KR20080065493A - Ｍｉｍｏ 통신 시스템에서 코드워드와 스트림의 조합 표시방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MIMO 통신 시스템에서 코드워드와 스트림의 조합 표시 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따르면 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 제한하는데 있어서, 복수개의 스트림을 사용하는 경우는 복수개의 코드워드를 사용하는 측면, 복수개의 코드워드의 SIC 복호 순서를 고정하는 측면, 한 개의 코드워드가 사용가능한 최대 스트림개수를 제한하는 측면, 비대칭 스트림 개수를 갖는 코드워드들이 존재하는 경우 적은수의 스트림을 갖는 코드워드가 먼저 복호되도록 제한하는 측면, 각 스트림당 조합의 개수를 제한하는 측면 및 이들을 종합적으로 고려하여 합리적으로 제한을 가함으로써, 전체 코드워드와 스트림의 조합의 수를 감소시켜 이를 나타내기 위한 정보의 비트 수를 감소시킬 수 있다.

MIMO, 코드워드, 스트림

Description

ＭＩＭＯ 통신 시스템에서 코드워드와 스트림의 조합 표시 방법{Method For Indicating The Combination Of Codeward And Stream In The MIMO Communication System}

도 1은 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도.

도 2는 N_T개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시한 도면.

도 3a 및 도 3b는 각각 단일 사용자 MIMO 통신 시스템 및 다중 사용자 MIMO 통신 시스템의 개념을 도시한 개념도.

도 4는 MIMO 통신 시스템에서 안테나, 스트림 및 코드워드의 관계를 설명하기 위한 도면.

도 5a는 코드워드의 최대 개수가 2개, 안테나의 최대 개수가 4개인 MIMO 통신 시스템을, 도 5b는 코드워드의 최대 개수가 2개, 안테나의 최대 개수가 2개인 MIMO 통신 시스템을 도시한 도면.

도 6은 코드워드의 복호 성능을 향상시키기 위해 수신단에서 수행하는 SIC(Successive Interference Cancellation)의 개념을 설명하기 위한 도면.

도 7은 스트림이 여러 개인 경우에, 하나의 코드워드와 2개의 코드워드가 사용될 경우의 시스템의 처리율(Throughput) 성능 차이를 나타낸 시물레이션 결과를 나타낸 도면.

도 8a 내지 도 8c는 SIC 복호 순서에 따른 수신단 성능의 시물레이션 결과를 나타내는 도면.

도 9는 스트림과 코드워드의 전체 조합수를 주어진 비트수로 나타낼 수 있는 개수만큼 제한했을 경우, 수신단 성능의 시물레이션 결과를 나타내는 도면.

본 발명은 MIMO 통신 시스템에 대한 것으로, 특히 MIMO 통신 시스템에서 코드워드와 스트림의 조합 표시 방법에 관한 것이다.

이를 위해 먼저 일반적인 다중 안테나(MIMO) 기술을 개괄적으로 살펴보도록 한다.

간단히 말해, MIMO는 "Multi-Input Multi-Output"의 줄임 말로 지금까지 한 개의 송신안테나와 한 개의 수신안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신안테나와 다중 수신안테나를 채택해 송수신 데이터 효율을 향상시킬 수 있는 방법을 말한다. 즉, 무선통신 시스템의 송신단 혹은 수신단에서 다중안테나를 사용하여 용량증대 혹은 성능개선을 꾀하는 기술이다. 이하에서는 "MIMO"를 "다중안테나"라 칭하기로 한다.

요약하면, 다중안테나 기술이란, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한 데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 이를 통해, 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다.

차세대 이동통신은 기존 이동통신에 비해 훨씬 높은 데이터 전송률을 요구하므로 효율적인 다중안테나 기술이 반드시 필요할 것으로 예상된다. 이와 같은 상황에서 MIMO 통신 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있는 차세대 이동통신 기술이며, 데이터 통신 확대 등으로 인해 한계 상황에 따라 다른 이동통신의 전송량 한계를 극복할 수 있는 기술로서 관심을 모으고 있다.

한편, 현재 연구되고 있는 다양한 전송효율 향상 기술 중 송/수신단 모두에 다수의 안테나를 사용하는 다중안테나(MIMO) 기술은 추가적인 주파수 할당이나 전력증가 없이도 통신 용량 및 송수신 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법으로서 현재 가장 큰 주목을 받고 있다.

도 1은 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 송신 안테나의 수를 N_T개로, 수신 안테나의 수를 N_R개로 동시에 늘리게 되면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가하므로, 전송 레이트를 향상시키고, 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 채널 전송 용량의 증가에 따른 전송 레이트는 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송 레이트(Ro)에 다음과 같은 레이트 증가율(Ri)이 곱해진 만큼으로 이론적으로 증가할 수 있다.

즉, 예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다.

이와 같은 다중안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후 이를 실질적인 데이터 전송률 향상으로 이끌어 내기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며, 이들 중 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.

현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가 진행되고 있다.

이와 같은 다중안테나의 기술은 다양한 채널 경로를 통과한 심볼 들을 이용하여 전송 신뢰도를 높이는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식과, 다수의 송신 안테나를 이용하여 다수의 데이터 심볼을 동시에 송신하여 전송률을 향상시키는 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing) 방식으로 나눌 수 있다. 또한 이러한 두 가지 방식을 적절히 결합하여 각각의 장점을 적절히 얻고자 하는 방식에 대한 연구도 최근 많이 연구되고 있는 분야이다.

각각의 방식에 대해 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

첫째로, 공간 다이버시티 방식의 경우에는 시공간 블록 부호 계열과, 다이버시티 이득과 부호화 이득을 동시에 이용하는 시공간 트렐리스(Trelis) 부호 계열 방식이 있다. 일반적으로 비트 오류율 개선 성능과 부호 생성 자유도는 트렐리스 부호 방식이 우수하지만, 연산 복잡도는 시공간 블록 부호가 간단하다. 이와 같은 공간 다이버서티 이득은 송신 안테나 수(N_T)와 수신 안테나 수(N_R)의 곱(N_T×N_R)에 해당되는 양을 얻을 수 있다.

둘째로, 공간 멀티플렉싱 기법은 각 송신 안테나에서 서로 다른 데이터 열을 송신하는 방법인데, 이때 수신기에서는 송신기로부터 동시에 전송된 데이터 사이에 상호 간섭이 발생하게 된다. 수신기에서는 이 간섭을 적절한 신호처리 기법을 이용하여 제거한 후 수신한다. 여기에 사용되는 잡음 제거 방식은 최대 우도(maximum likelihood) 수신기, ZF 수신기, MMSE 수신기, D-BLAST, V-BLAST 등이 있으며, 특히 송신단에서 채널 정보를 알 수 있는 경우에는 SVD (singular value decomposition) 방식 등을 사용할 수 있다.

셋째로, 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 결합된 기법을 들 수 있다. 공간 다이버시티 이득만을 얻을 경우 다이버시티 차수의 증가에 따른 성능개선 이득이 점차 포화되며, 공간 멀티플렉싱 이득만을 취하면 무선 채널에서 전송 신뢰도 가 떨어진다. 이를 해결하면서 두 가지 이득을 모두 얻는 방식들이 연구되어 왔으며, 이 중 시공간 블록 부호 (Double-STTD), 시공간 BICM(STBICM) 등의 방식이 있다.

상술한 바와 같은 다중 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 N_T개의 송신 안테나와 N_R개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다.

먼저, 송신 신호에 대해 살펴보면, 이와 같이 N_T개의 송신 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 N_T개 이므로, 이를 다음과 같은 벡터로 나타낼 수 있다.

한편, 각각의 전송 정보 s₁, s₂, ..., s_NT에 있어 전송 전력을 달리할 수 있으며, 이때 각각의 전송 전력을 P₁, P₂, ..., P_NT라 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보는 다음과 같은 벡터로 나타낼 수 있다.

