KR20100005649A

KR20100005649A - 멀티 코드북을 이용한 프리코딩 방법

Info

Publication number: KR20100005649A
Application number: KR1020080113243A
Authority: KR
Inventors: 김재완; 임빈철; 임동국; 김수남; 이욱봉
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2010-01-15
Also published as: CN102047579A; WO2010005162A1; JP2011520338A; KR101241910B1; EP2260582A1; KR20100005650A; US20100002607A1; US8761092B2; EP2260582A4

Abstract

복수의 코드북을 이용한 폐루프 MIMO 수행 방법이 공개된다. 복수의 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 방식을 사용하는 광대역 무선 이동 통신용 장치에서 채널에 관한 정보를 송신하는 채널 정보 송신 방법은, 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 선택하는 단계, 선택된 코드북을 가리키는(indicating) 정보를 전송하는 단계, 선택된 코드북에 포함된 하나 이상의 PMI 중 하나의 PMI를 선택하는 단계, 및 선택된 PMI를 전송하는 단계를 포함한다.

PMI, 코드북

Description

멀티 코드북을 이용한 프리코딩 방법{A PRECODING METHOD USING MULTI-CODEBOOK}

본 발명은 광대역 무선 이동 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 MIMO에 관한 것이다.

MIMO SM(Multiple Input Multiple Output spatial multiplexing)은 송신 측과 수신 측에 모두 복수 개의 안테나를 사용하여 시스템의 성능, 즉, 전송속도, 용량, 커버리지 등을 향상시키는 방법이다. MIMO SM에서는 동일 주파수, 동일 공간, 동일 시간을 사용하면서, 다중 안테나를 통하여 각기 다른 정보를 전송할 수 있게 됨으로써 정보전송 능력을 높이게 된다. 다중 반사파가 존재하는 채널 환경에서 단일 안테나 기술에 비해 MIMO SM 기법을 사용하면 주파수 효율을 높일 수 있다. MIMO SM은, 안정적인 채널 추정과 동일 시간 및 주파수에서 뒤섞인 서로 다른 데이터를 안정적으로 디코딩하기 위하여 수신 SNR은 어느 정도 높으면서 높은 랭크(rank)를 위하여 다중 경로는 많이 생기는 무선 구간에서 최적의 성능을 나타낸다. 셀룰러 환경에서 MIMO SM이 사용자 스루풋(throughput) 및 셀 전체 스루풋을 증대시키는 것으로 확인되고 있으며, 3GPP의 LTE 및 IEEE 802.16 WG의 모바일 와이 맥스에서 채택되고 있다.

개루프 MIMO의 경우에는 수신기로부터 송신기로의 명확한 피드백이 필요 없기 때문에 간단한 구조를 가지지만, 송신기 입장에서는 주어진 무선 채널의 채널 특성 행렬에 의해 시스템의 용량 및 동작이 제한된다는 단점을 갖는다. 일반적으로 개루프 MIMO 시스템에서, 단말은 수신 받은 데이터를 이용하여 수신 채널에 대한 정보를 알 수는 있는 반면, 기지국은 채널 정보를 알 수가 없다. 따라서 채널 정보를 이용하여 시스템의 성능을 향상시키기 위해서는 기지국이 채널 정보를 알아야 한다. TDD (time division duplex) 방식이 이용되는 경우 기지국과 단말간의 상하향 링크(up/down link) 채널이 서로 동일하므로 기지국에서 채널정보를 알 수가 있다.

반면에, 폐루프 MIMO를 이용하는 시스템은, 기지국이 서비스하는 단말의 송신채널에 대한 정보를 이용하여 데이터를 전송한다. 이때 기지국들은 서비스하고 있는 단말들에 대한 송신 채널에 대한 정보를 알 수가 없으므로, 단말로부터 채널에 대한 정보를 피드백 받게 된다.

이때, 채널에 대한 정보, 예컨대 CSI를 아날로그 신호로 전송 받으면 전송 오버헤드가 증가하는 등의 문제가 있으므로, 발생 가능한 CSI 정보를 양자화(quantization)하여 피드백 할 필요가 있다. 주어진 채널 환경에서 발생 가능한 복수 개의 채널 상태의 각각을 행렬로 표시할 수 있는데, 이러한 행렬을 프리코딩 행렬이라고 지칭한다. 이러한 프리코딩 행렬들로 이루어진 집합을 코드북이라고 지칭한다. 채널에 대한 정보를 피드백 할 때에, 이 코드북 내에서 가장 적합한 프 리코딩 행렬의 인덱스, 즉, 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 전송한다.

단말은 기지국으로부터 수신된 신호를 이용하여 데이터가 수신된 채널을 추정한다. 추정한 채널을 이용하여, 단말은, 기지국이 데이터를 송신할 때 채널 상황에 적합한 MCS(Modulation Coding Scheme)를 적용하기 위해서, CQI(channel quality information)를 계산한다. 또한, 추정된 채널과 코드북을 이용하여 채널 상황에 가장 적합한 채널 계수, 즉 코드북의 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 이미 알고 있는 코드북에서 선택하게 된다. 단말이 추정된 채널을 이용하여 구한 채널 정보들은 기지국과 단말간의 피드백 채널을 통하여 전송된다. 기지국은 단말로부터 전송 받은 채널 정보 및 선택된 MCS와 코드북의 프리코딩 벡터를 이용하여 데이터를 단말에 송신하게 된다.

