KR20100133883A

KR20100133883A - 다중 안테나 시스템에서의 코드북 설계 방법 및 데이터 전송 방법

Info

Publication number: KR20100133883A
Application number: KR1020100013600A
Authority: KR
Inventors: 박성호; 임빈철; 이욱봉
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2010-12-22
Also published as: WO2010143923A3; WO2010143923A2; US20120069926A1; US8548095B2

Abstract

본 발명은 다양한 코드북들을 사용하는 다중 입출력 통신 방법에 있어서 최적화된 코드북 설계방법을 개시한다. 특히 본 발명은 8개 전송 안테나에 대한 최적화된 코드북을 고안하고, 이를 이용하여 효율적으로 데이터를 전송하는 방법을 개시한다.

Description

다중 안테나 시스템에서의 코드북 설계 방법 및 데이터 전송 방법{METHODS OF GENERATING CODEBOOK AND TRANSMITTING DATA IN A MULTI INPUT AND MULTI OUTPUT (MIMO) SYSTEM}

본 발명은 무선통신 시스템 중 다중 안테나 방식에 대한 것으로서, 특히 8개 전송 (8Tx) 안테나에 대한 코드북 (codebook)을 고안하고, 이를 이용하여 효율적으로 데이터를 전송하는 방법에 대한 것이다.

최근 무선 통신 환경에서 음성 서비스를 비롯한 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하고, 고품질을 유지하면서 고속의 데이터를 전송하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 특히, 공간 영역에서 다수의 채널들을 이용하는 다중 입출력 MIMO(Multi Input Multi Output) 통신 시스템에 대한 기술이 빠르게 발전하고 있다.

먼저 일반적인 다중 입출력 기술을 개괄적으로 살펴보도록 한다.

간단하게 말해, MIMO는 지금까지 한 개의 송신안테나와 한 개의 수신안테나를 사용하여 통신하던 시스템에서 탈피하여, 다중 송신안테나와 다중 수신안테나를 사용하여 데이터 송수신 효율을 향상시키는 방법을 말한다. 즉, 무선통신 시스템의 송신단 혹은 수신단에서 다중안테나를 사용하여 데이터 전송의 용량증대 혹은 성능개선을 꾀하는 기술이다.

다중안테나 기술이란, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고 여러 개의 다중안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 이를 통해, 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템의 적용 범위를 증가시킬 수 있다.

MIMO 통신 시스템에서, 기지국 및 단말기들은 채널 환경에 적절히 대처하기 위하여 코드북을 사용한다. 특정 공간은 복수 개의 코드워드(codeword)로 양자화될 수 있으며, 일정한 기준에 따라 공간을 양자화함으로써 생성된 복수의 코드워드들은 기지국 및 단말기들에 저장될 수 있다. 여기서, 상기 코드워드들 각각은 채널 행렬의 차원에 따라서 벡터(vector) 또는 매트릭스(matrix)일 수 있다.

즉, 단말기들 각각은 기지국과 각각의 단말기들 사이에 형성된 채널에 따라 코드북에 포함된 매트릭스들 또는 벡터들 중 채널 정보에 대응하는 어느 하나의 매트릭스 또는 벡터를 선택한다. 또한, 기지국들 각각은 상기 코드북을 이용하여 단말에 의해 선택된 매트릭스 또는 벡터를 수신함으로써 채널 정보를 파악할 수 있다. 또한, 상기 선택된 매트릭스 또는 벡터는 기지국이 빔포밍(beamforming)을 하거나 다중 안테나를 사용하여 데이터를 전송하는데 사용될 수 있다. 따라서, MIMO 통신 시스템에서는 효율적인 데이터 전송을 위해서 코드북을 잘 설계하는 것이 매우 중요하다.

상기 기술한 바와 같이 어떻게 코드북을 잘 설계하는가에 따라 데이터 전송 효율에 큰 차이가 발생하므로 효율적으로 데이터를 전송하기 위한 최적화된 코드북 설계가 필요하다.

