KR20090069555A - 다중안테나 시스템에서 채널 상태 정보에 대한 양자화계수를 이용하여 코드북을 구현하는 방법, 사용자 선택을하는 방법 및 장치 - Google Patents

다중안테나 시스템에서 채널 상태 정보에 대한 양자화계수를 이용하여 코드북을 구현하는 방법, 사용자 선택을하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중안테나 시스템에서 채널 상태 정보에 대한 양자화 계수를 이용하여 코드북을 구현하기 위한 방법, 상기 양자화 계수를 이용하여 사용자 선택을 하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 피드백을 통한 사용자 선택을 위한 다중안테나 시스템에 있어서. 피드백 채널을 통해 복수의 단말들로부터 각각 양자화 인덱스에 해당하는 단말의 양자화 피드백 계수를 코드북으로부터 각각 산출하고, 상기 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 단말을 선택하는 송신기와,상기 송신기로부터 파일롯 심벌을 수신하여 채널을 추정하고, 상기 채널 계수를 양자화 피드백 계수로 변환하고, 상기 양자자 피드백 계수에 해당하는 양자화 인덱스를 피드백하는 수신기를 포함하여, 사용자 단말 선택시 계산량을 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한, 채널행렬을 재구성할 필요가 없고 송신기 필터를 계산할 필요없이 송신필터기 계산의 수학적인 안정성을 보장할 수 있다.
다중 사용자 MIMO, 다중 안테나, 빔포밍, 사용자 선택, 양자화.

Description

다중안테나 시스템에서 채널 상태 정보에 대한 양자화 계수를 이용하여 코드북을 구현하는 방법, 사용자 선택을 하는 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR DESIGNING CODEBOOK AND USER SELECTION USING THE QUANTIZED COEFFICIENTS IN MULTIPLE ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 다중안테나 시스템에서 양자화에 관한 것으로, 특히 채널 상태 정보에 대한 양자화 계수를 이용하여 코드북을 구현하는 방법, 사용자 선택을 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다중입력 다중출력(MIMO:Multiple Input Multiple Output, 이하 "MIMO" 라 칭함)채널에 대해서는 10년 이상 연구되어 왔지만, 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템에 대한 연구는 최근의 경우이다. 상기 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템은 송신기가 다중 안테나를 사용할 경우에 주파수 효율(spectral efficiency)이 증가하며, 추가적으로 수신기도 다중 안테나를 사용할 경우에는 주파수 효율이 더욱 증가하는 특징이 있다. 즉, 상기 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템은 송신 기와 단일 사용자 사이에 다수의 링크(link)가 형성되기 때문에 주파수 효율이 증가한다. 상기 사용자는 사용자가 사용하는 사용자 단말기를 나타낸다.
상기 MIMO 통신 시스템은 SISO(Single Input Single Output)채널을 이용한 통신 시스템에 비해 고속의 데이터 통신이 가능하고 부반송파(subcarrier), 확장 부호(spreading code), 셀 섹터(cell sector) 등과 같은 채널의 자원에 대해, 하나의 사용자만이 동시에 주어진 자원을 할당받는 것이 가능하다. 즉, 일정 시점에 독립적인 데이터 흐름(independent data streams)을 가진 MIMO 링크는 송신기와 하나의 사용자 사이에만 존재한다. 그러나 상기 다중 사용자 다중 안테나 통신은 여러 사용자가 동시에 같은 자원(same resource)에 접근하는 것이 가능하며, 일정 시점에서 독립적인 데이터 흐름이 송신기와 다수의 수신기 사이에서 이루어진다. 여기서 사용하는 다중처리 방식을 다중 사용자 공간 다중부호화(multiuser spatial multiplexing)라고 한다.
상기 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템이 더 높은 주파수 효율성을 획득하기 위해서는 통신 상대방의 완전한 채널 정보(Complete Channel State Information)가 필요하고, 데이터 전송 시 비선형 처리 과정이 필요하다. 예를 들어, 하향 링크(Downlink)에서 기지국이 모든 단말기의 채널 정보를 기 확보해야 한다. 하지만, 상기 기지국이 상기 모든 단말기에 대한 채널 정보를 기 확보하는 것은 일반적으로 어려운 작업이다. 만약, 상기 기지국은 TDD 시스템에서 채널의 변화가 심하지 않은 경우에는 채널 상호 관계(channel reciprocity)를 이용하여 상기 단말의 채널 정보를 알 수 있다. 상기 채널 상호 관계는 동일한 주파수 대역을 사 용하는 TDD 시스템에서 상향 링크의 채널 특성과 연이은 하향 링크의 채널 특성이 동일하다는 가정 하에서 상향 링크의 채널 정보를 이용해 하향 링크의 채널 정보를 유추할 수 있다는 것을 나타낸다.
