KR102526199B1

KR102526199B1 - 공간-지연 프리코딩을 이용하는 수신기, 송신기, 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102526199B1
Application number: KR1020217005942A
Authority: KR
Inventors: 벤카테쉬 라미레디; 마르쿠스 랜드만; 마르쿠스 그로쓰만
Original assignee: 프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2023-04-26
Also published as: US20210167825A1; CN112640323B; ES2923452T3; MX2021002304A; EP3815256A1; WO2020043282A1; JP2021535651A; KR20210040403A; CN112640323A; US11973549B2; EP4040687A1; EP3815256B1; JP7334235B2

Abstract

복수의 송신 계층들 및 송신 안테나들을 이용하는 송신기로부터 주파수 선택적인 라디오 채널을 통해 수신된 라디오 신호를 수신 및 프로세싱하는 수신기가 설명된다. 수신기는 수신된 신호에 기초하여, 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 송신기에서 송신 계층들 및 송신 안테나들의 제1 서브세트에 대한 개개의 주파수-도메인 프리코더들의 복소 프리코더 계수들, 및 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 송신기에서 송신 계층들 및 송신 안테나들의 제2 서브세트에 대한 개개의 공간-지연 프리코더들의 복소 프리코더 계수들 및 지연들을 결정한다. 수신기는 결정된 지연들을 명시적으로 또는 암묵적으로 그리고 결정된 복소 프리코더 계수들을 명시적으로 또는 암묵적으로 송신기에 피드백하며, 송신기는 피드백된 지연들 및 복소 프리코더 계수들을 사용하여 수신기에 송신될 신호들을 프리코딩한다. 주파수-도메인 프리코더는, 공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬, 및 공간 빔포밍 벡터들 중 하나 이상을 복소 스케일링/결합하기 위한 결합 엘리먼트를 포함하는 이중-스테이지 구조를 갖는다. 공간-지연 프리코더는, 공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬, 주파수-도메인 코드북 행렬 - 주파수-도메인 코드북 행렬의 각각의 벡터는 지연 또는 지연 차이와 연관됨 -, 및 공간 및/또는 주파수-도메인 코드북 행렬들로부터의 벡터들 중 하나 이상을 복소 스케일링/결합하기 위한 계층 당 결합 엘리먼트를 포함하는 이중-스테이지 구조를 갖는다.

Description

공간-지연 프리코딩을 이용하는 수신기, 송신기, 시스템 및 방법

본 발명은 모바일 통신 네트워크와 같은 무선 통신 시스템들의 분야에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 감소된 피드백을 갖는 프리코딩, 예를 들어, mmWave 시스템들에 대한 공간-지연 광대역 MIMO(다중 입력 다중 출력, Multiple Input Multiple Output) 프리코딩을 이용하는 무선 통신 시스템들에 관한 것이다.

도 1은 코어 네트워크(102) 및 라디오 액세스 네트워크(104)를 포함하는 무선 네트워크(100)의 일 예의 개략적인 표현이다. 라디오 액세스 네트워크(104)는, 개개의 셀들(106₁ 내지 106₅)에 의해 개략적으로 표현되는 기지국을 둘러싸는 특정 영역을 각각 서빙하는 복수의 기지국들(eNB₁ 내지 eNB₅)을 포함할 수 있다. 기지국들은 셀 내에서 사용자들을 서빙하도록 제공된다. 사용자는 정지형 디바이스 또는 모바일 디바이스일 수 있다. 추가로, 무선 통신 시스템은 기지국 또는 사용자에 연결되는 모바일 또는 정지형 IoT 디바이스들에 의해 액세스될 수 있다. 모바일 디바이스들 또는 IoT 디바이스들은 물리적 디바이스들, 지상 기반 차량들, 이를테면 로봇들 또는 자동차들, 비행체들, 이를테면 유인 또는 무인 비행체(UAV, unmanned aerial vehicle)들 － 후자는 또한 드론들로 지칭됨 －, 내부에 전자기기들, 소프트웨어, 센서들, 액추에이터들 등이 임베딩되어 있는 빌딩들 및 다른 아이템들 뿐만 아니라 이들 디바이스들이 기존의 네트워크 인프라구조를 통해 데이터를 수집 및 교환할 수 있게 하는 네트워크 연결을 포함할 수 있다. 도 1은 단지 5개의 셀들만의 예시적인 도면을 도시하지만, 무선 통신 시스템은 더 많은 그러한 셀들을 포함할 수 있다. 도 1은, 셀(106₂) 내에 있고 기지국(eNB₂)에 의해 서빙되며, 사용자 장비(UE, user equipment)로 또한 지칭되는 2개의 사용자들(UE₁ 및 UE₂)을 도시한다. 다른 사용자(UE₃)는 기지국(eNB₄)에 의해 서빙되는 셀(106₄)에 도시되어 있다. 화살표들(108₁, 108₂, 및 108₃)은 사용자(UE₁, UE₂ 및 UE₃)로부터 기지국들(eNB₂, eNB₄)로 데이터를 송신하거나 또는 기지국들(eNB₂, eNB₄)로부터 사용자들(UE₁, UE₂, UE₃)로 데이터를 송신하기 위한 업링크/다운링크 연결들을 개략적으로 표현한다. 추가로, 도 1은 정지형 또는 모바일 디바이스들일 수 있는 셀(106₄) 내의 2개의 IoT 디바이스들(110₁ 및 110₂)을 도시한다. IoT 디바이스(110₁)는 화살표(112₁)에 의해 개략적으로 표현된 바와 같이 데이터를 수신 및 송신하도록 기지국(eNB₄)을 통해 무선 통신 시스템에 액세스한다. IoT 디바이스(110₂)는 화살표(112₂)에 의해 개략적으로 표현된 바와 같이 사용자(UE₃)를 통해 무선 통신 시스템에 액세스한다. 개개의 기지국(eNB₁ 내지 eNB₅)은 개개의 백홀(backhaul) 링크들(114₁ 내지 114₅)을 통해 코어 네트워크(102)에 그리고/또는 서로 연결되며, 이는 "코어"를 가리키는 화살표들에 의해 도 1에 개략적으로 표현된다. 코어 네트워크(102)는 하나 이상의 외부 네트워크들에 연결될 수 있다.

데이터 송신을 위해, 물리적 리소스 그리드가 사용될 수 있다. 물리적 리소스 그리드는, 다양한 물리 채널들 및 물리 신호들이 맵핑되는 리소스 엘리먼트들의 세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 물리 채널들은, 다운링크 및 업링크 페이로드 데이터로 또한 지칭되는 사용자 특정 데이터를 반송하는 물리 다운링크 및 업링크 공유 채널들(PDSCH:physical downlink shared channels, PUSCH:physical uplink shared channels), 예를 들어 마스터 정보 블록(MIB, master information block) 및 시스템 정보 블록(SIB, system information block)을 반송하는 물리 브로드캐스트 채널(PBCH, physical broadcast channel), 예를 들어 다운링크 제어 정보(DCI, downlink control information) 등을 반송하는 물리 다운링크 및 업링크 제어 채널들(PDCCH:physical downlink control channels, PUCCH:physicla uplink control channels)을 포함할 수 있다. 업링크의 경우, 물리 채널들은, 일단 UE가 MIB 및 SIB를 동기화했고 획득했다면 네트워크에 액세스하기 위하여 UE들에 의해 사용되는 물리 랜덤 액세스 채널(PRACH:physical random access channel 또는 RACH)을 더 포함할 수 있다. 물리 신호들은 기준 신호들(RS, reference signals), 동기화 신호들(synchronization signals) 등을 포함할 수 있다. 리소스 그리드는, 시간 도메인에서는 특정한 지속기간 및 주파수 도메인에서는 주어진 대역폭을 갖는 프레임을 포함할 수 있다. 프레임은 미리 정의된 길이의 특정한 수의 서브프레임들을 가질 수 있으며, 각각의 서브프레임은 OFDM 심볼들과 같은 심볼들을 포함할 수 있다.

무선 통신 시스템은, 예를 들어 LTE-어드밴스드 프로 표준 또는 5G 또는 NR(뉴 라디오) 표준에 따라 동작할 수 있다.

무선 통신 시스템은, 직교 주파수-분할 멀티플렉싱(OFDM, orthogonal frequency-division multiplexing) 시스템, 직교 주파수-분할 다중 액세스(OFDMA, orthogonal frequency-division multiple access) 시스템, 또는 CP, 예를 들어 DFT-s-OFDM이 있거나 없는 임의의 다른 IFFT-기반 신호와 같은 주파수-분할 멀티플렉싱에 기초한 임의의 단일-톤 또는 멀티캐리어 시스템일 수 있다. 다중 액세스, 예를 들어 필터-뱅크 멀티캐리어(FBMC, filter-bank multicarrier), 일반화된 주파수 분할 멀티플렉싱(GFDM, generalized frequency division multiplexing) 또는 유니버셜 필터링 멀티 캐리어(UFMC, universal filtered multi carrier)를 위한 비-직교 파형들과 같은 다른 파형들이 사용될 수 있다.

도 1에 개략적으로 묘사된 것과 유사한 무선 통신 시스템에서, 사용자 데이터 레이트들, 링크 신뢰성, 셀 커버리지 및 네트워크 용량을 개선시키기 위해, 예를 들어 LTE 또는 NR에 따라 다중-안테나 기법들이 사용될 수 있다. 다중-스트림 또는 다중-계층 송신들을 지원하기 위해, 선형 프리코딩이 통신 시스템의 물리 계층에서 사용된다. 선형 프리코딩은 데이터의 계층들을 안테나 포트들에 맵핑하는 프리코더 행렬에 의해 수행된다. 프리코딩은 빔포밍의 일반화로서 보여질 수 있으며, 이는 의도된 수신기를 향해 데이터 송신을 공간적으로 지향/포커싱시키기 위한 기법이다.

다음에서, 모바일 다중 입력 다중 출력 통신 시스템에서의 다운링크(DL) 송신, 즉 기지국(eNodeB)으로부터 모바일 사용자 장비(UE)로 데이터 트래픽을 반송하는 통신 링크가 고려된다. N_Tx 안테나들을 갖는 기지국(eNodeB) 및 N_Rx 안테나들을 갖는 모바일 사용자 장비(UE)를 고려하면, UE의 DL 송신에서 특정한 시간 인스턴스에 수신된 심볼들(

)은 다음과 같이 쓰여질 수 있으며,

여기서,

는 채널 행렬을 나타내고,

는 eNodeB의 프리코더 행렬을 나타내고,

은 수신기의 가산 잡음이고,

은 UE에 의해 디코딩되어야 하는 eNodeB에 의해 송신된 데이터 벡터이며, N_s는 송신된 데이터 스트림들의 수를 나타낸다. 데이터

을 N_Tx개의 안테나 포트들에 맵핑하기 위해 eNodeB에서 사용될 프리코더 행렬은 순시 채널 정보

에 기초하는 최적화 문제를 해결함으로써 판단된다. 폐쇄-루프 통신 모드에서, UE는 채널의 상태를 추정하고, 업링크(UE로부터 eNodeB로 트래픽을 반송하는 통신 링크) 내의 피드백 채널을 통해 채널 상태 정보(CSI)와 같은 리포트를 eNodeB에 송신하여, eNodeB가 프리코딩 행렬을 결정할 수 있게 한다(참조문헌 [1] 참조). 프리코딩 행렬들을 결정하기 위해 UE로부터의 피드백 없이 다중-계층 송신들이 수행되는 경우들이 또한 존재한다. 그러한 통신 모드는 '개방-루프'로 지칭되며, eNodeB는 정보를 송신하기 위해 신호 다이버시티 및 공간 멀티플렉싱을 이용한다(참조문헌 [1] 참조).

도 2는 LTE 릴리즈 8에 따른 코드북-기반-프리코딩을 사용하는 MIMO DL 송신의 블록-기반 모델을 도시한다. 도 2는 기지국(200), 사용자 장비(300), 및 기지국(200)과 사용자 장비(300) 사이의 무선 데이터 통신을 위한 라디오 채널과 같은 채널(400)을 개략적으로 도시한다. 기지국은 복수의 안테나들 또는 안테나 엘리먼트들을 갖는 안테나 어레이(202), 및 코드북(208)으로부터 데이터 벡터(206) 및 프리코더 행렬(F)을 수신하는 프리코더(204)를 포함한다. 채널(400)은 채널 행렬(402)에 의해 설명될 수 있다. 사용자 장비(300)는 안테나, 또는 복수의 안테나들 또는 안테나 엘리먼트들을 갖는 안테나 어레이(304)를 통해 데이터 벡터(302)를 수신한다. 사용자 장비(300)와 기지국(200) 사이의 피드백 채널(500)은 피드백 정보를 송신하기 위해 제공된다.

암묵적인 피드백의 경우, 피드백 채널(500)을 통해 UE(300)에 의해 송신된 CSI는, eNodeB(200)에서, 프리코딩 행렬, 및 송신될 심볼들의 변조 차수 및 코딩 방식(MCS, modulation order and coding scheme)을 판단하는 것을 허용하는 랭크 인덱스(RI, rank index), 프리코딩 행렬 인덱스(PMI, precoding matrix index) 및 채널 품질 인덱스(CQI, channel quality index)를 포함한다. PMI 및 RI는 '코드북'(208)으로 지칭되는 행렬들의 미리 정의된 세트(Ω)로부터 프리코딩 행렬을 결정하는 데 사용된다. 예를 들어, LTE에 따르는 코드북(208)은 테이블의 각각의 엔트리에 행렬들을 갖는 룩업 테이블일 수 있고, UE로부터의 PMI 및 RI는, 사용될 프리코더 행렬이 테이블의 어느 행(row) 및 열(column)로부터 획득되는지를 판단한다.

명시적인 CSI 피드백의 경우, 어떠한 코드북도 프리코더를 결정하는 데 사용되지 않는다. 프리코더 행렬의 계수들은 UE에 의해 명시적으로 송신된다. 대안적으로, 순시 채널 행렬의 계수들이 송신될 수 있으며, 이로부터 프리코더가 eNodeB에 의해 결정된다.

프리코더(204) 및 코드북(208)의 설계 및 최적화는, 고정된 다운-틸트(down-tilt)를 갖는 1차원 균일 선형 어레이(ULA, Uniform Linear Array)들 또는 2차원 균일 평면형 어레이(UPA, Uniform Planar Array)들이 장착된 eNodeB들에 대해 수행될 수 있다. 이들 안테나 어레이들(202)은, eNodeB(200)에서 방위-전용 빔포밍이 가능하도록 수평(방위) 방향으로 라디오 파를 제어하는 것을 허용한다. 다른 예들에 따르면, 수직(고도) 및 수평(방위) 방향들 둘 모두 상에서의 송신 빔포밍을 위해 UPA들을 지원하도록 코드북(208)의 설계가 확장되며, 이는 FD(full-dimension) MIMO로 또한 지칭된다(참조문헌 [2] 참조). 예를 들어, FD-MIMO와 같은 대규모 안테나 어레이들의 경우, 코드북(208)은 어레이의 어레이 응답 벡터들을 사용하여 공간적으로 분리된 전자기 송신/수신 빔들을 형성하는 빔포밍 가중치들의 세트일 수 있다. 어레이의 빔포밍 가중치들(또는 '어레이 조향 벡터(steering vector)들')은 특정한 방향을 향한(또는 그로부터의) 방사선을 송신(또는 획득)하기 위해 안테나들에 공급되는 신호(또는 안테나들로부터 수신된 신호)에 적용되는 진폭 이득들 및 위상 조정들이다. 프리코더 행렬의 컴포넌트들은 어레이의 코드북으로부터 획득되고, PMI 및 RI는 코드북을 '판독'하고 프리코더를 획득하는 데 사용된다. 어레이 조향 벡터들은 2D 이산 푸리에 변환(DFT) 행렬의 열들에 의해 설명될 수 있다(참조문헌 [3] 참조).

3GPP 뉴 라디오 릴리즈 15의 타입-I 및 타입-II CSI 리포팅 방식들에서 사용되는 주파수-도메인 프리코더 행렬들은 이중-스테이지 구조:

,

을 가지며(참조문헌 [7] 참조), 여기서 S는 서브대역들/서브캐리어들 또는 물리적 리소스 블록들(PRB)의 수를 나타낸다. 행렬

은 인덱스 s에 독립적인 광대역 행렬이고, DFT 코드북 행렬로부터 선택된 PU 빔포밍 벡터들

를 포함하고, 다음과 같으며,

여기서, A는 편파(polarization) 당 송신 안테나들의 수를 나타내고, P는 안테나 편파들의 수를 나타내며, U는 편파 당 빔포밍 벡터들의 수를 나타낸다. 공동-편파(co-polarized) 안테나 어레이들의 경우, P=1이지만, 이중-편파 안테나 어레이들의 경우, P=2이다. 게다가, 이중-편파 안테나 어레이들의 경우, 제u 빔 벡터들

는 편파들 둘 모두에 대해 동일하다. 행렬

는 각각의 서브대역/서브캐리어 또는 물리적 리소스 블록(PRB) s에 대해

에서 정의된 빔들을 선택/결합/공동-위상(co-phase)시키는 선택/결합/공동-위상 행렬이다. 상이한 방향들로 배향된 다수의 안테나 엘리먼트들이 신호를 송신/수신하는 동안 편파 다이버시티를 이용하기 위해 어레이 안테나에서 각각의 위치에 배치될 수 있음을 유의한다. 많은 경우들에서 안테나 엘리먼트의 배향은 안테나가 응답하는 편파 각도와 동일하며, 따라서 용어 '안테나 편파' 및 '안테나 배향'은 본 문헌에 걸쳐 상호교환가능하게 사용된다. 본 명세서에서 용어 '배향'은, 송신된 또는 수신된 파면의 편파와 혼동하는 것을 피하기 위해 안테나들을 지칭할 경우에 사용된다.

