KR20100097161A - 다중입력 다중출력 시스템에서 프리코딩 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 MIMO 다중 반송파 시스템의 신호 처리 방법은 수신기가 송신기로부터 송신된 복수개의 부반송파들의 신호들을 수신하는 단계, 인접한 부반송파들 간의 상관관계에 따라 상기 부반송파들을 각각 K개의 부반송파들을 포함하는 복수 개의 부반송파 블록들로 분할하는 단계 및 각 부반송파 블록
Figure pct00242
에 대해서 피드백 부반송파 프리코딩 매트릭스
Figure pct00243
와 회전 매트릭스
Figure pct00244
를 선택하고, 상기 프리코딩 매트릭스와 상기 회전 매트릭스에 대한 정보를 상기 송신단으로 피드백하는 단계를 포함한다. 본 발명은 MIMO/OFDMA 시스템에서의 피드백 문제를 효과적으로 해결하여, 송신 장치로 피드백될 필요가 있는 프리코딩 가중치 매트릭스들의 수를 현저히 줄일 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.

Description

다중입력 다중출력 시스템에서 프리코딩 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRE-CODING IN MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT SYSTEM}
본 발명은 다중입력 다중출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 직교주파수분할다중화(OFDM: orthogonal frequency division multiplexing) 시스템에 관한 것으로, 특히 MIMO 다중 반송파 시스템에서 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
다중 안테나 MIMO 무선 통신 시스템에서, 수신단과 송신단은 완전히 분산된 환경(fully scattered environment)에서 동일한 대역폭을 가진 복수 개의 독립 무선 채널들을 지원할 수 있다. 따라서, 시스템 용량이 효과적으로 향상되고, 미래의 무선 통신에 대한 용량 병목(capacity bottleneck) 문제를 해결하는데 유용하다. 많은 실제 응용에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 수신단과 송신단 사이의 저전송율(low rate) 피드백 채널을 통해 채널 파라미터들을 얻을 수 있다. 이러한 피드백 정보를 이용하여, 송신기에서 송신된 데이터에 대해 프리코딩을 구현하여, 수신단에서 더 큰 이득을 얻을 수 있으며, 그리하여 전체 시스템의 신뢰도와 통신 거리를 향상시킬 수 있다.
도 2는 직교주파수분할다중화(OFDM: orthogonal frequency division multiplexing) 시스템에서 구현되는 특정 MIMO 솔루션을 예시하고 있다. 송신기(102)는 복수 개의 OFDM 부반송파들을 통해 하나 또는 그 이상의 수신 장치들(101)에 복수 개의 데이터 스트림들을 송신하기 위해 다중 안테나들을 이용한다.
Figure pct00001
는 상기 복수 개의 데이터 스트림들을 나타내며,
Figure pct00002
는 부반송파 인덱스를,
Figure pct00003
은 부반송파들의 수를,
Figure pct00004
는 각 부반송파 상의 데이터 스트림들의 수를 나타내며,
Figure pct00005
이다. 예를 들어, 부반송파 1 상의 데이터 스트림들은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00006
각 부반송파 상의 데이터 스트림들은 프리코딩 발생기(105)를 통해 새로운 데이터 스트림 셋
Figure pct00007
으로 맵핑된다.
Figure pct00008
X(K)는
Figure pct00009
송신 안테나(104)로 피드되며, 각 신호는 역이산푸리에변환기(IDFT: inverse discrete Fourier transform, 107), 순환 프리픽스 삽입 및 직병렬 변환기(106)를 통해 생성된다. 도 2에서, 는 부반송파
Figure pct00011
에 대한 프리코딩 매트릭스를 나타낸다.
도 3은 송신 장치(102)에서
Figure pct00012
IDFT들(107)의 각 부반송파 입력 전에 기능하는 프리코딩 심볼 발생기들(105)을 더 자세히 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이,
Figure pct00013
매트릭스
Figure pct00014
가 나타내는 MIMO 프리코딩 매트릭스는 가중치부여(weighting)를 위해 송신 장치(102)의 각 프리코딩 심볼 발생기(105)에 의해 이용된다. 여기서,
Figure pct00015
는 송신 안테나들의 수를 나타낸다.
Figure pct00016
