KR20100092863A - 4 안테나 시스템에서 상향링크 프리코딩 수행 방법 - Google Patents

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KR20100092863A
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Abstract

4 안테나 시스템에서 단말이 상향링크 신호에 효율적으로 프리코딩을 수행하여 전송하는 기법 및 이와 같이 전송된 신호를 기지국이 효율적으로 수신하는 기법에 대해 설명한다. 단말의 4개 안테나는 2개씩 그룹핑되어 구성될 수 있으며, 이와 같은 안테나 그룹을 고려하여 안테나 그룹 단위의 안테나 선택/DFT 행렬을 이용한 프리코딩을 수행할 수 있다. 또한, 랭크 3 코드북에 대해 안테나별 전력 균형을 고려한 형태의 프리코딩 행렬 및 CM 특성을 양호하게 유지하기 위한 한 행에 하나의 0이 아닌 성분만을 포함하는 프리코딩 행렬을 포함하도록 구성할 수 있다.
Codebook, Precoding, 4Tx, X-pol, CM

Description

4 안테나 시스템에서 상향링크 프리코딩 수행 방법 {Uplink Precoding Method In 4 Tx System}
이하의 설명은 이동통신 시스템에서 프리코딩을 통해 신호를 송수신하는 기술에 대한 것으로서, 구체적으로 4 안테나 시스템에서 단말이 상향링크 신호에 효율적으로 프리코딩을 수행하여 전송하는 기법 및 이와 같이 전송된 신호를 기지국이 효율적으로 수신하는 기법에 대한 것이다.
다중안테나 시스템 또는 MIMO 시스템에 있어서 프리코딩은 송수신측에 빔포밍 이득(Beamforming Gain) 및 다이버시티 이득(diversity gain)을 제공하여, 높은 첨두/평균 시스템 처리율을 제공할 수 있다. 다만, 프리코딩 기법은 안테나 설정, 채널 환경, 시스템 구조 등을 고려하여 적절히 설계되어야 한다.
일반적으로, 복잡도와 제어 시그널링 오버헤드를 최소화하기 위해 프리코딩을 수행하는 MIMO 시스템은 코드북 기반 프리코딩 기법을 이용한다. 코드북은 전송 랭크(Rank) 및 안테나 개수에 따라 송수신단 사이에 미리 결정된 소정 개수의 프리코딩 벡터/행렬을 포함한다. 송신단은 수신단으로부터 수신한 채널 상태 정보에 따라 코드북 내 특정 프리코딩 벡터/행렬을 선택하여 전송 신호에 프리코딩을 수행하 여 전송하게 된다. 경우에 따라 송신단은 수신단으로부터 채널 상태 정보를 수신하지 않고 미리 정해진 규칙에 따라 프리코딩 행렬을 선택하여 프리코딩을 수행한 후 신호를 전송할 수도 있다.
도 1은 코드북 기반 프리코딩의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.
코드북 기반 프리코딩 방식에 따를 경우 상술한 바와 같이 송수신단은 전송 랭크, 안테나 개수 등에 따라 미리 정해진 소정 개수의 프리코딩 행렬들을 포함하는 코드북 정보를 공유하게 된다. 수신측은 수신 신호를 통해 채널 상태를 측정하여 상술한 코드북 정보를 기반으로 선호하는 프리코딩 행렬 정보를 송신측에 피드백할 수 있다. 도 1에서는 수신단이 송신단에 선호하는 프리코딩 행렬 정보를 코드워드별로 전송하는 것을 도시하고 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
수신단으로부터 피드백 정보를 수신한 송신단은 수신된 정보에 기반하여 코드북으로부터 특정 프리코딩 행렬을 선택할 수 있다. 프리코딩 행렬을 선택한 송신단은 전송 랭크에 대응하는 개수의 레이어 신호에 선택된 프리코딩 행렬을 곱하는 방식으로 프리코딩을 수행하며, 프리코딩이 수행된 전송 신호를 복수의 안테나를 통해 전송할 수 있다. 송신단에서 프리코딩되어 전송된 신호를 수신한 수신단은 송신단에서 이루어진 프리코딩의 역처리를 수행하여 수신 신호를 복원할 수 있다. 일반적으로 프리코딩 행렬은 U*UH = I와 같은 유니터리 행렬(U) 조건을 만족하는바, 상술한 프리코딩의 역처리는 송신단의 프리코딩에 이용된 프리코딩 행렬(P)의 Hermitian(PH)을 수신 신호에 곱하는 방식으로 이루어질 수 있다.
3GPP LTE(3RD Generation Partnership Project Long Term Evolution) release 8 시스템에서는 단말로부터 기지국으로의 상향링크 신호 전송에 MIMO 기법을 적용하는 경우 PAPR(Peak-to-Average Ratio)/CM(Cubic Metric) 특성 열화 문제 등으로 인하여, 기지국으로부터 단말로의 하향링크 신호 전송에 대해서만 MIMO 전송 기법을 규정하고 있다. 다만, 단말이 기지국으로 전송하는 상향링크 신호에 대해서도 전송률 증대, 다이버시티 이득 획득 등을 위해 MIMO 기법을 적용하는 방향으로 논의되고 있으며, 3GPP LTE 시스템의 후속 표준에서는 상향링크 신호 전송에도 MIMO 기법을 적용하는 구체적인 방안에 대해 논의되고 있다.
이하에서는 상향링크 프리코딩을 위한 코드북, 구체적으로 4개 안테나를 이용하는 단말이 효율적으로 신호를 프리코딩하여 전송할 수 있는 코드북에 대해 제안하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에서는 4개 안테나를 이용하는 단말이 기지국에 신호를 전송하는 방법을 제공한다.
이를 위한 본 발명의 일 실시형태에서는 전송 랭크(Rank) 정보를 획득하는 단계; 4 안테나용 코드북으로부터 상기 전송 랭크에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 전송 랭크에 대응하는 개수의 레이어 신호에 프리코딩을 수행 하여 프리코딩된 신호를 출력하는 단계; 및 상기 프리코딩된 신호를 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함하되, 상기 4개 안테나는 2개 안테나씩 제 1 안테나 그룹 및 제 2 안테나 그룹으로 구분되며, 상기 4 안테나용 코드북은 랭크 1에 대해 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 DFT 행렬을 이루는 제 1 타입 프리코딩 행렬, 및 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분 및 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 각각 DFT 행렬을 이루는 제 2 타입 프리코딩 행렬을 포함하는 신호 전송 방법을 제안한다.
여기서, 상기 제 1 타입 프리코딩 행렬은 안테나 그룹 선택 행렬이며, 상기 제 2 타입 프리코딩 행렬은 DFT 행렬일 수 있다. 또한, 제 2 타입 프리코딩 행렬은 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분과, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 서로 직교하는 코드로 구성될 수 있다.
