KR102429734B1

KR102429734B1 - 이동 통신 시스템에서 위상을 스위칭해 신호를 전송하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102429734B1
Application number: KR1020160104789A
Authority: KR
Inventors: 심세준; 양하영; 김종돈; 최찬호
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2022-08-05
Also published as: KR20180020467A; WO2018034530A1; EP3487135A4; EP3487135A1; US20190215204A1; US10892926B2; EP3487135B1

Abstract

본 발명은 안테나간 상관도가 클 경우 특정 부반송파에서 수신 성능이 저하되는 문제를 해결하기 위해 주파수 대역을 나누어 안테나별로 위상 회전을 다르게 적용하는 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명은 송신기의 신호 전송 방법에 있어서 각 송신 경로간의 송신 상관도를 추정하고, 상기 추정된 송신 상관도를 기반으로 송신 신호에 적용할 위상 회전값을 계산하고, 상기 송신 신호에 상기 위상 회전값에 따른 위상 회전을 적용하고, 상기 송신 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동 통신 시스템에서 위상을 스위칭해 신호를 전송하는 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR TRASMITTING SIGNALS WITH PHASE SWITCHING}

본 발명은 이동 통신 시스템에서 신호의 위상을 스위칭해 신호를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 주파수 대역 별로 적절하게 신호의 위상을 스위칭해 신호를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 연구된 Long Term Evolution (LTE) 표준은 캐리어 어그리게이션 또는 반송파 묶음(carrier aggregation) 등과 같이 주파수 사용 효율을 증대시키는 방법, MTC(machine type communication) 등과 같은 새로운 서비스를 제공하는 방법, 그리고 스펙트럼 효율을 높이는 방법 등이 새롭게 논의되고 새로운 표준 기술로 검토되고 있다. 이 중 특히 스펙트럼 효율(spectral efficiency)을 높이는 대표적인 방법으로 주로 multiple-input multiple-output(MIMO) 기술이 검토되어 다양한 MIMO 기술이 LTE 표준 내에 포함되었다. 특히 최근 릴리즈 12(Rel-12) LTE에는 향상된 하향링크 MIMO(downlink MIMO enhancement) 기술로 서브밴드 채널 품질 지시자(sub-band channel channel quality indicator, 이하 서브밴드 CQI)와 서브밴드 프리코딩 행렬 지시자(sub-band pre-coding matrix index, 이하 서브밴드 PMI)를 포함하는 피드백(feedback) 모드를 추가하여 스펙트럼 효율을 높이는 방법 등이 검토되었다. 또한 최근에 논의되고 있는 5세대(5G) 통신 표준 규격에서는 밀리미터파(mmWave)를 통신에 이용할 수 있고, 밀리미터파를 이용해 데이터를 효율적으로 전송하기 위해 채널의 선택도(selectivity)의 영향을 줄이기 위해서, 안테나 간 상관관계(correlation) 을 측정할 수 있는 방법이 논의되고 있고, 이를 기지국 운용에 반영하기 위한 연구가 진행되고 있다.

이러한 표준 규격상의 지원과 별개로 기지국이 구현하는 방식으로 스펙트럼 효율을 높이는 방법을 고려할 수 있으며, 이러한 대표적인 방법이 순환 지연 다이버시티(cyclic delay diversity, 이하 CDD) 이다. CDD는 직교 주파수 분할 다중 접속(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA) 시스템에서 주파수 대역(frequency-domain)의 부반송파(sub-carrier) 간 일정한 위상(phase)이 시간 대역(time-domain)에서 일정한 지연(delay)로 변환되기 때문에 붙여진 명칭으로, 3세대(3G) 통신 시스템인 광대역 부호 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA)에서는 정의된 가상 안테나 매핑(virtual antenna mapping, VAM) 등과 유사한 기술이다.

