KR20120044530A - 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 ｍｉｍｏ 시스템을 위한 코드워드 피드백 및 사용자 선택 방법 및 그 장치 - Google Patents

코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 ｍｉｍｏ 시스템을 위한 코드워드 피드백 및 사용자 선택 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코드북(codebook) 기반 프리코딩(precoding)을 사용하는 다중 사용자 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 위한 코드워드 피드백 및 사용자 선택 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식과 동일한 수준의 피드백 오버헤드(feedback overhead)를 유지하면서, 동시에 상대적으로 높은 전체 전송 용량(sum capacity)을 얻을 수 있는 코드워드 피드백 방법 및 그 장치와, 이 새로운 피드백 정보를 기반으로 하향링크의 전송 용량을 최대화할 수 있는 사용자 선택 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 코드워드 피드백 장치에 있어서, 코드북(codebook) 내의 전체 코드워드(codeword)들 중에서 데이터 용량이 상위인 코드워드들을 후보 코드워드 갯수만큼 선정하기 위한 피드백 정보 선정부; 및 상기 피드백 정보 선정부에서 선정된 후보 코드워드들 중에서 하나의 코드워드에 대한 CQI(Channel Quality Indicator) 정보를 매 피드백 인터벌(feedback interval)마다 피드백하되, 상기 피드백 정보 선정부에서 선정된 후보 코드워드들에 대한 CQI 정보들을 채널의 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 피드백하기 위한 피드백 실행부를 포함한다. 이때, 상기 피드백 실행부는, 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 피드백한다.

Description

코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 ＭＩＭＯ 시스템을 위한 코드워드 피드백 및 사용자 선택 방법 및 그 장치{Method and Apparatus of Codeword Feedback and User Selection for Multi-User MIMO Systems Using Codebook-based Precoding}
본 발명은 코드북(codebook) 기반 프리코딩(precoding)을 사용하는 다중 사용자 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 위한 코드워드 피드백 및 사용자 선택 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노드 B(기지국)가 G개(G는 자연수)의 유너테리 프리코딩 매트릭스(unitary precoding matrix)들 중에서 하나의 프리코딩 매트릭스를 선정하는데 필요한 사용자별 선호 코드워드(codeword)들에 대한 CQI(Channel Quality Indicator) 정보를 사용자 단말장치(UE)가 노드 B로 피드백해주는 방법 및 그 장치와, 노드 B가 이 피드백 정보를 바탕으로 다중 사용자 MIMO 링크의 용량이 최대화되도록 프리코딩 매트릭스를 선택하고 그 선택된 프리코딩 매트릭스 내의 각 코드워드(codeword)를 사용할 사용자를 선택하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 코드북(codebook) 기반의 다중 사용자 MIMO 시스템의 일실시예 구성도이다.
코드북(codebook) 기반의 다중 사용자 MIMO 프리코딩(precoding) 기술은, 도 1에 도시된 바와 같이 패킷 버퍼와 스케쥴러, 코드북 기반 프리코더 및 R개(R은 자연수)의 송신안테나를 구비한 노드(Node) B가 다수의 사용자 단말장치(UE)로 전송되어야 하는 심볼(symbol)들을 하나의 리소스 블록(resource block)을 통하여 공간 다중화하여 동시에 송신하는 공간분할다중액세스(SDMA : Spatial Division Multiple Access) 기술들 중의 하나로서, R개의 송신안테나를 사용하여 다중화할 때 각 사용자 단말장치(UE)별 채널응답과 예상되는 사용자 단말장치 신호들간의 간섭을 고려하여 적합한 코드워드 벡터(codeword vector)와 사용자 단말장치들을 선정함으로써, 하나의 사용자 단말장치(UE)의 신호만을 송신하는 SDM 방식에 비하여 다중 사용자 다이버시티(diversity) 이득을 얻을 수 있는 기술이다.
도 2는 G개의 프리코딩 매트릭스(즉, 코드워드들의 그룹)들로 구성된 코드북(codebook)의 일예시도로서, 각각의 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)는 4개의 코드워드(칼럼 벡터(column vector))들을 원소로 갖는 경우를 나타낸 것이다.
전술한 도 1에 도시된 바와 같은 코드북(codebook) 기반의 다중 사용자 MIMO 시스템에서, 노드 B는 사용자 단말장치들로부터의 피드백 정보를 바탕으로 도 2의 예와 같이 주어진 코드북(codebook) 내에서 하나의 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하고, 그 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 각 코드워드 벡터(codeword vector)를 사용하여 각 사용자 단말장치(UE)로 송신할 신호들을 프리코딩(precoding)하여 송신하게 되는데, 이때 노드 B가 어떤 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하고, 또한 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드(codeword)들 각각을 어떤 사용자 단말장치(UE)에게 할당하는가에 따라 노드 B의 하향링크의 성능(예: 링크 용량)이 달라진다.
이 때문에, 노드 B가 하향링크의 성능이 최적화되도록 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하고, 또한 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드(codeword)들을 액티브 사용자 단말장치(active UE)들에게 최적으로 할당할 필요가 있는데, 이를 위해서는 먼저 코드북(codebook) 내의 모든 코드워드(codeword)들에 대하여 각 사용자 단말장치(UE)가 그를 사용할 경우에 예상되는 CQI 정보(예 : SINR)를 확보하는 것이 필요하며, 이것은 각 사용자 단말장치(UE)가 각각 추정한 하향링크 채널응답을 바탕으로 산출한 CQI 정보를 노드 B로 피드백해 주어야 함을 의미한다.
이를 위하여, 사용자 단말장치들이 사용 가능한 모든 후보 코드워드(codeword)들에 대한 CQI 정보를 피드백하는 것이 이상적인데, 이러한 방식을 풀 피드백(full feedback) 방식이라고 하며, 이 방식을 구현하기 위해서는 사용자 단말장치(UE)별로 M x G개(M은 각 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드 수)의 CQI 정보를 피드백해야 하는 오버헤드(overhead)가 발생하기 때문에 현실적으로는 적용하기 곤란한 점이 존재한다.