값을 얻기 위해서는, 송신 장치(102)가 송신 안테나들(104)과 수신 장치(101)의 하나 또는 그 이상의 수신 안테나들 사이의 채널(들)에 대한 응답 정보를 필요로 한다.
도 1 내지 3에서 알 수 있듯이, 시스템의 송신기(102)는 송신 및 수신 어레이들 사이의 매트릭스 주파수 응답을 알 필요가 있는데, 이는 OFDM(OFDMA) 이동 통신 시스템의 채널 타입과 같이, 빠르게 변하는 주파수 선택 광대역 채널들의 경우 문제가 발생할 수 있다. 더 자세히 말하면, 도 1에 도시된 피드백 기반 MIMO 시스템에서는, 최적의 성능을 위해 시간 및 주파수에 따른 채널 변화를 추적하기 위해서, 프리코딩 가중치 매트릭스를 송신기(102)로 피드백하고 갱신할 필요가 있다. 그러나, 채널 응답의 완벽한 추적을 가능하게 하는 메커니즘들은 수신 장치와 송신 장치 사이에 금지된 수준의 피드백을 필요로 할 수도 있다. 따라서, 송신 장치가 이용할 채널 정보가 송신 장치로 송신될 때 금지된 수준의 피드백이 요구되지 않는 통신 시스템의 MIMO 송신 방법 및 장치가 요구된다.
현재, 3GPP LTE, WiMAX, WiBro 등과 같은 표준화 단체들의 연구에 있어서 MIMO OFDM/OFDMA 시스템의 피드백 문제가 논점이 되고 있다. 현재의 프로토콜이나 스펙에서는 명확하고 최종적인 솔루션이 없다.
기존 솔루션들의 문제점들에 비추어서, 본 발명에서는 MIMO OFDM/ OFDMA 시스템의 피드백 문제를 효과적으로 해결하는 방법 및 장치가 제안된다. 본 발명에서, 송신 장치에 피드백될 프리코딩 가중치 매트릭스들의 수를 크게 줄이기 위해 MIMO OFDM/ OFDMA 시스템의 부반송파 채널 응답들 간의 상관성을 이용한다. 다운링크 데이터 송신을 위한 각 부반송파에 대해 프리코딩 매트릭스를 복구하기 위해 송신단에서 특별 처리가 적용된다.
따라서, 본 발명의 목적은 MIMO OFDM/ OFDMA 시스템에서 피드백의 양을 효과적으로 줄이는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, MIMO 다중 반송파 시스템의 신호 처리 방법은 수신기가 송신기로부터 송신된 복수개의 부반송파들의 신호들을 수신하는 단계, 인접한 부반송파들 간의 상관관계에 따라 상기 부반송파들을 각각 K개의 부반송파들을 포함하는 복수 개의 부반송파 블록들로 분할하는 단계 및 각 부반송파 블록
Figure pct00017
에 대해서 피드백 부반송파 프리코딩 매트릭스
Figure pct00018
와 회전 매트릭스
Figure pct00019
를 선택하고, 상기 프리코딩 매트릭스와 상기 회전 매트릭스에 대한 정보를 상기 송신단으로 피드백하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 송신단의 신호 처리 장치는 수신단으로부터 피드백된 정보를 수신하는 수신장치, 양자화된 매트릭스 앙상블을 저장하는 앙상블 메모리 및 상기 수신된 피드백 정보와 상기 앙상블 메모리에 저장된 매트릭스 앙상블에 따라 복수 개의 프리코딩 매트릭스들
Figure pct00020
을 계산하고, 상기 계산된 프리코딩 매트릭스들
Figure pct00021
을 출력하며, 상기 계산은 각 부반송파에 대한 프리코딩 매트릭스를 계산하는 것을 포함하는 프리코딩 매트릭스 프로세서를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수신단에서 신호 처리 장치는 양자화된 매트릭스 앙상블을 저장하는 앙상블 메모리, 송신단으로부터의 2차원 시간-주파수 파일럿 심볼에 따라 주파수 영역에서 각 부반송파에서의 채널 응답을 추정하는 채널 추정기 및 상기 부반송파들을 복수 개의 부반송파 블록들로 분할하고, 상기 채널 추정기에서 추정된 주파수 영역의 각 부반송파에서의 채널 응답 및 앙상블 메모리에 저장된 매트릭스 앙상블에 따라 송신단으로 피드백될 정보를 계산하고, 동시에 후처리 매트릭스
Figure pct00022
를 출력하며, 상기 프리코딩 매트릭스
Figure pct00023
와 회전 매트릭스
Figure pct00024
에 대한 정보는 각 부반송파에 대해 피드백되는 피드백 프리코딩 매트릭스 선택기를 포함한다.
본 발명은 MIMO/OFDMA 시스템에서의 피드백 문제를 효과적으로 해결하여, 송신 장치로 피드백될 필요가 있는 프리코딩 가중치 매트릭스들의 수를 현저히 줄일 수 있는 방법 및 장치를 제공한다. 송신단에서, 다운링크 데이터 송신을 위한 각 부반송파에 대해 프리코딩 매트릭스를 커버하기 위해 특별한 처리가 적용되어, 전체 시스템 처리량과 통신 범위를 향상시킨다. 예를 들어, 시스템은 제 3 세대 이동 통신 시스템, WiMAX, Wibro 등일 수 있다.
