KR20090116596A - 협력적 다중 입출력 안테나 이동 통신 시스템에서의 데이터송수신 방법 - Google Patents

협력적 다중 입출력 안테나 이동 통신 시스템에서의 데이터송수신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 협력적 MIMO(Multi input multi output) 모드 이동 통신 시스템의 단말에서의 피드백 제어 정보 송수신 방법은 송신측에서 상기 협력적 MIMO 모드를 수행하는 하나 이상의 협력적 기지국에게 프리코딩 관련 피드백 제어 정보를 전송하기 위한 전송 경로를 선택하고 상기 선택된 전송 경로를 통해 상기 하나 이상의 협력적 기지국에 대한 상기 프리코딩관련 피드백 제어 정보를 전송하고 수신측에서 전송 경로 선택 단계를 거친 하나 이상의 단말로부터 프리코딩 관련 피드백 제어 정보를 수신하고 상기 하나 이상의 단말로부터 협력적 MIMO 모드 요청 메시지를 수신하는 것을 포함하여 구성된다.
협력적 MIMO, 폐루프,피드백 채널, PMI, 프리코딩

Description

협력적 다중 입출력 안테나 이동 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법{Methods of transmitting and receciving data in collative multiple input multiple output antenna mobile communication system}
본 발명은 다중 입출력 안테나 이동 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 다중 입출력 안테나 이동 통신 시스템에서의 피드백 제어 정보를 포함하는 데이터를 송수신하는 방법에 관한 것이다.
최근 광대역 무선이동통신 기술로서 MIMO 시스템이 각광받고 있다. 특히 MIMO 시스템은 기존의 단일 입출력(SISO: Single Input Single Output) 방식의 통신기술에서 실현이 어려웠던 스펙트럼 효율을 안테나 수에 비례하여 높일 수 있는 기술이다.
MIMO 기술은 다수의 안테나를 사용하여 고속의 통신을 이루려는 다중 안테나 기술을 말한다. MIMO 기술은 동일 데이터 전송 여부에 따라 MIMO 공간 다중화 방식과 MIMO 공간 다이버시티 방식으로 나눌 수 있다.
MIMO 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 기법은 서로 다른 데이터를 여러 송수신 안테나를 통해 동시에 전송하는 방법이다. 즉, 송신측에서는 각 전송 안테 나를 통해 서로 다른 데이터를 전송하고, 수신측에서는 적절한 간섭제거 및 신호처리를 통하여 송신 데이터를 구분함으로써, 전송률을 송신 안테나 수만큼 향상시키는 기법이다.
MIMO 공간 다이버시티(Spatial Diversity) 방식은 같은 데이터를 다중의 송신 안테나를 통해 전송하여 송신 다이버시티를 얻는 방법이다. 즉, 공간 다이버시티 방식은 공간-시간 채널 코딩(Space Time Channel Coding) 기법의 일종이다. 공간 다이버시티 방식은 다중의 송신 안테나에서 같은 데이터를 전송함으로써 송신 다이버시티 이득(성능이득)을 극대화시킬 수 있다. 다만, 공간 다이버시티 방식은 전송률을 향상시키는 방법은 아니며 다이버시티 이득에 의한 전송의 신뢰도를 높이는 기술이다.
또한, MIMO 기술은 수신측에서 송신측으로 무선 채널 정보에 대한 피드백(Feedback) 정보를 전송하는 지 여부에 따라 개루프 MIMO 방식(이하 개루프 MIMO로 약칭) 및 폐루프 MIMO 방식(이하 폐루프 MIMO로 약칭)으로 구분할 수 있다. 개루프 MIMO의 경우에는 송신단에서 무선 채널의 실제적인 값들은 정확히 알지 못한 상태에서 가용한 간략한 정보에 의하여, 현재 무선 채널이 MIMO 공간 다중화가 가능한 채널로 예상되면 송신측의 복수 개의 안테나에 서로 다른 데이터를 실어서 높은 전송 속도로 전송을 하며, 현재 무선 채널이 MIMO 공간 다중화를 하기에 적합하지 않다고 예상되면 차라리 복수 개의 안테나를 다이버시티 용도로 사용하여 신뢰성을 높이는 전송을 하게 된다.
그러나, 폐루프 MIMO의 경우에는 수신측이 무선 채널에 대한 적절한 피드백 정보를 송신측에게 전송하도록 하여 MIMO 동작의 효율성을 높인다. 구체적으로는, 송신측에서는 상기 피드백 정보를 토대로 송신측의 다수의 안테나에 대한 안테나 그룹핑(Antenna Gouping), 안테나 선택(Antenna Selection) 및 프리코딩(Precoding)을 수행하여 MIMO 동작의 효율을 높이게 된다.
또한 다중 셀 환경에서 다중 셀의 각 기지국을 이용하여 셀의 가장자리에 있는 단말과 같은 수신측에게 다중 안테나 서비스를 제공하기 위한 협력적 MIMO(Collaborative MIMO) 모드가 있다. 협력적 MIMO 모드는 MIMO 공간 다중화 방식에서 복수 개의 안테나들 사이에서 형성되는 채널 특성 값들 간의 상관관계가 낮을수록 좋은 성능을 보이는 특성을 이용한다. 즉, 송신 안테나들이 서로 멀리 떨어져 있을수록, 그리고 수신 안테나들도 서로 멀리 떨어져 있을수록 공간 다중화 특성에 더욱 유리한 채널 특성을 얻을 수 있는 점을 이용한다.
