KR20090101759A - 다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송수신하는방법 - Google Patents

다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송수신하는방법

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KR20090101759A
KR20090101759A KR1020080027094A KR20080027094A KR20090101759A KR 20090101759 A KR20090101759 A KR 20090101759A KR 1020080027094 A KR1020080027094 A KR 1020080027094A KR 20080027094 A KR20080027094 A KR 20080027094A KR 20090101759 A KR20090101759 A KR 20090101759A
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Abstract

본 문서는 다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송수신하는 방법을 개시한다.
본 문서에서 개시되는 다중 안테나 시스템에서 프리코딩된 신호를 송신하는 방법의 일례는, 안테나 선택 요소에 의해 변형된 단일 행렬로 구성되는 프리코딩 행렬을 랭크별로 하나 이상 포함하는 코드북에서 프리코딩 행렬을 선택하는 단계, 상기 선택된 프리코딩 행렬을 전송 신호에 적용하여 프리코딩 하는 단계 및 상기 프리코딩된 신호를 선택된 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함한다.

Description

다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송수신하는 방법{A method for transmitting and receiving precoded signal in MIMO communication system}
본 발명은 다중 안테나 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로, 다중 안테나 시스템에서 프리코딩 신호를 송신하고 수신하는 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 무엇보다도 통신 시스템의 용량이 증대되어야 하는데, 무선통신 환경에서 통신 용량을 늘리기 위한 방안으로는 가용 주파수 대역을 새롭게 찾아내는 방법과, 한정된 자원에 대한 효율성을 높이는 방법을 생각해 볼 수 있다. 이 중 한정된 자원에 대한 효율성을 높이는 방법으로 송수신기에 다수의 안테나를 장착하여 자원 활용을 위한 공간적인 영역을 추가로 확보함으로써 다이버시티 이득을 취하거나, 각각의 안테나를 통해 데이터를 병렬로 전송함으로써 전송 용량을 높이는 이른바 다중 안테나 송수신 기술이 최근 큰 주목을 받으며 활발하게 개발되고 있다.
다중 안테나 시스템에서는 데이터의 전송 신뢰도를 높이기 위한 다양한 기술이 요구되는데, 이 중 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)를 높이기 위한 기법으로 프리코딩 기법(Precoding scheme)을 들 수 있다. 프리코딩 기법에는, 폐루프 시스템에서 피드백 정보가 유한한 경우에 이용되는 코드북 기반의 프리코딩(codebook based precoding) 방식과, 채널 정보를 양자화(quantization)하여 피드백하는 방식이 있다. 이 중 코드북 기반의 프리코딩은 송수신단에서 이미 알고 있는 프리코딩 행렬의 인덱스를 송신단으로 피드백함으로써 신호대잡음비(SNR) 이득을 얻는 방식이다.
이때 채널정보를 전부 피드백 하는 것은 오버헤드가 크므로, 채널정보를 양자화 하여 코드북으로 구성하고 각 코드북 성분에 할당되는 인덱스를 제어채널을 통해서 전송하는 부분 채널정보를 이용하는 MIMO 프리코딩 기법이 표준화를 통하여 실제 시스템에 적용되고 있다.
도 1은 코드북 기반의 프리코딩을 이용하는 다중 안테나 시스템의 송수신단 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 송신단 및 수신단은 각각 유한한 프리코딩 행렬(P1~ PL)을 가지고 있으며, 수신단에서는 채널정보를 이용하여 최적의 피드백 인덱스 즉, 프리코딩 행렬 인덱스(l)를 송신단으로 피드백하고, 송신단에서는 피드백된 인덱스에 해당하는 프리코딩 행렬을 전송 데이터(χ1 ~ χMt )에 적용한다.
MIMO 프리코딩 기법은 폐-루프 (Closed-loop)방식으로 채널정보를 부분 또는 전부 기지국 또는 단말로 피드백 (Feedback)하여 통신 성능의 개선을 도모하는 다중 입출력 시스템 기법의 하나이다. 이는 특히 시속 30Km 이하의 저속 페이딩 (Slow fading) 환경에서 유리한 효과를 나타낸다.
참고로, 다음의 표 1은 2개의 송신 안테나를 가지며 공간 다중화율 2를 지원하는 IEEE 802.16e 시스템에서 3비트의 피드백 정보를 사용할 때 적용할 수 있는 코드북(codebook)의 일례를 보여주고 있다.