일반적으로 고려되는 통신 환경은 다양한 채널 특성과 주파수 대역을 가지고 있다. 하지만, 종래기술에서는 일반적으로 기지국(Base Station) 또는 단말에 대한 안테나 토폴로지(Antenna Topology) 및 구성(configuration)이 고정적이므로, 동일한 코드북을 사용하더라도 기지국과 단말의 안테나 토폴로지 및 구성에 따라 동일한 성능을 보장할 수 없으므로 전체적으로 성능이 저하되는 큰 문제점을 가지고 있다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 다중안테나 시스템에서 효율적인 데이터 전송을 위한 코드북 설계 및 이를 이용한 다중안테나 전송 방법을 제공하고자 한다. 특히, 본 발명에서는 코드북 세트(codebook set)를 정의하는데 있어서 기존 종래기술에서 사용되는 정보들 보다 상세한 정보들을 바탕으로 주어진 환경에 더 적합한 코드북을 선택 또는 구성하는 방법을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명에서는 8개 전송 안테나에 대한 코드북 설계 방법을 고안하고, 이를 이용하여 효율적으로 데이터를 전송하는 방법을 제안한다.

상기와 같은 본 발명의 과제 해결을 위하여, 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법에 있어서, 송신단으로부터 상기 코드북 구성과 관련된 정보를 수신하는 단계와; 상기 수신된 정보를 바탕으로 상기 코드북을 구성하는 단계를 포함 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 코드북 구성과 관련된 정보는 안테나 토폴로지(Antenna Topology), 중간 주파수(Center Frequency), 안테나 간격(Antenna Spacing), 안테나 거리(Antenna Distance), 안테나 요소들의 코디네이트들(Coordinates of Antenna Elements), 안테나의 개수(Number of Antenna), 안테나 타입(Antenna Type), 또는 경사 각도(Slant Angle) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 안테나 토폴로지(Antenna Topology)는 Uniform Linear Array (ULA) 또는 Uniform Circular Array (UCA)로 구분되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 안테나 타입(Antenna Type)은 Dipole 안테나, Patch Array 안테나 또는 Dual Polarized 안테나로 구분되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 코드북 구성과 관련된 정보는 기설정된 다중-코드북(multi-codebook)의 인덱스(index)인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 기설정된 다중-코드북은 안테나 토폴로지(Antenna Topology) 및 구성(configuration), 중간 주파수(Center Frequency), 안테나 간격(Antenna Spacing), 안테나 거리(Antenna Distance), 안테나 요소들의 코디네이트들(Coordinates of Antenna Elements), 셀당 섹터의 수(Number of sector per cell), 코드북 크기(Codebook Size), 또는 경사 각도(Slant Angle) 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기지국과 단말의 안테나 토폴로지 및 구성에 따라 최적화된 코드북을 설계하여 이를 데이터 전송시에 사용하므로 데이터 전송 효율을 향상시키는 큰 효과가 있다.

도 1은 종래 및 본 발명이 적용되는 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 코드북 기반의 다중 안테나 시스템의 송수신단 구성을 나타내는 예시도 이다.
도 3은 본 발명에 따라 다중 안테나 시스템에서 코드북 설계 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 기본 개념은, 본 발명은 종래 기술보다 데이터 전송의 효율을 높이기 위하여 다중 안테나 시스템상에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법으로서, 송신단(단말 또는 기지국)으로부터 상기 코드북 구성과 관련된 정보를 수신하는 단계와; 상기 수신된 정보를 바탕으로 상기 코드북을 구성하는 단계를 포함 하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법을 제안하고 이러한 방법을 수행할 수 있는 무선 이동통신 단말기 또는 기지국을 제안한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시 예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 상기 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시 형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시 형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

이하에서 설명되는 본 발명에서 제안하는 실시 예들은 단말의 이동성을 고려한 다중반송파 다중접속 시스템, 일례로 OFDM을 이용하는 이동 통신 시스템에 적용 가능하다. 또한 MC(Multi carrier)-CDMA, SC(Single carrier)-FDMA, WH(Walsh-Hadamard)-FDMS, DFT(Discrete Fourier Transform) 확산 OFDMA에도 적용 가능하다.

