KR20100035565A

KR20100035565A - 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템에서 레퍼런스 신호를 상향 전송하는 방법

Info

Publication number: KR20100035565A
Application number: KR1020080132995A
Authority: KR
Inventors: 노유진; 김봉회; 김기준; 이대원
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-04-05
Also published as: KR101604686B1

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호의 상향 전송 방법에 있어서, 레퍼런스 신호와 관련된 제어 정보를 수신하는 단계와, 랭크의 크기를 고려하여 프리코딩된 레퍼런스 신호를 생성하는 단계와, 상기 프리코딩된 레퍼런스 신호를 상기 제어 정보에 따라 특정한 패턴을 갖도록 서브프레임에 할당하는 단계와, 상기 서브프레임을 다중안테나를 통해 전송하는 단계를 포함하는 신호의 상향 전송 방법을 제공한다.

Description

다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템에서 레퍼런스 신호를 상향 전송하는 방법{METHOD OF UL TRANSMITTING REFERENCE SIGNAL IN A WIRELESS COMMUNICATION HAVING MULTIPLE ANTENNAS}

본 발명은 무선 통신 시스템에서의 통신 수행 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템에서 레퍼런스 신호를 상향 전송하는 방법에 관한 것이다.

WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 무선 접속(radio access) 기술을 기반으로 하는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 무선 통신 시스템은 전세계에서 광범위하게 전개되고 있다. WCDMA의 첫번째 진화 단계로 정의할 수 있는 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)는 중기적인(mid-term) 미래에서 높은 경쟁력을 가지는 무선 접속 기술을 3GPP에 제공한다.

장기적인 미래에서 높은 경쟁력을 제공하기 위한 것으로서 E-UMTS가 있다. E-UMTS는 기존의 WCDMA UMTS에서 진화한 시스템으로 3GPP에서 표준화 작업을 진행하고 있다. E-UMTS는 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라 불리기도 한다. UMTS 및 E-UMTS의 기술 규격(technical specification)의 상세한 내용은 각각 "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network"의 Release 7과 Release 8을 참조할 수 있다.

E-UMTS는 크게 단말(User Equipment; UE)과 기지국, 네트워크(E-UTRAN)의 종단에 위치하여 외부 네트워크와 연결되는 접속 게이트웨이(Access Gateway; AG)로 구성된다. 통상적으로 기지국은 브로드캐스트 서비스, 멀티캐스트 서비스 및/또는 유니캐스트 서비스를 위해 다중 데이터 스트림을 동시 송신할 수 있다. LTE 시스템에서는 다양한 서비스를 하향 전송하기 위해 직교주파수 분할 다중화 방식(Orthogonal frequency divisional multiplexing; OFDM)과 다중안테나(Multi-input Multi-out; MIMO)를 사용하고 있다.

OFDM은 고속 데이터 하향링크 접속 시스템을 대표한다. OFDM의 이점은 할당된 전체 스펙트럼이 모든 기지국에 의해 사용될 수 있는 높은 스펙트럼 효율성이다. OFDM 변조에서 전송 대역은 주파수 영역에서 복수의 직교하는 부반송파로 나누어지고, 시간 영역에서 복수의 심볼로 나누어진다. OFDM은 전송 대역을 복수의 부반송파로 분할하므로 부반송파 당 대역폭은 감소하고 반송파당 변조 시간은 증가한다. 상기 복수의 부반송파가 병렬로 전송되므로, 특정 부반송파의 디지털 데이터 또는 심볼 전송률은 단일 반송파보다 낮아진다.

다중안테나(Multiple input mulple output; MIMO) 시스템은 복수의 송수신 안테나를 사용하는 통신 시스템이다. MIMO 시스템은 송수신 안테나의 수가 증가함에 따라 추가적인 주파수 대역폭의 증가없이 채널 용량을 선형적으로 증가시킬 수 있다. MIMO 기술은 다양한 채널 경로를 통과한 심볼을 이용하여 전송 신뢰도를 높 일 수 있는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식과, 복수의 송신 안테나를 사용하여 각 안테나가 동시에 별개의 데이터 스트림을 전송하여 전송 레이트를 증가시키는 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing) 방식이 있다.

MIMO 기술은 송신단에서 채널 정보를 알고 있는지 여부에 따라 크게 개-루프(open-loop) MIMO 기술과 폐-루프(closed-loop) MIMO 기술로 분류될 수 있다. 상기 개-루프 MIMO 기술에서 송신단은 채널 정보를 알고 있지 않다. 상기 개-루프 MIMO 기술의 예로는 PARC(per antenna rate conrol), PCBRC(per common basis rate control), BLAST, STTC, 랜덤 빔포밍(random beamforming) 등이 있다. 반면, 상기 폐-루프 MIMO 기술에서 송신단은 채널 정보를 알고 있다. 폐-루프 MIMO 시스템의 성능은 상기 채널 정보를 얼마나 정확하게 알고 있느냐에 따라 좌우된다. 상기 폐-루프 MIMO 기술의 예로는 PSRC(per stream rate control), TxAA 등이 있다.

채널 정보란 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나 간의 무선 채널 정보(예, 감쇄, 위상 편이 또는 시간지연 등)를 의미한다. MIMO 시스템에서는, 복수의 송수신 안테나 조합에 의한 다양한 스트림 경로가 존재하고, 다중 경로 시간 딜레이로 인해 채널 상태가 시간에 따라 시간/주파수 영역에서 불규칙하게 변하는 페이딩 특성을 갖는다. 따라서, 수신단은 채널 추정을 통하여 채널 정보를 산출한다. 채널 추정이란 왜곡된 전송 신호를 복원하기 위해 필요한 채널 정보를 추정하는 것이다. 예를 들어, 채널 추정은 반송파의 크기 및 기준 위상을 추정하는 것을 말한다. 즉, 채널 추정은 무선구간 또는 무선채널의 주파수 응답을 추정하는 것이다.

채널 추정 방법으로는, 2차원 채널 추정기를 사용하여 몇 개 기지국의 레퍼 런스 신호(Referrence Signal; RS)를 바탕으로 기준값을 추정하는 방법이 있다. 이때, RS란 반송파 위상 동기화 및 기지국 정보 획득 등에 도움이 되도록 하기 위해, 실제로 데이터를 가지지는 않지만 높은 출력을 갖는 심볼을 말한다. 송신측 및 수신측은 이와 같은 RS를 이용하여 채널 추정을 수행할 수 있다. RS에 의한 채널 추정은 송수신측에서 공통적으로 알고 있는 심볼을 통해서 채널을 추정하고, 그 추정치를 이용하여 데이터를 복원하는 것이다. RS는 파일롯이라고도 지칭된다.

MIMO 시스템은 시분할 듀플렉스(TDD) 시스템과 주파수 분할 듀플렉스(FDD) 시스템을 지원한다. 시분할 듀플렉스(TDD) 시스템에서 순방향 링크 송신과 역방향 링크 송신은 동일 주파수 영역 상에 있으므로, 가역 원리(reciprocity principle)에 의해 역방향 링크 채널로부터 순방향 링크 채널에 대해 추정을 할 수 있다.

무선 통신 기술은 WCDMA를 기반으로 LTE까지 개발되어 왔지만, 사용자와 사업자의 요구와 기대는 지속적으로 증가하고 있다. 또한, 다른 무선 접속 기술이 계속 개발되고 있으므로 향후 경쟁력을 가지기 위해서는 새로운 기술 진화가 요구된다. 비트당 비용 감소, 서비스 가용성 증대, 융통성 있는 주파수 밴드의 사용, 단순구조와 개방형 인터페이스, 단말의 적절한 파워 소모 등이 요구 된다.

이와 관련하여, 3GPP에서는 LTE에 대한 후속 기술을 표준화하기 위한 작업을 준비하고 있다. 본 명세서에서는 상기 기술을 "LTE-Advanced" 또는 "LTE-A"라고 지칭한다. LTE 시스템과 LTE-A 시스템의 주요 차이점 중 하나는 지원하는 상향 전송 을 위한 안테나의 수이다. 현재, LTE 시스템은 상향 전송에서 단일 안테나를 지원하도록 되어 있다. 반면, LTE-A 시스템은 상향 전송에서 최대 네개 까지의 다중안테나를 지원하는 것을 목표로 하고 있다. 따라서, LTE-A 시스템에서는 최대 네개 안테나에 대한 레퍼런스 신호의 상향 전송을 지원할 수 있어야 한다. 특히, LTE-A 시스템에서는 상향 전송에서 다중사용자 MIMO (MU-MIMO)를 지원하기 위한 방안이 논의되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 레퍼런스 신호를 다중안테나를 통해 효율적으로 상향 전송하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 통신 조건에 따라 상향 전송하는 레퍼런스 신호의 패턴을 유연하게 조절할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상향 전송하는 레퍼런스 신호의 패턴을 유연하게 조절하기 위한 시그널링 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 MU-MIMO를 효율적으로 지원하도록 상향 전송하는 레퍼런스 신호의 패턴을 유연하게 조절하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 양상으로, 무선 통신 시스템에서 신호의 상향 전송 방법에 있어서, 레퍼런스 신호와 관련된 제어 정보를 수신하는 단계와, 랭크의 크기를 고려하여 프리코딩된 레퍼런스 신호를 생성하는 단계와, 상기 프리코딩된 레퍼런스 신호를 상기 제어 정보에 따라 특정한 패턴을 갖도록 서브프레임에 할당하는 단계와, 상기 서브프레임을 다중안테나를 통해 전송하는 단계를 포함하는 신호의 상향 전송 방법이 제공된다.

본 발명의 실시예들에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 무선 통신 시스템에서 레퍼런스 신호를 다중안테나를 통해 효율적으로 상향 전송할 수 있다.

