KR20080070151A - 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 장치 및 방법 - Google Patents

코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 장치 및 방법 Download PDF

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KR20080070151A
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우정수
정수룡
조기천
김영균
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Abstract

본 발명은 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 장치 및 방법에 관한 것으로, 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 방법에 있어서, 기지국 신호 세기를 측정하여 채널추정을 하는 과정과, 상기 추정된 채널을 이용하여 상기 기지국과 중계기 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 산출하는 과정과, 상기 산출된 프리코딩 행렬 인덱스를 상기 기지국으로 피드백하고 단말로 전송하는 과정을 포함하여, 코드북 기반 다중 홉 중계를 수행하여 처리율 증대 및 커버리지 확장을 할 수 있다.
Figure P1020070007798
중계기(relay station), 다중 홉(multihop), 코드북(codebook), 공간 다중화(spatial multiplexing)

Description

코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RELAY IN CODEBOOK BASED MULTIPLE ANNTENA SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 다중 홉 중계를 위한 코드북 기반 다중안테나 시스템 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 기지국-중계기간 코드북 선택 및 전달을 위한 송수신 장치 블록도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 중계기-단말간 코드북 선택 및 전달을 위한 송수신기 블록도
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계를 위한 중계기 동작 흐름도,
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계를 위한 단말 동작 흐름도,
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계를 위한 기지국 동작 흐름도,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계를 위한 중계기 동작 흐름도 및,
도 7과 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 중계를 위한 코드북 기반 프리코딩과 최적의 프리코딩의 심벌에러율(Symbol Error Rate:SER)을 비교한 그래프.
본 발명은 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 상기 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 제한 피드백 채널을 사용하여 기지국으로 코드북 인덱스를 피드백하고 포워딩 제어 채널을 사용하여 단말로 코드북 인덱스를 전송하는 중계 장치 및 방법에 관한 것이다.
중계기(relay station)는 기존의 이동통신 시스템에서 음영 지역 해소를 위해 도입되어 현재 사용중인 기술이다. 중계기 기술은 단순히 증폭 후 전달(amplify-and-forward)방식에서 디코딩 후 전달(decode-and-forward), 재구성/재조합 후 전달(reconfiguration/reallocation-and-forward) 등 지능화된 형태로 진화하고 있다. 특히, 차세대 이동통신 시스템에서 지능화된 다수의 중계기 도입은 커버리지 확대와 데이터 처리율 향상을 위해 불가피할 것으로 예상된다. 하지만, 상기 처리율과 상기 커버리지는 상충관계에 있다는 것은 잘 알려져 있다. 다시 말해, 상기 처리율이 높으면 상기 커버리지는 작아지고 상기 커버리지가 커지면 상기 처리율이 떨어진다. 중계기와 더불어 다중안테나 기술과 MIMO(Multi Input Multi Output) 시스템은 소규모 페이딩(small scale fading)에 대비하여 처리율과 링크 신뢰성(link reliability)을 증가시키는 것으로 잘 알려 있다.
일반적으로 개방 루프(open loop) MIMO 방식의 공간 다중화는 채널상태에 민감하여. 처리율과 비트에러율 (bit error rate:BER) 성능을 향상시키기 위해 수신기에 부분 또는 전체 채널상태정보(Channel State Information:이하 "CSI"라 칭함)가 이용하고 있다. 상기 전체 채널상태정보는 실제로 추정하기 어렵고 비용이 많이 들기 때문에 부분 CSI이 실제 사용되고 있다. 여기서, 소정의 비트정보를 피드백함으로써 부분 또는 전체 CSI를 수행할 수 있기 때문에, 소정의 피드백 정보비트가 필요하다.
현재, 코드북 기반 스킴에서 부분 CSI가 잘 알려져 있고, IEEE 802.16e 같은 현 표준에 채택되고 있고, 점대점 통신 시나리오에서 공간 다중화 MIMO 스킴 기반 제한된 피드백에 대한 저술이 많이 나와있다. 공간 다중화를 위한 프리코딩이 송신기와 수신기에 알려진 미리 결정된 유한한 코드북 집합을 사용하는 것을 고려되고 있다. 수신기는 기준(criterion)과 채널상태에 영향을 받는 코드북으로부터 최적의 프리코딩 행렬을 선택하고, 일치하는 프리코딩 행렬과 일치하는 인덱스를 제한된 피드백 채널을 통해 송신기로 피드백한다. 상기 프리코딩 행렬들의 인덱스는 소수의 비트 길이를 가진다. 여기서, 프리코딩 행렬들은 그레스매니안 라인 팩킹(Grassmannian Line Packing) 방식과 선택 기준에 따라 디자인된다. 하지만, 코드북 기반 공간 다중화 방식의 중계기를 사용하는 다중 홉 전송을 기반으로 하는 제한된 피드백 코드북에 대한 문헌이나 연구는 없다.