랭크-1 송신 및 타입-I 리포팅을 위해,

가 다음과 같이 [7]에 의하여 이중-편파 안테나 어레이들(P=2)에 대해 주어지며,

여기서,

는 제u 위치를 제외한 모든 위치들에서 제로들을 포함한다.

의 그러한 정의는 각각의 편파에 대해 제u 벡터를 선택하고, 상이한 편파들에 걸쳐 이들을 결합시킨다. 더욱이,

은 제2 편파에 대한 양자화된 위상 조정이다.

랭크-1 송신 및 타입-II 리포팅을 위해,

여기서, 양자화된 값들

및

는 각각 진폭 및 위상 결합 계수들이다.

랭크-R 송신의 경우,

는 R개의 벡터들을 포함하며, 여기서 각각의 벡터의 엔트리들은 각각의 편파 내에서 단일 또는 다수의 빔들을 결합시키고 그리고/또는 상이한 편파들에 걸쳐 이들을 결합시키도록 선정된다.

유럽 특허 출원 제 17154486.9호 유럽 특허 출원 제 17154487.7호 PCT 특허 출원 제 PCT/EP2017/064828호

Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Skold, "4G: LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband," Academic Press, 2011. (ISBN:012385489X 9780123854896) 3GPP TR 36.897 V13.0.0, "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Study on elevation beamforming / Full-Dimension (FD) Multiple Input Multiple Output (MIMO) for LTE (Release 13)," June 2015. Cheng et al., "Two-dimensional Discrete Fourier Transform based Codebook for Elevation Beamforming," United States Patent Application, US 2016/0173180 A1, June 2016. 3GPP TS 36.211, "Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 10)," V10.4.0, Dec.2011. 3GPP TR 38.802 V14.1.0, "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Study on New Radio access technology: Physical layer aspects (release 14)," June 2017. J. A. Fessler and A. O. Hero, "Space-alternating generalized expectation-maximization algorithm," IEEE transactions on Signal Processing, vol. 42, no. 10, pp. 2664-2677, October 1999. 3GPP TS 38.214 V13.0.0, "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical layer procedures for data (Release 15)," January 2018.

프리코딩을 이용하는 무선 통신 시스템들에서 피드백 오버헤드를 감소시키기 위한 개선된 접근법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

이러한 목적은 독립 청구항들에서 정의된 바와 같은 요지에 의해 달성된다.

실시예들은 종속 청구항들에서 정의된다.

본 발명의 실시예들은 이제 첨부한 도면들을 참조하여 더 상세히 설명된다.

본 발명에 따르면, 서브캐리어/서브대역 당 프리코딩 대신, 지연 당 프리코딩이 본 발명의 접근법에 따라 수행된다. 아울러, 본 발명의 접근법은 서브캐리어/서브대역 프리코딩과 비교하여 피드백이 감소되고 더 높은 상호 정보 또는 레이트 등을 갖는 신규한 공간-지연 프리코더를 이용한다. 따라서, 단일 및/또는 멀티-캐리어 MIMO 통신 시스템들에 대한 프리코딩 및 피드백 방식이 제공되며, 이는 PMI, RI 및 CQI와 같은 3GPP Rel. 10(참조문헌 [4] 참조)에서 설명된 피드백 파라미터들에 부가하여, 송신기에서 신호 프리코더에 대한 탭 지연(tap delay)들과 같은 부가적인 피드백 파라미터들을 제공한다. 본 발명의 피드백 방식은 3GPP LTE Rel 14(참조문헌 [5] 참조)까지 논의된 최신 빔포밍/프리코딩 방식들과 비교하여 상호 정보 또는 레이트 등의 관점들에서 향상된 성능을 갖는 방향 및 지연-기반 빔포밍/프리코딩을 허용한다.

본 발명의 실시예들은 이제 첨부한 도면들을 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 무선 통신 시스템의 일 예의 개략적인 표현을 도시한다.
도 2는 암묵적인 CSI 피드백을 사용하는 MIMO 통신 시스템의 블록-기반 모델을 도시한다.
도 3은 본 발명의 접근법의 실시예들에 따른 MIMO 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 4는 본 발명의 접근법의 추가적인 실시예들에 따른 MIMO 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 5는 제1 스테이지 프리코더 F1을 MIMO 채널 임펄스 응답과 결합할 경우 획득되는 빔포밍된 채널 임펄스 응답의 2개의 예들을 예시하며, 여기서 도 5(a)는 빔포밍된 채널 임펄스 응답의 메인 피크 내의 지연들 또는 지연 차이들과 연관된 주파수-도메인 코드북으로부터의 DFT 벡터들의 인덱스들을 예시하고, 도 5(b)는 빔포밍된 채널 임펄스 응답의 2개의 피크들 내의 지연들 또는 지연 차이들과 연관된 주파수-도메인 코드북으로부터의 DFT 베터들의 인덱스들을 예시한다.
도 6은 평균 지연 인덱스

를 중심으로 중심설정된 제u 빔에 대한

개의 지연 인덱스들을 예시한다.
도 7은, 샘플링 그리드의 시작부 및/또는 끝에 놓여 있는 도 6의 평균 지연에 대한 가능한 위치들(도 7(a) 및 도 7(b)를 참조)을 예시한다.
도 8은 제u 빔에 대한 2개의 평균 지연 인덱스들

및

를 중심으로 중심설정된 C 지연 인덱스들을 예시한다.
도 9는 평균 지연

에 대한 기준 빔에 관한 (2U-1)개의 빔들의 복소 계수들의 계산을 예시한다.
도 10은, 본 발명의 접근법에 따라 설명된 유닛들 또는 모듈들 뿐만 아니라 방법의 단계들이 실행될 수 있는 컴퓨터 시스템의 일 예를 예시한다.

다음에서, 본 발명의 바람직한 실시예들은, 동일하거나 유사한 기능을 갖는 엘리먼트들이 동일한 참조 부호들에 의해 참조되는 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세히 설명된다.

본 발명의 일 양상의 실시예들은, 복수의 송신 계층들 및 송신 안테나들을 이용하는 송신기로부터 주파수 선택적인 라디오 채널을 통해 수신된 라디오 신호를 수신 및 프로세싱하는 수신기를 제공한다. 수신기는 수신된 신호에 기초하여,

○ 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 송신기에서 송신 계층들 및 송신 안테나들의 제1 서브세트에 대한 개개의 주파수-도메인 프리코더들의 복소 프리코더 계수들, 및

○ 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 송신기에서 송신 계층들 및 송신 안테나들의 제2 서브세트에 대한 개개의 공간-지연 프리코더들의 복소 프리코더 계수들 및 지연들

을 결정한다.

수신기는 결정된 지연들을 명시적으로 또는 암묵적으로 그리고 결정된 복소 프리코더 계수들을 명시적으로 또는 암묵적으로 송신기에 피드백하며, 송신기는 피드백된 지연들 및 복소 프리코더 계수들을 사용하여 수신기에 송신될 신호들을 프리코딩한다. 주파수-도메인 프리코더는, 다음을 포함하는 이중-스테이지 구조를 갖는다:

○ 공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬, 및

○ 공간 빔포밍 벡터들 중 하나 이상을 복소 스케일링/결합하기 위한 결합 엘리먼트.

공간-지연 프리코더는, 다음을 포함하는 이중-스테이지 구조를 갖는다:

○ 공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬,

○ 주파수-도메인 코드북 행렬 － 주파수-도메인 코드북 행렬의 각각의 벡터는 지연 또는 지연 차이와 연관됨 －, 및

○ 공간 및/또는 주파수-도메인 코드북 행렬들로부터의 벡터들 중 하나 이상을 복소 스케일링/결합하기 위한 계층 당 결합 엘리먼트.

이러한 양상의 추가적인 실시예들은 송신기를 제공하고, 그 송신기는, 복수의 송신 계층들 및 복수의 안테나들을 이용하는 하나 이상의 수신기들과의 무선 통신을 위한 복수의 안테나들을 갖는 안테나 어레이; 및 안테나 어레이에 연결된 복수의 프리코더들을 가지며, 프리코더들은 안테나 어레이에 의해 하나 이상의 송신 빔들을 형성하도록 안테나 어레이의 하나 이상의 안테나들에 빔포밍 가중치들의 세트를 적용한다. 송신기는 수신기로부터 수신된 피드백에 응답하여 빔포밍 가중치들을 결정하며, 피드백은 지연들을 명시적으로 또는 암묵적으로 그리고 복소 프리코더 계수들을 명시적으로 또는 암묵적으로 표시하고, 표시된 지연들 및 복소 프리코더 계수들은 다음을 포함한다:

○ 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 송신기에서 송신 계층들 및 송신 안테나들의 제2 서브세트에 대한 개개의 공간-지연 프리코더들의 복소 프리코더 계수들 및 지연들.

주파수-도메인 프리코더는, 다음을 포함하는 이중-스테이지 구조를 갖는다:

○ 공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬, 및

○ 공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬,

본 발명의 이러한 양상은, 예를 들어 하위 호환성(backward compatibility)을 제공하거나 또는 특정한 랭크(rank)들에 대한 개개의 프리코더들의 특정 장점들을 활용하기 위하여 상이한 송신 계층들 또는 랭크들에 대해 상이한 프리코더들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다는 발견에 기초한다. 예를 들어, 랭크 1 및 랭크 2 송신들은 주파수-도메인 프리코더를 사용할 수 있는 반면, 더 높은 랭크 송신들은 공간-지연 디코더를 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 양상의 실시예들은, 복수의 송신 안테나들을 이용하는 송신기로부터 주파수 선택적인 라디오 채널을 통해 수신된 라디오 신호를 수신 및 프로세싱하고, 수신된 신호에 기초하여, 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 송신기에서 하나 이상의 송신 계층들 및 송신 안테나들에 대한 하나 이상의 공간-지연 프리코더들의 복소 프리코더 계수들 및 지연들을 결정하며, 결정된 지연들을 명시적으로 또는 암묵적으로 그리고 결정된 복소 프리코더 계수들을 명시적으로 또는 암묵적으로 송신기에 피드백하는 수신기를 제공하고, 송신기는 피드백된 지연들 및 복소 프리코더 계수들을 사용하여 수신기에 송신될 신호들을 프리코딩한다. 공간-지연 프리코더는, 다음을 포함하는 이중-스테이지 구조를 갖는다:

○ 공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬,

○ 공간 및/또는 주파수-도메인 코드북 행렬들로부터 선택된 벡터들 중 하나 이상을 복소 스케일링/결합하기 위한 계층 당 결합 엘리먼트.

주파수-도메인 코드북 행렬은 DFT 행렬의 하나 이상의 서브-행렬(sub-matrix)들에 의해 정의되며, 여기서 DFT 행렬의 각각의 서브-행렬은 지연 값들의 범위 또는 지연 차이 값들의 범위와 연관된다.

이러한 양상의 추가적인 실시예들은 송신기를 제공하고, 그 송신기는, 하나 이상의 수신기들과의 무선 통신을 위한 복수의 안테나들을 갖는 안테나 어레이; 및 안테나 어레이에 연결된 하나 이상의 프리코더들을 가지며, 프리코더는 안테나 어레이에 의해 하나 이상의 송신 빔들을 형성하도록 안테나 어레이의 하나 이상의 안테나들에 빔포밍 가중치들의 세트를 적용한다. 송신기는 수신기로부터 수신된 피드백에 응답하여 빔포밍 가중치들을 결정하도록 이루어지며, 피드백은, 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 송신기에서 하나 이상의 송신 계층들 및 송신 안테나들에 대한 하나 이상의 공간-지연 프리코더들의 지연들을 명시적으로 또는 암묵적으로 그리고 그 공간-지연 프리코더들의 복소 프리코더 계수들을 명시적으로 또는 암묵적으로 표시한다. 공간-지연 프리코더는, 다음을 포함하는 이중-스테이지 구조를 갖는다:

○ 공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬,

주파수-도메인 코드북 행렬은 DFT 행렬의 하나 이상의 서브-행렬들에 의해 정의되며, 여기서 DFT 행렬의 각각의 서브-행렬은 지연 값들의 범위 또는 지연 차이 값들의 범위와 연관된다.

본 발명의 이러한 양상은, 지연 프리코딩을 위해 사용되는 지연 또는 지연 차이들이 통상적으로, 제한된 값 범위만을 갖고, 이러한 제한된 범위로 인해, 코드북 행렬의 모든 엔트리들이 공간-지연 이중-스테이지 프리코더를 구축하기 위해 수신기에서 사용될 필요가 없다는 발견에 기초한다. 본 발명의 접근법에 따르면, 공간 지연 이중-스테이지 프리코더를 구축하기 위한 코드북 엔트리들(지연들 또는 지연 차이들)을 선택하는 복잡도 및 코드북의 사이즈가 매우 감소된다.

위에서 설명된 바와 같이, 종래에, 프리코더는 OFDM-기반 시스템들에서 서브캐리어 당 또는 서브대역 당 수행되며, 서브대역은 다수의 인접한 서브캐리어들을 포함한다. 많은 수의 서브캐리어들/서브대역들로 인해, 서브캐리어/서브대역 당 단일 PMI/RI를 gNB에 송신하는 것은 엄청나게 큰 피드백 오버헤드를 유발한다. 그러한 큰 피드백 오버헤드의 문제는 다음과 같이, 주파수 도메인에서 서브-캐리어 당 또는 서브대역 당 프리코딩되는 종래의 OFDM 시스템들에서 해결된다. 페이딩 이득들이 다수의 인접한 서브캐리어들에 걸쳐 매우 상관되므로, 단일 프리코딩 행렬은 다수의 서브캐리어들에 대해, 즉 서브대역 당 계산될 수 있으며, 이는 서브캐리어 당 단일 프리코딩 행렬을 계산하는 경우와 비교하여 감소된 피드백 오버헤드를 초래할 수 있다.

그러나, 서브캐리어들/서브대역들의 수가 비-제로 채널 임펄스 응답 계수들의 수보다 훨씬 더 큰 상황들에서, 시간 도메인에서의 프리코딩은 계산 복잡성 및 피드백 오버헤드 둘 모두의 관점들에서 유리할 수 있다.

따라서, 서브캐리어/서브대역 당 프리코딩 대신, 지연 당 프리코딩이 본 발명의 접근법에 따라 수행된다. 실시예들에 따르면, 본 발명의 접근법은 서브캐리어/서브대역 프리코딩과 비교하여 피드백이 감소되고 더 높은 상호 정보 또는 레이트 등을 갖는 신규한 공간-지연 프리코더를 이용한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 단일 및/또는 멀티-캐리어 MIMO 통신 시스템들에 대한 프리코딩 및 피드백 방식이 제공되며, 이는 PMI, RI 및 CQI와 같은 3GPP Rel. 10(참조문헌 [4] 참조)에서 설명된 피드백 파라미터들에 부가하여, 송신기에서 신호 프리코더에 대한 탭 지연(tap delay)들과 같은 부가적인 피드백 파라미터들을 제공한다. 본 발명의 피드백 방식은 3GPP LTE Rel 14(참조문헌 [5] 참조)까지 논의된 최신 빔포밍/프리코딩 방식들과 비교하여 상호 정보 또는 레이트 등의 관점들에서 향상된 성능을 갖는 방향 및 지연-기반 빔포밍/프리코딩을 허용한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, MIMO 통신 시스템은 mmWave 주파수들에서 동작할 수 있다. mmWave 주파수들에서, 통신 채널들은 희소(sparse)하고, 다중-경로 컴포넌트들의 에너지는 몇몇 채널 클러스터들 또는 채널 탭들에 집중되며, 다수의 광선들이 각각의 클러스터와 연관된다. 각각의 채널 클러스터 또는 채널-탭은 상이한 지연 및 공간 방향에 대응할 수 있다. 따라서, 주요(dominant) 채널 클러스터들 또는 채널 탭들의 수는 통상적으로 서브캐리어들의 수보다 훨씬 더 적다. 따라서, mmWave 주파수들에서 동작하는 시스템들에서, 공간-지연 프리코딩은 종래의 주파수-도메인 서브캐리어-기반 또는 서브대역-기반 프리코딩과 비교하여 복잡성 및 피드백 오버헤드의 관점들에서 유리하다. 본 발명의 접근법에 따르면, 주요 채널 클러스터 방향들에 대응하는 부가적인 탭-지연 정보가 활용되고 gNB에 피드백될 수 있다. 프리코더를 설계할 시에 클러스터 방향들의 부가적인 지연 정보를 이용하는 것은 고려되는 부가적인 자유도들로 인해 상호 정보 또는 레이트 등의 관점들에서, 향상된 시스템 성능을 유발할 수 있다.

본 발명은 또한 서브-6GHz(sub-6GHz) 주파수들에서 동작하는 MIMO 통신 시스템에 적용가능하다.

실시예들에 따르면, 주파수-도메인 프리코더의 결합 엘리먼트는, 공간 코드북 행렬로부터 선택된 단일 공간 빔포밍 벡터에 대한 계층 및 주파수-빈(frequency-bin) 당 복소값 스케일링 계수, 또는 공간 코드북 행렬로부터 선택된 하나 이상의 공간 빔포밍 벡터들을 결합하기 위한 주파수-빈 당 결합 벡터를 포함한다.

실시예들에 따르면, 공간 지연 프리코더의 결합 엘리먼트는, 주파수-도메인 코드북으로부터 선택된 하나 이상의 벡터들을 결합하기 위한, 주파수-빈과는 독립적인, 각각의 빔에 대한 복소값 지연-도메인 결합 벡터, 및 공간 코드북 행렬로부터 선택된 하나 이상의 공간 빔포밍 벡터들을 결합하기 위한 주파수-빈 당 복소값 결합 벡터를 포함한다. 예를 들어, 제s 번째 주파수-빈과 연관된 복소값 결합 벡터의 제u 번째 엔트리는, 제u 번째 빔과 연관된 복소값 지연-도메인 결합 벡터와 주파수-도메인 코드북으로부터 선택된 하나 이상의 벡터들의 결합에 의해 정의된 벡터의 제s 번째 엔트리에 의해 주어질 수 있다.