이에 따라, PU2RC-MIMO(Samsung Electronics, "Downlink MIMO for EUTRA," Feb. 2006, 3GPP TSG RAN WG1 44/R1-060335)의 경우에는 풀 피드백(full feedback) 방식 이외에 각 사용자 단말장치(UE)가 하나의 선호되는 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)에 대한 인덱스(index)와 그 프리코딩 매트릭스(precoding matrix) 내의 M개 코드워드(codeword)들에 대한 CQI 정보들만을 피드백하는 부분 피드백(partial feedback) 방식과, 전체 G x M개의 코드워드(codeword)들 중에서 가장 좋은 CQI 값을 갖는 단 하나의 코드워드(codeword)에 대한 인덱스(프리퍼드 매트릭스 인덱스(preferred matrix index)와 프리퍼드 벡터 인덱스(preferred vector index))와 CQI 정보만을 피드백하는 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식을 제시하였다. 특히, 베스트 코드워드 피드백 방식의 경우에는 상향링크에의 오버헤드(overhead)가 매우 적은 장점을 가지고 있기 때문에 2010년 현재 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution)-Advanced와 IEEE 802.16m 표준규격 내에 MU(Multi User)-MIMO용으로 포함된 상태이다.
한편, 전술한 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식도 또한 문제점을 가지고 있는데, 그것은 노드 B가 사용자 단말장치들로부터의 베스트 코드워드 피드백 정보를 바탕으로 하나의 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정할 때 그 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드(codeword)들 중에는 어떠한 사용자 단말장치(UE)로부터도 선택받지 못한 코드워드가 존재할 확률이 매우 높기 때문에, 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드들의 다수가 사용자 단말장치들에 할당되지 못하는 경우가 빈번히 발생한다는 점이다.
따라서 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식에 대하여 사용자 단말장치(UE)의 피드백 양을 과다하게 증가시키지 않으면서도 선정되는 프리코딩 매트릭스(precoding matrix) 내의 코드워드(codeword)들이 가급적 많이 사용자 단말장치(UE)에게 할당될 수 있도록 하기 위하여, 노드 B에게 보다 많은 피드백 정보를 제공할 수 있는 피드백 방식이 요구되고 있다.
따라서 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고 상기 요구에 부응하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식과 동일한 수준의 피드백 오버헤드(feedback overhead)를 유지하면서, 동시에 상대적으로 높은 전체 전송 용량(sum capacity)을 얻을 수 있는 코드워드 피드백 방법 및 그 장치와, 이 새로운 피드백 정보를 기반으로 하향링크의 전송 용량을 최대화할 수 있는 사용자 선택 방법 및 그 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 코드워드 피드백 장치에 있어서, 코드북(codebook) 내의 전체 코드워드(codeword)들 중에서 데이터 용량이 상위인 코드워드들을 후보 코드워드 갯수만큼 선정하기 위한 피드백 정보 선정부; 및 상기 피드백 정보 선정부에서 선정된 후보 코드워드들 중에서 하나의 코드워드에 대한 CQI(Channel Quality Indicator) 정보를 매 피드백 인터벌(feedback interval)마다 피드백하되, 상기 피드백 정보 선정부에서 선정된 후보 코드워드들에 대한 CQI 정보들을 채널의 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 피드백하기 위한 피드백 실행부를 포함한다. 이때, 상기 피드백 실행부는, 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 피드백한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 사용자 선택 장치에 있어서, 매 피드백 인터벌마다 사용자 단말장치(UE)별로 하나의 CQI 정보를 피드백받되, 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 후보 코드워드 갯수만큼의 CQI 정보를 피드백받고 코히어런스 타임(coherence time)의 시작 시점에 대한 정보를 피드백받기 위한 피드백 정보 수신부; 상기 피드백 정보 수신부에서 수신된 후보 코드워드 갯수만큼의 CQI 정보와 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 이용하여 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하고, 상기 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드들을 상기 사용자 단말장치들에게 할당하기 위한 하향링크 자원 할당부; 및 상기 하향링크 자원 할당부에서 할당된 코드워드 할당 결과를 상기 사용자 단말장치들에게 통보하기 위한 코드워드 할당 결과 송신부를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 코드워드 피드백 방법에 있어서, 코드북(codebook) 내의 전체 코드워드(codeword)들 중에서 데이터 용량이 상위인 코드워드들을 후보 코드워드 갯수만큼 선정하는 피드백 정보 선정 단계; 및 상기 피드백 정보 선정 단계에서 선정된 후보 코드워드들 중에서 하나의 코드워드에 대한 CQI(Channel Quality Indicator) 정보를 매 피드백 인터벌(feedback interval)마다 피드백하되, 상기 피드백 정보 선정 단계에서 선정된 후보 코드워드들에 대한 CQI 정보들을 채널의 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 피드백하는 피드백 실행 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 사용자 선택 방법에 있어서, 매 피드백 인터벌마다 사용자 단말장치(UE)별로 하나의 CQI 정보를 피드백받되, 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 후보 코드워드 갯수만큼의 CQI 정보를 피드백받고 코히어런스 타임(coherence time)의 시작 시점에 대한 정보를 피드백받는 피드백 정보 수신 단계; 상기 피드백 정보 수신 단계에서 수신된 후보 코드워드 갯수만큼의 CQI 정보와 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 이용하여 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하고, 상기 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드들을 상기 사용자 단말장치들에게 할당하는 하향링크 자원 할당 단계; 및 상기 하향링크 자원 할당 단계에서 할당된 코드워드 할당 결과를 상기 사용자 단말장치들에게 통보하는 코드워드 할당 결과 송신 단계를 포함한다.
이처럼, 본 발명은 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식에서 사용자 단말장치들이 가장 좋은 데이터 용량을 가질 것으로 예상되는 베스트 코드워드(best codeword) 하나만을 피드백하는 것과 달리, 사용자 단말장치 k가 코드북(codebook) 내의 전체 코드워드(codeword)들 중에서 데이터 용량이 높은 상위
Figure pat00001
개의 코드워드들을 피드백한다. 이를 위하여, 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식과 마찬가지로 매 피드백 인터벌(feedback interval)마다 한 개의 코드워드(codeword)에 대한 CQI 정보를 피드백하되, 사용자 단말장치 k의 채널의 코히어런스 타임(coherence time) 동안에
Figure pat00002
개 코드워드에 대한 CQI 정보를 모두 피드백하고 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 함께 피드백하는 방식을 사용한다.