따라서, 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계를 위한 장치 및 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중안테나 시스템에서 중계를 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계를 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 공간 다중화 시스템에서 피드백 제어채널과 전송 제어채널을 사용하여 코드북 인덱스를 전송하는 중계 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계기의 동작 방법에 있어서, 기지국과의 채널추정을 하는 과정과, 상기 추정된 채널을 이용하여 상기 기지국과 중계기 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 검색하는 과정과, 상기 검색된 프리코딩 행렬 인덱스를 상기 기지국으로 피드백하고 단말로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 방법에 있어서,
Figure 112007007579403-PAT00001
중계기와의 채널추정을 하는 과정과, 상기 추정된 채널을 이용하여 상기
Figure 112007007579403-PAT00002
중계기와
Figure 112007007579403-PAT00003
중계기 사이 프리코딩(pre- coding) 행렬 인덱스를 검색하는 과정과, 상기 검색된 프리코딩 행렬 인덱스를 상기
Figure 112007007579403-PAT00004
중계기로 피드백하고
Figure 112007007579403-PAT00005
중계기로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 단말 동작 방법에 있어서, 중계기 신호 세기를 측정하여 채널추정을 하는 과정과, 상기 추정된 채널을 이용하여 상기 중계기와 상기 단말 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 산출하는 과정과, 상기 산출된 프리코딩 행렬 인덱스를 중계기로 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 방법에 있어서, 기지국 신호 세기를 측정하여 채널추정을 하는 채널추정기와, 상기 추정된 채널을 이용하여 상기 기지국과 중계기 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 산출한 후, 상기 산출된 프리코딩 행렬 인덱스를 상기 기지국으로 피드백하고 단말로 전송하는 는 프리코딩 행렬 선택기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 5 견지에 따르면, 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 방법에 있어서,
Figure 112007007579403-PAT00006
중계기 신호 세기를 측정하여 채널추정을 하는 채널추정기와, 상기 추정된 채널을 이용하여 상기
Figure 112007007579403-PAT00007
중계기와
Figure 112007007579403-PAT00008
중계기 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 검색한 후, 상기 검색된 프리코딩 행렬 인덱스를 상기
Figure 112007007579403-PAT00009
중계기로 피드백하고
Figure 112007007579403-PAT00010
중계기로 전송하는 프리코딩 행렬 선택기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 6 견지에 따르면, 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 단말 동작 방법에 있어서, 중계기와의 채널추정을 하는 채널추정기와, 상기 추정된 채널을 이용하여 상기 중계기와 상기 단말 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 검색한 후, 상기 검색된 프리코딩 행렬 인덱스를 중계기로 피드백하는 프리코딩 행렬 선택기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계를 위한 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 홉 중계를 위한 코드북 기반 다중안테나 시스템 구성도를 도시하고 있다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 시스템은 기지국(100), 중계기(102), 단말(104)을 포함하여 구성된다. 여기서, 각각 노드(기지국, 단말, 중계기)들은 송신안테나 3개, 수신안테나 2개를 가지고 있다. 상기 단말(104)과 상기 기지국(100) 사이 직 경로(direct path)는 없다. 즉, 상기 단말(104)과 상기 기지국(100)은 상기 중계기(102)를 통해 데이터를 송수신한다. 다중 홉 방식에서 처리율을 증대를 위해, 공간 다중화(spatial multiplexing) 방식이 기지국-중계기 링크와 중계기-단말 링크에 사용된다. 상기 기지국(100), 상기 중계기(102) 그리고 상기 단말(104)은 빔포밍 형성을 위한 프리코딩 행렬 정보(precoding matrices)를 각각 가지고 있고, 중계기(102)-기지국(100)과 단말(104)-중계기(102) 사이에 제한 피드백 경로가 있다고 가정한다. 여기서, 상기 프리코딩 행렬은 코드북을 의미하며 상기 프리코딩 행렬의 인덱스 교환을 통해서, 상기 기지국(100)-상기 중계기(102), 그리고 상기 중계기(102)-상기 단말(104) 사이에 사용할 프리코딩 행렬은 결정된다. 하기 <표 1>은 V(3,2,3) 코드북 예를 보여주고 있다. 상기 V(3,2,3)는 3개의 송신안테나, 2개 수신안테나, 3비트 피드백을 의미한다.
Figure 112007007579403-PAT00011
Figure 112007007579403-PAT00012
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00013
코드북 인덱스이고, 1에서 8까지의 인덱스는 3비트 정보로 정의되어 피드백 또는 전송된다. 상기 코드북의 행과 열에 의해 프리코딩 행렬이 구성된다. 다시 말해, 프리코딩 행렬들이 모여 하나의 코드북을 구성한다.
상기 기지국(100), 상기 중계기(102), 상기 단말(104)은 코드북 기반 프리코딩 방식의 다중 홉 중계를 위해 송신안테나 수 (
Figure 112007007579403-PAT00014
)와 수신안테나 수(
Figure 112007007579403-PAT00015
) 같은 시스템 파라미터를 공유한다고 가정한다.
상기 기지국(100)은 상기 중계기(102)로부터 기지국(100)과 중계기(102) 사이의 최적의 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00016
)를 피드백 받아 프리코딩을 한 후, 상기 프리코딩된 데이터 심벌들을 상기 중계기(102)로 전송한다.
상기 중계기(102)는 상기 기지국(100) 신호 세기를 측정하여 채널추정을 한후, 추정한 채널을 이용하여 신호대잡음비 선택기준(SNR(Signal to Noise Ratio) slection criterion), MMSE 기준(MMSE criterion), 용량 기준(capacity criterion)에 따라 최적의 프리코딩 행렬 인덱스를 계산(
Figure 112007007579403-PAT00017
)한다. 상기 계산된 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00018
)는 역방향 제어채널(피드백 제어채널)을 통해 상기 기지국(100)으로 피드백되고, 순방향 제어채널을 통해 상기 단말(104)로 전송된다(106). 여기서, 상기 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00019
)는 소정의 비트정보로써 코드북 크기와 송수신 안테나 수에 따라 결정된다. 또한, 중계기(102)는 상기 단말(104)로부터 피드백 받은 중계기와 단말 사이 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00020
)를 이용하여 상기 단말(104)로 중계한다.