이러한 방법 및 장치를 통해, 시스템 성능 요건을 만족하면서도 상기 시스템에서 금지된 수준의 피드백의 존재를 효과적으로 피할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 MIMO 다중 반송파 시스템에서 프리코딩 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 송신단에서의 처리를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 송신단에서의 프리코딩 심볼 발생기의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수신단에서의 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수신단에서의 (부반송파 k에 대한) 다중 스트림 수신 및 조합 프로세서의 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 프리코딩의 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 피드백 프리코딩 매트릭스 선택 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 회전 매트릭스 선택 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 피드백 정보의 프레임 구조를 도시하고 있다.
바람직한 실시예들을 참조하면, 본 발명의 시스템은 다음과 같이 구성될 수 있다.
송신단에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 시스템은 다음의 구성요소들을 포함한다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 송신단에서의 처리를 나타내는 블록도이다.
103: 수신기(102)로부터 피드백된 채널 정보에 따라 각 부반송파에 대한 프리코딩 매트릭스와 로컬 앙상블 메모리에 저장된 매트릭스들을 구성하는 적응 프리코딩 매트릭스 프로세서. 예를 들어, 상기 프리코딩 매트릭스는 전술한 바와 같이 도 3에 도시된 방법을 통해 발생될 수 있다.
104: 무선 송신기로부터 전자기파의 형태로 출력된 무선 주파수(RF: radio frequency) 신호들의 파워(power)를 발산하는 송신 안테나들.
105: 상기 송신 안테나들의 수
Figure pct00025
와 상기 발생된 프리코딩 매트릭스들에 따라 송신 전에 각 부반송파 상의 심볼들에 대해 맵핑 과정을 수행하여, 무선 채널로부터 유용한 심볼들의 수신으로의 영향을 줄이는 프리코딩 심볼 발생기들.
106: 시스템에 순환 프리픽스를 삽입하고 데이터 스트림들을 결합하는 순환 프리픽스 및 병렬-직렬 처리 모듈들.
107: 수신단에서 일반적으로 역 이산 푸리에 변환(IDFT)에 의해 구현되는 채널 직교화 모듈들. 예를 들어, 채널 직교화 모듈들은 도 4에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 수신단에서의 블록도를 도시하고 있다.
301: 송신단으로부터 송신된 2차원 시간-주파수 파일럿 심볼들에 따라 주파수 영역에서 각 부반송파에서의 채널 응답
Figure pct00026
을 추정하는 채널 추정기. 여기서, N은 부반송파의 수를 나타내고,
Figure pct00027
는 부반송파
Figure pct00028
를 나타낸다.
302: 상기 채널 추정기(301)에 대한 정보에 따라 각 부반송파에서의 채널 응답
Figure pct00029
을 획득한 후, 상기 앙상블 메모리에 저장된 매트릭스에 따라 OFDM 시스템의 부반송파간의 상관 및 트렐리스 방법을 구현하는 프리코딩 매트릭스 선택기. 트렐리스 방법에 대해서는, 2003년 6월에 People's Posts and Telecommunication Press가 발행한 "Principle and application of OFDM mobile communication technology"섹션 7을 참조하시오. 상기 선택기는 프리코딩 매트릭스 F의 인덱스와 보간 회전 매트릭스
Figure pct00030
의 인덱스를 선택하고, 이들을 송신단으로 피드백한다.
303: 도 5에 도시된 바와 같이,
Figure pct00031
수신 안테나들(304)을 통해 수신한
Figure pct00032
프리코딩 신호들에 가중치를 부여하고 합산하여 출력들을 형성하는 다중 스트림 수신 및 결합 프로세서들. 부반송파
Figure pct00033
에 대해 안테나
Figure pct00034
을 통해 수신한 스트림
Figure pct00035
에 대한 가중치는
Figure pct00036
이다. 부반송파
Figure pct00037
에 대해, 다중 스트림 수신 및 결합 프로세서(303)의 제
Figure pct00038
출력은
Figure pct00039
로 나타낼 수 있으며
Figure pct00040
(도 5에 도시됨),
Figure pct00041
Figure pct00042
이고,
Figure pct00043
는 부반송파의 인덱스이고,
Figure pct00044
이다.
Figure pct00045
는 안테나
Figure pct00046
을 통해 수신한 부반송파
Figure pct00047
에서의 수신 신볼을 나타낸다.