또한, 상기 4 안테나용 코드북은 랭크 2에 대해, 제 1 열에서 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 어느 하나에 대응하는 2개 성분이 0이고, 제 2 열에서 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 다른 하나에 대응하는 2개 성분이 0인 프리코딩 행렬을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 4 안테나용 코드북은 랭크 2에 대해, 2개의 레이어 신호의 위치를 변경하는 레이어 스와핑(layer swapping) 기능을 수행하는 프리코딩 행렬 및 안테나의 위치를 변경하는 안테나 퍼뮤테이션(Antenna Permutation) 프리코딩 행렬 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 전송 랭크(Rank) 정보를 획득하는 단계; 랭크 3에 대해 각 행에 2개의 0이 아닌 성분을 포함하며, 제 1 열 및 제 2 열에 2개의 0 성분을 포함하는 4*3 행렬 형태의 제 1 타입 프리코딩 행렬을 포함하는 4 안테나용 코드북으로부터 상기 전송 랭크에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 전송 랭크에 대응하는 개수의 레이어 신호에 프리코딩을 수행하여 프리코딩된 신호를 출력하는 단계; 및 상기 프리코딩된 신호를 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함하는 신호 전송 방법을 제안한다.
이때, 상기 제 1 타입 프리코딩 행렬은,
Figure 112009504811990-PAT00001
의 형태를 가지며,
Figure 112009504811990-PAT00061
,
Figure 112009504811990-PAT00062
,
Figure 112009504811990-PAT00063
, 및
Figure 112009504811990-PAT00064
는 0이 아닌 성분만을 포함하는 2*1 형태 벡터,
Figure 112009504811990-PAT00065
는 0만을 성분으로 포함하는 2*1 형태 벡터일 수 있다.
또한, 상기
Figure 112009504811990-PAT00066
와 상기
Figure 112009504811990-PAT00067
, 그리고 상기
Figure 112009504811990-PAT00068
와 상기
Figure 112009504811990-PAT00069
는 각각 상호 직교하는 것이 바람직하며, 상기
Figure 112009504811990-PAT00070
및 상기
Figure 112009504811990-PAT00071
에 대한 정규화 계수를
Figure 112009504811990-PAT00072
, 상기
Figure 112009504811990-PAT00073
및 상기
Figure 112009504811990-PAT00074
에 대한 정규화 계수를
Figure 112009504811990-PAT00075
라 할 경우, α = 2β 또는
Figure 112009504811990-PAT00076
를 만족할 수 있다.
구체적으로 상기 제 1 타입 프리코딩 행렬은
Figure 112009504811990-PAT00002
에 정규화 계수가 곱해진 형태를 가질 수 있으며, 이때 Nt는 4, θ 1,θ 2 는
Figure 112009504811990-PAT00077
조건을 만족하며,N은 4 또는 8일 수 있다.
또한, 상기 4 안테나용 랭크 3 코드북은 각 행별로 1개의 0이 아닌 성분을 포함하는 4*3 행렬 형태의 제 2 타입 프리코딩 행렬을 더 포함할 수 있으며, 상기 제 2 타입 프리코딩 행렬은
Figure 112009504811990-PAT00003
에 정규화 계수가 곱해진 형태를 가질 수 있다. 여기서, Nt는 4, θ 는
Figure 112009504811990-PAT00078
조건을 만족하며,N은 4 또는 8일 수 있다.
또한, 상기 제 2 타입 프리코딩 행렬은 안테나간 전력 정규화를 위한 계수 및 레이어간 전력 정규화를 위한 계수 중 어느 하나가 곱해진 행태를 가질 수 있다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 양태에서는 기지국이 4개 안테나를 이용하는 단말로부터 신호를 수신하는 방법을 제공한다.
이를 위한 본 발명의 일 실시형태에서는 상기 단말로부터 수신 신호를 수신하는 단계; 상기 단말이 상기 수신 신호 전송에 이용한 전송 랭크(Rank) 및 프리코딩 행렬 식별 정보를 획득하는 단계; 및 4 안테나용 코드북으로부터 상기 전송 랭크 및 상기 프리코딩 행렬 식별 정보에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 수신 신호에 프리코딩의 역처리를 수행하는 단계를 포함하되, 상기 4개 안테나는 2개 안테나씩 제 1 안테나 그룹 및 제 2 안테나 그룹으로 구분되며, 상기 4 안테나용 코드북은 랭크 1에 대해 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 DFT 행렬을 이루는 제 1 타입 프리코딩 행렬, 및 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분 및 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 각각 DFT 행렬을 이루는 제 2 타입 프리코딩 행렬을 포함하는 신호 수신 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 기지국이 4개 안테나를 이용하는 단말로부터 신호를 수신하는 방법에 있어서, 상기 단말로부터 수신 신호를 수신하는 단계; 상기 단말이 상기 수신 신호 전송에 이용한 전송 랭크(Rank) 및 프리코딩 행렬 식별 정보를 획득하는 단계; 및 랭크 3에 대해 각 행에 2개의 0이 아닌 성분을 포함하며, 제 1 열 및 제 2 열에 2개의 0 성분을 포함하는 4*3 행렬 형태의 제 1 타입 프리코딩 행렬을 포함하는 4 안테나용 코드북으로부터 상기 전송 랭크 및 상기 프리코딩 행렬 식별 정보에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 수신 신호에 프리코딩의 역처리를 수행하는 단계를 포함하는 신호 수신 방법을 제공한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 양태에서는 4개 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 단말을 제공한다.
이를 위한 본 발명의 일 실시형태에서는 제 1 및 제 2 안테나를 포함하는 제 1 안테나 그룹; 제 3 및 제 4 안테나를 포함하는 제 2 안테나 그룹; 랭크 1에 대해 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 DFT 행렬을 이루는 제 1 타입 프리코딩 행렬, 및 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분 및 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 각각 DFT 행렬을 이루는 제 2 타입 프리코딩 행렬을 포함하는 4 안테나용 코드북을 저장하는 메모리(Memory); 및 상기 메모리에 저장된 상기 4 안테나용 코드북으로부터 전송 랭크(Rank)에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 전송 랭크에 대응하는 개수의 레이어 신호에 프리코딩을 수행하여 프리코딩된 신호를 출력하는 프리코더(Precoder)를 포함하며, 상기 프리코더에 의해 프리코딩된 신호를 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 하나 이상을 통해 상기 기지국에 전송하도록 구성된 단말을 제안한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 랭크 3에 대해 각 행에 2개의 0이 아닌 성분을 포함하며, 제 1 열 및 제 2 열에 2개의 0 성분을 포함하는 4*3 행렬 형태의 제 1 타입 프리코딩 행렬을 포함하는 4 안테나용 코드북을 저장하는 메모리(Memory); 상기 메모리에 저장된 상기 4 안테나용 코드북으로부터 전송 랭크(Rank) 에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 전송 랭크에 대응하는 개수의 레이어 신호에 프리코딩을 수행하여 프리코딩된 신호를 출력하는 프리코더(Precoder); 및 상기 프리코더에 의해 프리코딩된 신호를 상기 기지국에 전송하기 위한 4개 안테나를 포함하는 단말을 제안한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 양태에서는 4개 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 단말로부터 신호를 수신하기 위한 기지국을 제공한다.