또한, 이하 설명되는 실시 예들은 본 발명의 기술적 특징들이 LTE(Long Term Evolution)이라 불리기도 하는 E-UMTS(Evolved Universal Mobile Telecommunications System)에 적용된 예들로서 IEEE 802.16m, 와이브로(Wibro) 시스템과 같은 유사한 다른 이동 통신 시스템에도 적용될 수 있음은 명백하다.

E-UMTS 시스템은 기존 WCDMA UMTS 시스템에서 진화된 시스템으로 현재 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 기초적인 표준화 작업을 진행하고 있다. UMTS 및 E-UMTS의 기술 규격(technical specification)의 상세한 내용은 각각 “3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network”의 Release 7과 Release 8을 참조할 수 있다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및/또는 장치는 생략될 수 있고, 각 구조 및/또는 장치의 핵심기능을 중심으로 도시한 블록도 및/또는 흐름도 형식으로 나타낼 수 있다.

일반적으로 통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다. 이 기술은 하향링크(downlink) 또는 상향링크(uplink)에 사용될 수 있다. 하향링크는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점으로 물리 전송단 뿐만이 아니라 상위계층까지 포함하는 통신 시스템에서 단말을 제외한 네트워크를 포함한다. 그러므로, 본 발명에서는 네트워크와 기지국은 단말과 대칭되는 부분으로 동일한 의미를 가진다. 여기서, 단말은 고정되거나 이동성을 가질 수 있다.

도 1은 종래 및 본 발명이 적용되는 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 송신 안테나의 수를 NT개로, 수신 안테나의 수를 NR개로 동시에 늘리게 되면, 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가하므로, 전송 레이트(rate) 및 주파수 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 즉, 예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는 단일 안테나 시스템에 비해 이론상으로는 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다.

이와 같은 다중안테나의 기술은 다양한 채널 경로를 통과한 심볼들을 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 구분될 수 있다. 또한, 이러한 두 가지 방식을 적절하게 결합하여 각각의 장점을 적절히 취하는 방식을 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명이 적용되는 코드북 기반의 다중 안테나 시스템의 송수신단 구성을 나타내는 예시도 이다.

먼저, 도 2의 송신단은 기지국 또는 단말이 될 수 있다. 상기 도2에 도시되어 있듯이, 송신단에서 수신단으로 전송될 사용자 데이터는 사용자 선택부에서 단독 데이터 스트림(stream) 또는 다중 데이터 스트림 중 하나가 선택되어 채널 부호화부로 입력된다. 이후, 상기 채널 부호화부는 채널 부호화를 수행한다. 또한, 변조부는 채널 부호화된 사용자 데이터에 성상 매핑(Constellation Mapping)을 수행하고, 이들 심볼화된 사용자 데이터들은 프리코딩부에서 프리코딩 행렬(Pre-coding Matrix)에 의해 곱해지고 난 후, 각 안테나로 전송된다. 도 2에 도시된 실시 예에서는 송신단의 안테나들과 수신단의 안테나들이 각각 M개씩 있는 다중 안테나 시스템을 가정하고 있다.