304: 송신기에 대해 수신된 전자기파 신호를 RF 신호 파워로 변환하는 수신 안테나들.
305: 입력 데이터를 샘플링하여 직렬 데이터를 병렬 데이터로 맵핑하는 직렬-병렬 변환기들.
306: 시스템에 대해 순환 프리픽스를 제거하는 순환 프리픽스 프로세서들.
307: 일반적으로 이산 푸리에 변환(DFT)에 의해 실현되는 채널 역직교화 모듈들.
MIMO OFDM/OFDMA 시스템에서의 송신 방법이 본 발명에서 제안된다. 도 6에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
601 단계: BS는 2차원 시간 주파수 파일럿이 삽입된 다운링크 심볼 프레임을 송신한다.
602 단계: 수신기는 다중 부반송파들의 신호들을 수신하고, 파일럿에 따라 다운링크 매트릭스 채널을 계산한다. 그 후, 603 단계에서 인접한 부반송파들 간의 상관에 따라, 수신된 부반송파들을 각각이 K개의 부반송파들을 포함하는 여러 개의 부반송파 블록들로 분할하고, 각 부반송파에 대해 매트릭스
Figure pct00048
를 계산한다. 604 단계에서는, 트렐리스 방법 및 매트릭스 용량 기준에 따라, 각 부반송파 블록
Figure pct00049
에 따라,
Figure pct00050
차원 매트릭스
Figure pct00051
(피드백 부반송파 프리코딩 매트릭스)를 선택하고, 605 단계에서는, 관련 기준 및 상기 선택된 매트릭스
Figure pct00052
를 통해, 각 부반송파 블록들에 대해
Figure pct00053
차원 회전 매트릭스
Figure pct00054
를 선택한다. 여기서,
Figure pct00055
는 송신기측에서의 안테나 수를 나타낸다. 606 단계에서, 각 부반송파 블록에 대한 프리코딩 매트릭스와 회전 매트릭스에 대한 정보를 송신기로 피드백한다.
607 단계: 608 단계에서 다운링크 데이터 프레임들의 전송을 위해, 상기 획득한 프리코딩 매트릭스 인덱스의 정보, 회전 매트릭스 인덱스의 정보 및 앙상블 메모리에 저장된 매트릭스들에 따라 각 부반송파에 대한 프리코딩 매트릭스를 복구한다.
본 발명에 따른 수신단은 피드백 프리코딩 매트릭스 선택기(302)를 포함하는 수단을 더 구비한다. 상기 선택기(302)는 자신의 입력으로서, 다중 부반송파 채널 응답들과 앙상블 메모리를 갖는다. 상기 선택기(302)는 복수 개의
Figure pct00056
차원 프리코딩 매트릭스들
Figure pct00057
와 회전 매트릭스들
Figure pct00058
을 출력하며, 여기서 프리코딩 매트릭스와 회전 매트릭스는 다중 부반송파들을 포함하는 각 부반송파 블록에 대해 계산된다.
본 발명에 따른 송신단(102)은 프리코딩 매트릭스 프로세서(103)를 포함하는 수단을 더 구비한다. 상기 프로세서(103)는 자신의 입력으로서 피드백 채널 정보와 앙상블 메모리를 갖는다. 상기 프로세서(103)는 각 부반송파
Figure pct00059
에 대해 재발생된
Figure pct00060
차원 프리코딩 매트릭스
Figure pct00061
를 출력한다.
본 발명은 또한 다음의 단계들을 포함하는 최적화된 피드백 프리코딩 매트릭스 선택 방법을 제공한다.
수신기가 다중 부반송파들의 신호들을 수신하고, 주파수 영역에서 각 부반송파에 대한 채널 응답
Figure pct00062
을 추정한 후, 트렐리스 방법에 따라, 수신기는 프리코딩 매트릭스 세트
Figure pct00063
를 선택한다(
Figure pct00064
는 부반송파 블록의 크기를 나타내고,
Figure pct00065
는 부반송파 블록 인덱스를 나타내며, N은
Figure pct00066
로부터 최대 시스템 용량 요건을 만족하고, 인접한 프리코딩 매트릭스들 간의 주파수 간격이 해당 부반송파 블록의 크기와 동일한 것을 보장하는 부반송파들의 수를 나타냄).
본 발명은 또한 피드백 회전 매트릭스
Figure pct00067
를 선택하는 최적화된 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
계산된 피드백 프리코딩 매트릭스 세트
Figure pct00068
와 MSE 기준에 따라, 수신기는 공간 보간을 이용하여 각 부반송파 블록에 대한 앙상블로부터 각 부반송파 블록에 대한 회전 매트릭스들
Figure pct00069
을 선택한다.
본 발명은 또한 송신단에서의 프리코딩 매트릭스 추정 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
송신기는 수신기와 앙상블 메모리로부터 피드백된 프리코딩 매트릭스 인덱스들과 회전 매트릭스 인덱스들에 따라
Figure pct00070
와
Figure pct00071
를 구하고, 공간 보간을 이용하여 하기와 같은 수식으로 표현되는 각 부반송파에서의 프리코딩 매트릭스
Figure pct00072
를 계산한다.
Figure pct00073
여기서,
Figure pct00074
는 제
Figure pct00075
부반송파 블록에서 제
Figure pct00076