이를 위한 본 발명의 일 실시형태에서는 2개 안테나씩 제 1 안테나 그룹 및 제 2 안테나 그룹으로 구분된 4개 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 단말로부터 전송된 수신 신호를 수신하는데 이용되는 안테나; 랭크 1에 대해 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 DFT 행렬을 이루는 제 1 타입 프리코딩 행렬, 및 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분 및 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 각각 DFT 행렬을 이루는 제 2 타입 프리코딩 행렬을 포함하는 4 안테나용 코드북을 저장하는 메모리(Memory); 및
상기 메모리에 저장된 상기 2 안테나용 코드북으로부터 상기 단말이 이용한 전송 랭크 및 프리코딩 행렬 식별 정보에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 안테나를 통해 수신된 수신 신호에 프리코딩의 역처리를 수행하는 프리코더를 포함하는 기지국을 제안한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 4개 안테나를 이용하여 신호를 전 송하는 단말로부터 전송된 수신 신호를 수신하는데 이용되는 안테나; 랭크 3에 대해 각 행에 2개의 0이 아닌 성분을 포함하며, 제 1 열 및 제 2 열에 2개의 0 성분을 포함하는 4*3 행렬 형태의 제 1 타입 프리코딩 행렬을 포함하는 4 안테나용 코드북을 저장하는 메모리(Memory); 및 상기 메모리에 저장된 상기 2 안테나용 코드북으로부터 상기 단말이 이용한 전송 랭크 및 프리코딩 행렬 식별 정보에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 안테나를 통해 수신된 수신 신호에 프리코딩의 역처리를 수행하는 프리코더를 포함하는 기지국을 제안한다.
상술한 4 안테나 코드북의 랭크 1, 랭크 2, 랭크 3 등에 대한 실시형태들은 하나의 코드북에 각 랭크별로 소정 개수의 프리코딩 행렬을 포함하는 형태로 결합되어 이용될 수 있음은 자명하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태들에 따른 코드북을 이용하는 경우, 안테나 그룹별로 효율적인 전송 제어가 이루어질 수 있으며, 상향링크 신호 전송에 있어서 민감한 PAPR/CM 특성을 양호하게 유지할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시되는 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 돕기 위해 구체적인 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러 한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 이하의 설명에서 일정 용어를 중심으로 설명하나, 이들 용어에 한정될 필요는 없으며 임의의 용어로서 지칭되는 경우에도 동일한 의미를 나타낼 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
이하의 설명에서 "랭크(Rank)"는 독립적으로 신호를 전송할 수 있는 경로의 수를 나타내며, "레이어(layer)의 개수"는 각 경로를 통해 전송되는 신호 스트림의 개수를 나타낸다. 일반적으로 송신단은 신호 전송에 이용되는 랭크 수에 대응하는 개수의 레이어를 전송하기 때문에 특별한 언급이 없는 한 랭크는 레이어 개수와 동일한 의미를 가진다. 프리코딩 행렬에 있어서 행(row)은 각 안테나에, 열(column)은 랭크 또는 각 레이어 신호에 대응하는 것을 가정한다.
아래 표 1은 LTE release 8에서 4 안테나용 코드북 구조를 나타낸다.
상기 표 1에서
Figure 112009504811990-PAT00079
는 {s}로 지칭되는 열을 포함하는 세트에 대해
Figure 112009504811990-PAT00080
로 규정될 수 있으며, 여기서
Figure 112009504811990-PAT00081
는 4*4 단위 행렬(Identity Matrix)이다. 표 1에 나타낸 바와 같이 LTE release 8에서 규정하고 있는 4Tx 코드북은 각 랭크에 대해 16개의 프리코딩 행렬을 포함하여, 총 64개의 프리코딩 행렬로 구성되어 있다. 상기 표 1의 코드북은 다음과 같은 특성을 가진다.
- 일정한 모듈러스(constant modulus) 특징: 각 프리코딩 벡터/행렬의 각 성분들은 균일한 전력을 가짐.
- 포함 구조(Nested Property): 낮은 랭크의 프리코딩 벡터/행렬은 높은 랭크의 프리코딩 벡터/행렬의 열 내에 포함됨.
- 제한된 개수의 성분: 프리코딩 행렬의 성분(precoding alphabet)은
Figure 112009504811990-PAT00082
로 제한됨.
상술한 바와 같은 특징을 고려하여, 이하에서는 LTE-A 시스템에서 상향링크 신호 전송을 위한 코드북 구조에 대해 살펴본다.
도 2는 ULA 안테나 구조 및 X-pol 안테나 구조를 설명하기 위한 도면이다.
상기 표 1의 코드북 구조는 도 2의 좌측에 도시된 바와 같은 단일 선형 배열(Uniform Linear Array; 이하 "ULA") 안테나 구조를 고려하여 설계된 것이다. 일반적으로 ULA 안테나 형태는 일정 수준 이상의 안테나 상관도를 유지하기 위해 큰 안테나 공간이 필요하다. 따라서, 4Tx, 8Tx와 같이 많은 수의 안테나를 이용하기 위해서는 도 2의 우측에 도시된 바와 같은 교차형 안테나 구조(cross-pol(X-pol) antenna setup)가 이용되고 있다. X-pol 안테나 구조의 경우 ULA 안테나 구조에 비해 안테나 공간을 줄일 수 있기 때문이다. 따라서, 이하에서는 LTE-A용 4안테나 시스템용 코드북을 설계하는데 있어서 X-pol 안테나 구조를 고려하여 설계하기로 한다.
프리코딩 행렬은 N t ×R 형태의 행렬로 나타낼 수 있다. 여기서,
Figure 112009504811990-PAT00083
는 안테나 개수를, R 은 랭크를 나타낸다. 랭크 R 에 대한 코드북은
Figure 112009504811990-PAT00084
와 같이 나타낼 수 있으며, 여기서
Figure 112009504811990-PAT00085
는 랭크 R 에 대한 프리코딩 행렬의 개수를 나타낸다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서
Figure 112009504811990-PAT00086
개의 안테나는 2개 이상의 그룹으로 나누어질 수 있다. 예를 들어, 안테나 포트 1 및 안테나 포트 3이 도 2의 우측에 도시된 구조에서 하나의 안테나 그룹으로, 안테나 포트 2 및 안테나 포트 4는 도 2의 우측에 도시된 구조에서 다른 하나의 안테나 그룹으로 구분될 수 있다.
프리코딩 행렬은 상술한 바와 같은 각 안테나 그룹에 적합하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 2Tx 코드북은 상술한 각 안테나 그룹에 이용될 수 있으며, 이는 4Tx 코드북을 위해 결합되어 이용될 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 이와 같이 2개의 안테나 그룹을 각각 완벽하게 분리하기 위해 0 벡터/행렬을 이용하는 것을 제안한다. 아래 표 2는 4Tx 시스템에서 2개 안테나씩 2개 안테나 그룹을 포함하는 경우, 각 안테나 그룹을 위해 이용될 수 있는 벡터/행렬을 나타낸 것이다.
