KR20070068300A - 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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KR20070068300A
KR20070068300A KR1020060134227A KR20060134227A KR20070068300A KR 20070068300 A KR20070068300 A KR 20070068300A KR 1020060134227 A KR1020060134227 A KR 1020060134227A KR 20060134227 A KR20060134227 A KR 20060134227A KR 20070068300 A KR20070068300 A KR 20070068300A
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김성진
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삼성전자주식회사
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Abstract

통신 시스템에서 데이터 송수신은 송신기는 미리 결정된 순서의 프리코딩 행렬을 사용하여 적어도 두개의 안테나를 통해 송신할 데이터를 프리코딩하여 수신기로 송신하고, 수신기는 미리 결정된 순서의 프리코딩 행렬로 프리코딩된 신호를 수신하고, 상기 프리코딩 행렬을 검출하고, 상기 프리코딩 행렬에 상응하는 합 레이트를 계산한 후, 상기 합 레이트가 전체 프리코딩 행렬별로 계산된 합 레이트들 중에서 미리 설정된 순위에 포함되면, 송신기와 상기 수신기간에 형성된 채널에 대한 품질 정보를 피드백한다.
프리코더, 프리코딩 행렬, 합 레이트

Description

통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING DATA IN A COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 일반적인 PU2RC-MIMO 방식을 사용하기 위한 송수신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 일반적인 PU2RC-MIMO 방식을 사용하기 위한 송신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 일반적인 피드백 알고리즘을 사용한 경우의 성능 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송수신기의 CQI 피드백 동작을 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기지국 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단말기 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 동작 과정을 개략적으로 도시한 순서도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 동작 과정을 개략적으로 도시한 순서도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 부분 채널 피드백 방식에 본 발명을 적용한 경우의 성능 그래프,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 감소된 채널 피드백 방식에 본 발명을 적용한 경우의 성능 그래프.
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
사용자당 단일 비율 제어-다중 입력 다중 출력(PU2RC-MIMO: Per User Unitary Rate Control-Multiple Input Multiple Output, 이하 'PU2RC-MIMO'라 칭하기로 한다)은 다중사용자 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 방식으로 여러 사용자에게 여러 개의 데이터 스트림(data stream)을 공간 도메인(spatial domain)을 이용하여 전반적인 시스템 성능 이득(system performance gain)을 얻을 수 있는 공간다중 접속 (SDMA: Spatial Division Multiple Access, 이하 'SDMA'라 칭하기로 한다) 방식이다.
상기 도 1은 일반적인 PU2RC-MIMO 방식을 사용하기 위한 송수신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 송신기는 일예로, 기지국(BS: Base Station)(100)을 나타내고, 수신기는 일예로 단말기(MS: Mobile Station)(150)라 가정하기로 한다. 상기 기지국(100)은 송신 스트림 선택기(transmit stream selector)(111)와 빔 형성기(103)를 포함하고, 상기 단말기(150)는 최소 평균 제곱 에러(MMSE: Minimum Mean Square Error)기(151)와 수신 스트림 선택기(receive stream selector)(153)를 포함한다.
상기 송신 스트림 선택기(111)는 각 단말기들로 송신할 데이터 스트림들을 입력받고, 상기 입력받은 데이터 스트림들 중에서 송신할 데이터 스트림을 선택한다. 상기 송신 스트림 선택기(111)에서 선택된 스트림은 상기 빔 형성기(113)로 출력된다.
상기 빔형성기(113)는 상기 선택된 데이터 스트림들에 대해서 프리코딩 행렬(precoding matrix) 즉, 단일 행렬(unitary matrix), V1 V2 … VG를 사용하여 부호화를 하고, 상기 부호화된 신호들을 빔 형성을 하여 다수개, 일예로 M개의 안테나를 통해서 송신한다. 상기 프리코딩 행렬은 송신기 즉, 기지국에서 공간상을 통해 송신하는 신호들 간의 직교성(orthogonality)을 보장하여 각 단말기들의 신호 간 간섭을 최소화하는 행렬이다.
상기 MMSE기(151)는 MMSE 방식을 사용하여 채널 추정을 하고, 상기 추정된 채널 정보를 사용하여 상기 송신기의 신호를 수신한다. 상기 MMSE기(151)에서 수신한 데이터 스트림은 수신 스트림 선택기(153)로 출력한다.
상기 수신 스트림 선택기(153)는 상기 MMSE기(151)에서 출력한 스트림을 상 기 송신기에서 사용한 프리코딩 행렬을 사용하여 신호를 수신한다.
상기 기지국(100)은 데이터 스트림을 프리코더 행렬인 V1,…,VG를 사용하여 보내되 사용자 별 공간 도메인 채널 상황에 따라 적응적으로 스트림을 할당하여 보내는 방법이 주된 목적이다. 이처럼 상기 기지국(100)에서 적응적으로 공간자원을 활용하기 위해서는, 각 단말기, 일예로 상기 단말기(100)는 각각의 Precoding matrix를 사용해서 보낼 때 단말기 자신이 수신할 수 있는 신호 대 간섭 잡음비(SINR: Signal and Interference and Noise Ratio, 이하 'SINR'라 칭하기로 한다)를 상기 기지국에게 반드시 알려주어야 한다. 이와 같은 동작을 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information) 피드백(feedback)이라고 한다. 그러면, 다음으로 일반적인 PU2RC-MIMO 방식을 사용한 송신기의 구조를 하기에 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.
