KR20080084092A - Apparatus and method for feedback information in multiple antenna system - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 MU(Multi User)-MIMO에서 SU-MIMO로 확장시 CQI 레벨 예시도,1 is an exemplary diagram of CQI levels when extending from MU (Multi User) -MIMO to SU-MIMO;
도 2a MU-MIMO에서 SU(Single User)-MIMO로 확장시 rank와 layer의 관계도,2a is a relation between rank and layer when extending from MU-MIMO to SU (Single User) -MIMO,
도 2b MU-MIMO에서 MU-MIMO로 확장시 rank와 layer의 관계도,Figure 2b relationship between rank and layer when extending from MU-MIMO to MU-MIMO,
도 3은 RLOI에 따른 예시도,3 is an exemplary view according to RLOI,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 피드백 송수신 장치도,4 is a feedback transmission and reception device according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명에서 MU-MIMO와 DU/SU-MIMO 구분을 위한 예시도,5 is an exemplary diagram for distinguishing between MU-MIMO and DU / SU-MIMO in the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 최적화된 피드백 정보 포맷 예시도,6 illustrates an optimized feedback information format according to the present invention;
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 피드백을 위한 기지국 동작 흐름도 및,7 is a flowchart illustrating an operation of a base station for feedback according to an embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 피드백을 위한 단말 동작 흐름도.8 is a flowchart illustrating a terminal operation for feedback according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 다중안테나 시스템에서 피드백 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 다중안테나 시스템에서 동일한 피드백 정보 포맷을 사용하여 단일 사용자 및 다수 사용자를 위한 피드백 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to feedback devices and methods in a multi-antenna system, and more particularly to feedback devices and methods for a single user and multiple users using the same feedback information format in a multi-antenna system.
단일 혹은 다수 사용자를 위한 다중안테나 시스템에서 각 단말은 피드백 채널을 이용하여 해당 기지국으로 피드백 정보(feedback information)를 제공한다. 상기 피드백 정보로써 각 안테나별 혹은 안테나들의 평균 채널품질정보(Channel Quality Information: 이하 "CQI"라 칭함), 안테나 인덱스, 코드북 인덱스, 멀티플렉싱 차수(order)인 랭크(rank) 정보, 안테나 정보(예: 송수신 안테나 수) 등이 있다. 상기 기지국은 다수 사용자로부터 전송되는 상기 피드백 정보를 수집하여 기설정된 스케줄링 기법에 따라 데이터를 다중 안테나를 통해 전송한다.In a multiple antenna system for a single or multiple users, each terminal provides feedback information to a corresponding base station using a feedback channel. As the feedback information, the average channel quality information of each antenna or antennas (hereinafter referred to as "CQI"), antenna index, codebook index, rank information of multiplexing order, and antenna information (eg, Number of transmit / receive antennas). The base station collects the feedback information transmitted from multiple users and transmits data through multiple antennas according to a predetermined scheduling scheme.
종래에 단일 사용자, 다수 사용자를 위한 피드백 기법에 대한 연구가 많이 수행되어 오고 있다. 여기서, 단일 사용자의 경우에 단말은 멀티플랙싱 차수(Rank 정보), 안테나 정보, 각 안테나별 혹은 안테나의 평균 CQI 정보 등을 계산하여 기지국으로 전송한다. 반면, 최대 다수 사용자의 경우에 단말은 수신안테나의 개수가 1개이므로 대개 한 개의 CQI 값과 그때의 안테나 인덱스, 그리고 선호하는 빔포밍 벡터인 코드북 인덱스 정보를 기지국으로 피드백한다. 이때, 계산되는 CQI 값은 단일 사용자의 경우와 다수 사용자의 경우 일반적으로 다르게 되기 때문에 피드백 양은 줄이며, 동일한 포맷으로 피드백하는 방법이 연구되어 오고 있다.In the past, many researches have been conducted on feedback techniques for single users and multiple users. Here, in the case of a single user, the terminal calculates the multiplexing order (Rank information), antenna information, the average CQI information for each antenna or antenna and transmits it to the base station. On the other hand, in the case of a maximum number of users, since the number of reception antennas is one, the terminal generally feeds back one CQI value, an antenna index at that time, and codebook index information, which is a preferred beamforming vector, to the base station. In this case, since the calculated CQI value is generally different for a single user and for a large number of users, a feedback amount is reduced and a method of feeding back the same format has been studied.
상기 기지국이 단일 사용자를 지원할지 다수 사용자를 지원할지 여부를 결정하는 방법으로 상위계층(layer)에서 시그널링을 통해(예: MAC 계층에서 모드 변경 요청/지시(mode change request/indication)를 주기적으로 하는 경우) 시차를 두고 단일 사용자/다수 사용자를 번갈아 가면서 사용하는 방법과, 상기 기지국의 스케줄러가 상기 단말로부터 전송받은 피드백 정보를 분석하여 결정하는 방법 등이 있다. 상기 첫 번째의 경우 단말은 기지국으로부터 단일 사용자 포맷의 피드백 정보 또는 다수 사용자 포맷의 피드백 정보를 요청하는 시그널링을 통해 해당 피드백 포맷으로 전송하면 되기 때문에 피드백이 단일화되는 장점이 있다. 하지만, 시간 단위로 두 개로 사용가능한 모드로 나누는 것이기 때문에 다수 사용자 다이버시티(multi-user diversity) 이득이 절반으로 감소하는 단점이 있다. 이 방법은 특히 사용자 수가 적을 경우에는 성능을 크게 열화 시키기 때문에 대부분 제조업자 및 운용자들은 첫 번째 방법보다 두 번째 방법을 더 선호한다.A method for determining whether the base station supports a single user or multiple users is to periodically perform a mode change request / indication in signaling at a higher layer (for example, at a MAC layer). Case), a method of alternately using a single user / multiple users with a time difference, and a method of determining and analyzing feedback information received from the terminal by the scheduler of the base station. In the first case, since the terminal needs to transmit feedback information of a single user format or feedback information of a plurality of user formats from a base station in a corresponding feedback format, feedback is unified. However, since it is divided into two usable modes on a time basis, a multi-user diversity gain is reduced by half. Most manufacturers and operators prefer the second to the first because this method degrades performance significantly, especially with fewer users.