또한,

를 전송 전력의 대각행렬 P로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

한편, 전송 전력이 조정된 정보 벡터

는 그 후 가중치 행렬 W가 곱해져 실제 전송되는 N_T개의 전송 신호 x₁, x₂, ..., x_NT를 구성한다. 여기서, 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송 신호 x₁, x₂, ..., x_NT를 벡터 x를 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, w_ij는 i번째 송신 안테나와 j번째 전송 정보간의 가중치를 나타내며, W는 이를 행렬로 나타낸 것이다. 이와 같은 행렬 W를 가중치 행렬(Weight Matrix) 또는 프리코딩 행렬(Precoding Matrix)라 부른다.

한편, 상술한 바와 같은 전송 신호(x)는 공간 다이버시티를 사용하는 경우와 공간 멀티플랙싱을 사용하는 경우로 나누어 생각해 볼 수 있다.

공간 멀티플랙싱을 사용하는 경우는 서로 다른 신호를 다중화하여 보내게 되므로, 정보 벡터 s의 원소들이 모두 다른 값을 가지게 되는 반면, 공간 다이버시티를 사용하게 되면 같은 신호를 여러 채널 경로를 통하여 보내게 되므로 정보 벡터 s의 원소들이 모두 같은 값을 갖게 된다.

물론, 공간 멀티플랙싱과 공간 다이버시티를 혼합하는 방법도 고려 가능하다. 즉, 예를 들어 3 개의 송신 안테나를 통하여 같은 신호를 공간 다이버시티를 이용하여 전송하고, 나머지는 각각 다른 신호를 공간 멀티플랙싱하여 보내는 경우도 고려할 수 있다.

다음으로, 수신신호는 N_R개의 수신 안테나가 있는 경우, 각 안테나의 수신신호 y₁, y₂, ..., y_NR을 벡터 y로 다음과 같이 나타내기로 한다.

한편, 다중 안테나 통신 시스템에 있어서의 채널을 모델링하는 경우, 채널은 송수신 안테나 인덱스에 따라 구분할 수 있으며, 송신 안테나 j로부터 수신 안테나 i를 거치는 채널을 h_ij로 표시하기로 한다. 여기서, h_ij의 인덱스의 순서가 수신 안테나 인덱스가 먼저, 송신안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.

이러한 채널은 여러 개를 한데 묶어서 벡터 및 행렬 형태로도 표시 가능하다. 벡터 표시의 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

도 2는 N_T개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 총 N_T개의 송신 안테나로부터 수신안테나 i로 도착하는 채널은 다음과 같이 표현 가능하다.

또한, 상기 수학식 7과 같은 행렬 표현을 통해 N_T개의 송신 안테나로부터 N_R개의 수신 안테나를 거치는 채널을 모두 나타내는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있 다.

한편, 실제 채널은 위와 같은 채널 행렬 H를 거친 후에 백색 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise)가 더해지게 되므로, NR개의 수신 안테나 각각에 더해지는 백색 잡음 n₁, n₂, ..., n_NR을 백터로 표현하면 다음과 같다.

상술한 바와 같은 전송 신호, 수신 신호, 채널, 및 백색 잡음의 모델링을 통해 다중 안테나 통신 시스템에서의 각각은 다음과 같은 관계를 통해 나타낼 수 있다.

상술한 설명은 다중 안테나 통신 시스템이 단일 사용자에게 이용되는 경우를 중점적으로 설명하였다. 그러나, 다중 안테나 통신 시스템을 복수의 사용자에 적용하여 다중 사용자 다이버시티(multiuser diversity)를 획득하는 것이 가능하며 이에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다.

페이딩(fading) 채널은 잘 알려진 무선통신시스템의 성능저하를 가져오는 주요원인이다. 시간, 주파수, 공간에 따라 채널 이득 값이 변하고 채널 이득 값이 낮을수록 성능저하가 심각해진다. 페이딩을 극복할 수 있는 방법 중 하나인 다이버시티는 여러 개의 독립적인 채널들이 모두 낮은 이득값을 가질 확률이 매우 낮다는 사실을 이용한다. 다양한 다이버시티 방식이 가능하며, 여기서 설명한 다중 사용자 다이버시티 역시 그 중 하나에 해당한다.

셀 내에 여러 명의 사용자가 있을 때, 각 사용자의 채널 이득 값들은 서로 확률적으로 독립이므로 그들이 모두 낮은 이득 값을 가질 확률은 매우 작다. 정보이론에 따르면 기지국의 전송 전력이 충분하다면 셀 내에 여러 명의 사용자가 있을 때 가장 높은 채널 이득 값을 가지는 사용자에게 채널을 모두 할당하는 것이 채널의 총 용량을 최대화할 수 있다. 이러한 다중 사용자 다이버시티는 다시 3 가지로 구분할 수 있다.

먼저, 시간적 멀티유저 다이버시티는 시간에 따라 채널이 변하는 경우 그때그때 가장 높은 이득 값을 가지는 사용자에게 채널을 할당하는 방식이며, 주파수적 멀티유저 다이버시티는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 같은 주파수 다중 반송파 시스템에서 각 주파수 대역에서 최대의 이득 값을 가지는 사용자에게 부반송파를 할당하는 방식이다.

만약, 다중반송파를 사용하지 않는 시스템에서 채널이 매우 천천히 변한다면 가장 높은 채널 이득 값을 가지는 사용자가 채널을 오랜 시간 동안 독점하게 될 것이므로 다른 사용자들은 통신을 할 수 없게 된다. 이런 경우 다중 사용자 다이버시티를 이용하기 위해서는 채널의 변화를 유도할 필요가 있다.

다음으로, 공간적 다중 사용자 다이버시티는 보통 공간에 따라 사용자들의 다른 채널 이득 값을 이용하는 방법으로서, 이의 구현 예로는 RBF(Random Beamforming)등을 들 수 있다. RBF는 "opportunistic beamforming"이라고도 하며, 송신단에서 다중 안테나를 사용하여 임의의 가중치로 빔 포밍(beam forming)을 해줌으로써 채널의 변화를 유도하는 기술로서 상술한 공간적 다중 사용자 다이버시티를 이용한다.

이와 같은 다중 사용자 다이버시티를 다중 안테나 방식에 이용하는 다중 사용자 다중 안테나(Multiuser MIMO) 방식에 대해 설명하면 다음과 같다.

다중 사용자 다중 안테나 방식에 있어서, 송수신단에서 사용자 수와 각 사용자의 안테나 수는 여러 가지 조합이 가능하다. 이와 같은 다중사용자 다중안테나(Multiuser MIMO) 방식을 하향링크(Downlink, forward link) 및 상향링크(Uplink, reverse link)로 나누어서 살펴 보기로 한다. 여기서 하향링크는 기지국에서 여러 단말들로 신호를 전송하는 경우를 의미하며, 상향링크란 여러 단말들이 기지국으로 신호를 전송하는 경우를 말한다.

하향링크의 경우에서, 즉 극단적인 두 가지 예를 들면 한 명의 사용자가 총 N_R개의 안테나를 통해 수신할 수도 있고, 다른 예로는 총 N_R명의 사용자가 각각 1 개의 안테나를 사용하여 수신할 수도 있다. 또한, 앞의 양 극단 예의 중간의 조합도 가능하다. 즉, 어떤 사용자는 1개의 수신안테나를 사용하는 반면, 어떤 사용자는 3개의 수신안테나를 사용하는 등의 조합이 가능하다. 여기서 유의할 점은 어느 조합의 경우든 수신 안테나의 수의 총합은 N_R로 일정하게 유지된다는 점이다. 이러한 경우를 보통 MIMO BC(Broadcast Channel) 또는 SDMA(Space Division Multiple Access)라고 한다.

