KR20080052900A - Method and system for data transmission in communication system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중입력 다중출력(MIMO: Multiple-Input Multiple-Out) 방식의 통신 시스템에서 데이터 전송 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 통신 시스템에서 데이터를 전송하는 방법에 있어서, 수신기가 송신기로부터 데이터를 수신하면, 상기 데이터를 전송한 서브캐리어들을 확인한 후, 상기 확인한 서브캐리어들을 서브캐리어 그룹으로 그룹화하는 과정과, 상기 서브캐리어 그룹에 상응하는 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)들을 선택하고, 상기 선택한 프리코딩 매트릭스들의 오류를 각각 산출한 후, 최소 오류를 갖는 프리코딩 매트릭스를 검출하는 과정과, 상기 검출한 프리코딩 매트릭스에 상응하는 정보가 포함된 피드백 정보를 상기 송신기로 전송하는 과정을 포함한다.The present invention relates to a data transmission method and system in a multiple-input multiple-output (MIMO) communication system. To this end, the present invention provides a method for transmitting data in a communication system, when a receiver receives data from a transmitter, after checking the subcarriers transmitting the data, grouping the identified subcarriers into subcarrier groups; Selecting precoding matrices corresponding to the subcarrier group, calculating an error of the selected precoding matrices, and detecting a precoding matrix having a minimum error, and detecting the precoding matrix. And transmitting feedback information including information corresponding to a matrix to the transmitter.
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.1 schematically illustrates the structure of a communication system according to an embodiment of the invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기가 최적의 프리코딩 매트릭스를 검출하는 동작을 설명하기 위한 도면.2 is a diagram for explaining an operation of a receiver detecting an optimal precoding matrix in a communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중입력 다중출력(MIMO: Multiple-Input Multiple-Out, 이하 'MIMO'라 칭하기로 함) 방식의 통신 시스템(이하 'MIMO 통신 시스템'이라 칭하기로 함)에서 데이터 전송 방법 및 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
차세대 통신 시스템에서는 고속의 다양한 서비스 품질(Quality of Service: 이하 'QoS' 칭하기로 함)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 현재 차세대 통신 시스템에서는 무선 근거리 통신 네 트워크(WLAN: Wireless Local Area Network, 이하 'WLAN'이라 칭하기로 함) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(WMAN: Wireless Metropolitan Area Network, 이하 'WMAN'이라 칭하기로 함) 시스템과 같은 광대역 무선 접속 통신 시스템에 이동성(mobility)과 QoS를 보장하는 형태로 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 그 대표적인 통신 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16a/d 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템이다.In the next generation communication system, active researches are being conducted to provide users with services having high speed and quality of service (hereinafter referred to as 'QoS'). In particular, in the current generation communication system, a wireless local area network (WLAN) system and a wireless metropolitan area network (WMAN) will be referred to as "WMAN". Researches are being actively conducted to support high-speed services in a form of guaranteeing mobility and QoS in a broadband wireless access communication system such as a system, and a representative communication system is IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). 802.16a / d communication system and IEEE 802.16e communication system.
상기 IEEE 802.16a/d 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상기 무선 MAN 시스템의 물리 채널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 함) 방식을 적용한 통신 시스템이다. 상기 IEEE 802.16a/d 통신 시스템은 현재 가입자 단말기(SS: Subscriber Station, 이하 'SS'라 칭하기로 함)가 고정된 상태, 즉 SS의 이동성을 전혀 고려하지 않은 상태 및 단일 셀 구조만을 고려하고 있는 시스템이다. 이와는 달리 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템에 SS의 이동성을 고려하는 시스템이며, 상기 이동성을 가지는 SS를 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 함)이라고 칭하기로 한다.The IEEE 802.16a / d communication system and the IEEE 802.16e communication system are orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) for supporting a broadband transmission network on a physical channel of the wireless MAN system. A communication system employing a " OFDM " / orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) scheme. The IEEE 802.16a / d communication system currently considers only a single cell structure and a state in which a subscriber station (SS) (hereinafter referred to as SS) is fixed, i.e., does not consider SS mobility at all. System. In contrast, the IEEE 802.16e communication system is a system that considers the mobility of the SS in the IEEE 802.16a communication system, and the SS having the mobility is referred to as a mobile terminal (MS). do.
한편, 차세대 통신 시스템에 존재하는 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과는 달리 다중 간섭(Multipath Interference)과, 쉐도잉(shadowing)과, 전파 감쇠와, 시변 잡음과, 간섭 및 페이딩(fading) 등과 같은 여러 요인들로 인해 데이터 전송시 오류가 발생하여 정보의 손실이 발생한다. 이러한 정보 손실을 감소시키기 위해 채널의 성격에 따라 다양한 에러 제어 기법(Error-Control Technique)을 이용한다. 또한, 상기 페이딩 현상으로 인한 통신의 불안정성을 제거하기 위해 다이버시티(Diversity) 방식을 사용하며, 상기 다이버시티 방식은 크게 시간 다이버시티(Time Diversity) 방식과, 주파수 다이버시티(Frequency Diversity) 방식 및 안테나 다이버시티(Antenna Diversity) 방식으로 나눌 수 있다.On the other hand, unlike the wired channel environment, the wireless channel environment existing in the next-generation communication system is multi-path interference, shadowing, propagation attenuation, time-varying noise, interference, and fading. Factors cause errors in data transmission and loss of information. In order to reduce such information loss, various error-control techniques are used depending on the characteristics of the channel. In addition, a diversity scheme is used to remove communication instability due to the fading phenomenon, and the diversity scheme includes a time diversity scheme, a frequency diversity scheme, and an antenna. Diversity can be divided into antenna diversity schemes.
