KR20080073196A - Ｍｉｍｏ 시스템에서 효율적인 채널 품질 정보 전송 방법 - Google Patents

Abstract

MIMO 시스템에서 효율적인 채널 정보 전송 방법이 개시된다.

즉, 다중 안테나 방식 통신 시스템의 수신기가 2 이상의 채널 정보를 전송하는 방법에 있어서, 차분 채널 정보 전송 방식을 이용하되, 전송되는 차분 정보의 형태는 차분 정보의 확률 분포를 고려하여 결정된 차분 값 범위 내의 특정 값의 형태로 전송된다. 이때 차분 채널 정보를 나타내기 위한 범위는 수신단의 수신 방식에 따라 각각 상이하게, 또는 공통적으로 이용되도록 설정될 수 있다.

또한, 상술한 차분 채널 정보를 나타내기 위한 효율적인 양자화 방법이 제공된다.

아울러, 상술한 차분 채널 정보는 전체 주파수 대역에 대한 전체 채널 정보가 아닌 일부 주파수 대역에 대한 채널 정보만을 전송할 수도 있다.

MIMO, CQI, 차분 채널 정보

Description

ＭＩＭＯ 시스템에서 효율적인 채널 품질 정보 전송 방법{Method For Efficiently Transmitting Channel Quality Information In MIMO System}

본 발명은 이동 통신 시스템에서 채널 정보를 전송하는 방법에 대한 것으로, 구체적으로 다중 안테나를 이용하는 MIMO 시스템에서 피드백 정보량을 감소시키면서도, 효율적으로 채널 정보를 나타낼 수 있도록 채널 정보를 전송하는 방법에 대한 것이다.

먼저, 본 발명이 적용되는 다중 안테나(이하 "MIMO"라 함) 기술에 대해 개괄적으로 살펴 보도록 한다.

간단히 말해, MIMO는 "Multi-Input Multi-Output"의 줄임말로서, 지금까지 한 개의 송신안테나와 한 개의 수신안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신안테나와 다중 수신안테나를 채택해 송수신 데이터 효율을 향상시킬 수 있는 방법을 말한다. 즉, 무선통신시스템의 송신단 혹은 수신단에서 다중안테나를 사용하여 용량증대 혹은 성능개선을 꾀하는 기술이다.

요약하면, MIMO 기술이란, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고, 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 이와 같은 MIMO 기술에 의하면 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나, 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다. 즉, MIMO 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있는 차세대 이동통신 기술이다.

이와 같은 MIMO 기술은 데이터 통신 확대 등으로 인해 한계 상황에 다다른 이동통신의 전송량 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술로 관심을 모으고 있다. 차세대 이동통신은 기존 이동통신에 비해 훨씬 높은 데이터 전송률을 요구하므로, 상술한 바와 같은 효율적인 MIMO 기술이 반드시 필요할 것으로 예상된다.

현재 연구되고 있는 다양한 전송효율 향상 기술 중 송/수신단 모두에 다수의 안테나를 사용하는 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 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.

도 1과 같이 송/수신 단에서 안테나의 수를 동시에 증가시키게 되면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가하므로, 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

90년대 중반 MIMO 시스템의 이론적 용량 증가가 증명된 이후 이를 실질적인 데이터 전송률 향상으로 이끌어 내기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며, 이들 중 몇 개의 기술들은 이미 3세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등 의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.

현재까지의 다중 안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중 안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, MIMO 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.

MIMO 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)" 방식이 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 부호 계열 방식이 있다. 일반적으로 비트 오류율 개선 성능과, 부호 생성 자유도는 트렐리스 부호 방식이 우수하지만, 연산 복잡도는 시공간 블록 부호가 간단하다. 공간 다이버서티 이득은 송신 안테나 수와 수신 안테나 수의 곱에 해당되는 양을 얻을 수 있다. 한편 "시공간 부호화 방식"은 위에서 시간대신 주파수영역에서 고려하면 "주파수공간 부호화 방식"으로 볼 수 있으며, 적용하는 부호화 방식은 같은 방식을 그대로 사용하 면 된다.

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 특이 값 분해(Singular Value Decomposition: SVD) 방식 등을 사용할 수 있다.

셋째로, 상술한 바와 같은 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 신뢰도가 떨어진다. 이를 해결하면서 두 가지 이득을 모두 얻는 방식들이 연구되어 왔으며, 이 중 시공간 블록 부호 (Double-STTD), 시공간 BICM(STBICM) 등의 방식이 있다.

한편, 일반적인 통신 시스템에서는 채널에서 겪는 오류를 수신단에서 정정해주기 위해서 송신단에서 보내는 정보를 순방향 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 과정에서, 채널에 의해서 생긴 수신 신호 상의 오류를 정정하게 된다.

모든 오류정정부호에는 채널 오류 정정시에 최대 정정 가능한 한계가 있다. 즉, 수신 신호가 해당 오류정정부호가 가지는 한계를 넘는 오류를 가지고 있다면, 수신단에서는 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 오류검출부호로는 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 오류정정부호를 사용하는 방식으로 사용한다. 흔히 이렇게 CRC와 오류정정부호가 적용되어 부호화된 한 개의 단위를 코드워드(Codeword)라고 한다.

한편, 전송정보가 여러 개가 중첩되어 수신되는 경우에는 간섭제거(interference cancellation) 방식의 수신기를 사용하여 성능향상을 기대할 수 있다. 여러 개의 전송정보가 중첩되어 수신되는 경우의 예를 들면, 다중 안테나(MIMO) 기술이 사용되거나, 다중 사용자 수신(Multiuser Detection) 기술이 사용되거나 다중코드(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 두번째 신호를 복조/복호하게 된다. 세 번째 신호의 복조/복호 시 에는 처음 수신신호로부터 첫 번째 정보와 두 번째 정보가 제거된 신호를 가지고 수행한다. 네 번째 이후의 신호들은 위의 과정을 반복해서 수행하며 복조/복호 된다. 이러한 간섭제거 방식을 사용하기 위해서는 수신 신호로부터 빼주는 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 간섭제거 기술을 사용 가능하다. 이러한 간섭제거 기술이 사용되기 위해서는 우선 여러 개의 전송정보가 다중안테나에 걸쳐서 중첩되어 전송되어야 한다. 즉, 공간 멀티플렉싱 기술이 사용된 경우에 각 전송정보를 검출하면서 간섭제거 기술을 사용할 수 있다.

하지만, 앞서 설명한 바와 같이, 간섭제거시에 생기는 오류 전파 현상을 최소화하기 위해서는 빼주는 복조/복호된 신호의 오류 여부를 판별한 후 선택적으로 간섭을 제거하는 것이 바람직하다. 이렇게 각 전송정보의 오류 유무를 판단하기 위한 실천적인 수단은 앞서 언급한 CRC가 있다. 보통 CRC 부호화를 통과한 서로 구분되는 정보의 단위를 상술한 코드워드라고 할 수 있다. 따라서, 좀 더 실천적인 방법으로서 간섭제거 기술의 사용을 위해서는 전송 정보의 수가 여러 개이어야 될 뿐만 아니라, 코드워드의 수도 여러 개이어야 한다.

한편, 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 이득 값을 가질 확률이 매우 낮다는 사실을 이용한다. 다양한 다이버시티 방식 중 여기에서 소개하고자 하는 것은 다중사용자 다이버시티(multiuser diversity)이다. 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 송신 전력이 충분하다면 셀 내에 여러 명의 사용자가 있을 때 가장 높은 채널 이득 값을 가지는 사용자에게 채널을 모두 할당하는 것이 채널의 총용량을 최대화할 수 있다. 이러한 멀티유저 다이버시티는 다시 3가지로 구분할 수 있다.

첫째로, 시간적 멀티유저 다이버시티는 시간에 따라 채널이 변하는 경우 그때그때 가장 높은 이득 값을 가지는 사용자에게 채널을 할당하는 방식이다.