둘째, 통신 조건에 따라 상향 전송하는 레퍼런스 신호의 패턴을 유연하게 조절할 수 있다.

셋째, 상향 전송하는 레퍼런스 신호의 패턴을 유연하게 조절할 수 있다.

넷째, MU-MIMO를 효율적으로 지원하도록 상향 전송하는 레퍼런스 신호의 패턴을 유연하게 조절할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적 특징이 적용된 예들이다.

E-UTRAN 및 프로토콜 스택 구조

도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 이동통신 시스템인 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)의 네트워크 구조를 나타낸다. E-UTRAN 시스템은 UTRAN 시스템에서 진화한 시스템이다. E-UTRAN은 기지국들(eNBs)로 구성되며, eNB들은 X2 인터페이스를 통해 연결된다. eNB는 무선인터페이스를 통해 단말과 연결되며, S1 인터페이스를 통해 EPC(Evolved Packet Core)에 연결된다.

도 2a 및 2b는 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자평면(U-Plane, User-Plane) 구조를 각각 나타낸다. 무선 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(Physical Layer), 데이터링크 계층(Data Link Layer) 및 네트워크 계층(Network Layer)으로 이루어지며, 수직적으로는 데이터 정보 전송을 위한 사용자평면(User Plane)과 제어신호(Signaling) 전달을 위한 제어평면(Control Plane)으로 구분된다. 도 2a 및 2b의 프로토콜 계층들은 통신 시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호 접속(Open System Interconnection; OSI) 기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1(제1계층), L2(제2계층), L3(제3계층)으로 구분될 수 있다.

제어평면은 단말과 네트워크가 호를 관리하기 위해서 이용하는 제어 정보들이 전송되는 통로를 의미한다. 사용자평면은 애플리케이션 계층에서 생성된 데이 터, 예를 들어, 음성 데이터 또는 인터넷 패킷 데이터 등이 전송되는 통로를 의미한다. 이하, 무선 프로토콜의 제어평면과 사용자평면의 각 계층을 설명한다.

제1계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있으며, 상기 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이에 데이터가 이동한다. 상기 전송채널은 채널의 공유 여부에 따라 전용(Dedicated) 전송채널과 공용(Common) 전송채널로 나뉜다. 그리고, 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리채널은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조되며, 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다.

제2계층에는 여러 가지 계층이 존재한다. 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층은 다양한 논리채널(Logical Channel)을 다양한 전송채널에 매핑시키는 역할을 한다. 또한 여러 논리채널을 하나의 전송채널에 매핑시키는 논리채널 다중화(Multiplexing) 역할을 수행한다. MAC 계층은 상위계층인 RLC 계층과는 논리채널(Logical Channel)로 연결되어 있으며, 논리채널은 크게 전송되는 정보의 종류에 따라 제어평면(Control Plane)의 정보를 전송하는 제어채널(Control Channel)과 사용자평면(User Plane)의 정보를 전송하는 트래픽채널(Traffic Channel)로 나뉜다.

제2계층의 무선링크제어(Radio Link Control; RLC) 계층은 상위계층으로부터 수신한 데이터를 분할(Segmentation) 및 연결(Concatenation)하여 하위계층이 무선 구간으로 데이터를 전송하기에 적합하도록 데이터 크기를 조절하는 역할을 수행한다. 또한, 각각의 무선베어러(Radio Bearer; RB)가 요구하는 다양한 QoS를 보장하기 위해 투명모드(Transparent Mode; TM), 무응답모드(Un-acknowledged Mode; UM), 및 응답모드(Acknowledged Mode; AM)의 세가지 동작 모드를 제공하고 있다. 특히, AM RLC는 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 자동 반복 및 요청(Automatic Repeat and Request; ARQ) 기능을 통한 재전송 기능을 수행하고 있다.

제2계층의 패킷데이터수렴(Packet Data Convergence Protocol; PDCP) 계층은 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷 전송시에 대역폭이 좁은 무선 구간을 효율적으로 사용하기 위해, 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더의 사이즈를 줄이는 헤더압축(Header Compression) 기능을 수행한다. 상기 헤더압축은 데이터의 패킷 헤더에서 반드시 필요한 정보만을 전송하도록 하여, 무선 구간의 전송효율을 증가시킨다. 또한, LTE 시스템에서는 PDCP 계층이 보안(Security) 기능도 수행한다. 상기 보안 기능은 제3자의 데이터 감청을 방지하는 암호화(Ciphering)와 제3자의 데이터 조작을 방지하는 무결성 보호(Integrity protection)로 구성된다.

제3계층의 가장 하부에 위치한 무선 자원제어(Radio Resource Control; RRC) 계층은 제어평면에서만 정의되며, 무선베어러(Radio Bearer; RB)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. 이를 위해 RRC 계층은 단말과 네트워크 간에 RRC 메시지를 서로 교환한다. 단말의 RRC와 무선 네트워크의 RRC 계층 사이에 RRC 연결(RRC Connected)이 있을 경우, 단말은 RRC 연결 상태(Connected Mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 휴지 상태(Idle Mode)에 있게 된다.

여기에서, RB는 단말과 UTRAN 간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스 또는 논리적 경로(path)를 의미한다. 일반적으로 RB가 설정된다는 것은 특정 서비스를 제공하기 위해 필요한 무선 프로토콜 계층 및 채널의 특성을 규정하고, 각각의 구체적인 파라미터 및 동작 방법을 설정하는 과정을 의미한다. RB는 SRB(Signaling RB)와 DRB(Data RB)의 두 가지로 나누어 진다. 상기 SRB는 제어평면(C-plane)에서 RRC 메시지를 전송하는 통로로 사용되며, DRB는 사용자평면(U-plane)에서 사용자 데이터를 전송하는 통로로 사용된다. 도 6a 및 6b를 참조하면, RBs는 각각의 사용자에게 할당된 다수의 논리경로 마다 존재하는 PDCP 엔터티의 상단에 도시되어 있다.

RRC 계층 상위에 위치하는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 세션 관리( Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.

eNB를 구성하는 하나의 셀은 1.25, 2.5, 5, 10, 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정되어 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 이때 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다.

네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향 전송채널은 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH(Paging Channel), 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 하향 SCH(Shared Channel)이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어메시지의 경우 하향 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향 전송채널로는 초기 제어메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel)와 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 상향 SCH(Shared Channel)가 있다.

전송채널 상위에 있으며, 전송채널에 매핑되는 논리채널(Logical Channel)로는 BCCH(Broadcast Control Channel), PCCH(Paging Control Channel), CCCH(Common Control Channel), MCCH(Multicast Control Channel), MTCH(Multicast Traffic Channel) 등이 있다.

다중안테나(MIMO) 시스템의 모델링

도 3은 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 송신 안테나의 수를 N _T 개로, 수신 안테나의 수를 N _R 개로 늘리면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 따라서, 전송 레이트를 향상시키고 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 채널 전송 용량이 증가함에 따라, 전송 레이트는 이론적으로 단일 안테나 이용시의 최대 전송 레이트(R _o )에 레이트 증가율(R _i )이 곱해진 만큼 증가할 수 있다.

예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 다중안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후 이를 실질적인 데이터 전송률 향상으로 이끌어 내기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있다. 또한, 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.

현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발히 연구가 진행되고 있다.

다중안테나 시스템에서의 통신 방법을 수학적 모델링을 이용하여 보다 구체적으로 설명한다. 상기 시스템에는 N _T 개의 송신 안테나와 N _R 개의 수신 안테나가 존재한다고 가정한다.

송신 신호를 살펴보면, N _T 개의 송신 안테나가 있는 경우 전송 가능한 최대 정보는 N _T 개이다. 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.

각각의 전송 정보

는 전송 전력이 다를 수 있다. 각각의 전송 전력을

라고 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.

또한,

는 전송 전력의 대각행렬

를 이용해 다음과 같이 표현될 수 있다.

전송전력이 조정된 정보 벡터

에 가중치 행렬

가 적용되어 실제 전송되는 N _T 개의 송신신호

가 구성되는 경우를 고려해 보자. 가중치 행렬

는 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 한다.

는 벡터

를 이용하여 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기에서,

는 i번째 송신 안테나와 j번째 정보간의 가중치를 의미한다.

는 프리코딩 행렬이라고도 불린다.

수신신호는 N _R 개의 수신 안테나가 있는 경우 각 안테나의 수신신호

은 벡터로 다음과 같이 표현될 수 있다.

다중안테나 무선 통신 시스템에서 채널을 모델링하는 경우, 채널은 송수신 안테나 인덱스에 따라 구분될 수 있다. 송신 안테나 j로부터 수신 안테나 i를 거치는 채널을

로 표시하기로 한다.

에서, 인덱스의 순서가 수신 안테나 인덱스가 먼저, 송신 안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.

도 4에 N _T 개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시하였다. 상기 채널을 묶어서 벡터 및 행렬 형태로 표시할 수 있다. 도 4에서, 총 N _T 개의 송신 안 테나로부터 수신 안테나 i로 도착하는 채널은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

따라서, N _T 개의 송신 안테나로부터 N _R 개의 수신 안테나로 도착하는 모든 채널은 다음과 같이 표현될 수 있다.

실제 채널에는 채널 행렬

를 거친 후에 백색잡음(AWGN; Additive White Gaussian Noise)이 더해진다. N _R 개의 수신 안테나 각각에 더해지는 백색잡음

은 다음과 같이 표현될 수 있다.

상술한 수식 모델링을 통해 수신신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.

상술한 설명은 다중안테나 통신 시스템이 단일 사용자에게 이용되는 경우를 중점적으로 설명하였다. 그러나, 다중안테나 통신 시스템을 복수의 사용자에 적용하여 다중사용자 다이버시티(multiuser diversity)를 획득하는 것이 가능하다. 이에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다.