그런데, 보통 전송채널에 관계없이 단일 코드북을 사용하는 경우, 이 단일 코드북은 다양한 전송 채널을 모두 대표할 수 없다. 따라서, 다양한 전송채널 또는 안테나 구성 환경에서는 최적화된 성능을 내지 못하는 경우가 있다. 가령, 낮은 채널 상관도를 갖는 전송환경에 맞추어 설계된 코드북은, 채널 상관도가 높은 환경에서는 상대적으로 수신성능이 떨어지는 문제점이 발생한다. 반대의 상황에서도 동일한 문제가 발생한다.

본 발명에서는, 전송채널의 특정에 관계없이 단일의 코드북을 사용할 경우 MIMO에서 최적화된 성능을 내지 못하는 문제점을 해결하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 복수의 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 방식을 사용하는 광대역 무선 이동 통신용 장치에서 채널에 관한 정보를 송신하는 채널 정보 송신 방법은, 위의 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 선택하는 단계, 위의 선택된 코드북을 가리키는(indicating) 정보를 전송하는 단계, 위의 선택된 코드북에 포함된 하나 이상의 PMI 중 하나의 PMI를 선택하는 단계, 및 위의 선택된 PMI를 전송하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 위의 장치는 이동국일 수 있다. 또는 위의 장치는 PMI를 송신하는 임의의 기기일 수 있다.

바람직하게, 위의 코드북을 선택하는 단계에서 위의 선택은 위의 장치가 속한 셀의 채널간 상관 특성을 기초로 수행될 수 있다.

바람직하게는 위의 채널간 상관 특성은 정해진 개수의 채널 특성으로 미리 구분되어 있을 수 있다. 이러한 상관 특성은 셀 내의 기지국과 단말 간에 존재하는 복수의 채널 경로 간의 상관도에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 채널은 도심 채널 환경, 시 외곽 채널 환경, 및 농촌 채널 환경의 3개로 구분될 수 있다. 이러한 채널 환경을 나타내기 위해 채널 환경 인덱스 i가 사용될 수 있다. 도심 채 널 환경에 대하여 i=0이 할당되고, 시 외곽 채널 환경에 대하여 i=1이 할당되고, 농촌 채널 환경에 대하여 i=2가 할당될 수 있다. 할당된 인덱스 값은 제어 신호로서 피드백 될 수 있다. 채널 환경이 3가지로 분류될 경우, 총 2비트의 제어 신호가 전송될 수 있다.

바람직하게, 위의 채널 정보 송신 방법은, 위의 장치가 속한 셀에서 위의 장치가 처음 활성화되었을 때에만 수행될 수 있다.

여기서 위의 장치가 이동국일 경우, "활성화"란 위의 이동국이 위의 셀에 처음 진입하여 초기화될 때를 의미할 수 있다.

바람직하게, 위의 채널 정보 송신 방법은, 위의 장치가 속한 셀의 채널간 상관 특성을 변할 때 수행될 수 있다.

여기서, 위의 채널간 상관 특성은 위의 셀의 섹터 별로 서로 다를 수 있으며, 이 특성이 미리 결정되어 시스템에 기록되어 있을 수 있다.

바람직하게, 위의 코드북을 선택하는 단계 및 위의 선택된 코드북을 가리키는 정보를 전송하는 단계는, 위의 장치가 속한 셀에서 위의 장치가 처음 활성화되었을 때에만 수행될 수 있다.

즉, 바람직하게는, 복수개의 코드북 중 하나의 코드북을 선택하는 단계는 PMI가 전송될 때마다 수행될 수 있다. 이는, 셀 내의 기지국과 이동국 사이의 채널 환경이 수시로 변경될 수 있기 때문이다. 반대로, 일단 복수개의 코드북 중 하나의 코드북이 선택되면, 다른 코드북이 새로 선택되기 되기 전까지는, 이미 선택된 코드북을 기초로 하여 PMI를 선택하여 전송할 수 있다. 이는, 셀 내의 기지국 과 이동국 사이의 채널 환경이 급격하게 변경되지 않는 경우에 유용할 수 있다.

바람직하게, 위의 코드북을 선택하는 단계 및 위의 선택된 코드북을 가리키는 정보를 전송하는 단계는, 위의 장치가 속한 셀의 채널간 상관 특성을 변할 때 수행될 수 있다.