둘째로, 주파수적 멀티유저 다이버시티는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 같은 주파수 다중반송파시스템에서 각 주파수 대역에서 최대의 이득 값을 가지는 사용자에게 부반송파를 할당하는 방식이다. 만약 다중반송파를 사용하지 않는 시스템에서 채널이 매우 천천히 변한다면 가장 높은 채널이득 값을 가지는 사용자가 채널을 오랜 시간 동안 독점하게 될 것이므로 다른 사용자들은 통신을 할 수 없게 된다. 이런 경우 멀티유저 다이버시티를 이용하기 위해서는 채널의 변화를 유도할 필요가 있다.

셋째로, 공간적 멀티유저 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 다중안테나를 사용하여 임의의 가중치로 빔 포밍을 해줌으로써 채널의 변화를 유도하는 기술이다.

한편, 효율적인 통신을 위해서는 채널 정보를 궤환적으로 알려주는 것이 필수적이며, 보통 하향링크의 채널정보는 상향링크로 올려 보내며, 상향링크의 채널정보는 하향링크로 내려보내게 된다. 이러한 채널정보를 가리켜, 채널정보지시자 즉, CQI(Channel Quality Indicator)라 한다. 이러한 CQI는 여러 가지 방법으로 생성할 수 있다. 예를 들면, 채널상태를 그대로 양자화하여서 올려주는 방법, SINR을 계산하여 올려주는 방법, 그리고 MCS(Modulation Coding Scheme)와 같이 채널이 실제 적용되는 상태를 알려주는 방법 등이 있다.

다양한 CQI의 생성 방법 중에서 실제로는 CQI가 MCS를 기반으로 하여 생성하는 경우를 많이 볼 수 있으므로 이를 좀더 자세히 살펴보자. 이러한 예로는, 3GPP에서 HSDPA등의 전송 방식을 위한 CQI 생성을 들 수 있다. 이와 같이 만일 CQI가 MCS를 기반으로 하여 생성하는 경우, 구체적으로 MCS는 변조방식과 코딩방식 및 이에 따른 부호화율(coding rate) 등을 포함하게 된다. 따라서, CQI는 변조방식 및 코딩이 변하게 되면 이에 따라 변해야 하므로, CQI는 코드워드 단위당 최소 한 개는 필요하게 된다.

만일 시스템에 MIMO가 적용되는 경우는 필요한 CQI의 개수도 변화하게 된다. 즉, MIMO 시스템은 다중 안테나를 사용하여 다중채널을 생성하게 되므로, 보통 여러 개의 코드워드가 사용가능하다. 따라서, 이에 따른 CQI 또한 여러 개를 사용해야 한다. 이렇게 복수 개의 CQI가 사용되는 경우, 이에 따른 제어정보의 양은 비례 적으로 증가하게 된다.

상술한 바와 같이 MIMO에서 코드워드 수가 증대되는 경우에, 이에 따라 CQI수도 비례하여 늘어나게 된다. 만일 한 개의 CQI가 5비트로 구성되어 있고, 코드워드가 2개라면 CQI는 총 10개의 비트로 구성해야만 한다. 이러한 CQI는 채널상태를 알려주어야 하는 모든 사용자가 전송하게 되므로, 전체 무선자원의 관점에서 보면 많은 부분을 차지하게 된다. 또한, 신호가 수신되는 주파수 대역이 넓은 경우, 모든 주파수 대역에 대해 하나의 CQI만을 전송하는 경우, 정확한 채널 정보를 전달하기 어렵게 된다. 따라서 전송 주파수 대역의 증가는 전송될 CQI의 양을 추가적으로 증가시키게 된다.

따라서, 이러한 CQI를 최소한의 양으로 줄이는 것이 채널 용량 측면에서 바람직하다.

상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다중 안테나 시스템에서 전송되는 CQI의 양을 최소화하면서도, 보다 정확한 채널 정보를 송신측으로 피드백하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.

이를 위한 본 발명에서는 CQI를 보고함에 있어서 "차분 CQI 보고 방식(Differential CQI Reporting Scheme)"을 이용하는 것으로 고려한다. 이를 수행하기 위한 본 발명의 보다 구체적인 목적은 차분 CQI를 보다 적은 양의 제어 정보를 이용하면서도, 보다 정확한 채널 상태를 나타내기 위해 상술한 차분 CQI를 나타 내기 위한 차분 값의 범위, 상술한 차분 CQI를 나타내기 위한 양자화 방법 등을 규정하는 데 있다.

또한, 본 발명의 구체적인 또 다른 목적은 복수의 안테나를 통해 복수의 코드워드를 복수의 단위 주파수 대역에 걸쳐 수신하는 경우, 이에 따른 CQI 보고량의 증가를 방지하기 위해 역시 상술한 차분 CQI 보고 방식을 이용하되, 이때 보고되는 차분값을 정보량을 추가적으로 감소시키는 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에서는 다중 안테나 방식 통신 시스템의 수신기가 2 이상의 채널 정보를 전송하는 방법을 제공한다. 이를 위한 본 발명의 일 실시형태에서는 상기 2 이상의 채널 정보 중 제 1 채널 정보를 전송하는 단계, 및 상기 2 이상의 채널 정보 중 상기 제 1 채널 정보 이외의 채널 정보를 상기 제 1 채널 정보와의 차분 정보의 형태로 전송하는 단계를 포함하며, 상기 차분 정보의 형태는 상기 차분 정보의 확률분포를 고려하여 결정된 차분값 범위 내의 특정 값의 형태로 나타내도록 설정한다.

보다 구체적인 본 발명의 일 실시형태에서 상기 차분값 범위는 상기 수신기의 수신 방법에 따라 상이하게 결정되는 것을 제안한다. 즉, 상기 수신기의 수신 방법에 따라 상기 차분 정보의 확률 분포가 0을 기준으로 대칭인 경우, 상기 차분값 범위는 0을 기준으로 대칭되도록 결정하며, 상기 수신기의 수신 방법에 따라 상기 차분 정보의 확률 분포가 0을 기준으로 비대칭인 경우, 상기 차분값 범위는 0을 기준으로 대칭되지 않도록 결정되는 것을 제안한다.

한편, 상술한 실시형태와 달리 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 상기 차분값 범위가 상기 수신기의 수신 방법에 관계없이 공통적으로 결정되도록 설정하는 것을 제안한다. 여기서, 상기 공통적으로 결정되는 상기 차분값 범위는 상기 수신기가 이용할 수 있는 전체 수신 방법에 따른 상기 차분 정보의 확률 분포들을 모두 고려하여 결정되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 수신기가 이용할 수 있는 전체 수신 방법 각각에 따라 상기 차분 정보의 확률 분포가 0을 기준으로 비대칭인 경우와, 0을 기준으로 대칭인 경우가 모두 존재하는 경우, 상기 차분값 범위는 0을 기준으로 대칭되지 않도록 결정되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 일 양태에서는 상술한 차분 채널 정보를 나타내기 위한 양자화 방법을 제공한다. 구체적으로, 상기 차분 정보의 형태는 상기 차분 정보의 확률분포 값이 소정 임계치 이상인 제 1 영역의 양자화 간격을, 상기 차분 정보의 확률분포 값이 상기 소정 임계치 미만인 제 2 영역의 양자화 간격에 비해 좁게 설정하는 방식으로 양자화된 값들 중 특정 값의 형태로 나타내는 것이 바람직하다.

이때, 상기 2 이상의 채널 정보가 복수의 단위 주파수 대역에 대한 채널 정보일 경우, 상기 차분 정보는 상기 복수의 단위 주파수 대역 중 일부 대역에 대한 채널 정보를 나타내도록 설정될 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 양태에서는 다중 안테나 방식 통신 시스템의 수신기가 복수의 단위 주파수 대역에 걸친 2 이상의 채널 정보를 전송하는 방법을 제공한다. 이를 위한 본 발명의 일 실시형태는 상기 2 이상의 채널 정보 중 제 1 채널 정보를 전송하는 단계, 및 상기 2 이상의 채널 정보 중 상기 제 1 채널 정보 이 외의 채널 정보를 상기 제 1 채널 정보와의 차분 정보의 형태로 전송하는 단계를 포함하며, 이때 상기 차분 정보는 상기 복수의 단위 주파수 대역 중 일부 대역에 대한 채널 정보를 나타낸다.