Matrix Index ( binary ) Column 1 Column 2 Matrix Index ( binary ) Column 1 Column 2
000 1 0 100 0.7941 0.6038-j0.0689
0 1 0.6038+j0.0689 -0.7941
001 0.7940 -0.5801-j0.1818 101 0.3289 0.6614-j0.6740
-0.5801+j0.1818 -0.7940 0.6614+j0.6740 -0.3289
010 0.7940 0.0579-j0.6051 110 0.5112 0.4754+j0.7160
0.0579+j0.6051 -0.7940 0.4754-j0.7160 -0.5112
011 0.7941 -0.2978+j0.5298 111 0.3289 -0.8779+j0.3481
-0.2978-j0.5298 -0.7941 -0.8779-j0.3481 -0.3289
한편, 3GPP LTE(Long Term Evolution)에 제안되고 있는 PARC(Per Antenna Rate Control), PSRC(Per Stream Rate Control), PU2RC(Per User Unitary Rate Control) 등의 기술 역시 다중 안테나 시스템 구조로 구현될 수 있다. 그리고, 3GPP LTE에도 마찬가지로 폐 루프 다중 안테나 시스템으로서 프리코딩(Pre-coding) 방식이 도입되고 있다. 대표적으로는 PU2RC나 S-PUSRC(SIC-based Per User and Stream Rate Control) 등이 있다.
PU2RC의 경우, 아래 수학식 1에 나타낸 바와 같이 프리코딩을 위한 단일(Unitary) 행렬로서 푸리에 기반을 사용하여 송신 안테나 수에 따른 행렬을 확장하여 사용하고 있다.
상기 수학식 1에서, 은 유니터리 프리코딩 벡터이고, M은 총 송신 안테나 개수, G는 프리코딩 행렬의 총 그룹 수이다. 또한, n과 g는 각각 n 번째 안테나 및 g 번째 그룹을 나타내며, n과 g를 이용하여 프리코딩 행렬을 특정할 수 있다. 또한, m은 m 번째 가상 빔 포밍(beam forming) 패턴을 의미한다.
그리고, S-PUSRC의 경우는 아래 수학식 2에 나타낸 바와 같이 프리코딩 행렬로서 스위칭 빔 포밍 벡터를 사용하고 있다.
여기서, N은 안테나 소자 수, 는 프리코딩 벡터, k는 파장, θ는 스티어링 방향, d는 이웃한 안테나 소자 간 거리이다.
폐 루프 시스템의 단독 사용자(Single user) MIMO의 경우, 단말에서 피드백 하는 안테나 가중치의 데이터 양에 따라 정확도가 달라짐으로써 MIMO 성능이 좌우된다. 특히, 송신 안테나 수가 4개 이상일 때는 이에 따른 코드북 크기가 커지기 때문에 피드백 해야 되는 데이터 양도 많아진다.
아울러, 코드 북을 설계하는 설계방식에 따라 수신성능에 크게 영향을 미친다. 따라서, 피드백하는 데이터 양을 줄이면서도 성능이 우수한 코드 북 설계가 중요하다. 그리고, 수신 시 수신기의 복잡도도 MIMO 코드북 설계 시 중요한 요소 중의 하나이다.
기존 제안된 코드북 들이 상관도가 낮은 채널에서는 우수한 성능을 보이나 채널 상관도가 높을 때는 성능향상을 기대하기 어렵게 설계되어 있다. 그리고 안테나 구조 및 간격에 따라서 상이한 성능을 보이는 경향이 있다. 또한, 코드 북 크기 확장 및 채널 상태 예를 들어, 랭크(Rank)에 따른 코드북에 따른 적응능력 (Adaptability)을 가지는 구조적인 (Systematic) 코드북 설계가 용이하지 않다는 문제점을 가지고 있다.
본 문서는 다중 안테나 시스템에서, 코드북을 이용하여 프리코딩된 신호를 송수신하는 방법을 제공함으로 목적으로 한다.