페이딩(fading) 채널은 무선 통신 시스템의 성능저하를 가져오는 것으로 잘 알려진 주요원인이다. 시간, 주파수, 공간에 따라 채널 이득이 변하고 채널 이득 값이 낮을수록 성능저하가 심각해진다. 페이딩을 극복할 수 있는 방법 중 하나인 다이버시티는 여러 개의 독립적인 채널들이 모두 낮은 이득을 가질 확률이 매우 낮다는 사실을 이용한다. 다양한 다이버시티 방식이 가능하며, 다중사용자 다이버시티도 그 중 하나에 해당한다.

셀 내에 여러 명의 사용자가 있을 때, 각 사용자의 채널 이득은 확률적으로 서로 독립이므로 그들이 모두 낮은 이득을 가질 확률은 매우 작다. 정보이론에 따르면 기지국의 전송 전력이 충분하다면 셀 내에 여러 명의 사용자가 있을 때 가장 높은 채널 이득을 가지는 사용자에게 채널을 모두 할당하는 것이 채널의 총 용량을 최대화할 수 있다. 다중사용자 다이버시티는 다시 3 가지로 구분할 수 있다.

시간적 다중사용자 다이버시티는 시간에 따라 채널이 변하는 경우 그때그때 가장 높은 이득 값을 가지는 사용자에게 채널을 할당하는 방식이다. 주파수적 다중사용자 다이버시티는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 같은 주파수 다중 반송파 시스템에서 각 주파수 대역에서 최대 이득을 가지는 사용자에게 부반송파를 할당하는 방식이다.

만약, 다중반송파를 사용하지 않는 시스템에서 채널이 매우 천천히 변한다면 가장 높은 채널 이득을 가지는 사용자가 채널을 오랜 시간 독점할 것이다. 따라서, 다른 사용자들은 통신을 할 수 없게 된다. 이런 경우 다중사용자 다이버시티를 이용하기 위해서는 채널 변화를 유도할 필요가 있다.

다음으로, 공간적 다중사용자 다이버시티는 일반적으로 사용자들의 채널 이득이 공간에 따라 다르다는 것을 이용하는 방법이다. 구현 예로는 RBF(Random Beamforming) 등을 들 수 있다. RBF는 "opportunistic beamforming"이라고도 하며, 송신단에서 다중안테나를 사용하여 임의의 가중치로 빔포밍(beamforming)을 해줌으로써 채널 변화를 유도하는 기술이다.

상술한 다중사용자 다이버시티를 다중 안테나 방식에 이용하는 다중사용자 다중안테나(Multiuser MIMO, MU-MIMO) 방식에 대해 설명하면 다음과 같다.

다중사용자 다중안테나 방식에 있어서, 송수신단에서 사용자 수와 각 사용자의 안테나 수는 여러 가지 조합이 가능하다. 다중사용자 다중안테나 방식을 하향링크(Downlink, forward link) 및 상향링크(Uplink, reverse link)로 나누어서 살펴 보기로 한다. 하향링크는 기지국에서 여러 단말들로 신호를 전송하는 경우를 의미 한다. 상향링크는 여러 단말들이 기지국으로 신호를 전송하는 경우를 말한다.

하향링크의 경우에서, 극단적인 예를 들면, 한 명의 사용자가 총 N_R개의 안테나를 통해 신호를 수신할 수도 있고, 총 N_R명의 사용자가 각각 1개의 안테나를 사용하여 신호를 수신할 수도 있다. 또한, 앞의 양 극단 예의 중간 조합도 가능하다. 즉, 어떤 사용자는 1개의 수신 안테나를 사용하는 반면, 어떤 사용자는 3개의 수신 안테나를 사용하는 등의 조합이 가능하다. 유의할 점은 어느 조합의 경우든 수신 안테나의 수의 총합은 N_R로 일정하게 유지된다는 점이다. 이러한 경우를 보통 MIMO BC(Broadcast Channel) 또는 SDMA(Space Division Multiple Access)라고 한다.

상향링크의 경우에서, 극단적인 예를 들면, 한 명의 사용자가 총 N_T개의 안테나를 통해 신호를 송신할 수도 있고, 총 N_T명의 사용자가 각각 1개의 안테나를 사용하여 신호를 송신할 수도 있다. 또한, 앞의 양 극단 예의 중간 조합도 가능하다. 즉, 어떤 사용자는 1개의 송신 안테나를 사용하는 반면, 어떤 사용자는 3개의 송신 안테나를 사용하는 등의 조합이 가능하다. 유의할 점은 어느 조합의 경우든 송신 안테나의 수의 총합은 N_T로 일정하게 유지된다는 점이다. 이러한 경우를 보통 MIMO MAC(Multiple Access Channel)이라고 한다. 상향링크와 하향링크는 서로 대칭 관계에 있으므로, 어느 한쪽에서 사용된 기법이 다른 쪽에서도 사용 가능하다.

한편, 채널 상태를 나타내는 채널 행렬

의 행과 열의 수는 송수신 안테나의 수에 의해 결정된다. 채널 행렬

에서 행의 수는 수신 안테나의 수 N _R 과 같고, 열의 수는 송신 안테나의 수 N _T 와 같다. 즉, 채널 행렬

는 행렬이 N _R ×N _T 된다.

행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행 또는 열의 개수 중에서 최소 개수로 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 행 또는 열의 개수 보다 클 수 없다. 채널 행렬

의 랭크(

)는 다음과 같이 제한된다.

랭크의 다른 정의는 행렬을 고유치 분해(Eigen value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 고유치들의 개수로 정의할 수 있다. 유사하게, 랭크의 또 다른 정의는 특이치 분해(singular value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 특이치들의 개수로 정의할 수 있다. 따라서, 채널 행렬에서 랭크의 물리적인 의미는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다.

다중안테나(MIMO) 시스템의 송신부 및 수신부

도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용될 수 있는 기지국의 블록도를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 기지국은 일반적으로 제어 시스템(502), 기저대역 프로세서(504), 전송 회로(506), 수신 회로(508), 다중안테나(510) 및 네트워크 인터페이스(512)를 포함한다. 수신 회로(508)는 단말로부터 전송된 무선 신호를 다중안테나(510)를 통해 수신한다. 바람직하게는, 저잡음 증폭기 및 필터(미도시)가 신호를 증폭하고 광대역 간섭을 제거한다. 하향변환(downconversioin) 및 디지털화 회로(미도시)는 필터링된 수신 신호를 중간 또는 기저대역 주파수 신호로 하향변환하 고, 이를 하나 이상의 디지털 스트림으로 디지털화 한다.

기저대역 프로세서(504)는 디지털화된 수신 신호를 처리하여 수신 신호로부터 정보 또는 데이터 비트를 추출한다. 상기 처리는 복조, 디코딩, 에러 정정 등을 포함한다. 기저대역 프로세서(504)는 일반적으로 하나 이상의 디지털 신호 처리기(DSP)로 구현된다. 그 후, 수신 정보는 네트워크 인터페이스를 경유하여 무선네트워크를 통해 전송되거나 기지국이 서비스하는 다른 단말로 전송된다. 네트워크 인터페이스(512)는 중앙 네트워크 제어기 및 공중 교환 전화망(PSTN)에 연결될 수 있는 무선 네트워크의 일부를 형성하는 회선 교환망과 상호작용한다.

전송측에서 기저대역 프로세서(504)는 음성, 데이터 또는 제어 정보를 나타낼 수 있는 디지털화된 데이터를 제어 시스템(502)의 통제 하에 네트워크 인터페이스(512)로부터 수신하고 전송을 위해 데이터를 인코딩한다. 인코딩된 데이터는 전송 회로(506)로 입력된다. 전송 회로(506)에서 인코딩된 데이터는 희망 전송 주파수 또는 주파수들을 가지는 반송파에 의해 변조된다. 전력 증폭기(미도시)는 변조된 반송파 신호를 적절한 수준으로 증폭한다. 증폭된 신호는 다중안테나(510)로 전달된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 적용될 수 있는 단말의 블록도를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 단말은 제어 시스템(602), 기저대역 프로세서(604), 전송 회로(606), 수신 회로(608), 다중 안테나(610) 및 사용자 인터페이스 회로(612)를 포함할 수 있다. 수신 회로(608)는 정보를 포함하는 무선 신호를 하나 이상의 기지국으로부터 다중안테나(610)를 통해 수신한다. 바람직하게는 저잡음 증폭기 및 필 터(미도시)가 신호를 증폭하고 광대역 간섭을 제거한다. 그 후, 하향변환 및 디지털화 회로(미도시)는 중간 또는 기저대역 주파수 신호로 필터링된 수신 신호를 하향변환한다. 그 후, 상기 신호는 하나 이상의 디지털 스트림으로 디지털화된다. 기저대역 프로세서(604)는 수신 신호로부터 정보 또는 데이터 비트를 추출하기 위해서 디지털화된 수신 신호를 처리한다. 상기 처리는 복조, 디코딩, 에러 정정 동작을 포함한다. 기저대역 프로세서(604)는 일반적으로 하나 이상의 디지털 신호 처리기(DSP) 및 주문형 집적 회로(ASIC)로 구현된다.