상술한 실시형태에 있어서, 상기 차분 정보는 상기 복수의 단위 주파수 대역 중 가장 높은 채널 정보 값을 나타내는 대역의 채널 정보를 나타낼 수도, 상기 복수의 단위 주파수 대역 중 가장 높은 채널 정보 값을 나타내는 대역 및 가장 낮은 채널 정보 값을 나타내는 대역의 채널 정보를 나타낼 수도, 상기 제 1 채널 정보와의 차이 값이 가장 큰 대역 및 상기 제 2 채널 정보와의 차이 값이 가장 작은 대역 중 하나 이상의 대역의 채널 정보를 나타낼 수도, 상기 복수의 단위 주파수 대역 각각에서의 상기 제 1 채널 정보와의 차이 값들의 평균 값에 가장 근접한 차이 값을 나타내는 대역의 채널 정보를 나타낼 수도 있으며, 구체적으로 전송되는 일부 주파수 대역에 대한 정보는 전송되는 채널 정보가 이용되는 형태 및 이러한 채널 정보를 전송하기 위해 필요한 비트 수 등에 따라 적절히 결정될 수 있다.

아울러, 상술한 실시형태에 있어서 상술한 본 발명의 각 양태들과 결합되어 수행되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 상기 차분 정보의 형태는 상기 차분 정보의 확률분포를 고려하여 결정된 차분값 범위 내의 특정 값의 형태로 나타내도록 설정할 수 있으며, 상기 차분 정보의 형태는 상기 차분 정보의 확률분포 값이 소정 임계치 이상인 제 1 영역의 양자화 간격을, 상기 차분 정보의 확률분포 값이 상기 소정 임계치 미만인 제 2 영역의 양자화 간격에 비해 좁게 설정하는 방식으로 양자화된 값들 중 특정 값의 형태로 나타내도록 설정할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태들에 따르면 채널 정보를 나타내기 위해 보다 적은 비트 수를 이용하더라도, 보다 정확하게 채널 상태를 피드백할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 양태에 따라 차분 채널 정보를 나타내기 위한 범위를 설정함으로써, 수신단이 이용하는 수신 방식에 적합하도록, 또는 수신단에서 이용되는 수신 방식이 어떠한 방식이더라도 소정 확률 값 이상의 차분 채널 정보를 적은 비트 수를 이용하여 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 양태에 따라 차분 채널 정보를 나타내기 위한 양자화 간격을 설정함으로써, 낮은 확률 값을 가지는 영역의 채널 정보를 나타내는데 소요되는 비트 수를 절약하고, 이를 높은 확률 값을 가지는 영역을 보다 자세하게 나타내는데 이용함으로써, 효율적으로 채널 정보를 피드백할 수 있다.

아울러, 본 발명의 또 다른 일 양태에 따라 복수의 단위 주파수 대역에 대한 차분 채널 정보 중 일부 대역에 대한 차분 채널 정보를 전송함으로써, 복수의 단위 주파수 대역을 통해 신호를 수신하는 시스템에서 채널 정보 전송을 위한 정보량을 추가적으로 감소시킬 수 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 실시형 태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 예를 들어, 이하의 설명은 이해를 돕기 위해 상술한 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 시스템에 적용되는 구체적인 예를 들어 설명하나, 본 발명은 3GPP LTE 시스템뿐만 아니라 일반적으로 하향링크 채널 품질 정보의 피드백이 요구되는 임의의 통신 시스템에 적용될 수 있다.

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.

상술한 바와 같은 본 발명의 목적에 따라 다중 안테나 시스템에서 전송되는 CQI의 양을 최소화하면서도, 보다 정확한 채널 정보를 송신측으로 피드백하기 위해 본 발명에서는 CQI를 보고함에 있어서 "차분 CQI 보고 방식"을 이용하는 것으로 고려한다.

3GPP LTE에서는 MIMO에서 최대 2개의 코드워드가 사용 가능하며, 이때 두 개의 CQI가 필요하게 된다. 이러한 CQI의 전송량을 줄이기 위해서 차분 CQI("Differential CQI" 또는 "Delta CQI")라는 개념이 소개되었다. 즉, 한 개의 CQI는 정상적으로 전송하는 반면, 다른 한 개의 CQI는 처음의 CQI와의 차이만을 전송하게 된다. 즉, 변복조 방식에서의 차분 변조(Differential Modulation)와 비슷 한 방법을 사용하게 된다. 하지만, 현재 3GPP LTE에서는 상술한 차분 CQI 보고 방식을 수행하기 위해 차분 CQI 값을 어느 범위 내에서 나타내도록 설정할 것인지, 만일 차분 CQI 값을 양자화하여 전송하는 경우 구체적인 양자화 방법은 어떻게 설정할 것인지에 대해 구체적으로 결정된 바가 없다.

따라서, 본 발명의 제 1 양태에서는 먼저 상술한 차분 CQI 값을 어떠한 범위에서 나타낼 것인지 설정하는 방법 및 이에 따라 채널 정보를 전송하는 방법에 대해 설명한다. 또한, 본 발명의 제 2 양태에서는 상술한 차분 CQI 값을 양자화하여 나타내는 경우, 어떠한 방식으로 양자화하여 상기 차분 CQI 값을 나타낼 것인지에 대해 설명한다. 아울러, 본 발명의 제 3 양태에서는 복수의 단위 주파수 대역을 통해 신호를 수신한 경우, 상기 차분 CQI 값의 정보량을 추가적으로 감소시키는 방법에 대해 설명한다.

이하 먼저 본 발명의 제 1 양태에 대해 설명한다.

제 1 양태

본 실시양태에서는 MIMO 시스템에서 차분 CQI 값이 나타날 수 있는 범위를 설정함에 있어, 차분 CQI 값의 확률분포를 고려하여 결정하는 것을 제안한다. 이를 위한 구체적인 일 실시형태에서는 MIMO 시스템에서 차분 CQI 값의 확률 분포가 수신기의 수신 방식에 따라 달라질 수 있음을 주목하여, 이에 따라 차분 CQI 값을 나타내기 위한 범위를 설정하는 것을 제안한다. 이를 위해 먼저 MIMO 시스템에서 수신단의 수신 방식에 대해 설명한다.

일반적으로 MIMO 시스템의 수신방식으로는 우선 가장 최적인 ML(Maximum Likelihood) 방식을 고려해 볼 수 있다. 하지만, MIMO 시스템의 사용에 따라, 송신신호가 공간상으로도 차원이 확장됨으로써, ML을 위한 전체 경우의 수가 지수적으로 증가하여, 실제 시스템에서 ML 방식의 적용은 복잡도에서 큰 문제를 야기한다.

준 최적의 방법으로는 첫째로 MMSE(Minimum Mean Square Error) 방식, 둘째로 MMSE에 SIC(Successive Interference Cancellation)까지 적용된 방식을 고려해 볼 수 있다. 시공간 상의 MIMO 심볼의 검출을 위해 ML이 아닌 MMSE 방식의 수신기를 사용하면 복잡도 측면에서 많은 이득을 가져올 수 있다. 하지만, MMSE만 사용하는 경우는 성능이 ML에 비해서 많이 열화 된다. 이러한 성능 열화를 줄이기 위해서, MMSE에 SIC를 결합한 방식을 고려해 볼 수 있다. 즉, 우선 검출된 신호들을 간섭제거 방식에 따라 제거함으로써 이후 검출되는 신호의 SINR을 높임으로써 성능 향상을 꾀하게 된다.