부반송파에 대한 프리코딩 매트릭스를 나타내며,
Figure pct00077
는 서브블록 크기를 나타낸다. 그 후, 송신될 데이터를 각 부반송파에서 복원된 프리코딩 매트릭스를 이용하여 전처리한다.
도 1에 도시된 시스템과 유사한 OFDM/OFDMA 시스템이 본 발명의 바람직한 실시예들에서 이용된다. 그러나, 본 발명이 다른 실시예들에서는, 다른 통신 프로토콜들의 시스템들이 이용될 수도 있다. 이러한 프로토콜 기반 시스템들은 다중 반송파 CDMA 시스템을 포함한다. 따라서, 본 발명은 OFDM/OFDMA 시스템, 다중 반송파 CDMA 및 기타 유사하거나 복합 시스템에 대해 적용가능하며 효과적이다.
각 OFDM 부반송파
Figure pct00078
에 대해 다른
Figure pct00079
를 피드백할 필요성을 없애기 위해, 본 바람직한 실시예에서는 주파수 영역을, 각각이
Figure pct00080
개의 부반송파들을 포함하는 복수 개의 부반송파 블록들로 분할한다.
Figure pct00081
개의 부반송파들을 포함하는 각 부반송파 블록의 경우,
Figure pct00082
개의 부반송파들에 대해서 하나의 프리코딩 매트릭스
Figure pct00083
와 하나의 회전 매트릭스
Figure pct00084
가 송신단에 제공된다.
전체 시스템에서 부반송파의 수를
Figure pct00085
이라 한다. 본 실시예에서는, 일 예로
Figure pct00086
이다. 부반송파 블록의 크기는
Figure pct00087
이다. 본 실시예에서는, 일 예로
Figure pct00088
이다. 기지국(BS)는
Figure pct00089
송신 안테나들을 구비하고, 이동국(MS)는
Figure pct00090
수신 안테나들을 구비한다. 본 실시예에서는, 일 예로
Figure pct00091
이다. 각 부반송파는
Figure pct00092
스트림들을 운반한다. 본 실시예에서는, 일 예로
Figure pct00093
이다. 순환 프리픽스는
Figure pct00094
의 길이를 갖는다. 본 실시예에서는, 일 예로
Figure pct00095
이다. 변조 방식 QPSK는 송신단에서 적용된다. 프리코딩 매트릭스들의 앙상블의 크기는 64, 즉
Figure pct00096
비트들이 요구된다
Figure pct00097
. 회전 매트릭스들의 앙상블의 크기는 4, 즉
Figure pct00098
비트들이 요구된다
Figure pct00099
. BS의 송신 전력은 모든 부반송파들에 걸쳐 균일하게 분포된다. 송신단(102)에서는 채널 코딩이 적용되지 않는다. ITU Vehicular Model B는 채널 모델로서 이용된다. 설명에서,
Figure pct00100
는 앙상블에서의 제 1 프리코딩 매트릭스를,
Figure pct00101
는 제 2 프리코딩 매트릭스를,
Figure pct00102
는 제 64 프리코딩 매트릭스를 나타낸다.
Figure pct00103
은 제 1 회전 매트릭스를,
Figure pct00104
는 제 2 회전 매트릭스를,
Figure pct00105
는 제 4 회전 매트릭스를 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, 수신기는 2차원 시간-주파수 파일럿 신호들에 따라 수신기들과 송신기 사이의 채널들의 주파수 영역 응답
Figure pct00106
을 추정한다. 각 부반송파에서의 특정 기준과 획득한 주파수 영역 채널 응답
Figure pct00107
에 따라, 수신기는 앙상블 메모리로부터 각 부반송파에 대한 피드백 프리코딩 매트릭스
Figure pct00108
를 선택한다. 여기서, 상기 특정 기준은 MSE (Mean Square Error) 기준을 포함하되, 그에 한정되지 않는다. 본 실시예에서, MSE 기준(수식 1)은 각 부반송파들에 대해 피드백 프리코딩 매트릭스들
Figure pct00109
을 선택하기 위해 이용된다(도 7의 단계 2).
Figure pct00110
(수식 1)
Figure pct00111
은 송신 심볼 에너지를 나타내고,
Figure pct00112
는 송신 안테나 수와 수신 안테나 수의 최소값을 나타내고, min (x)는 최소값의 연산자를 나타내고,
Figure pct00113
는 잡음 편차를 나타내고,
Figure pct00114
은 부반송파 인덱스
Figure pct00115
의 채널 응답 매트릭스를 나타내고, HH는 H 매트릭스의 에르미트(hermitian) 변환을 나타내고,
Figure pct00116
은 부반송파 인덱스를 나타내고, VH(k)은 V(k) 매트릭스의 에르미트 변환을 나타내며, n은 프리코딩 매트릭스들의 앙상블의 인덱스를 나타낸다.
부반송파들은
Figure pct00117
부반송파 간격으로 블록들로 분할되어, 총 3개의 블록들을 획득한다.
트렐리스 방법을 이용하여, 프리코딩 매트릭스 세트가 부반송파 블록의 크기
Figure pct00118
