KR20110112136A - 다중안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 및 장치 - Google Patents

다중안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 채널에 상관도(channel correlation)가 존재하는 다중안테나 무선 시스템에서 다중 안테나 송신기법에 필요한 채널 정보의 양자화 정보량을 줄이기 위해 차등적으로(differential) 채널 정보를 양자화하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 채널 정보가 변화할 수 있는 전체 영역을 고려하여 양자화하는 종래의 방법과 달리 채널 정보가 실제적으로 변화될 수 있는 부분 영역만을 고려하는 코드북을 사용하여 채널 정보의 변화량을 양자화함으로써, 채널 정보의 궤환량 부담을 감소시키면서 기존 기법과 동일한 성능을 제공하거나, 동일한 궤환량 부담으로 기존 기법보다 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

다중안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 및 장치{Apparatus and method of differential quantization of channel information in multiple antenna wireless systems}
본 발명은 채널에 상관도가 존재하는 다중안테나 시스템에서 채널 정보를 양자화하는데 필요한 정보량을 줄이기 위해 채널 정보를 차등적으로 양자화하여 궤환하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다중안테나 기술은 무선통신 시스템의 채널 용량(capacity)을 획기적으로 향상시키기 위한 전송 방식으로 주목을 받고 있다. 만약 기지국이 사용자에 대한 순시 채널정보(instantaneous channel state information)를 알고 있다면 단일사용자 환경인 경우 특이치분해(singular value decomposition; SVD) 기반의 기법 또는 단일 빔형성(beamforming) 기반의 기법, 다중사용자 환경인 경우 더티페이퍼코딩(dirty paper coding; DPC) 기반의 기법 또는 다중 빔형성 기반의 기법을 이용하여 시스템 용량 관점에서 향상된 성능을 제공할 수 있다. 일반적으로 이를 지원하기 위해 사용자는 기지국으로부터 데이터 신호와 함께 수신되는 파일럿(pilot) 신호 등을 이용해 채널정보를 추정하고, 이를 고정된 비트(bit) 크기로 양자화(quantization)하여 상향링크 채널을 통해 기지국에 궤환한다. 이러한 양자화 신호량을 감소시키기 위해 다양한 순시 채널정보 양자화 기법들이 제안되었다. 그러나 순시 채널정보를 양자화하여 궤환하는 종래 기법들의 경우 채널정보를 짧은 주기로 궤환해야 하므로 상향링크로의 궤환 정보량 부담이 여전히 크다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 완화시키기 위해 사용자의 평균 채널정보(statistical channel state information)에 해당하는 채널상관 정보를 이용하여 빔을 형성함으로써 시스템 용량을 향상시킬 수 있는 (단일 또는) 다중 고유 빔형성(eigen-beamforming) 기법이 제안되었다. 이러한 기법들의 경우 사용자가 채널상관 정보를 추정하여 비교적 긴 주기로 궤환하기 때문에 상향링크로의 궤환 부담이 크게 감소된다는 장점이 있다. 그러나 종래에 이루어진 분석에 따르면 이 정보 역시 고정된 비트 수로 양자화하여 기지국으로 궤환해야 하므로 성능이 제한을 받게 된다. 따라서 채널상관 정보를 궤환하는 데 있어 시스템 용량은 감소시키지 않으면서도 기존 방식보다 양자화 비트 수를 줄여 상향링크로의 궤환 정보량을 줄이거나, 같은 양자화 비트 수를 써서 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 채널상관 정보 양자화 기법이 바람직하다. 본 발명은 채널상관도가 존재하는 다중안테나 시스템에서 채널 정보를 차등 양자화하는 기법을 사용하여 양자화에 필요한 정보량을 줄이는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다중안테나 기술을 이용하는 무선통신 시스템에서 상향링크로의 궤환 정보량 부담을 감소시키기 위해 사용자의 평균 채널정보에 해당하는 채널상관 정보를 이용하여 빔을 형성함으로써 시스템 용량을 향상시킬 수 있는 다중 고유 빔형성 기법이 제안되었으나, 종래에 이루어진 분석에 따르면 이 정보 역시 고정된 비트 수로 양자화하여 기지국으로 궤환해야 하므로 성능이 제한을 받게 된다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 채널상관 정보를 궤환하는 데 있어 시스템 용량은 감소시키지 않으면서도 기존 방식보다 양자화 비트 수를 줄여 상향링크로의 궤환 정보량을 줄이거나, 같은 양자화 비트 수를 써서 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 채널상관 정보 양자화 기법을 제안하고자 한다.
