KR20140079222A - 다중 셀 무선 통신 시스템에서 복수의 셀들을 사용한 mimo 송신 방법 및 장치 - Google Patents

다중 셀 무선 통신 시스템에서 복수의 셀들을 사용한 mimo 송신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 다중 셀 무선 통신 시스템에서 기지국이 복수의 셀들의 안테나들을 사용한 다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple-input multiple output) 송신 방법에 있어서, 상기 기지국 및 단말의 측정 정보를 기반으로, 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위한 셀 들 및 랭크값을 선택하고, 상기 랭크값에 따라 프리코딩 매트릭스를 결정하는 과정과, 상기 단말에게 송신할 데이터를 상기 선택된 랭크값에 대응하는 데이터 스트림들로 생성한 후, 상기 데이터 스트림들을 상기 프리코더를 통해서 상기 선택된 셀들의 안테나들에 매핑시켜 상기 단말에게 송신하는 과정을 포함한다.

Description

다중 셀 무선 통신 시스템에서 복수의 셀들을 사용한 MIMO 송신 방법 및 장치{A METHOD AND APPARATUS FOR MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT TRANSMISSION USING A PLURALITY OF CELLS IN A MULTI-CELL COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 다중 셀 무선 통신 시스템에서 복수의 셀들의 안테나들을 사용하여 하향링크(DL: Down Link)에 대한 다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple-input multiple output) 송신하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
복수의 셀들로 구성되는 다중 셀 무선 통신 시스템에서 각 셀은 해당 셀의 안테나를 사용하여 서로 다른 단말에게 독립된 데이터 신호를 송신한다. 이 경우, 하나의 셀에서 하나의 단말에게 동시에 다수의 데이터를 송신하는 다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple input multiple output) 송신 모드를 적용하기 위해서는, 해당 셀 내에 적어도 2개의 안테나들이 설치되어야 한다. 따라서, MIMO 송신을 위해 요구되는 최소 안테나의 수에 대응하는 안테나들이 설치된 조건을 만족하는 셀들만이 MIMO 송신을 수행할 수 있었다. 그리고, 상기 조건을 만족하는 셀의 MIMO 송신 시, 하나의 단말에 대해 동시에 송신할 수 있는 데이터 스트림들의 총 수 역시 해당 셀이 구비한 안테나의 수로 제한되는 단점이 있었다.
본 발명은 다중 셀 무선 통신 시스템에서 복수의 셀들의 안테나들을 사용하여 특정 단말의 하향 링크에 대한 MIMO 송신을 지원하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법은; 다중 셀 무선 통신 시스템에서 기지국이 복수의 셀들의 안테나들을 사용한 다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple-input multiple output) 송신 방법에 있어서, 단말 및 기지국의 측정 정보를 기반으로, 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위한 셀 들 및 랭크값을 선택하고, 상기 랭크값에 따라 프리코딩 매트릭스를 결정하는 과정과, 상기 단말에게 송신할 데이터를 상기 선택된 랭크값에 대응하는 데이터 스트림들로 생성한 후, 상기 데이터 스트림들을 상기 프리코더를 통해서 상기 선택된 셀들의 안테나들에 매핑시켜 상기 단말에게 송신하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 다른 방법은; 다중 셀 무선 통신 시스템에서 단말이 복수의 셀들의 안테나들을 통해서 다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple-input multiple output) 수신 방법에 있어서, 기지국의 서비스 커버리지를 구성하는 셀들 각각으로부터 수신한 기준 신호를 기반으로 측정 정보를 생성하는 과정과, 상기 측정 정보를 상기 기지국으로 전송하는 과정과, 상기 기지국에게 자신의 사운딩 신호를 전송하는 과정과, 상기 셀들 중 상기 측정 정보 및 상기 사운딩 신호를 상기 셀들이 측정하여 획득한 정보를 기반으로 선택된 셀들을 통해서 동시에 데이터 스트림을 수신하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는; 다중 셀 무선 통신 시스템에서 복수의 셀들의 안테나들을 사용한 다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple-input multiple output) 송신 장치에 있어서, 단말 및 기지국의 의 측정 정보를 기반으로, 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위한 셀 들 및 랭크값을 선택하고, 상기 랭크값에 따라 프리코딩 매트릭스를 결정하고, 상기 단말에게 송신할 데이터를 상기 선택된 랭크값에 대응하는 데이터 스트림들로 생성한 후, 상기 데이터 스트림들을 상기 프리코더를 통해서 상기 선택된 셀들의 안테나들에 매핑시켜 상기 단말에게 송신하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 다른 장치는; 다중 셀 무선 통신 시스템에서 단말이 복수의 셀들의 안테나들을 통해서 다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple-input multiple output) 수신하는 단말에 있어서, 기지국의 서비스 커버리지를 구성하는 셀들 각각으로부터 수신한 기준 신호를 기반으로 측정 정보를 생성하는 제어부와, 상기 측정 정보를 상기 기지국으로 전송하고, 상기 기지국에게 자신의 사운딩 신호를 전송하는 과정과, 상기 셀들 중 상기 측정 정보 및 상기 사운딩 신호를 상기 셀들이 측정하여 획득한 정보를 기반으로 선택된 셀들을 통해서 동시에 데이터 스트림을 수신하는 송수신부를 포함한다.
