원을 건너뛰어 트래픽 신호를 수신한다. LTE-A 시스템에서 muting은 또 다른 용어로 제로 전력(zero-power) CSI-RS라고 불리기도 한다. Muting의 특성상 CSI-RS의 위치에 적용되며 송신 전력이 송신되지 않기 때문이다.
상기 도 2에서 CSI-RS는 CSI-RS를 전송하는 안테나들 수에 따라 예컨대, A, B, C, D, E, E, F, G, H, I, J로 표시된 위치의 일부를 이용하여 전송될 수 있다. 또한 muting도 A, B, C, D, E, E, F, G, H, I, J로 표시된 위치의 일부에 적용될 수 있다. 특히 CSI-RS는 전송하는 안테나포트 수에 따라서 2개, 4개, 8개의 RE로 전송될 수 있다. 안테나포트수가 2개일 경우 상기 도 2에서 특정 패턴의 절반에 CSI-RS가 전송되며 안테나포트수가 4개일 경우 특정 패턴의 전체에 CSI-RS가 전송되고 안테나포트수가 8개일 경우 두 개의 패턴을 이용하여 CSI-RS가 전송된다. 반면 muting의 경우 언제나 한 개의 패턴 단위로 이루어진다. 즉, muting은 복수개의 패턴에 적용될 수는 있지만 CSI-RS와 위치가 겹치지 않는 경우 한 개의 패턴의 일부에만 적용될 수는 없다. 단, CSI-RS의 위치와 muting의 위치가 겹칠 경우에 한해서 한 개의 패턴의 일부에만 적용될 수 있다.
그리고 두 개의 안테나포트에 대한 CSI-RS가 전송될 경우 CSI-RS는 시간축에서 연결된 두개의 RE에서 각 안테나포트의 신호를 전송하며 각 안테나포트의 신호는 직교코드로 구분된다. 또한 네 개의 안테나포트에 대한 CSI-RS가 전송될 경우 두 개의 안테나포트를 위한 CSI-RS에 추가로 두개의 RE를 더 이용하여 동일한 방법으로 추가로 두개의 안테나포트에 대한 신호를 전송한다. 8개의 안테나포트에 대한 CSI-RS가 전송될 경우도 마찬가지이다.
상기 zero power CSI-RS가 적용될 수 있는 A, B, C, D, E, E, F, G, H, I, J는 기지국의 판단에 따라 간섭 측정을 위한 IMR(Interference Measurement Resource)로 설정될 수 있다. 기지국이 단말에게 A, B, C, D, E, E, F, G, H, I, J 중 하나를 IMR로 설정할 경우 단말은 해당 위치에서 수진되는 모든 신호를 간섭으로 측정하여 하향링크 채널상태 정보를 생성한다. 한 예로 어떤 기지국이 자신으로부터 데이터를 수신하는 단말에게 자원 A를 IMR로 설정하고 해당 위치에서 어떤 하향링크 신호도 전송 않하는 것이 가능하다. 이 경우 단말이 자원 A 에서 수신하는 신호는 다른 기지국(즉 다른 셀)에서 발생하는 셀 간 간섭(inter-cell interference)가 된다. 즉, 해당 단말이 자원 A에서 수신한 신호를 기준으로 하향링크 채널상태 정보를 생성할 경우 해당 채널상태 정보는 다른 기지국에서 발생하는 inter-cell interference를 자동으로 감안할 수 있게 된다.
셀룰러 시스템에서 하향링크 채널 상태를 측정하기 위하여 기준신호 (reference signal)을 전송해야 한다. 3GPP의 LTE-A(Long Term Evolution Advanced) 시스템의 경우 기지국이 전송하는 CRS 또는 CSI-RS(Channel Status Information Reference Signal)를 이용하여 단말은 기지국과 자신 사이의 채널 상태를 측정한다. 상기 채널 상태는 기본적으로 몇 가지 요소가 고려되어야 하며 여기에는 하향링크에서의 간섭량이 포함된다. 상기 하향링크에서의 간섭량은 인접 기지국에 속한 안테나 의하여 발생되는 간섭신호 및 열잡음 등이 포함되며 단말이 하향링크의 채널 상황을 판단하는데 중요하다. 한 예로 송신안테나가 한 개인 기지국에서 수신안테나가 한 개의 단말로 전송할 경우 단말은 기지국에서 수신된 기준신호에서 하향링크로 수신할 수 있는 심볼당 에너지(Es)와 해당 심볼을 수신하는 구간에서 동시에 수신될 간섭량(Io)을 판단하여 Es/Io를 결정해야 한다. 결정된 Es/Io는 데이터전송 속도 또는 그에 상응하는 값으로 변환되어 기지국으로 CQI (Channel Quality Indicator)의 형태로 통보되어 기지국이 하향링크로 단말에게 어떤 데이터 전송속도로 전송을 수행할지를 판단할 수 있게 한다.
LTE-A 시스템의 경우 단말은 하향링크의 채널상태에 대한 정보를 기지국에게 피드백하여 기지국의 하향링크 스케줄링에 활용할 수 있도록 한다. 즉, 단말은 하향링크로 기지국이 전송하는 기준신호를 측정하고 여기에서 추출한 정보를 LTE/LTE-A 표준에서 정의하는 형태로 기지국으로 피드백하는 것이다. LTE/LTE-A에서 단말이 피드백하는 정보로는 크게 다음 1) 내지 3)의 세 가지 정보가 있다.
1) RI (Rank Indicator): 단말이 현재의 채널상태에서 수신할 수 있는 spatial layer의 개수
2) PMI (Precoder Matrix Indicator): 단말이 현재의 채널상태에서 선호하는 precoding matrix에 대한 지시자
3) CQI (Channel Quality Indicator): 단말이 현재의 채널상태에서 수신할 수 있는 최대 데이터 전송률 (data rate). CQI는 최대 데이터 전송률과 유사하게 활용될 수 있는 SINR, 최대의 오류정정 부호화율 (code rate) 및 변조 방식, 주파수당 데이터 효율 등으로 대체될 수 도 있임.
상기 RI, PMI, CQI는 서로 연관되어 의미를 갖는다. 한 예로 LTE/LTE-A에서 지원하는 사전 부호화 행렬(precoding matrix)은 rank별로 다르게 정의되어 있다. 때문에 예컨대, RI가 1의 값을 가질 때 PMI 값 X와 RI가 2의 값을 가질 때 PMI 값 X는 다르게 해석이 된다. 또한 단말이 CQI를 결정할 때에도 자신이 기지국에 통보한 PMI와 X가 기지국에서 적용되었다는 가정을 한다. 즉, 단말이 RI_X, PMI_Y, CQI_Z를 기지국에 통보한 것은 rank를 RI_X로 하고 precoding을 PMI_Y로 할 때 CQI_Z에 해당하는 데이터 전송률을 해당 단말이 수신할 수 있다고 통보하는 것과 같다. 이와 같이 단말은 CQI를 계산할 때에 기지국에 어떤 전송방식을 수행할 지를 가정하여 해당 전송방식으로 실제 전송을 수행하였을 때 최적화된 성능을 얻을 수 있도록 한다.
다음의 <표 1>은 현재 LTE 표준에 명시되어 있는 CQI 테이블의 예를 나타낸 것이다. CQI는 총 4비트의 정보로 그 값에 따라 다음의 CQI table의 한 줄을 가르킨다. 한 예로 단말이 CQI index 12를 기지국에 보고할 경우 이는 해당 단말이 3.9023 bits/sec/Hz의 주파수당 데이터 효율을 측정한 채널에서 지원할 수 있음 기지국에 통보하는 것이다.