본 발명에서는 채널상관 정보가 비교적 천천히 변하는 특성을 이용하여 채널상관 정보를 양자화하는 데 있어 채널상관 정보가 실제적으로 변화할 수 있는 부분 영역만을 고려하여 차등적으로(differentially) 양자화하고 이를 궤환함으로써 상향링크로의 궤환 신호량 부담을 많이 감소시킬 수 있다.
다중안테나 기술을 이용하는 무선통신 시스템에서 순시 채널정보 기반의 기법들이 가지는 궤환 부담 문제를 해결하기 위해 평균 채널정보에 해당하는 채널상관 정보를 이용하는 다중 고유 빔형성 기법이 고려되었다. 이를 지원하기 위해서는 채널상관 정보의 양자화가 필요한데, 종래에 연구된 기법의 경우 채널상관 정보가 표현될 수 있는 전체 영역을 양자화하여 이에 대한 대표값의 지수를 궤환하므로 이를 위한 상향링크로의 궤환 신호량 부담이 큰 문제점이 있다. 본 발명에서 제안하는 채널상관 정보 양자화 기법의 경우 채널상관 정보가 비교적 천천히 변하는 특성을 이용하여 채널상관 정보를 양자화하는 데 있어 채널상관 정보가 실제적으로 변화할 수 있는 부분 영역만을 고려하여 차등적으로 양자화하여 상향링크로의 궤환 신호량 부담을 감소시킬 수 있다.
표 1. 채널상관 정보의 주 코드북 예시 (3 비트 양자화)
표 2. 채널상관 정보의 부 코드북 예시 (3 비트 양자화,
Figure pat00001
)
표 3. 채널상관 정보의 최대 변화량 양자화 예시 (2 비트 양자화)
표 4. 채널상관 정보의 최대 변화량에 따라 설계된 고정 비트 기반의 부 코드북 예시
표 5. 채널상관 정보의 최대 변화량에 따라 설계된 적응적 비트 기반의 부 코드북 예시
도 1. 빔형성 기반의 다중안테나 시스템
도 2. 종래의 채널상관 정보 양자화 기법의 개념도
도 3. 제안 차등 채널상관 정보 양자화 기법의 개념도
도 4. 제안 차등 채널상관 정보 양자화 방법 및 장치
도 5. 차등 양자화된 상관 정보의 전송 오류 전달 감소 방법 및 장치
도 6. 제안 차등 채널상관 정보 양자화 기법의 동작 절차
도 7. 제안된 채널상관 정보의 차등 양자화 기법 성능 예
도 8. 사용자의 속도와 궤환 주기에 따른 채널상관계수 위상 변화의 예
도 1과 같이
Figure pat00002
개의 송신 안테나(101)를 가지는 기지국이
Figure pat00003
명의 사용자(103, 104)에게 동시에 전송하는 다중사용자 다중안테나 빔형성(beamforming) 시스템을 고려하자. 기지국의 빔형성기(105)에서는 신호생성기(106)에서 생성되는 신호
Figure pat00004
에 빔형성 가중치
Figure pat00005
을 곱하여 송신 신호를 생성한다. 여기서
Figure pat00006
은 사용자
Figure pat00007
신호의 정규화된(normalized) 빔형성 벡터이며,
Figure pat00008
는 행렬
Figure pat00009
의 전치 행렬(transpose matrix)을 나타낸다. 기지국과 사용자
Figure pat00010
사이의 채널 벡터를
Figure pat00011
라고 하면, 사용자
Figure pat00012
이 수신안테나를 통해 수신하는 수신 신호는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00013
여기서
Figure pat00014
은 평균이
Figure pat00015
이고 분산이
Figure pat00016
인 복소 가우시안 잡음(complex Gaussian noise) 신호를 나타낸다. 기지국에서 사용자
Figure pat00017
로의 채널의 상관 행렬을
Figure pat00018
이라 할 경우, 채널 벡터
Figure pat00019
은 다음과 같이 표시할 수 있다.
