KR20100058060A - 다중 안테나를 지원하는 무선 통신 시스템에서 비 적응형 ｈａｒｑ를 위한 ｐｍｉ 선택 방법 - Google Patents

다중 안테나를 지원하는 무선 통신 시스템에서 비 적응형 ｈａｒｑ를 위한 ｐｍｉ 선택 방법 Download PDF

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Abstract

이하의 설명은 단말이 다중 안테나 방식으로 상향링크 신호를 전송함에 있어서 효율적으로 프리코딩 정보를 획득하고, 이를 이용하여 상향링크 신호를 전송하는 방법에 대한 것이다. 즉, 단말이 상향링크 신호를 전송함에 있어서, 기지국으로부터 단말의 상향링크 신호 전송에 이용할 프리코딩 행렬 정보를 포함하는 스케줄링 승인(Scheduling Grant) 신호를 수신하도록 설정한다. 이를 이용하여 단말은 상향링크 신호에 프리코딩을 적용하여 전송할 수 있다. 다만, 상술한 신호를 재전송하는 경우 중 기지국으로부터 재전송에 대한 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못하는 경우, 최근 수신한 동일 HARQ 프로세스에 대해 수신된 스케줄링 신호에 포함된 프리코딩 행렬 정보를 이용할 수 있다.
Figure P1020080116735
Uplink MIMO, Precoding, Scheduling Grant, HARQ Process

Description

다중 안테나를 지원하는 무선 통신 시스템에서 비 적응형 ＨＡＲＱ를 위한 ＰＭＩ 선택 방법 {Method For selecting PMI for non-adaptive HARQ operation in MIMO wireless communication systems}
이하의 설명은 다중 안테나 방식으로 상향링크 신호를 전송하는 방법에 대한 것으로서, 구체적으로 단말이 다중 안테나 방식으로 상향링크 신호를 전송함에 있어서 효율적으로 프리코딩 정보를 획득하고, 이를 이용하여 상향링크 신호를 전송하는 방법에 대한 것이다.
MIMO는 "Multi-Input Multi-Output"의 줄임말로 지금까지 한 개의 송신안테나와 한 개의 수신안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신안테나와 다중 수신안테나를 채택해 송수신 데이터 효율을 향상시킬 수 있는 방법을 말한다. 즉, 무선통신시스템의 송신단 혹은 수신단에서 다중안테나를 사용하여 용량증대 혹은 성능개선을 꾀하는 기술이다. 여기서는 MIMO 방식을 다중 안테나 방식이라 칭하기로 한다.
요약하면, 다중안테나 기술이란, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한 데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 다중 안테나 기술은 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있어 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있는 차세대 이동통신 기술이다. 다중 안테나 기술은 데이터 통신 확대 등으로 인해 한계 상황에 다다른 이동통신의 전송량 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술로 관심을 모으고 있다.
도 1은 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 송신 안테나의 수를 NT개로, 수신 안테나의 수를 NR개로 동시에 늘리게 되면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가하게 된다. 이에 따라서, 전송 레이트를 향상시키고, 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 채널 전송 용량의 증가에 따른 전송 레이트는 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송 레이트(Ro)에 다음과 같은 레이트 증가율(Ri)이 곱해진 만큼으로 이론적으로 증가할 수 있다.
즉, 예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 이와 같은 다중안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후 이를 실질적인 데이터 전송률 향상으로 이끌어 내기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며, 이들 중 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, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
이와 같은 다중안테나의 기술은 다양한 채널 경로를 통과한 심볼 들을 이용하여 전송 신뢰도를 높이는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식과, 다수의 송신 안테나를 이용하여 다수의 데이터 심볼을 동시에 송신하여 전송률을 향상시키는 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing) 방식으로 나눌 수 있다. 또한 이러한 두 가지 방식을 적절히 결합하여 각각의 장점을 적절히 얻고자 하는 방식에 대한 연구도 최근 많이 연구되고 있는 분야이다.
다중 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다.
상기 도 1과 같이 NT개의 송신 안테나와 NR개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다. 먼저, 송신 신호에 대해 살펴보면, 이와 같이 NT개의 송신 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 NT개 이므로, 이를 다음과 같은 벡터로 나타낼 수 있다.
Figure 112008080730022-PAT00001
한편, 각각의 전송 정보
Figure 112008080730022-PAT00002
에 있어 각각의 전송 전력을 달리 할 수 있으며, 이때 각각의 전송 전력을
Figure 112008080730022-PAT00003
라 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보는 다음과 같은 벡터로 나타낼 수 있다.