기존 CDD 또는 VAM기술에서는 일정한 지연(delay)이나 일정한 위상(phase)을 적용하여 안테나를 매핑(mapping)하는 방법이 연구되었다. LTE 표준 규격에서도 큰 지연 CDD(large delay CDD), 통칭 전송 모드(transmission mode) 3으로 불리는 전송 안테나 경로(transmit antenna path) 간 지연 다이버시티(delay diversity)를 얻을 수 있는 기술이 적용되었으나 이 또한 OFDM 부반송파에 일정한 지연을 적용하는 기술이다.

그런데 안테나 간 상관도가 클 경우 특정 부반송파에서 주파수 널링(nulling)이 발생해 수신 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 그러므로 이러한 문제를 해결하기 위해 주파수 대역을 나누어 안테나별로 위상 스위칭을 서로 다르게 적용할 수 있는 방법이 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 송신기의 신호 전송 방법에 있어서, 각 송신 경로간의 송신 상관도를 추정하는 단계; 상기 추정된 송신 상관도를 기반으로 송신 신호에 적용할 위상 회전값을 계산하는 단계; 상기 송신 신호에 상기 위상 회전값에 따른 위상 회전을 적용하는 단계; 및 상기 송신 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 위상 회전값은 주파수 대역을 구성하는 소단위 기준으로 채널 상태에 따라 계산되며, 또한 시간 분할 이중 통신(time division duplex, TDD) 시스템이 적용될 경우, 사운딩 기준 신호(sounding reference signal, SRS)를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 위상 회전값은 상기 SRS를 기반으로 추정된 채널 상태 정보를 기반으로 계산되며, 주파수 분할 이중 통신(frequency division duplex, FDD) 시스템이 적용될 경우, 수신기가 전송하는 채널 상태 정보를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 위상 회전값은 상기 채널 상태 정보를 기반으로 계산되는 것을 특징으로 한다.

또한 신호를 전송하는 송신기에 있어서, 수신기와 신호를 송수신하는 송수신부; 및 각 송신 경로간의 송신 상관도를 추정하고, 상기 추정된 송신 상관도를 기반으로 송신 신호에 적용할 위상 회전값을 계산하고, 상기 송신 신호에 상기 위상 회전값에 따른 위상 회전을 적용하고, 상기 송신 신호를 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 위상 회전값은 주파수 대역을 구성하는 소단위 기준으로 채널 상태에 따라 계산되며, 또한 상기 제어부는 시간 분할 이중 통신(time division duplex, TDD) 시스템이 적용될 경우, 사운딩 기준 신호(sounding reference signal, SRS)를 수신하도록 더 제어하고, 상기 위상 회전값은 상기 SRS를 기반으로 추정된 채널 상태 정보를 기반으로 계산되며, 또한 상기 제어부는 주파수 분할 이중 통신(frequency division duplex, FDD) 시스템이 적용될 경우, 수신기가 전송하는 채널 상태 정보를 수신하도록 더 제어하고, 상기 위상 회전값은 상기 채널 상태 정보를 기반으로 계산되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 신호 전송 방법에 따르면, 자원 블록마다 서로 다른 위상 회전을 적용해 신호를 전송함으로써 신호를 효과적으로 전송할 수 있다.

도 1a는 CDD 기술을 수행할 수 있는 장치를 도시한 도면이다.
도 1b는 VAM 기술을 수행할 수 있는 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 각 안테나에서 전송된 신호가 겪는 시간에 따른 채널을 도시한 도면이다.
도 3은 4개의 안테나를 가진 OFDM 송수신 시스템을 도시한 블록도이다.
도 4는 송신 채널 상관도 α=1로 가정했을 때 특정 CDD 값에 따른 식 8의 주파수 응답을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명을 수행하기 위한 BS-PSAM 시스템의 구조를 도시한 블록도이다.
도 7 및 도 8은 각각

일 때 및

일 때의 본 발명에서 제안한 BS-PSAM기술을 적용한 경우의 수신 SNR을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명을 수행하기 위한 송신기의 동작을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명을 수행할 수 있는 송신기 및 수신기를 도시한 도면이다.