Figure pat00020
여기서
Figure pat00021
는 공간적으로 상관도가 없는 채널 벡터(즉, 평균이
Figure pat00022
이고 분산이 1인 독립적이고 동일한 분포를 갖는(independent and identically distributed; i.i.d.) 복소 가우시안 채널) 벡터이며, 채널상관 행렬
Figure pat00023
은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00024
이때
Figure pat00025
는 행렬
Figure pat00026
의 복소전치 행렬( Hermitian matrix )을 나타내고,
Figure pat00027
는
Figure pat00028
의 기대값 연산자( expectation operator )를 나타내며,
Figure pat00029
는 사용자
Figure pat00030
의 채널상관계수를 나타낸다.
종래에 제안된 고유 빔형성(eigen-beamforming) 기법은 사용자
Figure pat00031
의 채널상관 행렬
Figure pat00032
의 주 고유벡터
Figure pat00033
방향으로 수학식 4와 같이 다수의 고유 빔을 동시에 형성하여 신호를 전송하여 향상된 시스템 용량 성능을 얻을 수 있다.
Figure pat00034
여기서 사용자
Figure pat00035
의 채널상관 행렬
Figure pat00036
의 주 고유벡터
Figure pat00037
는 수학식 5와 같이
Figure pat00038
을 고유치 분해(eigen-value decomposition; EVD) 했을 때 얻어지는 고유치
Figure pat00039
각각에 해당하는 고유벡터
Figure pat00040
중 최대 고유치
Figure pat00041
에 해당하는 고유벡터로 정의된다.
Figure pat00042
이 때 상기 빔형성 기법을 통해 얻을 수 있는 시스템 용량은 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00043
여기서
Figure pat00044
은 사용자
Figure pat00045
의 평균 신호대잡음비(signal-to-noise ratio; SNR)를 나타낸다. 그러나 상기의 시스템 용량은 정확한 채널상관 정보를 사용하는 이상적인 경우이며, 양자화된 채널상관 정보를 이용하는 경우 시스템 용량은 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00046
여기서
Figure pat00047
는 사용자
Figure pat00048
의 양자화된 채널상관 행렬
Figure pat00049
의 주 고유벡터를 나타낸다.
도 2는 양자화된 채널상관 정보를 사용하는 종래 기법을 개념적으로 나타낸다. 종래 양자화 기법의 경우 채널 정보가 표현될 수 있는 전체 영역을 고려하여 양자화한다. 즉, 표 1과 같이 채널상관계수의 위상을 예를 들어 살펴보면 채널상관계수의 위상이 가질 수 있는 전체 영역
Figure pat00050
를 균일하게 양자화하는 코드북을 만들고 해당되는 코드의 지수(index) 값을 궤환한다. 그러나 실제 환경에서 채널상관 정보는 비교적 느리게 변하는 특성을 가지고 있으며, 이러한 채널상관 정보의 시변 특성은 사용자의 속도나 채널상관 정보의 궤환 주기에 따라 달라진다. 따라서 채널의 특성을 고려하지 않고 단순히 채널상관 정보가 나타낼 수 있는 전체 영역을 양자화하여 궤환하는 종래의 기법은 비효율적이다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 채널상관 정보 양자화 기법을 개념적으로 나타낸다. 제안 양자화 기법의 경우 채널상관 정보가 비교적 느리게 변하는 특성을 이용하여, 채널상관 정보가 변화될 수 있는 부분 영역만을 고려하여 양자화한다. 예를 들어, 표 2와 같이 채널상관계수의 위상의 경우, 위상이 실제적으로 변화할 수 있는 부분 영역만을 고려한 부 코드북(sub-codebook)을 이용하여 채널 변화량을 양자화하여 이에 해당하는 코드북 지수를 궤환한다.