바람직하게, 위의 선택된 코드북을 가리키는 정보는 1개 이상의 비트로 표현될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른, 복수의 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 방식을 사용하는 광대역 무선 이동 통신용 장치에서 채널에 관한 정보를 송신하는 채널 정보 송신 방법은, 위의 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 지시하는 정보를 전송 받는 단계, 위의 지시된 코드북에 포함된 하나 이상의 PMI 중 하나의 PMI를 선택하는 단계, 및 위의 선택된 PMI를 전송하는 단계를 포함한다.

즉, 위의 장치가 이동국인 경우에, 이동국이 직접 채널 환경을 측정하고, 그 결과에 따라 코드북을 선택하는 것이 아니라, 셀의 기지국이 코드북을 선택하고, 그 선택된 결과를 이동국에게 전송할 수 있다. 예컨대, 셀 내에 여러 개의 섹터가 존재하고, 각 섹터마다 채널 환경이 상이한 경우에는, 셀의 기지국은 그 정보를 미리 알 수가 있으므로, 이 정보를 기지국이 이동국에게 전송할 수 있다.

바람직하게, 위의 전송 받는 단계에서 위의 전송은, 위의 장치가 속한 셀의 채널간 상관 특성을 변할 때 수행될 수 있다.

바람직하게, 위의 지시된 코드북은, 위의 정보를 전송하는 무선 통신 장치에 장착된 안테나 특성에 의해 결정된 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따른, 복수의 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 방식을 사용하는 광대역 무선 이동 통신용 장치에서 신호를 전송하는 신호 전송 방법은, 위의 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 지시하는 정보를 수신하는 단계, PMI를 수신하는 단계, 및 위의 수신된 정보에 의해 지시된 코드북에 포함된 하나 이상의 프리코딩 행렬 중 위의 수신된 PMI에 대응되는 프리코딩 행렬을 사용하여 송신 신호를 프리코딩하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따른, 복수의 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 방식을 사용하는 광대역 무선 이동 통신용 장치에서 신호를 전송하는 신호 전송 방법은, 위의 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 지시하는 정보를 송신하는 단계, PMI를 수신하는 단계, 및 위의 전송된 정보에 의해 지시된 코드북에 포함된 하나 이상의 프리코딩 행렬 중 위의 수신된 PMI에 대응되는 프리코딩 행렬을 사용하여 송신 신호를 프리코딩하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 위의 장치에는 교차 편파 안테나(cross polarization antenna), 선형 안테나(linear antenna), 및 비대칭 안테나(unbalanced antenna) 중 하나 이상이 장착되어 있으며, 위의 수신된 정보에 따라 교차 편파 안테나(cross polarization antenna), 선형 안테나(linear antenna), 및 비대칭 안테나(unbalanced antenna) 중 어느 하나가 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따른, 복수의 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 방 식을 사용하는 광대역 무선 이동 통신용 시스템에서 전송 채널 정보를 송수신하는 방법은, 이동국에서 복수의 코드북 중 하나의 코드북을 선택하는 단계, 이동국에서 위의 선택된 코드북을 지시하는 정보를 전송하는 단계, 이동국에서 위의 선택된 코드북에 포함된 복수개의 PMI 중 하나의 PMI를 선택하는 단계, 이동국에서 위의 선택된 PMI를 전송하는 단계, 및 기지국에서 위의 전송된 코드북을 지시하는 정보 및 위의 전송된 PMI를 기초로 전송 신호를 프리코딩 하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 위의 기지국은 복수개의 서로 다른 특성을 갖는 복수개의 안테나 조합을 가지며, 위의 전송된 코드북을 지시하는 정보 및 위의 전송된 PMI에 따라 위의 복수개의 안테나 조합 중 하나가 선택될 수 있다.

바람직하게, 기지국이 가지고 있는 복수개의 코드북은 이동국이 가지고 있는 복수개의 코드북과 동일하다.

폐루프 MIMO 시스템에서 멀티 코드북을 사용함으로써, 주어진 채널 환경에 적합한 코드북을 선택하여 사용함으로써 수신 성능을 높일 수 있다.

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 이러 한 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. 또한, 본 명세서 전체에서 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

이하 본 발명을 이해하는데 필요한 기술적 내용을 서술한다.

3GPP LTE(Long Term Evolution)에서는 폐루프 MIMO 시스템의 프리코딩 방식이 도입되고 있다. 대표적으로는 PU2RC(Per-User Unitary Rate Control)나 S-PUSRC(SIC-based Per User and Stream Rate Control) 등이 있다.

3GPP LTE(Long Term Evolution)에 제안되어 있는 PARC, PSRC, PU2RC등 종래 기술은 도 1과 같이 대개 구성되어 있다.