그러나, 상기 가정이 만족되지 못하는 경우, 폐루프(closed-loop) 다중 사용자 다중 안테나 시스템은 MIMO 방송채널(broadcast channel)의 용량에 근접하지 못하게 된다. 상기 MIMO 방송 채널은 상기 다중 사용자 다중 안테나 통신의 일 예로 상기 기지국이 다중 송신 안테나를 가진 통신시스템에서의 하향링크를 나타낸다.
종래의 기술은 상기 채널 상호 관계를 이용하여 단말의 하향 링크 채널 정보를 유추하고, 동일 시간-주파수 자원에 다중 사용자를 공간 다중화(spatial multiplexing)하기 위한 송신기 필터를 하향 링크 사운딩(DownL[K]ink sounding)을 이용해 사용자 단말기에 전송하는 방법을 통하여 상기 다중 사용자 다중 안테나 시스템을 구현하였다.
반대로, 종래에 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 채널 상호 관계를 사용하지 않고 제한된 양자화 피드백을 이용하여 피드백시의 오버헤드(overhead)를 줄이고 송신기 필터의 계산복잡도를 낮출 수도 있다. 또한, 상기 채널 상호 관계를 사용하지 않으므로 TDD 및 FDD 시스템 모두에서 사용이 가능하다.
하지만 이때 양자화는 메모리와 계산의 복잡성을 증가시키기 때문에 양자화는 사용자 단말에서 원하지 않는 특징이 있는 두 개 다른 코드북을 사용한다. 더욱이 양자화된 피드백에 기반하는 효율적인 사용자 선택 알고리즘이 없다. 그래서 양자화된 피드백 계수 안에서 포함된 채널특성을 반영하지 못하는 일반적인 스케줄링 알고리즘이 사용되고 있다.
본 발명은 다중안테나 시스템에서 효율적인 양자화 피드백, 상기 피드백 양자화 계수를 직접 사용자를 선택하는 방법 및 장치를 제안하여 상기 문제점을 해결하고자 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 사용자 선택을 위한 기지국 동작 방법에 있어서. 피드백 채널을 통해 복수의 단말들로부터 각각 양자화 인덱스를 수신하는 과정과, 상기 양자화 인덱스에 해당하는 단말의 양자화 피드백 계수를 코드북으로부터 각각 산출하는 과정과, 상기 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 단말을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중안테나 시스템에서 채널 상태 정보를 피드백하기 위한 단말 동작 방법에 있어서. 기지국으로부터 파일롯 심벌을 수신하는 과정과, 상기 파일럿 심벌을 이용하여 채널을 추정하는 과정과, 상기 채널 계수를 양자화 피드백 계수로 변환하는 과정과, 상기 양자자 피드백 계수에 해당하는 양자화 인덱스를 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중안테나 시 스템에서 코드북을 구성하는 방법에 있어서, 채널계수의 통계치를 확인하는 과정과, 양자화 피드백 계수의 분포가 균등할 시, 상기 채널계수를 양자화 비트 수에 따른 관계식으로부터 양자화하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 피드백을 통한 사용자 선택을 위한 다중안테나 시스템에 있어서. 피드백 채널을 통해 복수의 단말들로부터 각각 양자화 인덱스에 해당하는 단말의 양자화 피드백 계수를 코드북으로부터 각각 산출하고, 상기 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 단말을 선택하는 송신기와, 상기 송신기로부터 파일롯 심벌을 수신하여 채널을 추정하고, 상기 채널 계수를 양자화 피드백 계수로 변환하고, 상기 양자자 피드백 계수에 해당하는 양자화 인덱스를 피드백하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 다중안테나 시스템에서 채널계수를 효율적으로 양자화함으로써, 사용자 단말 선택시 계산량을 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한, 채널행렬을 재구성할 필요가 없고 송신기 필터를 계산할 필요없이 송신필터기 계산의 수학적인 안정성을 보장할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구 체적인 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.