실시예들에 따르면, 주파수-도메인 코드북 행렬을 구축하기 위해 사용되는 DFT 행렬은 오버샘플링된 DFT-행렬

이며, 여기서

이고, 이때 O_f는 DFT-행렬의 오버샘플링 인자이다.

실시예들에 따르면, 오버샘플링 인자 O_f는 수신기에 선험적으로 알려져 있거나, 또는 수신기는 송신기로부터 오버샘플링 인자 O_f를 수신하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, DFT 행렬의 하나 이상의 서브-행렬들은, 공간 코드북 행렬의 선택된 빔들을 MIMO 채널 임펄스 응답과 결합할 경우 획득되는 빔포밍된 채널 임펄스 응답의 지연 확산에 의존하여 선택된다.

실시예들에 따르면, 주파수-도메인 코드북 행렬은 다음에 의해 정의된다:

- DFT 행렬의 처음 N개의 열들, 또는

- DFT 행렬의 처음 N₁개의 열들 및 마지막 N₂개의 열들, 또는

- DFT 행렬의 i₁:i₂ 열들, 또는

- DFT 행렬의 i₁:i₂ 열들 및 i₃:i₄ 열들.

실시예들에 따르면, 주파수-도메인 코드북을 정의하는 DFT 행렬의 복수의 열들을 표시하는 하나 이상의 파라미터들은 수신기에 선험적으로 알려져 있거나 또는 송신기로부터 수신된다.

실시예들에 따르면, 수신기는,

- X개의 엔트리들/열들을 포함하는 주파수-도메인 코드북 행렬로부터 제r 계층에 대한 공간-지연 이중-스테이지 프리코더 행렬을 구축하기 위해 K_r개의 지연들 또는 지연 차이들을 선택하며,

- 주파수-도메인 코드북 행렬로부터의 제r 계층에 대한 X－K_r개의 선택되지 않은 지연 인덱스들을 송신기에 피드백하도록

이루어진다.

실시예들에 따르면, 파라미터들 K_r은 수신기에 선험적으로 알려져 있거나, 또는 수신기는 송신기로부터 파라미터들 K_r을 수신하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 수신기는,

- X개의 엔트리들/열들을 포함하는 주파수-도메인 코드북 행렬로부터 공간-지연 이중-스테이지 프리코더 행렬을 구축하기 위해 K개의 지연들 또는 지연 차이들을 선택하며 － K개의 지연들 또는 지연 차이들은 각각의 계층에 대해 동일함 －,

- 주파수-도메인 코드북 행렬로부터의 제r 계층에 대한 X－K개의 선택되지 않은 지연 인덱스들을 송신기에 피드백하도록

이루어진다.

실시예들에 따르면, 파라미터들 K는 수신기에 선험적으로 알려져 있거나, 또는 수신기는 송신기로부터 파라미터들 K을 수신하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 수신기는,

- 제r 송신 계층의 모든 빔들에 대해 또는 제r 송신 계층의 빔들의 서브세트에 대해 동일한 지연들을 적용하고,

- 공간-지연 이중-스테이지 프리코더를 계산하기 위하여 수신기에 의해 선택된 빔들에 대한 지연 인덱스들을 포함하는 공통 DI를 구축하고,

- 공통 DI에서 가장 강한 지연에 대응하는 지연 인덱스를 표시하며,

- 가장 강한 지연 인덱스의 표시를 갖는 공통 DI를 송신기에 피드백하도록

이루어진다.

실시예들에 따르면, 지연들은 공간 빔 및 송신 계층에 의존한다.

실시예들에 따르면,

- 송신 계층의 공간 빔들의 서브세트와 연관된 지연들의 서브세트가 동일하거나, 또는

- 송신 계층의 공간 빔들의 서브세트에 대한 지연들의 수가 동일하거나, 또는

- 지연들의 서브세트는 공간 빔들 및 송신 계층들의 서브세트에 대해 동일하다.

실시예들에 따르면, 빔 당 지연들 및 지연들의 수는 송신 계층에 대해 동일하므로, 송신 계층의 모든 빔들은 동일한 지연들과 연관된다.

실시예들에 따르면, 프리코더는 다음에 의해 표현되며:

여기서,

- N_t는 송신기 어레이의 송신 안테나들의 수이고,

-

는 제r 번째 계층에 대한 빔들의 수이고,

-

는 제r 번째 계층 및 제u 번째 빔에 대한 지연들의 수이고,

-

는 제r 번째 계층, 제u 번째 공간 빔, 및 송신기 안테나 어레이의 제p 편파와 연관된 사이즈 S×1의 제d 지연 벡터이고,

-

는 제r 번째 계층과 연관된 제u 공간 빔이고,

-

는 제r 번째 계층, 제u 번째 공간 빔, 제d 지연, 및 송신기 안테나 어레이의 제p 편파와 연관된 스칼라 지연-빔 복소 결합 계수이며,

-

는 모든 프리코더 계층들에 걸친 평균 총 송신 전력이 고정 값과 동일하다는 것을 보증하기 위한 정규화 인자이다.

실시예들에 따르면, 행렬-벡터 표기의 프리코더는 다음에 의해 표현되며:

여기서,

-

는 제p 편파에 대한 빔-결합 계수들을 포함하고, 이때

이고,

-

이고,

는 벡터 d_(p,u,d)^((r) )의 제s 엔트리이다.

실시예들에 따르면, 주파수-도메인 코드북의 벡터들의 길이를 표시하는 파라미터 S는 수신기에 선험적으로 알려져 있거나, 또는 수신기는 송신기로부터 파라미터 S를 수신하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 수신기는 공간-지연 프리코더의 지연들을 명시적으로 또는 암묵적으로 피드백하도록 이루어지며, 암묵적인 피드백은 송신기에서 사용되는 주파수-도메인 코드북 행렬의 개개의 열 벡터들과 연관된 인덱스들을 포함하는 지연 식별자를 사용한다.

실시예들에 따르면, 수신기는 송신기에서 사용되는 주파수-도메인 코드북 행렬의 개개의 열 벡터들과 연관된 인덱스들을 포함하는 지연 식별자를 사용하여 공간-지연 프리코더의 지연들을 암묵적으로 피드백하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 공간-지연 프리코더는 주파수 도메인에서 표현되며, 수신기는 공간-지연 프리코더의 지연들을 명시적으로 또는 암묵적으로 피드백하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 암묵적인 지연 피드백은 하나 이상의 지연 식별자(DI)들을 포함하며, 각각의 지연 식별자는 주파수-도메인 코드북 행렬

의 열 벡터들과 연관되는 L개의 인덱스들의 세트를 포함하고, L=지연들의 총 수이다.

실시예들에 따르면, 코드북 행렬

의 사이즈는 지연들의 요구되는 분해능에 기초하여 유연하게 설계된다.

실시예들에 따르면,

지연들

은 이산화(discretize)되고 세트

의 엘리먼트들에 의해 주어지고,

내의 각각의 값은 주파수-도메인 코드북 행렬

의 열 벡터에 연관되고,

이고, S = 서브캐리어들 또는 서브대역들, 또는 물리적 리소스 블록들의 총 수이며,

여기서, 주파수-도메인 코드북 행렬

는 오버샘플링된 코드북 DFT-행렬은

이고,

이며, O_f는 주파수-도메인 코드북 DFT-행렬의 오버샘플링 인자이다.

실시예들에 따르면, 수신기는 오버샘플링 인자 O_f를 송신기로부터 수신하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, DI는 공간 빔과 연관되고, 피드백은 PU개의 공간 빔들에 대한 PU개의 DI들을 포함하고, U = 빔들의 총 수이고, P = 편파들의 수이며, 여기서 송신기의 공동-편파 안테나 어레이들에 대해서는 P=1이고, 송신기의 이중-편파 안테나 어레이들에 대해서는 P=2이다.

실시예들에 따르면,

프리코더는 이중-스테이지 프리코딩 구조를 포함하고, 이중-스테이지 프리코딩 구조는 PU개의 공간 빔들을 포함하는 빔포밍 행렬을 포함하고, U = 빔들의 총 수이고, P = 편파들의 수이며, 여기서 송신기의 공동-편파 안테나 어레이들에 대해서는 P=1이고, 송신기의 이중-편파 안테나 어레이들에 대해서는 P=2이고,

(i) 모든 PU개의 빔들에 대해 동일한 지연들의 경우, 피드백은 PU개의 빔들에 대해 하나의 지연 식별자, 즉 1개의 DI를 포함하거나, 또는

(ii) 편파-의존적 및 빔-의존적 지연들의 경우, 피드백은 PU개의 빔들에 대해 PU개의 지연 식별자들, 즉 PU개의 DI들을 포함하며, 각각의 DI는 단일 공간 빔에 연관된 지연들에 대한 인덱스들을 포함하거나, 또는

(iii) 편파-독립적 및 빔-의존적 지연들의 경우, 피드백은 PU개의 빔들에 대해 U개의 지연 식별자들, 즉 U개의 DI들을 포함하거나, 또는

(iv) 편파-의존적 및 빔-독립적 지연들의 경우, 피드백은 PU개의 빔들에 대해 P개의 지연 식별자들, 즉 P개의 DI들을 포함한다.

실시예들에 따르면, DI들 내의 인덱스들의 수는 공간 빔들에 관해 동일하거나 상이하다.

실시예들에 따르면, 제u 공간 빔과 연관된 지연 식별자(DI) 내의

개의 지연 인덱스들 중 d개의 지연 인덱스들은 하나 이상의 다른 공간 빔들과 연관된 DI들의 지연 인덱스들과 동일하고, 그러므로 제u 공간 빔의 DI는

개의 인덱스들 대신

개의 인덱스들을 포함한다.

실시예들에 따르면, 특정 공간 빔들에 대한 인덱스들을 포함하는 빔-특정 DI들에 부가하여, X(X = 1 ... PU)개의 공간 빔들에 공통적인 DI는 X개의 공간 빔들에 공통적인 인덱스들을 나타내는 데 사용될 수 있다. 그러한 다수의 공통 DI들은, 상이한 공간 빔들의 DI들 사이에 동일한 지연들의 다수의 세트들이 존재할 경우 관련있게 될 수 있다.

실시예들에 따르면, DI 구성은 송신기로부터 수신기로 시그널링될 수 있다. DI 구성은, 예를 들어

- 빔-특정 DI 당 인덱스들의 총 수, 또는

- 공통 DI들의 수, 즉 공통 DI 당 인덱스들의 수

에 관한 정보를 포함할 수 있다.

실시예들에 따르면, 공간 빔과 연관된 지연들이 단일 평균 지연 주위의 미리 정의된 윈도우 내에 있는 경우, 공간 빔에 대한 지연 식별자는 평균 지연과 연관된 단일 인덱스만을 포함한다.

실시예들에 따르면, 수신기는 미리 정의된 윈도우-사이즈를 특정하는 윈도우 파라미터를 송신기로부터 수신하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, PU개의 빔들의 경우, 피드백은 PU개의 빔들에 대해 PU개의 DI들을 포함하며, 각각의 DI는 단일 인덱스만을 포함한다.

실시예들에 따르면, 피드백은 공간 빔들에 대해 단일 또는 다수의 DI들을 포함하며, 각각의 DI는 단일 또는 다수의 인덱스들을 포함하고, 각각의 인덱스는 빔의 특정 평균 지연과 연관된다.

실시예들에 따르면, PU개의 공간 빔들은 동일하거나 상이한 평균 지연들을 갖는다.

실시예들에 따르면, 특정한 평균 지연 인덱스와 연관된 제u 공간 빔의

개의 복소 지연-도메인 결합-계수들은 특정한 평균 지연 인덱스에 대한 나머지 또는 다른 PU-1개의 빔들의 복소 결합-계수들을 계산하는 데 사용된다.

실시예들에 따르면, 제u 빔의 평균 지연 인덱스

에 대응하는 나머지 2U-1개의 빔들에 대한 복소 계수들은 다음과 같이 주어지며,

여기서,

는 제g 빔(g≠u)과 연관된 스칼라 복소 계수이고,

는 제u 빔 및 평균 지연 인덱스

과 연관된

개의 지연-결합 계수들을 포함한다.

실시예들에 따르면, 피드백은, 프리코딩 행렬 식별자(PMI)와 같은 인덱스들의 세트를 포함하며, 인덱스들의 세트는, 라디오 신호의 개개의 공간 빔들을 표시하는 제1 수의 인덱스들, 개개의 복소 지연-도메인 결합-계수들을 표시하는 제2 수의 인덱스들, 및 지연 식별자(들)에 포함된 지연들에 연관된 제3 수의 인덱스들을 포함한다.

실시예들에 따르면,

수신기는,

(i) 모든 안테나들 또는 빔들에 대해 기준 지연을 세팅함으로써 － 기준 지연에 관한 L-1개의 지연 차이들이 송신기에 피드백됨 －, 또는

(ii) 안테나 또는 빔 당 기준 지연을 세팅함으로써 － 안테나 또는 빔 당 기준 지연에 관한 안테나 또는 빔 당 L-1개의 지연 차이들이 송신기에 피드백됨 －

공간-지연 프리코더의 지연들을 명시적으로 피드백하도록 이루어지거나; 또는

수신기는,

(i) 모든 안테나들 또는 빔들에 대해 기준 지연을 세팅함으로써 － 기준 지연에 관한 L-1개의 지연 차이들과 연관된 L-1개의 인덱스들이 피드백됨 －, 또는

(ii) 안테나 또는 빔 당 기준 지연을 세팅함으로써 － 안테나 또는 빔 당 기준 지연에 관한 안테나 또는 빔 당 L-1개의 지연 차이들과 연관된 안테나 또는 빔 당 L-1개의 인덱스들이 송신기에 피드백됨 －

공간-지연 프리코더의 지연들을 암묵적으로 피드백하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 지연들

은 안테나-특정 및 계층-특정 또는 비-안테나-특정 및 비-계층-특정이다. 안테나-특정 및 계층-특정 지연들

의 경우, 제n 송신 안테나, 제r 계층의 제

지연

은 제k 송신 안테나, 제p 계층의 제

지연

과 상이하고, 즉

및

이다. 비-안테나-특정 및 비-계층-특정 지연들

의 경우, 제n 송신 안테나, 제r 계층의 제

지연

은 제k 송신 안테나, 제p 계층의 제

지연

과 동일하고, 즉

이다.

실시예들에 따르면, 안테나-특정 및 계층-특정 지연들 및 복소 프리코더 계수들의 명시적인 피드백의 경우에서,

지연들의 명시적인 피드백의 경우, 피드백은 N·L·R개의 복소 프리코더 계수들 및 N·L·R개의 지연들을 포함하거나 또는 총 피드백은 그들에 달하고,

지연들의 암묵적인 피드백의 경우, 피드백은 N·L·R개의 복소 프리코더 계수들 및 L·R개의 지연 식별자들을 포함하거나 또는 총 피드백은 그들에 달하며,

여기서, N은 송신 안테나들의 수를 나타내고, L은 계층 당 및 안테나 당 지연들의 수를 나타내고, R은 계층들의 수를 나타낸다.

실시예들에 따르면, 비-안테나-특정 및 비-계층-특정 지연들 및 복소 프리코더 계수들의 명시적인 피드백의 경우에서,

지연들의 명시적인 피드백의 경우, 피드백은 N·L·R개의 복소 프리코더 계수들 및 L개의 지연들을 포함하거나 또는 총 피드백은 그들에 달하고, L개의 지연들은 모든 N개의 송신 안테나들 및 R개의 계층들에 대해 동일하며,

지연들의 암묵적인 피드백의 경우, 피드백은 N·L·R개의 복소 프리코더 계수들, 및 L개의 지연들을 특정하는 1개의 지연 식별자를 포함하고, 여기서 지연 식별자에서 특정된 지연들은 모든 N개의 송신 안테나들 및 R개의 계층들에 대해 동일한 프리코더 탭들의 지연들이다.

실시예들에 따르면, 안테나-특정 및 계층-특정 지연들 및 복소 프리코더 계수들의 암묵적인 피드백의 경우에서, 지연 당 및 계층 당 복소 프리코더 계수들은 하나 이상의 코드북들에 기초하고, 피드백은 N개의 송신 안테나들, L개의 지연들 및 R개의 계층들과 연관된 복소 프리코더 계수들의 행렬들(PMI들)을 특정하며,

지연들의 명시적인 피드백의 경우, 피드백은 L·R개의 프리코딩 행렬 식별자(PMI)들 및 N·L·R개의 지연들을 포함하거나 또는 총 피드백은 그들에 달하고,

지연들의 암묵적인 피드백의 경우, 피드백은 L·R개의 프리코딩 행렬 식별자(PMI)들 및 L·R개의 지연 식별자들을 포함하거나 또는 총 피드백은 그들에 달한다.

실시예들에 따르면, 비-안테나-특정 및 비-계층-특정 지연들 및 복소 프리코더 계수들의 암묵적인 피드백의 경우에서, 지연 당 및 계층 당 복소 프리코더 계수들은 하나 이상의 코드북들에 기초하고, 피드백은 N개의 송신 안테나들, L개의 지연들 및 R개의 계층들과 연관된 복소 프리코더 계수들의 행렬들(PMI들)을 특정하며,

지연들의 명시적인 피드백의 경우, 피드백은 L·R개의 프리코딩 행렬 식별자(PMI)들 및 L개의 지연들을 포함하거나 또는 총 피드백은 그들에 달하고,

지연들의 암묵적인 피드백의 경우, 피드백은 L·R개의 프리코딩 행렬 식별자(PMI)들 및 1개의 지연 식별자를 포함하거나 또는 총 피드백은 그들에 달한다.