사용자 데이터가 단독 스트림 또는 다중 데이터 스트림으로 채널 부호화기로 입력된다. 그리고 변조를 위한 성상맵핑(Constellation Mapping)을 거치게 된다. "성상 매핑"은 비트 스트림 중 길이 B를 갖는 비트들로 이루어진 세그먼트에 하나의 복소수 값이 할당되는 것을 말한다. 예를 들어, 4비트로 이루어지는 비트 세그먼트는 총 2⁴=16개의 서로 다른 복소수 값이 할당될 수 있으며, 이 값들은 복소 평면 상에 도시될 수 있다. 이렇게 심볼화된 데이터들은 프리코딩 벡터에 의해 곱해지고 난 후, 각 안테나로 전송된다. 사용자 또는 프리코딩 벡터들에 대한 선택은 단말로부터 피드백된 정보를 가지고 제어기에서 제어하게 된다. 단말 수신단에서 MIMO 채널 H를 추정할 수 있도록 하기 위하여 기지국 송신단의 각 안테나에는 프리코딩이 되지 않은 공용파일롯 신호를 사용한다.

도 2는 안테나 별 레이트 제어(PARC, Per Antenna Rate Control) 시스템의 송신측을 나타낸 일실시예 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 데이터 스트림은 다수의 전송 안테나들을 통해 전송되기에 앞서 역다중화 과정을 거친다. 이 때, 각 전송 안테나에 할당되는 비트 수는 각 안테나를 통해 전송되는 데이터 속도에 따라서 다를 수 있다.

데이터 스트림은 역다중화를 거친 후, 각 전송 안테나에 대응하는 서브 스트림이 되어 코딩 및 인터리빙 과정을 거쳐 심볼로 매핑된다. 이들 심벌들은 다시 각 확산 코드들을 사용하여 확산시키기에 앞서 다시 역다중화 된다. 코딩은 단지 시간적 차원에서만 이루어지며, 단일 레이트 시스템(Single-rate system)에서 사용되는 공간-시간(Space-time) 코딩처럼 강력한 코딩은 아니다. 그러나 시간 영역에서의 코딩은 디코딩 후 발생하는 간섭을 제거(Post-decoding interference cancellation)하는 기능이 있고, 이에 따라 수신기의 성능이 향상된다.

도 3은 안테나 별 레이트 제어(PARC, Per Antenna Rate Control) 시스템의 수신측을 나타낸 일실시예 구성도이다. 만일 데이터가 도 2에 도시된 바와 같이 역다중화를 거쳐 코딩 되면, 각 송신 안테나를 통해 전송되는 신호들은 독립적으로 디코딩 될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 수신된 신호는 역확산과 역다중화 후에, 하나의 안테나에 대한 신호가 검출되고, 재할당되며, 디인터리빙 되고, 디코딩 된다. 이렇게 디코딩 된 비트들을 기초로 이 안테나에 대한 신호는 재구성 되고, 버퍼에 저장된 수신 신호로부터 제거된다.

도 4는 스트림 별 레이트 제어(PSRC; Per Stream Rate Control) 시스템의 송신측을 나타낸 일실시예 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 데이터 스트림 가중치가 곱해지기 전까지는 안테나 별 레이트 제어(PARC; Per Antenna Rate Control)의 송신측과 같다. 그러나, 안테나 별 레이트 제어(PARC; Per Antenna Rate Control)는 각 스트림이 각 안테나에 일대일로 매핑되지만, 스트림 별 레이트 제어(PSRC; Per Stream Rate Control)에서는 각 스트림에 송신 안테나 개수 크기의 직교 가중치 벡터(orthogonal weight vector)들이 각각 곱해지고, 이렇게 가중치가 부여된 스트림들은 각각의 안테나로 분산되어 전송된다. 하나의 스트림만 보면 이는 Tx 다이버시티와 같은 방법으로 전송되며, 동일 송신 안테나 조합에 여러 개의 스트림을 중첩해서 보내는 방법이다.

도 5는 스트림 별 레이트 제어(PSRC; Per Stream Rate Control) 시스템의 수신측을 나타낸 일실시예 구성도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 송신 단에서 각 스트림에 직교 가중치 벡터(orthogonal weight vector)를 곱하고 이를 각 안테나를 통해 전송하므로 수신측에서 상기 가중치 벡터의 Hermitian을 곱하게 되면 각 스트림들을 간섭 없이 수신할 수 있게 된다. 따라서, 스트림 별 레이트 제어(PSRC; Per Stream Rate Control) 시스템에 있어서는 안테나 별 레이트 제어(PARC; Per Antenna Rate Control)의 수신측에 수행하는 간섭 제거 과정이 필요하지 않다.

PU²RC 방식에서는, 단일 사용자 MIMO 스케쥴링과는 달리, 서로 다른 사용자 에게 각각의 안테나가 할당된다. 물리적인 안테나 대신에, 네트워크는, 가상 안테나와 같은 코드북 기반의 공간 빔을 통해 사용자에게 전송한다. 또한, 무선 네트워크에서 추가적으로 요구되는 무선 자원 및 복잡한 프로토콜 변경을 간단히 만들기 위해 코드북 기반의 공간 빔을 사용하여 공간적으로 구분 가능한 사용자들을 짝짓는 것과 같은 방식의 효율적인 사용자 스케쥴링이 사용된다.

이 방식의 전송단에서의 동작은 아래의 수학식 1과 같이 기술된다.

전송 안테나 어레이는 N_t개의 안테나로 이루어진다. 전송 신호 벡터는 아래와 같이 모델링 될 수 있다.