도 4는 제안하는 채널상관 정보 양자화 기법과 이에 의해 구현된 장치를 나타낸다. 먼저 (단일 또는) 다중사용자(401, 402)는 다중 수신 안테나(403, 404)에서 기지국(405)의 다중 송신안테나들(406)로부터 전송된 수신 신호로부터 파일럿 신호를 추출하고, 이를 이용해 채널상관 정보 추정기(407)에서 각자의 채널상관 정보를 획득한다. 이후 채널상관 정보 양자화기(408)에서 이를 양자화하고 양자화된 채널상관 정보를 상향링크 채널을 통해 기지국으로 궤환한다. 기지국의 다중 고유빔 형성기(409)에서는 이 정보를 이용하여 사용자 채널상관 정보의 최대 고유벡터를 사용하여 다중 고유빔을 형성하여 신호 생성기(410)의 사용자 신호를 전송한다. 이러한 신호는 채널을 거쳐 사용자에게 전송되며, 사용자는 이를 수신하고 채널 추정기(411)에서 추정된 채널추정정보를 바탕으로 데이터를 복조한다.
상기 채널상관 정보를 양자화하는 데 있어 첫 양자화 및 궤환은 표 1과 같이 채널상관 정보가 표현될 수 있는 전체 영역을 양자화하는 주 코드북을 사용해 이에 대한 대표값의 지수를 궤환한다. 사용자와 기지국은 상기 양자화된 채널상관 정보를 채널상관 정보 저장기(412, 413)에 저장한다. 다음 주기부터는 채널상관 정보 변화량 계산기(414)에서 채널상관 정보의 변화량을 계산하고, 채널상관 정보 변화량 양자화기(415)에서는 표 4 또는 표 5와 같은 부 코드북을 사용해 채널상관 정보의 변화량에 대한 대표값의 지수를 궤환한다. 이후 기지국의 채널상관 정보 계산기(415)에서는 궤환된 채널상관 정보의 변화량 정보와 이전 궤환 주기에서 저장된 채널상관 정보를 이용해 현재의 채널상관 정보를 다음과 같이 계산하여 갱신한다.
Figure pat00051
여기서
Figure pat00052
는 채널상관 정보의 궤환 주기를 나타내며,
Figure pat00053
는 채널상관 정보의 변화량을 나타낸다. 따라서 채널상관 정보의 궤환 부담을 크게 감소시키거나 동일한 궤환 부담으로 시스템 용량을 크게 향상시킬 수 있다.
상향링크로 궤환되는 양자화된 채널상관 정보는 순시 채널정보를 양자화하여 궤환하는 종래 기법들의 경우와 마찬가지로 상향링크 채널을 통해서 궤환되나, 전송 중에 채널 오류가 발생할 수가 있다. 전송 오류로 인한 차등 양자화기의 복조(decoding) 성능 저하를 감소시키기 위하여, 도 5와 같이 일정 주기(
Figure pat00054
)마다 또는 전송 오류가 발생하였을 때 주 코드북을 사용해 채널 상관 정보를 양자화하여 궤환한다. 이 때 주 코드북을 사용하여 양자화한 정보를 궤환하는 주기는 기지국(506)의 상향링크 신호품질 측정기(509)에서 상향링크 수신 신호의 신호품질(
Figure pat00055
)을 측정하고 이를 사용자(501)에게 알려주거나 기지국에서 상향링크 채널의 순환중복확인(cyclic redundancy check; CRC) 비트 값을 검사하여 전송 오류 여부를 응답/무응답(ACK/NACK) 메시지를 통해 알려줌으로써 조절할 수 있다. 즉 상향링크 수신 신호의 신호품질을 이용하는 경우, 사용자의 주 코드북 궤환주기 결정기(504)에서는 상향링크 신호의 품질이 좋은 경우 상관 정보가 전송 오류가 생길 수 있는 확률이 낮아지므로 주 코드북을 사용해 채널상관 정보를 양자화하는 주기를 길게 하고, 상향링크 신호의 품질이 나쁜 경우 상관 정보가 전송 오류가 생길 수 있는 확률이 높아지므로 주 코드북을 사용해 채널상관 정보를 양자화하는 주기를 짧게 할 수 있다. 반면, 응답/무응답 메시지를 이용하는 경우, 기지국으로부터 무응답(NACK) 메시지가 전송될 때 마다 주 코드북으로 양자화하여 궤환함으로써 전송 오류에 따라 주 코드북의 주기를 적응적으로 조절할 수 있다.