또한, 본 발명은 노드 B가 매 피드백 인터벌마다 피드백받은 사용자 단말장치(UE)별 CQI 정보 및 코히어런스 타임(coherence time)의 시작 시점에 대한 정보를 바탕으로, 최대
Figure pat00003
개의 피드백된 CQI 정보를 이용하여, 하향링크의 전체 전송 용량(sum capacity)을 최대화할 수 있는 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하고, 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드(codeword)들을 사용자 단말장치들에게 할당한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 사용자 단말장치(UE)가 자신이 현재 경험하고 있는 채널의 코히어런스 타임(coherence time)을 고려하여 적어도 하나 이상의 선호되는 코드워드(codeword)들에 대한 CQI 정보를 피드백하되, 매 피드백 인터벌(feedback interval)마다 하나의 코드워드에 대한 CQI 정보를 피드백함으로써, 기존의 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식에 비하여 거의 동일한 수준의 피드백 오버헤드(feedback overhead)를 가지면서도 더 많은 코드워드에 대한 CQI 정보를 노드 B로 전달할 수 있는 효과가 있고, 또한 노드 B는 피드백된 더 많은 CQI 정보를 바탕으로 베스트 코드워드 피드백 방식에 비하여 개선된 하향링크 성능을 얻을 수 있는 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선택할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 코드북(codebook) 기반의 다중 사용자 MIMO 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 2는 G개의 프리코딩 매트릭스(즉, 코드워드들의 그룹)들로 구성된 코드북(codebook)의 일예시도이다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 방식에 의한 시간에 따른 CQI 정보 피드백의 예를 기존의 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식과 비교하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 코드워드 피드백 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 사용자 선택 방법 중에서 노드 B가 본 발명에 따른 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 정보를 사용자 단말장치로부터 수신하여 피드백 정보 테이블을 갱신하는 과정에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 사용자 선택 방법 중에서 임의의 시점에서 노드 B가 피드백 정보 테이블을 바탕으로 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하고, 상기 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드(codeword)들을 사용자 단말장치들에게 할당하는 과정에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위하여 각 사용자 단말장치(UE)가 각 코드워드(codeword)를 사용할 때 예상되는 CQI의 최소치를 도표로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 방식에 따라 각 사용자 단말장치(UE)가 피드백하는 코드워드 리스트(codeword list)를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 사용자 단말장치들의 피드백의 결과로 노드 B가 얻게 되는 피드백 정보 테이블의 일예시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 노드 B가 피드백 정보 테이블의 정보를 바탕으로 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 코드워드 피드백 장치의 일실시예 구성도이다.
도 12는 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 사용자 선택 장치의 일실시예 구성도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다.
먼저, 본 발명이 적용되는 코드북(codebook) 기반 MIMO 시스템 모델에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
코드북(codebook) 기반의 MIMO 프리코딩(precoding) 방식에서 하나의 코드북은 하기의 [수학식 1]과 같이 G개의 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)들로 구성되며, 이 코드북의 g번째 프리코딩 매트릭스는 하기의 [수학식 2]와 같이 M개의 N차원의 코드워드 벡터(codeword vector)들로 이루어진다. 여기서, M≤N이다. 또한, 하나의 프리코딩 매트릭스
Figure pat00004
의 칼럼 벡터(column vector)(즉, 코드워드)들은 하기의 [수학식 3]과 같이 상호 직교성을 갖는다.
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
이러한 코드북(codebook) 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템에서, 노드(Node) B(기지국)는 코드북
Figure pat00008
내의 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)들 중에서 하나를 선정하고, 그 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 M개 코드워드(codeword)들 중에서 L개의 코드워드(codeword)들을 사용자 단말장치들에게 할당하되, 하나의 코드워드는 하나의 사용자 단말장치(UE)에게만 할당한다. 이때, 노드 B가
Figure pat00009
를 사용하여 프리코딩한다고 가정하면, 사용자 단말장치 k에서 수신된 신호의 SINR,
Figure pat00010
은 하기의 [수학식 4]를 하한(lower bound)으로서 갖게 된다.
Figure pat00011
여기서,
Figure pat00012
은 노드 B에서
Figure pat00013
을 통하여 사용자 단말장치 k로 송신하고자 하는 심볼들의 평균 전력이고,
Figure pat00014
은 사용자 단말장치 k의 수신단 잡음전력이며,
Figure pat00015
는 N차원 칼럼 벡터(column vector)로서 =
Figure pat00017
와 같이 표현되며,
Figure pat00018
은 n번째 송신 안테나와 사용자 단말장치 k 사이의 채널응답을 나타낸다.
또한, 벡터(vector)
Figure pat00019
와
Figure pat00020
사이의 각도를
Figure pat00021
으로 정의하면,
Figure pat00022
이므로, 상기 [수학식 4]는 다시 하기의 [수학식 5]와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00023
상기 [수학식 5]로부터,
Figure pat00024
일 때(즉, 벡터
Figure pat00025
이
Figure pat00026
와 방향이 일치할 때) SINR의 하한(lower bound)이 최대화되므로, 노드 B가 사용자 단말장치 k에게 코드북(codebook) 내의 전체 코드워드(codeword)들
Figure pat00027
중에서
Figure pat00028
와의 각도가 가장 작은 코드워드(이하, '베스트 코드워드(best codeword)'라고 함)를 사용자 단말장치 k에 할당하는 것이 사용자 단말장치 k의 채널 용량을 최대화하기 위해 바람직함을 알 수 있다.
여기서, 문제를 정리하여 살펴보면 다음과 같다.
한편, 노드 B가 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)
Figure pat00029
를 사용하여 사용자 단말장치 k로 해당 리소스 블록(resource block)을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 양은 프리코딩 매트릭스
Figure pat00030
내의 코드워드(codeword)를 할당받는 사용자 단말장치들의 SINR과 수신 감도, 및 MCS 레벨 등에 의해 결정된다. 이 점을 고려하여, 노드 B가 코드워드
Figure pat00031
을 사용하여 사용자 단말장치 k로 전송 가능한 최대 데이터 양(즉, 데이터 용량)을
Figure pat00032
으로 정의하고, 주어진 프리코딩 매트릭스를 사용하는 사용자 단말장치들의 데이터 용량의 합(즉, sum capacity)의 하한(lower bound)을 최대화할 수 있는 프리코딩 매트릭스를 선정하고자 한다.
이를 위하여, 코드워드
Figure pat00033
에 대한 CQI 정보를 피드백한 사용자 단말장치들의 집합을
Figure pat00034
으로 정의하자. 그러면, 노드(Node) B가 프리코딩 매트릭스
Figure pat00035
를 사용하는 경우에, 해당 리소스 블록(resource block)을 통해 전송 가능한 전체 전송 용량(sum capacity)의 하한(lower bound)은 하기의 [수학식 6]과 같이 표현할 수 있으므로, 전체 전송 용량(sum capacity) 최대화 관점의 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)
Figure pat00036
의 선정 문제는 하기의 [수학식 7]과 같이 표현된다.
