KR20100082284A - 다중 셀 협력에 기반하는 데이터 전송 방법 - Google Patents

다중 셀 협력에 기반하는 데이터 전송 방법 Download PDF

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Abstract

기지국에 의해 수행되고, 다중 셀 협력에 기반하는 데이터 전송 방법이 제공된다. 상기 방법은 셀 내의 각 단말로부터 적어도 하나의 CQI(channel quality indicator)를 수신하는 단계, 상기 수신된 CQI를 기반으로 복수의 후보 단말을 선택하는 단계, 각 후보 단말로부터 서빙 기지국에 대한 서빙 PMI(precoding matrix index), 인접 기지국에 대한 인접 PMI 및 상기 서빙 PMI와 상기 인접 PMI로부터 얻어지는 CQI를 수신하는 단계, 상기 각 후보단말로부터 수신된 서빙 PMI, 인접 PMI 및 CQI를 기반으로 하여 전송 단말 및 상기 데이터 전송에 사용될 전송 PMI를 선택하는 단계, 및 상기 전송 PMI가 지시하는 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 전송 단말로 데이터를 전송하는 단계를 포함한다. 다중 셀 협력의 구현을 위해 단말로부터의 피드백을 줄일 수 있고 백홀 네트워크의 부담도 줄일 수 있다.

Description

다중 셀 협력에 기반하는 데이터 전송 방법{METHOD OF DATA TRANSMISSION BASED ON MULTI-CELL COOPERATION}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 구체적으로는 무선 통신 시스템에서 다중 셀 협력에 관한 것이다.
다중입력 다중출력(Multiple-Input Multiple-Output; MIMO) 시스템은 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율을 향상시키는 시스템이다. 각 사용자에게 간섭으로 작용하는 성분인 다른 사용자의 데이터를 전송기에서 미리 제거하여 사용자로부터의 간섭을 줄이는 더티 페이퍼 코딩(dirty paper coding) 방식은 이론적으로 MIMO 시스템에서 최대의 채널 용량을 제공한다. 그러나, 전송기에서 요구되는 많은 채널 정보와 연산 복잡도로 인하여 실제 시스템에서 구현하기 힘든 문제점이 있다. 최근에는 이러한 더티 페이퍼 코딩 방식의 원리를 실질적으로 구현할 수 있도록 공간상의 자원을 복수의 사용자에게 동시에 할당하는 다양한 기법이 제안되고 있다.
삼성전자에 의해 제출된 기고문 R1-060335 "Downlink MIMO for EUTRA"에 개시된 PU2RC(Per User Unitary and Rate Control)은 프리코딩 행렬의 선택에 관한 일 예를 제안한다. 각 사용자는 다수의 프리코딩 행렬(Precoding Matrix)들 중에서 자신의 채널 전송률을 최대화할 수 있는 프리코딩 벡터를 선택하고, 그 프리코딩 벡터 인덱스와 SINR(Signal-to-interference plus Noise Ratio)을 기지국으로 피드백한다. 기지국은 피드백받은 정보를 바탕으로 프리코딩 행렬과 사용자를 선택한다.
최근에는 복수의 기지국의 협력 통신을 이용하여 다이버시티 이득(Diversity Gain)을 얻을 수 있는 다중 셀 협력 시스템(Multi-cell Cooperative system)에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다. 다중 셀 협력 시스템은 셀 커버리지의 확장(Cell Coverage Extension), 데이터 처리율 향상(Throughput Enhancement), 셀 경계 지역에서의 성능 향상 등을 제공하기 위하여 도입되고 있다.
피드백이 제한된 시스템에서 다중 셀 협력 방식은 기지국들간의 정보 공유 정도에 따라 구분될 수 있다. 이에 의하면 1) 기지국들 간에 채널 정보와 전송 데이터 정보를 공유하지 않는 방식, 2) 기지국들 간에 채널 정보만 공유하고 데이터 정보를 공유하지 않는 방식, 3) 기지국들 간에 데이터 정보만 공유하고 채널 정보는 공유하지 않는 방식, 4) 기지국간에 채널 정보와 데이터 정보를 모두 공유하는 방식으로 나눌 수 있다. 4)번째 방식이 이론적으로 가장 성능이 좋을 것으로 예상되지만, 다중 셀 협력에 참여하는 모든 기지국이 모든 사용자의 데이터와 채널 정보를 공유하는 것은 백홀(Backhaul) 네트워크의 부하를 증가시켜서 실제 시스템 구현상에 문제점을 가져올 수 있다. ETRI(Electronics and Commnications Research Institute)에 의해 제안된 기고문 R1-084114 "Per-cell precoding methods for downlink joint processing CoMP"에서는 기지국 간에 채널 정보와 데이터 정보를 모두 공유하는 기법을 이용하여 프리코딩하는 방식을 개시하고 있다.
