KR20090076322A

KR20090076322A - 다중 입출력 시스템에서, 신호를 송수신하는 방법

Info

Publication number: KR20090076322A
Application number: KR1020080002202A
Authority: KR
Inventors: 김수남; 임빈철; 김재완; 임동국
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2009-07-13
Also published as: KR101422026B1

Abstract

본 문서는 다중 입출력 시스템에서, 신호를 송수신하는 방법을 개시한다.

다중 입출력 시스템에서, 신호를 송수신하는 방법의 일례는 단말에서 기지국으로부터, 제1 MIMO 코딩 및 제2 MIMO 코딩이 수행된 신호를 수신하되, 상기 제1 MIMO 코딩은, 상기 기지국을 포함하는 다수의 기지국을 고려하여 협력적 MIMO 코딩으로 수행되고, 상기 제2 MIMO 코딩은, 상기 다수의 기지국 중 적어도 일부 기지국에서 기지국 별로 수행되는 것을 특징으로 한다.

MIMO, Collaborative MIMO, STC

Description

다중 입출력 시스템에서, 신호를 송수신하는 방법{A method for transmitting/receiving signal in a Multiple Input Multiple Output system}

본 문서는 다중 입출력 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로 다중 입출력 시스템에서, 신호를 송수신하는 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 안테나 송수신 기술(Multiple Input Multiple Output Antenna; 이하 MIMO)이 최근 큰 주목을 받으며 활발하게 개발되고 있다.

상술한 바와 같은 종래기술에 있어서 본 발명은 다중 입출력 시스템에서, 신호를 송수신하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시 양태에 따른 다중 입출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 시스템에서, 신호를 수신하는 방법은, 단말에서 기지국으로부터, 제1 MIMO 코딩 및 제2 MIMO 코딩이 수행된 신호를 수신하되, 상기 제1 MIMO 코딩은, 상기 기지국을 포함하는 다수의 기지국을 고려하여 협력적 MIMO 코딩으로 수행되고, 상기 제2 MIMO 코딩은, 상기 다수의 기지국 중 적어도 일부 기지국에서 기지국 별로 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 MIMO 코딩은, 상기 다수의 기지국 또는, 상기 다수의 기지국과 연결되는 스케줄러에서 수행될 수 있다.

상기 제2 MIMO 코딩은, 상기 다수의 기지국 중 적어도 일부 기지국에서 특정 시간에 동일한 신호가 상기 단말로 전송되도록 하는 프리코딩을 포함할 수 있다.

상기 제1 MIMO 코딩 및 제2 MIMO 코딩된 신호는, 상기 제1 MIMO 코딩된 신호 및 상기 제1 MIMO 코딩된 신호에 소정의 순환 지연을 적용하는 상기 제2 MIMO 코딩이 수행된 신호를 포함할 수 있다.

상기 다수의 기지국 중 일부는 상기 제1 MIMO 코딩된 신호를 전송하고, 상 기 다수의 기지국 중 다른 일부는 상기 제1 MIMO 코딩된 신호에 소정의 순환 지연이 적용되는 상기 제2 MIMO 코딩된 신호를 전송할 수 있다.

상기 방법은, 상기 단말이 수신된 신호에 기초하는 피드백 정보를 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때 상기 피드백 정보는, 상기 제1 MIMO 코딩과 관련된 정보 및 상기 제2 MIMO 코딩과 관련된 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 피드백 정보는, 프리코딩 행렬 인덱스(PMI: Precoding Matrix Index), 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information), 랭크 정보(RI: Rank Indicator) 및 모드 정보(MI: Mode Indicator) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제1 MIMO와 관련된 정보는, 스케줄러로 전달될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 다중 입출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 시스템에서, 신호를 송신하는 방법은, 제1 MIMO 코딩이 수행된 신호를 기지국에서 제2 MIMO 코딩하는 단계 및 상기 제2 MIMO 코딩된 신호를 단말로 송신하는 단계를 포함하되, 상기 제1 MIMO 코딩은 상기 기지국을 포함하는 다수의 기지국과 상기 단말 사이에 형성되는 채널을 고려하는 협력적 MIMO 코딩이다.

상기 제1 MIMO 코딩은, 상기 다수의 기지국 또는 상기 다수의 기지국과 연결되는 스케줄러에서 수행될 수 있다.

상기 제1 MIMO 코딩 및 상기 제2 MIMO 코딩은, 공간-시간 코딩 기법, 공간-시간 트렐리스 코딩 기법, 공간-주파수 코딩 기법, 공간-시간-주파수 코딩 기법, 공간 다중화 기법 및 순환 지연 다이버시티 기법 중에 적어도 하나를 이용할 수 있다.

상기 제2 MIMO 코딩 단계에서, 상기 다수의 기지국 각각으로부터 특정 시간에 동일한 신호가 상기 단말로 전송되도록 하는 프리코딩 기법이 적용될 수 있다.