이하, 본 발명은 다중안테나 시스템에서 채널 상태 정보에 대한 양자화 피드백 계수를 이용하여 코드북을 구현하는 방법, 상기 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 선택을 하는 방법 및 장치에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 상기 양자화 피드백 계수는 채널계수를 좀 더 효율적으로 표현한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 간략한 다중안테나 시스템을 도시하고 있다.
상기 도 1을 참조하면, 기지국(100)의 안테나의 수가 2개이고, 2개 이상의 안테나를 가지는 2개의 사용자 단말(100, 120)들로 구성된 통신시스템을 나타낸다. 상기 기지국(100)은 공간 다중화를 통해 상기 2개 사용자 단말(110, 120)에 동시에 독립적인 데이터 스트림을 전송한다.
본 발명에서 기지국(100)에 의해 서비스되는 영역 내에서 송신안테나의 수 N=2이고 사용자 단말의 수신안테나 개수가 Nk≥2인 다중 사용자 MIMO(Multiple Input Multiple Output: 이하 "MIMO"라 칭함) 채널을 고려한다. 상기 기지국(100) 에 의해 서비스되는 영역 내에 K개 사용자 단말(110, 120)들이 있다. 여기서, 기지국(100)의 송신기와 사용자 단말 k(110, 120) 사이 상기 채널은 Nk×N 크기의 복소행렬 Hk과 부가 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise: 이하 "AWGN"라 칭함)으로써 표현된다. 본 발명의 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 채널의 시간에 따른 일부분의 변화는 전체 하양링크 및 상향링크의 변화에 비해서는 느리다고 가정한다. 따라서, 채널 특성이 여러 프레임 동안에는 대략적으로 일정(constant)하다라고 가정할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 2개의 송신안테나는 가지는 기지국과 사용자 단말에서 데이터 전송모델을 도시하고 있다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 기지국은 2개의 안테나를 가진 2개의 사용자 단말기로 각각 데이터를 전송하기 위한 송신기 필터(210, 220)를 가진다. 또한, 상기 각각의 사용자 단말기는 상기 기지국이 각각 전송한 데이터를 수신하기 위한 각각의 수신기 필터(230, 240)를 갖는다.
상기 k 번째 사용자 단말은 상기 기지국으로부터 데이터를 수신한 후, 하향 링크의 채널을 추정한다. 일반적인 통신 시스템의 송신기 및 수신기는 채널 추정기를 가지고 있으며, 본 발명에서 채널추정에 관한 상세한 설명은 생략하도록 한다. 이후, 상기 k 번째 사용자 단말은 채널정보를 기지국으로 피드백한다.
모든 사용자 단말이 각각의 채널 정보를 상기 기지국으로 피드백하면, 상기 기지국은 상기 사용자 단말 각각의 상기 채널정보를 이용하여, 송신기 필터(210, 220)와 수신기 필터(230, 240)를 계산한다. 여기서, 상기 Mk 와 Wk 는 k번째 단말의 송신기 필터와 수신기 필터를 나타낸다.
본 발명에서 사용자 단말은 추정한 채널계수를 양자화하여 바로 피드백하지 않고, 상기 채널계수를 좀더 효율적으로 표현한 양자화 계수(이하 "양자화 피드백 계수"라 칭함)을 피드백한다.
도 3은 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 채널에 대한 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 선택을 하는 단말의 동작 절차를 나타내고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 단말은 300 단계에서 기지국으로부터 파일럿 심벌을 수신하고, 상기 단말은 302 단계에서 상기 파일럿 심벌을 이용하여 채널추정을 수행한다. 여기서, 기지국의 송신 안테나 수가 2이고 단말의 수신 안테나가 2라고 가정하면, k 번째 사용자 단말은 2x2 채널행렬(Hk)이 된다. 2x2 채널행렬(Hk)은 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007093100936-PAT00001
여기서,
Figure 112007093100936-PAT00002
와
Figure 112007093100936-PAT00003
는 양의 실수 값이며,
Figure 112007093100936-PAT00004
의 관계를 갖는다. 그리고
Figure 112007093100936-PAT00005
은 복소수이고
Figure 112007093100936-PAT00006
와
Figure 112007093100936-PAT00007
는 각각의 절대값이 1보다 작은 실수의 값을 갖는다. 또한
Figure 112007093100936-PAT00008
의 관계를 갖는다.