다중 셀 협력 시스템에서, 협력에 참여하는 모든 기지국에 속하는 사용자들의 데이터 정보를 기지국들간에 공유하는 것은 백홀 네트워크의 부하 및 기지국 버퍼 크기의 증가를 초래한다. 이는 고속 데이터 전송이 요구되는 무선 통신 시스템의 설계에 큰 부담으로 작용할 수 있다.
본 발명은 이루고자 하는 기술적 과제는 데이터 정보를 공유하지 않고 채널 정보의 공유를 이용한 다중 셀 협력을 제공하는 데 있다.
본 발명은 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 다중 셀 협력에 기반하는 데이터 전송 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 다중 셀 협력을 위한 감소된 채널 정보 피드백 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
일 양태에 있어서, 기지국에 의해 수행되고, 다중 셀 협력에 기반하는 데이터 전송 방법이 제공된다. 상기 방법은 셀 내의 각 단말로부터 적어도 하나의 CQI(channel quality indicator)를 수신하는 단계, 상기 수신된 CQI를 기반으로 복수의 후보 단말을 선택하는 단계, 각 후보 단말로부터 서빙 기지국에 대한 서빙 PMI(precoding matrix index), 인접 기지국에 대한 인접 PMI 및 상기 서빙 PMI와 상기 인접 PMI로부터 얻어지는 CQI를 수신하는 단계, 상기 각 후보단말로부터 수신된 서빙 PMI, 인접 PMI 및 CQI를 기반으로 하여 전송 단말 및 상기 데이터 전송에 사용될 전송 PMI를 선택하는 단계, 및 상기 전송 PMI가 지시하는 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 전송 단말로 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 복수의 후보 단말에 선택됨을 통지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전송 단말 및 전송 PMI는 인접 기지국과 PMI 및 CQI를 교환하여, 상기 서빙 기지국의 전송률 및 상기 인접 기지국의 전송률 합이 가장 좋은 단말로 선택될 수 있다.
다른 양태에 있어서, 기지국에 의해 수행되고, 다중 셀 협력에 기반하는 데이터 전송방법이 제공된다. 상기 방법은 셀 내의 각 단말로부터 제1 채널 품질 정보를 수신하는 단계, 상기 제1 채널 품질 정보를 기반으로 인접 기지국과 채널 품질 정보를 공유하여 전송 PMI 및 상기 인접 기지국이 사용하는 인접 전송 PMI를 선택하는 단계, 상기 전송 PMI 및 상기 인접 전송 PMI를 송신하는 단계, 각 단말로부터 상기 전송 PMI 및 상기 인접 전송 PMI으로부터 얻어지는 제2 채널 품질 정보를 수신하는 단계, 상기 제2 채널 품질 정보를 기반으로 전송 단말을 선택하는 단계, 및 상기 전송 PMI가 지시하는 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 전송 단말로 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 제1 채널 품질 정보는 상기 기지국이 사용하는 코드북에 속하는 PMI 및 상기 PMI에 대응하는 CQI를 포함할 수 있다. 상기 제2 채널 품질 정보는 상기 전송 PMI 및 상기 인접 전송 PMI으로부터 얻어지는 CQI를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에 있어서, 단말에 의해 수행되고, 다중 셀 협력에 기반하는 채널 정보 피드백 방법이 제공된다. 상기 방법은 제1 채널 품질 정보를 기지국으로 송신하는 단계, 상기 제1 채널 품질 정보를 송신한 후에 상기 기지국으로부터 전송 PMI 및 인접 기지국이 사용하는 인접 전송 PMI를 수신하는 단계, 및 상기 전송 PMI 및 상기 인접 전송 PMI를 이용하여 얻어지는 제2 채널 품질 정보를 송신하는 단계 를 포함한다.
제안된 기술에 의하면 다중 셀 협력의 구현을 위해 단말로부터의 피드백을 줄일 수 있고 백홀 네트워크의 부담도 줄일 수 있다. 따라서, 고속의 데이터 처리가 요구되는 무선 통신 시스템을 구현할 수 있다.
