KR20150103046A - 하향링크 무선 신호를 수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

하향링크 무선 신호를 수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 복수의 안테나 요소로 구성된 이차원 안테나 배열을 구비한 기지국으로부터 하향링크 신호를 수신하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 이차원 안테나 배열의 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에 할당된 참조신호를 수신하는 단계; 상기 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에 적용될 수 있는 적어도 하나의 준-정적인(semi-static) 빔으로 구성된 준-정적인 빔 후보 집합에 대한 정보를 수신하는 단계; 및 상기 수신된 참조신호 및 상기 준-정적인 빔 후보 집합에 대한 정보를 이용하여 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널 상태를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 이차원 안테나 배열은 열 방향 안테나 배열들에 상기 준-정적인 빔 후보 집합 중 적어도 하나의 준-정적인 빔이 적용되어 동적인 빔 형성을 지원하는 일차원 안테나 배열로 가상화될 수 있다.

Description

하향링크 무선 신호를 수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RECEIVING DOWNLINK RADIO SIGNAL}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 3D 빔 형성 기반의 하향링크 신호를 수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
기기간(Machine-to-Machine, M2M) 통신과, 높은 데이터 전송량을 요구하는 스마트폰, 태블릿 PC 등의 다양한 장치 및 기술이 출현 및 보급되고 있다. 이에 따라, 셀룰러 망에서 처리될 것이 요구되는 데이터 양이 매우 빠르게 증가하고 있다. 이와 같이 빠르게 증가하는 데이터 처리 요구량을 만족시키기 위해, 더 많은 주파수 대역을 효율적으로 사용하기 위한 반송파 집성(carrier aggregation) 기술, 인지무선(cognitive radio) 기술 등과, 한정된 주파수 내에서 전송되는 데이터 용량을 높이기 위한 다중 안테나 기술, 다중 기지국 협력 기술 등이 발전하고 있다. 또한, 사용자기기가 주변에서 엑세스할 수 있는 노드의 밀도가 높아지는 방향으로 통신 환경이 진화하고 있다. 노드라 함은 하나 이상의 안테나를 구비하여 사용자기기와 무선 신호를 전송/수신할 수 있는 고정된 지점(point)을 말한다. 높은 밀도의 노드를 구비한 통신 시스템은 노드들 간의 협력에 의해 더 높은 성능의 통신 서비스를 사용자기기에게 제공할 수 있다.
복수의 노드에서 동일한 시간-주파수 자원을 이용하여 사용자기기와 통신을 수행하는 이러한 다중 노드 협력 통신 방식은 각 노드가 독립적인 기지국으로 동작하여 상호 협력 없이 사용자기기와 통신을 수행하는 기존의 통신 방식보다 데이터 처리량에 있어서 훨씬 우수한 성능을 갖는다.
다중 노드 시스템은 각 노드가, 기지국 혹은 엑세스 포인트, 안테나, 안테나 그룹, 무선 리모트 헤드(radio remote header, RRH), 무선 리모트 유닛(radio remote unit, RRU)로서 동작하는, 복수의 노드를 사용하여 협력 통신을 수행한다. 안테나들이 기지국에 집중되어 위치해 있는 기존의 중앙 집중형 안테나 시스템과 달리, 다중 노드 시스템에서 상기 복수의 노드는 통상 일정 간격 이상으로 떨어져 위치한다. 상기 복수의 노드는 각 노드의 동작을 제어하거나, 각 노드를 통해 송/수신될 데이터를 스케줄링하는 하나 이상의 기지국 혹은 기지국 컨트롤러(controller)에 의해 관리될 수 있다. 각 노드는 해당 노드를 관리하는 기지국 혹은 기지국 컨트롤러와 케이블 혹은 전용 회선(dedicated line)을 통해 연결된다.
이러한 다중 노드 시스템은 분산된 노드들이 동시에 서로 다른 스트림을 송/수신하여 단일 또는 다수의 사용자기기와 통신할 수 있다는 점에서 일종의 MIMO(multiple input multiple output) 시스템으로 볼 수 있다. 다만, 다중 노드 시스템은 다양한 위치에 분산된 노드들을 이용하여 신호를 전송하므로, 기존의 중앙 집중형 안테나 시스템에 구비된 안테나들에 비해, 각 안테나가 커버해야 하는 전송 영역이 축소된다. 따라서, 중앙 집중형 안테나 시스템에서 MIMO 기술을 구현하던 기존 시스템에 비해, 다중 노드 시스템에서는 각 안테나가 신호를 전송하는 데 필요한 전송 전력이 감소될 수 있다. 또한, 안테나와 사용자기기 간의 전송 거리가 단축되므로 경로 손실이 감소되며, 데이터의 고속 전송이 가능하게 된다. 이에 따라, 셀룰러 시스템의 전송 용량 및 전력 효율이 높아질 수 있으며, 셀 내의 사용자기기의 위치에 상관없이 상대적으로 균일한 품질의 통신 성능이 만족될 수 있다. 또한, 다중 노드 시스템에서는, 복수의 노드들에 연결된 기지국(들) 혹은 기지국 컨트롤러(들)이 데이터 전송/수신에 협력하므로, 전송 과정에서 발생하는 신호 손실이 감소된다. 또한, 일정 거리 이상 떨어져 위치한 노드들이 사용자기기와 협력 통신을 수행하는 경우, 안테나들 사이의 상관도(correlation) 및 간섭이 줄어들게 된다. 따라서, 다중 노드 협력 통신 방식에 의하면, 높은 신호 대 잡음비(signal to interference-plus-noise ratio, SINR)이 얻어질 수 있다.
이와 같은 다중 노드 시스템의 장점 때문에, 차세대 이동 통신 시스템에서 기지국 증설 비용과 백홀(backhaul) 망의 유지 비용을 줄이는 동시에, 서비스 커버리지의 확대와 채널용량 및 SINR의 향상을 위해, 다중 노드 시스템이 기존의 중앙집중형 안테나 시스템과 병행 혹은 대체하여 셀룰러 통신의 새로운 기반으로 대두되고 있다.
본 발명은 무선 신호를 효율적으로 수신하기 위한 방안을 제안하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 복수의 안테나 요소로 구성된 이차원 안테나 배열을 구비한 기지국으로부터 하향링크 신호를 수신하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 이차원 안테나 배열의 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에 할당된 참조신호를 수신하는 단계, 상기 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에 적용될 수 있는 적어도 하나의 준-정적인(semi-static) 빔으로 구성된 준-정적인 빔 후보 집합에 대한 정보를 수신하는 단계, 및 상기 수신된 참조신호 및 상기 준-정적인 빔 후보 집합에 대한 정보를 이용하여 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널 상태를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 이차원 안테나 배열은 열 방향 안테나 배열들에 상기 준-정적인 빔 후보 집합 중 적어도 하나의 준-정적인 빔이 적용되어 동적인 빔 형성을 지원하는 일차원 안테나 배열로 가상화될 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 채널 상태를 측정하는 단계는 상기 준-정적인 빔 후보 집합 중에서 상기 참조신호가 최대 수신 전력으로수신되도록 하는 준-정적인 빔을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 결정된 준-정적인 빔에 대한 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 결정된 준-정적인 빔에 대한 정보는 상기 결정된 준-정적인 빔에 대응하는 벡터의 각 요소의 크기 및/또는 각 요소간의 상대적인 위상 차이일 수 있다.