두 번째 방법에서 스케줄러는 단일 사용자(Single User:이하 "SU"라 칭함) 또는 다수 사용자(Multi User: 이하 "MU")인지를 결정함에 따라 피드백 정보의 내용 및 구성하는 데이터가 달라진다. 이는 단일 사용자를 위해 피드백되는 CQI는 다수 사용자 간섭을 고려하고 있지 않기 때문에 만약 다수 사용자로 천이할 경우 다수 사용자 간섭(Multi-User Interference: 이하 "MUI"라 칭함)를 고려한 CQI가 사용되어야 하기 때문이다. 만약, 동일한 CQI를 사용한다면 다중 사용자로 스케줄링시 MUI가 고려되지 않았기 때문에 설정한 처리율(throughput)이 감소할 것이다. 그리고, 단일 사용자에 필요한 정보인 랭크 정보, 안테나별 CQI 등은 기본적으로 한 사용자가 최대 하나의 안테나만을 사용하는 최대 다수 사용자 시스템에서는 필요가 없는 정보들이다.In the second method, the scheduler determines whether the user is a single user (hereinafter referred to as "SU") or a multi-user (hereinafter referred to as "MU"), and the content of the feedback information and the constituent data are different. This is because the CQI fed back for a single user does not take into account multi-user interference, so when transitioning to multiple users, a CQI considering multi-user interference (hereinafter referred to as "MUI") should be used. . If the same CQI is used, since the MUI is not considered when scheduling with multiple users, the set throughput will be reduced. In addition, rank information, CQI for each antenna, etc., which are information required for a single user, are basically information that is not required in a maximum multi-user system in which a single user uses only one antenna.
위와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로 SU-MIMO 기반에서 MU-MIMO로 확장한 방식(Single Code Word:SCW, Multiple Code Words:MCW)과 MU-MIMO기반에서 SU-MIMO로 확장하는 방식(Per User Unitary Rate Control:PU2RC)이 있다.In order to solve the above problems, the method is extended from SU-MIMO to MU-MIMO (Single Code Word: SCW, Multiple Code Words: MCW) and from MU-MIMO to SU-MIMO (Per User Unitary Rate Control (PU2RC).
먼저, 첫 번째 경우(SCW, MCW) 각각의 단말은 "안테나 서브셋 값", 채널용량 식에 의해 선택된 안테나의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 평균화한 베이스 레이어(base layer) "CQI 값", 각 레이어 사이에서 순차적 간섭 제거 기법(Successive Interference Canceller: 이하 "SIC"라 칭함)을 반영한 " 값"를 SU 환경이라 가정하고 기지국으로 피드백한다. 이때, 각 레이어 별로 원하는 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme:MCS)을 결정하는 기준이 SINR 값은 하기 <수학식 1>로 산출된다.First, in the first case (SCW, MCW), each UE is an "antenna subset value", a base layer "CQI value" which averages the Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR) of the antenna selected by the channel capacity expression. Reflecting a sequential interference cancellation technique (hereinafter referred to as "SIC") between layers Assuming that the value " is the SU environment, the feedback is fed back to the base station. In this case, a criterion for determining a desired modulation and coding scheme (MCS) for each layer is calculated based on
상기 은 채널용량 식에 의해 선택된 안테나의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 평균화한 베이스 레이어의 CQI 값이고, 상기 는 각 레이어 사이에서 SIC를 반영한 CQI 값이고, 상기 m은 레이어의 총 수이다.remind Is the CQI value of the base layer obtained by averaging the Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR) of the antenna selected by the channel capacity formula. Is the CQI value reflecting the SIC between each layer, and m is the total number of layers.
하지만, 위의 피드백에서 특정 사용자가 하나의 안테나만을 사용한다고 하였을 경우 단말은 상기 는 필요 없기 때문에 "offset[dB]” 값을 기지국으로 알려주어야 한다. 상기 offset[dB] 값은 base layer CQI - 10*log10(MU MIMO에서 지원 하게 될 스트림의 수)에서 MU MIMO를 가정했을 경우 송신 전력이 모든 송신 안테나에 동일하게 분포하며 스트림간 간섭(inter-stream interferences)가 있다고 가정하였을 경우 최대 SINR값을 나타내는 CQI를 빼 준 값이다. 이후, 기지국은 SU-MIMO, MU-MIMO가 다양하게 섞여있는 사용자 중에서 버퍼의 상태, 셀 안에서의 사용자 수 등 관련 정보를 이용해서 적절하게 사용자를 스케줄링하게 된다. 이때 보내진 신호는 SU-MIMO에서 최대 전송속도 혹은 최대 사용자 처리율(throughput)을 지원하도록 최적화되어 있으므로 MU-MIMO를 위해서는 각 사용자의 SINR 값을 산출하는 하기 <수학식 2>이 필요하다.However, in the above feedback, if a specific user uses only one antenna, the terminal may Since the offset [dB] should be reported to the base station, the offset [dB] is assumed to be MU MIMO in the base layer CQI-10 * log10 (the number of streams to be supported by MU MIMO). The transmission power is equally distributed to all transmission antennas and subtracts the CQI indicating the maximum SINR value if there is inter-stream interferences.Thereafter, the base station has various SU-MIMO and MU-MIMO. Among the mixed users, the user is appropriately scheduled using the relevant information such as the status of the buffer, the number of users in the cell, etc. The signal sent is optimized to support the maximum transmission rate or the maximum user throughput in SU-MIMO. Therefore, for MU-MIMO,
상기 는 사용자 m의 베이스 레이어의 CQI 값, 상기 는 다수 사용자를 상기 x는 MU-MIMO에서 지원하게 될 스트림의 수이고, 상기 m은 스케줄링된 사용자 수이다.remind Is the CQI value of the base layer of user m, Is the number of users X is the number of streams to be supported in MU-MIMO, and m is the number of scheduled users.