상향링크의 경우에서도, 극단적인 두 가지 예를 들면 한 명의 사용자가 총 N_T개의 안테나를 통해 송신할 수도 있고, 다른 예로는 총 N_T명의 사용자가 각각 1 개의 안테나를 사용하여 송신할 수도 있다. 또한, 앞의 양 극단 예의 중간의 조합도 가능하다. 즉, 어떤 사용자는 1개의 송신안테나를 사용하는 반면, 어떤 사용자는 3개의 송신안테나를 사용하는 등의 조합이 가능하다. 여기서 유의할 점은 어느 조합의 경우든 송신안테나의 수의 총합은 N_T로 일정하게 유지된다는 점이다. 이러한 경우를 보통 MIMO MAC(Multiple Access Channel)이라고 한다.

상향링크와 하향링크에는 서로 대칭 관계에 있으므로, 한쪽에서 사용된 기법이 다른 쪽에서도 사용 가능하다.

따라서, 이하에서는 설명의 편의상 MIMO BC 에 관해서 중점적으로 설명하지만, 같은 방법을 MIMO MAC에서도 사용할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 각각 단일 사용자 MIMO 통신 시스템 및 다중 사용자 MIMO 통신 시스템의 개념을 도시한 개념도이다.

먼저, 설명의 편의를 위해 도 3a 및 도 3b 모두 하향링크를 가정한다.

단일 사용자 MIMO 통신 시스템은 도 3a에 도시된 바와 같이 송신단(기지국) 및 수신단(사용자 (단말)) 모두 다중 안테나를 가지는 경우로 생각할 수 있다. 이때, 송신단에서 보내고자 하는 신호(x)에 가중치 벡터(W)를 곱해서 다중안테나를 통해 전송한다고 하면, 아래에서 설명할 바와 같이 채널 정보를 정확하게 안다는 가정하에 최대의 채널 용량을 얻을 수 있다.

한편, 다중사용자 MIMO 통신 시스템은 도 3b에 도시된 바와 같이 각 사용자가 한 개의 안테나를 가지는 MISO (Multiple Input Single Output) 시스템이 여러개가 모인 경우로 생각할 수 있다. 따라서, 단일 사용자의 경우와 비슷하게 송신 빔 포밍을 통해 채널 용량을 최대화할 수 있는데, 이때 채널 정보뿐만 아니라 각 사용자 간의 간섭도 같이 고려해야만 하므로, 단일 사용자 환경보다 복잡한 시스템 이 요구된다. 따라서, 다중 사용자 MIMO 통신 시스템의 경우 송신 빔 포밍을 사용하는 경우에는 각 사용자 간의 간섭이 최소화 되도록 가중치 벡터를 선택해야만 한다.

이를 수식적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 단일 사용자 환경을 고려해 보도록 하자. 송수신단 모두가 모든 채널정보를 완벽히 안다고 가정하면, H를 SVD(Singular Value Decomposition)를 하여, 다음 수식과 같이 단위 행렬(Unitary matrix) U , V 와 대각 행렬(Diagonal matrix) Σ로 분해(Decompostion)할 수 있다.

이때, 채널 용량 측면에서 최대 이득을 얻기 위해서, 가중치 행렬 W로 V를 택하고, 수신신호 y 에 U ^H 를 곱한다. 이렇게 구성된 수신단의 신호를

로 표시하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 전송전력 행렬 P는, 최대 채널 용량을 얻기 위해 워터 필링(water filling)이라고 알려진 알고리즘을 통해 결정될 수 있다. 이 워터 필링 방법은 채 널 용량 측면에서는 최적의 방법이다. 하지만, 송수신단 모두가 채널 정보를 완벽하게 알아야 한다. 따라서, 다중 사용자 환경에서 이 방법을 적용하기 위해서는, 모든 사용자가 자신의 채널뿐만 아니라 다른 모든 사용자의 채널까지 완벽하게 알아야 하므로 실질적으로 사용이 거의 불가능하게 된다.

다음으로, 다중사용자 환경을 고려해보기로 한다. 이때, 채널 용량 측면에서 최적의 방법으로는 DPC(Dirty Paper Coding)와 같은 방법들이 있지만, 복잡도가 상당하다. 그외에 준 최적화된 방법으로는 RBF(Random Beamfroming), ZFBF(Zero Forcing Beamforming) 등이 가능하다. 상술한 RBF, ZFBF 등의 방법들도 다중 사용자 환경에서 사용자 수가 많아지게 되면 DPC를 통한 최적의 성능과 유사한 성능을 보일 수 있다.

한편, 다중 안테나 통신 시스템에서 이용되는 코드워드(codeword)에 대해 설명하면 다음과 같다.

일반적인 통신 시스템에서는 채널에서 겪는 오류를 수신단에서 정정해주기 위해서 송신단에서 보내는 정보를 오류정정부호(forward error correction code)를 사용하여 부호화(coding)를 한 후 전송하게 된다. 수신단에서는 수신신호를 복조(demodulation)한 후, 오류정정부호의 복호(decoding)화 과정을 거친 후 전송 정보를 복원하게 된다. 이러한 복호화 과정을 통해 채널에 의해서 생긴 수신 신호 상의 오류를 정정하게 된다.

모든 오류정정부호에는 채널 오류 정정 시에 최대 정정 가능한 한계가 있다. 즉, 수신 신호가 해당 오류정정 부호가 갖는 한계를 넘는 오류를 갖고 있다면, 수 신단에서는 오류가 없는 정보로 복호할 수 없게 된다. 따라서, 수신단에서는 복호한 정보에 오류가 있는지 없는지 판단할 근거가 필요하게 된다. 이렇게, 오류정정부호화 과정과 별도로 오류검출을 위해서 특별한 형태의 부호화 과정이 필요하다. 이런 오류 검출 부호로는 일반적으로 CRC(Cyclic Redundancy Check code)가 널리 쓰인다.

CRC는 오류정정이 아니라 오류검출을 위해 사용하는 부호화(Coding)방법의 하나이다. 일반적으로는 전송 정보를 CRC를 사용하여 부호화한 후, CRC 부호화된 정보에 오류정정부호(forward error correction code)를 사용하는 방식으로 사용한다. 흔히 이렇게 CRC와 오류정정부호가 적용되어 부호화된 한 개의 단위를 "코드워드(Codeword)"라고 한다.

한편, 전송정보가 여러 개가 중첩되어 수신되는 경우에는 간섭 제거(interference cancellation) 방식의 수신기를 사용하여 성능향상을 기대할 수 있다. 여러 개의 전송정보가 중첩되어 수신되는 경우의 예를 들면, 다중안테나(MIMO) 기술이 사용되거나, 다중 사용자 수신(Multiuser Detection) 기술이 사용되거나, 다중 코드(Multicode) 기술이 사용되는 경우들이 있다. 간섭제거 구조를 간단히 설명하면 다음과 같다.

일단 여러 개의 정보가 중첩된 전체 수신 신호로부터 첫 번째 정보를 복조/복호(demodulation/decoding)한 뒤, 전체 수신신호로부터 첫 번째 정보와 관련된 정보를 제거한다. 이렇게 수신신호로부터 첫 번째 정보가 제거된 신호를 갖고 두 번째 신호를 복조/복호하게 된다. 세 번째 신호의 복조/복호 시에는 처음 수신신호 로부터 첫 번째 정보와 두 번째 정보가 제거된 신호를 가지고 수행하며, 네 번째 이후의 신호들은 위의 과정을 반복해서 수행하여 복조/복호 된다. 이와 같이 계속적으로 수신 신호에서 복조/복호된 신호를 제거하여 이후의 복조/복호 과정의 성능을 향상시키는 방법을 SIC(Successive Interference Cancellation) 방식이라고도 한다.

