KR20060038812A - 다중입출력 시스템의 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법 및이를 이용한 신호 전송 방법 - Google Patents

다중입출력 시스템의 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법 및이를 이용한 신호 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중입출력(Multi-Input Multi-Output) 시스템에서, 적어도 하나의 서브행렬을 포함하는 대각행렬 형태의 선행 코딩 행렬 정보를 이용한 신호 전송 방법에 있어서, 상기 서브행렬을 구성하는 행렬 요소들의 정보를 수신하는 제 1 단계와, 상기 수신한 정보를 이용하여, 상기 서브 행렬 요소들을 복원하는 제 2 단계와, 송수신을 수행하는 안테나의 개수에 따라, 상기 제 1 단계 및 상기 제 2 단계를 반복 수행하여 선행 코딩 행렬 정보를 획득하는 단계 및 상기 선행 코딩 행렬 정보를 이용하여 신호를 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 다중입출력 시스템의 신호 전송 방법에 관한 것으로써, 효율적으로 선행 코딩 행렬에 관한 정보를 송신측에 전송할 수 있는 효과가 있다.
다중입출력(MIMO) 시스템, 선행 코딩 행렬, 코드 북

Description

다중입출력 시스템의 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법 및 이를 이용한 신호 전송 방법{Method for Transmitting Precoding Matrix and Transmitting Signal Using the Precoding Matrix}
도 1 은 종래 기술에 따른 다중 입출력 시스템을 나타낸 일실시예 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 다중 입출력 시스템을 나타낸 일실시예 구성도.
도 3 도 3 은 수학식 8 에 나타낸 a 와 b 의 성질을 이용하여 코드북을 구성하는 방법을 나타낸 일실시예 설명도.
본 발명은 다중 입출력(MIMO; Multi-Input Multi-Output) 시스템에 있어서, 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법 및 이를 이용한 신호 전송 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 선행 코딩 행렬을 적어도 하나의 서브 코딩 행렬로 구성하고, 서브 코딩 행렬을 이루는 행렬 요소들에 상응하는 정보를 전송단에 피드백함으로써, 보다 간명한 코드북을 이용하여 신호 전송을 수행할 수 있도록 한 신호 전송 방법에 관한 것이다.
도 1 은 종래 기술에 따른 다중 입출력 시스템을 나타낸 일실시예 구성도이 다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 수신단에서 채널행렬 H 를 이용하여 선행코딩(가중치) 행렬(Precoding Matrix) W 를 계산한 후, 그 값을 직접 송신단에 피드백할 수 있다. 한편, W 가 가질 수 있는 여러 값을 미리 정의해두고, 송신단과 수신단이 모두 그 집합을 공유한 상태에서 W 와 가장 유사한 행렬의 인덱스만을 피드백 할 수도 있다. 상기 W 가 가질 수 있는 여러 값들의 집합을 코드북이라고 한다.
송신단과 수신단이 공유하는 코드북을 이용하여 W 행렬의 인덱스를 피드백 하는 경우, W 행렬은 송수신 안테나의 개수에 의해 결정되므로, 송신 안테나와 수신 안테나의 개수가 증가하면 코드북을 구성하는 W 의 개수가 지수적으로 증가해야 한다. 즉, 실제 W 값 자체가 송신단으로 피드백 되는 것이 아니고, 코드 북을 구성하는 W 값들 중, 실제 W 값에 가장 유사한 W 값의 인덱스만이 피드백되므로, 안테나의 개수가 조금만 증가해도, 코드 북이 가져야 할 W 값들은 매우 큰 폭으로 증가하게 된다.
예를 들어, W 가 2 x 2 행렬인 경우, W 행렬 안에 존재하는 요소(element)는 4 개에 불과하므로, 코드 북에 이들의 조합으로 구성된 행렬이 8 개가 존재하는 경우에도, 그중에서 실제 W 행렬과 유사한 행렬을 선택하는 것이 어렵지 않다. 따라서, W 행렬 정보의 피드백에 따른 성능 저하가 그리 크지 않다.