상기 단말(104)은 상기 중계기(102)로부터 상기 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00021
)를 수신하고, 상기 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00022
), 채널추정(
Figure 112007007579403-PAT00023
), 시스템 파라미터(송신안테나 수(
Figure 112007007579403-PAT00024
), 수신안테나 수(
Figure 112007007579403-PAT00025
) 등등)을 이용하여 중계기와 단말 사이의 최적 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00026
)를 계산한다. 상기 단말(104)은 역방향 제어채널을 통해 중계기(102)로 상기 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00027
)를 피드백한다(107).
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 기지국-중계기간 코드북 선택 및 전달을 위한 송수신 장치 블록도를 도시하고 있다. 여기서, 상기 송신기는 기지국 송신기이고, 상기 수신기는 중계기 수신기를 의미한다.
상기 도 2를 참조하면, 먼저 상기 도 1의 기지국(100)과 중계기(102)에서, 상기 기지국(100) 송신기는 부호 및 변조기(200), 프리코딩기(210), 프리코딩 행렬 결정기(220)를 포함하여 구성되고, 상기 중계기(102) 수신기는 채널추정 및 심벌검출기(250), 복조 및 복호기(260), 프리코딩 행렬 선택기(270)를 포함하여 구성된다.
상기 부호 및 변조기(200)는 기설정된 부호화율에 따라 입력되는 정보비트들을 부호화한 후, 기설정된 변조방식에 따라 상기 부호화 비트들을 변조심벌(
Figure 112007007579403-PAT00028
)들로
Figure 112007007579403-PAT00029
개 비트 스트링으로 출력한다.
상기 프리코딩기(210)는 상기 프리코딩 행렬 결정기(220)로부터 제공받은 프리코딩(precoding) 행렬(
Figure 112007007579403-PAT00030
)과 상기 부호 및 변조기(200)로부터의 상기 변조심벌(
Figure 112007007579403-PAT00031
)들을 곱하여 송신 안테나(230)들을 통해 출력한다.
상기 프리코딩 행렬 결정기(220)는 상기 중계기(102) 수신기의 상기 프리코딩 행렬 선택기(270)로부터 프리코딩 행렬 인덱스를 피드백 받은 후, 상기 프리코딩 행렬 인덱스를 참조하여 해당 프리코딩 행렬(
Figure 112007007579403-PAT00032
)을 상기 프리코딩기(220)로 제공한다.
상기 채널추정 및 심벌검출기(250)는 상기 기지국(100) 송신기의 프리코딩기(210)로부터 프리코딩되어 무선채널(
Figure 112007007579403-PAT00033
)을 통해 출력되는 신호(
Figure 112007007579403-PAT00034
)를 검출하여 복조 및 복호기(260)로 출력한다. 또한, 상기 채널추정 및 심벌검출기(250)는 검출된 신호를 이용하여 채널을 추정하여 채널행렬(
Figure 112007007579403-PAT00035
)을 상기 프리코딩 행렬 선택기(270)로 제공한다. 여기서, 상기 검출된 수신신호 벡터(
Figure 112007007579403-PAT00036
)는 하기 <수학식 1>로 표현된다.
Figure 112007007579403-PAT00037
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00038
는 총 전송 에너지이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00039
은 비트 스트링 수이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00040
은 채널행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00041
는 프리코딩 행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00042
는 전송된 변조심벌 벡터이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00043
는 백색 가우시안 잡음벡터이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00044
은 수신된 신호벡터다. 첨자 "1"은 첫 번째 홉(기지국과 중계기 사이)을 나타내는 인덱스이다.
상기 채널추정 및 심벌검출기(250)는 상기 수신신호(
Figure 112007007579403-PAT00045
)를 원신호(
Figure 112007007579403-PAT00046
)로 복원하기 위한
Figure 112007007579403-PAT00047
을 생성하여 상기 수신신호
Figure 112007007579403-PAT00048
에 곱한다. 그러면, 상기
Figure 112007007579403-PAT00049
은
Figure 112007007579403-PAT00050
으로 복원된다.
제로포싱(zero forcing) 검출방식인 경우, 상기
Figure 112007007579403-PAT00051
는 하기 <수학식 2>으로 계산된다.
Figure 112007007579403-PAT00052
여기서,
Figure 112007007579403-PAT00053
는
Figure 112007007579403-PAT00054
의 역행렬(inverse matrix)이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00055
는 기지국과 단말 사이 채널행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00056
는 기지국과 단말 사이 프리코딩 행렬이다.
이때, 상기 제로포싱 검출시, 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio:이하 "SNR"라 칭함)는 하기 <수학식 3>으로 계산된다.
Figure 112007007579403-PAT00057
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00058
는 총 전송 에너지이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00059
는 백색 가우시안 잡음 벡터(
Figure 112007007579403-PAT00060
)이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00061
은 채널행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00062
는 프리코딩 행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00063
은 공액(conjugation)화를 나타내고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00064
은 비트 스트리밍 수이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00065
는 스트리밍 인덱스이다.
MMSE(Minimum Mean Squared Error) 검출방식일 경우, 상기
Figure 112007007579403-PAT00066
는 하기 <수학식 4>으로 계산된다.
Figure 112007007579403-PAT00067
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00068
는 총 전송 에너지이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00069
는 백색 가우시안 잡음 벡터(
Figure 112007007579403-PAT00070
)이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00071
는 기지국과 단말 사이의 채널행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00072
는 기지국과 단말 사이의 프리코딩 행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00073
은 비트 스트리밍 수이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00074
은 공액(conjugation)화를 나타내고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00075
은 비트 스트리밍에 대한 단위행렬이다.
이때, 상기 MMSE 검출시, SNR은 하기 <수학식 5>으로 계산된다.