간격과 최대 시스템 용량의 요건을 만족하기 위한 목적으로 선택된다. 상기 트렐리스 방법은 전체 시스템에 대해 최대 처리량을 달성하기 위해 이용된다. 당업자는 시스템 용량 최대화와 같은 다른 목적이 있는 경우 프리코딩 매트릭스를 선택하기 위해 다른 방법들이 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 프리코딩 매트릭스를 선택하는 특정한 방법이 도 7의 단계 3에 도시되어 있다.
우선, 파라미터
Figure pct00119
가 각 프리코딩 매트릭스 세트에 대해 계산된다.
Figure pct00120
(수식 2)
Figure pct00121
는 매트릭스들의 고유값들(eigenvalues) 중 최소값을 나타낸다.
Figure pct00122
세트로부터, 최대값에 대응하는 프리코딩 매트릭스 세트를 수신기로부터 송신기로 피드백될 프리코딩 매트릭스 세트
Figure pct00123
로서 선택한다 (
Figure pct00124
는 부반송파 블록들의 인덱스를 나타냄). 본 실시예에서,
Figure pct00125
이면, 해당 프리코딩 매트릭스 세트는
Figure pct00126
이고,
Figure pct00127
는 제
Figure pct00128
부반송파 블록에서 제
Figure pct00129
부반송파의 채널 매트릭스를 나타낸다.
편의를 위해,
Figure pct00130
를 이 세트라고 하자. 그럼, 이들간의 관계는 (도 7에 도시된 바와 같이)
Figure pct00131
유클리드 선형 보간만이 송신단에서 구현되므로, 각 프리코딩 매트릭스의 칼럼들 사이의 직교성이나 앙상블 공간(Grassmann manifold)에서의 고유성이 보장될 수 없다. 회전 매트릭스
Figure pct00132
는 또한 각 부반송파 블록에 대해 피드백되어, 각 부반송파에서 프리코딩 매트릭스를 복원하기 위한 선형 보간 처리시 송신단에 의해 이용될 수 있다. 각 부반송파 블록에 대한 회전 매트릭스의 선택은 다른 부반송파 블록에 대한 회전 매트릭스의 선택과 독립적이므로, 부반송파 블록 1에 대한 회전 매트릭스 선택 작업을 예로 들어 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이,
Figure pct00133
가 순차적으로 회전 매트릭스 앙상블로부터 선택되고,
Figure pct00134
가 수식 3 내지 5에 따라 계산된다.
Figure pct00135
(수식 3)
Figure pct00136
(수식 4)
Figure pct00137
(수식 5)
Figure pct00138
Figure pct00139
는 송신의 심볼 에너지이고,
Figure pct00140
송신 안테나 수 및 수신 안테나 수의 최소값이고,
Figure pct00141
는 부반송파 블록들의 인덱스를 나타낸다.
Figure pct00142
단위 매트릭을 나타내고 치수는
Figure pct00143
이다.
Figure pct00144
는 제
Figure pct00145
블록 보간을 위해 이용되는 계수를 나타내고, max tr은 매트릭스 트레이스(matrix trace)의 최대값을 나타낸다.
Figure pct00146
잡음 편차를 나타내고,
Figure pct00147
는 부반송파 인덱스
Figure pct00148
의 채널 응답 매트릭스를 나타내며, HH는 H 매트릭스의 에르미트 변환을 나타내고,
Figure pct00149
는 부반송파 인덱스를 나타내며, VH(k)는 V(k) 매트릭스의 에르미트 변환을 나타낸다.
Figure pct00150
중 최소값의 인덱스를 선택한다. 본 실시예에서, 상기 최소값에 대응하는 인덱스는 3이다. 따라서,
Figure pct00151
을 송신단으로 피드백될 부반송파 블록에 대한 회전 매트릭스로 선택한다.
전술한 방법을 통해, 3개의 부반송파 블록들에 대한 각 회전 매트릭스들을 순차적으로 선택한다. 본 실시예에서, 상기 3개의 부반송파 블록들에 대해 선택된 매트릭스들은 각각
Figure pct00152
이다.
그런 다음, 프리코딩 매트릭스들
Figure pct00153
과 회전 매트릭스들
Figure pct00154
의 인덱스들을 도 9에 도시된 포맷으로 송신단으로 피드백한다. 본 실시예에서, 총 6x3+2x3=24 비트가 요구된다. 그러나, 각 부반송파에 대해 프리코딩 매트릭스를 송신단으로 피드백할 필요가 있는 경우, 6*24=144 비트가 요구된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 피드백될 비트 수가 현저히 감소될 수 있다.
송신단에서는, 수신단으로부터 피드백된 프리코딩 매트릭스들과 회전 매트릭스들의 인덱스들에 따라 다음과 같이 공간 보간을 이용하여 프리코딩 매트릭스들
Figure pct00155
을 각 부반송파들에 대해 복원한다.
Figure pct00156
Figure pct00157
상기 공간 보간을 통해 얻어진 각 부반송파에 대한 프리코딩 매트릭스
Figure pct00158
를 이용하여, 송신될 데이터를 처리함으로써, 시스템 성능을 향상시킨다.