Figure 112008080730022-PAT00004
또한,
Figure 112008080730022-PAT00005
를 전송 전력의 대각행렬
Figure 112008080730022-PAT00006
를 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008080730022-PAT00007
한편, 전송전력이 조정된 정보 벡터
Figure 112008080730022-PAT00008
에 가중치 행렬
Figure 112008080730022-PAT00009
가 적용되어 실제 전송되는 NT개의 송신신호(transmitted signal)
Figure 112008080730022-PAT00010
가 구성되는 경우를 고려해 보자. 여기서, 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송 신호
Figure 112008080730022-PAT00011
를 벡터
Figure 112008080730022-PAT00012
를 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008080730022-PAT00013
여기서
Figure 112008080730022-PAT00014
는 i번째 송신안테나와 j번재 정보간의 가중치를 의미하며, 행렬로
Figure 112008080730022-PAT00015
로 표시하기로 한다.
Figure 112008080730022-PAT00016
는 가중치 행렬(Weight Matrix) 또는 프리코딩 행렬(Precoding Matrix)이라고 불린다.
한편, 상술한 바와 같은 전송 신호(
Figure 112008080730022-PAT00017
)는 공간 다이버시티를 사용하는 경우와 공간 멀티플랙싱을 사용하는 경우로 나누어 생각해 볼 수 있다.
공간 멀티플랙싱을 사용하는 경우는 서로 다른 신호를 다중화하여 보내게 되므로, 정보 벡터
Figure 112008080730022-PAT00018
의 원소들이 모두 다른 값을 가지게 된다. 반면, 공간 다이버시티를 사용하게 되면 같은 신호를 여러 채널 경로를 통하여 보내게 되므로 정보 벡터
Figure 112008080730022-PAT00019
의 원소들이 모두 같은 값을 갖게 된다.
물론, 공간 멀티플랙싱과 공간 다이버시티를 혼합하는 방법도 고려 가능하다. 즉, 예를 들어 3 개의 송신 안테나를 통하여 같은 신호를 공간 다이버시티를 이용하여 전송하고, 나머지는 각각 다른 신호를 공간 멀티플랙싱하여 보내는 경우 도 고려할 수 있다.
수신신호는 NR개의 수신안테나가 있는 경우 각 안테나의 수신신호
Figure 112008080730022-PAT00020
을 벡터로 다음과 같이 표현 하기로 한다.
Figure 112008080730022-PAT00021
한편, 다중 안테나 통신 시스템에 있어서의 채널을 모델링하는 경우, 채널은 송수신 안테나 인덱스에 따라 구분할 수 있으며, 송신 안테나 j로부터 수신 안테나 i를 거치는 채널을
Figure 112008080730022-PAT00022
로 표시하기로 한다. 여기서,
Figure 112008080730022-PAT00023
의 인덱스의 순서가 수신 안테나 인덱스가 먼저, 송신안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.
이러한 채널은 여러 개를 한데 묶어서 벡터 및 행렬 형태로도 표시 가능하다. 벡터 표시의 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
도 2는 NT개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 총 NT개의 송신 안테나로부터 수신안테나
Figure 112008080730022-PAT00024
로 도착하는 채널은 다음과 같이 표현 가능하다.
Figure 112008080730022-PAT00025
또한, 상기 수학식 6과 같은 행렬 표현을 통해 NT개의 송신 안테나로부터 NR 개의 수신 안테나를 거치는 채널을 모두 나타내는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008080730022-PAT00026
실제 채널은 위와 같은 채널 행렬
Figure 112008080730022-PAT00027
를 거친후에 백색잡음(AWGN; Additive White Gaussian Noise)가 더해지게 되므로, NY개의 수신안테나 각각에 더해지는 백색잡음
Figure 112008080730022-PAT00028
을 벡터로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112008080730022-PAT00029
위의 수식 모델링을 통해 수신신호는 다음과 같은 수식으로 표현가능하다.
Figure 112008080730022-PAT00030
차세대 이동통신 기술로 주목받는 3GPP LTE 시스템의 경우, 상술한 바와 같은 다중안테나 방식을 기지국으로부터 단말로 전송되는 하향링크 신호 전송에만 적용하였다. 다만, 상술한 전송률 증가, 다이버시티 이득을 상향링크 신호 전송에도 적용하고자 하는 노력이 계속되고 있으며, 이후 표준에서는 이러한 기술을 구체화하는 것이 요구된다.
상술한 바와 같은 상황에서 본 발명은 다중 안테나 방식을 상향링크 신호 전송에 효율적으로 적용하는 방법을 제공하고자 한다.