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, 본 발명의 주요한 요지는 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.

본 발명의 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.

도 1a는 CDD 기술을 수행할 수 있는 장치를 도시한 도면이다.

도 1a에 따르면, CDD 기술을 수행할 수 있는 OFDMA 기반의 장치는 TX 프로세싱부(TX processing unit, 100), IFFT(역 고속 푸리에 변환, Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하는 IFFT 부(IFFT unit, 100, 112), 지연을 적용하는 지연부(delay unit, 120) 및 안테나(antenna, 130, 132)로 구성된다. 이 때 k는 부반송파의 인덱스로 TX 프로세싱부는 K개의 부반송파상의 신호를 처리해 IFFT부로 전달하고, 안테나 0을 위한 IFFF부(110)은 IFFT를 수행한 후 신호를 안테나 0(130)에 매핑하고, 안테나 1을 위한 IFFT부(112)는 IFFT를 수행한 후 지연부에서 지연이 적용된 신호를 안테나 1(132)에 매핑한다.

도 1b는 VAM 기술을 수행할 수 있는 장치를 도시한 도면이다.

도 1b에 따르면, VAM 기술을 수행할 수 있는 CDMA 기반의 장치는 TX 프로세싱부(TX processing unit, 150), 위상 회전부(cyclic shift unit, 160) 및 안테나(antenna, 170, 172)로 구성된다. 이 때 TX 프로세싱부에서 처리되어 안테나 0(170)에 매핑되는 신호는 위상 회전 없이 안테나 0에 매핑되고, 안테나 1(172)에 매핑되는 신호는 위상 회전부에서 위상 회전이 적용된 후 안테나 1에 매핑된다.

이와 같이 CDD 및 VAM은 신호에 일정한 지연 또는 위상 회전을 적용한 후 안테나에 신호를 매핑하는 기술이다. 결과적으로 CDD나 VAM 모두 안테나 매핑 시 신호의 위상을 변경하여 신호를 매핑하는 (LTE와 같은 OFDMA 시스템은 시간 대역상의 지연 변경으로 주파수 대역상의 위상이 변경됨) 하는 기술이고 이 경우 각 안테나를 통해 전송되는 신호가 겪는 채널 위상이 달라지게 된다.

도 2는 각 안테나에서 전송된 신호가 겪는 시간에 따른 채널을 도시한 도면이다.

도 2에 따르면, 시간(200)의 흐름에 따라 안테나 0(220) 및 안테나 1(230)에서 전송된 신호의 채널 (channel propagation, 210)가 달라지게 된다. 이 때 안테나 간 전송 채널이 달라지므로 수신기는 안테나 간 전송 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

종래의 CDD나 VAM은 앞서 설명한 것과 같이 안테나간 일정한 채널 변화에 따른 채널 다이버시티를 얻는 기술로, OFDMA와 같이 다수개의 부반송파를 사용하는 기술에서도 모든 부반송파에 일정한 위상 회전을 적용하도록 발전되었다.

그러나 LTE와 같이 OFDMA를 사용하면서 다수개의 부반송파를 여러 개의 서브밴드로 나누어서 사용자(user)를 할당하는 경우, 각 사용자가 겪는 채널이 서로 다르다는 특성을 이용할 수 있다. 특히, LTE Rel-12에서 서브밴드 CQI및 서브밴드PMI를 전송하는 피드백 모드 지원 등과 같이 최근 표준 기술은 서브밴드 별로 자원을 효율적으로 관리하는 방향으로 연구되고 있으므로 추후 표준 기술 연구의 방향에 따라 서브밴드 별로 동적으로(dynamic) 위상을 다르게 적용하는 알고리즘에 대한 검토가 필요하다.