Figure 112007093100936-PAT00009
은 2×2 복소 채널행렬 Hk의 제곱 프로베니우스 놈(squared frobenius norm) 연산이다.
이후, 상기 단말은 304 단계에서 추정한 채널계수에 대한 양자화 피드백 계수를 구하고 해당 양자화 인덱스를 계산한다. 여기서, 상기 양자화 피드백 계수는 하기 <수학식 2>처럼 정의된다.
Figure 112007093100936-PAT00010
여기서, 0≤αk≤1 이고, -0.5≤βk,γk≤0.5임.
이후, 상기 단말은 306 단계에서 계산한 양자화 인덱스를 상기 기지국으로 피드백한다.
이후, 상기 단말은 사용자 선택을 위한 절차를 종료한다.
도 4는 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 채널계수에 대한 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 선택을 하는 기지국의 동작 절차를 나타내고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 기지국은 400 단계에서 피드백 채널을 통해 양자화 인덱스를 수신한다.
이후, 상기 기지국은 402 단계에서 상기 양자화 인덱스를 이용하여 파라미터를 재구성한다. 즉, 상기 양자화 인덱스에 해당하는 양자화 피드백 계수를 코드북으로부터 얻고 송신기 필터 값을 한다.
이후, 상기 기지국은 404 단계에서 상기 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 선택을 수행한다.
SDMA 전송에서 사용자 단말을 선택하는 간단한 방법은 일반적인 준 직교한 사용자 선택 알고리즘을 사용하는 것이다. 상기 알고리즘 형태는 사용자 단말의 채널행렬에 기반하고 있다. 따라서 피드백으로부터 모든 사용자 단말에 대해 채널행렬(
Figure 112007093100936-PAT00011
)을 재구성하는 것이 가능하여 일반적인 사용자 선택 알고리즘으로 입력으로 사용한다. 그러나, 본 발명에서 상기 양자화 피드백 계수를 사용자 단말을 선택할 때 직접 사용하여 계산 양을 줄일 수 있는 효율적인 방법을 제안한다. 여기서, CBF 송신필터를 계산하는데 사용되는 양자화된 피드백에 기반하여 두 명의 사용자 단말들을 선택하기 위한 세 가지 방법을 설명하기로 한다.
먼저 사용자 선택 방법 1은 일반적인 사용자 선택 알고리즘에 기반하여,고속의 총 전송률(high sum-rate)을 얻을 수 있다. 여기서 채널행렬 Hk의 첫 번째 열(row)로 표현되는 벡터 bk=(αk, βk+γk)를 정의한다. 첫 번째 사용자 단말과 두 번째 사용자 단말은 하기 <수학식 3>에 의해 선택된다.
Figure 112007093100936-PAT00012
Figure 112007093100936-PAT00013
여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소(scheduling weighting factor), bk는 채널행렬 Hk의 첫 번째 열이고, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수이고, K는 총 선택되는 단말 수이다(K는 2라고 가정함). 따라서, 첫 번째 사용자 단말로 ωk가 가장 큰 값을 가지는 단말을 선택하고, 두 번째 사용자 단말은 두 번째 항(u2)에서 가장 큰 값을 가지는 단말을 선택한다.
그리고, 사용자 단말 k를 위한 스케줄러에서 CQI(예 ESINR), 비례 공평성(proportional fairness) 그리고 다른 QoS 제약(constraints)에 의존하는 상기 파라미터들은 αk,βk,γk 그리고 스케줄링 가중치 요소(ωk)를 이용한다.
사용자 선택 방법 2는 상기 사용자 선택 방법 1보다 복잡성이 낮고 고속의 총 전송률을 수행하기 위해 발견적 방법(heuristic)이다. 첫 번째 사용자 단말과 두 번째 사용자 단말은 하기 <수학식 4>에 의해 선택된다.