송신단의 안테나들을 통해 전송된 사용자 데이터는 무선 채널을 거쳐 수신단의 안테나들로 입력된다. 수신단에서는 채널 상태를 파악하여 최적의 코드북 인덱스 즉, 프리코딩 행렬 인덱스(Precoding matrix index; PMI)를 포함하는 피드백 정보를 송신단으로 전송하고, 송신단의 프리코딩부에서는 피드백 된 코드북 인덱스를 제어부를 통해 전달받은 후 피드백 된 코드북 인덱스에 해당하는 프리코딩 행렬을 사용자 데이터에 적용할 수 있다. 상기 피드백 정보는 채널품질정보(Channel Quality Indicator; CQI) 등을 더 포함할 수 있고 제어부는 수신단으로부터의 피드백 정보를 이용하여 사용자 또는 최적의 프리코딩 행렬들에 대한 선택들 수행하여 이를 프리코딩부에 알려줄 수 있다.

앞서 전술한 바와 같이 본 발명에서는 특히 8개 전송(8Tx) 안테나에 대한 코드북을 고안하고, 이를 이용하여 효율적으로 데이터를 전송하는 방법을 개시하고자 한다.

상기 다중 안테나에 대한 코드북 설계 시에는 다음과 같은 사항들을 고려하여 만족할 수 있는 코드북을 고안하여야 된다. 먼저, 상기 코드북 설계 시에는 모든 채널 상호 조건들을 고려하고 광범위의 채널 조건들을 위한 코드북을 고안하여야 된다. 또한, 낮은 코드워드 검색 복잡성을 고려하여 코드북 설계 시에 코드워드 선택 복잡성을 줄이도록 고안하여야 된다. 또한, 상기 코드북 설계 시에는 전력 불균형을 고려하여 낮은 전력 불균형을 이루도록 고안하여야 된다. 마지막으로 낮은 피드백 오버로드가 생기도록 코드북을 고안하여야 된다.

도 3은 본 발명에 따라 다중 안테나 시스템에서 코드북 설계 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3에 도시되어 있듯이, 수신단(기지국 또는 단말)은 송신단(단말 또는 기지국)으로부터 코드북 구성에 관련된 정보를 수신할 수 있다. 이후, 상기 수신된 정보를 바탕으로 최적화된 코드북을 구성하여 데이터 전송에 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 보다 구체적인 절차 및 과정은 다음과 같이 설명된다.

현재 IEEE802.16m에서 논의 중인 8개 전송 안테나를 갖는 시스템에서의 코드북(Codebook)은 다음과 같은 3개 기본 행렬(Matrix)를 이용하여 구성된다.

이들 중에서 처음 2개의 Rank 8x8 행렬(matrix) (수학식1, 수학식 2)은 SU-MIMO(Single User-MIMO)에서 랭크(Rank) 2~8 전송을 위하여 사용되고, 마지막 3번째 행렬(수학식 3)은 MU-MIMO(Multi User-MIMO)에서 랭크1(Rank1) 전송을 위하여 사용된다. 여기서, 상기 SU-MIMO는 한 사용자에게 기지국의 안테나 자원(resource) 모두를 할당하는 방식으로 각각의 사용자는 오직 하나의 기지국에 의해서 리소스를 할당 받는다. 반면에, 상기 MU-MIMO 는 각각의 기지국들이 다수의 사용자에게 안테나 자원 또는 무선 공간 자원을 분배하여 할당하는 방식이다. 상기 마지막 3번째 행렬(수학식 3)에서, θ_j 는

j=1,…,16 이다. 현재 IEEE802.16m에 적용되어 있는 Rank 1 Codebook은 8개 안테나 요소(Antenna Element)에 대한 배열분해(Array Factor)로 표현된 것으로, 이를 일반화한 식은 다음 수학식 4와 같다.

상기 수학식 4에서, d는 임계 안테나 요소간의 안테나 거리이다.

상기 수학식 4를 다시 V₈(:,j,3) 로 매핑시키면 다음 수학식 5와 같다

상기 수학식 5에서, Δd는 미터로 나타낸 안테나 간격이다.

만약, 상기 수학식 5에서 고정 값인 안테나 간격을 0.5λ로 가정하면, 상기 수학식 5는 MU-MIMO에서 랭크1 전송을 위해 사용되는 상기 수학식 3과 동일하게 된다.

