KR20120135434A - 안테나 어레이를 위한 상관-행렬 피드백 방법 및 시스템 - Google Patents

안테나 어레이를 위한 상관-행렬 피드백 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안테나 어레이를 위한 상관-행렬의 피드백 방법 및 시스템을 제공한다. 상기 방법은: 수신단에서 피드백될 상관 행렬을 나타내기 위해 미리 결정된 기준들에 따라 복수의 코드워드들을 포함한 미리 결정된 상관-행렬 코드북으로부터 하나의 코드워드를 선택하는 단계(300); 및 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북에서 상기 선택된 코드워드의 인덱스를 송신단으로 피드백하는 단계(302)를 포함하며, 각각의 코드워드는 상기 송신단에서 안테나 어레이의 상관 행렬을 근사하기 위한 코드워드 행렬이다. 본 발명에 기초하여, 밀접-배치된 ULA 안테나들 및 그것의 공간 상관의 특성들을 양호하게 이용하고, 대응하는 양자화 및 피드백 코드북이 설계될 수 있고, 피드백 오버헤드 및 계산 복잡성을 감소시킬 수 있고, 따라서 MIMO 시스템과 같은, 공간 상관 보조 시스템의 시스템 성능을 향상시킨다.

Description

안테나 어레이를 위한 상관-행렬 피드백 방법 및 시스템{FEEDBACK METHOD AND SYSTEM OF CORRELATION MATRIX FOR ANTENNA ARRAY}
본 발명의 실시예들은 통신 기술의 분야에 관한 것으로, 특히 안테나 어레이를 위한 상관-행렬 피드백 방법 및 시스템에 관한 것이다.
MIMO 시스템에서, 송신단에서 송신 안테나들의 공간 상관 행렬을 아는 것은 시스템 성능을 크게 향상시킬 수 있다는 것이 잘 알려져 있다. 실제로, 상기 상관 행렬은 사전에 알려질 수 없다. 예를 들면, 주파수-분할 듀플렉스(FDM) 시스템에 대해, 상기 송신단이 양자화 및 피드백을 통해 상기 상관 행렬의 근사치를 알게 하는 것이 필요하다. 그러므로, 상기 피드백 오버헤드 및 양자화 정확성은 MIMO 시스템에서 상관 행렬 피드백에 대한 주요 관심사들이다.
LTE-A의 논의들에서, 다수의 이산 푸리에 변환(DFT) 벡터 코드북들을 통해 양자화된 다수의 고유벡터들 및 균일한 스칼라 코드북을 통해 양자화된 대응하는 고유값들을 피드백하고, 상기 양자화된 고유벡터들 및 고유값들을 갖고 상기 송신단에 상기 상관 행렬을 재구성하는 것이 제안되었다. 마웰(Marwell)은 균일한 스칼라 코드북을 갖고 양자화된 2 또는 4개의 실제 스칼라들을 피드백하고, 상기 양자화된 스칼라들을 갖고 상기 송신단에서 상기 상관 행렬을 재구성하도록 제안하였다. 고유벡터들에 기초하고 스칼라들에 기초한 이들 피드백 해결책들은 상기 공간 상관 행렬 및 특별한 안테나 구성, 예를 들면, 선형 등간격 어레이(uniform linear array; ULA) 안테나들의 행렬 구조를 아직 사용하지 않으며, 따라서 피드백될 데이터의 양은 매우 크고, 이것은 보다 큰 피드백 오버헤드를 야기한다.
현재, 통상적인 안테나 구성으로서 밀접 배치된 ULA 안테나들의 사용을 위해, 대응하는 상관-행렬 피드백 방법이 제공되고 있지 않다. 상기 밀접 배치된 ULA 안테나들에서의 두 개의 안테나들 간의 간격은 매우 작기 때문에, 그것의 상관 행렬은 모든 대각선 엔트리들이 1이라는 점에서 특성화된다. 이러한 특별한 안테나 구성을 위해, 보다 작은 피드백 오버헤드 및 보다 낮은 복잡도를 가진 우수한 시스템 성능을 달성하도록 대응하는 상관 매트릭스 피드백 방법 및 상기 상관 매트릭스의 피드백 및 양자화를 위한 코드북을 설계할 필요가 있다.