Figure 112007007579403-PAT00076
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00077
는 총 전송 에너지이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00078
는 백색 가우시안 잡음 벡터(
Figure 112007007579403-PAT00079
)이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00080
은 채널행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00081
는 프리코딩 행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00082
은 공액(conjugation)화를 나타내고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00083
은 비트 스트리밍 수이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00084
는 스트리밍 인덱스이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00085
은 비트 스트리밍에 대한 단위행렬이다.
상기 프리코딩 행렬 선택기(270)는 상기 채널추정 및 심벌검출기(250)로부터 채널정보(
Figure 112007007579403-PAT00086
)를 제공받아 프리코딩 행렬 인덱스를 계산한다. 또한, 상기 프리코딩 행렬 선택기(270)는 상기 프리코딩 행렬 인덱스를 피드백 제어채널을 통해 기지국 송신기(100)의 상기 프리코딩 행렬 결정기(220)로 피드백하고, 상기 단말 또는 다음 중계기로 상기 프리코딩 행렬 인덱스를 순방향 제어채널을 통해 전송한다. 예를 들면, 상기 프리코딩 행렬 선택기(270)는 신호대잡음비 선택기준(SNR(Signal to Noise Ratio) slection criterion), MMSE 기준(MMSE criterion), 용량 기준(capacity criterion)으로 계산한다.
상기 SNR 선택 기준시, 상기 프리코딩 행렬 인덱스는 하기 <수학식 6>에 의해 산출된다.
Figure 112007007579403-PAT00087
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00088
는 행렬 X의 최소 특이값(singular value)이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00089
은 기지국과 중계국 사이 채널행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00090
는
Figure 112007007579403-PAT00091
프리코딩 행렬이다. 따라서, 상기 SNR 선택 기준시, 상기
Figure 112007007579403-PAT00092
과 상기
Figure 112007007579403-PAT00093
의 행렬 곱의 최소 특이 값을 구하여 최대가 되는 프리코딩 행렬(
Figure 112007007579403-PAT00094
)이 선택된다.
상기 MMSE 기준시, 상기 프리코딩 행렬 인덱스는 하기 <수학식 7>에 의해 산출된다.
Figure 112007007579403-PAT00095
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00096
은 행렬 X의 행렬값(determinant) 혹은 행렬 X의 트레이스(trace)이고. 상기
Figure 112007007579403-PAT00097
는 제곱평균오차이며 하기 <수학식 8>로 표현되고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00098
는
Figure 112007007579403-PAT00099
프리코딩 행렬이다. 따라서, 상기 MMSE 기준시, 상기
Figure 112007007579403-PAT00100
에 대한 제곱평균오차 행렬의 행렬 값 또는 트레이스 값을 최소로하는 프리코딩 행렬(
Figure 112007007579403-PAT00101
)이 선택된다.
Figure 112007007579403-PAT00102
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00103
는 제곱평균오차이고 상기
Figure 112007007579403-PAT00104
의 함수로서 정의되고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00105
는 총 전송 에너지이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00106
는 프리코딩 행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00107
는 기지국과 단말 사이의 채널행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00108
은 공액화를 나타내고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00109
은 비트 스트리밍 수이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00110
는 백색 가우시안 잡음 벡터이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00111
은 항등행렬(identity matrix)이다.
상기 용량 기준시, 상기 프리코딩 행렬 인덱스는 하기 <수학식 9>에 의해 산 출된다.
Figure 112007007579403-PAT00112
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00113
는 하기 <수학식 10>로 표현되고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00114
는
Figure 112007007579403-PAT00115
프리코딩 행렬이다. 따라서, 상기 용량 기준시, 상기
Figure 112007007579403-PAT00116
함수 값을 최소로하는 프리코딩 행렬(
Figure 112007007579403-PAT00117
)이 선택된다.
Figure 112007007579403-PAT00118
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00119
는 행렬 X의 행렬 값이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00120
는 총 전송 에너지이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00121
는 프리코딩 행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00122
는 채널행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00123
은 공액화를 나타내고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00124
은 비트 스트리밍 수이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00125
는 백색 가우시안 잡음 벡터이고,상기
Figure 112007007579403-PAT00126
은 항등행렬이다.
상기 복조 및 복호기(260)는 채널추정 및 심벌검출기(250)로부터 검출신호(
Figure 112007007579403-PAT00127
)를 제공받아 변조심벌(
Figure 112007007579403-PAT00128
)을 복조하고 복조된 신호를 복호하여 정보비트로 출력한다. 만약, 상기 중계기가 증폭 후 전달(amplify-and-forward) 방식의 중계기라면 상기 복조 및 복호기(260)는 필요 없다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 중계기-단말간 코드북 선택 및 전달을 위한 송수신기 블록도를 도시하고 있다. 여기서, 상기 송신기는 중계기 송신기이고, 상기 수신기는 단말 수신기를 의미한다.
상기 도 3을 참조하면, 중계기의 송신기는 부호 및 변조기(300), 프로코딩기(310), 프리코딩 행렬 결정기(320)로 구성되며, 단말의 수신기는 채널추정 및 심볼검출기(350), 복조 및 복호기(360), 프리코딩 행렬 선택기(370)로 구성된다.
상기 부호 및 변조기(300)는 기설정된 부호화율에 따라 입력되는 정보비트들을 부호화한 후 기설정된 변조방식에 따라 상기 부호화 비트들을 변조심벌들(
Figure 112007007579403-PAT00129
)로
Figure 112007007579403-PAT00130
개 비트 스트링으로 출력한다. 만약, 상기 중계기가 증폭 후 전달(amplify-and-forward) 방식의 중계기라면 상기 부호 및 변조기(300)는 필요 없다.