표기의 편의를 위하여 이하에서는, MMSE에 SIC까지 적용된 방식은 표기의 MMSE+SIC방식으로 나타내기로 하며, 혼란의 여지가 없는 경우는 SIC로 줄여서 나타내기로 한다.

상술한 바와 같이 수신단의 신호 수신방식의 차이에 따라서 CQI의 확률 분포가 달라질 수 있다. 이러한 CQI의 차이를 보다 정량적으로 알아보기 위해서 다음과 같은 모의 실험을 해보도록 한다. 즉, 송수신 안테나 개수가 각각 4개인 MIMO 시스템에서, 30km/h의 이동체 속도를 갖고 TU 채널환경에서 2개의 코드워드가 전송되는 경우에, 수신 방식에 따른 코드워드의 CQI를 비교해 보도록 한다. 여기서 CQI는 1dB 간격으로 양자화되는 것을 가정한다.

또한, SIC의 경우에는 앞으로는 특별히 언급하지 않은 한, 첫 번째 코드워드를 검출한 후, 두 번째 코드워드를 검출하는 것을 기본가정으로 한다. 한편, 두가지 수신방식에 따른 CQI 차이를 좀더 명확히 알기 위해서, 아래 도 2에서는 두 번째 코드워드의 CQI에서 첫 번째 코드워의 CQI를 뺀 차이를 표시하였다. 이러한 CQI의 차이를 CQI_Delta 라 표기하도록 하며, 이는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

도 2는 수신기의 수신 방식에 따른 차분 CQI 값의 확률 분포 차이를 나타낸 그래프이다.

구체적으로, 도 2의 (a)는 MMSE 방식의 수신기가 사용된 경우 다양한 SINR 조건 하에서 CQI_Delta의 확률 분포 값을 나타내며, 도 2의 (b)는 MMSE+SIC 방식의 수신기가 사용되는 경우 다양한 SINR 조건 하에서 CQI_Delta의 확률 분포 값을 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같은 CQI_Delta의 확률 분포를 통해 다음과 같은 사실을 관찰할 수 있다. 즉, MMSE 방식의 수신기를 이용하는 경우 두 개의 코드워드 간의 CQI 차이가 0을 기준으로 대칭적으로 분포되어 있는 반면에, MMSE+SIC 방식의 수신기를 이용하는 경우에는 CQI_Delta 값이 양(+)의 값에 치우쳐 있음을 알 수 있다.

이는 이론적으로도 당연한 결과이다. 왜냐하면, SIC 방식을 사용하는 수신기 의 경우 두 번째 코드워드를 검출하는 경우에 첫 번째 코드워드로부터의 간섭이 제거됨으로써, 두 번째 코드워드의 CQI가 커지게 될 가능성이 크다. 즉, 일반화하면, SIC 방식이 적용되는 경우는 검출과정이 뒤에 위치할수록 CQI가 좋아질 확률이 커지게 된다. 따라서, CQI_Delta도 0보다 큰 값을 가지게 될 확률분포가 많아 지게 된다.

일반적으로 차분 CQI의 방식에 있어서 첫 번째 CQI는 채널 품질을 나타내기 위한 정보가 모두 다 전송되며, 그 이후의 CQI는 이전 CQI와의 차이인 CQI_Delta만이 전송된다. 이러한 CQI_Delta의 전송량이 줄어들기 위해서는 원래의 CQI 보다는 작은 비트를 사용하여 나타내게 된다. 따라서, 같은 비트를 사용하여 CQI_Delta를 효율적으로 사용하기 위해서는 CQI_Delta가 나타내는 구간(range)을 잘 설정해야만 한다.

예를 들어 설명하면, 도 2의 (a)의 경우, 두 번째 CQI를 CQI_Delta를 사용하지 않고 원래의 CQI값 그대로 온전하게 전송하는 경우에는 [-10, 10]의 구간인 21(=10+1+10)단계를 나타내어야 하므로 4.39 bit(=log₂(21))가 필요하다. 반면, CQI_Delta를 전송하는 경우에는 [-6, 6]의 구간인 13(=6+1+6)단계면 충분하므로, 3.70bit(=log₂(13))만이 필요하다. 따라서, CQI_Delta를 사용하여 필요한 전송 비트 수가 약 0.69 비트만큼 감소할 수 있다.

다른 예로서, 도 2의 (b)의 경우에는, CQI_Delta의 범위 선정에 있어서, 0을 기 준으로 비대칭적으로 [-4,10] 구간 정도로 선택하는 것이 효율적이다. 즉, 이때는 3.90bit(=log₂(4+1+10))가 소요된다.

위의 예들로부터, 수신방식에 따라서 CQI_Delta의 확률 분포가 달라지게 되므로, CQI_Delta의 확률 분포에 따라 CQI_Delta를 나타내기 위한 범위(range)를 효율적으로 선택하는 것이 필요 전송 비트 수를 줄이는데 있어서 매우 중요함을 알 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서는 결론적으로 다음과 같은 방식을 제안한다. 즉, CQI_Delta의 분포가 0을 기준으로 대칭적으로 되는 경우(예를 들어, MMSE 수신 방식을 이용하는 경우)에는 CQI_Delta의 범위를 선정하는데 있어서 0을 기준으로 대칭적으로 설정하도록 하며, CQI_Delta의 분포가 0을 기준으로 비대칭적으로 되는 경우(예를 들어, MMSE+SIC 수신 방식)의 경우에는 CQI_Delta의 범위를 0을 기준으로 비대칭적으로 설정하도록 하는 것을 제안한다.

한편, CQI는 실제로는 어떤 방식으로든지 양자화(quantization)되어서 전송되므로, 상술한 CQI_Delta의 범위(range)는 송수신단에서 미리 정확히 알고 있어야만 한다. 따라서 CQI_Delta의 범위는 송수신단에서 미리 약속을 해야 한다. 상술한 바와 같은 실시형태에 있어서, 수신단에서 이용되는 수신 방식에 대한 정보는 송수신단 사이의 초기 전송 개시 단계에서 이루어지는 각 주체의 성능 정보 교환 단계에서 송신단에 전달될 수 있다. 예를 들어, 수신단이 사용자 기기(UE)인 경우 통신 개시 단계에서 보고되는 UE 성능 보고 단계에서 상술한 수신 방식 중 어느 방식이 이용되는 지에 대한 보고가 기지국에 이루어질 수 있으며, 수신단이 기지국인 경우 기지국의 수신 방식에 대해 방송 채널(BCH) 등을 통해 단말에게 알려질 수 있다. 다만, 본 실시형태에 있어서 수신단의 수신 방식에 대한 정보를 송신단에 전달하는 임의의 방법이 모두 이용될 수 있으며, 수신단이 이용하는 수신 방식에 대한 정보를 송신단에 전달하는 구체적인 방법은 특정 방법에 한정되어 해석될 필요는 없다. 따라서, 각 수신기의 서로 다른 수신 방법에 따라서 각각 다른 CQI_Delta를 나타내기 위한 범위(range)를 사용자마다 서로 다르게 선택하는 것도 가능하다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 상술한 실시형태와 달리 수신단의 수신 방식에 관계없이 공통적으로 이용될 수 있도록 채널 정보의 차분값의 범위를 설정하는 방법을 제안한다. 이러한 경우 역시 채널 정보의 차분값의 확률분포는 수신단에서 이용되는 수신 방식에 따라 달라지기 때문에 수신단에서 이용될 수 있는 모든 수신 방식을 고려하여 채널 정보의 차분값 범위를 설정하도록 하며, 본 실시형태에 대해 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.