실시예들에 따르면, 코드북 기반 방식은 모든 지연들에 대해 동일한 계층 당 프리코더 행렬을 이용한다.

실시예들에 따르면, 프리코더는 다중-스테이지 구조, 예를 들어 이중-스테이지 구조 또는 삼중-스테이지 구조를 포함한다. 다중-스테이지 구조는 빔-세트 행렬, 및 N개의 송신 안테나들에 대한 지연 당 및 계층 당 복소 결합 계수들을 포함하는 적어도 하나의 결합 벡터 또는 결합 행렬, 및 지연들의 벡터를 포함할 수 있으며, 여기서 피드백은 추가로, 벡터 표시자를 사용하여 지연 당 복소 결합 계수들을 명시적으로 또는 암묵적으로 식별하므로, 피드백 또는 총 피드백은, 복소 결합 계수들을 명시적으로 시그널링할 경우에는 복소 결합 계수들을, 또는 복소 결합 계수들을 암묵적으로 시그널링할 경우에는 L·R개의 벡터 표시자들을 더 포함한다.

실시예들에 따르면, 지연 당 및 계층 당 복소 프리코더 계수들은 하나 이상의 비-편파 코드북들 또는 편파 코드북들에 기초한다. 편파 코드북들의 경우, 지연 당 및 계층 당 복소 프리코더 계수들은 다음을 포함한다:

● 제1 배향의 모든 안테나들에 대해 송신/입사 파면의 제1 편파, 예를 들어 수평 편파와 연관된 지연 및 계층 당 제1 복소 프리코더 계수들, 및

● 제1 배향의 모든 안테나들에 대해 송신/입사 파면의 제2 편파, 예를 들어 수직 편파와 연관된 지연 및 계층 당 제2 복소 프리코더 계수들, 및

● 제2 배향의 모든 안테나들에 대해 송신/입사 파면의 제1 편파, 예를 들어 수평 편파와 연관된 지연 및 계층 당 제3 복소 프리코더 계수들, 및

● 제2 배향의 모든 안테나들에 대해 송신/입사 파면의 제2 편파, 예를 들어 수직 편파와 연관된 지연 및 계층 당 제4 복소 프리코더 계수들.

피드백은, 제1 편파 및 제1 안테나 배향, 및 제2 편파 및 제1 안테나 배향, 및 제2 편파 및 제1 안테나 배향, 및 제2 편파 및 제2 안테나 배향과 각각 연관된 지연 당 및 계층 당 복소 프리코더 계수들의 행렬들에 대한 개개의 행렬 식별자들을 포함한다.

본 발명은 OFDM, 이산 푸리에 변환 확산 OFDM(DFT-s-OFDM) 등과 같은 주파수 분할 멀티플렉싱에 기초한 단일 캐리어 또는 멀티-캐리어 무선 통신 시스템들에 적용될 수 있다. 실시예들의 다음의 설명은 N개의 송신 안테나들 및 M개의 수신 안테나들을 갖는 멀티-캐리어 MIMO 시스템에 대한 OFDM 시스템 모델에 기초한다. 제n Tx 안테나와 제m Rx 안테나 사이의 주파수-선택적인 채널 h_m,n은 다음과 같이 Q개의 경로 컴포넌트들을 포함한다:

송신된 데이터는 송신 블록들로 조직화되며, 여기서 길이 SR의 각각의 블록

은 프리코딩 행렬

를 이용하여 선형으로 프리코딩되고, S는 서브캐리어들의 수이다. 그 결과, R개의 데이터 계층들이 블록 당 송신되어, 랭크-R 송신을 초래한다.

사이클릭-프리픽스(CP) 송신을 가정하면 － CP는 적어도 길이 (Q-1)임 －, UE에서의 (CP 제거 이후의) 수신된 신호 벡터는 다음과 같이 쓰여질 수 있으며,

여기서,

는 다음과 같은 블록-순환(block-circulant) MIMO 채널 행렬이고,

은 그의 처음 열 상에

을 갖는 링크 (m,n)의 S×S 사이즈 순환 행렬이고,

은 잡음이다.

랭크-1 송신을 위한 프리코더 행렬은 다음에 의해 주어지고,

랭크-R 송신을 위한 프리코더 행렬은 다음에 의해 주어지며,

은 사이즈 SxS의 순환 프리코더 행렬이다.

블록-순환 MIMO 채널 행렬 및 프리코더 행렬의 주파수-도메인 표현은

및

에 의해 각각 주어지며, 여기서

이고,

는 사이즈 S의 DFT-행렬이다.

주파수 도메인에서의 MIMO 채널 행렬은 다음에 의해 주어지며,

여기서,

은 다음과 같이 주 대각선 상에서 모든 서브캐리어들의 채널 계수들

을 갖는 대각 행렬이다:

제r 계층에 대한 주파수 도메인에서의 프리코더 행렬은 다음과 같이 주어지며,

여기서,

는 주 대각선 상에서 모든 서브캐리어들의 프리코더 계수들로 이루어진 대각 행렬이다.

재배열함으로써, 서브캐리어 s와 연관된 MIMO 채널 행렬은 다음과 같다:

서브캐리어 s와 연관된 랭크-1 송신을 위한 프리코더 행렬들은 다음과 같고,

서브캐리어 s와 연관된 랭크-R 송신을 위한 프리코더 행렬들은 다음과 같다:

도 3은 본 발명의 접근법의 실시예들에 따른 MIMO 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다. 도 2를 참조하여 위에서 설명된 엘리먼트들에 대응하는 MIMO 시스템의 이들 엘리먼트들은 동일한 참조 부호들을 그들에 할당한다. 사용자 장비(300)는 안테나 또는 안테나 어레이(304)에서 채널(400)로부터 라디오 신호를 수신한다. 사이클릭 프리픽스를 제거한 이후, 306에 표시된 바와 같이, 사용자 장비(300)는 데이터 벡터(302)를 획득하기 위해, 수신된 신호를 프로세싱한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 수신된 신호는, 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해, 기지국(200)에서 각각의 계층 및 송신 안테나에 대한 개개의 공간-지연 프리코더들의 복소 프리코더 계수들 및 지연들을, 308에서 표시된 바와 같이 결정하고 310에서 표시된 바와 같이 제공하도록 프로세싱된다. 예를 들어, 308에서, 공간-지연 프리코더의 복소 계수들 및 지연들(아래의 수학식 (1) 참조)은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 예를 들어 장기 및 단기 채널 상태 정보에 기초하여 상호 정보 또는 레이트와 같은 비용 함수를 최대화시킴으로써 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 UE(300)에서 최적화될 수 있다. 최적화된 프리코더 탭들 및 지연들은 암묵적인 또는 명시적인 피드백 방식들 또는 이 둘의 조합을 통하여 피드백 채널(500)을 통해 gNB(200)에 피드백된다. 편파 및 비-편파 경우들에 대한 피드백 방식들의 실시예들은 아래에서 더 상세히 설명된다. 실시예들에 따르면, 피드백은 종래의 접근법들에서 또한 사용되는 바와 같은 추가적인 파라미터들, 예를 들어 CQI 및 RI를 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 접근법의 다른 실시예들에 따른 MIMO 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다. 도 2 또는 도 3을 참조하여 위에서 설명된 엘리먼트들에 대응하는 MIMO 시스템의 이들 엘리먼트들은 동일한 참조 부호들을 그들에 할당한다. 기지국(200)에는 사이클릭 프리픽스를 부가(210)하기 전에 파형 변조기(212)가 또한 표시되어 있다. 사용자 장비(300)는 안테나 또는 안테나 어레이(304)에서 채널(400)로부터 라디오 신호를 수신한다. 사이클릭 프리픽스를 제거한 이후, 306 및 파형 복조(312)에 표시된 바와 같이, 사용자 장비(300)는 데이터 벡터(302)를 획득하기 위해, 수신된 신호를 프로세싱한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 수신된 신호는, 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해, 기지국(200)에서 각각의 계층 및 송신 안테나에 대한 공간 빔들 뿐만 아니라 지연-도메인 결합 계수들 및 지연들(명시적인 피드백) 또는 단일 또는 다중 지연 식별자(암묵적인 피드백)를, 308에서 표시된 바와 같이 결정하고 310'에서 표시된 바와 같이 제공하도록 프로세싱된다. 예를 들어, 308에서, 공간-지연 프리코더의 복소 계수들 및 지연들은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 예를 들어 장기 및 단기 채널 상태 정보에 기초하여 상호 정보 또는 레이트와 같은 비용 함수를 최대화시킴으로써 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 UE(300)에서 최적화될 수 있다. 최적화된 프리코더 계수들 및 지연들은 암묵적인 또는 명시적인 피드백 방식들 또는 이 둘의 조합을 통하여 피드백 채널(500)을 통해 gNB(200)에 피드백된다. 예를 들어, 피드백은 CQI, RI, PMI 또는 빔 기반 피드백, 지연 식별자들(DI)을 사용한 지연들의 명시적인 피드백 또는 지연들의 암묵적인 피드백에 관한 지연-도메인 복소 결합 계수들을 표시하는 CSI를 사용할 수 있다.

제1 실시예들: 공간-지연 프리코더의 시간-도메인 표현

실시예들에 따르면, 308의 공간-지연 프리코더들은 연관된 송신 안테나에 대해, 대응하는 프리코더 지연들 및 복소 프리코더 계수들을 이용하여 송신될 신호를 지연시키고 가중하는 복수의 사이클릭 필터들을 모델링하거나 정의한다. 따라서, 송신 안테나 n 및 랭크-r에 대한 프리코더 계수들이 다음에 의해 정의되는 파라메트릭(parametric) 공간-지연 프리코더 방식이 제공되며,

여기서,

은 지연

에서의 복소 계수를 나타낸다.

지연들

은 안테나-특정적이거나 그렇지 않을 수 있다. 추가로, 지연들은,

이 되도록 특정 샘플링 그리드에 대해 정의될 수 있거나 － 여기서

는 양의 정수들을 나타냄 －, 또는 지연들은,

이 되도록 샘플링 그리드로부터 정의될 수 있으며, 여기서

는 양의 실수들을 나타낸다. 샘플링 그리드는, 채널 계수들이 이용가능한 지연들의 정수 값들의 세트이다. 샘플링 그리드로부터 정의된 지연들에 대해, 채널 계수들은 보간에 의해 획득된다. 지연들

은 안테나-특정 및 계층-특정일 수 있으므로, 제n 송신 안테나, 제r 계층의 제

번째 지연

은 다음과 같이 제k 송신 안테나, 제p 계층의 제

번째 지연

과 상이하거나,

지연들

은 비-안테나-특정 및 비-계층-특정일 수 있으므로, 제n 송신 안테나, 제r 계층의 제

번째 지연

은 다음과 같이 제k 송신 안테나, 제p 계층의 제

번째 지연

과 동일하다.

온-그리드(on-grid) 지연들의 경우, DFT는 공간-지연 프리코더의 주파수 응답을 계산하는 데 사용될 수 있다. 오프-그리드(off-grid) 지연들은 지연 도메인에서의 공간-지연 프리코더의 불균일한 샘플링을 나타내고(수학식 (1) 참조), DFT는 공간-지연 프리코더의 주파수 응답을 계산하는 데 사용되지 않을 수 있다. 지연의 불균일한 샘플링의 경우, 서브캐리어 s 당 이산 주파수 응답은 다음에 의해 주어지는 불균일 이산 푸리에 변환(NUDFT)을 사용하여 계산되며,

여기서,

는 NUDFT 벡터이고,

및

는 서브캐리어 s 및 송신 안테나 n 및 계층 r과 연관된 프리코더 계수이다. 공간-지연 프리코더의 복소 계수들

및 지연들

(수학식 (1) 참조)은 UE에서 계산되어 매우 적은 피드백으로 gNB에 전송될 수 있다.

도 3 또는 도 4의 실시예에서, 기지국(200)은 도 2를 참조하여 위에서 설명된 것과 같은 종래의 프리코더를 구현할 수 있고, 사이클릭 프리픽스(210)는 안테나들(202)에 적용될 신호에 부가될 수 있다. 프리코더에서 종래의 프리코더를 사용하는 경우, 기지국(200)은 UE(300)로부터의 피드백에 응답하여, 위에서 설명된 바와 같이 공간-지연 프리코더의 주파수 응답을 계산하고, 서브캐리어 당 획득된 주파수 응답에 응답하여 주파수 도메인에서 프리코딩을 수행할 수 있다. 실시예들에 따르면, 기지국(200)은 위에서 설명된 바와 같이 공간-지연 프리코더들을 구현할 수 있다. 실시예들에 따르면, 기지국(200)은, 2017년 2월 2일자로 출원되고 본 명세서에 참고로 포함된 유럽 특허 출원 제 17154486.9호, Sutharshun Varatharaajan, Marcus GroßMarkus Landmann의 "Beamforming codebook adaption to antenna array imperfections"에 의해 설명된 바와 같이 안테나 어레이 결함들에 적응되는 코드북에 기초하여, 또는 2017년 2월 2일자로 출원되고 본 명세서에 참고로 포함된 유럽 특허 출원 제 17154487.7호, Venkatesh Ramireddy, Marcus GroßMarkus Landmann, "Antenna array codebook with beamforming coefficients adapted to a predefined antenna response of the antenna array"에 의해 설명된 바와 같이 안테나 어레이의 미리 정의된 안테나 응답에 적응되는 코드북에 기초하여, 오버샘플링된 DFT 코드북에 기초하여 동작할 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 사용자 장비(300)에서, 공간-지연 프리코더의 복소 계수들 및 지연들(수학식 (1) 참조)은, 예를 들어 장기 및 단기 채널 상태 정보에 기초하여 상호 정보 또는 수신 신호 대 잡음비(SNR)과 같은 비용 함수를 최대화시킴으로써 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 최적화될 수 있다. 피드백된 지연들이 그리드 상에 있는 경우, 시스템 모델은 DFT 행렬들에 의해 주파수 응답을 계산한다 지연들이 그리드 상에 있지 않은 경우, NUDFT는 서브캐리어 당 주파수 응답을 계산하는 데 사용될 수 있다.

다음에서, 랭크-1 송신이 고려되며, 랭크-1 송신에 대한 최적화 문제 및 피드백 방식들이 제시된다. 간략화를 위해, 랭크-1 송신을 참조할 경우 아랫첨자 r이 생략된다. 그러나, 본 발명이 그러한 실시예들로 제한되지 않으며, 상위 랭크 또는 계층 통신을 이용하는 통신 시스템에서 또한 구현될 수 있고, 랭크-R 송신으로의 확장이 간단함을 유의한다.

랭크-1 송신의 경우, UE에서의 평균 상호 정보를 최대화시키는 최적화 문제는 다음과 같이 공식화될 수 있으며,

여기서,

은 L개의 지연들과 연관된 프리코더 복소 계수들을 포함하는 길이 L의 벡터이다.

수학식 (2)에서 최적화 문제를 해결할 경우, UE에서 SNR을 최대화시키는 프리코더 계수들 및 지연들을 초래하므로, 복소 계수 피드백을 제외하고, N·L개의 지연들이 gNB에 피드백된다.

랭크-1 송신의 경우, 비-안테나 특정 경우에 대해, UE에서 평균 상호 정보를 최대화시키는 최적화 문제는 다음과 같으며,

여기서,

및

수학식 (3)에서 최적화 문제를 해결할 경우, 프리코더 계수들 및 지연들을 초래한다. 수학식 (3)을 해결하는 것으로부터 획득된 공간-지연 프리코더는 수학식 (2)로부터의 N·L개의 지연들 대신 gNB로의 단지 L개의 지연들의 피드백을 초래한다.

편파 및 비-편파 경우들에 대한 피드백 방식들의 실시예들이 이제 랭크-1 또는 계층-1 통신을 이용하는 시스템에 대해 설명된다. 안테나-특정 지연들의 경우,

, 즉 제

지연은 송신 안테나들에 걸쳐 상이하다. 비-안테나 특정 지연들의 경우,

, 즉 제

지연은 모든 송신 안테나들에 걸쳐 동일하다.

비-편파 경우

공간-지연 프리코더의 복소 계수들은 코드북 또는 비-코드북 기반 방식들을 사용하여 피드백되며, 지연들이 또한 명시적으로 또는 암묵적으로 피드백된다. 암묵적인 지연 피드백은 지연 식별자(DI)를 통해 이루어진다. 각각의 DI는 지연들의 특정 세트를 지칭하며, 여기서 각각의 세트는 샘플링 그리드에서 정의된 지연들의 조합으로 이루어지거나 이루어지지 않는다. 각각의 DI는 코드북으로부터의 벡터들과 연관된 지연들의 특정 세트를 지칭하며, 여기서 각각의 세트는 샘플링 그리드에서 정의된 지연들의 조합으로 이루어지거나 이루어지지 않는다.

모든 안테나들의 제

-지연 위치에 대응하는 복소 계수들은 다음과 같이 벡터에서 수집된다:

피드백 방식 1: 프리코더 계수들 및 지연들의 명시적인 피드백

명시적인 피드백을 사용할 경우, 지연 당, N개의 송신 안테나들과 연관된 N개의 복소 계수들 및 N개의 지연들이 gNB(200)에 각각 피드백된다. 따라서, 총 피드백은 N·L개의 복소 계수들 및 NL개의 지연들에 달한다.

비-안테나 특정 경우, 피드백은 N·L개의 복소 계수들 및 L개의 지연들에 달한다.