상기 안테나 다이버시티 방식은 다중 안테나(multiple antenna)를 사용하는 방식으로서, 상기 안테나 다이버시티 방식은 수신 안테나들을 다수개로 구비하여 적용하는 수신 안테나 다이버시티 방식과 송신 안테나들을 다수개로 구비하여 적용하는 송신 안테나 다이버시티 방식 및 다수개의 수신 안테나들과 다수개의 송신 안테나들을 구비하여 적용하는 MIMO 방식으로 분류된다.The antenna diversity scheme uses a multiple antenna, and the antenna diversity scheme includes a reception antenna diversity scheme including a plurality of reception antennas and a transmission antenna including a plurality of transmission antennas. It is classified into a diversity scheme and a MIMO scheme including a plurality of receive antennas and a plurality of transmit antennas.
상기 MIMO 방식의 통신 시스템은 송신 안테나 다이버시티(Transmit Antenna Diversity) 방식 또는 공간 다중 다이버시티(Spatial Multiplexing Diversity) 방식 등으로 인해 높은 송신 이득을 얻을 수가 있다. 상기 송신 안테나 다이버시티 방식과 공간 다중 다이버시티 방식 등은, 실제로 적용되는 채널의 상태에 따라 상기 송신 이득이 각각 다르며, 또한 송신기가 신호를 다수의 송신 안테나들을 통해 전송할 때에 송신 안테나의 가중치를 전송하는 경로가 개방루프(open loop)인지 폐루프(closed loop)인지에 따라 상기 송신 이득은 각각 다르다.The MIMO communication system can obtain a high transmission gain due to a transmit antenna diversity scheme or a spatial multiplexing diversity scheme. In the transmission antenna diversity scheme and the spatial multiple diversity scheme, the transmission gains are different depending on the state of a channel to be actually applied, and the weight of the transmission antenna is transmitted when the transmitter transmits a signal through a plurality of transmission antennas. The transmission gains differ depending on whether the path is open or closed loop.
한편, 다중 사용자 환경에서 폐루프 MIMO 통신 시스템은 각 사용자의 프리코 딩(precoding) 매트릭스의 데이터 스트림 별 각 사용자들, 예컨대 각 수신기들로부터 피드백되는 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information, 이하 'CQI'라 칭하기로 함), 일예로 신호대 간섭 잡음비(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio, 이하 'SINR'이라 칭하기로 함)에 상응하여 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 즉, 상기 수신기는 채널들 별로 SINR을 산출하고, 상기 산출한 SINR에 상응하여 CQI를 송신기로 피드백한다. 즉, 수신기가 상기 송신기로 CQI를 피드백할 경우, 다중 사용자 다이버시티 이득을 충분히 획득하고, CQI 피드백시 오버헤드를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 특히 사용자의 수, 즉 수신기의 수가 증가하여도 전술한 바와 같이 다중 사용자 다이버시티를 보장하고 오버헤드 증가를 방지할 수 있는 데이터 전송 방안이 필요하다.Meanwhile, in a multi-user environment, the closed loop MIMO communication system uses channel quality information (CQI) fed back from each user, for example, each receiver, of each data stream of a precoding matrix of each user. Multi-user diversity gain can be obtained corresponding to a signal to interference and noise ratio (SINR), for example. That is, the receiver calculates an SINR for each channel and feeds back a CQI to the transmitter according to the calculated SINR. That is, when the receiver feeds back the CQI to the transmitter, not only can the multi-user diversity gain be sufficiently obtained and the overhead is reduced in the CQI feedback, but also the number of users, i.e., the number of receivers, is increased. As described above, there is a need for a data transmission scheme that guarantees multi-user diversity and prevents increased overhead.
아울러, 전술한 바와 같이 폐루프 MIMO 통신 시스템은 송신기, 예컨대 기지국(BS: Base Station, 이하 'BS'라 칭하기로 함)과 수신기, 예컨대 MS 간의 형성된 채널 환경에 상응하여 상기 BS와 MS 간의 데이터 송수신이 이루어지도록 한다. 다시 말해, MIMO 통신 시스템에서 상기 MS는 BS와 형성된 채널의 환경, 즉 채널의 상태를 측정하고, 상기 측정 결과에 상응한 CQI를 BS로 전송하며, 상기 BS는 상기 MS로부터 수신한 CQI에 상응하여 MS와의 데이터를 송수신한다. 이때, 상기 MS는 전술한 바와 같이 서브 캐리어들 통해 송신기로부터 데이터를 수신하면, 상기 서브 캐리어들에 상응하여 형성된 채널의 상태를 측정하여 CQI를 상기 송신기로 전송하며, 상기 서브 캐리어들의 수가 증가할 수록 송신기로 전송할 CQI의 양이 증가한다. 이렇게 서브 캐리어들의 수에 상응하여 CQI가 증가됨에 따라 상기 수신기가 송신기로 전송해야 할 피드백 정보의 양이 증가하므로 데이터 송수신 시 오버헤드가 증가되어 시스템의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.In addition, as described above, the closed loop MIMO communication system transmits and receives data between the BS and the MS in accordance with a channel environment formed between a transmitter such as a base station (BS) and a receiver, such as an MS. Let this be done. In other words, in the MIMO communication system, the MS measures the environment of the channel formed with the BS, that is, the state of the channel, and transmits the CQI corresponding to the measurement result to the BS, and the BS corresponds to the CQI received from the MS. Send and receive data with the MS. In this case, when the MS receives data from a transmitter through subcarriers as described above, the MS measures a state of a channel formed corresponding to the subcarriers and transmits a CQI to the transmitter, and as the number of subcarriers increases. The amount of CQI to send to the transmitter is increased. As the CQI increases according to the number of subcarriers, the amount of feedback information to be transmitted by the receiver increases to the transmitter, thereby increasing overhead in transmitting and receiving data, thereby degrading the performance of the system.
