KR20090066198A - 단말의 수신 장치, 기지국의 송신 장치 및 수신 신호 결합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단말의 수신 장치, 기지국의 송신 장치 및 수신 신호 결합 방법에 관한 것이다.

본 발명은 송신 프리코딩 행렬이나 수신 결합 행렬 결정을 위해 채널 정보 뿐만 아니라 양자화 코드북의 구성 요소를 고려하는 수신 장치 및 송신 장치에 관한 것이다. 따라서, 채널 상태 정보뿐만 아니라 코드북의 구성 요소를 고려하여 양자화를 수행하기 때문에, 수신 신호의 수는 늘릴 수 있으면서 양자화 오차를 줄일 수 있다. 또한, 수신 전력을 최대화 시킴은 물론 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)를 향상시킬 수 있는 단말의 수신 장치 및 송신 장치를 구현할 수 있다.

다중 안테나 송수신, MIMO, 양자화, 피드백

Description

단말의 수신 장치, 기지국의 송신 장치 및 수신 신호 결합 방법{Mobile terminal and base station in MIMO system and method for combining receive signals}

본 발명은 단말의 수신 장치, 기지국의 송신 장치 및 수신 신호 결합 방법에 관한 것이다.

다중 안테나 송수신(Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 지칭함) 시스템은 송신기로부터 송신되는 신호가 단일한 경로를 통해 수신기에 도달하는 단일 안테나 송수신(Single Input Single Output, 이하 'SISO'라 지칭함) 시스템을 진보시킨 것이다. MIMO 시스템에서는 다양한 송수신 경로를 구현하기 위하여, 하드웨어적으로 복수의 안테나를 사용하며, 복수의 경로 각각에 서로 다른 시간 지연이 적용되도록 하여 하나의 송신 신호를 서로 다른 타이밍에 수신기에 도달할 수 있도록 한다.

최근, 기지국에서 송신 신호를 공간 분할(spatial separation)하여 동시에 동일한 주파수 대역으로 복수의 이동 단말 각각에 서로 다른 신호를 전송하는 MIMO 기법(이하, "다중 사용자 MIMO 기법"이라 칭함.)이 제안되었다. 다중 사용자 MIMO 기법을 수행하기 위해, 이동 단말과 기지국은 다음과 같이 동작한다.

이동 단말은 기지국으로부터 전송받은 신호를 기반으로 기지국과의 채널 상태 정보(CSI: Channel State Information)를 추정하고, 추정된 채널 상태 정보를 기지국에 피드백 정보로 전송한다. 기지국은 이동 단말로부터 수신되는 채널 상태 정보를 기반으로 공간분할을 통해 동시에 서비스를 제공할 둘 이상의 이동 단말을 선택하고, 선택된 이동 단말로 채널 상태 정보를 기반으로 프리코딩(Precoding)된 신호를 전송한다.

이때, 이동 단말은 채널 대역의 제약으로 인해 채널 상태 정보를 양자화(Quantization)하여 기지국으로 전송한다. 이를 위해, 이동 단말은 채널 상태 정보의 양자화를 위한 코드북(Codebook)을 포함한다. 코드북은 복수의 코드워드를 포함하고 있으며, 코드북에 포함되는 코드워드 중 측정된 채널 상태 정보와 가장 근접한 코드워드(Cordword)로 채널 상태 정보를 양자화한다.

그러나, 종래 다중 사용자 MIMO 기법은 이동 단말의 양자화 수행 시에 발생되는 양자화 오차를 줄이기 어렵다는 문제점이 있다. 양자화 오차가 크면, 동일한 기지국의 서비스 영역 내에 위치하는 이동 단말들 중 서로 다른 두 개의 이동 단말의 양자화된 채널들 상호간에는 직교성이 양호하지만, 실제 두 이동 단말의 채널은 상호간에 직교성이 양호하지 않은 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 두 이동 단말 각각은 기지국에서 다른 이동 단말로 전송되는 신호로부터 받는 간섭이 커서 큰 성능 손실이 발생하게 되며, 양자화 오차를 줄여 다중 사용자 MIMO 기법의 성능을 개선하기 위한 방안이 절실하다.