상기 도 2는 일반적인 PU2RC-MIMO 방식을 사용하기 위한 송신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 송신기 즉, 기지국은 그룹퍼(grouper)(211), 스케줄러(scheduler)(213), 적응적 변조 및 코딩(Adaptive and Modulation Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다)기(215), 프리코더(precoder)(217), 제어부(controller)(223)를 포함한다. 여기서 상기 프리코더(217)는 프리코딩 행렬 적용부(precoding matrix applier)(219), 혼합기(mixer)(221)를 포함한다.
상기 그룹퍼(grouper)(211)는 각 단말기의 데이터 스트림을 입력받고, 상기 제어부(223)의 제어에 따라 각 단말기의 데이터 스트림을 그룹핑 즉, 다수개의 그룹으로 구분하고, 상기 그룹핑된 데이터 스트림을 상기 스케줄러(213)로 출력한다.
상기 스케줄러(213)는 상기 제어부(223)의 제어에 따라 그룹핑된 각 데이터 스트림들을 선택하고, 각 데이터 스트림을 프리코딩할 프리코딩 행렬을 생성한다. 상기 스케줄러(213)는 상기 스케줄링된 데이터 스트림들 각각을 AMC기들로 출력하고, 상기 프리코딩 행렬을 상기 프리코더(217)로 출력한다.
상기 AMC기(215)는 상기 제어부(223)의 제어에 따라 상기 스케줄러(213)를 통해 스케줄링된 데이터 스트림을 AMC 방식으로 변조 및 코딩을 수행한다. 상기 AMC기(215)는 상기 변조 및 코딩을 수행한 데이터 스트림을 상기 프리코더(217)로 출력한다.
상기 프리코더(217)는 상기 스케줄러(213)에서 출력되는 프리코딩 행렬을 사용하여 상기 AMC기들에서 출력되는 데이터 스트림에 프리코딩 행렬을 사용하여 프리 코딩을 수행한다. 상기 프리코딩을 통해서 각 단말기들로 송신되는 데이터 스트림을 서로들 간에 직교성을 유지하도록 하는 것이 가능하다.
상기 프리코더(217)의 상기 프리코딩 행렬 적용부(219)는 상기 프리코딩 행렬을 수신하고, 상기 수신된 프리코딩 행렬을 상기 프리코더에 입력되는 데이터 스트림에 적용하여 프리코딩을 수행하고, 상기 프리코딩 행렬 적용부(219)는 상기 프리코딩 행렬을 상기 혼합기(221)로 출력한다.
상기 혼합기(221)는 상기 프리코더(217)로부터 출력된 신호들을 혼합하고, 안테나를 통해 송신한다.
상기 프리코더(217) 내부의 상기 프리코딩 행렬 적용부(219)와 상기 혼합기(221)는 적어도 두개 이상으로 구성될 수 있고, 이에 상기 혼합기에 연결된 안테나 또한 두 개 이상의 다중 안테나를 사용한다.
상기 제어부(223)는 상기 기지국과 통신하는 다수개의 단말기들로부터 채널 품질 정보와 상기 프리코딩 행렬의 인덱스를 수신 즉, 피드백받는다. 그리고 상기 피드백 받은 상기 채널 품질 정보를 사용하여 상기 그룹퍼(211), 상기 스케줄러(213), 상기 AMC기(215)를 제어한다.
그러면, 상기 단말기들이 상기 기지국으로 피드백하는 CQI 피드백의 종류를 설명하기 위해 상기 기지국은 일예로, G개의 프리코딩 행렬로 구성된 코드북(codebook)을 사용하고, L개의 데이터 스트림을 사용하는 PU2RC 방식을 사용한다고 가정한다.
첫 번째로, 전체 채널 품질 정보 피드백(full CQI feedback) 방식을 살펴보면, 모든 후보 사전 코딩 행렬(precoding matrix)과 상기 사전 코딩 행렬 각각에 대한 L개의 데이터 스트림에 대한 채널 품질을 피드백한다. 여기서 상기 전체 채널 품질 정보 피드백 방식의 부하량은 Ifull=G×Q×L이 된다. 여기서 상기 Q는 각 데이터 스트림을 나타내기 위한 해상도를 나타내며 단위는 비트(bit)이다. 상기한 바와 같이 전체 채널 품질 정보 피드백 방식은 피드백에 따른 시스템 부하량이 큰 값을 갖게 된다.
두 번째로, 부분 채널 품질 정보 피드백(Partial CQI feedback) 방식을 살펴 보면, 미리 계산한 결과 최선의 성능을 갖는 프리코딩 행렬의 인덱스와 이때의 각 스트림별 채널 품질 정보를 피드백한다. 상기 부분 채널 품질 정보 피드백 방식의 부하량은 Ipartial=log2G + Q×L이고, 가장 현실적인 성능과 리던던시(redundancy) 즉, 시스템 부하량의 타협을 이룬 피드백 방법이다.