하지만 첫 번째 경우(SCW, MCW) MU full MU-MIMO (각 사용자가 수신안테나를 하나씩만 가지고 있어서 스트림을 하나씩 받는 full SDMA)에서는 offset값을 알고 있으므로 거의 정확히 동작하게 된다. 이 방식은 각 사용자가 하나의 스트림을 사용하는 full MU-MIMO에서는 옵셋 값으로 인해 어느 정도 정확한 CQI 값을 유추할 수 있으나 사용자의 안테나가 두 개 이상이 될 수도 있는 일반적인 의미에서의 MU-MIMO에서는 성능 열화가 심해지는 단점이 있다.However, in the first case (SCW, MCW), MU full MU-MIMO (full SDMA where each user has only one receiving antenna and receives streams one by one) knows the offset value and works almost exactly. This method can infer a somewhat accurate CQI value due to the offset value in full MU-MIMO, where each user uses one stream, but in MU-MIMO in the general sense that the user may have more than one antenna There is a disadvantage that the performance deterioration is severe.
두 번째 경우(PU2RC)는 full MU-MIMO에 기반을 두고 SU-MIMO로 확장한 피드백 방식이다. 하기 도 1에서처럼 full CQI라 불리는 가장 큰 CQI 값을 평균 를 구한 후, 이를 피드백하는 방식이다. 이 방법대로 하면 기지국의 송신안테나가 네 개일 경우 필요한 피드백 정보의 양은 하기 <표 1>과 같다.The second case (PU2RC) is a feedback method extended to SU-MIMO based on full MU-MIMO. Average the largest CQI value called full CQI as shown in Figure 1 below. After obtaining, feedback is given. According to this method, the amount of feedback information required for four transmission antennas of the base station is shown in Table 1 below.
여기서, rank 1 전송일 경우 SU-MIMO라고 가정한다. Rank가 1보다 큰 경우 기지국은 SU와 MU 사이에서 결정하는데, SU의 경우에는 하기 도 2처럼 최대 두 개까지의 코드워드(codeword)를 보낼 수 있다. 즉, SU의 경우에는 두 개의 CQI(Max CQI 및 )와 함께 layer order 정보를 보내게 된다. 도 2 (a)에서 MU-MIMO에서 SU(Single User)-MIMO로 확장시 rank와 layer의 관계도를 설명하고 있다.Here, suppose that it is SU-MIMO for
MU-MIMO의 경우에는 기지국은 한 사용자의 가장 좋은 CQI를 먼저 스케줄링하고 두 번째 layer에는 다른 사용자를 할당하게 되는데 아래의 그림처럼 사용자를 순차적으로 할당하게 된다. 이때의 CQI 값은 full MU-MIMO라고 가정했을 때 최대 SINR을 가지는 스트림의 CQI라고 한다면 는 나머지 세 스트림의 CQI의 평균값이 된다. 도 2 (b)는 MU-MIMO에서 MU-MIMO로 확장시 rank와 layer의 관계도를 도시하고 있다.In the case of MU-MIMO, the base station schedules the best CQI of one user first and then assigns another user to the second layer. As shown in the figure below, users are sequentially assigned. If the CQI value is assumed to be full MU-MIMO, then the CQI value is the CQI of the stream having the maximum SINR. Is the average of the CQIs of the remaining three streams. Figure 2 (b) shows the relationship between rank and layer when extending from MU-MIMO to MU-MIMO.
두 번째 방법 경우 전체 필요한 비트의 수는 각 랭크(rank) 및 안테나 정보를 포함하기 위해 피드백 6 비트(송신안테나 4개를 고려한 경우의 랭크 정보 및 안테나 정보의 일 예를 보여주는 하기 도 3 참조), 5 비트의 full CQI와 3 bit의 가 기본적으로 필요하다. 그리고, 여기에 더해서 각 레이어별로 필요한 프리코딩을 위한 코드북 인덱스까지 포함하면 적어도 20 비트 이상의 정보가 필요하게 된다.In the second method, the total number of bits required is 6 bits of feedback to include each rank and antenna information (see FIG. 3 below, which shows an example of rank information and antenna information in consideration of four transmitting antennas). 5 bit full CQI and 3 bit Is basically required. In addition, if a codebook index for precoding necessary for each layer is included, at least 20 bits or more of information is required.
따라서, 상기 방법은 full MU-MIMO에 최적화되어 있기는 하지만 4개의 스트림 사용을 모두 고려하고 있어 피드백 오버헤드가 지나치게 많다는 단점이 있다. 즉, rank와 안테나 순서를 포함하는 RLOI(the number of rank and layer order Indication)는 4개의 스트림을 모두 고려하지만 실제 한 스트림을 제외한 나머지 세 스트림의 평균을 취해 에 이용하기 때문에 rank 4일 경우에 성능 열화가 심한 단점이 있다 . 그리고, 이 성능 열화가 심한 layer3, 4를 지원하기 위해 RLOI의 75%를 사용하는 단점 역시 가지고 있고 SU의 경우에는 최대 세 사용자까지의 MUI가 고려되어 있기 때문에 도달할 수 있는 성능에 훨씬 못 미쳐서 MCS level을 설정하는 단점이 있다.Therefore, the method is optimized for full MU-MIMO, but considers the use of all four streams, and has a disadvantage of excessive feedback overhead. That is, the number of rank and layer order indication (RLOI), which includes rank and antenna order, considers all four streams, but takes the average of all three streams except for one. In case of
따라서, 단일 사용자 기반에서 다수 사용자 경우 성능 열화 문제와 다수 사용자 기반에서 단일 사용자 경우 피드백 정보의 오버 헤드 문제를 해결하기 위한 피드백 장치 및 방법이 필요하다.Accordingly, there is a need for a feedback apparatus and method for solving the performance degradation problem in the case of a multi-user based on a single user and the overhead problem of feedback information in the case of a multi-user based on a single user.