Figure 112017106185115-pct00001
FD-MIMO과 같이 송신 안테나의 개수가 많은 경우 이에 비례하는 CSI-RS를 전송해야 한다. 일례로 LTE/LTE-A에서 8개의 송신 안테나를 이용할 경우 기지국은 8-port에 해당하는 CSI-RS를 단말에게 전송하여 하향링크의 채널상태를 측정하도록 한다. 이때 기지국에서 8-port에 해당하는 CSI-RS를 전송하는데 한 개의 RB내에서 상기 도 2의 자원 A, B와 같이 8개의 RE로 구성되는 무선자원을 이용해야 한다. 이와 같은 LTE/LTE-A 방식의 CSI-RS 전송을 FD-MIMO에 적용하는 경우 송신안테나 수에 비례하는 무선자원이 CSI-RS에 할당되어야 한다. 즉, 기지국의 송신안테나가 N개일 경우 기지국은 한 개의 RB내에서 총 N개의 RE를 이용하여 CSI-RS를 전송해야 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 CSI-RS 구성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3의 예는 32개의 송신안테나를 가지는 경우 네 개의 8 port CSI-RS 구성(configuration)을 활용하여 전송되는 것을 도시한 것이다. 이 경우 상기 도 2의 A-B, C-D, E-F, G-H의 네쌍의 무선자원을 활용하여 32개의 송신안테나에 대한 CSI-RS를 전송할 수 있다.
상기 도 3의 예에서 기지국은 2차원 평면에 수직으로 4개, 수평으로 8개의 송신안테나를 가지고 있다. 기지국은 상기 32개의 송신안테나를 구성하는 각 수평방향의 안테나 배열을 한 개의 CSI-RS configuration에 mapping한다(300). 한 예로 A0~H0의 8개 송신안테나는 참조 번호 310의 CSI-RS configuration 0에 mapping되어 해당 CSI-RS configuration의 무선자원 위치에서 기준신호를 전송한다. 마찬가지로 A1~H1, A2~H2, A3~H3는 각각 CSI-RS configuration 1, CSI-RS configuration 2, CSI-RS configuration3에 mapping되어 해당 CSI-RS configuration의 무선자원 위치에서 기준신호를 전송하게 된다.
상기 도 3과 같이 2차원 평면의 송신안테나들이 복수 개의 CSI-RS configuration을 활용하여 전송될 경우 단말은 CSI-RS configuration들의 무선자원 위치에서 수신한 기준신호를 측정함으로서 3차원 공간에 대한 채널을 측정할 수 있게 된다. 즉, 단말은 CSI-RS configuration 0, 1, 2, 3의 위치에서 32개 송신안테나에 대한 기준신호를 측정하여 자신이 어떤 수직 또는 수평 방향으로 신호를 전송받는게 가장 유리한지를 판단할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 3차원 공간에 대한 채널 측정을 위한 기준 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 도 3과 마찬가지로 기지국(eNB)은 2차원 평면에 수직으로 4개, 수평으로 8개의 송신안테나를 가지고 있음을 가정한다. 기지국은 도 3과 같이 32개의 송신안테나를 위하여 32개의 CSI-RS port가 전송될 수 있는 CSI-RS configuration을 할당하는 대신 상기 도 4의 참조 번호 400 및 430과 같이 8 port CSI-RS configuration 1개와 4 port CSI-RS configuration 1개를 할당하여 유사한 효과를 얻을 수 있다.
FD-MIMO와 같이 많은 수의 송신 안테나를 갖는 기지국에서 기준 신호(RS)인 CSI-RS를 전송하는데 과다한 무선자원을 할당하는 것을 방지하면서 단말로 하여금 많은 수의 송신안테나에 대한 채널측정을 가능케하는 방법으로는 CSI-RS를 N개의 차원으로 분리하여 전송하는 방법이 있다. 한 예로 기지국의 송신안테나가 상기 도 1과 같이 2차원에 배열되어 있을 경우 CSI-RS를 2개의 차원으로 분리하여 전송할 수 있다. 한 개의 CSI-RS는 수평방향의 채널 정보를 측정케하는 Horizontal CSI-RS로 운영하고 또하나의 CSI-RS는 수직방향의 채널 정보를 측정케하는 Vertical CSI-RS로 운영하는 것이다.
상기 도 4를 참조하면, FD-MIMO를 운영하는 기지국은 총 32개의 안테나로 구성되어있다. 도 4에서 참조 번호 400의 32개의 안테나는 각각 A0,..,A3, B0,..,B3, C0,..,C3, D0,..,D3, E0,..,E3, F0,..,F3, G0,..,G3, H0,...,H3으로 표시되어 있다. 상기 도 4의 32개의 안테나는 두 개의 CSI-RS로 전송된다. 수평 방향의 채널 상태를 측정하게 하는 H-CSI-RS는 다음 1) 내지 8)의 8개 안테나포트로 구성될 수 있다. H-CSI-RS에서 "H"는 수평 방향을 의미한다.
1) H-CSI-RS port 0: 안테나 A0, A1, A2, A3이 합쳐져서 이루어짐
2) H-CSI-RS port 1: 안테나 B0, B1, B2, B3이 합쳐져서 이루어짐
3) H-CSI-RS port 2: 안테나 C0, C1, C2, C3이 합쳐져서 이루어짐
4) H-CSI-RS port 3: 안테나 D0, D1, D2, D3이 합쳐져서 이루어짐
5) H-CSI-RS port 4: 안테나 E0, E1, E2, E3이 합쳐져서 이루어짐
6) H-CSI-RS port 5: 안테나 F0, F1, F2, F3이 합쳐져서 이루어짐
7) H-CSI-RS port 6: 안테나 G0, G1, G2, G3이 합쳐져서 이루어짐
8) H-CSI-RS port 7: 안테나 H0, H1, H2, H3이 합쳐져서 이루어짐
상기에서 복수개의 안테나가 합쳐서 한 개의 CSI-RS port를 생성하는 것은 안테나 가상화(antenna virtualization)를 의미하는 것으로 일반적으로 복수 안테나의 선형적 결합을 통하여 이루어진다. 또한 수직방향의 채널 상태를 측정하게 하는 V-CSI-RS는 다음 1) 내지 4)의 4개 안테나포트로 구성될 수 있다. V-CSI-RS에서 "V"는 수직 방향을 의미한다.
1) V-CSI-RS port 0: 안테나 A0, B0, C0, D0, E0, F0, G0, H0이 합쳐져서 이루어짐
2) V-CSI-RS port 1: 안테나 A1, B1, C1, D1, E1, F1, G1, H1이 합쳐져서 이루어짐
3) V-CSI-RS port 2: 안테나 A2, B2, C2, D2, E2, F2, G2, H2가 합쳐져서 이루어짐
4) V-CSI-RS port 3: 안테나 A3, B3, C3, D3, E3, F3, G3, H3이 합쳐져서 이루어짐
상기와 같이 복수개의 안테나가 이차원으로 M×N(수직방향×수평방향)으로 배열된 경우 N개의 수평방향의 CSI-RS port와 M개의 수직방향의 CSI-RS port를 이용하여 FD-MIMO 시스템에서 채널을 측정할 수 있다. 즉, 두 개의 CSI-RS를 이용할 경우 M×N개의 송신안테나를 위하여 M+N개의 CSI-RS port를 활용하여 채널상태 정보를 파악할 수 있게 된다. 이와 같이 더 적은 수의 CSI-RS port수를 이용하여 더 많은 수의 송신안테나에 대한 정보를 파악하게 하는 것은 CSI-RS 오버헤드를 줄이는데 중요한 장점으로 작용한다. 상기에서는 두개의 CSI-RS를 이용하여 FD-MIMO 시스템의 송신안테나에 대한 채널 정보를 파악하였으며 이와 같은 접근은 K개의 CSI-RS를 이용하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
상기 도 4에서 예시한 32개의 송신안테나는 8개의 H-CSI-RS port와 4개의 V-CSI-RS port로 할당되어 전송됨으로써 단말에게 FD-MIMO 시스템의 무선채널을 측정케 할 수 있다. 상기에서 H-CSI-RS는 참조 번호 410과 같이 단말이 단말과 기지국 송신안테나 사이의 수평 각도에 대한 정보를 측정케하는 반면 V-CSI-RS는 참조 번호 420과 같이 단말이 단말과 기지국 송신안테나 사이의 수직 각도에 대한 정보를 측정케 한다.