상기 제2 MIMO 코딩 단계에서, 상기 제1 MIMO 코딩된 신호 중 적어도 일부에 대해 순환 지연 기법이 적용될 수 있다.

상기 순환 지연 기법은, 시간 영역에서 일정 비트만큼 순환 지연 적용되거나, 주파수 영역에서 위상 시퀀스의 곱으로 적용될 수 있다.

본 문서에서 개시하는 다중 입출력 시스템에서, 신호를 송수신하는 방법을 통해 다중 셀 환경에서 보다 효율적인 신호 송수신 방법을 제공할 수 있다.

또한, 다수의 기지국에 대한 협력적 MIMO 코딩과 함께 각 기지국에 구비된 다수의 송신 안테나를 이용하는 MIMO 코딩을 함께 이용함으로써 각 기지국과 단말 사이에 대해서도 MIMO 기법으로 인한 이득을 추가적으로 획득할 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.

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 노드(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.

도 1은 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 협력적 MIMO 기법을 적용할 수 있는 다중 셀 환경의 통신 시스템은, 단말 MS(10)과, 단말 MS(10)이 전송하는 상향링크 데이터를 수신하는 서빙 기지국 BS_1(11)과 인접 셀에 상응하는 인접 기지국 BS_2(12)을 포함하는 다수의 기지국을 포함한다. 그리고, 다수의 기지국에서 협력적으로 MIMO를 수행하고자 할 때 각 기지국으로 전달 데이터를 스케줄링하는 스케줄러(13)를 포함할 수 있다.

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.

스케줄러(13)는 이러한 인접한 다수의 셀에 위치하는 기지국들이 협력적으로 단말 특히, 셀 가장자리에 위치하는 단말로 신호를 송신하되, 보다 효과적으로 송신할 수 있도록 다양한 MIMO 기법을 적용하여 해당 단말에 대한 데이터를 구성하여 각 기지국으로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 이와 같이 다수의 기지국들이 협력하여 단말로 신호를 송신할 수 있도록 하는 코딩 기법을 이하 협력적 MIMO 코딩이라고 칭한다. 이러한 협력적 MIMO 코딩에는 기존에 알려진 다양한 MIMO 기법들이 동일하거나 유사한 방법으로 적용될 수 있을 것이다.

한편, 스케줄러(13)는 각 기지국에서 단말로부터 수신된 신호를 통해 획득한 채널 정보를 수신하고, 이를 이용하여 해당 단말로 전송하는 데이터를 각 기지국에 대한 채널 상황에 적합하게 구성할 수 있다. 예를 들어, 채널 정보에는 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information) 및 랭크 정보(Rank information) 등을 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 채널 정보를 통해 스케줄러(13)에서는 해당 단말의 채널 상태에 최적의 코딩 및 변조 기법을 선택하고 이를 적용하여 데이터를 구성할 수 있을 것이다.

협력적 MIMO 기법을 적용하면, 도 1에 도시된 바와 같이 단말(10)에게 신호를 제공하기 위하여, 정보 비트는 스케줄러(13)에서 MIMO 기법에 따라 협력적 MIMO 코딩이 수행된다. 그리고 이렇게 코딩 된 정보 비트는 각 기지국(11, 12)에 분리되어 전달된다. 각 기지국(11, 12)에서는 협력적 MIMO 코딩이 수행된 후 전달된 신호를 변조하여 단말(10)로 전송함으로써 협력적 MIMO를 제공할 수 있다.

이하 상술한 협력적 MIMO 기법을 적용함에 있어서, 각 기지국의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 협력적 MIMO 기법은 단말에서 협력적 MIMO 코딩과 관련된 피드백 정보를 제공하는지 여부에 따라 개-루프(open loop) 방식과 폐-루프(close loop) 방식으로 구분할 수 있다. 이하 이 두 가지 경우를 차례대로 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 개-루프 방식으로 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 협력적 MIMO 기법을 적용할 수 있는 다중 셀 환 경의 통신 시스템은, 단말 MS(20)과, 단말 MS(20)로 상향링크 서비스를 제공하는 서빙 기지국 BS_1(21), 인접 셀에 상응하는 인접 기지국 BS_2(22)을 포함하는 다수의 기지국을 포함한다. 그리고, 다수의 기지국에서 협력적으로 MIMO를 수행하고자 할 때 각 기지국에서 단말로 전송되는 데이터를 스케줄링하는 스케줄러(23)를 포함할 수 있다.

협력적 MIMO 기법을 수행하기 위한 스케줄러(23)의 동작은 위 도 1을 통해 설명한 바와 동일하므로 생략한다. 도 2에서 도시하는 본 실시예에 따르면, 기지국 BS_1(21) 및 기지국 BS_2(22) 각각이 구비하고 있는 다수의 송신 안테나를 대상으로 하여, 각 기지국에서는 협력적 MIMO 코딩이 수행된 신호를 수신하여 이에 대해 추가적으로 별도의 MIMO 코딩을 수행할 수 있다.

