KR20090073758A

KR20090073758A - 협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 프리코딩된 신호를송신하는 방법

Info

Publication number: KR20090073758A
Application number: KR1020070141799A
Authority: KR
Inventors: 김재완; 임빈철; 김수남; 정진혁
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-12-31
Filing date: 2007-12-31
Publication date: 2009-07-03
Also published as: JP5129346B2; US8755451B2; KR100995045B1; US20100309998A1; WO2009084903A3; JP2011509040A; EP2227866A2; CN101911522B; EP2227866A4; CN101911522A; WO2009084903A2

Abstract

본 문서는 협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송신하는 방법을 개시한다.

본 문서에서 개시하는 프리코딩된 신호를 수신하는 방법의 일례는, 서빙 기지국을 포함하는 하나 이상의 기지국으로부터 빔포밍에 의해 수신된 신호를 통해 단말에서 상기 하나 이상의 기지국에 대한 채널을 추정하는 단계, 상기 추정된 채널을 기초로 결정되는 상기 하나 이상의 기지국에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI: Precoding Matrix index) 정보를 상기 서빙 기지국으로 송신하는 단계 및 상기 하나 이상의 기지국에서 상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 기초로 프리코딩된 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

Collaborative MIMO, beamforming, codebook based precoding

Description

협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송신하는 방법{A method for receiving a precoded signal in collaborative multiple input multiple output communication system}

본 문서는 협동 다중 입출력 통신 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로 협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송신하는 방법에 관한 것이다.

최근 정보통신 서비스의 보편화와 다양한 멀티미디어 서비스들의 등장, 그리고 고품질 서비스의 출현 등으로 인해 무선통신 서비스에 대한 요구가 급속히 증대되고 있다. 이에 능동적으로 대처하기 위해서는 통신 시스템의 용량을 증대시키는 한편 데이터의 전송 신뢰도를 높여야 한다.

무선통신 환경에서 통신 용량을 늘리기 위한 방안으로는 이용 가능한 주파수 대역을 새롭게 찾아내는 방법과, 주어진 자원의 효율성을 높이는 방법을 생각해 볼 수 있다. 이 중 후자의 방법으로 송수신기에 다수의 안테나를 장착하여 자원 활용을 위한 공간적인 영역을 추가로 확보하여 다이버시티 이득을 취하거나, 각각의 안테나를 통해 데이터를 병렬로 전송함으로써 전송 용량을 늘리는 이른바 다중 안 테나 송수신 기술(Multiple Input Multiple Output Antenna; 이하 MIMO)이 최근 큰 주목을 받으며 활발하게 개발되고 있다.

일반적으로 MIMO 기법은 통신시스템의 신뢰도를 높이거나 전송 효율을 향상시키기 위해 고려되며, 빔포밍 기법(beamforming), 공간 다이버시티 기법(spatial diversity), 및 공간 다중화 기법(spatial multiplexing)으로 크게 세 가지로 분류 할 수 있다.

신뢰도를 높이기 위해 여러 개의 송신안테나를 이용하는 빔형성 기법과 공간 다이버시티 기법은 일반적으로 단일 데이터 스트림을 여러 개의 송신 안테나를 통해 전송하며, 전송효율을 높이기 위해 사용되는 공간 다중화 기법은 여러 개의 데이트 스트림을 동시에 여러 개의 송신 안테나를 통해 전송한다.

공간 다중화 기법에서 동시에 전송되는 데이터 스트림의 개수를 공간 다중화율(spatial multiplexing rate)이라 하는데 공간 다중화율은 송수신 안테나의 개수와 채널 상황에 따라서 적절하게 선택되어야 한다. 일반적으로 최대로 얻을 수 있는 공간 다중화율은 송신 안테나 개수와 수신 안테나 개수 중 작은 값에 의해 제한되며, 채널의 상관도가 높아지면 작은 공간 다중화율을 사용한다.

공간 다중화 기법을 사용하는 경우 가상 안테나 시그널링 기법을 적용하면 여러 가지 이득을 얻을 수 있다. 예를 들면, 가상 안테나 시그널링 기법을 적용하게 되면 여러 개의 데이터 스트림의 채널환경을 동일하게 되므로 강인한 채널상태 정보(Channel quality information: CQI)를 제공할 수 있게 되고 나쁜 채널상황을 가진 데이터 스트림의 신뢰도를 증가시킬 수 있게 된다.

또한, 가상 안테나 시그널링 기법이 적용되는 물리 안테나들에서의 송신 전력이 거의 일정하게 유지할 수 있게 된다. 상세히 살펴보면, 물리적 송신 안테나들은 세트를 이루어 복수 개의 빔들을 만드는데, 이들 각각의 빔들은 각각의 가상 안테나에 해당한다. 서로 다른 빔들은 모든 물리적인 안테나들로부터 똑같은 전력을 전송하도록 할 뿐만 아니라 채널 특성을 보존하도록 생성된다.