일반적으로 고려되는 통신 환경은 다양한 채널 특성과 주파수 대역을 가질 수 있으며, ITU-R(International Telecommunication Union-Radio communication sector)에서는 대표적인 5가지 시나리오를 설정하여 이를 기반으로 RIT/SRIT(Radio Interface Technology/Set of RIT) 성능 검증을 하도록 정의하고 있다.

다음은 표 1은 ITU-R에서 정의하고 있는 대표적인 5가지 셀 시나리오 및 이에 대한 기본 가정을 나타낸다.

상기 표 1에서 나타나는 바와 같이 각 시나리오는 서로 다른 중간 주파수(Center Frequency) 및 대역폭(Bandwidth)을 가정하고 있으며, 각 기지국(BS)는 서로 다른 안테나 구성 및 수를 가질 수 있다.

다음은 안테나 토폴로지(Antenna Topology)에 대해 설명하고자 한다. 일반적으로 많이 사용되는 안테나 토폴로지(Antenna Topology)로는 Uniform Linear Array (ULA) 및 Uniform Circular Array (UCA)가 있다. 이들 토폴로지(Topology)들은 각 안테나(Antenna Element)가 동일 간격으로 배치되는 것이 특징이며, 이를 통하여 각 안테나에 미치는 채널 특성이 유사할 수 있도록 한다. 하지만, 때로는 특정 목적을 위하여 안테나 그룹(Antenna Group) 내에서는 하나의 동일한 간격을 유지 하지만 안테나 그룹 간에는 그와 다른 안테나 간격(Antenna Spacing)을 갖도록 배치한다던가, 각 안테나들이 서로 다른 안테나 간격을 갖도록 배치할 수도 있다.

다음은 안테나 타입(type)에 대해 설명하고자 한다. 일반적으로 많은 시스템에서는 기본적으로 모델링이 쉬운 다이폴 안테나(Dipole Antenna)를 가정하고 있다. 하지만, 실제 시스템을 구현하는데 있어 어레이 빔포밍(Array Beamforming)을 위한 Patch Array Antenna, Polarized Diversity를 얻기 위한 Dual Polarized Antenna 등 다양한 안테나 타입(Antenna Type)을 고려할 수 있다.

다음은 코드북을 바탕으로 일반화된 안테나 배열(generalized antenna array)에 대해 설명하고자 한다. 기존 8개 전송(Tx) 랭크1(Rank1) 코드북(codebook)의 경우, 안테나 간격이 0.5λ이고, Uniform Linear Array(ULA)를 가정하였을 경우에 가장 성능이 좋게 나온다. 이는 앞서 전술한 바와 같이 코드북(Codebook)이 기본적으로 ULA의 Array Factor를 이용하여 구성되었으며, 특히 안테나 간격(Antenna Spacing)을 0.5λ로 고정하였을 때의 값으로 구성이 되었기 때문이다.

일반적으로 기지국(BS) 또는 단말(MS)에 대한 안테나 토폴로지(Antenna Topology) 및 구성(Configuration)은 고정적이므로, 동일한 Codebook을 사용하더라도 상기 기지국과 단말의 안테나 토폴로지 및 구성에 따라 동일한 성능을 보장할 수 없다. 예를 들면, 만약 안테나 거리를 7.5㎝라고 가정할 때, 중간 주파수(Center Frequency)가 2㎓인 경우는 안테나 간격이 0.5λ이지만, 3.5㎓인 경우는 0.875λ로 그 영향이 다르게 된다. 반대로 안테나 간격이 0.5λ라고 가정하면, 중간 주파수가 2㎓인 경우는 안테나 거리가 7.5㎝이지만, 3.5㎓인 경우는 4.2㎝로 그 길이가 달라진다.

따라서 본 발명에서는 이를 일반화하여 각 안테나 토폴로지(Antenna Topology) 및 구성(Configuration)에 따라 적합한 코드북(Codebook)을 구성하는 방법을 제안한다.