코드북-기반 공간-지연 프리코딩

위에서 설명된 바와 같이, 이중 스테이지 프리코딩 구조

를 고려하면, 제

-지연의 대응하는 지연-도메인 프리코더

은 다음과 같이 쓰여질 수 있으며,

여기서, 지연-특정 행렬

은 2U개의 벡터들을 포함하는 사이즈 N×2U의 블록 대각 행렬이고,

은 2U개의 벡터들을 결합시키는 사이즈 2U×1의 결합/선택/공동-위상 벡터이다.

행렬

내의 빔포밍 벡터들은, 본 명세서에 참고로 포함된 위에서 언급된 유럽 특허 출원들 제 17154486.9호 또는 제 17154487.7호에서 설명된 바와 같이,

과 유사한 오버샘플링된 DFT 코드북 행렬 또는 임의적인 안테나 어레이 구성들에 대해 설계된 어레이 응답 매칭 코드북 중 어느 하나로부터 선택될 수 있다.

피드백 방식 2:

및

에 대한 암묵적인 피드백

UE(300)로부터 gNB(200)로의 행렬

및 벡터

에 대응하는 피드백은 PMI1 및 PMI2를 통해 각각 암묵적으로 표시된다. 제

지연 위치와 연관된 프리코더는 N개의 송신 안테나들과 연관된 N개의 지연들과 함께 PMI1 및 PMI2에 의해 특정된다. 따라서, L개의 지연들의 경우, 총 피드백은, 안테나 특정 경우에 대해서는 L개의 PMI1들 + L개의 PMI2들 + N·L개의 지연들에 달하고, 비-안테나 특정 경우에 대해서는 L개의 PMI1들 + L개의 PMI2들 + L개의 지연들에 달한다.

실시예들에 따르면, 제

지연에 대응하는 공간-지연 프리코더는 다음과 같이 분해될 수 있으며,

여기서,

은 모든 지연들에 걸쳐 동일한 광대역 프리코더 행렬이고, 즉

이며,

은 지연 특정 선택/결합/공동-위상 벡터이다. 피드백은, 안테나 특정 경우에서는 1개의 PMI1 + L개의 PMI2들 + N·L개의 지연들에 달하고, 비-안테나 특정 경우에서는 1개의 PMI1 + L개의 PMI2들 + L개의 지연들에 달한다.

피드백 방식 3:

에 대한 암묵적인 피드백 및

에 대한 명시적인 피드백

행렬

과 연관된 피드백은 피드백 방식 2에서 설명된 것과 유사하다. 2U×1 사이즈의 벡터

에 대한 피드백은 2U개의 복소 엔트리들을 명시적으로 이용하여 gNB(200)에 표시될 수 있다.

제

지연 위치와 연관된 프리코더는 N개의 송신 안테나들과 연관된 N개의 지연들과 함께 PMI1 및 2U개의 복소 값들에 의해 특정된다.

L개의 지연들의 경우, 안테나 특정 경우, 총 피드백은 L개의 PMI1들 + 2·L·U개의 복소 계수들 + N·L개의 지연들에 달하고, 비-안테나 특정 경우, 피드백은 L개의 PMI1들 + 2·L·U개의 복소 계수들 + L개의 지연들과 동일하다.

위에서 설명된 광대역 프리코더 행렬을 이용하는 실시예들에서, 피드백은 안테나 특정 경우에 대해서는 1개의 PMI1 + 2·L·U개의 복소 계수들 + N·L개의 지연들에 달하고, 비-안테나 특정 경우에 대해서는 1개의 PMI1 + 2·L·U개의 복소 계수들 + L개의 지연들에 달한다.

피드백 방식들 1, 2 및 3에 대해, 지연들은 또한 지연 식별자(DI)들을 통해 gNB로 암묵적으로 피드백될 수 있다. 안테나 특정 경우에 대해, 지연들을 표시하기 위해 L개의 DI들이 요구되며, 여기서 각각의 DI는 안테나들에 걸친 지연들에 대해 정의된다. 비-안테나 특정 경우, 단일 DI가 지연들을 gNB에 표시하는 데 충분하며, 지연들이 안테나들에 걸쳐 동일하므로, 이러한 경우의 DI는 프리코더 탭들에 걸친 지연들을 정의한다.

아래의 표 1은 비-편파 경우에 대해 위에서 논의된 피드백 방식들에 대한 피드백을 요약한다.

[표 1]

편파 경우

피드백 방식 1: 프리코더 계수들 및 지연들의 명시적인 피드백

명시적인 피드백을 사용할 경우, 지연 당, N개의 송신 안테나들과 연관된 N개의 복소 계수들 및 N개의 지연들이 gNB(200)에 각각 피드백된다. 따라서, 총 피드백은 N·L개의 복소 계수들 및 N·L개의 지연들에 달한다.

코드북-기반 공간-지연 프리코딩

위에서 설명된 바와 같이, 이중 스테이지 프리코딩 구조

를 고려하면, 제

-지연의 프리코더

은 다음과 같이 쓰여질 수 있으며,

여기서, 지연-특정 행렬

행렬

내의 빔포밍 벡터들은, 본 명세서에 참고로 포함된 위에서 언급된 유럽 특허 출원들 제 17154486.9호 또는 제 17154487.7호에서 설명된 바와 같이, 오버샘플링된 DFT 코드북 행렬 또는 임의적인 안테나 어레이 구성들에 대해 설계된 어레이 응답 매칭 코드북들 중 어느 하나로부터 선택될 수 있다.

피드백 방식 2:

및

에 대한 암묵적인 피드백

수평 편파 및 수직 편파들에 대한 프리코더 행렬 인덱스들은 프리코더 행렬

에 대해 PMI1h 및 PMI1v에 의해 각각 표시된다. 벡터

에 대응하는 피드백은 PMI2를 통해 gNB에 표시된다. 제

지연의 경우,

과 각각 연관된 PMI1h 및 PMI1v, 및

과 연관된 PMI2는 N개의 지연들과 함께 UE(300)로부터 gNB(200)에 피드백된다.

안테나 특정 경우에 대해, 피드백은 L개의 PMI1h들 + L개의 PMI1v들 + L개의 PMI2+ N·L개의 지연들에 달하고, 비-안테나 특정 경우에 대해, 피드백은 L개의 PMI1h들 + L개의 PMI1v들 + L개의 PMI2+ L개의 지연들이다.

이 위에서 설명된 바와 같이 광대역 프리코더 행렬로서 선정되면, 안테나 특정 경우에 대해, 총 피드백은 1개의 PMI1h + 1개의 PMI1v + L개의 PMI2 + N·L개의 지연들이고, 비-안테나 특정 경우에 대해, 피드백은 1개의 PMI1h + 1개의 PMI1v + L개의 PMI2 + L개의 지연들이다.

피드백 방식 3:

에 대한 암묵적인 피드백 및

에 대한 명시적인 피드백

행렬

과 연관된 피드백은 편파 경우의 피드백 방식 2에서 설명된 것과 유사하다. 제

지연 위치의 경우, 프리코더 행렬

에 대한 수평 편파에 대한 프리코더 행렬 인덱스(PMI1h) 및 수직 편파에 대한 프리코더 행렬 인덱스(PMI1v) 및 행렬

에 대한 2U개의 복소 계수들은 N개의 지연들과 함께 UE(300)로부터 gNB(200)로 피드백된다.

L개의 지연들의 경우, 피드백은 안테나 특정 경우에 대해서는 L개의 PMI1h들 + L개의 PMI1v들 + 2·L·U개의 복소 계수들 + N·L개의 지연들에 달하고, 비-안테나 특정 경우에 대해서는 L개의 PMI1h들 + L개의 PMI1v들 + 2·L·U개의 복소 계수들 + L개의 지연들에 달한다.

이 위에서 설명된 바와 같이 광대역 프리코더 행렬로서 선정되면, 안테나 특정 경우에 대해, 피드백은 1개의 PMI1h + 1개의 PMI1v + 2·L·U개의 복소 계수들 + N·L개의 지연들이지만, 비-안테나 특정 경우에 대해, 총 피드백은 1개의 PMI1h + 1개의 PMI1v + 2·L·U개의 복소 계수들 + L개의 지연들이다.

피드백 방식들 1, 2 및 3에 대해, 지연들은 또한 지연 식별자(DI)를 통해 gNB로 암묵적으로 피드백될 수 있다. 안테나 특정 경우에 대해, 지연들을 표시하기 위해 L개의 DI들이 요구되며, 여기서 각각의 DI는 안테나들에 걸친 지연들에 대해 정의된다. 비-안테나 특정 경우, 단일 DI가 지연들을 gNB에 표시하는 데 충분하며, 지연들이 안테나들에 걸쳐 동일하므로, 이러한 경우의 DI는 프리코더 탭들에 걸친 지연들을 정의한다.

아래의 표 2은 편파 경우에 대해 위에서 논의된 피드백 방식들에 대한 피드백을 요약한다.

[표 2]

실시예들에 따르면, 본 발명의 접근법은 또한 MISO 시스템에 대해 이용될 수 있다. 채널 추정들에 기초하여, 시간 도메인 채널에서 L개의 주요 피크들에 대응하는 지연들은 프리코더의 L개의 지연들이 되도록 선택 또는 선정될 수 있고, 시간 도메인에서 계사된 MRT(최대 비율 송신) 프리코더에 기초하여, L개의 주요 피크들은 프리코더의 L개의 지연들이 되도록 선택 또는 선정될 수 있다.

채널들의 지연들이 또한 추정되는 경우, 채널의 처음 L개의 주요 피크들에 대응하는 지연들은 프리코더의 L개의 지연들이 되도록 선택 또는 선정될 수 있고, MRT 프리코더의 처음 L개의 주요 피크들에 대응하는 지연들은 프리코더의 L개의 지연들이 되도록 선택 또는 선정될 수 있다.

채널 지연들이 그리드를 벗어나는 경우, 고-분해능 파라미터 추정 접근법, 예를 들어 SAGE(space alternating generalized expectation-maximization) 알고리즘(참조문헌 [6] 참조)이 지연들을 추정하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들 중 일부는 이중-스테이지/이중-구조 코드북들을 사용하여 2차원(2D) 균일 평면형 어레이(UPA)들을 참조하여 위에서 설명되었다. 그러나, 본 발명은 그러한 실시예들로 제한되지 않으며, 5G 또는 NR(뉴 라디오) 표준에 따라 삼중-구조 코드북들을 사용하여 또한 구현될 수 있다. 추가로, 본 발명은 2D 어레이들로 제한되지 않는다. 본 발명의 접근법은 원통형 어레이들 또는 원추형 어레이들과 같은 3차원(3D) 어레이 안테나 상의 1차원(1D) 균일 선형 어레이(ULA들)와 같은 임의의 임의적인 안테나 어레이 구성에 동등하게 적용가능하다. 3차원(3D) 어레이 안테나들은, 예를 들어 2017년 6월 16일자로 출원되고 본 명세서에 참고로 포함된 PCT 특허 출원 제 PCT/EP2017/064828호, "Transmitter, Receiver, Wireless Communication Network and Methods for Operating the Same"에서 설명되어 있다.

각각의 행에서 P_R개의 패널들 및 각각의 열들에서 P_C개의 패널들을 갖는 다중-패널 어레이를 고려할 경우, 패널들의 총 수는 다음과 같이 주어진다:

패널 당 안테나들의 수는 이중 스테이지 구조에 대해 위에서 논의된 것과 동일하게 유지된다. 그러한 다중-패널 안테나 구조의 경우, 프리코더는 다음과 같이 삼원(ternary)/삼중-스테이지 구조에 의해 주어지며,

여기서,

은 다음과 같이 주어지는, 다수의 패널들 사이의 위상 오프셋을 보상하는 데 사용되는 사이즈 P×N의 광대역 위상 보상 행렬이며,

여기서,

는 패널 당 위상 보상 인자이다. 여기서, N은 모든 편파들/배향들을 포함하는, 패널 당 안테나들의 총 수를 나타낸다. 행렬들

및

는 패널 내에서의 프리코딩을 위해 사용되고, 이중-스테이지 구조에서 설명된 것과 동일한 기능을 갖는다.

본 발명의 경우, 지연

및 패널 p의 프리코더 계수들은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:

행렬

은 다음과 같이 주어지는 위상 보상 인자에 의해 정의된 광대역 행렬이며,

행렬

및 벡터

는 패널들에 걸쳐 동일하거나 상이할 수 있고, 즉 그들은 패널 특정이거나 패널 비-특정일 수 있다.

패널 특정 경우, 행렬

및 벡터

에 대한 피드백은 패널 당 위상 보상 인자와 함께 각각 gNB에 피드백된다.

패널 비-특정 경우, 단일 패널에 대한 행렬

및 벡터

에 대한 피드백은 패널 당 위상 보상 인자와 함께 gNB에 피드백된다.

패널 특정 및 패널 비-특정 경우에 대해, 피드백 방식들 1에서 설명된 행렬

및 벡터

에 대한 피드백, 편파 및 비-편파 경우에 대한 피드백 2 및 피드백 3이 적용된다.

패널들에 걸친 위상 보상 인자들에 대한 피드백은 변조 방식 성상도(constellation) 또는 DFT 코드북으로부터 선정 또는 선택된 인덱스(PMI3)를 통해 암묵적일 수 있거나 또는 명시적일 수 있다. 명시적인 경우에 대해, P개의 위상 보상 인자들은 피드백이지만, 암묵적인 경우, PMI3가 피드백을 위해 사용된다.

아래의 표 3은 패널 특정 및 패널 비-특정 경우들에서 행렬 K3에 대한 피드백을 요약한다.

[표 3]

제2 실시예들: 공간-지연 프리코더의 주파수-도메인 표현

지금까지 설명된 실시예들에서, 공간-지연 프리코더

은 시간 도메인으로 표현된다. 그러나, 본 발명의 접근법은 그러한 실시예들로 제한되지 않으며, 본 발명의 접근법의 추가적인 실시예들에 따르면, 공간-지연 프리코더

은 주파수 도메인으로 표현된다.

공간-지연 프리코더의 주파수-도메인 표현에 기초하는 피드백 방식들이 이제 랭크-1 또는 계층-1 통신을 이용하는 시스템에서 비-편파 경우들에 대해 설명된다. 안테나-특정 지연들의 경우,

이고, 즉 제

지연은 모든 송신 안테나들에 걸쳐 동일하다. 위에서 언급된 바와 같이, 본 발명이 랭크-1 실시예들로 제한되지 않으며, 상위 랭크 또는 계층 통신을 이용하는 통신 시스템에서 또한 구현될 수 있고, 랭크-R 송신으로의 확장이 간단함을 유의한다. 추가로, 편파 경우들로의 확장은 간단하다(위 참조).

공간-지연 프리코더를 설명하는 복소 계수들은 코드북 및 비-코드북 기반 방식들을 사용하여, 예를 들어 제1 실시예를 참조하여 위에서 설명된 바와 같은 방식으로 피드백될 수 있고, 지연들은 명시적으로 또는 암묵적으로 피드백될 수 있다. 암묵적인 지연 피드백은 지연 식별자(DI)를 사용할 수 있다. 각각의 DI는 송신기에서 사용되는 코드북 행렬의 개개의 열 벡터들과 연관된 인덱스들을 포함할 수 있다.

공간-지연 프리코더

은 다음과 같이, 모든 안테나들의 제

-지연 위치에 대응하는 복소 계수들을 사용하여 설명된다:

공간-지연 프리코더

은 NU-DFT 행렬을 적용함으로써 주파수-도메인으로 변환될 수 있다. 이를 행하기 위해, L개의 지연들에 대한 벡터들

은 다음과 같은 행렬

에서 적층된다:

다음에서, 안테나-특정 및 안테나-비-특정 경우들이 별개로 처리된다. 추가로, 아래에서, 3GPP(참조문헌 [7] 참조)에서 사용되는 이중 스테이지 프리코더 구조가 채용되고, 랭크-1 송신이 고려된다. 게다가, 아래에서, 우리는 P=2가 되도록 하는 이중-편파 안테나 어레이들의 경우를 고려한다. 그러므로, 서브캐리어 s에 대한 프리코더는 다음과 같이 주어지며,

여기서,

이고,

이며,

는 빔 u 및 서브캐리어 s와 연관된 복소 계수를 나타낸다.

행렬

내의 모든 서브캐리어들에 대한 프리코더들을 수집할 경우, 다음이 획득된다:

(a) 안테나-특정 경우:

안테나-특정 경우에 대해,

에 대한 대응하는 주파수-도메인 프리코더는 다음과 같이 주어지며,

여기서,

의 엔트리들은 다음과 같이 블록-대각 행렬

에서 배열되고,

는 L개의 지연들 및 제n 송신 안테나에 대한 공간-지연 프리코더에 대한 지연-도메인 프리코더 계수들이고,

은 사이즈 L의 모든 제로-엘리먼트 열 벡터이다. 사이즈 LN×S의 NU-DFT 행렬

는 다음과 같이 주어지며,

여기서, NU-DFT 서브-행렬(submatrix)

는 다음과 같이 L개의 벡터들을 포함한다:

벡터

은 지연

및 안테나 인덱스 n에 의존한다.

안테나 당 정의된 지연들의 수는 상이할 수 있다.

(b) 비-안테나-특정 경우:

비-안테나-특정 경우에 대해,

여기서,

는 L개의 지연들에 대해 정의된 NU-DFT 행렬이고, wl은 지연 τ(l)과 연관된 NU-DFT 벡터이며, 다음과 같다:

암묵적인 지연(DI) 피드백:

실시예들에 따르면, 주파수 도메인에서 표현되는 공간-지연 프리코더

의 지연은, 예를 들어 수신기에서 사용되는 주파수-도메인 코드북 행렬의 개개의 열 벡터들과 연관된 하나 이상의 인덱스들을 사용하여 암묵적으로 피드백될 수 있다. 예를 들어, 프리코딩 행렬 식별자(PMI)가 이용될 수 있으며, PMI는 인덱스들의 세트에 대응할 수 있고, 여기서 각각의 인덱스는 DFT 코드북 내의 특정 열을 지칭한다. 실시예들에 따르면, PMI 내의 인덱스들의 제1 수는 개개의 빔들을 표시하고, PMI 내의 인덱스들의 제2 수는 개개의 지연-도메인 프리코더 계수들, 및 지연 식별자(DI)의 인덱스들인 인덱스들의 제3 수를 표시한다.

