KR20080042434A - 다중 안테나 시스템에서 전송 모드 선택 장치 및 방법 - Google Patents

다중 안테나 시스템에서 전송 모드 선택 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 안테나 시스템에서 피드백 정보 및 채널 상태에 따라 다중 안테나 전송 방식을 적응적으로 사용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 단말들로부터 수신되는 피드백 정보들을 확인하여 다중 안테나 서비스 제공 방법을 결정하는 과정과, 폐 루프(Close Loop) 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 상기 피드백 정보들에 포함된 랭크(Rank) 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 시공간 부호(Space-Time Coder)를 선택하는 과정과, 상기 피드백 정보들에 포함된 상기 랭크 정보와 채널 상태 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 선 부호(Precoder)를 선택하는 과정과, 상기 시공간 부호와 선 부호를 이용하여 전송 신호를 부호화하여 전송하는 과정을 포함하여, 상기 시공간 부호화 방식의 장점과 폐 루프 다중 안테나 방식의 장점을 접목하여 각 사용자별 혹은 송신 안테나별로 시공간 부호화를 수행하여 다중화 이득 또는 다이버시티 이득을 조절해 주고, 각 사용자의 채널 상태에 따른 선부호를 사용하여 평균 비트 오율을 낮출 수 있는 이점이 있다.
다중 안테나 시스템, 피드백 정보, 시공간 부호, 개방 루프(Open Loop), 폐 루프(Close Loop)

Description

다중 안테나 시스템에서 전송 모드 선택 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SELECTTING TRANSMISSION MODE IN MULTIPLE ANTENNA SYSTEMS}
도 1은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 송신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 수신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신단의 동작 절차를 도시하는 도면, 및
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신단의 동작 절차를 도시하는 도면.
본 발명은 다중 안테나 시스템에 관한 것으로서, 특히 상기 다중 안테나 시스템에서 피드백 정보 및 채널 상태에 따라 다중 안테나 전송 방식을 적응적으로 사용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 이동통신 시장의 급성장으로 인하여 무선 환경에서 다양한 멀티미디어 서비스가 요구된다. 따라서 최근에는 상기 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되면서 한정된 주파수를 효율적으로 사용할 수 있는 다중 안테나 시스템(예 : MIMO(Multiple Input Multiple Output))의 연구가 진행되고 있다.
상기 다중 안테나 시스템은 추가적인 주파수나 송신 전력 할당 없이도 단일 안테나 시스템에 비해 전송 신뢰도와 전송률을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 다중 안테나 시스템은 송수신 안테나 수에 따라 다이버시티 이득을 얻어 전송 신뢰도를 향상시키는 다이버시티 방식과 다수의 신호 열을 동시에 전송하여 전송률을 높이는 멀티플렉싱 방식 및 상기 다이버시티 방식과 멀티플렉싱 방식을 결합한 하이브리드(Hybrid) 방식을 사용할 수 있다.
상기 다중 안테나 시스템은 단말들로부터 수신되는 피드백 정보에 따라 개 루프(Open Loop)방식 또는 폐 루프(Close Loop)방식을 이용하여 다중 안테나 서비스를 지원한다.
상기 개 루프 다중 안테나 방식은 상기 단말들로부터 피드백 정보가 없거나 상기 피드백되는 정보의 양이 적을 경우 사용되는 다중 안테나 방식으로 대표적으로 시공간 부호화(Space-Time Coding) 방식이 있다.
상기 시공간 부호화방식은 낮은 에러율을 달성하기 위해 시간 영역(time domain)에서의 부호화 방식을 공간 영역(space domain)으로 확장하여 신호를 전송 하는 방식이다. 이때, 상기 시공간 부호화방식은 다이버시티 효과를 얻을 수 있는 알라뮤티(Alamouti) 류의 다이버시티 코드와 멀티플렉싱 효과를 얻을 수 있는 블라스트(BLAST) 류의 코드 및 상기 다이버시티-멀티플렉싱의 교환(Tradeoff)을 취한 하이브리드(Hybrid) 코드가 존재한다.
상기 폐 루프 다중 안테나 방식은 상기 단말들로부터 피드백되는 정보의 양이 충분한 경우 사용되는 다중 안테나 방식이다. 여기서, 상기 피드백 정보는, 랭크(Rank) 정보, 선부호 행렬(Precoding Matrix), 각 스트림별 채널 정보(Channel Quality Information)를 포함한다.