다음은 안테나 토폴로지(Antenna Topology)가 ULA인 경우, 적용하는 코드북(Codebook)을 나타내는 수학식이다.

상기 수학식 6에 대한 코드북 행렬(codebook matrix)은 다음 수학식과 같다.

상기 수학식 6을 Polarization Antenna에 대한 경우로 확장하면, 다음 수학식과 같다.

상기 수학식 8에 대한 코드북 행렬(codebook matrix)은 다음 수학식과 같다.

상기 수학식 6과 8에서 빔 각도(Beam Angle)에 대한 양자화(Quantization)는 성능(Performance)과 피드백 오버헤드(Feedback Overhead) 관점에서 그 Resolution을 결정할 수 있다. 또한, Quatization에 대한 각도 범위(Angle Range)는 Sectorization Range에 영향을 받을 수 있다. 이는 본 코드북(Codebook)의 기조가 Stearing Vector (혹은 AF)에 대한 특성을 따르기 때문에 빔 각도(Beam Angle)에 대한 값을 기준으로 코드북(Codebook)이 구성되기 때문이다. 다음 수학식 10은 Sectorization과 코드북 크기(Codebook Size)에 대하여 동일 간격으로 Quantization할 때에 대한 일반화된 형식(Generalized Form)이다.

상기 수학식 10에서 3-sectorization (S=3)을 가정할 때, 3비트들(bits) 코드북(codebook)에 대한 Quantized Angle은 다음 수학식 11과 같이 나타낼 수 있으며, 4 비트들(bits) 코드북에 대한 Quantized Angle은 다음 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.

마찬가지로, 상기 수학식 10에서 6-sectorization (S=6)을 가정할 때, 3비트들(bits) 코드북(codebook)에 대한 Quantized Angle은 다음 수학식 13과 같이 나타낼 수 있으며, 4 비트들(bits) 코드북에 대한 Quantized Angle은 다음 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.

여기까지 안테나 토폴로지(Antenna Topology)가 ULA인 경우, 적용하는 코드북(Codebook)에 대해 기술하였다.

만약, 안테나 토폴로지(Antenna Topology)가 UCA인 경우는 상기 수학식 6과 8에서 안테나 거리(Antenna distance) d_k = (k-1)Δd 를 다음 수학식 15과 같이 수정하여 적용한다.

상기 수학식 15에서,(x_k, y_k) 는 k번째 Antenna Element에 대한 좌표이다.

이밖에, 서로 다른 안테나 간격(Antenna Spacing)을 갖는 경우 역시 이에 대한 d_k 를 수정 적용함으로써 코드북(Codebook)을 구성한다.

다음은 본 발명에 따라서 위와 같이 구성하는 코드북 바탕의 안테나 배열(Antenna Array)을 적용하는데 있어서 코드북을 고안 하는 첫 번째 방법에 대해 설명한다.

먼저, 코드북 재구성 방법(codebook reconstruction method) 이 있다. 각 기지국(BS)과 단말(MS)이 상기 수학식 6 혹은 수학식 8과 같은 일반화된 코드북 생성 방법(Generalized Codebook Generation Method)을 공유한다고 할 때, 서빙 기지국 (Serving BS) (혹은 서빙 단말)은 단말 (MS) (혹은 기지국)에게 중간 주파수(Center Frequency), 안테나 간격(Antenna Spacing) (또는 안테나 거리(Antenna Distance)), 안테나 요소들의 코디네이트들(Coordinates of Antenna Elements), 안테나의 개수(Number of Antenna), 안테나 타입(Antenna Type), 또는 경사 각도(Slant Angle) 등의 정보를 알려주고 이를 기반으로 코드북(Codebook)을 재구성(Reconstruction) 한다. 이때, 빔 양자화(Beam Quantization)에 대하여 고정적으로 사용하는 방법과 가변적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다. 만약 고정적인 Quantization을 사용할 경우라면, 기지국(BS)와 단말(MS)은 서로 알고 있는 고정된 빔 인덱스(Beam Index) 또는 빔 각도(Beam Angle)을 적용한다. 반면에 가변적인 Beam Quantization을 적용한다면, 다음과 같은 방식으로 적합한 빔 인덱스(Beam Index)를 적용할 수 있다.

