KR20060005683A - 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속이동통신시스템에서의 데이터 전송장치 및 방법 - Google Patents

안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속이동통신시스템에서의 데이터 전송장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 어레이 안테나를 사용하는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 적응 변조 및 코딩기법을 요구하는 고속 데이터 전송에 적합한 데이터 송/수신장치 및 방법을 제안한다. 이를 위해 기지국은 단말로부터의 피드백 정보를 수신하고, 상기 피드백 정보로부터 가중치 선택 정보를 획득한다. 그리고 상기 가중치 선택 정보에 의해 안테나 별 가중치들을 결정한 후 상기 결정된 가중치들에 의해 상기 안테나를 통해 전송할 신호 열들 각각을 승산한다. 따라서 상기 안테나를 통해 전송될 신호 열들 각각에 서로 다른 가중치가 부여될 수 있도록 하였다.
Adaptive modulation, Spatial Multiplexing Multiple Input Multiple Output, detection order, V-BLAST, effective SINR

Description

안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서의 데이터 전송장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITING DATA IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM OF USING MIMO}
도 1은 본 발명의 실시 예를 적용하기 위한 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템의 구조를 보이고 있는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 기지국과 단말간의 특정 채널을 통해 이루어지는 시그널링 절차를 보이고 있는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 특정 단말의 구조를 보이고 있는 도면.
도 4 내지 도 6은 상기 도 3에서 보이고 있는 신호 송신부(302)의 구체적인 예들을 보이고 있는 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예들 각각의 성능을 보이고 있는 그래프.
본 발명은 어레이 안테나를 사용하는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서의 데이터 송/수신장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 적응 변조 및 코딩기법을 요구하는 고속 데이터 전송에 적합한 데이터 송/수신장치 및 방법에 관한 것이다.
이동통신시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 등을 제공하는 고속, 고품질의 무선 데이터 패킷 통신시스템으로 발전하고 있다. 현재 3GPP를 중심으로 진행되고 있는 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)와 3GPP2를 중심으로 진행되고 있는 1xEV-DV에 대한 표준화는 3세대 이동통신시스템에서 2Mbps 이상의 고속, 고품질의 무선 데이터 패킷 전송 서비스에 대한 해법을 찾기 위한 노력의 대표적인 반증이라 볼 수 있다. 한편, 4세대 이동통신시스템은 그 이상의 고속, 고품질의 멀티미디어 서비스 제공을 근간으로 하고 있다.
무선통신에서 고속, 고품질의 데이터 서비스를 저해하는 요인은 대체적으로 채널 환경에 기인한다. 상기 무선통신을 위한 채널은 백색잡음 외에도 페이딩으로 인한 수신된 신호전력의 변화, 샤도윙(Shadowing), 단말기의 이동 및 빈번한 속도 변화에 따른 도플러 효과, 타 사용자 및 다중경로 신호에 의한 간섭 등으로 인해 채널 환경이 자주 변하게 된다. 따라서 상기의 고속 무선 데이터 패킷 서비스를 제공하기 위해서는 기존 2세대 혹은 3세대 이동통신시스템에서 제공되던 일반적인 기술 외에 채널 변화에 대한 적응 능력을 높일 수 있는 다른 진보된 기술이 필요하다. 기존 시스템에서 채택하고 있는 고속 전력제어방식도 채널 변화에 대한 적응력을 높여주지만, 고속 데이터 패킷 전송시스템 표준을 진행하고 있는 3GPP, 3GPP2에 서는 적응변복조/부호화(AMC; Adaptive Modulation & Coding) 기법 및 복합재전송 기법(HARQ: Hybrid Automatic Repeat Request)이 공통적으로 언급되고 있다.
상기 AMC 기법은 하향링크 채널의 변화에 따라 변조방식과 채널 부호기의 부호율을 변화 시켜주는 방법이다. 상기 하향링크의 채널품질정보는 대개 단말수신기에서 신호 대 잡음 비를 측정하여 얻을 수 있다. 한편, 단말은 상기 하향링크의 채널품질정보를 상향링크를 통해 기지국으로 전송한다. 상기 기지국은 상기 하향링크의 채널품질정보를 바탕으로 하여 상기 하향링크의 채널 상태를 예측하고, 그 예측된 값을 바탕으로 적절한 변조방식과 채널 부호기의 부호율을 지정하게 되는 것이다. 현재 HSDPA와 1X-EVDV에서 논의되는 변조방식으로는 QPSK, 8PSK, 16QAM 및 64QAM 등이 고려되고 있다. 채널 부호기의 부호율(Coding Rate)로는 1/2 및 3/4 등이 고려되고 있다. 따라서 적응변복조/부호화(AMCS) 기법을 사용하고 있는 시스템에서는 좋은 채널을 가지는 단말에 대해서는 고차 변조방식(16QAM, 64QAM)과 고 부호율(3/4)을 적용한다. 하지만, 상대적으로 좋지 않은 채널을 가지는 단말에 대해서는 저차 변조방식(QPSK, 8PSK)과 저 부호율(1/2)을 적용한다. 통상적으로 좋은 채널을 가지는 단말은 기지국 근처에 위치하는 단말이 될 수 있으며, 상대적으로 좋지 않은 채널을 가지는 단말은 셀의 경계에 위치하는 단말이 될 수 있다. 이와 같은 AMC 기법은 고속전력제어에 의존하던 기존방식에 비해 간섭신호를 줄여줌으로써 평균적으로 시스템의 성능을 향상시켜주게 된다.