따라서, 본 발명의 목적은 다중안테나 시스템에서 피드백 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a feedback apparatus and method in a multi-antenna system.
본 발명의 다른 목적은 다중안테나 시스템에서 단일 사용자 기반에서 다중 사용자 피드백 정보를 제공하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for providing multi-user feedback information on a single user basis in a multi-antenna system.
본 발명의 또 다른 목적은 다중안테나 시스템에서 다수 사용자 기반에서 단일 사용자 피드백 정보를 제공하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for providing single user feedback information on a multi-user basis in a multi-antenna system.
본 발명의 또 다른 목적은 다중안테나 시스템에서 동일한 피드백 정보 포맷을 가지며 DU-MIMO기반하여 최적화한 피드백 정보를 이용하여 SU-MIMO와 full MU-MIMO의 경우의 성능 열화가 없도록 지원하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide an apparatus and method for supporting performance degradation in the case of SU-MIMO and full MU-MIMO by using the same feedback information format and DU-MIMO-optimized feedback information in a multi-antenna system. In providing.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 피드백 처리를 위한 송신 동작 방법에 있어서, 단말로부터 피드백 정보를 수신하는 과정과, 상기 피드백 정보를 디코딩하여 단일 사용자(Single User) 모드인지, 다수 사용자(Multi User:MU) 모드인지, DU-MIMO(Dual User:DU) 모드인지를 결정하는 과정과, 상기 결정된 모드의 따라 상기 피드백 정보를 디코딩하여 CQI 값 을 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, in a transmission operation method for feedback processing in a multi-antenna system, receiving feedback information from a terminal, and decoding the feedback information to a single user (Single Determining whether the user mode, the multi user (MU) mode, or the dual user (DU-MIMO) mode, and calculating the CQI value by decoding the feedback information according to the determined mode. Characterized in that it comprises a.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 피드백 처리를 위한 수신 동작 방법에 있어서, 기지국으로부터 파일럿 신호를 수신하여 채널 추정하는 과정과, 상기 채널추정 결과와 DU-MIMO(Dual User:DU)에 기반하여 피드백 정보를 생성하는 과정과, 상기 생성한 피드백 정보를 단말로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention for achieving the above object, in a receiving operation method for feedback processing in a multi-antenna system, receiving a pilot signal from a base station and channel estimation, the channel estimation result and DU- The method may include generating feedback information based on a dual user (DUMO) and transmitting the generated feedback information to the terminal.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 피드백 처리를 위한 송신 장치에 있어서, 단말로부터 피드백 정보를 수신하는 피드백 처리부와, 상기 피드백 정보를 디코딩하여 단일 사용자(Single User) 모드인지, 다수 사용자(Multi User:MU) 모드인지, DU-MIMO(Dual User:DU) 모드인지를 결정하는 피드백 정보 분석기와, 상기 결정된 모드의 따라 상기 피드백 정보를 디코딩하여 CQI 값을 산출하는 파라미터 결정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a third aspect of the present invention for achieving the above object, a transmission apparatus for feedback processing in a multi-antenna system, a feedback processing unit for receiving feedback information from a terminal, and decoding the feedback information to a single user (Single A feedback information analyzer for determining whether a user mode, a multi-user (MU) mode, or a dual user (DU-MIMO) mode is decoded, and calculating the CQI value by decoding the feedback information according to the determined mode. Characterized in that it comprises a parameter determiner.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 피드백 처리를 위한 수신 장치에 있어서, 기지국으로부터 파일럿 신호를 수신하여 채널 추정하는 채널추정기와, 상기 채널추정 결과와 DU-MIMO(Dual User:DU)에 기반하여 피드백 정보를 생성하는 패드백 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a fourth aspect of the present invention for achieving the above objects, a receiving apparatus for feedback processing in a multi-antenna system, comprising: a channel estimator for receiving a pilot signal from a base station and channel estimation; And a padback generation unit generating feedback information based on a dual user (DUMO).
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 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
이하, 본 발명은 다중안테나 시스템에서 동일한 피드백 정보 포맷을 사용하여 단일 사용자 및 다수 사용자를 위한 피드백 정보를 제공하는 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus and method for providing feedback information for a single user and multiple users using the same feedback information format in a multi-antenna system will be described.