따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 데이터 전송 방법 및 시스템을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a data transmission method and system in a communication system.
또한, 본 발명은 MIMO 방식의 통신 시스템에서 데이터 전송 방법 및 시스템을 제공함에 있다.The present invention also provides a data transmission method and system in a MIMO communication system.
아울러, 본 발명은 MIMO 방식의 통신 시스템에서 수신기가 송신기로 피드백 정보를 전송할 경우 오버헤드를 감소시킬 수 있는 데이터 전송 방법 및 시스템을 제공함에 있다.In addition, the present invention is to provide a data transmission method and system that can reduce the overhead when a receiver transmits feedback information to a transmitter in a MIMO communication system.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 통신 시스템에서 데이터를 전송하는 방법에 있어서, 수신기가 송신기로부터 데이터를 수신하면, 상기 데이터를 전송한 서브캐리어들을 확인한 후, 상기 확인한 서브캐리어들을 서브캐리어 그룹으로 그룹화하는 과정과, 상기 서브캐리어 그룹에 상응하는 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)들을 선택하고, 상기 선택한 프리코딩 매트릭스들의 오류를 각각 산출한 후, 최소 오류를 갖는 프리코딩 매트릭스를 검출하는 과정과, 상기 검출한 프리코딩 매트릭스에 상응하는 정보가 포함된 피드백 정보를 상기 송신기로 전송하는 과정을 포함한다.In accordance with an aspect of the present invention, a method for transmitting data in a communication system includes receiving data from a transmitter, checking subcarriers that transmit the data, and then receiving the identified subcarriers. Grouping into carrier groups, selecting precoding matrices corresponding to the subcarrier group, calculating an error of the selected precoding matrices, and detecting a precoding matrix having a minimum error And transmitting feedback information including information corresponding to the detected precoding matrix to the transmitter.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 통신 시스템에서 데 이터를 전송하는 방법에 있어서, 송신기가 수신기로부터 피드백 정보를 수신하는 과정과,According to another aspect of the present invention, there is provided a method of transmitting data in a communication system, the method comprising: receiving feedback information from a receiver by a transmitter;
상기 피드백 정보에 포함된 코드북코드북(codebook) 인덱스를 확인하고, 상기 확인한 코드북 인덱스에 상응하는 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)들을 선택하는 과정과, 상기 수신기로 전송할 데이터를 상기 선택한 프리코딩 매트릭스들에 매핑한 후, 역고속 퓨리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)하여 상기 수신기로 전송하는 과정을 포함한다.Identifying a codebook index included in the feedback information, selecting precoding matrices corresponding to the identified codebook index, and mapping data to be transmitted to the receiver to the selected precoding matrices. Afterwards, a process of transmitting to the receiver by performing an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT).
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 통신 시스템에서 데이터를 전송하는 시스템에 있어서, 송신기로부터 데이터를 수신하면, 상기 데이터를 전송한 서브캐리어들을 확인한 후, 상기 확인한 서브캐리어들을 서브캐리어 그룹으로 그룹화하고, 상기 서브캐리어 그룹에 상응하는 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)들을 선택하고, 상기 선택한 프리코딩 매트릭스들의 오류를 각각 산출한 후, 최소 오류를 갖는 프리코딩 매트릭스를 검출하며, 상기 검출한 프리코딩 매트릭스에 상응하는 정보가 포함된 피드백 정보를 상기 송신기로 전송하는 수신기와, 상기 수신기로부터 피드백 정보를 수신하면, 상기 피드백 정보에 포함된 코드북 인덱스를 확인하고, 상기 확인한 코드북코드북(codebook) 인덱스에 상응하는 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)들을 선택하며, 상기 수신기로 전송할 데이터를 상기 선택한 프리코딩 매트릭스들에 매핑한 후, 역고속 퓨리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)하여 상기 수신기로 전송하는 송신기를 포함한다.A system of the present invention for achieving the above objects, in a system for transmitting data in a communication system, when receiving data from a transmitter, after confirming the subcarriers transmitting the data, the identified subcarriers group The precoding matrices corresponding to the subcarrier group, calculate the errors of the selected precoding matrices, and detect the precoding matrix having the minimum error, and detect the precoding matrices. A receiver that transmits feedback information including information corresponding to a coding matrix to the transmitter, and when receiving feedback information from the receiver, checks the codebook index included in the feedback information, and checks the codebook index included in the checked codebook index. Corresponding precoding matrices Selection, and then mapped to the selected precoding matrix to the data to be transmitted to the receiver, an inverse fast Fourier transform: and (IFFT Inverse Fast Fourier Transform) and a transmitter for transmitting to the receiver.