상술한 바와 같이 CQI_Delta의 범위(range)는 송수신단에서 미리 정확히 알고 있어야만 하며, 이에 따라 CQI_Delta의 범위는 송수신단에서 미리 약속을 해야 한다. 하지만, CQI_Delta의 범위는 기본적으로 수신기의 수신 방식에 의해 결정되는데, MIMO 시스템에서는 여러 가지 방식의 수신기가 사용될 수 있다. 이러한 경우는 각 수신 기가 이용하는 수신 방식마다 CQI_Delta의 범위를 달리 선택하도록 하면 MIMO 시스템 관점에서는 너무 복잡할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에서는 수신기의 수신 방식의 차이에 따른 CQI_Delta의 분포에 상관없이 동일한 CQI_Delta의 범위를 사용하여, 이러한 복잡도를 감소시킬 수 있다. 좀더 정확하게 표현한다면, 본 실시형태에서는 수신기의 수신 방식의 차이에 따른 CQI_Delta의 분포를 모두 고려하여, 공통적인 CQI_Delta의 범위를 설정하는 방식을 제안한다.

이때, 공통으로 적용되는 채널 정보 차이의 범위를 정하는데 있어서, 공통 범위에서의 CQI_Delta의 분포가 수신단이 이용할 수 있는 모든 수신 방식에 대하여 미리 정해진 확률 값 이상이 되도록 정할 수 있다. 이렇게 되면, 각 수신 방식마다 최소한 정해진 확률 값 이상으로 CQI_Delta의 분포들을 나타낼 수 있도록 정할 수 있는 장점이 있다.

다양한 수신기에 따른 CQI_Delta의 분포가 변하더라도 CQI_Delta의 범위를 공통으로 사용하도록 하는 경우에 있어서, CQI_Delta의 범위설정에 관해 더욱 자세히 살펴본다.

예를 들어 설명하면, 도 2의 경우에, 도 2의 (a)와 도 2의 (b)에 동시에 적용가능한 CQI_Delta의 범위는 [-6, 10]이다. 이러한 경우에도, 4.08 bit(=log₂(17))가 소요됨으로써, CQI_Delta의 사용에 따른 이득은 여전히 존재한다.

위의 예로부터 CQI_Delta의 범위를 수신단 각각이 이용하는 수신 방식에 상관없이 동일하게 적용하는 경우에도, 각 수신 방식에 따른 CQI_Delta의 전체 분포를 고려하여 CQI_Delta의 범위(range)를 효율적으로 선택하는 것이 필요 전송 비트 수를 줄이는데 있어서 매우 중요함을 알 수 있다.

따라서, 본 실시형태에서는 다음과 같은 방식을 제안한다. CQI_Delta의 분포가 여러 가지인 경우는, CQI_Delta의 다양한 분포를 아우르는 CQI_Delta의 범위를 선택하도록 한다. 만일 CQI_Delta의 여러 확률 분포들 중에서, 0을 기준으로 대칭인 경우와 0을 기준으로 비대칭인 경우가 포함된 경우, 최종 선택된 CQI_Delta의 범위는 0을 기준으로 비대칭인 범위로 선정하도록 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 제 1 양태에서는 차분 채널 정보(예를 들어, CQI_Delta)를 이용하여 채널 정보를 전송함에 있어, 보다 적은 양의 비트 수로 보다 정확하게 채널 정보를 나타내기 위해 차분 채널 정보의 범위를 차분 채널 정보 값의 확률분포를 고려하여 결정하는 방식을 설명하였다. 구체적인 일 실시형태에서는 수신단마다 상이한 수신 방식을 각각 고려하여 차분 채널 정보를 나타내기 위한 범위를 설정하는 방식을 제안하고, 다른 일 실시형태에서는 수신단에서 이용될 수 있는 모든 수신 방식을 통합적으로 고려하여 차분 채널 정보를 나타내기 위한 범위를 설정하는 방식을 제안하였다.

이하에서는 본 발명의 제 2 양태에 대해 설명한다.

제 2 양태

상술한 본 발명의 제 1 양태에 대한 설명은 CQI_{Delta \}를 나타내기 위한 범위를 선정하는 관점에 대해 살펴보았으며, 여기서, CQI_Delta의 양자화 간격(interval) 또는 단계(level)에 기인한 오류는 없는 것으로 가정하였다.

하지만, CQI_Delta의 범위가 같은 경우에도 CQI_Delta의 양자화의 간격을 늘이게 되면, CQI_Delta의 전송비트가 줄어들게 되지만, 채널 정보의 변화 정도를 정확하게 나타내기 어렵게 된다. 반대로 CQI_Delta의 양자화의 간격을 줄이는 경우 CQI_Delta의 전송비트가 증가하게 되나, 채널 정보의 변화 정도를 보다 정확하게 나타낼 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 2 양태에서는 효율적인 CQI_Delta의 전송을 위해 효과적으로 양자화 간격을 설정하는 방법을 제공하고자 한다.

양자화 간격을 설정하는 방법으로 가장 간단하게는 CQI_Delta의 범위를 균등하게(uniform) 나누는 방법을 고려해 볼 수 있다. 하지만, CQI_Delta의 확률 분포를 고려하면 좀더 효율적으로 양자화가 가능하다. 즉, CQI_Delta의 확률 분포도 상에서 CQI_Delta가 큰 값을 갖는 부분이 나타날 확률이 크므로 이러한 부분은 좀더 자세하게 양자화하고, 확률 상 적게 나타날 부분은 확률이 크게 나타나는 부분에 비해 보다 넓은 간격을 가지도록 양자화를 하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 제 2 양태에 따라 차분 채널 정보 값을 양자화하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

즉, 본 발명의 일 실시형태에서는 도 3에 도시된 바와 같이 CQI_Delta의 확률 분포가 나타나는 경우, 확률 분포값이 소정 임계치(T) 이상인 영역(A)에 대해서는 양자화 간격을 좁게 설정하고, 확률 분포값이 소정 임계치(T) 미만인 영역(B)에 대해서는 양자화 간격을 넓게 설정하는 것을 제안한다. 도시된 방식에 있어서, 임계치(T)는 해당 CQI를 나타내기 위해 요구되는 비트 수와 이를 나타내기 위해 사용 가능한 비트 수 등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 도 3은 1개의 임계치를 이용하여 양자화 간격을 넓게 설정하는 영역과 좁게 설정하는 영역으로 구분하였으나, 그 밖에도 2개, 3개의 임계치를 사용하여 이에 따라 구분되는 영역별로 양자화 간격을 상이하게 설정하는 것 역시 가능하다.

한편, 상술한 실시형태에 따른 양자화 간격 설정 방법을 수신단의 수신 방법에 따라 다양한 CQI_Delta의 확률 분포가 나타날 수 있는 경우에 적용하는 예에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라 차분 채널 정보 값을 양자화하는 방법을 설명하기 위한 또 다른 그래프이다.

도 4에서는 수신단에서 이용되는 수신 방법에 따라 CQI_Delta의 확률 분포가 상이하게 나타나는 경우의 예를 도시한 것으로서, 예를 들어, 수신 방식 1에 따른 CQI_Delta의 확률 분포를 CQI_Delta 1, 수신 방식 2에 따른 CQI_Delta의 확률 분포를 CQI_Delta 2, 수신 방식 3에 따른 CQI_Delta의 확률 분포를 CQI_Delta 3으로 예를 들어 나타내었다.

이와 같은 경우, 본 실시형태에서는 수신단의 수신 방식에 따라 상이하게 나타나는 CQI_Delta의 확률 분포들을 모두 고려하여, CQI_Delta의 양자화 간격을 설정하는 것을 제안한다. 즉, 상기 CQI_Delta 1, CQI_Delta 2, CQI_Delta 3를 모두 고려한 CQI_Delta T를 고려하여 이 확률 분포값이 소정 임계치 이상인 영역(A)에서는 양자화 간격을 좁게 설정하고, 확률 분포값이 소정 임계치 미만인 영역(B)에서는 양자화 간격을 넓게 설정하는 방식을 제안한다.