단말은 도 3 또는 도 4와 같이 전송되는 하나 이상의 CSI-RS를 측정하여 기지국과 자신 사이의 수직 및 수평 방향의 무선채널에 대한 정보를 얻을 수 있다. 이와 같이 얻어진 무선채널 정보를 활용하여 단말은 하향링크 무선채널에 대한 채널상태 정보를 생성하고 이를 기지국에 보고한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말기 기지국으로 채널 상태 정보를 보고하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 화살표(501, 503)는 한 종류의 채널상태 정보가 다른 종류의 채널상태 정보를 해석하는데 어떻게 연관되어 있는지를 표시한다. 즉, RI (500)에서 시작한 화살표(501)가 PMI (510)에서 종료하는 것은 RI (500)의 값에 따라 PMI의 해석이 달라진다는 것을 의미한다. 상기 도 5에서 단말은 CSI-RS를 측정하여 채널상태 정보를 생성하여 기지국에 보고한다. 상기에서 RI, PMI, CQI는 서로 연관성을 가지며 전송된다. 즉, RI는 이후 전송되는 PMI가 어떤 rank의 precoding matrix를 가르키는지를 통보한다. 또한 CQI는 기지국이 RI가 지정하는 rank로 기지국이 전송할 때 PMI가 지정하는 해당 rank의 precoding matrix를 적용할 경우 단말이 수신가능한 데이터 전송속도 또는 그에 상응하는 값에 해당한다. 기지국은 단말이 보고한 상기 도 5의 채널상태 정보를 기반으로 단말의 하향링크 무선채널의 상태를 파악하고 단말에게 어떤 전송속도로 데이터 신호를 전송할지를 파악한다.
상기에서 언급한 바와 같이 FD-MIMO 시스템에서는 2차원 평면에 배열된 다수의 송신 안테나를 활용하여 단말에게 전송하는 신호의 방향을 수직 및/또는 수평축에서 조절하여 성능을 최적화할 수 있다. 이와 같이 기지국이 전송하는 신호를 수직 및/또는 수평방향에서 조절하는 것은 기존 무선 통신 시스템에서 적용되지 못하는 기능으로써 FD-MIMO와 같이 2차원 평면에 배열된 다수의 안테나를 보유한 기지국만이 가능하다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 다중 셀 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 시스템은 3개의 기지국(601, 603, 605)을 예로 도시하였으며, 각 기지국(601, 603, 605)은 360도 전방향에 무선 통신 서비스를 지원하기 위하여 360도를 세등분하여 120도 씩 담당하는 세 개의 sector 또는 cell을 운영함을 가정한다. 상기 도 6의 예는 3개의 기지국과 9개의 sector 또는 cell이 존재하는 구성이다. 각 sector를 위하여 기지국에는 상기 도 6의 610과 같이 2차원 평면 안테나 배열을 활용한다.
상기에서 언급한 바와 같이 2차원 평면에 배열된 다수의 안테나를 활용하여 기지국은 전송되는 신호의 수평 및 수직 방향을 조정할 수 있다. 상기 도 6은 기지국들을 위에서 내려본 평면도이기 때문에 수평방향에 대해서만 설명한다. 601의 기지국은 610의 2차원 안테나 배열을 활용하여 620의 sector 영역에 속한 단말들에게 무선 통신 서비스를 제공한다. 단말이 620의 sector 영역 어느 위치에 있느냐에 따라 기지국은 단말에게 전송하는 신호의 수평방향을 다르게 조절한다.
한 개의 sector에서 신호가 전송될 경우 해당 신호는 다른 sector에서 무선 통신 서비스를 받는 단말에게 간섭으로 작용한다. 이를 inter-cell interference라고 한다. 상기 도 6에서도 참조 번호 610의 2차원 안테나 배열에서 전송된 신호는 620의 sector 영역에 인접한 다른 sector 영역의 단말에 간섭으로 작용한다. 수평방향의 경우 일반적으로 기지국이 어떤 방향으로 전송하더라도 그 영향은 평균적으로 유사하다. 즉, 참조 번호 610의 2차원 안테나 배열에서 신호가 12시 방향으로 전송되는 경우와 3시 방향으로 전송되는 경우 모두 다른 sector에 미치는 간섭의 양은 평균적으로 유사하다. 때문에 일반적으로 수평방향의 경우 모든 방향에 동일한 송신 전력을 할당하여 무선신호를 전송한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 안테나 배열을 통해 전송되는 송신 신호의 수직 각도에 따른 간섭 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 예컨대, 두 개의 기지국이 각각 700과 770의 두 개의 2차원 안테나 배열을 이용하여 각각 sector를 담당하는 상황을 가정한다. 상기 2차원 안테나 배열(700, 770)은 건물 위에 설치되고, 각 기지국은 자신이 담당하는 sector에 위치한 단말에게 무선 통신 서비스를 제공한다. 그리고 예컨대, 상기 두 개의 기지국들 중에서 도 7에서 2차원 안테나 배열(700)을 이용하는 제1 기지국은 단말(710)과 단말(720)에게 무선신호를 전송하고 있다. 상기 제1 기지국이 단말(710)에게 무선신호를 전송할 경우 제1 기지국은 2차원 안테나 배열(700)을 통해 전송되는 신호의 수직 방향이 참조 번호 740과 같은 각도를 갖도록 신호를 전송한다. 상기 제1 기지국이 단말 720에게 무선신호를 전송할 경우 상기 제1 기지국은 2차원 안테나 배열(700)을 통해 전송되는 송신 신호의 수직 방향이 참조 번호 730과 같은 각도를 갖도록 신호를 전송한다.
상기한 예와 같이, 도 7에서 상기 제1 기지국이 2차원 안테나 배열(700)을 통해 단말(710)과 단말(720)에게 각각 무선 신호를 전송할 때 서로 다른 수직 방향의 각도로 신호를 전송함을 알 수 있다. 이와 같이 다른 수직방향으로 무선신호를 전송할 경우 그 신호가 인접 sector 또는 cell에 속한 단말에 미치는 영향은 다르다. 한 예로 2차원 안테나 배열(700)을 통해 단말 710에게 전송되는 무선신호는 상대적으로 큰 수직각도로 전송됨에 따라 상기 두 개의 기지국들 중에서 2차원 안테나 배열(770)을 이용하는 인접한 제2 기지국으로부터 무선 신호를 수신하고 있는 단말 760에 미치는 영향이 작다. 반면 제1 기지국의 2차원 안테나 배열(700)을 통해 단말 720에게 전송되는 무선신호(790)는 상대적으로 작은 수직각도로 전송됨에 따라 제1 기지국에 인접한 제2 기지국의 2차원 안테나 배열(770)을 통해 무선신호(780)를 수신하고 있는 단말(760)에 미치는 영향이 크다. 즉 같은 2차원 안테나 배열에서 전송된 무선신호라도 그 신호가 전송되는 수직각도에 따라 인접 sector 또는 cell 영역의 단말에 미치는 간섭의 크기가 달라진다. 도 7과 같이 동일한 전송 전력으로 무선신호를 송신하더라도 수직 각도가 작을 수로 인접 sector 또는 cell에 미치는 간섭의 크기가 커지게 된다.