Figure 112007093100936-PAT00014
Figure 112007093100936-PAT00015
Figure 112007093100936-PAT00016
또는
Figure 112007093100936-PAT00017
여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수이고, K는 총 선택되는 단말 수이다(K는 2라고 가정함). 따라서, 첫 번째 사용자 단말로 ωk가 가장 큰 값을 가지는 단말을 선택하고, 두 번째 사용자 단말은 두 번째 항(u2)에서 가장 큰 값을 가지는 단말을 선택한다.
사용자 선택 방법 3은 고속의 총 전송률을 수행하기 위해 발견적 방 법(heuristic)이다. 그리고 스케줄링된 사용자 단말들이 수학적으로 안정하게 되는 송신필터의 closed form 솔루션을 보장한다. 하지만 사용자 선택 방법 1,2는 피드백 비트의 수가 작을 경우에 송신필터의 closed form 솔루션을 항상 보장하지 않는다.
Figure 112007093100936-PAT00018
Figure 112007093100936-PAT00019
여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수이고, K는 총 선택되는 단말 수이다(K는 2라고 가정함).
<수학식 5>를 보면, 일반적인 상기 사용자 선택 방법 3의 기준(criterion)은 두 개의 항에 대한 곱이 영이 되지 않는 것(non zero)을 보장하고, 동시에 두 사용자를 선택하는 것이 고속의 총 전송률을 보장한다. 하지만, 송신필터의 closed form 표현식이 적은 양자화 비트의 수로 양자화 피드백 계수를 사용할 때, 일반적 사용자 선택 알고리즘은 수학적 안전성을 보장할 수 없다.
사용자 선택 방법 4는 상기 사용자 선택 방법 3의 변형(variant)이다. 첫 번째 사용자는 두 번째 사용자와 독립적으로 선택되지 않는다. 상기 스케줄러는 두 사용자 단말 선택에 대한 경우의 수에 대해 하기 <수학식 6>를 적용하여 가장 큰 값을 가지는 두 사용자 단말을 선택한다.
Figure 112007093100936-PAT00020
여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수이고, K는 총 선택되는 단말 수이다(K는 2라고 가정함). 상기 사용자 선택 방법 4는 송신필터의 closed form 표현식의 수학적 안전성을 보장하면서 두 사용자 단말의 ESNR 곱을 최대가 되도록 하는데 목적으로 한다.
이후, 상기 기지국은 406 단계에서 양자화 피드백 계수를 이용하여 구한 빔포밍 필터를 전송한다.
이후, 상기 기지국은 408 단계에서 빔포빙을 수행하며 데이터를 전송을 수행한다.
이후, 상기 기지국은 사용자 선택을 위한 절차를 종료한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양자화 계수를 이용하여 코드북을 구성하는 흐름도를 나타내고 있다.
상기 도 5를 참조하면, 단말은 500 단계에서 일정한 기간 동안 채널계수의 통계치를 확인한다.
이후, 단말은 502 단계에서 상기 채널계수를 양자화 피드백 계수(α,β,γ) 로 표현한다.
이후, 504 단계에서 상기 α,β,γ가 균등하게 분포되어 있을 시( uniform codebook) 506 단계로 진행하여 양자화 비트 수에 따른 하기 <수학식 7>로부터 직접 양자화 피드백 계수를 계산한다.
Figure 112007093100936-PAT00021
여기서, Q1은 α를 양자화하기 비트 수, Q2은 β를 양자화하기 비트 수, Q3는 γ를 양자화하기 위한 비트 수이다. 따라서, 총 양자화 비트 수는 Q1+Q2+Q3가 된다. 즉, 이 시간 간격(intervals) 동안 균등하게 분포된α,β,γ를 선택함으로써, 사용자 단말들은 유한한 비트 수를 사용하여 채널을 바로 양자화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 고유한 코드북(unique codebook) 구조는 모두 세 개 파라미터들이 사용된다. 사용자 단말에서 양자화하고 기지국에서 코드북의 복호하는 것을 매우 단순하게 해준다. 만일 Q1=Q2=Q3 같다면 같은 코드북이 사용되고, 다만 β,γ는 α로부터 1/2 시프트(shift)된다.
