KR20100023529A - 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택 방법및 장치 - Google Patents

다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택 방법및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 서빙 기지국으로부터 사용이 금지된 프리코딩 행렬과 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하는 과정과, 상기 서빙 기지국이 사용하는 프리코딩 행렬들 중 상기 사용이 금지된 프리코딩 행렬을 제외한 나머지 프리코딩 행렬들을 확인하는 과정과, 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 간섭 신호를 추정하는 과정과, 상기 추정된 간섭 신호를 고려하여 상기 나머지 프리코딩 행렬들 중 상기 서빙 기지국이 사용할 프리코딩 행렬을 선택하는 과정을 포함하여, 종래 시스템을 크게 변경하지 않고, 기지국 간에 적은 양의 정보만을 교환하여 셀 간 간섭을 감소시킬 수 있다.
프리코딩 행렬, 코드북, PMI(Precoding Matrix Index), MIMO(Multiple Input Multiple Output)

Description

다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택 방법 및 장치{APPARTUS AND METHOD FOR SELECTING PRECODING MATRIX IN MIMO WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
다중 안테나(MIMO; Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 셀 간 간섭을 감소시키기 위하여 개선된 프리코딩 행렬 금지(Precoding Matrix Restriction) 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서는 사용자에게 보다 나은 서비스 품질을 제공하기 위한 방안 중 하나로 셀 간 간섭을 감소시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이에 따라 최근에는 기지국 간의 협력을 통해 상기 셀 간 간섭을 감소시키는 기법이 연구되고 있다. 상기 기지국 간 협력을 통해 셀 간 간섭을 감소시키는 기법은 상기 기지국 간의 협력을 위해서 교환되는 정보의 양에 따라 시간 지연이 발생하여 성능이 저하될 수 있으므로, 적은 양의 정보를 교환하여 기지국 간의 협력을 수행하는 것이 중요하다.
상기 기지국 간의 협력 기법 중 하나로 프리코딩 행렬 인덱스(PMI: Precoding Matrix Index) 금지(restriction) 혹은 PMI 권장(recommendation) 기법이 있다. 상기 PMI 기법은 무선통신 시스템에서 단말이 자신에게 간섭을 크게 미칠 것으로 예상되는 인접 기지국의 프리코딩 행렬(혹은 벡터(vector))을 추정하여, 상기 인접 기지국이 하향링크 정보를 빔포밍할 시에 상기 추정된 프리코딩 행렬을 사용하지 않도록 제한하는 기법이다.
도 1은 종래의 PMI 금지 기법을 이용하는 시스템 구성을 나타내고 있다.
상기 도 1을 참조하여 상기 PMI 금지 기법을 살펴보면, 단말 A(MSA)(110)는 서빙 기지국 A(BSA)(100)와의 하향링크 채널(HAA)(120)을 추정하여 상기 서빙 기지국 A(100)가 사용하는 프리코딩 행렬들(vi A) 중 자신에게 가장 이득이 되는 프리코딩 행렬(v1 A)을 선택하고, 인접 기지국 B(BSB)(100)와의 하향링크 채널(HAB)(122)을 추정하여 상기 인접 기지국 B(102)가 사용하는 프리코딩 행렬들(vi B) 중 자신에게 가장 큰 간섭을 미칠 것으로 예상되는 프리코딩 행렬(v2 B)를 선택한 후, 이를 상기 서빙 기지국 A(100)로 알린다. 여기서, 상기 단말 A(110)는 도 2(a)에 도시된 바와 같은 유효채널들(HAAvi A) 중에서 채널 이득이 가장 큰 유효채널(HAAv1 A)(201)의 프리 코딩 행렬(v1 A)을 사용 프리코딩 행렬로 선택하고, 예상되는 간섭 유효채널들(HABvi B) 중 상기 이득이 가장 큰 유효채널(HAAv1 A)(201)에 가장 큰 영향을 미치는 유효채널(HABv2 B)의 프리코딩 행렬(v2 B)을 금지 프리코딩 행렬로 선택한다.
상기 단말 A(110)로부터 사용 프리코딩 행렬(v1 A) 및 금지 프리코딩 행렬(v2 B)(130)의 정보를 수신한 기지국 A(100)는 상기 인접 기지국 B(102)로 상기 금지 프리코딩 행렬(v2 B)(130) 정보를 전송하고, 상기 인접 기지국 B(102)는 수신된 금지 프리코딩 행렬(v2 B)을 자신에게 속한 단말 B(MSB)(112)로 전송한다. 여기서, 상기 사용 프리코딩 행렬(v1 A)은 상기 기지국 A(100)가 단말 A(110)로 하향링크 데이터를 전송하는데 이용된다.