특히, 단말이 다중 안테나 방식으로 상향링크 신호를 전송함에 있어서 효율적으로 상술한 프리코딩 관련 정보를 획득하고, 이를 이용하여 상향링크 신호를 전송하는 방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시형태에서는 무선 통신 시스템에서 단말이 상향링크 신호를 전송하는 방법에 있어서, 기지국으로부터 상기 단말의 상향링크 신호 전송에 이용할 프리코딩 행렬 정보를 포함하는 스케줄링 승인(Scheduling Grant) 신호를 수신하는 단계; 상기 상향링크 신호를 상기 스케줄링 승인 신호에 포함된 상기 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 프리코딩한 후, 상기 기지국에 전송하는 초기 전송 단계; 및 상기 초기 전송 단계에서 전송된 상향링크 신호가 상기 기지국에 의해 성공적으로 수신되지 못한 경우, 상기 상향링크 신호를 1회 이상 재전송하는 단계를 포함하며, 상기 1회 이상의 재전송 단계에서 각 재전송을 위해 상기 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못한 경우, 상기 각 재전송 시점에서 최근 수신한, 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호의 HARQ 프로세스 번호와 동일한 HARQ 프로세스 번호를 가지는 상향링크 신호 전송에 대한 스케줄링 승인 신호에 포함된 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호를 프리코딩한 후 전송하는 단말의 상향링크 신호 전송 방법을 제안한다.
한편, 상기 1회 이상의 재전송 단계에서, 상기 각 재전송을 위해 상기 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못하고, 상기 최근 수신한 동일 HARQ 프로세스 번호를 가지는 상향링크 신호에 대한 프리코딩 행렬 정보가 없는 경우, 상기 각 재전송 시점에서 최근 수신한, 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호의 랭크(Rank) 및/또는 주파수 대역과 동일한 랭크 및/또는 동일한 주파수 대역을 가지는 상향링크 신호 전송에 대한 스케줄링 승인 신호에 포함된 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호를 프리코딩한 후 전송할 수 있다. 재전송에 이용할 프리코딩 행렬을 랭크와 주파수 대역 모두 동일한 신호에 대해 수신된 프리코딩 행렬로 이용하는 것은 해당 프리코딩 행렬이 단말에게 할당된 주파수 대역별로 상이할 경우에 적용하는 것이 바람직하며, 해당 랭크만을 고려하는 경우는 프리코딩 행렬이 시스템 대역 전체에서 동일하게 적용되는 경우에 이용할 수 있다.
또한, 상기 1회 이상의 재전송 단계에서, 상기 각 재전송을 위해 상기 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못하고, 상기 최근 수신한 동일 HARQ 프로세스 번호를 가지는 상향링크 신호 및 상기 최근 수신한 동일 랭크를 가지며/가지거나 동일 주파수 대역을 통해 전송된 상향링크 신호에 대한 프리코딩 행렬 정보가 없는 경우, 상기 초기 전송을 위해 수신한 스케줄링 승인 신호에 포함된 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호를 프리코 딩한 후 전송할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 무선 통신 시스템에서 단말이 상향링크 신호를 전송하는 방법에 있어서, 기지국으로부터 상기 단말의 상향링크 신호 전송에 이용할 프리코딩 행렬 정보를 포함하는 스케줄링 승인(Scheduling Grant) 신호를 수신하는 단계; 상기 상향링크 신호를 상기 스케줄링 승인 신호에 포함된 상기 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 프리코딩한 후, 상기 기지국에 전송하는 초기 전송 단계; 및 상기 초기 전송 단계에서 전송된 상향링크 신호가 상기 기지국에 의해 성공적으로 수신되지 못한 경우, 상기 상향링크 신호를 1회 이상 재전송하는 단계를 포함하며, 상기 1회 이상의 재전송 단계에서 각 재전송을 위해 상기 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못한 경우, 상기 단말과 상기 기지국 사이에 미리 규정된 하나 이상의 프리코딩 행렬을 포함하는 프리코딩 행렬 그룹 내 프리코딩들을 순차적으로 이용하여 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호를 프리코딩한 후 전송하는 단말의 상향링크 신호 전송 방법을 제안한다.
상술한 실시형태들에서 상기 무선 통신 시스템은 동기식 HARQ 시스템이며, 상기 단말은 다중 안테나를 이용하여 상기 상향링크 신호를 전송하는 경우를 가정한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태에 따르면 단말이 다중 안테나 방식으로 상향링크 신호를 전송함에 있어서 효율적으로 상술한 프리코딩 관련 정보를 획득하고, 이를 이용하여 상향링크 신호를 전송할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
다중 안테나 방식으로 상향링크 신호를 전송하기 위해 상술한 바와 같은 프리코딩 관련 정보를 단말이 효율적으로 획득하는 것이 요구된다. 프리코딩 정보는 이용 가능한 프리코딩 벡터 또는 프리코딩 행렬의 집합을 코드북(Codebook)의 형태로 송수신단간에 미리 규정한 후, 송수신단에서 프리코딩 행렬 인덱스(Precoding Matrix Index: PMI)의 형태로 전달되게 된다. 이때, 코드북 내 각 프리코딩 행렬들은 채널의 랭크(Rank)에 따라 서로 다른 서브셋(Subset)을 구성할 수 있다. 따라서, 이와 같은 프리코딩 행렬 관련 정보에 대해 좀더 구체적으로 살펴보기 위해 전송 신호의 단위로서의 코드워드, 랭크 및 스트림에 대해 먼저 간단히 살펴보기로 한다.