기본적으로, 만들어진 가상 안테나의 총 수는 이용 가능한 공간 다이버시티 또는 공간 다중화율을 지칭한다. 이 수는 또한 공간 채널들을 측정하기 위해 필요한 오버헤드(overhead)의 양을 지칭한다. 이하에서 물리적 송신 안테나의 수를 Mt, 물리적 수신 안테나의 수를 Mr, 이용 가능한 가상 송신 안테나의 수를 Me라 하고 동시에 송신되는 레이어들을 M으로 나타낸다. 여기서, 레이어는 독립적으로 부호화되고 변조된 송신 심볼을 의미한다.

한편, 통신시스템의 신뢰도를 높이거나 전송 효율을 향상시키기 위한 공간 처리 기법으로 프리코딩 기법이 있다. 프리코딩 기법은 다중안테나 시스템에서 공간 다중화율에 상관없이 사용할 수 있는 기법으로서 보통 채널의 신호대잡음비(signal to noise ration: SNR)의 크기를 높여주는 기법이다. 일반적으로 송신단에서 현 채널환경에 가장 적절한 행렬 또는 벡터를 데이터에 곱하여 전송하는데, 여기서 곱해지는 행렬 또는 벡터는 수신단으로부터 피드백 받아 사용하거나, 또는 송신단에서 하향링크의 채널정보를 알 수 있는 경우 알맞은 행렬 또는 벡터를 계산하여 사용할 수 있다.

상술한 바와 같은 종래기술에 있어서 본 발명은 협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송신하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 양태에 따른 협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 프리코딩된 신호를 수신하는 방법은, 서빙 기지국을 포함하는 하나 이상의 기지국으로부터 수신된 신호를 통해 단말에서 상기 하나 이상의 기지국에 대한 채널을 추정하는 단계, 상기 추정된 채널을 기초로 결정되는 상기 하나 이상의 기지국에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI: Precoding Matrix index) 정보를 상기 서빙 기지국으로 송신하는 단계 및 상기 하나 이상의 기지국에서 상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 기초로 프리코딩된 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)는, 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information), 랭크 정보(Rank Information) 중 적어도 하나와 함께 채널 정보로서 송신될 수 있다.

상기 프리코딩된 신호는, 상기 하나 이상의 기지국 각각에서 하나 이상의 가상 안테나를 통해 송신되고, 상기 가상 안테나는 빔포밍 안테나 벡터가 곱해져 생성되는 빔으로 구현될 수 있다.

또한, 상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)는, 상기 하나 이상의 기지국에서 공통으로 가지고 있는 코드북을 사용하여 결정될 수 있다.

그리고, 상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI) 또는 상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)에 따른 프리코딩 행렬 값 중 협력적 MIMO를 수행하기 위해 각 기지국에 할당되는 안테나 가중치 또는 상기 프리코딩 행렬의 행 인덱스를, 상기 서빙 기지국에서 백본망을 통해 상기 하나 이상의 기지국으로 전달될 수 있다.

상기 단말은 다중 셀 환경에서 셀 가장자리에 위치하는 단말일 수 있다.

본 발명의 일 실시 양태에 따른 협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송신하는 방법은, 단말로부터 서빙 기지국 및 하나 이상의 인접 기지국에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 수신하는 단계, 상기 수신된 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)에 따른 프리코딩 행렬 값 중 각 기지국에 할당되는 안테나 가중치 또는 상기 프리코딩 행렬의 행 인덱스를 백본망을 통해 해당 기지국으로 전달하는 단계, 상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 기초로 신호를 프리코딩 하는 단계, 및 상기 프리코딩된 신호를 상기 단말로 송신하는 단계를 포함한다.

상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)는, 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information), 랭크 정보(Rank Information) 중 적어도 하나와 함께 채널 정보로서 수신될 수 있다.

상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)는, 상기 서빙 기지국 및 하나 이상의 인접 기지국에서 공통으로 가지고 있는 코드북을 사용하여 결정될 수 있다.

그리고, 상기 방법은, 상기 단말로부터 수신되는 신호를 통해 채널을 추정하는 단계, 상기 추정된 채널을 기초로 빔포밍용 안테나 가중치를 결정하는 단계 및 상기 결정된 안테나 가중치를 상기 프리코딩된 신호에 곱하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 문서에 따르면, 협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 보다 효과적으로 프리코딩된 신호를 수신할 수 있다.

다중 셀 환경에서 다수의 기지국에서 하나의 단말에 대한 데이터 신호를 전송할 때 폐-루프 방식으로 단말에서 전송되는 프리코딩 행렬 정보를 공유하여 프리코딩을 수행할 수 있다. 그리고 이로써 단말로 전송되는 신호간 유니터리 특성을 유지시켜 단말에서의 수신 성능을 높일 수 있을 것이다.