Figure 112009504811990-PAT00005
여기서,
Figure 112009504811990-PAT00087
, i = 1, .., 4, j = 1, 2 는 단위 전력(unit power)를 가지는 복소수 값을 나타낸다. 만일, 각 프리코딩 행렬의 성분을 {±1,±j} 로 제한하는 경우, 각 안테나 그룹을 위한 프리코딩 벡터/행렬 후보는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00006
또한, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 다음과 같은 프리코딩 벡터/행렬 후보를 이용하여 코드북을 설계할 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00007
상기 표 3 및 표 4에서 0 벡터/행렬 이외의 행렬들은 DFT 행렬로 지칭될 수 있다. 이하에서는 4Tx 상향링크 코드북을 각 랭크별로 구체적으로 설명한다.
랭크 1 코드북
4Tx 시스템의 랭크 1 프리코딩 행렬은 상기 표 3 및 표 4의 1개 레이어에 대한 벡터/행렬을 하나의 열 상에서 2개씩 조합함으로써 설계할 수 있다.
상기 표 3 및 표 4에 나타낸 각 안테나별 프리코딩 벡터/행렬 중 0 벡터/행렬을 제외한 것들의 전체 조합을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00008
한편, 코드북은 안테나 퍼뮤테이션(antenna permutation)을 고려하여 설계될 수 있다. 이 경우, 코드북 내 모든 프리코딩 벡터/행렬들은 동일한 안테나 퍼뮤테이션 행렬 Π 를 이용하여 퍼뮤테이션될 수 있다. 이러한 실시형태에서 상기 표 5의 프리코딩 행렬들은 퍼뮤테이션 행렬을 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00009
여기서,
Figure 112009504811990-PAT00088
는 각 레이어당 프리코딩 벡터/행렬의 개수를 나타낸다. 상술한 퍼뮤테이션 행렬은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00089
이하의 설명에서 편의를 위해 퍼뮤테이션 행렬은 Π1가 이용되는 것을 가정하나, 다른 퍼뮤테이션 행렬도 이용될 수 있다.
상기 표 4에 나타낸 각 안테나별 프리코딩 벡터/행렬을 상기 표 5에 적용하면 다음과 같은 랭크 1(레이어 1) 코드북을 구성할 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00012
또한, 상기 표 7에 안테나 퍼뮤테이션 행렬 Π1 를 이용한 퍼뮤테이션을 추가적으로 고려하면 다음과 같은 랭크 1 코드북을 설계할 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00013
본 발명의 다른 일 실시형태에서는 다음과 같이 랭크 1 코드북 중 일부 프리코딩 행렬만이 퍼뮤테이션 행렬을 이용한 형태로 구성할 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00014
Figure 112009504811990-PAT00015
한편, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는 코드북 내 프리코딩 행렬에서 각 안테나 그룹에 대응하는 벡터/행렬간 서로 직교하는(mutually orthogonal) 특성을 가지도록 코드북을 설계하는 방안을 제안한다. 아래 표 11은 상기 표 5에서 각 안테나 그룹간 상호 직교하는 특성을 만족하는 프리코딩 행렬만을 선택하여 구성한 일례이다.
Figure 112009504811990-PAT00016
한편, 본 발명의 일 실시형태에서는 안테나 그룹 선택 행렬을 포함하도록 코드북을 구성하는 것을 제안한다. 즉, 4개 안테나가 2개 안테나씩 제 1 안테나 그룹 및 제 2 안테나 그룹으로 구분되는 경우, 어느 한 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0이고, 나머지 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분은 DFT 행렬을 이루는 형태의 안테나 그룹 선택 행렬을 포함하도록 설계하는 것을 제안한다. 이를 통해 단말이 기지국으로 상향링크 신호를 전송하는 시점에서 안테나 그룹 단위로 턴 오프(turn-off)하는 것이 가능하게 된다.
아래 표 12는 상술한 바와 같은 안테나 그룹 선택 행렬의 예이다.
Figure 112009504811990-PAT00017
바람직한 실시형태에서는, 4Tx 랭크 1 코드북이 상기 표 12에 나타낸 바와 같은 안테나 그룹 선택 행렬 및 상기 표 5에 나타낸 바와 같은 DFT 행렬을 모두 포함하도록 구성하는 것을 제안하며, 아래 표 13 및 표 14는 이와 같은 실시형태에 따른 4Tx 랭크 1 코드북의 예이다.
Figure 112009504811990-PAT00018
Figure 112009504811990-PAT00090
한편, 코드북 내 프리코딩 행렬들은 균등한 전송 전력을 가지도록 정규화될 수 있으며, 이 경우 상기 표 13 및 14에 나타낸 프리코딩 행렬 중 2개 성분이 0인 벡터/행렬을 포함하는 프리코딩 행렬의 경우
Figure 112009504811990-PAT00091
이, 나머지 프리코딩 행렬의 경우 1/2이 곱해진 행태를 가질 수 있다. 이와 같이 정규화되는 경우 특정 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0인 프리코딩 행렬의 경우 '안테나 그룹 턴 오프(antenna group turn-off'가 아닌 '안테나 그룹 선택(antenna group selection)'이 수행되게 된다.
다만, 사용자가 단말의 특정 안테나를(또는 특정 안테나 그룹을) 가리는 형태로 단말을 쥐는 경우에 대해 좀더 구체적으로 살펴본다. 이와 같이 하나의 안테나 그룹만을 이용하는 경우에 전체 가용 전력을 하나의 안테나 그룹을 통한 신호에 집중하는 경우를 대비하여 각 안테나 그룹의 전력 증폭기가 처리 가능한 전력 범위를 2배로 설정하는 것은 낭비가 될 수 있다. 즉, 사용자가 단말의 특징 안테나(또는 특정 안테나 그룹)를 가리는 형태로 단말을 쥐어 특정 안테나 그룹만을 사용해야 하는 경우에도, 기존 1개 안테나 그룹을 이용하는 경우에 사용 가능한 최대 전력 범위로 설정하여 전력 낭비를 막고, 단말의 단가를 낮게 하는 것이 더 유리할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 안테나 그룹 턴 오프 행렬을 이용하는 경우, 전체 가용 전력의 절반을 사용하여 각 안테나 증폭기 요건을 동일하게 설정하는 것을 제안한다. 이와 같은 실시형태에 따른 4Tx 코드북은 상기 표 13 및 14에 나타낸 프리코딩 행렬 전체가 모두 동일한 상수(1/2)가 곱해진 형태를 가짐으로써 이루어질 수 있다.
랭크 2 코드북
각 안테나 그룹에 대한 모든 코드북 조합이 고려 가능하다. 예를 들어, 상기 표 2 또는 표 3에 나타낸 프리코딩 벡터/행렬들이 4Tx 랭크 2 코드북에 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 4Tx 랭크 2 코드북에 대해 상기 표 2 또는 표 3에 나타낸 0 벡터/행렬을 이용하여 안테나 그룹 분리를 위한 프리코딩 행렬을 포함하는 것을 제안한다. 본 실시형태에 따른 랭크 2 코드북의 일례는 다음과 같다.