상기 문제점들을 고려하여, 본 발명은 안테나 어레이를 위한 상관-행렬 피드백 방법을 제공하며, 상기 방법은:
수신단에서, 피드백될 상관 행렬을 표현하기 위해 미리 결정된 기준에 따라 복수의 코드워드들을 포함하는 미리 결정된 상관-행렬 코드북으로부터 코드워드를 선택하는 단계; 및
상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북에서의 상기 선택된 코드워드의 인덱스를 송신단으로 피드백하는 단계를 포함하며, 각각의 코드워드는 상기 송신단에서 안테나 어레이의 상관 행렬을 근사하기 위한 코드워드 행렬이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 안테나 어레이는 밀접-배치된 선형 등간격 어레이(ULA) 안테나들을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각각의 코드워드 행렬은 상기 상관 행렬을 근사하기 위한 지수 상관 행렬이며, 상기 지수 상관 행렬에서 (i, j)th 엔트리(
Figure pct00001
)는
Figure pct00002
이며, 여기서 e는 자연수를 나타내고, i 및 j는 0보다 크고 N보다 크지 않은 정수들 또는 0보다 작지 않고 N-1보다 크지 않은 정수들이고, N은 상기 송신단에서 상기 안테나 어레이에서의 안테나들의 수를 나타내며, r 및 θ는 양의 실제 값들을 가진 랜덤 변수들이며 서로 독립적이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, r 및 θ의 각각은 그것의 분포에 대응하는 코드북을 가지며, 여기서 θ는 간격(0, 2π]에 균일하게 분포되고, r은 0.5보다 크고 1보다 작다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각각의 코드워드 행렬은 r 및 θ의 코드북들을 사용하여
Figure pct00003
에 기초한 계산에 의해 획득된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 미리 결정된 기준은 행렬 공선형 기준(matrix collinear criterion)을 포함하며, 상기 코드워드를 선택하는 단계는: 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북에서의 각각의 코드워드 행렬과 피드백될 상기 상관 행렬 간의 공직선성(colinearity)을 산출하는 단계, 및 피드백될 상기 상관 행렬을 나타내기 위해 최대 공직선성을 가진 코드워드 행렬을 선택하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 방법은: 상기 수신단으로부터 피드백된 상기 코드워드 인덱스를 수신한 후, 상기 송신단에서 상기 상관 행렬의 근사치를 획득하도록 상기 인덱스를 사용함으로써 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북으로부터 대응하는 코드워드를 획득하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 수신단은 사용자 장비를 포함하며 상기 송신단은 기지국을 포함한다.
본 발명은 또한 안테나 어레이를 위한 상관-행렬 피드백 시스템을 제공하며, 상기 상관-행렬 피드백 시스템은:
수신단에 위치되며 피드백될 상관 행렬을 나타내기 위해 미리 결정된 기준에 따라 복수의 코드워드들을 포함하는 미리 결정된 상관-행렬 코드북으로부터 코드워드를 선택하도록 구성된 선택 디바이스; 및
상기 수신단에 위치되고 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북에서 상기 선택된 코드북의 인덱스를 송신단에 피드백하도록 구성된 피드백 디바이스를 포함하며,
각각의 코드워드는 상기 송신단에서 안테나 어레이의 상관 행렬을 근사하기 위한 코드워드 행렬이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 선택 디바이스는 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북에서의 각각의 코드워드 행렬과 피드백될 상기 상관 행렬 사이의 공직선성을 산출하며, 피드백될 상기 상관 행렬을 나타내기 위해 최대 공직선성을 가진 코드워드 행렬을 선택한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 시스템은: 상기 송신단에 위치되고 상기 송신단이 상기 수신단으로부터 피드백된 상기 코드워드 인덱스를 수신한 후, 상기 상관 행렬의 근사치를 획득하도록, 상기 인덱스를 사용함으로써 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북으로부터 대응하는 코드워드를 획득하도록 구성된 획득 디바이스를 더 포함한다.
종래 기술에서의 양자화 및 피드백 방법들과 비교하여, 본 발명에 따른 상기 상관-행렬 피드백 방법 및 시스템은 상기 밀접-배치된 ULA 안테나들 및 그것의 공간 상관의 특성들을 양호하게 이용하고, 양자화 및 피드백을 위한 대응하는 코드북을 설계하며, MIMO 시스템과 같은 공간 상관 보조 시스템의 시스템 성능을 향상시키기 위해 피드백 오버헤드 및 계산 복잡성을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 애플리케이션 환경의 일 예를 도시하며 상기 송신단으로서 기지국(BS) 및 상기 수신단으로서 사용자 장비(UE)를 예시적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상관-행렬 피드백 시스템의 구조적 블록도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상관-행렬 피드백 방법의 흐름도.