그러면, 상기 단말 B(112)는 인접한 기지국 A(BSA)(100) 및 자신의 서빙 기지국 B(102)와의 하향링크 채널(HBA, HBB)(124, 126)을 각각 추정하고, 상기 서빙 기지국 B(102)가 사용하는 프리코딩 행렬들(vi B) 중 상기 금지 프리코딩 행렬(v2 B)을 제외하고 자신에게 가장 이득이 되는 프리코딩 행렬을 선택한 후, 이를 상기 서빙 기지국 B(102)로 전송한다. 여기서, 상기 단말 B(112)는 도 2(b)에 도시된 바와 같은 유효채널들(HBBvi B) 중에서 상기 금지 프리코딩 행렬에 해당하는 유효채널(HBBv2 B)(221)을 제외하고, 이득이 가장 큰 유효채널(HBBv3 B)(223)에 해당하는 프리코딩 행렬(v3 A)을 사용 프리코딩 행렬로 선택한다.
하지만, 상기와 같이 단말 B가 상기 금지 프리코딩 행렬만을 제외한 나머지 프리코딩 행렬들 중에서 이득이 가장 큰 프리코딩 행렬을 선택할 경우, 단말 A에 대한 간섭을 감소시킬 수 있으나, 상기 단말 B는 상기 단말 A로 전송되는 데이터에 의해 간섭을 받게 되는 문제점이 있다. 예를 들어, 상기 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 상기 금지 프리코딩 행렬에 해당하는 유효채널(HBBv2 B)(221)만을 제외한 상태에서 단말 B(112)에 대해 이득이 가장 큰 유효채널(HBBv3 B)(223)은 상기 단말 A(110)에서 선택된 프리코딩 행렬(v1 A)로 인해 형성되는 간섭 유효채널(HBAv1 A)(225)에 의해 큰 간섭을 받게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다중 안테나(MIMO; Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 안테나 무선통신 시스템에서 셀 간 간섭을 감소시키기 위하여 개선된 프리코딩 행렬 금지(Precoding Matrix Restriction) 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 안테나 무선통신 시스템에서 단말이 인접 기지국에서 사용하는 프리코딩 행렬을 고려하여 프리코딩 행렬을 선택하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택을 위한 단말의 방법은, 서빙 기지국으로부터 사용이 금지된 프리코딩 행렬과 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하는 과정과, 상기 서빙 기지국이 사용하는 프리코딩 행렬들 중 상기 사용이 금지된 프리코딩 행렬을 제외한 나머지 프리코딩 행렬들을 확인하는 과정과, 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 간섭 신호를 추정하는 과정과, 상기 추정된 간섭 신호를 고려하여 상기 나머지 프리코딩 행렬들 중 상기 서빙 기지국이 사용할 프리코딩 행렬을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 정보를 제공하는 기지국 방법은, 단말로부터 상기 기지국이 사용할 프리코딩 행렬과 인접 기지국의 사용을 금지하는 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하는 과정과, 상기 자신이 사용할 프리코딩 행렬과 인접 기지국의 사용을 금지하는 프리코딩 행렬에 대한 정보를 상기 인접 기지국으로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택을 위한 기지국 방법은, 인접 기지국으로부터 사용을 금지하는 프리코딩 행렬과 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하는 과정과, 상기 사용을 금지하는 프리코딩 행렬과 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 상기 기지국 자신에 속한 단말로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택을 위한 단말의 장치는, 서빙 기지국으로부터 사용이 금지된 프리코딩 행렬과 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하는 송수신부와, 상기 서빙 기지국이 사용하는 프리코딩 행렬들 중 상기 사용이 금지된 프리코딩 행렬을 제외한 나머지 프리코딩 행렬들을 확인하고, 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 간섭 신호를 추정하고, 상기 추정된 간섭 신호를 고려하여 상기 나머지 프리코딩 행렬들 중 상기 서빙 기지국이 사 용할 프리코딩 행렬을 선택하는 프리코딩 행렬 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 5 견지에 따르면, 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 정보를 제공하는 기지국 장치는, 단말로부터 상기 기지국이 사용할 프리코딩 행렬과 인접 기지국의 사용을 금지하는 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하고, 상기 자신이 사용할 프리코딩 행렬과 인접 기지국의 사용을 금지하는 프리코딩 행렬에 대한 정보를 상기 인접 기지국으로 전송하는 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 6 견지에 따르면, 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택을 위한 기지국 장치는, 인접 기지국으로부터 사용을 금지하는 프리코딩 행렬과 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하고, 상기 사용을 금지하는 프리코딩 행렬과 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 상기 기지국 자신에 속한 단말로 전송하는 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다중 안테나 무선통신 시스템에서 셀 간 간섭을 감소시키기 위하여 특정 단말의 서빙 기지국이 인접 기지국으로 금지 프리코딩 행렬 정보와 함께 자신이 사용할 프리코딩 행렬 정보를 전송하고, 상기 인접 기지국에 속한 단말이 상기 두 프리코딩 행렬을 고려하여 자신의 프리코딩 행렬을 선택함으로써, 종래 시 스템을 크게 변경하지 않고, 기지국 간에 적은 양의 정보만을 교환하여 셀 간 간섭을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 시스템 용량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 다중 안테나 무선통신 시스템에서 셀 간 간섭을 감소시키기 위하여 개선된 프리코딩 행렬 금지(Precoding Matrix Restriction) 방법 및 장치에 관해 설명할 것이다. 이하 설명되는 본 발명은 편의를 위해 프리코딩 벡터를 예로 들어 설명하며, 프리코딩 행렬에도 확장하여 적용 가능하다.