도 3은 4개의 안테나를 가진 OFDM 송수신 시스템을 도시한 블록도이다.

도 3에 따르면, OFDM 송수신 시스템은 TX 프로세싱부(TX processing unit, 300), IFFT부(IFFT unit, 310, 312, 314 및 316), 지연부(delay unit, 320, 322) 및 안테나(antenna, 330, 332, 334 및 336)으로 구성된다. 이 때 TX 프로세싱부는 K개의 부반송파상의 신호를 처리하고, 안테나 0(330)을 위한 IFFT부(310), 안테나 1(332)을 위한 IFFT부(312), 안테나 2(334)를 위한 IFFT부(314) 및 안테나 3(336)을 위한 IFFT부(316)은 각 안테나에 매핑될 신호의 IFFT를 수행한다. 이 때 안테나 2를 위한 신호 및 안테나 3을 위한 신호에는 안테나 2를 위한 지연부(320) 및 안테나 3을 위한 지연부(322)에서 각각 D0 및 D1의 지연이 적용된다. 또한 이러한 시스템은 2개의 송신 안테나에 CDD를 적용해 4개의 송신 안테나 및 2개의 수신 안테나를 가진 OFDM 시스템이라고도 이해할 수 있다.

도 3의 시스템에 따른 수신기가 수신하는 수신 신호 y_k를 다음 식 1과 같이 정의한다.

[식 1]

y_k = H_kD_kTx_k + n_k

여기서 H_k는 k번째 부반송파에 해당하는 채널 행렬이고, D_k는 지연 다이버시티에 따른 k번째 부반송파 응답 행렬이고, T는 송신 프리코딩 행렬이며, x_k는 송신 벡터 및 n_k는 잡음 벡터이다. 이 때, H_k와 D_k는 다음 식 2와 같이 정의할 수 있다.

[식 2]

여기서

,

로 D₀와 D₁은 CDD 경로에 해당하는 지연값이고 N은 OFDM 시스템의 FFT 크기를 나타낸다. 따라서 CDD 지연에 따른 수신 채널 H_k,eff 는 다음 식 3과 같이 계산할 수 있다.

[식 3]

이 때 지연 다이버시티에 따른 영향을 살펴 보기 위해 시스템 성능에 영향을 주는 채널 상관 행렬을 계산하면 다음 식 4와 같이 유도된다.

[식 4]

여기서

로 정의하고 채널 행렬 값의 각 경로별 상관도를 다음 식 5와 같이 정의한다.

[식 5]

여기서 α와 β는 각각 송신 경로의 상관도(이하 송신 상관도)와 수신 경로의 상관도(이하 수신 상관도)라 할 수 있고, α는 다시 복소수 형태로

로 정의한다. 이렇게 정의한 송, 수신 상관도를 이용해서 행렬 R의 각각의 원소를 계산하면 다음 식 6 및 식 7과 같다.

[식 6]

(수식 1)

[식 7]

(수식 2)

이므로 최종적인 행렬 R은 다음 식 8과 같이 유도된다.

[식 8]

(수식 3)

식 8을 통해서 행렬 R은 경로 지연에 의한 하모닉(harmonic) 성분과 송신 상관도에 의해서 주로 영향받고 있음을 알 수 있다. 송수신 상관도 값이 1, 즉, α=0, β=0인 독립 항등 분포(independent and identically distributed, i.i.d.) 채널인 경우 CDD에 따른 성능 저하 영향이 없이 수신기는 경로 다이버시티를 얻을 수 있지만 채널 상관도가 클수록

성분에 의해서 다이버시티 성능이 저하되는 부반송파가 존재하게 된다.

도 4는 송신 채널 상관도 α=1로 가정했을 때 특정 CDD 값에 따른 식 8의 주파수 응답을 도시한 도면이다.

