KR20070079788A

KR20070079788A - 코드북 기반의 빔포밍 시스템에서 빔포밍 벡터 결정 장치및 방법

Info

Publication number: KR20070079788A
Application number: KR1020060010749A
Authority: KR
Inventors: 이종혁; 조면균; 남승훈; 윤재연; 이용훈; 정세영; 최지훈
Original assignee: 삼성전자주식회사; 한국과학기술원
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-08
Also published as: EP1816758A3; US20070206626A1; KR100867315B1; US7907913B2; EP1816758B1; EP1816758A2

Abstract

본 발명은 코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서 수신기의 피드백 방법은, 현재로부터 과거 M개의 채널추정값들을 이용해서 미래 소정 구간에 대한 미래 채널값들을 생성하는 과정과, 상기 미래 채널값들을 이용해서 코드북 내의 모든 송신 빔포밍 벡터들에 대한 유효채널이득값들을 산출하는 과정과, 상기 유효채널이득값들 중 최대값에 해당하는 코드북 인덱스를 송신기로 피드백하는 과정을 포함한다. 이와 같은 본 발명은 시변 채널을 고려하여 피드백 정보를 결정하기 때문에, 링크 성능을 향상시킬 수 있다.

MIMO-OFDM, 송신 빔포밍, 코드북, 2차원 보간

Description

코드북 기반의 빔포밍 시스템에서 빔포밍 벡터 결정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING BEAMFORMING VECTOR IN BEAMFORMING SYSTEM USING CODEBOOK}

도 1은 통상적인 피드백 기반의 송신 빔포밍 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 종래기술에 따른 송신 빔포밍 시스템에서 빔포밍 벡터 보간 기법을 설명하는 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 통신시스템에서 수신기의 구성을 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기에서 코드북 인덱스를 결정하여 피드백하기 위한 절차를 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신기에서 코드북 인덱스를 결정하여 피드백하기 위한 절차를 도시하는 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 보간 기법을 설명하는 도면.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 보간 기법을 설명하는 도면.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 성능을 입증하기 위한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프.

본 발명은 코드북 기반의 빔포밍 시스템에 관한 것으로, 특히 코드북 기반의 MIMO(Multiple Input Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신시스템에서 시변 채널을 고려해서 송신 빔포밍 벡터를 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

송수신단에서 여러 개의 안테나를 사용하는 MIMO 시스템은 페이딩 채널의 신호레벨 변동을 완화시킬 수 있는 공간 다이버시티(spatial diversity)를 제공한다. 협대역 시스템에서 MIMO 시스템을 사용하는 경우, 송수신 안테나 개수의 곱만큼의 다이버시티 이득을 획득할 수 있다. 송신단에서 채널정보(CSI: channel state information)를 획득할 수 없는 경우는 다양한 시공간 부호들을 이용하여 다이버시티 이득을 획득할 수 있고, 송신단에서 채널정보를 획득할 수 있는 경우는 간단한 송신 빔포밍과 수신 컴바이닝 기법을 이용하여 공간 다이버시티 이득을 획득할 수 있다.

특히, 채널정보가 존재하는 경우에는 시공간 부호와 같은 차수의 다이버시티 이득뿐만 아니라 어레이 이득 (array gain)까지 획득할 수 있고, 이는 시스템 성능을 크게 증가시킨다. 그러나 송신 빔포밍 기법을 이용하기 위해서는 송신 빔포밍 벡터에 대한 정보를 송신단에서 알아야 하며, 상/하향링크 채널이 동일하지 않은 주파수 분할 다중화 (FDD: frequency division duplexing) 시스템의 경우, 송신단에서 필요한 송신 빔포밍 벡터에 대한 정보를 수신단에서 송신단으로 피드백 채널을 통해 알려주어야 한다.

협대역 시스템을 위한 송신 빔포밍 시스템 기법들은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기법을 도입함으로 간단하게 광대역 시스템에 적용할 수 있다. 일반적으로 MIMO-OFDM 시스템이라 불리는 MIMO와 OFDM 조합 시스템은 광대역 MIMO 채널을 일련의 협대역 MIMO 채널로 변환시켜준다. 여기서, 각 협대역 MIMO 채널은 각각의 부반송파(subcarrier)에 해당한다. MIMO-OFDM 시스템에서 송신 빔포밍 기법을 이용하기 위해서는 각 부반송파에서 사용할 송신 빔포밍 벡터를 수신단에서 송신단으로 알려주어야 한다.

일반적으로 전체 부반송파의 개수는 매우 큰 수이기 때문에 이는 상당한 양의 피드백을 요구하게 된다. 협대역 MIMO 시스템에서 제안된 제한된 량의 피드백 기법들을 이용하면 어느 정도 피드백 량을 줄일 수 있지만, 전체 부반송파의 사이즈가 너무 크기 때문에 피드백 량을 줄이는데 한계가 있다.

따라서 이를 해결하기 위하여 송신 빔포밍 벡터를 보간 (interpolation) 하는 기법이 기존에 제안되었다. 이들 기법은 인접한 부반송파에 해당하는 최적 송신 빔포밍 벡터들 사이에 연관성이 있음을 이용하여, 수신단에서는 전체 부반송파 중 일부의 부반송파들에 해당하는 송신 빔포밍 벡터들에 대한 정보만을 송신단으로 알리고, 나머지 부반송파에 해당하는 송신 빔포밍 벡터는 이에 기반하여 송신단에서 보간하여 알아내는 방식이다. 이들 보간 기법을 코드북 기반의 송신 빔포밍 기법과 결합하여 사용하면 광대역 MIMO-OFDM 송신 빔포밍 시스템에서 필요로 하는 피드백 량을 크게 감소시킬 수 있다.