일반적인 통신 시스템에서는 채널에서 겪는 오류를 수신단에서 정정해주기 위해서 송신단에서 보내는 정보에 오류정정부호(forward error correction code)를 사용하여 부호화(coding)를 한 후 전송하게 된다. 수신단에서는 수신신호를 복조(demodulation)한 후, 오류정정부호의 복호(decoding)화 과정을 거친 후 전송 정보를 복원하게 된다. 이러한 복호화 과정을 통해 채널에 의해서 생긴 수신 신호 상의 오류를 정정하게 된다.
모든 오류정정부호에는 채널 오류 정정 시에 최대 정정 가능한 한계가 있다. 즉, 수신 신호가 해당 오류정정 부호가 갖는 한계를 넘는 오류를 갖고 있다면, 수신단에서는 오류가 없는 정보로 복호할 수 없게 된다. 따라서, 수신단에서는 복호한 정보에 오류가 있는지 없는지 판단할 근거가 필요하게 된다. 이렇게, 오류정정부호화 과정과 별도로 오류검출을 위해서 특별한 형태의 부호화 과정이 필요하다. 이런 오류 검출 부호로는 일반적으로 CRC(Cyclic Redundancy Check code)가 널리 쓰인다.
CRC는 오류정정이 아니라 오류검출을 위해 사용하는 부호화(Coding)방법의 하나이다. 일반적으로는 전송 정보를 CRC를 사용하여 부호화한 후, CRC 부호화된 정보에 오류정정부호(forward error correction code)를 사용하는 방식으로 사용한다. 흔히 이렇게 CRC와 오류정정부호가 적용되어 부호화된 한 개의 단위를 "코드워드(Codeword)"라고 한다.
한편, 채널의 상태를 나타내는 채널 행렬
Figure 112008080730022-PAT00031
의 행과 열의 수는 송수신 안테 나 수에 의해서 결정된다. 채널 행렬
Figure 112008080730022-PAT00032
는 앞서 살펴본 바와 같이 행의 수는 수신 안테나의 수 NR과 같아지고, 열의 수는 송신 안테나의 수 NT와 같아지게 된다. 즉, 채널 행렬
Figure 112008080730022-PAT00033
는 NT*NR행렬이 된다.
일반적으로, 행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행 또는 열의 개수 중에서 최소 개수로 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 행 또는 열의 개수보다 클 수 없게 된다. 수식적으로 예를 들면, 채널 행렬
Figure 112008080730022-PAT00034
의 랭크(
Figure 112008080730022-PAT00035
)는 다음과 같이 제한된다.
Figure 112008080730022-PAT00036
또한, 랭크의 또 다른 정의는 행렬을 고유치 분해(Eigen value decomposition)를 하였을 때, 고유치(eigen value)들 중에서 0이 아닌 고유치들의 개수로 정의할 수 있다. 비슷한 방법으로, 랭크를 SVD(singular value decomposition) 했을 때 0이 아닌 특이값(singular value)들의 개수로 정의할 수 있다. 따라서, 채널 행렬에서 랭크의 물리적인 의미는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다.
다중안테나 기술을 사용해서 보내는 서로 다른 정보 각각을 "전송 스트림(Stream)" 또는 간단하게 "스트림"으로 정의하기로 하자. 이와 같은 "스트림"은 "레이어 (Layer)"로 지칭될 수 있다. 그러면 전송 스트림의 개수는 당연히 서로 다 른 정보를 보낼 수 있는 최대 수인 채널의 랭크 보다는 클 수 없게 된다.
채널 행렬이
Figure 112008080730022-PAT00037
인 경우, 이를 수식적으로 설명하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008080730022-PAT00038
여기서 "# of streams"는 스트림의 수를 나타낸다. 한편, 여기서 한 개의 스트림은 한 개 이상의 안테나를 통해서 전송될 수 있음에 주의해야 한다.
상술한 바와 같이 이용 가능한 프리코딩 행렬들은 코드북 형태로 송수신단 간에 미리 규정되어 있는 것을 가정한다. 또한, 상술한 바와 같이 채널의 랭크별로 이용 가능한 프리코딩 행렬의 서브셋이 규정되어 있는 것을 가정한다.
만일, 코드북 내 특정 랭크에 대응하는 프리코딩 행렬의 서브셋이 상기 특정 랭크보다 작은 랭크에 대응하는 프리코딩 행렬의 서브셋을 포함하는 경우, 해당 코드북은 포함 특성(Nested Property)를 만족하는 것으로 지칭한다. 이러한 경우, 특정 랭크에 대한 프리코딩 행렬 정보를 상위 또는 하위 랭크에 대응하는 프리코딩 행렬 서브셋으로부터 유추하는 것이 가능할 수 있다.