도 4에 따르면, 적용되는 특정 경로 지연값에 따라서 주파수당 신호에 미치는 영향이 다른 것을 알 수 있다. 고정된 지연을 사용하면 CDD의 지연 하모닉 성분에 의해서 특정 부반송파 응답이 1 이하로 떨어지고 이로 인해서 주파수 별 선택성(selectivity)에 의한 다이버시티 이득을 얻을 수 있지만, 안테나 간 상관도가 큰 경우 특정 부반송파에서 주파수 널링(nulling)이 발생하여 수신 성능이 저하될 가능성도 있다.

본 발명에서는 기존 CDD와 VAM 알고리즘에서 지금까지 검토되지 않은 주파수 대역의 서브밴드 상에 신호를 전송하기 위해 동적으로 신호의 위상을 달리하여 상기 신호를 안테나에 매핑하는 알고리즘인 BS-PSAM(band selective phase switching antenna mapping)을 제안한다. BS-PSAM은 서브밴드 선택적인 채널 상태를 고려하여 안테나 별로 주파수 대역상의 위상 스위칭 매핑(frequency domain phase switching mapping)을 적용하고 이를 통해서 채널의 주파수 선택적 다이버시티(frequency selective diversity)와 수신 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR) 이득을 동시에 얻는 방법이다.

도 5는 본 발명을 수행하기 위한 BS-PSAM 시스템의 구조를 도시한 블록도이다. 상기 도 5에서는 BS-PSAM 시스템이 기지국에 적용되어 기지국이 단말로 전송하는 하향링크 신호에 이러한 기술이 적용된 경우를 도시한다.

도 5에 따르면, BS-PSAM 시스템은 TX 프로세싱부(TX processing unit, 500), BS-PSAM 부(BS-PSAM unit, 510), IFFT부(IFFT unit, 520, 522, 524 및 526), 채널 상태 정보부(channel state information unit, 512) 및 안테나(antenna, 530, 532, 534 및 536)로 구성된다. TX 프로세싱부는 부반송파 K개 상의 신호를 처리해 BS-PSAM 부로 전달하고, BS-PSASM 부에서는 채널 상태 정보부에서 전달한 단말이 전송한 상향링크 피드백 정보 또는/및 사운딩 기준 신호(sounding reference signal, SRS) 또는 SRS를 기반으로 계산된 상향링크 채널 상태 정보를 수신해 각 단말에게 스케줄링된 자원 블록(resource block) 단위로 CDD를 적용한다. IFFT부에서는 CDD가 적용된 신호에 IFFT를 수행하고, 이후 각 안테나에 매핑된 신호는 단말로 전송된다.

도 6은 본 발명의 BS-PSAM 부의 역할을 보다 자세히 도시한 도면이다.

도 6에 따르면 t는 t번째 전송 안테나를 의미하고, l은 l번째 자원 블록을 의미한다. 이 때 t번째 전송 안테나 및 l 번째 자원 블록에 해당하는 지연 위상은 아래 식 9와 같다.

[식 9]

식 9에서 N은 FFT 크기, Dl, t는 CDD 지연값이다. BS-PSAM 부(510)에서는 각 자원 블록별로 서로 다른 식 9와 같은 지연값을 적용한다. 즉 기존의 시간 영역에서 일정한 지연값을 적용하거나 주파수 영역에서 일정한 위상 회전값을 적용하는 구조와 달리, 주파수 선택적 특성을 반영할 수 있도록 단말에게 스케줄링된 자원 블록(scheduled resource block) 단위로 CDD를 적용할 수 있는 구조를 가지며, 이를 통해 최소 자원 블록 단위로 위상을 변경하여 안테나에 신호를 매핑할 수 있는 구조를 갖는다. 이 때 BS-PSAM 부는 채널 상태 정보부에서 전송되는 채널 상태 정보 및/또는 그에 관련된 정보를 기반으로 지연값을 결정한다.

아래에서는 이 때 각 자원 블록별로 적용되는 지연값을 결정하는 방법에 대해 기술한다.