도 1은 종래 관련 기술에서의 다중셀 환경에서의 협력적 MIMO의 동작 개념을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이 단말1은 현재 기지국1을 서빙 기지국으로 하여 통화 서비스를 받고 있는 단말이다. 마찬가지로 단말2 및 단말3은 각각 기지국2 및 기지국3을 서빙 기지국으로 하여 통화 서비스를 받고 있는 단말들이다. 단말0, 단말1, 단말2는 현재 각 기지국이 담당하고 있는 셀의 가장자리에 위치하고 있다. 즉, 각 단말들은 자신의 서빙 기지국들로부터의 신호뿐만이 아니라 다른 기지국들부터의 간섭 신호를 수신하고 있다.
협력적 MIMO 모드는 이와 같이 인접한 셀들로부터 간섭을 받기 쉬운 셀 가장자리에 있는 사용자 단말이 그 인접 셀들의 기지국들로부터 자신의 서빙 기지국으 로부터 수신하고 있는 채널 상의 신호와 동일한 신호를 수신하여, 마치 인접 셀들의 안테나들을 MIMO에서의 송신 안테나들과 같이 사용하여 MIMO 공간 다이버시티 또는 MIMO 공간 다중화 효과를 얻도록 함을 그 특징으로 한다.
도 2는 종래 관련 기술에서 코드북을 이용한 프리코딩 방식의 폐루프 MIMO에서의 협력적 MIMO 모드의 동작 방식을 도시한다. 알려진 바와 같이 프리코딩 방식의 폐루프 MIMO의 송신측(일례로 기지국)에서는 각 송신 데이터들이 안테나들에 실리기 이전에 프리코딩 과정을 거치게 된다. 이 프리코딩 과정에서는 수신측(일례로 단말)으로부터 수신한 무선 채널 상태에 관한 피드백 정보(예를 들면 CQI(Channel Quality Indicator))를 이용하여 무선 채널 상태를 알아낸 후 무선 채널로 전송 중에 발생한 왜곡을 보상하기 위해 송신 안테나들에 소정의 무게 행렬(Weight Matrix)를 곱하게 된다. 이 때 수신측이 전송하는 무선 채널 상태에 관한 피드백 정보(도 2의 무선 채널 정보)가 모든 무선 채널 상태를 표현하기 위해서는 그 정보량이 매우 커지게 되므로 이는 비현실적이다.
그래서 송신측과 수신측 양측에서 미리 무선 채널 상태를 소정의 유한한 갯수의 단계로 나누어서 각 단계마다 인덱스를 부여하고 이에 관한 정보를 양측이 서로 공유하는 코드북 방식을 사용한다. 이 후 수신측에서는 현재 무선 채널 상태를 가장 잘 반영한다고 판단되는 인덱스 정보를 피드백 정보로서 송신측으로 전송하게 되고 송신측에서는 이를 이용하여 송신 안테나들에게 적절한 무게 행렬을 생성하여 곱하게 된다. 이러한 유한한 무선 채널에 관한 인덱스 정보를 사용하는 프리코딩 방식을 코드북 기반 프리코딩(Codebook-based precoding)이라 한다.
도 2에 도시된 바에 의하면, M개의 기지국 1(210-1),...,기지국 M(210-M)은 각 단말로부터 형성되는 무선 채널 정보 H1, H2,...,HM을 추정하여 각각의 기지국에서 독립적으로 안테나 가중치에 해당하는 무게 행렬 W1, W2, WM을 생성하여 각 기지국 내에서 프리코딩을 수행하는 프리코더(precoder)(230-1,...,230-M)를 통해 복수의 단말 또는 특정한 단말에 대해 다수의 독립적인 데이터 스트림을 전송하게 된다.
여기서 Hn은 n번째 기지국과 그와 통화하고 있는 하나 이상의 단말과의 사이에서의 무선 채널 정보를 나타낸다. 즉 기지국 n으로부터 서비스를 받고 있는 하나 이상의 단말(기지국 n을 서빙 기지국으로 하고 있는 경우이든 협력적 MIMO 모드에서의 협력적 기지국으로 하고 있는 경우에 모두 해당하는 단말임을 가정)과 기지국 n과의 무선 채널을 나타낸다. 도 2에 도시된 협력적 MIMO는 상술한 바와 같이 코드북 기반 프리코딩을 적용한 경우이므로 기지국은 상기 하나 이상의 단말이 전송한 피드백 정보(도 2에서는 무선 채널 정보)에 포함되는 코드북의 인덱스로 부터 무선 채널의 상태를 파악하게 된다.
스케줄러 250은 백본망(Backbone) 200을 통해 전달받은 무선 채널 상태의 피드백 정보 268 및 단말 및 기지국의 협력적 MIMO 요청 관련 정보를 이용하여 어떤 기지국을 통해 어떤 단말에게 데이터를 전송할지에 관한 제어 정보를 사용자 데이터 분배기 260에 전달하고 사용자 데이터 분배기는 그에 따라 여러 단말 또는 특정 단말에 대한 데이터를 협력적 MIMO 방식으로 하나 이상의 기지국을 통해 전달하도 록 데이터의 전송 경로를 결정한다.