그러나, W 가 4 x 4 행렬인 경우, W 행렬 안에 존재하는 요소는 16 개 이므로, 상기 2 x 2 행렬의 예에서와 같이, 코드북에 8 개의 W 행렬 밖에 없다면, 코드북에서 실제 W 와 가장 근사한 W 가 선택된다고 하더라도, 실제 W 와 코드북에서 선택된 W 사이에는 큰 차이가 있다. 따라서, 선택된 W 의 인덱스를 송신단에 전송 하게 되면, 송신단에서는 실제 W 와 큰 차이가 있는 W 를 수신하게 되므로, 성능 저하가 크다. 따라서, W 가 4 x 4 행렬인 경우에는, 적어도 64 개 이상의 예비적인 W 들로 코드북을 구성해야 큰 성능 저하를 막을 수 있다.
그러나, 이러한 경우에는, 송신단에 전송되는 비트 수가 안테나 수에 따라 달라질 뿐 아니라, 64개 이상의 행렬을 저장하기 위한 메모리도 크게 할당되어야 하므로, 구현상 비효율적이다. 한편, 송수신 안테나의 수가 증가함에 따라 코드북이 가져야 하는 예비 W 의 수가 지수적으로 증가하므로, 향후 안테나 수의 증가에 대비하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은, 다중 입출력 시스템에 있어서, 선행 코딩 행렬 정보를 피드백 함에 있어서, 보다 간명한 코드북을 구성하고, 이를 이용하여 보다 효율적으로 선행 코딩 행렬에 대한 정보를 피드백하기 위한 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법 및 이를 이용한 신호 전송 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다중입출력(Multi-Input Multi-Output) 시스템에서, 적어도 하나의 서브행렬을 포함하는 대각행렬 형태의 선행 코딩 행렬 정보를 이용한 신호 전송 방법에 있어서, 상기 서브행렬을 구성하는 행렬 요소들의 정보를 수신하는 제 1 단계와, 상기 수신한 정보를 이용하여, 상기 서브 행렬 요소들을 복원하는 제 2 단계 및 송수신을 수행하는 안테나의 개수에 따라, 상기 제 1 단계 및 상기 제 2 단계를 반복 수행하여 선행 코딩 행렬 정보를 획득하 는 단계 및 상기 선행 코딩 행렬 정보를 이용하여 신호를 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명은 다중입출력(Multi-Input Multi-Output) 시스템에서, 적어도 하나의 서브행렬을 포함하는 대각행렬 형태의 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법에 있어서, 미리 지정된 행렬 요소들의 집합으로부터, 특정 조건을 만족하는 서브 행렬을 위한 행렬 요소를 검색하는 단계 및 상기 검색된 행렬 요소 정보를 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 다중 입출력 시스템을 나타낸 일실시예 구성도이다. 도 2 를 참조하면, W 행렬의 형태를 수학식 1 의 형태로 구성할 수 있다.
Figure 112004050447963-PAT00001
수학식 1 에서,
Figure 112004050447963-PAT00002
이고, a* 은 a 의 공액복소수(conjugate)를 의미한다.
수신단의 수신 신호 벡터 x 는 수학식 2 와 같이 표현된다.
x = HWs + v
상기 수학식 1 에서, x 는 수신 신호 벡터, H 는 채널행렬, W 는 선행코딩 행렬, s 는 선행 코딩이 수행되기 이전의 송신 신호벡터, v 는 백색 잡음(White Noise)
Figure 112004050447963-PAT00003
을 나타낸다.
송신 신호 벡터 s 를 구하기 위해 상기 수학식 2 의 양변에 W-1 H-1 를 곱하면, 수학식 3 과 같이 표현할 수 있다.