첫 번째로 주파수 선택적인 위상 회전값

과

(또는 지연값 D₀ 및 D₁)은 식 8을 기반으로 자원 블록별로 수신 SNR을 최대로 하는 값을 찾는 알고리즘을 적용한다. 이는 아래 식 10으로 표현할 수 있다.

[식 10]

(수식 4)

식 10에서

와

은 l번째 자원 블록에 해당하는 안테나 별 위상 회전값이다.

식 10에 의하면 자원 블록 별 수신 SNR을 최대로 하는

쌍을 찾기 위해서는 송신 상관도 값인 α를 추정해야 하는 것을 알 수 있다. 이 때 송신 상관도 값인 α는 수신 안테나가 고정일 때 송신 경로간 상관관계를 의미한다. 따라서 본 발명을 적용하기 위해서는 송신 상관도 값인 α를 추정하기 위한 방법도 함께 검토되어야 한다. 본 발명에서는 통신 시스템이 시간 분할 이중 통신(time division duplex, TDD) 또는 주파수 분할 이중 통신(frequency division duplex, FDD) 시스템인지에 따라서 다음과 같은 송신 상관도 추정 방법을 함께 제안한다.

TDD의 경우 상향링크/하향링크(UL/DL) 채널 간 상호 관계(reciprocity)가 성립하므로 상향링크로 전송되는 SRS나 데이터 채널과 함께 전송되는 기준 신호를 이용해서 기지국 모뎀에서 직접 송신 상관도를 추정하는 방법을 적용할 수 있다. 반면 FDD의 경우 UL/DL 채널 간 상호 관계가 성립되지 않으므로 단말이 피드백하는 CQI 정보를 활용해야 한다. 이 때 CQI 정보에는, 기지국에서 자원 블록 별로 안테나 별 위상 변화가 적용되지 않은 파일럿(pilot) 신호를 전송하고 단말은 이를 이용해서 추정한 송신 상관도인 α가 직접 포함되어야 한다. 일례로 현재 논의 중인 5G 시스템에서는 밀리미터파 영역에서의 데이터 전송을 위해서 안테나 상호관계(antenna correlation) 정보 등을 단말이 측정(measure)하여 보고할 수 있도록 하는 파일럿 패턴에 대해서 논의하고 있다.

기존 LTE FDD시스템에서 표준 기술상의 변화 없이 본 발명을 활용하는 방법으로 서브밴드(subband) CQI피드백을 활용하는 방법이 있을 수 있다. 기지국에서는 몇 개의

(송신 경로 상관도에 따른 위상 회전)에 해당하는

인 페어(pair) 정보를 미리 저장하고 있고, 매 서브프레임(subframe) 마다 미리 정해진

페어 중에 한 개의 페어를 선택해서 신호를 전송할 수 있으며, 이를 매 서브프레임마다 변경하면서 신호를 송신한다. 상기 페어를 적용하는 신호는 하향링크 기준 신호가 될 수 있다. 단말은 이렇게 전송된

페어가 적용된 신호를 기반으로 서브밴드 CQI를 측정하고, 이를 기지국으로 피드백하며, 이 중에서 가장 큰 서브밴드 CQI에 해당하는

페어가 선택될 수 있다. 이를 수식으로 표현하면 다음 식 11과 같다.

[식 11]

(수식 5)

두 번째로 추정된 송신 상관도 값 α를 이용해서 자원 블록 별 위상 회전값을 찾는 방법으로는 아래 표 1-1 내지 표 1-3 또는 표 1-1 내지 표 1-3과 같이 미리 정해진

값에 따른

테이블을 이용하는 방법이 있다. 표 1-1 내지 표 1-3은

=0인 경우의

값이고, 표 2-1 내지 표 2-3은

=0.1인 경우의

값을 일례로 나열한 것이다. 다양한

값에 대한

테이블을 식 10로부터 도출해서 활용할 수 있다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 1-3]

[표 2-1]

[표 2-2]

[표 2-3]

도 7 및 도 8은 각각

=0일 때 및

=0.9일 때의 본 발명에서 제안한 BS-PSAM 기술을 적용한 경우의 수신 SNR을 도시한 도면이다.