이러한 SIC와 같은 간섭제거 방식을 사용하기 위해서는 수신 신호로부터 제거하는 복조/복호된 신호에 오류가 없어야 한다. 만일 오류가 있었다면, 그 이후의 모든 신호의 복조/복호 시에 계속적으로 나쁜 영향을 끼치는 오류 전파(error propagation)현상이 일어나게 된다.

다중안테나 기술에서도 상술한 바와 같은 간섭제거 기술을 사용할 수 있다. 이러한 간섭제거 기술이 사용되기 경우로는 우선 여러 개의 전송 정보가 다중 안테나에 걸쳐서 중첩되어 전송되는 경우이다. 즉, 공간 멀티플렉싱 기술이 사용된 경우에 각 전송 정보를 검출하면서 간섭제거 기술을 사용할 수 있다.

하지만, 앞서 설명한 바와 같이, 간섭 제거 시에 생기는 오류 전파 현상을 최소화하기 위해서는 빼주는 복조/복호된 신호의 오류 여부를 판별한 후 선택적으로 간섭을 제거하는 것이 바람직하다. 이렇게 각 전송 정보의 오류 유무를 판단하기 위한 실천적인 수단은 앞서 언급한 CRC가 있다. 보통 이와 같은 CRC 부호화를 통과한 서로 구분되는 정보의 단위를 "코드워드"라고 할 수 있다. 따라서, 좀 더 실천적인 방법으로서 간섭제거 기술이 사용되는 경우로는 전송 정보의 수가 여러 개일 뿐만 아니라, 코드워드의 수도 여러 개인 경우이다.

한편, 채널의 상태를 나타내는 채널 행렬 H의 행과 열의 수는 송수신 안테나 수에 의해서 결정된다. 채널 행렬 H는 앞서 살펴본 바와 같이 행의 수는 수신 안테나의 수 N_R과 같아지고, 열의 수는 송신 안테나의 수 N_T와 같아 지게 된다. 즉, 채널 행렬 H는 N_R×N_T 행렬이 된다.

일반적으로, 행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행 또는 열의 개수 중에서 최소 개수로 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 행 또는 열의 개수보다 클 수 없게 된다. 수식적으로 예를 들면, 채널 행렬 H의 랭크(rank(H))는 다음과 같이 제한된다.

또한, 랭크의 또 다른 정의는 행렬을 고유치 분해(Eigen value decomposition)를 하였을 때, 고유치(eigen value)들 중에서 0이 아닌 고유치들의 개수로 정의할 수 있다. 비슷한 방법으로, 랭크를 SVD 했을 때 0이 아닌 특이값(singular value)들의 개수로 정의할 수 있다. 따라서, 채널 행렬에서 랭크의 물리적인 의미는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다.

다중안테나 기술을 사용해서 보내는 서로 다른 정보 각각을 "전송 스트림(Stream)" 또는 간단하게 "스트림"으로 정의하기로 하자. 그러면 전송 스트림의 개수는 당연히 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수인 채널의 랭크 보다는 클 수 없게 된다.

채널 행렬이 H인 경우, 이를 수식적으로 설명하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 "# of streams"는 스트림의 수를 나타낸다.

한편, 여기서 한 개의 스트림은 한 개 이상의 안테나를 통해서 전송될 수 있음에 주의해야 한다.

스트림과 안테나 간의 대응방법을 다중안테나 기술의 분류로 설명하면 다음과 같다.

한 개의 스트림의 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 다이버시티 방식으로 볼 수 있고, 여러 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 멀티플렉싱 방식으로 볼 수 있다. 물론 그 중간인 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 혼합(Hybrid)된 형태도 가능하다.

다음으로, 다중 안테나 통신 시스템에서의 코드워드와 스트림 사이의 관계에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 4는 MIMO 통신 시스템에서 안테나, 스트림 및 코드워드의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

코드워드와 스트림의 대응 방법은 여러 가지가 가능하다. 통상적인 방법은, 도 4에 도시된 바와 같이 일단 코드워드(들)가 생성되고, 각 코드워드가 "코드워드-스트림 맵핑 모듈"을 거쳐 다시 전송 스트림(들)에 대응되고, 다시 각 스트림은 "스트림-안테나 맵핑 모듈"을 통해 전송 안테나를 거쳐서 전송되는 방식이다.

이러한 과정 중 여기서 중점적으로 설명할 코드워드와 스트림의 조합을 결정하는 부분은 도 4에서 굵은 선으로 표시된 부분이다.

이상적으로는 코드워드와 스트림의 대응관계는 자유롭게 설정될 수 있다. 즉, 코드워드 한 개가 여러 개의 스트림으로 나뉘어져서 전송될 수도 있고, 여러 개의 코드워드가 연속해서 합쳐서 한 개의 스트림으로 전송될 수 있다.

하지만, 여러 개의 코드워드를 직렬적으로 연속해서 합치는 것은 일종의 부호화의 한 종류로 볼 수 있으므로, 본 발명에 있어서는 실제로 의미 있는 조합을 한 개의 코드워드가 한 개 이상의 스트림에 대응되는 경우로 한정한다. 다만, 본 발명에 대한 이하에서 설명하는 특징을 포함하는 한 이들을 별도로 구분하는 경우에 역시 적용 가능함은 이하의 설명을 통해 당업자에게 자명할 것이다.

따라서, 이하의 설명에서는 특별한 언급이 없는 한, 한 개의 코드워드는 한 개 이상의 스트림에 대응된다고 가정하기로 한다. 따라서, 모든 정보들이 부호화 과정을 거쳐서 전송된다고 하면, 수식적으로는 다음의 관계가 성립한다.

여기서, "# of codewords"는 코드워드의 수, "# of streams"는 스트림의 수 를 나타낸다.

결론적으로, 상기 수학식 13 내지 15를 종합적으로 정리하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이를 통해 다음과 같은 사실을 알 수 있다. 즉, 송수신 안테나 수에 제한이 있는 경우는 스트림의 최대 개수가 제한되게 된다. 또한, 코드워드의 수에 제한이 있는 경우는 스트림의 최소 수가 제한되게 된다.

앞서 살펴본 코드워드와 스트림의 상관 관계에 의해, 안테나 수가 제한된 경우는 스트림과 코드워드의 최대 개수가 제한되게 되며, 이에 따라 제한된 수의 코드워드와 스트림의 조합이 가능하게 된다.

이러한 코드워드와 스트림의 조합은 상향 링크 및 하향 링크 모두에서 필요하다. 예를 들어, 설명의 편의상 하향링크에서 다중안테나 기술이 적용되었다고 가정하자. 이때, 하향 링크에서는 다중안테나 기술을 사용한 정보 전송 시 수신측에 전체 코드워드와 스트림의 조합 중 정보 전송에 이용된 조합을 정확히 알려주어야만 정확한 복조/복호가 가능하다.

또한, 상향링크로 제어정보 전송 시에도 전체 코드워드와 스트림의 조합 중 예를 들어 선호하는 조합 등을 알려주는 것이 필요하다. 더 구체적으로 설명하면, 다중안테나 기술을 위해서는 송신단에서 수신단의 채널 및 상태를 알아야 하고, 이 를 위해서 수신측에서는 여러 제어정보를 상향링크를 통해 알려주어야 한다. 예를 들어, 수신측에서는 측정된 채널 및 버퍼(buffer)상태와 같은 수신기의 여러 상태를 고려하여, 선호하는 코드워드와 스트림의 조합 및 이에 대응되는 채널정보 지시자(CQI; Channel Quality Indicator) 및 프리코딩 행렬 지시자(PMI; Precoding matrix Index)와 같은 정보를 알려주어야 한다. 물론 자세한 제어 정보의 내용은 사용되는 다중안테나 기술에 따라서 달라질 수 있다. 하지만, 상향링크로 선호하는 코드워드와 스트림의 조합을 알려주어야 한다는 점은 변하지 않는다.