본 실시예에 따라 협력적 MIMO 기법을 적용하면, 도 2에 도시된 바와 같이 단말(20)에게 신호를 제공하기 위하여, 스케줄러(23)에서는 단말(20)에 전송될 정보 비트에 대해 소정의 MIMO 기법에 따라 협력적 MIMO 코딩이 수행된다. 그리고 이렇게 코딩된 데이터는 스케줄링에 따라 각 기지국(21, 22)에 분리되어 전달될 수 있다. 각 기지국(21, 22)에서는 본 실시예에 따라 협력적 MIMO 코딩된 신호에 대해 다시 MIMO 코딩을 수행한다. 그리고, 다수의 기지국에서 이렇게 2차적 MIMO 코딩이 수행된 신호를 변조하여 단말(20)로 전송함으로써 협력적 MIMO를 제공할 수 있다.

한편, 기지국에서는 전송할 신호에 대해 공간 빔 형성 (spatial beamforming)을 수행 할 수도 있다. 즉, 각 기지국에서는 단말과의 채널 상태를 파악하여 단말을 지향하는 빔을 형성할 수 있도록 가중치를 곱하여 전송할 수 있다. 이때 다른 사용자에게는 공간 널링(spatial nulling)이 수행되도록 하여, 협력적 MIMO 전송에 대해 공간 빔 형성을 응용 할 수도 있을 것이다.

또한, 이와 같이 각 기지국의 안테나를 이용하여 공간 빔 형성을 수행하는 경우 기지국에서 빔 형성 가중치 생성을 위해 단말에서는 빔 형성을 위한 피드백 정보를 전송하여 줄 수도 있을 것이다. 만약 코드북 기반의 빔 형성 기법이 적용되는 경우 단말은 피드백 정보로서 코드북의 프리코딩 행렬 인덱스(PMI: Precoding Matrix Index)를 전송할 수 있다.

도 1 및 도 2에서 협력적 MIMO 코딩을 수행하는 스케줄러는, 도시된 바와 같이 기지국 외부에 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에 각 기지국과 스케줄러는 통신 시스템 상의 백본망을 통해 연결될 수 있다. 다른 방법으로 스케줄러는 각 기지국 내부에 구비될 수도 있을 것이다. 이때 스케줄러는 협력적 MIMO 코딩을 위해 추가적으로 구비될 수도 있고, 기존의 스케줄러에서 협력적 MIMO 코딩을 수행할 수 있도록 구성될 수도 있을 것이다.

이와 같이 다수의 기지국에 대한 협력적 MIMO 코딩과 함께 각 기지국에 구비된 다수의 송신 안테나를 이용하는 MIMO 코딩을 함께 이용함으로써 각 기지국과 단말 사이에 대해서도 MIMO 기법으로 인한 이득을 추가적으로 획득할 수 있을 것이다.

상술한 협력적 MIMO 코딩 및 각 기지국에서의 MIMO 코딩은 다양한 기법을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 다양한 시공간 부호(Space-Time Code; STC)를 이용하는 블록 코딩 기법, 공간 다중화(Spatial Multiplexing; SM) 기법, 순환 지연 다이버시티(Cyclic Delay Diversity; CDD) 기법, 프리코딩(Precoding) 기법, 안테나 선택(Antenna Selection; AS) 기법, 안테나 호핑(Antenna Hopping; AH) 기법, 빔 형성(BeamForming; BF) 기법 등을 들 수 있다. 상기에서 나열된 기법들 중 주요한 MIMO 기법에 대해 이하 상술한 다양한 기법에 대해 좀 더 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

공간 다중화 기법은 입력 신호를 여러 개의 병렬 신호로 나누어 동시에 전송하는 기법으로 데이터 전송률을 증가시킬 수 있다. 입력 신호에 해당하는 정보 비트의 시퀀스를 s1, s2, s3, s4라 정의할 경우, 이하 표 1과 같이 나타낼 수 있다.

코딩 행렬식	# of ANT
(1)	2
(2)	3
(3)	4

시공간 부호를 이용하는 블록 코딩 기법은, 안테나에 해당하는 공간 축과 시간 축으로 부호화를 적용하여 다이버시티 (diversity) 및 부호 이득 (coding gain)을 동시에 얻는 기법이다. 그리고, 정보 비트의 시퀀스를 s1, s2, s3, s4라 정의 할 경우, 다양한 시공간 부호를 이하 표 2와 같이 나타낼 수 있다.

시공간 부호	rank	# of ANT
(1)	1	2
(2)	2	2
(3)	1	4
(4)	1	4
(5)	2	4

표 2에서는 랭크(rank)는 한번의 블록 코딩으로 전송되는 송신 스트림 수를 나타내며 공간 다중화율(spatial multiplexing rate)로 칭할 수도 있다. 그리고, 안테나의 구조 예를 들어 안테나 수(# of ANT)에 따라 서로 다른 시공간 부호가 필요함을 보여주고 있다. 표 2의 각 행렬식에서 행은 안테나를 나타내고 열은 타임 슬롯을 나타낼 수 있다.

