KR20120113703A - 무선 통신 시스템에서의 신호를 전송하기 위한 방법 및 그 송신부, 그 수신부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서의 신호를 프리코딩하는 것에 관한 것이다.

Description

무선 통신 시스템에서의 신호를 전송하기 위한 방법 및 그 송신부, 그 수신부{METHOD AND TRANSMITTER FOR TRANSMITTING FOR TRANSMITTING SIGNAL AND RECEIVER THEREOF IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 시스템에서의 신호를 프리코딩하는 것에 관한 것이다.

전송 다이버시티, 폐루프 공간 다중화, 또는 개루프 공간 다중화와 같은 많은 다중 안테나 전송 기법들 또는 다중 안테나 전송이 존재한다. 한편 폐루프 MIMO(Closed-Loop Multiple Input Multiple Output: CL-MIMO)는 이동 단말로부터의 보다 광범위한 피드백에 의존한다.

본 발명의 일 측면에 따라 n개의 코드워드들(n은 자연수)을 m개의 레이어들(m은 n보다 크나 n의 배수가 아님)에 매핑하여 m개의 심볼들의 세트를 출력하는 단계; 모든 코드워드들이 동일한 안테나 포트들과 안테나 상관성을 갖도록 프리코딩 행렬을 사용하여 매핑된 m개의 심볼들의 세트들을 프리코딩하는 단계; 및 상기 프리코딩된 심볼들의 세트들을 포함하는 신호들을 전송하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

발명의 다른 측면에 따라 n개의 코드워드들(n은 자연수)을 m개의 레이어들(m은 n보다 크나 n의 배수가 아님)에 매핑하여 m개의 심볼들의 세트를 출력하는 레이어 맵퍼; 및 모든 코드워드들이 동일한 안테나 포트들과 안테나 상관성을 갖도록 프리코딩 행렬을 사용하여 매핑된 m개의 심볼들의 세트들을 프리코딩하는 프리코더를 포함하는 송신장치를 제공한다.

발명의 또다른 측면에 따라 수신된 신호로부터 채널 상태를 추정하는 채널추정부; 송신장치의 프리코딩 행렬의 역행렬을 사용하여 상기 수신된 신호를 디코딩하여 데이터 심볼들을 복구하는 포스트-디코더; 및 송신장치의 레이어 맵퍼에 의해 수행되는 매핑에 상응하는 방법으로 디코딩된 심볼 스트림들을 디맵핑하여 원 데이터 심볼들을 복원하는 레이어 디맵퍼를 포함하는 수신장치를 제공한다.

발명의 또다른 측면에 따라 n개의 코드워드들(n은 자연수)을 m개의 레이어들(m은 n보다 크나 n의 배수가 아님)에 매핑하여 m개의 심볼들의 세트를 출력하는 단계; U는 코드북의 기초 행렬이고 ∧은 전력 할당 행렬이며 U와 ∧는 레이어가 아닌 각 코드워드에 대해 최적화되고 U는 모든 코드워드들이 동일한 안테나 포트들과 안테나 상관성을 갖도록 만드는, U×∧의 프리코딩 행렬에 의해 매핑된 m개의 심볼들의 세트들을 프리코딩하는 단계; 및 상기 프리코딩된 심볼들의 세트들을 포함하는 신호들을 전송하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 폐루프 공간 다중화를 사용하는 4Tx CL-MIMO에 대한 무선 통신 시스템의 블록도이다.
도 2 내지 도 6은 다른 실시 예들에 따른 4Tx CL-MIMO에 대한 도 1의 송신부의 블록도이다.
도 7은 본 명세서(송신부 및 수신부)에서 가정한 인덱싱을 도시하고 있다.
도 8은 또다른 실시 예들에 따른 2nTx(n은 코드워들의 수) CL-MIMO에 대한 도 1의 송신부의 블록도이다.
도 9는 또다른 실시 예들에 따른 6Tx CL-MIMO에 대한 도 1의 송신부의 블록도이다.
도면에 도시된 요소의 형상 등은 보다 간결하고 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이며, 도면에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

이하, 본 발명의 실시 예들은 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

전송 다이버시티, 폐루프 공간 다중화, 또는 개루프 공간 다중화와 같은 많은 다중 안테나 전송 기법들 또는 다중 안테나 전송이 존재한다. 폐루프 MIMO(Closed-Loop Multiple Input Multiple Output: CL-MIMO)는 이동 단말로부터 보다 확장된 피드백에 의존한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 폐루프 공간 다중화를 사용하는 4Tx CL-MIMO에 대한 무선 통신 시스템의 블록도이다.

도 1을 참조하면 통신 시스템은 MIMO 시스템, SDMA 시스템, CDMA 시스템, OFDMA 시스템, OFDM 시스템 등을 포함하는 모든 종류의 무선 통신 시스템일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 통신 시스템에서, 일 실시 예에 따른 폐루프 공간 다중화를 사용하는 무선 통신 시스템은 송신부(10) 및 수신부(20)를 포함한다.