전송측에서 기저대역 프로세서(604)는 음성, 데이터 또는 제어 정보를 나타낼 수 있는 디지털화된 데이터를 제어 시스템(602)의 통제 하에 사용자 인터페이스(612)로부터 수신하고 전송을 위해 데이터를 인코딩한다. 인코딩된 데이터는 전송 회로(606)로 입력된다. 전송 회로(606)에서 인코딩된 데이터는 희망 전송 주파수 또는 주파수들을 가지는 반송파에 의해 변조된다. 전력 증폭기(미도시)는 변조된 반송파 신호를 적절한 수준으로 증폭한다. 증폭된 신호는 다중안테나(610)로 전달된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 적용될 수 있는 송신기의 블록도를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 송신기 구조는 기지국을 기준으로 설명되었지만, 당업자는 상향 및 하향 전송을 위해 도시된 구조를 사용할 수 있음을 알 것이다. 또한, 전송 구조는 이에 한정되지는 않지만 코드 분할 다중 접속(CDMA), 주파수 분할 다중 접속(FDMA), 시간 분할 다중 접속(TDMA), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 포함하는 다양한 다중 접속 구조를 나타내도록 의도되었다.

초기에, 네트워크는 단말로 전송할 데이터를 기지국으로 전송한다. 비트 스트림인 스케쥴링된 데이터는 데이터 스크램블 모듈(704)을 사용하여 데이터와 연관된 피크 대 평균 전력 비를 감소시키는 방식으로 스크램블된다. 스크램블된 데이터에 대한 CRC(Cyclic Redundancy Check)를 CRC 부가 모듈(706)로 결정하고 스크램블된 데이터에 첨부한다. 단말에서 데이터의 복구 및 에러 정정을 용이하게 하기 위해, 채널 인코더 모듈(708)을 사용하여 채널 코딩을 수행한다. 채널 코딩에 의해 데이터에 효과적으로 리던던시를 더할 수 있다. 채널 인코더 모듈(708)은 터보 인코딩 기술을 사용할 수 있다.

처리된 데이터 비트는 선택된 기저대역 변조에 의존하여 매핑 모듈(714)에 의해 해당 심볼로 체계적으로 매핑된다. 직교 진폭 변조(QAM) 또는 직교 위상 쉬프트 키(QPSK) 변조 형태가 사용될 수 있다. 비트 그룹은 진폭및 위상 컨스텔레이션에서의 위치를 나타내는 심볼로 매핑된다. 그 후, 심볼 블럭은 공간 시간 코드(STC) 인코더 모듈(718)에 의해 처리된다. STC 인코더 모듈(718)은 선택된 STC 인코딩 모드에 따라 심볼을 처리하고, 기지국의 다중 송신 안테나(510)의 수에 해당하는 N개의 출력을 제공할 것이다. STC 인코더 모듈(718)로부터 출력된 심볼 스트림은 IFFT 처리 모듈(720)에 의해 역푸리에 변환된다. 그 후, 프리픽스(prefix) 및 RS 부가 모듈(722)은 역푸리에 변환된 신호에 CP (cyclic prefix) 및 RS를 부가한다. 그 후, 디지털 상향변환(DUC) 모듈 및 디지털 대 아날로그(D/A) 변환 모듈(724)은 앞에서 처리된 신호를 중간 주파수로 디지털 영역에서 상향변환하고 아날로그 신호로 변환한다. 그 후, 상기 아날로그 신호는 RF 모듈(726) 및 다중안테 나(510)를 통해 희망 RF 주파수에서 동시에 변조, 증폭 및 전송된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 적용될 수 있는 SC-FDMA (single carrier - frequency division multiple access) 방식에 따른 신호 생성기를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 신호 생성기는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행하는 DFT부(810), 부반송파 맵퍼(subcarrier mapper, 820) 및 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하는 IFFT부(830)를 포함한다. DFT부(810)는 입력되는 데이터에 DFT를 수행하여 주파수 영역 심벌을 출력한다. 부반송파 맵퍼(820)는 주파수 영역 심벌들을 각 부반송파에 맵핑시키고, IFFT부(830)는 입력되는 심벌에 대해 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호를 출력한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 적용될 수 있는 수신기의 블록도를 나타낸다.

도 9에서 수신기 구조는 단말을 기준으로 설명되었지만, 당업자는 상향 및 하향 전송을 위해 도시된 구조를 사용할 수 있음을 알 것이다. 전송 신호가 다중 송신 안테나(610)에 도착하면 각 신호는 RF 모듈(902)에 의해 복조 및 증폭된다. 편의상 수신기에 있는 다중 수신 경로 중 한 경로만을 도시하였다. 아날로그 대 디지털(A/D) 변환 및 하향변환 모듈(DCC)(904)은 디지털 처리를 위해 아날로그 신호를 디지털화하고 하향변환한다. 디지털화된 신호는 수신 신호 수준에 기초하여 RF 모듈(902)에서 증폭기 이득을 제어하기 위해 자동 이득 제어 모듈(AGC)(906)에 사용될 수 있다.

또한, 디지털화된 신호는 동기화 모듈(908)에 공급된다. 동기화 모듈(908)은 대략적인 동기를 수행하는 "Coarse Sync." 모듈(910), 미세 동기를 수행하는 "Fine Sync." 모듈(912) 및 주파수 오프셋이나 도플로 효과를 추정하는 모듈(920)을 포함할 수 있다. 동기화 모듈(908)에서 출력된 결과는 프레임 정렬 모듈(914), 주파수 오프셋/도플러 보정 모듈(918)에 공급된다. 정렬된 프레임은 프리픽스 제거 모듈(916)에 의해 CP가 제거된다. 그 후, CP가 제거된 데이터는 FFT 모듈(922)에 의해 푸리에 변환된다. RS 추출 모듈(930)은 프레임 내에 분산되어 있는 RS 신호를 추출하여 채널 추정 모듈(928)로 공급한다. 그 후, 채널 재구성 모듈(926)은 채널 추정 결과를 이용하여 무선 채널을 재구성한다. 채널 추정은 기지국이 사용하는 STC 인코딩에 따라 STC 디코더(932)가 심볼을 디코딩하고 전송 비트에 해당하는 추정을 복구할 수 있는 충분한 채널 응답 정보를 제공한다. 수신한 신호에서 얻은 심볼 및 각 수신 경로에 대한 채널 추정 결과는 STC 디코더(932)에 제공되고, 전송된 심볼을 복구하기 위해 각 수신 경로에 STC 디코딩을 수행한다. STC 디코더(932)는 BLAST 기반 전송을 위한 최대 유사 디코딩(MLD)을 구현할 수 있다. STC 디코더(932)의 출력은 전송 비트 각각을 위한 로그 유사비(LLR)일 수 있다. STC 디코딩된 심볼은 심볼 디-인터리버 모듈(934)을 통해 원래 순서의 심볼로 정렬된다. 그 후, 디-매핑 모듈(936) 및 비트 디-인터리버 모듈(938)은 심볼을 비트 스트림을 매핑한 후에 디-인터리빙을 수행한다. 레이트 디-매칭 모듈(940)에 의해 처리된 비트 스트림은 스크램블된 데이터 및 CRC 체크섬을 복구하기 위해서 채널 디코더 모듈(942)로 제공된다. 채널 디코더 모듈(942)은 터보 디코딩을 사용할 수 있다. CRC 모듈(944)은 종래의 방식으로 CRC 체크섬을 제거하고 스크램블된 데이터를 체크한다. 그 후, CRC 체크된 데이터는 역스크램블링 모듈(946)에 의해 원래의 데이 터(948)로 복구된다.

레퍼런스 신호 (Reference Signal; RS)

무선 통신 시스템에서 패킷을 전송할 때, 전송되는 패킷은 무선 채널을 통해서 전송되기 때문에 전송과정에서 신호의 왜곡이 발생할 수 있다. 왜곡된 신호를 수신측에서 올바로 수신하기 위해서는 채널 정보를 이용하여 수신 신호에서 왜곡을 보정하여야 한다. 채널 정보를 알아내기 위해서, 송신측과 수신측에서 모두 알고 있는 신호를 전송하여, 상기 신호가 채널을 통해 수신될 때의 왜곡 정도를 가지고 채널 정보를 알아내는 방법을 주로 사용한다. 상기 신호를 파일럿 신호 (Pilot Signal) 또는 레퍼런스 신호 (Reference Signal)라고 한다. 다중안테나를 사용하여 데이터를 송수신하는 경우에는 각 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 채널 상황을 알아야 올바른 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 각 송신 안테나 별로 별도의 레퍼런스 신호가 존재하여야 한다.

코드 분할 다중화(Code division multiplexing; CDM) - 시간 도메인에서의 순환 지연(Cyclic delay in Time Domain)

서로 다른 안테나에 대한 RS를 동일한 자원 영역에 할당하는 것을 다중화라고 한다. 다중화 방식에는 시간 분할 다중화(Time division multiplexing), 주파수 분할 다중화(Frequency division multiplexing) 또는 코드 분할 다중화가 있다. 이 중에서, 코드 분할 다중화는 각 안테나 별로 서로 다르게 설정된 직교 코드(시퀀스)를 주파수 영역에서 RS에 곱하여 동일한 무선자원(주파수/시간)에 할당하는 것 을 의미한다. 상기 직교 코드는

와 같은 형태일 수 있다. 주파수 도메인에서 직교 코드를 곱함으로써, RS는 시간 도메인에서 순환 지연(Cyclic dealy)될 수 있다. 시퀀스

에 직교 코드를 곱한 경우에, 시간 도메인에서 순환 지연되는 것을 수학식 14에 나타내었다.

따라서, 주파수 도메인에서

를 곱하면 시간축 상에서 순환 지연된다.

상향 링크 RS의 구조

도 10에 3GPP LTE 상향 링크 RS의 구조를 나타내었다.

도 10을 참조하면, 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브 프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)라고 한다. 3GPP LTE에서, 서브프레임은 1ms이고 슬롯은 0.5ms이다. 그러 나, 무선 프레임의 구조 및 TTI는 통신 시스템에 따라 달라질 수 있다.