여기서 x는 N_t*1벡터 형식을 갖는 전송 심볼이며, w _i는 N_t*1크기의 선형 프리코딩 벡터이다. PU²RC 방식에서는, 코딩된 룩업 테이블 인덱스(coded look-up table index)를 사용하여 사용자 장비에 의해 기지국에게 전단되는 유한 채널 상태 정보(finite channel status information)를 기초로 w _i를 생성한다.

이 방식에서 각각의 수신단의 전송 안테나 어레이는 N_r개의 안테나로 이루어진다. k번째 사용자의 수신단에서 수신된 신호의 벡터는 다음과 같이 모델링 될 수 있다.(k=1, 2, ..., K)

여기서 y_k 및 n_k는 각각 N_r*1 벡터 형태를 갖는 수신 심볼과 노이즈이다. 그리고, H_k는 N_r*N_r크기의 채널 상수 행렬이다.

PU2RC의 경우, 프리코딩을 위한 유니터리 행렬로서 푸리에 베이스(Fourier basis)를 사용하여 송신안테나 수에 따른 행렬을 확장하여 사용하고 있다.

,

여기서, M은 총 전송 안테나 수, G는 총 그룹 수, n,g은 각각 n번째 안테나 및 g번째 그룹, 즉 프리코딩 행렬, m은 m번째 가상 빔포밍 패턴, 즉 프리코딩 벡터이다.

S-PUSRC(SIC-based Per User and Stream Rate Control)은 복수의 사용자에게 복수의 프리코딩된 스트림을 전송하기 위한 프리코딩 MIMO 기법이다. 이 기법에 의하면, 공간 영역에서의 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻을 수 있다

그리고, S-PUSRC의 경우는 프리코딩 행렬로서 스윗칭 빔포밍 벡터를 사용하고 있다.

여기서, N는 안테나 소자 수,

는 프리코딩 벡터, k는 파장, θ_i는 스티어링 방향, d는 이웃한 안테나 소자간 거리이다.

PARC 기법에 의하면, 가장 큰 용량을 갖는 사용자 단말에게 모든 스트림이 전송이 된다. PU²RC기법에 의하면, 각각의 스트림은 그 스트림에 대하 가장 큰 SINR을 갖는 사용자 단말에게 전송된다. S-PUSRC 기법에 의하면, 스케쥴링 제한에 따라(under scheduling constraint), 최대 용량을 갖도록 복수의 사용자에게 스트림을 할당하게 된다.

본 발명에서는, 수신단의 단말이 특정 코드북에서 PMI(Precoding Matrix Index)를 찾기 이전에, 다양한 전송채널 환경에서 맞추어서 구성된 여러 개의 코드북으로 구성된 멀티 코드북 가운데서 현재의 전송채널에 최적화된 코드북을 찾는다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 코드북의 구성을 나타낸다.

전송 채널은 도심(urban) 환경, 외곽(suburban) 환경, 그리고 농촌(rural) 지역으로 분류될 수 있다. 지형 및 지형 위의 구조물 등에 따라, 송신채널의 상관도(Correlation) 특성이 달라지게 된다. 따라서, 어떤 지역에 적합하도록 프리코딩을 하기 위해서는, 프리코딩에 사용되는 코드북을 디자인할 때 그 지역의 전파적 특성을 고려해야 한다.

또한, 도심지역은 채널간 상관도가 낮기 때문에, 교차 편파 안테나(cross polarization antenna), 또는 각 안테나간 송신 전력이 일정하지 않은 비대칭 안테 나(unbalanced antenna)를 고려한 안테나 선택을 포함하는 코드북이 우수한 특성을 보일 수 있다. 반대로, 셀 외곽이나 농촌지역과 같이 기지국의 각 안테나로 수신되는 신호들간의 상관 특성이 높은 (High correlation) 무선통신 환경에서는, 각 안테나간의 송신전력이 일정한 대칭 안테나(balanced antenna)의 특성을 반영하는 DFT 코드북 등이 우수한 성능을 보일 수 있다.

도 6에서 이동국과 기지국은 동일한 멀티 코드북을 가질 수 있다. 멀티 코드북은 복수개의 서로 다른 코드북으로 구성될 수 있는데, 각각의 코드북은 미리 결정된 기준에 의해 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 코드북 #1은 각 안테나로 수신되는 신호들의 상관특성이 가장 낮은 환경에 적합한 프리코딩 행렬들로 구성될 수 있다. 그리고 코드북 #N은 각 안테나로 수신되는 신호들의 상관특성이 가장 높은 환경에 적합한 프리코딩 행렬들로 구성될 수 있다. 예를 들어 N=8이라면, 즉 멀티 코드북이 총 8개의 코드북으로 구성된다면, 선택된 코드북을 나타내기 위해 m=3(N=2^m) 비트에 대응하는 무선 자원을 사용할 수 있다. 즉, 코드북 #1은 "000"으로 표현되며 코드북 #8은 "111"로 표현될 수 있다.