하향링크 폐루프 MIMO에서, 상기 송신부(10)는 기지국 역할을 하며, 상기 수신부(20)는 가상적으로 핸드폰, 컴퓨터 시스템을 구비한 무선 장치, 및 무선 휴대 정보 단말기와 같은 모든 종류의 단방향 또는 양방향의 무선 통신 장치일 수 있는 가입자 단말 역할을 한다. 물론, 상기 수신부/가입자 단말(20)은 상기 송신부/기지국(10)으로부터 수신된 신호들을 전송할 수도 있다.

특히 상향링크 폐루프 MIMO에서 송신부(10)은 가입자 단말 역할을 하며, 상기 수신부(20)는 기지국 역할을 할 수 있다.

상기 송신부(10)와 상기 수신부(20) 사이에서 통신된 신호들은 음성, 데이터, 전자 메일, 비디오, 다른 데이터, 및 음성 및 비디오 신호들을 포함한다.

동작하는 동안 상기 송신부(10)는 하나 이상의 안테나들을 통해 채널 상에서 신호 데이터 스트림을 수신부(20)로 전송하여, 하나 이상의 수신 안테나로부터 수신된 신호들이 결합되고 송신 데이터가 재구성된다. 상기 신호를 전송하기 위해, 상기 송신부(10)는 신호에 대한 벡터로 표현되는 송신 신호를 준비한다.

상기 송신부(10)는 레이어 맵퍼(30) 및 프리코더(40)를 포함한다.

상기 송신부(10)의 레이어 맵퍼(30)는 한 개 또는 두 개의 전송(transport)에 대응하는 한 개 또는 두 개의 코드워드를 최소 한 개의 레이어에서 최대 안테나 포트들과 동일한 수의 레이어들에 해당하는 N_L개의 레이어들에 매핑한다. 다중 안테나 전송의 경우, 각 전송 시간 간격(Transmission Time Interval: TTI)에 대해 동적 크기를 갖는 두 개까지의 전송 블록이 존재할 수 있다. 여기서, 각 전송 블록은 하향링크 공간 다중화의 경우에서의 하나의 코드워드에 대응한다. 다시 말해서, 변조 심볼들의 블록(각 전송 블록당 하나의 블록)은 코드워드로 불린다.

전송될 수 있는 스트림들의 수는 랭크 수에 따라 결정될 수 있다. 송신부(10)는 각 레이어에 대한 채널 상태(channel status)를 측정하고 여러개 레이어들에 대한 최선의 채널 상태를 갖는 최선의 채널을 선택하고 선택된 채널을 통해 신호를 전송한다.

랭크 적응(Rank adaptation)은 채널 상태의 변화에 따른 성능(performance)을 향상시킬 수 있다. 각 랭크(랭크 1 내지 4)에 대해 코드워드들과 레이어들 사이 일대일 매핑 관계(one mapping relationship between codewords and layers)가 허용된다. 랭크 1에 대해 CW1의 코드워드(제1코드워드 블럭 1)가 하나의 레이어를 통해 전송될 수 있다. 랭크 2에 대해, 송신부(10)는 두개의 레이어들을 통해 두개의 코드워드들을 동시에 전송할 수 있다.

여기서, 랭크 또는 채널 랭크는 단말에 하향링크 전송에 사용되어야 할 레이어들의 수를 의미한다. 예를 들어 랭크 3는 단말에 하향링크 전송에 사용되어야 할 레이어의 수가 3개인 것을 의미한다.

도 2 내지 도 6은 다른 실시 예들에 따른 4Tx CL-MIMO에 대한 도 1의 송신부의 블록도이다.

도 2를 참조하면 랭크 3에 대해 레이어 맵퍼(30)은 두개의 세트의 코드워드들(CW1, CW2)을 세개의 레이어들 L1 내지 L3로 매핑할 수 있다. 레이어 맵퍼(30)는 코드워드들 중 하나(CW1)를 제1레이어(L1)에 매핑할 수 있다. 레이어 맵퍼(30)는 코드워드들 중 다른 하나(CW2)를 도 3에서 도시한 직병렬 변환기(serial to parallel converter, 35)를 사용하여 제2레이어(L2) 및 제3레이어(L2)에 매핑할 수 있다.

상기 레이어 맵퍼(30)에 의한 레이어 매핑 이후, 한 세트의 N_L개의 심볼들(각 레이어로부터 하나의 심볼)이 프리코더(40)에 의해 선형적으로 결합되고 N_A개의 안테나 포트에 매핑된다. 결합/매핑은 N_L ⅹ N_A의 프리코딩 행렬 P에 의해 기술될 수 있다.

랭크 2(N_L =2)와 네개의 전송 안테나 포트(N_A=4)에 대해 프리코더(40)는 2 ⅹ 4의 프리코딩 행렬 P에 의해 N_L 심볼들을 프리코딩하고 이들을 네개의 안테나 포트들로 분배한다.