한편 사용자는 사용자 속도 추정기(416)에서 자신의 속도를 추정하여 채널상관 정보가 부분적으로 변할 수 있는 최대 범위를 다음과 같이 계산하여 적응적으로 채널상관 정보의 변화량을 조절하거나 채널상관 정보의 궤환 주기에 따라 양자화 비트 수를 적응적으로 조절할 수 있다.
Figure pat00056
여기서
Figure pat00057
,
Figure pat00058
,
Figure pat00059
,
Figure pat00060
는 각각 신호의 파장, 기지국 안테나 간격, 기지국과의 거리, 각도 확산도를 나타내고
Figure pat00061
는 사용자
Figure pat00062
의 출발각,
Figure pat00063
는 사용자 속도에 따른 사용자 출발각의 변화를 나타내며,
Figure pat00064
는
Figure pat00065
차 1종 베셀 함수(Bessel function)를 나타낸다. 사용자는 수학식 9와 이전 궤환 주기에서의 채널상관 정보
Figure pat00066
의 채널상관계수
Figure pat00067
와의 차이를 구하면 채널상관계수의 최대 변화량을 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00068
이와 마찬가지로 채널상관계수의 크기와 위상의 최대 변화량도 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00069
각 사용자는 자신의 속도와 채널상관 정보의 궤환 주기를 고려하여 수학식 10과 같이 구한 채널상관계수의 최대 변화량을 이용해 적응적으로 부 코드북을 생성할 수 있다. 표 2는 채널상관계수의 위상의 최대 변화량
Figure pat00070
인 경우의 예시이다. 이를 실제 시스템에 적용하기 위해서는 부 코드북에 대한 정보를 기지국과 공유할 필요가 있다. 따라서 시스템을 설계할 때 채널상관 정보의 최대 변화량에 대한 정보를 표 3과 같이 미리 양자화 해서 기지국과 사용자가 이를 약속하고 있어야 하고, 채널상관 정보의 최대 변화량이 변하는 경우 이에 대한 정보를 궤환한다. 또한 기지국과 사용자는 표 4 또는 표 5의 예시와 같이 채널상관 정보의 최대 변화량에 따라 설계된 부 코드북을 약속하고 있어야 한다. 이 때 표 4는 부 코드북의 크기는 일정하게 유지하고 채널상관 정보의 최대 변화량에 따라 부 코드북의 정밀도를 조절하는 고정 비트 방식의 부 코드북 예시이고, 표 5는 부 코드북의 정밀도는 일정하게 유지하고 채널상관 정보의 최대 변화량에 따라 부 코드북의 크기를 조절하는 적응적 비트 방식의 부 코드북 예시를 나타낸다. 이 때 고정 비트 방식의 부 코드북과 적응적 비트 방식의 부 코드북의 사용은 사용자 초기 접속 과정(network entry)에서 차등 궤환을 위한 부 코드북 모드 설정을 위한 방송용 메시지(broadcast message)를 정의함으로써 사용자에게 알려 줄 수 있다. 도 6은 제안된 채널상관 정보의 차등 궤환을 위한 기지국과 사용자 간 전체적인 동작 절차를 나타낸다. 먼저 사용자는 채널상관 정보 추정기(604)에서 채널상관 정보를 추정한다. 그리고 이를 채널상관 정보 저장기(605)에 저장 및 이를 표현하는 주 코드북의 대표값 지수를 상향링크 채널을 통해 기지국에 궤환한다. 기지국에서는 이를 채널상관 정보 저장기(610)에 저장하고 이를 이용해 다중 고유 빔을 형성하여 사용자에게 데이터 신호를 전송한다. 이후부터 사용자는 채널상관 정보의 변화 범위를 측정하고 이를 표현하는 부 코드북의 대표값 지수를 상향링크 채널을 통해 기지국에 궤환한다. 기지국에서는 이를 이용해 채널상관 정보를 계산(613)하고 다중 고유 빔을 형성하여 사용자에게 데이터 신호를 전송한다. 이 때 기지국에서는 상향링크 채널의 순화중복확인 비트 값을 검사하여 상향링크 전송 오류 여부를 검사(612)하고 사용자에게 응답/무응답(ACK/NACK) 메시지를 통해 이를 알려줄 수 있다. 만약 사용자가 기지국으로부터 무응답 메시지를 받으면 상향링크 채널의 오류가 발생했다는 것이므로 채널상관정보 저장기를 초기화(609)하고 다시 주 코드북 궤환 과정(615)을 수행한 후 부 코드북 궤환 과정 (616)을 반복하게 된다.