아울러, 본 실시예에서와 같이 각 기지국에서 다수의 안테나를 이용하는 빔포밍을 수행하여 각 기지국이 하나의 안테나로써 데이터를 전송할 수 있다. 이로써, 단말로 전송되는 신호의 세기를 증폭시킬 수 있을 것이고 또한, 단말로 전송되는 다수의 기지국 신호 간에 발생할 수 있는 간섭을 줄이는 효과도 볼 수 있을 것이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시되는 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해 구체적인 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 이하의 설명에서 일정 용어를 중심으로 설명하나, 이들 용어에 한정될 필요는 없으며 임의의 용어로서 지칭되는 경우에도 동일한 의미를 나타낼 수 있다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및/또는 장치는 생략될 수 있고, 각 구조 및/또는 장치의 핵심기능을 중심으로 도시한 블록도 및/또는 흐름도 형식으로 나타낼 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

본 문서에서 본 발명의 실시예들은 기지국과 단말 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노 드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다. 즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.

다중 셀 환경에서 통신 중인 단말 특히, 각 셀의 가장자리에 위치하는 단말의 경우, 서비스를 제공받는 서빙 기지국으로부터 송신되는 신호는 그 세기가 약한 반면, 다른 인접한 기지국들로부터 송신되는 신호로 간섭이 발생할 확률이 높다. 따라서, 이러한 셀 가장자리에 위치하는 단말의 경우 그 통신 환경을 고려하여 이하 설명하는 협동 다중 입출력 방식(Collaborative MIMO)을 통해 사용자의 수신성능을 높일 수 있을 것이다.

도 1은 다중 셀 환경에서 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 다중 입출력 방식에 따르면, 기존 단일 셀 단위로 MIMO를 적용하여 다이버시티(Diversity), 단일 사용자 MIMO(Single-user MIMO), 다중 사용자 MIMO(Multi-user MIMO)를 구현하였던 것과는 달리, 다중 셀 환경에서 복수개의 기지국을 이용하여 MIMO를 적용할 수 있다.

도 1을 참조하면, MS1(13)은 BS1(10) 및 BS3(12)로부터 신호를 수신하고, MS2(14)은 BS1(10) 및 BS2(11)로부터 신호를 수신하고, MS3(15)은 BS2(11) 및 BS3(12)로부터 신호를 수신함을 확인할 수 있다. 그리고, 다수의 기지국에서 단말로 전송되는 데이터는 스케줄러(16)에서 다수의 기지국을 고려하여 구성하여 백본망(17)을 통해서 각 기지국으로 전달하여 준다.

이때 각 기지국으로부터 수신되는 신호는 서로 동일하거나 다른 데이터일 수 있다. 각 기지국으로부터 동일한 데이터를 수신하는 경우에는 다이버시티 이득을 획득할 수 있고, 각 기지국으로부터 다른 데이터를 수신하는 경우에는 데이터 전송 속도 즉, 데이터 처리량을 높일 수 있을 것이다.

단말이 동일 셀 기지국의 다중 안테나를 통해 단일 사용자 MIMO 또는 다중 사용자 MIMO에 의해 수신성능을 높인 것과 유사한 방법으로, 인접한 다수의 셀에 위치하는 기지국들로부터 동일 채널에 대한 신호를 수신하여 다이버시티, 단일 사용자 MIMO 또는 다중 사용자 MIMO를 구현할 수 있다. 특히, 인접 셀로부터 간섭을 받기 쉬운 셀 가장자리에 위치하는 단말은 이러한 상황을 역으로 이용하여, 인접 기지국들로부터 동일 채널에 대한 신호를 수신하여, 다이버시티, 단일 사용자 MIMO 또는 다중 사용자 MIMO를 구현할 수 있을 것이다.

여러 단말 또는 특정 단말에 대해 다수의 독립적인 스트림을 보내므로, 단일 사용자 MIMO 또는 다중 사용자 MIMO를 구현하기 위해 협동 다중 입출력 방식을 적용할 때, 다수의 기지국들이 단말로부터 채널추정 관련정보 (CSI: Channel Status Information)를 수신하고 이를 이용하여 채널을 추정할 수 있다. 그리고, 이러한 채널 추정 결과를 기초로 각 기지국에서 독립적으로 안테나 가중치를 생성 하여 프리코딩 하여 전송할 수 있다.

하지만, 이 경우 각 기지국에서 단말에서 수신된 채널추정 관련정보에 따라 추정된 채널 값을 이용하여 각 기지국에서 프리코딩 벡터 값을 독립적으로 생성하기 때문에 프리코딩 안테나 벡터에 해당하게 되는 각 기지국간 신호가 서로 유니터리 성질을 갖지 못하게 될 수 있다. 이와 같이, 다수 개의 기지국에서 생성되는 프리코딩 벡터 간에 서로 유니터리 특성을 유지하지 못하면 최소 코들 거리(Minimum chordal distance)와 같은 파라미터 값을 최대화 하기가 어렵기 때문에, 하나의 단말에게 복수개의 데이터 스트림을 전송하는 통신 시스템에서 수신 성능에 있어서 특성 열화를 가져올 수 있다.