세 번째로, 감소된 채널 품질 정보 피드백(Reduced CQI feedback) 방식을 살펴보면, L개의 스트림 중에서 프리코딩 처리 신호 대 간섭 잡음비가 최대값을 가지는 한 개만을 피드백하며, 이때의 프리코딩 행렬 인덱스와 해당 데이터 스트림 인덱스를 피드백한다. 상기 감소된 채널 품질 정보 되돌림 방식의 부하량은 Ireduced=log2(G×L)+1×Q이고, 작은 부하량을 가짐으로 인해서 시스템 부하량을 감소하나 성능의 저하가 발생하게 된다.
그러면, 상기한 바와 같이 CQI 피드백을 통해서 각 단말기로부터 각 스트림별 수신한 SINR 정보를 사용하여 획득한 합 레이트(sum late)가 가장 좋은 경우의 프리코딩 행렬을 프리코딩에 사용할 수 있다. 상기 기지국이 각 스트림별로 획득한 CQI 정보와 상기 CQI 정보에 따른 프리코딩 행렬을 하기의 표 1에 나타내었다.
Figure 112006096621992-PAT00001
상기 표 1에서는 각 데이터 스트림별 SINR들을 사용하여 획득한 합 레이트가 가장 큰 경우의 프리코딩 벡터를 선택한다. 여기서 상기 합 레이트는 각 데이터 스트림별 SINR을 log함수 등을 사용하여 획득한 값이며, 상기 합 레이트가 가장 큰 값을 선택한다. 이때 합 레이트가 가장 큰 것을 선택하여 데이터 송신 시에 가장 큰 성능을 갖는 프리코딩 행렬을 획득한다. 여기서, 상기 SINR의 아래첨자는 각각 단말기의 인덱스와 스트림 인덱스를 나타낸다. 다음으로 각 단말기별로 선택된 프리코딩 행렬을 하기의 표 2에 나타내었다.
Figure 112006096621992-PAT00002
상기 표 2에서 상기 기지국이 각 단말기별로 선택한 프리코딩 벡터가 나타나있다. 이에 상기 기지국은 동일한 프리코딩 벡터를 갖는 단말기별로 그룹핑한다. 상기 기지국의 그룹퍼는 상기 프리코딩 행렬을 사용하여 각 단말기들의 데이터 스트림을 그룹핑할 수 있다. 상기 표 2에서는 일예로, 상기 프리코딩 행렬 V1에 해당하는 단말기 2, 단말기 3, 단말기 5의 제 1 그룹과 상기 프리코딩 행렬 V2에 해당하는 단말기 1, 단말기 4의 제 2 그룹으로 구분할 수 있다.
또한, 상기 기지국의 스케줄러는 각 프리코딩 행렬을 갖는 각 단말기별로 SINR을 사용하며, 각 데이터 스트림별로 가장 좋은 SINR을 갖는 단말기에게 할당한다. 이와 같이 기지국의 스케줄러가 각 프리코딩 행렬을 갖는 각 단말기별로 가장 좋은 SINR을 갖는 단말기에게 할당하는 방법을 하기의 표 3a와 표 3b에 나타내었다.
Figure 112006096621992-PAT00003
Figure 112006096621992-PAT00004
상기 표 3a와 표 3b에 나타난 바와 같이 상기 스케줄러는 각 프리코딩 행렬 즉, V1과 V2의 각 데이터 스트림별로 단말기를 할당하도록 스케줄링한다. 다음으로 상기 스케줄러는 각 프리코딩 행렬의 그룹별 합 레이트 즉, C1,C2,…,CG를 계산하고, 최종적으로 프리코딩 행렬별 합 레이트 중에서 가장 큰 것을 선택하여 프리코딩 행렬을 사용하여 프리코딩을 수행한다. 그리고 이때 선택된 사용자들에게 데이터 스트림을 송신한다. 따라서 상기 기지국은 각 단말기들에게 상술한 동작을 통해 선택된 최적의 프리코딩 행렬 인덱스와 각 데이터 스트림별 할당 정보를 각 단말기에게 방송(broadcasting)한다.
상술한 바와 같이 단말기가 선택 가능한 후보 프리코딩 행렬의 개수 즉, G가 커지면 커질수록 각 단말기별 보내야할 CQI 피드백량은 다음과 같다. 하기의 L은 각 스트림의 개수를 나타내고, 각 스트림별 SINR은 Q비트의 해상도로 표현하기로 한다고 가정한다.
(1) Nu개의 단말기를 위한 전체 채널 품질 정보 피드백 방식
Ifull=(G×Q×L)×Nu
(2) Nu개의 단말기를 위한 부분 채널 품질 정보 피드백 방식
Ipartial=(log2G + Q×L)×Nu
(3) Nu개의 단말기를 위한 감소된 채널 품질 정보 피드백 방식
Ipartial= (log2(G×L)+1×Q)×Nu
다음으로 상기 CQI 피드백을 사용한 성능 그래프를 하기의 도 3에 나타내었다.
상기 도 3은 일반적인 피드백 알고리즘을 사용한 경우의 성능 그래프이다.