다른 예로서, 상향 링크에서 다중안테나 기술이 적용되었다면, 위의 예의 설명에서 전송 링크만 서로 바뀔 뿐, 코드워드와 스트림 사이의 전체 조합 이용되는 조합 및 선호되는 조합을 알려 주어야 한다는 점은 동일하다.

이와 같은 코드워드와 스트림의 전체 조합을 표시하는데 있어서, 이를 보다 적은 비트 수로 효과적인 방법을 통해 표현할 수 있다면, 제어 정보의 효율적인 전송에 있어서 큰 이득이 된다. 따라서, 이와 같은 코드워드와 스트림의 효과적인 표시 방법에 대한 연구가 요구되고 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명의 목적은 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 합리적인 방법을 통해 제한하여 이를 나타내기 위한 정보의 비트 수를 감소시키는 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 단일 사용자 MIMO 통신 시스템 환경뿐만 아니라, 다중 사용자 MIMO 통신 시스템 환경에서 이와 같은 코드워드와 스트림의 전체 조합의 제한하여 이를 나 타내기 위해 요구되는 정보의 비트수를 감소시킴으로써 효율적인 통신 서비스를 제공하기 위한 방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따른 조합 표시 방법은, 다중 안테나 방식의 통신 시스템에서, 하나 이상의 코드워드와 하나 이상의 스트림의 전체 조합을 표시하는 방법으로서, 상기 전체 조합에 제한을 가하여 상기 전체 조합을 나타내기 위한 정보의 수를 감소시키되, 상기 전체 조합의 제한은, 상기 하나 이상의 스트림이 복수개 사용되는 경우, 상기 복수개의 스트림 모두를 하나의 코드워드가 사용하는 조합을 제거함으로써 상기 전체 조합의 수를 감소시킨다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 조합 표시 방법은, 다중 안테나 방식의 통신 시스템에서, 하나 이상의 코드워드와 하나 이상의 스트림의 전체 조합을 표시하는 방법으로서, 상기 전체 조합에 제한을 가하여 상기 전체 조합을 나타내기 위한 정보의 수를 감소시키되, 상기 전체 조합의 제한은, SIC (Successive Interference Canceller) 방식의 수신기가 사용되는 경우, 상기 수신기에서 상기 SIC 방식의 복호 순서를 고정함으로써 상기 전체 조합의 수를 감소시킬 수 있으며, 아울러, 상기 전체 조합의 제한은, 상기 복수개의 코드워드 각각이 사용하는 스트림의 개수가 상이한 경우, 상기 SIC 방식 복호 순서를 상기 복수개의 코드워드 각각이 가지는 스트림 수가 적을수록 먼저 복호되도록 고정함으로써, 상기 전체 조합의 수를 추가적으로 감소시킬 수 있다.

아울러, 상기 전체 조합의 제한은, 상기 복수개의 코드워드 각각이 가지는 스트림의 개수를 제한함으로써 상기 전체 조합의 수를 추가적으로 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 전체 조합의 제한은, 채널 랭크당 가능한 스트림과 코드워드의 조합의 수를 제한함으로써 상기 전체 조합의 수를 추가적으로 감소시킬 수 있으며, 이와 달리 상기 전체 조합의 제한은 조합의 수를 제한하는데 있어서 상기 전체 조합 중 재전송 및 다중사용자를 지원하기 위해 이용가능한 조합을 유지시키는 것을 특징으로 할 수도 있다.

또한, 상기 제한된 전체 조합을 나타내기 위한 정보의 수를 통해 나타낼 수 있는 조합의 수와 상기 제한된 전체 조합의 수와의 차이에 해당하는 수만큼 상기 제한된 전체 조합에 추가적인 조합을 추가하는 것이 바람직할 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 전체 조합의 제한은, 상술한 방법들을 하나 또는 그 이상을 선택하여 적용함으로써 수행될 수 있으며, 이러한 방법들을 모두 적용하여 전체 조합을 제한할 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

본 발명은 상술한 바와 같이 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 합리적으로 제한하여 이를 나타내기 위한 정보의 비트 수를 감소시키는 방법을 제공하려고 한다. 이를 위해 먼저, 코드워드와 스트림의 관계로부터의 가능한 조합의 수를 살펴보고, 그 후 이러한 전체 조합의 수를 합리적으로 제한하는 방법에 대해 살펴본다.

상기 수학식 16으로부터 송수신 안테나 수에 제한이 있는 경우는 스트림의 최대 개수가 제한되고, 또한 코드워드의 수에 제한이 있는 경우는 스트림의 최소 수가 제한됨을 알 수 있다.

이에 대해 간단히 예들을 들어서 설명해 보도록 하자.

만일 송수신 안테나 개수가 4개인 경우는 스트림과 코드워드의 수는 최대 4까지 가능하다. 한편, 코드워드의 개수에 제한이 있는 경우에는 스트림의 최소 가능 개수가 제한되며, 만일 코드워드의 수가 2라면, 스트림의 수는 최소 2 보다는 크거나 같게 된다. 따라서, 송수신 안테나 개수의 최소값이 4이고 코드워드의 개수가 2라면, 가능한 스트림의 수는 2, 3, 4 가 된다. 만일, 송수신 안테나 개수의 최소값이 2이고 코드워드의 개수가 2 라면, 가능한 스트림의 개수는 2 뿐이다.

상용적으로 많이 언급되는 송수신 안테나의 개수는 4 또는 2이고, 코드워드 의 최대개수는 2이다. 또한, 최근 3GPP LTE에서는 최대 송신 안테나의 수(N_T)를 4개, 최대 수신 안테나의 수(N_R) 역시 4개로 정하고, 다중 코드워드 이용이 가능하되 최대 허용 개수를 2개로 결정한바 있다(3GPP, R1-063013(Approved minutes of 3GPP TSG RAN WG1 #46 in Tallinn(Tallinn, Estonia, 28 August ~ 01 September, 2006)), 및 3GPP, R1-063613(Approved Report of 3GPP TSG RAN WG1 #46bis(Seoul, Korea, 09 ~ 13 October, 2006)) 등 참조).

따라서, 본 발명의 일 실시형태에 대한 이하의 상세한 설명은 송수신 안테나의 개수가 4 또는 2이고, 코드워드의 최대개수가 2인 예를 구체적으로 살펴보지만, 본 발명의 실시형태들에 따른 원리가 적용되는 한 이와 다른 조합에도 적용 가능하다.

상술한 바와 같이 송수신 안테나의 개수가 4 또는 2이고, 코드워드의 최대 개수가 2인 경우의 코드워드와 스트림간의 조합의 방법에 관해서 구체적으로 살펴본다.

도 5a는 코드워드의 최대 개수가 2개, 안테나의 최대 개수가 4개인 MIMO 통신 시스템을, 도 5b는 코드워드의 최대 개수가 2개, 안테나의 최대 개수가 2개인 MIMO 통신 시스템을 도시한 도면이다.

일단 도 5a에 도시된 바와 같이 안테나의 개수가 4인 경우 스트림의 최대 개수는 4로 제한된다. 따라서, 코드워드의 개수가 1인 경우 가능한 스트림의 수는 1, 2, 3, 4 가 되고, 코드워드의 수가 2인 경우 가능한 스트림의 수는 2,3,4 가 된다.

한편, 도 5b에 도시된 바와 같이 안테나의 개수가 2이면 스트림의 최대 개수 역시 2로 제한된다. 따라서, 코드워드의 개수가 1인 경우 가능한 스트림의 수는 1, 2 가 되고, 코드워드의 수가 2인 경우 스트림의 수는 2만 가능하다.

여기서 본 발명이 주목하는 부분은 스트림과 안테나 간의 조합이 아니라, 코드워드와 스트림의 조합이며, 도 5a 및 도 5b에서 이 부분은 굵은 선으로 표시하였다.

