KR20090053599A - Method and appratus selecting transmit antenna and estimating uplink multiple-input multiple-output channels in time-division multiplexing wireless communication systems - Google Patents
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Abstract
본 발명은 AT(access terminal)가 단일 송신 chain을 사용하는 TDD(time division duplexing) MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 시스템에서 상향 링크의 트래픽 전송 성능을 극대화 하는 상향 링크 송신 안테나를 선택하는 새로운 방법들과 장치들을 제공한다. 또한 트래픽 전송을 위해 선택된 송신 안테나를 통해, 효과적으로 역방향 링크 sounding RS를 전송함으로써 상향 링크 MIMO 채널을 추정하는 새로운 방법들과 장치들을 제공한다. AT에서 단일 송신 chain을 사용하는 TDD MIMO 시스템에서, AT의 하향 링크 채널 추정을 통해 순시적으로 역방향 채널 이득을 최대로 하는 송신 안테나를 선택하고, AT의 단일 송신 chain을 선택된 안테나로 RF 스위칭(switching) 한다. AT는 선택된 송신 안테나를 통하여 상향 링크 트래픽 및 상향 링크 채널 상태를 전송한다. 상향 링크 채널 상태를 전송하는 성능을 극대화 하기 위해, AT에서 선택되어 상향 링크 트래픽이 실제로 전송될 송신 안테나를 통하여, 선택되지 않은 다른 송신 안테나들의 상향 링크 채널 상태를 매 역방향 링크 타임 슬롯 마다 sounding RS(reference signal)를 이용하여 BTS(base transceiver station)에 전달한다. 상기 선택되지 않은 다른 송신안테나들의 채널 상태 BTS에 알려주기 위해 본 발명에서 제안한 실시 예는 다음과 같다. 첫 번째 실시 예에서 전치 왜곡된 sounding RS 전송 방식은 AT의 하향 링크 채널 추정을 통해, 전치 왜곡된 sounding RS를 다중화하여 전송하고, BTS의 각 수신 안테나 별로 상향 링크 채널 정보를 추정한다. 두 번째 실시 예에서 채널 가중된 sounding RS 방식은 가중치가 곱해지지 않은 sounding RS와 채널 가중된 sounding RS를 하나의 역방향 링크 타임 슬롯내에서 다중화하여 동시에 전송하고, BTS에서는 이를 수신 신호 처리하여 상향 링크 채널 정보를 추정한다.The present invention provides a new method of selecting an uplink transmission antenna for maximizing uplink traffic transmission performance in a time division duplexing (TDD) multiple-input multiple-output (MIMO) system using an access terminal (AT) using a single transmission chain. And devices. It also provides new methods and apparatuses for estimating uplink MIMO channel by effectively transmitting reverse link sounding RS through the transmit antenna selected for traffic transmission. In a TDD MIMO system using a single transmission chain in the AT, a transmission antenna that instantaneously maximizes the reverse channel gain is selected through the downlink channel estimation of the AT, and RF switching of the single transmission chain of the AT to the selected antenna is performed. ) do. The AT transmits uplink traffic and uplink channel status through the selected transmit antenna. To maximize the performance of transmitting uplink channel state, the uplink channel state of other non-selected transmit antennas is transmitted in each reverse link time slot through a transmit antenna selected by the AT to actually transmit uplink traffic. The reference signal is transmitted to a base transceiver station (BTS). An embodiment proposed by the present invention to inform the channel state BTS of other transmission antennas not selected is as follows. In the first embodiment, the predistorted sounding RS transmission method multiplexes the predistorted sounding RS through downlink channel estimation of the AT, and estimates uplink channel information for each receiving antenna of the BTS. In the second embodiment, the channel-weighted sounding RS method multiplexes a sounding RS and a channel-weighted sounding RS that are not multiplied in a single reverse link time slot and simultaneously transmits the received signal. Estimate the information.
고속패킷통신, 이동통신시스템, 시분할 다중화 시스템, 다중 입출력 안테나시스템, MIMO, 채널 추정, 송신 안테나 선택, sounding RS High speed packet communication, mobile communication system, time division multiplexing system, multiple input / output antenna system, MIMO, channel estimation, transmission antenna selection, sounding RS
Description
본 발명은 송/수신 다중 안테나를 사용하는 시분할 다중화 무선통신시스템에서 상향 링크 데이터 전송을 위한 송신 안테나를 선택하고, 선택된 송신 안테나를 통해 상향 링크 MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 채널을 추정하기 위한 데이터 송/수신 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention selects a transmit antenna for uplink data transmission in a time division multiplexing wireless communication system using a transmit / receive multiple antenna, and estimates an uplink multiple-input multiple-output (MIMO) channel through the selected transmit antenna. A data transmission / reception apparatus and method are disclosed.
무선통신에서 고속, 고품질의 데이터 서비스를 제공하기 위해 송신단과 수신단에 다중의 안테나를 사용하는 다중 입/출력 안테나 시스템(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)이 제안되고 있다. MIMO 기술 중의 하나인 공간 다중화 (spatial multiplexing, SM) 기술은 하나의 송신기와 하나의 수신기간에 다수의 공 간적인 부 채널(spatial sub-channel)들을 동시에 형성하여 각 공간적인 부 채널 별로 독립적으로 데이터를 전송함으로써 각 링크에서의 데이터 전송 용량을 증가시킬 수 있다. 또한 공간분할다중접속(space division multiple access : SDMA) 기술은 다수의 수신기들에게 동시에 데이터 스트림(stream)들을 보냄으로써 시스템의 전송 용량을 증가 시킬 수 있다. 상기 공간 다중화와 공간분할다중접속은 송신기와 수신기에서 공간 신호 처리(spatial processing)이 요구되며, 이를 위해서는 송신기와 수신기 사이의 MIMO 채널 상태 정보 (channel state information : CSI)를 송신기와 수신기가 가지고 있어야 한다.In order to provide high-speed and high-quality data service in wireless communication, a multiple-input / output antenna system (MIMO) using multiple antennas at a transmitting end and a receiving end has been proposed. Spatial multiplexing (SM), one of the MIMO technologies, forms multiple spatial sub-channels simultaneously between a transmitter and a receiver to independently generate data for each spatial subchannel. By transmitting, it is possible to increase the data transmission capacity on each link. In addition, space division multiple access (SDMA) technology can increase the transmission capacity of a system by sending data streams to multiple receivers simultaneously. The spatial multiplexing and spatial division multiple access require spatial processing at the transmitter and the receiver, and for this purpose, the transmitter and the receiver must have MIMO channel state information (CSI) between the transmitter and the receiver. .