랭크 3(N_L =3)와 네개의 전송 안테나 포트(N_A=4)에 대해 프리코더(40)는 3 ⅹ 4의 프리코딩 행렬 P에 의해 N_L 심볼들을 프리코딩하고 이들을 네개의 안테나 포트들로 분배한다.

랭크 4(N_L =4)와 네개의 전송 안테나 포트(N_A=4)에 대해 프리코더(40)는 4 ⅹ 4의 프리코딩 행렬 P에 의해 N_L 심볼들을 프리코딩하고 이들을 네개의 안테나 포트들로 분배한다.

상기 프리코더(40)는 자신의 코드북을 가지며, 상기 코드북은 입력 데이터 신호를 처리하는데 사용될 전송 프로파일 및/또는 프리코딩 정보를 획득하기 위해 접속되어 각 수신국들에 대한 기존 채널 상태를 최대한 사용한다.

랭크 3에 대해 다른 코드워드에 대한 레어어 할당에 불균형(unbalance on layers allocation to different codeword)이 있다. 따라서 랭크 3에 대한 코드북 디자인은 특별할 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 랭크 3 코드북 디자인에 대한 최적화는 코드워드 기반이다. 본 명세서에서 3개의 레이어들을 4개의 전송 안테나들에 대한 프리코딩 구조뿐만 아니라 코드워드를 레이어 매핑하는 다른 구조도 고려한다. 본 명세서에서 거리 특성(distance property), 안테나 상관성(antenna correlation), 전력할당 등과 같은 모든 특성에 대한 두개의 코드워크 기반 최적화로 코드북 디자인을 최적화한다.

추가로, 수신부(20)는 채널을 피드백하거나 피드포워드할 때 정보를 효율적으로 전송하는데 사용되는 동일한 코드북을 포함한다.

거리 특성(distance property)과 안테나 상관성(antenna correlation)

제안된 랭크 3 코드북 디자인 기술에서, 균형 전력 증폭기(balance power amplifier)가 각 안테나들을 동일한 전송전력을 만들기 위해 각 안테나에 대해 고려된다. 균형 전력 증폭기는 각 안테나들을 동일한 전송전력을 만들기 위해 전체적으로 균일하게 사용되어야 하고 프리코딩 벡터/행렬의 각 열의 벡터 노름(vector norm)은 동일해야 한다.

두개의 행렬들 U, V 사이 코르달 거리(chordal distance)는 수학식 1과 같이 정의된다.

여기서

이다.

이때 낮은 CMP(Cubic Matrix-preserving, 입체행렬-유지)는 전력 제한 시나리오에서 코드북 디자인에 대한 합리적인 기준(reasonable criterion)이다.

하나의 CMP 코드북은 표 1에 도시한 바와 같이 상향링크 4Tx MIMO 랭크 3에 대해 제안될 수 있다. 표 1은 상향링크 4Tx MIMO 랭크 3에 대한 CMP 코드북이다.

여기서 x={+1, -1, +j, -j}이다.

그러나 행 벡터들의 노름들이 동일하도록 고정되면, 균형 전력 증폭기들( (balance Power Amplifiers, PAs)은 결과적으로 균형을 상실한다. 열 벡터들의 노름들이 동일하도록 설정되면 레이어 전력 불균형 문제가 발생한다. 세개의 레이어들의 전력비는 CMP 랭크 3 코드북에 대해 2:1:1이다.

랭크 3 CMF(Cubic Matrix-friendly) 프리코딩 행렬은 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는 열 순환 행렬(row permutation matrix)이다. 상수 정규화 요소(constant normalization factor)는 행렬 W에 대한 프로베뉴스 노름(Frobenius-norm)이다.

수학식 2에서, 세개의 레이어들(세개의 행들)에 대한 전송 전력은 대각 스케일링에 의해 균일해진다. 이러한 고정된 스케일링은 레이어-특이 전력 조절(개방 또는 폐쇄 루프)를 배제하게 된다. 따라서, 스케일링된 CMF(CM-friendly) 프리코딩 행렬은 다음과 같이 표현될 수 있다.

본 명세서에서 CMP(cubic metric preserving), CMF(cubic metric friendly) 및 양자의 혼합된 구조가 제안될 수 있다. 그러나, 이들의 코드북 디자인에서 성능을 최적화하기 위해 특정 코드워드를 레이어 매핑하는 것을 고려하지 않고 있다. 따라서 최종적인 시스템 성능은 레이어 기반이기 때문에 이전의 코드북 디자인은 최종적인 최적화된 성능을 획득할 수 없다.

본 실시예들에서 최적화된 랭크 3 코드북 디자인 방법이 상향링크 4Tx MIMO에 대한 랭크 3의 코드워드를 레이어 매핑하는 것이 기초하여 제안한다. 또한 CMP 또는 CMF를 사용하여 코드북 기반 최적화에 의해 최적화된 거리 특성과 안테나 상관성이 고려될 것이다. 이 코드북은 낮은 상관성 시나리오에서 좋은 성능을 확보하기 위해, 예를 들어 코르달 거리에 의해 측정된 좋은 거리 특성을 가질 수 있다.