실제 모바일 환경에서는 기지국은 네 개의 송신안테나, 각 사용자는 두 개의 수신안테나를 사용하는 경우의 개연성이 크고 단말의 이동성 때문에 무선채널도 시간에 따라 변한다(time varying channel). 따라서, 멀티플레싱 차수(order)인 랭크(rank) 수를 네 개 모두 사용하는 단말의 수는 적을 것이다. 이에 따라, 3가지 시나리오를 가정할 수 있다. 첫 번째 시나리오는 두 개의 스트림을 한 사용자에게 할당하는 경우(이하 SU(Single User)-MIMO 라 칭함), 두 번째 시나리오는 한 개씩의 스트림을 네 사용자에게 각각 할당하는 경우(이하 full MU(Multi User)-MIMO 라 칭함), 세 번째 시나리오는 두 개씩의 스트림을 두 명의 사용자에게 할당하는 경우(이하 DU(Dual User)-MIMO 칭함)이다. 본 발명은 3가지 시나리오를 고려하여 상 기 SU-MIMO 또는 상기 full MU-MIMO 방식에서 최적화된 피드백 정보를 이용하지 않고 DU-MIMO 방식에 최적화된 피드백 정보를 사용하기로 한다. 즉, 본 발명은 상기 DU-MIMO, 상기 SU-MIMO 및 상기 full MU-MIMO를 모두 지원하기 위한 통합된 피드백 정보를 효과적으로 구성하기 위한 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다. 또한, 설명의 편의를 위해 4개 송신안테나와 2개의 수신안테나의 다중안테나 시스템을 예를 들어 설명하지만 m*n 다중안테나 시스템에도 적용 가능하다.In a real mobile environment, the base station has four transmission antennas, and each user has two reception antennas, and the radio channel also changes with time due to the mobility of the terminal. Therefore, the number of terminals using all four ranks, which are multiplexing orders, will be small. Accordingly, three scenarios can be assumed. The first scenario is when two streams are assigned to one user (hereinafter referred to as single user (SU) -MIMO), and the second scenario is when each stream is assigned to four users (hereafter full MU (Multi User). The third scenario is the case of assigning two streams to two users (hereinafter referred to as DU (Dual User) -MIMO). The present invention considers three scenarios and uses feedback information optimized for the DU-MIMO scheme without using the feedback information optimized for the SU-MIMO or the full MU-MIMO scheme. That is, the present invention will be described with respect to the apparatus and method for effectively configuring the integrated feedback information to support all of the DU-MIMO, the SU-MIMO and the full MU-MIMO. In addition, a multi-antenna system of four transmitting antennas and two receiving antennas is described as an example for convenience of description, but it is also applicable to an m * n multi-antenna system.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 피드백을 위한 송수신 장치도를 도시하고 있다.4 illustrates a transmission and reception apparatus for feedback in a multi-antenna system according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 도 4를 참조하면, 다중안테나 시스템은 네 개의 송신안테나와 두 개 혹은 네 개의 수신안테나가 있는 다중안테나 송수신기의 구조를 가진다. 최대 네 명의 사용자가 스케줄링 될 수 있고 평균적으로 두 명의 사용자가 송신기에서 선택되는 구조를 갖는다.Referring to FIG. 4, the multi-antenna system has a structure of a multi-antenna transceiver having four transmit antennas and two or four receive antennas. Up to four users can be scheduled and on average two users are selected at the transmitter.
송신기는 프리코딩부(402), 변조기(404), 부호기(406), 피드백 처리부(410)로 구성되고. 스케줄러(400)는 서비스 단말을 결정하여 상기 프리코딩부(402), 변조부(404), 부호부(406)를 통해 데이터를 부호화하고 변조 심벌로 생성한 후 프리코딩하여 해당 단말(들)로 전송한다. 그리고, 상기 피드백 처리부(410)는 피드백정보 분석기(412), 파라미터 계산부(414), MCS 결정부(416)로 세부화된다.The transmitter is composed of a
상기 부호기(406)는 정보비트에 잉여비트를 추가하여 수신기에서 복호시 에러 검출뿐 아니라 에러 정정을 할 수 있도록 한다. 예를 들면, 상기 부호부(406)는 사용자 데이터 정보 비트 및 제어 데이터 정보 비트를 입력하여 미리 설정되어 있는 부호화(coding)방식으로 부호화한 후 상기 변조부(404)로 출력한다. 여기서, 상기 부호화 방식은 소정의 부호화율(coding rate)를 가지는 터보 부호화(turbo coding) 방식 혹은 컨벌루셔널 부호화(convolutional coding) 방식 등이 될 수 있다.The
상기 변조기(404)는 상기 부호기(406)에서 출력한 부호화된 비트(coded bits)를 미리 설정되어 있는 변조 방식으로 변조하여 변조 심벌을 생성하여 프리코딩부(402)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식으로는 일 예로, BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식, 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 혹은 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식 등이 사용될 수 있다.The
상기 프리코딩부(402)는 상기 변조기(404)들로부터 변조 심벌들을 코드북 인덱스를 정보를 이용하여 빔형성을 한 후, 출력을 한다. 즉, 상기 프리코딩부(402)는 Mt개의 입력 스트림을 받아 Mt*Nt(4*2) 행렬을 곱하는 동작을 수행하며, Nt개 안테나 측에 대한 출력 심벌을 생성한다.The
