KR20140076002A - 다단계 코드북 부분집합 제한방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 프리코딩을 위한 다단계 코드북 부분집합 제한방법으로서, 기지국에서 단말로 제공하는 코드북에 프리코딩 행렬의 제한여부를 다수의 단계로 구분하는 가중치를 적용하여 제공하고, 단말이 하향링크 채널 상태를 참조하여 데이터 전송에 적합한 프리코딩 행렬을 가중치가 적용된 코드북을 이용하여 동적으로 선택하여 기지국에 피드백하도록 함으로써, 기지국에서 단말에 대한 프리코딩을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 한다.

Description

다단계 코드북 부분집합 제한방법{MULTI-LEVEL CODEBOOK SUBSET RESTRICTION METHOD}

본 발명은 다중안테나 무선통신 환경에서 데이터 전송에 관한 것으로, 특히 다중안테나 무선통신 시스템의 데이터 전송에 있어서, 기지국(base station)에서 단말(user element)로 제공하는 코드북(code book)에 프리코딩 행렬(precoding matrix)의 제한여부를 다수의 단계로 구분하는 가중치를 적용하여 제공하고, 단말이 하향링크(downlink) 채널 상태를 참조하여 데이터 전송에 적합한 프리코딩 행렬을 가중치가 적용된 코드북을 이용하여 동적으로 선택하여 기지국에 피드백(feedback)하도록 함으로써, 다중안테나 무선통신 환경의 기지국에서 단말에 대한 프리코딩을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 다단계 코드북 부분집합 제한방법에 관한 것이다.

일반적으로, 다중안테나 무선통신 시스템은 다수의 송신 안테나에서 서로 다른 데이터를 전송할 수 있고, 이에 따라 다수의 공간 계층(spatial layer)을 가질 수 있다. 또한, 다수의 계층마다 채널품질정보가 필요하게 되고, 단말이 기지국으로 전송하여야 하는 제어정보의 양도 그 만큼 많아지게 되며, 단말은 다수의 계층에 대한 프리코딩 행렬 정보(Precoding Matrix Information; PMI)와 랭크 정보(Rank Information; RI)도 기지국으로 전송하여야 한다.

이에 따라, 다중안테나 무선통신 시스템에서, 단말은 미리 정의된 코드북(codebook)과 하향링크 채널상태를 참조하여 데이터 전송에 적합한 프리코딩(precoding) 행렬을 선택하고 기지국에 피드백 함으로써 기지국이 링크에 적응하도록 돕는 기술을 사용하고 있다.

즉, 단말은 데이터 전송에 필요한 채널 정보를 포함하는 피드백 메시지를 상향링크를 통해 기지국으로 전송하고, 기지국은 단말로부터 수신한 피드백 메시지를 이용하여 무선자원을 스케줄링하고, 데이터를 전송할 수 있다.

한편, 특정 단말로 하여금 상기 코드북에 속하는 프리코딩 행렬 중 일부를 사용하지 못하도록 제한하기도 한다. 단말의 피드백 정보 계산량을 줄이기 위해 도입된 방법인데, 시스템 성능 측면에서도 도움이 된다는 보고도 있다. 즉 차원(dimensional)이 높은 프리코딩 행렬은 특정 단말에 대한 데이터 전송률을 향상시킬 수 있지만, 다른 단말에게 상대적으로 큰 간섭을 유발할 수 있어 시스템 전체의 성능에는 역효과를 끼칠 수 있다.

일례로 3GPP LTE 시스템에서는 코드북에 속한 각 행렬에 비트를 할당하여 구성된 비트맵(bitmap) 정보를 단말에 전송하고 해당 비트가 '0'인 행렬은 단말이 선택하지 못하게 하는 방법을 채택하고 있다.

그러나, 위와 같이 단말이 피드백 정보를 계산함에 있어서, 특정 프리코딩 행렬의 제한 여부만을 나타내는 종래의 코드북 제한 방법에서는 특정 프리코딩 행렬의 제한 또는 허용 등으로만 표시하고 있어 단말의 상태를 동적으로 반영할 수 없었던 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허번호 10-2009-0039578호 공개일자 2009년 04월 22일에는 무선 통신 시스템에서 피드백 메시지 전송 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.

따라서, 본 발명은 무선통신 시스템의 데이터 전송에 있어서, 기지국에서 단말로 제공하는 코드북에 프리코딩 행렬의 제한여부를 다수의 단계로 구분하는 가중치를 적용하여 제공하고, 단말이 하향링크 채널 상태를 참조하여 데이터 전송에 적합한 프리코딩 행렬을 가중치가 적용된 코드북을 이용하여 동적으로 선택하여 기지국에 피드백하도록 함으로써, 다중안테나 무선통신 환경의 기지국에서 단말에 대한 프리코딩을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 다단계 코드북 부분집합 제한방법을 제공하고자 한다.