바람직하게는, 상기 준-정적인 빔 후보 집합 내 각각의 준-정적인 빔은 상기 기지국이 서빙하는 각각의 수직방향 섹터에 대응할 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 참조신호가 상기 준-정적인 빔 형성을 위한 것임을 지시하는 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 준-정적인 빔은 상기 동적인 빔 형성을 위한 참조신호 자원과 연계될 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 준-정적인 빔이 변경되면, 상기 변경을 통지하는 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 변경된 준-정적인 빔으로 재 설정이 완료되기 전까지, 고정된 준-정적인 빔이 적용된 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에서 미리 결정된 참조 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 변경된 준-정적인 빔으로 재 설정이 완료되기 전까지 사용될 하향링크 신호 전송을 위한 전력 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 복수의 안테나 요소로 구성된 이차원 안테나 배열을 구비한 기지국으로부터 하향링크 신호를 수신하도록 구성된 단말에 있어서, 상기 단말은 무선 주파수(radio frequency, RF) 유닛; 및 상기 RF 유닛을 제어하도록 구성된 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 이차원 안테나 배열의 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에 할당된 참조신호를 수신하고, 상기 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에 적용될 수 있는 적어도 하나의 준-정적인(semi-static) 빔으로 구성된 준-정적인 빔 후보 집합에 대한 정보를 수신하며, 상기 수신된 참조신호 및 상기 준-정적인 빔 후보 집합에 대한 정보를 이용하여 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널 상태를 측정하도록 구성되며, 상기 이차원 안테나 배열은 열 방향 안테나 배열들에 상기 준-정적인 빔 후보 집합 중 적어도 하나의 준-정적인 빔이 적용되어 동적인 빔 형성을 지원하는 일차원 안테나 배열로 가상화될 수 있다.
상기 과제 해결방법들은 본 발명의 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 하향링크 무선 신호를 효율적으로 수신할 수 있다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1 무선 통신 시스템에서 사용되는 무선 프레임 구조의 일 예를 나타낸 것이다.
도 2는 무선 통신 시스템에서 하향링크/상향링크(DL/UL) 슬롯 구조의 일례를 나타낸 것이다.
도 3은 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 사용되는 하향링크(downlink, DL) 서브프레임 구조를 예시한 것이다.
도 4 는 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 사용되는 상향링크(uplink, UL) 서브프레임 구조의 일례를 나타낸 것이다.
도 5는 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 사용되는 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 블록도를 도시한다.
도 6은 코드 북 기반 빔 포밍을 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예(들)과 관련된 안테나 배열 구조를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예(들)과 관련된 안테나 배열 구조를 설명하기 위한 예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예(들)에 따른 안테나 배열의 가상화를 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시예(들)에 따른 안테나 배열의 가상화를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예(들)을 구현하기 위한 장치의 블록도를 도시한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
본 발명에 있어서, 사용자기기(user equipment, UE)는 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, 기지국(base station, BS)와 통신하여 사용자데이터 및/또는 각종 제어정보를 송수신하는 각종 기기들이 이에 속한다. UE는 단말(Terminal Equipment), MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscribe Station), 무선기기(wireless device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등으로 불릴 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, BS는 일반적으로 UE 및/또는 다른 BS와 통신하는 고정국(fixed station)을 말하며, UE 및 타 BS와 통신하여 각종 데이터 및 제어정보를 교환한다. BS는 ABS(Advanced Base Station), NB(Node-B), eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 엑세스 포인트(Access Point), PS(Processing Server), 전송 포인트(transmission point; TP)등 다른 용어로 불릴 수 있다. 이하의 본 발명에 관한 설명에서는, BS를 eNB로 통칭한다.
본 발명에서 노드(node)라 함은 사용자기기와 통신하여 무선 신호를 전송/수신할 수 있는 고정된 지점(point)을 말한다. 다양한 형태의 eNB들이 그 명칭에 관계없이 노드로서 이용될 수 있다. 예를 들어, BS, NB, eNB, 피코-셀 eNB(PeNB), 홈 eNB(HeNB), 릴레이, 리피터 등이 노드가 될 수 있다. 또한, 노드는 eNB가 아니어도 될 수 있다. 예를 들어, 무선 리모트 헤드(radio remote head, RRH), 무선 리모트 유닛(radio remote unit, RRU)가 될 수 있다. RRH, RRU 등은 일반적으로 eNB의 전력 레벨(power level) 보다 낮은 전력 레벨을 갖는다. RRH 혹은 RRU이하, RRH/RRU)는 일반적으로 광 케이블 등의 전용 회선(dedicated line)으로 eNB에 연결되어 있기 때문에, 일반적으로 무선 회선으로 연결된 eNB들에 의한 협력 통신에 비해, RRH/RRU와 eNB에 의한 협력 통신이 원활하게 수행될 수 있다. 일 노드에는 최소 하나의 안테나가 설치된다. 상기 안테나는 물리 안테나를 의미할 수도 있으며, 안테나 포트, 가상 안테나, 또는 안테나 그룹을 의미할 수도 있다. 노드는 포인트(point)라고 불리기도 한다. 안테나들이 기지국에 집중되어 위치하여 하나의 eNB 컨트롤러(controller)에 의해 제어되는 기존의(conventional) 중앙 집중형 안테나 시스템(centralized antenna system, CAS)(즉, 단일 노드 시스템)과 달리, 다중 노드 시스템에서 복수의 노드는 통상 일정 간격 이상으로 떨어져 위치한다. 상기 복수의 노드는 각 노드의 동작을 제어하거나, 각 노드를 통해 송/수신될 데이터를 스케줄링(scheduling)하는 하나 이상의 eNB 혹은 eNB 컨트롤러에 의해 관리될 수 있다. 각 노드는 해당 노드를 관리하는 eNB 혹은 eNB 컨트롤러와 케이블(cable) 혹은 전용 회선(dedicated line)을 통해 연결될 수 있다. 다중 노드 시스템에서, 복수의 노드들로의/로부터의 통한 신호 전송/수신에는 동일한 셀 식별자(identity, ID)가 이용될 수도 있고 서로 다른 셀 ID가 이용될 수도 있다. 복수의 노드들이 동일한 셀 ID를 갖는 경우, 상기 복수의 노드 각각은 하나의 셀의 일부 안테나 집단처럼 동작한다. 다중 노드 시스템에서 노드들이 서로 다른 셀 ID를 갖는다면, 이러한 다중 노드 시스템은 다중 셀(예를 들어, 매크로-셀/펨토-셀/피코-셀) 시스템이라고 볼 수 있다. 복수의 노드들 각각이 형성한 다중 셀들이 커버리지에 따라 오버레이되는 형태로 구성되면, 상기 다중 셀들이 형성한 네트워크를 특히 다중-계층(multi-tier) 네트워크라 부른다. RRH/RRU의 셀 ID와 eNB의 셀 ID는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. RRH/RRU가 eNB가 서로 다른 셀 ID를 사용하는 경우, RRH/RRU와 eNB는 모두 독립적인 기지국으로서 동작하게 된다.
이하에서 설명될 본 발명의 다중 노드 시스템에서, 복수의 노드와 연결된 하나 이상의 eNB 혹은 eNB 컨트롤러가 상기 복수의 노드 중 일부 또는 전부를 통해 UE에 동시에 신호를 전송 혹은 수신하도록 상기 복수의 노드를 제어할 수 있다. 각 노드의 실체, 각 노드의 구현 형태 등에 따라 다중 노드 시스템들 사이에는 차이점이 존재하지만, 복수의 노드가 함께 소정 시간-주파수 자원 상에서 UE에 통신 서비스를 제공하는 데 참여한다는 점에서, 이들 다중 노드 시스템들은 단일 노드 시스템(예를 들어, CAS, 종래의 MIMO 시스템, 종래의 중계 시스템, 종래의 리피터 시스템 등)과 다르다. 따라서, 복수의 노드들 중 일부 또는 전부를 사용하여 데이터 협력 전송을 수행하는 방법에 관한 본 발명의 실시예들은 다양한 종류의 다중 노드 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 노드는 통상 타 노드와 일정 간격 이상으로 떨어져 위치한 안테나 그룹을 일컫지만, 후술하는 본 발명의 실시예들은 노드가 간격에 상관없이 임의의 안테나 그룹을 의미하는 경우에도 적용될 수 있다. 예를 들어, X-pol(Cross polarized) 안테나를 구비한 eNB의 경우, 상기 eNB가 H-pol 안테나로 구성된 노드와 V-pol 안테나로 구성된 노드를 제어한다고 보고 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있다.