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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted so as not to distract from the gist of the present invention.
본 발명은 통신 시스템, 일예로 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access, 이하 'BWA'라 칭하기로 함) 통신 시스템인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 통신 시스템에서 데이터 전송 방법 및 시스템을 제안한다. 후술할 본 발명의 실시예에서는 다중입력 다중출력(MIMO: Multiple-Input Multiple-Out, 이하 'MIMO'라 칭하기로 함) 방식을 사용하는 IEEE 802.16 통신 시스템(이하 'MIMO 통신 시스템'이라 칭하기로 함)에서 데이터 전송 방법 및 시스템을 제안한다. 여기서, 후술할 본 발명의 실시에에서는 MIMO 통신 시스템을 일예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 전송 방법 및 시스템은 다른 통신 시스템들에도 적용될 수 있다.The present invention proposes a data transmission method and system in an IEEE 802.16 communication system, which is a communication system, for example, a broadband wireless access (BWA) communication system. do. In an embodiment of the present invention to be described later, an IEEE 802.16 communication system (hereinafter referred to as a 'MIMO communication system') using a multiple-input multiple output (MIMO) method. Proposes a data transmission method and system. Here, in the embodiment of the present invention to be described later, the MIMO communication system is described as an example, but the data transmission method and system proposed by the present invention can be applied to other communication systems.
또한, 본 발명은 다수개의 송신 안테나를 포함하는 송신기, 일예로 기지국(BS: Base Station, 이하 'BS'라 칭하기로 함)으로부터 통신 서비스를 제공받으며 다수개의 수신 안테나를 포함하는 수신기, 일예로 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 함)가 상기 수신기로 피드백 정보, 예컨대 프리코딩 매트릭스(precoding matrix) 정보를 전송하는 방법 및 시스템을 제안한다. In addition, the present invention provides a communication service provided by a transmitter including a plurality of transmit antennas, for example, a base station (BS) (hereinafter, referred to as a BS) and a receiver including a plurality of receive antennas. A mobile station (hereinafter referred to as MS) is proposed a method and system for transmitting feedback information, for example, precoding matrix information, to the receiver.
여기서, 후술할 본 발명의 실시예에서는, 다수개의 송신 안테나는 포함하는 송신기가 공간 다중화와 레이트 적응(rate adaptation)을 위한 전송 프리코딩 코딩 매트릭스들을 이용하여 데이터를 다수개의 수신 안테나를 포함하는 수신기로 전송하면, 상기 수신기는, 상기 송신기와 수신기 간의 채널에 포함된 서브캐리어들에 상응하는 프리코딩 매트릭스들을 선택한다. 그런 다음, 상기 수신기는, 상기 선택한 프리코딩 매트릭스들 중 소정의 프리코딩 매트릭스를 검출한 후, 상기 검출에 상응하는 프리코딩 매트릭스 정보가 포함된 피드백 정보를 상기 송신기로 전송한다. 여기서, 상기 프리코딩 매트릭스는 통신 환경 및 통신 시스템에 상응하여 송신기와 수신기간에 코드북(codebook)으로 미리 설정되어 있으며, 상기 수신기는 프리코딩 매트릭스 정보로서 상기 검출된 프리코딩 매트릭스의 코드북 인덱스가 포함된 피드백 정보를 송신기로 전송한다.Here, in an embodiment of the present invention to be described later, a transmitter comprising a plurality of transmit antennas to the receiver including a plurality of receive antennas using the data transmission transmission coding matrix for spatial multiplexing and rate adaptation (rate adaptation) Upon transmission, the receiver selects precoding matrices corresponding to the subcarriers included in the channel between the transmitter and the receiver. Then, the receiver detects a predetermined precoding matrix among the selected precoding matrices, and then transmits feedback information including the precoding matrix information corresponding to the detection to the transmitter. Here, the precoding matrix is preset as a codebook between the transmitter and the receiver according to a communication environment and a communication system, and the receiver includes the codebook index of the detected precoding matrix as precoding matrix information. Send feedback information to the transmitter.