W-1 H-1 x = s + W-1 H-1 v
수학식 3 에서, W-1 는 WH , H-1 는 G 라고 가정하면, W-1 H -1 는 수학식 4 와 같이 나타낼 수 있다. 상기 G 는 H 의 유사 역행렬(psedo inverse of H)이다. 수학식 4 는, 도 2 의 예에서 M=4 로 가정한 것이다.
Figure 112004050447963-PAT00004
수학식 1 을 참조하면, 수학식 4 에 있어서, W1 에 해당하는 행렬은
Figure 112004050447963-PAT00005
이다. W1 에 상응하는 선형 조합은 수학식 5 와 같다.
Figure 112004050447963-PAT00006
상기 수학식 5 에 있어서, 수학식 6 또는 7 을 만족하는 a, b 값을 구하되, 코드북을 구성하는 ai 및 bi 값들 중에서 보다 우수한 신호대 잡음비(SNR; Signal to Noise Ratio)를 만족하는 가장 근사한 값을 검색하여, 검색된 ai 및 bi 값을 a, b 값으로 정할 수 있다.
Figure 112004050447963-PAT00007
Figure 112004050447963-PAT00008
수학식 6 및 수학식 7 에서, Gi(j) = 2 * (i-1) + G 행렬의 j 번째 행을 의미한다.
상기 코드북을 구성하는 방법은 2 차원적으로 구성하는 방법과 1 차원적으로 구성하는 방법이 있다. 2 차원적으로 구성하는 방법은, {(a,b)} 와 같이 a 및 b 값의 조합으로 코드 북을 구성하는 것을 의미한다.
한편, a 와 b 는 수학식 8 을 만족하는 관계에 있으므로, a 값 혹은 b 값이 주어지면 하나를 이용하여 다른 하나를 구할 수 있게되고, 따라서, a 값 이나 b 값중 어느 하나로 코드북을 구성하는 것을 의미한다.
Figure 112004050447963-PAT00009
도 3 은 수학식 8 에 나타낸 a 와 b 의 성질을 이용하여 코드북을 구성하는 방법을 나타낸 일실시예 설명도이다. 수학식 8 에 나타낸 바와 같이, a 및 b 값의 관계를 이용하면, 도 3 과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 성상도(constellation) 내에 a 및 b 값은 반지름을 1 로 하는 원위에 위치하게 된다.
따라서, 코드북을 구성할 특정한 a, b 의 값들을 규정하기 위해서는 원 위에 있는 값들을 일정하게 양자화(quantize) 할 필요가 있다. 도 3 은 본 발명에 따라, a, b 값을 양자화하는 일례로써, π/4 rad 를 기준으로 a, b 값을 양자화 하는 일례를 나타낸 것이다.
상기와 같이, 양자화된 a 또는 b 값에 따라, 코드북의 구성을 보다 단순하게 할 수 있으므로, 코드북을 저장하기 위한 메모리의 부담을 줄일 수 있다. 또한, a 값 및 b 값을 선택할 때, 우수한 SNR 을 가지는 값을 선택하게 되므로, 비트 오류율(BER; Bit Error Rate) 성능을 향상시킨다. 또한, 송신단에 있어서, W 가 한 행당 2 개의 요소(element)만 0 이 아닌(nonzero)값을 가지기 때문에 모든 요소가 0 이 아닌 값을 가지는 일반 W 행렬보다 최대 전력 대비 평균 전력비(Peak to Average Power Ratio)가 낮게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 가중치 행렬을 서브 행렬로 표현하고, 각 서브 행렬들을 구성하는 요소(element)들을 단순화 하고, 이를 코드북으로 구성함으로써 효율적으로 선행 코딩 행렬에 관한 정보를 송신측에 전송할 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 다중입출력(Multi-Input Multi-Output) 시스템에서, 적어도 하나의 서브행렬을 포함하는 대각행렬 형태의 선행 코딩 행렬 정보를 이용한 신호 전송 방법에 있어서,
    상기 서브행렬을 구성하는 행렬 요소들의 정보를 수신하는 제 1 단계;
    상기 수신한 정보를 이용하여, 상기 서브 행렬 요소들을 복원하는 제 2 단계;