본 발명은 다중 셀 무선 통신 시스템에서 복수의 셀들의 안테나들을 사용하여 특정 단말의 하향 링크에 대한 MIMO 송신 모드를 지원함으로써, 해당 셀에 설치된 안테나의 수에 관계 없이 하향 링크를 위한 MIMO 송신 모드를 적용할 수 있으며, 특정 단말에 대해 동시에 송신되는 데이터 스트림의 수를 증가시키고, 셀 경계 지역에서의 데이터 송신 속도를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 2개의 셀을 이용하여 셀 경계에 위치한 단말에게 수행하는 MIMO 송신의 일 예를 설명하기 위한 도면.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신을 위한 기지국의 구성도의 일 예.
도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신을 위한 기지국의 구성도의 다른 일 예.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신을 지원하기 위한 기지국의 구성도의 또 다른 일 예.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신의 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신의 신호 흐름도의 일 예.
도 6a,b는 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신이 적용된 통신 시스템의 일 예를 각각 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 동작 흐름도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 동작 흐름도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하, 본 발명은 복수개의 셀들의 안테나들을 사용하여 특정 단말의 하향링크(Down Link)에 대한 MIMO 송신을 지원하는 방법 및 장치를 제안한다.
한편, 일반적으로 네트워크를 구성하는 셀들은 각각 고유의 셀 식별자가 부여되며, 상기 셀들 중 동일한 셀 식별자를 갖는 복수의 셀들이 존재할 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 하나의 단말의 하향 링크에 대한 MIMO 송신 시 사용되는 복수의 셀들은 동일한 셀 식별자를 갖거나 각각 서로 다른 셀 식별자를 갖을 수도 있다. 이하, 명세서에서는 설명의 편의상, 동일한 셀 식별자를 가지는 셀들을 이용하여 하나의 단말의 하향 링크에 대한 MIMO 송신을 지원하는 방법을 설명하기로 한다. 그 구체적인 예로, 하나의 기지국의 서비스 커버리지(service coverage)가 3개의 섹터(sector)로 분할되고, 각 섹터가 한 개의 셀로 운용되는 경우를 가정하자. 이 경우, 섹터들의 안테나들을 사용하여 해당 단말의 하향 링크에 대한 MIMO 송신을 수행한다. 이때, 섹터 별로 설치된 안테나의 수는 적어도 하나를 포함하며, 다른 섹터와 동일한 수의 안테나가 설치되거나 다른 수의 안테나가 설치될 수도 있다. 이하, 설명의 편의상, 이하 본 명세서에서는 상기 섹터를 셀로서 칭하기로 한다. 그리고, 설명의 편의상 이하 본 명세서에서는 하나의 셀 식별자를 갖는 셀들에 대해 각 셀 별로 구비한 안테나의 수는 동일한 경우를 예를 들어 설명하였다. 또한, 본 발명에 따라 복수개의 셀들의 안테나들을 이용하여 단말의 하향 링크에 대한 MIMO 송신을 지원하는 방법은 서로 다른 셀 식별자를 갖는 셀들을 통해서도 지원 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 2개의 셀을 이용하여 셀 경계에 위치한 단말에게 수행하는 MIMO 송신의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 기지국(100)은 총 3개의 셀 즉, 셀 1, 셀 2 및 셀 3을 관장하며, 셀 1은 n1 개의 안테나, 셀 2는 n2개의 안테나를 구비한 경우를 가정하자. 일 예로, 도 1에서는 n1, n2 각각이 2인 경우를 가정하자.
그리고 단말(110)은 상기 셀 1 및 셀 2의 경계 영역에 위치하고 있다. 이때, 상기 기지국(100)이 셀 1 및 셀 2 각각이 구비한 안테나들을 모두 사용하여 상기 단말(110)에게 데이터를 송신하기로 결정한 경우를 가정하자. 그러면, 상기 데이터 생성부(102)는 상기 단말(110)에게 송신할 데이터를 상기 셀 1 및 셀 2의 안테나들의 총 수인 n1 + n2 즉, 4 대응하는 수의 데이터 스트림들을 생성한다. 그리고, 상기 데이터 생성부(102)는 상기 데이터 스트림들을 상기 셀 1 및 셀 2 각각에 연결된 무선 유닛(RU: radio unit)1 및 2(104, 106) 각각에 매핑시킨다. 그러면, 상기 RU1(104) 및 RU2(106) 각각은 매핑된 데이터 스트림들을 상기 셀 1 및 셀 2 각각이 구비한 안테나를 통해서 상기 단말(110)에게 송신한다. 결과적으로, 상기 기지국(100)은 상기 단말(110)에게 최대 n1 + n2개의 데이터 스트림을 동시에 송신할 수 있게 된다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신을 위한 기지국의 구성도의 일 예이다.
도 2a를 참조하면, 기지국(200)은 자신이 운용하는 셀들 중 셀 1 및 셀 2 각각에서 1개의 안테나를 구비한 경우를 가정하자. 그리고, 상기 기지국(200)은 상기 셀 1 및 셀 2 경계에 위치한 단말에게 송신할 데이터가 발생한 경우, 상기 단말에게 상기 셀 1 및 셀 2의 안테나들을 사용하여 상기 데이터의 MIMO 송신을 수행하기로 한 경우를 가정하자. 그러면, 상기 데이터 생성부(201)는 상기 데이터를 상기 셀 1 및 셀2의 안테나들의 총 수 즉 2개에 대응하는 데이터 스트림 1, 2로 생성한다. 그리고, 상기 데이터 스트림 1 및 2를 각각 변조부 1(202a) 및 변조부2(202b)에 입력하여 변조를 수행한 후, 프리코더(Precoder)(204)로 입력한다. 상기 프리코더(204)는 상기 변조된 데이터 스트림 1 및 2 각각에 프리코딩(precoding)을 수행하여 상기 셀 1 및 셀 2 각각의 안테나와 연결되는 안테나 포트 1 및 안테나 포트 2로 매핑시켜 각각 RU1(206a) 및 RU2(206b)로 출력한다. 상기 RU1(206a) 및 RU2(206b) 각각은 상기 안테나 포트1 및 안테나 포트2로 출력된 신호를 각각 상기 셀 1의 안테나1(208a) 및 상기 셀2의 안테나2(208b)에 전달함으로써, 상기 단말에게 송신한다.