슬롯은 시간 영역에서 복수의 SC-FDMA 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 자원블록(resource block)을 포함한다. 하나의 자원블록에 대하여 가로 축은 시간 축, 세로 축은 주파수 축을 의미한다. 일반 CP(normal CP)인 경우, 각 슬롯은 7개의 심볼로 구성된다. 연장된 CP(extended CP)인 경우, 각 슬롯은 6개의 심볼로 구성된다. 연장된 CP의 경우는 딜레이(delay)가 긴 환경에서 일반적으로 사용된다. SC-FDMA (Single carrier-Frequency divison mutiple access) 시스템이기 때문에, 단일 반송파 특성을 만족시키기 위해 RS는 한 심볼의 자원을 모두 사용한다. 한편, 상향링크에서 RS는 데이터와는 다르게 프리코딩이 적용되지 않으며 DMRS (Demodulation RS)와 SRS (Sounding RS)로 구성되어 있다. 도 10에서, DMRS는 슬롯 1 및 2의

=4에 할당되어 있고 '1'로 도시하였다. SRS는 슬롯 2의

=6에 할당되어 있다. 데이터는 나머지 자원요소에 할당된다.

다중안테나를 이용한 DMRS의 상향 전송

후술하는 본 발명의 일 실시예는 LTE-A를 이용하여 예시하지만, 어떤 MIMO 시스템에도 동일한 원리로 적용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

3GPP LTE 시스템에서 단말은 안테나 한개만을 지원한다. 따라서, LTE 시스템에서 상향링크에 사용되는 안테나 개수는 한개이다. 하지만, LTE-A 시스템의 경우 상향링크에서도 MIMO를 지원할 것이다. 따라서, 상향링크에 사용되는 DMRS도 적당하게 확장되어야 한다. MIMO 환경에 맞춰 DMRS를 확장하기 위하여, 비-프리코딩(non-precoded) DMRS와 프리코딩(precoded) DMRS가 고려될 수 있다. 종래의 하향 링크와 마찬가지로, 비-프리코딩 DMRS는 안테나 개수 만큼의 DMRS 패턴이 필요하다. 즉, 비-프리코딩 DMRS의 경우, 시스템에서 지원 가능한 안테나 개수에 따라 DMRS 패턴이 정의되야 한다. 하지만, 프리코딩 DMRS의 경우는 안테나에서 측정된 채널 정보에 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 곱하여 가상 안테나 도메인(virtual antenna domain)에 해당하는 랭크 별로 DMRS 패턴을 적용하기 때문에 안테나 개수가 많아지더라도 DMRS의 오버헤드를 줄일 수 있는 장점이 있다. 즉, 프리코딩 DMRS의 경우는 시스템에서 지원 가능한 랭크 수에 따라 정의되어야 한다. 예를 들면, 시스템에서 지원 가능한 상향링크의 송신 안테나 개수를 1, 2, 4 개로 하면, 비-프리코딩 DMRS는 3 가지 패턴을 정의하여야 하고, 프리코딩 DMRS는 랭크 1, 2, 3, 4에 대해서 정의해야 한다. 이후, 상향링크를 위한 송신 안테나 수가 4개인 경우에 대해서 주로 설명한다. 그러나, 후술하는 본 발명의 실시예는 복수의 송신 안테나를 갖는 어떤 시스템에도 유사하게 적용될 수 있다. 프리코딩 DMRS와 비-프리코딩 DMRS의 장단점을 고려하여 LTE-A 시스템에 적용해야 하지만 프리코딩 DMRS는 모든 가능한 랭크를 커버하기 때문에 앞으로는 랭크에 따른 DMRS 패턴을 예를 들어 정의하겠지만 비-프리코딩 DMRS의 경우는 랭크 3을 제외한 나머지는 프리코딩 DMRS와 같은 패턴을 가진다고 해도 무방할 것이다.

랭크에 따른 레퍼런스 신호의 할당 패턴 예

도 11은 프리코딩된 DMRS를 슬롯 당 하나의 OFDM 심볼에 주파수 분할 다중화 기법으로 할당한 예를 나타낸다.

도 11a 내지 11d는 각각 단말의 랭크가 1 내지 4일 때 DMRS의 구조를 나타낸 다. 상술한 바와 같이, 비-프리코딩된 DMRS가 적용되면 랭크 1, 랭크 2, 랭크 4의 DMRS 패턴은 각각 안테나 1개, 안테나 2개, 안테나 4개의 패턴으로 사용될 수 있다. 상기 도면에서 '1', '2', '3' 및 '4'는 각각 랭크 1, 랭크 2, 랭크 3, 랭크 4에 대한 DMRS를 의미한다.

로 표시된 부분은 각 랭크의 DMRS 사이에 직교성을 주기 위해 다른 랭크와 겹치는 DMRS의 위치를 펑처링(puncturing)한 것을 의미한다. 즉,

로 표시된 부분에는 다른 데이터나 다른 랭크를 위한 DMRS가 전송될 수 없다. 도 11에서는 슬롯 마다 하나의 심볼에만 DMRS을 전송하는 예를 나타냈다. 그러나, MIMO-OFDM 시스템에서는 DMRS를 여러 개의 심볼에 나눠서 전송할 수 있다.

도 12에 프리코딩된 DMRS를 슬롯 당 두개의 OFDM 심볼에 주파수 분할 다중화 기법으로 할당한 예를 나타냈다. 도 12에 예시된 내용은 슬롯 당 두개의 OFDM 심볼을 사용하여 레퍼런스 신호를 할당했다는 점을 제외하고는 도 11과 기본적으로 동일하다. 따라서, 도 12에 관한 설명은 도 11에 관한 설명을 참조한다.

실시예: 레퍼런스 신호의 패턴의 동적 조절

종래에는 도 11 및 12에서 예시한 바와 같이 랭크의 크기가 변하더라도, 각 랭크에 대한 레퍼런스 신호를 할당하기 위한 기본적인 패턴은 변경되지 않았다. 그러나, 통신 환경에 따라 레퍼런스 신호의 패턴을 유연하게 조절하는 것이 필요할 수 있다. 예를 들어, 요구되는 서비스 품질 (Quality of Service; QoS), 채널 딜레이, MIMO 모드 (SU-MIMO, MU-MIMO) 등에 따라 필요한 레퍼런스 신호의 패턴이 다를 수 있다. 따라서, 통신 환경에 따라 레퍼런스 신호의 패턴을 유연하게 조절할 수 있는 방법이 필요하다. 따라서, 본 발명은 상향 전송되는 레퍼런스 신호의 패턴을 유연하게 조절하기 위해 시그널링을 수행할 것을 제안한다. 이하의 설명에서, 부가적인 설명이 없는 한, 기본적으로 OFDM를 기반으로 한 MIMO 환경을 가정하도록 한다. 또한, 도 10에서 볼 수 있듯이, 3GPP LTE 시스템에서 상향 전송을 윈한 DMRS의 오버헤드는 14.3%이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 단일안테나 시스템에서 다중안테나 시스템으로 확장하더라도 오버헤드가 14.3%를 넘지 않는 DMRS 상향 전송 방법을 제안할 것이다.

13a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제어 정보를 수신한 경우에 레퍼런스 신호를 상향 전송하는 방법을 예시하는 흐름도이다.

도 13a를 참조하면, 단말은 기지국으로부터 레퍼런스 신호와 관련된 제어 정보(Control Information related to Reference Signal; CINR)를 수신한다 (S1310). 상기 제어 정보는 레퍼런스 신호의 할당과 관련된 어떤 정보도 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 정보는 레퍼런스 신호의 패턴을 조절하기 위한 정보, 다중화 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 그 후, 단말은 상향 전송을 위한 랭크의 크기를 고려하여 프리코딩된 레퍼런스 신호를 생성한다. 상기 레퍼런스 신호는 DMRS일 수 있다. 단말은 프리코딩된 레퍼런스 신호를 상기 제어 정보에 따라 특정한 패턴을 갖도록 서브프레임에 할당한다 (S1330). 그 후, 단말은 단말은 레퍼런스 신호가 특정 패턴으로 할당된 서브프레임을 기지국으로 전송한다 (S1340). 여기에서, '특정한 패턴'이란 다르게 언급하지 않는 한, 자원블록 또는 서브프레임 내에서 레퍼런스 신호가 배치되는 특정 위치의 조합 뿐만 아니라 레퍼런스 신호를 할당하는데 사용되는 방법(예, 다중화 방법) 등을 포함하는 넓은 개념으로 사용된다.

다음으로, 상기 레퍼런스 신호와 관련된 제어 정보를 단말에게 시그널링 하는 방법에 대해 설명한다. 상기 제어 정보의 구체적인 내용 및 레퍼런스 신호를 상기 제어 정보에 따라 갖도록 할당하는 것에 대해서는 도면을 참조하여 후술한다.

상기 제어 정보는 시스템 정보(SI), RRC 메시지, L1/L2 제어 시그널링(예, PDCCH) 또는 MAC/RLC/PDCP PDU 등을 통하여 단말에게 전해질 수 있다. RRC 신호는 RRC 연결 해제, RRC 연결 요청, RRC 연결 설정, 무선 베어러 설정, 무선 베어러 재설정, RRC 연결 재설정, RRC 연결 재설립과 관련된 신호일 수 있다.

상기 제어 정보는 단말-공통(UE-common) 또는 단말-전용(UE-specific)일 수 있다. 상기 제어 정보가 단말-공통인 경우에, 상기 제어 정보는 PLMN 단위, 등록 영역(registered area) 단위, 트랙킹 영역(Tracking Area; TA) 단위, 셀 단위, 그룹 단위 또는 RAT 단위로 공통될 수 있다. 일 예로, 상기 제어 정보는 시스템 정보를 통하여 셀 내의 모든 단말에게 전달될 수 있다. 또한, RRC 연결해제를 통하여 제어 정보를 전달함으로써 특정 단말만이 본 발명의 실시예에 따른 동작을 수행하도록 할 수 있다. 즉, 상기 제어 정보가 단말-공통 또는 단말-전용인지에 따라, 상기 제어 정보를 단말에게 전송하는 방법 및 적용되는 단말 범위가 달라질 수 있다.