시분할 다중화 시스템(time division multiplexing : TDD) 시스템은 BTS (base transceiver station)의 송신기에서 AT(access terminal)의 수신기로의 하향 링크와 AT의 송신기에서 BTS의 수신기로의 상향 링크가 동일한 주파수 대역을 공유하기 때문에, 상향 링크와 하향 링크 채널간 상호관계(reciprocity)를 이용하여, 상향 링크 채널 추정으로부터 하향 링크 채널을 추정할 수 있다. 따라서, 상기 송신기와 수신기 각각에서 송신 RF chain들과 수신 RF chain들간의 차이를 보상해주는 계산(calibration)이 수행되면, 상기 하향 링크와 상향 링크의 채널 응답이 서로 상호연관 관계가 있다고 가정할 수 있다. 즉, 상기 BTS에서 nT개의 송/수신 안테나와 상기 AT에서 nT개의 송/수신 안테나를 사용하는 TDD MIMO 시스템에서 계산된 상향 링크 채널 응답을 nT x nR행렬인 HU로 나타낼 경우, 계산된 하향 링크 채널 응답을 나타내는 행렬 HD는 하기의 <수학식1>과 같이 표현된다.In time division multiplexing (TDD) systems, the downlink from the transmitter of a base transceiver station to the receiver of an access terminal (AT) and the uplink from the transmitter of an AT to the receiver of a BTS share the same frequency band. Therefore, the downlink channel can be estimated from the uplink channel estimation using the reciprocity between the uplink and the downlink channel. Therefore, when a calibration is performed to compensate for the difference between the transmitting RF chains and the receiving RF chains at each of the transmitter and the receiver, it may be assumed that the channel responses of the downlink and the uplink are correlated with each other. . That is, when represent the uplink channel response calculated in the TDD MIMO system using n T of transmit / receive antennas in n T of transmit / receive antennas and the AT from the BTS to the H U n T xn R matrix, the calculation The matrix H D representing the downlink channel response is expressed as
상기 <수학식 1>에서 AT는 A의 전치행렬을 나타내고 hu,m는 AT의 m번째 송신 안테나로부터 상기 BTS의 nT개 수신 안테나로 수신된 채널 벡터이다. 하향 링크에서 공간 다중화와 공간분할다중접속과 같은 MIMO 기술을 운용하기 위해서는, BTS의 송신기가 nT x nR크기의 하향 링크 채널 행렬 HD를 알아야 한다. 따라서, 상향 링크와 하향 링크 채널들이 서로 상호 연관 관계가 있는 TDD 시스템에서는, AT의 송신기로부터 전송되는 sounding RS(reference signal)을 이용하여 BTS에서 상향 링크 채널 행렬 HU를 추정하고, 이를 전치행렬을 구하여 하향 링크 채널 행렬 HD를 추정할 수 있다.In
AT는 휴대용 통신 기기로서 배터리의 성능을 최대화 해야 한다. 따라서, AT는 많은 전력을 소모하는 RF 송신 chain을 다수 개를 사용할 수 없다. 결국, AT는 수신 시에는 nR개의 송/수신 안테나로부터 수신된 신호들을 nR개의 수신 RF chain을 통해 처리하고, 송신 시에는 단일 송신 RF chain을 통해 처리된 신호를 상기 nR개의 송/수신 안테나 중에 하나의 안테나를 선택하여 전송한다. AT가 상기 단일 송신 chain을 사용할 경우, AT의 단일 송신 chain을 통해 처리된 sounding RS가 nR개 송신 안테나들 중 상기 하나의 안테나만을 통해 전송된다. 상기의 경우 AT와 BTS 사 이의 채널 행렬인 nT x nR 크기의 상향 링크 채널 행렬 HU를 추정하지 못하며, 상기 AT의 선택된 단일 송신 안테나와 BTS의 수신안테나의 nT x 1 크기의 채널 벡터만을 추정할 수 있다. 즉, 상향 링크 채널 행렬 HU를 구성하는 nR개의 컬럼 벡터(column vector)들 중 하나의 컬럼 벡터만을 추정할 수 있다. 따라서, AT에서 단일 송신 chain만을 사용한다는 제한 조건하에서, 역방향 링크 MIMO 채널 추정을 위한 효과적인 sounding RS 전송 기술이 요구된다.AT is a portable communication device that must maximize the performance of the battery. Therefore, AT cannot use many RF transmission chains that consume a lot of power. After all, AT is received when there n R of transmission / received signals from the receive antenna processing through n R of receive RF chain and sent during a single-transmitted RF chain for one song the n R a processed signal over / receiving One of the antennas is selected and transmitted. When the AT uses the single transmission chain, the sounding RS processed through the single transmission chain of the AT is transmitted through only one of the n R transmit antennas. In this case, an uplink channel matrix H U having a size of n T xn R , which is a channel matrix between AT and BTS, cannot be estimated, and only a channel vector having a size of n T x 1 of a receiving antenna of BTS and a single transmit antenna of the AT is selected. It can be estimated. That is, only one column vector of the n R column vectors constituting the uplink channel matrix H U can be estimated. Therefore, under the constraint that AT uses only a single transmission chain, an effective sounding RS transmission technique for reverse link MIMO channel estimation is required.
또한 AT에서 단일 송신 chain을 사용하기 때문에, AT가 상향 링크에서 데이터를 전송할 경우, AT의 단일 송신 chain을 통해 처리된 데이터는 nR개 송신 안테나들 중에 선택된 d*번째 안테나를 통해 전송된다. 여기서, d*은 1 부터 nR까지 범위에서 일정한 규칙에 의해 선택될 수 있다. 상향 링크 MIMO 채널에서 AT의 각 송신 안테나에서 BTS 수신 안테나들로의 전파환경이 매우 상이하기 때문에, 각 송신 안테나에서 BTS 수신 안테나들로의 채널 이득이 매우 상이하다. 따라서, nR개 송신 안테나들 중에서 순시적으로 가장 높은 상향 링크 채널 이득을 제공하는 송신 안테나를 선택하여 전송하는 기술이 요구된다.In addition, since the AT uses a single transmission chain, when the AT transmits data in the uplink, data processed through the single transmission chain of the AT is transmitted through the d * th antennas selected among the n R transmit antennas. Here, d * may be selected by a certain rule in the range from 1 to n R. Since the propagation environment from each transmit antenna of the AT to the BTS receive antennas in the uplink MIMO channel is very different, the channel gain from each transmit antenna to the BTS receive antennas is very different. Therefore, a technique for selecting and transmitting a transmission antenna that provides the highest uplink channel gain instantaneously among the n R transmission antennas is required.
결론적으로, AT에서 단일 송신 chain을 사용하는 TDD MIMO 시스템에서, 상향 링크 데이터 전송을 위한 AT 송신 안테나 선택 기술과 효과적으로 결합된 상향 링크 채널 추정을 위한 sounding RS 전송 기술이 요구된다.In conclusion, in a TDD MIMO system using a single transmission chain in AT, a sounding RS transmission technique for uplink channel estimation that is effectively combined with an AT transmission antenna selection technique for uplink data transmission is required.
따라서 본 발명은 AT에서 단일 송신 chain을 사용하는 TDD MIMO 시스템에서, 역방향 링크에서 전송되는 트래픽과 sounding RS 데이터의 전송률 및 에러를 개선시키는 새로운 데이터 송/수신 장치 및 방법들을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a novel data transmission / reception apparatus and method for improving the transmission rate and error of traffic and sounding RS data transmitted on the reverse link in a TDD MIMO system using a single transmission chain in the AT.