복수의 전송(Tx)/수신(Rx) 노드를 통해 신호를 전송/수신하거나, 복수의 전송/수신 노드들 중에서 선택된 적어도 하나의 노드를 통해 신호를 전송/수신하거나, 하향링크 신호를 전송하는 노드와 상향링크 신호를 수신하는 노드를 다르게 할 수 있는 통신 기법을 다중-eNB MIMO 또는 CoMP(Coordinated Multi-Point TX/RX)라 한다. 이러한 노드 간 협력 통신 중 협력 전송 기법은 크게 JP(joint processing)과 스케줄링 협력(scheduling coordination)으로 구분될 수 있다. 전자는 JT(joint transmission)/JR(joint reception)과 DPS(dynamic point selection)으로 나뉘고 후자는 CS(coordinated scheduling)과 CB(coordinated beamforming)으로 나뉠 수 있다. DPS는 DCS(dynamic cell selection)으로 불리기도 한다. 다른 협력 통신 기법에 비해, 노드 간 협력 통신 기법들 중 JP가 수행될 때, 보다 더 다양한 통신환경이 형성될 수 있다. JP 중 JT는 복수의 노드들이 동일한 스트림을 UE로 전송하는 통신 기법을 말하며, JR은 복수의 노드들이 동일한 스트림을 UE로부터 수신하는 통신 기법을 말한다. 상기 UE/eNB는 상기 복수의 노드들로부터 수신한 신호들을 합성하여 상기 스트림을 복원한다. JT/JR의 경우, 동일한 스트림이 복수의 노드들로부터/에게 전송되므로 전송 다이버시티(diversity)에 의해 신호 전송의 신뢰도가 향상될 수 있다. JP 중 DPS는 복수의 노드들 중 특정 규칙에 따라 선택된 일 노드를 통해 신호가 전송/수신되는 통신 기법을 말한다. DPS의 경우, 통상적으로 UE와 노드 사이의 채널 상태가 좋은 노드가 통신 노드로서 선택되게 될 것이므로, 신호 전송의 신뢰도가 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에서 셀(cell)이라 함은 하나 이상의 노드가 통신 서비스를 제공하는 일정 지리적 영역을 말한다. 따라서, 본 발명에서 특정 셀과 통신한다고 함은 상기 특정 셀에 통신 서비스를 제공하는 eNB 혹은 노드와 통신하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 특정 셀의 하향링크/상향링크 신호는 상기 특정 셀에 통신 서비스를 제공하는 eNB 혹은 노드로부터의/로의 하향링크/상향링크 신호를 의미한다. UE에게 상/하향링크 통신 서비스를 제공하는 셀을 특히 서빙 셀(serving cell)이라고 한다. 또한, 특정 셀의 채널 상태/품질은 상기 특정 셀에 통신 서비스를 제공하는 eNB 혹은 노드와 UE 사이에 형성된 채널 혹은 통신 링크의 채널 상태/품질을 의미한다. 3GPP LTE-A 기반의 시스템에서, UE는 특정 노드로부터의 하향링크 채널 상태를 상기 특정 노드의 안테나 포트(들)이 상기 특정 노드에 할당된 채널 CSI-RS(Channel State Information Reference Signal) 자원 상에서 전송하는 CSI-RS(들)을 이용하여 측정할 수 있다. 일반적으로 인접한 노드들은 서로 직교하는 CSI-RS 자원들 상에서 해당 CSI-RS 자원들을 전송한다. CSI-RS 자원들이 직교한다고 함은 CSI-RS를 나르는 심볼 및 부반송파를 특정하는 CSI-RS 자원 구성(resource configuration), 서브프레임 오프셋(offset) 및 전송 주기(transmission period) 등에 의해 CSI-RS가 할당된 서브프레임들을 특정하는 서브프레임 구성(subframe configuration), CSI-RS 시퀀스 중 최소 한가지가 서로 다름을 의미한다.
본 발명에서 PDCCH(Physical Downlink Control CHannel)/PCFICH(Physical Control Format Indicator CHannel)/PHICH((Physical Hybrid automatic retransmit request Indicator CHannel)/PDSCH(Physical Downlink Shared CHannel)은 각각 DCI(Downlink Control Information)/CFI(Control Format Indicator)/하향링크 ACK/NACK(ACKnowlegement/Negative ACK)/하향링크 데이터를 나르는 시간-주파수 자원의 집합 혹은 자원요소의 집합을 의미한다. 또한, PUCCH(Physical Uplink Control CHannel)/PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel)/PRACH(Physical Random Access CHannel)는 각각 UCI(Uplink Control Information)/상향링크 데이터/랜덤 엑세스 신호를 나르는 시간-주파수 자원의 집합 혹은 자원요소의 집합을 의미한다. 본 발명에서는, 특히, PDCCH/PCFICH/PHICH/PDSCH/PUCCH/PUSCH/PRACH에 할당되거나 이에 속한 시간-주파수 자원 혹은 자원요소(Resource Element, RE)를 각각 PDCCH/PCFICH/PHICH/PDSCH/PUCCH/PUSCH/PRACH RE 또는 PDCCH/PCFICH/PHICH/PDSCH/PUCCH/PUSCH/PRACH 자원이라고 칭한다. 이하에서 사용자기기가 PUCCH/PUSCH/PRACH를 전송한다는 표현은, 각각, PUSCH/PUCCH/PRACH 상에서 혹은 통해서 상향링크 제어정보/상향링크 데이터/랜덤 엑세스 신호를 전송한다는 것과 동일한 의미로 사용된다. 또한, eNB가 PDCCH/PCFICH/PHICH/PDSCH를 전송한다는 표현은, 각각, PDCCH/PCFICH/PHICH/PDSCH 상에서 혹은 통해서 하향링크 데이터/제어정보를 전송한다는 것과 동일한 의미로 사용된다.
도 1은 무선 통신 시스템에서 사용되는 무선 프레임 구조의 일 예를 나타낸 것이다. 특히, 도 1(a)는 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 사용되는 주파수분할듀플렉스(frequency division duplex, FDD)용 프레임 구조를 나타낸 것이고, 도 1(b)는 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 사용되는 시분할듀플렉스(time division duplex, TDD)용 프레임 구조를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 사용되는 무선프레임은 10ms(307200Ts)의 길이를 가지며, 10개의 균등한 크기의 서브프레임(subframe, SF)으로 구성된다. 일 무선프레임 내 10개의 서브프레임에는 각각 번호가 부여될 수 있다. 여기에서, Ts는 샘플링 시간을 나타내고, Ts=1/(2048*15kHz)로 표시된다. 각각의 서브프레임은 1ms의 길이를 가지며 2개의 슬롯으로 구성된다. 일 무선프레임 내에서 20개의 슬롯들은 0부터 19까지 순차적으로 넘버링될 수 있다. 각각의 슬롯은 0.5ms의 길이를 가진다. 일 서브프레임을 전송하기 위한 시간은 전송시간간격(transmission time interval, TTI)로 정의된다. 시간 자원은 무선프레임 번호(혹은 무선 프레임 인덱스라고도 함)와 서브프레임 번호(혹은 서브프레임 번호라고도 함), 슬롯 번호(혹은 슬롯 인덱스) 등에 의해 구분될 수 있다.
무선 프레임은 듀플레스(duplex) 모드에 따라 다르게 구성(configure)될 수 있다. 예를 들어, FDD 모드에서, 하향링크 전송 및 상향링크 전송은 주파수에 의해 구분되므로, 무선 프레임은 특정 주파수 대역에 대해 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임 중 하나만을 포함한다. TDD 모드에서 하향링크 전송 및 상향링크 전송은 시간에 의해 구분되므로, 특정 주파수 대역에 대해 무선 프레임은 하향링크 서브프레임과 상향링크 서브프레임을 모두 포함한다.