상기 피드백처리부(410)는 채널에 대한 피드백 정보를 받아서 프리코딩부(402)의 행렬 값을 생성하여 상기 프리코딩부(402)로 제공한다. 여기서, 피드백 프리코딩(특이값 분해(Singular Value Decomposition:SVD)프리코딩, 빔 형성 프리코딩 등), 안테나 결합 프리코딩, 안테나 선택 프리코딩등 여러 MIMO 기술들이 적용될 수 있다. 이러한 다양한 MIMO 고급 기술에 대한 자세한 설명은 본 발명의 실 시 예의 설명에서는 생략하기로 한다. 또한, 상기 피드백 처리부(410)는 단말로부터 피드백 정보를 수신하여 SU-MIMO 모드인지, MU-MIMO 모드인지, DU-MIMO 모드인지를 결정한다. 이는 단말로부터의 DU-MIMO기반하여 최적화된 피드백 정보는 기지국이 결정한 모드에 따라서 피드백 정보가 디코딩되어야 하기 때문이다. 이후, 상기 피드백처리부(410)는 수신한 피드백 정보를 상기 결정된 모드에 맞게 상기 피드백 정보를 디코딩한 후 상기 디코딩한 피드백 정보(예 CQI)를 참조하여 변조방식과 전송률을 결정하여 상기 스케줄러(400)로 통보한다.The
상기 피드백정보 분석기(412)는 각각의 단말들로부터 DU-MIMO 기반의 최적화된 피드백 정보를 수신하여 SU-MIMO 피드백 정보로 사용할지, MU-MIMO 피드백 정보로 사용할지 또는 DU-MIMO 피드백 정보로 사용할지를 결정하여 상기 피드백 정보와 함께 상기 파라미터 결정기(414)로 통보한다. 상기 DU-MIMO 기반의 최적화된 피드백 정보는 MUI(Multi User Interference)를 고려한 최대 CQI 값(Max CQI), SIC(Successive Interference Canceller)를 고려하기 위한 값, RLOI(Rank and layer Order), 프리코더 인덱스 등을 포함하고 있다.The
예를 들면, 상기 피드백정보 분석기(412)는 full MU-MIMO와 SU/DU-MIMO를 구분하기 위해 상기 수신한 피드백 정보 중 RLOI의 기설정된 두 비트정보(MSB(Most Significant Bit) 혹은 LSB(Least Significant))를 해독하여 결정한다. 도 6을 참조하여 full MU-MIMO와 SU/DU-MIMO를 구분하는 일 예를 들면, 상기 RLOI 4비트 정보가 (a)처럼 왼쪽으로부터 2비트가 "11"로 시작될 경우, full MU-MIMO모드로 결정한다. 그외는 (b)처럼 "10", "01", "00"으로 시작하는 경우 DU/SU-MIMO 모드로 결 정한다. 그리고, 상기 피드백정보 분석기(412)는 상기 스케줄러(410)로부터 큐(queue) 상태, 셀 내의 단말 개수와 분포 등의 정보를 제공받아 DU-MIMO모드와 SU-MIMO 모드의 구분한다.For example, the
상기 파라미터 결정기(414)는 상기 피드백정보 분석기(412)로부터의 피드백정보를 결정된 모드에 맞게 파라미터(Max CQI, DU offset CQI 혹은 SU delta CQI)를 산출한다. 예를 들면, SU-MIMO로 결정될 시, 상기 파라미터 결정기(414)는 하기 <수학식 3>으로 Max CQI, SU 값을 계산한다.The
상기 는 SU(Single User)를 위한 최대 CQI 값, 상기 는 MUI 보상값(=10*log(m), m은 MU-MIMO에서 전송 스트림 수)이고, 상기 는 SU를 위한 이다remind Is the maximum CQI value for a single user (SU), Is the MUI compensation value ( = 10 * log (m), m is the number of transport streams in MU-MIMO) For SU to be
이때, 프리코딩(Precoding Index)에 할당된 비트영역을 에 추가로 할당함으로써 full CQI으로 확장하여 각 스트림 별로 정확한 MCS 레벨을 유추하도록 할 수도 있다.At this time, the bit area allocated to the precoding index In addition to this, it can be extended to full CQI to infer the correct MCS level for each stream.
두 번째 DU-MIMO로 결정될 시, 상기 파라미터 결정기(414)는 단말이 DU-MIMO에 최적화하여 보낸 피드백 정보를 그대로 사용한다.When determined as the second DU-MIMO, the
Max CQI = 수신된 CQI를 디코딩한 값(DU-MIMO에 최적화되어 있음)Max CQI = decoded received CQI (optimized for DU-MIMO)
SU Delta CQI = 수신된 Offset CQI(DU-MIMO에 최적화되어 있음)SU Delta CQI = Received Offset CQI (optimized for DU-MIMO)
이때, MUI compensation 값은 다른 metric을 사용해서 최적화될 수 있다.At this time, the MUI compensation value can be optimized using different metrics.
마지막으로 MU-MIMO로 결정될 시, 상기 파라미터 결정기(414)는 DU-MIMO을 위한 Max CQI를 그대고 사용하되, RLOI의 MSB 2비트를 프리코딩 인덱스 길이로 확장시킨다. 따라서, 4*4 크기의 프리코딩 인덱스가 6*6 크기의 프리코딩 인덱스로 확장시킬 수 있다.Finally, when determined as MU-MIMO, the
상기 MCS 결정기(416)는 상기 파라미터 결정기(414)로부터 계산된 파라미터(Max CQI, 등등)를 참조하여 변조방식 및 채널코딩률을 결정한 후, 상기 스케줄러(410)로 통보한다.The
여기서, 상기 피드백 정보는 세 가지 모드(SU-MIMO, MU-MIMO, DU-MIMO)를 지원하는 CQI 값의 길이는 모두 다르다. 따라서, 피드백 포맷을 동일하게 맞추려면 나머지 RLOI, Precoding Index의 길이를 조절할 필요가 있다. 여기서, MU-MIMO에서는 하나의 안테나만을 선택하기 때문에 RLOI 정보를 2 bits (1, 2, 3, 4 안테나를 선택하는 네 가지 방법), 그리고 나머지 bits은 precoder index로 채우면 된다. 이 방법은, MU-MIMO의 경우 RLOI를 2bit을 줄이는 대신 추가로 얻은 2bit을 precoding index에 더 할당함으로써 MUI를 감소시키는 효과가 있기 때문에 훨씬 효율적이다.Here, the feedback information is different in the length of the CQI value that supports the three modes (SU-MIMO, MU-MIMO, DU-MIMO). Therefore, in order to match the feedback format, it is necessary to adjust the lengths of the remaining RLOIs and precoding indexes. In MU-MIMO, since only one antenna is selected, RLOI information is filled with 2 bits (four methods of selecting 1, 2, 3, and 4 antennas), and the remaining bits are filled with a precoder index. This method is more efficient because MU-MIMO reduces the MUI by allocating additional 2 bits to the precoding index instead of reducing the RLOI by 2 bits.