따라서, 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예에서는 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 사용함에 있어서 코드북을 이용하여 폐-루프 동작을 통해, 다수의 기지국에서 유니터리 특성을 유지할 수 있는 신호를 송신할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2의 (a)는 각 기지국의 랭크가 1인 경우 다수의 기지국을 통해서 특정 단말에게 하나의 데이터 스트림을 동시에 전송하는 방법을 도시한 것이다. 도 2의 (a)에서 단말(20)의 서빙 기지국 BS_1(21-1)과 M-1개의 인접 기지국을 포함하는 M개의 기지국들은, 단말(20)로 데이터를 전송한다. 이때 각 기지국 즉, 서빙 기지국 BS_1(21-1) 내지 기지국 BS_M(21-M)은 스케줄러(25)에서 수신한 정보를 기초로 구 성되어 백본망(24)을 통해 전달된 데이터 스트림(d)을 각각 전송한다.

다수의 기지국 중 기지국 BS_1(21-1)을 통해 데이터를 전송하는 각 기지국의 구성을 보다 구체적으로 설명하면, 기지국 BS_1(21-1)은 데이터 스트림(d)을 백본망(24)를 통해 전달받고 난 후, 이를 단말(20)로 송신하기 전에 데이터 스트림(d)에 대해 프리코딩을 수행한다. 즉, 프리코딩 행렬 생성부(22-1)는 프리코딩을 수행할 때 이용되는 가중치 또는 프리코딩 행렬을 생성한다.

이때 프리코딩 행렬 생성부(22-1)는 코드북을 이용하여 가중치 또는 프리코딩 행렬을 생성할 수 있다. 예를 들어, 단말에서는 본 실시예에 따라 피드백 정보로 프리코딩 행렬 인덱스(PMI: Precoding Matrix index)를 전송하고, 프리코딩 행렬 생성부(22-1)에서는 단말(20)로부터 피드백 정보로 수신되는 프리코딩 행렬 인덱스(PMI: Precoding Matrix index)를 이용하여 프리코딩 행렬을 생성할 수 있을 것이다.

그리고, 프리코더(23-1)는 이 생성된 가중치 또는 프리코딩 행렬을 데이터 스트림(d)에 곱하여 프리코딩을 수행한다. 그리고, 프리코딩된 신호를 단말(20)로 전송한다.

본 실시예에 따라 각 기지국에서 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 이용하여 프리코딩 행렬을 생성할 수 있도록, 기지국 특히 서빙 기지국(21-1)에서는 단말(20)로부터 피드백 정보로 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 수신하되, 이때 서빙 기지국(21-1)에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(P1)뿐만 아니라 BS_M(21-M)를 포함하는 인접 기지국들에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PM)도 함께 수신할 수 있다.

그리고, 서빙 기지국(21-1)에서는 각 기지국에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI) 백본망(24)을 통해 해당 기지국으로 전달하여 줄 수 있다. 여기서 백본망(24)은 다수의 인접한 기지국들 간에 정보의 송수신 및 공유를 위해 정의된 통신망으로 볼 수 있다. 이때 중간에 스케줄러(25)가 관여하여 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 보다 바람직한 경우로 조정하여 전달하여 줄 수도 있을 것이다.

추가적으로, 스케줄러(25)는 각 기지국에서 단말로부터 수신된 신호를 통해 획득한 채널 정보를 백본망(24)을 통해 수신하여, 이를 이용하여 해당 단말로 전송하는 데이터를 구성할 수 있다. 즉, 채널 정보에는 상술한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)뿐만 아니라, 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information) 및 랭크 정보(Rank information) 등을 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 채널 정보를 통해 스케줄러(25)에서는 해당 단말의 채널 상태에 최적의 코딩 및 변조 기법을 선택하고 이를 적용하여 구성된 데이터를 각 기지국에 백본망(24)을 통해 전달하여 단말로 전송되도록 할 수 있다.

다른 방법으로 단말에서는 서빙 기지국 및 백본망(24)을 통하지 않고 각 인접 기지국으로부터 상향링크 채널을 할당받아 직접 각 기지국으로 각 기지국에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 송신할 수도 있을 것이다.

도 2의 (b)는 각 기지국의 랭크가 1이상 경우 다수의 기지국을 통해서 특정 단말에게 동일한 사용자 데이터를 전송하는 방법을 도시한 것이다. 도 2의 (b)의 각 구성은 도 2의 (a)를 통해 설명한 동작과 동일한 동작을 수행한다. 다만, 도 2의 (a)에서는 각 기지국 별로 모두 하나의 데이터 스트림을 전송하였다면, 도 2의 (b)에서는 기지국들이 하나 이상의 데이터 스트림을 전송하는 점에서 차이가 있다.

도 2의 (b)에서 스케줄러(25)는 각 기지국에 대한 랭크 정보를 수신하여 각 기지국의 랭크에 따라 기지국 별 데이터 스트림을 구성할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (b)에서 기지국 BS_1의 랭크가 K1인 경우 K1개의 데이터 스트림이 구성되어 기지국 BS_1으로 전송될 수 있다. 그리고, 도 2의 (b)에서 기지국 BS_M의 랭크가 KM인 경우 KM개의 데이터 스트림이 구성되어 기지국 BS_M으로 전송될 수 있을 것이다.