도 7 및 8에 따르면 송신 경로의 상관도 값 α를 추정하여 위상

를 알고 있을 때 본 발명에 따른

테이블을 적용하면 2T에서 4T로 확장했을 얻을 수 있는 이론적인 수신 SNR 3dB에 가까운 수신 이득을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 9는 본 발명을 수행하기 위한 송신기의 동작을 도시한 도면이다. 이 때 송신기는 기지국이 될 수 있다.

도 9에 따르면, 기지국은 상향링크 피드백 정보 또는 SRS를 기반으로 송신 상관도를 추정할 수 있다(900). 이 때 상향링크 피드백 정보는 서브밴드 CQI 가 될 수 있다. 이후 기지국은 송신 상관도를 기반으로 본 발명에 기술된 두 가지 방법 중 하나를 이용해 각 자원 블록 (또는 자원 블록에 상응하는 주파수 대역의 소 단위)별로 신호에 적용할 위상 회전값을 계산한다(910). 이후 기지국은 하향링크 신호를 전송시 각 자원 블록별로 상기 계산된 위상 회전값을 적용한 신호를 안테나에 매핑하고, 상기 신호를 전송한다(920).

도 10은 본 발명을 수행할 수 있는 송신기 및 수신기를 도시한 도면이다. 이 때 송신기는 기지국, 수신기는 단말이 될 수 있다.

도 10에 따르면, 송신기(1000)는 송수신부(1010), 제어부(1020) 및 저장부(1030)으로 구성될 수 있으며, 수신기(1040)은 송수신부(1050) 및 제어부(1060)으로 구성될 수 있다. 이 때 송신기의 저장부는 본 발명에서 제안한 두 번째 방법에 따라 송신 상관도에 따라 미리 계산된 주파수 선택적 위상 회전값인

테이블을 저장할 수 있다. 제어부는 송수신부가 수신한 상향링크 피드백 정보 및/또는 SRS 및/또는 기준 신호에 기반해 송신 상관도를 추정할 수 있으며, 상기 계산된 송신 상관도를 기반으로 본 발명의 첫 번째 방법에 따라 수신 SNR을 최대로 하는

값을 계산할 수 있다. 이후 송수신부에서 각 자원 블록별로 계산된

값을 적용해 신호를 전송하도록 송수신부를 제어할 수 있다. 또한 상기 계산된 송신 상관도를 기반으로 두 번째 방법에 따라 미리 계산된

값을 적용해 신호를 전송하도록 송수신부를 제어할 수 있다. 송수신부는 각 자원 블록 별로 주파수 선택적으로 결정된 상기

값을 적용해 신호를 안테나에 매핑하고, 매핑된 신호를 전송한다. 또한 송수신부는 SRS를 단말로 전송할 수 있으며, 또한 미리 결정된

페어에 따라 신호를 단말로 전송할 수 있으며, 단말이 전송한 상향링크 피드백 정보를 수신할 수 있다. 이 때 도 5 및 6의 각 블록은 송수신부에 위치할 수 있으며, 또한 제어부에서 그 역할을 수행할 수 있다.

수신기의 송수신부는 기지국이 전송한 각종 신호를 수신하며, 상향링크 피드백 정보를 기지국으로 전송할 수 있다. 수신기의 제어부는 기지국이 전송한 기준 신호를 기반으로 위상 회전이 적용된 신호를 수신해 디코딩(decoding)할 수 있다.