표 1은 TDD 모드에서, 무선 프레임 내 서브프레임들의 DL-UL 구성(configuration)을 예시한 것이다.
DL-UL configuration Downlink-to-Uplink Switch-point periodicity Subframe number
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 5ms D S U U U D S U U U
1 5ms D S U U D D S U U D
2 5ms D S U D D D S U D D
3 10ms D S U U U D D D D D
4 10ms D S U U D D D D D D
5 10ms D S U D D D D D D D
6 5ms D S U U U D S U U D
표 1에서, D는 하향링크 서브프레임을, U는 상향링크 서브프레임을, S는 특이(special) 서브프레임을 나타낸다. 특이 서브프레임은 DwPTS(Downlink Pilot TimeSlot), GP(Guard Period), UpPTS(Uplink Pilot TimeSlot)의 3개 필드를 포함한다. DwPTS는 하향링크 전송용으로 유보되는 시간 구간이며, UpPTS는 상향링크 전송용으로 유보되는 시간 구간이다. 표 2는 특이 프레임의 구성(configuration)을 예시한 것이다.
Special subframe configuration Normal cyclic prefix in downlink Extended cyclic prefix in downlink
DwPTS UpPTS DwPTS UpPTS
Normal cyclic prefix in uplink Extended cyclic prefix in uplink Normal cyclic prefix in uplink Extended cyclic prefix in uplink
0 6592·Ts 2192·Ts 2560·Ts 7680·Ts 2192·Ts 2560·Ts
1 19760·Ts 20480·Ts
2 21952·Ts 23040·Ts
3 24144·Ts 25600·Ts
4 26336·Ts 7680·Ts 4384·Ts
5120·Ts
5 6592·Ts 4384·Ts
5120·Ts
20480·Ts
6 19760·Ts 23040·Ts
7 21952·Ts 12800·Ts
8 24144·Ts - - -
9 13168·Ts - - -
도 2는 무선 통신 시스템에서 하향링크/상향링크(DL/UL) 슬롯 구조의 일례를 나타낸 것이다. 특히, 도 2는 3GPP LTE/LTE-A 시스템의 자원격자(resource grid)의 구조를 나타낸다. 안테나 포트당 1개의 자원격자가 있다.
도 2를 참조하면, 슬롯은 시간 도메인에서 복수의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 포함하고, 주파수 도메인에서 다수의 자원블록(resource block, RB)을 포함한다. OFDM 심볼은 일 심볼 구간을 의미하기도 한다. 도 2를 참조하면, 각 슬롯에서 전송되는 신호는
Figure pct00001
*
Figure pct00002
개의 부반송파(subcarrier)와
Figure pct00003
개의 OFDM 심볼로 구성되는 자원격자(resource grid)로 표현될 수 있다. 여기서,
Figure pct00004
은 하향링크 슬롯에서의 자원블록(resource block, RB)의 개수를 나타내고,
Figure pct00005
은 UL 슬롯에서의 RB의 개수를 나타낸다.
Figure pct00006
와
Figure pct00007
은 DL 전송 대역폭과 UL 전송 대역폭에 각각 의존한다.
Figure pct00008
은 하향링크 슬롯 내 OFDM 심볼의 개수를 나타내며,
Figure pct00009
은 UL 슬롯 내 OFDM 심볼의 개수를 나타낸다.
Figure pct00010
는 하나의 RB를 구성하는 부반송파의 개수를 나타낸다.
OFDM 심볼은 다중 접속 방식에 따라 OFDM 심볼, SC-FDM(Single Carrier Frequency Division Multiplexing) 심볼 등으로 불릴 수 있다. 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 채널 대역폭, CP(cyclic prefix)의 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 정규(normal) CP의 경우에는 하나의 슬롯이 7개의 OFDM 심볼을 포함하나, 확장(extended) CP의 경우에는 하나의 슬롯이 6개의 OFDM 심볼을 포함한다. 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 슬롯이 7 OFDM 심볼로 구성되는 서브프레임을 예시하였으나, 본 발명의 실시예들은 다른 개수의 OFDM 심볼을 갖는 서브프레임들에도 마찬가지의 방식으로 적용될 수 있다. 도 2를 참조하면, 각 OFDM 심볼은, 주파수 도메인에서,
Figure pct00011
*
Figure pct00012
개의 부반송파를 포함한다. 부반송파의 유형은 데이터 전송을 위한 데이터 부반송파, 참조신호(reference signal)의 전송 위한 참조신호 부반송파, 가드 밴드(guard band) 및 직류(Direct Current, DC) 성분을 위한 널(null) 부반송파로 나뉠 수 있다. DC 성분을 위한 널 부반송파는 미사용인 채 남겨지는 부반송파로서, OFDM 신호 생성 과정 혹은 주파수 상향변환 과정에서 반송파 주파수(carrier frequency, f0)로 맵핑(mapping)된다. 반송파 주파수는 중심 주파수(center frequency)라고도 한다.
일 RB는 시간 도메인에서
Figure pct00013
개(예를 들어, 7개)의 연속하는 OFDM 심볼로서 정의되며, 주파수 도메인에서 c개(예를 들어, 12개)의 연속하는 부반송파에 의해 정의된다. 참고로, 하나의 OFDM 심볼과 하나의 부반송파로 구성된 자원을 자원요소(resource element, RE) 혹은 톤(tone)이라고 한다. 따라서, 하나의 RB는
Figure pct00014
*
Figure pct00015
개의 자원요소로 구성된다. 자원격자 내 각 자원요소는 일 슬롯 내 인덱스 쌍 (k, 1)에 의해 고유하게 정의될 수 있다. k는 주파수 도메인에서 0부터
Figure pct00016
*
Figure pct00017
-1까지 부여되는 인덱스이며, l은 시간 도메인에서 0부터
Figure pct00018
-1까지 부여되는 인덱스이다.
일 서브프레임에서
Figure pct00019
개의 연속하는 동일한 부반송파를 점유하면서, 상기 서브프레임의 2개의 슬롯 각각에 1개씩 위치하는 2개의 RB를 물리자원블록(physical resource block, PRB) 쌍(pair)이라고 한다. PRB 쌍을 구성하는 2개의 RB는 동일한 PRB 번호(혹은, PRB 인덱스(index)라고도 함)를 갖는다. VRB는 자원할당을 위해 도입된 일종의 논리적 자원할당 단위이다. VRB는 PRB와 동일한 크기를 갖는다. VRB를 PRB로 맵핑하는 방식에 따라, VRB는 로컬라이즈(localized) 타입의 VRB와 분산(distributed) 타입의 VRB로 구분된다. 로컬라이즈 타입의 VRB들은 PRB들에 바로 맵핑되어, VRB 번호(VRB 인덱스라고도 함)가 PRB 번호에 바로 대응된다. 즉, nPRB=nVRB가 된다. 로컬라이즈 타입의 VRB들에는 0부터
Figure pct00020
-1순으로 번호가 부여되며,
Figure pct00021
=
Figure pct00022
이다. 따라서, 로컬라이즈 맵핑 방식에 의하면, 동일한 VRB 번호를 갖는 VRB가 첫 번째 슬롯과 두 번째 슬롯에서, 동일 PRB 번호의 PRB에 맵핑된다. 반면, 분산 타입의 VRB는 인터리빙을 거쳐 PRB에 맵핑된다. 따라서, 동일한 VRB 번호를 갖는 분산 타입의 VRB는 첫 번째 슬롯과 두 번째 슬롯에서 서로 다른 번호의 PRB에 맵핑될 수 있다. 서브프레임의 두 슬롯에 1개씩 위치하며 동일한 VRB 번호를 갖는 2개의 PRB를 VRB 쌍이라 칭한다.
도 3은 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 사용되는 하향링크(downlink, DL) 서브프레임 구조를 예시한 것이다.