도 2에서 추가적으로 각 기지국에 구비된 다중 안테나를 통해 다이버시티나 MIMO를 구현하여 전송할 수도 있을 것이다. 그리고, 도 2의 (b)에서와 같이 다수의 기지국에 다수개의 데이터 스트림을 전송함으로써 보다 높은 전송 속도를 얻을 수 있을 것이다.

이하 수학식 1은 프리코더(23-1)에서 데이터 스트림에 단말에서 전송된 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)에 기초하는 프리코딩 행렬을 곱하여 생성하는 송신 신호의 일례를 수학식으로 나타낸 것이다.

수학식 1에서, m은 다수의 기지국에 할당되는 기지국 인덱스를 나타낸다. 그리고,

는 기지국 BS_m에서 전송되는 전송 신호를 나타내고,

는 기지국 BS_m의 프리코딩 행렬 생성부(22-m)에서 생성되는 프리코딩 행렬을 나타내고,

는 기지국 BS_m에서 스케줄러(25)로부터 수신하는 전송 데이터 스트림을 나타낸다.

수학식 1에서 전체 전송 데이터 스트림 수가 k(

)개 일 때,

는

와 같이 복수 개의 열로 구성될 수 있으며, 이는 기지국 BS_m의 안테나를 통해 전송되는 전송 데이터 스트림에 적용되는 프리코딩 행렬을 나타낼 것이다. 전체 전송 데이터 스트림 수 k개에 대한 코드북 내의 k개의 컬럼 벡터로 구성되는 프리코딩 행렬은 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

단말에서는 먼저 단계 S30에서 서빙 기지국과 하나 이상의 인접 기지국에서 신호를 수신하여 각 기지국에 대한 채널을 추정한다. 본 실시예에 따르면, 단말 특히, 셀 가장자리에 위치하는 단말은 서빙 기지국뿐만 아니라 인접한 기지국들에 대한 채널까지 추정할 수 있음이 바람직하다.

그리고, 단계 S31에서 단말은 각 기지국에 대해 추정된 채널 정보를 이용 하여 코드북에서 각 기지국에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 결정한다. 이때 각 기지국에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 각각 결정하여 다수 개의 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 결정할 수 있다. 그리고, 단계 S32에서 결정된 각 기지국에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 서빙 기지국으로 전송한다. 이때 각 기지국에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)뿐만 아니라 각 기지국의 채널 정보로서, 채널 품질 정보(CQI), 랭크 정보(Rank Information) 등도 함께 전송할 수 있다.

그러면 서빙 기지국에서 서빙 기지국에 대한 채널 정보뿐만 아니라 인접 기지국들에 대한 채널 정보를 단말로부터 수신하면, 단계 S33에서 이를 백본망을 통해 스케줄러로 전달하고 스케줄러는 이를 해당 기지국으로 전송할 수 있다. 또는 서빙 기지국에서 백본망을 통해 인접 기지국들로 각 인접 기지국에 대한 채널 정보를 전달할 수도 있을 것이다.

이렇게 채널 정보 특히 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)과 랭크 정보에 따라 구성된 데이터 스트림을 전달받은 각 기지국에서는 단계 S34-1 및 S34-2에서 프리코딩 행렬 또는 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)에 따른 데이터에 곱함으로써 프리코딩을 수행한다. 그리고 각 기지국은 단계 S35-1 및 S35-2에서 이 프리코딩된 데이터 신호를 단말로 전송한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법에 있어서, 추가적으로 각 기지국 별로 다수의 안테나가 구비되는 경우 빔포밍 기법을 통해 각 기지국을 가상 안테나로 구현하여 신호를 송신하는 방법을 나타낸다.

이하에서는 도 2를 통해 설명한 구성 및 동작에 대한 설명은 간략히 설명하고, 또한, 도 2의 (a)에서와 마찬가지로 다수의 기지국 중 기지국 BS_1(21-1)을 통해 본 실시예에 따른 빔포밍 기법과 관련된 빔포밍 가중치 생성부(44-1~44-M) 및 빔포밍부(45-1~45-M)를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 4a는 랭크가 1인 경우, 다수의 기지국을 통해서 특정 단말에게 동일한 한 개의 데이터 스트림을 전송하는 방법을 도시한 것이다. 상술한 실시예에서 설명한 바와 같이 서빙 기지국 BS_1(41-1)에서는 단말로부터 서빙 기지국 BS_1(41-1)과 다른 인접 기지국들의 가상 안테나에 대한 프리코딩 인덱스 정보(PMI), 채널 품질 정보(CQI) 및 랭크 정보(Rank information)를 수신하여 이를 백본망(46)을 통해 공유 또는 전달하고, 각 기지국에서는 전달받은 프리코딩 정보에 따라 프리코딩을 수행할 수 있다.