CMF 코드북에 대해, 제1코드워드를 전송하기 위해 4Tx 안테나들을 가지고 제2코드워드에 대해 두개의 레이어들 각각은 전송하기 위해 2TX 안테나를 가진다. 따라서 단순한 안테나 선택만이 아니라 모든 레이어들과 코드북에 대해 가중치를 최적화할 필요가 있다. 이때 제2코드워드는 두개의 레이어들을 가지는 것으로 생각한다. 본 명세서에서 제2코드워드에 대한 더 많은 노력을 기울였다. 각 코드워드에 대한 코드북이 제1코드워드에 대해

이고 제2코드워드에 대해

인 것으로 가정한다.

여기서

은 랭크 3 코드북이고 CZ는 코드북 크기이다.

은 코드북에서 i번째 행렬의 첫번째 열이다.

은 코드북에서 i번째 행렬의 두번째 및 세번째 열들이다. C1과 C2의 코드북 크기를 제1코드워드와 제2코드워드의 효과적인 코드북 크기로 생각한다.

코드북 디자인에서, 각 코드북에 대한 코드북 크기가 동일하게 되도록 노력하였다. 그리고 제2코드워드에 대해 더 높은 우선권(more priority)을 부여하여 최종적인 성능이 동일하도록 하였다.

랭크 3 코드북은 코드워드 기반 최적화에 의해 디자인되었다. 이때 랭크 3 코드북은 코드북 U에 대한 기초 행렬(base matrix)의 형태로 디자인되였다.

코드북 U에 대한 기초 행렬(base matrix)은 각 코드워드에 대해 거리 특성과 안테나 상관성에 의해 최적화되었다.

전술한 바와 같이 랭크 3에 대해 레이어 맵퍼(30)는 코드워드들 중 하나를 단지 하나의 레이어에 매핑하고 다른 코드워드는 두개의 레이어들에 매핑할 수 있고 프리코더(40)는 3 ⅹ 4의 프리코딩 행렬 P에 의해 N_L 심볼들을 프리코딩하고 이들을 네개의 안테나 포트들로 분배한다.

이 경우에 코드워드들 중 하나는 단지 하나의 레이어에 매칭되고 이 하나의 레이어는 균형 다이버시티 게인(balance diversity gain)을 위해 더 많은 안테나 포트들, 즉 4개의 안테나들의 예에서 두개의 안테나 포트들이 할당될 수 있다. 교차 편파 안테나들(cross polarized antenna)이 사용될 때 안테나 상관성은 안테나 할당을 최적화하기 위해 또한 고려될 수 있다. 일반적으로 보다 큰 거리특성과 높은 상이한 편파특성을 가진 안테나들(antennas with larger distance and high different polarization)에 하나의 코드워드에 할당되고 나머지가 다른 코드워드에 할당된다.

이때 이중 편파 안테나 어레이들과 같은 비균일 안테나 구조(non-uniform antenna)에 대해, 안테나 구성요소 인텍싱은, 비균일 상관성 프로파일 때문에 성능에 영향을 주기 때문에, 매우 중요하다.

도 7은 본 명세서(송신부 및 수신부)에서 가정한 인덱싱을 도시하고 있다.

안테나 인덱싱은 공간 채널 계수(spatial channel coefficients Hn,m)를 수치화하기 위해 사용되는데 여기서 n과 m은 각각 수신부 안테나 인덱스들과 송신부 안테나 인덱스들을 의미한다.

도 7(c)에서 교차 편파 안테나들의 두개의 쌍들에 대한 인덱싱은 더큰 상관성을 갖는 동일한 편파특성을 가진 두개의 안테나들의 집합(도 7(c)의 안테나의 인덱스 1 및 2, 3 및 4)을 의미한다. 이것은 도 7(b)에서 균일 선형 안테나들(Uniform Linear Array Antenna, ULA)의 두개의 쌍들의 인덱싱(도 7(b)의 안테나의 인덱스 1 및 2, 3 및 4)과 유사하다.

표 2는 도 7(a)와 도 7(b)에 대한 거리특성과 안테나 상관성에 대한 코드북 기반 최적화의 코드북에 대한 기초 행렬들 U을 나타낸다.

표 2에서 코드북에서, 코드북 인덱스 0~3 및 인덱스 4~7에 따라 안테나 포트에 대한 코드워드들은 도 5 및 도 6에 도시되어 있다.

표 3은 도 7(c)에 대한 거리특성과 안테나 상관성에 대한 코드북 기반 최적화의 코드북에 대한 기초 행렬들 U을 나타낸다.

표 3은 도 7(c)에 대한 거리특성과 안테나 상관성에 대한 코드북 기반 최적화의 코드북에 대한 기초 행렬들 U을 나타내고, 표 4는 CMF 코드북에 대한 코드워드 기반 최적화의 코드북에 대한 기초 행렬들 U이다.