이하의 방법, 장치 및 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 기술에 적용될 수 있다. 무선 접속 기술은 다양한 무선 통신 표준 시스템으로 구현될 수 있다. WCDMA(Wideband CDMA)는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 표준화 기구에 의한 UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. CDMA2000는 CDMA에 기반한 무선 기술이다. 3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2) 표준화 기구에 의한 HRPD(High Rate Packet Data)는 CDMA2000 기반 시스템에서 높은 패킷 데이터 서비스를 제공한다. eHRPD(evolved HRPD)는 HRPD의 진화이다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRAN(Evolved-UTRAN) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. LTE(long term evolution)은 E-UTRAN를 사용하는 E-UMTS(Evolved-UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access)를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 LTE의 진화이다.
이하의 기술이 적용되는 다중 안테나 시스템 또는 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 시스템은 다중 전송 안테나와 적어도 하나의 수신 안테나를 이용한 시스템이다. 이하의 기술은 다양한 MIMO (multiple input multiple output) 방식에 적용될 수 있다. MIMO 방식은 동일한 스트림을 다중 계층으로 전송하는 공간 다이버시티(spatial diversity)와 다중 스트림을 다중 계층으로 전송하는 공간 다중화(spatial multiplexing)가 있다. 공간 다중화에서 다중 스트림이 하나의 사용자에게 전송될 때 SU-MIMO(Single User-MIMO) 또는 SDMA(spatial division multiple access)라고 한다. 공간 다중화에서 다중 스트림이 다수의 사용자에게 전송될 때 MU-MIMO(Multi User-MIMO)라고 한다. 또한, 공간 다이버시티 및 공간 다중화는 각각 사용자로부터의 보고되는 귀환(feedback) 정보의 이용 여부에 따라 개루프(open-loop) 방식과 폐루프(closed-loop) 방식으로 나눌 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다. 무선 통신 시스템은 적어도 하나의 기지국(10A, 10B, Base Station, BS)을 포함한다. 각 기지국(10A,10B)은 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)(30A, 30B)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다. 하나의 기지국에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다.
단말(20A, 20B; Mobile Station, MS)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(Wireless Device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(Wireless Modem), 휴대기기(Handheld Device), AT(Access Terminal) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(10A, 10B)은 일반적으로 단말(20A, 20B)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), AN(Access Network) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
이하에서 하향링크(downlink, DL)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink, UL)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 전송기는 기지국의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 전송기는 단말의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국의 일부분일 수 있다.
셀(30A) 내측에 위치한 단말(20A)은 해당 서빙 기지국(10A)과 통신한다. 서빙 기지국은 단말(20A)이 접속하고 있는 기지국을 말하고, 서빙 셀은 서빙 기지국이 관리하고 있는 셀을 말한다. 인접 셀은 서빙 셀의 주변이 있는 셀을 말한다. 인접 셀은 지리적인 위치에 한정되는 것이 아닌, 다중 셀 협력에 협력하는 셀을 말한다.
이하에서, 다중 셀 협력에 대해 기술한다. 하나의 기지국에는 하나의 셀이 존재하는 것으로 가정하고, 2개의 셀(한개의 서빙 셀과 한개의 인접 셀)을 가정한다.
각 셀에서는 코드북 기반의 유니터리 빔포밍(unitary beamforming)을 고려한 다. 코드북은 복수의 프리코딩 행렬을 포함한다. 서빙 기지국과 간접 기지국이 사용하는 코드북들은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 서빙 기지국 및 인접 기지국은 각각 Nt개의 전송 안테나를 이용하며, 두 기지국이 서로 동일한 L(≤Nt)개의 데이터 스트림을 전송하는 것으로 가정한다. 이는 서빙 기지국 및 인접 기지국의 랭크는 L로 동일한 것을 의미한다. 수신신호는 아래 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009018394008-PAT00001
여기서, Y k ,i는 i번째 셀의 k번째 단말의 Nr×1 수신 신호 벡터, H k ,i 는 k번째 단말과 i번째 기지국간의 Nr×Nt 채널 행렬, W i , g는 i번째 기지국의 g번째 Nt×L 유니터리 프리코딩 행렬, N k 는 Nr×1 잡음 벡터, 그리고 S i는 L×1 송신 심볼 벡터를 의미한다. Nr은 수신 안테나의 수이다. 랭크 L는 한번에 전송가능한 데이터 스트림의 수이며, Nr 및 Nt 중의 최소값을 최대값으로 한다. 예를 들어, Nt=4, Nr=2라면, 랭크는 최대 2가 될 수 있다.