Figure 112009504811990-PAT00020
본 발명의 일 실시형태에서는 랭크 2 코드북이 상기 표 15에 나타낸 코드북의 프리코딩 행렬들의 퍼뮤테이션된 형태의 프리코딩 행렬을 더 포함하도록 설정하는 것을 제안한다. 이때 이용되는 퍼뮤테이션 행렬을
Figure 112009504811990-PAT00092
로 표현할 경우, 퍼뮤테이션된 프리코딩 행렬은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00093
상기 퍼뮤테이션 행렬은 상기 표 6에서 선택될 수 있다.
상기 표 4를 각 안테나 그룹을 위한 프리코딩 벡터/행렬로 이용하는 경우, 상기 표 15는 다음과 같이 변형될 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00022
Figure 112009504811990-PAT00023
상기 표 16에 퍼뮤테이션 행렬이 적용되는 경우, 랭크 2 코드북은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00024
Figure 112009504811990-PAT00025
한편, 본 발명의 일 실시형태에서는 물리 안테나 퍼뮤테이션, 가상 스와핑을 또한 추가적으로 적용할 수 있도록 코드북을 설계하는 것을 제안한다. 아래 수학식 3은 가상 안테나 스와핑이 적용된 프리코딩 행렬 형태를 나타낸다.
Figure 112009504811990-PAT00026
여기서,
Figure 112009504811990-PAT00094
는 가상 안테나 스와핑 행렬을 나타낸다. 이와 같은 가상 안테나 스와핑 행렬은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00027
상술한 바와 같은 가상 안테나 스와핑 행렬이 상기 표 16 및 17에 적용되는 경우, 다음과 같은 표 18 및 19로 나타낼 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00028
Figure 112009504811990-PAT00029
Figure 112009504811990-PAT00030
한편, 본 발명의 일 실시형태에서는 물리 안테나 퍼뮤테이션이 부분적으로 적용된 형태의 랭크 2 코드북을 제안한다. 즉, 상기 표 16 및 17의 일부 요소가 조합 코드북 형태에 포함될 수 있다. 아래 표 20 및 21은 코드북당 하나의 퍼뮤테이션 행렬이 이용되는 경우를 나타내며, 표 22 및 23은 코드북당 2개의 퍼뮤테이션 행렬이 이용되는 경우를 나타낸다.
Figure 112009504811990-PAT00095
상기 표 20은 전체 조합 코드북의 서브셋이 퍼뮤테이션된 코드북의 서브셋과 조합되는 특징을 가진다. 모든 퍼뮤테이션된 요소들은 전체 조합 코드북의 서브셋으로부터 나온 것이 아니다. 또한, 상기 표 20은 하나의 퍼뮤테이션 행렬만이 이용된 경우를 나타낸다.
Figure 112009504811990-PAT00032
상기 표 21은 전체 조합 코드북의 서브셋이 퍼뮤테이션된 코드북의 서브셋과 조합되는 특징을 가진다. 모든 퍼뮤테이션된 요소들은 전체 조합 코드북의 서브셋으로부터 나온다. 또한, 상기 표 21은 하나의 퍼뮤테이션 행렬만이 이용된 경우를 나타낸다.
Figure 112009504811990-PAT00033
상기 표 22는 전체 조합 코드북의 서브셋이 퍼뮤테이션된 코드북의 서브셋과 조합되는 특징을 가진다. 모든 퍼뮤테이션된 요소들은 전체 조합 코드북의 서브셋으로부터 나온 것은 아니다. 또한, 상기 표 22는 복수의 퍼뮤테이션 행렬이 이용된 경우를 나타낸다.
Figure 112009504811990-PAT00034
상기 표 23은 전체 조합 코드북의 서브셋이 퍼뮤테이션된 코드북의 서브셋과 조합되는 특징을 가진다. 모든 퍼뮤테이션된 요소들은 전체 조합 코드북의 서브셋으로부터 나온다. 또한, 상기 표 23은 복수의 퍼뮤테이션 행렬이 이용된 경우를 나타낸다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 퍼뮤테이션 및 스와핑과 조합된 형태의 코드북을 제안한다. 본 실시형태에 따른 랭크 2 코드북의 예는 다음과 같다.
Figure 112009504811990-PAT00035
Figure 112009504811990-PAT00036
이 밖에도 다음과 같은 다양한 조합이 가능하다.
Figure 112009504811990-PAT00037
Figure 112009504811990-PAT00038
Figure 112009504811990-PAT00039
Figure 112009504811990-PAT00040
또한, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 다음과 같은 안테나 그룹 선택 행렬을 표 30과 같이 구성할 수 있으며, 표 31 내지 33과 같이 다른 프리코딩 행렬들과 조합하여 구성할 수도 있다.
Figure 112009504811990-PAT00041
Figure 112009504811990-PAT00042
Figure 112009504811990-PAT00043
Figure 112009504811990-PAT00096
한편, 랭크 2 코드북에 대해서도 특정 안테나 그룹만을 이용하는 경우와 관계없이 동일한 상수가 곱해진 프리코딩 행렬들로 구성하는 것이 바람직하며, 4Tx 코드북의 경우 모두 1/2가 곱해진 형태가 바람직하다.
랭크 3 코드북
4Tx 랭크 3 코드북 설계를 위해 본 발명의 일 실시형태에서는 크게 2가지 관점에서 접근한다.
(1) 안테나 전력 균형 관점
4Tx 랭크 3 코드북에 대해 가장 쉽게 생각할 수 있는 형태는 다음과 같다. 상기 표 3의 0 벡터/행렬이 안테나 그룹 분리를 위해 이용될 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00045
즉, 상기 수학식 5와 같은 프리코딩 행렬 형태에 동일한 스케일링 계수가 곱해져 정규화된 행렬 형태를 고려할 수 있다. 여기서, I, j, k는 독립적인 수일 수 있다. 또한,
Figure 112009504811990-PAT00097
와 같은 물리 안테나 퍼뮤테이션,
Figure 112009504811990-PAT00098
와 같은 가상 안테나 퍼뮤테이션,
Figure 112009504811990-PAT00099
와 같은 전체 퍼뮤테이션이 랭크 3 코드북에 대해서도 랭크 2의 경우와 동일하게 적용 가능하다. 랭크 3 코드북에 대해 가상 안테나 퍼뮤테이션
Figure 112009504811990-PAT00100
는 다음과 같이 규정될 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00046
다만, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는 완전하게 안테나별 전력 균형이 이루어지는 다음과 같은 형태의 프리코딩 행렬을 랭크 3 코드북에 포함시키는 것을 제안한다.
Figure 112009504811990-PAT00047
여기서, 인덱스 I, j, k는 상기 표 2 또는 표 3에서 임의의 독립적인 인덱스일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에서
Figure 112009504811990-PAT00101
및
Figure 112009504811990-PAT00102
에 대한 정규화 계수를
Figure 112009504811990-PAT00103
, 상기
Figure 112009504811990-PAT00104
및 상기
Figure 112009504811990-PAT00105
에 대한 정규화 계수를
Figure 112009504811990-PAT00106
라 할 경우, 양자는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, α = 2β 일 수 있으며, 이 경우 레이어별 전력 균형 및 안테나별 전력 균형을 동시에 맞출 수 있다.