한편, 본 실시형태에서 단말이 다중 안테나 방식으로 상향링크 신호를 전송하는 시스템은 HARQ 방식 통신 시스템인 것을 가정한다.
HARQ (Hybrid automatic repeat request) 기술은 채널 코딩과 ARQ(automatic repeat request) 기술이 결합된 것으로 오류가 발생한 데이터 블록을 재전송하여, 먼저 번에 전송한 데이터 블록과 결합하여 디코딩성능을 개선시키는 방식이다. HARQ 동작 방식은 재전송이 일어나는 시점의 규칙성으로 분류할 수 있는데, 재전송이 일어나는 시점이 가변인 비동기식(asynchronous) HARQ 방식과 재전송이 일어나는 시점이 정해져 있는 동기식(synchronous) HARQ 방식이 있다. 그리고, 재전송시에 사용하는 리던던시 버전(redundancy version: RV)의 종류에 따라 chase combining (CC) 방식과 incremental redundancy (IR) 방식으로 나눌 수 있다. CC 방식은 먼저 전송과 같은 데이터 블록을 전송함으로써, SNR의 이득을 얻기 위한 방식이다. 이에 반하여 IR 방식은 이전 전송과 서로 다른 리던던시를 포함하는 데이터를 전송함으로써 코딩 이득을 얻는 방식이다.
이하의 설명에 있어서 상술한 바와 같이 HARQ 프로세스가 이루어지는 단위를 "HARQ 프로세스 블록" 또는 혼동이 없는 경우 단순히 "HARQ 프로세스"로 지칭하기로 한다. 또한, 이러한 HARQ 프로세스를 구분하기 위한 식별자를 HARQ 프로세스 번호로 지칭하기로 한다.
상술한 설명을 바탕으로 이하에서 본 실시형태에 따라 단말이 상향링크 신호 전송에 다중 안테나(MIMO) 방식을 적용하는 방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에서는 단말이 상향링크 신호 전송에 필요한 프리코딩 정보를 기지국으로부터 수신하는 스케줄링 승인(Scheduling Grant) 신호로부터 획득하는 것을 가정한다. 즉, 본 실시형태에서는 상향링크 신호 전송을 위해 기지국이 단말에게 전송하는 스케줄링 승인 신호에 상술한 PMI 및 다중 안테나 방식 신호 전송과 관련된 다양한 정보를 실어서 전송하는 것을 가정한다.
상술한 재전송이 일어나는 시점이 가변인 비동기식 HARQ 시스템의 경우 단말의 매 상향링크 신호 전송에 대해 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하는 것이 요구된다. 이러한 경우 본 실시형태에 따르면 단말은 스케줄링 승인 신호에 포함된 프리코딩 행렬 정보를 획득하여, 상향링크 신호를 프리코딩한 후 기지국으로 전송할 수 있다.
다만, 상술한 재전송이 일어나는 시점이 정해져 있는 동기식 HARQ 시스템의 경우 매 재전송에 대해 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하는 것이 요구되지 않는다. 따라서, 단말이 특정 HARQ 프로세스 블록을 재전송하는 경우 적용할 프리코딩 행렬 정보를 이러한 사항을 고려하여 효율적으로 획득하는 방법이 요구된다. 상술한 내용을 이하 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 단말이 상향링크 신호를 다중 안테나 방식으로 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 3의 (a)는 상술한 비동기식 HARQ 시스템에서와 같이 단말의 매 상향링크 전송에 대해 기지국(Node B)으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하는 경우를 도시한다. 또한, 도 3의 (b)는 상술한 동기식 HARQ 시스템에서와 같이 단말의 재전송에 대해 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못하는 경우를 도시한 도면이다.
도 3의 (a)에서 먼저 단말(User Equipment: UE)은 기지국(Node B)로부터 상향링크 신호 전송에 대한 스케줄링 승인 신호를 수신할 수 있다(S301a). 이와 같이 단말에 수신된 스케줄링 승신 신호에는 이후 단말의 상향링크 신호 전송에 이용할 프리코딩 행렬 정보(예를 들어, PMI1)이 포함될 수 있다. 이후 단말은 기지국으로 획득된 프리코딩 행렬(예를 들어, PMI1)을 이용하여 상향링크 신호를 전송할 수 있다(S302a).
한편, 상기 단계 S302a에서 전송한 신호가 기지국에 의해 성공적으로 수신되지 못하는 경우, 기지국은 단말에 NACK을 전송할 수 있다(S303a). 이때, 기지국은 단말에게 해당 HARQ 프로세스의 재전송을 위한 프리코딩 행렬 정보(예를 들어, PMI2)를 포함하는 스케줄링 승인 신호를 전송할 수 있다(S303a). 이를 수신한 단말은 수신한 스케줄링 신호에 대응하는 프리코딩 행렬(예를 들어, PMI2)을 이용하여 해당 HARQ 프로세스를 재전송할 수 있다(S304a).