각 기지국은 G개의 유니터리 행렬을 포함하는 코드북을 가지고 있다고 가정한다. W i ,s는 코드북 [W 1, W 2,……,W G] 중에서 선택된 프리코딩 행렬이다. PMI(precoding matrix index)는 코드북에서 선택되는 프리코딩 행렬의 인덱스이다. 여기서, MMSE(minimum mean squared error) 수신기를 사용한다고 할 때, 1번째 셀의 k번째 단말의 g번째 코드북에 대한 i번째 스트림의 수신 SINR은 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112009018394008-PAT00002
여기서, h eff ,i,g,j는 k번째 단말의 i번째 기지국에 대한 g번째 프리코딩 행렬의 j번째 스트림에 대한 실효채널이며, 이는 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009018394008-PAT00003
여기서, w g ,i은 g번째 프리코딩 행렬의 i번째 열 벡터를 의미한다.
코드북 기반 시스템에서 L<Nt 일 때, 수신되는 SINR은 인접 셀의 프리코딩 행렬 선택에 영향을 미친다고 할 수 있다. 이는 다음과 같이 증명할 수 있다. 인접셀의 간섭에 해당하는 부분을 아래 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009018394008-PAT00004
여기서, L=Nt이고 Wg'가 유니터리 행렬이라면,
Figure 112009018394008-PAT00005
가 된다. I Nt는 단위 행렬(identity matrix)이다. 따라서, 인접 셀의 프리코딩 행렬에 관 계없이 간섭 신호의 전력은 H k ,2 H H k , 2 로 동일함을 알 수 있다. 다만, L<Nt인 경우에는
Figure 112009018394008-PAT00006
이므로, 인접 셀에 의한 간섭 전력이 인접 셀의 프리코딩 행렬에 따라 영향을 받게 됨을 알 수 있다. 이는 랭크가 전송 안테나의 개수보다 작으면 인접 셀의 프리코딩 행렬을 고려함으로써, 이득을 얻을 수 있다는 것을 의미한다.
따라서, 전송 안테나의 개수(Nt)가 데이터 스트림의 개수(L)보다 많은 경우에는 각 셀의 프리코딩 행렬이 인접한 셀의 SINR에 영향을 미치는 바, 각 기지국은 프리코딩 행렬을 선택함에 있어, 각 기지국의 전송률의 합이 최대가 되도록 프리코딩 행렬을 선택하는 것이 바람직하다. 이는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112009018394008-PAT00007
여기서, Ri는 i번째 기지국의 전송률이다. 두 개의 셀을 고려할 경우, 제1 기지국의 전송률(R1) 및 제2 기지국의 전송률(R2)의 합(R1+R2)이 최대가 될 수 있도록, 각각의 프리코딩 행렬 W 1 ,j, W 2 ,k을 선택하는 것이 바람직하다.
상기의 수학식 5를 계산하기 위해서는, 각 단말은 인접 셀의 프리코딩 행렬 선택을 고려하여 발생하는 모든 경우의 프리코딩 행렬 조합에 대하여 SINR을 계산해보고 이를 모두 피드백하는 것이 필요하다. 이는 2개의 셀만 있더라도, 실제 고 려해야 할 프리코딩 행렬의 개수가 G2가 됨을 의미한다. 도 2는 G=4인 경우 발생하는 프리코딩 행렬의 조합을 나타낸다. 각 사용자가 이것을 모두 계산하는 것은 복잡도의 증가를 가져올 수 있다. 더구나, 각 프리코딩 행렬에 대한 SINR 정보를 모두 기지국으로 피드백하는 것은 시그널링 오버헤드를 초래할 수 있다. 따라서 채널 정보 피드백으로 인한 오버헤드를 줄일 수 있는 방법이 필요하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 나타낸 흐름도이다. 이 방법은 기지국에 의해 수행될 수 있다. 단계 S310에서, 기지국은 셀 내의 복수의 단말로부터 적어도 하나의 후보 단말을 선택한다. 각 단말은 서빙 기지국의 코드북 뿐만 아니라 인접 기지국의 코드북을 고려하여, 선택된 PMI(precoding matrix index), 선택된 PMI에 대한 RI(radnk indicator) 및/또는 선택된 PMI에 대응하는 CQI(channel quality indicator)를 포함하는 채널 품질 정보를 서빙 기지국으로 보낸다. 채널 품질 정보는 인접 기지국에 대한 PMI를 더 포함할 수 있다. 상기 선택된 PMI는 CQI가 가장 좋은 PMI일 수 있다. CQI는 SINR 또는 MCS(modulation and coding scheme) 인덱스와 같은 다양한 형식으로 나타낼 수 있다. 기지국은 수신한 각 단말의 채널 품질 정보를 기반으로 후보 단말을 선택한다.