실시예들에 따르면, 통신 디바이스는 송신기로부터 수신된 CSI 리포팅 구성에 따라 CSI 피드백을 송신기에 리포팅하도록 이루어지며, CSI 리포팅 구성은, 예를 들어 파라미터 ReportQuantity를 포함하고, 이는 적어도 하나의 다음 값들을 포함하며:

- cri-RI-PMID-CQI,

- cri-RI-LI-PMID-CQI,

- cri-RI-PMID,

여기서, PMI 양 PMID는 지연 인덱스들을 포함하는 PMI 값들을 포함한다.

(a) 코드북-기반 DI 피드백

암묵적인 DI 피드백의 경우, 실시예들에 따르면, DI는 주파수-도메인 코드북 행렬

의 열 벡터들과 연관되는 L개의 인덱스들의 세트를 포함한다. 지연들

은 이산화되고, 세트

의 엘리먼트들에 의해 주어진다. 게다가,

내의 각각의 값은 주파수-도메인 코드북 행렬

의 열 벡터와 연관된다. 따라서, NU-DFT 벡터들

은 다음과 같이 DFT-벡터들에 의해 표현될 수 있으며,

O_f는 코드북 DFT-행렬

및

의 오버샘플링 인자이다.

코드북 행렬

는 서브대역들, PRB들 또는 서브캐리어들 S의 수, 및 오버샘플링 인자 O_f에 의해 파라미터화된다.

O_f = 1인 경우, 코드북 행렬

는 S×S DFT-행렬에 의해 주어진다.

O_f>1일 경우, 코드북 행렬

는 사이즈 S×(O_fS-1)의 오버샘플링된 DFT-행렬에 의해 주어진다.

일 방법에서, 오버샘플링 인자 O_f는, 수신기가 코드북 행렬을 구축할 수 있도록 송신기로부터 수신기로 시그널링될 수 있다. 다른 방법에서, 오버샘플링 인자는 수신기에 알려져 있다.

주파수-도메인 코드북 행렬

의 위의 정의에 기초하여,

에 대한 대응하는 주파수-도메인 프리코더는 다음과 같이 정의된다:

(b) 이중-스테이지 프리코딩 구조

실시예들에 따르면, 주파수-도메인 이중-스테이지 프리코더 구조

와 유사하게, 공간-지연 프리코더는 다음을 포함하는 이중-스테이지 구조를 갖는다:

- 예를 들어,

로 지칭되는 공간 빔포밍 벡터들을 포함하는, 예를 들어

또는

로 다음에서 지칭되는 공간 코드북 행렬,

- 예를 들어, 다음에서 D로 지칭되는 주파수-도메인 코드북 행렬 － 주파수-도메인 코드북 행렬의 각각의 벡터 또는 행렬은 지연 또는 지연 차이와 연관됨 －, 및

- 공간 및/또는 주파수-도메인 코드북 행렬로부터 선택된 벡터들 중 하나 이상을 복소 스케일링/결합하기 위한 계층 당 결합 엘리먼트.

실시예들에 따르면, 공간 지연 프리코더의 계층 당 결합 엘리먼트는 다음을 포함한다:

○ 주파수-도메인 코드북으로부터 선택된 하나 이상의 벡터들을 결합하기 위한, 주파수-빈과는 독립적인, 각각의 빔에 대한 복소값 지연-도메인 결합 벡터, 및

○ 공간 코드북 행렬로부터 선택된 하나 이상의 공간 빔포밍 벡터들을 결합하기 위한 주파수 빈 당 복소값 결합 벡터.

실시예들에 따르면, 제s 주파수-빈과 연관된 복소값 결합 벡터의 제u 엔트리는, 제u 빔과 연관된 복소값 지연-도메인 결합 벡터와 주파수-도메인 코드북으로부터 선택된 하나 이상의 벡터들의 결합에 의해 정의된 벡터의 제s 엔트리에 의해 주어질 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 지연 또는 지연 차이들

은 통상적으로, 제한된 값 범위만을 갖는다. 값 범위는, 제1 스테이지 프리코더 F₁을 MIMO 채널 임펄스 응답들과 결합할 경우 획득되는 2U개의 빔포밍된 채널 임펄스 응답들의 지연 확산에 의존할 수 있다. 도 5는 제1 스테이지 프리코더 F₁의 빔포밍 벡터들을 MIMO 채널 임펄스 응답과 결합할 경우 획득되는 채널 임펄스 응답들의 2개의 예들을 예시한다. 빔포밍된 채널 임펄스 응답이 집중되고 몇몇 지연들만이 메인 피크와 연관된다는 것이 도 5(a)로부터 관측된다. 더욱이, 도 5(a)는 또한, 이들 지연들 또는 지연 차이들에 대한 주파수-도메인 코드북으로부터의 DFT 벡터들의 연관된 인덱스들을 예시한다. 유사하게, 도 5(b)는, 2개의 피크들을 포함하는 빔포밍된 채널 임펄스 응답, 이들 2개의 피크들과 연관된 지연들, 및 주파수-도메인 코드북으로부터의 DFT-벡터들의 대응하는 인덱스들을 도시한다. 따라서, 지연들 또는 지연 차이들이 코드북 행렬 D의 일부, 도 5(a)의 경우에는 DFT 행렬의 처음 엔트리들/열들, 및 도 5(b)의 경우에는 DFT 행렬의 마지막 엔트리들/열들과만 주로 연관된다는 것이 관측될 수 있다. 따라서, 공간-지연 이중-스테이지 프리코더를 구축하기 위해 수신기에서 사용되는 코드북 행렬 D의 엔트리들은 서브-행렬에 의해 주어질 수 있거나 또는 DFT-행렬 또는 오버샘플링된 DFT 행렬의 다수의 서브-행렬들을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 공간-지연 이중-스테이지 프리코더의 파라미터들의 최적화 동안 주파수-도메인 코드북의 사이즈 및 지연 조합들의 탐색 공간이 매우 감소될 수 있다. 예를 들어, 주파수-도메인 코드북이 SO_f－1개의 벡터들을 포함하는 완전히 오버샘플링된 DFT 행렬에 의해 주어지고, 수신기가 빔 당 D개의 지연들을 선택하도록 이루어지는 경우, 수신기는 공간-지연 이중-스테이지 프리코더의 파라미터 최적화 동안 빔 당

개의 가능한 지연 조합들을 계산한다. S = 6, O_f = 3 및 D = 3의 통상적인 값들의 경우, 수신기는 빔 당 680개의 지연 조합들 각각에 대해 파라미터 최적화를 수행한다. 지연 조합들의 탐색 공간, 및 그에 따른 파라미터 최적화의 계산 복잡도를 감소시키기 위해, 코드북 행렬 D는,

가 되도록 DFT 행렬 또는 오버샘플링된 DFT 행렬의 처음 N개의 열들에 의해 정의될 수 있다(도 5(a) 참조). N = 4의 통상적인 값의 경우, 위의 예의 탐색 공간은 빔 당 680개로부터 4개의 지연 조합들로 감소된다. 따라서, 수신기는 빔 당 680개 대신 오직 4개만의 지연 조합들에 대해 파라미터 최적화를 수행한다. 다른 예에서, 코드북 행렬 D는,

가 되도록 DFT 행렬 또는 오버샘플링된 DFT 행렬의 처음 N₁개의 열들 및 마지막 N₂개의 열들에 의해 정의된다(도 5(b) 참조). 추가적인 예에서, 코드북 행렬 D는,

가 되도록 DFT 행렬 또는 오버샘플링된 DFT 행렬의 i₁:i₂ 열들에 의해 정의된다. 코드북 행렬은 또한, DFT 행렬 또는 오버샘플링된 DFT 행렬의 다수의 서브-행렬들을 포함할 수 있다. i₁:i₂ 열들 및 i₃:i₄ 열들에 의해 정의된 2개의 서브-행렬들의 경우, 코드북 행렬은

에 의해 주어진다.

(c) 이중-스테이지 프리코딩 구조

- 모든 2U개의 빔들에 대해 동일한 지연들

와 유사하게, 제

지연에 대한 공간-지연 프리코더는 다음과 같이 표현될 수 있으며,

여기서,

은 2U개의 공간 빔들을 포함하는 사이즈 N×2U의 행렬이고,

은 다음과 같이 사이즈 2U×1의 벡터이고,

은 제u 빔 및 제

지연과 연관된 스칼라 복소 지연-도메인 결합 계수이다.

이 광대역 행렬인 경우, 공간-지연 프리코더

는 다음과 같이 표현될 수 있으며,

여기서,

은 행렬

과 동일하고,

이다. 따라서, 이중-스테이지 프리코딩 구조

는 다음과 같이 쓰여질 수있다:

행렬

에서 사용되는 DI 내의 지연들

는 행렬

내의 모든 2U개의 빔들과 동일하다.

이러한 실시예에서, 제u 빔과 연관된 위에서 언급된 복소값 지연-도메인 결합 벡터는 행렬

의 제u 행에 의해 주어지고, 제s 주파수-빈의 위에서 언급된 복소값 결합 벡터는 행렬

의 제s 열에 의해 정의된다.

(d) 빔-특정 지연들로의 확장 - 편파 및 빔 의존적 지연들

실시예들에 따르면,

이 비-광대역 행렬이고 제

지연에 대한 빔들의 조합이 다른 지연들과 상이할 수 있는 경우, 2U개의 빔들과 연관된 지연들이 상이할 수 있다. 따라서, 2U개의 빔들은 2U개의 DI들과 연관될 수 있다. 그러므로, 제u DI는 빔 인덱스 u 및

개의 지연들

과 연관되며, 여기서

개의 지연들은 상이한 빔들에 대해 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 또한, 각각의 빔은 상이한 수의 지연들

를 가질 수 있다. 그러므로, 주파수 도메인 프리코더는 다음과 같이 표현될 수 있으며,

여기서, 행렬

는 공간-지연-도메인 결합 계수 행렬이고, 다음과 같이 정의되고,

는 빔 u와 연관된 지연-도메인 결합 계수들이다. 더욱이,

는 다음과 같이 주어지며,

는 빔 u와 연관된 DFT 행렬이고, 그의

개의 열들은 코드북

로부터 선택된다.

주파수-도메인 결합-계수들

를 포함하는 행렬

는 다음과 같이 표현될 수 있으며,

여기서,

따라서, 프리코더

는 그러므로 다음과 같이 쓰여질 수 있다:

(d.1) 빔-특정 지연들 - 편파-독립적 및 빔-의존적 지연들의 특수한 경우

실시예들에 따르면, 지연들

은 편파-독립적이고 빔-종족적이며, 다음이 적용된다:

그러므로, 주파수 도메인 벡터

에 대해 다음의 관계가 유지된다:

따라서, 2U개의 DI 피드백 대신, U개의 DI들만이 송신기에 피드백될 필요가 있다.

(d.2) 빔-특정 지연들 - 편파-의존적 및 빔-독립적 지연들의 특수한 경우

실시예들에 따르면, 지연들은 편파-의존적이고 빔-독립적이며, 다음이 적용되고:

여기서,

또는

이다.

그러므로, 주파수 도메인 벡터

에 대해 다음의 관계가 유지되며,

이때,

또는

이다.

따라서, 2U개의 DI 피드백 대신, 두개의 DI들만, 즉 2개의 DI들만이 송신기에 피드백될 필요가 있으며, 여기서 제1 DI는 안테나 어레이의 제1 편파의 지연들을 지칭하고, 제2 DI는 안테나 어레이의 제2 편파의 지연들을 지칭한다.

다음의 표는 행렬 K2에 대한 피드백의 총량 및 다양한 피드백 실시예들에 대한 DI들의 수를 요약한다.

[표 4]

(e) 빔-특정 지연들 - L개의 지연들 중 동일한 지연들의 특수한 경우

실시예들에 따르면, 제u 빔과 연관된 DI에서

개의 인덱스들 중 d개의 인덱스들은 다른 빔들과 연관된 DI들의 지연 인덱스들과 동일할 수 있다. 그러한 경우, 제u 빔의 DI는

개의 인덱스들 대신

개의 인덱스들만을 가질 수 있다.

특정 공간 빔들에 대한 인덱스들을 포함하는 빔-특정 DI들에 부가하여, X(X = 1 ... PU)개의 공간 빔들에 공통적인 DI는 X개의 공간 빔들에 공통적인 인덱스들을 나타내는 데 사용될 수 있다. 그러한 다수의 공통 DI들은, 상이한 공간 빔들의 DI들 사이에 동일한 지연들의 다수의 세트들이 존재할 경우 관련있게 될 수 있다.

DI 구성은 송신기로부터 수신기로 시그널링될 수 있다. 예를 들어, DI 구성은,

- 빔-특정 DI 당 인덱스들의 총 수, 또는

- 공통 DI들의 수, 즉 공통 DI 당 인덱스들의 수

에 관한 정보를 포함할 수 있다.

(f) 빔-특정 지연들 - 지연들의 제약

추가적인 실시예들에 따르면, 각각의 빔에 대해,

개의 지연들은 단일 평균 지연 주위에 놓이도록 중심설정되거나 제약될 수 있다. 그러므로, 제u 빔에 대한 주파수 도메인 코드북 행렬

는 다음과 같이 주어지며,

여기서,

이고,

이고, C는 윈도우 파라미터이고,

은 평균 지연과 연관된 인덱스이며, 평균 지연 인덱스

주위에 중심설정된 제u 빔에 대한

개의 지연 인덱스들을 예시하는 도 6을 참조한다. 일 방법에서, 윈도우-사이즈 파라미터 C는 공간 빔들에 대해 동일하거나 상이할 수 있으며, 제어 채널을 통해 또는 상위-계층 시그널링을 통해 송신기로부터 수신기로 시그널링될 수 있다. 다른 방법에서, 윈도우-사이즈 파라미터 C는 수신기에 알려져 있다.

각각의 빔에 대해,

개의 지연-도메인 복소 결합-계수들이 송신기에 피드백된다. 그러나, 빔 당

개의 지연들의 피드백 대신, 연관된 평균 지연의 단일 인덱스

이 송신기에 피드백되기에 충분하다.

예를 들어, 윈도우-사이즈 파라미터 C가 모든 빔들에 대해 동일할 경우, 총 피드백은 2U개의 빔들에 대해

개의 복소 지연-도메인 결합 계수들 및 2U개의 DI들에 달하고, 여기서 각각의 DI는 단일 인덱스만을 포함한다.

최적화된 평균 지연은 도 7에 도시된 바와 같이, 정의된 샘플링 그리드의 시작부에 또는 끝에 놓여 있을 수 있다. 도 7(a) 및 도 7(b)는 샘플링 그리드의 시작부 및/또는 끝에 놓여 있는 도 6의 평균 지연에 대한 가능한 위치들을 예시한다. 그러한 경우들에서, 모듈로(modulo) 연산이 평균 지연 주위에서 지연들의 정확한 위치들(인덱스들)을 계산하는 데 사용될 수 있다. 모듈로 연산이 필요한 인덱스들은 박스들(b1, b2)에서 하이라이팅(highlighte)되어 있다.

(g) 빔 당 다수의 평균 지연들로의 확장:

실시예들에 따르면, 단일 평균 지연을 갖는 대신, 위의 경우는 다수의 평균 지연들로 확장될 수 있다. 단일 평균 지연 경우와 유사하게, 제u 빔에 대한 2개의 평균 지연 인덱스들

및

주위에 중심설정된 C개의 지연 인덱스들을 예시하는 도 8에 도시된 바와 같이, C개의 지연들이 각각의 평균 지연 주위에서 최적화된다.

예를 들어, 윈도우-사이즈 파라미터 C가 모든 빔들 및 모든 평균 지연들에 대해 동일할 경우, 빔 당

개의 평균 지연들에 대해, 총 피드백은 2U개의 빔들에 대해

개의 복소 지연-도메인 결합 계수들 및 2U개의 DI들에 달하며, 여기서 각각의 DI는

개의 인덱스들을 포함한다.

더욱이, 평균 지연들 중 일부는 2U개의 빔들의 서브-세트에 대해 동일할 수 있거나, 또는 그들은 모든 2U개의 빔들에 대해 동일할 수 있다. 예를 들어, 평균 지연들이 모든 2U개의 빔들과 동일할 경우,

개의 지연들을 포함하는 단일 DI만이 송신기에 피드백될 수 있다.

(h) 제약된 지연들의 경우에 대한 지연-도메인 결합 계수들에 대한 크노네커 곱(Kronecker product) 구조

또 다른 실시예들에 따르면, 평균 지연 인덱스

과 연관된 제u 빔의

개의 복소 지연-도메인 계수들은 다른 모든 2U-1개의 빔들의 결합-계수들을 계산하는 데 사용된다. 다음에서, 우리는 단일 평균 지연 및 단일 공간 빔을 고려한다. 행 벡터

에서 제u 빔 및 평균 지연 인덱스

(

는 1 내지 2U의 범위에 있음)와 연관된

개의 지연-결합 계수들을 수집할 경우, 평균 지연 인덱스

와 연관된 나머지 2U-1개의 빔들(g≠u)의 복소 지연-도메인 결합-계수들은 다음과 같이 계산될 수 있으며,

여기서,

는 제g 빔과 연관된 스칼라 복소 계수이다. 도 9는 평균 지연

에 대한 기준 빔(박스 R)에 관한 (2U-1)개의 빔들의 복소 계수들의 계산을 예시한다.