Figure pat00037
Figure pat00038
여기서 주목할 것은, 사용자 단말장치(UE)로부터의 피드백 방식에 따라
Figure pat00039
내의 원소들이 달라질 수 있기 때문에, 그에 따라서 상기 [수학식 7]의 결과로 선정되는 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)의 인덱스(index)가 달라지고, 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드(codeword)를 할당받는 사용자 단말장치(UE)도 달라지게 된다는 점이다. 예를 들면, 풀 피드백(full feedback) 방식의 경우에는
Figure pat00040
이 모든 액티브 사용자 단말장치(active UE)들의 집합(
Figure pat00041
)과 같게 되기 때문에 최적의 솔류션(solution)을 구할 수 있게 되는 반면, 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식의 경우에는 상대적으로 적은 수의 사용자 단말장치들을 원소로 갖게 되기 때문에 최적의 솔류션(solution)을 얻게 될 확률이 작게 된다. 또한, 상기 [수학식 6]에서 알 수 있듯이, 사용자 단말장치 k가 같은 수의 코드워드(codeword)들에 대한 CQI 정보를 피드백하더라도 데이터 용량이 큰 코드워드(codeword)들에 대한 CQI 정보를 피드백한 경우에 그렇지 못한 사용자 단말장치(UE)에 비하여 코드워드
Figure pat00042
을 할당받을 가능성이 크게 된다.
따라서 풀 피드백(full feedback) 방식과 같은 최적의 솔류션(solution)을 얻기 위해서는 각 사용자 단말장치들이 가능하면 많은 수의 코드워드(codeword)들에 대한 CQI 정보를 피드백하는 것이 필요하며, 동시에 동일한 수의 CQI 정보를 피드백할 경우에는 데이터 용량이 큰 코드워드들에 대한 CQI 정보를 피드백하는 것이 바람직하다. 또한, 코드워드에 대한 CQI 정보는 코히어런스 타임(coherence time) 동안 유효하기 때문에 코히어런스 타임 동안 동일한 코드워드에 대한 CQI 정보를 피드백하는 대신에 데이터 용량이 큰 코드워드들에 대한 CQI 정보를 번갈아 피드백함으로써, 피드백 채널을 효율적으로 활용할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 방식에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
전술한 바에 따라, 본 발명에서는 특정 사용자 단말장치 k가 채널의 코히어런스(coherence) 특성을 이용하여 피드백하는 코드워드 수를 증가시키기 위하여, 코히어런스 타임(coherence time) 기간 동안
Figure pat00043
개의 후보 코드워드(codeword)들에 대한 CQI 정보를 순차적으로 피드백하는 방식을 사용한다. 이러한 피드백 방법을 '채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 방식'이라고 부르기로 한다. 채널-어웨어 피드백 방식에 대한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 방식에 의한 시간에 따른 CQI 정보 피드백의 예를 기존의 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식과 비교하여 도시한 도면이다.
먼저, n번째 피드백 시점 tn에서 j번째로 가장 좋은 코드워드(codeword)의 인덱스(index)를
Figure pat00044
로 정의한다. 그러면, 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 방식에서는, tn에서 결정된
Figure pat00045
개의 후보 코드워드들에 대한 CQI 정보를 시점 tn에서 시점
Figure pat00046
까지(즉, 코히어런스 타임 동안) 매 피드백 시점(즉, 매 피드백 인터벌)마다 선호도가 높은 순서에 따라 하나씩 피드백한다. 예를 들면,
Figure pat00047
인 경우에 사용자 단말장치 k는, 도 3에 도시된 바와 같이, 코드워드 인덱스(codeword index)
Figure pat00048
와 같은 순서로 코드워드들의 CQI 정보를 피드백하게 되며, 이것은 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식이 채널의 변화속도를 고려하지 않고 매 피드백 시점에서 베스트 코드워드
Figure pat00049
에 대한 CQI 정보를 피드백하는 것과 구별된다. 또한, 피드백 시점 tn에서 채널이 크게 변화하는 경우에는 그 시점에서 선정된 후보 코드워드 셋(codeword set)이 시점 tn -1에서 선정된 후보 코드워드 셋과 달라질 수 있는데, 이러한 경우를 고려하여 본 발명의 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 방식에서는 시점 tn-1에서 결정된 후보 코드워드 셋을 바탕으로 CQI 정보를 피드백하는 것을 중단하고, 시점 tn에서 새롭게 결정된 후보 코드워드 셋을 바탕으로 셋(set) 내의 베스트 코드워드(best codeword)부터 시작하여 CQI 정보를 피드백한다. 이렇게 할 경우, 노드 B가 변경된 후보 코드워드 셋을 바탕으로 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하도록 하기 위해서는 후보 코드워드 셋이 변경된 시점, 즉 새로운 코히어런스 타임(coherence time)의 시작 시점에 대한 정보를 알아야 하는데, 이를 위하여 사용자 단말장치 k는 베스트 코드워드에 대한 CQI 정보를 피드백할 때, 도 3의 예에서와 같이, 1-비트의 베스트 코드워드 플래그(best codeword flag)(b_flag)를 함께 피드백한다.
도 4는 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 코드워드 피드백 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 사용자 단말장치 k에 의한 n번째 피드백 시점(tn)에서의 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 과정을 나타내고 있다.
여기서, 사용자 단말장치 k는 매 시간마다 자신의 이동 속도, 하향링크 채널응답, 및 채널 코히어런스 타임(coherence time)을 추정하는 것으로 가정한다.
먼저, 사용자 단말장치 k는 채널 추정치와 코히어런스 타임(coherence time) 추정치를 바탕으로 후보 코드워드 셋
Figure pat00050
을 선정한다(41). 여기서,
Figure pat00051
의 원소의 개수를
Figure pat00052
로 정의한다. 사용자 단말장치 k는 후보 코드워드 셋(codeword set)을 선정하기 전에 채널의 코히어런스 타임을 바탕으로
Figure pat00053
의 최대값
Figure pat00054
를 결정하고, 채널추정치
Figure pat00055
를 바탕으로 데이터 용량이 높은 상위
Figure pat00056
개의 후보 코드워드들을 선정하되, 데이터 용량이 최소 임계치보다 작은 코드워드들을 제외하여
Figure pat00057
개의 코드워드들로 구성되는 후보 코드워드 셋을 구성한다. 이 과정에서 사용자 단말장치 k는, 상기 [수학식 4]를 이용하여, 모든 코드워드
Figure pat00058
에 대해 그 코드워드를 사용할 경우에 예상되는 SINR의 하한(lower bound)을 계산하며, 이를 바탕으로 각 코드워드의 데이터 용량
Figure pat00059
을 산출하고, 데이터 용량이 최소 임계치보다 큰 상위
Figure pat00060
개의 코드워드를 선정하여 후보 코드워드 셋
Figure pat00061
을 구성한다.