실제 스트림과 안테나 간의 조합 여부는 다중안테나 시스템에 따라 많은 차이를 보이게 된다. 따라서, 이하에서는 주어진 제한 조건하에서, 코드워드와 스트림의 조합에 관해서만 살펴보기로 한다.

이때, 수신기에서 SIC 방식의 수신기를 사용하게 되면, 여러 개의 코드워드가 존재하는 경우 어느 코드워드부터 복호하는가에 따라서 전체 시스템의 성능이 달라질 수도 있게 된다. 따라서, 조합을 고려할 때, 코드워드의 순서도 고려하여 나타내도록 한다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 스트림의 최대 개수가 4이고 코드워드의 최대 개수가 2인 경우의 조합에 대해 살펴보면 다음과 같다.

안테나의 개수가 4인 경우, 즉 스트림의 최대 개수가 4인 경우 코드워드의 최대개수는 2이다. 여기서 가능한 코드워드와 스트림의 전체 조합을 표로 나타내면 다음과 같다.

여기서, 상기 표 1은 코드워드의 개수가 1일 때의 각 조합의 예를 표시한 것이고, 상기 표 2는 코드워드의 개수가 2일 때의 각 조합의 예를 표시한 것이다.

상기 표 1 및 표 2에서 코드워드의 순서는 번호를 붙여서 나타내었다. 코드워드의 번호는 수신단에서 SIC방식의 수신기를 사용하는 경우에, 복호순서를 나타낸다. 이 이후에서는, 도6과 같이 설명의 편의상 코드워드1을 우선적으로 복호한 후, 수신신호에서 코드워드1에 관계된 간섭신호를 제거하고 코드워드2를 복호하는 것으로 가정한다.

반면, 스트림은 각 스트림이 다시 안테나로 매핑(maping)될 때, 스트림의 순서에 따라서 안테나로의 매핑이 달라지게 되며, 또한, 프리코딩이 사용될 경우 해당 가중치 백터와의 관계에 있어서도 그 순서에 따라 매핑이 달라지게 된다. 따라서, 스트림은 고정된 순서가 있게 되므로, 스트림은 조합에서 순서도 꼭 나타내어야만 한다.

상기 표 1 및 표 2로부터 코드워드의 개수가 1 일 때 조합의 개수는 15 이고, 코드워드의 개수가 2 일 때 조합의 수는 50이므로, 총 65 개의 조합이 필요하게 된다. 따라서, 최대 코드워드의 개수가 2이고 스트림의 최대 개수가 4일 때, 아무런 제약 없이 모든 조합을 허용할 경우는 최대 7 비트(2⁶=64 < 65 < 2⁷=128)로 표시해야 한다.

한편, 도 5b에 도시된 바와 같이 스트림의 최대 개수가 2이고, 코드워드의 최대 개수가 2인 경우의 코드워드와 스트림의 전체 조합에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 5b에서와 같이 안테나의 개수가 2인 경우, 즉 스트림의 최대 개수가 2인 경우를 자세히 살펴보도록 하자. 여기서 코드워드의 최대개수는 2이다. 각각의 조합의 모든 경우를 표로 자세히 나타내면 다음과 같다.

상기 표 3은 코드워드의 개수가 1일 때와 2일 때의 각 조합을 예를 모두 나타낸 것이다.

상기 표 3으로부터 스트림이 최대 2개이고 코드워드가 최대 2개인 예의 경우 총 5개의 코드워드 스트림 조합이 필요함을 알 수 있으며, 이 경우 아무런 제약 없이 모든 조합을 허용할 경우는 최대 3 비트 (2²=4 ＜ 5 ≤ 2³=8)로 표시해야 한다. 하지만, 이 경우는 표 1 및 표 2에 표시된 바와 같은 최대 4 개의 스트림을 사용하는 경우의 부분집합으로 볼 수 있다. 따라서, 최대 4 개의 스트림을 사용하는 경우를 효율적으로 표시할 수 있다면, 이는 최대 2 개의 스트림을 사용하는 경우에도 변경 없이 적용 가능함을 알 수 있다.

위와 같이 최대스트림의 개수가 2인 경우는 안테나 개수에 따라서 코드워드와 스트림의 조합을 독립적으로 표시한다고 하더라도, 이 경우는 소요 비트 수가 작으므로 큰 문제가 되지 않는다. 그러므로, 이하에서 설명하는 본 발명의 일 실시형태에서는 최대 4 개의 스트림을 사용하는 경우를 중심으로 코드워드와 스트림의 전체 조합을 보다 적은 비트 수를 이용하여 효율적으로 표시하는 방법을 중점적으로 살펴보기로 한다. 이러한 코드워드와 스트림의 조합을 적은 비트 수로 표현 가능하다면 제어 신호 송신 효율을 증대할 수 있을 것이다.

앞서 코드워드와 스트림의 주어진 제한조건이 스트림 최대수 4 개, 코드워드 최대수 2 개인 경우에는 65가지의 코드워드와 스트림의 전체 조합이 가능하므로, 아무런 제한 조건 없이 이를 나타내기 위해 총 7 비트가 필요함을 살펴 보았다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서는 상술한 코드워드와 스트림의 전체 조합에 제한을 가하여 이와 같은 전체 조합 중 이용되는 조합을 나타내는 정보의 수를 감소시키는 방법을 제안한다.

도 7은 스트림이 여러 개인 경우에, 한 개의 코드워드와 2개의 코드워드가 사용될 경우의 시스템의 처리율(Throughput) 성능 차이를 나타낸 시물레이션 결과를 나타내는 도면이다.

여기서 범례에서 사용된 “SCW”는 단일 코드워드(Single Codeword)의 약자이고, “MCW”는 다중 코드워드(Multiple Codewords)를 나태낸다. 또한 “MMSE”는 수신기에서 MMSE(Minimum Mean Square Error)방식의 수신기가 사용된 경우를 나타내며, “MMSE+SIC”는 수신단에서 MMSE후에 SIC를 통해 간섭을 제거하는 방식의 수신기가 사용되었음을 의미한다. 그리고, 가로축의 Ior/Ioc는 기지국의 송신전력대 간섭전력의 비를 의미한다. 이것은 간단하게 SINR로 환산 될 수 있으며, 물리적으로 유사한 의미를 갖는다.

도 7의 구체적인 시물레이션 가정은 다음과 같다. 즉, 송수신 안테나 모두 2개씩이고, 3GPP의 TR 25.892를 바탕으로한 MCS를 사용하였으며, MIMO방식으로는 가장 간단한 PARC(Per Antenna Rate Control)방식을 사용하였다. 또한, 시물레이션의 채널은 ITU에서 제안한 "Pedestrian B" 모델을 사용하였으며, 이동체의 속도는 3 km/h를 가정하였다. 전송방식은 OFDM이 사용되었으며, FFT의 길이는 1024이고, 10MHz의 대역폭에 실제 사용되는 부반송파는 600개이며, CP(Cyclic Prefix)의 크기는 74를 가정하였다.

도 7의 결과에 의하면, 2개의 스트림으로 전송하는 경우에, 수신기에서 SIC수신기를 쓰던 안쓰던 상관없이, 한 개의 코드워드로 전송하는 것보다도 2개의 코드워드로 각각 나누어 전송하는 것의 성능이 더 좋은 결과를 나타낸다. 이러한 결과는, 다양한 스트림의 개수나 코드워드의 수에서도 동일한 결과를 보이며, 일반화하면 다음과 같이 결론 내릴 수 있다. 즉, 복수개의 스트림이 사용되는 경우 단일 코드워드 보다는 복수개의 코드워드를 사용하는 것이 전체 시스템 성능을 높인다고 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 스트림과 코드워드의 전체 조합의 수를 제한하기 위해, 복수개의 스트림이 사용되는 경우, 이러한 스트림 모두를 하나의 코드워드가 사용하는 조합을 제한하는 것을 제안한다.