상기 프리코딩기(310)는 상기 프리코딩 행렬 결정기(320)로부터 제공받은 프리코딩(precoding) 행렬(
Figure 112007007579403-PAT00131
)과 상기 부호 및 변조기(300)로부터의 상기 변조심벌(
Figure 112007007579403-PAT00132
)을 곱하여 송신 안테나(330)들을 통해 출력한다. 여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00133
는 정규화된 수신신호(
Figure 112007007579403-PAT00134
)가 된다.
상기 프리코딩 행렬 결정기(320)는 수신기의 상기 프리코딩 행렬 선택기(370)로부터 프리코딩 행렬 인덱스를 수신한 후, 상기 프리코딩 행렬 인덱스에 해당하는 프리코딩 행렬(
Figure 112007007579403-PAT00135
)을 상기 프리코딩기(320)로 제공한다.
상기 채널추정 및 심벌검출기(350)는 중계기(102) 송신기의 프리코딩기(310)로부터 프리코딩되어 무선채널(
Figure 112007007579403-PAT00136
)을 통해 출력되는 수신신호(
Figure 112007007579403-PAT00137
)를 검출하여 복조 및 복호기(360)로 출력한다. 또한, 상기 채널추정 및 심벌검출기(350)는 검출된 신호를 이용하여 채널을 추정하여 채널행렬(
Figure 112007007579403-PAT00138
)을 프리코딩 행렬 선택기(370)로 제공한다. 여기서, 상기 수신신호 벡터(
Figure 112007007579403-PAT00139
)는 하기 <수학식 11>로 표현된다.
Figure 112007007579403-PAT00140
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00141
는 정규화된 이전 홉(기지국과 중계기)의 수신신호(
Figure 112007007579403-PAT00142
)이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00143
는 총 전송 에너지이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00144
은 비트 스트링 수이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00145
은 기지국과 중계기 사이의 채널행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00146
은 중계기와 단말 사이의 채널행렬이고,상기
Figure 112007007579403-PAT00147
는 기지국과 중계기 사이의 프리코딩 행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00148
는 중계기와 단말 사이의 프리코딩 행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00149
는 전송된 변조심벌 벡터이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00150
, 상기
Figure 112007007579403-PAT00151
는 각각 기지국-중계기 링크와 중계기-단말의 백색 가우시안 잡음벡터이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00152
은 기지국과 중계기 사이 수신신호 벡터다.
상기 프리코딩 행렬 선택기(370)는 상기 채널추정 및 심벌검출기(350)로 채널정보(
Figure 112007007579403-PAT00153
)를 제공받아 프리코딩 행렬 인덱스를 계산한다. 상기 프리코딩 행렬 선택기(370)는 상기 프리코딩 행렬 인덱스를 피드백 제어채널을 통해 송신기의 프리코딩 행렬 결정기(320)로 피드백한다. 예를 들면, 상기 프리코딩 행렬 선택기(370)는 SNR 선택 기준(SNR slection criterion), MMSE 기준(MMSE criterion), 용량 기준(capacity criterion)으로 계산한다. 여기서, 상기 프리코딩 행렬 선택기준은 SNR 선택 기준의 상기 <수학식 6>, MMSE 기준의 상기 <수학식 7>, 용량 기준의 상기 <수학식 8>을 참조하기로 한다.
상기 복조 및 복호기(360)는 채널추정 및 심벌검출기(350)로부터 검출신호를 제공받아 변조심벌(
Figure 112007007579403-PAT00154
)을 복조하고 복조된 신호를 복호하여 정보비트로 출력한다. 여기서, 상기 복조 및 복호기(360)는 상기 수신신호(
Figure 112007007579403-PAT00155
)로부터 원신호(
Figure 112007007579403-PAT00156
)로 복원하기 위해
Figure 112007007579403-PAT00157
을 생성하여 상기 수신신호
Figure 112007007579403-PAT00158
에 곱한다.
제로포싱(zero forcing) 검출방식인 경우, 상기
Figure 112007007579403-PAT00159
는 하기 <수학식 12>로 계산된다.
Figure 112007007579403-PAT00160
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00161
은 기지국과 중계기 사이의 채널행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00162
은 중계기와 단말 사이의 채널행렬이고,상기
Figure 112007007579403-PAT00163
는 기지국과 중계기 사이의 프리코딩 행렬이 고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00164
는 중계기와 단말 사이의 프리코딩 행렬이고,
Figure 112007007579403-PAT00165
는
Figure 112007007579403-PAT00166
의 역행렬(inverse matrix)이다.
MMSE(Minimum Mean Squared Error) 검출방식일 경우, 상기
Figure 112007007579403-PAT00167
는 하기 <수학식 13>으로 계산된다.
Figure 112007007579403-PAT00168
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00169
는 총 전송 에너지이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00170
은 비트 스트리밍 수이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00171
는 백색 가우시안 잡음 벡터이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00172
은 기지국과 중계기 사이의 채널행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00173
은 중계기와 단말 사이의 채널행렬이고,상기
Figure 112007007579403-PAT00174
는 기지국과 중계기 사이의 프리코딩 행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00175
는 중계기와 단말 사이의 프리코딩 행렬이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00176
은 공액화를 나타내고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00177
은 항등행렬이다.
상기 <수학식 13>을 사용하기 위해서, 하기 <수학식 14>을 만족해야 한다.
Figure 112007007579403-PAT00178
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00179
는 총 전송 에너지이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00180
은 비트 스트리밍 수이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00181
는 전송된 변조심벌이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00182
는 중계기와 단말 사이의 수신신호이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00183
는
Figure 112007007579403-PAT00184
의 헤르미트(hermitian) 행렬이다.
이때, 상기 MMSE 검출시, SNR은 하기 <수학식 15>으로 계산된다.