또한, 후술할 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기는 송신기들로부터 데이터를 수신하면, 상기 데이터를 전송한 서브캐리어들에서 중 인접한 서브캐리어들을 소정의 서브캐리어 그룹들로 그룹화하고, 상기 서브 캐리어 그룹들에 상응하는 프리코딩 매트릭스들을 선택하고, 상기 선택한 프리코딩 매트릭스들 중 소정의 프리코딩 매트릭스를 검출한 후, 상기 검출에 상응하는 프리코딩 매트릭스 정보가 포함된 피드백 정보를 상기 송신기로 전송한다. 이때, 상기 수신기는 상기 서브캐리어 그룹들에 상응한 프리코딩 매트릭들의 평균자승오류(MSE: Mean Square Error, 이하 'MSE'라 칭하기로 함)를 산출한 후, 상기 산출한 MSE들 중 최소가되는, 즉 최소평균자승오류(MMSE: Minimum Mean Square Error, 이하 'MMSE'이라 칭하기로 함)를 갖는 최적의 프리코딩 매트릭스를 검출하고, 상기 검출에 상응하는 프 리코딩 매트릭스의 코드북 인덱스가 포함된 피드백 정보를 송신기로 전송한다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템의 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.In addition, in a communication system according to an embodiment of the present invention to be described later, when a receiver receives data from transmitters, adjacent receivers among the subcarriers that transmit the data are grouped into predetermined subcarrier groups, and Selects precoding matrices corresponding to carrier groups, detects a predetermined precoding matrix among the selected precoding matrices, and transmits feedback information including the precoding matrix information corresponding to the detection to the transmitter . In this case, the receiver calculates a mean square error (MSE) of precoding metrics corresponding to the subcarrier groups, and then becomes the minimum of the calculated MSEs. That is, feedback information including an optimal precoding matrix having a minimum mean square error (MMSE: hereinafter referred to as 'MMSE') and a codebook index of a precoding matrix corresponding to the detection are detected. Send to the transmitter. Next, the structure of the communication system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 1.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 설명의 편의를 위해 도 1에 도시한 통신 시스템은 N개의 송신 안테나를 구비한 송신기와, N개의 수신 안테나를 구비한 수신기와, N개의 서브캐리어들을 포함하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.1 is a view schematically showing the structure of a communication system according to an embodiment of the present invention. Here, for convenience of description, it is assumed that the communication system shown in FIG. 1 includes a transmitter having N transmit antennas, a receiver having N receive antennas, and N subcarriers.
도 1을 참조하면, 상기 송신기(100)는 공간 다중화와 레이트 적응(rate adaptation)을 위한 전송 프리코딩 매트릭스들을 사용하여 데이터를 수신기(150)로 전송한다. 즉, 상기 수신기(100)는, 수신기(150)로 전송할 데이터의 입력 비트 스트림을 소정의 변조 방식에 상응하여 변조하는 변조부(110)와, 상기 변조부(110)를 통해 변조된 데이터 스트림들을 전술한 바와 같이 공간 다중화와 레이트 적응을 위해 해당 프리코딩 매트릭스에 매핑하는 프리코딩부(120)와, 상기 프리코딩부(120)를 통해 프리코딩된 데이터 스트림을 역고속 퓨리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭하기로 함)한 후 N개의 송신 안테나들(Tx 1,Tx 2, Tx n)를 통해 IFFT된 데이터를 상기 수신기(150)로 전송하는 N개의 N-포인트 IFFT부들(130-1,130-2,130-n)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the
또한, 상기 수신기(150)는 송신기(100)가 송신한 데이터를 N개의 수신안테나들(RX 1, Rx n)을 통해 수신하면, 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭하기로 함)하는 N개의 N-포인트 FFT부들(160-1-160-n)과, 상기 FFT 부들(160-1,160-n)을 통해 FFT된 데이터 스트림을 통해 채널을 추정하고, 상기 추정한 채널에 포함된 서브캐리어들에 상응하는 프리코딩 매트릭스를 선택하고, 상기 선택한 프리코딩 매트릭스들 중 MMSE를 갖는 최적의 프리코딩 매트릭스를 검출한 후, 상기 검출에 상응하는 프리코딩 매트릭스 정보가 포함된 피드백 정보를 상기 송신기(100)로 전송하며, 송신기(100)로부터 수신한 출력 비트 스트림을 출력하는 프리코딩 매트릭스 선택 및 검출부(170)를 포함한다.In addition, when the
이때, 상기 프리코딩 선택/검출부(170)는 데이터 전송을 위해 상기 송신기(100)와 수신기(150) 간의 형성된 채널의 서브캐리어들을 소정의 서브 캐리어 그룹들로 그룹화하고, 상기 서브캐리어 그룹들에 상응하는 프리코딩 매트릭스들를 선택한다. 그런 다음, 상기 선택한 프리코딩 매트릭스들의 MSE를 각각 산출하여 MMSE를 갖는 최적의 프리코딩 매트릭스를 검출한 후, 상기 MMSE를 갖는 프리코딩 매트릭스의 코드북 인덱스를 피드백 정보에 포함시켜 상기 송신기(100)로 전송한다. 그러면, 상기 송신기(100)의 프리코딩부(120)는 상기 피드백 정보에 포함된 프리코딩 매트릭스의 코드북 인덱스를 확인한 후, 상기 변조부(110)를 통해 변조된 데이터 스트림들을 상기 코드북 인덱스에 상응하는 프리코딩 매트릭스에 매핑하여 프리코딩하고, 상기 프리코딩된 데이터 스트림을 IFFT부들(130-1,130-2,130-n)로 전송한다.In this case, the precoding selector /