그런데, 기존에 제안된 보간 기법은 주파수 영역에서 보간을 수행함으로 광대역 채널에 대한 피드백 감소 기법을 제시하고는 있지만, 채널의 시간적 변화 특성에 대해서는 문제점을 드러내고 있다. 대부분의 이동통신 시스템 환경에서는 채널이 시간에 따라 변화하게 되고, 시간에 따라서 송신단에서 사용해야 할 송신 빔포밍 벡터 또한 변화해야 함을 의미한다. 따라서, 수신단에서는 채널 변화에 따라 지속적으로 송신 빔포밍 벡터에 대한 정보를 송신단으로 알려주어야 하며, 이 또한 상당한 정도의 피드백 량을 필요로 한다. 게다가 시스템에 처리 지연이 존재하는 경우, 즉 수신단으로부터 얻어진 송신 빔포밍 벡터에 대한 정보를 송신단에서 검파 지연 등의 이유로 바로 사용할 수 없는 경우에는 처리 지연 동안의 채널 변화로 인해 피드백된 송신 빔포밍 벡터가 수신단에서는 당시 채널에 대하여 최적임을 보장하도록 만들어졌다 하더라도, 송신단에서 실제 전송시의 채널에 대해서는 최적이 아니다.

그러면, 이하 종래기술에 따른 보간 기법에 대해 살펴보기로 한다.

도 1은 통상적인 피드백 기반의 송신 빔포밍 시스템의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 송신기는 부호 및 변조기(101), 가중치 곱셈기(103), 복수의 안테나들(107-1 내지 107-N_T), 가중치 생성기(105)를 포함하여 구성되고, 수신기는 복수의 안테나들(109-1 내지 109-N_R), MIMO디코더(111), 복조 및 복호기(113), 코드북 선택기(115)를 포함하여 구성된다.

먼저, 송신기를 살펴보면, 부호 및 변조기(101)는 전송되는 데이터를 소정 부호방식에 의해 부호화하고, 상기 부호화된 데이터를 소정 변조방식에 의해 변조하여 복소심볼들을 발생한다. 가중치 생성기(105)는 수신기로부터 피드백되는 코드북 인덱스에 따른 가중치 벡터(또는 빔포밍 벡터)를 생성하여 출력한다. 여기서, 상기 가중치 생성기(105)는 코드북 데이터베이스를 관리하며, 상기 코드북 인덱스에 따른 빔포밍 벡터를 생성하여 출력한다. 가중치 곱셈기(103)는 상기 부호 및 변조기(101)로부터의 복소심볼들과 상기 가중치 생성기(105)로부터의 빔포밍 벡터를 곱하여 복수의 안테나들(107-1 내지 107-N_T)을 통해 송신한다.

다음으로, 수신기를 살펴보면, 복수의 안테나들(109-1 내지 109-N_R)을 통해 수신되는 신호는 잡음이 가산된 형태로 MIMO디코더(111)로 입력된다. 상기 MIMO디코더(111)는 입력되는 수신벡터를 소정 MIMO검출방식에 따라 디코딩하여 송신기가 송신한 송신벡터를 추정하여 출력한다. 복조 및 복호기(113)는 상기 MIMO디코더(113)로부터의 추정 심볼들을 복조 및 복호하여 원래의 정보데이터로 복원한다.

한편, 코드북 선택기(115)는 MIMO디코더(111)로부터의 소정 신호(예 : 파일 럿 신호)들을 가지고 채널을 추정하여 채널계수 행렬(

)을 구성하고, 상기 채널계수 행렬을 이용하여 최적의 빔포밍 벡터를 검색한다. 코드북에 대한 정보는 메모리에 저장되어 있으며, 메모리에서 독출된 각각의 빔포밍 벡터와 채널계수 행렬을 가지고 소정 연산을 수행하여 최적의 빔포밍 벡터를 선택한다. 그리고, 상기 선택된 빔포밍 벡터의 인덱스(또는 코드북 인덱스)를 피드백 채널(feedback channel)을 통해서 송신기로 피드백한다. 이와 같이, 송신기도 코드북에 대한 정보를 가지고 있기 때문에 빔포밍 벡터의 인덱스만을 피드백한다. 즉, 인덱스를 전송함으로써 피드백 정보의 크기를 줄일 수 있다. 일 예로, 8가지의 빔포밍 벡터들로 구성된 코드북의 경우 인덱스는 3비트로 표현이 가능하다.

일반적으로, 어떠한 보간 기법을 사용하지 않는 경우, 송신단은 최적의 링크 성능을 위해서 모든 프레임 및 모든 N개의 부반송파들에 대해서 송신 빔포밍 벡터를 피드백 받아야 한다. 이 경우 코드북 인덱스 기반의 피드백을 사용한다 할지라도 너무도 많은 피드백 량이 요구된다. 기존의 방식들은 이러한 문제점을 해결하기 위해 주파수 영역에서의 보간 기법을 제시하고 있다.

도 2는 종래기술에 따른 송신 빔포밍 시스템에서 빔포밍 벡터 보간 기법을 설명하는 도면이다.

(a) 방식은 다차원 구(sphere) 위에서의 선형 보간 기법을 나타내고, (b) 방식은 특정 구간에서 같은 송신 빔포밍 벡터를 사용하는 0차 보간 기법을 나타낸다.

(a) 방식을 살펴보면, K개 부반송파 마다 최적의 빔포밍 벡터(

)를 피드백 하고, 그들 사이의 K-1개 부반송파에 대한 송신 빔포밍 벡터를 선형 보간을 통해 구하는 기법이다. 이때 최적 송신 빔포밍 벡터 자체에는 복소수 상수만큼의 불명확성이 존재하기 때문에 이를 보정하기 위한 위상(

) 정보 또한 피드백 한다. 이 방식은 피드백 정보량을 상당히 감소시킬 수 있고, 수신단에서 피드백 정보를 결정하는데 필요한 계산 복잡도도 적지만, 위상 정보 또한 함께 피드백 해야 하기 때문에 그만큼 피드백 정보가 증가하는 단점이 존재한다.