단계 S320에서, 기지국은 선택된 후보 단말로부터 코드북에 속하는 PMI 별 채널 품질 정보를 수집한다. 단계 S330에서, 기지국은 후보 단말들로부터 수신되는 코드북별 채널 품질 정보를 기반으로 특정 기준(criterion)에 따라 데이터를 전송할 전송 단말을 선택하고, 상기 전송 단말을 위한 전송 PMI를 선택한다. 단계 S340 에서, 기지국은 상기 전송 PMI가 지시하는 프리코딩 행렬을 통해 상기 전송 단말로 데이터를 전송한다.
단말은 서빙 기지국을 위한 G개의 PMI와 인접 기지국을 위한 G개의 PMI의 조합, 즉, G2개의 PMI의 조합에 대하여 CQI를 계산할 수 있다. 이때, 각 단말에서 계산된 G2개의 CQI 값을 서빙 기지국으로 피드백하는 것은 심각한 오버헤드로 작용할 수 있다. 따라서, 셀 내의 모든 단말에 대하여 모든 PMI에 대한 CQI 값을 전송받는 것이 아니라, 셀 내의 모든 단말 중 복수의 후보 단말을 선택하고 상기 후보 단말들로부터 서빙 기지국의 코드북 및 인접 기지국의 코드북에 대한 CQI 정보를 수집하는 것이다. 그리고, 각각의 기지국은 상기 복수의 후보 단말로부터 수집된 정보를 이용하여 전송 PMI 및 전송 단말을 선택하고, 이를 이용하여 데이터를 전송한다. 셀 내 단말들 중 일부의 후보 단말을 선택함으로써, 전체 단말의 개수 대비 선택된 후보 단말의 개수에 따라 기지국으로 전송되는 피드백의 양을 줄이는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 나타낸 예시도이다. 제1 기지국(40A)은 K개의 단말들(MS1-1, MS1-2, ..., MS1-K)의 서빙 기지국이고, 제2 기지국(40B)는 K개의 단말들(MS2-1, MS2-2, ..., MS2-K)의 서빙 기지국이다. 제1 기지국(40A)의 인접 기지국은 제2 기지국(40B)이 되고, 제2 기지국(40B)의 인접 기지국은 제1 기지국(40A)이 된다. 서빙 기지국은 하나의 인접 기지국이 있고, 각 기지국에는 동일한 K개의 단말들이 속하다고 하나, 이는 예시에 불과하다. 인접 기지국의 수나 각 기지국에 속하는 단말들의 수는 제한이 아니다.
단계 S410에서, 단말은 각 랭크별로 PMI 조합에 따른 CQI를 계산한다. 서빙 기지국의 코드북(이하, 서빙 코드북) 및 인접 기지국의 코드북(이하 인접 코드북)에 속하는 모든 PMI의 조합에 대한 CQI 값을 계산한다. 각 단말은 랭크별 서빙 코드북 및 인접 코드북에 대한 정보를 메모리에 저장하고 있을 수 있다. 또는, 서빙 기지국은 단말이 사용할 서빙 코드북 및 인접 코드북을 알려줄 수 있다. 여기서는, 서빙 코드북 및 인접 코드북이 각각 G개의 PMI로 구성되고 있다고 한다. 단말은 G2에 대응되는 개수만큼의 CQI를 각각 계산할 수 있다.
단계 S420에서, 단말은 가장 좋은 CQI 및 상기 CQI에 대응하는 PMI, 인접 PMI를 피드백한다. 상기 PMI는 서빙 기지국이 사용하는 서빙 코드북으로부터 선택된 PMI(이를 서빙 PMI라 한다) 및/또는 인접 기지국이 사용하는 인접 코드북으로부터 선택된 PMI(이를 인접 PMI라 한다)을 포함할 수 있다. 둘 이상의 랭크가 설정될 수 있는 경우, 단말은 각 랭크마다 선택된 서빙 PMI, 인접 PMI, RI 및 이에 대응하는 CQI를 피드백할 수 있다. 단말은 계산한 G2개의 CQI 가운데서 우수한 채널 품질을 나타내는 CQI를 선택하고, 선택된 CQI, RI, PMI를 전송한다. 여기서는, 수신 안테나의 수 Nr을 1로 하고(즉, 랭크 L=1로 하나만 존재) 하나의 CQI를 피드백한다고 한다. 그러나, 이는 예시에 불과하고 단말은 랭크 별로 적어도 하나의 CQI 및/또는 PMI를 피드백할 수 있다.