보다 구체적으로 설명하면, 상기 송신기(100)는 상기 수신기(150)로 전송할 데이터가 발생되면, 상기 송신기(100)가 N개의 송신 안테나들(Tx 1,Tx 2, Tx n)을 통해 수신기(150)로 전송하는 데이터, 다시 말해 수신기(150)로 전송할 데이터의 입력 비트 스트림이 입력되면, 전술한 바와 같이 변조부(110), 프리코딩 매트릭스부(120), 및 IFFT부들(130-1,130-2,130-n)을 거쳐 N개의 송신 안테나들(Tx 1,Tx 2, Tx n)을 통해 상기 수신기(150)로 전송하는 데이터는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.More specifically, when the
상기 수학식 1에서 Zn은 상기 송신기(100)가 임의의 n번째 서브캐리어를 통해 송신기(100)가 수신기(150)로 전송하는 데이터를 의미하고, Nstream은 N개의 서브캐리어들에 의한 데이터 스트림의 총 개수를 의미하고, εs은 데이터 심벌의 전력을 의미하고, Wn은 임의의 n번째 서브캐리어에 매핑된 프리코딩 매트릭스를 의미하며, xn은 임의의 n번째 서브캐리어를 통해 전송되도록 상기 송신기(100)로 입력된 데이터를 의미한다.In
이렇게 송신기(100)가 수신기(150)로 데이터를 전송하면, 상기 수신기(150)가 N개의 수신 안테나들(RX 1, Rx n)을 통해 수신하는 데이터는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.When the
상기 수학식 2에서 rn은 상기 수신기(150)가 임의의 n번째 서브캐리어를 통해 송신기(100)로부터 수신한 데이터를 의미하고, Hn은 N개의 송신 안테나(Tx 1, Tx 2, Tx n)를 포함하는 송신기(100)와 N개의 수신 안테나(Rx 1, Rx n)를 포함하는 수신기(150)간에 임의의 n번째 서브캐리어에 의한 채널 매트릭스를 의미하며, nn은 임의의 n번째 서브캐리어에 포함된 잡음을 의미한다.In
상기 수학식 2에 나타낸 바와 같이 수신기(150)가 데이터를 수신하면, 상기 수신된 데이터는 FFT부들(160-1-160-n)에 의해 FFT된 후 프리코딩 매트릭스 선택 및 검출부(170)로 입력된다. 그러면, 상기 프리코딩 매트릭스 선택 및 검출부(170)는 하기 수학식 3에 나타낸 바와 같이 서브캐리어들에 상응하는 프리코딩 매트리스들의 MSE를 산출한다.When the
상기 수학식 3에서 은 임의의 n번밴 서브캐리어에 상 응하는 프리코딩 매트릭스의 MSE를 의미하고, 은 임의의 n번째 서브캐리어를 통해 전송되도록 상기 송신기(100)로 입력된 데이터(xn)와 상기 입력된 데이터(xn)의 에르미트(Hermitia)(xn H) 간의 항등원을 의미하고, N0는 잡음을 의미하며, 는 트렐리스 구조(trellis structure) 연산을 의미한다. 여기서, 상기 트렐리스 구조 연산 은 도 2에서 보다 구체적으로 설명할 것이므로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.In Equation 3 Denotes the MSE of the precoding matrix corresponding to any van subcarrier, Denotes an identity between the data (x n ) input to the transmitter (100) and Hermitia (x n H ) of the input data (x n ) to be transmitted on any nth subcarrier, N 0 means noise, Denotes a trellis structure operation. Here, the trellis structure operation Since it will be described in more detail in FIG. 2, a detailed description thereof will be omitted herein.
상기 수학식 3에 나타낸 바와 같이 서브캐리어들에 상응하는 프리코딩 매트릭스들의 MSE를 산출한 상기 프리코딩 매트릭스 선택 및 검출부(170)는 하기 하기 수학식 4에 나타낸 바와 같이 MMSE를 갖는 서브캐리어에 상응하는 최적의 프리코딩 매트릭스를 검출한다. As shown in Equation 3, the precoding matrix selection and
상기 수학식 4에서 W* n은 MMSE를 갖는 임의의 n번째 서브캐리어에 상응하는 최적의 프리코딩 매트릭스를 의미하고, CW는 n번째 서브캐리어에 상응하는 프리코딩 매트릭스의 모든 코드북을 의미한다. 즉, W* n은 n번째 서브캐리어에 상응하는 프리 코딩 매트릭스의 모든 코드북에서의 MMSE의 평균이 된다.In Equation 4, W * n means an optimal precoding matrix corresponding to any nth subcarrier having MMSE, and C W means all codebooks of the precoding matrix corresponding to the nth subcarrier. That is, W * n is the average of the MMSE in all codebooks of the precoding matrix corresponding to the nth subcarrier.
이때, 수신기(150)의 프리코딩 매트릭스 선택 및 검출부(170)가 모든 서브캐리어에 상응하는 프리코딩 매트릭스를 선택한 후, 상기 선택한 프리 프리코딩 매트릭스의 MSE를 상기 수학식 3에 나타낸 바와 같이 각각 산출하고, 상기 산출한 MSE들 중 MMSE를 갖는 최적의 프리코딩 매트릭스를 검출함은 수신기(150)의 복잡도 및 MSE 산출을 위한 연산량이 증가하여 시스템의 성능을 저하시킨다. 따라서, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기(150)는, 다시 말해 프리코딩 매트릭스 선택 및 검출부(170)는 서브캐리어들을 소정 개수의 서브캐리어 그룹들로 그룹화하고, 상기 서브캐리어 그룹에 상응하는 프리코딩 매트릭스들을 선택한 후, 하기 수학식 5에 나타낸 바와 같이 선택한 프리코딩 매트릭들의 MSE를 산출한다. 여기서, 상기 프리코딩 매트릭스 선택 및 검출부(170)는, 소정 개수의 인접한 서브캐리어들을 하나의 그룹으로 그룹화함으로써 N개의 서브캐리어들을 그룹의 개수만큼 분할하여 그룹화한다.At this time, the precoding matrix selection and
상기 수학식 5에서 는 임의의 ij번째 서브캐리어 그룹에 상응하는 프리코딩 매트릭스의 MSE를 의미하고, SG는 서브태리어 그룹의 총 개수를 의미 하며, j는 j번째 서브캐리어 그룹을 의미하고, ij는 j번째 서브캐리어 그룹에 상응하는 i번째 프리코딩 매트릭스를 의미하한다. 여기서, 상기 j는 가 되며, ij는 가 되며, Sc는 코드북으로부터 총 서브캐리어 그룹(SG)에 상응하는 프리코딩 매트릭스의 총 개수를 의미한다.In Equation 5 Is the MSE of the precoding matrix corresponding to any i j th subcarrier group, S G is the total number of subcarrier groups, j is the j th subcarrier group, and i j is j I-th precoding matrix corresponding to the first subcarrier group. Where j is I j is S c denotes the total number of precoding matrices corresponding to the total subcarrier group S G from the codebook.