본 발명에 따른 일 실시 양태에 있어서, 다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송신하는 방법은, 안테나 선택 요소에 의해 변형된 단일 행렬로 구성되는 프리코딩 행렬을 랭크별로 하나 이상 포함하는 코드북에서 프리코딩 행렬을 선택하는 단계, 상기 선택된 프리코딩 행렬을 전송 신호에 적용하여 프리코딩 하는 단계 및 상기 프리코딩된 신호를 선택된 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 다른 실시 양태에 있어서, 다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 수신하는 방법은, 프리코딩된 신호를 수신하는 단계 및 안테나 선택 요소에 의해 변형된 단일 행렬로 구성되는 프리코딩 행렬을 랭크별로 하나 이상 포함하는 코드북으로부터 프리코딩 행렬 정보를 획득하여 상기 프리코딩된 신호를 디코딩하는 단계를 포함한다.
상술한 실시 양태들에 있어서, 상기 프리코딩 행렬은, 안테나 선택 행렬과 상기 안테나 선택 행렬에 따라 선택되는 안테나 수에 따라 결정되는 단일 행렬의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 단일 행렬은, DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬일 수 있다.
한편, 상기 프리코딩 행렬은, 선택되는 안테나 수에 따라 결정되는 위상천이 행렬이 적용될 수 있다.
그리고, 상기 코드북에서, 랭크 1 및 랭크 2의 코드북 사이즈가 랭크 3 및 랭크 4의 코드북 사이즈보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 양태에 있어서, 다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송신하는 방법은, 랭크별로 프리코딩 행렬을 하나 이상 포함하는 코드북에서 프리코딩 행렬을 선택하는 단계, 상기 선택된 프리코딩 행렬을 전송 신호에 적용하여 프리코딩 하는 단계 및 상기 프리코딩된 신호를 송신하는 단계를 포함하되, 상기 코드북에서, 하위 랭크의 코드북 사이즈가 상위 랭크의 코드북 사이즈보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 양태에 있어서, 다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 수신하는 방법은, 프리코딩된 신호를 수신하는 단계 및 랭크별로 프리코딩 행렬을 하나 이상 포함하는 코드북으로부터 프리코딩 행렬 정보를 획득하여 상기 프리코딩된 신호를 디코딩하는 단계를 포함하되, 상기 코드북에서, 하위 랭크의 코드북 사이즈가 상위 랭크의 코드북 사이즈보다 큰 것을 특징으로 한다.
상술한 실시 양태들에 있어서, 상기 하위 랭크는 랭크 1 및 랭크 2를 포함하고, 상기 상위 랭크는 랭크 3 및 랭크 4를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 프리코딩 행렬은, 안테나 선택 행렬 및 상기 안테나 선택 행렬에 따라 선택되는 안테나 수에 따라 결정되는 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬의 조합으로 구성될 수 있다.
본 문서에서 개시되는 실시예들을 통해서 보다 효율적으로 설계된 코드북을 이용하여 프리코딩을 수행할 수 있다.
또한, 안테나 선택과 경로 선택이 함께 고려된 프리코딩 행렬을 포함하는 코드북을 통해 딥 페이딩 안테나를 제외하고 남은 안테나들에 대해 경로 선택하여 코드북 성능을 높일 수 있다.
또한, 다수의 랭크에 대한 프리코딩 행렬을 포함하는 코드북을 통해 별도의 랭크 정보를 위한 피드백 정보량을 줄여 상향링크 오버헤드를 줄일 수 있다.
또한, 코드북에 포함되는 랭크 사이즈가 상이한 코드북을 통해, 선택 확율이 높은 랭크에 대한 프리코딩 행렬이 더 많이 포함되도록 하여 코드북 효율을 높일 수 있다.
도 1은 코드북 기반의 프리코딩을 이용하는 다중 안테나 시스템의 송수신단 구성의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 다중 안테나 시스템에서 프리코딩된 신호를 송수신하는 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다중 안테나 시스템의 송신단 구조의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 다중 안테나 시스템의 송신단 구조의 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 다중 안테나 시스템에서 프리코딩된 신호를 송수신하는 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 다중 안테나 시스템에서 프리코딩된 신호를 송수신하는 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 코드북을 이용하는 프리코딩 기법에 있어서, 코드북 내에서 선택될 수 있는 프리코딩 행렬은, 안테나를 선택할 수 있는 요소가 적용되어 있는 점을 특징으로 한다. 특히, 현 통신 상황에서 딥 페이딩(Deep fading) 상태에 있는 안테나가 존재하는 경우에는 이를 제외시키고 남은 안테나를 이용하여 데이터를 송신하여 전송 채널 상태가 양호한 경로를 선택하여 전송할 수 있도록 한다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예로서, 도 2에 도시된 바에 따르면, 송신단에서 먼저 단계 S100에서 안테나 선택 요소에 의해 변형된 단일 행렬(Unitary Matrix)로 구성되는 프리코딩 행렬을 랭크별로 하나 이상 포함하는 코드북에서, 프리코딩 행렬을 선택한다.