이후, 시점 tn에서의 후보 코드워드 셋
Figure pat00062
이 이전 피드백 시점 tn -1에서 구성했던 후보 코드워드 셋
Figure pat00063
과 동일한지 즉 불변인지를 확인하여(42), 서로 다른 경우 즉 변한 경우에, 사용자 단말장치 k는 베스트 코드워드(best codeword)의 인덱스
Figure pat00064
을 PCI(Preferred Codeword Index)
Figure pat00065
으로 선정하며(43), 이 선정된 PCI 및 그 CQI 정보
Figure pat00066
과 함께 베스트 코드워드임을 나타내는 플래그(b_flag)를 노드 B로 피드백한다(44). 이때, 시점 tn에서 피드백되는 코드워드의 후보 코드워드 셋(codeword set) 내에서의 인덱스(index)는
Figure pat00067
이 된다.
상기 확인 결과(42), 시점 tn에서의 후보 코드워드 셋
Figure pat00068
이 이전 피드백 시점 tn -1에서 구성했던 후보 코드워드 셋(codeword set)과 동일한 경우에 즉 변하지 않은 경우에, 사용자 단말장치 k는 바로 이전 피드백 시점에서 최하위 코드워드(codeword)의 CQI 정보가 피드백되었는지 여부(차하위 후보 코드워드가 없는지 여부), 즉
Figure pat00069
인지를 확인한다(45).
상기 확인 결과(45),
Figure pat00070
인 경우 즉 바로 이전 피드백 시점에서 최하위 코드워드(codeword)의 CQI 정보가 피드백되었으면(차하위 후보 코드워드가 없으면), 후보 코드워드 셋
Figure pat00071
이 변경된 경우와 동일한 절차에 따라, 사용자 단말장치 k는 베스트 코드워드의 인덱스
Figure pat00072
을 PCI
Figure pat00073
으로 선정하며(43), 이 선정된 PCI 및 그 CQI 정보
Figure pat00074
과 함께 베스트 코드워드임을 나타내는 플래그(b_flag)를 노드 B로 피드백한다(44).
상기 확인 결과(45), 후보 코드워드 셋(codeword set) 내에 차하위 후보 코드워드(codeword)가 존재하는 경우에는 차하위 후보 코드워드(codeword)의 후보 코드워드 셋(codeword set) 내에서의 인덱스(index)는
Figure pat00075
이 되고, 이때 tn에서 피드백할 코드워드(codeword)의 인덱스(index)는
Figure pat00076
으로 선정되며(즉 차하위 코드워드 인덱스를 PCI로 선정하며)(46), 사용자 단말장치 k는 이 선정된 PCI 및 그 CQI 정보
Figure pat00077
을 노드 B로 피드백한다(47).
다음으로, 노드 B의 피드백 정보 수신 및 관리 방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 사용자 선택 방법 중에서 노드 B가 본 발명에 따른 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 정보를 사용자 단말장치로부터 수신하여 피드백 정보 테이블을 갱신하는 과정에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 시점 tn에서 사용자 단말장치 k가 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 정보를 피드백하면, 노드 B는 사용자 단말장치 k가 선정한 코드워드 인덱스
Figure pat00078
과 그 코드워드(codeword)의 CQI 정보
Figure pat00079
을 수신하며(51), 이와 더불어 사용자 단말장치 k가 베스트 코드워드(best codeword)에 대한 CQI 정보를 피드백한 경우에는 베스트 코드워드 플래그(b_flag)를 함께 수신하게 된다.
따라서 노드 B는 사용자 단말장치 k로부터 베스트 코드워드 플래그(b_flag)가 수신되었는지를 확인하여(52), 베스트 코드워드 플래그(best codeword flag)가 수신되었으면, 이것은 사용자 단말장치 k 채널에 대한 새로운 코히어런스 타임(coherence time)의 시작을 의미하고, 따라서 이전에 수신된 피드백 정보는 현재의 채널환경을 대변하지 못하므로, 사용자 단말장치 k와 관련된 피드백 정보 테이블을 초기화한 후에(53), 수신된 사용자 단말장치 k에 대한 피드백 정보(CQI 정보)를 피드백 정보 테이블에 추가한다(54).
이때, 사용자 단말장치 k가
Figure pat00080
을 할당받을 경우에 예상되는 CQI 정보를 저장하는 노드 B 상의 메모리(memory) 공간을
Figure pat00081
으로 표현하면, 이 사용자 단말장치 k에 대한 피드백 정보 테이블의 초기화 과정은 하기의 [수학식 8]과 같이 모든
Figure pat00082
의 조합에 대하여
Figure pat00083
에 널(null)을 할당하는 것으로 표현할 수 있다. 또한, 수신된 사용자 단말장치 k에 대한 피드백 정보, 즉 사용자 단말장치 k가 선정한 코드워드 인덱스
Figure pat00084
과 그 코드워드(codeword)의 CQI 정보
Figure pat00085
을 피드백 정보 테이블에 추가하는 과정은 하기의 [수학식 9]와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00086
Figure pat00087
상기 확인 결과(52), 만약 베스트 코드워드 플래그(best codeword flag)가 수신되지 않았으면, 노드 B는, 상기 [수학식 9]과 같은 방식으로, 수신된 사용자 단말장치 k에 대한 피드백 정보(CQI 정보)를 피드백 정보 테이블에 추가한다(54).
다음으로, 노드 B의 프리코딩 매트릭스 선정 및 코드워드 할당 방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 사용자 선택 방법 중에서 임의의 시점에서 노드 B가 피드백 정보 테이블을 바탕으로 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하고, 상기 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드(codeword)들을 사용자 단말장치들에게 할당하는 과정에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 노드 B는 각 코드워드 인덱스
Figure pat00088
별로, 하기의 [수학식 10]과 같이 액티브 사용자 단말장치(active UE) 셋(set) 중에서 가장 큰 CQI 값을 갖는 사용자 단말장치(UE)를 선정한다(61).
다음으로, 노드 B는 각 프리코딩 매트릭스 인덱스(precoding matrix index)
Figure pat00089
별로 전송 용량을 산출하고, 하기의 [수학식 11]과 같이 전체 전송 용량(sum capacity)이 가장 큰 프리코딩 매트릭스 인덱스(index)
Figure pat00090
를 선정한다(62).
상기와 같이 일단 프리코딩 매트릭스 인덱스
Figure pat00091
를 선정하면, 노드 B는 그 프리코딩 매트릭스 인덱스
Figure pat00092
내의 각 코드워드 인덱스 m에 대하여 가장 큰 CQI 값을 갖는 사용자 단말장치(UE), 즉
Figure pat00093
에게 코드워드 인덱스 m을 할당하고, 그 할당 결과를 해당 사용자 단말장치들에게 통보한다(63).