도 3의 (a)와 같이 동작하는 시스템은 상술한 비동기식 HARQ 시스템일 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시형태로서 동기식 HARQ 시스템에 대해서도 매 재전송에 대해 기지국이 스케줄링 승인 신호를 단말에 전송하도록 설정하는 경우, 도 3의 (a)와 동일하게 아무런 문제 없이 동작할 수 있다.
다만, 동기식 HARQ 시스템에서 매 재전송에 대해 기지국이 스케줄링 승인 신호를 전송하지 않는 경우에는 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.
도 3의 (b)에서도 단말은 기지국로부터 초기 상향링크 신호 전송에 대한 스케줄링 승인 신호를 단말의 초기 전송에 이용할 프리코딩 행렬 정보(예를 들어, PMI1)이 포함하여 수신하게 된다(S301b). 즉, 동기식 HARQ 시스템의 경우에도 초기 전송에 대해서는 항상 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하게 된다. 이후 단말은 기지국으로 획득된 프리코딩 행렬(예를 들어, PMI1)을 이용하여 상향링크 신호를 전송할 수 있다(S302b).
한편, 상기 단계 S302b에서 전송한 신호가 기지국에 의해 성공적으로 수신되지 못하는 경우, 기지국은 단말에 NACK을 전송할 수 있다(S303b). 이때, 기지국은 단말에게 해당 HARQ 프로세스의 재전송을 위한 스케줄링 승인 신호의 전송을 생략할 수 있으며, 이 경우 단말은 이후 1회 또는 복수회의 재전송(S304b)에 이용할 프리코딩 행렬 정보를 확정하는 방법이 필요하게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라 단말이 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못한 경우 재전송을 위한 프리코딩 행렬 정보를 획득하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4에서 먼저, 단계 S401에서는 단말이 재전송을 위한 스케줄링 승인 신호를 기지국으로부터 수신하여, 재전송용 PMI를 획득하였는지 여부를 판정한다. 상술한 실시형태에서와 같이 만일 동기식 HARQ 시스템에 대해서도 매 재전송에 대해 기지국이 스케줄링 승인 신호를 통해 이용할 PMI(예를 들어, PMI1)을 전송한 경우, 아무 문제 없이 해당 PMI1을 이용하여 재전송을 수행할 수 있다.
다만, 해당 재전송을 위해 기지국으로부터 수신된 PMI 정보가 없는 경우 단말은 단계 S402로 진행하여 최근 수신된, 현재 재전송하고자 하는 HARQ 프로세스의 번호와 동일한 HARQ 프로세스에 대해 수신된 스케줄링 승인 신호에 포함된 PMI(예 를 들어, PMI2)가 존재하는지 여부를 판정한다. 일반적으로 최근 동일 HARQ 프로세스에 대한 수신한 PMI를 이용하여 재전송을 수행하는 경우, 큰 성능 열화없이 재전송을 다중안테나 방식으로 수행할 수 있다.
다만, 최근 수신한 동일 HARQ 프로세스에 대한 PMI가 없는 경우가 존재할 수 있다. 즉, 단말은 초기 전송과 재전송 사이의 시간 동안에 다른 HARQ 프로세스를 이용하여 새로운 전송을 할 수도 있다. 이때, 재전송을 위해 적용할 PMI를 선택하는데 고려할 사항은 다음과 같다. 우선, 스케줄링 승인 신호를 전송하는 기지국에서 PMI를 계산할 때 사용하는 알고리즘에 따라서 달라질 수 있다.
첫번째, 기지국이 전체 시스템 대역에 대해서 동일한 PMI를 계산한다고 가정한다. 이 경우, 기지국 스케줄러(scheduler)가 할당하는 자원의 크기나 위치에 따라서 PMI 값이 달라지지 않을 것이다. 따라서, 최근 수신한, 현재 재전송하는 신호와 랭크가 같은 값을 지시하는 스케줄링 승인 신호에 포함된 PMI 값을 사용하면, 성능 열화 없이 가장 최근에 업데이트된 PMI를 사용할 수 있게 된다.
즉, 단말은 단계 S403으로 진행하여 최근 수신한, 현재 재전송하고자 하는 HARQ 프로세스의 전송 랭크와 동일한 랭크를 가지는 신호에 대해 수신한 스케줄링 승인 신호에 포함된 PMI가 존재하는지를 판정할 수 있다(S403). 판정 결과 최근 수신한, 현재 재전송하고자 하는 HARQ 프로세스의 전송 랭크와 동일한 랭크를 가지는 신호에 대한 PMI가 존재하고, 해당 PMI가 전체 시스템 대역에 대해 동일하게 적용되는 시스템인 경우 해당 PMI(예를 들어, PMI3)를 이용하여 재전송을 수행할 수 있 다.