여기서 단일 행렬은, 다음의 두 가지 조건 즉, 행렬을 이루는 각 열(column)의 크기가 1이 되도록 하는 전력 제약 조건과 행렬의 각 열(column) 사이에 직교 특성을 갖도록 하는 직교 제약 조건을 동시에 만족하는 행렬을 의미한다. 이와 같은 특성을 갖는 단일 행렬로 프리코딩을 수행하면, 다중 안테나 시스템에서의 채널용량의 손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 여기서 랭크는, 1회에 다중 안테나를 통해 송신될 수 있는 송신 스트림의 수를 나타낸다. 이 경우에는 통신 초기의 경우나 랭크의 변동이 있는 경우에 랭크에 대한 별도의 정보가 송수신 단간에 공유되어야 할 것이다. 예를 들어, 수신 단에서는 프리코딩 행렬에 대한 정보를 송신함과 더불어 랭크 정보도 별도로 송신해야 할 것이다. 하지만, 이하 설명하는 본 실시예에 따르면 하나의 코드북 내에 다수의 랭크에 대한 프리코딩 행렬이 포함되어 있는 코드북을 구성하여 이용할 수 있다.
본 실시예에 따른 코드북을 사용하면, 코드북에 포함되는 프리코딩 행렬을 지시하는 프리코딩 행렬 인덱스 (PMI: Pre-coding Matrix Index) 자체가 랭크 적응에 관한 정보를 포함한다. 따라서, 별도의 랭크 적응을 위한 랭크 정보를 송신하지 않아도 프리코딩 행렬 인덱스의 수신 단에서는 랭크 정보를 알 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 코드북을 사용하면 제어채널에 의해 전송되는 오버헤드 정보의 양을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.
즉, 코드북 기반의 프리코딩 기법에 따라 송수신 단에 이미 공유하고 있는 코드북에서 프리코딩 행렬을 선택하여 프리코딩에 이용하되, 이때 사용되는 코드북은 하나 이상의 랭크 각각에 대한 프리코딩 행렬을 포함하고 있고, 또한, 프리코딩 행렬 중 적어도 일부는 송신단에 구비되는 전체 안테나 중에서 적어도 일부를 선택하거나, 제외시킬 수 있는 안테나 선택 기능이 부여됨에 특징이 있다.
그리고, 단계 S110에서 선택된 프리코딩 행렬을 전송될 신호에 적용하여 프리코딩을 수행하고, 단계 S120에서 이 프리코딩된 신호를 수신단으로 송신한다.
그러면, 수신단에서는 단계 S200에서 프리코딩된 신호를 수신하고, 단계 S210에서 상술한 송신단에서 사용된 코드북에서 프리코딩 행렬 정보를 획득하여 단계 S220에서 이 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 단계 S200에서 수신된 신호를 디코딩한다.
한편 수신단에서는 송신단에서 전송하는 파일럿 신호를 기초로 채널 품질을 측정하고, 이 측정된 채널 품질 결과에 기초하여 위 코드북에서 적절한 프리코딩 행렬을 선택하여 그 프리코딩 행렬 인덱스 정보를 피드백 정보로 송신할 수도 있을 것이다.
본 실시예에서 같이 안테나 선택 요소를 포함하는 프리코딩 행렬을 포함하는 코드북에서 프리코딩 행렬을 선택함에 있어서, 수신단으로부터 수신되는 피드백 정보 예를 들어, 채널품질정보(CQI: Channel Quality Information) 또는 프리코딩 행렬 인덱스(Precoding Matrix Index) 정보를 이용하여 프리코딩 행렬을 선택할 수 있다. 상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 코드북은 다수의 랭크 각각에 대한 프리코딩 행렬을 포함하고 있기 때문에 별도의 랭크 정보를 이용하지 않아도 랭크를 고려하여 프리코딩 행렬을 선택할 수 있는 이점이 있다.