상기 기술한 바와 같이, 프리코딩을 이용한 폐루프 방식의 협력적 MIMO를 구현하는 경우 협력적 MIMO를 수행하는 기지국들에 대한 PMI 전송은 셀간 간섭 및 채널 변동에 의해 협력적 MIMO의 성능 열화를 유발할 수 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 이동 통신 시스템에서의 데이터 전송 지연이 적은 데이터 송수신 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 협력적 MIMO 이동 통신 시스템의 성능을 향상시키기 위한 피드백 제어 명령 송수신 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상에서는, 협력적 MIMO(Multi input multi output) 모드 이동 통신 시스템의 단말에서의 피드백 제어 정보 전송 방법에 대해 개시한다. 이를 위해, 상기 협력적 MIMO 모드를 수행하는 하나 이상의 협력적 기지국에게 프리코딩 관련 피드백 제어 정보를 전송하기 위한 전송 경로를 선택하고 상기 선택된 전송 경로를 통해 상기 하나 이상의 협력적 기지국에 대한 상기 프리코딩 관련 피드백 제어 정보를 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에서는 협력적 MIMO 모드 이동 통신 시스템의 협력적 기지국에서의 피드백 제어 정보 수신 방법에 대해 개시한다. 이를 위해, 전송 경로 선택 단계를 거친 하나 이상의 단말로부터 프리코딩 관련 피드백 제어 정보를 수신 하고 상기 하나 이상의 단말로부터 협력적 MIMO 모드 요청 메시지를 수신할 수 있다.
바람직하게는 상기 프리코딩 관련 피드백 제어 정보는 상기 하나 이상의 협력적 기지국에 대한 셀 ID, 허용 주파수 대역, 변조 방식, 코딩 방식, 프리코딩 코드북 매트릭스 인덱스 정보 및 제한되는 프리코딩 코드북 매트릭스 인덱스 정보 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 전송 경로는 상기 단말로부터 서빙 기지국 및 백본망(backbone)을 거쳐 상기 하나 이상의 협력적 기지국으로의 전송되는 경우,
상기 단말로부터 상기 하나 이상의 협력적 기지국으로 직접 전송되는 경우 및 상기 단말로부터 중계기를 거쳐 상기 하나 이상의 협력적 기지국으로 전송되는 경우 중 하나 이상에 해당할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전송 경로를 선택하는 단계는 상기 프리코딩 관련 피드백 제어 정보의 전송 지연 민감도 여부, 중계기의 존재 여부, 상기 하나 이상의 협력적 기지국에 의한 상기 단말에 대한 상기 피드백 채널 할당 가능성 여부 중 하나 이상에 따라 선택할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 다중 입출력 안테나 이동 통신 시스템에서 전송 지연이 적은 데이터 송수신이 가능하다.
둘째, 협력적 MIMO 이동 통신 시스템에서 시스템 상황에 따른 다양한 피드백 제어 명령 송수신 방법을 통해 시스템의 효율을 높일 수 있다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 상기 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시 형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시 형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
이하에서 설명되는 본 발명에서 제안하는 실시예들은 단말의 이동성을 고려한 다중반송파 다중접속 시스템, 일례로 OFDM을 이용하는 이동 통신 시스템(이하 'OFDM 이동 통신 시스템'으로 칭함)에 적용 가능하다. OFDM 이동 통신 시스템에 관한 표준규격인 IEEE 802.16e 시스템과 IEEE 802.16m 시스템에도 본 발명을 적용할 수 있다.[관련 표준 규격은 IEEEStd 802.16e-2005 및 http://www.ieee802.org/16/published.html 참조]. 또한 본 발명은 LTE(Long Term Evolution)라 불리기도 하는 E-UMTS(Evolved Universal Mobile Telecommunications System)와 같은 유사한 다른 이동 통신 시스템에도 적용될 수 있다.또한 본 발명은 단일 안테나 및 다중 안테나를 사용하는 방식을 포함하여 다양한 통신 시스템에 사용될 수 있다.
일반적으로 통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다. 이 기술은 하향링크(downlink) 또는 상향링크(uplink)에 사용될 수 있다. 하향링크는 기지국에서 단말로의 통신을 의미 하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점으로 물리 전송단 뿐만이 아니라 상위계층까지 포함하는 통신 시스템에서 단말을 제외한 네트워크를 포함한다. 그러므로 본 발명에서는 네트워크와 기지국은 단말과 대칭되는 부분으로 동일한 의미를 가진다. 단말은 고정되거나 이동성을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 협력적 MIMO 모드의 동작을 도시한다. 도 3의 단말들과 기지국들은 코드북 방식 프리코딩이 적용된 폐루프 MIMO에서의 협력적 MIMO 모드(이하 "프리코딩 협력적 MIMO 모드"로 약칭)를 도시한다. 도 3에 도시된 협력적 MIMO 모드는 채널의 상관관계(correlation)에 따라 상관관계가 큰 경우 빔포밍 기술을 적용하여 기지국들이 동일한 코드북을 이용할 수도 있고(특히 DFT(Discrete Fourier Transform) 코드북의 경우) 상관관계가 적은 경우 기지국들은 서로 다른 코드북을 사용할 수도 있다. 도 3의 실시예 및 이하의 실시예들에서 서빙 기지국 및 협력적 기지국들이 서로 같은 코드북을 사용하는 경우를 가정한 다. 그러나 기지국들이 서로 다른 코드북을 사용하는 경우에도 적용이 가능하다.
기지국1(120)이 담당하고 있는 셀 경계에 있는 단말1(110)은 자신에 대한 서빙 기지국인 기지국1(120)과 인접한 기지국(160)으로부터 공간 다이버시티 또는 공간 다중화를 위한 신호를 받는 협력적 MIMO 모드로 동작하고 있다. 이를 통해 단말 1(110)은 통신 중인 특정한 신호 또는 채널에 대해 소정의 QoS(Quality of Service)를 만족시키도록 그 수신되는 특정한 신호 또는 채널(165 및 190)의 신호대 잡음비를 높일 수 있다. 이를 위해 단말1은 기지국1과 기지국3에 대한 피드백 제어 정보로서 코드북 인덱스를 전송하게 된다.