한편, 표 2의 시공간 부호를 확장하여 공간-시간 코딩 기법뿐만 아니라, 공간-주파수 코딩 기법, 공간-시간-주파수 코딩 등도 구현할 수 있을 것이다. 예를 들어, 공간-주파수 코딩 기법으로 확장 사용되면 표 2의 각 행렬식에서 열은 부반송파를 나타낼 수 있을 것이다.

공간-시간 트렐리스 코딩 기법(STTC: Space-Time Trellis Code)은 페이딩 채널하의 다중안테나 시스템을 위한 다이버시티 및 부호화 방식이다. 공간-시간 트렐리스 코딩 기법은 다중 안테나를 통해 부호화된 신호를 전송함으로써 시·공간 다이버시티이득을 얻을 수 있으며, 기존의 방식에서 부가적인 대역폭의 증가없이 부호화 이득을 얻을 수 있다.

송신단의 STTC 부호화 과정은 다음과 같이 이루어진다. 정보 비트가 입력되면 주어진 트렐리스 도에 따라 다이버시티 이득과 부호화 이득이 최대가 되도록 성상도에 따라 각각의 다중 안테나에 심볼이 할당되며, 할당된 심볼은 각각의 안테나를 통해 동시에 전송된다. 각 송신 안테나를 통해 전송된 심볼들은 각각 독립적인 페이딩을 겪게 되며 이를 통해 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

공간-주파수 트렐리스 코딩 기법(SFTC: Space-Frequency Trellis Code)은 공간-시간 트렐리스 코딩 기법을 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 적용할 경우에 주파수 영역에서 부호화 과정을 수행하게 되는 점에서 차이가 있을 뿐 기본적으로 상술한 공간-시간 트렐리스 코딩 기법과 동일하게 수행될 수 있다.

순환 지연 다이버시티 기법은 여러 개의 송신 안테나를 가지는 시스템에서 OFDM 신호를 전송하는 경우 모든 안테나가 각기 다른 지연 또는 다른 크기로 신호를 전송함으로써 수신단에서 주파수 다이버시티 이득을 얻는 기법이다.

순환 지연 다이버시티 기법에 따르면, OFDM 심볼은 직렬-병렬 변환기 및 다중 안테나 인코더를 통해 각 안테나 별로 분리 전달된 후, 채널간 간섭을 방지하기 위한 순환 전처리부(CP; Cyclic Prefix)가 첨부되어 수신단으로 전송된다. 이때, 첫 번째 안테나에 전달되는 데이터 시퀀스는 그대로 수신단으로 전송되지만 그 다음 순번의 안테나에 전달되는 데이터 시퀀스는 바로 전 순번의 안테나에 비해 일정 비트만큼 순환 지연되어 전송된다.

한편, 이와 같은 순환 지연 다이버시티 기법을 주파수 영역에서 구현하면 상기의 순환 지연은 위상 시퀀스의 곱으로 표현할 수 있다. 주파수 영역에서의 각 데이터 시퀀스에 안테나 별로 서로 다르게 설정되는 소정의 위상 시퀀스를 곱한 후 고속 역 푸리에 변환(IFFT)을 수행하여 수신단으로 전송할 수 있는데, 이를 위상천이 다이버시티(phase shift diversity) 기법이라 칭할 수도 있다.

위상천이 다이버시티 기법에 의하면 플랫 페이딩 채널(flat fading channel)을 주파수 선택성 채널로 변화시킬 수 있고 채널부호를 통해 주파수 다이버시티 이득 또는 주파수 스케줄링 이득을 얻을 수 있다. 위상천이 다이버시티 기법에서 큰 값의 순환 지연을 이용하여 위상 시퀀스를 생성하는 경우에는 주파수 선택성 주기가 짧아지므로 주파수 선택성이 높아지고 결국 채널부호는 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 이는 주로 개-루프 시스템에서 이용된다.

또한, 작은 값의 순환 지연을 이용하는 경우 주파수 선택성의 주기가 길어지므로 폐-루프 시스템에서는 이를 이용하여 채널이 가장 양호한 영역에 자원을 할당함으로써 주파수 스케줄링 이득을 얻을 수 있다. 위상천이 다이버시티 기법에서 작은 값의 순환 지연을 이용하여 위상 시퀀스를 생성하는 경우에는 플랫 페이딩 채널의 일정 부반송파 영역은 채널 크기가 커지게 되고 다른 부반송파 영역은 채널 크기가 작아지게 된다. 이 경우 다수의 사용자를 수용하는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에서 각 사용자 별로 채널 크기가 커진 부반송파를 통해 신호를 전송하면 신호대잡음비를 높일 수 있게 되는 것이다.