이하 안테나 선택 요소에 의해 변형된 단일 행렬로 구성되는 프리코딩 행렬을 포함하는 코드북 설계 방법의 일례를 구체적으로 설명하도록 한다. 이하에서 설명되는 코드북 설계 방법은, 4개의 송신 안테나를 이용하는 경우를 가정한 것이다.
코드북 설계에 있어서, 먼저 안테나 선택 행렬을 사용하여 안테나를 선택할 수 있다. 안테나 선택 수에 따른 안테나 선택 행렬의 예를 이하 표 2에 나타낸다.
안테나 선택 수 안테나 선택 행렬
4
3
2
1
표 2에 나타낸 바와 같이 4개의 안테나를 모두 선택하는 경우 가능한 경우의 수는 1 (=4C4)이고, 4개의 안테나 중 3개의 안테나를 선택하는 경우 가능한 경우의 수는 4 (=4C3)이며, 4개의 안테나 중 2개의 안테나를 선택하는 경우 가능한 경우의 수는 6 (=4C2)이고, 마지막으로 4개의 안테나 중 1개의 안테나를 선택하는 경우 가능한 경우의 수는 4 (=4C1)가 될 수 있다.
송신단에서는 수신단으로부터의 피드백 정보 예를 들어, 채널품질정보를 통해 선택하는 안테나의 수 및 선택하는 안테나를 결정할 수 있다. 이는 표 1의 다수의 안테나 행렬 적절한 안테나 선택 행렬 내 열벡터를 선택하는 것으로 설명될 수 있다.
이와 같이 안테나 선택 행렬을 사용하여 안테나를 선택하고, 그 다음 선택된 안테나에 대해 단일 행렬을 사용하여 경로 선택을 하도록 할 수 있다. 이때 단일 행렬은 앞서 선택되는 안테나 수 별로 결정될 수 있다. 단일 행렬로 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬을 이용할 수 있다. 안테나 선택 수에 따른 DFT 행렬의 예를 이하 표 3에 나타낸다.
안테나 선택 수 DFT 행렬
4
3
2
1 1
4개의 송신 안테나를 이용하는 경우 랭크는 1부터 4까지 정의될 수 있다. 그리고, 안테나 선택 수에 따라 적용할 수 있는 랭크가 한정된다. 즉, 안테나 선택 수보다 같거나 작은 랭크만이 적용될 수 있다. 그리고, 각 랭크별로 적절한 프리코딩 행렬이 사용되어야 할 것이며, 이는 표 3에 나타낸 DFT 행렬을 조합하여 구성할 수 있다. 예를 들어, 표 3의 4개의 안테나를 모두 선택하는 경우의 DFT 행렬의 열 벡터들을 조합하여 구성할 수 있는 DFT 행렬의 경우의 수는 아래 표 4와 같이 나타낼 수 있다.
랭크 1 랭크 2 랭크 3 랭크 4
4 6 4 1
그리고, 표 3의 3개의 안테나를 선택하는 경우의 DFT 행렬의 열 벡터들을 조합하여 구성할 수 있는 DFT 행렬의 경우의 수는 아래 표 5와 같이 나타낼 수 있다.
랭크 1 랭크 2 랭크 3
3 3 1
그리고, 표 3의 2개의 안테나를 선택하는 경우의 DFT 행렬의 열 벡터들을 조합하여 구성할 수 있는 DFT 행렬의 경우의 수는 아래 표 6과 같이 나타낼 수 있다.
랭크 1 랭크 2
2 1
마지막으로, 1개의 안테나를 선택하는 경우에는 표 3에 나타난 바와 같이 '1' 값을 그대로 사용하고, 이 경우에는 랭크 1만이 적용될 수 있을 것이다.
앞서 설명한 안테나 선택 행렬을 이용한 안테나 선택과 DFT 행렬을 이용한 경로 선택을 조합하여 구성할 수 있는 프리코디 행렬의 전체 조합 경우의 수는 아래 표 7과 같이 나타낼 수 있다.