Figure 112007007579403-PAT00185
여기서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00186
는 총 전송 에너지이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00187
는 백색 가우시안 잡음 벡터(
Figure 112007007579403-PAT00188
)이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00189
은 비트 스트리밍 수이고, 상기 는 스트리밍 인덱스이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00191
는
Figure 112007007579403-PAT00192
행렬의
Figure 112007007579403-PAT00193
번째 열이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00194
는
Figure 112007007579403-PAT00195
행렬의
Figure 112007007579403-PAT00196
번째 행이고, 상기
Figure 112007007579403-PAT00197
는
Figure 112007007579403-PAT00198
행렬의
Figure 112007007579403-PAT00199
번째 행이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계를 위한 중계기 동작 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 먼저 중계기는 400 단계에서 기지국과 단말 사이의 채널을 추정한다.
이후, 상기 중계기는 402 단계에서 채널상태 정보(
Figure 112007007579403-PAT00200
)와 시스템 파라미터를 이용하여 기지국과 단말 사이 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00201
) 계산한다. 여기서, 상기 시스템 파라미터는 송신안테나 수, 수신안테나 수 등을 말한다. 상기 프리코딩 행렬 인덱스 계산은 SNR 선택 기준의 상기 <수학식 6>, MMSE 기준의 상기 <수학식 7>, 용량 기준의 상기 <수학식 9>을 이용한다.
이후, 상기 중계기는 404 단계에서 피드백 제어채널을 통해 상기 기지국으로 기지국과 중계기 사이 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00202
)를 피드백하고, 상기 단말로 순방향 제어채널을 통해 기지국과 중계기 사이 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00203
)를 전송한다.
이후, 상기 중계기는 다중 홉 중계 절차를 종료한다.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계를 위한 단말 동작 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 5a를 참조하면, 먼저 단말은 500 단계에서 순방향 제어 채널을 통해 중계기로부터 기지국과 중계기 사이 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00204
)를 수신한다.
이후, 상기 단말은 502 단계에서 중계기와 단말 사이의 채널(
Figure 112007007579403-PAT00205
)을 추정한다.
이후, 상기 단말은 504 단계에서 상기 중계기로부터 수신한 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00206
)와 채널상태 정보(
Figure 112007007579403-PAT00207
), 시스템 파라미터를 이용하여 중계기와 단말 사이 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00208
)를 계산한다. 여기서, 상기 시스템 파라미터는 송신안테나 수, 수신안테나 수 등을 말한다. 상기 프리코딩 행렬 인덱스 계산은 SNR 선택 기준의 상기 <수학식 6>, MMSE 기준의 상기 <수학식 7>, 용량 기준의 상기 <수학식 9>을 이용한다.
이후, 상기 단말은 506 단계에서 상기 중계기로 중계기와 단말 상기 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00209
)를 피드백한다. 여기서, 상기 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00210
)를 피드백 받은 상기 중계기는 프리코딩 행렬을 결정하여 프리코딩 행렬과 데이터 심벌을 곱하여 프리코딩을 수행한다.
이후, 상기 단말은 다중 홉 중계 절차를 종료한다.
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계를 위한 기지국 동작 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 5b를 참조하면, 상기 기지국은 501 단계에서 프리코딩을 하기 위해 상기 중계기로부터 피드백 제어 채널을 통해 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00211
)를 수신한다.
이후, 상기 기지국은 503 단계에서 상기 프리코딩 행렬 인덱스를 참조하여 프리코딩 행렬(
Figure 112007007579403-PAT00212
)을 구한다.
이후, 상기 기지국은 505 단계에서 상기 프리코딩 행렬(
Figure 112007007579403-PAT00213
)을 이용하여 변조심벌 행렬과 곱하여 프리코딩한 후 무선채널을 통해 중계기로 전송한다.
이후, 상기 기지국은 다중 홉 중계 절차를 종료한다.
상기 도 1에서 상기 도 5는 코드북 기반 두 홉 전송(기지국->중계기->단말 )를 예로 설명하지만, m 홉 전송에도 이전 중계기로 프리코딩 행렬 인덱스 정보를 피드백하고 다음 중계기로 상기 프리코딩 행렬 인덱스를 전달함으로써 적용할 수 있다. 또한, 기지국의 장치 또는 방법을 단말이 수행하고, 반대로 상기 단말의 장치 또는 방법을 상기 기지국이 수행함으로써 단말->중계기->기지국 방향에서도 적용할 수 있다. 하기 도 6을 참조하여, m 홉 전송인 경우 중계기 동작을 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계를 위한 중계기 동작 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 6을 참조하면, 먼저
Figure 112007007579403-PAT00214
중계기는 600 단계에서 피드백 제어채널을 통해 다음 홉을 구성하는 중계기(
Figure 112007007579403-PAT00215
중계기로 칭함)로부터 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00216
)를 수신한다.
이후, 상기 중계기는 602 단계에서 상기
Figure 112007007579403-PAT00217
중계기와 상기
Figure 112007007579403-PAT00218
중계기 사이의 신호 세기를 측정하여 채널(
Figure 112007007579403-PAT00219
)을 추정한다.
이후, 상기 중계기는 604 단계에서 상기
Figure 112007007579403-PAT00220
중계기로부터 수신한 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00221
)와 채널상태 정보(
Figure 112007007579403-PAT00222
), 시스템 파라미터를 이용하여 상기
Figure 112007007579403-PAT00223
중계기와
Figure 112007007579403-PAT00224
중계기 사이 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00225
)를 계산한다. 상기 프리코딩 행렬 인덱스 계산은 SNR 선택 기준의 상기 <수학식 6>, MMSE 기준의 상기 <수학식 7>, 용량 기준의 상기 <수학식 9>을 이용한다.