만약, 상기 504 단계에서 상기 α,β,γ가 균등하게 분포되어 있지 않을 시(non uniform codebook) Lloyd-Max 양자화를 이용하여 코드북을 생성한다. 실제 α,β,γ 파라미터의 분포는 균등하지 않다. 따라서, 더 좋은 코드북이 디자인될 수 있다. 주어진 양자화 비트 수를 위해 최적의 디자인은 Lloyd Max 양자화기로 구현할 수 있다. 다른 양자화 비트와 다른 수신안테나 수에 따라서 최적의 코드북들은 하기 <표 1>, <표 2>와 같이 주어진다.
Figure 112007093100936-PAT00022
Figure 112007093100936-PAT00023
여기서, 상기 <표 1>은 2비트-양자화 비트를 사용할 때 코드북이다. 수신 안테나별로 4(2^2)개의 양자화 인덱스가 존재한다. 상기 <표 2>는 3비트-양자화 비트를 사용할 때 코드북이다. 수신 안테나별로 8(2^3)개의 양자화 인덱스가 존재한다.
상기 양자화 비트 수 혹은 수신안테나 수가 증감함에 따라서 Lloyd Max 코드북은 균등한 코드북에 가까워진다, 따라서 Lloyd Max 코드북의 장점은 2, 3 비트의 양자화 비트 수일 때 더 중요하다. 나머지 양자화 피드백 계수 β,γ를 위한 코드북은 α의 코드북에서 시간간격(interval)과 값(values)의 1/2 시프트한 결과와 같다.
이후, 코드북 구성 절차를 종료한다.
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.
도 1은 본 발명에 따른 간략한 다중안테나 시스템 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 2개의 송신안테나는 가지는 기지국과 사용자 단말에서 데이터 전송모델,
도 3은 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 채널에 대한 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 선택을 하는 단말의 동작 절차도,
도 4는 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 채널계수에 대한 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 선택을 하는 기지국의 동작 절차도 및,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양자화 계수를 이용하여 코드북을 구성하는 흐름도.

Claims (22)

  1. 다중안테나 시스템에서 사용자 선택을 위한 기지국 동작 방법에 있어서.
    피드백 채널을 통해 복수의 단말들로부터 각각 양자화 인덱스를 수신하는 과정과,
    상기 양자화 인덱스에 해당하는 단말의 양자화 피드백 계수를 코드북으로부터 각각 산출하는 과정과,
    상기 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 단말을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 선택 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 단말을 선택하는 과정은 하기 <수학식 8>에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 사용자 선택 방법.
    Figure 112007093100936-PAT00024
    Figure 112007093100936-PAT00025
    여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소(scheduling weighting factor), bk는 채널행렬 Hk의 첫 번째 열이고, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수임.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 단말을 선택하는 과정은 하기 <수학식 9>에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 사용자 선택 방법.
    Figure 112007093100936-PAT00026
    Figure 112007093100936-PAT00027
    Figure 112007093100936-PAT00028
    또는
    Figure 112007093100936-PAT00029
    여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수임.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 단말을 선택하는 과정은 하기 <수학식 10>에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 사용자 선택 방법.
    Figure 112007093100936-PAT00030
    Figure 112007093100936-PAT00031
    여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 단말을 선택하는 과정은 하기 <수학식 11>에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 사용자 선택 방법.
    Figure 112007093100936-PAT00032
    여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수임.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 코드북을 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 선택 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 사용자 단말을 선택하는 과정 후, 빔포밍하여 데이터를 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 선택 방법.
  8. 다중안테나 시스템에서 채널 상태 정보를 피드백하기 위한 단말 동작 방법에 있어서.
    기지국으로부터 파일롯 심벌을 수신하는 과정과,
    상기 파일럿 심벌을 이용하여 채널을 추정하는 과정과,
    상기 채널 계수를 양자화 피드백 계수로 변환하는 과정과,
    상기 양자자 피드백 계수에 해당하는 양자화 인덱스를 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 피드백 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 양자화 피드백 계수는 송수신 안테나와 수신안테나의 수가 각각 2일 때 하기 <수학식 12>과 같이 구해지는 것을 특징으로 하는 피드백 방법.
    Figure 112007093100936-PAT00033
    여기서, 0≤αk≤1 이고, -0.5≤βk,γk≤0.5임.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 양자화 피드백 계수는 사용자 선택시 바로 이용되는 것을 특징으로 하는 피드백 방법.