본 발명의 바람직한 실시예들은 본 발명의 상기 및 다른 목적들, 특징들 및 이점들을 보다 명확하게 하기 위해 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
시스템 성능을 향상시키기 위해, MIMO 시스템과 같은 공간 상관 보조 시스템에서, 상기 수신단은 상기 송신단이 상관 행렬의 근사치를 획득하고 원하는 송신 동작들을 수행하기 위해 상기 피드백된 정보를 사용할 수 있도록 상기 관련 안테나 어레이의 공간 상관 행렬을 상기 송신단으로 피드백할 필요가 있다. 상기 밀접-배치된 ULA 안테나들을 사용한 통상적인 안테나 구성을 위해, 본 발명은 ULA 안테나 구성의 특성들을 양호하게 이용하고, 피드백 오버헤드 및 계산 복잡성을 감소시키며, 이러한 종류의 시스템들의 시스템 성능을 향상시키기 위해 대응하는 상관-행렬 피드백 방법 및 시스템을 제공한다.
상기 밀접-배치된 ULA 안테나들에 대한 실제 채널에 관하여, 상기 최대 대각 엔트리에 의해 정규화되는 정규화된 공간 상관 행렬은 지수 상관 모델에 의해 근사될 수 있으며, 여기에서 (i, j)th 엔트리는
Figure pct00004
의 형태이고, 여기에서
Figure pct00005
은 실수이고, 첨자들(i, j)의 값들은 상기 송신단에서의 상기 안테나 어레이들에서의 안테나들의 수에 관련되며,
Figure pct00006
은 ith 안테나 및 jth 안테나의 상관을 나타낸다. 예를 들면, 상기 송신단에서 안테나들의 수가 4이면, i 및 j의 값들은 0 내지 3 또는 1 내지 4의 범위에 있는 정수들이다. 모든 대각 엔트리들은 상기 안테나들이 밀접하게 배치되기 때문에 1과 동일하다(상세하게는, 참조 문서: 1995년 8월, 통신들 상에서의 IEEE 트랜잭션, Vol. 43, No. 8, V. A. Aalo의 "상관된 나카가미-페이딩 환경에서의 최대-비 다이버시티 시스템들의 성능"을 참조하자). 복소 채널을 추가로 고려할 때, 본 출원의 발명자들은 이러한 정규화 모델이 복소 지수 상관 모델로 확대될 수 있다는 것을 주목하며, 여기에서 (i, j)th 엔트리는
Figure pct00007
의 형태이고, 여기서 첨자들(i, j)의 값들은 상기 송신단에서의 안테나 어레이에서의 안테나들의 수에 관련되며,
Figure pct00008
는 ith 안테나 및 jth 안테나의 상관을 나타낸다. 마찬가지로, 상기 안테나들은 밀접하게 배치되기 때문에, r은 1보다 작고 0.5보다 큰 양의 실수이며 θ는 간격(0, 2π]에 균등하게 분배될 수 있다. r 및 θ는 양의 실제 값들을 가진 두 개의 랜덤 변수들로서 간주될 수 있으며 서로 독립적이다.