상기 도 7의 예에서와 같이 2차원 안테나 배열을 활용하여 송신 신호의 수직 각도를 가변적으로 조정할 경우 인접 sector 또는 cell에 미치는 영향을 감안해야 최적의 시스템 성능을 얻을 수 있다. 본 발명에서는 이와 같이 송신 신호의 수직각도에 따라 인접 cell에 미치는 영향이 달라지는 점을 감안하여 송신 신호의 수직각도에 따라 송신 신호의 송신 전력을 다르게 운용하는 것을 제안한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신 신호의 수직 각도에 따른 송신 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 이는 예컨대, 기지국의 2차원 안테나 배열에서 전송되는 송신신호의 송신 전력이 수직 각도에 따라 다르게 운용되는 송신 전력 제어 방법의 일 예를 나타낸 것이다.
도 8의 예에서 기지국은 2차원 안테나 배열(800)을 통해 참조 번호 810, 820, 830, 840 중 어느 각도로 단말(850)에게 송신 신호를 송신하느냐에 따라 기지국은 서로 다른 송신 전력을 할당한다. 참조 번호 810과 같이 아래방향으로 무선신호를 송신할 경우 기지국은 해당 무선신호에 송신전력 PTX dBm을 할당한다. 상기에서 dBm은 Decibel-milliwatts의 약자로 전력의 크기를 나타내는 단위이다. 반면 참조 번호 840과 같이 인접 cell에 간섭을 크게 미칠 수 있는 방향으로 무선 신호를 송신할 경우 기지국은 해당 무선신호에 송신전력 PTX - 6dBm을 할당한다. 이와 같이 기지국이 송신하는 송신 신호의 수직 각도에 따라 서로 다른 송신 전력을 할당함으로써 효과적인 셀간 간섭관리가 가능해진다.
도 8의 예와 같이 기지국이 2차원 안테나 배열을 통해 전송되는 송신 신호의 송신 전력을 수직각도에 따라 다르게 제어하기 위한 방법의 일 예로 단말에서는 이를 가정한 하향 링크 채널 상태 정보가 필요하다. 상기한 설명에서 언급한 바와 같이 단말은 기지국이 전송하는 하향링크 기준신호와 간섭 측정 자원을 활용하여 하향링크 채널상태 정보를 생성한다. 기본적으로 단말은 상기 하향링크 채널상태 정보를 기지국에게 보고하여 자신이 어떤 데이터 전송속도를 하향링크 무선채널에서 지원할 수 있는지 보고한다. 송신신호의 송신 전력이 그 송신 신호의 수직 각도에 따라 다르게 제어되는 상황에서 효과적인 무선 통신을 수행하기 위해서는 단말이 기지국에게 보고할 하향링크 채널상태 정보를 생성하는 단계에서 송신 신호의 수직각도 별로 다른 송신 전력이 할당된다는 것을 고려해야 한다.
이하 본 발명의 실시 예들에서는 송신 신호의 수직 각도에 따라 서로 다른 송신 전력을 할당하는 제어 방법이 적용될 수 있도록, 기지국에서 수행되는 방법과 단말에서 수행되는 방법의 다양한 실시 예들을 설명하기로 한다. 상기한 실시 예에서 안테나 배열은 2차원 안테나 배열을 예시하였으나, 송신 신호의 수직 각도를 제어할 수 있는 다차원 안테나 배열 또한 동일한 방식으로 이용될 수 있다.
<제1 실시 예>
제1 실시 예에서 기지국은 송신 신호의 수직 각도 별로 서로 다른 기준 신호(예컨대, CSI-RS)를 전송하고 각 CSI-RS에 다른 송신 전력을 할당한다. LTE에서 단말은 CSI-RS를 수신한후 CSI-RS의 수신 에너지를 계산하여 채널상태 정보를 생성한다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 예와 같이, 서로 다른 수직 각도로 전송되는 CSI-RS에 서로 다른 송신 전력을 할당할 경우 단말은 이에 상응하는 수신 에너지를 측정하게 되고 이에 따라 채널상태 정보를 생성한다.
도 9를 참조하면, 기지국은 2차원 안테나 배열(900)을 통해 910, 920, 930, 940의 4 개의 CSI-RS들(CSI-RS0, CSI-RS1, CSI-RS2, CSI-RS3)을 서로 다른 송신 각도로 전송하고, 상기 4 개의 CSI-RS들에 대해 서로 다른 송신 전력을 각각 할당한다. 기지국은 단말(950)에게 전송되는 상기 4 개의 CSI-RS들을 측정하게 한다. 각 CSI-RS는 한 개 이상의 CSI-RS antenna port로 구성된다. 이때 각 CSI-RS에 할당된 송신 전력은 도 9에 예시된 바와 같이 다르다. 단말은 4 개의 CSI-RS들을 측정하여 각 CSI-RS에 대하여 하향링크 채널상태 정보를 생성하여 이를 기지국에 보고한다. 기지국은 단말에게 상기 4 개의 CSI-RS에 대한 채널상태 정보를 받고 어떤 수직방향으로 해당 단말에게 무선신호를 송신할지를 결정한다.
제1 실시 예의 장점은 기지국이 CSI-RS별로 다른 송신 전력을 할당하였다는 것을 단말은 알 필요 없이 각 CSI-RS의 수신 에너지를 측정하고 이에 대한 채널상태 정보를 생성한다는 점이다. 다만 이 경우 수직 각도에 따라 CSI-RS에 할당되는 송신 전력이 달라지기 때문에 단말의 채널측정 정확도가 그 수직 각도에 따라 달라질 수 있다. 한 예로 CSI-RS 0(910)은 CSI-RS 3(940)과 비교했을 때 6dBm 더 높은 송신 전력으로 송신된다. 때문에 단말이 CSI-RS 0(910)을 수신하여 채널을 측정하는 경우가, CSI-RS 3(940)을 수신하여 채널을 측정하는 경우 보다 상대적으로 정확한 채널을 측정할 수 있다.
제1 실시 예에서 수직 각도별 CSI-RS에 할당되는 송신 전력의 차이로 단말의 채널측정 정확도가 달라지는 문제를 해결하는 위한 방법으로 본 발명의 실시 예에서는 다음과 같은 해결 방안을 제안한다. 상기 해결 방안에서는 모든 수직 각도에서 전송되는 CSI-RS에 동일한 송신 전력을 할당된다. 대신에 기지국은 단말에게 데이터 신호(PDSCH)를 수신할 때는 수직각도별로 다른 송신 전력을 할당 받을 수 있음을 통보한다. LTE 시스템에서 단말은 한 개의 CSI-RS를 측정하여 해당 채널에서 자신이 수신할 수 있는 가장 높은 데이터 전송속도를 판단하고 이를 기지국에 통보할 수 있다. 본 실시 예에서 단말은 기지국으로부터 설정받은 CSI-RS별로 데이터 신호 (PDSCH) 전송에 할당되는 송신 전력을 고려하여 지원할 수 있는 가장 높은 데이터 전송속도가 얼마인지를 판단하고, 이를 기반으로 채널상태 정보를 생성할 수 있다.