한편, 프리코딩 기법은 폐-루프 시스템에서 피드백 정보가 유한한 경우에 이용되는 코드북 기반의 프리코딩(codebook based precoding) 방식과, 채널 정보를 양자화(quantization)하여 피드백 하는 방식이 있다. 이 중 코드북 기반의 프리코딩은 송수신단에서 이미 알고 있는 프리코딩 행렬의 인덱스를 송신단으로 피드백 함으로써 신호대잡음비(SNR) 이득을 얻는 방식이다.

한편, 예를 들어 안테나 두 개를 교차로 이용하고자 하는 경우에는

,

과 같이 구성된 프리코딩 행렬을 특정 시간을 기준으로 교차하여 이용한다면 각 기지국에서 전송되는 신호의 안테나를 교차 이용하는 결과를 얻을 수 있다.

상술한 다양한 MIMO 코딩 기법에 따라 정보 비트들에 대해 협력적 MIMO 코딩을 수행하고 그 결과 나오는 각 스트림들은 협력적 MIMO 기법에 참여하는 해당 기지국으로 분기되어 전송된다. 그리고, 본 실시예 따라 또 다시 입력 스트림에 대해 상술한 다양한 MIMO 코딩 기법에 따라 각 기지국의 MIMO 코딩을 수행한다. 이후 각 안테나 별로 OFDMA 변조 되어 각 안테나를 통하여 단말에게 전송될 수 있을 것이다.

협력적 MIMO 코딩과 각 기지국의 MIMO 코딩을 위해 상술한 다양한 MIMO 코딩 기법 중 어느 것도 사용될 수 있을 것이다. 가능한 경우 다양한 MIMO 코딩 기법을 함께 적용하는 것도 가능할 것이다. 예를 들어, 협력적 MIMO 코딩이 수행된 신호를 수신한 각 기지국에서 안테나를 교차로 이용하는 프리코딩과, 순환 지연 다이버시티를 함께 적용하여 단말로 전송할 수 있을 것이다. 이때 2 차적 MIMO 코딩을 수행함에 있어서 보다 높은 다이버시티 효과, 간섭 제거 효과를 획득할 수 있는 방향으로 MIMO 기법이 선택됨이 바람직할 것이다.

한편 협력적 MIMO 코딩을 수행하고 각 기지국으로 협력적 MIMO 코딩된 신호를 전달할 때 각 기지국으로 모두 동일한 MIMO 코딩된 신호 전체를 전달할 수도 있다. 또한, 각 기지국으로 MIMO 코딩된 신호의 일부 또는 분리 조합하여 전달함으로써 다수의 기지국에서 분산 전송되도록 할 수 있다. 이하 MIMO 코딩된 신호의 일부 또는 분리 조합하여 각 기지국에서 단말로 전송할 신호를 구성하는 예들을 설명한다.

표 1의 (1), 표 2의 (1) 또는 표 2의 (2)의 시공간 부호를 이용하는 공간-시간 블록 코딩 기법으로 협력적 MIMO 코딩을 수행한 경우를 설명한다. 예를 들어 두 개의 기지국을 이용하여 협력적 MIMO를 한다고 할 경우, 각 기지국에 전송할 데이터를 표 2의 (1)의 시공간 부호의 (1행: 2행) 또는 (1,2행: 1,2행)과 같이 구성할 수 있다.

표 1의 (3), 표 2의 (3), 표 2의 (4), 또는 표 2의 (5)의 시공간 부호를 이용하는 공간-시간 블록 코딩 기법으로 협력적 MIMO 코딩을 수행한 경우를 설명한다. 예를 들어 두 개의 기지국을 이용하여 협력적 MIMO를 한다고 할 경우, 다양한 방법으로 각 행이 분리, 조합되어 기지국으로 전송될 수 있다. 이때 분리되는 기준은 각 기지국에서 전송되는 안테나의 채널 상태와 스케줄러의 스케줄링 여부 등이 될 수 있다.

예를 들어, 두 개의 기지국을 이용하는 경우, (1행: 2,3,4행), (2행: 1,3,4행), (3행: 1,2,4행), (4행: 1,2,3행), (1,2행: 3,4행), (1,3행: 2,4행), (1,4행: 2,3행)으로 분리가 가능하다. 뿐만 아니라 (1,2,3행, 2,3,4행), (1,2,3,4행: 1,2,3,4행)과 같이 하나의 행이 서로 다른 기지국 분기되는 모든 조합이 가능하다.