단계 S430에서, 기지국은 셀 내의 각 단말로부터 하나의 CQI를 수신하면, 이 를 기반으로 B개(B≥1)의 후보 단말을 선택한다. 기지국은 CQI가 가장 좋은 순서로 후보 단말을 선택할 수 있다. 여기서는, 제1 기지국(40A)와 제2 기지국(40B)이 동일한 B개의 후보 단말을 선택하고 있으나 이는 예시에 불과하다.
단계 S440에서, 선택된 B개의 후보 단말들은 Q-1개의 CQI 및 이에 대응하는 PMI들을 기지국으로 전송한다. 이때, 전송되는 PMI는 서빙 PMI 및/또는 인접 PMI를 포함될 수 있다. Q는 후보 단말들이 기지국으로 보내는 CQI의 총 수를 말하며, 단계 S410에서 이미 하나의 CQI를 보냈으므로 이번에 Q-1개의 CQI를 보내는 것이다. Q의 값은 최대 G2가 될 수 있으며, 기지국이 후보 단말로 선택됨을 통지할 때 단말에게 알려주거나, 별도의 메시지로 알려줄 수 있다.
단계 S450에서, 기지국은 각 후보 단말로부터 수신되는 CQI 및 PMI를 기반으로 가장 좋은 CQI를 갖는 하나 또는 그 이상의 단말을 선택한다. 단계 S460에서, 기지국은 선택된 각 단말들에 대해 PMI별로 전송률을 계산한다. 단계 S470에서, 제1 기지국(40A)과 제2 기지국(40B)는 서로 PMI와 선택된 단말의 CQI를 교환하여 특정 기준에 따라 전송 단말을 선택한다. 전송 단말은 서빙 기지국의 전송률 및 인접 기지국의 전송률 합이 가장 좋은 단말로 선택될 수 있다. 또한, 각 기지국은 전송 단말이 사용하는 전송 PMI를 선택할 수 있다. 각 기지국은 하나의 전송 단말을 선택할 수 있고, 전송률의 합의 크기 순서로 복수개의 전송 단말을 선택할 수도 있다. 단계 S480에서, 기지국은 선택된 전송 단말에게 전송 PMI가 지시하는 프리코딩 행렬을 이용하여 데이터를 전송한다.
전술한 바와 같이 전송률은 서빙 셀의 PMI 뿐만 아니라 인접 셀의 PMI로부터 영향을 받으므로, 데이터를 전송할 단말을 선택할 때 인접 셀의 PMI를 고려하는 것이 필요하다. 하지만, 인접 셀의 영향을 고려하기 위해 셀 내의 모든 단말로부터 인접 셀의 채널 정보를 얻는다면 오버헤드가 발생할 수 있으므로, 선택된 일부 단말로부터 인접 셀의 채널 정보를 얻는다. 따라서, 오버헤드를 줄일 수 있다. 또한, 서빙 기지국과 인접 기지국은 서로 전송할 데이터에 관한 정보를 공유하지 않고, 합 전송률을 통해 전송 단말을 선택한다. 따라서, 백홀 네트워크의 부담을 완화시킬 수 있다.
각 셀에 속하는 K개의 단말로부터 모든 PMI 조합(예를 들어, G2개)에 대한 CQI를 요청하는 것이 아니라, CQI가 상대적으로 양호한 것으로 판단되는 B개의 후보 단말을 선정하여 CQI를 요청한다. B<K이다. 이때, B개의 후보단말로부터도 모든 경우에 대한 CQI를 요청하는 것이 아니라 Q개의 CQI를 요청한다. Q≤G2이다. 즉, 모든 단말이 G2개의 PMI에 대해 모든 CQI를 피드백할 필요없이, 모든 단말이 1개의 CQI만 피드백 한 다음, 그 정보를 바탕으로 상위 B개의 후보단말로부터 다시 Q-1의 CQI를 요청함으로써 피드백 양을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 5 내지 7은 데이터 전송 방법을 구현한 일 예를 나타낸다. 도 5에서, K=10이다. 제1 기지국과 제2 기지국은 10개의 단말로부터 하나의 CQI와 이에 대응하는 PMI를 수신한다. PMI는 서빙 PMI 및/또는 인접 PMI를 포함할 수 있다. 도 6에서, B=5이다. 제1 기지국과 제2 기지국은 선택된 5개의 후보 단말로부터 각 PMI 조 합에 따른 CQI를 수신한다. 도 7에서, 3개의 전송 단말이 선택된 경우이다. 제1 기지국과 제2 기지국은 선택된 전송 단말로 각각 데이터를 전송한다.