더욱이, 본 출원의 발명자들은 또한 각각 r 및 θ의 분포들에 대응하는 두 개의 코드북들이 설계될 수 있으며, 상관-행렬 코드북은 상기 r 및 θ의 코드북들을 조합함으로써 생성될 수 있고, 상기 상관-행렬 코드북은 상기 수신단 및 상기 송신단에서 미리 저장된다는 것을 주목한다. 예를 들면, 첫 번째로 상기 시스템 구성 및 성능 요건들에 따르면, 상기 r 및 θ의 코드북들은 예로서, Ar 및 Aθ로 설정될 수 있으며, 이것은 각각 r 및 θ의 분포들을 반영하며, 여기에서 Ar={a, b,..., h}, Aθ={nπ/m|n=0, ...., m-1}, a, b, ..., h는 모두 1보다 작고 0.5보다 큰 양의 실수들이며, m은 0보다 큰 정수이며, 통상적으로 2의 거듭제곱이고, n은 m-1보다 크지 않은 정수이다. 그 다음에, 특정 값들에 대한 r 및 θ의 행렬들이 송신단에서 상기 안테나 어레이에서의 안테나들의 수 및 공식(
Figure pct00009
)에 따라 획득된다. 예를 들면, 대응하는 행렬들은 r=a 및 θ=π/m에 대해 획득되고, 여기에서 이들 행렬들의 치수들은 상기 송신단에서의 안테나 어레이에서의 안테나들의 수와 동일하다, 즉 피드백될 상기 상관 행렬의 치수와 동일하다. 이러한 방식으로, 상기 코드북들(Ar 및 Aθ)에서의 모든 엔트리들은 복수의 행렬들을 획득하기 위해 사용되며 이들 행렬들은 차례로 상기 상관 행렬의 피드백 및 양자화를 위한 상관 행렬 코드북을 구성하기 위해 코드워드들로서 간주된다. 상기 설계 방식에 따르면, 최종 상관 행렬 코드북은 복수의 코드워드들을 포함하며, 여기에서 각각의 코드워드는 상기 송신단에서의 상기 안테나 어레이의 상관 행렬을 근사하기 위한 코드워드 행렬, 예를 들면 상술된 바와 같은 지수 상관 행렬이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 상기 상관-행렬 피드백 시스템 및 방법은 상기 상관 행렬을 근사하거나 또는 양자화하기 위한 행렬-형 코드워드들의 인덱스들을 피드백할 수 있으며, 상기 송신단은 상기 양자화된 고유벡터들, 기존의 방법들에서와 같은 고유값들 또는 스칼라들에 따라 상기 송신단에서 상기 상관 행렬을 재구성하지 않고, 상기 인덱스들에 따라 상기 상관 행렬의 근사되거나 또는 양자화된 행렬을 직접 획득할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 상기 상관-행렬 피드백 시스템 및 방법은 상기 계산 복잡성을 감소시킬 수 있다.
상기 코드북들(Ar 및 Aθ)의 예들 및 최종적으로-획득된 상관-행렬 코드북의 예들이 아래의 설명에 제공된다.
이후, 본 발명에 따른 안테나 어레이를 위한 상기 상관-행렬 피드백 시스템 및 방법이 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명되며, 여기에서 상기와 같이 설계된 상관-행렬 코드북들은 상관 행렬의 양자화 및 피드백을 위해 사용된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 적용 환경의 일 예를 도시하며, 송신단으로서 기지국(BS) 및 수신단으로서 사용자 장비(UE)를 개략적으로 도시한다. 여기에서, 상관 보조 MU-MIMO(다중-사용자 다중-입력 다중-출력) 시스템이 고려될 수 있으며, 여기에서 상기 기지국은 상기 밀접 배치된 ULA 안테나들을 가진 안테나 구성을 가진, 3GPP LTE의 무선 통신 적용 환경에서의 향상된 기지국(eNB)일 수 있다. 이 기술분야의 숙련자들은 본 발명의 시스템 및 방법이 임의의 다른 적절한 통신 시스템들 또는 환경들에 적용될 수 있으며, 상기 송신단 및 수신단은 또한 임의의 다른 적절한 장치들 또는 디바이스들일 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 다음의 설명에서, 본 발명을 위해 필요하지 않은 상세들 및 기능들 및 이 기술분야의 숙련자들에 의해 잘 알려진 상세들 및 기능들은 본 발명의 이해시 혼동을 방지하기 위해 생략된다.