따라서, 수신단은 선택된 코드북을 나타내는 정보를 m 비트로 표현하여 기지국 또는 송신단에 전송할 수 있다.

사전에 단말이 접할 수 있는 여러 가지 전송채널에 맞추어 m 비트로 이루어지는 N=2^m개의 멀티 코드 북을 구성하여, 단말이 특정 셀로 진입할 때, 전송채널 환경에 맞는 해당되는 코드북에 대한 인덱스를 기지국 또는 송신기측으로 전송함으로 써 수신성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 멀티 코드북을 선택하는 동작은 타 셀로 진입할 때, 또는 동일 셀이라 하더라도 채널환경이 변할 때 탐색기능을 수행할 수 있도록 한다.

또한 멀티 코드북을 사용하는 방법은, MIMO 뿐만 아니라 안테나 구성이 다른 코드북 기반 빔포밍에도 적용할 수 있다. 코드북 기반의 빔포밍에 대해 도 7을 참조할 수 있다.

빔포밍 기법(Beam Forming scheme)의 예로서, 일반 빔포밍 방식, 코드북 기반의 빔포밍(codebook based Beam Forming) 방식 및 빔포밍과 MIMO 기법을 조합하여 이용하는 방식 등을 들 수 있다.

도 7은 빔포밍 기법의 예를 설명하기 위한 도면으로 빔포밍 기법을 이용하는 경우 각 안테나를 통해 형성되는 빔 패턴 형상을 나타낸다.

먼저 도 7의 (a)는 일반 빔포밍 기법을 이용하는 경우 각 안테나를 통해 형성되는 빔 형상을 나타낸다. 일반 빔포밍은 적응 빔포밍 방식으로서 전송 안테나의 빔포밍을 위한 가중치 벡터가 DoA (Direction of Arrival)에 따라 갱신된다. 예를 들어, 비너(Wiener) 방정식을 통해 획득할 수 있는 비너 해를 이용하여 최적 안테나 가중치를 구하여, 불필요한 방향에서 오는 신호를 제거하여 수신 SNR 성능을 높일 수 있다.

그리고, 도 7의 (b)는 코드북 기반의 빔포밍 기법을 이용하는 경우 각 안테나를 통해 형성되는 빔 형상을 나타낸다. 코드북 기반의 빔포밍은 도 7의 (b)에서 나타난 바와 같이 구성이 간단하며, 고정형 빔포밍에 해당될 수 있다. 이 기법은 동시에 많은 사용자에게 최적의 빔을 선택하게 하여 성능 향상을 도모할 수 있다. 이때 코드북의 예로는 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬에 기초하는 코드 북을 들 수 있다.

또한, 도 7의 (c)는 빔포밍과 MIMO 기법을 조합하여 이용하는 방식을 이용하는 경우 각 안테나를 통해 형성되는 빔 형상을 나타낸다. 특히 이 경우에는 도 7의 (c)에 나타난 바와 같이 X 형상으로 구성되는 교파 편파 안테나(cross polarization antenna; X-pol antenna)를 사용하여 기존 MIMO 방식과 빔포밍을 동시에 지원하도록 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 PMI의 전송 방법을 나타낸 것이다.

이 실시예에서, MS(이동국)이 BS(기지국)로부터 파일럿 신호를 수신하면(S801), PMI를 전송하여야 한다. 따라서, PMI를 결정하기 전에 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 선택할 수 있다(S802). 이때, 선택은 MS가 속한 셀 내에서 MS의 각 안테나로 수신되는 수신 신호들의 상관 특성에 따라 결정될 수 있다. 그 다음, MS는 선택된 코드북에 포함된 PMI 중 하나의 PMI를 선택하여(S803), 선택된 코드북을 나타내는 코드북 인덱스 및 선택된 PMI를 BS에 전송한다(S804). BS는 수신된 코드북 인덱스 및 PMI를 이용하여 송신되어야 할 신호를 프리코딩 한다. 그 다음, BS로부터 파일럿 신호를 수신할 때마다, MS는 위의 과정을 반복할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PMI의 전송 방법을 나타낸 것이다.

이 실시예는 도 8에 의한 실시예와 비슷하나, 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 선택하는 단계(S901)가 PMI를 전송할 때마다 반복되지 않는다는 점이 도 8 에 의한 실시예와 다르다. 단계 S902부터 단계 S905로 이루어지는 일련의 단계를 하나의 단위로 하여, 이 일련의 단계가 반복될 수 있다. 비록 도 9에는 도시하지 않았지만, 단계 S901은 상술한 일련의 단계들 사이에서 필요에 따라 다시 실행될 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PMI 전송 방법을 나타낸 것이다.

이 실시예는 도 9에 의한 실시예와 비슷하나, 선택된 코드북 인덱스 전송 단계(S1002)가 PMI를 전송할 때마다 전송되는 것은 아니라는 점에서 도 9에 의한 실시예와 다르다. PMI를 전송하는 단계(S1005)에서, 선택된 코드북 인덱스를 함께 전송할 필요가 없다. 대신, MS에서 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 선택하면(S1001) 선택된 코드북에 대응하는 인덱스를 전송하는 것(S1002)으로 충분하다.