이와 같이 본 발명의 제 2 양태에서는 차분 채널 정보 값을 나타내기 위한 양자화 방법에 대해 설명하였다. 이와 같이 양자화 간격을 설정함으로써 보다 적은 비트수를 이용하면서도, 보다 정확한 채널 정보를 나타낼 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제 3 양태에 대해 설명한다.

제 3 양태

앞서 살펴본 CQI의 보고 방식에 대한 설명은 한 개의 단위 주파수 대역을 통해 신호를 수신하는 경우에 대한 것이다. 만일, 수신측에서는 가장 좋은 채널상태를 보이는 단위 주파수 대역을 선택하여, 상기 선택된 단위 주파수 대역에 대한 CQI만을 전송하고, 또한 송신측에서는 상기 CQI에서 선택한 단위 주파수 대역을 통하여 서비스를 행한다면, CQI는 오직 한 개의 단위 주파수 대역에서만 필요하게 된다. 이와 같은 경우는 단일 사용자 환경에서는 적합한 반면, 다중 사용자의 경우에 는 적합하지 않으므로 좀더 효율적인 방법이 필요하게 된다.

이하의 설명에 있어서 설명의 편의를 위해 '단위 주파수 대역'이라는 용어를 정의하여 설명하며, 여기서 '단위 주파수 대역'이란 상대적으로 넓은 주파수 대역에 있어서 채널 응답이 유사한 또는 임의의 주파수 대역을 묶은 하나의 단위를 의미하는 것으로 가정한다. 또한, 이하의 설명에서 '대역', '주파수 대역'은 특별한 언급이 없는 한 상기 단위 주파수 대역을 지칭하는 것으로 한다.

한편, CQI가 오직 한 개의 선호 대역에만 전송되는 경우의 스케줄링 과정에서 일어나는 문제를 좀더 자세히 살펴보면 다음과 같다.

다중 사용자가 선호하는 주파수 대역이 서로 겹치지 않도록 모두 상이한 경우에는 문제가 없지만, 특정 주파수 대역을 여러 사용자가 동시에 가장 좋은 채널환경으로 선택하였을 경우에는 문제가 발생하게 된다. 이 경우에는, 선택된 사용자 이외의 사용자들은 해당 주파수 대역을 사용하지 못하게 된다. 여기서, 만일 각 사용자가 한 개의 선호 주파수 대역만을 전송한다면, 앞서 선택되지 않은 사용자들은 서비스를 받을 기회가 원천적으로 봉쇄된다. 따라서, 이러한 문제를 해결하고 다중 사용자 다이버시티 이득을 효과적으로 얻기 위해서는 여러 주파수 대역에 대한 CQI전송이 필요하게 된다.

이렇게 여러 주파수 대역에 해당하는 CQI를 전송하는 경우 선택된 주파수 대역만큼의 CQI전송 정보량이 증가하게 된다. 예를 들어, 채널상태가 좋은 순서대로 3개의 주파수 대역을 선택하여 각각의 CQI와 주파수 대역지시자를 전송하게 되면, CQI의 전송량은 3배가 되며, 선택된 주파수 대역을 나타내기 위한 지시자를 위해서 추가적인 정보 전송이 필요하게 된다.

상술한 바와 같이 여러 주파수 대역에 해당하는 CQI를 전송하는 경우에, 다중 안테나 환경은 좀더 많은 정보 전송량이 필요하게 된다. 만일 각 안테나 단위로 CQI를 전송한다면, 송신안테나 개수 배만큼 전송량이 증가하게 된다. 한편, 코드워드 단위로의 CQI전송을 가정하면, 코드워드 개수 배만큼의 전송량이 증가하게 된다. 따라서, 다중안테나 시스템에서 여러 주파수 대역에 대한 CQI의 전송량은 단일안테나의 경우에 비해 매우 심각하게 늘어나게 된다.

따라서, 본 발명의 제 3 양태에서는 이와 같이 복수의 주파수 대역에 대한 CQI를 보고해야 하는 상황에서, CQI 전송량을 효과적으로 감소시키는 방법을 제공하고자 한다.

일반적으로 주파수 비 선택적 채널(frequency flat fading channel)에서는 전 주파수 대역에 걸쳐서 채널환경이 동일하게 되는 반면에, 주파수 선택적 채널(frequency selective fading channel)에서는 주파수 대역이 달라짐에 따라서 채널 특성이 달라진다. 보통 채널 특성이 동일한 주파수 대역폭을 코히어런스 대역폭(Coherence bandwidth)이라고 하며, 채널의 경로가 많은 다중 경로 채널일수록 이러한 코히어런스 대역폭은 더욱 짧아지는 특성을 가진다.

따라서, 채널이 좋은 몇 개의 대역을 선택하여 해당 대역의 CQI를 전송한다고 할 때, 이들 대역들이 코히어런스 대역폭을 넘어가서 존재하게 되면, 해당 CQI들간의 유사성은 적어지게 된다. 따라서, 선택된 CQI들의 정보를 필요 이상으로 줄이는 것은 바람직하지 않게 된다.

하지만, 다중안테나가 사용되어서, 각 선택된 대역마다 안테나별 또는 코드워드별로 CQI가 전송되어야 하는 경우는 상황이 틀려지게 된다. 즉, 각 안테나 또는 코드워드의 CQI는 주파수 대역별로 달라지지만, CQI들 간의 차이는 어느 정도 유사한 경향을 보이기 때문이다. 예를 들어, 2개의 코드워드를 수신하는 경우 바탕으로 설명하면 다음과 같다.

도 5는 2개의 코드워드를 복수의 단위 주파수 대역에 걸쳐 수신한 경우, 각 코드워드에 대한 채널 값의 분포를 예시적으로 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이 수신단이 2 개의 코드워드를 수신하는 경우에, 첫 번째 코드워드에 대한 CQI 및 두 번째 코드워드에 대한 CQI 각각은 주파수 대역별로 크게 달라지지만, 첫 번째 코드워드에 대한 CQI와 두 번째 코드워드에 대한 CQI의 차이는 주파수 대역이 달라져도 크게 달라지지 않게 된다. 이는, 각 코드워드의 CQI 계산 시, 다른 코드워드의 채널에 의한 영향이 복합적으로 계산되므로, 간섭 측면에서는 어느 정도 유사한 영향을 끼치게 되기 때문이다.

도 5에서 각각 코드워드 1과 코드워드 2는 각각 주파수 대역별로 상이한 CQI 값을 나타내지만, 각 주파수 대역에서의 차분 CQI 값(예를 들어, CQI_△1, CQI_△2, CQI_△3)은 모두 유사한 값을 나타냄을 예시적으로 도시하고 있다.

상기 도 5의 예는 코드워드별 CQI 값을 예를 들어 설명하였으나, 상술한 원리는 각 안테나별 CQI를 고려하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 이하에서 설명할 본 발명의 일 실시형태에서는 각 코드워드에 대응하여 CQI가 적용되 는 경우를 예를 들어 설명하도록 한다. 하지만, 각 안테나별 CQI가 적용되는 경우에 대해서도 동일한 방식으로 이용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

이렇게, 다수개의 안테나에 다수개의 코드워드가 사용되는 경우, 주파수 대역마다 CQI들 간의 차이의 정도가 나타나는 양상을 좀더 구체적으로 살펴보기 위해 다음과 같은 모의실험 결과를 살펴보도록 한다.

도 6은 2개의 코드워드가 전송되는 경우, 각 단위 주파수 대역에서 차분 채널 정보의 분포를 나타내는 모의실험 결과이다.

구체적으로, 도 6에서의 모의실험 결과는 송수신 안테나 개수가 각각 4개인 MIMO시스템에서, 3km/h의 이동체 속도를 갖고 TU 채널환경에서 2개의 코드워드가 전송되는 경우에, 5MHz의 대역폭을 4개의 주파수 대역으로 나누어서, 각 주파수 대역별로 코드워드들 간의 CQI의 차이를 표시한 것이다. 이때, 상술한 바와 같이 나누어진 4개의 주파수 대역은 각각 'SB1', 'SB2', 'SB3', 'SB4'로 표시하였다. 또한, 여기서 차분 CQI 값은 상기 수학식 1과 같이 설정하였다.