상기 도 3을 참조하면, 상술한 채널 품질 정보 피드백 알고리즘들은 상기 코드북 크기(codebook size) 즉, G의 크기가 커짐에 따라서 단말기의 개수가 증가에 따른 성능향상이 없는 것을 확인할 수 있다. 첫 번째로, 전체 채널 품질 정보 피드백의 경우에는 모든 경우의 수를 다 비교하여도 G의 변화에 의한 시스템 성능, 즉 데이터 송신 평균 레이트의 차이가 없음을 알 수 있다. 또한, 상기 부분 채널 품질 정보 피드백의 경우에는 상기 G가 커짐에 따라 시스템 성능이 감소한다. 또한, 상기 감소된 피드백 정보를 사용하는 경우에는 다중 사용자 다이버시티 이득(multi-user diversity gain)을 획득하기 어려우므로 상기 전체 채널 품질 정보 피드백 방식과 부분 채널 품질 정보 피드백 방식에 비해 시스템 성능이 가장 떨어진다.
결국, 본 발명의 통신 시스템에서는 상기 프리코딩 행렬의 개수, 즉, G가 증가할수록 각 프리코딩 행렬 별로 경쟁할 단말기의 개수가 감소하게 되며, 이로 인한 다이버시티 이득을 획득할 수 없었다. 다시 말해, 상기 G의 증가에 따른 시스템 성능 저하를 방지하고, 채널 품질 정보 피드백 양을 감소해야 할 필요성이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 통신 시스템에서 프리코딩 행렬의 개수의 증가에 따른 성능 저하가 발생하지 않는 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통신 시스템에서 채널 품질 정보 피드백양을 감소하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 안테나를 사용하는 통신 시스템에서 각 데이터 스트림별 경쟁하는 단말기의 개수의 증가에 따른 다중 사용자 다이버시티 이득을 최대화하는 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 통신 시스템에서 데이터 송신 방법에 있어서, 송신기는 미리 결정된 순서의 프리코딩 행렬을 사용하여 적어도 두개의 안테나를 통해 송신할 데이터를 프리코딩하여 수신기로 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은 통신 시스템에서 데이터 수신 방법에 있어서, 수신기는 미리 결정된 순서의 프리코딩 행렬로 프리코딩된 신호를 수신하는 과정과, 상기 프리코딩 행렬을 검출하고, 상기 프리코딩 행렬에 상응하는 합 레이트를 계산하는 과정과, 상기 합 레이트가 전체 프리코딩 행렬 별로 계산된 합 레이트들 중에서 미리 설정된 순위에 포함되면, 송신기와 상기 수신기간에 형성된 채널에 대한 품질 정보를 피드백하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 통신 시스템에서 데이터 송신 장치에 있어서, 미리 결정된 순서의 프리코딩 행렬을 사용하여 적어도 두개의 안테나를 통해 송신할 데이터를 프리코딩하여 송신하는 송신기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는 통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서, 미리 결정된 순서의 프리코딩 행렬로 프리코딩된 신호를 수신하고, 상기 프리코딩 행렬을 검출한 후, 상기 프리코딩 행렬에 상응하는 합 레이트를 계산하고, 상기 합 레이트가 전체 프리코딩 행렬별로 계산된 합 레이트들 중에서 미리 설정된 순위에 포함되면, 송신기와 형성된 채널에 대한 품질 정보를 피드백하는 수신기를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 다중 안테나, 일예로 다중 입력 다중 출력 방식(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다)을 사용하는 통신 시스템의 데이터 송수신에 관한 것으로, 여러 개의 데이터 열을 여러 단말기에게 적응적으로 할당함으로서 시스템 성능을 극대화한다. 이에 본 발명의 송신기는 적어도 하나의 프리코딩 행렬(precoding matrix) 즉, 단일 행렬(unitary matrix)을 미리 결정된 순서로 순환하여 송신할 데이터를 프리코딩(precoding)하여 수신기로 송신한다. 또한, 상기 수신기는 송신기에서 송신한 프리코딩 행렬의 합 레이트가 상위 절반에 포함되는 경우에 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information, 이하 'CQI'라 칭하기로 한다)를 피드백(feedback)한다. 여기서, 상기 송신기와 수신기는 미리 결정된 프리코딩 행렬의 순서를 상호간에 저장하고 있다. 여기서 상기 프리코딩 행렬을 사용하여 데이터를 송신하는 상기 송신기는 일예로, 기지국(BS: Base Station)이 될 수 있으며, 상기 CQI를 피드백하는 수신기는 일예로, 단말기(MS: Mobile Station)가 될 수 있다. 또한, 상기 프리코딩 행렬은 송신기 즉, 기지국에서 공간상을 통해 송신하는 신호들 간의 직교성(orthogonality)을 보장하여 각 단말기들의 신호 간 간섭을 최소화하기 위한 행렬이다. 따라서 상기 프리코딩을 통해 각 단말기들의 신호 간 간섭을 최소화할 수 있다.
본 발명은 다중 안테나를 사용하는 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템, 특히 사용자당 단일 비율 제어-다중 입력 다중 출력(PU2RC-MIMO: Per User Unitary Rate Control-Multiple Input Multiple Output, 이하 'PU2RC-MIMO'라 칭하 기로 한다) 방식을 적용한 통신 시스템을 예를 들어 설명하기로 한다. 이에 본 발명은 적어도 다중 안테나를 사용하는 통신 시스템에 얼마든지 적용 가능하다. 다음으로 본 발명의 실시예에 따른 송수신기를 하기에 도 4를 참조하여 살펴보기로 한다.