상기 해결 방법을 적용한 한 예로 단말은 복수 개의 CSI-RS들 중 N개를 선택하여 이에 대한 채널상태 정보를 기지국에 보고할 수 있다. 이 경우 단말은 기지국으로 설정받은 CSI-RS별 송신 전력을 고려하여 각 CSI-RS별로 지원할 수 있는 가장 높은 데이터 전송속도를 산정하고 이 중 가장 높은 N개의 데이터 전송속도를 가능케하는 CSI-RS를 선택하여 이에 대한 채널상태 정보를 기지국에 보고한다. 이때 단말은 기지국에게 자신이 어떤 N개의 CSI-RS에 대한 채널상태 정보를 보고하는지를 통보하기 위한 CSI-RS 지시자 정보(CSI-RS Indicator)를 채널상태 정보와 함께 송신할 수 있다.
상기 해결 방법을 정리하면 다음 1) 내지 4)와 같다.
1) 기지국은 단말에게 서로 다른 수직 각도로 전송되는 M개의 CSI-RS를 측정하고 이에 대한 채널상태 보고를 하도록 설정한다. 기지국이 단말에게 CSI-RS 측정을 위하여 설정하는 정보에는 CSI-RS별 데이터 신호 (PDSCH) 전송에 할당되는 송신 전력도 포함된다.
2) 단말은 기지국이 설정한 CSI-RS별 데이터 신호 (PDSCH) 전송에 할당되는 송신 전력을 고려하여 각 CSI-RS별 CQI를 산정한다.
3) 단말은 기지국이 설정한 채널상태 보고 방법에 따라 M개의 CSI-RS에서 가장 높은 CQI를 지원하는 N개의 (M≥N) CSI-RS를 선택한다.
4) 단말은 기지국에게 과정 3에서 선택한 N개의 CSI-RS에 대한 채널상태 정보를 기지국에 보고한다. 또한 M개의 CSI-RS 중 어떤 N개의 CSI-RS에 대한 정보인지를 통보하기 위한 CSI-RS 지시자 정보도 기지국에 보고한다.
<제2 실시 예>
제2 실시 예에서는 동일한 CSI-RS를 설정된 또는 가능한 모든 각도 또는 복수 개의 각도에서 전송하고 빔형성 방향에 따라 서로 다른 송신 전력을 할당한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
제2 실시 예에서는 기지국의 2차원 안테나 배열에서 도 10과 같이 한 개의 CSI-RS(1010)가 모든 또는 복수 개의 수직각도에서 전송이 된다. 상기 CSI-RS에는 앞서 언급한 바와 같이 한 개 이상의 CSI-RS antenna port가 구성되어 있다.
상기 도 10에서 기지국이 송신한 CSI-RS를 수신하는 단말은 복수의 CSI-RS antenna port를 통해 전송되는 CSI-RS를 수신할 수 있게 된다. 단말은 복수의 CSI-RS antenna port를 이용하여 2차원 안테나 배열의 안테나들과 자신 사이의 무선채널을 측정할 수 있게 된다. 이를 바탕으로 단말은 자신이 선호하는 안테나 빔형성 방향을 결정하고 그 빔 형성 방향과 관련된 정보를 기지국에 보고한다. 상기 빔 형성 방향과 관련된 정보의 보고는 일 예로 LTE 시스템에서 PMI (Precoder Matrix Indicator)를 단말이 결정하여 기지국에게 보고하는 것이다. 상기 PMI는 사전에 3GPP 표준에 명시되어 있는 precoder matrix의 집합인 precoder codebook내에서 단말이 선호하는 precoder matrix를 지시하는 지시자 정보에 해당한다. 상기 PMI를 통해 지시되는 각 precoder matrix는 기지국이 송신하는 신호의 수직 및 수평 각도와 연계된다. 일 예로 한 precoder matrix는 도 8에서 참조 번호 810 방향으로 기지국 신호가 전송되도록 하는 한편 또 다른 precoder matrix는 참조 번호 820 방향으로 기지국 신호가 전송되도록 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 단말이 기지국이 전송한 CSI-RS를 측정하여 자신에게 최적인 수직 각도(예컨대, 간섭 영향이 가장 적은 수신 각도 또는 채널 상태가 가장 좋은 수신 각도)로 무선 신호를 수신하도록 해당 PMI를 기지국에 통보한 후 기지국은 해당 PMI가 지시하는 precoder matrix를 적용하여 데이터 신호를 전송하는 예를 도시한 것이다. 상기 PMI는 송신 신호의 수직 각도에 대응되게 설정될 수 있다.
도 11을 참조하면, 도 11의 (a)에서 단말(1120)은 모든 또는 복수 개의 수직각도에서 기지국(1100)이 전송한 CSI-RS를 측정하여 복수의 안테나에 대한 무선채널을 측정한다. 단말은 측정한 무선채널을 기준으로 기지국이 어떤 precoding matrix를 결정하는게 자신에게 가장 유리한지를 판단한다. 단말은 해당 precoding matrix를 지정하는 PMI를 기지국에 보고하고, 도 11의 (b)에서 기지국(1100)은 해당 precoding matrix를 활용하여 단말(1120)에게 참조 번호 1140과 같이 데이터 신호를 전송한다. 이때 단말에게 전송된 데이터 신호는 단말(1120)이 기지국(1100)에게 통보한 PMI를 기반으로 빔형성되어 송신된다. 즉, 단말(1120)의 위치 등 무선채널을 고려하여 데이터 신호는 참조 번호 1140과 같이 단말(1120)을 향하여 빔형성되어 송신된다.
상기 도 11에서와 같이 단말이 PMI를 기지국에 통보하고 이를 기반으로 기지국이 빔형성하여 단말에게 송신할 무선신호의 수직각도를 결정하는 경우 본 발명의 실시 예에서는 PMI 별 다른 송신 전력을 단말에게 사전통보하는 방법을 제안한다. 즉, 기지국은 단말에게 각 PMI를 선택할 때 얼마의 기지국 송신 전력이 해당 PMI를 통하여 할당될지를 사전에 상위시그널링을 이용하여 단말에게 통보하는 것이다. 다른 예로 상기 PMI별 송신 전력 정보는 시스템 정보로 방송되거나 또는 단말과 기지국 간에 미리 약속된 정보를 이용하는 것도 가능하다.
단말은 상기 정보를 기지국으로부터 통보 받은 후 각 PMI별로 할당될 기지국의 송신 전력을 파악하고 이를 기준으로 PMI를 선택한다. 뿐만 아니라 해당 PMI를 선택한 후 선택한 PMI를 기준으로 생성하는 CQI 생성과정에서도 송신 전력 관련 상기 정보를 반영한다. 한 예로 단말이 기지국으로부터 아래 <표 2>와 같이 PMI별 기지국 송신전력을 설정 받았다고 가정한다. 이 경우, 단말은 <표 2>에 예시된 송신 전력 정보를 기준으로 자신의 하향링크 채널상태 정보를 생성한다. 즉, 단말은 PMI=0을 선택할 경우 자신이 기지국으로부터 PTX dBm의 송신 전력을 할당받는다고 가정한다. 반면 PMI=2를 선택할 경우 자신이 기지국으로부터 PTX - 4 dBm의 송신 전력을 할당받는다고 가정한다. <표 2>의 4 개의 PMI 중 하나를 선택해야 하는 단말은 이렇게 다른 전송이 할당되는 것을 가정하고 기지국에 자신이 선호하는 PMI 값을 결정하여 보고할 수 있다.