또한, 모의 실험에서 CQI는 1dB간격으로 양자화되었다. 또한, 수신 방식은 SIC방식이 사용되었으며, SIC의 경우에는 이하에서 특별히 언급하지 않은 한, 첫 번째 코드워드를 검출한 후, 두 번째 코드워드를 검출하는 것을 기본가정으로 한다.

상기 도 6으로부터 차분 CQI 값은 주파수대역이 달라지더라도 비슷한 분포를 보임을 알 수 있다. 즉, 도 6에 있어서 SB 1 내지 SB 4에 있어서의 차분 CQI 값의 분포는 비슷하게 나타난다. 또한 차분 CQI값의 분포는 대체로 넓게 분포되어 있지 않고, 좁게 모아져 있는 분포를 보임을 알 수 있다.

이와 같은 결과를 바탕으로 본 발명의 일 실시형태에서는 다음과 같이 CQI를 전송함에 있어 전송 정보량을 절감하는 방법을 제안한다.

첫째로, 선택된 각 주파수 대역에서 첫 번째 코드워드의 CQI는 모두 전송하더라도, 두 번째 이후의 코드워드의 CQI는 전체 CQI를 모두 전송하는 것이 아닌 차분 CQI 값만을 전송하는 것이 바람직하다. 이때 차분 CQI를 나타내기 위한 범위는 상술한 본 발명의 제 1 양태에 따라 설정될 수 있으며, 차분 CQI 값을 양자화하는 방법은 상술한 본 발명의 제 2 양태에 따라 설정될 수 있다. 이와 같은 차분 CQI 전송 방식을 통해 2번째 이후의 CQI를 전송함에 있어 전송 정보량을 감소시킬 수 있다.

둘째로, 두 번째 이후의 코드워드의 차분 CQI를 전송하는데 있어서 선택된 모든 주파수대역에 대한 차분 CQI를 모두 전송하는 것이 아니라, 일부 주파수 대역에서의 차분 CQI만을 전송하는 것이 바람직하다. 이때 극단적인 예로는 한 개의 주파수 대역에 대한 차분 CQI만을 전송할 수도 있다. 다른 예로는, 차분 CQI의 최대값, 최소값, 평균값 등을 전송할 수도 있다. 또 다른 실시 예로는, 전송효율 측면에서 가장 좋은 채널이 선택되는 것이 가장 효율적이므로, 최고 채널환경을 나타내는 주파수 대역에 대응하는 차분 CQI를 전송하는 방법도 고려할 수 있다.

이와 같이 차분 CQI가 일부 대역에 대해서만 전송되는 경우, 스케줄링 등의 상황에 따라서 차분 CQI가 전송되지 않은 주파수대역에서 두 번째 이후의 코드워드의 차분 CQI가 필요한 경우가 발생할 수 있다. 이때는 전송된 차분 CQI 중에서 단 순하게 특정 차분 CQI를 선택하여 해당 주파수 대역의 차분 CQI로서 그대로 적용하거나, 전송된 차분 CQI들의 가중치합(weighted sum) 등의 처리과정을 거쳐 해당 주파수 대역의 차분 CQI로서 적용할 수 있다.

예를 들면, 가장 좋은 채널 환경을 나타내는 대역의 차분 CQI만 전송된 경우, 다른 주파수 대역에는 가장 좋은 채널 환경을 나타내는 주파수 대역에 대해 전송된 차분 CQI를 그대로 적용하는 방법이 가능하다. 또 다른 예로는, 여러 주파수 대역의 차분 CQI들의 평균값(또는, 평균값에 가장 근접한 특정 대역의 차분 CQI)이 전송된 경우에, 차분 CQI가 전송되지 않은 주파수 대역에는 상술한 평균값(또는, 평균값에 가장 근접한 차분 CQI값)을 적용하는 방법이 가능하다.

상술한 본 발명의 실시형태들에 따른 CQI 전송 방법에 대해 이하에서 모의 실험을 통하여 그 효과를 검증해 보도록 한다.

도 7은 기존 채널 정보 전송 방법과 본 발명의 각 실시형태에 따른 채널 정보 전송 방법의 전송 효율을 비교하기 위한 모의 실험 결과이다.

도 7에 나타낸 모의 실험에 있어서, 기본적으로 상기 도 6과 관련하여 상술한 모의 실험과 같은 환경에서 실험하였다. 한편 추가된 모의실험 조건은 다음과 같다. 우선, 총 5 MHz의 대역폭을 4개의 주파수 대역으로 나누고, 4개의 주파수 대역 중에서 채널환경이 좋은 2개의 주파수 대역을 선택하였다(Best-2 방식). 이때, 선택된 2개의 주파수 대역에서 첫 번째 코드워드의 CQI는 모두 다 손실 없이 전송하였다. 그러나 두 번째 코드워드의 CQI는 3가지 경우로 나누어서 적용되었다.

첫째로, 두 번째 코드워드의 CQI를 2개의 주파수 대역에서 각각 완전 히(fully) 전송한 경우를 첫 번째 경우로 하여, 도 7에서 "Full CQI"로 표시하였다.

두 번째로, 두 번째 코드워드에 차분 CQI를 적용하여 2개의 주파수 대역에 대한 차분 CQI를 각각 전송한 경우를 두 번째 경우로 하여, 도 7에서 "Delta Separated"로 표시하였다. 여기서, 차분 CQI는 2 bit로 양자화된 것을 가정하였다.

세 번째로, 두 번째 코드워드에 차분 CQI를 적용하는데 있어서, 2개의 주파수 대역 중에서 가장 CQI 값이 높은 대역에 대한 차분 CQI만을 전송한 경우를 세 번째 경우로 하여, 도 7에서 "Delta Best 1"으로 표시하였다. 이때 차분 CQI가 전송되지 않은 주파수 대역에 대해서는 전송된 차분 CQI를 그대로 사용하였다.

상기 3가지 경우에 따른 전송효율의 모의실험 결과는 도 7에 나타낸 바와 같다. 도 7에 있어서 가로축은 신호대잡음비로서 Es/No를, 세로축은 전송 효율로서 전송률(through)를 나타낸다.

도 7로부터 Es/No가 20dB인 경우 'Full CQI' 경우는 13.08 Mbps, 'Delta Separated'인 경우는 12.54 Mbps, 'Delta Best 1'인 경우는 12.01 Mbps의 전송효율을 나타내었다. 따라서, 두 번째 코드워드 각각에 차분 CQI를 적용하는 경우는 최적 성능에 비해서 4.1%성능 하락이 존재하며, 두 번째 코드워드 중에서 가장 좋은 채널에 해당하는 오직 한 개의 차분 CQI를 적용하는 경우는 8.1%의 성능 하락을 보인다. 이러한 성능 하락은 CQI 피드백 정보의 부정확성에 기인하는데, CQI 정보 전송량이 획기적으로 감소하였으므로, 감내할만한 성능 하락으로 볼 수 있다.

상술한 본 발명의 제 3 양태에서는 복수의 안테나를 통해 그리고/또는 복수 의 코드워드를 복수의 단위 주파수 대역을 통해 수신하는 경우, CQI 정보, 특히 차분 CQI 정보의 전송 정보량을 추가적으로 감소시키는 방법에 대해 설명하였다.

상술한 본 발명의 제 1 내지 제 3 양태는 바람직하게는 서로 결합되어 이용될 수 있다. 예를 들어, CQI를 전송함에 있어 차분 CQI를 이용하는 경우, 차분 CQI를 나타내기 위한 범위는 상기 제 1 양태에 따라 결정되고, 차분 CQI를 나타내기 위한 양자화 방식은 상기 제 2 양태에 따라 결정될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 차분 CQI를 전송함에 있어 차분 CQI가 복수의 단위 주파수 대역에 대한 차분 CQI를 나타내는 경우, 상기 제 3 양태에 따라 모든 단위 주파수 대역에 대한 차분 CQI를 모두 전송하는 것이 아니라 일부 차분 CQI만을 전송하여도 송신측에서 전체 주파수 대역에 대한 채널 정보를 획득할 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.