도 3을 참조하면, DL 서브프레임은 시간 도메인에서 제어영역(control region)과 데이터영역(data region)으로 구분된다. 도 3을 참조하면, 서브프레임의 첫 번째 슬롯에서 앞부분에 위치한 최대 3(혹은 4)개의 OFDM 심볼은 제어 채널이 할당되는 제어영역(control region)에 대응한다. 이하, DL 서브프레임에서 PDCCH 전송에 이용가능한 자원 영역(resource region)을 PDCCH 영역이라 칭한다. 제어영역으로 사용되는 OFDM 심볼(들)이 아닌 남은 OFDM 심볼들은 PDSCH(Physical Downlink Shared CHannel)가 할당되는 데이터영역(data region)에 해당한다. 이하, DL 서브프레임에서 PDSCH 전송에 이용가능한 자원 영역을 PDSCH 영역이라 칭한다. 3GPP LTE에서 사용되는 DL 제어 채널의 예는 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PHICH(Physical hybrid ARQ indicator Channel) 등을 포함한다. PCFICH는 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되고 서브프레임 내에서 제어 채널의 전송에 사용되는 OFDM 심볼의 개수에 관한 정보를 나른다. PHICH는 UL 전송에 대한 응답으로 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request) ACK/NACK(acknowledgment/negative-acknowledgment) 신호를 나른다.
PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보를 상향링크 제어 정보(downlink control information, DCI)라고 지칭한다. DCI는 UE 또는 UE 그룹을 위한 자원 할당 정보 및 다른 제어 정보를 포함한다. 예를 들어, DCI는 DL 공유 채널(downlink shared channel, DL-SCH)의 전송 포맷 및 자원 할당 정보, UL 공유 채널(uplink shared channel, UL-SCH)의 전송 포맷 및 자원 할당 정보, 페이징 채널(paging channel, PCH) 상의 페이징 정보, DL-SCH 상의 시스템 정보, PDSCH 상에서 전송되는 임의 접속 응답과 같은 상위 계층(upper layer) 제어 메시지의 자원 할당 정보, UE 그룹 내의 개별 UE들에 대한 전송 전력 제어 명령(Transmit Control Command Set), 전송 전력 제어(Transmit Power Control) 명령, VoIP(Voice over IP)의 활성화(activation) 지시 정보, DAI(Downlink Assignment Index) 등을 포함한다. DL 공유 채널(downlink shared channel, DL-SCH)의 전송 포맷(Transmit Format) 및 자원 할당 정보는 DL 스케줄링 정보 혹은 DL 그랜트(DL grant)라고도 불리며, UL 공유 채널(uplink shared channel, UL-SCH)의 전송 포맷 및 자원 할당 정보는 UL 스케줄링 정보 혹은 UL 그랜트(UL grant)라고도 불린다. 일 PDCCH가 나르는 DCI는 DCI 포맷에 따라서 그 크기와 용도가 다르며, 부호화율에 따라 그 크기가 달라질 수 있다. 현재 3GPP LTE 시스템에서는 상향링크용으로 포맷 0 및 4, 하향링크용으로 포맷 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 2, 2A, 2B, 2C, 3, 3A 등의 다양한 포맷이 정의되어 있다. DCI 포맷 각각의 용도에 맞게, 호핑 플래그, RB 할당(RB allocation), MCS(modulation coding scheme), RV(redundancy version), NDI(new data indicator), TPC(transmit power control), 순환 천이 DMRS(cyclic shift demodulation reference signal), UL 인덱스, CQI(channel quality information) 요청, DL 할당 인덱스(DL assignment index), HARQ 프로세스 넘버, TPMI(transmitted precoding matrix indicator), PMI(precoding matrix indicator) 정보 등의 제어정보가 취사 선택된 조합이 하향링크 제어정보로서 UE에게 전송된다.
일반적으로, UE에 구성된 전송 모드(transmission mode, TM)에 따라 상기 UE에게 전송될 수 있는 DCI 포맷이 달라진다. 다시 말해, 특정 전송 모드로 구성된 UE를 위해서는 모든 DCI 포맷이 사용될 수 있는 것이 아니라, 상기 특정 전송 모드에 대응하는 일정 DCI 포맷(들)만이 사용될 수 있다.
PDCCH는 하나 또는 복수의 연속된 제어 채널 요소(control channel element, CCE)들의 집성(aggregation) 상에서 전송된다. CCE는 PDCCH에 무선 채널 상태에 기초한 부호화율(coding rate)를 제공하기 위해 사용되는 논리적 할당 유닛(unit)이다. CCE는 복수의 자원 요소 그룹(resource element group, REG)에 대응한다. 예를 들어, 하나의 CCE는 9개의 REG에 대응되고 하나의 REG는 4개의 RE에 대응한다. 3GPP LTE 시스템의 경우, 각각의 UE을 위해 PDCCH가 위치할 수 있는 CCE 세트를 정의하였다. UE가 자신의 PDCCH를 발견할 수 있는 CCE 세트를 PDCCH 탐색 공간, 간단히 탐색 공간(Search Space, SS)라고 지칭한다. 탐색 공간 내에서 PDCCH가 전송될 수 있는 개별 자원을 PDCCH 후보(candidate)라고 지칭한다. UE가 모니터링(monitoring)할 PDCCH 후보들의 모음은 탐색 공간으로 정의된다. 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 각각의 DCI 포맷을 위한 탐색 공간은 다른 크기를 가질 수 있으며, 전용(dedicated) 탐색 공간과 공통(common) 탐색 공간이 정의되어 있다. 전용 탐색 공간은 UE-특정(specific) 탐색 공간이며, 각각의 개별 UE를 위해 구성(configuration)된다. 공통 탐색 공간은 복수의 UE들을 위해 구성된다. 하나의 PDCCH 후보는 CCE 집성 레벨에 따라 1, 2, 4 또는 8개의 CCE에 대응한다. eNB는 탐색 공간 내의 임의의 PDCCH 후보 상에서 실제 PDCCH (DCI)를 전송하고, UE는 PDCCH (DCI)를 찾기 위해 탐색 공간을 모니터링한다. 여기서, 모니터링이라 함은 모든 모니터링되는 DCI 포맷들에 따라 해당 탐색 공간 내의 각 PDCCH의 복호(decoding)를 시도(attempt)하는 것을 의미한다. UE는 상기 복수의 PDCCH를 모니터링하여, 자신의 PDCCH를 검출할 수 있다. 기본적으로 UE는 자신의 PDCCH가 전송되는 위치를 모르기 때문에, 매 서브프레임마다 해당 DCI 포맷의 모든 PDCCH를 자신의 식별자를 가진 PDCCH를 검출할 때까지 PDCCH의 복호를 시도하는데, 이러한 과정을 블라인드 검출(blind detection)(블라인드 복호(blind decoding, BD))이라고 한다.
eNB는 데이터영역을 통해 UE 혹은 UE 그룹을 위한 데이터를 전송할 수 있다. 상기 데이터영역을 통해 전송되는 데이터를 사용자데이터라 칭하기도 한다. 사용자데이터의 전송을 위해, 데이터영역에는 PDSCH(Physical Downlink Shared CHannel)가 할당될 수 있다. PCH(Paging channel) 및 DL-SCH(Downlink-shared channel)는 PDSCH를 통해 전송된다. UE는 PDCCH를 통해 전송되는 제어정보를 복호하여 PDSCH를 통해 전송되는 데이터를 읽을 수 있다. PDSCH의 데이터가 어떤 UE 혹은 UE 그룹에게 전송되는지, 상기 UE 혹은 UE 그룹이 어떻게 PDSCH 데이터를 수신하고 복호해야 하는지 등을 나타내는 정보가 PDCCH에 포함되어 전송된다. 예를 들어, 특정 PDCCH가 "A"라는 RNTI(Radio Network Temporary Identity)로 CRC(cyclic redundancy check) 마스킹(masking)되어 있고, "B"라는 무선자원(예, 주파수 위치) 및 "C"라는 전송형식정보(예, 전송 블록 사이즈, 변조 방식, 코딩 정보 등)를 이용해 전송되는 데이터에 관한 정보가 특정 DL 서브프레임을 통해 전송된다고 가정한다. UE는 자신이 가지고 있는 RNTI 정보를 이용하여 PDCCH를 모니터링하고, "A"라는 RNTI를 가지고 있는 UE는 PDCCH를 검출하고, 수신한 PDCCH의 정보를 통해 "B"와 "C"에 의해 지시되는 PDSCH를 수신한다.