따라서, 본 발명은 양자화 오차를 줄일 수 있는 단말의 수신 장치 및 기지국의 송신 장치와 이를 이용한 수신 신호 결합 방법을 제공한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 복수의 제1 안테나를 포함하는 기지국과 신호를 송수신하며, 복수의 제2 안테나를 포함하는 수신 장치는,

상기 기지국으로부터 수신한 신호를 토대로 상기 복수의 제1 안테나와 제2 안테나 간의 채널 상태를 추정하여 채널 상태 정보를 획득하는 채널 상태 추정부; 채널 상태에 대한 복수의 코드워드를 포함하는 코드북을 저장하는 코드북 저장부; 및 성능 지수, 상기 코드북 및 상기 획득한 채널 상태 정보를 토대로 상기 채널 상태에 대한 가중치 행렬을 생성하고, 상기 생성된 가중치 행렬에 대한 양자화된 피드백 정보를 상기 기지국으로 전달하는 가중치 행렬 생성부를 포함한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 복수의 제1 안테나를 포함하는 단말과 신호를 송수신하며, 복수의 제2 안테나를 포함하는 송신 장치는,

상기 복수의 제2 안테나로 입력되는 피드백 정보--여기서 상기 피드백 정보는 상기 단말에서 계산된 프리코더 선택을 위한 코드워드를 포함함--를 토대로 송신 프리코딩 행렬을 출력하는 코드북 저장부; 및 상기 출력한 송신 프리코딩 행렬 과 상기 단말로 전송할 소스 신호를 이용하여 송신 신호를 생성하는 송신 신호 프리코딩부를 포함한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 복수의 제1 안테나를 포함하는 기지국과 신호를 송수신하며, 복수의 제2 안테나를 포함하는 수신 장치가 수신 신호를 결합하는 방법은,

상기 기지국과 연결된 채널로부터 채널 상태 정보를 획득하는 단계; 채널 상태 정보, 성능 지수 및 양자화 정보--여기서 상기 양자화 정보는 채널 상태 정보에 대한 코드워드 또는 송신 프리코딩 행렬 선택을 위한 코드워드 중 어느 하나임--를 토대로 가중치 행렬을 계산하는 단계; 및 상기 기지국으로부터 수신한 수신 신호와 상기 가중치 행렬을 이용하여 벡터 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 특징에 따르면, 채널 상태 정보뿐만 아니라 코드북의 구성 요소를 고려하여 양자화를 수행하기 때문에, 수신 신호의 수는 늘릴 수 있으면서 양자화 오차를 줄일 수 있다.

또한, 수신 전력을 최대화 시킴은 물로 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)를 향상시킬 수 있는 단말의 수신 장치 및 송신 장치를 구현할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기 에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 명세서에서 단말(terminal)은 이동국(Mobile Station, MS), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 송수신 시스템의 단말 및 기지국에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 송수신 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1은 MIMO 송수신 시스템의 기지국(10)과 신호의 송수신을 수행하는 복수의 단말 중 하나의 단말(20)을 예로 하여 나타낸 것이다.

도 1을 참조로 설명하면, 단말(20)은 기지국(10)으로부터 수신한 신호를 토대로 채널 상태 정보를 측정한다. 그리고 측정한 채널 상태 정보에 따른 피드백 정보를 기지국(10)으로 전송한다. 기지국(10)은 단말(20)로부터의 피드백 정보를 토대로 양자화 오차를 줄이거나 수신 안테나의 수신 전력이 최대화될 수 있도록 빔 패턴을 형성하여 단말(20)로 신호를 송신한다.

여기서 단말(20)에 위치한 수신 장치(200)와 기지국(10)에 위치한 송신 장치(100)에 대하여 도 2 및 도 3을 참조로 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 송신 장치 및 수신 장치의 구조도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 송신 장치 및 수신 장치의 구조도이다.

도면을 설명하기에 앞서, 도 2 및 도 3에서 나타낸 바와 같이, 송신 장치(100)는 M개의 안테나를 포함하며, 수신 장치(200)는 N개의 안테나를 포함하는 것으로 가정한다. 그리고, 독립적인 정보 심볼의 개수는 R이라 가정하며, 수신 장치(200)에서 복조를 위해서는 적어도 R개의 심볼이 필요하다고 가정한다. 이때, M, N, R은 복수의 자연수를 의미한다.

먼저 도 2를 살펴보면, 도 2는 수신 장치(200)에서 채널 상태 정보를 양자화 하여 송신 장치로 피드백하는 시스템을 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이 수신 장치(200)는 다중 안테나부(210) 및 수신 신호 처리부(220)를 포함한다. 그리고 송신 장치(100)는 다중 안테나부(120)와 송신 신호 처리부(110)를 포함한다.

수신 장치(200)와 송신 장치(100)에 각각 포함된 다중 안테나부(210, 120)는 적어도 두 개 이상의 안테나를 포함한다. 즉, 송신 장치(100)는 M개의 안테나(120-1 ∼ 120-M)를 수신 장치(200)는 N개의 안테나(210-1 ∼ 210-N)를 포함한다.

수신 장치(200)의 다중 안테나부(210)는 안테나를 통해 송신 장치(100)로부터 전송받은 수신 신호(r)를 수신 신호 처리부(220)로 전달한다. 그리고, 수신 신호 처리부(220)로부터 전달받은 피드백 신호를 기지국(10)으로 전송한다.

송신 장치(100)의 다중 안테나부(120)는 수신 장치(200)가 채널 상태를 추정할 수 있도록 채널 추정을 위한 신호(예를 들어, 파일럿 신호 등)를 송신하거나, 수신 장치(200)로부터 양자화된 최적의 코드워드 인덱스를 피드백 채널을 통해 수신한다. 또한, 수신 장치(200)로 전달할 송신 신호를 양자화하여 전송한다.

다음 수신 장치(200)에 대하여 설명하면, 수신 신호 처리부(220)는 수신 신호 결합부(221), 가중치 행렬 생성부(224), 채널 상태 추정부(225), 복조부(222) 및 코드북 저장부(223)를 포함한다.

코드북 저장부(223)는 채널 상태 추정부(225)에서 획득된 채널 상태에 대한 채널 상태 정보(H)를 양자화하는데 사용되는 코드북(Codebook)(

)을 저장한다. 이때 코드북을 구성하는 코드워드

는 1 × M 차원의 행 벡터(row vector)이다.

채널 상태 추정부(225)는 채널 추정(Channel Estimation)을 통해 채널 상태 정보(H)를 획득하여 가중치 행렬 생성부(224)로 전달한다. 채널 상태 추정부(225)가 채널 상태를 추정하기 위해서는 송신 장치(100)로부터 수신 신호(r)를 수신하기 앞서, 채널 상태를 추정할 수 있도록 송신 장치(100)가 전송하는 별도의 신호(예를 들어, 파일럿 신호 등)를 이용하여 채널 상태를 추정하여 채널 상태 정보(H)를 획득한다. 채널 상태를 추정하는 방법에 대해서는 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 구체적인 방법에 대한 설명은 생략하기로 한다.

가중치 행렬 생성부(224)는 채널 상태 추정부(225)로부터 수신한 채널 상태 정보(H)와 하기에서 설명할 코드북, 그리고 성능 지수를 고려하여 수신 신호(r)의 결합을 위한 최적의 가중치 행렬(Weighting matrix)(WRX)을 계산하여 수신 신호 결합부(221)로 전달한다. 그리고, 가중치 행렬(WRX)을 코드북 내의 하나의 코드워드로 양자화시킨 후, 채널 상태에 대한 최적의 코드워드 인덱스(

)를 송신 장치(100)로 피드백한다.

수신 신호 결합부(221)는 다중 안테나부(210)로부터 입력되는 M × 1 차원의 수신 신호(r)와 가중치 행렬 생성부(224)에서 생성된 R × N 차원의 가중치 행렬(W_RX)을 결합하여 R × 1 차원의 벡터 신호(y)를 생성한 후, 복조부(222)로 전달한다. 여기서 R은 기지국(10)으로부터 동시에 빔포밍되어 전송된 독립적인 정보 심볼의 개수이다.

복조부(222)는 수신 신호 결합부(221)로부터 입력되는 벡터 신호(y)를 복조하여, 단말(20) 내부의 신호 처리부(도면 미도시)로 전달한다.

다음 송신 장치(100)에 대해 설명하면, 송신 장치(100)는 상기에서 설명한 다중 안테나부(120) 이외에 송신 신호 처리부(110)를 포함하며, 송신 신호 처리부(110)는 코드북 저장부(113), 프리코딩 행렬 계산부(112) 및 송신 신호 프리코딩부(111)를 포함한다.

코드북 저장부(113)는 수신 장치(200)에 위치한 코드북 저장부(223)에 저장된 코드북과 동일한 코드북을 저장한다. 그리고 수신 장치(200)로부터 피드백되는 최적의 코드워드 인덱스(

)로부터 채널 상태에 대한 코드워드

를 출력한다.

프리코딩 행렬 계산부(112)는 코드북 저장부(113)에서 출력된 채널 상태에 대한 코드워드

를 이용하여, 수신 장치(200)로 전송할 신호를 프리코딩하기 위해 사용하는 송신 프리코딩 행렬(Precoding matrix)(W_TX)을 계산한다. 코드워드를 이용하여 프리코딩 행렬을 계산하는 방법은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

송신 신호 프리코딩부(111)는 프리코딩 행렬 계산부(112)로부터 계산된 송신 프리코딩 행렬(W_TX)과 수신 장치(200)로 전달할 소스 신호를 이용하여 송신 신호(x)를 생성한다. 그리고 생성한 송신 신호(x)는 다중 안테나부(120)를 통해 수신 장치(200)로 전송된다.

상기에서 설명한 수신 장치(200) 및 송신 장치(100)의 구성 요소를 이용하여 수신 신호를 결합하는 방법에 대하여 도 4를 참조로 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 신호 결합 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 수신 채널 상태 추정부(225)는 송신 장치(100)로부터 전달된 신호로부터 채널 상태 정보(H)를 획득한다(S100). 그러면, 가중치 행렬 생성부(224)는 채널 상태 추정부(225)에서 획득한 채널 상태 정보, 코드북 저장부(223)에 저장되어 있는 코드북 그리고 성능 지수를 고려하여 수신 신호(r)의 결합을 위한 최적의 가중치 행렬(W_RX)을 계산한다(S110).

여기서 성능 지수는 채널 상태나 시스템의 환경에 따라 다양한 성능 지수를 사용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 두 가지의 경우를 예로 제시한다. 그리고, 성능 지수는 시스템 구축시 하나의 성능 지수를 선택하여 적용할 수도 있고, 다양한 성능 지수를 시스템에 입력하여 상황에 따라 선택적으로 사용할 수도 있다.

이때 송신 장치(100)와 수신 장치(200)의 안테나 개수를 각각 M(>1), N(>1)이라 하고, 독립적인 정보 심볼의 개수는 R=1이라 하자. 그러면 코드북을 구성하는 코드워드(

)들은 1 × M의 열 벡터가 된다. 여기서 코드북은 송신 장치(100)와 수신 장치(200)의 코드북 저장부(223)에 각각 동일하게 저장되어 있다.

상기에서 언급한 성능 지수의 두 가지의 경우는, 양자화 오차를 최소화하는 것과 수신 전력을 최대화하는 것으로 구분할 수 있다. 먼저 성능 지수가 양자화 오차를 최소화하는 것이라고 하면, 코드워드 인덱스 q와 1 × N 차수의 가중치 행 렬(W_RX)은 다음 수학식 1과 같이 결정된다.

여기서

는 코드워드 행렬의 켤레수의 행과 열을 변환(conjugate transpose)하여 생성되는 행렬이고, W는 가중치 행렬(W_RX)을 결정하기 위한 변수이다.

수학식 1에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 가중치 행렬 생성부(224)는 0부터 Q-1까지의 코드워드 인덱스 q 중에서

를 최대로 하는 코드워드 인덱스(q)와 W를 각각 최적의 코드워드 인덱스(

)와 가중치 행렬(W_RX)로 결정한다는 것을 의미한다.

즉, 코드북 저장부(223)에 저장되어 있는 코드북에서 코드워드 인덱스 q=0을 수학식 1에 대입하면 q=0에 대응되는 W가 구해진다. 이와 같은 방식으로 q=Q-1을 수학식 1에 대입하면 q=Q-1에 대응되는 W가 구해지고, 코드워드 인덱스 q와 W값의 쌍이 모두 Q개가 구해진다([q=0, W],[q=1, W], …, [q=Q-1, W]). 그러면 구해진 Q개의 값들 중에서 가장 큰 값을 나타내는 코드워드 인덱스 q와 그에 대응되는 W가 최적의 코드워드 인덱스(

)와 가중치 행렬(W_RX)로 결정된다.

상기에서 설명한 바와 같이 성능 지수가 양자화 오차를 최소화하는 경우 이외에 수신 전력을 최대화하기 위한 경우에는, 가중치 행렬 생성부(224)는 수학식 2에 나타낸 바와 같이 가중치 행렬(W_RX)과 최적의 코드워드 인덱스(

)를 생성한다.

수학식 2도 수학식 1에서 설명한 바와 같이

가 가장 큰 값이 되도록 하는 코드워드 인덱스 q와 W를 구하여, 이를 각각 최적화된 코드워드 인덱스(

)와 가중치 행렬(W_RX)로 결정한다.

이와 같이 가중치 행렬 생성부(224)에서 양자화 오차를 최소화하거나 수신 전력의 최대화를 위해 선택적으로 수학식 1 또는 수학식 2를 이용하여 계산된 가중치 행렬(W_RX)은 수신 신호 결합부(221)에서 수신 신호와 함께 결합을 위해 사용된다. 그리고 가중치 행렬이 하나의 코드워드로 양자화된 최적의 코드워드 인덱스(

)는 다중 안테나부(210)로 출력되어 피드백 채널을 통해 송신 장치(100)로 전달된다(S120).

참고로, 도 2에서는 코드북에 주안점을 두기 위해 피드백 정보로 최적의 코드워드 인덱스(

)만을 나타내었다. 그러나, 스케줄링(scheduling), 적응 변조 등 상위 제어 기능을 위해서 단말(20)은 기지국(10)으로부터 수신한 수신 신호(r)의 신호대 잡음비를 계산하고, 계산한 신호대 잡음비 값을 피드백 채널을 통해 기지국(10)으로 전송할 수도 있다.

송신 장치(100)에서는 수신 장치(200)로부터 수신한 최적의 코드워드 인덱스(

)를 통해 코드북 저장부(113)에서 동등 채널 행렬(Equivalent channel matrix) 즉, 채널 상태에 대한 코드워드

를 추정한다(S130). 그리고, 프리코딩 행렬 계산부(112)는 추정된 코드워드 인덱스를 바탕으로 송신 프리코딩 행렬(W_TX)를 계산한다(S140). 이렇게 생성된 송신 프리코딩 행렬(W_TX)는 송신 신호 프리코딩부(111)에서 수신 장치(200)로 전송할 소스 신호와 함께 송신 신호(x)로 생성된다(S150).

다음은 도 3을 참조로 하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 송신 장치 및 수신 장치에 대하여 설명하기로 한다. 이와 함께 도 5를 참조로 하여 신호 결합 방법에 대하여도 함께 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 송신 장치 및 수신 장치의 구조도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 신호 결합 방법에 대한 흐름도이다.

먼저, 도 3은 채널 상태 정보를 이용하여 송신 장치(100)에서 사용할 프리코딩 매트릭스를 수신 장치(200)가 계산하여, 계산된 값을 송신 장치(100)로 피드백하는 장치에 관한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수신 장치(200)는 다중 안테나부(230) 및 수신 신호 처리부(240)를 포함한다. 그리고 송신 장치(100)는 다중 안테나부(140) 및 송신 신호 처리부(130)를 포함한다.

수신 장치(200)와 송신 장치(100)에 각각 포함된 다중 안테나부(230, 140)는 적어도 두 개 이상의 안테나 즉, 송신 장치(100)는 M개의 안테나를 수신 장치(200)는 N개의 안테나를 포함한다.

수신 장치(200)의 다중 안테나부(230)는 안테나를 통해 송신 장치(100)로부터 전송받은 수신 신호(r)를 수신 신호 처리부(240)로 전달한다. 그리고, 수신 신호 처리부(240)로부터 전달받은 피드백 신호를 기지국(10)으로 전송한다.

송신 장치(100)의 다중 안테나부(140)는 수신 장치(200)가 채널 상태를 추정할 수 있도록 채널 추정을 위한 신호(예를 들어, 파일럿 신호 등)를 송신하거나, 수신 장치(200)로부터 양자화된 최적의 코드워드 인덱스를 피드백 채널을 통해 수신한다. 또한, 수신 장치(200)로 전달할 송신 신호를 양자화하여 전송한다.

다음 수신 장치(200)에 대하여 먼저 설명하면, 수신 신호 처리부(240)는 수신 신호 결합부(241), 가중치 행렬 생성부(244), 채널 상태 추정부(245), 복조부(242) 및 코드북 저장부(243)를 포함한다.

코드북 저장부(243)는 코드북(Codebook)(

)을 저장한다. 이때 코드북은 채널 상태 추정부(245)에서 획득된 채널 상태 정보를 이용하여 프리코딩 행렬을 계산할 때 사용되는 코드워드의 집합들로 이루어져 있으며, 코드워드

는 M × 1 차원의 열 벡터(column vector)이다.

채널 상태 추정부(245)는 채널 추정(Channel Estimation)을 통하거나, 이미 추정한 채널 상태 정보(H)를 획득하여 가중치 행렬 생성부(244)로 전달한다. 채널 상태를 추정하는 방법에 대해서는 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 구체적인 방법에 대한 설명은 생략하기로 한다.

수신 신호 결합부(241)는 다중 안테나부(230)로부터 입력되는 M × 1 차원의 수신 신호(r)와 가중치 행렬 생성부(244)에서 생성된 R × N 차원의 가중치 행렬(W_RX)을 결합하여 R × 1 차원의 벡터 신호(y)를 생성한 후, 복조부(242)로 전달한다. 여기서 R은 기지국(10)으로부터 동시에 빔포밍되어 전송된 독립적인 정보 심볼의 개수이다.

복조부(242)는 수신 신호 결합부(241)로부터 입력되는 벡터 신호(y)를 복조하여, 단말(20) 내부의 신호 처리부(도면 미도시)로 전달한다.

가중치 행렬 생성부(244)는 채널 상태 추정부(245)에서 획득한 채널 상태 정보(H)와 코드북 저장부(243)로부터 전달받은 코드워드, 그리고 성능 지수를 고려하여 수신 신호(r)의 결합을 위한 최적의 가중치 행렬(Weighting matrix)(W_RX)을 계산한다(S200). 그리고, 계산된 가중치 행렬(W_RX)을 수신 신호 결합부(241)로 전달하고, 프리코더 선택을 위한 최적의 코드워드 인덱스(

)를 송신 장치(100)로 피드백한다(S210).

이때, 계산된 최적의 가중치 행렬과 이를 양자화한 최적의 코드워드 인덱스(

) 역시 현재 채널 상태와 코드북 구성 요소 및 성능 지수에 따라 달라진다. 상기 도 2에서 언급한 바와 같이 도 3의 제2 실시예에서도 성능 지수는 양자화 오차를 최소화 하는 것과 수신 전력을 최대화 하는 것으로 구분할 수 있다.

먼저 수신 장치(200)와 송신 장치(100)의 안테나 개수가 각각 N(>1), M(>1), 독립적인 수신 신호의 개수 R = 1이고 성능 지수가 양자화 오차를 최소화하는 것이라면, 최적의 코드워드 인덱스(

)와 수신 신호 결합을 위한 1 × N 차의 가중치 행렬 W_RX는 다음 수학식 3과 같이 결정된다.

한편, 성능 지수가 수신 전력을 최대화하기 위한 것이라면, 가중치 행렬 W_RX는 다음 수학식 4와 같이 결정된다.

상기 수학식 3 또는 수학식 4를 통해 프리코더 선택을 위한 최적의 코드워드 인덱스(

)가 생성되면, 가중치 행렬 생성부(244)는 최적의 코드워드 인덱스(

)를 다중 안테나부(230)를 통해 피드백 신호로 송신 장치(100)에 전송한다.

송신 장치(100)의 다중 안테나부(140)는 수신 장치(200)의 다중 안테나부(230)를 통해 수신한 최적의 코드워드를 수신하면, 송신 장치(100)의 송신 신호 처리부(130)로 전달한다. 송신 신호 처리부(130)는 코드북 저장부(132) 및 송신 신호 프리코딩부(131)를 포함한다.

코드북 저장부(132)는 최적의 코드워드에 대한 송신 프리코딩 행렬을 확인한다(S220). 이때, 코드북 저장부(132)로 전달되는 최적의 코드워드는 이미 수신 장치(200)에서 프리코딩 행렬 선택을 위한 코드워드로 계산되어 송신 장치(100)로 전달된 것이기 때문에, 송신 장치(100)는 상기 도 2에서와 같이 별도의 프리코딩 행렬을 계산하는 절차 없이도 바로 프리코딩 행렬을 선택할 수 있다.

송신 신호 프리코딩부(131)는 코드북 저장부(132)가 찾아 전달한 송신 프리코딩 행렬과 수신 장치(200)로 전달할 소스 신호를 이용하여 송신 신호를 생성한다(S230). 송신 신호 프리코딩부(131)에서 생성된 송신 신호는 다중 안테나부(140)를 통해 수신 장치(200)로 전송된다.

상기 도 2 및 도 3을 토대로 설명한 본 발명의 실시예에서는 독립적인 신호의 개수가 R = 1인 경우를 고려하여 설명하였다. 이 경우, 도 2와 같이 채널 상태 정보를 피드백하는 시스템에서는 코드북 안의 코드워드들은 1 × M차의 행 벡터이고, 도 3과 같은 송신 프리코딩 행렬을 피드백하는 시스템에서는 코드워드들이 M × 1차의 열 벡터가 된다.

이때, 독립적인 신호 개수를 R ≥ 1로 일반화시키면, 코드워드 크기는 도 2 및 도 3 각각에 대해 R × M차의 행렬과 M × R차의 행렬이 된다. 이와 같이 독립적인 신호 개수를 일반화시킨 경우도 상기 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 송신 장치 및 수신 장치를 적용할 수 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MIMO 송수신 시스템을 개략적으로 나타낸 예시도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 송신 장치 및 수신 장치의 구조도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 송신 장치 및 수신 장치의 구조도이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 신호 결합 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 신호 결합 방법을 나타낸 흐름도이다.

Claims (10)

1. 복수의 제1 안테나를 포함하는 기지국과 신호를 송수신하며, 복수의 제2 안테나를 포함하는 수신 장치에 있어서,

   상기 기지국으로부터 수신한 신호를 토대로 상기 복수의 제1 안테나와 제2 안테나 간의 채널 상태를 추정하여 채널 상태 정보를 획득하는 채널 상태 추정부;

   채널 상태에 대한 복수의 코드워드를 포함하는 코드북을 저장하는 코드북 저장부; 및

   성능 지수, 상기 코드북 및 상기 획득한 채널 상태 정보를 토대로 상기 채널 상태에 대한 가중치 행렬을 생성하고, 상기 생성된 가중치 행렬에 대한 양자화된 피드백 정보를 상기 기지국으로 전달하는 가중치 행렬 생성부

   를 포함하는 수신 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 제2 안테나를 포함하여 상기 기지국과 신호를 송수신하는 다중 안테나부;

   상기 기지국으로부터 수신한 수신 신호와 상기 가중치 행렬을 토대로 벡터 신호를 생성하는 수신 신호 결합부; 및

   상기 수신 신호 결합부에서 생성한 벡터 신호를 복조하는 복조부

   를 더 포함하는 수신 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 코드북 저장부는,

   상기 기지국에서 사용되는 송신 프리코딩 행렬에 대한 복수의 제1 코드워드를 포함하는 제1 코드북을 저장하는 수신 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 가중치 행렬 생성부는,

   성능 지수, 상기 제1 코드북 및 상기 채널 상태 정보를 토대로 상기 송신 프리코딩 행렬에 대한 제1 가중치 행렬을 생성하고, 상기 생성된 제1 가중치 행렬에 대한 양자화된 피드백 정보를 상기 기지국으로 전달하는 수신 장치.
5. 복수의 제1 안테나를 포함하는 단말과 신호를 송수신하며, 복수의 제2 안테나를 포함하는 송신 장치에 있어서,

   상기 복수의 제2 안테나로 입력되는 피드백 정보--여기서 상기 피드백 정보는 상기 단말에서 계산된 프리코더 선택을 위한 코드워드를 포함함--를 토대로 송신 프리코딩 행렬을 출력하는 코드북 저장부; 및

   상기 출력한 송신 프리코딩 행렬과 상기 단말로 전송할 소스 신호를 이용하여 송신 신호를 생성하는 송신 신호 프리코딩부

   를 포함하는 송신 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 코드북 저장부는 상기 피드백 정보가 상기 제1 안테나와 제2 안테나 사이의 채널 상태에 대한 코드워드를 포함하며, 상기 송신 장치는

   상기 채널 상태에 대한 코드워드를 토대로 송신 프리코딩 행렬을 계산하여 상기 송신 신호 프리코딩부로 전달하는 프리코딩 행렬 계산부

   를 더 포함하는 송신 장치.
7. 복수의 제1 안테나를 포함하는 기지국과 신호를 송수신하며, 복수의 제2 안테나를 포함하는 수신 장치가 수신 신호를 결합하는 방법에 있어서,

   상기 기지국과 연결된 채널로부터 채널 상태 정보를 획득하는 단계;

   채널 상태 정보, 성능 지수 및 양자화 정보--여기서 상기 양자화 정보는 채널 상태 정보에 대한 코드워드 또는 송신 프리코딩 행렬 선택을 위한 코드워드 중 어느 하나임--를 토대로 가중치 행렬을 계산하는 단계; 및

   상기 기지국으로부터 수신한 수신 신호와 상기 가중치 행렬을 이용하여 벡터 신호를 생성하는 단계

   를 포함하는 수신 신호 결합 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 벡터 신호를 생성하는 단계는,

   상기 계산한 가중치 행렬을 양자화한 코드워드--여기서 상기 코드워드는 채널 상태에 대한 코드워드 또는 프리코딩 행렬 선택을 위한 코드워드 중 어느 하나임--를 상기 송신 장치로 전달하는 단계

   를 더 포함하는 수신 신호 결합 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 코드워드가 채널 상태에 대한 코드워드이고, 상기 기지국이 상기 코드워드를 수신하며, 상기 수신 신호 결합 방법은

   상기 코드워드를 토대로 송신 프리코딩 행렬을 계산하는 단계;

   상기 계산한 송신 프리코딩 행렬과 상기 수신 장치로 전송할 소스 신호를 이용하여 송신 신호를 생성하는 단계

   를 더 포함하는 수신 신호 결합 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 코드워드가 프리코딩 행렬 선택을 위한 코드워드이면,

    상기 수신한 코드워드에 대한 송신 프리코딩 행렬을 상기 기지국 내의 코드북 저장부로부터 확인하는 단계; 및

    상기 확인한 송신 프리코딩과 상기 수신 장치로 전송할 소스 신호를 이용하여 송신 신호를 생성하는 단계

    를 더 포함하는 수신 신호 결합 방법.

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