표 4는 CMF 코드북에 대한 코드워드 기반 최적화의 코드북 U에 대한 기초 행렬들인데, 코드북은 제2코드워드가 제1코드워드만큼 효과적인 코드북 크기를 갖도록 최적화되었다.

이때 레이어 맵퍼(30)는 코드워드들 중 하나(CW1)를 제1레이어(L1)에 매핑하고 다른 하나(CW2)를 도 3에서 도시한 직병렬 변환기(serial to parallel converter, 35)를 사용하여 제2레이어(L2) 및 제3레이어(L2)에 매핑할 수 있다.

랭크 3(N_L =3)와 네개의 전송 안테나 포트(N_A=4)에 대해 프리코더(40)는 표 2 내지 표 4 중 하나의 3 ⅹ 4의 프리코딩 행렬 P에 의해 N_L 심볼들을 프리코딩하고 이들을 네개의 안테나 포트들로 분배한다.

도 8은 또다른 실시 예들에 따른 랭크 3의 6Tx CL-MIMO에 대한 도 1의 송신부의 블록도이다.

랭크 3(N_L =3)와 6개의 전송 안테나 포트(N_A=6), 두개의 코드워드에 대해 레이어 맵퍼(30)는 코드워드들 중 하나(CW1)을 제1레이어(L1)에 매핑할 수 있다. 레이어 맵퍼(30)는 코드워드들 중 다른 하나(CW2)를 직병렬 변환기(serial to parallel converter, 35)를 사용하여 제2레이어(L2) 및 제3레이어(L2)에 매핑할 수 있다. 프리코더(40)는 다음의 수식식 4와 같은 3 ⅹ 6의 프리코딩 행렬 P에 의해 N_L 심볼들을 프리코딩하고 이들을 6개의 안테나 포트들로 분배한다.

이 경우에 코드워드들 중 하나는 단지 하나의 레이어에 매칭되고 이 하나의 레이어는 균형 다이버시티 게인(balance diversity gain)을 위해 세개의 안테나 포트들이 할당될 수 있다. 코드워드들 중 다른 하나는 두개의 레이어들에 매칭되고 이 두개의 레이어들은 3개의 안테나 포트들이 할당될 수 있다.

도 9는 또다른 실시 예들에 따른 랭크 5의 6Tx CL-MIMO에 대한 도 1의 송신부의 블록도이다.

랭크 5(N_L =5)와 6개의 전송 안테나 포트(N_A=6), 두개의 코드워드에 대해 레이어 맵퍼(30)는 코드워드들 중 하나(CW1)를 직병렬 변환기(serial to parallel converter, 35)를 사용하여 제1레이어(L1) 및 제2레이어(L2)에 매핑할 수 있다. 레이어 맵퍼(30)는 코드워드들 중 다른 하나(CW2)를 직병렬 변환기(serial to parallel converter, 35)를 사용하여 제3 내지 제5레이어(L3 내지 L5)에 매핑할 수 있다.

프리코더(40)는 5 ⅹ 6의 프리코딩 행렬 P에 의해 5개 심볼들을 프리코딩하고 이들을 6개의 안테나 포트들로 분배한다.

이 경우에 코드워드들 중 하나는 단지 두개의 레이어들에 매칭되고 이 두개의 레이어들은 균형 다이버시티 게인(balance diversity gain)을 위해 세개의 안테나 포트들이 할당될 수 있다. 코드워드들 중 다른 하나는 두개의 레이어들에 매칭되고 이 두개의 레이어들은 3개의 안테나 포트들이 할당될 수 있다.

코드워드들의 수가 3개 이상일 경우 레이어 맵퍼(30)와 프리코더(40)의 기능들은 전술한 바와 동일하다.

전력 할당(power allocation)

전력 할당은 CMF를 위해 각 코드워드에 대해 최적화된다. 랭크 3 코드북은 코드워드 기반 최적화에 의해 디자인된다. 랭크 3 코드북은 U×∧의 형태로 디자인되는데 U는 코드북의 기초 행렬이고 ∧은 전력 할당 행렬이다. 코드북에 대한 기초 행렬 U는 전술한 바와 동일하다.

각 코드워드에 대한 전력 할당 행렬 ∧은 수학식 5의 형태이다.

수학식 5에서, λ₁,λ₂,λ₃은 전력 할당 요소이고 λ₁ +λ₂ +λ₃ =1이다. LTE 코드워드의 레이어 매핑 패턴에 기초하여, λ₁은 제1코드워드(CW1)에 대한 전력 할당 요소이고 λ₂,λ₃은 제2코드워드에 대한 전력 할당 요소이다. 본 명세서에서 λ₁ 대 λ₂ =λ₃의 방식으로 최적의 전력 할당 요소를 찾을 수 있다.

표 5는 전력 할당 최적화에 기초한 U×∧의 랭크 3 코드북이다.

레어어 이동(layer shifting) 및 수신부 타입(receiver type)

코드북은 수신부 타입과 레이어 이동을 고려하므로 최적화될 수 있다.