구체적으로, 상술한 바와 같이 최대 4개의 스트림을 이용하고, 최대 2개의 코드워드를 이용하는 본 실시예에서는 앞서 살펴본 코드워드 스트림 조합에, 스트림이 2개 이상인 경우, 2개의 코드워드를 통해 전송되도록 제한을 가하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따른 코드워드와 스트림의 조합은 다음과 같은 표로 나타낼 수 있다.

상기 표 4 로부터 본 발명의 일 실시형태에 따라 복수개의 스트림이 사용될 때, 여러 개의 코드워드가 사용 가능한 경우, 단일 코드워드 보다는 복수개의 코드워드를 사용하도록 제한하는 경우, 코드워드의 최대 개수가 1 일 때 조합의 개수는 4이고, 코드워드의 최대개수가 2 일 때 조합의 수는 50이므로, 총 54 개의 조합이 필요하게 되므로, 이를 최대 6 비트(2⁵=32 < 54 < 2⁶=64)로 표시할 수 있다.

한편, 본 발명의 더 바람직한 일 실시형태에서는 상술한 바와 같이 SIC에 따른 복호 순서를 고정하여서, 상기 전체 조합의 수를 감소시키는 방법을 제안하며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 8a 내지 도 8c는 SIC 복호 순서에 따른 수신단 성능의 시물레이션 결과를 나타내는 도면이다.

상기 표 4에 나타난 바와 같은 전체 조합에서는 수신단에서 SIC가 사용되는 경우 복호 순서를 표시하는 부분을 포함하고 있음을 알 수 있다. 즉, 코드워드와 이에 따른 SIC 수신기의 복호 순서를 나타내기 위해서, 코드워드와 스트림의 조합이 대칭적으로 반복되어 있다. 즉, 예를 들어 2개의 스트림인 스트림 1과 스트림2가 사용되는 경우를 살펴보면, (Codeword1, Stream1), (Codeword2, Stream2) 조합이 있는 반면, 두 스트림의 복호 순서만 대칭으로 틀린 (Codeword1, Stream2), (Codeword2, Stream1) 조합도 존재한다. 이런 경우의 성능 차이를 시물레이션을 통해서 구하여 도8a에 나타내었다. 3개의 스트림이 사용되는 경우는 도8b에 4개의 스트림이 사용되는 경우는 도8c에 도시하였다. 이러한 도8a 내지 도 8c의 시물레이션 환경은 안테나 개수만 2,3,4로 틀릴 뿐 다른 사항은 도6의 경우와 같다.

시물레이션 결과의 해석을 위해서, 4개의 스트림의 경우의 성능을 보여주는 도8c를 예를 들어 설명하도록 한다. 먼저, 도 8c의 범례의 의미를 설명해 보자. 우선, "max"란 SIC 복호 순서를 가리키는 원래의 모든 조합이 포함된 경우를 의미한다. 그리고 "(12, 34) L1, L2 first"는 코드워드 1번에는 스트림(또는 레이어( Layer)) 1,2(범례 표기는 L1, L2로 표시)가 할당되고, 코드워드 2번에는 스트림(또는 레이어) 3,4가 사용되면, SIC 복호시에는 첫번째 코드워드를 구성하는 스트림 1,2를 우선적으로 복호하고, 그 다음에 두번째 코드워드를 구성하는 스트림 3, 4를 복호하는 경우를 의미한다. 같은 이치로 "(34, 12) L3, L4 first)"는 코드워드 1번에는 스트림 3, 4가 할당되며, 코드워드 2번에는 스트림 1, 2가 할당되고, 코드워드 1번에 해당하는 스트림3, 4부터 복호한 다음에 코드워드2에 해당하는 스트림1, 2를 복호하는 경우를 의미한다. 도 8c의 결과를 보면, 각각의 코드워드에 2개의 스트림을 할당하는 (12,34) 또는 (34,12)경우에, 두 개의 서로 다른 순서간의 성능 차이는 거의 없다. 또한, 한 개의 코드워드에는 스트림 1개 그리고 다른 스트림에는 스트림 3개를 할당하는 (1,234) 또는 (234,1)의 경우에, 두 개의 서로 다른 순서간의 차이는 거의 없다. 다른 관점에서, 각각의 코드워드에 2개의 스트림을 할당하는 경우가, 한 개의 코드워드에는 스트림 1개 그리고 다른 스트림에는 스트림 3개를 할당하는 경우에 비해서 좋은 성능을 보인다. 그리고 각각의 코드워드에 2개의 스트림을 할당하는 경우가, 모든 경우를 허용하는 경우에 비해서 성능열화가 존재하긴 하지만, 매우 근접한 성능을 나타낸다. 따라서, 성능 측면에서 SIC 복호 순서를 미리 정해진 순서만으로 고정시키고, 한 개의 코드워드에는 2개까지의 스트림을 선택하는 경우가 효율적인 선택이라고 할 수 있다.

도 8b의 경우는 사용되는 총 스트림의 3개인 경우에, 한 개의 코드워드에는 한 개 스트림을 사용하고 다른 코드워드에는 두 개의 스트림을 사용하는 경우의 성능을 보여준다. 여기서는, SIC 복호 순서가 한 개의 스트림을 먼저 복호한 후에 2개의 스트림으로 구성된 코드워드를 복호하는 경우가 더욱 좋은 성능을 나타낸다.

도 8a는 사용되는 총 스트림이 2개인 경우에, 각 코드워드에 한 개의 스트림을 할당하는 경우의 성능을 나타낸다. 이때는 어느 코드워드부터 복호해도 성능 차이가 크게 없음을 알 수 있다.

앞서 살펴본 도 8a 내지 도 8c의 성능에 의해서 다음과 같은 세가지 결론이 유추 가능하다. 첫째로, SIC수신기의 복호 순서를 고정하여서 도 6과 같이 무조건 코드워드 1이 먼저 복호된 후에 코드워드2가 복호되도록 한다. 둘째로, 두 개의 코드워드들에 할당된 스트림의 개수가 비대칭인 경우에, 작은 스트림으로 구성된 코드워드부터 먼저 복호한다. 예를 들어, 전체 스트림이 3개인 경우에, 한 개의 코드워드가 1개의 스트림을 갖고 다른 코드워드가 2개의 스트림을 갖는 경우는, 1개의 스트림으로 구성된 코드워드가 먼저 복호 되도록 한다. 이러기 위해서, 1개의 스트림을 코드워드1에 할당하고, 2개의 스트림을 코드워드2에 할당한다. 셋째로, 한 개의 코드워드에는 최대 2개까지의 스트림만을 할당한다.

구체적인 예에 있어서, 최대 4개의 스트림을 사용하고 최대 2개의 코드워드를 사용하는 본 발명의 일 실시형태에서는 상기 표 1과 표 2의 전체 조합 중에서, SIC 수신기의 복호순서를 고정함으로써, SIC 복호순서를 나타내기 위해서 사용된 대칭적인 구조를 갖는 할당을 제거하고, SIC수신기는 우선적으로 코드워드1부터 복호한 후에 코드워드2를 복호하는 것으로 가정한다. 즉, 본 발명의 상술한 실시형태에 대한 설명에 있어서, "SIC 복호 순서"는 SIC 수신기를 이용하는 경우, 각 코드워드를 복호하는 순서를 나타낸다.

또한, 전체 스트림이 3개인 경우에는 코드워드1에는 스트림을 1개 할당하고 코드워드2에는 스트림을 2개 할당하는 경우만 고려한다. 그리고, 전체 스트림의 개수가 4인 경우에는 코드워드 1과 2에 각각 스트림을 2개씩 할당하는 경우만 고려한다.