Claims (18)

  1. MIMO 다중 반송파 시스템의 신호 처리 방법에 있어서,
    수신기가 송신기로부터 송신된 복수개의 부반송파들의 신호들을 수신하는 단계;
    인접한 부반송파들 간의 상관관계에 따라 상기 부반송파들을 각각 K개의 부반송파들을 포함하는 복수 개의 부반송파 블록들로 분할하는 단계; 및
    각 부반송파 블록
    Figure pct00159
    에 대해서 피드백 부반송파 프리코딩 매트릭스
    Figure pct00160
    와 회전 매트릭스
    Figure pct00161
    를 선택하고, 상기 프리코딩 매트릭스와 상기 회전 매트릭스에 대한 정보를 상기 송신단으로 피드백하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프리코딩 매트릭스와 상기 회전 매트릭스에 대한 정보는 상기 프리코딩 매트릭스의 인덱스와 상기 회전 매트릭스의 인덱스를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 피드백 부반송파 프리코딩 매트릭스
    Figure pct00162
    는 시스템 용량을 최대화하기 위해 각 부반송파 블록
    Figure pct00163
    에 대해 선택되는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 피드백 부반송파 프리코딩 매트릭스는 하기의 수식에 따라 선택되며,
    Figure pct00164

    Figure pct00165
    는 매트릭스의 고유값들 중 최소값을 취하는 것을 나타내며,
    Figure pct00166
    는 부반송파 블록
    Figure pct00167
    에서 부반송파
    Figure pct00168
    에 대해 송신기와 수신기 사이의 채널의 응답을 나타내며,
    Figure pct00169
    는 에 대응하는 앙상블에서의 값을 나타내며,
    Figure pct00171
    는 부반송파 블록들의 인덱스를 나타내며,
    Figure pct00172
    는 부반송파 블록에서의 부반송파 인덱스를 나타내며,
    Figure pct00173
    는 부반송파 블록의 크기를 나타내고,
    Figure pct00174
    은 부반송파들의 총 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 매트릭스
    Figure pct00175
    는 채널 영향을 최소화하고 시스템 용량을 최대화하기 위해서 선택되는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 매트릭스를 선택하는 단계는,
    상기 회전 매트릭스들
    Figure pct00176
    을 회전 매트릭스 앙상블로부터 하나씩 선택하고 (
    Figure pct00177
    은 상기 회전 매트릭스 앙상블의 크기를 나타냄),
    Figure pct00178
    의 최소값에 대응하는 회전 매트릭스를 현재 부반송파 블록에 대한 회전 매트릭스로 선택함으로써 하기 수식에 따라 회전 매트릭스를 선택하는 단계를 더 포함하되,
    Figure pct00179

    Figure pct00180

    Figure pct00181
    송신 심볼 에너지이고,
    Figure pct00182
    은 송신 안테나 수들 및 수신 안테나 수들의 최소값을 나타내고,
    Figure pct00183
    은 부반송파 블록들의 인덱스를 나타내며,
    Figure pct00184
    은 단위 매트릭을 나타내고 치수는
    Figure pct00185
    이며,
    Figure pct00186
    는 부반송파 블록에서 부반송파 인덱스를 나타내고,
    Figure pct00187
    는 제
    Figure pct00188
    블록 보간을 위해 이용되는 계수를 나타내고, max tr은 매트릭스 트레이스(matrix trace)의 최대값을 나타내며, HH는 H 매트릭스의 에르미트 변환을 나타내고,
    Figure pct00189
    는
    Figure pct00190
    매트릭스의 에르미트 변환을 나타내는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 송신기가 상기 프리코딩 매트릭스와 회전 매트릭스에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보를 이용하여 각 부반송파들에 대한 프리코딩 매트릭스들을 복원하며, 복원된 프리코딩 매트릭스들을 이용하여 모든 부반송파들에 가중치를 적용하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 송신단에서 각 부반송파들에 대한 프리코딩 매트릭스들을 복원하는 단계는, 상기 수신단에서 피드백된 프리코딩 매트릭스 F와 회전 매트릭스
    Figure pct00191
    에 따라 공간 보간을 이용하여 각 부반송파들에 대한 프리코딩 매트릭스들을 계산하여 복원된 프리코딩 매트릭스와 실제 프리코딩 매트릭스 간의 오차(error)를 최소화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 복원된 프리코딩 매트릭스
    Figure pct00192
    는 하기의 수식으로 계산되며,
    Figure pct00193


    Figure pct00194
    는 부반송파 블록들의 인덱스를 나타내고,
    Figure pct00195
    는 부반송파 블록에서 부반송파 인덱스를 나타내며,
    Figure pct00196
    는 부반송파 블록의 크기를 나타내고,
    Figure pct00197
    는 부반송파들의 총 개수를 나타내며,
    Figure pct00198
    는 Z 매트릭스의 에르미트 변환을 나타내는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  10. 송신단의 신호 처리 장치에 있어서,
    수신단으로부터 피드백된 정보를 수신하는 수신장치;
    양자화된 매트릭스 앙상블을 저장하는 앙상블 메모리; 및
    상기 수신된 피드백 정보와 상기 앙상블 메모리에 저장된 매트릭스 앙상블에 따라 복수 개의 프리코딩 매트릭스들
    Figure pct00199
    을 계산하고, 상기 계산된 프리코딩 매트릭스들
    Figure pct00200
    을 출력하며, 상기 계산은 각 부반송파에 대한 프리코딩 매트릭스를 계산하는 것을 포함하는 프리코딩 매트릭스 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 프리코딩 매트릭스 프로세서는 시스템 용량을 최대화하기 위해 각 부반송파에 대한 프리코딩 매트릭스를 계산하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 프리코딩 매트릭스 프로세서는 하기의 수식으로 각 부반송파에 대해 프리코딩 매트릭스
    Figure pct00201
    를 계산하며,
    Figure pct00202