상술한 본 발명은 무선통신 시스템에서 다단계 코드북 부분집합 제한방법으로서, 기지국에서 프리코딩 행렬별 사용 제한 여부의 제1정보와 사용 제한 정도의 제2정보를 표시한 다단계 코드북 부분집합을 단말로 전송하는 단계와, 상기 단말에서 상기 제1정보와 제2정보를 이용하여 프리코딩 행렬을 선택하고, 선택된 프리코딩 행렬의 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계와, 상기 기지국에서 상기 프리코딩 행렬의 정보를 이용하여 상기 단말에 대한 프리코딩을 수행하고 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명은 무선통신 시스템에서 프리코딩을 위한 다단계 코드북 부분집합 제한방법으로서, 기지국에서 단말로 제공하는 코드북에 프리코딩 행렬의 제한여부를 다수의 단계로 구분하는 가중치를 적용하여 제공하고, 단말이 하향링크 채널 상태를 참조하여 데이터 전송에 적합한 프리코딩 행렬을 가중치가 적용된 코드북을 이용하여 동적으로 선택하여 기지국에 피드백하도록 함으로써, 기지국에서 단말에 대한 프리코딩을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 다중안테나 무선통신 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다단계 코드북 부분집합 제한방법의 신호 처리 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 무선통신 시스템의 개략적인 구성을 도시한 것으로, 무선통신시스템은 단말(User Equipment : UE)(100) 및 기지국(Base Station : BS)(200)을 포함할 수 있다.

이하, 도 1을 참조하면, 먼저 단말(100)은 무선 통신에서의 사용자 단말을 의미하는 포괄적 개념으로서, WCDMA 및 LTE, HSPA 등에서의 UE는 물론, GSM에서의 MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등을 포함할 수 있다.

또한, 기지국(200)은 일반적으로 단말(100)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), eNB(evolved Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), 릴레이 노드(Relay Node) 등이 될 수 있다.

위와 같은 무선통신시스템은 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 기법을 사용할 수 있으며, MIMO 무선통신시스템은 전송 용량 증대를 위해 전파 채널에 적합한 프리코딩 행렬(precoding matrix)에 대한 정보를 전송장치에 제공할 수 있다.

이러한 프리코딩 행렬에 대한 정보를 제공함에 있어서, 단말(100)과 기지국(200)은 사용 가능한 N개의 프리코딩 행렬들을 한정하고, 각 프리코딩 행렬을 표시하는 또는 인덱싱하는 인덱스(index) 또는 식별표시를 표현하는 코드북(code book)을 저장한다.

즉, 단말(100)은 전파 채널에 적합한 프리코딩 행렬을 선정하고, 선정한 프리코딩 행렬 정보를 기지국(200)에 송신한다. 그러면, 기지국(200)은 단말(100)로부터 프리코딩 행렬 정보를 수신하고, 이들을 이용하여 MIMO 모드나 단말 선정, 프리코딩 등을 수행한다.

이때, 사용 가능한 프리코딩 행렬들의 수가 많아 코드북의 크기가 클수록 기지국(120)의 프리코딩 성능은 증가하나, 프리코딩 행렬 또는 그 인덱스를 기지국(200)에 보고하기 위한 단말(100)의 피드백(feed back) 오버헤드(overhead)와 단말의 계산량은 증가할 수 있다.

따라서, 보다 효과적인 프리코딩을 위해 큰 크기 코드북을 사용하되 코드북에서 적어도 하나의 프리코딩 행렬을 제한하는 코드북 제한(codebook restriction) 또는 코드북 서브세트 제한(codebook subset restriction)을 사용할 수 있다.

이와 같은, 코드북 제한(codebook restriction)은 다양한 프리코딩 행렬들을 포함하는 코드북을 생성한 후 코드북에서 단말(100) 단위로 제한 또는 허용되는 프리코딩 행렬을 선정하고, 사용이 제한되는 프리코딩 행렬에 대한 코드북 제한정보를 통해 단말(100) 단위로 다른 코드북을 사용하는 기법이다.

한편, 이러한 코드북 제한에 있어서, 종래에는 프리코딩 행렬에 대한 사용여부 정보를 제한 또는 허용 등으로만 표시하여 단말(100)의 상태에 따른 가변적 적용이 불가한 문제점이 있었음은 전술한 바와 같다.