이후, 상기 중계기는 606 단계에서 이전 중계기로 상기
Figure 112007007579403-PAT00226
중계기와 상기
Figure 112007007579403-PAT00227
중계기 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00228
)를 피드백하고, 다음 중계기로 상기
Figure 112007007579403-PAT00229
중계기와
Figure 112007007579403-PAT00230
중계기 사이 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00231
)를 전송한다. 따라서, 상기
Figure 112007007579403-PAT00232
중계기는 상기
Figure 112007007579403-PAT00233
중계기로 중계를 할 때, 상기 프리코딩 행렬(
Figure 112007007579403-PAT00234
)을 사용하여 프리코딩을 한다. 상기
Figure 112007007579403-PAT00235
중계기는 이전 홉에서 사용되는 상기 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00236
)를 참조하여 다음 홉에 사용할 프리코딩 행렬 인덱스(
Figure 112007007579403-PAT00237
)를 결정한다.
이후, 상기
Figure 112007007579403-PAT00238
중계기는 다중 홉 중계 절차를 종료한다.
도 7과 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 전송을 위한 코드북 기반 프리코딩과 최적의 프리코딩의 심벌에러율(Symbol Error Rate:SER)을 비교한 그래프를 도시하고 있다.
상기 도 7을 참조하면, MMSE 수신기에서 3비트 피드백을 이용한 코드북 프리코딩과 완벽한 채널상태 정보를 가지는 최적 프리코딩이 비교되었다. 송신안테나 3개, 수신안테나 2개로 안테나 구성이 되었고, 레이일 페이딩(rayleigh fading) 환경에서 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조를 사용하였다. 상기 도 8을 참조하면, 제로포싱 수신기에서, 3비트 피드백을 이용한 코드북 프리코딩과 완벽한 채널상태 정보를 가지는 최적 프리코딩이 비교되었다. 송신안테나 3개, 수신안테나 2개로 안테나 구성이 되었고, 레이일 페이딩(rayleigh fading) 환경에서 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조를 사용하였다. 상기 도 7과 상기 도 8의 SER 성능 결과를 보면, 다중 중계에서 제안된 코드북 기반 프리코딩 성능과 최적 프리코딩 성능 차이가 크지않다.
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, 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 다중 홉 중계 장치 및 방법을 제공함으로써, 처리율 증대 및 커버리지 확장을 위한 코드북 인덱스를 이용하여 중계를 할 수 있다. 또한, 중계기를 통한 다중 홉 중계가 가능하기 때문에 협력적 빔포밍을 수행할 수 있다.

Claims (28)

  1. 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계기의 동작 방법에 있어서,
    기지국과의 채널추정을 하는 과정과,
    상기 추정된 채널을 이용하여 상기 기지국과 중계기 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 검색하는 과정과,
    상기 검색된 프리코딩 행렬 인덱스를 상기 기지국으로 피드백하고 단말로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬 인덱스는 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio:SNR) 선택기준, MMSE(Minimum Mean Squared Error) 기준, 용량(capacity) 기준으로 검색되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 신호대잡음비 기준시, 상기 프리코딩 행렬 인덱스는 하기 <수학식 16>에 의해 검색되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007007579403-PAT00239
    여기서, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00240
    는 행렬 X의 최소 특이값(singular value)이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00241
    은 기지국과 중계국 사이 채널행렬이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00242
    는
    Figure 112007007579403-PAT00243
    프리코딩 행렬이다.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 MMSE 기준시, 상기 프리코딩 행렬 인덱스는 하기 <수학식 17>에 의해 검색되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007007579403-PAT00244
    여기서, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00245
    은 행렬 X의 행렬값(determinant) 혹은 행렬 X의 트레이스(trace)이고. 상기
    Figure 112007007579403-PAT00246
    는 제곱평균오차이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00247
    는 총 전송 에너지이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00248
    는 프리코딩 행렬이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00249
    는 채널행렬이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00250
    은 공액화를 나타내고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00251
    은 비트 스트리밍 수이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00252
    는 백색 가우시안 잡음 벡터이고, 상 기
    Figure 112007007579403-PAT00253
    은 항등행렬(identity matrix)이다.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 용량 기준시, 상기 프리코딩 행렬 인덱스는 하기 <수학식 18>에 의해 검색되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007007579403-PAT00254
    여기서, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00255
    는 행렬 X의 행렬 값이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00256
    는 총 전송 에너지이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00257
    는 프리코딩 행렬이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00258
    는 채널행렬이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00259
    은 공액화를 나타내고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00260
    은 비트 스트리밍 수이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00261
    는 백색 가우시안 잡음 벡터이고,상기
    Figure 112007007579403-PAT00262
    은 항등행렬이다.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 단말로부터 중계기와 단말 사이의 프리코딩 행렬 인덱스를 피드백 받는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 방법에 있어서,
    Figure 112007007579403-PAT00263
    중계기와의 채널추정을 하는 과정과,
    상기 추정된 채널을 이용하여 상기
    Figure 112007007579403-PAT00264
    중계기와
    Figure 112007007579403-PAT00265
    중계기 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 검색하는 과정과,
    상기 검색된 프리코딩 행렬 인덱스를 상기
    Figure 112007007579403-PAT00266
    중계기로 피드백하고
    Figure 112007007579403-PAT00267
    중계기로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기
    Figure 112007007579403-PAT00268
    중계기로부터 상기
    Figure 112007007579403-PAT00269
    중계기와 상기
    Figure 112007007579403-PAT00270
    중계기 사이의 프리코딩 행렬 인덱스를 피드백 받는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기
    Figure 112007007579403-PAT00271
    중계기로부터 상기
    Figure 112007007579403-PAT00272
    중계기와 상기
    Figure 112007007579403-PAT00273
    중계기 사이의 프리코딩 행렬 인덱스를 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬 인덱스는 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio:SNR) 선택기준, MMSE(Minimum Mean Squared Error) 기준, 용량(capacity) 기준으로 검색되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 단말 동작 방법에 있어서,