상기 HARQ 기법은 초기에 전송된 데이터 패킷에 오류가 발생했을 경우, 상기 오류가 발생한 패킷을 보상해 주기 위해 재전송이 요구되는데, 이 때 사용되는 소 정의 링크제어 기법을 의미한다. 상기 HARQ 기법은 체이스 컴바이닝 기법(Chase Combining, 이하 "CC"로 약함), 전체 리던던시 증가 기법(Full Incremental Redundancy, 이하 "FIR"로 약함) 및 부분적 리던던시 증가 기법(Partial Incremental Redundancy, 이하 "PIR"로 약함)으로 구분할 수 있다.
전술하였듯이 통상적인 무선 채널 환경에서는 유선 채널과 달리 다중경로 간섭, 쉐도윙(Shadowing), 전파 감쇄, 시변 잡음, 간섭 등으로 인한 낮은 신뢰도를 나타낸다. 이것은 이동 통신에서 데이터 전송 속도를 높이는데 방해가 된다. 이를 극복하기 위한 많은 기술들이 개발되어 왔다. 대표적인 예로써 신호의 왜곡과 잡음에 의한 영향을 억제하는 에러 컨트롤 코딩 기법과 페이딩을 극복하는 안테나 다이버시티 및 다중 사용자 다이버시티 스케줄링(Multi-user diversity scheduling) 기술이 있다. 상기 안테나 다이버시티 및 상기 다중 사용자 다이버시티 스케줄링(Multi-user diversity scheduling) 기술은 단말로부터 채널 정보를 궤환 받아 수행된다.
상기 다중 사용자 다이버시티 스케줄링 기술은 패킷을 요구하는 단말들의 채널 상황을 피드백 정보를 통해 파악하고, 가장 우수한 채널을 가지는 단말에 대해 우선적으로 패킷을 전송하도록 한다. 이는 신호대 잡음비 이득을 포함하는 다이버시티 효과를 가진다. 상기 다이버시티 이득의 정도를 나타내는 다이버시티 차수는 동시 패킷을 요구하는 단말들의 수에 해당한다.
한편 상기 안테나 다이버시티는 독립적인 페이딩 현상을 겪은 여러 개의 신호들을 수신하여, 페이딩 현상에 대처한다. 통상적으로 다이버시티를 얻는 방법으 로는 시간, 주파수, 다중 경로, 그리고 공간 다이버시티 등이 있다. 상기 시간 다이버시티는 채널 부호화와 인터리빙을 결합하여 시간적으로 다이버시티를 얻고, 상기 주파수 다이버시티는 서로 다른 주파수로 송신된 신호들이 각기 다른 다중 경로 신호를 겪게 되어 다이버시티를 얻도록 하는 것이다. 그리고 상기 다중 경로 다이버시티는 다중 경로 신호들에 대해 서로 다른 페이딩 정보를 이용하여 신호를 분리함으로써 다이버시티를 획득한다. 상기 공간 다이버시티는 송신기나 수신기, 또는 양쪽 모두에 여러 개의 안테나들을 사용하여 서로 독립적인 페이딩 신호에 의해 다이버시티를 얻도록 한다. 상기 공간 다이버시티 방식은 안테나 어레이를 이용한다.
하지만 무선 채널에 사용되는 에러 컨트롤 코딩 기법과 다이버시티는 인터넷 접속과 멀티미디어 서비스와 같이 고속 데이터 서비스에 대한 요구를 수용하기 어렵다. 이를 위해서는 주파수 효율을 높여야 한다. 이러한 높은 주파수 효율을 위해 안테나 어레이를 포함하는 이동통신시스템이 연구되고 있다.
안테나 어레이 시스템은 송/수신기에 다중의 안테나들이 구비된 시스템으로, 주파수 효율을 높이기 위한 공간 영역을 이용하는 시스템이다. 시간 영역과 주파수 영역은 이미 제한되어 있으므로 공간 영역을 활용하는 것이 좀 더 높은 전송 속도를 얻기에 용이하다. 상기 안테나 어레이 시스템에는 'Bell Lab'에서 제안한 'V-블라스트(V-BLAST: Vertical Bell Lab LAyered Space Time)' 또는 '공간 분할 다중화(Space Division Multiplexing)' 시스템이라고 불리는 방식이 있다. 이때, 각 안테나들은 각기 독립적인 정보를 보냄으로 안테나 어레이 시스템은 본질적으로 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi Input Multi Output) 시스템에 해당된다.
상기 안테나 어레이 시스템이 높은 주파수 효율을 가져 용량을 확대하기 위해서는 송신 안테나들과 수신 안테나들 사이에 형성되는 채널들간 상관 계수(Correlation Coefficient)가 작아야 한다. 상기 채널들간 상관 계수가 작을 경우, 각각의 송신 안테나들에서 전송된 정보들은 서로 다른 채널을 겪게 되어 이동국은 송신된 정보들을 구별할 수 있다. 즉, 각 송신 안테나들에서 보내진 신호는 각기 다른 공간 특성을 가져야만 구별되고, 채널 용량의 확대를 가져온다. 또한, 상기 안테나 어레이 시스템은 서로 다른 공간 특성을 가지는 다중 경로 신호들이 많은 곳에 적합하며, LOS(Line of Sight) 환경이면 다중 송/수신 안테나 시스템인 안테나 어레이 시스템은 단일 송/수신 안테나 시스템에 비해 용량 증가가 크지 않다. 따라서 상기 안테나 어레이 시스템은 송신기와 수신기 사이에 산란 물체(Scatterer)가 많아 다중 경로가 많이 발생하는 환경에 적합한 시스템으로서, 각 송/수신 안테나 채널들의 상관 계수가 작은, 즉 다이버시티 효과가 있는 환경에 적합한 시스템이다.