단계 S1003 내지 단계 S1006으로 이루어지는 일련의 PMI 전송 단계(G102)를 하나의 단위로 하여, 이 일련의 PMI 전송 단계(G102)가 반복될 수 있다. 비록 도 10에는 도시하지 않았지만, 단계 S1001 및 단계 S1002로 구성되는 일련의 코드북 선택 단계(G101)는 복수개의 G2 사이에서 필요에 따라 다시 실행될 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PMI 전송 방법을 나타낸 것이다.

이 실시예는 도 10에 의한 실시예와 비슷하나, 복수의 코드북 중 하나의 코드북을 선택하는 단계(S1101)가 MS가 아닌 BS에서 수행된다는 점이 다르다. 그 결과, 선택된 코드북를 가리키는 인덱스는 BS로부터 MS로 전송된다(S1102). 도 10에 의한 실시예와 마찬가지로, BS는 이미 선택된 코드북에 관한 정보를 알고 있기 때문에, MS에서 BS에게 PMI를 전송할 때에, 선택된 코드북의 인덱스를 함께 전송할 필요가 없다(S1105).

단계 S1103 내지 단계 S1106으로 이루어지는 일련의 PMI 전송 단계(G112)를 하나의 단위로 하여, 이 일련의 PMI 전송 단계(G112)가 반복될 수 있다. 비록 도 11에는 도시하지 않았지만, 단계 S1101 및 단계 S1102로 구성되는 일련의 코드북 선택 단계(G111)는 복수개의 G2 사이에서 필요에 따라 다시 실행될 수 있다.

도 12는 도 8내지 11에서 전송되는 코드북 인덱스 및 PMI의 전송 포맷을 설명하기 위한 도면이다.

멀티 코드북이 총 8개의 서로 다른 코드북으로 구성되어 있다고 할 때에, 각 코드북은 3비트에 의해 표현될 수 있다. 즉, 코드북 #1은 "000"으로, 그리고 코드북 #8은 "111"로 표현될 수 있다.

특정 코드북이 선택된 경우, 예를 들어 코드북 #1이 선택된 경우를 가정하자. 코드북 #1은 총 16개의 PMI로 구성된다. 따라서, PMI 정보도 4비트로 표현될 수 있다.

예를 들어, 도 11에 의한 실시예에서 도 12에 도시한 바와 같은 멀티 코드북을 사용한다고 가정하자. 그리고 단계(S1101)에서 코드북 #1("0000")이 선택되었다고 하고, 단계(S1104)에서 코드북 #1 중 PMI 6번("0110")이 선택되었다고 하자. 그러면 단계(S1102)에서는 "0000"이라는 비트 시퀀스가 전송되고, 단계(S1105)에서는 "0110"이라는 비트 시퀀스가 전송될 것이다. 도 8내지 도 10에 대해서도 마찬가지이다.

본 발명은 다양한 채널 환경에 적합한 복수개의 코드북을 미리 설정한 다음, 복수의 코드북 중 하나의 코드북을 선택한 후, 그 선택된 코드북의 프리코딩 행렬에 관한 정보를 전송하는 방법에 관한 것이다. 따라서, 상술한 본 발명의 실시예들은, 본 발명을 설명하기 위한 실시예에 불과하며, 이 실시예들에 때문에 본 발명의 청구범위에 청구된 발명의 범위 및 상술한 [과제 해결 수단]에 기재된 발명의 범위가 좁게 해석될 수는 없다.

본 발명은 WIMAX, 3GPP를 포함한 멀티 캐리어 광대역 이동 통신 시스템에 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

이상에서 설명된 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. 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 실시예는 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 실시예는 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 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.

본 발명은 폐루프 MIMO를 사용하는 광대역 무선 이동 통신 시스템의 송신기 또는 수신기에 사용될 수 있다.

도 1은, 3GPP LTE(Long Term Evolution)에 제안되어 있는 PARC, PSRC, PU2RC등 종래 기술에 의한 구성을 나타낸다.

도 2는, 안테나 별 레이트 제어(PARC; Per Antenna Rate Control) 시스템의 송신측을 나타낸 일실시예 구성도이다.

도 3은, 안테나 별 레이트 제어(PARC; Per Antenna Rate Control) 시스템의 수신측을 나타낸 일실시예 구성도이다.

도 4는, 스트림 별 레이트 제어(PSRC; Per Stream Rate Control) 시스템의 송신측을 나타낸 일실시예 구성도이다.

도 5는, 스트림 별 레이트 제어(PSRC; Per Stream Rate Control) 시스템의 수신측을 나타낸 일실시예 구성도이다.

도 6은, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 코드북의 구성을 나타낸다.

도 7은, 빔포밍 기법의 예를 설명하기 위한 도면으로 빔포밍 기법을 이용하는 경우 각 안테나를 통해 형성되는 빔 패턴 형상을 나타낸다.