Figure 112017106185115-pct00002
상기 <표 2>과 같이 기지국 송신전력이 PMI별로 할당되었다고 가정할 경우 단말은 각 PMI별로 다른 송신 전력이 할당될 것이란 점을 감안하여 각 PMI별 지원할 수 있는 데이터 전송속도 내지는 신호대 잡음 및 간섭비 (Signal to Noise and Interference Ratio)을 결정한다. 이후 단말은 최대의 데이터 전송속도 또는 최대의 신호대 잡음 및 간섭비를 얻게 하는 PMI를 기지국에 보고한다. 또한 해당 PMI를 기지국에서 적용하였을 때 단말이 얻을 수 있는 데이터 전송속도 관련 정보도 전송할 수 있다. 상기 데이터 전송속도 관련 정보는 PMI와 같은 시간구간에서 전송되는 것이 바람직하지만 PMI가 전송된 후에 전송되는 것도 본 발명의 제안에 포함한다. LTE 시스템에서 상기 데이터 전송속도 관련 정보는 CQI의 형태로 단말에서 기지국으로 통보될 수 있다.
일 예로 LTE/LTE-A 시스템을 예로 들면, 아래 <표 3>과 같이 기지국이 단말에게 PMI별로 다른 송신 전력이 할당될 것이란 정보를 설정하는 방법으로는 상기 <표 2>와 같이 기지국이 PMI별 송신 전력을 단말에게 통보하는 방법외에 PMI별로 데이터 신호 (PDSCH) 대 CSI-RS의 송신 전력비를 통보하는 방법도 가능하다. 본 발명의 실시 예에서는 이 비율을 GX라고 하고 다음과 같이 정의한다.
GX의 정의: 데이터 신호 (PDSCH) 송신 전력 대 CSI-RS 송신 전력의 비율이며, 상기 GX는 PMI별로 다르게 설정된다.
Figure 112017106185115-pct00003
Figure 112017106185115-pct00004
<제3 실시 예>
제3 실시 예에서는 단말이 자신이 선호하는 precoding을 고를 수 있는 precoding matrix codebook에 사전에 송신 전력 할당에 비례하는 계수를 적용하는 것이다. 일반적으로 LTE 시스템에는 rank별로 별도의 precoding matrix codebook이 설계되어 있다. 또한 rank별 precoding matrix codebook은 한 개 이상의 precoding matrix로 구성되어 있다. 기존 LTE 시스템의 precoding matrix는 어느 것을 이용하더라도 동일한 파워가 전송되도록 설계되어 있다. 즉, 임의의 precoding matrix C에 대하여 다음 <수학식 2>가 성립한다.
Figure 112017106185115-pct00005
여기서 "i"는 MIMO 전송시 layer에 대한 index이고, j는 MIMO 전송시 안테나 포트에 대한 index이다.
본 제3 실시 예에서 제안하는 것은 precoding matrix codebook의 precoding matrix별로 송신 전력 할당과 관련된 다른 계수를 적용하여 효과적으로 송신 전력을 조절할 수 있도록 하는 것이다. 한 예로 좀 더 인접 셀에 간섭을 크게 미칠 수 있는 방향의 precoding matrix D는 다음이 성립하도록 기존 precoding matrix 에 계수
Figure 112017106185115-pct00006
를 적용하는 것이다. 이 경우 다음 <수학식 3>이 성립하게 된다.
Figure 112017106185115-pct00007
상기 <수학식 3>과 같이 precoding matrix를 구성하는 element의 절대값을 제곱한 것들의 합이 0.5가 될 경우 상기 <수학식 2>를 만족하는 precoding matrix C와 비교하여 50%의 송신 전력만 할당되는 것으로 단말이 인식하게 된다. 반면 인접 셀에 간섭을 크게 미치지 않는 방향의 precoding matrix E는 다음 <수학식 4>가 성립하도록 기존 precoding matrix에 계수
Figure 112017106185115-pct00008
를 적용하는 것이다. 이 경우 다음 <수학식 4>가 성립하게 된다.
Figure 112017106185115-pct00009
상기 <수학식 4>와 같이 precoding matrix를 구성하는 element의 절대값을 제곱한 것들의 합이 2가 될 경우 상기 <수학식 2>를 만족하는 precoding matrix C와 비교하여 200%의 송신 전력이 할당되는 것으로 단말이 인식하게 된다. 상기 <수학식 3>, <수학식 4>의 예에서 계수의 값은 일 예를 나타낸 것이고, 그 계수 값은 인접 셀에 간섭을 미칠 수 있는 정도에 반비례하는 적절한 값으로 설정될 수 있다. 즉 간섭 영향을 크게 미치는 방향에 대해서 계수의 값은 작아지도록 설정된다.
이와 같이 제3 실시 예에서는 단말이 선택하는 precoding matrix codebook의 precoding matrix별로 다른 계수를 적용하여 단말이 선호하는 precoding matrix를 선택하는 과정에서 송신 전력이 얼마나 할당될지를 고려할 수 있도록 한 것이다. 이를 위해서는 기지국이 단말에게 송신 전력 할당에 맞춰 상기 계수 값이 설계된 precoding matrix codebook을 단말에게 전달하면 된다. 이 경우 기지국이 단말에게 임의의 precoding matrix codebook을 전달할 수 있다는 장점이 있지만 기지국이 단말에게 전달해야 하는 정보가 많아진다. 이를 보완할 수 있는 방법으로는 한 개의 precoding matrix codebook를 사용하되 기지국이 단말에게 각 precoding matrix 별로 적용할 계수만을 통보하는 방법이 있다. 이 경우 precoding matrix codebook 전체를 기지국이 단말에게 통보하는 경우와 비교하여 제한적인 정보만을 통보할 수 있지만, 그 정보량은 작아진다는 장점이 있다. 추가로 각 precoding matrix 별로 적용할 계수를 기지국이 단말에게 통보할 경우 기지국은 모든 precoding matrix에 대한 계수를 개별적으로 단말에게 보내거나 일부 precoding matrix를 지정하는 지시자 정보와 계수를 함께 단말에게 보내는 방법이 있다. 단말은 계수가 별도로 할당되지 않은 precoding matrix에 대해서는 default 계수(예: 1)가 적용되었다고 가정한다.
상기한 예에서는 송신 신호의 수직 각도별로 서로 다른 송신 전력을 할당하여 이를 기반으로 전송(일 예로 FD-MIMO 전송)을 수행하는 본 발명의 제안 방법을 설명하였다. 이와 같이 송신 신호의 수직각도별로 서로 다른 송신 전력을 할당하는 방법외에 효과적인 인접셀 간섭관리를 위하여 단말이 인접셀로의 간섭을 크게 발생시키는 빈도를 줄이는 것도 가능하다. 본 발명의 실시 예에서는 인접셀로의 간섭을 크게 발생시키는 빈도를 줄일 수 있는 방법으로 두 가지 방법을 제안한다.(아래 제4 및 제5 실시 예)
<제4 실시 예>
제4 실시 예에서는 상기 제1 실시 예에서 상기 해결 방안과 마찬가지로 모든 수직각도에서 전송되는 CSI-RS에 동일한 송신 전력을 할당된다. 대신 기지국은 단말에게 최적의 CSI-RS를 선택할 때 각 CSI-RS별로 CQI_offset을 설정한다. 본 실시 예에서 제안하는 CQI_offset은 단말로 하여금 특정 CSI-RS를 선택할 때 해당 CSI-RS를 측정하여 산출한 CQI에 보정치 역할을 하게 된다. 상기에서 언급한 바와 같이 일반적으로 LTE 시스템에서 단말은 한 개의 CSI-RS를 측정하여 해당 채널에서 자신이 지원할 수 있는 CQI를 판단하고 이를 기지국에 통보한다. 그리고 본 실시 예에서와 같이 M개의 CSI-RS를 단말이 측정할 경우 단말은 각 CSI-RS별로 해당 채널에서 CQI를 판단한다. 단말이 상기 도 9와 같이 4 개의 CSI-RS를 측정할 경우 각 CSI-RS별로 CQI를 판단하여 총 4 개의 CQI를 산출하게 된다. 단말은 상기 M 개의 CQI 중 일부만을 기지국에 보고하도록 설정될 수 있다. 이 경우 단말은 M 개의 CQI 중 N (M≥N) 개를 골라야 하는데 이때 CQI_offset를 적용하여 선택한다. 단말은 CSI-RS별로 산정한 CQI를 기지국으로부터 설정받은 CSI-RS별 CQI_offset 만큼 감소시킨다. 단말은 상기와 같이 M개의 CQI를 CQI_offset 만큼 감소시킨 결과를 기준으로 N개를 선택하여 기지국에 보고한다.