반면에 기지국1(120)과 기지국2(140)의 셀 경계에 있는 단말2(130)은 자신에 대한 서빙 기지국인 기지국2(140)로부터의 신호 또는 채널(175)의 수신을 필요로 하고 인접 기지국인 기지국1(120)부터는 시스템 여건상 또는 단말2의 여건상 협력적 MIMO 모드 서비스 대신 셀간 간섭(Intercell Interference;ICI)을 줄이거나 없애기 위해 신호 또는 채널(170)의 수신을 막고자 한다. 이를 위해서 단말2(130)는 협력적 기지국인 기지국1(120)에 대해서 코드북에서 특정 인덱스를 사용하지 않도록 하는 피드백 제어 정보를 전송할 수 있다.
기지국3(160)이 담당하는 셀의 경계에 있으면서 기지국2(140)로부터도 신호를 수신하는 단말3(150)은 단말3(150)에 대한 서빙 기지국인 기지국(160)과 인접 기지국인 기지국2(140)으로부터 동일한 신호 또는 채널을 수신하여 수신 신호대 잡음비를 높이는 공간 다이버시티 효과를 얻을 수 있다. 또한 기지국3(160)에서 단말1(110)과 단말3(150)으로부터 수신한 프리코딩 코드북 인덱스에 관한 피드백 제어 정보에 의해 생성되는 안테나 빔간 간섭은 프리코딩 코드북의 유니터리(Unitary) 특성에 의해 직교성을 유지하게 되므로, 안테나 빔간 간섭을 최소화하면서 공간 다중화 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 프리코딩 협력적 MIMO 모드를 이용하는 단말은 서빙 기지국에 바람직한 프리코딩 코드북 매트릭스 인덱스(Preferred Precoding Codebook Matrix Index;이하 PMI로 약칭함)를 포함하는 피드백 제어 정보를 전송해야 할 뿐만 아니라 협력적 기지국에게도 상기 협력적 기지국과 단말 간의 무선 채널 상황에 적합한 PMI를 포함하는 피드백 제어 정보를 전송하게 된다. 이하의 실시예들에서는 단말이 PMI를 포함하는 피드백 제어 정보를 협력적 기지국으로 전송하는 방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 단말의 피드백 제어 정보 전송 방법을 도시한다. 도 4에 도시된 실시예는 도 3에 도시된 실시예와 같이 코드북 방식 프리코딩이 적용된 폐루프 MIMO에서의 협력적 MIMO 모드에 대한 경우에 대한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이 서빙 기지국(420)의 관할하는 셀 A 영역과 협력적 기지국(430)이 담당하는 셀 B 영역의 공통 영역에 있는 단말(410)은 그에 대한 서빙 기지국(420)을 통해 협력적 기지국(430)에 대한 PMI를 포함하는 피드백 제어 정보를 전송할 수 있다. 구체적으로는 상기 피드백 제어 정보는 서빙 기지국(420)에서 백본(Backbone; 도면에는 도시안됨)망을 거쳐 협력적 기지국(430)으로 전송될 수 있다. 이하 다음의 실시예에서 도 4에 도시된 실시예에서의 단말과 기지국들간의 시그날링 흐름(signaling flow)에 대해 자세히 살펴본다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 폐루프 방식의 협력적 MIMO 모드의 신호 흐름을 도시한다. 도 5에 도시된 실시예도 코드북 방식 프리코딩이 적용된 폐루프 MIMO에서의 협력적 MIMO 모드에 대한 것이며, 특히 PMI 제한(PMI restriction)이 적용된 경우에 관한 것이다.
PMI 제한이란 인접 기지국의 PMI가 제한됨을 의미한다. 즉 인접 기지국을 서빙 기지국으로 하는 단말들 중 셀 경계가 아닌 셀 내부에 있는 단말들은 제한된 PMI만을 사용할 수 있다. 반면에 셀 경계에 있는 단말들은 PMI 제한없이 전체 PMI를 사용하여 빔포밍 이득을 최대로 얻을 수 있다. 이를 통해 전체 셀의 쓰루풋(throughput)은 강화되고 내부 단말들의 쓰루풋은 약화되면서 이를 통해 셀간 간섭을 완화시켜 셀 경계에 있는 단말의 협력적 MIMO 모드의 성능을 향상시킬 수 있다.
이하의 실시예들에서는 이와 같이 단말과 협력적 기지국간에 제한된 PMI에 관한 정보를 공유하는 과정을 통해 셀간 간섭을 완화하면서 협력적 MIMO 모드를 수행하기 위한 준비 단계와 그 후 단말과 협력적 기지국 간에 위 준비단계를 통해 결정된 파라미터들을 이용하여 실제적으로 협력적 MIMO 모드를 수행하는 실행 단계로 나눌 수 있다. 준비 단계를 통해 단말과 그에 대한 서빙 기지국 및 인접 기지국간에 협력적 MIMO 모드를 수행하기 위해 필요한 파라미터(예를 들면, PMI 정보 및 필요시 PMI 제한 정보 등)를 공유하게 된다.
그런데, 실제로 단말은 고정적일 수도 있으나 이동할 수도 있는 바 위 파라미터들은 현재 단말의 상황에 맞게 갱신될 필요가 있으므로 준비단계에서 결정된 상기 파라미터들은 협력적 MIMO 모드를 수행하는 동안 주기적으로 갱신되거나 또는 단말이 특정 조건에 도달하면 단말이 갱신을 요청하거나 기지국에 의해 갱신이 요청되면 그에 따라 갱신될 수도 있다. 이하의 실시예를 통해 더욱 구체적으로 알아본다.