또한 본 발명은 AT에서 단일 송신 chain을 사용하는 TDD MIMO 시스템에서, AT에서 하향 링크 채널 추정을 통해 순시적으로 역방향 채널 이득을 최대로 하는 송신 안테나를 선택하고, AT의 단일 송신 chain을 선택된 안테나로 RF 스위칭(switching) 한다. 그리고 AT는 선택된 송신 안테나를 통하여 상향 링크 트래픽 및 상향 링크 채널 상태를 전송하는 장치 및 방법을 제공한다.In addition, in the TDD MIMO system using a single transmission chain in the AT, the present invention selects a transmission antenna that maximizes the reverse channel gain instantaneously through downlink channel estimation in the AT, and converts the single transmission chain of the AT into the selected antenna. RF switching. The AT provides an apparatus and method for transmitting uplink traffic and uplink channel state through a selected transmit antenna.
또한 본 발명은 트래픽 전송을 위해 선택된 송신 안테나를 통해, 효과적으로 역방향 링크 sounding RS를 전송함으로써 상향 링크 MIMO 채널을 추정하는 새로운 방법들과 장치들을 제공한다.The present invention also provides new methods and apparatuses for estimating an uplink MIMO channel by effectively transmitting a reverse link sounding RS over a transmit antenna selected for traffic transmission.
또한 본 발명은 상향 링크 채널 상태를 전송하는 성능을 극대화 하기 위해, AT에서 선택되어 상향 링크 트래픽이 실제로 전송될 송신 안테나를 통하여, 선택되지 않은 다른 송신 안테나들의 상향 링크 채널 상태를 매 역방향 링크 타임 슬롯 마다 sounding RS를 이용하여 BTS에 전달하는 방법과 장치를 제공한다. In addition, the present invention is to maximize the performance of transmitting the uplink channel state, through the transmit antenna selected in the AT, the uplink traffic is actually transmitted, through the uplink channel state of the other transmit antennas that are not selected every reverse link time slot It provides a method and apparatus for transmitting to the BTS by using the sounding RS for each.
또한 본 발명은 전치 왜곡된 sounding RS 전송 방식은 AT의 하향 링크 채널 추정을 통해, 전치 왜곡된 sounding RS를 다중화하여 전송하고, BTS의 각 수신 안테나 별로 상향 링크 채널 정보를 추정한다. 이와 같이 채널 가중된 sounding RS 방식은 가중치가 곱해지지 않은 sounding RS와 채널 가중된 sounding RS를 하나의 역방향 링크 타임 슬롯에 동시에 전송하고, BTS에서는 이를 수신 신호 처리하여 상향 링크 채널 정보를 추정하는 장치 및 방법을 제공한다.In the present invention, the predistorted sounding RS transmission method multiplexes the predistorted sounding RS through downlink channel estimation of the AT, and estimates uplink channel information for each receiving antenna of the BTS. As described above, the channel-weighted sounding RS system simultaneously transmits a sounding RS that is not multiplied by a weight and a channel-weighted sounding RS in one reverse link time slot, and the BTS processes the received signal to estimate uplink channel information. Provide a method.
본 발명에서는 제안하는, AT의 단일 송신 chain을 nR개의 송신 안테나들 중에 최대 채널 이득을 가지는 하나의 안테나로 RF 스위칭 하는 방식은, 하나의 송신 chain만을 사용하는 AT의 구조에서 역방향 링크 성능을 가장 할 수 있다.In the present invention, a method of RF switching a single transmission chain of AT to one antenna having the maximum channel gain among n R transmission antennas provides the best reverse link performance in the structure of an AT using only one transmission chain. can do.
본 발명에서 제안하는 상향 링크 데이터 전송을 위한 송신 안테나 선택 방식은, AT가 하향 링크 채널 추정을 통해 상향 링크 송신 안테나를 독자적으로 결정하기 때문에 BTS와의 추가적인 signaling이 필요 없으며, 다이버시티 이득과 평균 SNR 이득을 제공함으로써, 제안하는 방식에 의해 선택된 안테나를 통해 전송되는 데이터와 sounding RS의 전송률과 에러율을 상당히 향상 시킬 수 있다.In the transmission antenna selection method for uplink data transmission proposed in the present invention, since the AT independently determines the uplink transmission antenna through downlink channel estimation, no additional signaling with the BTS is needed, and a diversity gain and an average SNR gain are obtained. By providing, it is possible to considerably improve the transmission rate and error rate of the data transmitted through the antenna selected by the proposed method and the sounding RS.
본 발명에서 제안하는 역방향 링크 MIMO 채널 추정을 위한 sounding RS 전송 방식은, 역방향 링크에서 최대 이득을 제공하는 송신 안테나를 통하여 AT의 선택되지 않은 다른 송신 안테나들의 상향 링크 채널 상태를 BTS에 전송함으로써, 송신 안테나 선택에 의한 다이버시티 이득과 평균 SNR 이득을 통하여 sounding RS에 포함된 상향 링크 채널 상태 정보에 대한 추정 성능을 상당히 향상 시킨다. 또한, 본 발명에서 제안하는 "전치 왜곡된 sounding RS 전송 방식"과 "채널 가중된 sounding RS 전송 방식"은 기지국의 수신 안테나 수에 따라 적합한 방식을 선택하여 적용할 수 있다.The sounding RS transmission scheme for reverse link MIMO channel estimation proposed by the present invention transmits the uplink channel state of other unselected transmit antennas of the AT to the BTS through the transmit antenna providing the maximum gain in the reverse link. Diversity gain by average antenna selection and average SNR gain significantly improve the estimation performance of uplink channel state information included in the sounding RS. In addition, the "predistorted sounding RS transmission scheme" and "channel weighted sounding RS transmission scheme" proposed by the present invention may be applied by selecting a suitable scheme according to the number of reception antennas of the base station.
본 발명을 사용하면 AT에서 단일 송신 chain을 사용하는 TDD MIMO 시스템에서, 상향 링크 트래픽 데이터 전송을 위한 AT 송신 안테나 선택 기술과 효과적으로 결합된 상향 링크 채널 추정을 위한 sounding RS 를 전송할 수 있다According to the present invention, in a TDD MIMO system using a single transmission chain in the AT, it is possible to transmit a sounding RS for uplink channel estimation effectively combined with the AT transmission antenna selection technique for uplink traffic data transmission.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted so as not to distract from the gist of the present invention.
본 발명은 TDD MIMO 시스템에서 상향 링크 데이터 전송을 위한 송신 안테나 선택 기술과 효과적으로 결합된 상향 링크 채널 추정을 위한 sounding RS 전송 방법을 제안한다The present invention proposes a sounding RS transmission method for uplink channel estimation that is effectively combined with a transmission antenna selection technique for uplink data transmission in a TDD MIMO system.
본 발명이 제안하는 TDD MIMO시스템의 구조를 도 1을 참조하여 설명하기로 한다. The structure of the TDD MIMO system proposed by the present invention will be described with reference to FIG.