Figure pat00094
Figure pat00095
도 7은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위하여 각 사용자 단말장치(UE)가 각 코드워드(codeword)를 사용할 때 예상되는 CQI의 최소치를 도표로 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 방식에 따라 각 사용자 단말장치(UE)가 피드백하는 코드워드 리스트(codeword list)를 나타내는 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 사용자 단말장치들의 피드백의 결과로 노드 B가 얻게 되는 피드백 정보 테이블의 일예시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 노드 B가 피드백 정보 테이블의 정보를 바탕으로 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예로서, 코드워드(codeword)들에 대한 CQI
Figure pat00096
값이 도 7에 도시된 바와 같이 주어지고
Figure pat00097
인 경우에 사용자 단말장치들이 코드워드(codeword)를 할당받은 과정은 다음과 같이 설명된다.
본 발명의 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback)에 의하면, 도 8에 도시된 바와 같이 사용자 단말장치(UE)별로 선호도가 높은 코드워드(codeword) 3개씩에 대한 CQI 정보를 피드백하게 되며, 그 결과로서 노드 B는 도 9에 도시된 바와 같은 피드백 정보 테이블을 얻게 된다. 참고로, 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식의 경우에는 도 9에 도시된 음영된 값들만을 피드백하게 된다.
도 9에 도시된 바와 같은 피드백 정보 테이블을 바탕으로, 본 발명에 의한 노드 B는 도 10에 도시된 바와 같이 각 코드워드 인덱스(codeword index)에 대하여 가장 높은 CQI 값을 갖는 사용자 단말장치 인덱스(UE index)를 선정하고, 선정된 액티브 사용자 단말장치(active UE) 인덱스들의 전체 전송 용량(sum capacity)이 최대가 되는 프리코딩 매트릭스 2를 최적의 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)로서 선정한다. 참고로, 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식의 경우에는 도 10에서 음영 표시된 피드백 정보만이 주어지기 때문에 프리코딩 매트릭스 1을 최적의 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)로서 선정하게 된다. 이것은 본 발명의 채널-어웨어 피드백(channel-aware feedback) 방식에 의한 프리코딩 매트릭스 선정 및 코드워드 할당 방식이, 베스트 코드워드 피드백(best codeword feedback) 방식에 비하여 개선된 전체 전송 용량(sum capacity)과 코드워드 이용도를 얻게 됨을 보여준다.
도 11은 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 코드워드 피드백 장치의 일실시예 구성도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 코드워드 피드백 장치는, 코드북(codebook) 내의 전체 코드워드(codeword)들 중에서 데이터 용량이 상위인 코드워드들을 후보 코드워드 갯수(
Figure pat00098
)만큼 선정하기 위한 피드백 정보 선정부(1000), 및 상기 피드백 정보 선정부(1000)에서 선정된 후보 코드워드들 중에서 하나의 코드워드(codeword)에 대한 CQI 정보를 매 피드백 인터벌(feedback interval)마다 피드백하되, 상기 피드백 정보 선정부(1000)에서 선정된 후보 코드워드들(
Figure pat00099
개)에 대한 CQI 정보들을 채널의 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 피드백하기 위한 피드백 실행부(1100)를 포함한다.
이때, 상기 피드백 실행부(1100)는 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 함께 피드백한다. 즉, 상기 피드백 실행부(1100)는 베스트 코드워드에 대한 CQI 정보를 피드백할 때, 1-비트의 베스트 코드워드 플래그(best codeword flag)(b_flag)를 함께 피드백한다.
또한, 상기 피드백 실행부(1100)는 상기 피드백 정보 선정부(1000)에서 선정된 후보 코드워드들 중에서 데이터 용량이 상위인 코드워드 순서에 따라 해당 코드워드(codeword)에 대한 CQI 정보를 매 피드백 인터벌(feedback interval)마다 피드백하되, 상기 피드백 정보 선정부(1000)에서 선정된 후보 코드워드들(
Figure pat00100
개)에 대한 CQI 정보들을 채널의 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 모두 피드백한다.
한편, 상기 피드백 정보 선정부(1000)는, 매 시간마다 자신의 이동 속도, 하향링크 채널응답, 및 채널 코히어런스 타임(coherence time)을 추정하기 위한 추정부(1010), 및 상기 추정부(1010)에서 추정된 채널 추정치와 코히어런스 타임(coherence time) 추정치를 바탕으로 후보 코드워드 셋
Figure pat00101
을 선정하기 위한 후보 코드워드 셋 선정부(1020)를 포함한다.
여기서, 상기 후보 코드워드 셋 선정부(1020)는, 후보 코드워드 셋
Figure pat00102
의 원소의 개수
Figure pat00103
를 결정하기 위한 후보 코드워드 갯수 결정부(1021), 상기 추정부(1010)에서 추정된 채널 코히어런스 타임을 바탕으로
Figure pat00104
의 최대값
Figure pat00105
를 결정하고, 상기 추정부(1010)에서 추정된 채널추정치
Figure pat00106
를 바탕으로 데이터 용량이 높은 상위
Figure pat00107
개의 후보 코드워드들을 선정하기 위한 후보 코드워드 선정부(1022), 및 상기 후보 코드워드 선정부(1022)에서 선정된 상위
Figure pat00108
개의 후보 코드워드들 중에서 데이터 용량이 최소 임계치보다 작은 코드워드들을 제외하여(즉, 데이터 용량이 최소 임계치보다 큰 상위
Figure pat00109
개의 코드워드를 선정하여)
Figure pat00110
개의 코드워드들로 이루어진 후보 코드워드 셋을 구성하기 위한 후보 코드워드 셋 구성부(1023)를 포함한다.
한편, 상기 피드백 실행부(1100)는, 후보 코드워드 셋의 변경 여부 및 차하위 후보 코드워드의 존재 여부를 확인하여, 후보 코드워드 셋이 변했거나, 후보 코드워드 셋이 변하지 않았으나 차하위 후보 코드워드가 존재하지 않으면 베스트 코드워드 인덱스(best codeword index)를 추출하고, 후보 코드워드 셋이 변하지 않았고 차하위 후보 코드워드가 존재하면 차하위 코드워드 인덱스를 추출하기 위한 코드워드 추출부(1110), 및 상기 코드워드 추출부(1110)에서 추출된 베스트 코드워드 인덱스와 그에 대한 CQI 정보와 베스트 코드워드임을 나타내는 플래그(b_flag)를 노드 B로 피드백하거나, 상기 코드워드 추출부(1110)에서 추출된 차하위 코드워드 인덱스와 그에 대한 CQI 정보를 상기 노드 B로 피드백하기 위한 피드백 정보 송신부(1120)를 포함한다.