첫 번째 방법으로, 서빙 기지국(Serving BS) (혹은 서빙 단말)은 단말(MS) (혹은 기지국)에게 Setorization 정보, 코드북 크기(Codebook Size) 중 적어도 하나를 알려준다. 이후, 상기 단말 (혹은 기지국)은 상기 수신한 Sectorization 정보를 통하여 Beam의 범위(Range)를 결정한다. 또한, 상기 수신한 코드북 크기를 이용하여 Beam Resolution을 결정할 수 있다. 이후, 상기 단말 (혹은 기지국)은 이를 기반으로 상기 수학식 10을 이용하여 Beam Quatization을 수행한다.

두 번째 방법으로, Sectorization 정보 혹은 코드북 크기(Codebook Size), 혹은 두 정보 모두에 대하여 빔 세트(Beam Set)을 미리 정의한다. 서빙 기지국(Serving BS) (혹은 서빙 단말)은 단말 (혹은 기지국)에게 이 빔 세트(Beam Set)에 대한 인덱스(Index)를 알려준다. 이를 수신한 단말 (혹은 기지국)은 해당 인덱스에 대한 Beam 정보를 이용하여 코드북(Codebook)을 구성할 수 있다.

예를 들면, 2비트들로 구성된 다중 빔 세트(Multi-beam Set)는 다음 표 2와 같이 구성될 수 있다.

다음은 본 발명에 따라서 위와 같이 구성하는 코드북 바탕의 안테나 배열(Antenna Array)을 적용하는데 있어서 코드북을 고안 하는 두 번째 방법에 대해 설명한다.

두 번째 방법은 다중-코드북 방법(Multi-codebook method)이다. 현재 여러 표준단체들에서 논의되고 있는 다중-코드북(Multi-codebook) 개념들은 매우 간단한 형태로, 안테나 구성(Antenna Configuration) 혹은 Spatial Correlation 정도를 기준으로 코드북 세트(Set)를 정의하고 있다. 하지만, 본 발명에서는 상기 코드북 세트(Codebook Set)을 정의하는데 있어 그 보다 상세한 정보들을 바탕으로 주어진 환경에 더 적합한 코드북(Codebook)을 선택할 수 있도록 하는 방법을 제안한다. 앞서 설명한 바와 같이 코드북(Codebook)의 성능은 중간 주파수(Center Frequency), 안테나 토폴로지(Antenna Topology), 안테나 간격(Antenna Spacing)등에 많은 영향을 받게 된다.

따라서, 본 발명에서 제안하는 다중-코드북(Multi-Codebook)은 중간 주파수(Center Frequency), 안테나 토폴로지(Antenna Topology) 및 구성(Configuration), 안테나 거리 (Antenna Distance), 안테나 간격(Antenna spacing) 혹은 코디네이트(Coordinates), 경사 각도(Slant Angle), 섹터의 수(Number of Sector(per cell)), 코드북 크기(Codebook Size) 등에서 하나 이상으로 구성된다.

즉, 기지국(BS)와 단말(MS)은 이러한 방식으로 미리 정해진 코드북 세트(Codebook Set)을 공유하고, 서빙 기지국(Serving BS) (혹은 서빙 단말)이 이에 대한 인덱스(Index)를 알려준다. 이후, 이를 수신한 단말 (혹은 기지국)은 해당 인덱스 대응 정보를 이용하여 코드북(Codebook)을 구성할 수 있다.