MMSE(Minimum Mean Squared Error) 수신부에 대해, 상기 최적화로 충분할 수 있다. SIC(Successive Interference Cancellation) 수신부가 코드워드 기반이기 때문에 이 수신부는 다른 최적화에 대해 고려될 필요가 있다. 랭크 3에 대해 제2코드워드가 2개의 레이어 신호들을 가지기 때문에 먼저 이 제2코드워드를 검색할 수 있다. 이 수신부는 제2코드워드를 제거한 이후에, 더 이상의 간섭이 없을 수 있다. 이러한 전력 할당 요소는 SIC 수신부에 대해 추가적으로 최적화될 필요가 있다.

또한 레이어 이동이 고려될 경우 코드북 디자인을 다시 최적화할 수 있다. 제1코드워드에 대해 높은 다이버시티를 가지므로 예를 들어 제1코드워드를 제1레이어 내지 제3레이어 중 하나로의 레이어 이동(layer shifting)으로 코드북을 디자인하는 것이 더 좋을 수도 있다.

표 6은 제1코드워드를 제1레이어(인덱스=0) 내지 제3레이어(인덱스=3) 중 하나로의 레이어 이동에 대한 코드북 기반 최적화를 위한 코드북이다.

제안한 알로리즘에 의한 모든 최적화는 레이어 기반이 아니라 코드북 기반이란 점을 주목해야 한다.

이전의 상향링크 MIMO 랭크 3 코드북 디자인에서, 성능을 최적화하기 위해 랭크3에 대해 특정 코드워드의 레이어 매핑을 고려하지 않았다. 최종적인 시스템 성능은 레이어 기반이기 때문에 이전의 코드북 디자인은 최종적으로 최적의 성능을 획득할 수 없었다.

본 실시예들에서 최적화된 랭크 코드북 디자인 방법은 코드워드의 레이어 매핑에 기초하여 제안되었다.

제안된 코드북 디자인에서 랭크 적응이 코드워드 기반이기 때문에, 최종적으로 최적화된 성능을 얻도록 안테나 포트들이나 다른 코드워드들 사이 전력을 할당하므로 코드북 디자인을 최적화할 수 있다. 또한 안테나 교차 편파나 레이어 이동, 안테나 타입이 코드북 디자인을 위해 고려되었다.

기지국이 송신부(10)의 전송에 적합한 프리코딩 행렬을 선택하는 것을 돕기 위해, 상기 수신부/이동 단말(20)은 권장되는 수(랭크 지시(Rank Indication: RI)로 표현되는)의 레이어들 또는 상기 수의 레이어들에 대응하는 권장되는 프리코딩 행렬(프리코딩 행렬 인덱스(Precoding Matrix Index: PMI))과 같은 채널 정보를 하향링크 채널 상태들의 추정에 따라 보고할 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 상기 수신부(20)는 채널 추정부(50) 및 포스트-디코더(60), 레이어 디맵퍼(70)를 포함한다.

상기 수신부(20)의 채널 추정부(50)는 하향링크 채널 상태를 추정한다. 상기 채널 추정부(50)는 적어도 하나의 RI 및 PMI를 상기 송신부(10)로 피드백한다. 상기 채널 추정부(50)는 많은 종류의 코드북 기반 PMI 피드백을 수행할 수 있다.

상기 수신부(20)는 상기 채널 추정부(50)에 의해 채널을 추정한다. 그리고, 상기 수신부(20)는 추정된 채널 정보를 기반으로 시스템이 가장 높은 합계 비율(highest sum rate)을 가질 수 있게 하는 해당 코드북들에서 각 레벨별 프리코딩 행렬을 선택한다. 상기 각 레벨별 프리코딩 행렬이 결정되면, 상기 수신부/이동 단말(20)은 두 레벨 모두의 PMI들을 상기 송신부(10)로 각각 피드백한다.

상기 수신부/이동 단말(20)이 코드북에 있는 선호 행렬의 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)를 상기 송신부/기지국(10)으로 피드백하여 무선 통신 시스템에서 CL-MIMO(Closed MIMO) 동작을 지원하는 코드북 기반 PMI 피드백이 존재한다.

상기 수신부(20)는 원 데이터 심볼들을 이전 피드백 프리코딩 행렬들 조합을 갖는 포스트-디코더(60)에 의해 복구한다. 상기 포스트-디코더(60)는 수신된 신호를 처리하고 프리코딩된 심볼들을 디코딩한다.

예를 들어 포스트-디코더(60)는 프리코딩 행렬 P, 예를 들어 전술한 바와 같이 U 또는 U×∧의 역행렬을 사용하여 프리코딩된 심볼들을 디코딩한다.

레이어 디맵퍼(70)는 레이어 맵퍼(60)에 의해 수행되는 매핑에 상응하는 방법으로 디코딩된 심볼 스트림들을 디맵핑하여 원 데이터 심볼들을 복원한다.

전술한 실시예들은 코드워드의 수가 1 또는 2이고 랭크 수가 3 내지 5이고 안테나들(안테나 포트들)의 수가 4 내지 6인 것으로 설명하였다.