상기 수학식 5에 나타낸 바와 같이 프리코딩 매트릭스들의 MSE를 산출한 상기 프리코딩 매트릭스 선택 및 검출부(170)는 하기 하기 수학식 6에 나타낸 바와 같이 MMSE를 갖는 서브캐리어 그룹에 상응하는 최적의 프리코딩 매트릭스를 검출한다.As shown in Equation 5, the precoding matrix selection and
상기 수학식 6에서 는 MMSE를 갖는 j번째 서브캐리어 그룹에 상응하는 최적의 i번째 프리코딩 매트릭스를 의미하고, 와 같이 는 CW에 포함되며, 는 이전 서브캐리어 그룹(j-1), 즉 인접한 서브캐리어 그룹에 상응하는 i번째 프리코딩 매트리스에 포함된다. 그러면 여기서, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기가 MMSE를 갖는 최적의 프리코딩 매트릭스를 검출하는 동작을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.In Equation 6 Denotes the optimal i th precoding matrix corresponding to the j th subcarrier group with MMSE, together with Is included in C W , Is included in the previous subcarrier group j-1, i.e., the i-th precoding mattress corresponding to the adjacent subcarrier group. Next, the operation of detecting the optimal precoding matrix having the MMSE by the receiver in the communication system according to the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 2.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기가 프리코딩 매트릭스를 검출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기가 상기 수학식 5에 나타낸 바와 같이 서브캐리어 그룹들에 상응하는 프리코딩 매트릭스들의 MSE를 산출한 후, 트렐리스 구조 연산을 통해 상기 수학식 6에 나타낸 바와 같이 MMSE를 갖는 서브캐리어 그룹에 상응하는 최적의 프리코딩 매트릭스 검출을 도시한 도면이다.2 is a diagram for describing an operation of detecting a precoding matrix by a receiver in a communication system according to an exemplary embodiment of the present invention. Here, FIG. 2 illustrates that the receiver calculates MSEs of precoding matrices corresponding to subcarrier groups as shown in Equation 5 in a communication system according to an embodiment of the present invention, and then performs a trellis structure operation. As shown in Equation 6, the optimal precoding matrix detection corresponding to the subcarrier group having the MMSE is shown.
도 2를 참조하면, x축이 가상 시간(virtual time) 축으로서 각 서브캐리어 그룹을 나타내고, y축이 상태(state) 축으로서 코드북으로부터 서브캐리어 그룹에 상응하는 프리코딩 매트릭스를 나타낸 트렐리스 구조 연산을 통해 상기 수신기는, 상기 수학식 6에 나타낸 바와 같이 MMSE를 갖는 서브캐리어 그룹에 상응하는 최적의 프리코딩 매트릭스 검출한다. 그런 다음, 상기 검출한 프리코딩 매트릭스의 코드북 인덱스를 피드백 정보에 포함시켜 상기 송신기로 전송한다. 이때, 상기 검출된 코드북 인덱스는 전체 코드북 인덱스보다 작으므로 피드백 정보가 감소되며, 송신기에서도 동일한 프리코딩 매트릭스의 코드북과 도 2에 도시한 트렐리스 구조를 가지고 있으므로 감소되 피드백 정보로부터 필요한 코드북 인덱스를 검출하여 프리코딩을 수행한다.Referring to FIG. 2, a trellis structure in which the x-axis represents each subcarrier group as a virtual time axis and the y-axis represents a precoding matrix corresponding to a subcarrier group from a codebook as a state axis Through operation, the receiver detects an optimal precoding matrix corresponding to the subcarrier group having MMSE as shown in Equation 6. Then, the codebook index of the detected precoding matrix is included in the feedback information and transmitted to the transmitter. In this case, since the detected codebook index is smaller than the entire codebook index, feedback information is reduced, and since the transmitter has the codebook of the same precoding matrix and the trellis structure shown in FIG. Detect and perform precoding.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 수신기는, 초기(initialization)인 제1서브캐리어 그룹(t=1)에 상응하는 상태가 제1프리코딩 매트릭스(W(1)), 제(k-1)프리코딩 매트릭스(W(k-1)), 제Sc프리코딩 매트릭스(W(Sc))일 경우, 다음 단계인 제2서브캐리어 그룹(t=2)에 상응하는 상태, 즉 제1프리코딩 매트릭스(W(1)), 제k프리코딩 매트릭스(W(k), 제Sc프리코딩 매트릭스(W(Sc))에서 상기 수신기는 인접한 그룹에 상응하는 프리코딩 매트릭스들의 MSE를 비교한 후, 최소인 MSE를 선택하여 제2서브캐리어 그룹(t=2)에 상응하는 상태로 추가한다. 이러한 과정을 모든 단계, 즉 제서브캐리어 그룹()까지 동일한 과정을 수행하여, 추가된 MSE의 최소 경로를 선택함으로써 MMSE를 갖는 서브캐리어 그룹에 상응하는 최적의 프리코딩 매트릭스 검출한다.In more detail, the receiver has a state corresponding to an initialization of the first subcarrier group t = 1, and the first precoding matrix W (1) and the (k-1) precoding state. In the case of the matrix W (k-1) and the S c precoding matrix W (S c ), a state corresponding to the next subcarrier group t = 2, that is, the first precoding matrix (W (1)), first and then the receiver compares the MSE of the precoding matrix corresponding to an adjacent group on the k precoding matrix (W (k), the S c precoding matrix (W (S c)), Select the minimum MSE and add it to the state corresponding to the second subcarrier group (t = 2). Subcarrier groups ( The same process is performed to determine the optimal precoding matrix corresponding to the subcarrier group with MMSE by selecting the minimum path of the added MSE.