한편,
Figure 112009504811990-PAT00107
로 설정할 경우, 안테나별 전력 균형만 맞추는 형태의 프리코딩 행렬이 된다. 이러한 경우 상기 수학식 6은 다음과 같은 형태로 나타낼 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00048
본 실시형태에서도 역시
Figure 112009504811990-PAT00108
와 같은 물리 안테나 퍼뮤테이션,
Figure 112009504811990-PAT00109
와 같은 가상 안테나 퍼뮤테이션,
Figure 112009504811990-PAT00110
와 같은 전체 퍼뮤테이션이 랭크 2의 경우와 동일하게 적용 가능하다. 또한, 가상 안테나 퍼뮤테이션
Figure 112009504811990-PAT00111
는 상기 표 34와 같이 규정될 수 있다.
상기 수학식 6 및 7에 나타낸 프리코딩 행렬 형태에서
Figure 112009504811990-PAT00112
와
Figure 112009504811990-PAT00113
, 그리고
Figure 112009504811990-PAT00114
와
Figure 112009504811990-PAT00115
는 각각 상호 직교하는 형태를 가지는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 조건을 만족하는 랭크 3 프리코딩 행렬의 예를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00049
물론, 랭크 3 코드북은 상기 수학식 8의 형태에 정규화 계수가 곱해진 형태를 포함하게 된다. 여기서, Nt는 4, θ 1,θ 2는
Figure 112009504811990-PAT00116
조건을 만족하며,N은 4 또는 8일 수 있다.
또한, 상기 수학식 8에 여러 가지 퍼뮤테이션을 적용한 형태를 고려할 수 있으며, 이들을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00050
Figure 112009504811990-PAT00117
(2) CM 특성 유지 관점
상향링크 신호 전송에 MIMO를 적용하는 경우, 높은 성능의 전력 증폭기가 단말기의 단가를 증가시키는 문제 등으로 인하여 하향링크 신호 전송에 비해 PAPR/CM 특성이 더욱 문제가 된다. 따라서, 양호한 PAPR/CM 특성을 유지하기 위한 코드북 구조가 고려되어야 한다.
PAPR(Peak power to Average Power Ratio)은 파형(waveform)의 특성을 나타내는 파라미터이다. 이 값은, 파형의 최대 진폭(peak amplitude)을 파형의 시간 평균된 RMS (Root Mean Square) 값으로 나눈 값으로서, 디멘젼이 존재하지 (dimensionless) 않는 값이다. 일반적으로 단일 캐리어 신호의 PAPR이 멀티 캐리어 신호의 PAPR보다 좋다.
LTE-Advanced에서는 좋은 CM 특성(property)을 유지하기 위해서 SC-FDMA(single carrier-frequency division multiple access)를 사용하여 MIMO (multiple input multiple output)를 구현할 수 있다. 일반적인 프리코딩(precoding)을 사용하면, 한 개의 안테나를 통해 여러 개의 레이어(layer)에 해당하는 정보를 실은 신호가 다중화(multiplexing)되어 전송되기 때문에, 이 안테나를 통해 전송되는 신호는 일종의 멀티 캐리어 신호로 간주할 수 있다. PAPR는 송신측에서 전력 증폭기(power amplifier)가 지원해야 하는 다이나믹 레인지(dynamic range)와 연관이 되어 있으며, CM(Cubic Metric)값은 PAPR가 나타내는 수치를 대변 가능한 또 다른 수치이다.
상향링크 신호 전송에 상술한 바와 같은 PAPR/CM 특성을 양호하게 유지하기 위해서는 SC-FDMA 방식과 MIMO 방식의 결합 형태를 살펴보는 것이 바람직하다.
도 3은 일반적인 SC-FDMA 방식을 설명하기 위한 도면이다.
OFDM 방식 및 SC-FDMA 방식 모두 도 3에 도시된 바와 같이 직렬 신호를 병렬로 변환하고, 이 병렬 신호를 서브캐리어에 맵핑하고, IDFT 또는 IFFT 처리 후, 다시 직렬 신호를 변환하여, CP 부착 후 RF 모듈을 통해 신호를 전송하는 측면에서 동일하다. 다만, SC-FDMA 방식의 경우 병렬 신호를 직렬 신호로 변환한 후 DFT 확산을 통해 이후 IDFT 또는 IFFT 처리의 영향을 감소시키며 단일 신호 특성을 일정 수준이상 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 SC-FDMA 방식 신호 전송에 MIMO가 적용되는 경우, 단말의 프로세서 구성에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단말의 프로세서 구성을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시형태에 따른 단말의 프로세서는 상향링크 신호를 특정 랭크에 대응하는 개수의 레이어에 맵핑하는 레이어 맵퍼(1401), 소정 개수의 레이어 신호 각각에 DFT(Discrete Fourier Transform) 확산을 수행하는 소정 개수의 DFT 모듈(1402), 및 메모리(22)에 저장된 코드북으로부터 프리코딩 행렬을 선택하여 전송 신호에 프리코딩을 수행하는 프리코더(1403)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 SC-FDMA 방식으로 상향링크 신호를 전송하기 위한 DFT 모듈(1402)을 프리코더(1403)의 전단, 레이어 맵퍼(1401) 후단에 배치하여, 레이어 별로 DFT 확산된 신호가 프리코딩을 거친 후, IFFT 역확산되어 전송함으로써, 프리코딩을 제외하고 DFT 확산과 IFFT 역확산의 영향이 상쇄되는 효과로 인하여 상술한 PAPR/CM 특성을 양호하게 유지할 수 있다.
특히 본 발명의 일 실시형태에서는 랭크 3 코드북이 PAPR/CM 특성을 최적으로 유지하기 위해 프리코딩 행렬의 각 행이 하나의 0이 아닌 성분만을 포함하는 구조의 프리코딩 행렬을 포함하도록 설계하는 것을 제안한다. 이와 같이 각 행에 0이 아닌 성분을 하나만 포함하는 프리코딩 행렬을 이용하는 경우 각 안테나 포트에 복수의 데이터 심볼을 결합하지 않아 양호한 CM 특성을 유지할 수 있다. 또한, 도 4와 관련하여 상술한 바와 같이 DFT 확산 이후 프리코딩 시 하나의 레이어 신호가 하나의 안테나를 통해 전송되도록 설정되는 경우, IFFT 역확산의 효과를 DFT 확산에 의해 바로 상쇄할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
본 실시형태에 따른 랭크 3 코드북의 프리코딩 행렬은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00053
물론, 랭크 3 코드북은 상기 수학식 11과 같은 형태에 정규화 계수가 곱해진 형태를 포함할 수 있다. 또한, 상기 수학식 11에서 Nt는 4, θ 는
Figure 112009504811990-PAT00118
조건을 만족하며,N은 4 또는 8일 수 있다.