안테나 선택 수 AS 조합 경우의 수 DFT 조합 경우의 수 총 조합(AS*DFT) 경우의 수
4 1 15[4,6,4,1] 15[4,6,4,1]
3 4 7[3,3,1] 28[12,12,4]
2 6 3[2,1] 18[12,6]
1 4 1 4[4]
총 경우의 수 65[32,24,8,1]
표 7에서 안테나 선택 수가 4인 경우 15[4,6,4,1]는 표 4에 나타낸 바와 같이 랭크 1부터 랭크 4까지 각각의 경우의 수가 4, 6, 4, 1이 되며 이 경우의 총 경우의 수는 15가 됨을 의미한다. 나머지 경우도 마찬가지로 []내의 수는 랭크 1부터 순차적으로 각 랭크에 대한 경우의 수를 나타내고, []외의 왼쪽 수는 각 경우의 총 경우의 수를 나타낸다.
표 7을 통해 상술한 방법으로 구성할 수 있는 프리코딩 행렬의 총 수는 65가 됨을 확인할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따라 설계되는 전체 코드북의 사이즈가 65이기 때문에, 랭크 4를 제외하는 경우에는 랭크 정보 필요없이 6 비트로 피드백 가능하며, 랭크 4를 포함하는 경우에도 랭크 정보 필요없이 7 비트로 피드백이 가능하다.
앞서 설명한 안테나 선택 행렬을 이용한 안테나 선택과 DFT 행렬을 이용한 경로 선택을 함께 고려하여 설계한 6 비트 코드북의 일례는 아래 표 8과 같이 나타낼 수 있다.
이상의 설명에서는 코드북이 일정 알고리즘에 순서적으로 구성되는 것으로 설명하였지만, 결과적으로 생성되는 표 8의 코드북을 이용하는 경우라면 어떠한 방법으로 생성되었는지 여부에 관계없이 본 실시예에 포함되는 것으로 볼 것이다. 즉, 상술한 바와 같이 안테나 선택 요소에 의해 변형된 DFT 행렬이 프리코딩 행렬로 이용되는 것으로 설명될 수도 있을 것이다.
또한, 안테나 선택 유형별 위상 트랙킹을 위해 표 9에 나타낸 위상천이 행렬을 이용할 수도 있다.
안테나 선택 수 위상천이 행렬
4
3
2
1 1
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다중 안테나 시스템의 송신단 구조의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 송신 단은 기지국 또는 단말기일 수 있다. 송신 단, 예를 들어 기지국에서, 수신 단으로 전송될 사용자 데이터는 단독 스트림 또는 다중 데이터 스트림으로 채널 부호화기(31)로 입력된다. 상기 채널 부호화기(31)는 채널 부호화를 수행한다. 또한, 변조기(32)는 성상 매핑 (Constellation Mapping)을 수행하고, 이들 심볼화된 데이터들은 선 부호화기(33)에서 프리코딩 행렬(Pre-coding Matrix)에 의해 곱해지고 난 후, 각 안테나(35)로 전송된다.
이때 선 부호화기(33)에서 사용되는 프리코딩 행렬은 상술한 바와 같이 안테나 선택 행렬 및 DFT 행렬의 조합으로 구성되거나, 안테나 선택 요소에 의해 변형된 DFT 행렬로 구성되는 프리코딩 행렬이 적어도 하나 이상 포함되는 코드북에서 선택될 수 있다. 이 코드북에는 상술한 특징과 더불어 다중 안테나 시스템에서 적용될 수 있는 랭크에 대해 랭크 별로 프리코딩 행렬을 포함할 수도 있다.
한편, 수신 단으로부터는 피드백 정보가 송신단으로 전송된다. 이 피드백 정보에는 상술한 바와 같이 채널품질정보(CQI) 및 프리코딩 행렬 정보(PMI) 등이 포함될 수 있으며 상술한 선부호화기(33)에서 사용되는 프리코딩 행렬은 이 피드백 정보를 고려하여 선택되는 것이 바람직하다. 제어기(35)는 수신 단으로부터 피드백 되는 피드백 정보를 이용하여 사용자 또는 프리코딩 행렬들에 대한 선택을 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 다중 안테나 시스템의 송신단 구조의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 송신 단은 도 3과 마찬가지로 기지국 또는 단말기일 수 있다. 송신 단, 예를 들어 기지국에서, 수신 단으로 전송될 사용자 데이터는 단독 스트림 또는 다중 데이터 스트림으로 채널 부호화기(41)로 입력되어 채널 부호화기(41)는 채널 부호화를 수행하고,또한, 변조기(42)는 성상 매핑(Constellation Mapping)을 수행하며, 본 발명에 따른 선부호화기(43)는, 본 발명에서 제안하는 코드북에서 선택되는 프리코딩 벡터 또는 프리코딩 행렬을 이용하여 프리코딩을 수행하고, 프리코딩 된 결과는 다수의 송신 안테나(44)를 통해 송신되는 일련의 구성은 도 3을 통해 설명한 바와 동일하다.