제4 실시 예의 방법을 정리하면 다음 1) 내지 5)와 같다.
1) 기지국은 단말에게 M개의 CSI-RS를 측정하고 이에 대한 채널상태 보고를 하도록 설정한다. 기지국이 단말에게 CSI-RS 측정을 위하여 설정하는 정보에는 CSI-RS별 CQI_offset 값도 포함된다.(M개의 CSI-RS에 대하여 CQI_offset0, CQI_offset1, ..., CQI_offsetM-1)
2) 단말은 각 CSI-RS별 CQI를 산정한다.
3) 단말은 각 CSI-RS별 CQI에서 CQI_offset 값만큼 감소시킨다.
4) 단말은 기지국이 설정한 채널상태 보고 방법에 따라 상기 3)에서 얻은 결과값을 기준으로 M개의 CSI-RS에서 N개의 (M≥N) CSI-RS를 선택한다.
5) 단말은 기지국에게 상기 4)에서 선택한 N개의 CSI-RS에 대한 채널상태 정보를 기지국에 보고한다. 또한 M개의 CSI-RS 중 어떤 N개의 CSI-RS에 대한 정보인지를 통보하기 위한 CSI-RS 지시자 정보도 기지국에 보고한다.
상기 제4 실시 예에서 CQI_offset은 CQI를 기준으로 결정되는 값으로 가정하였다. 본 실시 예는 CQI 대신 데이터 전송속도를 기준으로 적용할 경우에도 유사하게 적용될 수 있다.
<제5 실시 예>
제5 실시 예에서는 동일한 CSI-RS를 모든 또는 복수의 각도에서 전송하고 빔형성 방향에 따라 다른 rate_offset을 할당한다. 제5 실시 예에서는 기지국의 2차원 안테나 패널에서 도 10의 예과 같이 한 개의 CSI-RS(1010)가 모든 또는 복수의 수직각도에서 전송될 수 있다. 상기 CSI-RS에는 앞서 언급한 바와 같이 한 개 이상의 CSI-RS antenna port가 구성된다.
제5 실시 예에서는 PMI별로 상기 제4 실시 예와 같은 rate_offset이 설정된다. 즉, 기지국은 단말에게 각 PMI별로 지원할 수 있는 주파수당 데이터 효율을 산출한 후 이를 rate_offset 만큼 보정한 후 최적의 PMI를 선택하는데 활용토록 하는 것이다. 이때 rate_offset는 PMI별로 다르게 설정되어 단말의 특정 PMI 선택 빈도를 기지국이 제어할 수 있다. 아래 <표 4>는 본 실시 예에 따른 PMI 별 rate_offset 설정 예를 나타낸 것이다.
Figure 112017106185115-pct00010
제5 실시 예의 방법을 정리하면 다음 1) 내지 5)와 같다.
1) 기지국은 단말에게 CSI-RS를 측정하고 이에 대한 채널상태 보고를 하도록 설정한다. 기지국이 단말에게 CSI-RS 측정을 위하여 설정하는 정보에는 PMI별 rate_offset 값도 포함된다.(K개의 PMI에 대하여 rate_offset0, rate_offset1, ..., rate_offsetK0-1 등)
2) 단말은 각 PMI별 지원할 수 있는 최대 주파수당 데이터 효율을 산정한다.
3) 단말은 각 PMI별 주파수당 데이터 효율에서 rate_offset 값만큼 감소시킨다.
4) 단말은 기지국이 설정한 채널상태 보고 방법에 따라 상기 3)에서 얻은 결과값을 기준으로 K개의 PMI에서 최적의 PMI 1개를 선택한다.
5) 단말은 기지국에게 상기 4)에서 선택한 PMI에 대한 채널상태 정보를 기지국에 보고한다. 또한 K개의 PMI 중 어떤 PMI에 대한 정보인지를 통보하기 위한 PMI 지시자 정보도 기지국에 보고한다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따라 기지국으로부터 PMI별 송신 전력 관련 정보를 수신한 단말이 채널상태 보고를 수행하는 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 1200 단계에서 단말은 기지국으로부터 송신 전력 관련 정보를 수신한다. 이를 수신한 단말은 1210 단계에서 기지국으로부터 CSI-RS를 수신하여 채널 상태를 측정하고 상기 수신한 송신 전력 관련 정보를 기반으로 어떤 방향으로 신호를 수신하는 것이 단말에게 유리한지를 판단한다. 그리고 1220 단계에서 단말은 송신 전력 관련 정보를 근거로 어떤 precoding matrix를 적용하는 것이 가장 유리한지를 결정하고 그 결정된 precoding matrix를 지시하는 PMI를 1230 단계에서 기지국에 보고한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 일 구성 예를 나타낸 블록도이다.
도 13을 참조하면, 기지국은제어기(1300), 송신기(1330), 및 수신기(1350)를 포함한다. 상기 송신기(1330), 및 수신기(1350)는 송수신기로 구현될 수 있다. 그리고 도시되지는 않았으나, 상기 송수신기는 상기한 안테나 배열을 포함한다.
도 13에서 기지국 제어기(1300)는 어떤 송신 방향으로 얼만큼의 송신 전력을 할당할지와 그 송신 전력 할당 정보를 단말에게 어떻게 통보할지를 결정한다. 기지국 제어기(1300)는 어떤 송신 방향으로 얼만큼의 송신 전력을 할당할지를 결정하여 이를 단말기에게 상기 송신 전력할당 정보를 단말에게 통보한다. 또한 상기 기지국 제어기(1300)는 상기 제1 내지 제5 실시 예들 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 송신 전력 제어를 수행할 수 있다. 그리고 기지국 제어기(1300)는 제1 내지 제5 실시 예에서 예시된 정보를 송수신기를 통해 단말에게 제공할 수 있다.
단말은 기지국이 통보한 송신전력할당 정보를 기반으로 채널상태 정보를 보고한다. 기지국은 스케줄러(1310)에서 복수의 단말들이 보고한 채널상태 정보를 기반으로 어떤 단말에게 하향링크 데이터 전송을 수행할지를 결정한다. 이 과정을 스케줄링이라고 한다. 스케줄러(1310)에서 어떤 단말에게 데이터 전송을 수행할지를 결정한 기지국은 전력제어부(1320)와 precoding 제어부(1330)를 이용하여 단말에게 할당할 송신 전력 및 송신방향을 결정하고, 그 결정된 송신 전력과 송신 방향으로 송신을 수행한다.
또한 상기 기지국은, 안테나 배열을 포함하는 송수신기와, 상기 안테나 배열을 통해 기준 신호를 서로 다른 복수의 수직 각도들로 송신하고, 상기 기준 신호를 수신하여 채널 상태를 측정한 단말로부터 송신 신호의 빔 형성과 관련된 채널 상태 정보를 수신하며, 상기 채널 상태 정보에 대응되는 송신 전력으로 상기 단말에게 상기 송신 신호를 전송하는 것을 제어하는 제어기를 포함하여 구현될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 일 구성 예를 나타낸 블록도이다.