예를 들어, 상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시형태들에 대한 설명은 CQI를 생성하고 전송함에 있어서 3GPP LTE의 예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명에 따른 CQI 생성 방법 및 이를 위한 사용자 기기는 3GPP LTE뿐만 아니라 IEEE 802 계열의 통신 방법 등 하향링크 채널 품질에 대한 피드백이 요구되는 임의의 시스템 에 적용될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 본 발명의 각 실시형태들은 상량링크, 하향링크에 관계 없이 모두 이용될 수 있다. 만일 상술한 실시형태에 따른 발명이 상향링크에 적용되는 경우 송신측은 기지국, 수신측은 사용자 기기(UE)가 될 수 있다. 아울러, 상술한 설명에 있어서 "기지국"은 일반적으로 사용자 기기와 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(node-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어(terminology)로 불릴 수 있다. 또한, 상술한 설명에 있어서 "사용자 기기"는 고정되거나 이동성을 가질 수 있는 임의의 주체로서 단말(terminal), 사용자 단말 (user terminal: UT), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 임의의 다른 용어로도 지칭될 수 있다.

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 실시형태들에 따른 채널 정보 전송 방법에 따르면, 채널 정보를 나타내기 위해 보다 적은 비트 수를 이용하면서도, 보다 정확하게 채널 상태를 나타낼 수 있는바, 상술한 설명에서 구체적인 예로서 설명한 3GPP LTE 시스템뿐만 아니라 하향링크 채널 품질에 대한 피드백이 요구되는 임의의 무선 통신 시스템에 이용될 수 있다.

도 1은 일반적인 다중 안테나 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.

도 2는 수신기의 수신 방식에 따른 차분 CQI 값의 확률 분포 차이를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 제 2 양태에 따라 차분 채널 정보 값을 양자화하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라 차분 채널 정보 값을 양자화하는 방법을 설명하기 위한 또 다른 그래프이다.

도 5는 2개의 코드워드를 복수의 단위 주파수 대역에 걸쳐 수신한 경우, 각 코드워드에 대한 채널 값의 분포를 예시적으로 도시한 도면이다.

도 6은 2개의 코드워드가 전송되는 경우, 각 단위 주파수 대역에서 차분 채널 정보의 분포를 나타내는 모의실험 결과이다.

도 7은 기존 채널 정보 전송 방법과 본 발명의 각 실시형태에 따른 채널 정보 전송 방법의 전송 효율을 비교하기 위한 모의 실험 결과이다.

Claims (17)

1. 다중 안테나 방식 통신 시스템의 수신기가 2 이상의 채널 정보를 전송하는 방법에 있어서,

   상기 2 이상의 채널 정보 중 제 1 채널 정보를 전송하는 단계; 및

   상기 2 이상의 채널 정보 중 상기 제 1 채널 정보 이외의 채널 정보를 상기 제 1 채널 정보와의 차분 정보의 형태로 전송하는 단계를 포함하며,

   상기 차분 정보의 형태는 상기 차분 정보의 확률분포를 고려하여 결정된 차분값 범위 내의 특정 값의 형태로 나타내는, 채널 정보 전송 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 차분값 범위는 상기 수신기의 수신 방법에 따라 상이하게 결정되는, 채널 정보 전송 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 차분값 범위는 각각의 채널 환경 및 수신 방법에 따라 각 수신기별로 상이하게 결정되는, 채널 정보 전송 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 수신기의 수신 방법에 따라 상기 차분 정보의 확률 분포가 0을 기준으 로 대칭인 경우, 상기 차분값 범위는 0을 기준으로 대칭되도록 결정되는, 채널 정보 전송 방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 수신기의 수신 방법에 따라 상기 차분 정보의 확률 분포가 0을 기준으로 비대칭인 경우, 상기 차분값 범위는 0을 기준으로 대칭되지 않도록 결정되는, 채널 정보 전송 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 차분값 범위는 상기 수신기의 수신 방법에 관계없이 공통적으로 결정되는, 채널 정보 전송 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 공통적으로 결정되는 상기 차분값 범위는 상기 수신기가 이용할 수 있는 전체 수신 방법에 따른 상기 차분 정보의 확률 분포들을 모두 고려하여 결정되는, 채널 정보 전송 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 수신기가 이용할 수 있는 전체 수신 방법 각각에 따라 상기 차분 정보의 확률 분포가 0을 기준으로 비대칭인 경우와, 0을 기준으로 대칭인 경우가 모두 존재하는 경우, 상기 차분값 범위는 0을 기준으로 대칭되지 않도록 결정되는, 채널 정보 전송 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 차분 정보의 형태는 상기 차분 정보의 확률분포 값이 소정 임계치 이상인 제 1 영역의 양자화 간격을, 상기 차분 정보의 확률분포 값이 상기 소정 임계치 미만인 제 2 영역의 양자화 간격에 비해 좁게 설정하는 방식으로 양자화된 값들 중 특정 값의 형태로 나타내는, 채널 정보 전송 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 2 이상의 채널 정보는 복수의 단위 주파수 대역에 대한 채널 정보이며,

    상기 차분 정보는 상기 복수의 단위 주파수 대역 중 일부 대역에 대한 채널 정보를 나타내는, 채널 정보 전송 방법.
11. 다중 안테나 방식 통신 시스템의 수신기가 복수의 단위 주파수 대역에 걸친 2 이상의 채널 정보를 전송하는 방법에 있어서,

    상기 2 이상의 채널 정보 중 제 1 채널 정보를 전송하는 단계; 및

    상기 2 이상의 채널 정보 중 상기 제 1 채널 정보 이외의 채널 정보를 상기 제 1 채널 정보와의 차분 정보의 형태로 전송하는 단계를 포함하며,

    상기 차분 정보는 상기 복수의 단위 주파수 대역 중 일부 대역에 대한 채널 정보를 나타내는, 채널 정보 전송 방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 차분 정보는 상기 복수의 단위 주파수 대역 중 가장 높은 채널 정보 값을 나타내는 대역의 채널 정보를 나타내는, 채널 정보 전송 방법.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 차분 정보는 상기 복수의 단위 주파수 대역 중 가장 높은 채널 정보 값을 나타내는 대역 및 가장 낮은 채널 정보 값을 나타내는 대역의 채널 정보를 나타내는, 채널 정보 전송 방법.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 차분 정보는 상기 제 1 채널 정보와의 차이 값이 가장 큰 대역 및 상기 제 2 채널 정보와의 차이 값이 가장 작은 대역 중 하나 이상의 대역의 채널 정보를 나타내는, 채널 정보 전송 방법.
15. 제 11 항에 있어서,

    상기 차분 정보는 상기 복수의 단위 주파수 대역 각각에서의 상기 제 1 채널 정보와의 차이 값들의 평균 값에 가장 근접한 차이값을 나타내는 대역의 채널 정보를 나타내는, 채널 정보 전송 방법.
16. 제 11 항에 있어서,

    상기 차분 정보의 형태는 상기 차분 정보의 확률분포를 고려하여 결정된 차분값 범위 내의 특정 값의 형태로 나타내는, 채널 정보 전송 방법.
17. 제 11 항 또는 제 16 항에 있어서,

    상기 차분 정보의 형태는 상기 차분 정보의 확률분포 값이 소정 임계치 이상인 제 1 영역의 양자화 간격을, 상기 차분 정보의 확률분포 값이 상기 소정 임계치 미만인 제 2 영역의 양자화 간격에 비해 좁게 설정하는 방식으로 양자화된 값들 중 특정 값의 형태로 나타내는, 채널 정보 전송 방법.

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