상관 행렬 코드북은 기지국(BS) 및 사용자 장비들(UE들)에 미리 저장된다. 상기 사용자 장비(UE)는 피드백될 상기 상관 행렬을 나타내기 위해 미리 결정된 기준에 따라 상기 상관-행렬 코드북으로부터 코드워드를 선택하고, 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북에서의 상기 선택된 코드워드의 인덱스를 상기 기지국(BS)으로 피드백하며, 여기서 상기 인덱스는 어떤 코드워드가 선택된 코드워드인지를 나타내는 값일 수 있다. 게다가, 상기 미리 결정된 기준은 행렬 공선형 기준일 수 있으며, 상기 사용자 장비(UE)는 상기 상관-행렬 코드북에서의 각각의 코드워드 행렬과 피드백될 상관 행렬 사이의 공직선성을 산출하고, 피드백될 상기 상관 행렬을 나타내기 위해 최대 공직선성을 가진 코드워드 행렬을 선택한다. 상기 기지국(BS)은, 상기 수신단으로부터 피드백될 상기 코드워드 인덱스를 수신한 후, 상기 상관 행렬의 근사치를 획득하도록, 상기 미리-저장된 상관-행렬 코드북으로부터 대응하는 코드워드를 획득하기 위해 상기 인덱스를 사용한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상관-행렬 피드백 시스템의 구조적 블록도를 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 상관-행렬 피드백 시스템(20)은 상기 사용자 장비(UE)(즉, 상기 수신단)에 위치되며 피드백될 상기 상관 행렬을 나타내기 위해 미리 결정된 기준에 따라 복수의 코드워드들을 포함하는 미리 결정된 상관-행렬 코드북으로부터 하나의 코드워드를 선택하도록 구성된 선택 디바이스(202); 및 상기 사용자 장비(UE)(즉, 상기 수신단)에 위치되고 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북에서 상기 선택된 코드워드의 상기 인덱스를 상기 기지국(BS)(즉, 상기 송신단)에 피드백하도록 구성된 피드백 디바이스(204)를 포함한다. 상기 상관-행렬 피드백 시스템(20)은 상기 기지국(BS)(즉, 상기 송신단)에 위치되고, 상기 기지국(BS)이 상기 사용자 장비(UE)로부터 피드백된 상기 코드워드 인덱스를 수신한 후, 상기 상관 행렬의 근사치를 획득하도록, 상기 인덱스를 사용함으로써 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북으로부터 대응하는 코드워드를 획득하도록 구성된 획득 디바이스(206)를 더 포함할 수 있다.
상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북은 상기와 같이 설계되고 구성된 상관-행렬 코드북이다. 아래에, 상기 상관-행렬 코드북의 두 개의 예들이 4개의 송신 안테나들을 가진 상기 밀접-배치된 ULA 안테나 구성에 대하여 설명되며, 여기서 복소 지수 상관 모델 및 계산 공식(
Figure pct00010
)이 사용된다.
예 1
Ar={0.6, 0.8}, Aθ={nπ/4|n=0,..., 7}
Figure pct00011
여기에서, 상기 상관-행렬 코드북에서의 코드워드들의 수는 상기 코드북(Ar)에서의 요소들의 수 및 Aθ에서의 요소들의 수의 곱, 즉 2×8=16이다. 상기 코드워드들의 인덱스들은 각각 n=0,..., 7 및 n=8,..., 15이며, 즉 단지 4개의 비트들만이 상기 선택된 코드워드들의 인덱스들을 상기 송신단으로 피드백하기에 충분하다.
예 2
Ar={0.6, 0.8}, Aθ={nπ/16|n=0,..., 31}
Figure pct00012
여기에서, 상기 상관-행렬 코드북에서의 코드워드들의 수는 상기 코드북(Ar)에서의 요소들의 수 및 Aθ에서의 요소들의 수의 곱, 즉 2×32=64이다. 상기 코드워드들의 인덱스들은 각각 n=0,..., 31 및 n=32,..., 63이며, 즉 단지 6개의 비트들만이 상기 선택된 코드워드들의 인덱스들을 상기 송신단으로 피드백하기에 충분하다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 상기 시스템 및 방법은 단지 예들로서 설명된다. Ar 및 Aθ에서의 요소들(r 및 θ)의 수 및 값들은 시스템 구성, 적용 요건들 및 경험들 등과 같은 이러한 인자들에 의존하여 설정될 수 있지만, 본 발명은 상기 예들에 제한되지 않는다.