단말이 현재 서빙 기지국 및 장차 협력적 기지국이 될 수 있는 인접 기지국들로부터 전송되고 있는 파일롯 신호와 같은 기준 신호를 수신하여 현재 무선 채널 의 상태 및 셀에서의 위치에 대해 검토를 하여 협력적 MIMO 모드로의 전환이 필요하게 되면(S600) 서빙 기지국으로 협력적 MIMO 모드를 요청하는 제어 정보인 CL_MIMO 지시자를 전송한다(S610).
서빙 기지국은 상기 단말이 셀의 경계에 있는 지 여부를 판단하고(S615), 셀의 경계에 있다고 판단하면 서빙 기지국은 PMI 제한 방식을 통한 ICI 완화 방법을 적용하기 위해 상기 서빙 기지국에 할당된 주파수 대역별로 수집한 PMI 제한 리스트를 포함하는 PMI 정보를 상기 단말에게 전송한다(S620). 셀의 경계에 있지 않다고 판단하면 상기 서빙 기지국은 상기 단말에 대한 송신 전력을 제한한다(S625).
단말은 인접 기지국으로부터 수신되는 기준 신호들로부터 무선 채널의 상태를 파악하고 인접 기지국으로부터의 셀간 간섭을 최소화하는 PMI 제한 정보, 협력적 기지국의 셀 ID 정보, 주파수 대역 정보 및 채널 품질 정보 등을 포함하는 피드백 제어 정보들을 상기 서빙 기지국으로 전송한다(S630).
상기 서빙 기지국은 상기 피드백 제어 정보(S630)를 이용하여 해당하는 인접 기지국으로 PMI 제한을 위한 정보를 포함하는 PMI 관련 정보를 피드백 제어 정보로써 백본망(bakcbone)통해 전송한다(S640). 이를 수신한 인접 기지국은 PMI 리스트를 갱신해서(S642) 이 PMI 리스트 범위에서만 협력적 MIMO 모드를 수행할 수 있게 된다.
위와 같이 PMI 제한 절차에 의한 셀간 간섭 완화를 포함하는 협력적 MIMO 수행 관련 파라미터들의 공유를 위한 준비 단계를 수행한 후, 단말과 인접 기지국들 중 협력적 기지국이 될 기지국과의 협력적 MIMO 모드를 수행하는 실행 단계로 진입하게 된다(S645). 상기 단말은 상기 서빙 기지국에게 협력적 MIMO 모드의 수행을 요청하는 제어 메시지인 Co-MIMO 요청 메시지를 전송하거나(S650) 또는 상기 서빙 기지국에 의한 협력적 MIMO 모드로의 수행 요청 또는 수행 지시를 나타내는 Co-MIMO 지시 메시지를 수신하게 된다(S655). Co-MIMO 요청 메시지는 상기 서빙 기지국으로부터 백본망을 거쳐 대상이 되는 협력적 기지국이 될 수 있는 인접 기지국으로 전송된다. 인접 기지국은 이후 Co-MIMO 요청에 대한 수락 여부를 나타내는 Co-MIMO 응답 메세지를 백본망을 통해 상기 서빙 기지국에게 전송한다(S665).
상기 서빙 기지국은 인접 기지국이 보내온 Co-MIMO 응답 메시지를 통해 인접 기지국을 협력적 기지국으로 할 지 여부를 결정하게 된다(S670). S670 과정을 통해 협력적 MIMO 모드를 수행할 수 있다고 알려온 인접 기지국에게 Co-MIMO 확인 메세지를 전송하여(S675) 협력적 기지국으로서 동작하도록 한다. 상기 서빙 기지국은 다시 단말에게 어떤 인접 기지국이 협력적 기지국으로 협력적 MIMO 모드를 수행하는 지를 알려주는 Co-MIMO 처리 응답 메시지를 전송한다(680). 이 Co-MIMO 처리 응답 메시지는 그 해당하는 인접 기지국의 셀 ID 및 협력적 MIMO 모드의 수행여부에 관한 정보를 포함한다. 또는 협력적 MIMO 모드를 수행할 협력적 기지국의 셀 ID만을 포함할 수 있다.
이에 대해 단말은 자신의 전력 상태, 자원 상태 등을 고려하여 서빙 기지국이 알려온 협력적 기지국으로 결정된 인접 기지국과의 협력적 MIMO 모드 수행 여부를 결정하고(S683), 협력적 MIMO 모드를 수행하기로 하면 이 후 단말은 서빙 기지국 및 그 결정된 협력적 기지국으로부터 데이터를 수신하여 공간 다이버시티 효과 또는 공간 다중화 효과를 얻게 된다(S685). 그러나 상기 협력적 기지국과의 협력적 MIMO 모드를 수행하지 않기로 결정하면 다시 Co-MIMO 요청 메시지를 서빙 기지국으로 재전송하거나 협력적 MIMO 모드를 수행하지 않고 종료할 수 있다(S690).
또는 단말이 S685 과정을 통해 협력적 MIMO 모드를 수행하다가 이를 종료하고자 할 경우에는 상기 서빙 기지국으로 Co-MIMO 해제 메시지를 전송하고(S693) 이 메시지가 백본망을 거쳐 대상이 되는 협력적 기지국으로 전송된다(S694).