UE가 eNB로부터 수신한 신호의 복조를 위해서는 데이터 신호와 비교될 참조신호 참조신호(reference signal, RS)가 필요하다. 참조신호라 함은 eNB가 UE로 혹은 UE가 eNB로 전송하는, eNB와 UE가 서로 알고 있는, 기정의된 특별한 파형의 신호를 의미하며, 파일럿(pilot)이라고도 불린다. 참조신호들은 셀 내 모든 UE들에 의해 공용되는 셀-특정(cell-specific) RS와 특정 UE에게 전용되는 복조(demodulation) RS(DM RS)로 구분된다. eNB가 특정 UE를 위한 하향링크 데이터의 복조를 위해 전송하는 DM RS를 UE-특정적(UE-specific) RS라 특별히 칭하기도 한다. 하향링크에서 DM RS와 CRS는 함께 전송될 수도 있으나 둘 중 한 가지만 전송될 수도 있다. 다만, 하향링크에서 CRS없이 DM RS만 전송되는 경우, 데이터와 동일한 프리코더를 적용하여 전송되는 DM RS는 복조 목적으로만 사용될 수 있으므로, 채널측정용 RS가 별도로 제공되어야 한다. 예를 들어, 3GPP LTE(-A)에서는 UE가 채널 상태 정보를 측정할 수 있도록 하기 위하여, 추가적인 측정용 RS인 CSI-RS가 상기 UE에게 전송된다. CSI-RS는 채널상태가 상대적으로 시간에 따른 변화도가 크지 않다는 사실에 기반하여, 매 서브프레임마다 전송되는 CRS와 달리, 다수의 서브프레임으로 구성되는 소정 전송 주기마다 전송된다.
도 4는 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 사용되는 상향링크(uplink, UL) 서브프레임 구조의 일례를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, UL 서브프레임은 주파수 도메인에서 제어영역과 데이터영역으로 구분될 수 있다. 하나 또는 여러 PUCCH(physical uplink control channel)가 상향링크 제어 정보(uplink control information, UCI)를 나르기 위해, 상기 제어영역에 할당될 수 있다. 하나 또는 여러 PUSCH(physical uplink shared channel)가 사용자 데이터를 나르기 위해, UL 서브프레임의 데이터영역에 할당될 수 있다.
UL 서브프레임에서는 DC(Direct Current) 부반송파를 기준으로 거리가 먼 부반송파들이 제어영역으로 활용된다. 다시 말해, UL 전송 대역폭의 양쪽 끝부분에 위치하는 부반송파들이 상향링크 제어정보의 전송에 할당된다. DC 부반송파는 신호 전송에 사용되지 않고 남겨지는 성분으로서, 주파수 상향변환 과정에서 반송파 주파수 f0로 맵핑된다. 일 UE에 대한 PUCCH는 일 서브프레임에서, 일 반송파 주파수에서 동작하는 자원들에 속한 RB 쌍에 할당되며, 상기 RB 쌍에 속한 RB들은 두 개의 슬롯에서 각각 다른 부반송파를 점유한다. 이와 같이 할당되는 PUCCH를, PUCCH에 할당된 RB 쌍이 슬롯 경계에서 주파수 호핑된다고 표현한다. 다만, 주파수 호핑이 적용되지 않는 경우에는, RB 쌍이 동일한 부반송파를 점유한다.
PUCCH는 다음의 제어 정보를 전송하는데 사용될 수 있다.
- SR(Scheduling Request): 상향링크 UL-SCH 자원을 요청하는데 사용되는 정보이다. OOK(On-Off Keying) 방식을 이용하여 전송된다.
- HARQ-ACK: PDCCH에 대한 응답 및/또는 PDSCH 상의 하향링크 데이터 패킷(예, 코드워드)에 대한 응답이다. PDCCH 혹은 PDSCH가 성공적으로 수신되었는지 여부를 나타낸다. 단일 하향링크 코드워드에 대한 응답으로 HARQ-ACK 1비트가 전송되고, 두 개의 하향링크 코드워드에 대한 응답으로 HARQ-ACK 2비트가 전송된다. HARQ-ACK 응답은 포지티브 ACK(간단히, ACK), 네거티브 ACK(이하, NACK), DTX(Discontinuous Transmission) 또는 NACK/DTX를 포함한다. 여기서, HARQ-ACK이라는 용어는 HARQ ACK/NACK, ACK/NACK과 혼용된다.
- CSI(Channel State Information): 하향링크 채널에 대한 피드백 정보(feedback information)이다. MIMO(Multiple Input Multiple Output)-관련 피드백 정보는 RI(Rank Indicator) 및 PMI(Precoding Matrix Indicator)를 포함한다.
UE가 서브프레임에서 전송할 수 있는 상향링크 제어정보(UCI)의 양은 제어 정보 전송에 가용한 SC-FDMA의 개수에 의존한다. UCI에 가용한 SC-FDMA는 서브프레임에서 참조 신호 전송을 위한 SC-FDMA 심볼을 제외하고 남은 SC-FDMA 심볼을 의미하고, SRS(Sounding Reference Signal)가 구성된 서브프레임의 경우에는 서브프레임의 마지막 SC-FDMA 심볼도 제외된다. 참조 신호는 PUCCH의 코히런트(coherent) 검출에 사용된다. PUCCH는 전송되는 정보에 따라 다양한 포맷을 지원한다.
표 3은 LTE/LTE-A 시스템에서 PUCCH 포맷과 UCI의 맵핑 관계를 나타낸다.
PUCCH format Modulation scheme Number of bits per subframe Usage Etc.
1 N/A N/A (exist or absent) SR (Scheduling Request)
1a BPSK 1 ACK/NACK or
SR + ACK/NACK		 One codeword
1b QPSK 2 ACK/NACK or
SR + ACK/NACK		 Two codeword
2 QPSK 20 CQI/PMI/RI Joint coding ACK/NACK (extended CP)
2a QPSK+BPSK 21 CQI/PMI/RI + ACK/NACK Normal CP only
2b QPSK+QPSK 22 CQI/PMI/RI + ACK/NACK Normal CP only
3 QPSK 48 ACK/NACK or
SR + ACK/NACK or
CQI/PMI/RI + ACK/NACK
표 3을 참조하면, PUCCH 포맷 1 계열은 주로 ACK/NACK 정보를 전송하는 데 사용되며, PUCCH 포맷 2 계열은 주로 CQI/PMI/RI 등의 채널상태정보(channel state information, CSI)를 나르는 데 사용되고, PUCCH 포맷 3 계열은 주로 ACK/NACK 정보를 전송하는 데 사용된다.
참조 신호 (Reference Signal; RS)
무선 통신 시스템에서 패킷을 전송할 때, 전송되는 패킷은 무선 채널을 통해서 전송되기 때문에 전송과정에서 신호의 왜곡이 발생할 수 있다. 왜곡된 신호를 수신측에서 올바로 수신하기 위해서는 채널 정보를 이용하여 수신 신호에서 왜곡을 보정하여야 한다. 채널 정보를 알아내기 위해서, 송신측과 수신측에서 모두 알고 있는 신호를 전송하여, 상기 신호가 채널을 통해 수신될 때의 왜곡 정도를 가지고 채널 정보를 알아내는 방법을 주로 사용한다. 상기 신호를 파일럿 신호(Pilot Signal) 또는 참조신호(Reference Signal)라고 한다.