상기 제어 정보는 주기/비주기적으로 기지국에 의해 지시될 수 있다. 또한, 상기 제어 정보는 소정의 경우에 무효화될 수 있다. 일 예로, 상기 제어 정보가 단말-공통인 경우에, PLMN, 등록 영역, 트랙킹 영역, 셀, 그룹 또는 RAT가 변경되면 상기 제어 정보는 무효화될 수 있다. 다른 일 예로, 상기 제어 정보가 단말-전용인 경우에, 단말 상태가 휴지모드에서 연결모드로 천이하면서 상기 제어 정보가 무효 화될 수 있다. 즉, 단말이 휴지모드에서 연결모드로 가기 위한 특정 RRC 신호에 의하여 상기 제어 정보가 무효화될 수 있다. 예를 들어, 단말이 RRC 연결요청(RRC connection request)을 보내는 시점, 기지국으로부터 RRC 연결설정(RRC connection setup)을 받는 시점 또는 RRC 연결완료(RRC connection complete)를 기지국으로 보내는 시점 등에 상기 제어 정보가 무효화될 수 있다. 예를 들어, RRC 연결(RRC connection)에 의해 상기 제어 정보가 무효화될 수 있다. 또한, 단말은 상기 제어 정보를 수신한 이후로 소정의 시간이 경과한 경우에 상기 제어 정보를 무효화할 수 있다. 반대로, 단말 상태가 연결모드에서 휴지모드로 천이하면서 상기 제어 정보가 무효화 될 수 있다. 즉, 단말이 연결모드에서 휴지모드로 가기 위한 특정 RRC 신호에 의하여 상기 제어 정보가 무효화될 수 있다.

도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 제어 정보를 중복하여 수신한 경우에 레퍼런스 신호를 상향 전송하는 방법을 예시하는 흐름도이다.

단말은 제어 정보를 기지국으로부터 중복하여 받을 수 있다. 상기 제어 정보들은 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 단말이 제어 정보를 중복하여 받은 경우, 단말은 단말-전용 제어 정보를 단말-공통 제어 정보에 우선하여 적용할 수 있다. 또한, 단말은 특정 방법으로 받은 제어 정보를 다른 방법으로 받은 제어 정보에 우선하여 적용할 수 있다. 예를 들어, 단말은 시스템 정보를 통하여 제어 정보를 받고 나서(S1310), RRC 메시지(예, RRC connection)를 통하여 제어 정보를 한번 더 받을 수 있다(S1312). 이 경우, 단말은 시스템 정보로부터 받은 제어 정보(CIRS_1)를 무시하고 RRC 메시지를 통해서 받은 제어 정보(CIRS_2)에 따라 신호를 상향 전송할 수 있다(S1330, S1340).

이하, 상기 레퍼런스 신호와 관련된 제어 정보에 대해 자세히 설명한다.

3GPP LTE 시스템에서 상향링크 DMRS 구조는 도 10과 같이 DMRS가 한 심볼로 전송된다. 그러나, LTE-A 시스템이 상향링크에서 OFDMA (orthogonal frequency division multiple access) 시스템을 채택하면, 한 심볼에서 12개의 모든 자원에 DMRS를 전송할 필요가 없어진다. 이는 오버헤드를 줄이는 관점에서도 바람직하다.

따라서, 상기 제어 정보는 상기 레퍼런스 신호의 오버헤드 또는 밀도와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 레퍼런스 신호의 오버헤드는 자원블록에 포함된 총 자원요소 중에서 레퍼런스 신호가 할당된 자원요소가 차지하는 비율을 의미한다. 레퍼런스 신호의 밀도는 자원블록에 포함된 총 자원요소 중에서 레퍼런스 신호가 할당된 자원요소가 차지하는 비율을 의미할 수 있다. 상기 밀도는 레퍼런스 신호 대 데이터의 비율로 표현될 수 있다. 상기 밀도는 레퍼런스 신호의 특정 영역 내에서 조밀도를 나타낼 수 있다. 상기 특정 영역은 서브프레임, 슬롯, OFDM 심볼 단위일 수 있다. 따라서, 오버헤드가 동일하더라도 레퍼런스 신호의 밀도는 다를 수 있다. 상기 오버헤드 및 밀도는 모든 레퍼런스 신호를 함께 고려하여 결정될 수 있다. 바람직하게, 상기 밀도 또는 오버헤드는 각 랭크에 대한 레퍼런스 신호를 기준으로 정의될 수 있다.

또한, 상기 제어 정보는 각 랭크에 대한 레퍼런스 신호의 주파수 간격과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 여기에서, 주파수 간격은 주파수 축에서 인접한 레퍼런스 신호 사이의 부반송파 간격을 의미한다. 이 때, 인접한 레퍼런스 신호는 동일 OFDM 심볼 내에 있을 필요는 없고, 시간 축상에서 여러 OFDM 심볼, 슬롯, 서브프레임에 분산될 수 있다. 상기 부반송파간의 주파수 차는 OFDM 시스템의 프로파일에 따라 다양할 수 있다. 일 예로서, 상기 부반송파간의 주파수 차는 15 kHz일 수 있다. 편의상, 상기 주파수 간격과 관련된 정보를 'M 인자 (M factor)'로 지칭한다. 상기 'M 인자'는 동일 랭크의 DMRS 사이의 간격을 의미한다고도 할 수 있다. M 인자는 단말의 랭크 크기를 고려하여 기지국이 정해줄 수 있다. 기지국이 단말에게 M 인자를 지시하면, 단말에서의 레퍼런스 신호의 할당 패턴이 결정될 수 있다. 만약, M 인자에 의해 DMRS 사이에 빈 공간(자원요소)이 생기면, 단말은 상기 공간을 이용하여 데이터를 전송하거나 다른 랭크의 DMRS를 위해 비워둘 수 있다. 상기 공간을 어떻게 활용할지 여부는 상기 제어 정보에 포함되거나 별도로 시그널링될 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 M 인자를 고려하여 레퍼런스 신호를 슬롯 당 하나의 OFDM 심볼에 주파수 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다.

도 14를 참조하면, 랭크의 크기가 1인 경우에, M은 1, 2, 3 또는 4일 수 있다. 또한, 랭크의 크기가 2인 경우에, M은 2, 3 또는 4일 수 있다. 또한, 랭크의 크기가 3인 경우에, M은 3 또는 4일 수 있다. 랭크의 크기가 4인 경우는 데이터를 위한 자원을 비워둘 경우 DMRS의 숫자가 부족해지게 된다. 따라서, 랭크의 크기가 4인 경우에는 DMRS로만 하나의 심볼을 모두 사용하도록 한다. 도 14에 예시된 심볼 위치는 일 예이므로, 다른 심볼에도 레퍼런스 심볼을 할당할 수 있다. 또한, 도 14에서는 슬롯 당 하나의 OFDM 심볼에 레퍼런스 신호를 할당하는 것으로 예시했지만, 둘 이상의 OFDM 심볼에도 할당될 수 있다. 또한, M 인자에 따라 배치된 DMRS의 위 치는 예시적인 것으로서, DMRS의 주파수 간격만 보장된다면 다른 방식으로 배치될 수 있다. 별도의 예로서, 도 14에서 예시한 바와 달리, M 인자에 따른 주파수 간격은 서브프레임 또는 슬롯을 기준으로 정의될 수 있다. 이 경우, DMRS는 서브프레임 또는 슬롯 내에서 스태거링(staggering)될 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 M 인자를 고려하여 각 랭크별로 레퍼런스 신호를 할당하는 예를 나타낸다. 도 15에서는 슬롯 마다 하나의 OFDM 심볼에 레퍼런스 신호를 할당하였다. 도 15(a) 내지 15(d)는 각각 랭크의 크기가 1 내지 4인 경우에 레퍼런스 신호를 할당하는 예를 나타낸다. 상기 도면에서는 레퍼런스 신호의 주파수 간격은 OFDM 심볼을 기준으로 하였다.

도 15a를 참조하면, 랭크의 크기가 1이므로 M 인자는 1, 2, 3 또는 4일 수 있다. M 인자의 값에 따라 레퍼런스 신호의 밀도, 오버헤드, 주파수 간격 등이 변화되는 것을 알 수 있다. M 인자가 2, 3 또는 4인 경우, 레퍼런스 신호 사이에 빈 자원요소가 생기게 된다. 상술한 바와 같이, 상기 빈 자원요소는 데이터 전송에 사용되거나 펑처링될 수 있다. M 인자가 2, 3 또는 4인 경우, 레퍼런스 신호는 서브프레임의 슬롯 1과 슬롯 2에서 다른 부반송파에 위치하며 주파수 다이버시티를 얻도록 주파수 영역에서 순환 천이(cyclic shift)되었다. 즉, 레퍼런스 신호는 서브프레임 내에서 주파수 방향으로 스태거링될 수 있다. 또한, 레퍼런스 신호는 시간 영역에서 순환 천이될 수 있다. 주파주 또는 시간 영역에서 레퍼런스 신호를 순환 천이시키기 위해 필요한 정보가 상기 레퍼런스 신호에 관한 제어 정보에 포함되거나 별도로 시그널링될 수 있다. 레퍼런스 신호를 순환 천이시키는데 필요한 정보는 주파수 오프셋 또는 시간 오프셋일 수 있다. M이 4인 경우에, 부반송파 0 (SC=0)을 기준으로 하면, 슬롯 1 및 2의 레퍼런스 신호는 주파수 오프셋이 각각 0 및 2이다.