그리고, 본 실시예에 따라서 각 기지국에 전달되는 프리코딩 행렬 정보는, 동일한 코드북에서 선택된 하나의 프리코딩 행렬(P)에 대해서 각 기지국 별로 할당되는 가중치 값 또는 프리코딩 행렬의 행 인덱스가 됨이 바람직할 것이다. 즉, 서빙 기지국 BS_1 및 인접 기지국들은 해당 단말에 대해서 동일한 코드북을 사용하며, 단말에서는 각 기지국을 하나의 안테나로 취급하여 하나의 프리코딩 행렬(P)을 결정하여 서빙 기지국 BS_1으로 전송한다. 그리고, 서빙 기지국 BS_1에서는 백본망(46)을 통해 프리코딩 행렬(P) 중 각 기지국에 대한 가중치 값(p)이나 행 인덱스 를 각 기지국으로 전달하여 줄 수 있다.

본 실시예에서도 단말에서는 서빙 기지국 및 백본망(46)을 통하지 않고 각 인접 기지국으로부터 상향링크 채널을 할당받아 직접 각 기지국으로 각 기지국에 프리코딩 행렬 인덱스(PMI) 중 해당 기지국에 대한 가중치 값 또는 프리코딩 행렬에 대한 행 인덱스를 송신할 수 있을 것이다.

이때 서빙 기지국 BS_1(41-1)의 빔포밍 가중치 생성부(44-1)에서는 해당 단말에 대한 채널을 추정하여 그 결과를 기초로 빔포밍을 수행하기 위한 가중치를 생성한다. 이때 빔포밍 가중치 생성부(44-1)는 단말로부터 수신된 채널추정 관련정보를 이용할 수 있을 것이다. 그리고, 빔포밍부(45-1)에서는 의 빔포밍 가중치 생성부(44-1)에서 생성된 가중치를 이용하여 프리코딩된 신호에 대해 가중치를 곱하여 준다.

도 4b는 랭크가 2 이상인 경우, 다수의 기지국을 이용하여 협력 MIMO를 수행하는 일 예로서 해당 단말에게 동일한 다수의 데이터 스트림을 전송하는 방법을 도시한 것이다. 즉, 도 4b의 각 구성은 도 4a를 통해 설명한 동작과 동일한 동작을 수행한다. 다만, 도 4a에서 각 기지국에서 한 개의 데이터 스트림을 전송하였다면, 도 4b에서는 기지국들이 복수 개의 데이터 스트림을 전송하되, 각 기지국에 구비된 다중 안테나를 통해 다이버시티나 MIMO를 구현하여 전송 가능한 점에서 차이가 있을 것이다.

이하 수학식 3은 본 실시예에 따라 단말에서 전송된 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)에 기초하는 프리코딩 행렬을 곱하여 생성된 데이터 스트림에 빔포밍 기법 을 적용하여 신호를 전송하는 경우 송신 신호의 일례를 수학식으로 나타낸 것이다.

수학식 3에서,

는 기지국의 안테나 열에서 출발 각도(AoD: Angle of Departure)를 나타내며,

는 기지국 BS_m에서 구현되는 가상 안테나

에 대해 적용되는 빔포밍 수행을 위한 가중치를 나타내다.

그리고,

는 협력적 MIMO 수행을 위해 결정된 프리코딩 행렬에서 가상 안테나

로 구현되는 각 기지국에 적용되는 가중치 값 특히, 결정된 프리코딩 행렬의 행 성분을 나타내고, 아래 첨자 i는 협력적 MIMO 수행을 위해 결정된 프리코딩 행렬에서 가상 안테나로 구현되는 각 기지국에 적용되는 가중치 값과 관련되는 행 인덱스로 가상 안테나 별 하나의 행이 할당되도록 하여 가상 안테나와 동일한 인덱스를 사용하는 예를 나타낸 것이다. D는 랭크가 k인 경우 전송되는 다중 데이터 스트림

을 나타낼 수 있다.

도 2의 실시예와 비교하여, 도 2에서는 각 기지국별로 프리코딩 행렬 인덱스를 사용하였다면, 도 4a 및 도 4b의 실시예에서는 모든 인접 기지국들에 대해 동일한 코드북에 대한 동일한 프리코딩 행렬 인덱스를 사용하는 점에서 차이가 있다. 즉, 도 4a 및 도 4b의 실시예에서는 각 기지국이 하나의 가상 안테나로 구현되어 다수의 가상 안테나에 대해 적용되는 하나의 프리코딩 행렬 인덱스가 결정되고 각 기지국에서는 결정된 프리코딩 행렬 중 자신에게 해당하는 행 벡터 성분을 가중치로 곱하여 단말로 전송할 수 있을 것이다.