다중안테나를 사용하여 데이터를 송수신하는 경우에는 각 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 채널 상황을 알아야 올바른 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 각 송신 안테나 별로, 좀더 자세하게는 안테나 포트(안테나 포트)별로 별도의 참조신호가 존재하여야 한다.
참조신호는 상향링크 참조신호와 하향링크 참조신호로 구분될 수 있다. 현재 LTE 시스템에는 상향링크 참조신호로써,
i) PUSCH 및 PUCCH를 통해 전송된 정보의 코히런트(coherent)한 복조를 위한 채널 추정을 위한 복조 참조신호(DeModulation-Reference Signal, DM-RS)
ii) 기지국이, 네트워크가 다른 주파수에서의 상향링크 채널 품질을 측정하기 위한 사운딩 참조신호(Sounding Reference Signal, SRS)가 있다.
한편, 하향링크 참조신호에는,
i) 셀 내의 모든 단말이 공유하는 셀-특정 참조신호(Cell-specific Reference Signal, CRS)
ii) 특정 단말만을 위한 단말-특정 참조신호(UE-specific Reference Signal)
iii) PDSCH가 전송되는 경우 코히런트한 복조를 위해 전송되는 (DeModulation-Reference Signal, DM-RS)
iv) 하향링크 DMRS가 전송되는 경우 채널 상태 정보(Channel State Information; CSI)를 전달하기 위한 채널상태정보 참조신호(Channel State Information- Reference Signal, CSI-RS)
v) MBSFN(Multimedia Broadcast Single Frequency Network) 모드로 전송되는 신호에 대한 코히런트한 복조를 위해 전송되는 MBSFN 참조신호(MBSFN Reference Signal)
vi) 단말의 지리적 위치 정보를 추정하는데 사용되는 위치 참조신호(Positioning Reference Signal)가 있다.
참조신호는 그 목적에 따라 크게 두 가지로 구분될 수 있다. 채널 정보 획득을 위한 목적의 참조신호와 데이터 복조를 위해 사용되는 참조신호가 있다. 전자는 UE가 하향 링크로의 채널 정보를 획득할 수 있는데 그 목적이 있으므로, 광대역으로 전송되어야 하고, 특정 서브 프레임에서 하향 링크 데이터를 수신하지 않는 단말이라도 그 참조신호를 수신하여야 한다. 또한 이는 핸드 오버 등의 상황에서도 사용된다. 후자는 기지국이 하향링크를 보낼 때 해당 리소스에 함께 보내는 참조신호로서, 단말은 해당 참조신호를 수신함으로써 채널 측정을 하여 데이터를 복조할 수 있게 된다. 이 참조신호는 데이터가 전송되는 영역에 전송되어야 한다.
도 5는 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이 송신 안테나의 수를 NT 개로, 수신 안테나의 수를 NR 개로 늘리면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 따라서, 전송 레이트를 향상시키고 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 채널 전송 용량이 증가함에 따라, 전송 레이트는 이론적으로 단일 안테나 이용시의 최대 전송 레이트(Ro)에 레이트 증가율(Ri)이 곱해진 만큼 증가할 수 있다.
Figure pct00023
예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다.
다중안테나 시스템에서의 통신 방법을 수학적 모델링을 이용하여 보다 구체적으로 설명한다. 상기 시스템에는 NT개의 송신 안테나와 NR개의 수신 안테나가 존재한다고 가정한다.
송신 신호를 살펴보면, NT개의 송신 안테나가 있는 경우 전송 가능한 최대 정보는 NT개이다. 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00024
각각의 전송 정보
Figure pct00025
는 전송 전력이 다를 수 있다. 각각의 전송 전력을
Figure pct00026
라고 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00027
또한,
Figure pct00028
는 전송 전력의 대각행렬
Figure pct00029
를 이용해 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00030
전송전력이 조정된 정보 벡터
Figure pct00031
에 가중치 행렬
Figure pct00032
가 적용되어 실제 전송되는 NT개의 송신신호
Figure pct00033
가 구성되는 경우를 고려해 보자. 가중치 행렬
Figure pct00034
는 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 한다.
Figure pct00035
는 벡터
Figure pct00036
를 이용하여 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00037
여기에서,
Figure pct00038
는 i번째 송신 안테나와 j번째 정보간의 가중치를 의미한다.
Figure pct00039
는 프리코딩 행렬이라고도 불린다.
수신신호는 NR 개의 수신 안테나가 있는 경우 각 안테나의 수신신호
Figure pct00040
은 벡터로 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00041
다중안테나 무선 통신 시스템에서 채널을 모델링하는 경우, 채널은 송수신 안테나 인덱스에 따라 구분될 수 있다. 송신 안테나 j로부터 수신 안테나 i를 거치는 채널을
Figure pct00042
로 표시하기로 한다.
Figure pct00043
에서, 인덱스의 순서가 수신 안테나 인덱스가 먼저, 송신 안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.
한편, 도 5(b)는 NT 개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시한 도면이다. 상기 채널을 묶어서 벡터 및 행렬 형태로 표시할 수 있다. 도 5(b)에서, 총 NT 개의 송신 안테나로부터 수신 안테나 i로 도착하는 채널은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00044
따라서, NT 개의 송신 안테나로부터 NR 개의 수신 안테나로 도착하는 모든 채널은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00045
실제 채널에는 채널 행렬
Figure pct00046
를 거친 후에 백색잡음(AWGN; Additive White Gaussian Noise)이 더해진다. NR 개의 수신 안테나 각각에 더해지는 백색잡음
Figure pct00047
은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00048
상술한 수학식 모델링을 통해 수신신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00049
한편, 채널 상태를 나타내는 채널 행렬
Figure pct00050
의 행과 열의 수는 송수신 안테나의 수에 의해 결정된다. 채널 행렬
Figure pct00051
에서 행의 수는 수신 안테나의 수 NR과 같고, 열의 수는 송신 안테나의 수 NT와 같다. 즉, 채널 행렬
Figure pct00052
는 행렬이 NR×NT된다.
행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행 또는 열의 개수 중에서 최소 개수로 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 행 또는 열의 개수 보다 클 수 없다. 채널 행렬
Figure pct00053
의 랭크(
Figure pct00054
)는 다음과 같이 제한된다.
Figure pct00055
랭크의 다른 정의는 행렬을 고유치 분해(Eigen value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 고유치들의 개수로 정의할 수 있다. 유사하게, 랭크의 또 다른 정의는 특이치 분해(singular value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 특이치들의 개수로 정의할 수 있다. 따라서, 채널 행렬에서 랭크의 물리적인 의미는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다.
코드북 기반 프리코딩 기법
다중 안테나 전송을 지원하기 위하여 전송 정보를 각각의 안테나에 채널 상황 등에 따라 적절하게 분배해주는 프리코딩(precoding)을 적용할 수 있다. 코드북(Codebook) 기반의 프리코딩 기법은, 송신단과 수신단에서 프리코딩 행렬의 집합을 미리 정하여 두고, 수신단이 송신단으로부터의 채널정보를 측정하여 가장 알맞은 프리코딩 행렬이 무엇인지(즉, 프리코딩 행렬 인덱스(Precoding Matrix Index; PMI)를 송신단에게 피드백하여 주고, 송신단은 PMI에 기초하여 적절한 프리코딩을 신호 전송에 적용하는 기법을 말한다. 미리 정해둔 프리코딩 행렬 집합 중에서 적절한 프리코딩 행렬을 선택하는 방식이므로, 항상 최적의 프리코딩이 적용되는 것은 아니지만, 실제 채널 정보에 최적의 프리코딩 정보를 명시적으로(explicitly) 피드백하는 것에 비하여 피드백 오버헤드를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 6은 코드북 기반 프리코딩의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.