한편, 안테나 어레이를 송/수신기에 사용하면 채널 용량이 많이 늘어난다. 이때, 송신기에서 수신기로 전송되는 채널 정보들을 송/수신기가 획득하는지의 여부가 채널 용량을 결정한다. 상기 송/수신기 모두 채널 정보를 알면 채널 용량 증가가 가장 크고, 채널 정보를 상기 송/수신기가 모르는 경우가 가장 작다. 그리고 상기 수신기만 채널 정보를 알 때 증가되는 채널 용량은 앞의 두 경우 사이에 존재한다. 한편, 상기 송신기가 채널 정보를 알기 위해서는 상기 송신기가 채널 상태를 예측하거나 상기 수신기가 상기 송신기로 채널 상태를 알 수 있도록 정보를 귀환해 줘야 한다. 상기 안테나 어레이 시스템에서 필요한 채널 정보는 각 송신 안테나들에서 각 수신 안테나들 사이의 채널 반응이며, 상기 채널 정보는 송/수신 안테나 수에 비례하여 증가하게 된다. 따라서 다중의 송/수신 안테나들을 포함하는 상기 안테나 어레이 시스템은 송/수신기에서의 사용이 가능한 안테나 수에 비례하여 채널 용량이 증가하게 된다. 즉, 상기 안테나 어레이 시스템은 송/수신 안테나 수에 비례하여 채널 용량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만, 채널 정보를 귀환해줘야 하는 경우에는 안테나 수의 증가에 따른 귀환 정보량이 증가하는 단점을 동시에 지닌다. 이런 단점을 해결하기 위해서 귀환 정보를 줄이면서 채널 용량을 늘리는 방법이 필요하다.
이러한 문제를 해소하기 위해 최근 주파수 대역을 증가시키지 않고 주파수 효율을 높일 수 있는 다양한 다중 안테나 기술들이 제안되고 있다. 그 중에 하나가 SVD-MINO 기술이다. 상기 SVD-MIMO 기술의 용량은 단말이 기지국으로 보내는 Full BF를 해야 가능하다.
따라서 상기한 바와 같은 요구를 만족하기 위한 본 발명의 목적은 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템의 전체 시스템 성능을 향상시키는 새로운 데이터 송/수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 피드 백 정보의 양을 최소화하는 데이터 송/수신장치 및 방법을 제공 함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 하향 채널의 특성을 반영하는 가중치 벡터를 이용하여 각 다중 안테나 별로 데이터를 송/수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 각 다중 안테나 별로 전송되는 각 신호 열 그룹마다 동일한 가중치 벡터를 승산하는 그룹방식에 의한 빔포밍 처리를 수행하는 데이터 송/수신장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 전송 데이터 양의 최대화를 보장하면서도 피드백 정보의 양을 최소화하는 데이터 송/수신장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 안테나 선택(selection)을 기반으로 하는 빔포밍 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 피드백 정보에 의해 각 신호 열의 전송 안테나가 결정되도록 하는 데이터 송신장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 피드백 정보에 의해 각 안테나 별로 전송될 신호 열들의 가중치를 부여하는 데이터 송신장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 신호 열들 각각에 대해 피드백 정보에 의해 결정되는 서로 다른 가중치를 부여하여 복수의 안테나들을 통해 전송하는 데이터 송신장치 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 제1견지에 있어, 본 발명은 시스템의 기지국에서 단말로부터의 피드백 정보를 수신하는 과정과, 상기 피드백 정보로부터 가중치 선택 정보를 획득하고, 상기 가중치 선택 정보에 의해 상기 안테나 별 가중치들을 결정하는 과정과, 상기 결정된 가중치들에 의해 상기 안테나를 통해 전송할 신호 열들 각각을 승산한 후 대응하는 안테나를 통해 전송하는 과정에 의해 데이터를 전송함을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 제2견지에 있어, 본 발명은 복수의 안테나들 별로 적응적 변조/부호화 방식을 사용하는 공간 다중화 다중 입력 다중 출력 시스템의 기지국에서 단말로부터의 피드백 정보를 수신하여 가중치 선택 정보를 획득하고, 상기 가중치 선택 정보에 의해 상기 안테나 별 가중치들을 결정하는 피드백 정보 처리부와, 상기 결정된 가중치들에 의해 상기 안테나를 통해 전송할 신호 열들 각각을 승산한 후 대응하는 안테나를 통해 전송하는 컴바이너에 의해 데이터를 전송함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 한 개의 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.