(b) 방식을 살펴보면, 전체 부반송파를 연속된 K개의 부반송파씩 묶어 클러스터(cluster)로 만들고, 클러스터당 1개의 송신 빔포밍 벡터를 결정하는 방식이다. 즉, 1차원(1-dimensional) 클러스터링 방식이다. 수신단에서는 추정된 채널 정보를 사용하여 단일 클러스터 내의 K개 부반송파들 모두에 가장 적절한(신호 대 잡음 비를 최대화한다거나 채널 용량을 최대화하는) 빔포밍 벡터를 선택하고, 상기 선택된 빔포밍 벡터에 해당하는 코드북 인덱스를 송신단으로 피드백한다. 이러한 방식은 피드백 량이 적다는 장점이 있지만 수신단에서 피드백 정보를 결정하기 위해 비교적 높은 계산 복잡도를 필요로 한다는 단점이 존재한다.

상술한 종래기술에 따른 보간 기법들은 보간 기법을 사용하지 않을 때에 비해 피드백 량을 상당히 감소시킬 수 있지만, 채널이 시간적으로 변화하는 환경에서는 상당한 성능 저하가 발생하는 문제점이 있다. 다시 도 2를 참조하면, mP 프레임에 피드백 정보가 도착했다고 가정하면 피드백이 도착한 당시에는 채널 변화가 적어 성능 저하가 미약하지만, 다음 피드백 되는 순간 바로 전에서는 채널 변화가 심각하여 상당한 성능 저하가 발생한다. 게다가 이러한 채널 변화에 의한 성능 저하 문제는 매번 피드백이 존재하는 상황에서도 발생한다. 실제적인 시스템에서는 수신단에서 채널 추정이 수행되는 순간부터 추정된 채널에 기반한 송신 빔포밍 벡터가 송신단에서 사용되는 순간까지의 처리 지연시간이 최소 1개 프레임 정도 존재하고, 이 시간 구간 내에서 또한 채널 변화가 존재하기 때문에, 시변 채널에서도 강인한 송신 빔포밍 기법이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 빔포밍 시스템에서 시변 채널을 고려하여 피드백 정보를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 빔포밍 시스템에서 채널 예측에 기반하여 피드백 정보를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 빔포밍 시스템에서 2 차원 빔포밍 벡터 보간 기법에 기반하여 피드백 정보를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 빔포밍 시스템에서 시변 채널을 고려하여 빔포밍을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 빔포밍 시스템에서 2 차원 빔포밍 벡터 보간 기법에 기반 하여 빔포밍을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 빔포밍 시스템에서 송신 빔포밍 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서의 수신기 장치에 있어서, 현재로부터 과거 M개의 채널추정값들을 이용해서 미래 소정 구간에 대한 미래 채널값들을 생성하는 예측기와, 상기 예측기로부터의 상기 미래 채널값들을 이용해서 코드북 내의 모든 송신 빔포밍 벡터들에 대한 유효채널이득값들을 산출하여 출력하는 유효채널이득 산출기와, 상기 유효채널이득 산출기로부터의 유효채널이득값들 중 최대값에 해당하는 코드북 인덱스를 송신기로 피드백하는 코드북 선택기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서 수신기의 피드백 방법에 있어서, 현재로부터 과거 M개의 채널추정값들을 이용해서 미래 소정 구간에 대한 미래 채널값들을 생성하는 과정과, 상기 미래 채널값들을 이용해서 코드북 내의 모든 송신 빔포밍 벡터들에 대한 유효채널이득값들을 산출하는 과정과, 상기 유효채널이득값들 중 최대값에 해당하는 코드북 인덱스를 송신기로 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이 다.

이하, 본 발명은 코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서 시변 채널을 고려하여 빔포밍을 수행하기 위한 방안에 대해 설명하기로 한다. 본 발명은 인접한 부반송파에 해당하는 빔포밍 벡터가 서로 연관성이 있는 것과 마찬가지로 시간적으로도 서로 연관이 있음에 기반 하여 2차원 보간 기법을 제안한다. 수신단은 피드백될 송신 빔포밍 정보가 미래의 채널에 사용될 것을 고려하여 채널 예측에 기반 하여 피드백 정보를 구성하여 송신단으로 피드백한다. 예를 들어, 피드백 정보는 코드북 내부의 특정 송신 빔포밍 벡터를 가리키는 코드북 인덱스가 될 수 있다.

먼저, 미래 채널에 대한 송신 빔포밍 벡터를 예측하는 방안에 대해 살펴보기로 한다.

피드백 정보를 결정하는 시점에 대하여 해당 송신 빔포밍 벡터가 사용될 시점은 미래 시점이 된다. 본 발명은 송신 빔포밍 성능에 대한 척도로 유효 채널 이득(effective channel gain) 값을 사용하기로 한다. 상기 유효 채널 이득은 에러 성능이나 채널 용량에 직접적으로 연결되기 때문에 성능에 대한 척도로 사용될 수 있다. 시스템의 처리 지연 시간이 '0'이라고 가정하고, 피드백 주기 P가 관측 값으로 사용할 현재와 과거의 채널 추정치 M개보다 더 크다고 가정할 때, 피드백 된 후 d번째 프레임에서의 유효 채널 이득 기대 값은 송신 빔포밍 벡터 w가 주어진 경우 하기 <수학식 1>과 같이 나타난다.

여기서,

은 부반송파 k, 프레임 인덱스(시간) n에 대한 Mr-by-Mt 채널 행렬이다. 여기서, Mr은 수신기의 수신 안테나의 개수를 나타내고, Mt는 송신기의 송신 안테나 개수를 나타낸다.

는 확률과정의 한 값이면서 시간적으로 과거의 채널과 큰 연관성 (correlation)을 가지고 있다. 본 발명은 이러한 연관성을 표현하기 위해 채널에 AR(Autoregressive) 모델을 적용하기로 한다. 관측된 현재와 과거의 채널 추정치들 M개를 이용하여

을 AR 모델에 기반 하여 나타내면 하기 <수학식 2>로 나타낼 수 있다.