상기 폐 루프 다중 안테나 방식은 상기 각 스트림별 채널 정보를 이용하여 스트림별로 적응적인 변조 및 부호(Adaptive Modulation and Coding)를 수행한다.
만일, 상기 단말들로부터 피드백되는 정보의 양이 충분하지 않을 경우, 상기 폐 루프 다중 안테나 방식은 전체 스트림의 평균 채널정보를 이용하여 평균적인 적응적인 변조 및 부호를 수행할 수 있다.
이후, 폐 루프 다중 안테나 방식은 상기 채널 상태에 따라 적응적인 변조 및 부호화된 스트림에 상기 선부호 행렬을 곱해 전송하는 방식이다.
또한, 상기 다중 안테나 시스템은 다수의 송신안테나를 이용하여 동일한 시간에 하나의 단말로 빔을 형성하는 단일 사용자 다중 안테나 방식과 상기 동일한 시간에 다수의 단말로 빔을 형성하는 다중 사용자 다중 안테나 방식을 지원한다.
상술한 바와 같이 상기 다중 안테나 시스템은 단말들로부터 피드백되는 정보의 양에 따라 개 루프 다중 안테나 방식과 폐 루프 다중 안테나 방식을 사용할 수 있다. 하지만, 상기 다중 안테나 시스템의 송신단은 상기 개 루프 다중 안테나 방식과 폐 루프 다중 안테나 방식을 동시에 지원할 수 없는 구조로 되어있다.
또한, 상기 다중 안테나 시스템에서 동일한 시간에 상기 다중 사용자를 지원하는 경우, 상기 각 사용자들의 채널이 틀려 전송 속도가 다른 경우에도 각 사용자들에게 동일한 선부호를 적용하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 안테나 시스템에서 단말들로부터 피드백되는 정보에 따라 개 루프 다중 안테나 방식 또는 폐 루프 다중 안테나 방식을 선택적으로 지원하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 안테나 시스템에서 다중 사용자를 지원하는 경우, 상기 사용자들의 채널 특성에 따라 각 사용자에게 전송 속도와 선 부호를 적응적으로 지원하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템의 송신단에서 신호를 전송하기 위한 방법은, 단말들로부터 수신되는 피드백 정보들을 확인하여 다중 안테나 서비스 제공 방법을 결정하는 과정과, 폐 루프(Close Loop) 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 상기 피드백 정보들에 포함된 랭크(Rank) 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 시공간 부호(Space-Time Coder)를 선택하는 과정과, 상기 피드백 정보들에 포함된 상기 랭크 정보와 채널 상태 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 선 부호(Precoder)를 선택하는 과정과, 상기 시공간 부호와 선 부호를 이용하여 전송 신호를 부호화하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 수신단의 동작 방법은, 송신단으로부터 수신되는 신호를 이용하여 채널을 추정하는 과정과, 상기 채널 정보를 이용하여 랭크(Rank)를 결정하는 과정과, 상기 랭크 정보와 채널 정보를 이용하여 선 부호(Precoder)를 결정하는 과정과, 상기 랭크 정보와 채널 정보를 이용하여 사용 안테나의 인덱스를 결정하는 과정과, 상기 채널 상태에 따라 상기 랭크 정보, 선 부호 정보, 채널 상태 정보(Channel Quality Information), 사용 안테나 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 피드백 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템의 송신 장치는, 단말들로부터 수신되는 피드백 정보들을 확인하는 피드백 수신부와, 상기 피드백 정보들에 따라 서비스를 제공한 적어도 하나의 단말 및 각 단말들의 시공간 부호(Space-Time Coder), 선 부호(Precoder), 적응 변조 및 부호 레벨(Adaptive Modulation and Coding level)을 결정하는 스케줄러와, 상기 스케줄러에서 결정된 시공간 부호, 선 부호, 적응 변조 및 부호 레벨에 따라 상기 단말들로 신호를 전송하는 적어도 하나의 송신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템의 수신 장치는, 송신단으로부터 신호를 수신받는 수신부와, 상기 수신 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부와, 상기 채널 추정 정보를 이용하여 랭크(Rank)를 결정하고, 상기 랭 크 정보와 채널 추정 정보를 이용하여 선 부호(Precoder)를 결정하는 선 부호 결정기와, 상기 랭크 정보와 채널 정보를 이용하여 사용 안테나의 인덱스를 결정하는 안테나 선택기와, 상기 채널 상태에 따라 상기 랭크 정보, 선 부호 정보, 채널 상태 정보(Channel Quality Information), 사용 안테나 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 피드백 신호를 전송하는 피드백 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단 된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 다중 안테나 시스템에서 피드백 정보 및 채널 상태에 따라 다중 안테나 전송 방식을 적응적으로 사용하기 위한 기술에 대해 설명한다. 다시 말해 상기 다중 안테나 시스템에서 피드백되는 정보에 따라 개 루프(Open Loop) 다중 안테나 방식과 폐 루프(Close Loop) 다중 안테나 방식을 선택적으로 지원하기 위한 기술에 대해 설명한다. 여기서, 상기 다중 안테나 시스템이 다중 사용자를 지원하는 경우, 상기 각 사용자의 채널 특성에 따라 서로 다른 적응 변조 및 부호화 레벨(Apaptive Modulation and Coding Level)과 선 부호(Precoder)를 제공하기 위한 기술을 제공한다.