예를 들면, 3비트들로 구성된 다중-코드북 세트(Multi-beam Set)는 다음 표 3과 같이 구성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 단말을 설명한다.

본 발명에 따른 단말은 무선상에서 데이터를 서로 주고 받을 수 있는 서비스를 이용할 수 있는 모든 형태의 단말을 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 단말은 무선 통신 서비스를 이용할 수 있는 이동통신 단말기(예를 들면, 사용자 장치(UE), 휴대폰, 셀룰라폰, DMB폰, DVB-H폰, PDA 폰, 그리고 PTT폰 등등)와, 노트북, 랩탑 컴퓨터, 디지털 TV와, GPS 네비게이션와, 휴대용 게임기와, MP3와 그 외 가전 제품 등등을 포함하는 포괄적인 의미이다.

본 발명에 따른 단말은, 본 발명이 예시하고 있는 효율적인 시스템 정보 수신을 위한 기능 및 동작을 수행하는데 필요한 기본적인 하드웨어 구성(송수신부, 처리부 또는 제어부, 저장부등)을 포함할 수도 있다.

여기까지 설명된 본 발명에 따른 방법은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 저장 매체(예를 들어, 이동 단말기 또는 기지국의 내부 메모리, 플래쉬 메모리, 하드 디스크, 기타 등등)에 저장될 수 있고, 프로세서(예를 들어, 이동 단말기 또는 기지국 내부 마이크로 프로세서)에 의해서 실행될 수 있는 소프트웨어 프로그램 내에 코드들 또는 명령어들로 구현될 수 있다.

이상, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법에 있어서,
송신단으로부터 상기 코드북 구성과 관련된 정보를 수신하는 단계와; 그리고
상기 수신된 정보를 바탕으로 상기 코드북을 구성하는 단계를 포함 하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 코드북 구성과 관련된 정보는 안테나 토폴로지(Antenna Topology), 중간 주파수(Center Frequency), 안테나 간격(Antenna Spacing), 안테나 거리(Antenna Distance), 안테나 요소들의 코디네이트들(Coordinates of Antenna Elements), 안테나의 개수(Number of Antenna), 안테나 타입(Antenna Type), 또는 경사 각도(Slant Angle) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 안테나 토폴로지(Antenna Topology)는 Uniform Linear Array (ULA) 또는 Uniform Circular Array (UCA)로 구분되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 안테나 타입(Antenna Type)은 Dipole 안테나, Patch Array 안테나 또는 Dual Polarized 안테나로 구분되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법.
제 3항에 있어서, 만약 상기 안테나 토폴로지(Antenna Topology)가 Uniform Linear Array (ULA)인 경우 8개의 전송안테나에 적용하는 코드북은

인 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법.
제 5항에 있어서, 상기 8개의 전송안테나에 적용하는 코드북에 대한 랭크1(rank 1) 코드북 행렬(codebook matrix)는

인 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법.
제 3항에 있어서, 만약 상기 안테나 토폴로지(Antenna Topology)가 Uniform Linear Array (ULA)인 경우 8개의 전송안테나에 적용하는 코드북은

인 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법.
제 7항에 있어서, 상기 8개의 전송안테나에 적용하는 코드북에 대한 랭크1(rank 1) 코드북 행렬(codebook matrix)는

인 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 코드북 구성과 관련된 정보는 기설정된 다중-코드북(multi-codebook)의 인덱스(index)인 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법.
제 9항에 있어서, 상기 기설정된 다중-코드북은 안테나 토폴로지(Antenna Topology) 및 구성(configuration), 중간 주파수(Center Frequency), 안테나 간격(Antenna Spacing), 안테나 거리(Antenna Distance), 안테나 요소들의 코디네이트들(Coordinates of Antenna Elements), 셀당 섹터의 수(Number of sector per cell), 코드북 크기(Codebook Size), 또는 경사 각도(Slant Angle) 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 코드북(codebook)을 구성하는 방법.