상기 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송수신기의 CQI 피드백 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 송신기, 즉 기지국은 미리 결정된 시구간, 즉 t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8동안 각각 프리코딩 행렬 V1 내지 V4를 미리 결정된 순서에 따라 순차적 순환한다. 그리고 상기 기지국은 상기 순차적으로 순환된 각 프리코딩 행렬을 사용하여 송신 데이터를 프리코딩하여 송신한다.
상기 프리코딩된 데이터를 수신하는 수신기, 즉 단말기는 각 단말기 자신의 데이터 스트림별로 채널 품질 정보, 일예로 신호 대 간섭 잡음비(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio, 이하 'SINR'라 칭하기로 한다)를 측정한다. 이에 각 단말기는 상기 측정된 채널 품질 정보를 상기 기지국으로 송신하며, 상기 측정된 SINR들에 따른 합 레이트(sum rate)들을 계산한다. 여기서 k번째 단말기의 합 레이트는 하기의 수학식 1에 나타내었다.
Figure 112006096621992-PAT00005
Sum_rate for MS k =
상기 수학식 1에서
Figure 112006096621992-PAT00006
는 k번째 단말기가 Vg 프리코딩 메트릭스를 사용할경우의 m번째 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)을 나타낸다.
여기서 상기 합 레이트는 각 데이터 스트림별 SINR 정보를 합하여 획득한 값이다. 상기 단말기는 상기 기지국이 사용한 프리코딩 행렬에 따른 SINR들의 합 레이트가 미리 설정된 기준값에 포함되는 경우에 상기 기지국으로 채널 품질 정보들을 피드백한다. 여기서 미리 설정된 기준치는 상기 단말기가 각 프리코딩 행렬별로 계산된 합 레이트의 상위 r%, 일예로 50% 등으로 설정할 수 있다. 이때 상기 단말기는 상기한 기지국의 순차적으로 순환된 프리코딩 행렬은 인지하고 있다.
다음으로 본 발명에 따른 상기 기지국의 구조를 하기의 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기지국 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 5를 참조하면, 상기 기지국은 그룹퍼(grouper)(511), 스케줄러(scheduler)(513), 적응적 변조 및 코딩(Adaptive and Modulation Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다)기(515), 프리코딩 행렬 생성기(517), 프리코더(precoder)(519), 제어부(controller)(525)를 포함한다. 여기서 상기 프리코더(519)는 프리코딩 행렬 적용부(precoding matrix applier)(521), 혼합기(mixer)(523)를 포함한다.
상기 그룹퍼(grouper)(511)는 각 단말기의 데이터 스트림을 입력받고, 상기 제어부(525)의 제어에 따라 각 단말기의 데이터 스트림을 그룹핑 즉, 다수개의 그룹으로 구분하고, 상기 그룹핑된 데이터 스트림을 상기 스케줄러(513)로 출력한다.
상기 스케줄러(513)는 상기 제어부(523)의 제어에 따라 그룹핑된 각 데이터 스트림들을 선택한다. 상기 스케줄러(513)는 상기 스케줄링된 데이터 스트림들 각각을 AMC기들로 출력한다.
상기 AMC기(515)는 상기 제어부(523)의 제어에 따라 상기 스케줄러(513)를 통해 스케줄링된 데이터 스트림을 AMC 방식으로 변조 및 코딩을 수행한다. 상기 AMC기(215)는 상기 변조 및 코딩을 수행한 데이터 스트림을 상기 프리코더(519)로 출력한다.
상기 프리코딩 행렬 생성기(517)는 상기 프리코딩 행렬들을 미리 결정된 순서에 따라 순차적 순환하여 생성하고, 생성된 프리코딩 행렬을 상기 프리코더(519)로 출력한다. 이때 상기 프리코딩 행렬 생성기(517)는 미리 설정된 시구간 동안 생성된 프리코딩 행렬을 각각 순차적으로 순환하여 상기 프리코더(519)에 출력하게 된다. 상기 프리코딩 행렬 생성기(517)는 각 프리코딩 행렬의 인덱스를 도면에 나타난 바와 같이 모듈로 연산 등을 통해서 생성할 수 있다. 이때 상기 기지국이 사용하는 프리코딩 행렬은 상기 프리코딩 행렬 생성기(517)의 버퍼 등에 사전에 저장되어 있을 수 있으며, 상기 저장된 프리코딩 행렬을 상기한 바와 같이 각 인덱스별로 순차적으로 순환하여 상기 프리코더(519)로 출력할 수도 있다. 또한, 상기 프리코딩 행렬 생성기(517)는 상기 프리코딩 행렬 생성을 자체적으로 생성할 수도 있으며, 상기 제어기(517) 등의 제어를 통해서 동작할 수 있다.
상기 프리코더(519)는 상기 프리코딩 행렬 생성기(513)에서 출력되는 프리코딩 행렬을 사용하여 상기 AMC기들에서 출력되는 데이터 스트림에 상기 프리코딩 행렬을 사용하여 프리 코딩을 수행한다. 상기 프리코딩을 통해서 각 단말기들로 송신되는 데이터 스트림을 서로들 간에 직교성을 유지하도록 하는 것이 가능하다.