본 실시형태에 따른 프리코딩 행렬 역시 다음과 같이 다양한 퍼뮤테이션 형태를 가질 수 있다.
Figure 112009504811990-PAT00054
Figure 112009504811990-PAT00055
상기 수학식 11 내지 13에 나타낸 바와 같은 프리코딩 행렬의 경우 안테나 전력 규정 및 레이어 전력 균형 중 어느 하나만을 수행할 수 있으며, 양자를 동시에 수행하기 어려운 구조를 가진다.
CM 특성 관점에서 보았을 때, 상기 수학식 7 내지 10에 나타낸 프리코딩 행렬들은 부분적으로 CM 특성을 양호하게 유지하기 위한 행렬로 볼 수 있다. 상기 수학식 7 내지 10에 나타낸 프리코딩 행렬들은 각 행에 2개의 0이 아닌 성분을 포함하나, 모든 성분이 일정한 모듈러스(constant modulus)를 가지는 프리코딩 행렬과 비교할 경우 각 안테나당 2개의 심볼만이 결합되므로 양호한 CM 특성을 유지하는 것으로 볼 수 있다.
한편, 4Tx 랭크 3 코드북에 대한 본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는 상술한 바와 같이 안테나 전력 균형을 고려한 형태의 프리코딩 행렬을 제 1 타입 프리코딩 행렬로, 양호한 CM 특성을 유지하기 위해 한 행에 하나의 0이 아닌 성분만을 포함하는 형태의 프리코딩 행렬을 제 2 타입 프리코딩 행렬로 포함하여 양자를 모두 이용할 수 있는 조합 형태의 코드북을 제안한다.
한편, 랭크 3 코드북에 대해서도 특정 안테나 그룹만을 이용하는 경우와 관 계없이 동일한 상수가 곱해진 프리코딩 행렬들로 구성하는 것이 바람직하며, 4Tx 코드북의 경우 모두 1/2가 곱해진 형태가 바람직하다.
상술한 4 안테나 코드북의 랭크 1, 랭크 2, 랭크 3 등에 대한 실시형태들은 하나의 코드북에 각 랭크별로 소정 개수의 프리코딩 행렬을 포함하는 형태로 결합되어 이용될 수 있음은 자명하다.
이하에서는 상술한 바와 같은 코드북을 이용하는 단말 및 기지국에 대해 설명한다.
도 5는 기지국과 단말의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
기지국(10)은 프로세서(11), 메모리(12) 및 상향링크 신호의 수신 및 하향링크 신호의 전송을 수행하는 송수신 모듈로서 RF 모듈(13)을 포함할 수 있다. 기지국(10)의 프로세서(11)는 하향링크 신호 전송을 위해 메모리(12)에 저장된 정보, 예를 들어 하향링크 신호 전송을 위한 코드북 내 특정 프리코딩 행렬을 이용하여 하향링크 신호 전송을 제어하며, 또한 상향링크 신호 수신을 위해 메모리(12)에 저장된 정보, 예를 들어 상향링크 신호에 프리코딩의 역과정으로서 단말(20)이 이용한 프리코딩 행렬과 동일한 프리코딩 행렬의 허미션(Hermitian) 행렬을 곱하는 등의 신호 수신 과정을 제어할 수 있다. 본 실시형태에 따른 기지국(10)의 메모리(12)는 상술한 바와 같은 코드북을 상향링크 4Tx 코드북으로서 저장하고 있는 것을 제안한다. 또한, 상기 프로세서(11)의 프리코딩 관련 기능을 수행하는 기능 모듈을 프리코더(미도시)로서 별도로 구성할 수도 있다.
단말(20) 역시 프로세서(21), 메모리(22) 및 상향링크 신호의 전송 및 하향 링크 신호의 수신을 위한 송수신 모듈로서의 RF 모듈(23)을 포함할 수 있다. 프로세서(21)는 상향링크 신호 전송을 위해 메모리(22)에 저장된 정보, 예를 들어 상향링크 신호 전송을 위한 상술한 실시형태에서 설명한 바와 같은 코드북 내 특정 프리코딩 행렬을 이용하여 상향링크 신호 전송을 제어하며, 또한 하향링크 신호 수신을 위해 메모리(22)에 저장된 정보, 예를 들어 하향링크 신호에 프리코딩의 역과정으로서 단말(10)이 이용한 프리코딩 행렬과 동일한 프리코딩 행렬의 허미션(Hermitian) 행렬을 곱하는 등의 신호 수신 과정을 제어할 수 있다.
본 실시형태에 따른 단말(20)의 메모리(22) 역시 상술한 바와 같은 코드북을 상향링크 4Tx 코드북으로서 저장하고 있는 것을 제안한다. 또한, 상기 프로세서(21)의 구체적인 구성은 상기 도 4와 관련하여 상술한 바와 같을 수 있다.
본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 안되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있다.
상술한 설명은 3GPP LTE 시스템의 후속 모델, 예를 들어 3GPP LTE-A 시스템의 경우를 중점적으로 설명하였으나, 차세대 이동통신 기술로서 IEEE 계열 또는 다 른 표준에 따른 시스템에도 동일한 원리에 의해 적용될 수 있다.
도 1은 코드북 기반 프리코딩의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 ULA 안테나 구조 및 X-pol 안테나 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일반적인 SC-FDMA 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 단말의 프로세서 구성을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 5는 기지국과 단말의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (23)

  1. 4개 안테나를 이용하는 단말이 기지국에 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    전송 랭크(Rank) 정보를 획득하는 단계;
    4 안테나용 코드북으로부터 상기 전송 랭크에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 전송 랭크에 대응하는 개수의 레이어 신호에 프리코딩을 수행하여 프리코딩된 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 프리코딩된 신호를 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 4개 안테나는 2개 안테나씩 제 1 안테나 그룹 및 제 2 안테나 그룹으로 구분되며,
    상기 4 안테나용 코드북은 랭크 1에 대해 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 DFT 행렬을 이루는 제 1 타입 프리코딩 행렬, 및 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분 및 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 각각 DFT 행렬을 이루는 제 2 타입 프리코딩 행렬을 포함하는, 신호 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 타입 프리코딩 행렬은 안테나 그룹 선택 행렬이며, 상기 제 2 타입 프리코딩 행렬은 DFT 행렬인, 신호 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 2 타입 프리코딩 행렬은 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분과, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 서로 직교하는 코드로 구성되는, 신호 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 4 안테나용 코드북은 랭크 2에 대해, 제 1 열에서 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 어느 하나에 대응하는 2개 성분이 0이고, 제 2 열에서 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 다른 하나에 대응하는 2개 성분이 0인 프리코딩 행렬을 포함하는, 신호 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 4 안테나용 코드북은 랭크 2에 대해, 2개의 레이어 신호의 위치를 변경하는 레이어 스와핑(layer swapping) 기능을 수행하는 프리코딩 행렬 및 안테나의 위치를 변경하는 안테나 퍼뮤테이션(Antenna Permutation) 프리코딩 행렬 중 하나 이상을 포함하는, 신호 전송 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 타입 프리코딩 행렬 및 상기 제 2 타입 프리코딩 행렬은 동일한 상수가 곱해진 프리코딩 행렬인, 신호 전송 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 타입 프리코딩 행렬은 상기 단말의 최대 허용 전송 전력의 1/2을 이용하여 상기 프리코딩된 신호를 상기 기지국에 전송하도록 구성되는, 신호 전송 방법.