    송수신을 수행하는 안테나의 개수에 따라, 상기 제 1 단계 및 상기 제 2 단계를 반복 수행하여 선행 코딩 행렬 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 선행 코딩 행렬 정보를 이용하여 신호를 전송하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 다중입출력 시스템의 신호 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브행렬은 2 x 2 행렬인 것을 특징으로 하는 다중입출력 시스템의 신호 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 행렬 요소들의 정보는, 상기 행렬 요소들 각각에 상응하는 인덱스인 것을 특징으로 하는 다중입출력 시스템의 신호 전송 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 인덱스는, 상기 다중입출력 시스템의 송신측 및 수신측에 공통적으로 규정된 상기 행렬 요소들의 집합에서, 특정 행렬 요소을 검색하기 위한 인덱스인 것을 특징으로 하는 다중입출력 시스템의 신호 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는, 상기 행렬 요소들의 집합에서 상기 인덱스에 상응하는 행렬 요소를 검색하는 단계; 및
    상기 검색된 행렬 요소를 이용하여 상기 서브 행렬 요소를 복원하는 단계를 포함하여 이루어지는 다중입출력 시스템의 신호 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 검색된 행렬 요소가 a, b 인 경우, 상기 서브 행렬은
    Figure 112004050447963-PAT00010
    인 것을 특징으로 하는 다중입출력 시스템의 신호 전송 방법.
  7. 다중입출력(Multi-Input Multi-Output) 시스템에서, 적어도 하나의 서브행렬을 포함하는 대각행렬 형태의 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법에 있어서,
    미리 지정된 행렬 요소들의 집합으로부터, 특정 조건을 만족하는 서브 행렬 을 위한 행렬 요소를 검색하는 단계; 및
    상기 검색된 행렬 요소 정보를 전송하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 다중입출력 시스템의 선행 코딩 행렬 정보 전송방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 서브행렬은 2 x 2 행렬인 것을 특징으로 하는 다중입출력 시스템의 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 특정 조건은, 상기 행렬 요소들 중 신호대 잡음비(SNR; Signal to Noise Ratio}에 대한 조건인 것을 특징으로 하는 다중입출력 시스템의 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 특정 조건은, 상기 행렬 요소가 a, b 이고, 서브 행렬을
    Figure 112004050447963-PAT00011
    , 채널 행렬의 유사 역행렬을
    Figure 112004050447963-PAT00012
    라고 할 때, 상기 미리 지정된 행렬 요소들의 집합 중
    Figure 112004050447963-PAT00013
    를 만족하는 것임을 특징으로 하는 다 중입출력 시스템의 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 특정 조건은, 상기 행렬 요소가 a, b 이고, 서브 행렬을
    Figure 112004050447963-PAT00014
    , 채널 행렬의 유사 역행렬을
    Figure 112004050447963-PAT00015
    라고 할 때, 상기 미리 지정된 행렬 요소들의 집합 중
    Figure 112004050447963-PAT00016
    를 만족하는 것임을 특징으로 하는 다중입출력 시스템의 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 행렬 요소가 a, b 이고, 서브 행렬을
    Figure 112004050447963-PAT00017
    라고 할 때, a, b 값은
    Figure 112004050447963-PAT00018
    를 만족하고, 미리 지정된 행렬 요소들의 집합은, 상기
    Figure 112004050447963-PAT00019
    를 만족하는 복소수 중에서 일정한 조건으로 양자화된 값인 것을 특징으로 하는 다중입출력 시스템의 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 a 혹은 b 값 중에서 어느 하나의 값에 상응하는 인덱스 값이 전송되는 것을 특징으로 하는 다중입출력 시스템의 선행 코딩 행렬 정보 전송 방법.
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