    중계기와의 채널추정을 하는 과정과,
    상기 추정된 채널을 이용하여 상기 중계기와 상기 단말 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 검색하는 과정과,
    상기 검색된 프리코딩 행렬 인덱스를 중계기로 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 12항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬 인덱스는 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio:SNR) 선택기준, MMSE(Minimum Mean Squared Error) 기준, 용량(capacity) 기준으로 검색되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 중계기로부터 기지국과 중계기 사이 프리코딩 행렬 인덱스를 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 중계기로부터의 중계신호는 중계기로부터 수신한 기지국-중계기 프리코딩 행렬 인덱스와 검색된 중계기-단말 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스에 의해 복조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 장치에 있어서,
    기지국과의 채널추정을 하는 채널추정기와,
    상기 추정된 채널을 이용하여 상기 기지국과 중계기 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 검색한 후, 상기 검색된 프리코딩 행렬 인덱스를 상기 기지국으로 피드백하고 단말로 전송하는 프리코딩 행렬 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬 인덱스는 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio:SNR) 선택기준, MMSE(Minimum Mean Squared Error) 기준, 용량(capacity) 기준으로 검색되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 신호대잡음비 기준시, 상기 프리코딩 행렬 인덱스는 하기 <수학식 19>에 의해 검색되는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112007007579403-PAT00274
    여기서, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00275
    는 행렬 X의 최소 특이값(singular value)이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00276
    은 기지국과 중계국 사이 채널행렬이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00277
    는
    Figure 112007007579403-PAT00278
    프리코딩 행렬이다.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 MMSE 기준시, 상기 프리코딩 행렬 인덱스는 하기 <수학식 20>에 의해 검색되는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112007007579403-PAT00279
    여기서, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00280
    은 행렬 X의 행렬값(determinant) 혹은 행렬 X의 트레이스(trace)이고. 상기
    Figure 112007007579403-PAT00281
    는 제곱평균오차이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00282
    는 총 전송 에너지이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00283
    는 프리코딩 행렬이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00284
    는 채널행렬이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00285
    은 공액화를 나타내고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00286
    은 비트 스트리밍 수이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00287
    는 백색 가우시안 잡음 벡터이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00288
    은 항등행렬(identity matrix)이다.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 용량 기준시, 상기 프리코딩 행렬 인덱스는 하기 <수학식 21>에 의해 검색되는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112007007579403-PAT00289
    여기서, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00290
    는 행렬 X의 행렬 값이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00291
    는 총 전송 에너지이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00292
    는 프리코딩 행렬이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00293
    는 채널행렬이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00294
    은 공액화를 나타내고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00295
    은 비트 스트리밍 수이고, 상기
    Figure 112007007579403-PAT00296
    는 백색 가우시안 잡음 벡터이고,상기
    Figure 112007007579403-PAT00297
    은 항등행렬이다.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 단말로부터 중계기와 단말 사이의 프리코딩 행렬 인덱스를 피드백 받는 프리코딩 행렬 결정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 코드북 기반 다중안테나 시스템에서 중계 방법에 있어서,
    Figure 112007007579403-PAT00298
    중계기 신호 세기를 측정하여 채널추정을 하는 채널추정기와,
    상기 추정된 채널을 이용하여 상기
    Figure 112007007579403-PAT00299
    중계기와
    Figure 112007007579403-PAT00300
    중계기 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 검색한 후, 상기 검색된 프리코딩 행렬 인덱스를 상기
    Figure 112007007579403-PAT00301
    중계기로 피드백하고
    Figure 112007007579403-PAT00302
    중계기로 전송하는 프리코딩 행렬 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기
    Figure 112007007579403-PAT00303
    중계기로부터 상기
    Figure 112007007579403-PAT00304
    중계기와 상기
    Figure 112007007579403-PAT00305
    중계기 사이의 프리코딩 행렬 인덱스를 피드백 받는 프리코딩 행렬 결정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기
    Figure 112007007579403-PAT00306
    중계기로부터 상기
    Figure 112007007579403-PAT00307
    중계기와 상기
    Figure 112007007579403-PAT00308
    중계기 사이의 프리코딩 행렬 인덱스를 수신하는 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 21항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬 인덱스는 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio:SNR) 선택기준, MMSE(Minimum Mean Squared Error) 기준, 용량(capacity) 기준으로 검색되는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 코드북 기반 다중안테나 시스템의 단말에 있어서,
    중계기 신호 세기를 측정하여 채널추정을 하는 채널추정기와,
    상기 추정된 채널을 이용하여 상기 중계기와 상기 단말 사이 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 검색한 후, 상기 검색된 프리코딩 행렬 인덱스를 중계기로 피드백하는 프리코딩 행렬 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬 인덱스는 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio:SNR) 선택기준, MMSE(Minimum Mean Squared Error) 기준, 용량(capacity) 기준으로 검색되는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제 25항에 있어서,
    상기 중계기로부터 기지국과 중계기 사이 프리코딩 행렬 인덱스를 수신하는 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제 25항에 있어서,
    상기 중계기로부터의 중계신호를 상기 중계기로부터 수신한 기지국-중계기 프리코딩 행렬 인덱스와 검색된 중계기-단말 프리코딩(pre-coding) 행렬 인덱스를 이용하여 복조하는 복조부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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