도 12는 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 사용자 선택 장치의 일실시예 구성도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 사용자 선택 장치는, 매 피드백 인터벌마다 사용자 단말장치(UE)별로 하나의 CQI 정보를 피드백받되, 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 후보 코드워드 갯수(
Figure pat00111
개)만큼의 CQI 정보를 피드백받고 코히어런스 타임(coherence time)의 시작 시점에 대한 정보를 피드백받기 위한 피드백 정보 수신부(1200), 상기 피드백 정보 수신부(1200)에서 수신한 최대
Figure pat00112
개의 CQI 정보와 코히어런스 타임(coherence time)의 시작 시점에 대한 정보를 이용하여, 하향링크의 전체 전송 용량(sum capacity)을 최대화할 수 있는 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하고, 상기 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드(codeword)들을 사용자 단말장치들에게 할당하기 위한 하향링크 자원 할당부(1300), 및 상기 하향링크 자원 할당부(1300)에서 할당된 코드워드 할당 결과를 해당 사용자 단말장치들에게 통보하기 위한 코드워드 할당 결과 송신부(1400)를 포함한다.
이때, 상기 피드백 정보 수신부(1200)는, 사용자 단말장치 k가 선정한 코드워드 인덱스
Figure pat00113
과 그 코드워드(codeword)의 CQI 정보
Figure pat00114
을 수신하고, 사용자 단말장치 k가 베스트 코드워드(best codeword)에 대한 CQI 정보를 피드백한 경우에는 베스트 코드워드 플래그(b_flag)를 함께 수신한다.
한편, 상기 하향링크 자원 할당부(1300)는, 상기 피드백 정보 수신부(1200)에서 수신한 최대
Figure pat00115
개의 CQI 정보와 코히어런스 타임(coherence time)의 시작 시점에 대한 정보를 이용하여 피드백 정보 테이블을 갱신하기 위한 피드백 정보 테이블 갱신부(1310), 상기 피드백 정보 테이블 갱신부(1310)에서 갱신된 피드백 정보 테이블을 이용하여, 각 코드워드 인덱스별로 액티브 사용자 단말장치 셋 중에서 최대 CQI 값을 갖는 사용자 단말장치(UE)를 선정하기 위한 코드워드별 최적 UE 선정부(1320), 각 프리코딩 매트릭스 인덱스별로 전송 용량을 산출하여 전체 전송 용량(sum capacity)이 최대인 프리코딩 매트릭스를 선정하기 위한 프리코딩 매트릭스 선정부(1330), 및 상기 프리코딩 매트릭스 선정부(1330)에서 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 각 코드워드 인덱스에 대하여 최대 CQI 값을 갖는 사용자 단말장치(UE)에게 해당 코드워드를 할당하기 위한 코드워드 할당부(1340)를 포함한다.
여기서, 상기 피드백 정보 테이블 갱신부(1310)는, 상기 피드백 정보 수신부(1200)에서 베스트 코드워드 플래그(best codeword flag)를 수신하였으면, 피드백 정보 테이블을 초기화한 후에 상기 피드백 정보 수신부(1200)에서 수신된 CQI 정보를 상기 초기화된 피드백 정보 테이블에 추가하며, 상기 피드백 정보 수신부(1200)에서 베스트 코드워드 플래그(best codeword flag)를 수신하지 않았으면, 상기 피드백 정보 수신부(1200)에서 수신된 CQI 정보를 상기 피드백 정보 테이블에 추가한다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 코드북 기반 프리코딩을 사용하는 다중 사용자 MIMO 시스템을 위한 코드워드 피드백 및 사용자 선택 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 코드북(codebook) 기반 프리코딩(precoding)을 사용하는 다중 사용자 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템 등에 이용될 수 있다.
1000 : 피드백 정보 선정부 1010 : 추정부
1020 : 후보 코드워드 셋 선정부 1021 : 후보 코드워드 갯수 결정부
1022 : 후보 코드워드 선정부 1023 : 후보 코드워드 셋 구성부
1100 : 피드백 실행부 1110 : 코드워드 추출부
1120 : 피드백 정보 송신부 1200 : 피드백 정보 수신부
1300 : 하향링크 자원 할당부 1310 : 피드백 정보 테이블 갱신부
1320 : 코드워드별 최적 UE 선정부 1330 : 프리코딩 매트릭스 선정부
1340 : 코드워드 할당부 1400 : 코드워드 할당 결과 송신부

Claims (13)

  1. 코드워드 피드백 장치에 있어서,
    코드북(codebook) 내의 전체 코드워드(codeword)들 중에서 데이터 용량이 상위인 코드워드들을 후보 코드워드 갯수만큼 선정하기 위한 피드백 정보 선정부; 및
    상기 피드백 정보 선정부에서 선정된 후보 코드워드들 중에서 하나의 코드워드에 대한 CQI(Channel Quality Indicator) 정보를 매 피드백 인터벌(feedback interval)마다 피드백하되, 상기 피드백 정보 선정부에서 선정된 후보 코드워드들에 대한 CQI 정보들을 채널의 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 피드백하기 위한 피드백 실행부
    를 포함하는 코드워드 피드백 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 실행부는,
    코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 피드백하는 코드워드 피드백 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보는,
    베스트 코드워드 플래그(best codeword flag)인 것을 특징으로 하는 코드워드 피드백 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 피드백 실행부는,
    후보 코드워드 셋의 변경 여부 및 차하위 후보 코드워드의 존재 여부를 확인하여, 상기 후보 코드워드 셋이 변했거나, 상기 후보 코드워드 셋이 변하지 않았으나 상기 차하위 후보 코드워드가 존재하지 않으면 베스트 코드워드 인덱스(best codeword index)를 추출하고, 상기 후보 코드워드 셋이 변하지 않았고 상기 차하위 후보 코드워드가 존재하면 차하위 코드워드 인덱스를 추출하기 위한 코드워드 추출부; 및
    상기 코드워드 추출부에서 추출된 베스트 코드워드 인덱스와 상기 추출된 베스트 코드워드 인덱스에 대한 CQI 정보와 상기 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 피드백하거나, 상기 코드워드 추출부에서 추출된 차하위 코드워드 인덱스와 상기 추출된 차하위 코드워드 인덱스에 대한 CQI 정보를 피드백하기 위한 피드백 정보 송신부
    를 포함하는 코드워드 피드백 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피드백 실행부는,
    상기 피드백 정보 선정부에서 선정된 후보 코드워드들 중에서 데이터 용량이 상위인 코드워드 순서에 따라 해당 코드워드에 대한 CQI 정보를 매 피드백 인터벌마다 피드백하되, 상기 피드백 정보 선정부에서 선정된 후보 코드워드들에 대한 CQI 정보들을 채널의 코히어런스 타임 동안에 모두 피드백하는 코드워드 피드백 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 피드백 정보 선정부는,
    이동 속도, 채널응답, 및 채널 코히어런스 타임을 추정하기 위한 추정부; 및
    상기 추정부에서 추정된 채널 추정치와 코히어런스 타임 추정치를 바탕으로 후보 코드워드 셋을 선정하기 위한 후보 코드워드 셋 선정부
    를 포함하는 코드워드 피드백 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 후보 코드워드 셋 선정부는,
    상기 후보 코드워드 셋의 원소의 개수(후보 코드워드 갯수)를 결정하기 위한 후보 코드워드 갯수 결정부;
    상기 추정부에서 추정된 채널 코히어런스 타임을 바탕으로 최대 후보 코드워드 갯수를 결정하고, 상기 추정부에서 추정된 채널추정치를 바탕으로 데이터 용량이 상위인 후보 코드워드들을 상기 결정된 최대 후보 코드워드 갯수만큼 선정하기 위한 후보 코드워드 선정부; 및
    상기 후보 코드워드 선정부에서 선정된 최대 후보 코드워드 갯수의 후보 코드워드들 중에서 데이터 용량이 최소 임계치보다 크고 상위인 코드워드를 상기 후보 코드워드 갯수 결정부에서 결정된 후보 코드워드 갯수만큼 선정하여 상기 후보 코드워드 셋을 구성하기 위한 후보 코드워드 셋 구성부
    를 포함하는 코드워드 피드백 장치.