도 7은 다중 고유 빔형성 기법에 제안된 채널상관 정보 양자화 기법을 사용하는 경우와 종래에 IEEE 802.16m 표준에서 고려하고 있는 기법을 사용하는 경우의 성능을 비교한다. 기지국의 송신 안테나 수가
Figure pat00071
개이고, 사용자의 수가
Figure pat00072
명인 경우를 가정하였다. 또한, 성능 평가의 간편화를 위해 모든 사용자는 동일한 평균 신호대잡음비를 갖고, 채널상관 정보는 다음과 같이 주어진다고 가정한다.
Figure pat00073
여기서
Figure pat00074
은 사용자
Figure pat00075
의 채널상관계수이며
Figure pat00076
는 채널상관계수의 크기,
Figure pat00077
은 채널상관계수의 위상을 나타낸다. 도 7에서 살펴볼 수 있듯이 채널상관 정보를 무한대 비트 수로 양자화하는 경우는 채널상관 정보의 최대 변화량에 상관없이 이상적인 성능을 제공하지만 실제 환경에서는 운용이 불가능하다. 종래에 IEEE 802.16m에서 고려하고 있는 채널상관 정보 양자화 기법의 경우 이상적인 성능에 비해 성능 열화가 발생함을 알 수 있다. 이에 반해 3 비트 고정 부-코드북을 사용하는 제안 양자화 기법의 경우 동일한 3 비트의 사용으로 종래에 IEEE 802.16m에서 고려하고 있는 채널상관 정보 양자화 기법에 비해 향상된 성능을 제공함을 알 수 있으며, 채널상관 정보의 최대 변화량이 작을수록 무한대 비트 수로 양자화하는 이상적인 성능에 근접한 성능을 보임을 알 수 있다. 또한 최대 변화량에 따라 2, 3, 4 비트 부 코드북을 적응적으로 사용하는 제안 양자화 기법의 경우 최대 변화량이 작은 환경에서는 고정 비트 부 코드북에 비해 성능이 감소하지만, 최대 변화량이 큰 환경에서는 성능이 증가하는 것을 알 수 있다.
도 8은 사용자의 속도와 채널상관 정보의 궤환 주기에 따른 채널상관계수의 위상의 최대 변화량을 나타낸다. 도 8에서 살펴볼 수 있듯이 사용자의 속도가 빠를수록 채널상관 정보의 궤환 주기가 길수록 채널상관 정보의 위상의 최대 변화량이 크게 바뀜을 알 수 있다. 따라서 사용자의 속도 및 궤환 주기에 따라 채널상관계수의 위상의 최대 변화량으로 조절 가능한 부 코드북을 적응적으로 조절함으로써 제안 차등 채널상관 정보 양자화 기법의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 사용자의 속도가 100 km/h이고 궤환 주기가 1000 ms인 경우 채널상관계수의 위상의 최대 변화가 대략
Figure pat00078
이므로
Figure pat00079
인 부 코드북을 사용하는 것이 바람직하고, 사용자의 속도가 100 km/h 이고 궤환 주기가 500 ms 인 경우 채널상관계수의 위상의 최대 변화가 대략
Figure pat00080
이므로
Figure pat00081
인 부 코드북을 사용하는 것이 바람직하다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 제안 기법 및 그 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 또 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Figure pat00082
Figure pat00083
Figure pat00084
Figure pat00085
Figure pat00086
_

Claims (8)

  1. 다중안테나를 사용하여 다중사용자에게 신호를 전송하는 무선통신 시스템의 통신 방법 및 그 장치에 있어서,
    사용자들의 채널 정보를 차등적으로 양자화하는 방법 및 양자화부,
    상기 차등적으로 양자화된 채널 정보를 궤환하는 방법 및 궤환부,
    수신된 상기 채널 정보에 따라 기지국에서 다중 빔을 형성하여 송신하는 송신 방법 및 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 사용자들의 채널 정보를 차등적으로 양자화하는 방법 및 양자화부는,
    채널 정보 변화량을 고려하여 만든 부 코드북을 사용하여 사용자의 채널 정보의 변화량을 양자화하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 부 코드북은 채널 조건에 따라 변할 수 있는 최대 채널 변화량을 고려하여 부 코드북 모드와 크기에 맞게 생성하며, 일례로 최대 채널 변화량은 사용자의 속도와 채널 정보의 궤환 주기 등에 따라 다음 식과 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치
    Figure pat00087

    여기서
    Figure pat00088
    는 채널상관 정보가 변할 수 있는 최대 범위,
    Figure pat00089
    는 이전 정보 궤환 시간에서의 채널상관계수를 나타내며
    Figure pat00090
    는 다음과 같이 계산된다.