먼저, 이하 본 발명에서는 각 기지국과 단말이 프리코딩 행렬(혹은 벡터)의 집합인 코드북(codebook)을 공유함을 가정한다. 예를 들어, 각 기지국과 단말은 하기 수학식 1에 나타낸 바와 같은 M개의 프리코딩 벡터로 이루어진 코드북을 공유한다고 가정한다.
Figure 112008059952136-PAT00001
또한, 이하 본 발명은 인접한 두 개의 기지국을 가정하여 설명하며, 세 개 이상의 기지국이 인접한 경우에도 적용 가능함은 물론이다. 상기 세 개 이상의 기지국이 인접한 경우는 하기에서 도 11 및 12를 참조하여 설명하기로 한다. 여기서, 상기 인접한 두 개의 기지국을 각각 기지국 A(BSA)와 기지국 B(BSB)라고 하고, 상기 기지국 A로부터 서비스를 제공받는 단말을 단말 A(MSA), 상기 기지국 B로부터 서비스를 제공받는 단말을 단말 B(MSB)라 하면, 상기 단말 A와 단말 B의 수신 신호는 하기 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112008059952136-PAT00002
Figure 112008059952136-PAT00003
여기서, 상기 YA는 단말 A의 수신신호, YB는 단말 B의 수신신호를 의미하며, Hij는 단말 i와 기지국 j간의 하향링크 채널을 의미하며, vi는 기지국 i가 사용하는 프리코딩 벡터를 의미하며, si는 기지국 i가 송신하는 데이터를 의미하고, ni는 단말 i에 대한 잡음을 의미한다.
그러면, 상기와 같은 가정을 바탕으로 본 발명에서 제안하고자 하는 개선된 PMI 기법에 대해 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템의 구성을 나타내고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 단말 A(MSA)(310)는 서빙 기지국 A(BSA)(300)와의 하향링크 채널(HAA)(320)을 추정하여 상기 서빙 기지국 A(300)가 사용하는 프리코딩 벡터들(vi A) 중 자신에게 가장 이득이 되는 프리코딩 벡터(v1 A)를 선택하고, 인접 기지국 B(BSB)(302)와의 하향링크 채널(HAB)(322)을 추정하여 상기 인접 기지국 B(302)가 사용하는 프리코딩 벡터들(vi B) 중 자신에게 가장 큰 간섭을 미칠 것으로 예상되는 프리코딩 벡터(v2 B)를 선택한 후, 선택한 프리코딩 벡터들의 정보를 상기 서빙 기지국 A(300)로 전송한다. 여기서, 기지국 A, B(300, 302) 각각은 직교 파일럿(orthogonal pilot) 혹은 수도랜덤 스크램블 파일럿(pseudorandom scramble pilot) 등을 이용하여 각 단말이 하향링크 채널 추정 시에 각 기지국을 구별할 수 있도록 한다.
상기 단말 A(310)로부터 사용 프리코딩 벡터 및 금지 프리코딩 벡터의 정보(v1 A, v2 B)를 수신한 기지국 A(300)는 백홀(backhaul)을 통해 상기 인접 기지국 B(302)로 상기 수신된 프리코딩 벡터 정보(v1 A, v2 B)를 전송(330)하고, 상기 인접 기 지국 B(302)는 수신된 프리코딩 벡터 정보(v1 A, v2 B)를 자신에게 속한 단말 B(MSB)(312)로 전송한다. 여기서, 상기 백홀(backhaul)은 LTE(Long Term Evolution) 시스템을 예로 들면 X2 인터페이스(Interface)를 의미하며, 상기 X2 인터페이스는 무선 혹은 유선으로 이루어질 수 있다. 또한, 여기서 상기 단말 A(310)가 상기 프리코딩 벡터 정보를 상기 인접 기지국 B(302)로 직접 전송할 수도 있으며, 이 경우는 시간적 지연을 감소시킬 수 있는 장점이 있으나, 인접 셀의 자원 점유로 인해 셀의 전체 성능에 손실이 발생할 수 있는 단점이 있다.