Claims

송신기의 신호 전송 방법에 있어서,
각 송신 경로간의 송신 상관도를 추정하는 단계;
상기 추정된 송신 상관도를 기반으로 상기 송신기에 저장된 미리 정해진 복수의 위상 회전 값들 중에서 송신 신호에 적용할 위상 회전 값들을 결정하는 단계;
상기 송신 신호에 상기 위상 회전 값들에 따른 위상 회전을 적용하는 단계; 및
상기 송신 신호를 전송하는 단계를 포함하며,
상기 위상 회전 값들인
와
는 아래 식을 기반으로 결정되고,

α는 송신 상관도이며,
는 α의 편각이고, l은 주파수 대역을 구성하는 소단위의 인덱스인 것는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
제1항에 있어서,
상기 위상 회전 값들은 주파수 대역을 구성하는 소단위 기준으로 채널 상태에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
제1항에 있어서,
시간 분할 이중 통신(time division duplex, TDD) 시스템이 적용될 경우, 사운딩 기준 신호(sounding reference signal, SRS)를 수신하는 단계를 더 포함하고,
상기 위상 회전 값들은 상기 SRS를 기반으로 추정된 채널 상태 정보를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
제1항에 있어서,
주파수 분할 이중 통신(frequency division duplex, FDD) 시스템이 적용될 경우, 수신기가 전송하는 채널 상태 정보를 수신하는 단계를 더 포함하고,
상기 위상 회전 값들은 상기 채널 상태 정보를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
제4항에 있어서,
미리 정해진 위상 회전 값 페어 집합들 중 하나가 적용된 기준 신호(reference signal, RS)를 상기 수신기로 전송하는 단계를 더 포함하고,
상기 채널 상태 정보는 상기 RS를 기반으로 추정된 것임을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 위상 회전 값들은 상기 추정된 송신 상관도에 기반하여 미리 결정된 위상 회전 값들 집합에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
신호를 전송하는 송신기에 있어서,
수신기와 신호를 송수신하는 송수신부; 및
각 송신 경로간의 송신 상관도를 추정하고, 상기 추정된 송신 상관도를 기반으로 상기 송신기에 저장된 미리 정해진 복수의 위상 회전 값들 중에서 송신 신호에 적용할 위상 회전 값들을 결정하고, 상기 송신 신호에 상기 위상 회전 값들에 따른 위상 회전을 적용하고, 상기 송신 신호를 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 위상 회전 값들인
와
는 아래 식을 기반으로 결정되고,

α는 송신 상관도이며,
는 α의 편각이고, l은 주파수 대역을 구성하는 소단위의 인덱스인 것을 특징으로 하는 송신기.
제8항에 있어서,
상기 위상 회전 값들은 주파수 대역을 구성하는 소단위 기준으로 채널 상태 정보에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 송신기.
제8항에 있어서,
상기 제어부는 시간 분할 이중 통신(time division duplex, TDD) 시스템이 적용될 경우, 사운딩 기준 신호(sounding reference signal, SRS)를 수신하도록 더 제어하고,
상기 위상 회전 값들은 상기 SRS를 기반으로 추정된 채널 상태 정보를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 송신기.
제8항에 있어서,
상기 제어부는 주파수 분할 이중 통신(frequency division duplex, FDD) 시스템이 적용될 경우, 수신기가 전송하는 채널 상태 정보를 수신하도록 더 제어하고,
상기 위상 회전 값들은 상기 채널 상태 정보를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 송신기.
제9항에 있어서,
상기 제어부는 미리 정해진 위상 회전 값 페어 집합들 중 하나가 적용된 기준 신호(reference signal, RS)를 상기 수신기로 전송하도록 더 제어하고,
상기 채널 상태 정보는 상기 RS를 기반으로 추정된 것임을 특징으로 하는 송신기.
삭제
제8항에 있어서,
상기 위상 회전 값들은 상기 추정된 송신 상관도에 기반하여 미리 결정된 위상 회전 값들 집합에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 송신기.