위의 크노네커 곱 구조의 경우, 2U개의 지연-도메인 결합-계수 벡터들

의 피드백에 부가하여, 복소-결합 계수들

이 송신기에 피드백될 필요가 있다는 것을 유의한다.

(i) 다중 계층 송신으로의 확장

공간-지연 프리코더의 위의 이중-스테이지 표현은 빔 당 빔들의 상이한 또는 상이하지 않은 수 및 빔 당 지연들을 이용하는 다수의 계층들로 확장될 수 있다. 일반적인 공간-지연 이중-스테이지 프리코더 구조가 주어질 수 있으며, 여기서 계층 당 빔들의 수 및 빔 당 지연들이 유연하게 선택될 수 있다. R-계층 송신을 가정하면, 제r 계층과 연관된 프리코더가 다음에 의해 주어지며:

여기서,

- N_t는 송신기 어레이의 송신 안테나들의 수이고,

-

는 제r 번째 계층에 대한 빔들의 수이고,

-

는 제r 번째 계층 및 제u 번째 빔에 대한 지연들의 수이고,

-

는 제r 번째 계층과 연관된 제u 번째 공간 빔이고,

-

는 제r 번째 계층, 제u 번째 공간 빔, 제d 번째 지연, 및 송신기 안테나 어레이의 제p 번째 편파와 연관된 스칼라 지연-빔 복소 결합 계수이며,

-

이러한 실시예에서, 제u 번째 빔과 연관된 위에서 언급된 복소값 지연-도메인 결합 벡터는 벡터

에 의해 주어지고,

개의 공간 빔포밍 벡터들

을 결합하기 위한 제s 주파수-빈의 위에서 언급된 복소값 결합 벡터는 다음의 행렬의 제s 번째 열에 의해 주어진다:

공간 빔포밍 벡터들

는 공간-도메인 2D-DFT 코드북 행렬로부터 선택되며, 각각의 계층에 대해 상이할 수 있다. DFT 벡터

는 지연들과 연관되고, 주파수-도메인 코드북 행렬

로부터 선택된다.

실시예들에 따르면, 공간-지연 이중-스테이지 프리코더 행렬은 다음의 행렬-벡터 표기로 표현될 수 있으며:

여기서,

는 제p 번째 편파에 대한 빔-결합 계수들을 포함하고,

이다.

제u 빔 및 제s 서브대역에 관련된

의 (u,s)-엔트리

는

개의 복소 지연-빔 결합 계수들과

개의 복소 지수들

의 선형 조합에 의해 표현될 수 있으며, 다음과 같다:

여기서,

는 제u 번째 빔 및 제p 번째 편파에 대한 지연 컴포넌트와 연관되는 DFT 벡터

의 제s 엔트리를 나타낸다.

실시예들에 따르면, 공간 빔들

및 선택된 빔들의 수는 송신 계층에 의존할 수 있다. 일 방법에서, 선택된 공간 빔들

의 서브세트는 계층들의 서브세트에 대해 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 계층에 대해 편파 당

=4개의 빔들, 제2 계층에 대해 편파 당

=4개의 빔들, 제3 계층에 대해 편파 당

=2개의 빔들, 및 제4 계층에 대해 편파 당

=2개의 빔들을 이용하는 4-계층 송신의 경우, 제1 계층 및 제2 계층의 처음 2개의 공간 빔들은 동일하고

, 제3 및 제4 계층들의 처음 2개의 계층들의 나머지 공간 빔들은 상이하다

. 다른 방법에서, 빔들의 수는 계층들의 서브세트에 대해 동일하다. 예를 들어, 4-계층 송신의 경우, 제1 계층의 빔들의 수는 제2 계층의 빔들의 수와 동일하고(

), 2개의 나머지 계층들에 대해서는 상이하다

.

실시예들에 따르면, 공간 빔들의 수 및 빔 인덱스들은 모든 계층들에 대해 동일할 수 있으며, 송신 계층 인덱스에 의존하지 않는다.

실시예들에 따르면, 지연들은 빔 및 송신 계층에 의존할 수 있다. 일 방법에서, 송신 계층의 공간 빔들의 서브세트와 연관된 지연들의 서브세트는 동일할 수 있다. 예를 들어, 제r 계층에 대해 4개의 빔들을 사용하는 송신의 경우, 빔 1 및 빔 2의 지연들 중 일부가 동일하고

, 처음 2개의 빔들에 대한 나머지 지연들 및 제3 및 제4 빔의 지연들은 상이하다

. 추가적인 방법에서, 송신 계층의 빔들의 서브세트에 대한 지연들의 수는 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 빔에 대한 지연들의 수는 제2 빔에 대한 지연들의 수와 동일하다

. 추가적인 방법에서, 지연들의 서브세트는 공간 빔들 및 송신 계층들의 서브세트에 대해 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 계층의 제1 빔 및 제2 빔과 연관된 2개의 지연들은 제2 계층의 제1 빔 및 제2 빔과 연관된 2개의 지연들과 동일할 수 있다

. 빔 및 계층 당 지연들 및 지연들의 수의 조합들의 다른 예들은 배제되지 않는다.

실시예들에 따르면, 빔 당 지연들 및 지연들의 수는 송신 계층에 대해 동일할 수 있으므로, 송신 계층의 모든 빔들은 동일한 지연들과 연관된다.

(j) 공간-지연 이중-스테이지 프리코더 행렬을 구축하기 위한 선택되지 않은 지연/지연 차이 값들의 피드백

실시예들에 따르면, 피드백 오버헤드를 감소시키기 위해, 수신기는 X개의 엔트리들/열들을 포함하는 코드북 행렬

로부터 제r 계층에 대한 공간-지연 이중-스테이지 프리코더 행렬을 구축하기 위해 K_r개의 지연들 또는 지연 차이들을 선택하고, 코드북 행렬

로부터의 X－K_r개의 선택되지 않은 지연 인덱스들을 송신기에 피드백하도록 이루어진다. 예를 들어, 코드북 행렬

이 5개의 엔트리들/열들을 포함하고, 수신기가 공간-지연 이중-스테이지 프리코더를 구축하기 위해 3개의 지연들/지연 차이들을 선택하도록 이루어지며, 수신기가 벡터들

을 선택할 경우, 수신기는 상위 계층(예컨대, 라디오 리소스 제어(RRC) 계층 또는 MAC-CE) 또는 인덱스들 i₁＋3 및 i₁＋4(또는 상대적인 인덱스들 3 및 4)를 시그널링하는 물리 계층(L1)에 의해 송신기로 피드백한다. 파라미터들 K_r은 계층들에 걸쳐 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. K_r에 대한 동일한 값들의 경우,

이다.

실시예들에 따르면, 수신기는, 제r 계층에 대한 공간 지연 이중 스테이지 프리코더 행렬의 지연 컴포넌트들의 선택을 위해 사용되는 지연들의 수들을 표시하는 상위 계층(예컨대, 라디오 리소스 제어(RRC) 계층 또는 MAC-CE) 또는 물리 계층(L1) 파라미터들 K_r(또는 단일 파라미터 K)을 송신기로부터 수신하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 수신기는, 제r 계층에 대한 공간 지연 이중 스테이지 프리코더 행렬의 지연 컴포넌트들의 선택을 위해 사용되는 지연들의 수들을 표시하는 선험적으로 알려진(디폴트) 파라미터들 K_r(또는 단일 파라미터 K)을 사용하도록 이루어진다.

(k) 주파수 도메인 코드북 구성

실시예들에 따르면, 수신기는, 주파수-도메인 코드북(

)의 구성에 대한 상위 계층(예컨대, 라디오 리소스 제어(RRC) 계층 또는 MAC-CE) 또는 물리 계층(L1) 파라미터 S를 송신기로부터 수신하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 수신기는 주파수-도메인 코드북(

)의 구성에 대해 선험적으로 알려진(디폴트) 파라미터 S를 사용하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 수신기는, 주파수-도메인 코드북(

)의 구성에 대한 상위 계층(예컨대, 라디오 리소스 제어(RRC) 계층 또는 MAC-CE) 또는 물리 계층(L1) 파라미터 오버샘플링 인자 O_f를 송신기로부터 수신하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 수신기는 주파수-도메인 코드북(

)의 구성에 대해 선험적으로 알려진(디폴트) 파라미터 오버샘플링 인자 O_f를 사용하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 수신기는, 주파수-도메인 코드북(

)의 구성에 대한 DFT 또는 오버샘플링된 DFT 서브-행렬들의 열들과 연관된 상위 계층(예컨대, 라디오 리소스 제어(RRC) 계층 또는 MAC-CE) 또는 물리 계층(L1) 파라미터들을 송신기로부터 수신하도록 이루어진다.

실시예들에 따르면, 수신기는 주파수-도메인 코드북(

)의 구성에 대한 DFT 또는 오버샘플링된 DFT 서브-행렬들의 열들과 연관된 선험적으로 알려진(디폴트) 파라미터들을 사용하도록 이루어진다.

(l) 가장 강한 지연 표시자

실시예들에 따르면, 수신기는,

- 프리코더를 계산하기 위해 빔들에 대한 지연 인덱스들을 선택하고,

- 공간-지연 이중-스테이지 프리코더를 계산하기 위하여 수신기에 의해 선택된 빔들에 대한 지연 인덱스들을 포함하는 DI를 구축하고,

- DI에서 가장 강한 지연에 대응하는 지연 인덱스를 표시하며,

- 가장 강한 지연 인덱스의 표시를 갖는 DI를 송신기에 피드백하도록

이루어진다.

예를 들어, 가장 강한 지연은, 선택된 빔들의 지연들과 연관된 다른 모든 지연-결합 계수들 중 가장 높은 전력을 갖는 지연-결합 계수들과 연관될 수 있다. 공통 DI의 지연 인덱스들은, 공통 DI의 제1 인덱스가 가장 강한 지연과 연관되도록 분류될 수 있다. 공통 DI 내의 가장 강한 지연은, 다수의 사용자들에 대한 스케줄링 판단들을 최적화하며, 공간-지연 이중-스테이지 프리코더가 멀티사용자 송신들에 대해 적용될 경우 사용자들 사이에서 간섭들을 감소시키기 위해 송신기에서 사용될 수 있다.

지연들의 정규화

다른 실시예들에 따르면, 지연들은 단일 기준 지연에 관해 정규화될 수 있다. 기준 지연이 세팅될 수 있으며, 모든 빔들 또는 모든 안테나들에 대응하는 L개의 지연들은 단일 기준 지연으로부터 차감된다. L개의 지연들의 세트 내의 임의의 제

지연이 기준 지연으로 선정될 수 있다. 지연들의 명시적인 피드백의 경우, 지연들 대신, L-1개의 지연 차이들이 송신기에 피드백된다. 지연들의 암묵적인 피드백의 경우, L-1개의 지연 차이들은 세트

의 엘리먼트들에 의해 주어지며, DI들은 지연 차이들과 연관된 인덱스들을 포함한다.

빔/안테나 당 정규화의 특정 경우:

기준 지연은 또한 빔 당 또는 안테나 당 세팅될 수 있으며, 각각의 빔 또는 각각의 안테나에 대응하는 L개의 지연들은 빔- 또는 안테나-특정 기준 지연으로부터 차감된다. 지연들의 암묵적인 피드백의 경우, L-1개의 지연 차이들은 세트

본 명세서에 설명된 실시예들에서, 피드백은 도 2, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 사용자 장비와 기지국 사이의 피드백 채널을 사용하여 시그널링될 수 있다. 피드백은 또한, PUCCH와 같은 제어 채널 또는 PUSCH와 같은 데이터 채널을 통해 시그널링 또는 송신될 수 있고, 그것은 RRC 시그널링과 같은 상위 계층 시그널링을 통해 시그널링될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 상위 랭크 또는 계층 통신을 이용하는 통신 시스템들에서 구현될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 피드백은 계층 당 지연들 및 계층 당 복소 프리코더 계수들을 포함한다.

실시예들에 따르면, 통신 디바이스는, CQI, 및/또는 RI, 및/또는 PMI 계산을 위해, 송신기가 다음과 같이, v = R 계층들에 대해 안테나 포트들 {1000, 1008+v-1} 상의 PDSCH 신호들에 공간-지연 이중-스테이지 프리코더를 적용한다고 가정하며,

여기서,

는 PDSCH 심볼들의 심볼 벡터, 즉 P∈{1,2,4,8,12,16,24,32}이고,

는 계층 u의 제i 심볼이고,

는 안테나 포트 u 상에서 송신된 제i 프리코딩된 심볼이며,

는 공간-지연 이중-스테이지 프리코더 행렬의 제i 열이다.

포트-선택 공간 코드북으로의 확장:

실시예들에 따르면, 공간 코드북 행렬의 엔트리들은 N/2-길이 열 벡터들에 의해 표현되며, N은 안테나 포트들의 수이고, 제m 벡터(m=1, ..., N/2)는 제m 위치에서 단일 1을 포함하고 다른 곳에서는 제로들을 포함한다.

본 발명의 실시예들은, 송신기가 사용자 장비를 서빙하는 기지국이고 수신기가 기지국에 의해 서빙되는 사용자 장비인 통신 시스템을 참조하여 위에서 설명되었다. 그러나, 본 발명은 그러한 실시예들로 제한되지 않으며, 송신기가 기지국에 의해 서빙되는 사용자 장비이고 수신기가 사용자 장비를 서빙하는 기지국인 통신 시스템에서 또한 구현될 수 있다.

설명된 개념의 일부 양상들이 장치의 맥락에서 설명되었지만, 이들 양상들이 또한 대응하는 방법의 설명을 표현한다는 것은 명확하며, 여기서, 블록 또는 디바이스는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징부에 대응한다. 유사하게, 방법 단계의 맥락에서 설명된 양상들은 또한, 대응하는 장치의 대응하는 블록 또는 아이템 또는 특징부의 설명을 표현한다.

본 발명의 다양한 엘리먼트들 및 특징들은, 아날로그 및/또는 디지털 회로들을 사용하는 하드웨어로, 하나 이상의 범용 또는 특수-목적 프로세서들에 의한 명령들의 실행을 통해 소프트웨어로, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터 시스템 또는 다른 프로세싱 시스템의 환경에서 구현될 수 있다. 도 10은 컴퓨터 시스템(700)의 일 예를 예시한다. 유닛들 또는 모듈들 뿐만 아니라 이들 유닛들에 의해 수행되는 방법들의 단계들이 하나 이상의 컴퓨터 시스템들(700) 상에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 시스템(700)은 특수 목적 또는 범용 디지털 신호 프로세서와 같은 하나 이상의 프로세서들(702)을 포함한다. 프로세서(702)는 버스 또는 네트워크와 같은 통신 인프라구조(704)에 연결된다. 컴퓨터 시스템(700)은 메인 메모리(706), 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 보조 메모리(708), 예를 들어 하드 디스크 드라이브 및/또는 착탈형 저장 드라이브를 포함한다. 보조 메모리(708)는 컴퓨터 프로그램들 또는 다른 명령들이 컴퓨터 시스템(700)에 로딩되게 허용할 수 있다. 컴퓨터 시스템(700)은 소프트웨어 및 데이터가 컴퓨터 시스템(700)과 외부 디바이스들 사이에서 전달되게 허용하기 위한 통신 인터페이스(710)를 더 포함할 수 있다. 통신은 통신 인터페이스에 의해 핸들링될 수 있는 전자, 전자기, 광학, 또는 다른 신호들의 형태로 이루어질 수 있다. 통신은 와이어 또는 케이블, 광섬유들, 폰 라인, 셀룰러 폰 링크, RF 링크 및 다른 통신 채널들(712)을 사용할 수 있다.

용어들 "컴퓨터 프로그램 매체" 및 "컴퓨터 판독가능 매체"는 일반적으로, 하드 디스크 드라이브에 설치된 하드 디스크 또는 착탈형 저장 유닛들과 같은 유형의 저장 매체들을 지칭하는 데 사용된다. 이들 컴퓨터 프로그램 제품들은 소프트웨어를 컴퓨터 시스템(700)에 제공하기 위한 수단이다. 컴퓨터 제어 로직으로 또한 지칭되는 컴퓨터 프로그램들은 메인 메모리(706) 및/또는 보조 메모리(708)에 저장된다. 컴퓨터 프로그램들은 또한 통신 인터페이스(710)를 통해 수신될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은, 실행될 경우, 컴퓨터 시스템(700)이 본 발명을 구현할 수 있게 한다. 특히, 컴퓨터 프로그램은, 실행될 경우, 프로세서(702)가 본 발명의 프로세스들, 이를테면 본 명세서에 설명된 방법들 중 임의의 방법을 구현할 수 있게 한다. 따라서, 그러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 시스템(700)의 제어기를 표현할 수 있다. 본 개시내용이 소프트웨어를 사용하여 구현되는 경우, 소프트웨어는 착탈형 저장 드라이브, 통신 인터페이스(710)와 같은 인터페이스를 사용하여 컴퓨터 프로그램 제품에 저장되고 컴퓨터 시스템(700)에 로딩될 수 있다.

하드웨어 또는 소프트웨어로의 구현은, 개개의 방법이 수행되도록, 프로그래밍가능한 컴퓨터 시스템과 협력하는(또는 협력할 수 있는), 전자적으로 판독가능한 제어 신호들이 저장되어 있는 디지털 저장 매체, 예를 들어, 클라우드 저장소, 플로피 디스크, DVD, 블루-레이, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM 또는 FLASH 메모리를 사용하여 수행될 수 있다. 따라서, 디지털 저장 매체는 컴퓨터 판독가능할 수 있다.