상기 선택 디바이스(202)가 상기 상관-행렬 코드북으로부터 하나의 코드워드를 선택할 때, 그것은 미리 결정된 기준을 사용함으로써 상기 선택을 수행할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 공직선성 기준은 피드백을 위해 피드백될 상기 상관 행렬을 가진 최대 공직선성을 가진 상기 코드워드를 선택하도록 이용될 수 있다. 상기 선택 디바이스(202)는 다음의 공식에 따라 각각의 코드워드 및 상기 상관 행렬 사이의 공직선성을 산출할 수 있으며,
Figure pct00013
상기 최대 공직선성을 가진 상기 코드워드를 결정할 수 있다. 상기 공식에서, R은 피드백될 상관 행렬이고, Ri는 상기 상관-행렬 코드북(R)에서의 ith 코드북이고, H는 에르미트 전치(Hermitian Transpose)의 연산 심볼을 나타내고, ∥∥F는 프로베니우스 놈(Frobenius norm)을 나타내고, tr()은 상기 행렬의 트레이스를 나타내고, argmax()는 괄호들에서의 표현의 값이 최대일 수 있게 하는 파라미터를 나타내고, Rk는 상기 상관 행렬을 근사하거나 또는 양자화하기 위한 선택된 코드워드, 즉
Figure pct00014
이다. 이 기술분야의 숙련자들은 상기 공직선성 기준 외에, 임의의 다른 적절한 기준들이 코드워드를 선택하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 예를 들면, 유클리드 거리 기준(Euclidian distance criterion)이 피드백을 위해 상기 상관 행렬에 대한 최소 거리를 가진 코드워드를 선택하도록 사용될 수 있다.
상기 선택 디바이스(202)가 피드백될 상기 상관 행렬을 나타내기 위한 코드워드를 선택한 후(즉, 피드백될 상기 상관 행렬을 근사하고 양자화하기 위한 행렬을 선택한 후), 상기 피드백 디바이스(204)는 상기 상관-행렬에서 선택된 코드워드의 인덱스를 상기 송신단에 피드백한다. 예를 들면, 상기 선택 디바이스(202)는 상기 상관 행렬을 근사하거나 또는 양자화하기 위해 예 1에서 상기 코드워드(R2)를 선택하며, 상기 피드백 디바이스(204)는 값 2, 즉 4개의 비트들("0010")을 상기 송신단에 피드백한다.
상기 사용자 장비(UE)로부터 피드백된 상기 코드워드 인덱스(예로서, "0010")를 상기 송신단에서 수신한 후, 상기 획득 디바이스(206)는 상기 상관 행렬의 근사(
Figure pct00015
)를 획득하도록 상기 인덱스를 사용하여 상기 상관-행렬 코드북으로부터 대응하는 코드워드(예로서, R2)을 획득한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상관-행렬 피드백 방법의 흐름도를 도시한다. 도 2에 도시된 상기 시스템과 결합하여, 단계(300)에서, 상기 선택 디바이스(202)는 피드백될 상기 상관 행렬을 나타내기 위해, 미리 결정된 기준에 따라 상기 상관-행렬 코드북으로부터 하나의 코드워드를 선택한다. 단계(302)에서, 상기 피드백 디바이스(204)는 상기 상관-행렬 코드북에서의 상기 선택된 코드워드의 인덱스를 상기 송신단에 피드백한다. 단계(304)에서, 상기 송신단이 상기 수신단으로부터 피드백된 상기 코드워드 인덱스를 수신한 후, 상기 획득 디바이스(206)는 상기 상관 행렬의 근사를 획득하도록 상기 인덱스를 사용하여 상기 상관-행렬 코드북으로부터 대응하는 코드워드를 획득한다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 종래 기술에서의 상기 양자화 및 피드백 방법들과 비교하여, 본 발명에 따른 상기 상관-행렬 피드백 방법 및 시스템은 MIMO 시스템과 같은 공간 상관 보조 시스템의 시스템 성능을 향상시키기 위해 상기 밀접-배치된 ULA 안테나들의 특성들 및 그것의 공간 상관을 양호하게 이용하고, 양자화 및 피드백을 위한 대응하는 코드북을 설계하며, 피드백 오버헤드 및 계산 복잡성을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 이점들을 보다 구체화하기 위해, 본 발명에 따른 상기 상관-행렬 피드백 방법 및 시스템의 시뮬레이션 데이터가 다음과 같이 제공된다.