다만, 빔 포밍 기능 수행을 위해서 안테나 소자 간 이격 간격이 λ/2로 이루어진 N 개의 안테나 그룹들이 있으며, 안테나 그룹간의 이격 거리는 4λ 또는 10λ로 하여 MIMO 기능을 수행할 수 있는 구조로 안테나 배치가 이루어진 점에서 도 3과 차이가 있다. 즉, MIMO 기능을 수행할 때는 각 그룹에서 한 개의 안테나만 사용되기 때문에, 총 안테나 중 N 개의 안테나가 사용된다. 이와 같은 안테나의 구성은 안테나 전송 방식에 따라 다르게 적용할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 다중 안테나 시스템에서 프리코딩된 신호를 송수신하는 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
본 실시예에서의 프리코딩된 신호를 송신하는 방법에 따르면, 먼저 단계 S300에서 코드북에서 프리코딩 행렬을 선택한다. 이때 코드북은, 랭크별로 프리코딩 행렬을 하나 이상 포함하되, 하위 랭크의 코드북 사이즈가 상위 랭크의 코드북 사이즈보다 큰 코드북인 것을 특징으로 한다. 다시 말해서, 코드북 내에 다수의 랭크에 대한 프리코딩 행렬을 포함하되, 랭크 중에서 하위 랭크에 대한 프리코딩 행렬의 수가 상위 랭크에 대한 프리코딩 행렬의 수보다 많은 것을 의미한다.
여기서 하위 랭크는 랭크가 1인 경우를 포함하여 적은 수의 스트림이 전송되는 랭크를 나타내고, 상위 랭크는 이 반대의 의미를 나타낸다. 하위 랭크에 포함되는 랭크나 상위 랭크에 포함되는 랭크는 최대 랭크의 수 및 시스템 상황을 고려하여 정의할 수 있다. 예를 들어, 최대 랭크가 4인 경우, 랭크 1 및 랭크 2는 하위 랭크에 포함되고, 랭크 3 및 랭크 4는 상위 랭크에 포함되는 것으로 정의할 수 있다. 그리고, 하위 랭크 및 상위 랭크에 대한 정의는 시스템에서 고정된 것으로 할 수도 있고, 상황에 따라 변경할 수도 있다.
그리고, 단계 S310에서 선택된 프리코딩 행렬을 신호에 적용하여 프리코딩하고, 단계 S320에서 이 프리코딩된 신호를 송신한다. 그러면, 수신단에서는 단계 S400에서 이 프리코딩된 신호를 수신하고 단계 S410에서 상술한 특징을 갖는 코드북에서 프리코딩 행렬 정보를 획득하여 단계 S420에서 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 프리코딩된 신호를 디코딩한다. 이때 단계 S410에서 사용되는 코드북은 앞서 설명한 단계 S310에서 송신단에서 사용된 코드북과 동일한 코드북일 것이다.
수신단에서는 추가적으로 송수신단에서 단계 S310 및 단계 S410에서 사용된 코드북에서, 송신단에서 수신하는 파일럿 신호를 기초로 측정되는 채널품질에 따라 적절한 프리코딩 행렬을 선택하여 이 프리코딩 행렬 인덱스 정보를 송신단으로 피드백 하여 줄 수 있을 것이다.
송신 안테나의 수가 4이고 최대 랭크가 4인 경우 이러한 특징을 갖는 코드북으로는 상술한 표 8의 코드북을 사용할 수 있다. 표 8에 랭크 1에 대한 프리코딩 행렬 수는 32개이고, 랭크 2에 대한 프리코딩 행렬 수는 24개이다. 그리고, 랭크 3에 대한 프리코딩 행렬 수는 8개이고, 랭크 3에 대한 프리코딩 행렬 수 1개이다. 따라서, 하위 랭크의 코드북 사이즈가 상위 랭크의 코드북 사이즈보다 큰 것을 확인할 수 있다.