    Figure pct00203


    Figure pct00204
    는 부반송파 블록들의 인덱스를 나타내고,
    Figure pct00205
    는 부반송파 블록에서 부반송파 인덱스를 나타내며,
    Figure pct00206
    는 부반송파 블록의 크기를 나타내고,
    Figure pct00207
    는 부반송파들의 총 개수를 나타내며,
    Figure pct00208
    는 Z 매트릭스의 에르미트 변환을 나타내는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  13. 수신단에서 신호 처리 장치에 있어서,
    양자화된 매트릭스 앙상블을 저장하는 앙상블 메모리;
    송신단으로부터의 2차원 시간-주파수 파일럿 심볼에 따라 주파수 영역에서 각 부반송파에서의 채널 응답을 추정하는 채널 추정기; 및
    상기 부반송파들을 복수 개의 부반송파 블록들로 분할하고, 상기 채널 추정기에서 추정된 주파수 영역의 각 부반송파에서의 채널 응답 및 앙상블 메모리에 저장된 매트릭스 앙상블에 따라 송신단으로 피드백될 정보를 계산하고, 동시에 후처리 매트릭스
    Figure pct00209
    를 출력하며, 상기 프리코딩 매트릭스
    Figure pct00210
    와 회전 매트릭스
    Figure pct00211
    에 대한 정보는 각 부반송파에 대해 피드백되는 피드백 프리코딩 매트릭스 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 프리코딩 매트릭스
    Figure pct00212
    와 상기 회전 매트릭스
    Figure pct00213
    에 대한 정보는 상기 프리코딩 매트릭스의 인덱스와 상기 보간 회전 매트릭스의 인덱스를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 피드백 프리코딩 매트릭스 선택기는 시스템 용량을 최대화하기 위해 피드백 부반송파 프리코딩 매트릭스를 선택하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 피드백 프리코딩 매트릭스 선택기는 하기의 수식으로 프리코딩 매트릭스를 선택하며,
    Figure pct00214

    Figure pct00215
    는 매트릭스의 고유값들 중 최소값을 취하는 것을 나타내며,
    Figure pct00216
    는 부반송파 블록
    Figure pct00217
    에서 부반송파
    Figure pct00218
    에 대해 송신기와 수신기 사이의 채널의 응답을 나타내며,
    Figure pct00219
    는
    Figure pct00220
    에 대응하는 앙상블에서의 값을 나타내며,
    Figure pct00221
    는 부반송파 블록에서의 부반송파 인덱스를 나타내며,
    Figure pct00222
    는 부반송파 블록들의 인덱스를 나타내며,
    Figure pct00223
    는 부반송파 블록의 크기를 나타내고,
    Figure pct00224
    은 부반송파들의 총 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 피드백 프리코딩 매트릭스 선택기는 채널 영향을 최소화하고 시스템 용량을 최대화하기 위해 보간 회전 매트릭스
    Figure pct00225
    를 선택하는 것을 특징으로하는 신호 처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 피드백 프리코딩 매트릭스 선택기는 회전 매트릭스들
    Figure pct00226
    을 회전 매트릭스 앙상블로부터 하나씩 추출하고 (
    Figure pct00227
    은 회전 매트릭스 앙상블의 크기를 나타냄), 하기의 수식에 따라 회전 매트릭스를 선택하며,
    Figure pct00228

    Figure pct00229

    Figure pct00230

    Figure pct00231

    Figure pct00232
    송신 심볼 에너지이고,
    Figure pct00233
    은 송신 안테나 수들 및 수신 안테나 수들의 최소값을 나타내고, 은 부반송파 블록들의 인덱스를 나타내며,
    Figure pct00235
    은 단위 매트릭을 나타내고 치수는
    Figure pct00236
    이며,
    Figure pct00237
    는 제
    Figure pct00238
    블록 보간을 위해 이용되는 계수를 나타내고, max tr은 매트릭스 트레이스(matrix trace)의 최대값을 나타내며, HH는 H 매트릭스의 에르미트 변환을 나타내고,
    Figure pct00239
    는
    Figure pct00240
    매트릭스의 에르미트 변환을 나타내고
    Figure pct00241
    눈 부반송파 블록에서 브반송파 인덱스를 나나태는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
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