상기 예 1 및 예 2에서의 상기 코드북 설계들은 상기 기지국(BS)이 4개의 반-파장 이격된 ULA 안테나들 및 각각의 UE가 2개의 안테나들을 가진 공간 상관 보조 MU-MIMO 시스템의 경우로 적용된다. 상기 시스템 시뮬레이션 결과들은 다음과 같다:
Figure pct00016
상기 시뮬레이션 환경을 위한 특정 파라미터들은 다음과 같다:
Figure pct00017
피드백 비트들의 수(즉, 피드백 오버헤드)가 동일할 때, 본 발명의 상기 상관-행렬 시스템 및 방법은 보다 양호한 시스템 성능을 달성할 수 있다는 것이 상기 시스템 시뮬레이션 결과들로부터 이해될 수 있다. 한편, 상기 시스템 성능이 실질적으로 동일할 때, 본 발명의 상기 상관-행렬 시스템 및 방법의 피드백 오버헤드는 보다 낮다. 한편, 본 발명의 상기 상관-행렬 시스템 및 방법이 상기 상관 행렬을 근사하고 양자화하기 위한 상기 행렬-형 코드워드의 인덱스를 피드백하며, 상기 송신단은 상기 양자화된 고유벡터들, 기존의 방법들에서와 같은 고유값들 또는 스칼라들에 따라 상기 송신단에서 상기 상관 행렬을 재구성하지 않고, 상기 인덱스에 따라 상기 상관 행렬의 근사되거나 또는 양자화된 행렬을 직접 획득할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 상기 상관-행렬 피드백 시스템 및 방법은 피드백 오버헤드 및 계산 복잡성을 감소시킬 수 있고, 그에 의해 시스템 성능을 향상시킨다.
복수의 실시예들은 상기 설명에서 각각읜 단계들을 위해 열거된다. 비록 본 발명자들은 상호 연관된 경우들을 나타내도록 노력했지만, 이들 경우들은 대응하는 일련 번호들에 따라 대응 관계를 가져야 한다는 것을 의미하지 않는다. 상기 선택된 경우들에 대한 주어진 조건들 사이에 모순이 존재하지 않는 한, 상기 일련 번호들이 대응하지 않는 경우들은 대응하는 기술적 해결책을 구성하기 위해 상이한 단계들에서 선택될 수 있으며, 이러한 기술적 해결책은 또한 본 발명의 범위에 속하는 것으로서 간주되어야 한다.
이 기술분야의 숙련자들은 상기 방법의 상이한 단계들이 프로그래밍 컴퓨터를 통해 이용될 수 있다는 것을 쉽게 이해해야 한다. 여기에서, 몇몇 실시예들은 마찬가지로 기계-판독가능하거나 또는 컴퓨터-판독가능한 프로그램 저장 디바이스(예를 들면, 디지털 데이터 저장 매체) 및 인코딩-기계-실행가능하거나 또는 컴퓨터-실행가능한 프로그램 명령들을 포함하며, 여기에서 상기 명령들은 상기 방법들의 상기 단계들의 일부 또는 모두를 실행한다. 상기 프로그램 저장 디바이스는 예를 들면 디지털 저장장치, 자기 저장 매체(자기 디스켓 또는 자기 테이프와 같은), 하드웨어, 또는 광학적으로 판독가능한 디지털 데이터 저장 매체일 수 있다. 상기 실시예들은 또한 상기 방법의 상기 단계들을 수행하기 위한 프로그래밍 컴퓨터를 포함한다.
상기 설명에서, 본 발명의 기술적 해결책은 단지 예들로서 도시되지만, 본 발명은 상기 단계들 및 유닛 구조들에 제한된다는 것을 의미하지 않는다는 것이 주의되어야 한다. 가능한 시나리오들에서, 상기 단계들 및 유닛 구조들은 요구대로 조정되고, 선택되거나 또는 폐기될 수 있다. 따라서, 몇몇 단계들 및 유닛들은 본 발명의 일반적인 발명 개념을 구현하기 위해 필요한 필수적인 요소들은 아니다. 따라서, 본 발명의 필수적인 기술적 특징들은 상기 인스턴스들에 의해 제한되지 않고, 본 발명의 일반적인 발명적 아이디어를 구현할 수 있는 최소의 요건들에 의해서만 제한된다.
지금까지, 본 발명은 상기 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되어 왔다. 이 기술분야의 숙련자들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 종류들의 다른 변화들, 대체들 및 부가들을 할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 특정 실시예들에 제한되지 않으며, 이것은 첨부된 청구항들에 의해 정의되어야 한다.