그러면, 상기 단말 B(312)는 인접한 기지국 A(BSA)(300) 및 자신의 서빙 기지국 B(302)와의 하향링크 채널(HBA, HBB)(324, 326)을 각각 추정하고, 상기 서빙 기지국 B(302)로부터 수신된 프리코딩 벡터 정보(v1 A, v2 B)를 이용하여 상기 서빙 기지국 B(302)로부터 데이터를 수신할 때 사용할 프리코딩 벡터를 선택한다. 즉, 상기 단말 B(312)는 상기 수신된 프리코딩 벡터 정보(v1 A, v2 B)에서 사용이 금지된 프리코딩 벡터(v2 B)와 인접 기지국 A(300)가 사용하는 프리코딩 벡터(v1 B)를 확인하고 상기 인접 기지국 A(300)로부터의 간섭 신호(HBAv1 B)를 예측한 후, 상기 서빙 기지국 B(302)가 사용하는 프리코딩 벡터들(vi B) 중 상기 사용이 금지된 프리코딩 벡터(v2 B) 를 제외한 나머지 프리코딩 벡터들에서 상기 예측된 간섭 신호(HBAv1 B)에 강인한 프리코딩 벡터 즉, 하기 수학식 3에 나타낸 바와 같이 후처리(post-processing) SINR(Signal to Interference Noise Ratio)이 최대가 되는 프리코딩 벡터를 선택한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 서빙 기지국 B(302)가 사용하는 네 개의 프리코딩 벡터들(v1 B, v2 B, v3 B, v4 B)에 대한 유효채널들(HBBv1 B, HBBv2 B, HBBv3 B, HBBv4 B) 중 금지된 프리코딩 벡터(v2 B)에 대한 유효채널(HBBv2 B)(401)을 제외한 나머지 유효 채널들(HBBv1 B, HBBv3 B, HBBv4 B) 중에서 인접 기지국 A(300)의 간섭신호(HBAv1 A)(405)에 강인한 유효채널(HBBv4 B)(407)의 프리코딩 벡터(v4 B)를 선택한다. 즉, 상기 금지된 프리코딩 벡터(v2 B)에 대한 유효채널(HBBv2 B)(401) 다음으로 큰 이득을 갖는 유효채널(HBBv3 B)(403)은 상기 간섭신호(HBAv1 A)(405)에 영향을 많이 받으므로, 상기 간섭의 영향을 최소로 하는 유효채널(HBBv4 B)(407)의 프리코딩 벡터(v4 B)를 선택한다.
하기 수학식 3은 MMSE(Minimum Mean Square Error) 수신기를 가정한 경우에 상기 간섭신호(HBAv1 A)의 영향을 제거한 후처리 SINR을 나타낸다.
Figure 112008059952136-PAT00004
여기서, 상기 P는 송신전력을 의미하며, N0는 잡음 변화(noise variance)를 의미하며, I는 단위 행렬(identity matrix)을 의미한다. 또한, Hij는 단말 i와 기지국 j간의 하향링크 채널을 의미하며, vi는 기지국 i가 사용하는 프리코딩 벡터를 의미한다.
이후, 상기 단말 B(302)는 상기 선택된 프리코딩 벡터(v4 B)에 대한 정보를 피드백 채널을 통해 서빙 기지국 B(312)로 전달하고, 상기 서빙 기지국 B(312)는 상기 선택된 프리코딩 벡터(v4 B)를 이용하여 상기 단말 B(302)로 하향링크 데이터를 전송한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 특정 단말의 동작 절차를 도시하고 있다. 여기서, 상기 단말은 상기 도 3에서 설명한 단말 A(MSA)(310)를 의미한다.
상기 도 5를 참조하면, 먼저 단말은 501단계에서 서빙 기지국(BSA) 및 인접 기지국(BSB)과의 하향링크 채널을 각각 추정한다. 여기서, 상기 서빙 기지(BSA)국 및 인접 기지국(BSB) 각각이 직교 파일럿(orthogonal pilot) 혹은 수도랜덤 스크램블 파일럿(pseudorandom scramble pilot) 등을 이용함으로써, 상기 단말은 각 기지국을 구별하여 하향링크 채널을 추정할 수 있다.
이후, 상기 단말은 503단계에서 상기 서빙 기지국(BSA)과의 하향링크 채널을 이용하여 서빙 기지국(BSA)이 사용하는 프리코딩 백터들(vi A) 중에서 가장 큰 이득을 갖는 프리코딩 벡터(v1 A)를 추정하고, 상기 인접 기지국(BSB)과의 하향링크 채널을 이용하여 상기 인접 기지국(BSB)이 사용하는 프리코딩 벡터들(vi B) 중에서 자신에게 가장 큰 간섭을 미칠 것으로 예상되는 프리코딩 벡터(v2 B)를 추정한다. 이후, 상기 단말은 505단계에서 상기 추정된 프리코딩 벡터들(v1 A, v2 B)의 정보(예: 인덱스)를 서빙 기지국(BSA)으로 피드백한다. 여기서, 상기 단말은 상기 추정된 프리코딩 벡터들 정보를 상기 서빙 기지국(BSA)으로 전송함과 동시에 상기 인접 기지국(BSB)으로 전송할 수도 있다. 또한, 상기 단말은 전송되는 정보의 양을 감소시키기 위해 상기 추정된 프리코딩 벡터의 정보로, 해당 프리코딩 벡터의 인덱스만을 전송할 수 있다.
이후, 상기 단말은 507단계에서 상기 서빙 기지국(BSA)으로부터 상기 가장 큰 이득을 갖는 프리코딩 벡터를 이용하여 송신되는 데이터를 수신하고, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 특정 단말의 서빙 기지국 동작 절차를 도시하고 있다. 여기서, 상기 서빙 기지국은 상기 도 3에서 설명한 기지국 A(BSA)(300)를 의미한다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 서빙 기지국은 601단계에서 자신에게 서비스를 받는 단말로부터 프리코딩 벡터들(v1 A, v2 B)의 정보(예: 인덱스)를 수신하고, 603단계로 진행하여 상기 수신된 프리코딩 벡터들의 정보를 백홀(backhaul)을 통해 인접 기지국(BSB)으로 전송한다. 여기서, 상기 백홀(backhaul)은 LTE(Long Term Evolution) 시스템을 예로 들면 X2 인터페이스(Interface)를 의미하며, 상기 X2 인터페이스는 무선 혹은 유선으로 이루어질 수 있다.