수신기는 검출기(420), 복호기(422), 채널 추정부(424), 피드백 생성부(426) 로 구성된다.The receiver is composed of a
상기 채널 추정기(420)는 수신신호로부터 파일럿 심벌들을 검출하여 채널 추정을 수행한다. 상기 채널추정 결과는 상기 피드백 생성부(426)로 출력한다.The
상기 피드백 생성기(150)는 상기 채널 추정기(164)의 채널 추정 결과에 상응하는 CQI를 생성하고, 그리고, RLOI(Rank and Layer Order Indications), 프리코딩 인덱스(Precoding Index), 정보 추가하여 DU-MIMO에 기반하여 피드백 정보를 구성하여 상기 피드백 정보를 상기 기지국(100)으로 전송한다. 상기 기지국은 DU-MIMO 기반의 피드백 정보를 수신하여 경우에 따라(MU-MIMO, SU-MIMO, DU-MIMO) 피드백 정보를 달리 디코딩한다.The feedback generator 150 generates a CQI corresponding to the channel estimation result of the channel estimator 164, adds rank and layer order indications (RLOIs), precoding indexes, and information to add DU-MIMO. The feedback information is configured based on the transmission of the feedback information to the base station 100. The base station receives the DU-MIMO based feedback information and decodes the feedback information differently in some cases (MU-MIMO, SU-MIMO, DU-MIMO).
상기 피드백 정보를 도시한 도 6를 참조하여 MU-MIMO, DU-MIMO, SU-MIMO에 해당하는 피드백 정보를 설명하기로 한다. 먼저, CQI 값은 SU CQI, DU CQI, Full MU CQI와 같은 세 방법에 따라 구하는 방법이 달라진다. 그리고, 프리코딩 인덱스 및 RLOI 값은 채널의 롱텀 상관관계(long term correlation) 특성을 반영하는 값이기 때문에 CQI처럼 채널 적응적으로 변하는 값은 아니다.Referring to FIG. 6 illustrating the feedback information, feedback information corresponding to MU-MIMO, DU-MIMO, and SU-MIMO will be described. First, the CQI value is determined by three methods such as SU CQI, DU CQI, and Full MU CQI. In addition, since the precoding index and the RLOI value reflect a long term correlation characteristic of the channel, the precoding index and the RLOI value are not values that are adaptively changed like CQI.
하기 <표 2>는 DU-MIMO 기반의 피드백 정보를 표로 정리한 것이다.Table 2 below summarizes feedback information based on DU-MIMO.
여기서, 는 SU-MIMO, full MU-MIMO에 따라 다르게 해석될 수 있는 값으로, 각각 아래와 같은 기준을 가진다.here, Is a value that can be interpreted differently according to SU-MIMO and full MU-MIMO, and has the following criteria.
1) SU-MIMO의 경우: Max CQI{5 bits}, {3 bits} with the corresponding antenna subset{4 bits}1) For SU-MIMO: Max CQI {5 bits}, {3 bits} with the corresponding antenna subset {4 bits}
Max CQI는 심벌간 간섭(Inter Symbol Interference:ISI)이 없고, 전체 Tx Power가 네 개의 기지국 안테나에 동등하게 분포하였을 때 최대 CQI값이다. 는 Max CQI를 지원하는 계층(layer) 사이에서 얻을 수 있는 SIC 이득이다.Max CQI has no Inter Symbol Interference (ISI) and is the maximum CQI value when the total Tx Power is equally distributed among four base station antennas. Is the SIC gain obtained between the layers supporting Max CQI.
2) Full MU-MIMO의 경우: Max CQI{5 bits} with corresponding antenna subset {2 bits}, precoding index{4 bits}2) For Full MU-MIMO: Max CQI {5 bits} with corresponding antenna subset {2 bits}, precoding index {4 bits}
Max CQI는 MUI가 있다고 가정하고 구한 CQI값 중에 가장 큰 값이다.Max CQI is the largest value among the CQI values obtained assuming MUI.
3) DU-MIMO의 경우: Max CQI{5 bits}, Delta-CQI with the corresponding antenna subset{4 bits}3) For DU-MIMO: Max CQI {5 bits}, Delta-CQI with the corresponding antenna subset {4 bits}
Max CQI는 MUI가 있다고 가정하고 구한 CQI 값 중에 가장 큰 값이고, 는 SU Max CQI - MU Max CQI - threshold (MUI를 고려)으로 구해진다.Max CQI is the largest CQI value obtained assuming MUI, Is obtained as SU Max CQI-MU Max CQI-threshold (considering MUI).
상기 검출기(420)는 수신 신호 벡터를 정합필터와 같은 복조기를 이용하여 복조한 후, 복조한 심벌을 MMSE(Minimum Mean Square Examination) 또는 ZF(Zero Forcing) 방법을 통해 간섭을 제거하고 수신 신호 벡터를 추정하여, 복호기(422)로 출력한다.The
상기 복호기(422)는 수신신호를 해당하는 복조 방식으로 복조한 후 상기 역부호화기(424)로 출력한다. 상기 역부호화기(424)는 상기 복조부(422)에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 역부호화(decoding) 방식으로 역부호화(decoding)한 후 출력한다. 여기서, 상기 복조 방식 및 역부호화 방식은 상기 송신기(100)가 적용한 변조 방식 및 부호화 방식과 대응되는 복조 방식 및 역부호화 방식이다.The
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 피드백을 위한 기지국 동작 흐름도를 도시하고 있다.7 is a flowchart illustrating an operation of a base station for feedback in a multi-antenna system according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 도 7을 참조하면, 기지국은 700 단계에서 각각의 단말로부터 DU-MIMO에 최적화된 피드백 정보를 수신한다.Referring to FIG. 7, the base station receives feedback information optimized for DU-MIMO from each terminal in
이후, 상기 기지국은 702 단계에서 상기 DU-MIMO에 최적화된 피드백 정보의 RLOI 4비트 정보를 디코딩하여, MU-MIMO 모드 인지, SU/DU-MIMO 모드 인지를 결정한다. 여기서, MU-MIMO 모드 인지, SU/DU-MIMO 모드 인지를 결정 예인 도 5를 참조하기로 한다.In step 702, the base station decodes the RLOI 4-bit information of the feedback information optimized for the DU-MIMO, and determines whether it is in the MU-MIMO mode or the SU / DU-MIMO mode. Here, referring to FIG. 5 as an example of determining whether the MU-MIMO mode or the SU / DU-MIMO mode is used.