도 14를 참조하면, 단말은 제어기(1400), 송신기(1430), 및 수신기(1440)를 포함한다. 상기 송신기(1430), 및 수신기(1450)는 송수신기로 구현될 수 있다.
도 14에서 단말 제어기(1400)는 어떤 방향으로 기지국이 얼만큼의 송신 전력을 할당할지를 나타내는 송신전력 할당정보를 수신하고, 채널상태 정보를 결정하고 이를 기지국에 보고한다. 또한 상기 단말 제어기(1400)는 상기 제1 내지 제5 실시 예들 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 송신 전력 제어를 수행할 수 있다. 그리고 단말 제어기(1400)는 제1 내지 제5 실시 예에서 예시된 정보를 송수신기를 통해 기지국으로부터 수신하고, 채널상태 정보를 기지국으로 송신할 수 있다.
단말의 설정 제어부(1410)는 수신한 송신전력 할당정보를 근거로 채널상태 정보를 결정할 때 어떤 방향에는 얼만큼의 전력이 할당될지를 파악하고 이와 관련된 단말내 필요한 제어설정을 관장한다. 또한 CSI 생성부(1420)는 각 방향별로 기지국이 할당할 송신 전력을 감안하여 단말에게 최적인 채널상태 정보 (PMI, CQI, RI 등)을 선택하여 이를 송신기(1430)를 통해 기지국에 보고한다.
또한 상기 단말은 데이터 송수신을 위한 송수신기와, 기지국의 안테나 배열을 통해 서로 다른 복수의 수직 각도들로 송신되는 기준 신호를 각각 수신하고, 상기 기준 신호를 수신하여 채널 상태를 측정하고 상기 기지국으로부터 송신될 송신 신호의 빔 형성과 관련된 채널 상태 정보를 송신하며, 상기 채널 상태 정보에 대응되는 송신 전력으로 상기 기지국으로부터 상기 송신 신호를 수신하는 것을 제어하는 제어기를 포함하여 구현될 수 있다.

Claims (15)

  1. 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 수행되는 송신 전력 제어 방법에 있어서,
    안테나 배열을 통해 기준 신호를 서로 다른 복수의 수직 각도들로 송신하는 과정;
    상기 기준 신호를 수신하여 채널 상태를 측정한 단말로부터 송신 신호의 빔 형성과 관련된 채널 상태 정보를 수신하는 과정; 및
    상기 채널 상태 정보에 기초하여 결정되는 수직 각도와 대응되는 송신 전력으로 상기 단말에게 상기 송신 신호를 전송하는 과정을 포함하며,
    상기 수직 각도가 제1 수직 각도인 경우, 상기 송신 신호는 제1 송신 전력으로 전송되며, 상기 수직 각도가 제1 수직 각도 보다 큰 제2 수직 각도인 경우, 상기 송신 신호는 상기 제1 송신 전력보다 큰 제2 송신 전력으로 전송되는 것인, 송신 전력 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 상태 정보는 PMI(Precoder Matrix Indicator)를 포함하며, 상기 PMI는 상기 복수의 수직 각도들 중 상기 단말이 선호하는 수직 각도에 대응되는 PMI인 송신 전력 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국에서 송신 시 이용하는 사전 부호화기 코드 북은 상기 복수의 수직 각도들에 대응되는 복수의 사전 부호화 행렬들이 설정되어 있는 송신 전력 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단말의 채널 상태 보고를 위해 PMI별 송신 전력 정보를 상기 단말에게 시그널링하는 과정을 더 포함하는 송신 전력 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단말의 채널 상태 보고를 위해 PMI별 데이터 신호 대 기준 신호의 송신 전력비 정보를 상기 단말에게 시그널링하는 과정을 더 포함하는 송신 전력 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 수직 각도들에 대응되는 복수의 사전 부호화 행렬들이 설정된 사전 부호화기 코드 북에서, 상기 복수의 사전 부호화 행렬들의 각 사전 부호화 행렬은 간섭 영향에 따른 서로 다른 계수가 적용된 송신 전력 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 사전 부호화기 코드 북 또는 상기 계수에 대한 정보를 상기 단말에게 시그널링하는 과정을 더 포함하는 송신 전력 제어 방법.
  8. 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템의 기지국에 있어서,
    안테나 배열을 포함하는 송수신기; 및
    상기 안테나 배열을 통해 기준 신호를 서로 다른 복수의 수직 각도들로 송신하고, 상기 기준 신호를 수신하여 채널 상태를 측정한 단말로부터 송신 신호의 빔 형성과 관련된 채널 상태 정보를 수신하며, 상기 채널 상태 정보에 기초하여 결정되는 수직 각도와 대응되는 송신 전력으로 상기 단말에게 상기 송신 신호를 전송하는 것을 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 수직 각도가 제1 수직 각도인 경우, 상기 송신 신호는 제1 송신 전력으로 전송되며, 상기 수직 각도가 제1 수직 각도 보다 큰 제2 수직 각도인 경우, 상기 송신 신호는 상기 제1 송신 전력보다 큰 제2 송신 전력으로 전송되는 것인, 기지국.
  9. 삭제
  10. 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 수행되는 송신 전력 제어 방법에 있어서,
    기지국의 안테나 배열을 통해 서로 다른 복수의 수직 각도들로 송신되는 기준 신호를 각각 수신하는 과정;
    상기 기준 신호를 수신하여 채널 상태를 측정하고 상기 기지국으로부터 송신될 송신 신호의 빔 형성과 관련된 채널 상태 정보를 송신하는 과정; 및
    상기 채널 상태 정보에 기초하여 결정되는 수직 각도와 대응되는 송신 전력으로 상기 기지국으로부터 상기 송신 신호를 수신하는 과정을 포함하고,
    상기 수직 각도가 제1 수직 각도인 경우, 상기 송신 신호는 제1 송신 전력으로 수신되며, 상기 수직 각도가 제1 수직 각도 보다 큰 제2 수직 각도인 경우, 상기 송신 신호는 상기 제1 송신 전력보다 큰 제2 송신 전력으로 수신되는 것인 송신 전력 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 채널 상태 정보는 PMI(Precoder Matrix Indicator)를 포함하며, 상기 PMI는 상기 복수의 수직 각도들 중 상기 단말이 선호하는 수직 각도에 대응되는 PMI인 송신 전력 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 채널 상태 보고를 위한 PMI별 송신 전력 정보를 수신하는 과정을 더 포함하는 송신 전력 제어 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 PMI별 데이터 신호 대 기준 신호의 송신 전력비 정보를 수신하는 과정을 더 포함하는 송신 전력 제어 방법.
  14. 다중 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템의 단말에 있어서,
    데이터 송수신을 위한 송수신기; 및
    기지국의 안테나 배열을 통해 서로 다른 복수의 수직 각도들로 송신되는 기준 신호를 각각 수신하고, 상기 기준 신호를 수신하여 채널 상태를 측정하고 상기 기지국으로부터 송신될 송신 신호의 빔 형성과 관련된 채널 상태 정보를 송신하며, 상기 채널 상태 정보에 기초하여 결정되는 수신 각도와 대응되는 송신 전력으로 상기 기지국으로부터 상기 송신 신호를 수신하는 것을 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 수직 각도가 제1 수직 각도인 경우, 상기 송신 신호는 제1 송신 전력으로 수신되며, 상기 수직 각도가 제1 수직 각도 보다 큰 제2 수직 각도인 경우, 상기 송신 신호는 상기 제1 송신 전력보다 큰 제2 송신 전력으로 수신되는 단말.
  15. 삭제
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