이후, 상기 서빙 기지국은 605단계에서 상기 수신된 프리코딩 벡터들(v1 A, v2 B)의 정보에서 자신이 사용할 프리코딩 벡터(v1 A)를 확인하고, 확인된 프리코딩 벡터를 이용하여 상기 단말(MSA)로 데이터를 송신한다. 여기서, 상기 서빙 기지국은 상기 수신된 프리코딩 벡터들의 정보에서 자신이 사용할 프리코딩 벡터의 인덱스를 검사하고, 기 저장된 코드북에서 상기 인덱스에 해당하는 프리코딩 벡터를 검사함 으로써, 상기 자신이 사용할 프리코딩 벡터를 확인할 수 있다.
이후, 상기 서빙 기지국은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 인접 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다. 여기서, 상기 인접 기지국은 상기 도 3에서 설명한 기지국 B(BSB)(302)를 의미한다.
상기 도 7을 참조하면, 상기 인접 기지국은 701단계에서 자신의 인접 기지국, 즉, 특정 단말의 서빙 기지국(BSA)으로부터 프리코딩 벡터들(v1 A, v2 B) 정보(예: 인덱스)를 수신한다. 여기서, 상기 인접 기지국은 상기 자신의 인접 기지국(BSA)에 속한 단말(MSA)로부터 상기 프리코딩 벡터들의 정보를 직접 수신할 수도 있다.
이후, 상기 인접 기지국은 703단계에서 상기 수신된 프리코딩 벡터들의 정보를 자신에 속한 단말(MSB)로 전송한다. 이때, 상기 인접 기지국은 상기 프리코딩 벡터들의 정보를 일반적인 제어 정보에 포함시켜 특정 단말로 전송하거나 모든 단말로 브로드캐스팅할 수 있다.
이후, 상기 인접 기지국은 705단계에서 상기 자신에 속한 단말(MSB)로부터 선택된 프리코딩 벡터(v4 A)의 정보를 수신하고, 707단계로 진행하여 상기 선택된 프 리코딩 벡터(v4 A)를 이용하여 상기 자신에 속한 단말(MSB)로 데이터를 송신한다.
이후, 상기 인접 기지국은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 인접 기지국에 속한 단말의 동작 절차를 도시하고 있다. 여기서, 상기 단말은 상기 도 3에서 설명한 단말 B(MSB)(312)를 의미한다.
상기 도 8을 참조하면, 상기 단말은 801단계에서 자신의 서빙 기지국(BSB)으로부터 프리코딩 벡터들의 정보를 수신하고, 803단계에서 인접한 기지국(BSA) 및 자신의 서빙 기지국(BSB)과의 하향링크 채널을 각각 추정하여 상기 인접한 기지국(BSA)으로부터의 간섭 신호를 예측한다.
이후, 상기 단말은 805단계에서 상기 프리코딩 벡터들의 정보에서 사용이 금지된 프리코딩 벡터와 상기 인접한 기지국(BSA)이 사용하는 프리코딩 벡터를 확인한 후, 상기 자신의 서빙 기지국(BSB)이 사용하는 프리코딩 벡터들 중에서 금지된 프리코딩 벡터들을 제외한 나머지 프리코딩 벡터들을 확인한다.
이후, 상기 단말은 807단계에서 상기 예측된 간섭 신호를 고려하여 상기 수학식 3과 같이 상기 나머지 프리코딩 벡터들에 대한 유효채널의 후처리 SINR을 추정하고, 809단계로 진행하여 상기 추정된 SINR이 최대가 되는 프리코딩 벡터(v4 B)를 선택한다. 예를 들어, 상기 도 4에 도시된 바와 같이, 서빙 기지국 B(302)가 사용하는 네 개의 프리코딩 벡터들(v1 B, v2 B, v3 B, v4 B)에 대한 유효채널들(HBBv1 B, HBBv2 B, HBBv3 B, HBBv4 B) 중 금지된 프리코딩 벡터(v2 B)에 대한 유효채널(HBBv2 B)(401)을 제외한 나머지 유효 채널들(HBBv1 B, HBBv3 B, HBBv4 B) 중에서 인접 기지국의 간섭신호(HBAv1 A)(405)에 강인한 유효채널(HBBv4 B)(407)의 프리코딩 벡터(v4 B)를 선택한다. 즉, 상기 금지된 프리코딩 벡터(v2 B)에 대한 유효채널(HBBv2 B)(401) 다음으로 큰 이득을 갖는 유효채널(HBBv3 B)(403)은 상기 간섭 신호(HBAv1 A)(405)에 영향을 많이 받으므로, 상기 간섭의 영향을 최소로 하는 유효채널(HBBv4 B)(407)의 프리코딩 벡터(v4 B)를 선택한다.