본 발명에 따른 일부 실시예들은, 본 명세서에 설명된 방법들 중 하나가 수행되도록, 프로그래밍가능한 컴퓨터 시스템과 협력할 수 있는, 전자적으로 판독가능한 제어 신호들을 갖는 데이터 캐리어를 포함한다.

일반적으로, 본 발명의 실시예들은 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있으며, 프로그램 코드는, 컴퓨터 프로그램 제품이 컴퓨터 상에서 구동되는 경우 방법들 중 하나를 수행하기 위해 동작된다. 프로그램 코드는, 예를 들어, 머신 판독가능 캐리어 상에 저장될 수 있다.

다른 실시예들은, 머신 판독가능 캐리어 상에 저장되는, 본 명세서에 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 따라서, 다시 말하면, 본 발명의 방법의 일 실시예는, 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 상에서 구동되는 경우, 본 명세서에 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램이다.

따라서, 본 발명의 방법들의 추가적인 실시예는, 본 명세서에 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램(데이터 캐리어 상에 기록되어 있음)을 포함하는 데이터 캐리어(또는 디지털 저장 매체, 또는 컴퓨터-판독가능 매체)이다. 따라서, 본 발명의 방법의 추가적인 실시예는, 본 명세서에 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 표현하는 신호들의 시퀀스 또는 데이터 스트림이다. 신호들의 시퀀스 또는 데이터 스트림은, 예를 들어 데이터 통신 연결을 통해, 예를 들어, 인터넷을 통해 전달되도록 이루어질 수 있다. 추가적인 실시예는, 본 명세서에 설명된 방법들 중 하나를 수행하도록 이루어지거나 적응되는 프로세싱 수단, 예를 들어, 컴퓨터, 또는 프로그래밍가능 로직 디바이스를 포함한다. 추가적인 실시예는, 본 명세서에 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 설치된 컴퓨터를 포함한다.

일부 실시예들에서, 프로그래밍가능 로직 디바이스(예를 들어, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이)는, 본 명세서에 설명된 방법들의 기능들 중 일부 또는 모두를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이는, 본 명세서에 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위해 마이크로프로세서와 협력할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 바람직하게 임의의 하드웨어 장치에 의해 수행된다.

위에서 설명된 실시예들은 단지, 본 발명의 원리들에 대해 예시적일 뿐이다. 본 명세서에 설명된 배열들 및 세부사항들의 변형들 및 변경들이 당업자들에게는 명백할 것임을 이해한다. 따라서, 본 명세서의 실시예들의 설명 및 해설에 의해 제시된 특정한 세부사항들이 아니라 임박한 특허 청구항들의 범위에 의해서만 제한되는 것이 의도이다.

Claims

수신기로서,
송신기로부터 라디오 채널을 통해 수신된 라디오 신호를 수신 및 프로세싱하고,
상기 수신된 신호에 기초하여, 상기 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 하나 이상의 송신 계층들을 위한 하나 이상의 공간-지연 프리코더들의 복소 프리코더 계수들 및 지연들을 결정하고,
상기 결정된 지연들을 암묵적으로 그리고 상기 결정된 복소 프리코더 계수들을 명시적으로 또는 암묵적으로 상기 송신기에 피드백하도록
이루어지며,
상기 공간-지연 프리코더는,
공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬,
주파수-도메인 코드북 행렬 － 상기 주파수-도메인 코드북 행렬의 각각의 벡터는 지연과 연관됨 －, 및
상기 공간 코드북 행렬 및/또는 상기 주파수-도메인 코드북 행렬로부터 선택된 벡터들 중 하나 이상을 복소 스케일링/결합(complex scaling/combining)하기 위한 계층 당 결합 엘리먼트
를 포함하는 이중-스테이지 구조를 구비하고,
상기 주파수-도메인 코드북 행렬을 구축하기 위해 사용되는 DFT 행렬은 오버샘플링된 DFT-행렬
이며,
여기에서,
,
이고, O_f는 상기 DFT-행렬의 오버샘플링 인자이고, S = 서브캐리어들 또는 서브대역들, 또는 물리적 리소스 블록들의 총 수이며,
O_f = 1인 경우, 상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 S×S DFT-행렬에 의해 주어지고,
O_f> 1일 경우, 상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 사이즈 S×(O_fS-1)의 오버샘플링된 DFT-행렬에 의해 주어지고,
상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 상기 DFT 행렬의 어느 하나의 서브-행렬에 의해 정의되며, 상기 DFT 행렬의 서브-행렬은 지연 값들의 범위와 연관되는 것이고,
상기 주파수 도메인 코드북 행렬은, 상기 주파수 도메인 코드북 행렬의 사이즈가 완전한 DFT 행렬에 의해 정의되는 주파수-도메인 코드북에 대하여 감소되도록, 상기 DFT 행렬의 서브-행렬에 의해 정의되고,
상기 주파수 도메인 코드북 행렬의 벡터들의 수는 상기 완전한 DFT 행렬에 의해 정의되는 주파수-도메인 코드북에 대하여 감소되는 것인, 수신기.
제1항에 있어서,
상기 DFT 행렬의 서브-행렬은, 상기 공간 코드북 행렬의 선택된 빔들을 MIMO 채널 임펄스 응답과 결합할 경우 획득되는 빔포밍된 채널 임펄스 응답의 지연 확산에 의존하여 선택되는, 수신기.
제1항에 있어서,
상기 주파수-도메인 코드북 행렬은,
- 상기 DFT 행렬의 처음 N개의 열(column)들, 또는
- 상기 DFT 행렬의 처음 N₁개의 열들 및 마지막 N₂개의 열들, 또는
- 상기 DFT 행렬의 i₁:i₂ 열들, 또는
- 상기 DFT 행렬의 i₁:i₂ 열들 및 i₃:i₄ 열들
에 의해 정의되는, 수신기.
제1항에 있어서,
상기 주파수-도메인 코드북을 정의하는 상기 DFT 행렬의 복수의 열들을 나타내는 하나 이상의 파라미터는 상기 수신기에 선험적으로 알려져 있거나, 또는 상기 상기 송신기에 의해 구성되는 것인, 수신기.
제1항에 있어서,
상기 지연들은 공간 빔 및 송신 계층에 의존하며,
- 상기 송신 계층의 공간 빔들의 서브세트와 연관된 지연들의 서브세트가 동일하거나, 또는
- 상기 송신 계층의 공간 빔들의 서브세트에 대한 지연들의 수가 동일하거나, 또는
- 상기 지연들의 서브세트는 상기 공간 빔들 및 상기 송신 계층들의 서브세트에 대해 동일한, 수신기.
제1항에 있어서,
상기 지연들 및 빔당 지연들의 수는 송신 계층에 대해 동일하므로, 상기 송신 계층의 모든 빔들은 동일한 지연들과 연관되는, 수신기.
제1항에 있어서,
프리코딩 행렬은 다음식에 의해 표현되며,

N_t는 상기 송신기의 안테나들의 수이고,

는 제r 번째 계층에 대한 빔들의 수이고,

는 제r 번째 계층 및 제u 번째 빔에 대한 지연들의 수이고,

는 상기 송신기의 상기 안테나들의 제r 번째 계층, 제u 번째 공간 빔, 및 제p 번째 편파와 연관된 사이즈 S×1의 제d 번째 지연 벡터이고,

는 제r 번째 계층과 연관된 제u 번째 공간 빔이고,

는 상기 송신기 안테나 어레이의 제r 번째 계층, 제u 번째 공간 빔, 제d 번째 지연, 및 제p 번째 편파와 연관된 스칼라 지연-빔 복소 결합 계수이며,

는 모든 프리코더 계층들에 걸친 평균 총 송신 전력이 고정 값과 동일하다는 것을 보장하기 위한 정규화 인자인, 수신기.
제1항에 있어서,
상기 수신기는 상기 공간-지연 프리코더의 지연들을 암묵적으로 피드백하도록 이루어지며, 암묵적인 피드백은 상기 주파수-도메인 코드북 행렬의 개개의 열 벡터들과 연관된 인덱스들을 표시하는 지연 식별자를 사용하고,
상기 암묵적인 지연 피드백은 하나 이상의 지연 식별자들(DIs)을 포함하며,
각각의 지연 식별자는 상기 주파수-도메인 코드북 행렬의 열 벡터들과 연관되는 L개의 인덱스들의 세트를 표시하고 (L은 지연들의 총 수),
상기 지연 식별자들(DIs)의 인덱스들의 수는 공간 빔에 대하여 동일하거나 상이한 것인, 수신기.
제8항에 있어서,
상기 피드백은, 특정 공간 빔들에 대한 인덱스들을 포함하는 빔-특정 지연 식별자들(DIs) 및 X 개의 공간 빔들에 공통인 공통 지연 식별자(DI)를 포함하고, 상기 공통 지연식별자(DI)는 X 개의 공간 빔들에 공통인 인덱스를 나타내는 것인, 수신기.
제8항에 있어서, 상기 피드백은 프리코딩 매트릭스 식별자(PMI)를 포함하고, 상기 프리코딩 매트릭스 식별자(PMI)는 개개의 공간 빔들을 나타내는 제1 수의 인덱스들, 개개의 복소 지연-도메인 결합 계수들을 나타내는 제2 수의 인덱스들, 및 상기 지연 식별자 내에 포함된 지연들을 나타내는 제3 수의 인덱스들을 나타내는 것인, 수신기.
제1항에 있어서,
상기 공간 코드북 행렬의 엔트리들은 N/2-길이 열 벡터들에 의해 표현되며,
N은 안테나 포트들의 수이고, 제m 번째 벡터(m=1, ..., N/2)는 제m 번째 위치에서 하나의 1을 포함하고 다른 곳에서는 0을 포함하는, 수신기.
송신기로서,
하나 이상의 수신기들과의 무선 통신을 위한 복수의 안테나들을 갖는 안테나 어레이; 및
상기 안테나 어레이에 연결된 하나 이상의 프리코더들을 포함하며,
상기 프리코더들은 상기 안테나 어레이에 의해 하나 이상의 송신 빔들을 형성하도록 상기 안테나 어레이의 하나 이상의 안테나들에 빔포밍 가중치들의 세트를 적용하고,
상기 송신기는 수신기로부터 수신된 피드백에 응답하여 상기 빔포밍 가중치들을 결정하도록 이루어지고, 상기 피드백은 지연들을 명시적으로 또는 암묵적으로 표시하고 복소 프리코더 계수들을 암묵적으로 표시하며, 상기 표시된 지연들 및 복소 프리코더 계수들은 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 상기 송신기에서 하나 이상의 송신 계층들 및 송신 안테나들을 위한 하나 이상의 공간-지연 프리코더들의 복소 프리코더 계수들 및 지연들이고,
상기 공간-지연 프리코더는,
공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬,
주파수-도메인 코드북 행렬 － 상기 주파수-도메인 코드북 행렬의 각각의 벡터는 지연과 연관됨 －, 및
상기 공간 코드북 행렬 및/또는 상기 주파수 - 도메인 코드북 행렬로부터의 벡터들 중 하나 이상을 복소 스케일링/결합하기 위한 계층 당 결합 엘리먼트
를 포함하는 이중-스테이지 구조를 구비하고,
상기 주파수-도메인 코드북 행렬을 구축하기 위해 사용되는 DFT 행렬은 오버샘플링된 DFT-행렬
이며,
여기에서,
,
이고, O_f는 상기 DFT-행렬의 오버샘플링 인자이고, S = 서브캐리어들 또는 서브대역들, 또는 물리적 리소스 블록들의 총 수이며,
O_f = 1인 경우, 상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 S×S DFT-행렬에 의해 주어지고,
O_f> 1일 경우, 상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 사이즈 S×(O_fS-1)의 오버샘플링된 DFT-행렬에 의해 주어지고,
상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 상기 DFT 행렬의 어느 하나의 서브-행렬에 의해 정의되며, 상기 DFT 행렬의 서브-행렬은 지연 값들의 범위와 연관되고,
상기 주파수 도메인 코드북 행렬은, 상기 주파수 도메인 코드북 행렬의 사이즈가 완전한 DFT 행렬에 의해 정의되는 주파수-도메인 코드북에 대하여 감소되도록, 상기 DFT 행렬의 서브-행렬에 의해 정의되고,
상기 주파수 도메인 코드북 행렬의 벡터들의 수는 상기 완전한 DFT 행렬에 의해 정의되는 주파수-도메인 코드북에 대하여 감소되는 것인, 송신기.
무선 통신 네트워크로서,
제1항에 따른 적어도 하나의 수신기, 및
제12항에 따른 적어도 하나의 송신기를 포함하는, 무선 통신 네트워크.
방법으로서,
송신기로부터 라디오 채널을 통해 수신된 라디오 신호를 수신 및 프로세싱하는 단계,
상기 수신된 신호에 기초하여, 상기 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 하나 이상의 송신 계층들을 위한 하나 이상의 공간-지연 프리코더들의 복소 프리코더 계수들 및 지연들을 결정하는 단계, 및
상기 결정된 지연들을 암묵적으로 그리고 상기 결정된 복소 프리코더 계수들을 명시적으로 또는 암묵적으로 상기 송신기에 피드백하는 단계를 포함하며,
상기 공간-지연 프리코더는,
공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬,
주파수-도메인 코드북 행렬 － 상기 주파수-도메인 코드북 행렬의 각각의 벡터는 지연과 연관됨 －, 및
상기 공간 코드북 행렬 및/또는 상기 주파수-도메인 코드북 행렬로부터의 벡터들 중 하나 이상을 복소 스케일링 또는 결합하기 위한 계층 당 결합 엘리먼트
를 포함하는 이중-스테이지 구조를 구비하며,
상기 주파수-도메인 코드북 행렬을 구축하기 위해 사용되는 DFT 행렬은 오버샘플링된 DFT-행렬
이며,
여기에서,
,
이고, O_f는 상기 DFT-행렬의 오버샘플링 인자이고, S = 서브캐리어들 또는 서브대역들, 또는 물리적 리소스 블록들의 총 수이며,
O_f = 1인 경우, 상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 S×S DFT-행렬에 의해 주어지고,
O_f> 1일 경우, 상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 사이즈 S×(O_fS-1)의 오버샘플링된 DFT-행렬에 의해 주어지고,
상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 상기 DFT 행렬의 어느 하나의 서브-행렬에 의해 정의되고, 상기 DFT 행렬의 서브-행렬은 지연 값들의 범위와 연관되고,
상기 주파수 도메인 코드북 행렬은, 상기 주파수 도메인 코드북 행렬의 사이즈가 완전한 DFT 행렬에 의해 정의되는 주파수-도메인 코드북에 대하여 감소되도록, 상기 DFT 행렬의 서브-행렬에 의해 정의되고,
상기 주파수 도메인 코드북 행렬의 벡터들의 수는 상기 완전한 DFT 행렬에 의해 정의되는 주파수-도메인 코드북에 대하여 감소되는 것인, 방법.
송신기와 하나 이상의 수신기들 사이의 무선 통신을 위한 하나 이상의 빔들을 형성하기 위한 방법으로서,
안테나 어레이에 의해 하나 이상의 송신 빔들을 형성하도록 상기 안테나 어레이의 하나 이상의 안테나들에 빔포밍 가중치들의 세트를 적용하는 단계를 포함하며,
상기 빔포밍 가중치들은 수신기로부터 수신된 피드백에 응답하여 결정되고, 상기 피드백은 지연들을 암묵적으로 그리고 복소 프리코더 계수들을 명시적으로 또는 암묵적으로 표시하고, 상기 표시된 지연들 및 복소 프리코더 계수들은 라디오 채널을 통한 통신을 위한 미리 정의된 속성을 달성하기 위해 상기 송신기에서 송신 계층들 및 송신 안테나들의 하나 이상의 공간-지연 프리코더들의 복소 프리코더 계수들 및 지연들이며,
상기 공간-지연 프리코더는,
공간 빔포밍 벡터들을 포함하는 공간 코드북 행렬,
주파수-도메인 코드북 행렬 － 상기 주파수-도메인 코드북 행렬의 각각의 벡터는 지연과 연관됨 －, 및
상기 공간 코드북 행렬 및/또는 상기 주파수-도메인 코드북 행렬로부터의 벡터들 중 하나 이상을 복소 스케일링 또는 결합하기 위한 계층 당 결합 엘리먼트
를 포함하는 이중-스테이지 구조를 구비하고,
상기 주파수-도메인 코드북 행렬을 구축하기 위해 사용되는 DFT 행렬은 오버샘플링된 DFT-행렬
이며,
여기에서,
,
이고, O_f는 상기 DFT-행렬의 오버샘플링 인자이고, S = 서브캐리어들 또는 서브대역들, 또는 물리적 리소스 블록들의 총 수이며,
O_f = 1인 경우, 상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 S×S DFT-행렬에 의해 주어지고,
O_f> 1일 경우, 상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 사이즈 S×(O_fS-1)의 오버샘플링된 DFT-행렬에 의해 주어지고,
상기 주파수-도메인 코드북 행렬은 상기 DFT 행렬의 어느 하나의 서브-행렬에 의해 정의되고, 상기 DFT 행렬의 서브-행렬은 지연 값들의 범위와 연관되고,
상기 주파수 도메인 코드북 행렬은, 상기 주파수 도메인 코드북 행렬의 사이즈가 완전한 DFT 행렬에 의해 정의되는 주파수-도메인 코드북에 대하여 감소되도록, 상기 DFT 행렬의 서브-행렬에 의해 정의되고,
상기 주파수 도메인 코드북 행렬의 벡터들의 수는 상기 완전한 DFT 행렬에 의해 정의되는 주파수-도메인 코드북에 대하여 감소되는 것인, 방법.
컴퓨터에 의해 실행시 상기 컴퓨터가 제14항 또는 제15항의 방법을 수행하도록 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능한 매체.
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