  8. 2개 안테나씩 제 1 안테나 그룹 및 제 2 안테나 그룹으로 구분되는 4개 안테나를 이용하는 단말이 기지국에 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    특정 상황에서 상기 제 1 안테나 그룹을 턴 오프(turn-off)하는 단계; 및
    상기 제 2 안테나 그룹을 통해 상기 기지국에 신호를 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 안테나 그룹을 턴 오프하는 단계는 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 상기 제 1 안테나 그룹을 턴 오프하기 위한 랭크 1 프리코딩 행렬을 이용한 프리코딩을 통해 수행되는, 신호 전송 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 랭크 1 프리코딩 행렬은,
    상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 DFT 행렬을 이루는 프리코딩 행렬을 포함하는, 신호 전송 방법.
  10. 기지국이 4개 안테나를 이용하는 단말로부터 신호를 수신하는 방법에 있어서, 상기 단말로부터 수신 신호를 수신하는 단계;
    상기 단말이 상기 수신 신호 전송에 이용한 전송 랭크(Rank) 및 프리코딩 행렬 식별 정보를 획득하는 단계; 및
    4 안테나용 코드북으로부터 상기 전송 랭크 및 상기 프리코딩 행렬 식별 정보에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 수신 신호에 프리코딩의 역처리를 수행하는 단계를 포함하되,
    상기 4개 안테나는 2개 안테나씩 제 1 안테나 그룹 및 제 2 안테나 그룹으로 구분되며,
    상기 4 안테나용 코드북은 랭크 1에 대해 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 DFT 행렬을 이루는 제 1 타입 프리코딩 행렬, 및 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분 및 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 각각 DFT 행렬을 이루는 제 2 타입 프리코딩 행렬을 포함하는, 신호 수신 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 타입 프리코딩 행렬은 안테나 그룹 선택 행렬이며, 상기 제 2 타입 프리코딩 행렬은 DFT 행렬인, 신호 수신 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 4 안테나용 코드북은 랭크 2에 대해, 제 1 열에서 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 어느 하나에 대응하는 2개 성분이 0이고, 제 2 열에서 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 다른 하나에 대응하는 2개 성분이 0인 프리코딩 행렬을 포함하는, 신호 수신 방법.
  13. 제 1 및 제 2 안테나를 포함하는 제 1 안테나 그룹;
    제 3 및 제 4 안테나를 포함하는 제 2 안테나 그룹;
    랭크 1에 대해 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 DFT 행렬을 이루는 제 1 타입 프리코딩 행렬, 및 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분 및 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 각각 DFT 행렬을 이루는 제 2 타입 프리코딩 행렬을 포함하는 4 안테나용 코드북을 저장하는 메모리(Memory); 및
    상기 메모리에 저장된 상기 4 안테나용 코드북으로부터 전송 랭크(Rank)에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 전송 랭크에 대응하는 개수의 레이어 신호에 프리코딩을 수행하여 프리코딩된 신호를 출력하는 프리코더(Precoder)를 포함하며,
    상기 프리코더에 의해 프리코딩된 신호를 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 하나 이상을 통해 상기 기지국에 전송하도록 구성된, 단말.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 타입 프리코딩 행렬은 안테나 그룹 선택 행렬이며, 상기 제 2 타입 프리코딩 행렬은 DFT 행렬인, 단말.
  15. 제 13 항에 있어서,
    제 2 타입 프리코딩 행렬은 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분과, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 서로 직교하는 코드로 구성되는, 단말.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 4 안테나용 코드북은 랭크 2에 대해, 제 1 열에서 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 어느 하나에 대응하는 2개 성분이 0이고, 제 2 열에서 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 다른 하나에 대응하는 2개 성분이 0인 프리코딩 행렬을 포함하는, 단말.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 4 안테나용 코드북은 랭크 2에 대해, 2개의 레이어 신호의 위치를 변경하는 레이어 스와핑(layer swapping) 기능을 수행하는 프리코딩 행렬 및 안테나의 위치를 변경하는 안테나 퍼뮤테이션(Antenna Permutation) 프리코딩 행렬 중 하나 이상을 포함하는, 단말.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 타입 프리코딩 행렬 및 상기 제 2 타입 프리코딩 행렬은 동일한 상수가 곱해진 프리코딩 행렬인, 단말.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 타입 프리코딩 행렬은 상기 단말의 최대 허용 전송 전력의 1/2을 이용하여 상기 프리코딩된 신호를 상기 기지국에 전송하도록 구성되는, 단말.
  20. 제 1 및 제 2 안테나를 포함하는 제 1 안테나 그룹;
    제 3 및 제 4 안테나를 포함하는 제 2 안테나 그룹;
    랭크 1에 대해 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 상기 제 1 안테나 그룹을 턴 오프(turn-off)하기 위한 프리코딩 행렬을 포함하는 4 안테나용 코드북을 저장하는 메모리(Memory); 및
    상기 프리코딩 행렬을 이용하여 전송 신호에 프리코딩을 수행하여 프리코딩된 신호를 출력하는 프리코더(Precoder)를 포함하며,
    상기 프리코더에 의해 프리코딩된 신호를 상기 제 1 안테나 그룹을 통해 상기 기지국에 전송하도록 구성된, 단말
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은,
    상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 DFT 행렬을 이루는 프리코딩 행렬을 포함하는, 단말.
  22. 2개 안테나씩 제 1 안테나 그룹 및 제 2 안테나 그룹으로 구분된 4개 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 단말로부터 전송된 수신 신호를 수신하는데 이용되는 안테나;
    랭크 1에 대해 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 0, 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 DFT 행렬을 이루는 제 1 타입 프리코딩 행렬, 및 상기 제 1 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분 및 상기 제 2 안테나 그룹에 대응하는 2개 성분이 각각 DFT 행렬을 이루는 제 2 타입 프리코딩 행렬을 포함하는 4 안테나용 코드북을 저장하는 메모리(Memory); 및
    상기 메모리에 저장된 상기 2 안테나용 코드북으로부터 상기 단말이 이용한 전송 랭크 및 프리코딩 행렬 식별 정보에 대응하는 하나의 프리코딩 행렬을 선택하여, 상기 안테나를 통해 수신된 수신 신호에 프리코딩의 역처리를 수행하는 프리코더를 포함하는, 기지국.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 4 안테나용 코드북은 랭크 2에 대해, 제 1 열에서 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 어느 하나에 대응하는 2개 성분이 0이고, 제 2 열 에서 상기 제 1 안테나 그룹 및 상기 제 2 안테나 그룹 중 다른 하나에 대응하는 2개 성분이 0인 프리코딩 행렬을 포함하는, 기지국.
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