도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신을 위한 기지국의 구성도의 다른 일 예이다.
도 2b를 참조하면, 이 경우, 기지국(210)은 자신이 운용하는 셀들 중 셀 1 및 셀 2 각각에서 2개의 안테나를 구비한 경우를 가정하자. 즉, 셀 1은 안테나 1(218a) 및 안테나2(218b)를 구비하고, 셀 2는 안테나3(218c) 및 안테나4(218d)를 구비한다. 이 경우, 상기 기지국(200)은 상기 셀 1 및 셀 2 경계에 위치한 단말에게 송신할 데이터가 발생한 경우, 상기 단말에게 상기 셀 1 및 셀 2의 안테나들(218a~d)을 사용하여 상기 데이터의 MIMO 송신을 수행하기로 한 경우를 가정하자. 그러면, 상기 데이터 생성부(211)는 상기 데이터를 상기 셀 1 및 셀 2의 안테나들의 총 수 즉 4개에 대응하는 데이터 스트림 1, 2, 3 및 4로 생성한다. 그리고, 상기 데이터 스트림 1, 2, 3 및 4 각각을 변조부 1(212a) 내지 변조부4(212d) 중 해당 변조부에 입력하여 변조를 수행한 후, 프리코더(Precoder)(214)로 입력한다. 상기 프리코더(214)는 상기 변조된 데이터 스트림 1 내지 4 각각에 프리코딩(precoding)을 수행하여 상기 셀 1 및 셀 2 각각의 안테나와 연결되는 안테나 포트 1 내지 안테나 포트 4로 매핑시켜 각각 RU1(216a) 및 RU2(216b)로 출력한다. 그러면, 상기 RU1(216a)는 상기 안테나 포트1로 출력된 신호를 각각 상기 셀 1의 안테나1(218a) 및 안테나2(218b)에 전달함으로써, 상기 단말에게 송신한다. 마찬가지로, 상기 RU2(216b)는 상기 안테나 포트2로 출력된 신호를 각각 상기 셀 1의 안테나3(218c) 및 안테나4(218d)에 전달함으로써, 상기 단말에게 송신한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신을 지원하기 위한 기지국의 구성도의 또 다른 일 예이다.
도 3을 참조하면, 일 예로, 기지국(300)은 송신 안테나 결정부(302), 프리코더 및 MCS(Modulation and Coding Scheme) 결정부(304) 및 신호 매핑부(306)로 구성된다. 도 1 및 2a,b에서는 따로 도시하지 않았으나, 상기 기지국(300)을 구성하는 블록들은 제어부 형태로 도 1 및 2a,b의 기지국 구성에 포함될 수 있다. 그리고, 도 1 및 2a,b에 따른 기지국의 동작은 이러한 제어부에서 결정된 제어 정보에 따라 수행된다.
한편, 기지국(300)이 포함하는 블록들은 설명의 편의상 동작 별로 구분되어 일 예로 설명한 것일 뿐, 상기 기지국(300)을 구성하는 송신 안테나 결정부(302), 프리코더 및 MCS 결정부(304) 및 신호 매핑부(306)는 하나의 유닛으로 구성되거나, 적어도 2 개의 서브 유닛들로도 분할되어 구현될 수 있음은 물론이다.
먼저, 상기 기지국(300)이 특정 단말 일 예로 단말(310)의 하향 링크에 대한 MIMO 송신을 지원하기로 결정한 경우를 가정하자. 그러면, 상기 송신 안테나 결정부(302)는, 상기 단말(310)로부터 상기 단말(310)의 측정 정보를 수신한다. 여기서, 상기 측정 정보는, 상기 단말(310)이 수신 가능한 최대 스트림 수와, 상기 단말(310)이 상기 기지국(300)으로부터 수신한 기준(reference) 신호를 기반으로 생성한 채널 상태 정보와, 상기 단말(300)에게 송신이 필요한 데이터량 및 상기 단말(300)이 요구하는 서비스 품질 정보(QoS: Quality of Service) 중 적어도 하나를 포함한다. 또한, 상기 송신 안테나 결정부(302)는 상기 기지국(300)이 측정한 정보를 이용한다. 상기 측정 정보는 상기 단말(310)이 송신한 사운딩(sounding) 신호를 수신하여 획득한 정보를 포함한다. 그리고, 상기 기지국(300)이 도 1 내지 도 2a,b와 같이 자신의 서비스 커버리지를 다수의 섹터에 대응하는 셀 형태로 운용할 경우, 해당 셀 별로 상기 단말(310)의 사운딩 신호를 수신하여 획득한 정보를 포함한다. 그리고, 상기의 단말(310) 및 기지국(300)의 측정 정보는 상기 단말(310) 뿐만 아니라 상기 기지국(300)의 서비스 커버리지에 위치한 단말과, 주변 셀에 속한 모든 단말들의 정보를 이용하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 송신 안테나 결정부(320)는 상기 단말(310) 및 기지국(300)의 측정 정보를 기반으로, 상기 특정 단말의 MIMO 송신을 지원하는 즉, 상기 특정 단말에게 하향 링크 데이터를 송신하기 위해 사용할 안테나 집합을 결정한다. 이때, 상기 안테나 집합은 하나의 셀의 안테나들 또는 복수 개의 셀들의 안테나들을 포함하는 형태로 선택될 수 있다. 그리고, 상기 안테나 집합을 구성하는 안테나들의 총 수는 상기 특정 단말에게 동시 송신 가능한 데이터 스트림들의 최대 개수를 의미한다.