이렇게 두 그룹으로 분리된 행들은 각각의 기지국으로 전송된다. 각 기지국에서는 각 행들에 대한 데이터를 전송하기 위하여 본 실시예에 따라 또 다른 MIMO 코딩을 적용 할 수 있다. 즉, 협력적 MIMO 방식과는 별도로 순환 지연 다이버시티 기법 또는 알라뮤티 계열의 코딩과 같은 블록 코딩 기법 등과 같은 다른 MIMO 방식을 적용 하여 추가적인 이득을 얻을 수 있다. 이는 세 개 이상의 기지국에 대하여도 동일하거나 유사하게 적용될 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 폐-루프 방식으로 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 협력적 MIMO 기법을 적용할 수 있는 다중 셀 환경의 통신 시스템은, 단말 MS(30)과, 단말 MS(30)이 전송하는 상향링크 데이터를 수신하는 서빙 기지국 BS_1(31)과 인접 셀에 상응하는 인접 기지국 BS_2(32)을 포함하는 다수의 기지국을 포함한다. 그리고, 다수의 기지국에서 협력적으로 MIMO를 수행하고자 할 때 각 기지국으로 전달 데이터를 스케줄링하는 스케줄러(33)를 포함한다.

협력적 MIMO 기법을 수행하기 위한 스케줄러(33)의 동작은 위 도 1을 통해 설명한 바와 동일하므로 생략한다. 도 3에서 도시하는 본 실시예에 따르면, 도 2를 통해 설명한 바와 같이 기지국 BS_1(31) 및 기지국 BS_2(32) 각각에서도 각 기지국이 구비하고 있는 다수의 송신 안테나를 대상으로 하여, 각 기지국에서는 협력적 MIMO 코딩이 수행된 신호를 수신하여 이에 대해 추가적으로 별도의 MIMO 코딩을 수행할 수 있다.

다만, 도 3의 경우에는 폐-루프 방식으로 협력적 MIMO 기법을 수행하는 경우에 있어서 단말 MS(30)에서는 현 채널 상황에서 계산된 각종 피드백 정보를 서빙 기지국 BS_1(31)으로 전송한다. 이때 단말 MS(30)은 다수의 인접 기지국과 관련되는 피드백 정보를 서빙 기지국 BS_1(31)로 전송하여 서빙 기지국 BS_1(31)에서 협력적 MIMO 수행을 위해 필요한 피드백 정보를 스케줄러 또는 인접 기지국으로 전달하여 이 피드백 정보를 이용하는 협력적 MIMO를 수행하도록 할 수 있다.

이때 피드백 정보는 단말에서 서빙 기지국을 포함하는 다수의 인접 기지국에 대한 채널 품질 정보(Channel Quality Information)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말에서 서빙 기지국 BS_1(31)과 인접 기지국 BS_2(32)에서 기지국에서 코드북 기반의 프리코딩 기법이 수행되는 경우 프리코딩 행렬 인덱스(PMI: Precoding Matrix Information)를 더 포함할 수 있고, 만약 각 기지국에서 빔 형성 기법을 적용하는 경우에는 안테나 별 전송 파워의 가중치를 줄 수 있도록 이에 대한 빔 형성 정보를 포함할 수도 있을 것이다.

한편, 단말 MS(30)은 각 인접 기지국으로부터 소정의 상향링크 자원을 할당받아 각 기지국으로 해당 기지국에 대한 피드백 정보를 구성하여 전송할 수 있다. 이때 각 기지국에서도 단말로부터 수신된 피드백 정보 중에서 협력적 MIMO 수행을 위해 필요한 피드백 정보를 스케줄러로 전달하여 보다 효과적으로 협력적 MIMO를 수행하도록 할 수 있을 것이다.

폐-루프 방식의 협력적 MIMO 동작은 각 기지국에서 사용될 수 있는 프리코딩 행렬에 대하여 단말이 추정하고, 그 결과를 피드백 해줌으로써 이루어 질 수 있다. 이러한 프리코딩 행렬을 이용하여 단말에게 빔 형성도 가능하게 할 수 있다. 뿐만 아니라 채널 상황에 최적의 코드를 계산함으로써 단말에서 보다 높은 SNR을 획득하도록 할 수 있고 수신 성능을 보장할 수 있도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

기지국 BS_1(41)과 기지국 BS_2(42)의 두 개의 기지국을 통해 협력적 MIMO 기법이 적용되는 경우를 설명한다. 기지국 BS_1(41)과 기지국 BS_2(42)의 입력신호는 스케줄러(43)에서 협력적 MIMO 코딩 방식에 의하여 결정된 데이터를 나타내는 것으로 협력적 MIMO 코딩에서 그룹화 되어 기지국으로 전송 될 수 있다.

도 4의 경우, 스케줄러(43)에서 표 1의 (1)의 시공간 부호에 의하여 협력적 MIMO 코딩을 하고 (1행: 2행)으로 분기되어 각각 s₁은 기지국 BS_1(41)으로, s₂은 기지국 BS_2(42)으로 전송된다고 가정한다. 이 신호는 각 기지국에서 2차적 MIMO 코딩으로 프리코딩 행렬(44)에 의하여 가중치가 결정되고

~

의 소정의 지연 값(45)이 적용된 신호도 함께 전송으로써 순환 지연 다이버시티(CDD) 기법을 적용한다.