    Figure pat00091

    여기서
    Figure pat00092
    ,
    Figure pat00093
    ,
    Figure pat00094
    ,
    Figure pat00095
    는 각각 신호의 파장, 기지국 안테나 간격, 기지국과의 거리, 각도 확산도를 나타내고
    Figure pat00096
    는 사용자
    Figure pat00097
    의 출발각,
    Figure pat00098
    는 사용자 속도에 따른 사용자 출발각의 변화를 나타내며,
    Figure pat00099
    는
    Figure pat00100
    차 1종 베셀 함수(Bessel function)를 나타낸다.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 부 코드북은
    부 코드북의 크기는 일정하게 유지하고 채널상관 정보의 최대 변화량에 따라 부 코드북의 양자화 정밀도를 조절하는 고정 비트 방식의 부 코드북 또는 부 코드북의 양자화 정밀도는 일정하게 유지하고 채널상관 정보의 변화량에 따라 부 코드북의 크기를 조절하는 적응적 비트 방식의 부 코드북을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 차등적으로 양자화된 채널 정보를 궤환하는 방법 및 궤환부는,
    채널상관 정보를 양자화하는데 있어 첫 정보 궤환시에는 채널 정보 전체 변화량을 고려하는 주 코드북을 사용해 채널 정보를 양자화하여 이에 해당되는 주 코드북 지수를 궤환하고, 다음 정보 궤환때부터는 채널 정보의 변화량을 고려하는 상기 부 코드북을 사용해 채널 정보 변화량을 양자화하여 이에 해당되는 부 코드북의 지수를 궤환하는 방법 및 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 차등적으로 양자화된 채널 정보를 궤환하는 방법 및 궤환부는,
    차등 양자화된 채널 정보가 궤환 중 발생하는 전송 오류로 인한 성능 저하 방지를 위해, 상향링크의 신호 품질에 따라 결정된 일정 주기마다 또는 상향링크에서 전송 오류가 인지되는 경우, 부 코드북을 사용하여 양자화된 채널 변화량 정보 대신 주 코드북을 사용해 양자화된 채널 정보를 궤환하는 것을 포함하는 방법 및 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 수신된 상기 채널 정보에 따라 기지국에서 다중 빔을 형성하여 송신하는 송신 방법 및 송신부는,
    첫 번째로 수신된 채널 정보 이후에는 수신된 채널 변화량과 이전의 채널 정보를 이용해 현재의 채널 정보를 계산하여 이를 바탕으로 다중 빔을 생성하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 수신된 상기 채널 정보에 따라 기지국에서 다중 빔을 형성하여 송신하는 송신 방법 및 송신부는,
    상향링크의 신호 품질에 따라 결정된 일정 주기마다 또는 상향링크에서 전송 오류가 인지되는 경우, 상기 7항의 방법 및 장치 대신 주 코드북을 이용하여 양자화된 채널 정보를 이용하여 다중 빔을 생성하는 것을 포함하는 방법 및 장치.

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