도 8 및 9는 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 도 8은 Nr=4, Nr=1, G=4, L=1일 때 합 전송률을 비교한 그래프이다. 각 셀 내의 단말의 개수 K, 후보 단말의 개수 B, 후보 단말로부터 수신하는 CQI의 개수 Q는 아래 표 1과 같이 구성하였다.
K 4 8 16 32 64 128
B 4 6 8 8 9 9
Q 4 3 2 2 2 2
이때, SNR(Signal-to-Noise Ratio)가 각각 0dB, 10dB인 경우를 적용하여 시뮬레이션하였으며, 최종적으로 선택된 전송 단말들의 전송률을 측정하여 그 평균을 이용하여 도시하였다. 도 8에 도시된 바와 같이 제안된 방법(B)은 셀 내의 모든 단말로부터 조합 가능한 모든 코드북에 대하여 CQI를 전송한 경우(A)와 거의 유사한 전송률을 나타내는 것을 보여준다. 그리고, 기지국 협력 방식을 사용하지 않은 경우(C)에 비하여 제안된 방법(B)은 전송률이 현저하게 개선되는 것을 보여준다.
도 9는 Nr=4, Nr=1, G=4, L=2일 때 합 전송률을 비교한 그래프이다. 각 셀 내의 단말의 개수 K, 후보 단말의 개수 B, 후보 단말로부터 수신하는 CQI의 개수 Q를 아래 표 2와 같이 구성하고, 전송률을 테스트한 결과이다.
K 4 8 16 32 64 128
B 4 6 13 13 13 25
Q 10 8 4 4 4 2
제안된 방법(B)은 셀 내의 모든 단말로부터 조합 가능한 모든 코드북에 대하여 CQI를 전송한 경우(A)와 거의 유사한 전송률을 나타내는 것을 보여준다. 그리고, 기지국 협력 방식을 사용하지 않은 경우(C)에 비하여 제안된 방법(B)은 전송률이 현저하게 개선되는 것을 보여준다.
협력에 참여하는 기지국의 개수가 2개인 경우를 가정하고 있으나, 이는 제한이 아니다. 당업자라면 n개(n≥1)의 인접 기지국에 대해서 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 적용할 수 있을 것이다.
협력에 참여하는 기지국들의 랭크는 서로 독립적일 수 있다. 즉, 기지국마다 서로 다른 랭크를 가질 수 있고, 코드북에 포함되는 프리코딩 행렬의 수도 다를 수 있다. 협력에 참여하는 기지국들의 랭크 정보는 사전에 미리 서로 교환될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 나타낸 흐름도이다. 단계 S1010에서, 각 단말은 자신의 서빙 코드북에 속하는 G개의 PMI에 대한 CQI를 계산한다. 즉, 도 4의 실시예와 달리 단말은 인접 기지국의 영향을 고려하지 않고 서빙 코드북에 속하는 PMI에 대한 CQI 만을 계산한다. 단계 S1020에서, 단말은 제1 채널 품질 정보를 서빙 기지국으로 피드백한다. 제1 채널 품질 정보는 G개의 CQI 중 가장 좋은 CQI 및 이에 대응하는 RI 및/또는 PMI를 포함할 수 있다. 여기서는, 제1 채널 품질 정보는 하나의 랭크로 가정하여 하나의 CQI 및 이에 대응하는 PMI를 포함한다고 한다.
단계 S1030에서, 기지국은 각 PMI 별로 전송률을 계산한다. 단계 S1040에서, 각 기지국은 인접 기기국과 PMI와 전송률을 서로 교환하여, 합 전송률이 가장 큰 PMI를 선택한다. 각 기지국은 자신이 사용하는 PMI(전송 PMI라 함), 인접 기지국이 사용하는 PMI(인접 전송 PMI라 함)을 선택한다. 단계 S1050에서, 기지국은 전송 PMI와 인접 전송 PMI를 브로드캐스팅(Broadcasting)한다. 기지국은 셀 내의 모든 단말에게 전송 PMI와 인접 전송 PMI를 알려주는 것이다.
단계 S1060에서, 셀 내의 단말들은 전송 PMI와 인접 전송 PMI를 기반으로 CQI를 계산한다. 단계 S1070에서, 셀 내의 단말들은 제2 채널 품질 정보를 피드백한다. 제2 채널 품질 정보는 전송 PMI와 인접 전송 PMI를 기반으로 계산한 CQI를 포함한다. 단계 1080에서, 기지국은 제2 채널 품질 정보를 기반으로 데이터를 전송할 단말을 선택하고, 선택된 단말에게 전송 PMI와 인접 전송 PMI를 이용하여 데이터를 전송한다.