이때 각 기지국에서 빔포밍 기법을 이용하여 가상 안테나를 구현하여 신호를 전송하는 방법에 있어서, 각 기지국에서는 다수의 가상 안테나를 구현하여 이용할 수 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 빔포밍 기법을 통해 가상 안테나를 구현하여 신호 송수신 방법에 있어서, 각 기지국에서 다수의 가상 안테나를 구현하는 경우를 나타낸다.

이때 각 기지국에 구비되는 안테나 열은 하나의 그룹으로 하여 다수의 가상 안테나를 구현할 수도 있고, 안테나 그룹 간 간격이 4λ인 안테나 그룹으로 나누어 다수의 가상 안테나를 구현할 수도 있을 것이다.

도 5a 및 도 5b의 각 구성에 대한 설명은 상술한 바와 동일하므로 생략한다. 다만, 도 5a 및 도 5b에서는 다수의 가상 안테나를 구현하는 경우, 프리코딩 행렬 생성부(52-1~52-M)와 빔포밍 가중치 생성부(54-1~54-M)에서 생성되는 프리코딩 행렬이나 가중치의 행렬 크기 또는 구성에 있어서 변화가 있을 것이다.

도 5a 및 도 5b에서와 같이 하나의 기지국 예를 들어, 기지국 BS_m에서 다 수의 가상 안테나, 즉

를 사용하는 경우, 기지국에서 송신되는 송신 신호는 이하 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 4에서

,

내지

는 각각

의 가상 안테나에 빔포밍 수행을 위해 적용되는 가중치를 나타낸다. 그리고,

,

내지

는 기지국 BS_m에서 구현되는

의 각 가상 안테나를 통해 전송되는 신호에 적용되는 프리코딩 행렬의 행 성분을 나타낸다.

그리고, 도 5b에 도시된 바와 같이 랭크가 2이상의 k인 경우에 D는 전송되는 다중 데이터 스트림

을 나타낼 수 있다. 또한, 이 경우에도 기지국 BS_m에서 구현되는

의 각 가상 안테나를 통해 전체 전송 데이터 스트림 수가 k개 일 때,

는

와 같이 k 개의 열로 구성될 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

단말에서는 먼저 단계 S60에서 서빙 기지국과 하나 이상의 인접 기지국에서 빔포밍에 의한 신호를 수신하여 각 기지국에 대한 채널을 추정한다. 이때 단말은 다중 셀 환경에서 셀 가장자리에 위치하는 단말인 경우 빔포밍에 의해 보다 높은 성능을 얻을 수 있다. 본 실시예에 따르면, 단말 특히, 셀 가장자리에 위치하는 단말은 서빙 기지국뿐만 아니라 인접한 기지국들에 대한 채널까지 추정할 수 있음이 바람직하다.

그리고, 단계 S61에서 단말은 각 기지국에 대해 추정된 채널 정보를 이용하여 코드북에서 각 기지국의 가상안테나로 이루어지는 가상안테나 그룹에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 결정한다. 그리고, 단계 S62에서 결정된 협력적 MIMO를 수행할 기지국들의 가상안테나 그룹에 적용되는 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 서빙 기지국으로 전송한다. 이때 가상안테나 그룹에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)뿐만 아니라 협력적 MIMO를 위한 채널 정보로서, 채널 품질 정보(CQI), 랭크 정보(Rank Information) 등도 함께 전송할 수 있다. 또한, 협력적 MIMO를 수행할 다수의 인접 기지국에서 해당 단말에 대해 동일한 코드북을 사용할 수 있으며, 각 기지국이 하나의 안테나, 안테나 그룹 또는 가상 안테나로 취급되어, 각 기지국에서는 하나의 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)로 결정되는 프리코딩 행렬의 각 행 벡터 성분으로 프리코딩 할 수 있다.

그러면 서빙 기지국에서 서빙 기지국에 대한 채널 정보뿐만 아니라 인접 기지국들에 대한 채널 정보를 단말로부터 수신하면, 단계 S63에서 이를 백본망을 통해 스케줄러로 전달하고 스케줄러는 이를 해당 기지국으로 전송할 수 있다. 또는 서빙 기지국에서 백본망을 통해 인접 기지국들로 각 인접 기지국에 대한 채널 정보를 전달할 수도 있을 것이다.

본 실시예의 경우 각 기지국에서는 단계 S64-1 및 단계 S64-2에서 단말로부터 수신된 신호 또는 채널추정 관련정보를 이용하여 해당 단말에 대한 채널을 추정한다. 그리고 단계 S65-1 및 단계 S65-2에서 채널 추정 결과에 따라 빔포밍용 안테나 가중치를 결정한다. 이때의 안테나 가중치 값은 단말의 위치 및 다른 기지국과의 관계를 고려하여 신호 세기를 최대로 하고 이웃 기지국과의 간섭을 최소로 할 수 있는 값으로 결정됨이 바람직할 것이다.