  8. 사용자 선택 장치에 있어서,
    매 피드백 인터벌마다 사용자 단말장치(UE)별로 하나의 CQI 정보를 피드백받되, 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 후보 코드워드 갯수만큼의 CQI 정보를 피드백받고 코히어런스 타임(coherence time)의 시작 시점에 대한 정보를 피드백받기 위한 피드백 정보 수신부;
    상기 피드백 정보 수신부에서 수신된 후보 코드워드 갯수만큼의 CQI 정보와 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 이용하여 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하고, 상기 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드들을 상기 사용자 단말장치들에게 할당하기 위한 하향링크 자원 할당부; 및
    상기 하향링크 자원 할당부에서 할당된 코드워드 할당 결과를 상기 사용자 단말장치들에게 통보하기 위한 코드워드 할당 결과 송신부
    를 포함하는 사용자 선택 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 피드백 정보 수신부는,
    상기 사용자 단말장치별로 선정된 코드워드 인덱스와 해당 코드워드에 대한 CQI 정보를 수신하고, 상기 사용자 단말장치가 베스트 코드워드(best codeword)에 대한 CQI 정보를 피드백한 경우에는 베스트 코드워드 플래그(b_flag)를 함께 수신하는 사용자 선택 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 하향링크 자원 할당부는,
    상기 피드백 정보 수신부에서 수신된 후보 코드워드 갯수만큼의 CQI 정보와 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 이용하여 피드백 정보 테이블을 갱신하기 위한 피드백 정보 테이블 갱신부;
    상기 피드백 정보 테이블 갱신부에서 갱신된 피드백 정보 테이블을 이용하여, 각 코드워드 인덱스별로 최대 CQI 값을 갖는 사용자 단말장치(UE)를 선정하기 위한 코드워드별 최적 UE 선정부;
    각 프리코딩 매트릭스 인덱스별로 전송 용량을 산출하여 전체 전송 용량(sum capacity)이 최대인 프리코딩 매트릭스를 선정하기 위한 프리코딩 매트릭스 선정부; 및
    상기 프리코딩 매트릭스 선정부에서 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 각 코드워드 인덱스에 대하여 최대 CQI 값을 갖는 사용자 단말장치(UE)에게 해당 코드워드를 할당하기 위한 코드워드 할당부
    를 포함하는 사용자 선택 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 피드백 정보 테이블 갱신부는,
    상기 피드백 정보 수신부에서 상기 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 수신하였으면, 상기 피드백 정보 테이블을 초기화한 후에 상기 피드백 정보 수신부에서 수신된 CQI 정보를 상기 초기화된 피드백 정보 테이블에 추가하며,
    상기 피드백 정보 수신부에서 상기 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 수신하지 않았으면, 상기 피드백 정보 수신부에서 수신된 CQI 정보를 상기 피드백 정보 테이블에 추가하는 사용자 선택 장치.
  12. 코드워드 피드백 방법에 있어서,
    코드북(codebook) 내의 전체 코드워드(codeword)들 중에서 데이터 용량이 상위인 코드워드들을 후보 코드워드 갯수만큼 선정하는 피드백 정보 선정 단계; 및
    상기 피드백 정보 선정 단계에서 선정된 후보 코드워드들 중에서 하나의 코드워드에 대한 CQI(Channel Quality Indicator) 정보를 매 피드백 인터벌(feedback interval)마다 피드백하되, 상기 피드백 정보 선정 단계에서 선정된 후보 코드워드들에 대한 CQI 정보들을 채널의 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 피드백하는 피드백 실행 단계
    를 포함하는 코드워드 피드백 방법.
  13. 사용자 선택 방법에 있어서,
    매 피드백 인터벌마다 사용자 단말장치(UE)별로 하나의 CQI 정보를 피드백받되, 코히어런스 타임(coherence time) 동안에 후보 코드워드 갯수만큼의 CQI 정보를 피드백받고 코히어런스 타임(coherence time)의 시작 시점에 대한 정보를 피드백받는 피드백 정보 수신 단계;
    상기 피드백 정보 수신 단계에서 수신된 후보 코드워드 갯수만큼의 CQI 정보와 코히어런스 타임의 시작 시점에 대한 정보를 이용하여 프리코딩 매트릭스(precoding matrix)를 선정하고, 상기 선정된 프리코딩 매트릭스 내의 코드워드들을 상기 사용자 단말장치들에게 할당하는 하향링크 자원 할당 단계; 및
    상기 하향링크 자원 할당 단계에서 할당된 코드워드 할당 결과를 상기 사용자 단말장치들에게 통보하는 코드워드 할당 결과 송신 단계
    를 포함하는 사용자 선택 방법.
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