< 제안하는 TDD MIMO 시스템의 구조 ><Structure of Proposed TDD MIMO System>
도 1은 본 발명에서 제안한 AT(100)가 단일 송신 chain을 사용하는 TDD MIMO 시스템을 도시한 것이다. 매 상향 링크 슬롯마다 단일 송신chain(124)을 nR개의 송신 안테나(102~106)들 중에 선택된 하나의 안테나로 스위칭 (switching)하여 송신하는 구조를 제안하고 있다. 본 발명에서는 데이터를 형성하는 상향링크 트래픽 발생기(122)와 이를 RF 대역으로 상승 변환(up conversion)하여 전송하는 RF부를 송신 Chain(124)이라고 칭한다. 상기 송신 chain은 송신안테나를 제외한 RF부을 총칭한다. 상기 상향링크 트래픽 발생기(122)로부터 발생된 트래픽은 송신 Chain(124)을 통하여 상승 변환되며, 상기 상승 변환된 트래픽은 RF스위치(128)을 통해 nR개의 송신 안테나(102~106)들 중에 선택된 단일 안테나를 통하여 송신된다. 상기 상향 링크 트래픽 전송을 위한 송신 안테나의 구체적인 선택 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.1 illustrates a TDD MIMO system in which the AT 100 proposed by the present invention uses a single transmission chain. A structure for transmitting a
(1) 상향 링크 트래픽 전송을 위한 AT의 상향 링크 송신 안테나 선택(1) AT Uplink Transmit Antenna Selection for Uplink Traffic Transmission
본 발명에서는 TDD MIMO 시스템의 상향 링크에서 AT가 단일 송신 chain을 사용하는 경우, AT의 하향 링크 채널 추정을 통해 상기 상향 링크 채널 이득을 최대로 하는 AT의 상향 링크 송신 안테나 선택 방법을 제안한다.In the present invention, when the AT uses a single transmission chain in the uplink of the TDD MIMO system, the method for selecting an uplink transmission antenna of the AT maximizes the uplink channel gain through the downlink channel estimation of the AT.
tD 번째 하향 링크 시간 슬롯 동안에 도 1의 nR개의 수신 안테나(102~106)들로부터 수신된 신호는 각각 nR개의 수신 chain(108~112)에 의해 기저대역 신호로 처 리된다. BTS에서 nT개의 송신 chain에서 전송된 하향 링크 sounding RS를 이용하여, AT의 하향 링크 채널 추정기(114)에서는 하기 <수학식 2>와 같이 nT x nR 크기의 하향 링크 채널 행렬 를 추정한다.The signals received from the n R receive antennas 102-106 in FIG. 1 during the t D- th downlink time slot are treated as baseband signals by n R receive chains 108-112, respectively. By using downlink sounding RSs transmitted in n T transmission chains in a BTS, the downlink channel estimator 114 of the AT has a downlink channel matrix of size n T xn R as shown in
여기서, 은 상기 BTS의 nT개의 송신 안테나로부터 AT의 m번째 수신 안테나로의 채널 벡터를 나타낸다. here, Denotes a channel vector from the n T transmit antennas of the BTS to the m th receive antenna of the AT.
하향 링크 채널 추정기(114)에서 추정된 상기 하향 링크 채널 행렬 를 이용하여, 송신 안테나 선택기(116)에서는 tU번째 상향 링크 시간 슬롯에서의 트래픽 전송을 위해, 총 nR개의 송신 안테나들 중에서 최대 이득을 제공하는 번째 송신 안테나를 다음 <수학식 3>에 따라 선택하여 RF 스위치(128)에게 전달한다.The downlink channel matrix estimated by downlink channel estimator 114 Is used, the
상기 <수학식 3>은 하향 링크 채널 행렬 를 구성하는 nR개의 행벡터(row vector) 중에서 최대 채널 이득을 갖는 안테나를 선택하 는 동작을 나타낸 것이다. 상기 <수학식 1>과 같이 TDD 시스템의 상향 링크와 하향 링크 채널간의 상호 연관성에 의해, 하향 링크 타임 슬롯과 상향 링크 타임 슬롯간의 시간 차이, 즉 tU - tD가 채널의 상관 시간(coherence time) 이내 라면, 가 성립하기 때문에, 상기 추정된 하향 링크 채널 행렬을 이용하여 선택된 AT에서의 d(tU) 번째 송신 안테나는 nR개의 송신 안테나들 중에서 상향 링크 채널 이득을 최대화 한다. 본 발명에서 제시한 상기 방법과 같이 순시적으로 채널 이득을 최대로 하는 송신 안테나를 선택하는 방식은 고정된 하나의 송신 안테나를 사용하는 경우보다 공간 다이버시티 효과가 nR배 증가하여 다이버시티 이득이 증가하고, 평균 신호 대 잡음비 (signal to noise ratio, SNR)가 약 0.75nR배 정도 개선되는 효과가 있다. 즉 본 발명의 송신 안테나 선택 방법은 다이버시티 이득과 평균 SNR 이득을 제공함으로써 역방향 링크 트래픽 데이터 전송률과 에러율을 상당히 향상 시킬 수 있다.Equation 3 is a downlink channel matrix N R row vectors that constitute It shows the operation of selecting the antenna having the maximum channel gain among them. As shown in
송신 안테나 선택기(116)로부터 선택된 안테나 인덱스 정보를 입력 받아, 상향 링크 RF 스위치(128)은 송신 chain(124)을 nR개의 송신 안테나(102~106) 중에서 선택된 송신 안테나로 switching 하고, 상향 링크 트래픽 발생기(122)와 sounding RS를 이용한 상향 링크 채널 정보 발생기(120)에서 발생된 데이터들이 전송된다.Upon receiving the selected antenna index information from the transmit
(2) 상향 링크 MIMO 채널 추정을 위한 AT의 sounding RS 전송 방법(2) AT sounding RS transmission method for uplink MIMO channel estimation
상기에 기술된 "역방향 링크 트래픽 전송을 위한 AT의 상향 링크 송신 안테 나 선택" 방법에 의해 선택된 d(tU) 번째 송신 안테나는, tU 번째 상향 링크 시간 슬롯 동안, AT의 nR개의 송신 안테나들 중에서 BTS로의 최대 채널 이득을 제공한다. 본 발명에서는 상향 링크 sounding RS를 상기 선택된 d(tU) 번째 송신 안테나를 통해 전송함으로써, 송신 안테나 선택에 의한 공간 다이버시티 이득과 평균 SNR 이득에 의해 상향 링크 sounding RS의 추정 성능을 상당히 향상 시킬 수 있다. 즉 상향 링크 데이터 전송을 위해 선택된 d(tU) 번째 송신 안테나를 통해 상향 링크 sounding RS를 전송한다.The d (t U ) th transmit antennas selected by the above-described "AT uplink transmit antenna selection for reverse link traffic transmission" method are used for the n R transmit antennas of the AT during the t U th uplink time slot. Provide the maximum channel gain to the BTS. In the present invention, by transmitting the uplink sounding RS through the selected d (t U ) th transmit antenna, it is possible to considerably improve the estimation performance of the uplink sounding RS by the spatial diversity gain and the average SNR gain by the transmission antenna selection. have. That is, uplink sounding RS is transmitted through the d (t U ) th transmit antenna selected for uplink data transmission.
그러나 상기의 경우 선택된 단일 안테나만의 채널정보가 BTS에게 전달되게 되고, BTS는 나머지 채널들의 sounding RS 값을 알지 못하게 된다. 상기 문제점을 보완하기 위하여 본 상향링크 전송을 위해 선택된 단일 안테나를 통해 모든 하향링크 채널들의 sounding RS을 전송하는 방법이 필요하다.However, in this case, the channel information of the selected single antenna is transmitted to the BTS, and the BTS does not know the sounding RS values of the remaining channels. In order to solve the above problem, there is a need for a method of transmitting sounding RS of all downlink channels through a single antenna selected for the present uplink transmission.