이후 단말이 폐루프 방식 MIMO 자체를 종료하고자 하는 경우에는(S695) CL-MIMO 해제 메시지를 서빙 기지국에 전송한다(S696). 이를 수신한 서빙 기지국은 협력적 MIMO 모드를 수행하고 있는 협력적 기지국에게 상기 단말에 대한 PMI 제한 관련 동작을 하지 않도록 하기 위해 상기 단말에 대한 PMI 관련 정보를 삭제하도록 요청하는 PMI관련 정보 삭제요청 메시지를 전송한다(S697).
도 5의 실시예에서의 신호 흐름은 하나의 협력적 기지국에 대한 것이나 단말이 두 개 이상의 인접 기지국의 경계에 놓여 있는 경우에는 인접 기지국들과 도 5와 같은 신호 흐름에 따라 협력적 기지국으로서 동작 가능한 인접 기지국들로부터 협력적 MIMO 모드 서비스를 받을 수 있다. 또한 PMI 제한 방식을 사용하지 않는 방식도 본 실시예에 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에서 제안하는 단말의 피드백 제어 정보 전송 방법을 도시한다. 도 6에 도시된 실시예는 도 3에 도시된 실시예와 같이 코드북 방식 프리코딩이 적용된 폐루프 MIMO에서의 협력적 MIMO 모드에 대한 경우에 대한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이 서빙 기지국(620)의 관할하는 셀 A 영역과 협력적 기지국(630)이 담당하는 셀 B 영역의 공통 영역에 있는 단말(610)은 직접 협력적 기지국(630)에 대한 PMI를 포함하는 피드백 제어 정보를 협력적 기지국(630)에게 전송할 수 있다. 구체적으로는 상기 피드백 제어 정보는 단말(610)이 협력적 기지국(630)으로부터 할당받은 피드백 채널(Fast feedback dedicated channel)을 통해 상기 협력적 기지국(630)으로 전송된다. 피드백 채널의 일례로는 고속 전용 피드백 채널(Fast feedback dedicated channel)을 들 수 있다. 이 채널은 CQI(Channel Quality Indicator)와 같은 단말에 의한 피드백 정보를 전달하기 위한 채널로서 복수의 단말이 공유하여 사용할 수 있으므로, 이를 이용하고자 하는 각 단말은 고속 전용 피드백 채널을 할당해준 기지국에서만 사용되는 상호간 직교 성질을 가지는 코드(일례로 왈쉬코드)를 사용하여 그 기지국으로 전송할 수 있다.
또는 도 4의 실시예와의 병행 실시도 가능하다. 즉, 협력적 기지국에게 피드백 되는 정보 중 시간 지연에 특히 민감한 정보는 고속 전용 피드백 채널을 통해 직접 협력적 기지국에게 전달하고 상대적으로 지연에 둔감한 정보는 서빙 기지국을 620)을 거쳐 백본망을 통해 협력적 기지국에게 전달될 수 있다.
피드백 되는 제어 정보로는 PMI 정보, 허용 주파수 대역 정보, 셀 ID, 채널 품질 정보, MCS(Modulation and code selection) 레벨, 변조 방식 정보 등이 될 수 있음은 전술한 바 있다.
이하 다음의 실시예에서는 도 6에 도시된 실시예에서의 단말과 기지국들간의 신호 흐름(signaling flow)에 대해 자세히 살펴본다.
도 7는 본 발명의 다른 실시예에서 제안하는 폐루프 방식의 협력적 MIMO 모드의 신호 흐름을 도시한다. 도 7에 도시된 실시예도 코드북 방식 프리코딩이 적용된 폐루프 MIMO에서의 협력적 MIMO 모드에 대한 것이며, 특히 PMI 제한(PMI restriction)이 적용된 경우에 관한 것이다. 대부분의 신호 흐름은 도 5의 경우와 동일하나 피드백 제어 정보가 도 5의 실시예처럼 서빙 기지국으로 전송된 후 백본망을 거쳐 인접 기지국에게 전송되는 것이 아니라 직접 인접 기지국으로 전송되는 경우이다. 도 6의 실시예에서 전술한 바와 같이 피드백 제어 정보는 협력적 기지국으로서 작동할 수 있는 인접 기지국으로부터 할당받은 피드백 채널(일례로 고속 전용 피드백 채널)을 이용하여 전송된다. 또한 도 5의 실시예에서와는 달리 준비 단계에서 협력적 기지국으로부터 피드백 채널을 할당 받는 과정(S710,S720) 및 실행 단계에서 협력적 MIMO를 종료할 때 그 할당된 피드백 채널을 해제하는 과정이 필요하다. 피드백 채널을 해제하는 과정은 도 5의 S693,S694에 해당하는 S750,S760 과정을 통해 수행될 수도 있고 또는 단말과 협력적 기지국이 직접 해제 요청 및 확인 메시지를 주고 받으면서 수행될 수도 있다.