도 15b-d는 랭크의 크기가 달라졌다는 점을 제외하고는 도 15a와 기본적으로 유사하다. 따라서, 도 15b-d에 대한 설명은 도 15a에 대한 설명을 참조한다.

도 16a 및 도 16b는 본 발명의 일 실시예에 따라 M 인자를 고려하여 각 랭크의 레퍼런스 신호를 코드 분할 다중화 방법으로 할당하는 다른 예를 나타낸다.

도 16a를 참조하면, 랭크의 크기가 2인 경우와 4인 경우가 예시되어 있다. 랭크의 크기가 2인 경우, 랭크 1 및 2에 대한 레퍼런스 신호가 전송되어야 한다. 마찬가지로, 랭크의 크기가 4인 경우, 랭크 1 내지 4에 대한 레퍼런스 신호가 전송되어야 한다. 각각의 경우에서, 각 랭크에 해당하는 가상 안테나가 페어링되어 코드 분할 다중화 방법으로 다중화되어 있다. 상기 코드는

일 수 있고, 상기 코드가 곱해진 레퍼런스 신호는 시간 영역에서 지연된다.

도 16b에는 랭크의 크기가 4인 경우에 레퍼런스 신호를 코드 분할 다중화 방법으로 할당하는 다른 예를 나타냈다. 랭크의 크기가 4이고 M 인자가 1이므로, 각 랭크에 대한 레퍼런스 신호는 한 심볼의 자원을 모두 사용한다. 이 경우는 레퍼런스 신호 사이에 가용한 자원이 없으므로 주파수 분할 다중화 방법으로는 구분될 수 없다. 따라서, 각 랭크에 대한 레퍼런스 신호는 코드로만 구분될 수 있다. 이 경우, 레퍼런스 신호는 SC-FDMA를 사용하여 상향 전송될 수 있다.

또한, 상기 제어 정보는 상향 전송을 위한 랭크의 크기를 지시하는 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단말의 물리 안테나가 4개인 경우, 랭크의 크기는 1, 2, 3 또는 4일 수 있다. 이 경우, 기지국은 특정 목적을 위해 단말이 상향 전송을 위해 사용하는 랭크의 크기를 제한할 필요가 있다. 예를 들어, 다중사용자 MIMO (MU-MIMO)를 지원하는 경우, 같은 그룹으로 묶인 단말들이 동일한 무선자원을 충돌없이 사용하도록 하기 위해 각 단말에 적용되는 랭크의 크기를 제한할 수 있다.

이와 관련하여, 현재 3GPP LTE의 상향링크는 안테나 한 개로 구성된 SC-FDMA 기반 시스템이므로, MIMO을 기반으로 하는 LTE-A 시스템은 역지원성을 고려한 전송을 필요로 할 수 있다. 일반적으로, MIMO는 OFDMA 시스템에서 적합하다고 알려져 있다. 따라서, 기지국에서 단말의 상향 전송을 위한 랭크의 크기를 제한하는 경우, 상기 제한된 랭크의 크기에 따라 SC-FDMA 또는 OFDMA를 사용할 수 있다. 즉, SC-FDMA 및 OFDMA를 모두 지원하는 단말의 경우, 제한된 랭크의 크기가 소정 값 이하면 SC-FDMA를 사용하고 소정 값 보다 크면 OFDMA를 사용할 수 있다. 예를 들어, 호환성을 위해 랭크>1일 때는 OFDMA 시스템을 지원한다고 할지라도 기본적으로 랭크=1인 경우에 SC-FDMA를 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 랭크=1일 때 SC-FDMA를 Rank>1일 때 OFDMA를 지원하는 시스템을 고려할 수 있다. 또한, 랭크=1 또는 2일 때 SC-FDMA를 사용하고 랭크>2일 때 OFDMA를 지원하는 경우를 고려할 수 있다.

또한, 상기 제어 정보는 상기 서브프레임을 위한 무선자원이 단일사용자 또는 다중사용자에게 할당되었는지 여부를 지시하는 정보를 포함할 수 있다. 또는, 상기 제어 정보는 단말에게 적용되는 MIMO 모드가 SU-MIMO (single-user MIMO) 또는 MU-MIMO (multi-user MIMO)인지를 지시하는 정보를 포함할 수 있다. 만일, 상기 제어 정보가 상기 서브프레임이 단일 사용자에게 할당되었다고 지시하는 경우, 각 랭크에 대한 레퍼런스 신호만을 할당하고, 나머지 자원을 모두 데이터를 전송하는데 사용할 수 있다. 즉, 다른 사용자의 레퍼런스 신호에 대해 직교성을 보장하기 위해, 특정 자원의 사용의 제한하거나 펑처링할 필요가 없다. 반면, 상기 제어 정보는 상기 서브프레임을 위한 무선자원이 다중사용자에게 할당되었다고 지시할 수 있다. 이 경우, 상기 각 랭크에 대한 레퍼런스 신호는 동일한 무선자원이 할당된 다른 단말의 레퍼런스 신호를 고려하여 상기 서브프레임 내에 다중화될 수 있다. 상기 각 랭크에 대한 레퍼런스 신호를 다중화하는 것은 주파수 분할 다중화 방법, 코드 분할 다중화 방법 또는 이들의 조합을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 각 랭크에 대한 레퍼런스 신호를 동일 그룹으로 그룹핑된 다른 단말의 레퍼런스 신호와 다중화하기 위하여, 상기 제어 정보는 각 랭크에 대한 레퍼런스 신호를 상기 다른 단말의 레퍼런스 신호와 다중화하기 위해 필요한 정보를 더 포함할 수 있다. 다른 말로, 상기 제어 정보는 단말간에 레퍼런스 신호의 전송 위치가 중복되지 않도록 하기 위한 정보를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 단말은 MU-MIMO에 참여하는 단말의 랭크 크기에 관한 정보, M 인자, 다중화 방법, 주파수 오프셋 및 코드/시퀀스 중에서 적어도 하나의 정보를 더 필요로 할 수 있다. 보다 구체적으로, 주파수 분할 다중화 방법을 사용하는 경우, 각 단말은 랭크 크기에 관한 정보, M 인자 및 주파수 오프셋을 필요로 할 수 있다. 코드 분할 다중화 방법을 사용하는 경우, 각 단말은 M 인자 및 코드/시퀀스를 필요로 할 수 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라 다중사용자 MIMO를 구현하기 위해 레퍼 런스 신호를 주파수 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다. 상기 도면에서, U1은 제1 단말의 랭크 1 레퍼런스 신호를 나타내고, U2는 제1 단말의 랭크 2 레퍼런스 신호를 나타낸다. U1^*은 제2 단말의 랭크 1 레퍼런스 신호를 나타내고, U2^*는 제2 단말의 랭크 2 레퍼런스 신호를 나타낸다. 도 17에서는 주파수 분할 다중화 방법을 예시하였지만, 도 16에 예시한 것과 같이 코드 분할 다중화 방법으로도 MU-MIMO르 지원하기 위한 레퍼런스 신호 패턴/방식을 정의할 수 있다.

도 17(a)를 참조하면, 제1 및 제2 단말은 랭크의 크기는 모두 1이다. 제1 및 제2 단말에 대한 레퍼런스 신호는 모두 주파수 간격이 4이다. 따라서, 제1 및 제2 단말에 대한 M 인자는 공통적으로 4이다. 다만, 제1 및 제2 단말에 대한 레퍼런스 신호는 주파수 오프셋이 상이하다. 슬롯 1에서 부반송파 0 (SC=0)을 기준으로 할 때, 제1 및 제2 단말에 대한 레퍼런스 신호는 각각 주파수 오프셋이 0 및 3이다 (랭크 1의 레퍼런스 신호 기준). 따라서, 레퍼런스 할당과 관련된 제어 정보에 랭크의 크기, M 인자, 주파수 오프셋 등과 관련된 정보가 포함되면, 다중사용자 MIMO를 효과적으로 운영할 수 있다.

도 17(b)를 참조하면, 제1 및 제2 단말은 랭크의 크기는 각각 1 및 2이다. 제1 및 제2 단말에 대한 레퍼런스 신호는 모두 주파수 간격이 4이다. 따라서, 제1 및 제2 단말에 대한 M 인자는 공통적으로 4이다. 다만, 제1 및 제2 단말에 대한 레퍼런스 신호는 주파수 오프셋이 상이하다. 슬롯 1에서 부반송파 0 (SC=0)을 기준으로 할 때, 제1 및 제2 단말에 대한 레퍼런스 신호는 각각 주파수 오프셋이 0 및 1 이다 (랭크 1의 레퍼런스 신호 기준).

도 17(c)를 참조하면, 제1 및 제2 단말은 랭크의 크기는 모두 2이다. 제1 및 제2 단말에 대한 레퍼런스 신호는 모두 주파수 간격이 4이다. 따라서, 제1 및 제2 단말에 대한 M 인자는 공통적으로 4이다. 다만, 제1 및 제2 단말에 대한 레퍼런스 신호는 주파수 오프셋이 상이하다. 슬롯 1에서 부반송파 0 (SC=0)을 기준으로 할 때, 제1 및 제2 단말에 대한 레퍼런스 신호는 각각 주파수 오프셋이 0 및 1이다 (랭크 1의 레퍼런스 신호 기준).

도 18a-d는 본 발명의 다른 실시예에 따라 M 인자를 고려하여 각 랭크별로 레퍼런스 신호를 주파수 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다.

상기 도면은 레퍼런스 신호가 슬롯 당 두개의 OFDM 심볼에 할당됐다는 점을 제외하고는 기본적으로 도 15a-d에서 설명한 것과 동일하다. 따라서, 도 18a-d에 대한 설명은 도 15a-d를 참조한다. 다만, 도 18a에서 M=4일 때를 참조하면, M 인자가 2인 경우, 레퍼런스 신호는 슬롯 1의

=1 및

=4에서 다른 부반송파에 위치하며 주파수 다이버시티를 얻도록 주파수 영역에서 순환 천이된 점에 유의하라. 또한, 상기 레퍼런스 신호는 슬롯 1 및 슬롯 2에서 다른 부반송파에 위치하며 주파수 다이버시티를 얻도록 주파수 영역에서 순환 천이된 점에 유의하라. 즉, 레퍼런스 신호는 슬롯 또는 서브프레임 내에서 주파수 방향으로 스태거링될 수 있다. 슬롯 또는 서브프레임 내에서 주파수 방향으로 스태거링된 것은 도 18b-d에서도 확인할 수 있다.

서브프레임 내에서 스태거링되는 경우, 심볼 4개를 통해 전송되는 레퍼런스 신호는 주파수축에서 겹치지 않게 전송된다. 도 18a에서 슬롯 1과 슬롯 2 사이에서 레퍼런스 신호를 주파수 방향으로 순환 천이시켜 주파수 다이버시티를 얻는 방법에 관해 도시한 것은 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐이다. 따라서, 서브프레임이나 슬롯 내에서 레퍼런스 신호가 전송되는 심볼의 위치는 고려되는 통신 환경에 따라 달라질 수 있다. 또한 슬롯 1이나 슬롯 2의 두 심볼

=1,4에서 전송되는 레퍼런스 신호의 개수가 다를 수 있다. 도 18a를 참조하면,

=1에서 2개의 레퍼런스 신호가 전송되고,

=4에서는 1개의 레퍼런스 신호가 전송된다. 반대로,

=1에서 1개의 레퍼런스 신호가 전송된다면,

=4에서는 2개의 레퍼런스 신호가 전송될 수 있다. 이는 가정한 오버헤드가 15%를 넘지 않게 하기 위해서이다.

도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따라 M 인자를 고려하여 각 랭크별로 레퍼런스 신호를 코드 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다.

상기 도면은 레퍼런스 신호가 슬롯 당 두개의 OFDM 심볼에 할당되었다는 점을 제외하고는 기본적으로 도 16에서 설명한 것과 동일하다. 따라서, 도 19에 대한 설명은 도 16을 참조한다. 다만, 도 19를 참조하면, 랭크의 크기가 2인 경우, 레퍼런스 신호는 슬롯 1의

=1 및

=4에서 다른 부반송파에 위치하며 주파수 다이버시티를 얻도록 주파수 영역에서 순환 천이된 점에 유의하라. 또한, 상기 레퍼런스 신호는 슬롯 1 및 슬롯 2에서 다른 부반송파에 위치하며 주파수 다이버시티를 얻도록 주파수 영역에서 순환 천이된 점에 유의하라. 즉, 레퍼런스 신호는 슬롯 또는 서브프레임 내에서 주파수 방향으로 스태거링될 수 있다.

도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따라 다중사용자 MIMO를 구현하기 위해 레 퍼런스 신호를 주파수 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다.

상기 도면은 레퍼런스 신호가 슬롯 당 두개의 OFDM 심볼에 할당되었다는 점을 제외하고는 기본적으로 도 17에서 설명한 것과 동일하다. 따라서, 도 20에 대한 설명은 도 17을 참조한다. 다만, 도 20를 참조하면, 레퍼런스 신호는 슬롯 1의

=1 및

한편, 주파수 분할 다중화 방법을 사용하여 레퍼런스 신호를 전송하는 경우에는 슬롯 1의 레퍼런스 신호를 주파수 방향으로 순환 천이시켜서 슬롯 2의 레퍼런스 신호를 전송함으로써 두 슬롯 사이의 레퍼런스 신호에 주파수 오프셋을 주는 방법을 예시하였었다. 본 발명에서는 주파수 분할 다중화 방법과 코드 분할 다중화 방법을 함께 사용하는 하이브리드 방법을 제안한다. 상기 하이브리드 방법에서는 코드 영역이 추가되기 때문에 주파수축으로의 순환 천이를 이용한 주파수 오프셋 이외에 코드 인덱스를 이용한 코드 오프셋을 추가적으로 제안한다. 즉, 주파수축으로의 순환 천이와 코드 인덱스의 조합을 이용하여, 슬롯 1과 슬롯 2에 할당되는 레퍼런스 신호에 추가적으로 오프셋을 부여할 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적 인 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 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.

본 발명은 무선 통신 시스템에서의 통신 수행 방법에 적용될 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명은 무선 통신 시스템에서 레퍼런스 신호를 다중안테나를 통해 상향 전송하는 방법에 적용될 수 있다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.

도 1은 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)의 개략적인 구성도이다.

도 2a-b는 각각 단말(UE)과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면과 사용자평면 구조를 나타낸다.

도 3은 다중안테나 시스템의 안테나 구성도를 나타낸다.

도 4는 N_T 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 나타낸다.

도 10은 3GPP LTE에서 상향링크의 DMRS (demodulation reference signal) 구조를 나타낸다.

도 11a-d는 프리코딩된 DMRS를 슬롯 당 하나의 OFDM 심볼에 주파수 분할 다 중화 기법으로 할당한 예를 나타낸다.

도 12a-d는 프리코딩된 DMRS를 슬롯 당 두개의 OFDM 심볼에 주파수 분할 다중화 기법으로 할당한 예를 나타낸다.

도 13a-b는 본 발명의 일 실시예에 따라 레퍼런스 신호와 관련된 제어 정보를 수신한 경우에 레퍼런스 신호를 상향 전송하는 방법을 예시하는 흐름도이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 M 인자를 고려하여 레퍼런스 신호를 주파수 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다.

도 15a-d는 본 발명의 일 실시예에 따라 M 인자를 고려하여 랭크별로 레퍼런스 신호를 주파수 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다.

도 16a-b는 본 발명의 일 실시예에 따라 M 인자를 고려하여 랭크별로 레퍼런스 신호를 코드 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라 다중사용자 MIMO를 구현하기 위해 레퍼런스 신호를 주파수 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다.

도 18a-d는 본 발명의 다른 실시예에 따라 M 인자를 고려하여 랭크별로 레퍼런스 신호를 주파수 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다.

도 19a-b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 M 인자를 고려하여 랭크별로 레퍼런스 신호를 코드 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다.

도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따라 다중사용자 MIMO를 구현하기 위해 레퍼런스 신호를 주파수 분할 다중화 방법으로 할당하는 예를 나타낸다.

Claims

무선 통신 시스템에서 신호의 상향 전송 방법에 있어서,

레퍼런스 신호와 관련된 제어 정보를 수신하는 단계;

랭크의 크기를 고려하여 프리코딩된 레퍼런스 신호를 생성하는 단계;

상기 프리코딩된 레퍼런스 신호를 상기 제어 정보에 따라 특정한 패턴을 갖도록 서브프레임에 할당하는 단계; 및

상기 서브프레임을 다중안테나를 통해 전송하는 단계를 포함하는 신호의 상향 전송 방법.
제1항에 있어서,

상기 제어 정보는 레퍼런스 신호의 밀도 또는 오버헤드와 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제1항에 있어서,

상기 제어 정보는 레퍼런스 신호의 주파수 간격과 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제3항에 있어서,

상기 주파수 간격은 서브프레임 또는 슬롯을 기준으로 하고, 상기 레퍼런스 신호는 서브프레임 또는 슬롯 내에서 스태거링(staggering)된 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제4항에 있어서,

상기 주파수 간격은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심볼을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제3항에 있어서,

랭크의 크기가 1인 경우, 상기 주파수 간격은 1, 2, 3 또는 4인 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제3항에 있어서,

랭크의 크기가 2인 경우, 상기 주파수 간격은 2, 3 또는 4인 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제1항에 있어서,

상기 제어 정보는 랭크의 크기를 지시하는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제8항에 있어서,

상기 랭크의 크기에 따라 SC-FDMA (single carrier - frequency division multiple access) 또는 OFDMA (orthogonal frequency division multiple access)를 사용하는 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제8항에 있어서,

상기 제어 정보는 상기 서브프레임을 위한 무선자원이 단일사용자 또는 다중사용자에게 할당되었는지 여부를 지시하는 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제10항에 있어서,

상기 제어 정보가 상기 서브프레임을 위한 무선자원이 다중사용자에게 할당되었다고 지시하는 경우, 상기 레퍼런스 신호는 동일한 무선자원이 할당된 다른 단말의 레퍼런스 신호를 고려하여 상기 서브프레임 내에 다중화되는 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제11항에 있어서,

상기 제어 정보는 상기 레퍼런스 신호를 상기 다른 단말의 레퍼런스 신호와 다중화하기 위해 필요한 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제1항에 있어서,

상기 레퍼런스 신호는 주파수 분할 다중화 기법, 코드 분할 다중화 기법 또는 이들의 조합을 이용하여 다중화되는 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제1항에 있어서,

상기 레퍼런스 신호는 주파수 도메인 또는 시간 도메인에서 순환 천이(cyclic shift)되는 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제1항에 있어서,

상기 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성되고, 각 슬롯에 할당된 레퍼런스 신호에는 슬롯 별로 서로 다른 주파수 간격 오프셋, 코드 또는 이들의 조합이 적용되는 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.
제1항에 있어서,

상기 레퍼런스 신호는 복조용 레퍼런스 신호(Demodulation Reference Signal; DMRS)인 것을 특징으로 하는 신호의 상향 전송 방법.