따라서, 본 발명에서는 단말로 제공하는 코드북에 프리코딩 행렬의 제한여부를 다수의 단계로 구분할 수 있도록 가중치를 표시하여 제공하고, 단말이 자신의 하향링크 채널 상태를 참조하여 데이터 전송에 적합한 프리코딩 행렬을 가중치가 적용된 코드북을 이용하여 동적으로 선택하여 기지국에 피드백하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중안테나 무선통신 시스템에서 기지국과 단말간 프리코딩 수행과정의 신호 처리 흐름을 도시한 것이다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 프리코딩 행렬의 가중치가 적용된 코드북을 코드북 부분집합이라고 하고, 이와 같은 코드북 부분집합의 사용을 LTE 시스템을 예를 들어 설명하기로 한다.

LTE 시스템에서는 코드북 부분집합 제한 정보는 비트맵(bitmap) 형태로 기지국(200)으로부터 단말(100)에게 전달된다(S10). 이때, 코드북 부분집합은 각 프리코딩 행렬에 대한 제한 여부를 나타낸 비트를 연접하여 제한정보를 표현하며, 편의상 '0'은 사용 제한, '1'은 사용 허용을 나타내는 것으로 설정할 수 있다.

이어, 일반적으로 단말(100)이 피드백(feedback) 정보를 계산함에 있어, 가능한 프리코딩 행렬 각각에 대해 메트릭(metric)을 계산하고, 이를 비교해 프리코딩 행렬을 선택하는 과정을 거치는데(S12), 이때 단말(100)은 코드북 전체나 일부 프리코딩 행렬에 대해 추가로 할당된 비트를 가중치로 이용할 수 있다. 이와 같은 추가로 할당된 비트는 본 발명에 따라 코드북 부분집합에 포함될 수 있다.

예를 들어, 프리코딩의 사용 제한 정보가 표시된 기존 비트맵 정보상 허용으로 표시된 프리코딩에 대해 추가 비트 '1'이 할당된 경우, 해당 메트릭에 가중치로 1을 곱하고, '0'이 할당된 경우 0과 1 사이의 상수를 가중치로 곱함으로써 프리코딩 사용 제한의 정도에 차이를 둘 수 있다.

즉, 기지국(200)에서는 다수의 비트를 이용해 해당 프리코딩 행렬이 제한되는 정도를 허용 또는 제한 등의 2가지 단계가 아니라, 메트릭 계산에 있어서 가중치가 적용될 수 있도록 추가 비트의 가중치 정보를 삽입하여 코드북 부분집합을 생성할 수 있다.

이에 따라, 단말(100)은 프리코딩 행렬의 사용 제한 정보가 표시된 기존 비트맵 정보에 허용으로 표시된 프리코딩 행렬에 대해, 사용 제한의 정도 표시를 위해 삽입된 추가 비트 정보를 확인하고, 예를 들어 '1'이 할당된 경우 해당 메트릭에 가중치로 1을 곱하고, '0'이 할당된 경우 0과 1 사이의 상수를 가중치로 곱함으로써 각 프리코딩 행렬의 사용 제한 정도에 대한 여러 단계의 값을 구하여 프리코딩 행렬을 선택할 수 있다.

이어, 단말(100)은 이와 같이 선택한 프리코딩 행렬에 대한 정보를 기지국(200)으로 피드백하여 전송한다(S14).

그러면, 기지국(200)에서는 단말(100)로부터 전송된 프리코딩 행렬에 대한 정보를 이용하여 단말에 대한 프리코딩을 수행하고, 데이터를 전송하게 된다(S16).

상기한 바와 같이, 본 발명은 무선통신 시스템에서 프리코딩을 위한 다단계 코드북 부분집합 제한방법으로서, 기지국에서 단말로 제공하는 코드북에 프리코딩 행렬의 제한여부를 다수의 단계로 구분하는 가중치를 적용하여 제공하고, 단말이 하향링크 채널 상태를 참조하여 데이터 전송에 적합한 프리코딩 행렬을 가중치가 적용된 코드북을 이용하여 동적으로 선택하여 기지국에 피드백하도록 함으로써, 기지국에서 단말에 대한 프리코딩을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 한다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

100 : 단말 200 : 기지국

Claims (1)

1. 무선통신 시스템에서 다단계 코드북 부분집합 제한방법으로서,
   기지국에서 프리코딩 행렬별 사용 제한 여부의 제1정보와 사용 제한 정도의 제2정보를 표시한 다단계 코드북 부분집합을 단말로 전송하는 단계와,
   상기 단말에서 상기 제1정보와 제2정보를 이용하여 프리코딩 행렬을 선택하고, 선택된 프리코딩 행렬의 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계와,
   상기 기지국에서 상기 프리코딩 행렬의 정보를 이용하여 상기 단말에 대한 프리코딩을 수행하고 데이터를 전송하는 단계
   를 포함하는 다단계 코드북 부분집합 제한방법.

Images