한편, 기지국은 시스템 대역이 아니라 수신측에서 사용할 대역에 한해서 동일한 PMI를 계산하여 전송할 수 있다. 이 경우, 스케줄링 승인 신호에서 지시하는 자원의 크기나 위치가 이전 전송에서 지시한 자원의 크기나 위치가 다를 때 PMI 값을 사용할 수 없게 된다. 또한, 스케줄링 승인 신호에서 지시하는 자원의 크기나 위치가 동일하더라도 랭크 값이 다른 경우에는 사용할 수 없게 된다. 즉, 이러한 경우 자원의 크기나 위치, 랭크 값이 같은 가장 최근에 수신한 스케줄링 승인 신호에서 지시하는 PMI를 사용할 수 있다.
따라서, 단계 S403에서 단말이 최근 수신한 동일 랭크 신호에 대한 PMI가 존재하는 경우라도 해당 PMI가 시스템 대역 전체에 동일하게 적용되는 경우가 아니라면, 단계 S404로 진행하여 단말은 해당 PMI가 상향링크 신호 전송을 위한 자원의 크기 및 위치(예를 들어, 주파수 대역)가 동일한 신호에 대한 것인지를 추가적으로 판정하게 된다(S404). 만일, 동일한 자원 크기 및 위치를 가지는 신호인 경우에는 해당 PMI(예를 들어, PMI3)를 사용하여 재전송을 수행할 수 있다. 다만, 해당하는 PMI가 없는 경우 본 실시형태에서는 초기 전송에 대해 수신한 스케줄링 승인 신호에 포함된 PMI(예를 들어, PMI4)를 이용하여 재전송을 수행하는 것을 제안한다.
일반적으로 다중 안테나 시스템의 경우, 채널의 변화 속도가 그리 크기 않은 경우에 최적의 성능을 보인다. 그리고, 본 실시형태에서 재전송에 대한 스케줄링 승인 신호를 수신하지 않은 경우, 초기 전송에 사용하였던 주파수 자원을 똑같이 사용하는 것을 제안한다. 이와 같이 설정함으로써 채널의 변화 속도가 그리 크지 않은 경우, 상술한 바와 같이 초기 전송에 사용하였던 PMI를 그대로 사용하여도 성능에 큰 영향을 주지 않게 된다.
한편, 상기 단계 S403에서 최근 수신한 동일 랭크를 가지는 HARQ 프로세스에 대한 PMI가 존재하지 않는 경우에도 도 4에 도시된 바와 같이 초기 전송에서 수신한 스케줄링 승인 신호에 포함된 PMI(예를 들어, PMI4)를 이용하는 것을 제안한다. 다만, PMI 선택 방법에 있어서 프리코딩을 위한 코드북이 포함 조건(nested property)을 만족한다고 가정하면, 상위 또는 하위 랭크의 해당 인덱스의 프리코딩 행렬을 사용하여 재전송하는 것 역시 가능하다. 포함 조건이란 상술한 바와 같이 특정 랭크의 프리코딩 행렬이 하위 랭크의 프리코딩 행렬을 포함하는 성질을 말한다. 즉, 포함 조건을 만족하는 코드북의 경우, 랭크 값이 다르더라도 가장 최근에 수신한 스케줄링 승인 신호에서 지시하는 PMI값을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 재전송을 위한 스케줄링 승인 신호가 전송되지 않는 경우, 송수신 양측에서 미리 약속한 고정된 PMI를 사용하는 방법을 제안한다. 약속된 PMI를 정의하는 방법은 여러가지가 있을 수 있는 데, 예를들면 다음과 같다.
일례로서 해당 랭크에 해당하는 프리코딩 행렬 집합에서 소정의 프리코딩 행렬을 선정하여 사용하는 방법이 가능하다. 이때, 선정한 프리코딩 행렬은 한 개일 수도 있고, 한 개 이상일 수 있다. 한 개 이상의 프리코딩 행렬을 선정하는 경우, 미리 정한 순서로 PMI를 순환적으로 사용하게 한다. 미리 정한 순서의 일례는 시스템 타이밍(system timing) 등 고정 시간의 함수로 정의할 수도 있다.
상술한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 핵심적 특징으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 다양한 실시형태는 상향링크 신호 전송을 위해 다중안테나 기술을 이용하는 다양한 차세대 무선통신 시스템에 다양하게 적용될 수 있다.
도 1은 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도이다.