도 7의 실시예에서의 신호 흐름은 하나의 협력적 기지국에 대한 것이나 단말이 두 개 이상의 인접 기지국의 경계에 놓여 있는 경우에는 인접 기지국들과 도 7과 같은 신호 흐름에 따라 협력적 기지국으로서 동작 가능한 인접 기지국들로부터 협력적 MIMO 모드 서비스를 받을 수 있다. 또한 PMI 제한 방식을 사용하지 않는 방식도 본 실시예에 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에서 제안하는 단말의 피드백 제어 정보 전 송 방법을 도시한다. 도 8에 도시된 실시예는 도 3에 도시된 실시예와 같이 코드북 방식 프리코딩이 적용된 폐루프 MIMO에서의 협력적 MIMO 모드에 대한 경우에 대한 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이 서빙 기지국(820)의 관할하는 셀 A 영역과 협력적 기지국(830)이 담당하는 셀 B 영역의 공통 영역에 있는 단말(810)은 직접 협력적 기지국(830)에 대한 PMI를 포함하는 피드백 제어 정보를 중계기(relay station)(840)을 통해 협력적 기지국(830)에게 전송할 수 있다. 본 실시예에서의 중계기(840)는 일반적으로 쓰이는 셀과 셀 사이의 중간 지역에 놓여져서 전송 전력을 증폭해주는 단순 수동형 리피터(repeater)라기 보다는 단말로부터 수신된 신호에서 잡음 제거, 오류 정정, 전력 증폭 등의 기능을 수행하는 능동형 리피터로서 동작하면서 단말과 별도로 무선 채널 상태에 관한 피드백 제어 정보 등을 주고 받을 수 있도록 채널 자원 할당 등의 기능을 가질 수 있다. 또한 상기 중계기는 시간 지연에 민감한 피드백 채널을 처리할 수 있고, 복수의 단말로부터 동시에 피드백 제어 정보를 피드백 채널을 통해 수신하는 경우 그 선후에 따른 처리를 할 수 있는 시간 정렬 기능도 가질 수 있다.
단말은 중계기를 통해 피드백 제어 정보를 전송하기 위해 우선 이용하고자 하는 중계기와의 모든 호처리 준비가 끝내고 있어야 한다. 즉, 단말은 서빙 기지국과 인접 기지국들 및 주변의 중계기로부터 수신한 파일롯과 같은 기준 신호들의 세기 등을 측정하여 현재 자신의 위치를 추정하고 셀 경계에 있고 협력적 MIMO 모드의 동작이 필요하다고 판단되면 중계기로부터 미리 피드백 채널에 대한 할당을 받 고서 이를 전송할 준비를 하여야만 전송 지연에 민감한 피드백 제어 정보를 적절한 지연 시간 내에 전송할 수 있게 된다.
도 8의 실시예에 따른 중계기를 이용한 피드백 제어 정보 전송 방법은 도 4 및 도 6에 따른 실시예들과 같이 사용될 수도 있다. 즉, 피드백 제어 정보 전송 지연 의 민감도에 따라 피드백 제어 정보는 백본망을 통해 전송될 수도 있고, 협력적 기지국으로부터 할당받은 고속 전용 피드백 채널을 통해 전송될 수도 있으면서도, 협력적 기지국으로부터 고속 전용 피드백 채널과 같은 피드백 채널을 할당받지 못할 경우에 중계기를 통해 전송되는 것과 같이 복합 운용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에서 제안하는 폐루프 방식의 협력적 MIMO 모드의 신호 흐름을 도시한다. 도 9에 도시된 실시예도 코드북 방식 프리코딩이 적용된 폐루프 MIMO에서의 협력적 MIMO 모드에 대한 것이며, 특히 PMI 제한(PMI restriction)이 적용된 경우에 관한 것이다. 대부분의 신호 흐름은 도 5의 경우와 동일하나 피드백 제어 정보가 중계기를 거쳐 직접 협력적 기지국이 될 인접 기지국으로 전송되는 경우이다. 도 8의 실시예에서 전술한 바와 같이 피드백 제어 정보는 중계기를 통하여 협력적 기지국으로서 작동할 수 있는 인접 기지국으로 전달된다.
이를 위해 전술한 바와 같이 준비 단계에서 단말과 중계기 사이, 중계기와 협력적 기지국으로서 작동할 수 있는 인접 기지국과의 사이에서 피드백 채널 송수신을 위한 링크 설정 과정이 필요하고(각각 S910,S920) 이후 협력적 MIMO 모드 실행 단계에서 협력적 MIMO 모드가 끝나면 그 설정된 링크들을 해제하는 과정이 필요하다(단말과 중계기 사이는 S940, 중계기와 협력적 기지국 사이는 S950).
도 9의 실시예에서의 신호 흐름은 하나의 협력적 기지국에 대한 것이나 단말이 두 개 이상의 인접 기지국의 경계에 놓여 있는 경우에는 인접 기지국들과 도 7과 같은 신호 흐름에 따라 협력적 기지국으로서 동작 가능한 인접 기지국들로부터 협력적 MIMO 모드 서비스를 받을 수 있다. 또한 PMI 제한 방식을 사용하지 않는 방식도 본 실시예에 적용될 수 있다.
이상 도 4 내지 도 9에 도시된 실시예에서 단말로부터 협력적 기지국으로 협력적 MIMO 모드 동작을 위한 피드백 제어 정보 전송 방법에 대해 살펴본 바와 같이 단말은 피드백하고자 하는 제어 정보의 전송 지연에 대한 민감 여부, 중계기의 존재 여부, 협력적 기지국의 피드백 채널 할당 가능성 여부 등에 따라 전송 경로를 하나 이상 선택하거나 또는 서빙 기지국의 선택으로 지정된 전송 경로를 이용하고자 하는 전송 경로로 삼을 수 있다. 그러므로 본 발명의 또 다른 실시예에서는 이와 같이 단말이 폐루프 MIMO 방식을 이용한 협력적 MIMO 모드를 수행하는 경우 단말이 피드백하고자 하는 제어 정보의 전송 지연에 대한 민감 여부, 중계기의 존재 여부, 협력적 기지국으로부터의 피드백 채널 할당 여부 등에 따라 본 발명의 실시예들에서 제안한 전송 경로를 하나 이상 선택하고 그 선택된 하나 이상의 전송 경로에 따라 피드백 제어 정보를 전송하게 할 수 있다. 또는 상기 단말이 전송 경로를 선택하는 대신 서빙 기지국이 전송 경로를 선택하여 이를 상기 단말에게 알려주는 방법 역시 가능하다.