즉, 상기의 경우 BTS는 매 상향 링크 시간 슬롯 마다 AT의 선택된 d(tU) 번째 송신 안테나로부터 전송되는 sounding RS를 추정함으로써, d(tU) 번째 송신 안테나로부터 BTS로의 nTx1 크기의 채널 벡터만을 추정할 수 있다. BTS에서 상향 링크 채널 행렬 HU를 추정하기 위해서는 AT의 nR개의 각 송신 안테나에서 BTS까지의 채널 상태를 나타내는 HU의 nR개 행 벡터들에 대한 추정이 필요하기 때문에, 이를 위해서는 AT에서 선택된 d(tU) 번째 송신 안테나를 이용하여, 선택되지 않은 AT의 다른 송 신 안테나들로부터 BTS로의 상향 링크 채널 상태를 순차적으로 BTS에 전달해야 한다.That is, in this case, the BTS estimates a sounding RS transmitted from the selected d (t U ) th transmit antenna of the AT every uplink time slot, thereby providing an n T x1 sized channel from the d (t U ) th transmit antenna to the BTS. Only vectors can be estimated. In order to estimate the uplink channel matrix H U in the BTS, an estimate of the n R row vectors of H U representing the channel state from each of the n R transmit antennas of the AT to the BTS is required. Using the d (t U ) th transmit antenna, the uplink channel state from the other transmit antennas of the unselected AT to the BTS must be sequentially transmitted to the BTS.
본 발명에서는 AT에서 선택되어 상향 링크 트래픽이 전송될 송신 안테나를 통하여, 선택되지 않은 다른 송신 안테나들로부터 BTS로의 상향 링크 채널 상태를 BTS에 전달하기 위한 sounding RS 전송 기법을 제안한다. 즉, 상향 링크에서 트래픽을 송신할 실제 안테나 인덱스를 d라고 가정하고, 상향 링크 채널 상태를 전달하려는 송신 안테나의 인덱스를 c라고 가정하면, AT의 상기 d번째 송신 안테나를 이용하여 c번째 송신 안테나로부터 BTS까지의 상향 링크 채널 상태를 전달하는 sounding RS 전송 기법을 제안한다. 상기 선택된 송신 안테나 d와 상기 상향 링크 채널 상태를 전달하려는 안테나 c는 서로 다르므로 d≠c가 된다. 본 발명에서는 전송되는 sounding RS의 종류 및 형태에 따라 다음 두 가지 실시 예를 제안한다.The present invention proposes a sounding RS transmission scheme for transmitting, to the BTS, an uplink channel state from other non-selected transmit antennas to the BTS through a transmit antenna selected by the AT to transmit uplink traffic. That is, assuming that the actual antenna index to transmit traffic in the uplink is d, and the index of the transmit antenna to transmit the uplink channel state is c, from the c-th transmit antenna using the d-th transmit antenna of AT We propose a sounding RS transmission scheme for transmitting uplink channel status to BTS. Since the selected transmit antenna d and the antenna c to transmit the uplink channel state are different from each other, d ≠ c. The present invention proposes the following two embodiments according to the type and type of sounding RS transmitted.
< 제 1 실시 예 ><First embodiment>
(가) 전치 왜곡된 sounding RS 전송 방식(A) Predistorted sounding RS transmission method
tD번째 하향 링크 시간 슬롯 동안, 도 1의 AT의 하향 링크 채널 추정기(114)에서는 BTS의 각 송신 안테나에서 전송된 하향 링크 sounding RS를 이용하여, 상기 <수학식 2>와 같이 nT x nR 크기의 하향 링크 채널 행렬 HD(tD)를 추정한다. TDD 시스템의 상향 링크와 하향 링크 채널간의 상호연관성에 의해, 가 성립하기 때문에, AT는 c번째 송신 안테나로부터 BTS까지의 상향 채널 벡터 hU ,c(rU) 와 d번째 송신 안테나로부터 BTS까지의 상향 채널 벡터 hU,d(tU)를 알 수 있으며, 이 벡터들은 다음 <수학식 4>와 같이 표현된다.During the t D- th downlink time slot, the downlink channel estimator 114 of the AT of FIG. 1 uses the downlink sounding RS transmitted from each transmit antenna of the BTS, where n T xn R as shown in
여기서, 설명의 편의를 위해 타임 슬롯 인덱스 tD를 생략한다. hU,c,k와 hU,d,k(k = 1, L, nT)는 각각 hU,c와 hU,d 벡터의 k번째 원소를 의미한다. 따라서, c번째 송신 안테나로부터 BTS까지의 상향 링크 채널 벡터 hU,c를 BTS로 전달하기 위해서는 총 nT개의 복소 심볼을 d번째 송신 안테나를 통해 전송해야 한다.Here, the time slot index t D is omitted for convenience of description. h U, c, k and h U, d, k (k = 1, L, n T ) denote the kth element of the h U, c and h U, d vectors , respectively. Therefore, in order to transmit the uplink channel vectors h U, c from the c th transmit antenna to the BTS to the BTS, a total of n T complex symbols must be transmitted through the d th transmit antenna.