이후, 상기 단말은 811단계에서 상기 선택된 프리코딩 벡터(v4 B)의 정보를 피드백 채널을 통해 상기 자신의 서빙 기지국(BSB)으로 전송하고, 813단계에서 상기 자신의 서빙 기지국(BSB)으로부터 상기 선택된 프리코딩 벡터(v4 B)를 이용하여 송신되는 데이터를 수신하고, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 단말은 송수신부(900), 하향링크 채널 추정부(910), PM(Precoding Matrix) 선택부(920), 코드북(930)을 포함하여 구성된다.
상기 송수신부(900)는 안테나를 통해 입출력되는 데이터의 무선신호를 송수신 처리하는 기능을 수행한다. 특히, 상기 송수신부(900)는 본 발명에 따라 상기 단말의 서빙 기지국으로부터 수신되는 프리코딩 벡터 정보를 상기 PM 선택부(920)로 제공하고, 상기 PM 선택부(920)로부터 제공되는 프리코딩 벡터 정보를 상기 서빙 기지국 혹은 인접 기지국으로 전송하는 기능을 수행한다.
상기 하향링크 채널 추정부(910)는 상기 단말의 서빙 기지국 및 인접 기지국과의 하향링크 채널을 추정하는 기능을 수행한다. 특히, 본 발명에 따라 상기 서빙 기지국 및 인접 기지국으로부터 수신된 파일럿 신호로부터 해당 기지국과의 하향링크 채널을 추정한다. 이때, 상기 각 기지국은 직교 파일럿(orthogonal pilot) 혹은 수도랜덤 스크램블 파일럿(pseudorandom scramble pilot)을 이용함으로써, 단말이 상기 각 기지국을 구별할 수 있도록 한다.
상기 PM 선택부(920)는 상기 하향링크 채널 추정부(910)로부터 제공되는 하향링크 채널 추정 결과를 이용하여 서빙 기지국이 하향링크 데이터 빔포밍 시에 사용할 최적의 프리코딩 벡터를 선택하고, 상기 선택된 프리코딩 벡터를 상기 송수신부(900)를 통해 기지국으로 송신하는 기능을 수행한다. 상기 PM 선택부(920)는 상 황에 따라 서빙 기지국이 사용할 최적의 프리코딩 벡터와 인접 기지국에 사용을 금지시킬 프리코딩 벡터를 선택하거나 혹은 서빙 기지국을 통해 인접 기지국으로부터 제공받은 프리코딩 벡터 정보를 이용하여 상기 서빙 기지국이 사용할 최적의 프리코딩 벡터를 선택한다. 즉, 서빙 기지국으로부터 프리코딩 벡터 정보가 수신되지 않을 시, 상기 PM 선택부(920)는 상기 하향링크 채널 추정 결과를 이용하여 자신에게 가장 큰 이득이 되는 프리코딩 벡터와 간섭이 큰 프리코딩 벡터를 선택한다. 반면, 상기 서빙 기지국으로부터 인접 기지국의 프리코딩 벡터 정보가 수신될 시, 상기 PM 선택부(920)는 상기 프리코딩 벡터 정보에서 상기 인접 기지국이 사용하는 프리코딩 벡터와 사용이 금지된 프리코딩 벡터를 확인한 후, 상기 인접 기지국의 간섭 신호를 예측하여 상기 수학식 3과 같이 상기 간섭 신호에 강인한 프리코딩 벡터를 선택한다.
상기 코드북(930)은 기지국이 사용하는 프리코딩 벡터들의 집합을 저장하며, 각 기지국과 단말은 상기 코드북(930)을 동일하게 공유한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 송수신부(1010), PMI(Precoding Matrix Index) 관리부(1020), 코드북(1030)을 포함하여 구성된다.
상기 송수신부(1010)는 안테나를 통해 입출력되는 데이터의 무선신호를 송수신 처리하는 기능을 수행한다. 특히, 상기 송수신부(1010)는 본 발명에 따라 단말 로부터 수신되는 프리코딩 벡터 정보를 상기 PMI 관리부(1020)로 제공하고, 상기 PMI 관리부(1020)로부터 제공되는 프리코딩 벡터 정보를 백홀을 통해 인접 기지국으로 전송하는 기능을 수행한다. 여기서, 상기 기지국의 송수신부(1010)는 직교 파일럿(orthogonal pilot) 혹은 수도랜덤 스크램블 파일럿(pseudorandom scramble pilot)을 이용하여 각 단말이 각 기지국을 구별할 수 있도록 한다.
상기 PMI 관리부(1020)는 상기 송수신부(1010)를 통해 단말로부터 수신된 프리코딩 벡터 정보에서 해당 단말로 하향링크 데이터 송신시 자신이 사용할 프리코딩 벡터를 확인한다. 또한, 상기 PMI 관리부(1020)는 상기 수신된 프리코딩 벡터 정보에 금지 프리코딩 벡터 정보가 존재할 시, 상기 수신된 프리코딩 벡터 정보를 상기 송수신부(1010)로 제공하여 인접 기지국으로 전송하도록 제어한다.