이상의 상세한 설명에서는 본 발명 및 그 실시예의 설명의 편의를 돕기 위해 전송측과 수신측 간의 통신 수행 과정을 위주로 설명하였으나 상기 전송측은 단말 또는 네트워크의 기지국 일 수 있고 상기 수신 측은 네트워크의 기지국 또는 단말일 수 있다. 본 문서에서 사용된 용어는 동일한 의미를 갖는 다른 용어들로 대체될 수 있다. 예를 들어, 단말은 이동국, 이동 단말, 통신 단말, 사용자 기기 또는 장치 등으로 대체될 수 있고, 기지국은 고정국(fixed station), Node B(NB), eNB 등의 용어로 대체될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 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 종래 관련 기술에서의 다중셀 환경에서의 협력적 MIMO 모드의 동작 개념을 도시한다.
도 2는 종래 관련 기술에서 코드북을 이용한 프리코딩 방식의 폐루프 MIMO에서의 협력적 MIMO 모드를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력적 MIMO 모드의 동작을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 피드백 제어 정보 전송 방법을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐루프 방식의 협력적 MIMO 모드의 신호 흐름을 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말의 피드백 제어 정보 전송 방법을 도시한다.
도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐루프 방식의 협력적 MIMO 모드의 신호 흐름을 도시한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단말의 피드백 제어 정보 전송 방법을 도시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐루프 방식의 협력적 MIMO 모드의 신호 흐름을 도시한다.

Claims (11)

  1. 협력적 MIMO(Multi input multi output) 모드 이동 통신 시스템의 단말에서의 피드백 제어 정보 전송 방법에 있어서,
    상기 협력적 MIMO 모드를 수행하는 하나 이상의 협력적 기지국에게 프리코딩 관련 피드백 제어 정보를 전송하기 위한 전송 경로를 선택하는 단계;및
    상기 선택된 전송 경로를 통해 상기 하나 이상의 협력적 기지국에 대한 상기 프리코딩관련 피드백 제어 정보를 전송하는 단계를 포함하는 제어 정보 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리코딩 관련 피드백 제어 정보는
    상기 하나 이상의 협력적 기지국에 대한 셀 ID, 허용 주파수 대역, 변조 방식, 코딩 방식, 프리코딩 코드북 매트릭스 인덱스 정보 및 제한되는 프리코딩 코드북 매트릭스 인덱스 정보 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 정보 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 경로는 상기 단말로부터 서빙 기지국 및 백본망(backbone)을 거쳐 상기 하나 이상의 협력적 기지국으로의 전송되는 경우,
    상기 단말로부터 상기 하나 이상의 협력적 기지국으로 직접 전송되는 경우 및 상기 단말로부터 중계기를 거쳐 상기 하나 이상의 협력적 기지국으로 전송되는 경우 중 하나 이상에 해당하는 것을 특징으로 하는 제어 정보 전송 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단말로부터 상기 하나 이상의 협력적 기지국으로 직접 전송되는 전송 경로가 선택되는 경우 상기 프리코딩 관련 피드백 제어 정보는 상기 하나 이상의 협력적 기지국이 관리하는 피드백 채널에 의해 전송되는 것을 특징으로 하는 제어 정보 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 피드백 채널은 고속 피드백 전용 채널(Fast feedback dedicated channel)인 것을 특징으로 하는 제어 정보 전송 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 전송 경로를 선택하는 단계는,
    상기 프리코딩 관련 피드백 제어 정보의 전송 지연 민감도 여부, 중계기의 존재 여부, 상기 하나 이상의 협력적 기지국에 의한 상기 단말에 대한 상기 피드백 채널 할당 가능성 여부 중 하나 이상에 따라 선택하는 것을 특징으로 하는 제어 정보 전송 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 협력적 기지국으로부터 공간 다이버시티 및 공간 다중화 중 적어도 하나의 작용을 위한 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 정보 전송 방법.
  8. 협력적 MIMO 모드 이동 통신 시스템의 협력적 기지국에서의 피드백 제어 정보 수신 방법에 있어서,
    전송 경로 선택 단계를 거친 하나 이상의 단말로부터 프리코딩 관련 피드백 제어 정보를 수신하는 단계;및
    상기 하나 이상의 단말로부터 협력적 MIMO 모드 요청 메시지를 수신하는 단계를 포함하는 제어 정보 수신 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프리코딩 관련 피드백 제어 정보는
    상기 협력적 기지국에 대한 셀 ID, 허용 주파수 대역, 변조 방식, 코딩 방식, 프리코딩 코드북 매트릭스 인덱스 정보 및 제한되는 프리코딩 코드북 매트릭스 인덱스 정보 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 정보 수신 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송 경로 선택 단계에서 선택되는 전송 경로는,
    상기 단말로부터 서빙 기지국 및 백본망(backbone)을 거쳐 상기 협력적 기지국으로 전송되는 경우, 상기 단말로부터 상기 협력적 기지국으로 직접 전송되는 경우 및 상기 단말로부터 중계기를 거쳐 상기 협력적 기지국으로 전송되는 경우 중 하나 이상에 해당하는 것을 특징으로 하는 제어 정보 전송 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 단말로부터 상기 협력적 기지국으로 직접 전송되는 전송 경로가 선택되는 경우 상기 프리코딩 관련 피드백 제어 정보는 상기 하나 이상의 협력적 기지국이 관리하는 피드백 채널에 의해 전송되는 것을 특징으로 하는 제어 정보 전송 방법.
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