도 8 내지 도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 PMI의 전송 방법을 나타낸 것이다.

도 12는, 도 8내지 11에서 전송되는 코드북 인덱스 및 PMI의 전송 포맷을 설명하기 위한 도면이다.

Claims

복수의 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 방식을 사용하는 광대역 무선 이동 통신용 장치에서 채널에 관한 정보를 송신하는 채널 정보 송신 방법에 있어서,

상기 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 선택하는 단계;

상기 선택된 코드북을 가리키는(indicating) 정보를 전송하는 단계;

상기 선택된 코드북에 포함된 하나 이상의 PMI 중 하나의 PMI를 선택하는 단계; 및

상기 선택된 PMI를 전송하는 단계

를 포함하는,

채널 정보 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 코드북을 선택하는 단계에서 상기 선택은 상기 장치가 속한 셀의 채널간 상관 특성을 기초로 수행되는, 채널 정보 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널 정보 송신 방법은, 상기 장치가 속한 셀에서 상기 장치가 처음 활성화되었을 때에만 수행되는, 채널 정보 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널 정보 송신 방법은, 상기 장치가 속한 셀의 채널간 상관 특성을 변할 때 수행되는, 채널 정보 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 코드북을 선택하는 단계 및 상기 선택된 코드북을 가리키는 정보를 전송하는 단계는, 상기 장치가 속한 셀에서 상기 장치가 처음 활성화되었을 때에만 수행되는, 채널 정보 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 코드북을 선택하는 단계 및 상기 선택된 코드북을 가리키는 정보를 전송하는 단계는, 상기 장치가 속한 셀의 채널간 상관 특성을 변할 때 수행되는, 채널 정보 송신 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 선택된 코드북을 가리키는 정보는 1개 이상의 비트로 표현되는, 채널 정보 송신 방법.
복수의 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 방식을 사용하는 광대역 무선 이동 통신용 장치에서 채널에 관한 정보를 송신하는 채널 정보 송신 방법에 있어서,

상기 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 지시하는 정보를 전송 받는 단계;

상기 지시된 코드북에 포함된 하나 이상의 PMI 중 하나의 PMI를 선택하는 단계; 및

상기 선택된 PMI를 전송하는 단계

를 포함하는,

채널 정보 송신 방법.
제8항에 있어서,

상기 전송 받는 단계에서 상기 전송은, 상기 장치가 속한 셀의 채널간 상관 특성을 변할 때 수행되는, 채널 정보 송신 방법.
제8항에 있어서,

상기 지시된 코드북은, 상기 정보를 전송하는 무선 통신 장치에 장착된 안테나 특성에 의해 결정된 것인, 채널 정보 송신 방법.
복수의 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 방식을 사용하는 광대역 무선 이동 통신용 장치에서 신호를 전송하는 신호 전송 방법에 있어서,

상기 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 지시하는 정보를 수신하는 단계;

PMI를 수신하는 단계; 및

상기 수신된 정보에 의해 지시된 코드북에 포함된 하나 이상의 프리코딩 행 렬 중 상기 수신된 PMI에 대응되는 프리코딩 행렬을 사용하여 송신 신호를 프리코딩하는 단계

를 포함하는

신호 전송 방법.
제11항에 있어서,

상기 장치에는 교차 편파 안테나(cross polarization antenna), 선형 안테나(linear antenna), 및 비대칭 안테나(unbalanced antenna) 중 하나 이상이 장착되어 있으며, 상기 수신된 정보에 따라 교차 편파 안테나(cross polarization antenna), 선형 안테나(linear antenna), 및 비대칭 안테나(unbalanced antenna) 중 어느 하나가 사용되는, 신호 전송 방법.
복수의 코드북을 사용하는 폐루프 MIMO 방식을 사용하는 광대역 무선 이동 통신용 장치에서 신호를 전송하는 신호 전송 방법에 있어서,

상기 복수의 코드북 중 한 개의 코드북을 지시하는 정보를 송신하는 단계;

PMI를 수신하는 단계; 및

상기 전송된 정보에 의해 지시된 코드북에 포함된 하나 이상의 프리코딩 행렬 중 상기 수신된 PMI에 대응되는 프리코딩 행렬을 사용하여 송신 신호를 프리코딩하는 단계

를 포함하는

신호 전송 방법.
제13항에 있어서,

상기 장치에는 교차 편파 안테나(cross polarization antenna), 선형 안테나(linear antenna), 및 비대칭 안테나(unbalanced antenna) 중 하나 이상이 장착되어 있으며, 상기 수신된 정보에 따라 교차 편파 안테나(cross polarization antenna), 선형 안테나(linear antenna), 및 비대칭 안테나(unbalanced antenna) 중 어느 하나가 사용되는, 신호 전송 방법.
제13항에 있어서,

상기 지시된 코드북은, 상기 정보를 전송하는 무선 통신 장치에 장착된 안테나 특성에 의해 결정된 것인, 신호 전송 방법.