  11. 다중안테나 시스템에서 코드북을 구성하는 방법에 있어서,
    채널계수의 통계치를 확인하는 과정과,
    양자화 피드백 계수의 분포가 균등할 시, 상기 채널계수를 양자화 비트 수에 따른 관계식으로부터 양자화하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 코드북 구성 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 양자화 비트 수에 따른 관계식은 하기 <수학식 13>인 것을 특징으로 하는 코드북 구성 방법.
    Figure 112007093100936-PAT00034
    여기서, Q1은 α를 양자화하기 비트 수, Q2은 β를 양자화하기 비트 수, Q3는 γ를 양자화하기 위한 비트 수임.
  13. 제 11항에 있어서,
    양자화 피드백 계수의 분포가 불균등할 시, 상기 채널계수를 Lloyd-Max 양자화기를 이용하여 양자화하는 것을 특징으로 것을 특징으로 하는 코드북 구성 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 Lloyd-Max 양자화기에 의한 코드북은 양자화 비트가 2비트 일 때 하기 <표 3>으로 구성되는 것을 특징으로 하는 코드북 구성 방법.
    Figure 112007093100936-PAT00035
    여기서, Nr은 수신 안테나의 수를 나타내며 세로축은 4개의 양자화 인덱스를 나타낸다.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 Lloyd-Max 양자화기에 의한 코드북은 양자화 비트가 3비트 일 때 하기 <표 4>으로 구성되는 것을 특징으로 하는 코드북 구성 방법.
    Figure 112007093100936-PAT00036
    여기서, Nr은 수신 안테나의 수를 나타내며 세로축은 8개의 양자화 인덱스를 나타낸다.
  16. 피드백을 통한 사용자 선택을 위한 다중안테나 시스템에 있어서.
    피드백 채널을 통해 복수의 단말들로부터 각각 양자화 인덱스에 해당하는 단말의 양자화 피드백 계수를 코드북으로부터 각각 산출하고, 상기 양자화 피드백 계수를 이용하여 사용자 단말을 선택하는 송신기와
    상기 송신기로부터 파일롯 심벌을 수신하여 채널을 추정하고, 상기 채널 계수를 양자화 피드백 계수로 변환하고, 상기 양자자 피드백 계수에 해당하는 양자화 인덱스를 피드백하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 송신기는
    하기 <수학식 14>에 의해 사용자 단말을 선택하는 것을 특징으로 하는 시스템.
    Figure 112007093100936-PAT00037
    Figure 112007093100936-PAT00038
    여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소(scheduling weighting factor), bk는 채널행렬 Hk의 첫 번째 열이고, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수임.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 송신기는
    하기 <수학식 15>에 의해 사용자 단말을 선택하는 것을 특징으로 하는 시스 템.
    Figure 112007093100936-PAT00039
    Figure 112007093100936-PAT00040
    Figure 112007093100936-PAT00041
    또는
    Figure 112007093100936-PAT00042
    여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수임.
  19. 상기 송신기는
    하기 <수학식 16>에 의해 사용자 단말을 선택하는 것을 특징으로 하는 시스 템.
    Figure 112007093100936-PAT00043
    Figure 112007093100936-PAT00044
    여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수.
  20. 상기 송신기는
    하기 <수학식 17>에 의해 사용자 단말을 선택하는 것을 특징으로 하는 시스템.
    Figure 112007093100936-PAT00045
    여기서, ωk는 스케줄링 가중치 요소, αk, βk, γk는 단말 k로부터 피드백 받은 양자화 피드백 계수임.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 송신기는
    상기 사용자 단말을 선택한 후 빔포밍하여 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제 16항에 있어서,
    상기 양자화 피드백 계수는 송수신 안테나와 수신안테나의 수가 각각 2일 때 하기 <수학식 18>과 같이 구해지는 것을 특징으로 하는 시스템.
    Figure 112007093100936-PAT00046
    여기서, 0≤αk≤1 이고, -0.5≤βk,γk≤0.5임.
KR1020070137258A 2007-12-26 2007-12-26 다중안테나 시스템에서 채널 상태 정보에 대한 양자화계수를 이용하여 코드북을 구현하는 방법, 사용자 선택을하는 방법 및 장치 KR20090069555A (ko)

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