상기 프리코더(519)의 상기 프리코딩 행렬 적용부(521)는 상기 프리코딩 행렬을 수신하고, 상기 수신된 프리코딩 행렬을 상기 프리코더에 입력되는 데이터 스트림에 적용하여 프리코딩을 수행하고, 상기 프리코딩 행렬 적용부(521)는 상기 프리코딩 행렬을 상기 혼합기(523)로 출력한다.
상기 혼합기(523)는 상기 프리코더(519)로부터 출력된 신호들을 혼합하고, 안테나를 통해 송신한다.
상기 프리코더(519) 내부의 상기 프리코딩 행렬 적용부(521)와 상기 혼합기(523)는 적어도 두개 이상으로 구성될 수 있고, 이에 상기 혼합기에 연결된 안테나 또한 두 개 이상의 다중 안테나를 사용할 수 있다.
상기 제어부(525)는 상기 기지국과 통신하는 다수개의 단말기들로부터 각 프리코딩 행렬에 따른 채널 품질 정보들을 수신한다. 또한, 이때 수신한 채널 품질 정보를 사용하여 상기 그룹퍼(511), 상기 스케줄러(513), 상기 AMC기(515)를 제어한다. 또한, 상기 제어부(525)는 상기 프리코딩 행렬 생성기(517)를 제어하여 미리 결정된 순서에 따라 순차적으로 프리코딩 행렬을 생성하도록 할 수도 있다. 다음으로 참조하여 상기 기지국에서 송신하는 신호 즉, 데이터를 수신하는 단말기의 구조를 하기에 도 6을 참조하여 살펴보기로 한다.
상기 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단말기 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 단말기는 합 레이트 계산부(611), CQI 측정부(613), CQI 송신부(615), 프리코딩 행렬 검출부(617)를 포함한다.
상기 CQI 측정부(613)는 기지국으로부터 신호를 수신하고, 각 데이터 스트림별 CQI, 일예로 SINR을 측정한다. 상기 CQI 측정부(613)는 상기 측정한 CQI를 상기 합 레이트 계산부(611)와 상기 CQI 송신부(615)로 송신한다.
상기 합 레이트 계산부(611)는 각 프리코딩 행렬별로 합 레이트를 계산하고, 상기 각 프리코딩 행렬과 상기 프리코딩 행렬에 상응하는 합 레이트를 상기 CQI 송신부(615)로 출력한다. 상기 합 레이트 계산부(611)는 상기 CQI 측정부(613)로부터 상기 CQI를 수신하고, 각 프리코딩 행렬별로 각 데이터 스트림별 CQI 정보를 사용하여 합 레이트 계산을 한다.
상기 프리코딩 행렬 검출부(617)는 수신 신호들로부터 현재 기지국이 데이터 송신에 사용한 프리코딩 행렬을 검출하고, 상기 검출된 프리코딩 행렬을 상기 CQI 송신부(615)로 출력한다. 현재 상기 프리코딩 행렬 검출부(617)는 상기 기지국과 순차적으로 전송되는 프리코딩 행렬의 정보를 인지함으로서 현재 수신된 신호에 사용된 프리코딩 행렬을 획득한다.
상기 CQI 송신부(615)는 상기 검출한 프리코딩 행렬의 합 레이트가 상기 전체 프리코딩 행렬의 합 레이트 중에서 미리 설정된 기준값에 포함되는지를 확인하여 상기 CQI의 송신을 결정한다. 상기 합 레이트는 각 데이터 스트림별 채널 품질 정보를 사용하여 획득한 값이며, 상기 단말기가 각 프리코딩 행렬별로 계산된 합 레이트의 상위 r%에 포함되는 경우 상기 CQI를 송신한다. 예를 들어, 상기 r=50인 경우 현재 프리코딩 행렬의 합 레이트가 전체 프리코딩 행렬의 합 레이트의 상위 50%에 포함되는 경우 상기 기지국으로 CQI를 송신한다. 여기서 상기 CQI 송신부(615)는 각 데이터 스트림별 채널 품질 정보, 일예로 SINR별 비트 해상도(bit resolution)로 양자화하여 상기 기지국으로 송신한다.
하지만, 상기 CQI 송신부(615)는 현재 프리코딩 행렬의 합 레이트가 전체 프리코딩 행렬의 합 레이트의 상위 50%(상위 G/2번째)에 포함되지 않는다면, CQI를 송신하지 않는다.
상기한 CQI 피드백 방식을 사용함으로서 상기 단말기는 최고의 합 레이트를 보장하는 하나의 프리코딩 매트릭스를 지정하여 송신하는 기존의 부분 채널 품질 정보 피드백 방식에 비해, 각 프리코딩 행렬별 다수의 단말기가 경쟁을 함으로서 다중 사용자 다이버시티 이득을 획득할 수 있다. 또한, 기존의 부분 채널 품질 정보 피드백 방식에서 항상 CQI를 피드백할 필요가 없음으로 인해, CQI 피드백양을 감소하는 것이 가능하다는 이점을 갖는다. 만약, 상기 r을 50으로 설정하면, 상기 채널 품질 정보 피드백양을 절반으로 감소하는 것이 가능하다. 다음으로 본 발명의 실시예에 따른 기지국 장치의 동작 과정을 하기에 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 동작 과정을 개략적으로 도시한 순서도이다.