상기 프리코더 및 MCS 결정부(304)는 상기 송신 안테나 결정부(302)로부터 결정된 안테나 집합을 구성하는 안테나들의 총 수를 최대값으로 결정한다. 그리고, 상기 프리코더 및 MCS 결정부(304)는 상기 최대값보다 작거나 같은 조건을 만족하도록, 상기 단말(310)에게 실제 송신할 하향링크 데이터 스트림의 수 즉, 랭크값을 결정한다. 그리고, 상기 프리코더 및 MCS 결정부(304)는 상기 결정된 실제 랭크값에 대응하는 프리코딩 매트릭스들로 구성된 프리코더 집합 중 송신에 사용할 프리코딩 매트릭스를 선택한다. 그리고, 상기 프리코더 및 MCS 결정부(304)는 상기 단말(310)에게 실제 송신할 데이터 스트림 별 MCS를 결정한다. 상기 프리코더 및 MCS 결정부(304)는 상기 프리코더 선택 및 MCS 결정 과정에서 상기 단말(300)로부터 수신한 채널 상태 정보, 상기 단말(300)의 사운딩 신호로부터 획득한 정보 및 상기 단말(300)의 하향링크 데이터 송신에 대한 과거 송신 성공 여부(ACK/NACK) 등을 사용한다. 여기서, 상기 프리코딩 매트릭스의 선택 과정은 하기에서 상세히 설명하기로 한다.
상기 신호 매핑부(306)는 상기 단말(300)에게 송신할 데이터가 발생하면, 상기 데이터를 상기 프리코더 및 MCS 결정부(304)에서 결정된 랭크값에 대응하는 수의 데이터 스트림들로 생성한다. 그리고, 상기 신호 매핑부(306)는 상기 데이터 스트림들을 상기 안테나 결정부(302)에서 결정된 송신 안테나들에 매핑하여, 해당 안테나를 통하여 상기 단말(300)에게 동시에 송신되도록 한다. 앞서 설명한, 도 1의 기지국(100) 및 도 2a,b의 기지국(200) 및 (210) 각각은 실질적으로, 상기 신호 매핑부(306)의 지시에 따라 해당 MIMO 송신을 위한 동작을 수행한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 기지국(400)은 자신의 서비스 커버리지를 3개의 섹터 형태 즉, 셀 1 내지 셀 3으로 운용하며, 상기 셀 1 내지 셀 3은 모두 동일한 셀 식별자를 가지며, 각 셀 별로 1개의 안테나가 설치된 경우를 가정하자. 따라서 상기 셀 1 내지 셀 3은 4개의 공용 기준 신호(CRS: common reference signal)를 송신한다.
도 4를 참조하면, 상기 기지국(400)의 셀 1 및 셀 2의 경계 영역에 위치한 단말 1(410)의 경우, 상기 셀 1의 안테나와 상기 셀 2의 안테나를 모두 사용하는 MIMO 송신이 가능하다. 즉, 상기 기지국(400)은 자신 및 상기 단말1(410)의 측정 정보를 사용하여 상기 단말1(410)에 대해 상기 셀 1 및 셀 2의 안테나들을 통해서 총 2개의 하향링크 데이터를 동시에 송신하는 즉, 랭크(rank) 2의 MIMO 송신을 결정한 경우를 가정하자. 이때, 상기 단말 1(410)은 2개 이상의 수신 안테나를 가지고 있다고 가정한다. 이와 동시에, 상기 기지국(400)은 셀 3의 중앙 지역에 위치한 단말 2(420)에 대해서는 상기 셀 3에 설치된 1개의 안테나를 사용하여 SIMO(single-input multiple-out) 송신하기로 결정한 경우를 가정하자.
상기한 바와 같은 기지국(400)은 자신이 운용하는 셀 별로 1개의 안테나가 설치되었음에도 상기 단말1(410)의 하향링크 데이터에 대한 MIMO 송신 지원이 가능하다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신의 신호 흐름도의 일 예이다.
도 5를 참조하면, 도면에 도시하지 않았으나, 도 4의 기지국(400)의 송신 안테나 결정부는 상기 단말1(410)에 대해 자신이 운용하는 셀 1 내지 셀 3 중 도 4의 경우와 같이 셀 1 및 셀 2에 설치된 안테나들을 이용하여 랭크 2의 MIMO 송신하기로 결정한 상태임을 가정하자.
그러면, 상기 기지국(400)의 신호 매핑부(500)는 상기 셀 1 및 셀 2 각각에 고유한 4 x 1 크기의 가상 매핑 벡터(virtual mapping vector)(502a, b)를 할당한다. 그리고, 상기 셀 1 및 셀 2 모두 상기 단말1(410)에게 상기 기지국(400)의 4개의 CRS 신호를 송신한다. 도면에 도시하지 않았으나, 상기 기지국(400)의 데이터 생성부는 상기 단말1(410)에게 송신할 데이터 스트림들 뿐만 아니라 상기 4개의 CRS 신호 역시 생성한다. 이후, 상기 4개의 CRS 신호들은 각각 각 셀 별 할당된 가상 매핑 벡터 즉, 셀 1의 가상 매핑 벡터(502a)와 셀 2의 가상 매핑 벡터(502b)를 통과한 뒤 각 셀 별 RU 즉, 셀 1의 RU(504a) 및 셀 2의 RU(504b)를 셀 별 안테나(506a,b)로 전달된다. 상기 단말1(410)의 데이터 역시 도면에 도시하지 않았으나, 상기 데이터 생성부에 의해서 2개의 데이터 스트림으로 생성된 후, 프리코더(504)를 거친 후, 상기 셀 1의 가상 매핑 벡터(502a) 및 셀 2의 가상 매핑 벡터(502b)로 전달된다. 상기 가상 매핑 벡터들(502a,b)에 대해 프리코더(504)는 본 발명의 실시 예에 따른 조건을 만족하는 매트릭스가 선택된다. 본 발명의 실시 예에 따른 가상 매핑 벡터 및 프리코더에 대해서는, 하기에서 상세히 설명하기로 한다.
그리고, 상기 각 셀 별 가상 매핑 벡터들(502a,b) 각각을 통과한 신호는 각 셀 별 RU 즉, 셀 1의 RU(504a) 및 셀 2의 RU(504b)를 통해서 셀 별 안테나(506a,b)로 전달된다.
본 발명의 실시 예에 따른 가상 매핑 벡터의 조합은 일 예로, 하기 <수학식 1>과 같이 나타내어질 수 있다. <수학식 1>은 일 예로, 상기 기지국(400)이 운용하는 셀은 총 3개이므로, 상기 3개의 셀에 대응하는 가상 매핑 벡터 Vk를 나타낸 것이며, k는 셀의 지시자이다. 즉, 상기 기지국(400)의 셀 1 내지 3 각각의 가상 매핑 벡터는 V1, V2, V3에 매핑된다.
Figure pat00001
한편, 상기 프리코더(504)에서 사용되는 프리코딩 매트릭스는, 상기 셀 1의 가상 매핑 벡터(502a)와 상기 셀 2의 가상 매핑 벡터(502b)에 대해 하기 조건을 만족하는 매트릭스들 중 하나로 선택된다. 즉, 상기 조건을 만족하는 프리코딩 매트릭스는, 상기 단말(410)의 MIMO 송신에 사용할 셀들 즉, 셀 1 및 셀 2 각각의 가상 매핑 벡터 V1, V2 를 각 열로 구성하는 2 x 4 매트릭스와 곱의 랭크가 2로 계산되는 매트릭스가 해당한다. 또는, MIMO 송신에 사용되지 않는 나머지 셀의 가상 매핑 매트릭스와의 곱이 0을 만족하는 매트릭스가 해당한다.
그 구체적인 예로, 상기 기지국(400)의 셀 1 내지 셀 3 각각의 가상 매핑 매트릭스가 상기 <수학식 1>에 대응하도록 선택된 경우, 하기 <수학식 2>를 만족하는 매트릭스를 상기 프리코더(504)의 프리코딩 매트릭스로 선택할 수 있다.
Figure pat00002
그리고, 상기 <수학식 1>에 따른 가상 매핑 벡터들에 대해 상기 <수학식 2>를 만족하는, 상기 프리코더(504)의 프리코딩 매트릭스는 일 예로, 하기 <표 1>과 같이 선택될 수 있다. 하기 <표 1>에서 프리코딩 매트릭스(Precoding Matrix)와 프리코딩 매트릭스 인덱스는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 규격의 정의를 따른다.
Figure pat00003
한편, 상기 기지국(400)은 MIMO 송신을 위해 사용한 프리코딩 매트릭스에 대응하는 프리코딩 인덱스를 상기 단말(410)에게 알려준다. 이후, 상기 단말(410)은 상기 프리코딩 인덱스에 대응하는 프리코딩 매트릭스를 사용하여, 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신을 통해서 수신된 데이터 스트림들에 대한 복호를 수행한다.
하기 <수학식 3>은 본 발명의 실시 예에 따른 가상 매핑 벡터의 조합의 다른 예를 나타낸다.
Figure pat00004
또 다른 예로, 상기 기지국(400)의 셀 1 내지 3 각각의 가상 매핑 벡터가 상기 <수학식 3>의 V1, V2, V3에 매핑되는 경우를 가정하자. 이 경우, 하기 <수학식 2>를 만족하는 상기 프리코더(504)의 프리코딩 매트릭스는 일 예로, 하기 <표 2>와 같이 선택될 수 있다. 마찬가지로, 상기 <표 2>에서의 프리코딩 매트릭스 및 프리코딩 매트릭스 역시 3GPP LTE 규격의 정의를 따른다.
송신 섹터 집합 Precoding matrix Precoding matrix idex
섹터 1 및 2
Figure pat00005
 11
섹터 2 및 3
Figure pat00006
 12
섹터 3 및 1
Figure pat00007
 0
도 6a,b는 발명의 실시 예에 따른 MIMO 송신이 적용된 통신 시스템의 일 예를 각각 도시한 도면이다. 여기서, 통신 시스템은 3GPP LTE Release 10 또는 11의 경우를 일 예로서 설명한다. 하지만, 본원 발명의 MIMO 송신이 반드시 LTE 기반 통신 시스템에만 적용되는 것이 아님에 유의하여야 할 것이다.
도 6a를 참조하면, 기지국(600)은 총 3개의 셀 즉, 셀 1 내지 셀 3을 운용하며, 각 셀 별로 하나의 안테나를 구비한다고 가정하자.
이 경우, 상기 기지국(600)은 자신 및 상기 단말(610)을 통해서 수신된 측정 정보를 기반으로, 상기 셀 1 및 셀 2 각각의 안테나를 통해서 단말(610)에 대한 랭크 2의 하향링크 MIMO 송신을 지원하기로 결정한다. 이때, 상기 단말(610)은 2개 이상의 안테나를 구비하고 있음을 가정한다. 이 경우, 셀 1 및 셀 2는 상기 단말(610)에게 동일한 DM-RS(demodulation reference signal)를 송신한다. 이때, 상기 DM-RS에 데이터 송신을 위해 선택한 프리코딩 매트릭스를 곱한다.
그러면, 상기 단말(610)은 수신한 해당 DM-RS를 기반으로 상기 셀 1 및 셀 2 각각을 통해서 송신된 데이터 스트림을 수신하고, 수신된 데이터 스트림에 대한 복호를 수행한다.
도 6b를 참조하면, 기지국(600)은 역시 총 3개의 셀 즉, 셀 1 내지 셀 3을 운용하며, 각 셀 별로 2개의 안테나를 구비한다고 가정하자.
이 경우, 상기 기지국(600)은 자신 및 상기 단말(610)을 통해서 수신된 측정 정보를 기반으로, 상기 셀 1 및 셀 2 각각의 2개의 안테나를 통해서 단말(610)에 대한 랭크 4의 하향링크 MIMO 송신을 지원하기로 결정한다. 이때, 상기 단말(610)은 4개 이상의 안테나를 구비하고 있음을 가정한다. 이 경우에도, 셀 1 및 셀 2는 상기 단말(610)에게 동일한 DM-RS(demodulation reference signal)를 송신한다. 이때, 상기 DM-RS에 데이터 송신을 위해 선택한 프리코딩 매트릭스를 곱한다.
그러면, 상기 단말(610)은 수신한 해당 DM-RS를 기반으로 상기 셀 1 및 셀 2 각각을 통해서 송신된 데이터 스트림을 수신하고, 수신된 데이터 스트림에 대한 복호를 수행한다.
상기한 바와 같은 본원 발명의 실시 예에 따라 복수의 셀들의 안테나들을 이용하여 해당 단말의 하향링크 MIMO 송신을 지원함으로써, 본원 발명은 셀 별 안테나의 수에 관계 없이, 한 단말에게 동시에 송신하는 데이터 스트림들의 수를 증가시킴으로써, 특히 셀 경계 지역에서 데이터 송신 속도를 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 동작 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 700단계에서 기지국은 자신 및 단말의 측정 정보를 기반으로, 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위한 셀들과, 상기 셀들의 안테나들의 총 수보다 작거나 같은 랭크값을 결정한다. 여기서, 상기 기지국은 상기 MIMO 송신을 위한 셀들을 자신의 서비스 커버리지를 구성하는 섹터들을 상기 셀들로 선택할 수 있다. 또는, 상기 기지국은 자신의 셀 식별자와 상이한 셀 식별자를 갖는 셀들을 선택할 수도 있다. 이때, 상기 단말의 측정 정보는, 상기 단말이 수신 가능한 최대 스트림의 수와, 상기 단말이 상기 기지국으로부터 수신한 기준 신호를 기반으로 생성한 채널 상태 정보와, 상기 단말에게 송신이 필요한 데이터량 및 상기 단말이 요구하는 서비스 품질 정보 중 적어도 하나를 포함한다. 그리고 상기 기지국의 측정 정보는 상기 단말이 송신한 사운딩 신호를 상기 셀들이 수신하여 획득한 정보를 포함한다.
그리고, 705단계에서 상기 랭크값에 따라 프리코딩 매트릭스를 결정한다. 상기 프리코딩 매트릭스를 결정하기 위해서, 상기 기지국은 앞서 설명한 바와 같이 <수학식 1> 또는 <수학식 3>에 따른 고유한 가상 매핑 벡터를 상기 선택된 셀들 각각에게 할당한다. 그리고, 상기 기지국은 상기 가상 매핑 벡터들 각각을 각 열로 구성하는 매트릭스와 곱하여 계산된 랭크값이 상기 선택된 랭크값인 매트릭스 즉, 상기 <수학식 2>를 상기 프리코딩 매트릭스로 결정한다. 그리고, 상기 기지국은 상기 선택된 프리코딩 매트릭스의 인덱스를 상기 단말에게 전송한다. 상기 셀들이 DM-RS를 전송하는 시스템에서는 가상 매핑 벡터를 사용하지 않고 상기 프리코딩 매트릭스를 프리코딩 매트릭스 집합 내에서 자유롭게 결정할 수 있다.
이후, 710단계에서 상기 기지국은 상기 단말에게 송신할 데이터를 상기 선택된 랭크값에 대응하는 데이터 스트림들로 생성한 후, 상기 데이터 스트림들을 상기 프리코더를 통해서 상기 선택된 셀들의 안테나들에 매핑시켜 상기 단말에게 송신한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 동작 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 800단계에서 단말은 기지국의 서비스 커버리지를 구성하는 셀들 각각으로부터 수신한 기준 신호를 기반으로 측정 정보를 생성한다. 그리고, 805단계에서 상기 측정 정보를 상기 기지국으로 전송한다. 이때, 상기 단말은 자신의 사운딩 신호를 상기 기지국으로 전송한다.
810단계에서 상기 셀들 중 상기 단말의 측정 정보 및 상기 사운딩 신호를 상기 셀들에서 측정한 정보를 기반으로 선택된 셀들을 통해서 동시에 데이터 스트림을 수신한다. 그리고, 815단계에서 상기 단말은 미리 저장하고 있는 프리코딩 매트릭스 집합에서 상기 기지국으로부터 수신한 프리코딩 인덱스에 대응하는 프리코딩 매트릭스를 사용하여 상기 동시에 수신된 데이터 스트림을 복호한다. 여기서, 상기 프리코딩 매트릭스는, 상기 <수학식 1> 또는 <수학식 3>에서와 같이 상기 기지국에 의해서 상기 선택된 셀들 각각에게 할당된 고유한 가상 매핑 벡터를 각 열로 구성하는 매트릭스와 곱하여 계산된 랭크값이 상기 기지국이 선택한 랭크값 즉 상기 <수학식 2>를 만족하는 매트릭스이다. 상기 셀들이 DM-RS를 전송하는 시스템에서는 상기 프리코딩 매트릭스는 프리코딩 매트릭스 집합 내의 임의의 매트릭스이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예를 통해서 본원 발명은 셀이 구비한 안테나의 수에 관계없이 단말에게 MIMO 송신을 제공할 수 있고, 해당 단말로의 데이터 전송의 속도를 증가시킬 수 있게 된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (27)

  1. 다중 셀 무선 통신 시스템에서 기지국이 복수의 셀들의 안테나들을 사용한 다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple-input multiple output) 송신 방법에 있어서,
    상기 기지국 및 단말의 측정 정보를 기반으로, 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위한 셀들 및 랭크값을 선택하고, 상기 랭크값에 따라 프리코딩 매트릭스를 결정하는 과정과,
    상기 단말에게 송신할 데이터를 상기 선택된 랭크값에 대응하는 데이터 스트림들로 생성한 후, 상기 데이터 스트림들을 상기 프리코더를 통해서 상기 선택된 셀들의 안테나들에 매핑시켜 상기 단말에게 송신하는 과정을 포함하는 MIMO 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀들을 선택하는 과정은,
    상기 기지국의 서비스 커버리지를 구성하는 적어도 2개의 셀을 상기 셀들로 선택하는 과정을 포함하는 MIMO 송신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나들을 선택하는 과정은,
    상기 기지국의 셀 식별자와 동일하거나 다른 셀 식별자를 갖는 셀들을 선택하는 과정을 포함하는 MIMO 송신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선택된, 상기 기지국의 셀 식별자와 동일하거나 다른 셀 식별자를 갖는 셀들은 적어도 하나의 안테나를 포함함을 특징으로 하는 MIMO 송신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프리코딩 매트릭스를 결정하는 과정은,
    상기 선택된 셀들 각각에게 고유한 가상 매핑 벡터를 할당하는 과정과,
    상기 선택된 셀들의 가상 매핑 벡터들 각각을 각 열로 구성하는 매트릭스와 곱하여 계산된 랭크값이 상기 선택된 랭크값이고, 상기 선택되지 않은 셀들의 가상 매핑 벡터와 곱한 값이 0인 매트릭스를 상기 프리코딩 매트릭스로 결정하는 과정을 포함하며;
    상기 선택된 랭크값은 상기 선택된 셀들에 대해 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위해 선택된 셀들의 안테나들의 총 수보다 작거나 같게 결정되는 값임을 특징으로 하는 MIMO 송신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단말의 측정 정보는,
    상기 단말이 수신 가능한 최대 스트림의 수와, 상기 단말이 상기 기지국으로부터 수신한 기준 신호를 기반으로 생성한 채널 상태 정보와, 상기 단말에게 송신이 필요한 데이터량 및 상기 단말이 요구하는 서비스 품질 정보 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 MIMO 송신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기지국의 측정 정보는,
    상기 단말이 송신한 사운딩 신호를 상기 기지국이 관장하는 셀들이 수신하여 획득한 정보를 포함함을 특징으로 하는 MIMO 송신 방법.
  8. 다중 셀 무선 통신 시스템에서 단말이 복수의 셀들의 안테나들을 통해서 다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple-input multiple output) 수신 방법에 있어서,
    기지국의 서비스 커버리지를 구성하는 셀들 각각으로부터 수신한 기준 신호를 기반으로 측정 정보를 생성하는 과정과,
    상기 측정 정보와, 자신의 사운딩 신호를 상기 기지국으로 전송하는 과정과,
    상기 측정 정보 및 상기 셀들이 상기 사운딩 신호를 수신하여 획득한 정보를 기반으로 상기 셀들 중 선택된 셀들을 통해서 동시에 데이터 스트림을 수신하는 과정을 포함하는 MIMO 수신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 프리코딩 인덱스를 수신하는 과정과,
    미리 저장하고 있는 프리코딩 매트릭스 집합에서 상기 프리코딩 인덱스에 대응하는 프리코딩 매트릭스를 사용하여 상기 동시에 수신된 데이터 스트림을 복호하는 과정을 더 포함하는 MIMO 수신 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 프리코딩 매트릭스는,
    상기 기지국에 의해서 상기 선택된 셀들 각각에게 할당된 고유한 가상 매핑 벡터를 각 열로 구성하는 매트릭스와 곱하여 계산된 랭크값이 상기 기지국이 선택한 랭크값이고, 상기 선택되지 않은 셀들에 할당된 고유한 가상 매핑 벡터와 곱한 값이 0을 만족하는 매트릭스이며;
    상기 선택한 랭크값은 상기 선택된 셀들에 대해 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위해 선택된 셀들의 안테나들의 총 수하는보다 작거나 같게 결정되는 값임을 특징으로 하는 MIMO 수신 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 데이터 스트림을 수신하는 과정은,
    상기 선택된 셀들을 통해서 수신한 DM-RS(demodulation reference signal)를 기반으로 상기 동시에 수신된 데이터 스트림을 복호하는 과정을 포함하는 MIMO 수신 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 단말의 측정 정보는,
    상기 단말이 수신 가능한 최대 스트림의 수와, 상기 단말이 상기 기지국으로부터 수신한 기준 신호를 기반으로 생성한 채널 상태 정보와, 상기 단말에게 송신이 필요한 데이터량 및 상기 단말이 요구하는 서비스 품질 정보 중 적어도 하나를 포함하는 MIMO 수신 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 기지국의 측정 정보는,
    상기 단말이 송신한 사운딩 신호를 상기 기지국이 관장하는 셀들이 수신하여 획득한 정보를 포함함을 특징으로 하는 MIMO 수신 방법.
  14. 다중 셀 무선 통신 시스템에서 복수의 셀들의 안테나들을 사용한 다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple-input multiple output) 송신 장치에 있어서,
    기지국 및 단말의 측정 정보를 기반으로, 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위한 셀들 및 랭크값을 선택하고, 상기 랭크값에 따라 프리코딩 매트릭스를 결정하고,
    상기 단말에게 송신할 데이터를 상기 선택된 랭크값에 대응하는 데이터 스트림들로 생성한 후, 상기 데이터 스트림들을 상기 프리코더를 통해서 상기 선택된 셀들의 안테나들에 매핑시켜 상기 단말에게 송신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 MIMO 송신 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단말에게 MIMO 송신을 수행할 기지국의 서비스 커버리지를 구성하는 적어도 2개의 셀을 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위한 셀 들로 선택함을 특징으로 하는 MIMO 송신 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기지국의 셀 식별자와 동일하거나 다른 셀 식별자를 갖는 셀들을 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위한 셀 들로 선택함을 특징으로 하는 MIMO 송신 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 선택된, 상기 기지국의 셀 식별자와 동일하거나 다른 셀 식별자를 갖는 셀들은 적어도 하나의 안테나를 포함함을 특징으로 하는 MIMO 송신 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 선택된 셀들 각각에게 고유한 가상 매핑 벡터를 할당하고, 상기 선택된 셀들의 가상 매핑 벡터들 각각을 각 열로 구성하는 매트릭스와 곱하여 계산된 랭크값이 상기 선택된 랭크값 랭크값인이고, 상기 선택되지 않은 셀들의 가상 매핑 벡터와 곱한 값이 0인 매트릭스를 상기 프리코딩 매트릭스로 결정하며;
    상기 선택된 랭크값은 상기 선택된 셀들에 대해 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위해 선택된 셀들의 안테나들의 총 수보다 작거나 같게 결정되는 값임을 특징으로 함을 특징으로 하는 MIMO 송신 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    DM-RS(demodulation reference signal)를 데이터 송신을 위해 선택한 상기 프리코딩 매트릭스와 곱한 후, 상기 선택된 셀들의 안테나를 통해서 전송함을 특징으로 하는 MIMO 송신 장치.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 단말의 측정 정보는,
    상기 단말이 수신 가능한 최대 스트림의 수와, 상기 단말이 상기 기지국으로부터 수신한 기준 신호를 기반으로 생성한 채널 상태 정보와, 상기 단말에게 송신이 필요한 데이터량 및 상기 단말이 요구하는 서비스 품질 정보 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 MIMO 송신 장치.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 기지국의 측정 정보는,
    상기 단말이 송신한 사운딩 신호를 상기 기지국이 관장하는 셀들이 수신하여 획득한 정보를 포함하는 MIMO 송신 장치.
  22. 다중 셀 무선 통신 시스템에서 단말이 복수의 셀들의 안테나들을 통해서 다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple-input multiple output) 수신하는 단말에 있어서,
    기지국의 서비스 커버리지를 구성하는 셀들 각각으로부터 수신한 기준 신호를 기반으로 측정 정보를 생성하는 제어부와,
    상기 측정 정보와, 자신의 사운딩 신호를 상기 기지국으로 전송하고, 상기 측정 정보 및 상기 셀들이 사운딩 신호를 수신하여 획득한 정보를 기반으로 상기 셀들 중 선택된 셀들을 통해서 동시에 데이터 스트림을 수신하는 송수신부를 포함하는 단말.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 송수신부가 상기 기지국으로부터 프리코딩 인덱스를 수신하면, 상기 제어부는, 미리 저장하고 있는 프리코딩 매트릭스 집합에서 상기 프리코딩 인덱스에 대응하는 프리코딩 매트릭스를 사용하여 상기 동시에 수신된 데이터 스트림을 복호함을 특징으로 하는 단말.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 프리코딩 매트릭스는,
    상기 기지국에 의해서 상기 선택된 셀들 각각에게 할당된 고유한 가상 매핑 벡터를 각 열로 구성하는 매트릭스와 곱하여 계산된 랭크값이 상기 기지국이 선택한 랭크값이고, 상기 선택되지 않은 셀들에 할당된 고유한 가상 매핑 벡터와 곱한 값이 0을 만족하는 매트릭스이며;
    상기 선택한 랭크값은 상기 선택된 셀들에 대해 상기 단말의 하향 링크 MIMO 송신을 위해 선택된 셀들의 안테나들의 총 수보다 작거나 같게 결정되는 값임을 특징으로 하는 단말.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 송수신부는,
    상기 선택된 셀들을 통해서 수신한 DM-RS(demodulation reference signal)를 기반으로 수신된 데이터 스트림에 대한 복호를 수행함을 특징으로 하는 단말.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 단말의 측정 정보는,
    상기 단말이 수신 가능한 최대 스트림의 수와, 상기 단말이 상기 기지국으로부터 수신한 기준 신호를 기반으로 생성한 채널 상태 정보와, 상기 단말에게 송신이 필요한 데이터량 및 상기 단말이 요구하는 서비스 품질 정보 중 적어도 하나를 포함하는 단말.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 기지국의 측정 정보는,
    상기 단말이 송신한 사운딩 신호를 상기 기지국이 관장하는 셀들이 수신하여 획득한 정보를 포함하는 단말.
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