도 2는 NT개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 단말이 상향링크 신호를 다중 안테나 방식으로 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라 단말이 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못한 경우 재전송을 위한 프리코딩 행렬 정보를 획득하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

Claims (10)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말이 상향링크 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    기지국으로부터 상기 단말의 상향링크 신호 전송에 이용할 프리코딩 행렬 정보를 포함하는 스케줄링 승인(Scheduling Grant) 신호를 수신하는 단계;
    상기 상향링크 신호를 상기 스케줄링 승인 신호에 포함된 상기 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 프리코딩한 후, 상기 기지국에 전송하는 초기 전송 단계; 및
    상기 초기 전송 단계에서 전송된 상향링크 신호가 상기 기지국에 의해 성공적으로 수신되지 못한 경우, 상기 상향링크 신호를 1회 이상 재전송하는 단계를 포함하며,
    상기 1회 이상의 재전송 단계에서 각 재전송을 위해 상기 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못한 경우,
    상기 각 재전송 시점에서 최근 수신한, 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호의 HARQ 프로세스 번호와 동일한 HARQ 프로세스 번호를 가지는 상향링크 신호 전송에 대한 스케줄링 승인 신호에 포함된 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호를 프리코딩한 후 전송하는, 단말의 상향링크 신호 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1회 이상의 재전송 단계에서,
    상기 각 재전송을 위해 상기 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못하고, 상기 최근 수신한 동일 HARQ 프로세스 번호를 가지는 상향링크 신호에 대한 프리코딩 행렬 정보가 없는 경우,
    상기 각 재전송 시점에서 최근 수신한, 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호의 랭크(Rank) 및 주파수 대역과 동일한 랭크 및 동일한 주파수 대역을 가지는 상향링크 신호 전송에 대한 스케줄링 승인 신호에 포함된 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호를 프리코딩한 후 전송하는, 단말의 상향링크 신호 전송 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 1회 이상의 재전송 단계에서,
    상기 각 재전송을 위해 상기 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못하고, 상기 최근 수신한 동일 HARQ 프로세스 번호를 가지는 상향링크 신호 및 상기 최근 수신한 동일 랭크를 가지며 동일 주파수 대역을 통해 전송된 상향링크 신호에 대한 프리코딩 행렬 정보가 없는 경우,
    상기 초기 전송을 위해 수신한 스케줄링 승인 신호에 포함된 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호를 프리코딩한 후 전송하는, 단말의 상향링크 신호 전송 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬 정보는 상기 단말에게 할당된 특정 주파수 대역에 대한 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)인, 단말의 상향링크 신호 전송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 1회 이상의 재전송 단계에서,
    상기 각 재전송을 위해 상기 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못하고, 상기 최근 수신한 동일 HARQ 프로세스 번호를 가지는 상향링크 신호에 대한 프리코딩 행렬 정보가 없는 경우,
    상기 각 재전송 시점에서 최근 수신한, 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호의 랭크(Rank)와 동일한 랭크를 가지는 상향링크 신호 전송에 대한 스케줄링 승인 신호에 포함된 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호를 프리코딩한 후 전송하는, 단말의 상향링크 신호 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬 정보는 전체 시스템 대역에 동일하게 적용되는 행렬 인덱스(PMI)인, 단말의 상향링크 신호 전송 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 1회 이상의 재전송 단계에서,
    상기 각 재전송을 위해 상기 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못하고, 상기 최근 수신한 동일 HARQ 프로세스 번호를 가지는 상향링크 신호 및 상기 최근 수신한 동일 랭크를 가지는 상향링크 신호에 대한 프리코딩 행렬 정보가 없는 경우,
    상기 초기 전송을 위해 수신한 스케줄링 승인 신호에 포함된 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호를 프리코딩한 후 전송하는, 단말의 상향링크 신호 전송 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 통신 시스템은 동기식 HARQ 시스템이며, 상기 단말은 다중 안테나를 이용하여 상기 상향링크 신호를 전송하는, 단말의 상향링크 신호 전송 방법.
  9. 무선 통신 시스템에서 단말이 상향링크 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    기지국으로부터 상기 단말의 상향링크 신호 전송에 이용할 프리코딩 행렬 정보를 포함하는 스케줄링 승인(Scheduling Grant) 신호를 수신하는 단계;
    상기 상향링크 신호를 상기 스케줄링 승인 신호에 포함된 상기 프리코딩 행렬 정보를 이용하여 프리코딩한 후, 상기 기지국에 전송하는 초기 전송 단계; 및
    상기 초기 전송 단계에서 전송된 상향링크 신호가 상기 기지국에 의해 성공적으로 수신되지 못한 경우, 상기 상향링크 신호를 1회 이상 재전송하는 단계를 포함하며,
    상기 1회 이상의 재전송 단계에서 각 재전송을 위해 상기 기지국으로부터 스케줄링 승인 신호를 수신하지 못한 경우,
    상기 단말과 상기 기지국 사이에 미리 규정된 하나 이상의 프리코딩 행렬을 포함하는 프리코딩 행렬 그룹 내 프리코딩들을 순차적으로 이용하여 상기 각 재전송을 통해 전송할 상향링크 신호를 프리코딩한 후 전송하는, 단말의 상향링크 신호 전송 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 무선 통신 시스템은 동기식 HARQ 시스템이며, 상기 단말은 다중 안테나를 이용하여 상기 상향링크 신호를 전송하는, 단말의 상향링크 신호 전송 방법.
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