도 11은 본 발명의 실시예를 구현하기 위한 기지국과 단말의 블록도이다. 기지국(1100)은 프로세서(1110)와 송수신기(1120)를 포함한다. 송수신기(1120)는 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(1110)는 송수신기(1120)와 연결되어, 전술한 도 4 및/또는 도 10의 실시예에 나타난 방법을 구현한다.
단말(1200)은 프로세서(1210), 송수신기(1220) 및 사용자 인터페이스(1230)을 포함한다. 송수신기(1220)는 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(1210)는 송수신기(1220)와 연결되어, 전술한 도 4 및/또는 도 10의 실시예에 나타난 방법을 구현한다. 사용자 인터페이스(1230)는 프로세서(1210)와 연결되어, 사용자와의 인터페이스를 제공한다. 사용자 인터페이스(1230)는 잘 알려진 키패드와 같은 입력 도구 및/또는 사용자 환경을 제공하는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 G=4인 경우 발생하는 프리코딩 행렬의 조합을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 나타낸 예시도이다.
도 5 내지 7은 데이터 전송 방법을 구현한 일 예를 나타낸다.
도 8 및 9는 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시예를 구현하기 위한 기지국과 단말의 블록도이다.

Claims (11)

  1. 기지국에 의해 수행되고, 다중 셀 협력에 기반하는 데이터 전송 방법에 있어서,
    셀 내의 각 단말로부터 적어도 하나의 CQI(channel quality indicator)를 수신하는 단계;
    상기 수신된 CQI를 기반으로 복수의 후보 단말을 선택하는 단계;
    각 후보 단말로부터 서빙 기지국에 대한 서빙 PMI(precoding matrix index), 인접 기지국에 대한 인접 PMI 및 상기 서빙 PMI와 상기 인접 PMI로부터 얻어지는 CQI를 수신하는 단계;
    상기 각 후보단말로부터 수신된 서빙 PMI, 인접 PMI 및 CQI를 기반으로 하여 전송 단말 및 상기 데이터 전송에 사용될 전송 PMI를 선택하는 단계; 및
    상기 전송 PMI가 지시하는 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 전송 단말로 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 후보 단말에 선택됨을 통지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전송 단말 및 전송 PMI는 인접 기지국과 PMI 및 CQI를 교환하여, 상기 서빙 기지국의 전송률 및 상기 인접 기지국의 전송률 합이 가장 좋은 단말로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 기지국에 의해 수행되고, 다중 셀 협력에 기반하는 데이터 전송방법에 있어서,
    셀 내의 각 단말로부터 제1 채널 품질 정보를 수신하는 단계;
    상기 제1 채널 품질 정보를 기반으로 인접 기지국과 채널 품질 정보를 공유하여 전송 PMI 및 상기 인접 기지국이 사용하는 인접 전송 PMI를 선택하는 단계;
    상기 전송 PMI 및 상기 인접 전송 PMI를 송신하는 단계;
    각 단말로부터 상기 전송 PMI 및 상기 인접 전송 PMI으로부터 얻어지는 제2 채널 품질 정보를 수신하는 단계;
    상기 제2 채널 품질 정보를 기반으로 전송 단말을 선택하는 단계; 및
    상기 전송 PMI가 지시하는 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 전송 단말로 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 채널 품질 정보는 상기 기지국이 사용하는 코드북에 속하는 PMI 및 상기 PMI에 대응하는 CQI를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 채널 품질 정보는 상기 전송 PMI 및 상기 인접 전송 PMI으로부터 얻어지는 CQI를 포함하는 것을 특징으로 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 전송 단말은 상기 셀 내의 각 단말 중 상기 전송 PMI 및 상기 인접 전송 PMI를 이용하여 구한 전송률이 최대가 되는 단말로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 전송 PMI 및 상기 인접 전송 PMI는 브로드캐스트되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 단말에 의해 수행되고, 다중 셀 협력에 기반하는 채널 정보 피드백 방법에 있어서,
    제1 채널 품질 정보를 기지국으로 송신하는 단계;
    상기 제1 채널 품질 정보를 송신한 후에 상기 기지국으로부터 전송 PMI 및 인접 기지국이 사용하는 인접 전송 PMI를 수신하는 단계; 및
    상기 전송 PMI 및 상기 인접 전송 PMI를 이용하여 얻어지는 제2 채널 품질 정보를 송신하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    제1 채널 품질 정보는 코드북에서 선택되는 PMI 및 상기 PMI에 대응하는 CQI를 포함하는 것을 특징으로 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전송 PMI는 상기 코드북에 속하는 PMI 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
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