일반적으로 코드워드들의 수는 자연수 n일 수 있다. 레이어들의 수는 n보다 크지만 n의 배수가 아닌 자연수 m일 수 있다. 이때 안테나들(안테나 포트들)의 수는 코드워드의 수의 배수일 수 있다.

결과적으로 본 명세서에서 n개의 코드워드들(n은 자연수)을 m개의 레이어들(m은 n보다 크나 n의 배수가 아님)에 매핑하는 단계 및 모든 코드워드들이 동일한 안테나 포트들과 안테나 상관성을 갖도록 프리코딩 행렬을 사용하여 매핑된 m개의 심볼들의 세트들을 프리코딩하는 단계를 포함하며, 안테나 포트의 수는 코드워드의 수의 배수일 수 있다.

본 명세서에서 도시되고 기술된 방법들 및 시스템들은 임의의 업무를 수행하기 위해 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장되고 범용 또는 전용 컴퓨터상에서 컴퓨터 프로그램으로 실행되는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 하드웨어적 구현에 있어서, 송신부(예를 들면, 데이터를 코딩하고 변조, 변조된 신호들을 프리코딩, 프리코딩된 신호들을 프리컨디셔닝하는 송신부) 및/또는 수신부(예를 들면, 전송된 신호들을 복구, 복구된 신호들을 변조하고 디코딩하는 수신부)에서 다양한 신호 처리 단계들을 수행하는데 사용되는 구성 요소들은 하나 이상의 주문형 반도체 집적 회로들(Application Specific Integrated Circuits: ASICs), 디지털 신호 처리부들(Digital Signal Processors: DSPs), 디지털 신호 처리 장치들(Digital Signal Processing Devices: DSPDs), 프로그램 가능 논리 장치들(Programmable Logic Devices: PLDs), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이들(Field Programmable Gate Arrays: FPGAs), 처리부들, 제어부들, 마이크로-컨트롤러들, 마이크로프로세서들, 본 명세서에 기술된 기능들을 수행하도록 설계된 다른 전자 유닛들, 또는 이들의 조합에서 구현될 수 있다. 추가로 또는 이의 대안으로, 소프트웨어 구현이 사용될 수 있으며, 이에 의해 상기 송신부 및 수신부 각각에서의 신호 처리 단계들의 일부 또는 전부가 본 명세서에서 기술된 기능들을 수행하는 모듈들(예를 들면, 절차들, 기능들 등)에서 구현될 수 있다. 모듈들의 기능의 분리는 단지 예시적일 뿐이며, 다른 실시 예들에서 다중 소프트웨어 모듈들의 기능은 단일 모듈로 통합될 수 있거나 모듈들의 기능의 다른 분리를 의미할 수도 있다. 소프트웨어적 구현에서, 소프트웨어 코드는 처리부 또는 제어부에 의해 온-보드 또는 외부 메모리부와 같은 코드 및 기계로 판독 가능하거나 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 저장된 기저 또는 처리된 데이터로 실행될 수 있다.

본 명세서에 기술된 예시적인 실시 예들은 다양한 MIMO 프리코딩 시스템들 및 이를 이용한 방법들에 관한 것이지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 명세서에 기재된 MIMO 프리코딩 시스템 및 설계 방법의 다양한 실시 예들은 등록되었거나, IEEE 802.16e, 3GPP-LTE, DVB, 및 다른 다중 사용자 MIMO 시스템들과 같은 무선 통신 표준과 관련하여 구현될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 특정 실시 예들은 단지 예시적 목적으로 사용되었으며, 본 발명의 권리 범위를 제안하여서는 안 된다. 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

혜택들, 다른 이점들, 및 문제들에 대한 해결책들이 특정 실시 예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 혜택, 이점, 또는 해결책을 발생시키거나 이들을 더 확실히 만드는 상기 혜택들, 이점들, 문제에 대한 해결책들, 및 다른 요소(들)는 모든 청구항들에 대한 주요한, 필요한, 또는 필수적인 특징 또는 요소로 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "포함하다" 및 "포함하는"의 용어들 또는 이들의 변형은 구성 요소들의 목록을 포함하는 과정, 방법, 제품, 또는 장치가 이러한 구성 요소들만을 포함하는 것이 아니라 목록에 열거되지 않고, 과정, 방법, 제품, 또는 장치에 고유한 다른 구성 요소들을 포함하도록 비 배타적 포함의 의미를 내포한다.