상기 코드북(1030)은 기지국이 사용하는 프리코딩 벡터들의 집합을 저장하며, 각 기지국과 단말은 상기 코드북(1030)을 동일하게 공유한다.
그러면, 이하에서는 상술한 바와 같이 두 개의 기지국이 인접한 경우에 대한 구성을 바탕으로, 세 개 이상의 기지국이 인접한 경우에 대해 살펴보기로 한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다중 안테나 무선 통신 시스템의 구성을 나타내고 있다.
상기 도 11을 참조하면, 단말 A(MSA)(1110)는 서빙 기지국 A(BSA)(1100)와의 하향링크 채널을 추정하여 상기 서빙 기지국 A(1100)가 사용하는 프리코딩 벡터 들(vi A) 중 자신에게 가장 이득이 되는 프리코딩 벡터(v1 A)를 선택하고, 인접 기지국 B 및 C(BSB, BSC)(1102, 1104)와의 하향링크 채널을 각각 추정하여 상기 인접 기지국 B 및 C(1102, 1104)가 사용하는 프리코딩 벡터들(vi B, vi C) 중 자신에게 가장 큰 간섭을 미칠 것으로 예상되는 프리코딩 벡터(v2 B, v4 C)를 각각 선택한 후, 선택한 프리코딩 벡터들의 정보를 상기 서빙 기지국 A(1100)로 전송한다. 예를 들어, 상기 단말 A(1110)는 도 12(a)에 도시된 바와 같은 유효채널들(HAAvi A) 중에서 채널 이득이 가장 큰 유효채널(HAAv1 A)(1200)의 프리코딩 행렬(v1 A)을 사용 프리코딩 행렬로 선택하고, 예상되는 인접 기지국 B 및 C(1102, 1104)의 간섭 유효채널들(HABvi B, HACvi C) 중 상기 이득이 가장 큰 유효채널(HAAv1 A)(1200)에 가장 큰 영향을 미치는 유효채널(HABv 2 B, HACv4 C)(1020, 1204)의 프리코딩 행렬(v2 B, v4 C)을 각 인접 기지국의 금지 프리코딩 행렬로 선택한다.
상기 단말 A(1110)로부터 사용 프리코딩 벡터 및 금지 프리코딩 벡터의 정보(v1 A, v2 B, v4 C)를 수신한 기지국 A(1100)는 백홀(backhaul)을 통해 상기 인접 기지 국 B 및 C(1102, 1104)로 상기 수신된 프리코딩 벡터 정보(v1 A, v2 B, v4 C)를 전송(1130)하고, 상기 인접 기지국 B 및 C(1102, 1104)는 수신된 프리코딩 벡터 정보(v1 A, v2 B, v4 C)를 자신에게 속한 단말 B 및 C(MSB, MSC)(1112, 1114)로 각각 전송한다.
그러면, 상기 단말 B(1112)는 인접한 기지국 A 및 C(BSA, BSC)(1100, 1104), 그리고 자신의 서빙 기지국 B(1102)와의 하향링크 채널을 각각 추정하고, 상기 서빙 기지국 B(1102)로부터 수신된 프리코딩 벡터 정보(v1 A, v2 B, v4 C)를 이용하여 상기 서빙 기지국 B(1102)로부터 데이터를 수신할 때 사용할 최적의 프리코딩 벡터를 선택한다. 즉, 상기 단말 B(1112)는 상기 수신된 프리코딩 벡터 정보(v1 A, v2 B, v4 C)에서 자신에게 금지된 프리코딩 벡터(v2 B)와 인접 기지국 A(1100)가 사용하는 프리코딩 벡터(v1 B) 및 인접 기지국 C(1104)에 금지된 프리코딩 벡터 (v4 C)를 각각 확인한다. 그리고, 상기 인접 기지국 A(1100)로부터의 간섭 신호와 상기 인접 기지국 C(1104)로부터 수신되지 않을 간섭 신호를 고려하여 상기 서빙 기지국 B(1102)가 사용하는 프리코딩 벡터들(vi B) 중 상기 금지된 프리코딩 벡터(v2 B)를 제외한 나머지 프리코딩 벡터들에서 상기 예측된 간섭 신호에 강인한 프리코딩 벡터 즉, 하기 수 학식 4에 나타낸 바와 같은 후처리 SINR이 최대가 되는 프리코딩 벡터를 선택한다.
하기 수학식 4는 상기 간섭신호의 영향을 제거한 후처리 SINR을 나타낸다.
Figure 112008059952136-PAT00005
여기서, 상기 P는 송신전력을 의미하며, N0는 잡음 변화(noise variance)를 의미하며, I는 단위 행렬(identity matrix)을 의미한다. 또한, Hij는 단말 i와 기지국 j간의 하향링크 채널을 의미하며, vi는 기지국 i가 사용하는 프리코딩 벡터를 의미한다. 상기 수학식 4를 살펴보면, 상기 단말 B(1202)는 인접 기지국 A(1200)의 간섭 신호(HBAV1 A)를 고려할 뿐만 아니라, 인접 기지국 C(1204)로부터 수신될 가능성이 있는 간섭 신호(HBCvj C)를 고려하여 각 프리코딩 벡터의 후처리 SINR을 계산하고, 그 중 최대값을 갖는 프리코딩 벡터를 선택함을 알 수 있다.