하향링크 채널 추정기(114)로부터 추정된 채널 정보를 이용하여 송신 안테나 선택기(116)는 가장 좋은 하향링크 채널 상태를 가지는 특정 안테나 인덱스를 선택하여 RF 스위치(128)로 전달한다. 또한 상기 하향 링크 채널 추정기(114)로부터 추정된 채널 정보를 이용하여, AT의 전치 왜곡기(118)에서는 d번째 송신 안테나에서 전송되는 sounding RS에 곱해줄 복소 가중치 ak를 다음 <수학식 5>와 같이 계산한다.Using the channel information estimated from the downlink channel estimator 114, the transmit
즉, 복소 가중치 ak는 hU,c의 k번째 원소를 hU,d의 k번째 원소로 나누어서 구한다. 구해진 nT개의 복소 가중치 는 sounding RS에 곱해져, 상향 링크 타임 슬롯 내의 nT개의 시간 구간에 나누어져서 TDM( Time Division Multiplexing ) 방식으로 전송되거나, 직교하는 nT개의 코드가 곱해져서 CDM(Code Division Multiplexing ) 방식으로, 또는 서로 다른 nT개의 주파수 대역에 나뉘어져서 FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식으로 전송될 수 있다. 후술될 본 발명의 실시 예는 nT개의 복소 심볼 ak가 TDM 방식으로 전송되는 경우를 설명할 것이다. 그러나 제안된 기술은 CDM과 FDM 방식으로 전송되는 시스템에도 적용 가능하다. 상기 수식에 의해 전치 왜곡기(118)에서 구한 복소 가중치 ak값은 Sounding RS를 이용한 상향 링크 채널 정보 발생기(120)로 입력된다. Sounding RS를 이용한 상향 링크 채널 정보 발생기(120)는 상기 입력 받은 복소 가중치 값을 사용하여 상기 d번째 송신 안테나에서 전송되는 sounding RS에 곱하여 상향 링크 채널 정보를 발생하고, 이 값을 송신 chain(124)로 전달한다. 송신 chain(124)는 상향링크 트래픽 발생기(122)와 상기 상향링크 채널 정보 값을 조합하여 상승 변환한다. RF스위치(128)는 nR개의 송신 안테나(102~106)들 중에 송신안테나 선택기(116)에 의해 선택된 단일 송신 안테나로 스위칭 하고, 상기 송신 chain(124)에서 출력된 신호를 송신한다. 상향 링크 타임 슬롯 내의 k 번째 시간 구간 TP,k에서 전송되는 복소 심 볼은 sounding RS에 복소 가중치 ak가 곱해진 심볼로, AT의 d번째 송신 안테나를 통해 전송되어 다음 <수학식 6>과 같이 신호 벡터 Yk가 BTS에 수신된다.That is, the complex weight a k is obtained by dividing the k th element of h U, c by the k th element of h U, d . Obtained n T Complex Weights Is multiplied by the sounding RS to provide n T time intervals in the uplink time slot. N is divided into and transmitted in a time division multiplexing (TDM) method, or is multiplied by orthogonal n T codes, and then divided into different coder bands by CDM (Code Division Multiplexing) method, or divided into different n T frequency bands. Can be sent to. An embodiment of the present invention to be described below will describe a case in which n T complex symbols a k are transmitted in a TDM scheme. However, the proposed technique is also applicable to the CDM and FDM transmission systems. The complex weight a k value obtained by the
복소 가중치 aK는 상향 링크 채널을 통과하면서 hU,d 벡터의 각 원소들과 곱해진다. 특히, BTS의 k 번째 안테나에 수신되는 신호, 즉 수신 신호 벡터 YK의 k 번째 원소는 C 번째 송신 안테나로부터 BTS까지의 상향 링크 채널 벡터 hU,c의 k 번째 원소인 hU,c,k가 수신된다. 따라서, BTS는 역방향 링크 타임 슬롯의 TP,1 시간 구간에서 첫번째 수신 안테나에 수신되는 심볼을 복구하여 hU,c,1을 추정할 수 있으며, TP,k 시간 구간에서 k 번째 수신 안테나에서 수신된 심볼을 복구함으로써 hU,c,k를 추정할 수 있다. 따라서, 역방향 링크 타임 슬롯의 nT개의 시간 구간 동안, 해당 수신 안테나에서 수신된 심볼을 복구함으로써 hU ,c를 추정할 수 있다. 도 2는 상기 제 1 실시 예에 의해 AT(202)에서 전송되는 UL(uplink) 타임 슬롯(time slot)과 BTS(200)에서 수신되는 신호를 도시한 것이다. 각 안테나(1,2, …, nT)의 sounding RS값에 상기 <수학식 5>에 의해 구해진 복소 가중치 가 곱해진 형태의 전치 왜곡된 sounding RS(204)가 역방향 링크 타임 슬롯에서 Tp ,1 Tp,2, …, Tp,nT의 nT시간 구간으로 나누어져서 TDM 방식으로 전송된다. 상기 BTS(200)의 각 안테나(1,2, …nT)에서는 상기 <수학식 6>과 같이 신호성분이 수신되고, 이를 통해 hU,c의 원소들을 추정할 수 있다.The complex weight a K is multiplied by each element of the h U, d vector while passing through the uplink channel. In particular, the signal received at the k-th antenna of the BTS, that is, the k-th element of the received signal vector Y K is the k-th element of the uplink channel vector h U, c from the C-th transmit antenna to the BTS, h U, c, k Is received. Therefore, the BTS can estimate h U, c, 1 by recovering the symbol received at the first receiving antenna in the T P, 1 time interval of the reverse link time slot , and at the k th receiving antenna in the T P, k time interval. By recovering the received symbols, h U, c, k can be estimated. Thus, n T time intervals in the reverse link time slot In the meantime, h U , c can be estimated by recovering the symbols received at the corresponding receive antenna. 2 illustrates an uplink (UL) time slot (UL) transmitted by the
< 제 2 실시 예 >Second Embodiment
(나) 채널 가중된 sounding RS 전송 방식(B) Channel weighted sounding RS transmission method
본 발명의 제 2 실시 예인 채널 가중된 sounding RS 전송 방법은 AT가 한 역방향 링크 타임 슬롯 내에서 가중치가 곱해지지 않은 sounding RS와 hU,c의 nT개 복소 원소 가 곱해진 sounding RS를 d번째 송신 안테나를 통해 TDM, CDM, 또는 FDM 방식으로 전송한다.In the channel-weighted sounding RS transmission method according to the second embodiment of the present invention, n T complex elements of the sounding RS and h U, c that are not multiplied by the weight in the reverse link time slot of the AT are used. Transmits the sounding RS multiplied by TDM, CDM, or FDM scheme through the d-th transmit antenna.
후술될 본 발명의 실시 예는 가중치가 곱해지지 않은 sounding RS와 hU,c의 nT개 복소 원소 가 곱해진 sounding RS가 TDM 방식으로 전송되는 경우를 설명할 것이다. 따라서, 상향 링크 타임 슬롯은 가중치가 곱해지지 않은 sounding RS가 전송되는 시간 구간 TNW과 채널 가중치가 곱해진 sounding RS가 전송되는 시간 구간 TW로 나뉘어 진다. 또한 TW는 nT개의 시간 구간 으로 나뉘어져 hU ,c의 nT개 복소 원소 가 곱해진 sounding RS가 전송된다.An embodiment of the present invention to be described below is n T complex elements of the sounding RS and h U, c not multiplied by the weight The case where the multiplied sounding RS is transmitted in the TDM method will be described. Accordingly, the uplink time slot is divided into a time interval T NW in which the sounding RS is not multiplied by the weight and a time interval T W in which the sounding RS is multiplied by the channel weight. Also, T W is n T time intervals N T complex elements of h U , c divided by Is multiplied by a sounding RS.
AT는 가중치가 곱해지지 않은 sounding RS를 전송하고, BTS는 역방향 링크타임 슬롯의 TNW 동안에 가중치가 곱해지지 않은 sounding RS를 이용하여 d번째 송신 안테나로부터 BTS까지의 상향 채널 벡터 hU,d를 추정한다. 상향 링크 타임 슬롯 내 TW의 k번째 시간 구간 TW,k에서는 sounding RS에 복소 가중치 hU,c,k가 곱해진 심볼이 전송되고, AT의 d번째 송신 안테나를 통해 전송되어 다음 <수학식 7>과 같이 신호 벡터 YK가 BTS에 수신된다.The AT transmits an unweighted sounding RS, and the BTS estimates an uplink channel vector h U, d from the d th transmit antenna to the BTS using the unweighted sounding RS during T NW of the reverse link time slot. do. In the k-th time interval T W, k of T W in the uplink time slot , a symbol multiplied by a complex weight h U, c, k is transmitted to the sounding RS, and is transmitted through the d-th transmit antenna of AT. 7> the signal vector Y K is received at the BTS.
BTS 수신기는 가중치가 곱해지지 않은 sounding RS에 의해 추정된 상향 채널 벡터 hU,d를 이용하여, 수신 신호 벡터 yk를 MRC(maximal ratio combining) 또는 MMSE(minimum-mean square error)와 같은 수신 신호 처리를 한다. 본 발명의 실시 예는 MRC 수신 신호 처리의 경우를 가정하고, 수신 신호 벡터 Yk를 MRC 수신 신호처리 하면 다음 <수학식 8>과 같이 sounding RS에 가중된 hU,c의 k 번째 원소 hU,c,k를 추정할 수 있다.The BTS receiver uses the uplink channel vectors h U, d estimated by the non-weighted sounding RS to convert the received signal vector y k into a received signal such as MRC (maximum ratio combining) or minimum-mean square error (MMSE). Do the processing. In the embodiment of the present invention, assuming the case of MRC reception signal processing, if the received signal vector Y k is MRC reception signal processing , the k th element h U of h U, c weighted to the sounding RS as shown in Equation (8) We can estimate , c, k .
따라서, BTS는 역방향 링크 타임 슬롯의TW,1에서 수신되는 심볼을 복구하여 hU,c,1을 추정할 수 있으며, TW,k에서 수신된 심볼을 복구함으로써 hU,c,k를 추정할 수 있다. 따라서, TW 동안 수신된 심볼을 복구함으로써 hU,c를 추정할 수 있다.Accordingly, the BTS can estimate h U, c, 1 by recovering a symbol received at T W, 1 of a reverse link time slot, and recover h U, c, k by recovering a symbol received at T W , k . It can be estimated. Therefore, it is possible to estimate h U, c by recovering the symbols received during T W.
도 3는 상기 실시 예2에 의해 전송되는 AT(300)에서 전송되는 UL(uplink) time slot과 BTS(306)에서 수신되는 신호를 도시한 것이다. 한 역방향 링크 타임 슬롯에서 TW,N 구간 동안은 가중되지 않은 sounding RS(302)와 TW,1, TW,2, …, TW,nT 시간 동안은 채널 가중된 sounding RS(304)가 TDM 방식으로 전송된다. 상기 전송된 신호는 BTS(306)에서 안테나 1, 안테나 2, …, 안테나 nT에서 수신하고, 상기 신호는 참조번호 308과 같이 MRC(Maximum Ration Combining) 방식으로 신호 처리하여 TW,1, TW,2, …, TW,nT 구간 동안 가중된 sounding RS를 참조번호 310과 같이 출력하면 역방향 링크 채널이 추정된다.3 illustrates an uplink (UL) time slot transmitted by the
도 4 및 도 5는 송/수신단의 동작 흐름도를 보여주는 도면이다.4 and 5 are flowcharts illustrating an operation of a transmitter / receiver.
도 4는 BTS에 채널 추정 정보를 전달하기 위한 단말의 동작 흐름도이다. 401 과정에서 AT는 초기 호 셋업 과정에서 AT가 사용하는 송/수신 안테나 수를 BTS에 알려준다. 제안하는 상향 링크 MIMO 채널 추정을 위한 AT의 sounding RS 전송 방법 은 하나의 역방향 링크 타임 슬롯 동안에 하나의 AT 송신 안테나의 상향 링크 채널 정보를 전송한다. 따라서, AT의 nR개의 송신 안테나의 상향 링크 채널 정보를 전송하기 위해서, BTS와 AT가 역방향 링크 타임 슬롯 별로 채널 상태 송신 안테나의 인덱스 C를 결정하는 규칙을 미리 약속해야 한다. 예를 들면, 채널 상태 송신 안테나의 인덱스 C를 1,2,L, nR, 1,2,L와 같이 순차적으로 변화 시키게 되면, 첫 번째 역방향 링크 타임 슬롯에서 c=1이 되고, nR번째 타임 슬롯에서 c=nR가 되며, nR+1 번째 타임 슬롯에서 c=1이 된다.4 is an operation flowchart of a terminal for transmitting channel estimation information to a BTS. In
제안 발명의 동작 예에서는 하향 링크 타임 슬롯 인덱스 tD와 상향 링크 타임 슬롯 인덱스 tD가 1부터 순차적으로 증가한다고 가정한다.In the operation example of the proposed invention, it is assumed that the downlink time slot index t D and the uplink time slot index t D sequentially increase from 1.
402 과정을 통해 AT는 하향 링크 타임 슬롯마다, BTS의 각 송신 안테나에서 전송된 하향 링크 sounding RS를 이용하여, 하향 링크 채널 행렬 HD(tD)를 추정한다. 추정된 하향 링크 채널 행렬 HD(tD)를 이용하여, 본 발명에서 제안하는 "상향 링크 채널 이득을 최대로 하는 AT의 상향 링크 송신 안테나 선택 방법"을 통해, 403 단계에서 다음 상향 링크 타임 슬롯 tU에서 트래픽을 전송할 AT의 송신 안테나 d(tU)를 선택한다.In
404 과정에서는 403 과정에서 선택된 송신 안테나 d(tU)를 통해 상향 링크 채널 정보를 전송할 AT의 송신 안테나 인덱스 c(tU)를 결정한다. 예를 들어, c(tU) 를 1,2,L, nR, 1,2,L와 같이 순차적으로 변화 시킬 경우, c(tU) = rem(tU,nR)으로 결정된다. 여기서, rem(a,b)는 a를 b로 나눈 나머지를 구하는 함수이다.In
405 과정에서 AT는 추정된 하향 링크 채널 행렬 HD(tD)의 d(tU) 번째 컬럼 벡터와 c(tU) 번째 컬럼 벡터를 이용하여, 본 발명에서 제안하는 "전치 왜곡된 sounding RS 전송 방식"에 필요한 sounding RS의 전치 왜곡 가중치를 계산하거나, "채널 가중된 sounding RS 전송 방식"에 요구되는 sounding RS의 채널 가중치를 계산한다. 계산된 가중치를 이용하여 406 단계에서는 sounding RS에 곱해서, 각 전송 방식 별로 도 2와 도 3에 설명된 각 역방향 링크 타임 슬롯 구조에 맞게 전송한다.In
BTS에서 채널 추정을 위한동작 흐름도는 도 5와 같다. 먼저, BTS는 501 과정에서 AT로부터 피드백 (feedback)된 AT의 송/수신 안테나 수에 대한 정보를 획득하고, 502과정에서는 해당 역방향 링크 타임 슬롯에서 전송되는 sounding RS가 AT의 몇 번째 송신 안테나의 역방향 링크 채널 정보를 전달하는지 결정한다. The operation flowchart for channel estimation in the BTS is shown in FIG. First, the BTS acquires information on the number of transmit / receive antennas of the AT fed back from the AT in
503 과정을 통해 BTS는 역방향 링크 sounding RS 전송 방식에 따라, 도 2와 도 3에 설명된 각 역방향 링크 타임 슬롯 구조에 맞게, c(tU) 번째 송신 안테나의 상행 링크 채널 벡터를 추정한다. 504 과정에서는 nR개의 연속적인 역방향 링크 타임 슬롯 동안의 역방향 링크 채널 추정 과정을 통해 추정된 nR개의 추정된 벡터들 로 구성된 를 추정한다. 또한, 이를 transpose하여 505 과정에서는 하향 링크 MIMO processing에서 요구되는 하향 링크 채널 행렬 HD(nR)를 구한다. 마지막으로 506 과정을 통해 BTS는 tU ? nR 1인 역방향 링크 타임 슬롯에서 추정된 채널 벡터들은 HU(nR)의 rem(tU,nR) 번째 행 벡터를 업데이트 한다. 본 발명에서는 TDD MIMO 시스템의 상향 링크 채널 이득을 최대로 하는 AT의 송신 안테나 선택 방법을 제안하였다. 제안하는 방식은 AT의 하향 링크 채널 추정을 통해, 순시적으로 채널 이득을 최대로 하는 AT의 송신 안테나를 선택함으로써, 고정된 하나의 송신 안테나를 사용하는 경우보다 공간 다이버시티 order가 nR배 증가하여 다이버시티 이득이 증가하고, 평균 신호 대 잡음비(signal to noise ratio : SNR)가 약 0.75nR배 정도 개선된다. 제안하는 송신 안테나를 선택하는 방식은 AT가 하향 링크 채널 추정을 통해 상향 링크 송신 안테나를 독자적으로 결정하기 때문에, BTS와의 추가적인 signaling이 필요 없으며, 다이버시티 이득과 평균 SNR 이득을 제공함으로써 역방향 링크에서 전송되는 트래픽 데이터와 sounding RS의 전송률과 에러율을 상당히 향상 시킬 수 있다.In
본 발명에서는 AT에서 선택되어 상향 링크 트래픽이 전송될 송신 안테나를 통하여, 선택되지 않은 다른 송신 안테나들의 상향 링크 채널 상태를 BTS에 전달하기 위한 두 가지의 sounding RS 전송 기법을 제안하였다. "채널 가중된 sounding RS 전송 방식"은 하나의 역방향 링크 타임 슬롯 동안 가중치가 곱해지지 않은 sounding RS와 nT개의 채널 가중치가 곱해진 sounding RS를 같이 전송하므로, 채널 가중치가 곱해진 sounding RS를 전송하는 시간 구간이 "전치 왜곡된 sounding RS 전송 방식"보다 감소하게 된다. 채널 가중치가 곱해진 sounding RS를 전송하는 시간 구간의 감소는, 가중된 sounding RS 추정을 위한 신호 에너지의 감소를 야기 시켜 채널 추정 성능을 열화 시키지만, 상기 <수학식 8>과 같이 "채널 가중된 sounding RS 전송 방식"은 BTS의 nT개의 수신 안테나에 의한 MRC 이득을 추가적으로 얻음으로써 이를 보상 할 수 있다. BTS의 수신 MRC에 의해 다이버시티 order가 nT배 증가함으로써 다이버시티 이득을 얻을 수 있고 평균 SNR이 nT배 증가한다.In the present invention, two sounding RS transmission schemes are proposed for transmitting uplink channel states of other non-selected transmit antennas to a BTS through a transmit antenna selected by the AT and transmitting uplink traffic. The "channel weighted sounding RS transmission method" transmits a sounding RS not multiplied by a weight and a sounding RS multiplied by n T channel weights during one reverse link time slot, thereby transmitting a sounding RS multiplied by the channel weight. The time interval is reduced than the "predistorted sounding RS transmission scheme". The decrease in the time interval for transmitting the sounding RS multiplied by the channel weight causes a decrease in the signal energy for the weighted sounding RS estimation, thereby degrading the channel estimation performance, but as shown in Equation 8, the " channel weighted sounding " RS transmission scheme "may compensate for this by additionally obtaining MRC gains by the n T receive antennas of the BTS. Diversity order is increased by n T times by the receiving MRC of the BTS, thereby obtaining diversity gain and increasing the average SNR by n T times.
반면에 "전치 왜곡된 sounding RS 전송 방식"은 하향 링크 채널 추정을 통해 sounding RS를 전치 왜곡하여 전송함으로써, 가중치가 곱해지지 않은 sounding RS를 전송할 필요가 없다. 따라서, 전치 왜곡된 sounding RS를 전송하는 시간 구간이 "채널 가중된 sounding RS 전송 방식"보다 커지기 때문에 전치 왜곡된 sounding RS 추정을 위한 신호 에너지를 증가시켜 추정 성능을 개선 시킨다.On the other hand, the "predistorted sounding RS transmission method" does not need to transmit a sounding RS that is not multiplied by weight by predistorting and transmitting the sounding RS through downlink channel estimation. Therefore, since the time interval for transmitting the predistorted sounding RS becomes larger than the "channel weighted sounding RS transmission scheme", the signal energy for predistorted sounding RS estimation is increased to improve the estimation performance.
따라서, 기지국 수신 안테나 수 nT가 클 경우에는 MRC 수신 신호 처리에 의한 이득이 증가하는 "채널 가중된 sounding RS 전송 방식"이 적합하고, 기지국 수신 안테나 수 nT가 작을 경우에는 전치 왜곡된 sounding RS를 전송하는 시간 구간이 상대적으로 큰 "전치 왜곡된 sounding RS 전송 방식"이 적합하다.Therefore, when the number of base station receiving antennas n T is large, the "channel weighted sounding RS transmission scheme" in which the gain by MRC reception signal processing increases is suitable, and when the number of base station receiving antennas n T is small, the predistorted sounding RS is small. The "predistorted sounding RS transmission method" having a relatively large time interval for transmitting the C is suitable.
도 1은 AT가 단일 송신 chain을 사용하는 TDD MIMO 시스템에서, 매 상향 링크 슬롯마다 AT의 단일 송신 chain을 개의 송신 안테나들 중에 선택된 하나의 안테나로 스위칭 하는 송신기 구조의 일례를 도시하고 있는 도면1 is a diagram illustrating an example of a transmitter structure in which an AT switches a single transmission chain of an AT to one antenna selected from among Tx transmission antennas in every uplink slot in a TDD MIMO system using a single transmission chain.
도 2은 전치 왜곡된 sounding RS가 역방향 링크 타임 슬롯에서 개의 시간 구간으로 나누어져서 TDM 방식으로 전송되고, BTS의 각 수신 안테나에 나뉘어서 수신되어 추정되는 일례를 도시하고 있는 도면FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which a predistorted sounding RS is divided into two time intervals in a reverse link time slot, transmitted in a TDM scheme, and received and estimated by being divided in each receiving antenna of a BTS.
도 3는 채널 가중된 sounding RS 전송 방식에서 하나의 역방향 링크 타임 슬롯 내에 가중치가 곱해지지 않은 sounding RS와 채널 가중된 sounding RS가 TDM 방식으로 전송되고, BTS에서 MRC 수신 신호 처리되어 복구되는 일례를 설명하는 도면FIG. 3 illustrates an example in which a weighted sounding RS and a channel weighted sounding RS, which are not multiplied in a weight in one reverse link time slot, are transmitted by the TDM scheme in the channel weighted sounding RS transmission scheme, and the MRC received signal is processed and restored in the BTS. Drawing
도 4는 BTS에 채널 추정 정보를 전달하기 위한 단말의 동작 흐름도4 is an operation flowchart of a terminal for transmitting channel estimation information to a BTS;
도 5는 하향링크 채널 추정을 위한 BTS에서 동작 흐름도5 is an operation flowchart in a BTS for downlink channel estimation
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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