이러한 트렐리스 방식을 사용하지 않는 종래의 기술에서는 각 서브캐리어 그룹에 대해 모든 가능한 코드북 인덱스가 선택될 수 있으므로 N/S_G x log2(Sc) 비트의 피드백 정보가 필요하다. 그러나, 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템은, t=1에 해당되는 서브캐리어 그룹만 모든 가능한 코드북 인덱스가 선택될 수 있고, t=2부터의 서브캐리어 그룹에서는 트렐리스 구조에 미리 결정된 개수(M, M < Sc)만큼의 코드북 인덱스만 선택될 수 있으므로 N/S_G x log2(M) 비트만 피드백하면 되므로 피트백해야 할 정보량를 감소시킬 수 있다. 이렇게 프리코딩 매트릭스를 검출한 수신기는, 상기 프리코딩 매트릭스에 상응하는 코드북 인덱스를 피드백 정보에 포함시켜 송신기로 전송한다.In the prior art without using the trellis scheme, since all possible codebook indices can be selected for each subcarrier group, feedback information of N / S_G x log2 (Sc) bits is required. However, as shown in FIG. 2, in the communication system according to the embodiment of the present invention, all possible codebook indices of the subcarrier group corresponding to t = 1 may be selected, and in the subcarrier group from t = 2, Since only a predetermined number of codebook indices (M, M < Sc) can be selected in the release structure, only N / S_G x log2 (M) bits need to be fed back, thereby reducing the amount of information to be fit back. The receiver that detects the precoding matrix includes the codebook index corresponding to the precoding matrix in the feedback information and transmits it to the transmitter.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기는 송신기로부터 서브캐리어들을 통해 데이터를 수신하면, 상기 서브캐리어들을 소정의 서브캐리어 그룹들로 그룹화하고, 상기 서브캐리어 그룹들에 상응하는 프리코딩 매트릭스를 선택하여 MSE를 산출한 후, 상기 산출한 MSE들 중 MSSE를 갖는 서브캐리어 그룹에 상응하는 최적의 프리코딩 매트릭스 검출한다. 이렇게 프리코딩 매트릭스를 검출한 수신기는, 상기 프리코딩 매트릭스에 상응하는 코드북 인덱스를 피드백 정보에 포함시켜 송신기로 전송한다. 즉, 본 발명은 서브캐리어 그룹에 상응하여 프리코딩 매트릭스의 MSE를 산출한 후 최적의 프리코딩 매트릭스를 검출함으로써 피드백 정보의 양이 감소하며, 수신기(150)의 복잡도 및 MSE 산출을 위한 연산량이 감소한다.As such, when a receiver receives data from subcarriers from a transmitter in a communication system according to an embodiment of the present invention, the subcarriers are grouped into predetermined subcarrier groups and a precoding matrix corresponding to the subcarrier groups. After selecting to calculate the MSE, the optimal precoding matrix corresponding to the subcarrier group having the MSSE among the calculated MSEs is detected. The receiver that detects the precoding matrix includes the codebook index corresponding to the precoding matrix in the feedback information and transmits it to the transmitter. That is, the present invention reduces the amount of feedback information by calculating the MSE of the precoding matrix corresponding to the subcarrier group and then detects the optimal precoding matrix, and reduces the complexity of the
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.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
상술한 바와 같은 본 발명은, MIMO 방식의 통신 시스템에서 서브캐리어 그룹에 상응하여 프리코딩 매트릭스의 MSE를 산출한 후 최적의 프리코딩 매트릭스를 검출함으로써 피드백 정보의 양이 감소하며, 수신기의 복잡도 및 MSE 산출을 위한 연산량이 감소하여 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention reduces the amount of feedback information by calculating the MSE of the precoding matrix corresponding to the subcarrier group in the MIMO communication system, and then detects the optimal precoding matrix, and reduces the complexity of the receiver and the MSE. The amount of calculation for calculation can be reduced, which can improve the performance of the system.
Claims (21)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20061208 |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |