KR20100050633A

KR20100050633A - Apparatus and method for hybrid automatic repeat request in multi user-multiple input multiple output system

Info

Publication number: KR20100050633A
Application number: KR1020080109621A
Authority: KR
Inventors: 박성우; 윤순영; 황근철; 황인석; 강승원
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2010-05-14

Abstract

PURPOSE: A hybrid automatic retransmission request apparatus and method of the multiuser multiple input multi-output system increase the system capacity by deciding rank and association of users. CONSTITUTION: A CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio) calculator(112) unite CINR of the signal received in CINR and previous frame about the signal received in the current frame the HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request). The CINR calculator calculates the CINR(HARQ-combined CINR) combined HARQ. Denotation and modulator feed back the information related to CINR combined the calculated HARQ as described above with the NACK(Negative ACK) signal to the base station.

Description

Apparatus and method for hybrid automatic retransmission of multi-user multi-input multiple output system {APPARATUS AND METHOD FOR HYBRID AUTOMATIC REPEAT REQUEST IN MULTI USER-MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT SYSTEM}

본 발명은 다중 사용자 다중 입력 다중 출력(Multi User-Multiple Input Multiple Output : MU-MIMO) 시스템의 하이브리드 자동 재전송 요청(Hybrid Automatic Repeat reQuest : HARQ) 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, HARQ 기법을 사용하는 MU-MIMO 시스템의 단말에서 현재 프레임에서 수신한 신호의 CINR과 이전 프레임에서 수신한 신호의 CINR을 결합하여 HARQ-combined CINR을 생성하고, 이를 ACK/NACK 신호와 함께 기지국으로 피드백 전송하며, 기지국에서 단말로부터 피드백 수신된 ACK/NACK 신호와 HARQ-combined CINR을 이용하여 랭크 및 사용자들을 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid automatic repeat request (HARQ) apparatus and method of a multi-user multiple input multiple output (MU-MIMO) system, and more particularly, to use a HARQ technique. The UE of the MU-MIMO system generates a HARQ-combined CINR by combining the CINR of the signal received in the current frame and the CINR of the signal received in the previous frame, and transmits the feedback to the base station along with the ACK / NACK signal. An apparatus and method for determining rank and users using an ACK / NACK signal and HARQ-combined CINR received feedback from a terminal.

하이브리드 자동 재전송 요청(Hybrid Automatic Repeat reQuest : 이하 'HARQ'라 칭함) 기법은 자동 재전송 요청(Automatic Repeat reQuest : 이하 'ARQ' 라 칭함) 기법과 순방향 에러정정부호(Forward Error Correction coding : 이하 'FEC'라 칭함) 기법을 결합한 방식이다. 여기서, 상기 ARQ 기법은, 무선 채널 상황에서 수신된 프레임에 대해 순환 리던던시 체크(Cyclic Redundancy Check : 이하 'CRC'라 칭함)를 수행하고, CRC 에러가 발생하였을 경우 피드백(feedback)을 통해 송신단으로 이 사실을 알려주어, 송신단으로 하여금 해당 프레임을 재전송하도록 함으로써, 데이터 전송시의 에러를 줄이는 기법이다. 상기 FEC 기법은, 전송하고자 하는 데이터에 부가적인 정보(redundancy)를 추가하여 수신단으로 하여금 수신된 프레임만으로 에러를 정정하도록 하는 기법이다. 이때, 부가적인 정보의 양이 많을수록 정정할 수 있는 에러의 양은 많아지나 대신 동일 자원에 대해 보낼 수 있는 데이터의 양이 작아진다.Hybrid Automatic Repeat reQuest (hereinafter referred to as 'HARQ') technique includes Automatic Repeat ReQuest (hereinafter referred to as 'ARQ') technique and Forward Error Correction coding (hereinafter referred to as 'FEC'). It is a combination of techniques. Here, the ARQ technique performs a cyclic redundancy check (hereinafter referred to as a 'CRC') on a frame received in a radio channel situation, and if a CRC error occurs, the ARQ method returns to a transmitter through feedback. It is a technique to reduce the error in data transmission by informing the fact that the sender retransmits the frame. The FEC technique is a technique for adding an additional information (redundancy) to the data to be transmitted so that the receiver corrects an error using only the received frame. In this case, the larger the amount of additional information, the larger the amount of error that can be corrected, but the smaller the amount of data that can be sent for the same resource.

상기 HARQ 기법은 상기 ARQ 기법과 FEC 기법의 장점을 취하여, 일정양 이하의 에러는 FEC 기법을 통해, 그 이상의 에러는 ARQ 기법을 통해 정정할 수 있다. 현재의 HARQ 전송기법은 크게 CC(Chase Combining) 기법과 IR(Incremental Redundancy) 기법으로 나눌 수 있다. 상기 CC 기법은 정보 데이터(information data)를 부호화하여 최초 전송한 후, 최초 전송이 실패한 경우, 최초 전송한 부호화된 데이터를 재전송하여, 수신단으로 하여금 최초 전송된 데이터와 재전송된 데이터를 결합하여 복호를 시도하도록 함으로써, SNR(Signal to Noise Ratio) 증가로 인한 이득을 얻을 수 있는 기법이다. 상기 IR 기법은 최초 전송시엔 부호화된 데이터 중 일부의 리던던시 비트(redundancy bit)만을 정보 데이터와 함께 전송하고, 이후 재전송시엔 최초 전송시에 전송하지 않았던 리던던시 비트만을 추가로 전송하 는 기법이다. 즉, 상기 IR 기법은 초기 전송시엔 낮은 코드율(code rate)로 전송하고 재전송을 할 때마다 코드율을 높이는 기법으로 추가적인 코딩 이득(coding gain)을 얻을 수 있다. The HARQ technique takes advantage of the ARQ technique and the FEC technique, and errors below a certain amount can be corrected through the FEC technique, and more errors can be corrected through the ARQ technique. The current HARQ transmission technique can be roughly divided into a CC (Chase Combining) technique and an IR (Incremental Redundancy) technique. The CC scheme encodes information data for the first transmission, and if the first transmission fails, retransmits the initially transmitted encoded data, thereby allowing the receiver to decode the combined first transmitted data and the retransmitted data. It is a technique that can be gained by increasing the signal to noise ratio (SNR) by trying. The IR technique transmits only some of the redundancy bits of the encoded data together with the information data during the first transmission and additionally transmits only the redundancy bits that were not transmitted during the initial transmission. That is, the IR technique is a technique of transmitting at a low code rate during initial transmission and increasing a code rate every time retransmission, thereby obtaining additional coding gain.

상기 HARQ 기법과 더불어 주파수 효율을 높일 수 있는 기술 중의 하나로 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 기법이 존재한다. 상기 MIMO 기법은 여러 사용자에게 각각의 데이터를 전송할 시 동시에 동일 자원을 사용하여 전송하는 것이 가능한지의 여부에 따라 단일 사용자 MIMO(Single User-MIMO : 이하 'SU-MIMO'라 칭함) 기법과 다중 사용자 MIMO(Multi User-MIMO : 이하 'MU-MIMO'라 칭함) 기법으로 구분될 수 있다. 동일 자원을 사용하여 동시에 여러 사용자에게 서로 다른 데이터를 전송할 수 있는 MU-MIMO 기법은, 다중 사용자 다이버시티(Diversity) 이득 및 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 이득에 의해 SU-MIMO보다 더 높은 주파수 효율을 얻을 수 있는 기술로 알려져 있다. 이와 같이 상기 MU-MIMO 기법은 SU-MIMO 기법보다 좋은 성능을 갖는 대신, 좀 더 정교하고 복잡한 여러 기법들이 필요하게 된다. 예를 들어, 기존의 SU-MIMO 기법에서의 자원 할당을 위한 스케줄링 기법은 각 사용자들의 채널 품질 정보(Channel Quality Indicator : 이하 'CQI'라 칭함)만이 필요로 하나, 상기 MU-MIMO 기법에서는 각 사용자들의 CQI 뿐만이 아니라, 사용자간의 채널상관도를 이용한 사용자 조합까지 고려하여야 한다. 이와 같은 상기 SU-MIMO 기법과 MU-MIMO 기법의 차이로 인해, 종래 HARQ 기법을 MU-MIMO 기법에 그대로 적용할 시 문제가 발생할 수 있다. In addition to the HARQ technique, a multiple input multiple output (hereinafter referred to as 'MIMO') technique exists as one of techniques for improving frequency efficiency. The MIMO technique is a single user MIMO (hereinafter referred to as "SU-MIMO") and a multi-user MIMO depending on whether it is possible to simultaneously transmit the same data to multiple users using the same resource. (Multi User-MIMO: hereafter referred to as 'MU-MIMO') can be divided into techniques. The MU-MIMO scheme, which can transmit different data to multiple users at the same time using the same resources, achieves higher frequency efficiency than SU-MIMO due to multi-user diversity gain and spatial multiplexing gain. It is known as a technique that can. As such, the MU-MIMO technique has better performance than the SU-MIMO technique, but requires more sophisticated and complex techniques. For example, the scheduling scheme for allocating resources in the conventional SU-MIMO scheme requires only channel quality information (hereinafter referred to as 'CQI') of each user. In addition to their CQIs, user combinations using channel correlation between users should be considered. Due to the difference between the SU-MIMO technique and the MU-MIMO technique, a problem may occur when the conventional HARQ technique is applied to the MU-MIMO technique.

현재 LTE(Long Term Evolution)나 802.16m 표준에서 논의되고 있는 MU-MIMO 기법 중의 하나인 제로 폴싱 빔포밍(Zero-Forcing BeamForming : 이하 'ZF-BF'라 칭함) 기법을 예로 들어, 종래의 HARQ 기법을 MU-MIMO 기법에 그대로 적용할 시 발생하는 문제점에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 상기 HARQ 기법은 동기 비적응(Synchronous non-adaptive) HARQ 기법을 예로 들어 설명하기로 한다. 여기서, 동기(Synchronous)의 의미는 데이터의 재전송을 기지국과 단말 사이에 미리 정해진 시점에서 하는 것을 의미하고, 비적응(non-adaptive)의 의미는 재전송시의 전송률(Rate), 즉 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨(level)을 최초 전송시와 동일하게 하는 것을 의미한다. 동기(Synchronous)와 비동기(asynchronous), 적응(adaptive)과 비적응(non-adaptive) 각각은 서로 장단점을 가지나, 상기 MU-MIMO 기법의 경우, 여러 사용자간에 자원 할당 영역이 동일하고 하향링크 제어 오버헤드(Downlink control overhead)가 적은 동기 비적응 HARQ 기법이 선호된다. The conventional HARQ scheme is described by using a zero-forcing beamforming technique, which is one of the MU-MIMO techniques currently discussed in the Long Term Evolution (LTE) or 802.16m standard. The problem that occurs when applying to the MU-MIMO technique will be described. Here, the HARQ scheme will be described taking Synchronous non-adaptive HARQ scheme as an example. Here, the synchronous means that data is retransmitted at a predetermined time point between the base station and the terminal, and the non-adaptive means a rate at retransmission, that is, MCS (Modulation and Coding Scheme) means that the level is the same as the first transmission. Synchronous and asynchronous, adaptive and non-adaptive each have advantages and disadvantages.However, in the MU-MIMO scheme, the resource allocation area is the same between multiple users and the downlink control is over. Synchronous non-adaptive HARQ techniques with low downlink control overhead are preferred.

먼저 상기 ZF-BF 기법에 대해 간략히 설명하기로 한다. 각 단말은 파일럿(pilot)을 이용하여 하향링크 채널을 추정한 후, 채널 상태 정보(Channel State Information : 이하 'CSI'라 칭함)를 기지국으로 피드백한다. 상기 CSI는 단말과 기지국이 미리 정해 놓은 코드북(codebook)을 사용할 수도 있고, 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex : 이하 'TDD'라 칭함) 시스템의 경우, 단말이 상향링크(uplink)로 사운딩 신호(sounding signal)를 전송한 후 기지국이 이를 추정하여 하향링크(downlink)에 대한 CSI로 사용할 수도 있다. 이와 같이 단말들이 피드백한 CSI를 이용하여 기지국은 프리코딩 가중치 매트릭스(Precoding Weight Matrix)를 계산하고 이를 이용하여 각 단말들로 데이터를 전송한다. 이때 기지국이 전송할 수 있는 최대 스트림(stream)의 수는 기지국 안테나의 수와 같으므로, 단말의 수가 작으면 동시에 모든 단말에게 데이터를 전송할 수 있으나 단말의 수가 많으면 매 전송시마다 전체 단말 중 일부의 단말을 선택하는 스케줄링 과정이 필수적으로 들어가야 한다. 단일 입력 다중 출력(Single Input Multiple Output : 이하 'SIMO'라 칭함) 기법이나 SU-MIMO 기법의 경우 각 사용자의 채널 상태에 따라 한 명의 사용자를 선택하면 되지만, 상기 MU-MIMO 기법의 경우 각 사용자의 채널 상태와 더불어 사용자간의 채널의 상관도가 작은, 즉 사용자간 채널이 직교하는(orthogonal) 사용자 조합을 선택하여야만 한다. 또한, 매 순간 항상 기지국이 최대 스트림 수로 전송하는 것이 아니라, 매 채널 상황에 맞게 전송 스트림 수를 결정하는 랭크 적응(Rank Adaptation) 기법이 스케줄링과 더불어 사용될 경우 시스템 성능을 향상시킬 수 있다. First, the ZF-BF technique will be briefly described. Each terminal estimates a downlink channel using a pilot and then feeds back Channel State Information (hereinafter, referred to as "CSI") to the base station. The CSI may use a codebook predefined by the terminal and the base station. In the case of a time division duplex (hereinafter referred to as 'TDD') system, the terminal may sound uplink (uplink) sounding signals (sounding). After transmitting the signal, the base station may estimate it and use it as a CSI for downlink. As described above, the base station calculates a precoding weight matrix using the CSI fed back by the terminals and transmits data to each terminal by using the precoding weight matrix. In this case, the maximum number of streams that the base station can transmit is the same as the number of base station antennas. Therefore, if the number of terminals is small, data can be transmitted to all terminals at the same time. The scheduling process that you choose should be essential. In the case of the Single Input Multiple Output (SIMO) technique or the SU-MIMO technique, one user may be selected according to the channel state of each user, but in the case of the MU-MIMO technique, In addition to the channel state, a user combination having a low correlation between channels, that is, an orthogonal channel between users should be selected. In addition, instead of transmitting the maximum number of streams at every moment every time, the system performance may be improved when a rank adaptation technique that determines the number of transport streams according to channel conditions is used together with scheduling.

다음으로, 초기 전송시의 스케줄링 및 랭크 적응 기법에 대해 설명하기로 한다. 최적의 스케줄링 및 랭크 적응 기법은 모든 가능한 랭크(rank)와 모든 가능한 사용자 조합에 대해 전송률 합(Sum rate)을 계산한 후, 가장 큰 전송률 합을 가지는 랭크 및 사용자 조합을 결정하는 것이다. 이때 최적(optimum)의 방법인 전역 탐색(Exhaustive search) 대신 그리디 알고리듬(greedy algorithm)과 같은 부최적(sub-optimal)의 방법 등을 사용하여 복잡도를 줄이는 것이 가능하며, 또한 전송률 합 대신 가중치화된 전송률 합(Weighted sum rate)을 사용하여 공평성(fairness)을 고려하는 변형된 스케줄링 방법이 존재할 수 있다. Next, the scheduling and rank adaptation techniques in the initial transmission will be described. The optimal scheduling and rank adaptation technique is to calculate sum rates for all possible ranks and all possible user combinations and then determine the rank and user combination with the largest sum of the rates. In this case, it is possible to reduce complexity by using sub-optimal methods such as the greedy algorithm instead of optimal search, which is an optimal method, and weighting instead of the sum of the rates. There may be a modified scheduling method that considers fairness using the weighted sum rate.

여기서, 상기 전송률 합을 계산하는 것은 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 기법과 관련된다. 음성 통신과 달리 데이터 통신의 경우, 매 순간 채널의 용량(capacity), 즉 최대 전송할 수 있는 전송률에 맞도록 변조(modulation) 및 부호화(channel coding)를 적응적으로 조절하여야만 시스템의 성능을 극대화할 수 있다. 상기 변조 및 부호화를 적응적으로 조절하기 위해서는 전송률을 잘 예측해야 하고 이를 위해서는 단말이 실제로 겪는 신호 대 잡음 및 간섭 비(Carrier to Interference and Noise Ratio : 이하 'CINR'이라 칭함)를 기지국이 잘 예측해야만 한다. 상기 SIMO 기법이나 SU-MIMO 기법의 경우 단말이 CINR을 직접 측정 또는 예측하여 기지국으로 피드백하는 것이 가능하나, 상기 MU-MIMO 기법의 경우 자신외에 어떤 단말이 동시에 스케줄링되는지에 대한 정보를 알 수가 없어, 즉 간섭을 예측할 수 없어 단말이 CINR을 예측하여 피드백하는 것이 불가능하다. 따라서, 상기 MU-MIMO 기법의 경우 기지국이 단말들에게서 피드백된 불완전한 CSI 및 CQI들을 이용하여 CINR을 예측할 수 밖에 없으며, 이에 따라 기지국에서의 CINR 예측 역시 부정확할 가능성이 높다. 즉, 전송 에러가 발생하였을 경우 원인은 두 가지일 수 있다. 하나는 CINR을 정확하게 예측하였으나 채널 및 잡음의 랜덤(random)한 특성 때문에 에러가 발생했을 수도 있고, 다른 하나는 CINR을 부정확하게 예측하여 너무 높은 전송률의 변조 및 부호화를 적용했기 때문에 에러가 발생했을 수도 있다.Here, the calculating of the sum of rates is related to an adaptive modulation and coding (AMC) technique. Unlike voice communication, in case of data communication, the modulation and channel coding must be adaptively adjusted to meet the capacity of the channel, that is, the maximum transmission rate, in order to maximize the performance of the system. have. In order to adaptively adjust the modulation and coding, the transmission rate must be well predicted. For this purpose, the base station must predict the signal to noise and interference ratio (hereinafter referred to as 'CINR') that the terminal actually experiences. do. In the case of the SIMO scheme or the SU-MIMO scheme, the terminal may directly measure or predict the CINR and feed back to the base station. However, in the case of the MU-MIMO scheme, it is not possible to know information about which terminals are scheduled at the same time. That is, since interference cannot be predicted, it is impossible for the terminal to predict and feed back the CINR. Therefore, in the case of the MU-MIMO scheme, the base station cannot predict the CINR by using incomplete CSI and CQIs fed back from the terminals, and thus, the CINR prediction at the base station is also likely to be inaccurate. That is, when a transmission error occurs, there may be two causes. One might have accurately predicted CINR, but an error might have occurred because of the random nature of the channel and noise, and the other could have had an error due to incorrectly predicting CINR and applying modulation and encoding at too high a rate. have.

여기서, 종래의 HARQ 기법을 MU-MIMO 기법에 그대로 적용할 시 발생하는 문제점에 대해 다음과 같은 예를 들어 설명하기로 한다. 상기 최적의 스케줄링 및 랭크 적응 기법에 따라 특정 프레임에서 랭크를 3으로 결정하고 사용자 1, 사용자 2, 사용자 3을 결정한 후, 각 사용자에게 전체 전력(power)의 1/3씩을 할당하여 각각의 MCS 레벨로 데이터를 전송하였다고 가정하기로 한다. 이때, 사용자 1과 사용자 3이 수신한 데이터에 에러가 발생하였다면, 종래의 HARQ 기법의 경우, 사용자 1과 사용자 3은 단순히 수신 에러가 발생하였다는 것을 알리기 위하여 NACK(Negative ACK) 신호만을 기지국으로 피드백한다. 이 경우 사용자 1과 사용자 3에게 데이터를 재전송 해야 할 프레임에서, 스케줄링시 랭크를 결정할 때 문제가 발생하게 된다. 단순히 사용자 1과 사용자 3에게만 자원을 할당하여, 즉 랭크를 2로 하여 데이터를 재전송하게 되면 HARQ 기법 및 MU-MIMO 기법의 장점을 이용하지 못하게 되어 시스템 용량의 손실을 가져오게 된다. 그러므로 재전송시에도 랭크를 새로 결정해야 한다. 즉, 재전송시점의 스케줄링 역시, 랭크를 높여 새로운 사용자들에게 데이터를 더 전송해줄지, 또는 랭크를 유지 또는 낮춰서 에러가 발생한 사용자들에게 좀 더 강건(robust)한 전송을 보장해줄지에 대해 결정해야 한다. 이에 대한 결정은 CINR 예측 정확도, 매 순간 사용자들의 채널 상황 등에 따라 그때그때 최적의 선택을 해주어야 시스템 용량의 극대화가 가능하나, 기존의 HARQ 기법을 사용할 경우 이 같이 매순간 최적의 선택을 하는 것이 불가능한 문제점이 있다. Here, a problem occurring when the conventional HARQ technique is applied to the MU-MIMO technique will be described with reference to the following example. According to the optimal scheduling and rank adaptation technique, the rank is determined to be 3 in a specific frame, and the user 1, the user 2, and the user 3 are determined, and then each user is allocated 1/3 of the total power to each MCS level. Assume that the data has been sent by In this case, if an error occurs in the data received by the user 1 and the user 3, in the conventional HARQ scheme, the user 1 and the user 3 simply feed back only a negative ACK (NACK) signal to the base station to indicate that a reception error has occurred. do. In this case, a problem arises in determining the rank at the time of scheduling in the data to be retransmitted to the user 1 and user 3. Simply reassigning resources to user 1 and user 3, that is, re-transmitting data with a rank of 2, results in loss of system capacity because it does not take advantage of the HARQ and MU-MIMO techniques. Therefore, when retransmitting, a new rank must be determined. In other words, scheduling at the time of retransmission must also decide whether to increase the rank to send more data to new users, or to maintain or lower the rank to ensure more robust transmissions to users with errors. . In order to maximize the system capacity, it is necessary to make an optimal selection at that time according to the CINR prediction accuracy and the channel status of users at every moment.However, when using the existing HARQ method, it is impossible to make the optimal selection every moment. have.

따라서, 본 발명의 목적은 MU-MIMO 시스템의 HARQ 장치 및 방법을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a HARQ apparatus and method of the MU-MIMO system.

본 발명의 다른 목적은 HARQ 기법을 사용하는 MU-MIMO 시스템에서 기지국이 재전송시점의 스케줄링 시 최적의 랭크를 결정하는데 있어 필요한 정보를 NACK과 함께 피드백 수신하여 시스템 용량을 최대화 하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for maximizing system capacity by receiving feedback with NACK feedback information necessary for a base station to determine an optimal rank at the time of retransmission in a MU-MIMO system using a HARQ scheme. Is in.

본 발명의 다른 목적은 HARQ 기법을 사용하는 MU-MIMO 시스템에서 단말이 기지국으로 NACK과 함께 추가적인 정보를 피드백 전송할 시, 종래에 사용되던 NACK 신호의 변경만으로 상기 추가적인 정보를 피드백 전송하여, 피드백 자원의 오버헤드 증가없이 시스템 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to feed back the additional information only by changing the NACK signal used in the past, when the terminal feedback additional information with the NACK to the base station in the MU-MIMO system using the HARQ scheme, An apparatus and method for improving system performance without increasing overhead are provided.

본 발명의 다른 목적은 HARQ 기법을 사용하는 MU-MIMO 시스템의 단말에서 현재 프레임에서 수신한 신호의 CINR과 이전 프레임에서 수신한 신호의 CINR을 결합하여 HARQ-combined CINR을 생성하고, 이를 ACK/NACK 신호와 함께 기지국으로 피드백 전송하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention to generate a HARQ-combined CINR by combining the CINR of the signal received in the current frame and the CINR of the signal received in the previous frame in the terminal of the MU-MIMO system using the HARQ technique, ACK / NACK An apparatus and method for feedback transmission with a signal to a base station are provided.

본 발명의 다른 목적은 HARQ 기법을 사용하는 MU-MIMO 시스템의 기지국에서 단말로부터 피드백 수신된 ACK/NACK 신호와 HARQ-combined CINR을 이용하여 랭크 및 사용자들을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide an apparatus and a method for determining rank and users using an ACK / NACK signal and HARQ-combined CINR received from a terminal in a base station of a MU-MIMO system using the HARQ technique.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 단말의 피드백 전송 방법은, 현재 프레임에서 수신한 신호에 대한 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)과 이전 프레임에서 수신한 신호의 CINR을 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 결합하여, HARQ 결합된 CINR(HARQ-combined CINR)을 계산하는 과정과, 상기 계산된 HARQ 결합된 CINR에 관련된 정보를 NACK(Negative ACK) 신호와 함께 기지국으로 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention to achieve the above object, the feedback transmission method of the terminal, HARQ (Carrier to Interference and Noise Ratio) for the signal received in the current frame and the CINR of the signal received in the previous frame Hybrid Automatic Repeat reQuest) combining, calculating a HARQ-combined CINR (HARQ-combined CINR), and feeding back information related to the calculated HARQ combined CINR to the base station along with the NACK (Negative ACK) signal Characterized in that.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 기지국의 스케줄링 방법은, 단말들로부터 NACK(Negative ACK) 신호와 함께, HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 결합된 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)을 피드백 수신하는 과정과, 단말들로부터의 CSI(Channel State Information)와 CQI(Channel Quality Indicator) 중 적어도 하나를 피드백 수신하고, 이를 이용하여 현재 프레임에서의 CINR을 계산하는 과정과, 상기 피드백 수신한 HARQ 결합된 CINR과 상기 계산된 CINR의 합을 이용하여 랭크 및 사용자 조합에 따른 단말별 CINR을 계산하는 과정과, 상기 계산된 랭크 및 사용자 조합에 따른 단말별 CINR을 이용하여 랭크 및 사용자 조합을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention to achieve the above object, the scheduling method of the base station, Carrier to Interference and Noise Ratio (CINR) combined with a HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) combined with a negative ACK (NACK) signal from the terminals A process of receiving feedback, receiving at least one of channel state information (CSI) and channel quality indicator (CQI) from the terminals, calculating a CINR in a current frame using the feedback, and receiving the feedback Computing a UE-specific CINR according to a rank and a user combination using a HARQ combined CINR and the calculated CINR, and determining a rank and a user combination using the UE-specific CINR according to the calculated rank and user combination. Characterized in that it comprises a process.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 단말의 피드백 전송 장치는, 현재 프레임에서 수신한 신호에 대한 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)과 이전 프레임에서 수신한 신호의 CINR을 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 결합하여, HARQ 결합된 CINR(HARQ-combined CINR)을 계산하는 CINR 계산기와, 상기 계산된 HARQ 결합된 CINR에 관련된 정보를 NACK(Negative ACK) 신호와 함께 기지국으로 피드백하는 부호 및 변조기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention to achieve the above object, the feedback transmission apparatus of the terminal, HARQ (Carrier to Interference and Noise Ratio) for the signal received in the current frame and the CINR of the signal received in the previous frame Hybrid Automatic Repeat reQuest (Combination), a CINR calculator for calculating HARQ-combined CINR (HARQ-combined CINR), and a code for feeding back information related to the calculated HARQ combined CINR to a base station along with a negative ACK (NACK) signal, and And a modulator.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 기지국의 스케줄링 장치는, 단말들로부터 NACK(Negative ACK) 신호와 함께, HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 결합된 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)을 피드백 수신하고, 단말들로부터의 CSI(Channel State Information)와 CQI(Channel Quality Indicator) 중 적어도 하나를 피드백 수신하는 복조 및 복호기와, 상기 수신된 CSI와 CQI 중 적어도 하나를 이용하여 현재 프레임에서의 CINR을 계산하고, 상기 피드백 수신한 HARQ 결합된 CINR과 상기 계산된 CINR의 합을 이용하여 랭크 및 사용자 조합에 따른 단말별 CINR을 계산하는 CINR 계산기와, 상기 계산된 랭크 및 사용자 조합에 따른 단말별 CINR을 이용하여 랭크 및 사용자 조합을 결정하는 스케줄러를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, in order to achieve the above object, the scheduling apparatus of the base station, together with a negative ACK (NACK) signal from the terminals, Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ) combined Carrier to Interference and Noise Ratio (CINR) And a demodulation and decoder for feedback receiving at least one of channel state information (CSI) and channel quality indicator (CQI) from terminals, and at least one of the received CSI and CQI in a current frame. A CINR calculator for calculating a CINR and calculating a CINR for each terminal according to a rank and a user combination by using the HARQ-coupled CINR received from the feedback and the calculated CINR, and for each terminal according to the calculated rank and user combination And a scheduler that determines the rank and user combination using the CINR.

본 발명은 HARQ 기법을 사용하는 MU-MIMO 시스템의 단말에서 현재 프레임에서 수신한 신호의 CINR과 이전 프레임에서 수신한 신호의 CINR을 결합하여 HARQ-combined CINR을 생성하고, 이를 ACK/NACK 신호와 함께 기지국으로 피드백 전송함으로써, 기지국이 HARQ 재전송 시점에서 이를 이용하여 최적의 랭크 및 사용자 조합을 결정할 수 있어 시스템 용량을 증대시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발 명은 기존의 ACK/NACK 신호의 부호 및 변조 기법과 다른 부호 및 변조 기법을 사용함으로써, 피드백 오버헤드 없이 기존과 동일한 자원으로 기존 ACK/NACK의 복호 성능의 열화를 최소화하면서 추가적인 정보를 전송할 수 있는 이점이 있다. The present invention generates a HARQ-combined CINR by combining the CINR of the signal received in the current frame and the CINR of the signal received in the previous frame in the terminal of the MU-MIMO system using the HARQ technique, and together with the ACK / NACK signal By the feedback transmission to the base station, the base station can use this at the time of HARQ retransmission to determine the optimal rank and user combination has the advantage of increasing the system capacity. In addition, the present invention uses a different code and modulation scheme than the code and modulation scheme of the existing ACK / NACK signal, thereby providing additional information while minimizing degradation of the decoding performance of the existing ACK / NACK with the same resources without feedback overhead. There is an advantage to transmit.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명은 MU-MIMO 시스템에 최적화된 HARQ 장치 및 방법에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 MU-MIMO 시스템에 한정되지 않고 SU-MIMO 시스템 혹은 MIMO가 사용되지 않는 시스템에서도 적용 가능하다. 이하 본 발명은 4 X 2 시스템을 예로 들어 설명할 것이나, 일반적인 M X N 혹은 M X M 시스템에 모두 적용 가능함은 물론이다. 또한, 이하 설명에서 기지국은 송신기의 일 예이고, 단말은 수신기의 일 예이다. Hereinafter, the present invention will be described HARQ apparatus and method optimized for the MU-MIMO system. However, the present invention is not limited to the MU-MIMO system and is applicable to a system in which the SU-MIMO system or the MIMO is not used. Hereinafter, the present invention will be described by taking a 4 X 2 system as an example, but of course, the present invention can be applied to both general M X N or M X M systems. In addition, in the following description, a base station is an example of a transmitter and a terminal is an example of a receiver.

기존의 HARQ 방법은 단말에서 복호 에러가 발생했을 경우 에러의 발생유무만을 나타내는 ACK/NACK 신호를 피드백하는데 반해, 본 발명에서는 NACK 신호 전송시, 단말이 측정한 HARQ-combined CINR, 즉 HARQ로 결합된 CINR을 함께 ACK/NACK 채널을 통해 피드백해주는 것을 기본으로 한다. 여기서, 상기 HARQ-combined CINR은, 최초 전송 시에는 현재 프레임에서 수신한 신호의 CINR을 의미하고, 재전송 시에는 현재 프레임에서 수신한 신호와 이전 전송 프레임에서 수신한 신호를 HARQ로 결합한 신호의 CINR을 의미한다. The conventional HARQ method feeds back an ACK / NACK signal indicating only an error occurrence when a decoding error occurs in the terminal. In the present invention, when the NACK signal is transmitted, the HARQ-combined CINR measured by the terminal is combined with HARQ. It is basically based on feeding back the CINR through the ACK / NACK channel. Here, the HARQ-combined CINR means the CINR of the signal received in the current frame at the first transmission, and when retransmitted, the CINR of the signal combining the signal received in the current frame and the signal received in the previous transmission frame by HARQ. it means.

실제 단말이 측정한 HARQ-combined CINR과 단말에게 할당된 MCS 레벨은 복호 에러가 발생한 원인을 나타내는 좋은 지표가 된다. 예를 들어, 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 코드율(code rate) 1/2의 MCS 레벨이 할당되기 위해서는 CINR이 8dB이상이 되어야 한다고 가정하기로 한다. 만약 기지국이 단말의 CINR을 9dB로 예측하여 단말에게 상기와 같은 MCS 레벨을 할당하였는데 단말에서 복호 에러가 발생하였을 경우 에러 발생 원인은 다음의 두 가지로 생각할 수 있다. 먼저, 단말이 실제로 HARQ-combined CINR을 측정한 결과 실제로 8dB이상이 나왔을 경우 잡음의 랜덤(random)한 특성으로 인해 에러가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 다음으로, 단말이 실제로 측정한 HARQ-combined CINR이 5dB일 경우 이는 잡음의 랜덤한 특성보다는 기지국에서 CINR을 잘못 예측하여 너무 높은 MCS 레벨이 할당된 것으로 판단할 수 있다. 기지국이 동일 MCS 레벨로 재전송시, 후자의 경우에는 재전송하려는 사용자들에게 HARQ 결합을 통해 최소한 3dB 이상의 추가적인 CINR이 보장되어야 하지만, 전자의 경우에는 그와 같은 제약 사항이 없다. 즉, 3dB보다 더 낮은 추가적인 CINR만으로도 HARQ 결합을 통해 충분히 복호 에러가 극복될 수 있다. The HARQ-combined CINR measured by the actual UE and the MCS level assigned to the UE are good indicators of the cause of the decoding error. For example, it is assumed that the CINR should be 8 dB or more in order to be assigned an MCS level of 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) and code rate 1/2. If the base station estimates the CINR of the terminal to 9 dB and allocates the MCS level to the terminal as described above, and a decoding error occurs in the terminal, the error may be considered as the following two reasons. First, when the UE actually measures the HARQ-combined CINR, and when more than 8 dB is actually output, it may be determined that an error has occurred due to random characteristics of noise. Next, when the HARQ-combined CINR actually measured by the UE is 5 dB, it may be determined that the MCS level is assigned too high by incorrectly predicting the CINR at the base station rather than the random characteristic of the noise. When the base station retransmits to the same MCS level, in the latter case, additional CINR of at least 3 dB should be guaranteed through HARQ combining to users to be retransmitted, but the former does not have such a restriction. That is, even with additional CINR lower than 3dB, the decoding error can be sufficiently overcome through HARQ combining.

도 1은 본 발명에 따른 MU-MIMO 시스템에서 단말의 장치 구성을 도시한 블럭 도이다.1 is a block diagram showing a device configuration of a terminal in a MU-MIMO system according to the present invention.

도시된 바와 같이, 상기 단말은 검출기(Detector)(100), HARQ 결합기(HARQ Combine module)(102), 복호기(Decoder)(104), CRC 검사기(CRC Check module)(106), ACK/NACK 결정기(ACK/NACK Decision module)(108), 버퍼(Buffer)(110), CINR 계산기(CINR Calculator)(112), 부호 및 변조기(Coding and Modulation module)(114), 채널 추정기(Channel Estimator)(116), CSI 및 CQI 계산기(CSI and CQI Calculator)(118)를 포함하여 구성된다. As shown, the terminal is a detector (Detector) 100, HARQ Combine module (HARQ Combine module) 102, Decoder (104), CRC Check module (CRC Check module) 106, ACK / NACK determiner (ACK / NACK Decision module) 108, Buffer 110, CINR Calculator 112, Coding and Modulation module 114, Channel Estimator 116 ), CSI and CQI Calculator (118).

상기 도 1을 참조하면, 상기 검출기(100)는 다수(예, 2개)의 수신 안테나를 통해 수신된 신호를 해당 MIMO 검출방식에 따라 검출하여 HARQ 결합기(102)로 출력한다. 여기서, 상기 MIMO 검출 방식으로, ML(Maximum Likelihood) 방식, MML(Modified ML) 방식, ZF(Zero Forcing) 방식, MMSE(Minimum Mean Square Error) 방식, SIC(Successive Interference Cancellation) 방식, V-BLAST(Vertical Bell Labs Layered Space-Time) 방식 등을 사용할 수 있다. Referring to FIG. 1, the detector 100 detects signals received through a plurality of reception antennas (eg, two) according to a corresponding MIMO detection scheme and outputs the signals to the HARQ combiner 102. Here, as the MIMO detection method, the ML (Maximum Likelihood) method, Modified ML (MML) method, Zero Forcing (ZF) method, Minimum Mean Square Error (MMSE) method, Successive Interference Cancellation (SIC) method, V-BLAST ( Vertical Bell Labs Layered Space-Time).

상기 HARQ 결합기(102)는 현재 프레임에서 상기 검출기(100)로부터 입력되는 수신 신호가 최초 전송 신호일 경우, 상기 수신 신호를 복호기(104)와 버퍼(110) 및 CINR 계산기(112)로 출력한다. 만약, 현재 프레임에서 상기 검출기(100)로부터 입력되는 수신 신호가 재전송 신호일 경우, 상기 HARQ 결합기(102)는 버퍼(110)에서 상기 재전송 신호에 대해 이전 전송 프레임에서 수신한 신호를 추출하여 HARQ 결합하고, 상기 HARQ 결합된 신호를 복호기(104)와 버퍼(110) 및 CINR 계산기(112)로 출력한다. The HARQ combiner 102 outputs the received signal to the decoder 104, the buffer 110, and the CINR calculator 112 when the received signal input from the detector 100 in the current frame is the first transmitted signal. If the received signal input from the detector 100 in the current frame is a retransmission signal, the HARQ combiner 102 extracts the signal received in the previous transmission frame with respect to the retransmission signal from the buffer 110 and combines the HARQ. The HARQ-coupled signal is output to the decoder 104, the buffer 110, and the CINR calculator 112.

상기 복호기(104)는 상기 HARQ 결합기(102)로부터 입력되는 부호화된 신호를 부호화 이전의 신호로 복호하고, 즉, 기지국에서 사용한 부호 방식에 상응하는 복호 방식으로 복호화(decoding)하고, 상기 복호화된 신호를 상기 CRC 검사기(106)로 출력한다. The decoder 104 decodes an encoded signal input from the HARQ combiner 102 into a signal before encoding, that is, decodes the decoding signal corresponding to a coding scheme used by a base station, and decodes the decoded signal. Is output to the CRC checker 106.

상기 CRC 검사기(106)는 상기 복호기(104)로부터 입력되는 복호화된 신호에 대해 CRC 검사를 수행하여 에러 발생 여부를 검사하고, 검사 결과를 ACK/NACK 결정기(108)로 출력한다. The CRC checker 106 performs a CRC check on the decoded signal input from the decoder 104 to check whether an error occurs, and outputs the test result to the ACK / NACK determiner 108.

상기 ACK/NACK 결정기(108)는 상기 CRC 검사기(106)로부터의 에러 발생 여부에 대한 검사 결과에 따라 ACK/NACK을 결정하고, 상기 결정에 따라 ACK/NACK 신호를 생성하여 버퍼(110)와 부호 및 변조기(114)로 출력한다. The ACK / NACK determiner 108 determines the ACK / NACK according to the result of the check whether the error from the CRC checker 106 occurs, and generates an ACK / NACK signal according to the determination to generate the buffer 110 and the sign. And output to modulator 114.

상기 버퍼(110)는 상기 ACK/NACK 결정기(108)로부터 입력되는 ACK/NACK 신호에 따라 상기 HARQ 결합기(102)로부터의 신호를 저장한다. 즉, 상기 버퍼(110)는 상기 ACK/NACK 결정기(108)로부터 ACK 신호가 입력될 시, 상기 HARQ 결합기(102)로부터의 신호를 폐기하고, NACK 신호가 입력될 시, 상기 HARQ 결합기(102)로부터의 신호를 저장한다. The buffer 110 stores the signal from the HARQ combiner 102 in accordance with the ACK / NACK signal input from the ACK / NACK determiner 108. That is, the buffer 110 discards the signal from the HARQ combiner 102 when an ACK signal is input from the ACK / NACK determiner 108 and when the NACK signal is input, the HARQ combiner 102. Store the signal from

상기 CINR 계산기(112)는 상기 HARQ 결합기(102)로부터 입력되는 신호에 대한 CINR, 즉 HARQ-combined CINR을 계산하고, 계산된 HARQ-combined CINR을 부호 및 변조기(114)로 출력한다. 여기서, 상기 HARQ-combined CINR은, 현재 프레임에서 측정된 CINR과 이전 프레임에서 측정된 CINR을 HARQ를 이용하여 결합함으로써 계산할 수 있다. The CINR calculator 112 calculates the CINR, that is, the HARQ-combined CINR, for the signal input from the HARQ combiner 102, and outputs the calculated HARQ-combined CINR to the code and modulator 114. Here, the HARQ-combined CINR can be calculated by combining the CINR measured in the current frame and the CINR measured in the previous frame using HARQ.

상기 부호 및 변조기(114)는 상기 ACK/NACK 결정기(108)로부터 NACK 신호가 입력될 시, 상기 CINR 계산기(112)로부터 입력되는 HARQ-combined CINR을, NACK 신호의 변조 방식에 따른 변조 차수에 대응하는 비트로 양자화한다. 이후, 상기 부호 및 변조기(114)는 상기 양자화된 HARQ-combined CINR을 NACK 신호에 중첩시켜, 상기 NACK 신호의 변조 방식에 따라 부호 및 변조한 후 기지국으로 피드백 전송한다. 반면, 상기 부호 및 변조기(114)는 상기 ACK/NACK 결정기(108)로부터 ACK 신호가 입력될 시, 상기 ACK 신호를 부호 및 변조한 후 기지국으로 피드백 전송한다. 또한, 상기 부호 및 변조기(114)는 상기 CSI 및 CQI 계산기(118)로부터 입력되는 CSI 및 CQI를 부호 및 변조한 후 기지국으로 피드백 전송한다. The code and modulator 114 corresponds to a HARQ-combined CINR input from the CINR calculator 112 when a NACK signal is input from the ACK / NACK determiner 108, and corresponds to a modulation order according to a modulation scheme of the NACK signal. Quantize to bits. Thereafter, the code and modulator 114 superimposes the quantized HARQ-combined CINR on a NACK signal, codes and modulates the NACK signal according to a modulation scheme of the NACK signal, and transmits feedback to the base station. On the other hand, when the ACK signal is input from the ACK / NACK determiner 108, the code and modulator 114 codes and modulates the ACK signal and then transmits feedback to the base station. In addition, the code and modulator 114 codes and modulates the CSI and CQI input from the CSI and CQI calculator 118 and then transmits feedback to the base station.

여기서, 상기 변조 방식에는 1개의 비트(s=1)를 하나의 신호점(복소신호)에 사상하는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), 2개의 비트(s=2)를 하나의 복소신호에 사상하는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 3개의 비트(s=3)를 하나의 복소신호에 사상하는 8QAM(8ary Quadrature Amplitude Modulation), 4개의 비트(s=4)를 하나의 복소신호에 사상하는 16QAM, 6개의 비트(s=6)를 하나의 복소신호에 사상하는 64QAM 등이 있다.In this modulation scheme, BPSK (Binary Phase Shift Keying), which maps one bit (s = 1) to one signal point (complex signal), and maps two bits (s = 2) to one complex signal Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), 8ary Quadrature Amplitude Modulation (8QAM) that maps three bits (s = 3) to one complex signal, 16QAM that maps four bits (s = 4) to one complex signal, And 64QAM for mapping six bits (s = 6) to one complex signal.

상기 채널 추정기(116)는 다수(예, 2개)의 수신 안테나를 통해 수신된 신호의 프리앰블 신호 혹은 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정하고, 추정된 채널에 대한 정보를 CSI 및 CQI 계산기(118)로 출력한다. The channel estimator 116 estimates a channel using a preamble signal or a pilot signal of a signal received through a plurality of (eg, two) receiving antennas, and calculates information on the estimated channel by using the CSI and CQI calculator 118. Will output

상기 CSI 및 CQI 계산기(118)는 상기 채널 추정기(116)로부터 입력되는 채널 정보를 이용하여 CSI 및 CQI를 계산하고, 상기 계산된 CSI 및 CQI를 상기 부호 및 변조기(114)로 출력한다. The CSI and CQI calculator 118 calculates CSI and CQI using the channel information input from the channel estimator 116, and outputs the calculated CSI and CQI to the code and modulator 114.

도 2는 본 발명에 따른 MU-MIMO 시스템에서 기지국의 장치 구성을 도시한 블럭도이다.2 is a block diagram illustrating a device configuration of a base station in a MU-MIMO system according to the present invention.

도시된 바와 같이, 상기 기지국은 스케줄러(Scheduler)(200), 다수의 부호기(Encoder)(202-1 내지 202-4), 다수의 변조기(Modulation module)(204-1 내지 204-4), 전력 할당기(Power allocator)(206), 프리코더(Precoder)(208), 복조 및 복호기(Demodulation and Decoding module)(210), CINR 계산기(CINR Calculator)(212)를 포함하여 구성된다. As shown, the base station includes a scheduler 200, a plurality of encoders 202-1 through 202-4, a plurality of modulator modules 204-1 through 204-4, and a power source. And an allocator (206), a precoder (208), a demodulation and decoding module (210), and a CINR calculator (212).

상기 도 2를 참조하면, 상기 스케줄러(200)는 CINR 계산기(212)로부터 입력되는 랭크 및 사용자 조합에 따른 단말별 CINR을 이용하여 이번 프레임에 데이터를 전송할 사용자들과 랭크를 스케줄링한다. 이때, 상기 스케줄러(200)는 전송률 합을 최대화하면서, 재전송이 필요한 단말들의 CINR이 기존에 할당된 MCS 레벨을 지원할 수 있도록, 랭크 및 사용자 조합을 결정한다. 여기서, 상기 결정된 사용자 조합의 단말들에는 초기 전송 단말과 재전송이 필요한 단말이 포함될 수 있다. 이후, 상기 스케줄러(200)는 상기 결정된 사용자 조합 내 단말들의 데이터를, 다수의 부호기(202-1 내지 202-4)들 중 상기 결정된 랭크에 대응하는 개수의 부호기(202-1 내지 202-4)들로 각각 출력한다. 또한, 상기 스케줄러(200)는 상기 결정된 랭크를 전력 할당기(206) 및 프리코더(208)로 출력한다. 또한, 상기 스케줄러(200)는 초기 전송 단말에 대해 해당 CINR에 대응하는 MCS 레벨을 검색하여 해당 단말의 MCS 레 벨로 결정할 수 있다. Referring to FIG. 2, the scheduler 200 schedules a rank with users to transmit data in this frame by using a CINR for each terminal according to a rank and a user combination input from the CINR calculator 212. At this time, the scheduler 200 determines the rank and the user combination so that the CINR of the terminals requiring retransmission can support the previously allocated MCS level while maximizing the sum of the rates. Here, the terminals of the determined user combination may include an initial transmission terminal and a terminal requiring retransmission. Subsequently, the scheduler 200 transmits data of the terminals in the determined user combination to the number of encoders 202-1 to 202-4 corresponding to the determined rank among the plurality of encoders 202-1 to 202-4. Output each to In addition, the scheduler 200 outputs the determined rank to the power allocator 206 and the precoder 208. In addition, the scheduler 200 may search for the MCS level corresponding to the CINR of the initial transmitting terminal to determine the MCS level of the terminal.

상기 다수의 부호기(202-1 내지 202-4)는 각각 상기 스케줄링된 사용자들에게 전송할 데이터를 해당 단말의 MCS 레벨에 따라 부호화한다. The plurality of encoders 202-1 to 202-4 respectively encode data to be transmitted to the scheduled users according to the MCS level of the corresponding terminal.

상기 다수의 변조기(204-1 내지 204-4)는 각각 상기 다수의 부호기(202-1 내지 202-4)와 일대일 대응하며, 상기 다수의 부호기(202-1 내지 202-4)로부터 입력되는 부호화된 데이터를 해당 단말의 MCS 레벨에 따라 해당 변조 방식으로 변조한 후, 전력 할당기(206)로 출력한다. The plurality of modulators 204-1 to 204-4 correspond one-to-one with the plurality of encoders 202-1 to 202-4, respectively, and are encoded from the plurality of encoders 202-1 to 202-4. The modulated data is modulated by the modulation scheme according to the MCS level of the corresponding terminal, and then output to the power allocator 206.

상기 전력 할당기(206)는 상기 스케줄러(200)에 의해 결정된 랭크에 따라 상기 다수의 변조기(204-1 내지 204-4)로부터 입력되는 변조된 데이터에 전력을 할당하여 출력한다. The power allocator 206 allocates and outputs power to modulated data input from the plurality of modulators 204-1 to 204-4 according to the rank determined by the scheduler 200.

상기 프리코더(208)는 상기 전력 할당기(206)로부터 입력되는, 동시에 전송될 사용자들의 데이터를 프리코더 매트릭스(pre-coder matrix)를 이용하여 프리코딩한 후, 다수(예, 4개)의 송신 안테나를 통해 각 사용자에게 전송한다. The precoder 208 precodes data of users to be transmitted simultaneously from the power allocator 206 using a pre-coder matrix, and then multiple (eg four) Transmit to each user through the transmit antenna.

상기 복조 및 복호기(210)는 단말들로부터 CSI와 CQI 및 ACK/NACK 신호, 이전 전송 신호에 대한 HARQ-combined CINR을 피드백 수신하고, 이를 복조 및 복호하여 CINR 계산기(212)로 출력한다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 HARQ-combined CINR은 해당 단말에 의해 NACK 신호에 중첩되어 부호 및 변조되므로, 상기 기지국은 NACK 신호를 복조 및 복호하여 이전 전송 신호에 대한 HARQ-combined CINR을 추출함으로써 상기 이전 전송 신호에 대한 HARQ-combined CINR을 획득할 수 있다. The demodulator and decoder 210 receives CSI, CQI and ACK / NACK signals, and HARQ-combined CINRs for previous transmission signals from the terminals, and demodulates and decodes them to the CINR calculator 212. According to an embodiment of the present invention, since the HARQ-combined CINR is encoded and modulated by being superimposed on the NACK signal by the corresponding terminal, the base station demodulates and decodes the NACK signal to extract HARQ-combined CINR for the previous transmission signal. HARQ-combined CINR for the previous transmission signal may be obtained.

상기 CINR 계산기(212)는 상기 복조 및 복호기(210)로부터 입력되는 CSI와 CQI를 이용하여 현재 프레임에서의 단말별 CINR을 계산한다. 이후, 상기 CINR 계산기(212)는 상기 계산된 단말별 CINR과 이전 전송 신호에 대한 HARQ-combined CINR의 합을 이용하여 랭크 및 사용자 조합에 따른 단말별 CINR을 계산하고, 상기 계산된 랭크 및 사용자 조합에 따른 단말별 CINR을 상기 스케줄러(200)로 출력한다. The CINR calculator 212 calculates the UE-specific CINR in the current frame by using the CSI and the CQI input from the demodulator and decoder 210. Subsequently, the CINR calculator 212 calculates the UE-specific CINR according to the rank and the user combination by using the sum of the calculated UE-specific CINR and the HARQ-combined CINR for the previous transmission signal, and calculates the calculated rank and user combination. And outputs the CINR per terminal according to the scheduler 200.

도 3은 본 발명에 따른 MU-MIMO 시스템에서 단말이 NACK 신호와 함께 HARQ-combined CINR을 피드백 전송하기 위한 방법의 절차를 도시한 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a procedure of a method for feedback transmission of a HARQ-combined CINR together with a NACK signal by a UE in a MU-MIMO system according to the present invention.

상기 도 3을 참조하면, 단말은 301단계에서 현재 프레임에서 수신한 신호를 검출하고, 303단계에서 이전 전송 프레임에서 수신한 신호와 현재 프레임에서 수신한 신호에 대해 HARQ 결합을 수행한다. Referring to FIG. 3, the terminal detects a signal received in the current frame in step 301, and performs HARQ combining on the signal received in the previous transmission frame and the signal received in the current frame in step 303.

이후, 상기 단말은 305단계에서 상기 HARQ 결합된 신호에 대해 복호 및 CRC 검사를 수행한 후, 307단계에서 에러가 발생하였는지 여부를 검사한다. 상기 에러가 발생하지 않았을 시, 상기 단말은 317단계에서 ACK 신호를 변조 방식에 따라 부호 및 변조한 후 기지국으로 피드백 전송한다. In step 305, the terminal performs decoding and CRC checking on the HARQ-coupled signal, and then checks whether an error has occurred in step 307. If the error does not occur, the terminal sign and modulates the ACK signal according to a modulation scheme in step 317 and then transmits the feedback to the base station.

반면, 상기 에러가 발생하였을 시, 상기 단말은 309단계에서 상기 HARQ 결합된 신호를 버퍼에 저장한 후, 311단계에서 상기 HARQ 결합된 신호의 HARQ-combined CINR을 계산한다. 여기서, 상기 HARQ 결합된 신호의 HARQ-combined CINR은, 하기 <수학식 1>과 같이, 현재 프레임에서 측정한 CINR과 이전 프레임에서 측정한 CINR을 HARQ 결합함으로써 계산할 수 있다. On the other hand, when the error occurs, the terminal stores the HARQ-coupled signal in the buffer in step 309, and calculates the HARQ-combined CINR of the HARQ-coupled signal in step 311. Here, the HARQ-combined CINR of the HARQ-coupled signal may be calculated by HARQ combining the CINR measured in the current frame and the CINR measured in the previous frame, as shown in Equation 1 below.

여기서, 상기

은 상기 HARQ 결합된 신호의 HARQ-combined CINR을 나타내고, 상기 k는 사용자의 인덱스(index)를 나타낸다. 상기

은 현재 프레임에서 사용자 k가 신호 검출 후에 측정한 CINR을 나타내고, 상기

은 사용자 k가 버퍼에 저장하고 있는, 이전 전송에서 계산한 HARQ-combined CINR을 나타낸다. Where

Denotes an HARQ-combined CINR of the HARQ-coupled signal, and k denotes an index of a user. remind

Denotes the CINR measured by user k after signal detection in the current frame,

Denotes the HARQ-combined CINR calculated in the previous transmission, stored in the buffer by user k.

상기 단말은 313단계에서 상기 계산된 HARQ-combined CINR을 NACK 신호의 변조 방식에 따른 변조 차수에 대응하는 M 비트로 양자화한다. 이후, 상기 단말은 315단계에서 상기 양자화된 HARQ-combined CINR을 NACK 신호에 중첩시켜 변조 방식에 따라 부호 및 변조한 후 기지국으로 피드백 전송한다. 여기서, 상기 양자화된 HARQ-combined CINR을 NACK 신호에 중첩시켜 변조 방식에 따라 부호 및 변조하는 방법은 이후 도 5를 이용하여 상세히 설명하기로 한다. In step 313, the terminal quantizes the calculated HARQ-combined CINR into M bits corresponding to a modulation order according to a modulation scheme of a NACK signal. Thereafter, in step 315, the UE superimposes the quantized HARQ-combined CINR on a NACK signal, signs and modulates the signal according to a modulation scheme, and transmits feedback to the base station. Here, a method of signing and modulating the quantized HARQ-combined CINR in a NACK signal according to a modulation scheme will be described in detail with reference to FIG. 5.

이후, 상기 단말은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다. Thereafter, the terminal terminates the algorithm according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 MU-MIMO 시스템에서 기지국이 단말로부터 NACK 신호와 함께 HARQ-combined CINR을 피드백 수신하여 랭크 및 사용자 조합을 결정하기 위한 방법의 절차를 도시한 흐름도이다. FIG. 4 is a flowchart illustrating a procedure of a method for determining a rank and a user combination by receiving, by a base station, a HARQ-combined CINR received with a NACK signal from a terminal in a MU-MIMO system according to the present invention.

상기 도 4를 참조하면, 기지국은 401단계에서 단말들로부터 ACK/NACK 신호를 피드백 수신한 후, 403단계에서 상기 ACK/NACK 신호를 복조 및 복호한다. 여기서, 상기 ACK/NACK 신호에는 HARQ-combined CINR이 중첩되어 있으며, 상기 중첩된 신호를 복조 및 복호함으로써 ACK/NACK 신호 뿐만 아니라 HARQ-combined CINR를 획득할 수 있다. 따라서, 상기 기지국은 405단계에서 상기 복조 및 복호된 NACK 신호에서 이전 전송 신호에 대한 HARQ-combined CINR을 추출한다. Referring to FIG. 4, in step 401, the base station feedback-receives an ACK / NACK signal from terminals, and then demodulates and decodes the ACK / NACK signal in step 403. Here, the HARQ-combined CINR is superimposed on the ACK / NACK signal, and the HARQ-combined CINR as well as the ACK / NACK signal can be obtained by demodulating and decoding the superimposed signal. Accordingly, the base station extracts HARQ-combined CINR for the previous transmission signal from the demodulated and decoded NACK signal in step 405.

이후, 상기 기지국은 407단계에서 단말들로부터 CSI 및 CQI를 수신하고, 409단계에서 상기 수신된 CSI 및 CQI를 이용하여 현재 프레임에서의 CINR을 계산한다. Thereafter, the base station receives the CSI and CQI from the terminals in step 407, and calculates the CINR in the current frame using the received CSI and CQI in step 409.

이후, 상기 기지국은 411단계에서 상기 추출된 HARQ-combined CINR과 상기 계산된 CINR의 합을 이용하여, 하기 <수학식 2>와 같이, 랭크 및 사용자 조합에 따른 단말별 CINR을 계산한다. Thereafter, the base station calculates the CINR for each terminal according to the rank and user combination, as shown in Equation 2, using the sum of the extracted HARQ-combined CINR and the calculated CINR in step 411.

여기서, 상기 R은 랭크, 즉 전송할 스트림의 수를 나타내고, 상기 U는 사용 자 조합을 나타내며, 상기 k는 사용자의 인덱스(index)를 나타내고, 상기

는 랭크 및 사용자 조합에 따른 단말별 CINR을 나타낸다. 상기

는 재전송이 필요한 사용자들의 집합을 나타내고, 상기 P는 기지국이 사용할 수 있는 전력의 총 합을 나타내며,

는 사용자 k의 프리코딩 벡터(precoding vector)로, 전체 전력을 랭크로 나누어 각 스트림당 동일 전력을 할당하는 것을 가정하였다. 상기

는 사용자 k와 기지국의 송신 안테나들 사이의 채널 벡터를 나타내고, 상기

는 잡음 분산을 나타낸다. 여기서, 상기

는 단말로부터 피드백 수신한 CSI 및 CQI를 이용하여 기지국이 계산한 현재 프레임에서의 CINR을 나타내고, 상기

는 단말로부터 ACK/NACK과 함께 피드백 수신한 HARQ-combined CINR을 나타낸다. 여기서, 사용자 k가

에 포함되는 경우, 즉 재전송이 필요한 단말에 대해서는, 해당 단말로부터 피드백 수신한 CSI 및 CQI를 이용하여 기지국이 계산한 현재 프레임에서의 CINR과, 해당 단말로부터 ACK/NACK과 함께 피드백 수신한 HARQ-combined CINR의 합으로, 해당 단말에 대한 랭크 및 사용자 조합에 따른 CINR을 계산한다. 반면, 사용자 k가

에 포함되지 않는 경우, 즉 최초 전송 단말에 대해서는, 해당 단말로부터 피드백 수신한 CSI 및 CQI를 이용하여 기지국이 계산한 현재 프레임에서의 CINR만으로 해당 단말에 대한 랭크 및 사용자 조합에 따른 CINR을 계산한다. 여기서, 상기 HARQ-combined CINR은 현재 단말이 가지고 있는 값으로 랭크와 스케줄링에 따라 달라지지 않지만 현재 프레임에서 기지국이 예측한 CINR은 랭크 및 스케줄링에 따라 달라진다. Here, R denotes a rank, i.e., the number of streams to be transmitted, U denotes a user combination, k denotes an index of a user, and

Represents the UE-specific CINR according to the rank and user combination. remind

Denotes a set of users requiring retransmission, P denotes the total sum of power available to the base station,

Is a precoding vector of user k, and it is assumed that the same power is allocated to each stream by dividing the total power by the rank. remind

Denotes a channel vector between user k and the transmit antennas of the base station,

Represents noise variance. Where

Denotes the CINR of the current frame calculated by the base station using CSI and CQI received from the terminal.

Denotes a HARQ-combined CINR received feedback with ACK / NACK from the UE. Where user k

If included in, i.e., a UE that needs to be retransmitted, the HARQ-combined feedback received with the CINR in the current frame calculated by the base station using the CSI and CQI received from the terminal and the ACK / NACK from the terminal. As the sum of the CINRs, the CINR according to the rank and user combination for the corresponding UE is calculated. On the other hand, user k

If not included, that is, for the first transmitting terminal, the CINR according to the rank and user combination for the terminal is calculated using only the CINR of the current frame calculated by the base station using the CSI and CQI received from the terminal. Here, the HARQ-combined CINR is a value that the current UE has but does not depend on rank and scheduling, but the CINR predicted by the base station in the current frame varies according to rank and scheduling.

이후, 상기 기지국은 413단계에서 상기 계산된 랭크 및 사용자 조합에 따른 단말별 CINR을 이용하여, 모든 가능한 랭크와 사용자 조합에 대해, 전송률 합을 최대화하면서 동시에 재전송이 필요한 단말들의 계산된 CINR이 기존에 할당된 MCS 레벨을 지원할 수 있는 랭크 및 사용자 조합을 결정한다. 여기서, 상기 랭크 및 사용자 조합은 하기 <수학식 3>을 이용하여 결정한다. In step 413, the base station uses the calculated UE-specific CINRs according to the rank and user combinations. For all possible ranks and user combinations, the calculated CINRs of terminals that need to be retransmitted while maximizing the sum of data rates are previously existing. Determine the rank and user combination that can support the assigned MCS level. Here, the rank and the user combination are determined using Equation 3 below.

여기서, 상기

은 결정된 랭크를 나타내고, 상기

는 결정된 사용자 조합을 나타낸다. 상기 U는 사용자 조합을 나타내고, 상기

은 데이터를 전송하고자 하는 모든 사용자들의 집합을 나타내며, 상기

는 재전송이 필요한 사용자들의 집합을 나타내고, 상기

는 집합 U의 원소의 개수를 나타낸다. 상기

는 랭크 R, 사용자 조합 U일 때 사용자 k에게 할당 가능한 전송률을 나타내고, 상기

는 최초 전송시 할당한 MCS 레벨을 지원할 수 있는 최소 CINR 값을 나타내며 이는 MCS 테이블(table)로부터 획득할 수 있다. 상기 <수학식 3>과 같이, 기지국은 재전송해야 하는 단말들로부터 피드백 수신된 HARQ-combined CINR을 통해 필요한 만큼의 자원(예를 들어, 전력)을 더 할당하여 재전송하려는 단말들을 보장해 준 후, 랭크를 높여서 남은 자원을 새로운 사용자에게 할당한다. Where

Represents the determined rank, and

Represents the determined user combination. U represents a user combination, and

Represents the set of all users who want to transmit data,

Denotes a set of users who need retransmission,

Represents the number of elements in the set U. remind

Denotes a transmission rate assignable to user k when rank R, user combination U,

Represents the minimum CINR value that can support the MCS level allocated during the initial transmission, and can be obtained from the MCS table. As shown in Equation 3, the base station further allocates as many resources (eg, power) as necessary through HARQ-combined CINR received feedback from terminals to be retransmitted, thereby ensuring the terminals to be retransmitted, and then rank To increase the remaining resources for new users.

이후, 상기 기지국은 415단계에서 상기 결정된 사용자 조합의 단말들에게 데이터를 전송한 후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다. In step 415, the base station transmits data to the terminals of the determined user combination, and then terminates the algorithm according to the present invention.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 단말이 HARQ-combined CINR을 NACK 신호에 중첩시켜 변조 방식에 따라 부호 및 변조하기 위한 방법을 도시한 예시도이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a method for a UE to code and modulate a HARQ-combined CINR in a NACK signal according to a modulation scheme in a MU-MIMO system according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 5를 참조하면, 추가적인 정보를 NACK 신호와 더불어 피드백할 시, 추가적으로 자원, 즉 시간(time)이나 주파수(frequency)를 할당할 경우 피드백 오버헤드가 증가하게 된다. 이 같은 단점을 보완하기 위해 본 발명은 다음과 같은 방법을 제안한다. 종래 기술에서도 ACK/NACK 신호를 피드백할 시, 한정된 자원을 효율적으로 사용하고 안정된 피드백 전송을 위해 부호 및 변조 기법을 사용한다. 종래 기술에서는 부호 및 변조 기법을 사용하여 ACK/NACK 신호를 피드백할 시, 상기 도 5의 (a)와 같이 ACK과 NACK 2 가지에 대해서만 부호 및 변조 기법을 적용하는데 반해, 본 발명에서는 도 5의 (b)와 같이 NACK을 NACK₁,...,NACK_N(N=2^M)의 서브 그룹(subgroup)으로 나누어 사용하는 것을 제안한다. 즉, 종래에는 ACK과 NACK 두 가지의 코드워드(codeword)만 존재하는데 반해, 본 발명에서는 ACK과 NACK₁,...,NACK_N(N=2^M)의 코드워드가 존재한다. 이 경우, ACK/NACK의 검출성능이, 2 개의 코드워드만을 전송하는 것에 비해 여러 개의 코드워드를 전송할 때 더 나빠지는 것을 막기 위해, 본 발명에 따라 ACK을 전송했을 때 NACK₁,...,NACK_N(N=2^M) 중의 하나라고 잘못 복호할 확률과, NACK₁,...,NACK_N(N=2^M) 중의 하나를 전송했을 때 ACK로 잘못 복호할 확률이, 종래의 ACK을 전송했을 때 NACK으로 잘못 복호할 확률과, NACK을 전송했을 때 ACK로 잘못 복호할 확률이 비슷하도록 부호 및 변조 기법을 적용한다. 즉, 서브 그룹 내에서 NACK₁과 NACK₂를 구별하는 성능과, ACK과 NACK 그룹을 구별하는 성능에 대해 종래 기술과 차별을 두어 부호 및 변조 기법을 적용한다. 이에 대해 설명하기 위해 다음과 같은 예를 들기로 한다. 만약 기존에 ACK와 NACK을 단순히 BPSK로만 변조하여 전송했다고 가정할 경우, 본 발명에서 기존 NACK신호에 추가정보를 중첩(superposition)한 후 ACK, NACK₁,...,NACK₄(M=2비트를 사용할 경우)를 통해 전송한다. 여기서는 단순히 변조 기법만을 예로 들어 설명하였으나, 부호 기법으로도 확장이 가능하다. 이 경우, 상기 도 5는 코드 도메인(code domain)에서 코드워드 길이(codeword length)와 동일한 차원의 격자구조로 생각될 수 있다. Referring to FIG. 5, when additional information is fed back together with a NACK signal, a feedback overhead is increased when additional resources, that is, time or frequency, are allocated. In order to make up for this drawback, the present invention proposes the following method. In the prior art, when feeding back an ACK / NACK signal, a limited resource is efficiently used and a coding and modulation scheme is used for stable feedback transmission. In the prior art, when the ACK / NACK signal is fed back using a sign and modulation scheme, the sign and modulation scheme is applied only to two types of ACK and NACK as shown in FIG. 5 (a). As shown in (b), it is proposed to divide NACK into subgroups of NACK ₁ ,..., NACK _N (N = 2 ^M ). That is, conventionally, only two codewords exist, ACK and NACK, whereas in the present invention, there are codewords of ACK and NACK ₁ ,..., NACK _N (N = 2 ^M ). In this case, the detection performance of the ACK / NACK, to prevent any further deterioration when transferring multiple code words compared to transmission of only two code words, NACK _1, when transmitting the ACK in accordance with the present invention, ..., NACK _{N (N} = 2 ^M) the probability of incorrectly decoding as one of the, NACK _1, ..., the probability of incorrectly decoding ACK to the transmission when one of _{^{NACK N (N = 2 M)}} , a conventional ACK The coding and modulation schemes are applied so that the probability of incorrect decoding by NACK when transmitted and the probability by which ACK is incorrectly transmitted by ACK when NACK is transmitted are similar. That is, the code and modulation schemes are applied to the performance of distinguishing NACK ₁ from NACK ₂ in the subgroup and the performance of distinguishing between ACK and NACK group from the prior art. To illustrate this, the following example will be given. If it is assumed that the conventional ACK and NACK are simply modulated by BPSK and transmitted, the present invention superimposes additional information on the existing NACK signal, and then ACK, NACK ₁ , ..., NACK ₄ (M = 2 bits). Is used). Here, only the modulation scheme is described as an example, but it can be extended to a coding scheme. In this case, FIG. 5 may be considered to be a grid structure having the same dimension as the codeword length in the code domain.

이 경우, SNR이 낮을 경우 비록 추가적인 정보는 제대로 복호하지 못하더라도 ACK, NACK 정보를 잘못 복호할 확률은 종래와 비슷하게 된다. 또한 본 발명이 목표로 하는 MU-MIMO의 경우는, SNR이 높은 경우에 시스템 용량을 크게 증가시키는 기술이므로, SNR이 낮을 경우엔 추가적인 정보를 잘못 복호할 경우라도 시스템 용량의 손실이 크지 않다. 또 하나 살펴볼 점은 종래 기술의 경우 ACK의 보로노이(Voronoi) 영역이 NACK의 보로노이 영역과 동일하나, 본 발명의 경우 ACK의 보로노이 영역이 NACK의 보로노이 영역보다 약간 더 작아지는 경우가 발생한다. HARQ 기법에서 ACK을 NACK으로 잘못 복호할 경우 PHY단에서 HARQ를 통해 재전송하면 되지만, NACK을 ACK으로 잘못 복호할 경우 MAC단에서 ARQ를 통해 재전송을 해야 된다. 그러므로 본 발명에서처럼 NACK의 보로노이 영역이 ACK의 보로노이 영역보다 큰 경우가 그 반대의 경우에 비해 레이턴시(latency)가 더 작고 시스템 용량의 성능열화 정도가 더 작을 수 있다.In this case, if the SNR is low, even if additional information is not properly decoded, the probability of incorrectly decoding ACK and NACK information is similar to that of the conventional art. In addition, in the case of MU-MIMO of the present invention, since the system capacity is greatly increased when the SNR is high, the system capacity is not largely lost even when the additional information is incorrectly decoded when the SNR is low. It should be noted that in the prior art, the Voronoi region of the ACK is the same as the Voronoi region of the NACK, but in the present invention, the Voronoi region of the ACK is slightly smaller than the Voronoi region of the NACK. do. If the ACK is incorrectly decoded by the NACK in the HARQ scheme, the PHY terminal may retransmit it through HARQ. However, when the NACK is incorrectly decoded by the ACK, the MAC terminal should be retransmitted through the ARQ. Therefore, as in the present invention, when the Voronoi region of the NACK is larger than the Voronoi region of the ACK, the latency may be smaller and the degree of performance degradation of the system capacity may be smaller than that of the reverse case.

한편, 본 발명에 따른 실시 예는 NACK 신호 전송시, 단말이 측정한 HARQ-combined CINR, 즉 HARQ로 결합된 CINR을 함께 ACK/NACK 채널을 통해 피드백해주는 것을 예로 들어 설명하였으나, CQI 채널을 통해 피드백하는 방법도 가능하다. Meanwhile, an embodiment according to the present invention has been described with an example of feeding back a HARQ-combined CINR, that is, a CINR combined with HARQ, through an ACK / NACK channel when the NACK signal is transmitted, but through a CQI channel. You can also do it.

한편, 본 발명에 따른 실시 예는 NACK 신호와 함께 HARQ-combined CINR을 피드백할 시, HARQ-combined CINR을 직접 양자화하여 피드백하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 다른 방법으로 최초 전송 시 할당된 MCS 레벨을 지원할 수 있는 최소 CINR을 링크 테이블(Link table)에서 검색하여, 상기 검색된 최소 CINR과 상기 HARQ-combined CINR과의 차이 또는 비를 계산하고, 상기 계산된 차이 또는 비를 NACK 신호의 변조 방식에 따른 변조 차수에 대응하는 M 비트로 양자화한 후, 상기 양자화된 값을 NACK 신호에 중첩시켜 상기 변조 방식에 따라 부호 및 변조한 후 기지국으로 피드백할 수도 있다. 이 경우 피드백해야 하는 값의 범위를 0~1까지로 제한되므로, 더 적은 비트 수만으로 피드백하는 것이 가능하다. 재전송시점에서 기지국은, 단말로부터 피드백된 값과, 해당 단말에게 할당한 MCS 레벨과 링크 테이블로 검색한 CINR을 이용하여, 실제 HARQ-combined CINR을 계산한 후, 본 발명에 따른 실시 예와 동일한 방법으로 랭크 및 사용자 조합을 결정할 수 있다. Meanwhile, an embodiment according to the present invention has been described with an example of directly quantizing and feeding back HARQ-combined CINR when feeding back a HARQ-combined CINR together with a NACK signal. However, in another method, an MCS level allocated during initial transmission may be supported. A minimum CINR that can be searched in a link table, and calculates a difference or ratio between the searched minimum CINR and the HARQ-combined CINR, and modulates the calculated difference or ratio according to a modulation scheme of a NACK signal. After the quantization is performed using M bits corresponding to the quantized value, the quantized value may be superimposed on a NACK signal, coded and modulated according to the modulation scheme, and fed back to the base station. In this case, since the range of values to be fed back is limited to 0 to 1, it is possible to feed back only with fewer bits. At the time of retransmission, the base station calculates the actual HARQ-combined CINR using the value fed back from the terminal, the MCS level assigned to the terminal and the CINR searched by the link table, and then the same method as in the embodiment according to the present invention. Can determine the rank and user combination.

또 다른 방법으로, 단말은 HARQ-combined CINR을 계산하여 복호 에러의 발생원인을 판단하고, HARQ-combined CINR이 기준값 이상으로 충분히 커서, 잡음의 랜덤한 특성 때문에 복호 에러가 발생한 것으로 판단되면 피드백 값으로 0을 결정하 고, HARQ-combined CINR이 기준값 이하로 작아서, 기지국에서 CINR을 잘못 계산하여 복호 에러가 발생한 것으로 판단되면 피드백 값으로 1을 결정한 후, 상기 결정된 피드백 값을 NACK 신호와 함께 기지국으로 피드백할 수도 있다. 재전송시점에서 기지국은, 단말로부터 피드백된 값을 이용하여, 0이 피드백되면 공격적인 할당으로 랭크를 높이고 1이 피드백되면 보수적인 할당으로 랭크를 유지하거나 낮추어 전송한다.Alternatively, the terminal calculates the HARQ-combined CINR to determine the cause of the decoding error, and if the HARQ-combined CINR is sufficiently larger than the reference value, and it is determined that a decoding error occurs due to the random characteristics of the noise, the feedback value is used as a feedback value. If 0 is determined and the HARQ-combined CINR is smaller than the reference value, and the base station incorrectly calculates the CINR and determines that a decoding error has occurred, the base station determines 1 as the feedback value and feeds the determined feedback value back to the base station along with the NACK signal. You may. At the time of retransmission, the base station uses the value fed back from the terminal, and if 0 is fed back, the rank is increased by aggressive allocation, and if 1 is fed back, the base station maintains or decreases the rank by conservative allocation and transmits the rank.

여기서, 랭크 결정 방법으로 상기 공격적인 할당 방법은, 재전송이 필요한 단말들을 미리 선택해둔 상황에서 다른 사용자들을 추가로 선택한 후 가장 좋은 사용자 조합 및 랭크를 결정하여 전송하는 방법이다. 이와 같은 공격적인 할당방법에 따라 최초 전송보다 높은 랭크가 결정될 수도 있다. 예를 들어, 최초 전송시의 랭크가 3이고, 재전송시의 랭크가 4라면, 초기 전송시에 전체 전력의 1/3씩을 할당받았던 단말들은 재전송시에 전체 전력이 1/4씩을 할당받게 된다. Here, the aggressive allocation method as a rank determination method is a method of determining and transmitting the best user combination and rank after additionally selecting other users in a situation in which terminals requiring retransmission are previously selected. According to such an aggressive allocation method, a higher rank than the initial transmission may be determined. For example, if the rank at the time of initial transmission is 3 and the rank at the time of retransmission is 4, the terminals that have been allocated 1/3 of the total power at the time of initial transmission are allocated the total power at 1/4 at the time of retransmission.

다른 랭크 결정 방법으로 상기 보수적인 할당방법으로, 재전송시점에서 재전송하려는 사용자들의 MCS 레벨을 지원할 수 있는 CINR을 보장할 수 있도록 랭크를 조절하는 방법이다. 즉, 재전송 시의 랭크를 최초 전송 시의 랭크와 동일하게 유지하여 먼저 스케줄링을 해본 후, 계산된 CINR이 재전송 단말에게 할당된 MCS 레벨을 모두 만족하는 경우 랭크를 높여 다시 스케줄링을 해보고, 계산된 CINR이 재전송 단말에게 할당된 MCS 레벨을 모두 만족하지 않는 경우 랭크를 낮추어 데이터를 전송할 수 있다. 예를 들어, 초기 전송시에 전체 전력의 1/3씩을 할당받았던 사용자 1과 사용자 3에게 데이터를 재전송 해야 할 경우, 재전송시에도 랭크 3으로 먼저 스케줄링을 해본 후, 계산된 CINR이 사용자 1과 사용자 3에 할당된 MCS 레벨을 모두 만족하는 경우 랭크 4로 스케줄링을 해보고, 그렇지 않을 경우 랭크 2로 사용자 1과 사용자 3에게 전체 전력의 1/2씩을 할당하여 데이터를 재전송한다. As another rank determination method, the conservative allocation method is a method of adjusting a rank so as to guarantee a CINR that can support the MCS level of users to be retransmitted at the time of retransmission. In other words, the scheduling at the time of retransmission is kept the same as the rank at the first transmission, and the scheduling is performed first. If the calculated CINR satisfies all the MCS levels allocated to the retransmission terminal, the scheduling is increased again and the scheduling is calculated again. If the MCS levels allocated to the retransmission terminals are not satisfied, data may be transmitted by lowering the rank. For example, if data needs to be retransmitted to user 1 and user 3 who were allocated 1/3 of the total power at the initial transmission, the scheduling is performed first with rank 3 during retransmission, and then the calculated CINR is calculated as user 1 and user. If all of the MCS levels assigned to 3 are satisfied, then rank 4 is scheduled. Otherwise, rank 2 is allocated to user 1 and user 3 by 1/2 of the total power, and data is retransmitted.

한편, 본 발명을 종래 기술과 비교한 시뮬레이션 결과를 하기 <표 1>을 이용하여 살펴보면 다음과 같다. 시물레이션 환경을 살펴보면, 19 셀(cell)/57 섹터(sector) 환경의 MU-MIMO 시스템에서 기지국은 4개의 안테나, 단말은 2개의 안테나를 사용하고, 기지국은 ZF-BF을 사용하며, 최대 3번 재전송하는 HARQ 체이스 컴바잉(chase-combing) 기법을 사용하였다. 상기 시뮬레이션은 SCM Urbanmacro 8' 3km/h 채널을 모델링하였다. On the other hand, the simulation results of comparing the present invention with the prior art are as follows using <Table 1>. In the simulation environment, in a MU-MIMO system with a 19 cell / 57 sector environment, a base station uses four antennas, a terminal uses two antennas, and a base station uses ZF-BF. The HARQ chase-combing technique of retransmission was used. The simulation modeled the SCM Urbanmacro 8 '3 km / h channel.

PHY sector throughput(Mbps)PHY sector throughput (Mbps) PERPER 1st ReTx1st ReTx 2nd ReTx2nd ReTx 3rd ReTx3rd ReTx 종래 기법의 HARQ 사용Use of HARQ of Conventional Technique 공격적 할당Aggressive allocation 17.1717.17 1.475%1.475% 0.304%0.304% 0.140%0.140% 보수적 할당Conservative allocation 16.0916.09 0.393%0.393% 0.015%0.015% 0.002%0.002% 본 발명의 HRQ 사용(M=2bit)HRQ use of the present invention (M = 2bit) 17.1217.12 0.877%0.877% 0.060%0.060% 0.005%0.005%

여기서, 종래 기법의 HARQ 기법을 사용하여, 즉 종래의 HACK 신호를 이용하여 공격적인 자원할당을 할 경우, PHY 단에서의 섹터 성능(sector throughput)은 보수적인 자원할당 혹은 본 발명의 HARQ 기법과 비교하였을 때 가장 높으나, 최대 재전송 수인 3회가 끝나더라도 에러가 복구되지 못하고 남아 있는 패킷이 0.14%로 이 역시 가장 높다. 이와 같은 PHY 단에서의 에러는 MAC단에서의 ARQ로만 극복할 수 있으므로, 비록 PHY 단에서의 성능은 크더라도 MAC 단에서의 성능은 상당히 감소하게 된다. Here, when aggressive resource allocation is performed using the conventional HARQ technique, that is, the conventional HACK signal, the sector throughput in the PHY stage may be compared with the conservative resource allocation or the HARQ technique of the present invention. It is the highest, but even after the maximum number of three retransmissions, the error is not recovered and the remaining packet is 0.14%, the highest. Since the error in the PHY stage can be overcome only by the ARQ in the MAC stage, the performance in the MAC stage is considerably reduced even though the performance in the PHY stage is large.

반면, 종래 기법의 HARQ 기법을 사용하여 보수적인 자원할당을 할 경우, 3회 재전송 후 에러가 남아 있을 확률은 0.002%로 공격적인 자원할당 혹은 본 발명의 HARQ 기법과 비교하였을 때 가장 낮으며, 따라서 MAC 단에서의 성능 감소폭이 작다. 하지만, PHY단에서의 성능 측면에서 공격적인 할당에 비해 약 6.3% 의 성능 감소를 가져온다. On the other hand, in the case of conservative resource allocation using the conventional HARQ scheme, the probability of error remaining after three retransmissions is 0.002%, which is the lowest when compared with aggressive resource allocation or the HARQ scheme of the present invention. The reduction in performance at the stage is small. However, in terms of performance in the PHY stage, the performance is reduced by about 6.3% compared to the aggressive allocation.

반면, 본 발명의 경우, 상기 공격적인 자원할당과 보수적인 자원할당의 장점을 모두 취해, 3회 재전송 후 남아 있는 에러가 0.005%로 MAC단에서 성능의 감소도 작을 뿐 아니라 PHY 단에서도 공격적인 할당과 거의 동일한 성능을 가진다. On the other hand, in the case of the present invention, taking advantage of both the aggressive resource allocation and conservative resource allocation, the error remaining after three retransmissions is 0.005%, so that the performance reduction at the MAC stage is small, as well as the aggressive allocation at the PHY stage. Has the same performance.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

도 1은 본 발명에 따른 MU-MIMO 시스템에서 단말의 장치 구성을 도시한 블럭도,1 is a block diagram showing a device configuration of a terminal in a MU-MIMO system according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 MU-MIMO 시스템에서 기지국의 장치 구성을 도시한 블럭도, 2 is a block diagram showing an apparatus configuration of a base station in a MU-MIMO system according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 MU-MIMO 시스템에서 단말이 NACK 신호와 함께 HARQ-combined CINR을 피드백 전송하기 위한 방법의 절차를 도시한 흐름도, 3 is a flowchart illustrating a procedure of a method for a UE to feedback transmit HARQ-combined CINR together with a NACK signal in a MU-MIMO system according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 MU-MIMO 시스템에서 기지국이 단말로부터 NACK 신호와 함께 HARQ-combined CINR을 피드백 수신하여 랭크 및 사용자 조합을 결정하기 위한 방법의 절차를 도시한 흐름도, 및 4 is a flowchart illustrating a procedure of a method for determining a rank and a user combination by receiving a feedback of a HARQ-combined CINR with a NACK signal from a terminal by a base station in a MU-MIMO system according to the present invention; and

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 단말이 HARQ-combined CINR을 NACK 신호에 중첩시켜 변조 방식에 따라 부호 및 변조하기 위한 방법을 도시한 예시도.5 is an exemplary diagram illustrating a method for a UE to sign and modulate a HARQ-combined CINR in a NACK signal according to a modulation scheme in a MU-MIMO system according to an exemplary embodiment of the present invention.

Claims

In the feedback transmission method of the terminal,

HARQ (HARQ-combined CINR) is calculated by combining the HARQ (Carrier Automatic Interference and Noise Ratio) for the signal received in the current frame and the CINR of the signal received in the previous frame. Process,

And feeding back information related to the calculated HARQ-coupled CINR to a base station along with a negative ACK (NACK) signal.

The method of claim 1,

The HARQ-coupled CINR is calculated as in Equation 4 below.

Where

Denotes the HARQ combined CINR, and k denotes an index of the user. remind

Denotes the CINR measured by user k in the current frame,

Denotes the HARQ combined CINR computed from the previous frame, which user k is storing in the buffer.

The method of claim 1,

The process of feeding back the information related to the calculated HARQ-coupled CINR to the base station with a NACK signal,

Quantizing the calculated HARQ-coupled CINR into bits corresponding to modulation orders according to a modulation scheme of a NACK signal;

And superimposing the quantized value on a NACK signal and performing a sign and modulation according to the modulation scheme and feeding back to a base station.

The method of claim 3, wherein

The modulation method is characterized in that one of Binary Phase Shift Keying (BPSK), Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), 8ary Quadrature Amplitude Modulation (8QAM), 16QAM, 64QAM.

The method of claim 1,

Retrieving the minimum CINR in the link table that can support the modulation and coding scheme (MCS) level assigned in the initial transmission;

Calculating a difference or ratio between the retrieved minimum CINR and the calculated HARQ combined CINR;

Quantizing the calculated difference or ratio into bits corresponding to modulation orders according to modulation schemes of a NACK signal;

The method of claim 1,

Determining a cause of a decoding error by using the calculated HARQ-coupled CINR;

Determining that a decoding error has occurred due to a random characteristic of noise when the calculated HARQ-combined CINR is greater than or equal to a reference value, determining 0 as a feedback value;

When the calculated HARQ-coupled CINR is less than or equal to the reference value, determining that a decoding error occurs by incorrectly calculating the CINR at the base station, and determining 1 as a feedback value;

And feeding back the determined feedback value with a NACK signal to a base station.

In the scheduling method of a base station,

A process of receiving feedback from a mobile station with a negative ACK (NACK) signal, a carrier to interference and noise ratio (CINR) combined with a HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest);

Receiving feedback from at least one of channel state information (CSI) and channel quality indicator (CQI) from the terminals, and calculating the CINR in the current frame using the feedback;

Calculating a CINR for each terminal according to a rank and a user combination using the sum of the received HARQ-coupled CINR and the calculated CINR;

And determining the rank and the user combination by using the UE-specific CINR according to the calculated rank and the user combination.

The method of claim 7, wherein

The HARQ-coupled CINR is a CINR for a signal received by a UE in a current frame, a CINR calculated by HARQ combining a CINR of a signal received in a previous frame, or a carrier to interference for a signal received in a current frame. and Noise Ratio).

The method of claim 7, wherein the UE-specific CINR according to the rank and user combination is calculated using Equation 5 below.

Wherein R represents a rank, U represents a user combination, k represents an index of the user, and

Is the precoding vector of user k. remind

Represents noise variance. Where

Denotes the CINR in the current frame calculated using at least one of CSI and CQI received from the UE.

Represents the HARQ-coupled CINR received feedback with the NACK signal from the terminal.

The method of claim 7, wherein the determining of the rank and user combination comprises:

For all possible rank and user combinations, maximizing the sum of rates and simultaneously determining the rank and user combinations for which the calculated CINRs of the terminals requiring retransmission can support the previously assigned MCS level.

The method of claim 10, wherein the rank and the user combination are determined using Equation 6.

Where

Represents the determined rank, and

Represents the set of all users who want to transmit data,

Denotes a set of users who need retransmission,

Represents the number of elements in the set U. remind

Indicates the minimum CINR value that can support the MCS level assigned during the initial transmission.

In the feedback transmission device of the terminal,

HARQ (HARQ-combined CINR) is calculated by combining the carrier to interference and noise ratio (CINR) for the signal received in the current frame and the CINR of the signal received in the previous frame. With CINR calculator,

And a coder and a modulator for feeding back information about the calculated HARQ-coupled CINR to a base station along with a negative ACK signal.

13. The method of claim 12,

The HARQ-coupled CINR is calculated as shown in Equation 7 below.

Where

Denotes the HARQ combined CINR, and k denotes an index of the user. remind

Denotes the CINR measured by user k in the current frame,

The method of claim 12, wherein the code and modulator,

Quantize the calculated HARQ combined CINR into bits corresponding to modulation orders according to a modulation scheme of a NACK signal,

And superimposing the quantized value on a NACK signal and performing a sign and modulation according to the modulation scheme, and feeding back the base station.

The method of claim 14,

The modulation method is one of Binary Phase Shift Keying (BPSK), Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), 8ary Quadrature Amplitude Modulation (8QAM), 16QAM, and 64QAM.

The method of claim 12, wherein the code and modulator,

The minimum CINR that can support the Modulation and Coding Scheme (MCS) level assigned in the initial transmission is searched in the link table,

After calculating the difference or ratio between the retrieved minimum CINR and the calculated HARQ combined CINR,

The calculated difference or ratio is quantized into bits corresponding to modulation orders according to the modulation scheme of the NACK signal,

The method of claim 12, wherein the code and modulator,

Determining the cause of the decoding error using the calculated HARQ combined CINR,

When the calculated HARQ-combined CINR is greater than or equal to the reference value, it is determined that a decoding error occurs due to random characteristics of noise, and 0 is determined as a feedback value.

When the calculated HARQ-coupled CINR is less than or equal to the reference value, the base station incorrectly calculates the CINR and determines that a decoding error has occurred.

And feeding back the determined feedback value along with a NACK signal to a base station.

In the scheduling apparatus of the base station,

Along with the NACK (Negative ACK) signal from the terminals, the HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) combined with the carrier to interference and noise ratio (CINR) feedback is received, the channel state information (CSI) and channel quality (CQI) from the terminals A demodulator and decoder configured to receive at least one of an indicator;

Calculate the CINR in the current frame using at least one of the received CSI and CQI, and calculate the CINR for each terminal according to the rank and user combination using the sum of the received HARQ combined CINR and the calculated CINR. With CINR calculator,

And a scheduler for determining a rank and a user combination by using the UE-specific CINR according to the calculated rank and the user combination.

The method of claim 18,

The HARQ-coupled CINR is a CINR for a signal received by a UE in a current frame, a CINR calculated by HARQ combining a CINR of a signal received in a previous frame, or a carrier to interference for a signal received in a current frame. and a Noise Ratio (CINR) calculated by using the device.

The apparatus of claim 18, wherein the UE-specific CINR according to the rank and the user combination is calculated using Equation 8 below.

Is the precoding vector of user k. remind

Represents noise variance. Where

The method of claim 18, wherein the scheduler,

For all possible rank and user combinations, the rank and user combination that maximizes the sum of rates and at the same time the computed CINR of the terminals requiring retransmission can support the previously assigned MCS level.

The apparatus of claim 21, wherein the rank and user combination is determined by using Equation 9 below.

Where

Represents the determined rank, and

Represents the set of all users who want to transmit data,

Denotes a set of users who need retransmission,

Represents the number of elements in the set U. remind