이때, 우변의 두 번째 항이 관측에 기반한 항이고, 세 번째 항은 이노베이션 항으로서 모든 행렬의 요소들이 크기가 1로 정규화된 i.i.d(independent and identically distributed) 가우시안 확률 변수 행렬이다.

우변의 첫 번째 항은 현재에서 바라볼 때에는 미래 채널에 관한 항으로 이에 해당하는 채널 값들 또한 각각 확률 변수이다. 우변의 첫째 항에 포함된 채널들을 다시 현재와 과거의 채널 관측 값에 기반한 AR모델로 나타내면 하기 <수학식 3>과 같다.

여기서, 모델 계수

는

이 주어진 경우의

에 대한 선형 MMSE(minimum mean square error) 예측기의 탭(tap) 계수와 동일하다. 따라서 최종적으로,

는 하기 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 4>를 이용하여 유효 채널 이득 값을 풀어쓰면 하기 <수학식 5>와 같다.

따라서,

이 주어진 경우, 유효 채널 이득 을 최대화하는 최적 송신 빔포밍 벡터는 하기 <수학식 6>과 구해지는 행렬의 최대 고유치(eigenvalue)에 해당하는 고유벡터가 된다.

한편, 제한된 피드백을 이용하기 위해 코드북을 사용하는 경우, 코드북 내부의 송신 빔포밍 벡터들 중 하기 <수학식 7>을 최대화하는 송신 빔포밍 벡터를 선택하면 된다.

이와 같이, 각 부반송파 k와 미래 시간들에 대한 송신 빔포밍 벡터들이 주어진 경우, 유효 채널이득을 구할 수 있고, 또한 이를 최대화하는 최적의 송신 빔포밍 벡터를 구할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 도면의 참조와 함께 상세히 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 송신기는 부호 및 변조기(300), 역다중화기(302), 빔형성기(304), 복수의 OFDM변조기들(306-1 내지 306-Nt), 복수의 RF처리기들(308-1 내지 308-Nt), 복수의 안테나들(310-1 내지 310-Nt), 및 빔포밍 벡터 생성기(312)를 포 함하여 구성된다.

도 3을 참조하면, 먼저 부호 및 변조기(300)는 송신 데이터를 소정 부호방식(예 : 길쌈부호, 터보부호 등)에 의해 부호화하고, 상기 부호화된 데이터를 소정 변조방식(예 : QPSK, 16QAM 등)에 의해 변조하여 복소심볼들을 발생한다. 역다중화기(302)는 상기 부호 및 변조기(300)로부터의 복소심볼들을 역다중화하여 출력한다.

빔포밍 벡터 생성기(312)는 코드북 데이터베이스를 관리하며, 피드백 채널을 통해 수신되는 코드북 인덱스에 따른 송신 빔포밍 벡터(또는 가중치 벡터)를 생성하여 빔형성기(304)로 제공한다.

여기서, 상기 빔포밍 벡터 생성기(312)는 채널 예측을 통해 획득된 미래 채널에 대한 코드북 인덱스를 수신한다. 만일, 미리 정해진 클러스터(K × P : K는 부반송파 개수, P는 프레임 개수)에 하나의 가중치를 적용할 경우, 하나의 클러스터에 대하여 하나의 코드북 인덱스를 수신한다. 만일, 미리 정해진 클러스터(2K × P)에 대하여 선형 보간을 통해 가중치를 적용할 경우, 하나의 클러스터에 대하여 두 개가 코드북 인덱스들을 수신한다. 즉, 후자의 경우, 상기 빔포밍 벡터 생성기(312)는 피드백된 2개의 코드북 인덱스들에 대한 가중치들을 가지고 선형 보간을 수행하고, 상기 선형 보간을 통해 획득된 송신 빔포밍 벡터들을 상기 빔형성기(304)로 제공한다.

상기 빔형성기(304)는 상기 역다중화기(302)로부터의 복소심볼들과 상기 빔형성기(304)로부터의 가중치들을 곱하여 출력한다. 여기서, 첫 번째 안테나 신호는 제1 OFDM변조기(306-1)로 출력되고, Nt번째 안테나 신호는 제Nt OFDM변조기(306-Nt)로 출력된다.

상기 제1OFDM변조기(306-1)는 상기 빔형성기(304)로부터의 첫 번째 안테나 신호를 OFDM변조하여 출력한다. 여기서, OFDM변조는 송신할 신호를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)연산하고, 상기 IFFT연산된 데이터에 CP(cyclic prefix)를 추가하여 OFDM심볼을 생성하는 것으로 설명될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제Nt OFDM변조기(306-Nt)는 상기 빔형성기(304)로부터의 Nt번째 안테나 신호를 OFDM변조하여 출력한다.

RF처리기들(308-1 내지 308-Nt)은 각각 대응되는 OFDM변조기로부터의 데이터를 아날로그 신호로 변환하고, 상기 아날로그 신호를 실제 전송 가능한 RF(Radio Frequency)신호로 변환하여 해당 안테나를 통해 송신한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 통신시스템에서 수신기의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 수신기는 복수의 안테나들(400-1 내지 400-Nr), 복수의 RF처리기들(402-1 내지 402-Nr), 복수의 OFDM복조기들(404-1 내지 404-Nr), MIMO검출기(406), 복조 및 복호기(408), 채널추정기(410), 선형 MMSE(Minimum Mean Square Error) 예측기(predictor)(412), 유효채널이득 산출기(414) 및 코드북 선택기(416)를 포함하여 구성된다.

도 4를 참조하면, 먼저 복수의 안테나들(400-1 내지 400-Nr)은 송신기의 복 수의 안테나들이 송신한 신호들을 수신한다. 복수의 RF처리기들(402-1 내지 402-Nr)은 각각 대응되는 안테나를 통해 수신되는 RF 신호를 기저대역 신호로 변환하고, 상기 기저대역 신호를 샘플데이터로 변환하여 대응되는 OFDM복조기로 출력한다.