앞서 채널 정보 특히 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)에 따른 해당 가상안테나의 안테나 가중치 값 또는 그 인덱스를 전달받은 각 기지국에서는 단계 S66-1 및 단계 S66-2에서 해당 가상안테나에 할당된 안테나 가중치 값을 데이터에 곱함으로써 프리코딩을 수행한다. 그리고 각 기지국은 단계 S67-1 및 단계 S67-2에서 앞서 결정한 빔포밍용 안테나 가중치를 적용한다. 즉, 프리코딩된 신호에 빔포밍용 안테나 가중치를 곱하여 준다. 그리고, 단계 S68-1 및 단계 S68-2에서 이 프리코딩된 데이터 신호를 단말로 전송한다.

상술한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 다중 셀 환경에서 다수의 기지국에서 하나의 단말에 대한 데이터 신호를 전송할 때 폐-루프 방식으로 단말에서 전송 되는 프리코딩 행렬 정보를 공유하여 프리코딩을 수행함으로써 단말로 전송되는 신호간 유니터리 특성을 유지시켜 단말에서의 수신 성능을 높일 수 있을 것이다.

아울러, 본 실시예에서와 같이 각 기지국에서 다수의 안테나를 이용하는 빔포밍을 수행하여 데이터를 전송함으로써 단말로 전송되는 신호의 세기를 증폭시킬 수 있을 것이고 또한, 단말로 전송되는 다수의 기지국 신호 간에 발생할 수 있는 간섭을 줄이는 효과도 볼 수 있을 것이다.

특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 프리코딩된 신호를 수신하는 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 프리코딩된 신호를 수신하는 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

본 발명은 본 발명의 기술적 사상 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

도 1은 다중 셀 환경에서 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 도면.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 협동 다중 입출력 방식을 적용하는 통신 시스템에서의 신호 송수신 방법을 설명하기 위한 흐름도.

Claims

협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 프리코딩된 신호를 수신하는 방법에 있어서,

서빙 기지국을 포함하는 하나 이상의 기지국으로부터 수신된 신호를 통해 단말에서 상기 하나 이상의 기지국에 대한 채널을 추정하는 단계;

상기 추정된 채널을 기초로 결정되는 상기 하나 이상의 기지국의 프리코딩 행렬 인덱스(PMI: Precoding Matrix index) 정보를 상기 서빙 기지국으로 송신하는 단계; 및

상기 하나 이상의 기지국에서 상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 기초로 프리코딩된 신호를 수신하는 단계

를 포함하는, 프리코딩된 신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)는, 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information), 랭크 정보(Rank Information) 중 적어도 하나와 함께 채널 정보로서 송신되는 것을 특징으로 하는, 협동 다중 입출력 신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 프리코딩된 신호는, 상기 하나 이상의 기지국 각각에서 하나 이상의 가상 안테나를 통해 송신되고, 상기 가상 안테나는 빔포밍용 안테나 가중치가 곱해져 생성되는 빔으로 구현되는 것을 특징으로 하는, 협동 다중 입출력 신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)는, 상기 하나 이상의 기지국에서 공통으로 가지고 있는 코드북을 사용하여 상기 하나 이상의 가상 안테나를 포함하는 가상 안테나 그룹에 대해 결정되는 것을 특징으로 하는, 협동 다중 입출력 신호 수신 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI) 또는 상기 가상안테나 그룹을 이용한 협력적 MIMO에서 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)에 따른 프리코딩 행렬 값 중 해당 기지국의 가상안테나에 적용되는 안테나 가중치 또는 상기 프리코딩 행렬의 행 인덱스를 상기 서빙 기지국에서 백본망을 통해 상기 하나 이상의 기지국으로 전달되는 것을 특징으로 하는, 협동 다중 입출력 신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단말은 다중 셀 환경에서 셀 가장자리에 위치하는 단말인 것을 특징으로 하는, 협동 다중 입출력 신호 수신 방법.
협동 다중 입출력 통신 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송신하는 방법에 있어서,

단말로부터 서빙 기지국 및 하나 이상의 인접 기지국에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 수신하는 단계;

상기 수신된 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 백본망을 통해 해당 기지국으로 전달하는 단계;

상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 기초로 신호를 프리코딩 하는 단계; 및

상기 프리코딩된 신호를 상기 단말로 송신하는 단계

를 포함하는, 프리코딩된 신호 송신 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)는, 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information), 랭크 정보(Rank Information) 중 적어도 하나와 함께 채널 정보로서 수신되는 것을 특징으로 하는, 협동 다중 입출력 신호 송신 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)는, 상기 서빙 기지국 및 하나 이상의 인접 기지국에서 공통으로 가지고 있는 코드북을 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 협동 다중 입출력 신호 송신 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 방법은,

상기 단말로부터 수신되는 신호를 통해 채널을 추정하는 단계;

상기 추정된 채널을 기초로 빔포밍용 안테나 가중치를 결정하는 단계; 및

상기 결정된 안테나 가중치를 상기 프리코딩된 신호에 곱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 협동 다중 입출력 신호 송신 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 단말은 다중 셀 환경에서 셀 가장자리에 위치하는 단말인 것을 특징으로 하는, 협동 다중 입출력 신호 수신 방법.