20: 상관-행렬 피드백 시스템 202: 선택 디바이스
204: 피드백 디바이스 206: 획득 디바이스

Claims (13)

  1. 안테나 어레이를 위한 상관-행렬 피드백 방법에 있어서,
    수신단에서, 피드백될 상관 행렬을 나타내기 위해, 미리 결정된 기준에 따라 복수의 코드워드들을 포함한 미리 결정된 상관-행렬 코드북으로부터 하나의 코드워드를 선택하는 단계; 및
    상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북에서 상기 선택된 코드워드의 인덱스를 송신단에 피드백하는 단계를 포함하며,
    각각의 코드워드는 상기 송신단에서 안테나 어레이의 상관 행렬을 근사하기 위한 코드워드 행렬인, 상관-행렬 피드백 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안타네 어레이는 밀접-배치된 선형 등간격 어레이(uniform linear array; ULA) 안테나들을 포함하는, 상관-행렬 피드백 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 코드워드 행렬은 상기 상관 행렬을 근사하기 위한 지수 상관 행렬이며, 상기 지수 상관 행렬에서의 (i, j)th 엔트리(
    Figure pct00018
    )는
    Figure pct00019
    이고, 상기 e는 자연수를 나타내고, i 및 j는 0보다 크고 N보다 크지 않은 정수들 또는 0보다 작지 않고 N-1보다 크지 않은 정수들이며, N은 상기 송신단에서 상기 안테나 어레이에서의 안테나들의 수를 나타내며, r 및 θ는 양의 실제 값들을 가진 랜덤 변수들이고 서로 독립적인, 상관-행렬 피드백 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    r 및 θ의 각각은 그것의 분포에 대응하는 코드북을 갖는, 상관-행렬 피드백 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    θ는 간격 (0,2π]에 균일하게 분포되는, 상관-행렬 피드백 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    r은 0.5보다 크고 1보다 작은, 상관-행렬 피드백 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    각각의 코드워드 행렬은 r 및 θ의 상기 코드북들을 사용하여
    Figure pct00020
    에 기초한 계산에 의해 획득되는, 상관-행렬 피드백 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 기준은 행렬 공선형 기준을 포함하며,
    코드워드를 선택하는 단계는:
    상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북에서의 각각의 코드워드 행렬 및 피드백될 상기 상관 행렬 사이에서의 공직선성(colinearity)을 산출하는 단계, 및 피드백될 상기 상관 행렬을 나타내기 위해 최대 공직선성을 가진 코드워드 행렬을 선택하는 단계를 포함하는, 상관-행렬 피드백 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신단으로부터 피드백된 상기 코드워드 인덱스를 수신한 후, 상기 송신단에서, 상기 상관 행렬의 근사치를 획득하도록 상기 인덱스를 사용함으로써 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북으로부터 대응하는 코드워드를 획득하는 단계를 추가로 포함하는, 상관-행렬 피드백 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신단은 사용자 장비를 포함하고 상기 송신단은 기지국을 포함하는, 상관-행렬 피드백 방법.
  11. 안테나 어레이를 위한 상관-행렬 피드백 시스템에 있어서,
    수신단에 위치되고 피드백될 상관 행렬을 나타내기 위해 미리 결정된 기준에 따라 복수의 코드워드들을 포함하는 미리 결정된 상관-행렬 코드북으로부터 하나의 코드워드를 선택하도록 구성된 선택 디바이스; 및
    수신단에 위치되고 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북에서 상기 선택된 코드워드의 인덱스를 송신단에 피드백하도록 구성된 피드백 디바이스를 포함하며,
    각각의 코드워드는 상기 송신단에서 안테나 어레이의 상관 행렬을 근사하기 위한 코드워드 행렬인, 안테나 어레이를 위한 상관-행렬 피드백 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 기준은 행렬 공선형 기준을 포함하며,
    상기 선택 디바이스는 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북에서의 각각의 코드워드 행렬 및 피드백될 상기 상관 행렬 사이에서의 공직선성을 산출하고, 피드백될 상기 상관 행렬을 나타내기 위해 최대 공직선성을 가진 코드워드 행렬을 선택하는, 안테나 어레이를 위한 상관-행렬 피드백 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 송신단에 위치되고, 상기 송신단이 상기 수신단으로부터 피드백된 상기 코드워드 인덱스를 수신한 후, 상기 상관 행렬의 근사치를 획득하도록 상기 인덱스를 사용함으로써 상기 미리 결정된 상관-행렬 코드북으로부터 대응하는 코드워드를 획득하도록 구성된 획득 디바이스를 추가로 포함하는, 안테나 어레이를 위한 상관-행렬 피드백 시스템.
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