복수의 OFDM복조기들(404-1 내지 404-Nr)은 각각 대응되는 RF처리기로부터의 신호를 OFDM복조하여 MIMO검출기(406)로 출력한다. 여기서, 상기 OFDM복조는 수신된 신호에서 CP를 제거하고, 상기 CP가 제거된 샘플데이터를 FFT(Fast Fourier Transform)연산하는 것으로 설명될 수 있다.

상기 MIMO검출기(406)는 상기 복수의 OFDM복조기들(404-1 내지 404-Nr)로부터의 수신벡터를 소정 MIMO검출방식에 따라 디코딩하여 송신기가 송신한 송신벡터를 추정하여 출력한다. 여기서, 상기 MIMO검출 방식으로, ML(Maximum Likelihood), MML(Modified ML), ZF(Zero Forcing), MMSE(minimum Mean Square), SIC(Successive Interference Cancellation), V-BLAST(Vertical Bell Labs Layered Space-Time) 등을 사용할수 있다. 복조 및 복호기(408)는 상기 MIMO검출기(406)로부터의 추정 심볼들을 복조 및 복호하여 원래의 정보데이터로 복원한다.

한편, 채널추정기(410)는 상기 OFDM복조기들(404-1 내지 404-Nr)의 출력에서 소정 신호(예 : 프리앰블 신호, 파일럿 신호 등)들을 추출하고, 상기 추출된 소정 신호를 이용해서 채널값을 추정하여 출력한다. 이렇게 획득된 채널추정값들은 상기 MIMO검출기(406)에서 송신벡터를 추정하는데 사용될 수 있고, 이후 코드북 인덱스를 선택하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따라, 상기 채널추정기(410)는 현재로 부터 과거 M개의 채널추정값들을 버퍼링하며, 상기 버퍼링된 M개의 채널추정값들을 선형 MMSE예측기(412)로 제공한다.

선형 MMSE예측기(412)는 상기 채널추정기(410)로부터의 상기 M개의 채널추정값들을 입력으로 선형 MMSE 예측 알고리즘을 수행하여 미래 채널값들(

: k는 부반송파 인덱스, P는 피드백 주기(단위는 프레임 개수), m은 피드백 인덱스, d는 시간 옵셋)을 예측하여 출력한다.

유효 채널이득 산출기(414)는 상기 선형 MMSE예측기(412)로부터의 미래 채널값들과 코드북의 빔포밍 벡터들을 가지고 상기 수학식 7과 같은 알고리즘을 수행하여 각 빔포밍 벡터(또는 각 빔포밍 벡터 쌍)에 대한 유효채널이득값들을 산출하고, 각 빔포밍 벡터(또는 각 빔포밍 벡터 쌍)에 대한 최소 유효채널이득값을 선택하여 출력한다. 즉, 유효 채널이득 산출기(414)는 하나의 클러스터(시간-주파수 자원)에 대하여 복수의 최소 유효채널이득값들을 출력한다. 여기서, 시간-주파수 자원에 대한 보간 방식에 따라 동일 클러스터에 동일한 가중치를 적용하여 유효 채널 이득 값을 산출할 수 있고, 동일 클러스터내 각 부반송파에 서로 다른 가중치를 적용하여 유효 채널 이득 값을 산출할 수 있다. 이에 대해서는 이후 도 7과 도 8의 참조와 함께 상세히 살펴보기로 한다.

코드북 선택기(416)는 상기 유효 채널이득 산출기(414)로부터의 미래 소정 시간-주파수 자원(클러스터)에 대한 복수의 최소 유효채널이득값들 중 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 코드북 인덱스를 피드백 채널을 통해 송신기로 전 송한다. 여기서, 송신기로 피드백되는 코드북 인덱스의 개수는 미래 시간-주파수 자원에 대한 보간 방식에 따라 하나 또는 두 개가 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 수신단에서는 과거와 현재의 추정된 채널에 기반 하여 앞으로 P개 프레임 동안 사용될 송신 빔포밍 벡터(코드북 인덱스)를 결정하여 송신단으로 피드백하고, 송신단에서는 이에 기반 하여 P개 프레임 동안 사용할 송신 빔포밍 벡터를 생성한다.

그러면, 여기서 본 발명에 따른 2차원 보간 방식에 대해 상세히 살펴보기로 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 보간 기법을 설명하는 도면이다.

도 7을 참조하면, 미리 주파수-시간 영역으로 K × P(K는 부반송파 개수, P는 프레임 개수) 크기의 클러스터를 설정해 놓는다. 수신단은 이에 해당하는 코드북 인덱스를 송신단으로 피드백하고, 송신단은 피드백된 코드북 인덱스에 해당하는 송신 빔포밍 벡터를 해당 클러스터 안에서 동일하게 사용한다. 이때 각 클러스터에 해당하는 피드백 정보, 즉 코드북 인덱스는 최저 신호 대 잡음 비를 최대화시키는 의미에서 하기 <수학식 8>과 같이 결정된다.

여기서,

는 코드북을 나타낸다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 보간 기법을 설명하는 도면이다.

도 8을 참조하면, 미리 주파수-시간 영역으로 2K x P(K는 부반송파 개수, P는 프레임 개수) 크기의 클러스터를 설정해 놓는다. 수신단은 각 클러스터 별로 2개의 코드북 인덱스들을 송신단으로 피드백하고, 송신단은 피드백된 2개의 코드북 인덱스들을 이용해서 선형 보간을 통해 해당 클러스터의 각 부반송파에 대한 송신 빔포밍 벡터를 생성한다. 2개의 송신 빔포밍 벡터들로부터 나머지 부반송파들에 대한 송신 빔포밍 벡터를 생성하는 방식은 다음과 같다.

먼저, 주파수 영역으로 양 끝에 2개의 송신 빔포밍 벡터를 놓고 선형 보간하여 나머지 2K-2개의 부반송파들 위한 송신 빔포밍 벡터를 생성한다. 그리고, 상기 생성된 송신 빔포밍 벡터들을 모든 시간 프레임들에 대하여 동일하게 사용한다. 이때 각 클러스터에 해당하는 2개의 피드백 정보, 즉 코드북 인덱스를 결정하는 방식은 최저 신호 대 잡음 비를 최대화시키는 의미에서 하기 <수학식 9>와 같이 결정된다.