이때 각 기지국에서

의 지연만 고려한다면, 단말에서 수신되는 신호는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 1에서 h_BSk _{_} _rt는 협력적 MIMO를 수행하고 있는 기지국 BS_k의 t 번째 송신 안테나에서 단말의 r 번째 안테나 사이에 형성된 채널을 의미한다. 그리고, 수학식 1에서 h_BSk _{_} _rt는 협력적 MIMO를 수행하고 있는 기지국 BS_k의 t 번째 송신 안테나에서 단말의 r 번째 안테나 사이에 형성된 채널을 의미한다. 그리고,

는 도 4에 나타난 바와 같이 순환 지연 다이버시티 기법을 적용하기 위해 적용되는 소정의 지연 값을 나타낸다.

따라서, 수학식 1의 수신 신호를 확인하면 알 수 있듯이, (s₁, s₂)에 채널 추정을 위한 참조 신호(RS: Reference Signal) 구조를 (1, 0) 및 (0, 1)으로 배치한다면 s₁및 s₂를 전송할 때 생성된 등가 채널을 쉽게 획득할 수 있게 되어 단말에서 신호 복원을 보다 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 이는 기존의 MIMO 방식을 적용하는 경우 즉, 하나의 기지국에서 MIMO 방식을 적용하는 경우에서 사용되는 참조 신호 구조를 그대로 적용할 수 있기 때문에 협력적 MIMO의 구현이 용이한 장점도 있다.

스케줄러에서 적용하는 협력적 MIMO 코딩 이득과 더불어 각 기지국에서 2차적 MIMO로 순환 지연 다이버시티(CDD) 기법을 적용하면 추가적인 이득으로, 지연 값이 작게 설정된다면 스케줄링 이득, 지연 값이 크다면 다이버시티 이득을 획득할 수 있을 것이다. 또한, 각 단말과 각 기지국사이의 채널에 대한 추정이 용이해 진다는 장점이 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

또 다른 방법으로 협력적 MIMO 코딩이 수행된 신호를 각 기지국이 송신함에 있어서 도 5와 같이 각 기지국의 역할을 분리하는 경우도 있다. 예를 들어, 도 5는 순환 지연 다이버시티 기법을 기지국 단위로 확장하여 적용한 것으로 한 심볼에 대하여 순환 지연 다이버시티 기법으로 전송함에 있어서 각 기지국끼리 협력하는 구조로 볼 수 있다.

예를 들어, 스케줄러(53)에서 표 2의 (1)의 시공간 부호에 의한 협력적 MIMO 코딩이 이루어 지고 이 데이터들이 각 기지국으로 전송된다. 이때 (1,2행: 1,2행)의 분기 방법으로 전송되었다고 가정할 경우 각 기지국의 입력 신호는 모두 동일하게 되고 각 기지국에서 사용되는 프리코딩 행렬은 동일하게 구성된다.

즉, 기지국 BS_1(51) 내지 기지국 BS_n(52) 각각의 입력 신호를 나타내는 x_{BS1_0}(i) 내지 x_BSn _{_0}(i)는 동일하게 구성되어 각각 기지국 BS_1(51) 내지 기지국 BS_n(52)으로 전달된다. 그리고, 각 기지국에서 2차적 MIMO 코딩으로 프리코딩 행렬(54, 55)에 의하여 가중치가 결정되고 상술한 바와 같이 순환 지연 다이버시티 기법을 기지국 단위로 확장 적용되어 전송된다.

순환 지연 다이버시티 기법을 기지국 단위로 확장 적용하기 위해서 기지국 BS_1에서는 지연 값을 적용하지 않고 단말로 전송하고, 기지국 BS_n(52)에서는

의 소정의 지연 값(56)을 적용하여 단말로 전송한다. 따라서 단말 측에서 협력적 MIMO 기법으로 수신하는 신호는 협력적 MIMO 코딩에 의한 알라뮤티 코드에 대하여 각 신호가 순환 지연이 적용된 상태로 수신할 수 있게 된다.

각 기지국에서는 순환 지연 다이버시티 기법뿐만 아니라 다양한 방식의 MIMO 기법을 적용할 수 있는데, 이때 소정의 코딩 기법 또는 프리코딩 행렬을 통해 임의의 순간 각 기지국의 안테나를 통하여 전송되는 심볼이 동일하도록 심볼들을 재배치할 수 있다.

이로써 단말은 경로 다이버시티 이득을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 채널의 추정에 유리한 효과를 얻을 수도 있다. 아울러, 도 5에서와 같이 각 기지국이 2차적 MIMO 코딩으로 순환 지연 다이버시티(CDD)와 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 이용한 폐-루프 방식의 MIMO를 적용하되, 각 기지국에서 사용하는 프리코딩 행렬을 동일하게 사용하면 기지국 별 사용해야 하는 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 독립적으로 전송 하는 경우와 비교하여 피드백 정보를 전송할 때 피드백 오버헤드를 줄 일 수 있다.