후술 될 본 발명에서는 다중 송신 안테나를 통해 다중 신호 열을 전송하는 기지국과 다중 수신 안테나를 가지는 단말을 고려하는 이동통신시스템에서의 데이터 전송장치 및 그에 따른 방법을 제안할 것이다. 특히 본 발명의 바람직한 실시 예로써, 네 개의 송신 안테나들을 가지는 기지국과 그에 상응하여 두 개의 수신 안테나들을 가지는 단말을 가정한다. 하지만 그 외의 가정들에 대해서도 본 발명의 실시 예가 동일하게 적용될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
한편 본 발명의 실시 예에서는 수신측, 즉 단말로부터의 피드백 정보에 의해 복수의 송신 신호 열 별로 전송할 안테나를 지정하거나 상기 복수의 송신 신호 열 별로의 가중치를 부여하도록 한다. 상기 복수의 송신 신호 열 별로 가중치를 부여하는 방법으로는 그룹 방식에 의한 빔포밍을 이용하도록 한다. 즉 상기 복수의 송신 신호 열들을 복수의 신호 열 그룹으로 분리하고, 각 신호 열 그룹을 구성하는 송신 신호 열들 각각에 대해 서로 다른 가중치를 부여한 후 대응하는 안테나를 통해 전송될 수 있도록 한다. 이때 상기 신호 열 그룹 별로는 상기 신호 열 그룹을 구성하는 송신 신호 열의 수만큼의 동일한 가중치들이 부여되도록 한다. 따라서 상기 신호 열 그룹 내에서는 동일한 가중치들이 부여될 수 있도록 한다. 상기 가중치를 부여하는 다른 예로써, 피드백 정보에 의해 각 송신 신호 열 별로 서로 다른 가중치들이 부여되도록 구현할 수도 있다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 적용하기 위한 안테나 어레이를 포함하는 부호분할다중접속 이동통신시스템의 구조를 보이고 있는 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 기지국(10)은 복수의 안테나들을 가지며, 상기 복수의 안테나들을 통해 송신 신호 열들을 전송하거나 단말들(20, 22, 24)로부터의 신호 열들을 수신한다. 상기 기지국(10)은 도면상에 나타나고 있지 않지만, 상기 단말들(20, 22, 24)과의 채널들을 형성하고 있다. 설명의 편의를 위해 상기 제1단말(20)과 형성된 채널을 제1채널이라 하며, 상기 제2단말(22)과 형성된 채널을 제2채널이라 한다. 그리고 상기 제k단말(24)과 형성된 채널을 제k채널이라 한다. 상기 단말들(20, 22, 24) 각각은 상기 기지국(10)과 형성된 채널을 통해 신호 열을 수신하거나 송신한다. 한편 상기 단말들(20, 22, 24) 각각은 상기 기지국(10)과 형성된 채널의 상황을 파악하고, 이를 피드백 정보로써 상기 기지국(10)에게 전달한다. 상기 기지국(10)은 상기 단말들(20, 22, 24)로부터 제공되는 피드백 정보에 의해 부호화 방식 또는 변조 방식을 결정한다. 또한 본 발명의 실시 예에 따라 상기 기지국(10)은 상기 피드백 정보에 의해 상기 단말들(20, 22, 24) 별로 전송할 신호 열에 대한 송신 안테나를 할당하거나 가중치를 부여하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 기지국과 단말간의 특정 채널을 통해 이루어지는 시그널링 절차를 보이고 있는 도면이다. 상기 도 2에서는 하나의 채널을 통 해 이루어지는 시그널링 절차만을 보이고 있으나 기지국에 의해 형성된 모든 채널들을 통해서도 동일한 시그널링 절차가 적용됨은 자명할 것이다.
상기 도 2를 참조하면, 기지국은 210단계에서 특정 단말로의 신호를 송신하는 신호 송신 단계를 수행한다. 이때 송신된 신호는 상기 단말과 형성된 특정 채널을 통해 전송되는 채널 단계를 거치게 된다. 한편 상기 단말은 상기 신호를 상기 특정 채널을 통해 수신하는 신호 수신 단계를 수행한 후 상기 신호의 수신에 따른 피드백 정보를 생성하는 피드백 정보 생성단계를 수행한다. 이렇게 생성된 피드백 정보는 212단계에서 상기 단말로부터 상기 기지국으로 전송된다. 상기 기지국은 상기 피드백 정보를 수신한 후 상기 피드백 정보를 확인하는 피드백 정보 처리단계를 수행한다. 그리고 상기 기지국은 상기 확인된 피드백 정보에 의해 상기 특정 채널을 통해 전송할 신호 열에 대해 송신 안테나를 지정하거나 가중치를 부여한다. 상기 기지국은 214단계에서 상기 피드백 정보에 의해 처리된 신호를 상기 특정 채널을 통해 상기 단말로 전송한다. 상기 기지국과 상기 단말간에는 상기 210단계 내지 214단계에 의한 신호 및 그에 대응한 피드백 정보의 송/수신이 지속적으로 이루어진다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 특정 단말의 구조를 보이고 있는 도면이다. 상기 도 3에서는 송신측을 기지국이라 가정하고, 수신측을 단말이라 가정하고 있다. 하지만 송신측을 단말이라 가정하고, 수신측을 기지국이라 가정하더라도 후술 될 본 발명이 동일하게 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
상기 도 3을 참조하면, 신호 송신부(302)는 전송할 신호 열과 피드백 정보를 입력하고, 상기 신호 열을 상기 피드백 정보를 참조하여 전송한다. 상기 신호 송신부(302)는 일반 신호 처리부와 공간 신호 처리부를 포함한다. 상기 신호 송신부(302)의 일반 신호 처리부는 단말에 전달할 하나의 신호 열을 두 개의 신호 열들로 분류하고, 상기 분류된 두 신호 열들 별로 전력 제어 및 변조 코딩 제어를 실시한다. 이와 같은 제어를 실시한 각 신호 열들은 상기 신호 송신부(302)의 공간 신호 처리부로 출력된다. 상기 신호 송신부(302)의 공간 신호 처리부는 상기 각 신호 열들에 대해 2개 인자들로 구성된 한 개의 빔포밍 가중치 벡터를 이용하여 그룹방식 빔포밍 처리한다. 상기 그룹방식 빔포밍에 의해서는 상기 신호 열들을 복수의 신호 그룹으로 구분하고, 상기 각 신호 그룹마다 동일한 가중치 벡터가 승산 된다. 한편 상기 2개 인자들로 구성된 한 개의 빔포밍 가중치 벡터는 상기 단말로부터 수신 받은 피드백 정보에 의해 결정된다. 상기 신호 송신부(302)는 상기 그룹방식 빔포밍 처리한 결과들을 안테나 별로 출력한다.