여기서, 두 번째 식은 선형 보간을 수식으로 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기에서 코드북 인덱스를 결정하여 피드백하기 위한 절차를 도시하고 있다.

도 5를 참조하면, 먼저 수신기는 501단계에서 현재로부터 과거 M개의 채널추정값들을 메모리로부터 독출한다. 그리고, 상기 수신기는 503단계에서 상기 M개의 채널추정값들을 입력으로 M차 선형 MMSE예측 알고리즘을 수행하여 미래 소정 시간-주파수 자원(또는 클러스터)에 대한 채널값들을 생성한다. 여기서, 클러스터의 크기는 도 7에 도시된 바와 같이 K × P(K는 부반송파 개수, P는 프레임의 개수)로 가정하기로 한다. 즉, K × P개의 미래 채널값들을 생성한다.

이후, 상기 수신기는 505단계에서 코드북 인덱스를 나타내는 n 값을 '1'로 초기화한다. 그리고, 상기 수신기는 507단계에서 코드북으로부터 n번째 송신 빔포밍 벡터(w)를 획득한다. 이후, 상기 수신기는 509단계에서 상기 n번째 송신 빔포밍 벡터를 상기 클러스터에 적용하여 유효채널이득값들을 산출한다. 즉, n번째 송신 빔포밍 벡터에 대한 K× P개의 유효채널이득값들을 생성한다. 그리고, 상기 수신기는 511단계에서 상기 산출된 유효채널이득값들 중 최소 유효채널이득값을 선택한다.

이후, 상기 수신기는 513단계에서 상기 n 값이 코드북 사이즈보다 크거나 같은지를 검사한다. 만일, 상기 n 값이 코드북 사이즈보다 작으면, 상기 수신기는 519단계로 진행하여 상기 n 값을 '1'만큼 증가한후 상기 507단계로 되돌아간다. 만 일, 상기 n 값이 코드북 사이즈보다 크거나 같으면, 상기 수신기는 515단계로 진행하여 상기 선택된 최소 유효채널이득값들 중 최대값을 선택한다. 즉, 모든 코드북 인덱스들에 대한 최소 유효채널이득값들 중 최대값을 선택한다. 그리고, 상기 수신기는 517단계로 진행하여 상기 선택된 최대값에 해당하는 코드북 인덱스를 피드백 채널을 통해 송신기로 피드백한다. 그러면, 상기 송신기는 상기 피드백된 코드북 인덱스에 해당하는 송신 빔포밍 벡터를 해당 클러스터 안에서 동일하게 사용한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신기에서 코드북 인덱스를 결정하여 피드백하기 위한 절차를 도시하고 있다.

도 6을 참조하면, 먼저 수신기는 601단계에서 현재로부터 과거 M개의 채널추정값들을 메모리로부터 독출한다. 그리고, 상기 수신기는 603단계에서 상기 M개의 채널추정값들을 입력으로 M차 선형 MMSE예측 알고리즘을 수행하여 미래 소정 시간-주파수 자원(클러스터)에 대한 채널값들을 생성한다. 여기서, 클러스터의 크기는 도 8에 도시된 바와 같이 2K × P(K는 부반송파 개수, P는 프레임의 개수)로 가정하기로 한다. 즉, 2K × P개의 미래 채널값들을 생성한다.

이후, 상기 수신기는 605단계에서 코드북의 송신 빔포밍 벡터들을 쌍(w₁,w₂)으로 정렬한다. 그리고, 상기 수신기는 607단계에서 빔포밍 벡터 쌍 인덱스를 나타내는 n 값을 '1'로 초기화한다. 그리고, 상기 수신기는 609단계에서 상기 정렬된 쌍들 중 n번째 빔포밍 벡터 쌍(w₁,w₂)을 획득하고, 상기 획득된 쌍의 2개의 송신 빔 포밍 벡터들을 이용해 상기 클러스터를 선형 보간한다. 이와 같이, 상기 클러스터에 적용될 2K × P개의 송신 빔포밍 벡터들을 획득한다.

이후, 상기 수신기는 611단계에서 상기 획득된 2K × P개의 송신 빔포밍 벡터들을 상기 클러스터에 적용하여 유효 채널 이득 값들을 산출한다. 즉, n번째 빔포밍 벡터 쌍에 대한 2K × P개의 유효채널이득값들을 생성한다. 그리고, 상기 수신기는 613단계로 진행하여 상기 산출된 유효채널이득값들중 최소 유효채널이득값을 선택한다.

이후, 상기 수신기는 615단계에서 모든 빔포밍 벡터 쌍들에 대한 최소 유효채널이득값들을 획득하였는지 검사한다. 만일, 모든 쌍들에 대한 최소 유효 채널 이득 값들을 획득하지 않았으면, 상기 수신기는 621단계로 진행하여 상기 n 값을 '1'만큼 증가한후 상기 607단계로 되돌아간다. 만일, 상기 모든 쌍들에 대한 최소 유효 채널 이득 값들을 획득하였으면, 상기 수신기는 617단계에서 상기 획득된 최소 유효채널이득값들 중 최대값을 선택한다. 즉, 모든 빔포밍 벡터 쌍들에 대한 최소 유효 채널 이득 값들 중 최대값을 선택한다. 그리고, 상기 수신기는 619단계로 진행하여 상기 선택된 최대값에 대응하는 2개의 코드북 인덱스들을 피드백 채널을 통해 송신기로 피드백한다. 그러면, 상기 송신기는 상기 피드백된 2개의 코드북 인덱스들을 이용해서 선형보간을 통해 해당 클러스터의 각 부반송파에 대한 송신 빔포밍 벡터를 생성한다.

본 발명의 성능을 입증하기 위한 시뮬레이션 결과를 살펴보면 다음과 같다.