이후, 상기 기지국은 704 단계에서 큐(queue) 상태 및 셀 내의 단말 개수와 분포등을 고려하여 SU-MIMO 모드인지 DU-MIMO 모드인지를 결정한다.In step 704, the base station determines whether it is in the SU-MIMO mode or the DU-MIMO mode in consideration of the queue state and the number and distribution of terminals in the cell.
이후, 상기 기지국은 706 단계에서 해당 MIMO 모드의 Max CQI, 를 산출한다. 예를 들면, 상기 DU-MIMO 모드로 결정될 시, 기지국은 DU-MIMO기반에 최적화된 피드백 정보를 그대로 사용하고, SU-MIMO 모드로 결정될 시, 기지국은 DU-MIMO기반에 최적화된 피드백 정보를 SU-MIMO기반의 피드백 정보로 변환한다. 그리고, MU-MIMO 모드로 결정될 시, 사용되지 않는 RLOI 비트정보를 확장하여 프리코딩 인덱스를 확장시킨다.In
이후, 상기 기지국은 708 단계에서 계산된 파라미터(Max CQI, 등등)를 참조하여 변조방식 및 전송률을 결정한다.Thereafter, the base station calculates the parameter Max CQI, Etc.) to determine the modulation scheme and transmission rate.
이후, 기지국은 본 발명의 알고리즘을 종료한다.The base station then terminates the algorithm of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 시스템에서 피드백을 위한 단말 동작 흐름도를 도시하고 있다.8 is a flowchart illustrating a terminal operation for feedback in a multi-antenna system according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 도 8을 참조하면, 단말은 800 단계에서 기지국으로부터 파일럿 데이터를 수신하여 채널추정을 한다.Referring to FIG. 8, the terminal receives pilot data from the base station in
이후, 상기 단말은 802 단계에서 채널추정 값에 따라 DU-MIMO 기반에 최적화된 피드백 정보를 생성한다. 상기 DU-MIMO 기반한 최적화된 피드백 정보는 도 6을 참조하기로 한다.Thereafter, the terminal generates feedback information optimized for DU-MIMO based on the channel estimation value in
실제 다중 셀 환경에서 한 셀 내에서의 사용자 분포는 4X2, 4X4를 가정하였을 때 통계적으로 DU-MIMO에 가장 많고 그 다음이 SU-MIMO, full MU-MIMO 등이다. 그리고, full MU-MIMO에서 MUI를 정확히 고려하지 않아 생기는 오차(즉, 단말에서 full MUI를 고려하지 않고 DUI만을 고려하여 전송하기 때문에 생기는 오차)는 기지국에서 SU-MIMO 또는 DU-MIMO로 디코딩시 보다 네 배(2 bits) 만큼 더 확장한 코드북으로 인해 상기 오차를 감쇄시킬 수 있다. 여기에, 더해 MU-MIMO에서 기존 방식인, CQI는 정확한 값을 보내지 않으면서 RLOI는 full set을 보냄으로써 오는 성능 열화를 막을 수 있는 장점이 있다.In the real multi-cell environment, the distribution of users in a cell is the most in DU-MIMO, assuming SU-MIMO and full MU-MIMO, assuming 4X2 and 4X4. In addition, an error caused by not fully considering the MUI in the full MU-MIMO (that is, an error caused by transmitting only the DUI without considering the full MUI in the terminal) is more deteriorated when the base station decodes the SU-MIMO or DU-MIMO. The error can be attenuated by the codebook extended by four bits. In addition, CQI, which is conventional in MU-MIMO, has the advantage of preventing performance degradation caused by sending a full set while RLOI does not send the correct value.
SU-MIMO 경우,역시 MUI를 고려해서 감소된 CQI 값을 보상해 줌으로써 가능한 링크 성능에 최대한 근접하도록 하였고 추가로 SU-MIMO시 사용되지 않는 프리코딩 인덱스용 비트를 혹은 Max CQI로 확장시킴으로써 최대한 정확한 CQI 값들을 기지국에 전송하여 처리율을 증가시킬 수 있다.In the case of SU-MIMO, we also consider the MUI to compensate for the reduced CQI value so that it is as close as possible to link performance. Alternatively, by extending to Max CQI, the most accurate CQI values can be transmitted to the base station to increase the throughput.
이후, 상기 단말은 804 단계에서 상기 생성된 피드백 정보를 상기 기지국으로 전송한다.In
이후, 상기 단말은 본 발명의 알고리즘을 종료한다.Thereafter, the terminal terminates the algorithm of the present invention.
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.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 determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
상술한 바와 같이, DU-MIMO를 기반으로 피드백 정보를 기지국으로 전송함으로써. SU-MIMO와 MU-MIMO의 장점을 유지할 수 있고, MU-MIMO시 MSB(혹은 LSB)를 프리코딩 인덱스로 확장하거나 SU-MIMO시 사용되지 않는 프리코딩 인덱스 정보를 CQI 정보로 확장하여 피드백 효율성을 높일 수 있다. 또한, SU-MIMO, full MU-MIMO와 피드백 포맷은 동일하게 유지하며 적응적으로 피드백을 하여 시스템 처리율과 신뢰성(reliability)을 높일 수 있다.As described above, by transmitting feedback information to the base station based on the DU-MIMO. It can maintain the advantages of SU-MIMO and MU-MIMO, and improve feedback efficiency by extending MSB (or LSB) to precoding index in MU-MIMO or precoding index information that is not used in SU-MIMO to CQI information. It can increase. In addition, SU-MIMO, full MU-MIMO and feedback formats remain the same and can be adaptively fed back to increase system throughput and reliability.
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