이에 따른 구체적인 예를 표로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 구체적 일 실시예로서 SIC복호 순서를 고정하고, 한 개의 코드워드는 최대 2개의 스트림을 가지며, 비대칭 스트림인 경우 적은 수의 스트림을 갖는 코드워드가 먼저 복호되도록 제한한 경우는 총 36개 이므로, 최대 6 비트(2⁵=32 < 36 < 2⁶=64)로 표시해야 함을 알 수 있다. 이 경우 전체 조합을 표시하는 제어 정보의 비트수의 측면에서 상기 표 1, 2에 비해서 1비트 이득이 존재한다.

한편, 앞서 살펴본 조합의 경우의 수를 줄이기 위한 방법을 동시에 적용하는 것도 가능하다. 즉, 복수개의 스트림이 사용되는 경우 복수개의 코드워드를 사용하고, 한 개의 코드워드는 최대 2개의 스트림을 가지며, 비대칭 스트림인 경우 적은수의 스트림을 갖는 코드워드가 먼저 복호되도록 제한하고 SIC복호순서를 고정함으로써, 전체 조합의 수를 제한할 수 있다.

이에 따른 구체적인 예를 표로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 구체적 일 실시예로서 복수개의 스트림을 사용하는 경우는 복수개의 코드워드를 사용하며, SIC복호 순서를 고정하고, 한 개의 코드워드는 최대 2개의 스트림을 가지며, 비대칭 스트림, 즉 각 코드워드당 이용하는 스트림의 수가 상이한 경우 적은수의 스트림을 갖는 코드워드가 먼저 복호되도록 제한한 경우는 총 25개이므로, 최대 5 비트(2⁴=16 < 25 < 2⁵=32)로 표시해야 함을 알 수 있다. 이 경우 전체 조합을 표시하는 제어 정보의 비트수의 측면에서 상기 표 1, 2에 비해서 2비트 이득이 존재한다.

앞서 살펴본, 조합의 개수는 각 스트림당 복수개로 존재한다. 하지만, 스트림당 조합의 개수를 줄여서 나타내 보도록 한다.

도 9는 스트림과 코드워드의 전체 조합수를 주어진 비트수로 나타낼 수 있는 개수만큼 제한했을 경우, 수신단 성능의 시물레이션 결과를 나타내는 도면이다.

구체적으로, 도 9에서 송수신 안테나의 개수가 각각 4개, 즉, 최대 스트림이 4개 존재하는 경우의 시물레이션 결과를 나타내었다. 안테나 수 이외의 다른 시물레이션 가정들은 도7의 경우와 동일하다. 도9의 범례를 설명하면 다음과 같다. 전체조합의 수를 표1, 2와 같이 전체 조합의 경우로 하는 경우는 "max"로 표시하였고, 스트림당 한 개의 조합만을 허용한 경우는 총 4가지의 조합이므로 2 비트로 나타낼 수 있어서 "bit2"로 표시하였으며, 스트림당 두개씩의 조합을 허용하는 경우는 8가지 경우를 3비트로 표시하므로 "bit 3"으로 표시하였고, 스트림당 4개씩의 조합을 허용하는 경우는 16가지 경우를 4비트로 표현가능하므로 "bit 4"라고 표현하였다. 도 9의 결과에 의해, 각 스트림당 조합을 대표적으로 한 개만 허용하더라도, 전체 조합의 경우가 가능한 경우에 비해서 성능 열화정도가 매우 미미하다. 또한, 시물레이션 결과에 의해서, 각각 해당되는 비트수 만큼 조합의 수를 줄이는 데 있어서 선택되는 조합은 임으로 선택하여도 성능에는 큰 차이가 없게 된다. 따라서, 조합의 경우의 수를 줄이는 측면에 있어서는, 4가지 조합으로 줄이는 경우가 가장 효과적인 방법이라고 할 수 있다.

이에 따른 구체적인 예 중에서, 최대4개의 스트림을 사용하고 최대2개의 코드워드를 사용하는 경우에, 최소의 조합으로 나타낼 수 있는 2bit의 경우를 표로 나타내면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 구체적 일 실시예로서 복수개의 스트림을 사용하는 경우는 복수개의 코드워드를 사용하며, SIC복호 순서를 고정하고, 한 개의 코드워드는 최대 2개의 스트림을 갖으며, 비대칭 스트림인 경우 적은수의 스트림을 갖는 코드워드가 먼저 복호되도록 제한하며, 각 스트림당 조합을 한 개만 사용한 경우는 총 4개 이므로, 최대 2 비트(2¹=2 < 4 ≤ 2²=4)로 표시해야 함을 알 수 있다. 이 경우 전체 조합을 표시하는 제어 정보의 비트수의 측면에서 상기 표 1, 2에 비해서 5비트 이득이 존재한다.

한편, 다른 구체적인 예 중에서 3 비트나 4 비트의 경우는 표6에서 각 스트림당 조합을 각각 2개, 4개씩 선택하면 된다. 이러한 예의 구성은 상술한 설명으로부터 당업자에게 자명한바, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이때 정해진 개수에 해당하는 조합의 선택은 임의로 이루어질 수 있으며, 시물레이션 결과에 의하면, 임의로 조합을 선택하여도 성능에 거의 차이가 없음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따른 코드워드와 스트림의 조합 표시 방법에 따르면, 복수개의 스트림을 사용하는 경우는 복수개의 코드워드를 사용하는 측면, SIC복호 순서를 고정하는 측면, 한 개의 코드워드가 사용가능한 최대 스트림개수를 제한하는 측면, 비대칭 스트림 개수를 갖는 코드워드들이 존재하는 경우 적은수의 스트림을 갖는 코드워드가 먼저 복호되도록 제한하는 측면, 각 스트 림당 조합의 개수를 제한하는 측면 및 이들을 종합적으로 고려하여 합리적으로 제한을 가함으로써, 전체 코드워드와 스트림의 조합의 수를 감소시켜 이를 나타내기 위한 정보의 비트 수를 감소시킬 수 있다.

이를 통해 다중 안테나 통신 시스템에서 상하향 링크 모두에 필요한 코드워드와 스트림의 조합을 보다 적은 비트 수로 나타내어 제어 정보의 효율성을 기할 수 있다.

Claims (4)

1. 다중 안테나 방식의 통신 시스템에서, 하나 이상의 코드워드와 하나 이상의 스트림의 전체 조합을 표시하는 방법에 있어서,

   상기 전체 조합에 제한을 가하여 상기 전체 조합을 나타내기 위한 정보의 수를 감소시키되,

   상기 전체 조합의 제한은, 상기 하나 이상의 스트림이 복수개 사용되는 경우 상기 복수개의 스트림 모두를 하나의 코드워드가 사용하는 조합을 제거함으로써 상기 전체 조합의 수를 감소시키는, 조합 표시 방법.
2. 다중 안테나 방식의 통신 시스템에서, 하나 이상의 코드워드와 하나 이상의 스트림의 전체 조합을 표시하는 방법에 있어서,

   상기 전체 조합에 제한을 가하여 상기 전체 조합을 나타내기 위한 정보의 수를 감소시키되,

   상기 전체 조합의 제한은, 상기 하나 이상의 코드워드가 복수개 사용되어 SIC(Successive Interference Cancellation) 방식의 수신기가 사용되는 경우, 상기 수신기에서 상기 SIC 방식의 복호 순서를 고정함으로써 상기 전체 조합의 수를 감소시키는, 조합 표시 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전체 조합의 제한은, 상기 복수개의 코드워드 각각이 사용하는 스트림의 개수가 상이한 경우, 상기 SIC 방식 복호 순서를 상기 복수개의 코드워드 각각이 가지는 스트림 수가 적을수록 먼저 복호되도록 고정함으로써, 상기 전체 조합의 수를 추가적으로 감소시키는, 조합 표시 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 전체 조합의 제한은, 상기 복수개의 코드워드 각각이 가지는 스트림의 개수를 제한함으로써 상기 전체 조합의 수를 추가적으로 감소시키는, 조합 표시 방법.

Images