상기 도 7을 참조하면, 711단계에서 기지국은 각 단말기들로 송신할 송신 데이터가 존재하는지 확인한다.
상기 711단계에서 상기 기지국은 송신 데이터가 존재하지 않는 경우에는 상기 711단계로 진행하고, 상기 711단계에서 상기 기지국은 송신 데이터가 존재하는 경우에는 713단계로 진행한다.
상기 713단계에서 상기 기지국은 송신 데이터를 미리 결정된 순서의 프리코딩 행렬을 사용하여 프리코딩을 수행하고 715단계로 진행한다. 이때 상기 프리코딩은 미리 설정된 시구간 동안 프리코딩 행렬을 사용하여 수행되며, 상기 프리코딩 행렬은 순차적으로 순환된다. 예를 들어, 상기 프리코딩 행렬이 4개, 즉 V1 내지 V4가 존재하는 경우에는 상기 프리코딩 행렬이 V1->V2->V3->V4->V1->V2->V3->V4->V1->V2->...의 순서로 순차적으로 순환되어 프리코딩을 수행한다.
상기 715단계에서 상기 기지국은 상기 프리코딩된 데이터를 각 단말기들로 송신한다. 다음으로, 하기에 본 발명의 실시예에 따른 단말기 동작 과정을 하기에 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 동작 과정을 개략적으로 도시한 순서도이다.
상기 도 8을 참조하면, 811단계에서 상기 단말기는 각 프리코딩 행렬별로 합 레이트를 계산하고 813단계로 진행한다. 상기 합 레이트는 각 데이터 스트림별 채 널 품질 정보, 일예로 SINR을 사용하여 계산한다.
상기 813단계에서 상기 단말기는 각 프리코딩 행렬별로 계산된 상기 합 레이트를 순서대로 정렬하고 815단계로 진행한다.
상기 815단계에서 상기 단말기는 상기 기지국에서 사용한 프리코딩 행렬을 검출하고 상기 817단계로 진행한다. 이때 상기 단말기는 상기 검출된 프리코딩 행렬에 상응하는 합 레이트를 계산한다.
상기 819단계에서 상기 단말기는 상기 검출한 프리코딩 행렬의 합 레이트가 전체 프리코딩 행렬의 합 레이트 중에서 상위 r%에 포함되는지 확인한다. 이때 상기 r은 시스템 상황에 따라 설정할 수 있다. 상기 819단계에서 상기 단말기는 상기 검출된 프리코딩 행렬의 합 레이트가 미리 설정된 기준치, 즉 상위 r%에 포함되면 819단계로 진행한다.
상기 819단계에서 상기 단말기는 측정된 CQI를 상기 기지국으로 송신한다.
하지만, 상기 819단계에서 상기 단말기는 상기 검출된 프리코딩 행렬의 합 레이트가 미리 설정된 기준치, 즉 상위 r%에 포함되지 못하면 CQI의 송신을 수행하지 않고 종료한다.
하기의 도 9에는 기존의 부분 채널 피드백 방식과 본 발명에서 제안하는 방식을 적용한 부분 채널 피드백 방식을 사용한 경우의 성능 그래프를 나타낸 것이며, 상기 도 10에는 기존의 감소된 채널 피드백 방식과 본 발명에서 제안하는 방식을 적용한 감소된 채널 피드백 방식을 사용한 경우의 성능 그래프를 나타낸 것이다. 상기 도 9와 도 10에 도시된 그래프는 r을 50으로 설정한 경우를 일예로 나타 내었다.
상기 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 부분 채널 피드백 방식에 본 발명을 적용한 경우의 성능 그래프이다.
상기 도 9를 참조하면. 상기 G가 4인 경우에는 일예로 10명 이상의 사용자가 존재하면, 각 프리코딩 행렬별로 정렬하여도 경쟁을 통해 각 데이터 스트림 할당에 따른 다중 사용자 다이버시티 이득을 획득할 수 있다. 더욱이, 정렬된 프리코딩 행렬별 미리 결정된 범위의 합 레이트를 갖는 경우를 선택함으로서 이득을 획득할 수 있다.
상기 단말기는 상기 기지국으로 제안한 방법이 G=8, G=16에서 각 프리코딩 행렬별 경쟁할 단말기 개수를 증가함으로서 다중 사용자 다이버시티 이득을 획득하여 기존 방법보다 성능이 우수함을 확인할 수 있다.
상기 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 감소된 채널 피드백 방식에 본 발명을 적용한 경우의 성능 그래프이다.
상기 도 10을 참조하면, 도 9에서 부분 채널 품질 정보 피드백 방식 대신에 감소된 채널 품질 정보 피드백 방식을 사용한 경우의 성능 그래프이다. G=4, 8, 16일때 모두 성능이 우수하며, CQI 피드백 양도 50% 정도 감소한다.
다음으로 각 채널 품질 정보 피드백 방식별로 CQI 피드백량을 하기에 표 4에 나타내었다.
Figure 112006096621992-PAT00007
상기 표 9에서는 각 CQI 피드백에 따른 방법을 정리하면 제안된 방식 즉, 송신 제어 프리코딩-기회적 피드백(TCP-OFB: Transmiter Controlled Precoding-Opportunistic Feedback) 방식은 기존 방식에 비해 CQI 피드백 양의 감소로 인한 채널 용량이 증가하게 된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 통신 시스템에서 데이터 송수신에 관한 것으로 본 발명을 적용하면 프리코딩 행렬의 개수가 증가하여도 성능의 저하가 발생하지 않는다는 이점을 갖는다. 또한, 본 발명은 채널 품질 정보 피드백양이 감소하게 된다는 이점을 갖는다. 또한 본 발명은 각 데이터 스트림별 경쟁하는 단말기의 개수의 증가에 따른 다중 사용자 다이버시티 이득을 최대화하는 이점을 갖는다.

Claims (18)

  1. 통신 시스템에서 데이터 송신 방법에 있어서,
    송신기는 미리 결정된 순서의 프리코딩 행렬을 사용하여 적어도 두개의 안테나를 통해 송신할 데이터를 프리코딩하여 수신기로 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리코딩은 프리코딩 행렬은 순차적으로 순환하여 프리코딩하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리코딩은 미리 결정된 시구간 동안 상기 프리코딩 행렬을 사용하여 프리코딩하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신기는 상기 수신기로부터 채널 품질 정보를 수신하여 각 수신기에 송신할 데이터들을 그룹핑하는 과정과,
    프리코딩할 데이터들을 스케줄링하는 과정과,
    상기 스케줄링된 데이터들을 적응적 변조 및 코딩 방식을 적용하고, 상기 프리코딩을 수행하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  5. 통신 시스템에서 데이터 수신 방법에 있어서,
    수신기는 미리 결정된 순서의 프리코딩 행렬로 프리코딩된 신호를 수신하는 과정과,
    상기 프리코딩 행렬을 검출하고, 상기 프리코딩 행렬에 상응하는 합 레이트를 계산하는 과정과,
    상기 합 레이트가 전체 프리코딩 행렬별로 계산된 합 레이트들 중에서 미리 설정된 순위에 포함되면, 송신기와 상기 수신기간에 형성된 채널에 대한 품질 정보를 피드백하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 합 레이트는 각 데이터 스트림별 채널 품질 정보를 사용하여 계산한 것임을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 채널 품질 정보는 신호 대 간섭 잡음비 임을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 피드백하는 채널 품질 정보는 송신기의 각 안테나를 통해 송신된 각 데이터 스트림별 채널 품질 정보를 피드백하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  9. 통신 시스템에서 데이터 송신 장치에 있어서,
    미리 결정된 순서의 프리코딩 행렬을 사용하여 적어도 두개의 안테나를 통해 송신할 데이터를 프리코딩하여 송신하는 송신기를 포함함을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 송신기는, 상기 미리 결정된 순서로 프리코딩 행렬을 생성하는 프리코 딩 행렬 생성부와,
    상기 생성된 프리코딩 행렬을 사용하여 송신 데이터들을 프리코딩하는 프리코더를 포함함을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬 생성부는 전체 프리코딩 행렬을 순차적으로 순환하여 생성하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 프리코더는 미리 결정된 시구간 동안 상기 프리코딩 행렬을 사용하여 프리코딩하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 송신기는 상기 수신기로부터 채널 품질 정보를 수신하여 각 수신기에 송신할 데이터들을 그룹핑하는 그룹퍼와,
    프리코딩할 데이터들을 스케줄링하는 스케줄러와,
    상기 스케줄링된 데이터들을 적응적 변조 및 코딩 방식을 적용하여 상기 프 리코더로 출력하는 적응적 변조 및 코딩기를 포함함을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  14. 통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서,
    미리 결정된 순서의 프리코딩 행렬로 프리코딩된 신호를 수신하고, 상기 프리코딩 행렬을 검출한 후, 상기 프리코딩 행렬에 상응하는 합 레이트를 계산하고, 상기 합 레이트가 전체 프리코딩 행렬별로 계산된 합 레이트들 중에서 미리 설정된 순위에 포함되면, 송신기와 형성된 채널에 대한 품질 정보를 피드백하는 수신기를 포함함을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 수신기는 전체 프리코딩 행렬에 상응하는 합 레이트를 계산하는 합 레이트 계산부와,
    상기 송신기의 송신 신호를 사용하여 채널 품질 정보를 측정하는 채널 품질 정보 측정부와,
    상기 수신 신호를 사용하여 프리코딩 행렬을 검출하는 프리코딩 행렬 검출부와,
    상기 검출된 프리코딩 행렬의 합 레이트가 전체 프리코딩 행렬별로 계산된 합 레이트들 중에서 미리 설정된 순위에 포함되면, 송신기와 형성된 채널에 대한 품질 정보를 피드백하는 채널 품지 정보 송신부를 포함함을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 합 레이트 계산부는 상기 합 레이트를 각 데이터 스트림별 채널 품질 정보를 사용하여 계산한 것임을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 채널 품질 정보는 신호 대 간섭 잡음비 임을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 수신기는 피드백하는 채널 품질 정보는 송신기의 각 안테나를 통해 송신된 각 데이터 스트림별 채널 품질 정보를 피드백하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
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