예를 들어, 첫 번째 기지국은 s₁와 -s₂ ^*에 대해 시공간 부호 코딩을 수행 하고, 두 번째 기지국은 s₂과 s₁ ^*에 대해 시공간 부호 코딩을 수행한다. 이때 첫 번째 기지국의 코딩 결과를

와 같이 하고 두 번째 기지국의 코딩 결과도

와 같이 서로 동일하게 생성 시키도록 한다.

이와 같은 방법으로 만약 스케줄러(53)에서 각 기지국으로 동일한 데이터를 전송하지 않은 경우에도 각 기지국에서의 프리코딩을 통해 동일한 형태로 재구성하고, 이에 대해 기지국간 순환 지연 다이버시티 이득을 얻을 수도 있을 것이다. 한편 각 기지국에서는 프리코딩 행렬을 이용하여 실제 전송되는 안테나의 가중치 및 순서를 결정하여 각 기지국의 채널 상황에 맞는 코딩을 적용하여 전송할 수도 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 다중 입출력 시스템에서, 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 다중 입출력 시스템에서, 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 고 려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

도 1은 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 개-루프 방식으로 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 폐-루프 방식으로 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면.

Claims

다중 입출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 시스템에서, 신호를 수신하는 방법에 있어서,

단말에서 기지국으로부터, 제1 MIMO 코딩 및 제2 MIMO 코딩이 수행된 신호를 수신하되,

상기 제1 MIMO 코딩은, 상기 기지국을 포함하는 다수의 기지국을 고려하여 협력적 MIMO 코딩으로 수행되고, 상기 제2 MIMO 코딩은, 상기 다수의 기지국 중 적어도 일부 기지국에서 기지국 별로 수행되는 것을 특징으로 하는, 신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 MIMO 코딩은, 상기 다수의 기지국과 연결되는 스케줄러에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제2 MIMO 코딩은, 상기 다수의 기지국 중 적어도 일부 기지국에서 특정 시간에 동일한 신호가 상기 단말로 전송되도록 하는 프리코딩을 포함하는 것을 특징으로 하는, 신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 다수의 기지국 중 일부는 상기 제1 MIMO 코딩된 신호를 전송하고, 상기 다수의 기지국 중 다른 일부는 상기 제1 MIMO 코딩된 신호에 소정의 순환 지연이 적용되는 상기 제2 MIMO 코딩된 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는, 신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 MIMO 코딩 및 제2 MIMO 코딩된 신호는, 상기 제1 MIMO 코딩된 신호 및 상기 제1 MIMO 코딩된 신호에 소정의 순환 지연을 적용하는 상기 제2 MIMO 코딩이 수행된 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는, 신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단말이 수신된 신호에 기초하는 피드백 정보를 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 신호 수신 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 피드백 정보는, 상기 제1 MIMO 코딩과 관련된 정보 및 상기 제2 MIMO 코딩과 관련된 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 신호 수신 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제1 MIMO와 관련된 정보는, 스케줄러로 전달되는 것을 특징으로 하는, 신호 수신 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 피드백 정보는, 프리코딩 행렬 인덱스(PMI: Precoding Matrix Index), 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information), 랭크 정보(RI: Rank Indicator) 및 모드 정보(MI: Mode Indicator) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 신호 수신 방법.
다중 입출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 시스템에서, 신호를 송신하는 방법에 있어서,

제1 MIMO 코딩이 수행된 신호를 기지국에서 제2 MIMO 코딩하는 단계; 및

상기 제2 MIMO 코딩된 신호를 단말로 송신하는 단계를 포함하되,

상기 제1 MIMO 코딩은 상기 기지국을 포함하는 다수의 기지국과 상기 단말 사이에 형성되는 채널을 고려하는 협력적 MIMO 코딩인 것을 특징으로 하는, 신호 송신 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 제1 MIMO 코딩은, 상기 다수의 기지국과 연결되는 스케줄러에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 신호 송신 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 제1 MIMO 코딩 및 상기 제2 MIMO 코딩은, 공간-시간 코딩 기법, 공간-시간 트렐리스 코딩 기법, 공간-주파수 코딩 기법, 공간-시간-주파수 코딩 기법, 공간 다중화 기법 및 순환 지연 다이버시티 기법 중에 적어도 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는, 신호 송신 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 제2 MIMO 코딩 단계에서, 상기 다수의 기지국 각각으로부터 특정 시간에 동일한 신호가 상기 단말로 전송되도록 하는 프리코딩 기법이 적용되는 것을 특징으로 하는, 신호 송신 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 제2 MIMO 코딩 단계에서, 상기 제1 MIMO 코딩된 신호 중 적어도 일부에 대해 순환 지연 기법이 적용되는 것을 특징으로 하는, 신호 송신 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 순환 지연 기법은, 시간 영역에서 일정 비트만큼 순환 지연 적용되거나, 주파수 영역에서 위상 시퀀스의 곱으로 적용되는 것을 특징으로 하는, 신호 송신 방법.