상기 안테나 별로 출력되는 신호는 다중경로 송신채널(310)을 통해 상기 단말로 전송된다. 상기 다중경로 송신채널(310)은 다중 송신 안테나 및 다중 경로 이동 통신 채널 특성을 포함한다. 따라서 상기 다중경로 송신채널(310)은 안테나 별로 출력된 신호에 대해 이득과 위상 그리고 지연으로 구성되는 다중 송신 안테나 및 다중 경로 이동 통신 채널 특성을 각각 인가한다. 이에 추가하여 상기 신호들 각각에 대해서는 잡음이 더해진다. 상기 잡음이 더해진 신호들은 각 단말 별로 수신될 것이다.
상기 단말을 구성하는 신호 수신부(322)는 상기 다중경로 송신채널(310)을 통해 수신한 신호에 대해 복조 및 복호를 수행하여 상기 기지국이 전송하고자 했던 신호 성분을 출력한다. 그리고 피드백 정보 생성부(324)는 상기 신호 수신부(322)의 처리 결과를 입력하고, 상기 처리 결과에 의해 상기 다중경로 송신채널(310)의 상황에 따른 피드백 정보를 생성한다. 이렇게 생성된 피드백 정보는 상기 기지국으로 전송된다.
상기 피드백 정보는 상기 기지국을 구성하는 피드백 정보 처리부(304)로 제공된다. 상기 피드백 정보 처리부(304)는 상기 단말로부터의 피드백 정보를 확인하고, 상기 확인 결과에 의해 채널 선택 정보, 전력 제어 및 변조/부호화 정보 및 송신 안테나 별 가중치 정보를 결정한다. 그 후 상기 결정한 채널 선택 정보, 전력 제어 및 변조/부호화 정보 및 송신 안테나 별 가중치 정보를 상기 신호 송신부(302)로 전달한다.
도 4 내지 도 6은 상기 도 3에서 보이고 있는 신호 송신부(302)의 구체적인 예들을 보이고 있는 도면이다. 상기 도 4에서는 피드백 정보에 의해 각 신호 열들이 전송될 송신 안테나들이 지정되는 예에 따른 신호 송신부(302)의 구조를 보이고 있다. 상기 도 5와 상기 도 6에서는 피드백 정보에 의해 각 신호 열들 별로 가중치를 부여하여 전송하는 예에 따른 신호 송신부(302)의 구조를 보이고 있다.
첫 번째로 상기 도 4를 참조하면, 전송하고자 하는 데이터 스트림은 다중화부(410)로 입력된다. 상기 데이터 스트림을 전송할 채널들은 피드백 정보 처리부(304)로부터의 채널 선택 정보에 의해 미리 결정된다. 즉 기지국에 의해 접근이 가능한 고속 물리 하향 공유 채널들 중 상기 채널 선택 정보에 의해 지정된 일정 수 의 채널들이 선택된다. 물론 상기 채널 선택 정보는 단말로부터의 피드백 정보에 의해 결정된다.
상기 다중화부(410)는 상기 데이터 스트림을 적어도 두 개의 신호 열들로 분류한다. 이하 설명에서는 편의를 위해 두 개의 신호 열들로 분류되는 것으로 한정하여 설명한다. 상기 다중화부(410)에 의해 분류된 제1신호 열은 제1적응 변조/부호화부(412)로 전달되며, 나머지 제2신호 열은 제2적응 변조/부호화부(414)로 전달된다. 상기 제1적응 변조/부호화부(412)는 상기 피드백 정보 처리부(304)로부터의 전력 및 변조 코딩 정보들을 이용하여 상기 제1신호 열에 대해 전력 제어, 변조 및 부호화를 실시한 후 대역 확산 신호를 승산한다. 상기 제2적응 변조/부호화부(414)는 상기 피드백 정보 처리부(304)로부터의 전력 및 변조 코딩 정보들을 이용하여 상기 제2신호 열에 대해 전력 제어, 변조 및 부호화를 실시한 후 대역 확산 신호를 승산한다. 이때 상기 피드백 정보 처리부(304)로부터 제공되는 전력 및 변조 코딩 정보 또한 상기 단말로부터의 피드백 정보에 의해 결정된다. 상기 제1적응 변조/부호화부(412)와 상기 제2적응 변조/부호화부(414)로부터의 신호 열들은 스위칭부(416)로 전달된다.
상기 스위칭부(416)는 상기 제1적응 변조/부호화부(412)를 대응하는 복수의 송신 안테나들 중 어느 하나의 송신 안테나로 연결하기 위한 제1스위치와, 상기 제2적응 변조/부호화부(414)를 대응하는 복수의 송신 안테나들 중 어느 하나의 송신 안테나로 연결하기 위한 제2스위치로 구성된다. 일 예로써, 상기 제1스위치에 의해서는 제1송신 안테나(ANT #1)와 제3송신 안테나(ANT #3)가 선택되며, 상기 제2스위 치에 의해서는 제2송신 안테나(ANT #2)와 제4송신 안테나(ANT #4)가 선택된다.