채널 코딩을 도입하지 않은 경우의 BER(Bit Error Rate) 성능을 비교하는 것으로, 시뮬레이션 환경은 다음과 같다.

-20MHz bandwidth, 5 msec frame (WiBro frame duration)

-4 Tx, 2 Rx antennas, 64 total subcarriers, 16 CPs

-No channel coding

-2.3 GHz carrier frequency and 4km/h mobile speed (Jakes model)

-15 multi-path taps (ETSI model) and no spatial correlation

-Assume that channel is perfectly estimated at the receiver.

-The size of codebook [3]: 16 (4 bits)

-For 1-D linear sphere interpolator, 2 bits for each phase information

-6-th order LMMSE predictor (M=6)

-Feedback rate: Frequency K=8 & Time (frame) P (table)

value of P	1D-Sphere Linear inerpolator	1D-Clustering	2D-Clustering	2D-Linear clustering
Case 1	6 frames	4 frames	4 frames	4 frames
Case 2	12 frames	8 frames	8 frames	8 frames

도 9a는 case 1에 해당하는 시뮬레이션 결과를 보여주고, 9b는 case 2에 해당하는 시뮬레이션 결과를 보여준다.

도시된 바와 같이, 4가지 보간 기법들을 비교하였으며, 보간 기법을 사용하지 않는 경우도 비교 기준으로 삼기 위해 실험에 추가하였다. 주파수 영역에서의 보간 단위, 즉 K 값은 모든 보간 기법에 대하여 동일하게 적용하였으며, 시간적인 피드백 주기인 P 값은 모두 같은 양의 피드백 값을 가지도록 조절하였다. 피드백 주기 P는 두가지 경우를 고려하였으며, 첫 번째 경우(case 1)는 비교적 피드백 주기가 짧은 경우이고, 두 번째 경우(case 2)는 피드백 주기가 긴 경우이다. 수신단에서의 채널추정은 완벽하다고 가정한 것이다. 이는 매 프레임 동안 하향링크의 경우 프리앰블과 파일럿을 통해 채널을 충분히 정확하게 추정할 수 있기 때문이다.

먼저, 도 9a를 참조하면, 본 발명에 따른 채널 예측에 기반한 2차원 보간 기법이 기존의 1D 주파수 영역 보간 기법에 대하여 높은 성능 이득을 획득하고 있음을 확인할 수 있다. 주목해야 할 것은 2차원 선형 클러스터링(2D-linear clustering) 방식의 경우 모든 시간과 모든 부반송파들에 대하여 채널을 정확히 안다고 가정하고 코드북 내에서 송신 빔포밍 벡터를 선택하는 이상적인 양자화 기반 빔포밍(Ideal BF (Quant.)) 방식과 성능 차이가 미약하다는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 2차원 클러스터링(2D clustering) 방식의 경우 그리 크지 않은 계산 복잡도를 요구하면서도 상당히 높은 성능을 보이고 있음을 확인할 수 있다.

다음으로, 도 9b를 참조하면, Case 1에 비하여 채널 변화 정도가 더욱 심하기 때문에, 기존 1차원 주파수 영역 보간 기법과 제안된 2차원 보간 기법의 성능 차이가 더욱 커지고 있다. 제안된 2차원 보간 기법 또한 채널 예측 오차가 커지면서 Case 1에 비하여 성능이 미약하게 저하되고 있지만, 기존의 1차원 주파수 영역 보간 기법은 채널 변화에 적응하지 못하여 심각한 성능 저하를 보이고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 MIMO-OFDM 송신 빔포밍 시스템에서 제한된 피드백 양을 이용하여 최적의 성능을 낼 수 있도록 하는 2차원(주파수-시간) 송 신 빔포밍 벡터 보간 기법들을 제안하고 있다. 제안된 방식의 기존 방식들에 대한 성능 향상은 모의 실험을 통해 확인되었고, 향상 정도는 채널 변화가 커질수록 크게 나타나고 있다. 본 발명에 따른 방식은 송수신 간의 채널이 비가역적이고 피드백 채널이 존재하는 MIMO-OFDM 시스템에 언제나 적용시킬 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서 시변 채널을 고려하여 피드백 정보를 결정하기 때문에, 링크 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 즉, 본 발명은 채널예측에 기반하여 송신 빔포밍 벡터를 결정하기 때문에 채널 변화에 대응하지 못하여 발생하는 성능 저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 피드백 정보를 이용해 생성된 빔포밍 벡터가 특정 시간 구간에서 최적임을 보장할 수 있는 이점이 있다. 즉, 상위 계층 스케줄러가 피드백 정보의 부정확성을 고려하지 않아도 되는 장점도 존재한다.

Claims

코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서의 수신기 장치에 있어서,

현재로부터 과거 M개의 채널추정값들을 이용해서 미래 소정 구간에 대한 미래 채널값들을 생성하는 예측기와,

상기 예측기로부터의 상기 미래 채널값들을 이용해서 코드북 내의 모든 송신 빔포밍 벡터들에 대한 유효채널이득값들을 산출하여 출력하는 유효채널이득 산출기와,

상기 유효채널이득 산출기로부터의 유효채널이득값들 중 최대값에 해당하는 코드북 인덱스를 송신기로 피드백하는 코드북 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 예측기는, 선형 MMSE(Minimum Mean Square Error) 예측기인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 소정 구간은, 복수의 부반송파들과 복수의 프레임들로 이루어진 소정 시간-주파수 영역인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 유효채널이득 산출기는, 각 송신 빔포밍 벡터(
)에 대한 유효채널이득값(
)들을 다음 수식을 이용해 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기서,
는 미래 채널값, k는 부반송파 인덱스, P는 피드백 주기, m은 피드백 인덱스, d는 시간 옵셋을 나타냄.
제1항에 있어서, 상기 유효채널이득 산출기는,

미래 K×P(K는 부반송파 개수, P는 프레임 개수) 크기의 클러스터에 대하여 상기 미래 채널값들을 이용해 코드북내 각 빔포밍 벡터에 대한 유효채널이득값들을 산출하고, 상기 산출된 유효채널이득값들 중 최소 유효채널이득값을 선택하여 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서, 상기 코드북 선택기는,

상기 유효채널이득 산출기로부터의 모든 빔포밍 벡터들에 대한 최소 유효채널이득값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 하나의 코드북 인덱스를 송신기로 피드백하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 유효채널이득 산출기는,

상기 코드북내 2개의 빔포밍 벡터들을 이용해 미래 2K×P(K는 부반송파 개수, P는 프레임 개수) 크기의 클러스터를 선형 보간하고, 상기 선형 보간된 클러스터에 대하여 상기 미래 채널값들을 이용해 해당 빔포밍 벡터 쌍에 대한 유효채널이득값들을 산출하며, 상기 산출된 유효채널이득값들 중 최소 유효채널이득값을 선택하여 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 코드북 선택기는,

상기 유효채널이득 산출기로부터의 모든 빔포밍 벡터 쌍들에 대한 최소 유효채널이득값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 두 개의 코드북 인덱스들을 상기 송신기로 피드백하는 것을 특징으로 하는 장치.
코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서의 송신기 장치에 있어서,

채널 예측에 기반한 코드북 인덱스를 수신하며, 소정 K×P(K는 부반송파 개수, P는 프레임 개수) 크기의 클러스터에 적용할 송신 빔포밍 벡터를 상기 수신된 코드북 인덱스에 기반하여 생성하는 빔포밍 벡터 생성기와,

상기 클러스터에 매핑되는 송신 데이터를 상기 빔포밍 벡터 생성기로부터의 송신 빔포밍 벡터에 의해 빔포밍하여 출력하는 빔형성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서의 송신기 장치에 있어서,

채널 예측에 기반한 2개의 코드북 인덱스들을 수신하며, 상기 수신된 2개의 코드북 인덱스들에 대한 2개의 빔포밍 벡터들을 이용해 선형 보간을 수행하여 소정 2K×P(K는 부반송파 개수, P는 프레임 개수) 크기의 클러스터에 적용할 빔포밍 벡터들을 생성하는 빔포밍 벡터 생성기와,

상기 클러스터에 매핑되는 송신 데이터를 상기 빔포밍 벡터 생성기로부터의 상기 빔포밍 벡터들에 의해 빔포밍하여 출력하는 빔형성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서 수신기의 피드백 방법에 있어서,

현재로부터 과거 M개의 채널추정값들을 이용해서 미래 소정 구간에 대한 미래 채널값들을 생성하는 과정과,

상기 미래 채널값들을 이용해서 코드북 내의 모든 송신 빔포밍 벡터들에 대한 유효채널이득값들을 산출하는 과정과,

상기 유효채널이득값들 중 최대값에 해당하는 코드북 인덱스를 송신기로 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 미래 채널값들은 M탭 선형 MMSE 예측기를 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 소정 구간은, 복수의 부반송파들과 복수의 프레임들로 이루어진 소정 시간-주파수 영역인 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 코드북 내의 각 송신 빔포밍 벡터(
)에 대한 유효 채널 이득값(
)은 다음 수식을 이용해 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서,
는 미래 채널값, k는 부반송파 인덱스, P는 피드백 주기, m은 피드백 인덱스, d는 시간 옵셋을 나타냄.
제11항에 있어서, 상기 유효채널이득 산출 과정은,

미래 K×P(K는 부반송파 개수, P는 프레임 개수) 크기의 클러스터에 대하여 상기 미래 채널값들을 이용해 상기 코드북 내 각 빔포밍 벡터에 대한 유효채널이득값들을 산출하는 과정과,

상기 코드북내 각 빔포밍 벡터에 대하여 최소 유효채널이득값을 획득하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 피드백하는 과정은,

상기 코드북내 모든 빔포밍 벡터들에 대한 최소 유효채널이득값들을 비교하 여 최대값을 선택하는 과정과,

상기 최대값에 해당하는 하나의 코드북 인덱스를 송신기로 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 유효채널이득 산출 과정은,

상기 코드북 내의 2개의 빔포밍 벡터들을 이용해 미래 2K×P(K는 부반송파 개수, P는 프레임 개수) 크기의 클러스터를 선형 보간하는 과정과,

상기 선형 보간된 클러스터에 대하여 상기 미래 채널값들을 이용해 해당 빔포밍 벡터 쌍에 대한 유효채널이득값들을 산출하는 과정과,

모든 빔포밍 벡터 쌍들의 각각에 대하여 최소 유효채널이득값을 획득하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 피브백하는 과정은,

상기 모든 빔포밍 벡터 쌍들에 대한 최소 유효채널이득값들을 비교하여 최대값을 선택하는 과정과,

상기 선택된 최대값에 해당하는 두 개의 코드북 인덱스들을 송신기로 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서 송신기의 빔 형성 방법에 있어서,

채널 예측에 기반한 코드북 인덱스를 수신하는 과정과,

소정 K×P(K는 부반송파 개수, P는 프레임 개수) 크기의 클러스터에 적용할 송신 빔포밍 벡터를 상기 수신된 코드북 인덱스에 기반하여 생성하는 과정과,

상기 클러스터에 매핑되는 송신 데이터를 상기 생성된 송신 빔포밍 벡터에 의해 빔포밍하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
코드북 기반의 송신 빔포밍 시스템에서 송신기의 빔 형성 방법에 있어서,

채널 예측에 기반한 2개의 코드북 인덱스들을 수신하는 과정과,

상기 수신된 2개의 코드북 인덱스들에 대한 2개의 빔포밍 벡터들을 이용해 선형 보간을 수행하여 소정 2K×P(K는 부반송파 개수, P는 프레임 개수) 크기의 클러스터에 적용할 빔포밍 벡터들을 생성하는 과정과,

상기 클러스터에 매핑되는 송신 데이터를 상기 생성된 빔포밍 벡터들에 의해 빔포밍하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.