예를 들어, 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 서빙 기지국 B(1102)가 사용하는 네 개의 프리코딩 벡터들(v1 B, v2 B, v3 B, v4 B)에 대한 유효채널들(HBBv1 B, HBBv2 B, HBBv3 B, HBBv4 B) 중 금지된 프리코딩 벡터(v2 B)에 대한 유효채널(HBBv2 B)(1210)을 제외한 나머지 유효 채널들(HBBv1 B, HBBv3 B, HBBv4 B)(1214, 1218, 1220) 중에서 인접 기지국 A(1100)의 간섭신호(HBAv1 A)(1212)에 강인한 유효채널(HBBv4 B)(1218)의 프리코딩 벡터(v4 B)를 선택한다. 여기서, 상기 단말 B(1112)는 상기 인접 기지국 C(1104)로부터 상기 금지된 프리코딩 벡터(v4 C)로 인한 간섭 신호(HBCv4 C)(1216)가 수신되지 않을 것을 예측할 수 있다.
이후, 상기 단말 B(1112)는 상기 선택된 프리코딩 벡터(v4 B)에 대한 정보를 피드백 채널을 통해 서빙 기지국 B(1112)로 전달하고, 상기 서빙 기지국 B(1112)는 상기 선택된 프리코딩 벡터(v4 B)를 이용하여 상기 단말 B(1102)로 하향링크 데이터를 전송한다.
여기서, 상기 단말 C(1114)도 상기 단말 B(1112)와 같은 방식으로 최적의 프리코딩 벡터를 선택하여 자신의 서빙 기지국 C(1114)로 선택된 프리코딩 벡터를 전송한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래의 PMI 금지 기법을 이용하는 시스템 구성을 나타내는 도면,
도 2는 종래의 PMI 금지 기법에 따른 시스템에서 프리코딩 행렬을 선택하는 예를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬을 선택하는 예를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 특정 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 특정 단말의 서빙 기지국 동작 절차를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 인접 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 인접 기지국에 속한 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다중 안테나 무선 통신 시스템의 구성을 나타내는 도면, 및
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬을 선택하는 예를 도시하는 도면.

Claims (6)

  1. 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택을 위한 단말의 방법에 있어서,
    서빙 기지국으로부터 사용이 금지된 프리코딩 행렬과 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하는 과정과,
    상기 서빙 기지국이 사용하는 프리코딩 행렬들 중 상기 사용이 금지된 프리코딩 행렬을 제외한 나머지 프리코딩 행렬들을 확인하는 과정과,
    상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 간섭 신호를 추정하는 과정과,
    상기 추정된 간섭 신호를 고려하여 상기 나머지 프리코딩 행렬들 중 상기 서빙 기지국이 사용할 프리코딩 행렬을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 정보를 제공하는 기지국 방법에 있어서,
    단말로부터 상기 기지국이 사용할 프리코딩 행렬과 인접 기지국의 사용을 금지하는 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하는 과정과,
    상기 자신이 사용할 프리코딩 행렬과 인접 기지국의 사용을 금지하는 프리코 딩 행렬에 대한 정보를 상기 인접 기지국으로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택을 위한 기지국 방법에 있어서,
    인접 기지국으로부터 사용을 금지하는 프리코딩 행렬과 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하는 과정과,
    상기 사용을 금지하는 프리코딩 행렬과 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 상기 기지국 자신에 속한 단말로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택을 위한 단말의 장치에 있어서,
    서빙 기지국으로부터 사용이 금지된 프리코딩 행렬과 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하는 송수신부와,
    상기 서빙 기지국이 사용하는 프리코딩 행렬들 중 상기 사용이 금지된 프리코딩 행렬을 제외한 나머지 프리코딩 행렬들을 확인하고, 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 간섭 신호를 추정하고, 상기 추정된 간섭 신호를 고려하 여 상기 나머지 프리코딩 행렬들 중 상기 서빙 기지국이 사용할 프리코딩 행렬을 선택하는 프리코딩 행렬 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 정보를 제공하는 기지국 장치에 있어서,
    단말로부터 상기 기지국이 사용할 프리코딩 행렬과 인접 기지국의 사용을 금지하는 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하고, 상기 자신이 사용할 프리코딩 행렬과 인접 기지국의 사용을 금지하는 프리코딩 행렬에 대한 정보를 상기 인접 기지국으로 전송하는 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 다중 안테나 무선통신 시스템에서 프리코딩 행렬 선택을 위한 기지국 장치에 있어서,
    인접 기지국으로부터 사용을 금지하는 프리코딩 행렬과 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 수신하고, 상기 사용을 금지하는 프리코딩 행렬과 상기 인접 기지국이 사용할 프리코딩 행렬에 대한 정보를 상기 기지국 자신에 속한 단말로 전송하는 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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