한편 상기 스위치부(416)는 상기 피드백 정보 처리부(304)로부터의 송신 안테나 선택신호에 의해 제어된다. 상기 제1스위치 또는 상기 제2스위치에 의해 연결될 수 있는 송신 안테나의 개수에 의해 상기 송신 안테나 선택신호의 비트 수가 결정될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 네 개의 송신 안테나들을 가정하고 있음에 따라, 상기 송신 안테나 선택신호는 1비트로 구성할 수 있다. 상기 송신 안테나 선택신호는 상기 단말로부터의 피드백 정보에 의해 결정된다.
전술한 가정 하에 상기 송신 안테나 선택신호로 1이 입력되면, 상기 제1스위치와 상기 제2스위치는 온 상태가 된다. 따라서 상기 제1적응 변조/부호화부(412)의 출력은 상기 제1송신 안테나(ANT #1)로 연결되고, 상기 제2적응 변조/부호화부(414)의 출력은 상기 제2송신 안테나(ANT #2)로 연결된다.
그렇지 않고 상기 송신 안테나 선택신호로 0이 입력되면, 상기 제1스위치와 상기 제2스위치는 오프 상태가 된다. 따라서 상기 제1적응 변조/부호화부(412)의 출력은 상기 제3송신 안테나(ANT #3)로 연결되고, 상기 제2적응 변조/부호화부(414)의 출력은 상기 제4송신 안테나(ANT #4)로 연결된다.
상기 도 4의 구성들 중 다중화부(410)와 두 개의 적응 변조/부호화부들(412, 414)에 의해 일반 신호 처리부가 구성되며, 스위칭부(416)와 송신 안테나부(418)에 의해 공간 신호 처리부가 구성된다.
<구현 예>
단말이 수신한 신호(y(t)는 하기 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004030993316-PAT00001
여기서, H(t)는 기지국으로부터 전송된 M r×M t MIMO 채널 메트릭(M r×M t MIMO channel matrix from the Node -B), s(t)는 M t×1의 전송된 심볼 벡터( M t×1 transmitted symbol vector), n(t)는 각 엘리먼트의 분배 CN(0,N 0 /2I Mr )에 의한 M r×1의 가변 백색 가우시안 잡음 벡터(M r × 1 additive white Gaussian noise (AWGN) vector with distribution CN(0,N 0/2I Mr ) for each element), W(t)는 빔포밍 전송을 위해 사용된 메트릭(matrix used for transmit beamforming), x(t)는 빔포머에 의해 전송된 신호 벡터(signal vector transformed by beamformer (x(t) = W(t)s(t))), y(t)는 M r × 1의 수신된 심볼 벡터(received symbol vector (t : the index of the time-slot))이다.
상기 단말은 비선형 수신기를 사용하며, SIC 기법을 적용할 시 상기 y(t)로부터 잡음 성분 등을 제거하기 위한 파라미터(Gm,k(t))를 구한다. 상기 Gm,k(t)은 상기 SIC 기법을 적용하기 위해 수신측에서 반드시 필요한 파라미터로써, 하기 <수학식 2>에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112004030993316-PAT00002
여기서, I Mtm-n 은 Mt-m dimension square identity matrix이고,
Figure 112004030993316-PAT00003
은 deflated version of the beam-formed channel matrix으로써
Figure 112004030993316-PAT00004
로 정의된다.
한편 MIMO 시스템에서의 처리량은 하기 <수학식 3>에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112004030993316-PAT00005
여기서
Figure 112004030993316-PAT00006
는 signal-to-noise ratio이며, c f(x)는 capacity function depending on the running system (e.g., c f(x) = log 2(1+x))이다.
상기 단말은 상기 <수학식 3>에 의해 처리량이 결정되면, 하기 <수학식 4>에 의해 피드백 정보를 결정한다.
Figure 112004030993316-PAT00007
상기 <수학식 4>에서 k0는 단말이 최대의 처리량을 얻을 수 있도록 하는 값으로써, 상기 k0에 의해 기지국에서 사용할 가중치가 결정된다.
한편 상기 단말은 상기 <수학식 4>에 의해 가중치 인덱스가 결정되면, 이를 피드백 정보로써 상기 기지국으로 전송한다.
한편 상기 기지국은 상기 가중치 인덱스에 의해 선택될 수 있는 가중치 메트릭을 가진다. 상기 가중치 메트릭에 하기 <수학식 5>와 같다.
Figure 112004030993316-PAT00008
상기 <수학식 5>에서 보이고 있는 바와 같이 단말로부터의 피드백 정보에 의해서는 두 개의 메트릭들 중 하나의 메트릭이 선택될 수 있다. 만약 상기 단말로부터 피드백 정보로 W1이 제공되면, 첫 번째 메트릭이 선택된다. 상기 첫 번째 메트릭이 선택될 시 상기 도 4에서 제1 및 제2스위치가 온 위치에 놓이게 된다. 즉 상기 제1스위치를 통해 ANT #1에 연결되는 경로 및 상기 제2스위치를 통해 ANT #2에 연결되는 경로의 가중치로 1이 입력되며, 상기 제1스위치를 통해 ANT #3에 연결되는 경로 및 상기 제2스위치를 통해 ANT #4에 연결되는 경로의 가중치로 0이 입력된다. 따라서 제1적응 변조/부호화부(412)로부터 출력되는 신호 열은 상기 ANT #1로 만 전달되며, 상기 ANT #3으로는 전달되지 않는다. 그리고 제2적응 변조/부호화부(414)로부터 출력되는 신호 열은 상기 ANT #2로만 전달되며, 상기 ANT #4로는 전달되지 않는다.