본 실시예에 따른 코드북은 별도의 랭크 적응(Rank adaptation)이 필요 없도록 코드북 전체를 인덱스화 하는 특징을 가지고 있으며, 랭크 1과 랭크 2의 코드북 사이즈가 랭크 3와 랭크 4에 비해서 크기 때문에 랭크 1과 랭크 2가 선택된 확률을 높인 장점을 가지고 있다. 실제 채널에서는 랭크 3와 랭크 4가 선택될 확률이 랭크 1과 랭크 2에 비해서 상대적으로 작기 때문에, 본 실시예에 따른 코드북을 사용하면, 각 랭크 별로 코드북의 크기가 동일한 기존 코드북과 비교하여 코드북 효율을 높일 수 있을 것이다.
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.
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.

Claims (16)

  1. 다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송신하는 방법에 있어서,
    안테나 선택 요소에 의해 변형된 단일 행렬로 구성되는 프리코딩 행렬을 랭크별로 하나 이상 포함하는 코드북에서 프리코딩 행렬을 선택하는 단계;
    상기 선택된 프리코딩 행렬을 전송 신호에 적용하여 프리코딩 하는 단계; 및
    상기 프리코딩된 신호를 선택된 안테나를 통해 송신하는 단계
    를 포함하는, 프리코딩된 신호 송신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은, 안테나 선택 행렬과 상기 안테나 선택 행렬에 따라 선택되는 안테나 수에 따라 결정되는 단일 행렬의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 송신 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단일 행렬은, DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬인 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 송신 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은, 선택되는 안테나 수에 따라 결정되는 위상천이 행렬이 적용되는 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 송신 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 코드북에서, 랭크 1 및 랭크 2의 코드북 사이즈가 랭크 3 및 랭크 4의 코드북 사이즈보다 큰 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 송신 방법.
  6. 다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    프리코딩된 신호를 수신하는 단계; 및
    안테나 선택 요소에 의해 변형된 단일 행렬로 구성되는 프리코딩 행렬을 랭크별로 하나 이상 포함하는 코드북으로부터 프리코딩 행렬 정보를 획득하여 상기 프리코딩된 신호를 디코딩하는 단계
    를 포함하는, 프리코딩된 신호 수신 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은, 안테나 선택 행렬과 상기 안테나 선택 행렬에 따라 선택되는 안테나 수에 따라 결정되는 단일 행렬의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 수신 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 단일 행렬은, DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬인 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 수신 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은, 선택되는 안테나 수에 따라 결정되는 위상천이 행렬 적용되는 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 수신 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 코드북에서, 랭크 1 및 랭크 2의 코드북 사이즈가 랭크 3 및 랭크 4의 코드북 사이즈보다 큰 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 수신 방법.
  11. 다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 송신하는 방법에 있어서,
    랭크별로 프리코딩 행렬을 하나 이상 포함하는 코드북에서 프리코딩 행렬을 선택하는 단계;
    상기 선택된 프리코딩 행렬을 전송 신호에 적용하여 프리코딩 하는 단계; 및
    상기 프리코딩된 신호를 송신하는 단계
    를 포함하되, 상기 코드북에서, 하위 랭크의 코드북 사이즈가 상위 랭크의 코드북 사이즈보다 큰 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 송신 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하위 랭크는 랭크 1 및 랭크 2를 포함하고, 상기 상위 랭크는 랭크 3 및 랭크 4를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 송신 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은, 안테나 선택 행렬 및 상기 안테나 선택 행렬에 따라 선택되는 안테나 수에 따라 결정되는 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 송신 방법.
  14. 다중 안테나 시스템에서, 프리코딩된 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    프리코딩된 신호를 수신하는 단계; 및
    랭크별로 프리코딩 행렬을 하나 이상 포함하는 코드북으로부터 프리코딩 행렬 정보를 획득하여 상기 프리코딩된 신호를 디코딩하는 단계
    를 포함하되, 상기 코드북에서, 하위 랭크의 코드북 사이즈가 상위 랭크의 코드북 사이즈보다 큰 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 수신 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하위 랭크는 랭크 1 및 랭크 2를 포함하고, 상기 상위 랭크는 랭크 3 및 랭크 4를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 수신 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은, 안테나 선택 행렬 및 상기 안테나 선택 행렬에 따라 선택되는 안테나 수에 따라 결정되는 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 프리코딩된 신호 수신 방법.
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