이하 설명에서는 상기 다중 안테나 시스템에서 4 개의 송신안테나를 구비하 는 기지국과 각각 4개의 수신 안테나를 구비하는 두 개의 단말을 가정하여 설명한다. 이때, 상기 기지국은 최대 네 명의 사용자를 지원할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 송신단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이 상기 송신단은 제 1 단말을 위한 제 1 송신기(110), 제 2 단말을 위한 제 2 송신기(120), 결합기(130), 스케줄러(140) 및 피드백 수신기(150)를 포함하여 구성된다.
상기 스케줄러(140)는 상기 피드백 수신기(150)로부터 수신되는 피드백 정보를 이용하여 각 단말의 전송률(Throughput)을 비교하여 용량(Sum capacity)을 최대화시키거나, 공평성 기준(Fairness criterion)을 만족하도록 스케줄링을 통해 서비스를 제공할 단말을 선택한다. 이때, 상기 스케줄러(140)는 서비스를 제공한 단말의 피드백 정보에 따라 개 루프 다중 안테나 방식을 사용할 것인지 폐 루프 다중 안테나 방식을 사용할 것인지 결정한다. 또한, 상기 스케줄러(140)은 상기 피드백 정보에 포함된 사용 안테나 인덱스 정보를 확인하여 각 단말이 사용할 안테나를 확인한다.
만일, 상기 개 루프 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 상기 스케줄러(140)는 피드백 정보에 포함된 단말의 랭크(Rank) 정보에 따라 시공간 부호를 선택한다. 여기서, 상기 송신단이 다중 사용자를 지원하는 경우, 상기 스케줄러(140)는 각 단말들의 랭크 정보에 따라 서로 다른 시공간 부호를 선택할 수 있다.
한편, 상기 폐 루프 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 상기 스케줄러(140) 는 상기 피드백 정보에 포함된 단말의 랭크 정보에 따라 시공간 부호를 선택하고, 각 사용자의 채널 상태에 맞는 선부호를 선택한다. 여기서, 상기 송신단이 다중 사용자를 지원하는 경우, 상기 스케줄러(140)는 각 단말들의 랭크 정보에 따라 서로 다른 시공간 부호를 선택하고, 각 단말별로 최적화된 선부호를 선택한다. 이때, 상기 스케줄러(140)는 랭크 정보에 따른 선부호 코드북을 포함하여 각 단말들의 피드백 정보에 포함된 랭크 정보와 선부호 인덱스와 안테나 인덱스를 이용하여 상기 최적화된 선부호를 선택한다.
예를 들어, 상기 선부호 코드북은 다중화에 최적인 선부호 코드북인 경우 일반적으로 단위 행렬(unitery matrix)로 구성되는데 그라스마니안(grassmannian) 계열, 기븐 로테이션(Givens Rotation) 행렬 계열, 하우스홀드(household)계열 등을 이용하여 구성된다. 또한, 상기 선부호 코드북이 다이버시티에 최적인 선부호 코드북인 경우, 비단위 행렬로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 스케줄러(140)는 상기 송신단이 다중 사용자를 지원하는 경우, 각 단말들의 채널 정보에 따른 적응적인 변조 및 부호화 레벨을 적용할 수 있도록 스케줄링을 수행한다.
상기 피드백 수신기(150)는 상기 단말들이 전송하는 피드백 정보를 수신하여 상기 스케줄러(140)로 제공한다. 이때, 상기 피드백 수신기(150)는 각 단말에 따른 상기 피드백 정보를 구분하여 상기 스케줄러(140)로 제공한다.
상기 제 1 송신기(110)는 부호기(111), 변조기(113), 시공간 부호기(Space-Time Coder)(115) 및 선 부호기(Precoder)(117)를 포함하여 구성된다.
상기 부호기(111)는 상기 제 1 단말로 전송할 데이터를 상기 스케줄러(140)에서 결정된 부호율로 부호화하여 출력한다.
상기 변조기(113)는 상기 부호기(111)로부터 제공받은 신호를 상기 스케줄러(140)에서 결정된 변조 방식으로 변조하여 출력한다.
상기 시공간 부호기(115)는 상기 스케줄러(140)으로부터 제공받은 시공간 부호를 이용하여 상기 변조기(113)로부터 제공받은 신호를 부호화하여 출력한다. 여기서, 상기 제 1 시공간 부호기(115)와 제 2 시공간 부호기(125)는 제 1 단말과 제 2 단말의 채널 상태가 다른 경우, 서로 다른 시공간 부호를 이용하여 부호화를 수행할 수 있다.
상기 선부호화기(117)는 상기 스케줄러(140)으로부터 제공받은 선부호를 이용하여 상기 시공간 부호기(115)로부터 제공받은 신호를 선부호화하여 출력한다. 여기서, 상기 선부호화기(117)는 상기 송신단이 폐 루프 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 각 단말의 랭크 정보 및 채널 특성에 따른 선 부호를 이용하여 각 단말의 신호를 선부호화 한다. 하지만, 상기 송신단이 개 루프 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 상기 선부호화기(117)는 단위 행렬(Identity Matrix)를 이용하여 상기 신호를 선부호화한다.
상기 결합기(130)는 상기 제 1 송신기(110)와 제 2 송신기(120)로부터 제공받은 신호를 결합하여 송신안테나를 통해 전송한다. 이때, 상기 결합기(130)는 상기 상기 피드백 정보에 포함된 사용 안테나 인덱스 정보를 이용하여 상기 제 1 송신기(110)과 제 2 송신기(120)의 신호를 전송한다.
상기 송신단에서 상기 제 1 송신기(110)는 상기 스케줄러(140)에서 제 1 단말의 피드백 정보에 따라 결정된 시공간 부호와 선부호를 이용하여 상기 제 1 단말로 전송할 신호를 처리한다. 반면에 상기 제 2 송신기(120)는 상기 스케줄러(140)에서 제 2 단말의 피드백 정보에 따라 결정된 시공간 부호와 선부호를 이용하여 상기 제 2 단말로 전송할 신호를 처리한다. 하지만, 상기 제 1 송신기(110)와 제 2 송신기(120)의 구성은 동일하므로 상기 제 2 송신기(120)의 상세 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 수신단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이 상기 수신단은 시공간 복호기(201), 병/직렬 변환기(203), 복조기(205), 복호기(207), 피드백 제어기(209) 및 선부호 선택기(211), 안테나 선택기(215)를 포함하여 구성된다.
상기 시공간 복호기(201)는 상기 수신안테나들을 통해 수신된 신호들의 수신벡터를 이용하여 상기 송신단에서 송신할 수 있는 모든 가능한 시퀀스들에 대해 유클리드 거리(Euclidean distance)를 계산한다. 이후, 상기 시공간 복호기(201)는 상기 계산된 유클리드 거리들 중 최소거리를 가지는 유클리드 거리에 해당하는 정보 비트열을 수신 프레임 데이터로 출력한다. 또한, 상기 시공간 복호기(201)는 채널 추정기(213)를 포함하여 상기 각 안테나를 통해 수신되는 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정한다.
상기 병/직렬 변환기(203)는 상기 시공간 복호기(201)로부터 제공받은 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 전송한다.
상기 복조기(205)는 상기 병/직렬 변환기(203)로부터 제공받은 데이터를 해당 복조 방식에 따라 복조하여 출력한다. 상기 복호기(207)는 상기 복조기(205)에서 복조된 데이터를 해당 부호율로 채널 복호화하여 정보 데이터를 복원한다.
상기 선부호 선택기(211)는 상기 채널 추정기(213)에서 추정된 채널 정보를 이용하여 다이버시티-다중화 오더(=랭크(Rank))를 결정한다. 이후, 상기 선부호 선택기(211)는 상기 결정된 랭크 정보와 채널 정보를 이용하여 상기 단말의 채널 상태에 맞는 선부호를 선택한다. 여기서, 상기 선부호 선택기(211)는 상기 단말의 랭크 정보에 따른 선부호 코드북을 포함하여 상기 랭크 정보와 채널 정보에 따른 선부호의 인덱스를 선택한다. 또한, 상기 선부호 선택기(211)는 상기 랭크 정보를 상기 안테나 선택기(215)로 전송한다.
상기 안테나 선택기(215)는 상기 선부호 선택기(211)로부터 제공받은 랭크 정보와 상기 채널 추정기(213)에서 추정된 채널 정보를 이용하여 상기 단말이 사용할 상기 기지국의 안테나 인덱스를 선택한다.
상기 피드백 제어기(209)는 상기 채널 추정기(213)로부터 제공받은 채널 상태 정보(Channel Quality Information)와 선부호 선택기(211)로부터 제공받은 선부호 정보, 랭크 정보 및 상기 안테나 선택기(215)로부터 제공받은 사용 안테나 정보를 포함하는 피드백 신호를 상기 송신단으로 전송한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신단의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 먼저 상기 송신단은 301단계에서 각 단말들로부터 피드백 신호가 수신되는지 확인한다.
만일, 상기 피드백 신호가 수신되는 경우, 상기 송신단은 303단계로 진행하여 상기 피드백 신호에 포함된 정보를 확인한다.
상기 피드백 신호에 포함된 정보를 확인한 후, 상기 송신단은 305단계로 진행하여 상기 피드백 신호에 포함된 정보의 양에 따라 폐 루프 다중 안테나 방식을 수행할 것인지 판단한다. 상기 송신단은 상기 피드백 신호에 포함되는 정보 비트의 양에 따라 상기 폐 루프 다중 안테나 방식을 수행할 것인지 판단한다. 즉, 상기 송신단은 상기 피드백 신호에 상기 각 단말의 랭크(Rank) 정보, 선부호 인덱스, 각 스트림별 채널 상태 정보(Channel Quality Information) 및 사용 안테나 인덱스 정보가 포함되는지 확인한다.
만일, 상기 폐 루프 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 상기 송신단은 307단계로 진행하여 다중 사용자를 지원하는지 확인한다. 즉, 상기 송신단은 다중 사용자를 지원할 것인지 단일 사용자를 지원할 것인지 확인한다.
상기 단일 사용자를 지원하는 경우, 상기 송신단은 317단계로 진행하여 상기 서비스를 지원할 사용자의 피드백 정보를 이용하여 상기 사용자의 채널 정보를 확인한다. 이후, 상기 송신단은 상기 채널 정보에 따라 시공간 부호와 선부호를 결정한다.
상기 시공간 부호와 선부호를 결정한 후, 상기 송신단은 313단계로 진행하여 상기 결정된 시공간 부호와 선부호로 상기 사용자에게 전송할 데이터를 부호화하여 전송한다.
만일, 상기 다중 사용자를 지원하는 경우, 상기 송신단은 309단계로 진행하여 상기 각 단말들로부터 수신된 피드백 정보를 이용하여 각 단말의 랭크 정보에 따라 시공간 부호를 결정한다. 예를 들어, 상기 송신단은 상기 제 1 단말은 다이버시티 방식을 사용하는 제 2 단말은 다중화 방식을 사용하는 경우, 상기 제 1 안테나와 제 2 안테나는 다이버시티 이득을 위한 시공간 부호를 선택하고, 상기 제 3 안테나와 제 4 안테나는 다중화 이득을 위한 시공간 부호를 선택한다.
상기 시공간 부호를 결정한 후, 상기 송신단은 311단계로 진행하여 상기 각 단말들의 랭크 정보와 채널 상태에 최적인 선부호를 결정한다. 여기서, 상기 송신단은 상기 단말들의 랭크 정보에 따라 선부호 코드북을 선택한다. 이때, 상기 기지국은 알라뮤티(Alamouti) 코드 기반의 시공간 부호를 선택한 랭크가 1인 사용자의 경우, 선부호는 단위(unitary) 계열로부터 선택이 가능하다. 하지만, 다중화(Multiplexing) 오더가 최대인 블라스트(VBLAST) 기반의 시공간 부호를 선택한 랭크가 2인 사용자의 경우 상기 알라뮤티의 경우와 다른 코드북을 사용하여 상기 선부호화를 수행할 수 있다.
이후, 상기 송신단은 상기 선부호 코드북에서 상기 단말들로부터 피드백되는 선부호 인덱스에 따른 선부호를 선택한다.
상기 선부호를 결정한 후, 상기 송신단은 상기 313단계로 진행하여 상기 결 정된 시공간 부호와 선부호로 상기 사용자에게 전송할 데이터를 부호화하여 전송한다.
만일, 상기 송신단은 상기 305단계에서 폐 루프 다중 안테나 방식을 사용하지 않는 경우, 즉, 개 루프 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 상기 송신단은 315단계로 진행하여 서비스를 제공한 단말의 랭크 정보에 따른 시공간 부호를 결정한다. 여기서, 상기 송신단이 다중 사용자를 지원하는 경우, 각 단말들의 랭크 정보에 따른 시공간 부호를 결정한다.
상기 시공간 부호를 결정한 후, 상기 송신단은 상기 313단계로 진행하여 상기 결정된 시공간 부호로 상기 사용자에게 전송할 데이터를 부호화하여 전송한다. 이때, 선부호는 단위 행렬(Identity Matrix)을 사용한다.
이후, 상기 송신단은 본 알고리즘을 종료한다.
상술한 실시 예에서 상기 송신단에서 적응 선부호를 사용하는 것을 예를 들어 설명하였다. 상기 적응 선부호를 사용하는 경우, 상기 송신단은 상기 수신되는 피드백 신호의 주기와 상기 피드백 신호의 양에 따라 다른 선부호를 사용한다. 예를 들어, 상기 피드백 주기가 짧고 피드백 양이 많을 경우, 상기 선부호기의 선형성에 따라 더티 페이퍼 코드(Dirty Paper Coding) 또는 블록 대각화(Block Diagonalization) 방식을 사용한다. 만일, 상기 피드백 주기가 짧고 피드백 양이 적을 경우, 상기 선부호기는 최소제곱 오차 추정법(Minimum Mean Square Error) 또는 제로 포싱(Zero Forcing)을 사용한다.
다른 실시 예로 상기 송신단은 피드백 채널의 크기를 줄이기 위해 고정 선부 호를 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 예는 상기 송신단에서 각각의 사용자의 채널 상태에 따라 적응적으로 폐 루프 다중 안테나 방식을 지원하는 것을 예를 들어 설명하였지만, 각 송신 안테나별로 적응적으로 상기 폐 루프 다중 안테나 방식을 지원하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신단의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 먼저 상기 수신단은 401단계에서 상기 송신단으로부터 신호가 수신되는지 확인한다
상기 신호가 수신되면, 상기 수신단은 403단계로 진행하여 상기 수신신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정한다
상기 채널을 추정한 후, 상기 수신단은 405단계로 진행하여 상기 채널 정보를 이용하여 랭크 정보를 결정한다.
이후, 상기 수신단은 407단계로 진행하여 상기 랭크 정보에 따른 선부호 코드북을 결정한 후, 상기 코드북에서 상기 채널 정보에 최적의 선부호를 결정한다. 여기서, 미 도시되었지만, 상기 수신단은 상기 랭크 정보와 채널 정보를 이용하여 사용할 상기 기지국의 안테나 인덱스를 결정한다.
상기 선부호를 결정한 후, 상기 수신단은 409단계로 진행하여 상기 채널 상태 정보, 랭크 정보 및 선부호의 인덱스, 사용 안테나 인덱스 정보를 포함하는 피 드백 신호를 생성하여 상기 송신단으로 전송한다. 여기서, 상기 수신단은 상기 피드백 채널의 크기를 동일하게 유지하기 위해 상기 채널 정보에 따라 피드백 신호에 포함되는 정보의 양을 조절한다. 예를 들어, 상기 수신 신호대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference and Noise Ration)가 기준 값보다 작은 경우, 상기 수신단은 최소의 비트를 높은 부호율로 부호화하여 피드백한다. 또한, 상기 수신 신호대 간섭 및 잡음비가 상기 기준 값보다 큰 경우, 상기 수신단은 최대의 비트를 낮은 부호율로 부호화하여 피드백한다.
이후, 상기 수신단은 본 알고리즘을 종료한다.
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 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 다중 안테나 시스템에서 피드백 정보에 따라 다중 안테나 방식을 선택하고 각 단말들의 채널 상태에 따라 선부호를 적응적으로 제공함으로써, 상기 시공간 부호화 방식의 장점과 폐 루프 다중 안테나 방식의 장점을 접목하여 각 사용자별 혹은 송신 안테나별로 시공간 부호화를 수행하여 다중화 이득 또는 다이버시티 이득을 조절해 주고, 각 사용자의 채널 상태에 따른 선부호를 사용하여 평균 비트 오율을 낮출 수 있는 이점이 있다.

Claims (23)

  1. 다중 안테나 시스템의 송신단에서 신호를 전송하기 위한 방법에 있어서,
    단말들로부터 수신되는 피드백 정보들을 확인하여 다중 안테나 서비스 제공 방법을 결정하는 과정과,
    폐 루프(Close Loop) 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 상기 피드백 정보들에 포함된 랭크(Rank) 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 시공간 부호(Space-Time Coder)를 선택하는 과정과,
    상기 피드백 정보들에 포함된 상기 랭크 정보와 채널 상태 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 각각 다른 선 부호(Precoder)를 선택하는 과정과,
    상기 시공간 부호와 선 부호를 이용하여 전송 신호를 부호화하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다중 안테나 서비스 제공 방법을 결정하는 과정은,
    상기 단말들로부터 수신된 피드백 정보를 확인하는 과정과,
    상기 피드백 정보에 랭크 정보, 선 부호 정보, 채널 상태 정보(Channel Quality Information)이 포함된 경우, 상기 폐 루프 다중 안테나 방식 수행을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 피드백 정보에 상기 랭크 정보, 선 부호 정보, 채널 상태 정보 중 어느 하나를 포함하지 않는 경우, 개 루프(Open Loop) 다중 안테나 방식 수행을 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 선 부호를 선택하는 과정은,
    상기 피드백 정보에서 상기 랭크 정보와 채널 상태에 따른 선 부호 인덱스를 확인하는 과정과,
    상기 랭크 정보에 따라 다른 선 부호 코드북을 선택하는 과정과,
    상기 선 부호 코드북에서 상기 선 부호 인덱스에 따른 선 부호를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단말들의 채널 상태 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 적응 변조 및 부호 레벨(Adaptive Modulation and Coding level)을 결정하는 과정과,
    상기 적응 변조 및 부호 레벨에 따라 전송신호를 부호화 및 변조하는 과정과,
    상기 시공간 부호와 선 부호를 이용하여 상기 부호화 및 변조된 신호를 부호화하여 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    개 루프(Open Loop) 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 상기 랭크(Rank) 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 시공간 부호(Space-Time Coder)를 선택하는 과정과,
    상기 시공간 부호를 이용하여 전송 신호를 부호화하여 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 단말들의 채널 상태 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 적응 변조 및 부호 레벨(Adaptive Modulation and Coding level)을 결정하는 과정과,
    상기 적응 변조 및 부호 레벨에 따라 전송신호를 부호화 및 변조하는 과정과,
    상기 시공간 부호를 이용하여 상기 부호화 및 변조된 신호를 부호화하여 전 송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 개 루프 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 선 부호는 단위 행렬(Identity Matrix)을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 다중 안테나 시스템에서 수신단의 동작 방법에 있어서,
    송신단으로부터 수신되는 신호를 이용하여 채널을 추정하는 과정과,
    상기 채널 정보를 이용하여 랭크(Rank)를 결정하는 과정과,
    상기 랭크 정보와 채널 정보를 이용하여 선 부호(Precoder)를 결정하는 과정과,
    상기 랭크 정보와 채널 정보를 이용하여 사용 안테나의 인덱스를 결정하는 과정과,
    상기 채널 상태에 따라 상기 랭크 정보, 선 부호 정보, 채널 상태 정보(Channel Quality Information), 사용 안테나 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 피드백 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 선 부호를 결정하는 과정은,
    상기 랭크 정보에 따른 선 부호 코드북을 선택하는 과정과,
    상기 선 부호 코드북에서 상기 채널 정보에 따른 선 부호의 인덱스를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 피드백 신호를 전송하는 과정은,
    상기 채널 상태가 나쁜 경우, 최소 피드백 정보를 높은 부호율로 부호화하여 전송하는 과정과,
    상기 채널 상태가 좋은 경우, 최대 피드백 정보를 낮은 부호율로 부호화하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 채널 상태는, 수신 신호대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio)인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 다중 안테나 시스템의 송신 장치에 있어서,
    단말들로부터 수신되는 피드백 정보들을 확인하는 피드백 수신부와,
    상기 피드백 정보들에 따라 서비스를 제공한 적어도 하나의 단말 및 각 단말들의 시공간 부호(Space-Time Coder), 선 부호(Precoder), 적응 변조 및 부호 레벨(Adaptive Modulation and Coding level)을 결정하는 스케줄러와,
    상기 스케줄러에서 결정된 시공간 부호, 선 부호, 적응 변조 및 부호 레벨에 따라 상기 단말들로 신호를 전송하는 적어도 하나의 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 스케줄러는,
    상기 피드백 정보들을 확인하여 다중 안테나 서비스 제공 방법을 결정하고,
    폐 루프(Close Loop) 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 상기 피드백 정보들에 포함된 랭크(Rank) 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 시공간 부호(Space-Time Coder)를 선택하고, 상기 랭크 정보와 채널 상태 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 선 부호(Precoder)를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 스케줄러는,
    상기 피드백 정보에 랭크 정보, 선 부호 정보, 채널 상태 정보(Channel Quality Information)이 포함된 경우, 상기 폐 루프 다중 안테나 방식 수행을 결정하고,
    상기 피드백 정보에 상기 랭크 정보, 선 부호 정보, 채널 상태 정보 중 어느 하나를 포함하지 않는 경우, 개 루프(Open Loop) 다중 안테나 방식 수행을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 개 루프(Open Loop) 다중 안테나 방식을 사용하는 경우, 상기 랭크(Rank) 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 시공간 부호(Space-Time Coder)를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 피드백 정보에 포함된 단말들의 채널 상태 정보를 이용하여 각 단말들에 대한 적응 변조 및 부호 레벨(Adaptive Modulation and Coding level)을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 송신기는, 상기 스케줄러에서 정해진 부호율에 따라 전송 신호를 부호화하는 부호기와,
    상기 부호화된 전송 신호를 상기 스케줄러에서 정해진 변조 방식에 따라 변조하는 변조기와,
    상기 스케줄러에서 정해진 시공간 부호로 상기 변조된 전송 신호를 시공간 부호화하는 시공간 부호화기와,
    상기 스케줄러에서 정해진 선 부호를 이용하여 상기 시공간 부호화된 전송 신호를 부호화하는 선 부호화기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 선 부호화기는, 상기 개 루프 다중 안테나 방식인 경우, 단위 행렬(Identity Matrix)을 사용하는 것 특징으로 하는 장치.
  20. 다중 안테나 시스템의 수신 장치에 있어서,
    송신단으로부터 신호를 수신받는 수신부와,
    상기 수신 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부와,
    상기 채널 추정 정보를 이용하여 랭크(Rank)를 결정하고, 상기 랭크 정보와 채널 추정 정보를 이용하여 선 부호(Precoder)를 결정하는 선 부호 결정기와,
    상기 랭크 정보와 채널 정보를 이용하여 사용 안테나의 인덱스를 결정하는 안테나 결정기와,
    상기 채널 상태에 따라 상기 랭크 정보, 선 부호 정보, 채널 상태 정보(Channel Quality Information), 사용 안테나 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 피드백 신호를 전송하는 피드백 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 선 부호 결정부는,
    상기 랭크 정보에 따른 선 부호 코드북을 선택하고,
    상기 선 부호 코드북에서 상기 채널 정보에 따른 선 부호의 인덱스를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 피드백 제어부는,
    상기 채널 상태가 나쁜 경우, 최소 피드백 정보를 높은 부호율로 부호화하여 전송하고,
    상기 채널 상태가 좋은 경우, 최대 피드백 정보를 낮은 부호율로 부호화하여 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 피드백 제어부에서 상기 채널 상태는, 수신 신호대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio)인 것을 특징으로 하는 장치.
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