두 번째로 상기 도 5를 참조하면, 전송하고자 하는 데이터 스트림은 다중화부(510)로 입력된다. 상기 데이터 스트림을 전송할 채널들은 피드백 정보 처리부(304)로부터의 채널 선택 정보에 의해 미리 결정된다. 즉 기지국에 의해 접근이 가능한 고속 물리 하향 공유 채널들 중 상기 채널 선택 정보에 의해 지정된 일정 수의 채널들이 선택된다. 물론 상기 채널 선택 정보는 단말로부터의 피드백 정보에 의해 결정된다.
상기 다중화부(510)는 상기 데이터 스트림을 적어도 두 개의 신호 열들로 분류한다. 이하 설명에서는 편의를 위해 두 개의 신호 열들로 분류되는 것으로 한정하여 설명한다. 상기 다중화부(510)에 의해 분류된 제1신호 열은 제1적응 변조/부호화부(512)로 전달되며, 나머지 제2신호 열은 제2적응 변조/부호화부(514)로 전달된다. 상기 제1적응 변조/부호화부(512)는 상기 피드백 정보 처리부(304)로부터의 전력 및 변조 코딩 정보들을 이용하여 상기 제1신호 열에 대해 전력 제어, 변조 및 부호화를 실시한 후 대역 확산 신호를 승산한다. 상기 제2적응 변조/부호화부(514)는 상기 피드백 정보 처리부(304)로부터의 전력 및 변조 코딩 정보들을 이용하여 상기 제2신호 열에 대해 전력 제어, 변조 및 부호화를 실시한 후 대역 확산 신호를 승산한다. 이때 상기 피드백 정보 처리부(304)로부터 제공되는 전력 및 변조 코딩 정보 또한 상기 단말로부터의 피드백 정보에 의해 결정된다. 상기 제1적응 변조/부 호화부(512)와 상기 제2적응 변조/부호화부(514)로부터의 신호 열들은 컴바이너(516)로 전달된다.
상기 컴바이너(516)는 상기 제1적응 변조/부호화부(512)로부터의 신호 열을 서로 다른 가중치(W1, W2)에 의해 승산하고, 상기 서로 다른 가중치가 승산된 두 개의 신호 열들 각각을 대응하는 송신 안테나들(ANT #1, ANT #3)로 전달한다. 그리고 상기 제2적응 변조/부호화부(514)로부터의 신호 열을 서로 다른 가중치(W1, W2)에 의해 승산하고, 상기 서로 다른 가중치가 승산된 두 개의 신호 열들 각각은 대응하는 송신 안테나들(ANT #2, ANT #4)로 전달된다.
상기 컴바이너(516)에서의 가중치들(W1, W2)은 상기 단말로부터의 피드백 정보에 의해 상기 피드백 정보 처리부(304)가 결정한다. 상기 피드백 정보 처리부(304)는 상기 가중치들을 결정하기 위해 기지국에서 사용할 수 있는 가중치들을 상기 단말과 미리 약속하여 정하여 둔다. 그리고 상기 단말로부터 제공되는 가중치 인덱스 정보에 대응하는 가중치들을 선택하여 상기 컴바이너(516)로 전달한다.
<구현 예>
두 번째 실시 예에서의 기본적인 동작은 전술한 첫 번째 실시 예에서의 동작이 동일하게 적용될 수 있다. 단지 단말로부터 기지국으로 제공되는 피드백 정보로써, 2비트를 사용하며 동일한 신호 열이 전달되는 복수의 안테나 별로 가중치를 부여할 수 있다는 차이점을 가진다.
복수의 안테나들 별로 부여하기 위해 기지국과 단말간에 미리 약속된 메트 릭의 일예는 하기 <수학식 6>과 같다.
Figure 112004030993316-PAT00009
여기서 가중치 W1, W2는 하기 <수학식 7>로 정의될 수 있다.
Figure 112004030993316-PAT00010
단말은 상기 <수학식 7>에 의해 최적의 가중치의 조합을 결정하고, 상기 가중치의 조합을 표현하기 위한 2비트의 가중치 인덱스 정보를 피드백 정보로써 상기 기지국으로 전달한다. 상기 <수학식 7>에서도 알 수 있듯이, 가중치 W1은 고정된 값을 가지며 가중치 W2만이 변화됨을 알 수 있다.
상기 기지국은 상기 2비트의 가중치 정보에 의해 사용할 가중치 메트릭을 결정하고, 이를 컴바이너(516)로 제공함으로써, 각 경로 별(신호 그룹 별)로 고유한 가중치를 제공한다.
세 번째로 상기 도 6을 참조하면, 전송하고자 하는 데이터 스트림은 다중화 부(610)로 입력된다. 상기 데이터 스트림을 전송할 채널들은 피드백 정보 처리부(304)로부터의 채널 선택 정보에 의해 미리 결정된다. 즉 기지국에 의해 접근이 가능한 고속 물리 하향 공유 채널들 중 상기 채널 선택 정보에 의해 지정된 일정 수의 채널들이 선택된다. 물론 상기 채널 선택 정보는 단말로부터의 피드백 정보에 의해 결정된다.
상기 다중화부(610)는 상기 데이터 스트림을 적어도 두 개의 신호 열들로 분류한다. 이하 설명에서는 편의를 위해 두 개의 신호 열들로 분류되는 것으로 한정하여 설명한다. 상기 다중화부(610)에 의해 분류된 제1신호 열은 제1적응 변조/부호화부(612)로 전달되며, 나머지 제2신호 열은 제2적응 변조/부호화부(614)로 전달된다. 상기 제1적응 변조/부호화부(612)는 상기 피드백 정보 처리부(304)로부터의 전력 및 변조 코딩 정보들을 이용하여 상기 제1신호 열에 대해 전력 제어, 변조 및 부호화를 실시한 후 대역 확산 신호를 승산한다. 상기 제2적응 변조/부호화부(614)는 상기 피드백 정보 처리부(304)로부터의 전력 및 변조 코딩 정보들을 이용하여 상기 제2신호 열에 대해 전력 제어, 변조 및 부호화를 실시한 후 대역 확산 신호를 승산한다. 이때 상기 피드백 정보 처리부(304)로부터 제공되는 전력 및 변조 코딩 정보 또한 상기 단말로부터의 피드백 정보에 의해 결정된다. 상기 제1적응 변조/부호화부(612)와 상기 제2적응 변조/부호화부(614)로부터의 신호 열들은 컴바이너(616)로 전달된다.
상기 컴바이너(616)는 상기 제1적응 변조/부호화부(612)로부터의 신호 열을 서로 다른 가중치(W11, W21)에 의해 승산하고, 상기 서로 다른 가중치가 승산된 두 개의 신호 열들 각각을 대응하는 송신 안테나들(ANT #1, ANT #3)로 전달한다. 그리고 상기 제2적응 변조/부호화부(614)로부터의 신호 열을 서로 다른 가중치(W21, W22 )에 의해 승산하고, 상기 서로 다른 가중치가 승산된 두 개의 신호 열들 각각은 대응하는 송신 안테나들(ANT #2, ANT #4)로 전달된다.
상기 컴바이너(616)에서의 가중치들(W11, W21, W12, W22)은 상기 단말로부터의 피드백 정보에 의해 상기 피드백 정보 처리부(304)가 결정한다. 상기 피드백 정보 처리부(304)는 상기 가중치들을 결정하기 위해 기지국에서 사용할 수 있는 가중치들을 상기 단말과 미리 약속하여 정하여 둔다. 그리고 상기 단말로부터 제공되는 가중치 인덱스 정보에 대응하는 가중치들을 선택하여 상기 컴바이너(616)로 전달한다. 이때 상기 가중치를 결정하기 위해 전달되는 가중치 인덱스는 두 번째 실시 예와 같이 2비트로 구성된다.
도 7은 앞에서 살펴본 본 발명의 실시 예들 각각의 성능을 보이고 있는 그래프이다. 상기 도 7에서 보여지듯이 본 발명의 실시 예들에 따른 성능이 거의 유사하게 나타나고 있음을 알 수 있다. 그렇지만 세 번째 실시 예를 적용할 시 가장 양호한 성능을 보이고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 다중 수신 안테나를 포함하는 단말과 다중 송신 안테나를 포함하는 기지국을 고려하는 이동 통신 장치 및 방법은 단말에서 기지국으로 궤환되는 다중 안테나 다중 경로 채널의 하향 특성을 반영한 가중치들을 이용하여, 각 신호 열 그룹마다 동일한 가중치 벡터를 승산하는 그룹방식 빔포밍을 수행함에 따라 수신 받는 궤환 가중치 벡터 수를 한 개로 줄여 궤환 정보의 양을 최소화 시키면서도, 신호 열 그룹간의 간섭은 수신기의 다중 수신 안테나들로 처리하는 다중 송수신 (MIMO) 간섭 제거 원리에 근거하여 여전히 전송 데이타 량을 최대화하는 효과를 갖는다. 특히 이동국에서 successive interference cancellation (SIC)와 같은 향상된 수신 방법을 사용할 경우 그 효과가 탁월하다.

Claims (2)

  1. 복수의 안테나들 별로 적응적 변조/부호화 방식을 사용하는 공간 다중화 다중 입력 다중 출력 시스템에서, 기지국에 의해 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
    단말로부터의 피드백 정보를 수신하는 과정과,
    상기 피드백 정보로부터 가중치 선택 정보를 획득하고, 상기 가중치 선택 정보에 의해 상기 안테나 별 가중치들을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 가중치들에 의해 상기 안테나를 통해 전송할 신호 열들 각각을 승산한 후 대응하는 안테나를 통해 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 복수의 안테나들 별로 적응적 변조/부호화 방식을 사용하는 공간 다중화 다중 입력 다중 출력 시스템의 기지국에서 데이터를 전송하는 장치에 있어서,
    단말로부터의 피드백 정보를 수신하여 가중치 선택 정보를 획득하고, 상기 가중치 선택 정보에 의해 상기 안테나 별 가중치들을 결정하는 피드백 정보 처리부와,
    상기 결정된 가중치들에 의해 상기 안테나를 통해 전송할 신호 열들 각각을 승산한 후 대응하는 안테나를 통해 전송하는 컴바이너를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
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