Claims (17)

1. n개의 코드워드들(n은 자연수)을 m개의 레이어들(m은 n보다 크나 n의 배수가 아님)에 매핑하여 m개의 심볼들의 세트를 출력하는 단계;
   모든 코드워드들이 동일한 안테나 포트들과 안테나 상관성을 갖도록 프리코딩 행렬을 사용하여 매핑된 m개의 심볼들의 세트들을 프리코딩하는 단계; 및
   상기 프리코딩된 심볼들의 세트들을 포함하는 신호들을 전송하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 매핑하여 m개의 심볼들의 세트를 출력하는 단계는 레이어 이동(layer shifting)에 의해 n개의 코드워드들을 m개의 레이어들에 매핑하고,
   상기 프리코딩하는 단계에서 상기 레이어 이동에 의해 레이어들의 변경에 대응하여 매핑된 m개의 심볼들의 세트들을 프리코딩하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프리코딩하는 단계에서, U는 코드북의 기초 행렬이고 ∧은 전력 할당 행렬이며 U와 ∧는 레이어가 아닌 각 코드워드에 대해 최적화되고 U는 모든 코드워드들이 동일한 안테나 포트들과 안테나 상관성을 갖도록 만드는, U×∧의 프리코딩 행렬에 의해 레이어들의 변경에 대응하여 매핑된 m개의 심볼들의 세트들을 프리코딩하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 n은 2이고 m은 3인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 코드북에 대한 기초 행렬 U는 다음의 행렬들 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
   

   
6. 제5항에 있어서, 상기 전력 할당 행렬 ∧는

   

   로 λ₁,λ₂,λ₃은 전력 할당 요소이고 λ₁ +λ₂ +λ₃ =1이며, λ₁ ,λ₂ ,λ₃는 각 코드워드를 최적의 전력 할당을 갖도록 만드는 것을 특징으로 하는 방법.
7. n개의 코드워드들(n은 자연수)을 m개의 레이어들(m은 n보다 크나 n의 배수가 아님)에 매핑하여 m개의 심볼들의 세트를 출력하는 레이어 맵퍼; 및
   모든 코드워드들이 동일한 안테나 포트들과 안테나 상관성을 갖도록 프리코딩 행렬을 사용하여 매핑된 m개의 심볼들의 세트들을 프리코딩하는 프리코더를 포함하는 송신장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 레이어 맵퍼는 레이어 이동(layer shifting)에 의해 n개의 코드워드들을 m개의 레이어들에 매핑하고, 상기 프리코더는 상기 레이어 이동에 의해 레이어들의 변경에 대응하여 매핑된 m개의 심볼들의 세트들을 프리코딩하는 것을 특징으로 하는 송신장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 프리코더는 U는 코드북의 기초 행렬이고 ∧은 전력 할당 행렬이며 U와 ∧는 레이어가 아닌 각 코드워드에 대해 최적화되고 U는 모든 코드워드들이 동일한 안테나 포트들과 안테나 상관성을 갖도록 만드는, U×∧의 프리코딩 행렬에 의해 레이어들의 변경에 대응하여 매핑된 m개의 심볼들의 세트들을 프리코딩하는 것을 특징으로 하는 송신장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 n은 2이고 m은 3인 것을 특징으로 하는 송신장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 코드북에 대한 기초 행렬 U는 다음의 행렬들 중 하나인 것을 특징으로 하는 송신장치.
    

    
12. 제11항에 있어서,
    상기 전력 할당 행렬 ∧는

    

    로 λ₁,λ₂,λ₃은 전력 할당 요소이고 λ₁ +λ₂ +λ₃ =1이며, λ₁ ,λ₂ ,λ₃는 각 코드워드를 최적의 전력 할당을 갖도록 만드는 것을 특징으로 하는 송신장치.
13. 수신된 신호로부터 채널 상태를 추정하는 채널추정부;
    송신장치의 프리코딩 행렬의 역행렬을 사용하여 상기 수신된 신호를 디코딩하여 데이터 심볼들을 복구하는 포스트-디코더; 및
    송신장치의 레이어 맵퍼에 의해 수행되는 매핑에 상응하는 방법으로 디코딩된 심볼 스트림들을 디맵핑하여 원 데이터 심볼들을 복원하는 레이어 디맵퍼를 포함하는 수신장치.
14. n개의 코드워드들(n은 자연수)을 m개의 레이어들(m은 n보다 크나 n의 배수가 아님)에 매핑하여 m개의 심볼들의 세트를 출력하는 단계;
    U는 코드북의 기초 행렬이고 ∧은 전력 할당 행렬이며 U와 ∧는 레이어가 아닌 각 코드워드에 대해 최적화되고 U는 모든 코드워드들이 동일한 안테나 포트들과 안테나 상관성을 갖도록 만드는, U×∧의 프리코딩 행렬에 의해 매핑된 m개의 심볼들의 세트들을 프리코딩하는 단계; 및
    상기 프리코딩된 심볼들의 세트들을 포함하는 신호들을 전송하는 단계를 포함하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 n은 2이고 m은 3인 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 코드북에 대한 기초 행렬 U는 다음의 행렬들 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
    

    
17. 제16항에 있어서,
    상기 전력 할당 행렬 ∧는

    

    로 λ₁,λ₂,λ₃은 전력 할당 요소이고 λ₁ +λ₂ +λ₃ =1이며, λ₁ ,λ₂ ,λ₃는 각 코드워드를 최적의 전력 할당을 갖도록 만드는 것을 특징으로 하는 방법.

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