코드북 기반 프리코딩 방식에 따를 경우, 송신단과 수신단은 전송 랭크, 안테나 개수 등에 따라 미리 정해진 소정 개수의 프리코딩 행렬들을 포함하는 코드북 정보를 공유하게 된다. 즉, 피드백 정보가 유한한(finite) 경우에 프리코딩 기반 코드북 방식이 사용될 수 있다. 수신단은 수신 신호를 통해 채널 상태를 측정하여, 상술한 코드북 정보를 기반으로 유한한 개수의 선호하는 프리코딩 행렬 정보(즉, 해당 프리코딩 행렬의 인덱스)를 송신단에 피드백할 수 있다. 예를 들어, 수신단에서는 ML(Maximum Likelihood) 또는 MMSE(Minimum Mean Square Error) 방식으로 수신 신호를 측정하여 최적의 프리코딩 행렬을 선택할 수 있다. 도 6에서는 수신단이 송신단에 프리코딩 행렬 정보를 코드워드별로 전송하는 것을 도시하고 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
수신단으로부터 피드백 정보를 수신한 송신단은 수신된 정보에 기반하여 코드북으로부터 특정 프리코딩 행렬을 선택할 수 있다. 프리코딩 행렬을 선택한 송신단은 전송 랭크에 대응하는 개수의 레이어 신호에 선택된 프리코딩 행렬을 곱하는 방식으로 프리코딩을 수행하며, 프리코딩이 수행된 전송 신호를 복수의 안테나를 통해 전송할 수 있다. 프리코딩 행렬에서 행(row)의 개수는 안테나의 개수와 동일하며, 열(column)의 개수는 랭크 값과 동일하다. 랭크 값은 레이어의 개수와 동일하므로, 열(column)의 개수는 레이어 개수와 동일하다. 예를 들어, 전송 안테나의 개수가 4 이고 전송 레이어의 개수가 2 인 경우에는 프리코딩 행렬이 4x2 행렬로 구성될 수 있다. 프리코딩 행렬을 통하여 각각의 레이어를 통해 전송되는 정보가 각각의 안테나에 매핑될 수 있다.
송신단에서 프리코딩되어 전송된 신호를 수신한 수신단은 송신단에서 이루어진 프리코딩의 역처리를 수행하여 수신 신호를 복원할 수 있다. 일반적으로 프리코딩 행렬은 U*UH = I와 같은 유니터리 행렬(U) 조건을 만족하는바, 상술한 프리코딩의 역처리는 송신단의 프리코딩에 이용된 프리코딩 행렬(P)의 에르미트(Hermit) 행렬 (PH)을 수신 신호에 곱하는 방식으로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 다음의 표 4는 3GPP LTE 릴리즈-8/9 에서 2 전송 안테나를 사용한 하향링크 전송에 사용되는 코드북을 나타내는 것이고, 표 5는 3GPP LTE 릴리즈-8/9 에서 4 전송 안테나를 사용한 하향링크 전송에 사용되는 코드북을 나타내는 것이다.
Figure pct00056
Figure pct00057
상기 표 5에서,
Figure pct00058
는
Figure pct00059
와 같이 표현되는 수학식으로부터 구성되는 세트
Figure pct00060
로 얻어진다. 이 때,
Figure pct00061
는 4×4 단일행렬을 나타내고 Un는 표 5에서 주어지는 값이다.
상기 표 4에서 나타내는 바와 같이, 2 개의 송신안테나에 대한 코드북의 경우 총 7개의 프리코딩 벡터/행렬을 가지고 있으며 여기서, 단일 행렬은 개-루프(open-loop) 시스템을 위한 것이므로, 폐-루프(loop) 시스템의 프리코딩을 위한 프리코딩 벡터/행렬은 총 6개가 된다. 또한, 상기 표 5와 같은 4개의 송신안테나에 대한 코드북의 경우 총 64개의 프리코딩 벡터/행렬을 가지고 있다.
위와 같은 코드북은 일정 모듈러스(Constant modulus; CM) 특성, 네스티드 특성(Nested property), 제한된 알파벳(Constrained alphabet) 등의 공통적인 특성을 가진다. CM 특성은 코드북 내의 모든 프리코딩 행렬의 각각의 요소(element)는 '0'을 포함하지 않으며, 같은 크기를 가지도록 구성되는 특성이다. 네스티드 특성은, 낮은 랭크의 프리코딩 행렬이 높은 랭크의 프리코딩 행렬의 특정 열의 서브셋(subset) 으로 구성되도록 설계된 것을 의미한다. 제한된 알파벳 특성은, 코드북 내의 모든 프리코딩 행렬의 각각의 요소(element)가 제한되는 것을 의미한다. 예를 들어, 프리코딩 행렬의 각각의 요소가 BPSK(Binary Phase Shift Keying)에 사용되는 요소(±1)로만 제한되거나, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 에 사용되는 요소(±1, ±j)로만 제한되거나, 또는 8-PSK 에 사용되는 요소(
Figure pct00062
)로만 제한될 수 있다. 상기 표 5의 코드북의 예시에서는 코드북 내의 모든 프리코딩 행렬의 각각의 요소(element)의 알파벳이
Figure pct00063
으로 구성되므로, 제한된 알파벳 특성을 가진다고 표현할 수 있다.
CSI 보고
3GPP LTE(-A) 시스템에서는, 사용자 기기(UE)가 채널상태정보(CSI)를 기지국(BS)으로 보고하도록 정의되었으며, 채널상태정보(CSI)라 함은 UE와 안테나 포트 사이에 형성되는 무선 채널(혹은 링크라고도 함)의 품질을 나타낼 수 있는 정보를 통칭한다. 예를 들어, 랭크 지시자(rank indicator, RI), 프리코딩행렬 지시자(precoding matrix indicator, PMI), 채널품질지시자(channel quality indicator, CQI) 등이 이에 해당한다. 여기서, RI는 채널의 랭크(rank) 정보를 나타내며, 이는 UE가 동일 시간-주파수 자원을 통해 수신하는 스트림의 개수를 의미한다. 이 값은 채널의 롱 텀 페이딩(fading)에 의해 종속되어 결정되므로, PMI, CQI보다 보통 더 긴 주기를 가지고 UE에서 BS로 피드백된다. PMI는 채널 공간 특성을 반영한 값으로 SINR 등의 메트릭(metric)을 기준으로 UE가 선호하는 프리코딩 인덱스를 나타낸다. CQI는 채널의 세기를 나타내는 값으로 일반적으로 BS가 PMI를 이용했을 때 얻을 수 있는 수신 SINR을 의미한다.
상기 무선 채널의 측정에 기반하여, UE는 현재 채널 상태 하에서 상기 BS에 의해 사용된다면 최적 또는 최고의 전송 레이트를 도출할 수 있는 선호되는 PMI 및 RI를 계산하고, 계산된 PMI 및 RI를 상기 BS로 피드백한다. 여기서, CQI는 상기 피드백된 PMI/RI에 대한 수용가능한 패킷 에러율(packet error probability)을 제공하는 변조 및 코딩 방식(modulation and coding scheme)을 지칭한다.
한편, 더 정밀한 MU-MIMO와 명시적인 CoMP 동작들을 포함하도록 기대되는LTE-A 시스템에서, 현재의 CSI 피드백은 LTE에서 정의되었으며 따라서 저러한 새롭게 도입될 동작들을 충분하게 지원하지 못한다. CSI 피드백 정확도에 대한 요구사항이 충분한 MU-MIMO 또는 CoMP 스루풋(throughput) 이득을 얻기 위해 점점 까다로워짐에 따라, PMI가 롱 텀(long term)/광대역(wideband) PMI (W1) 그리고 숏 텀(short term)/서브밴드(subband) PMI (W2), 두 가지로 구성되도록 합의되었다. 다시 말해서, 최종 PMI는 W1과 W2의 함수로서 표현된다. 예컨대, 최종 PMI W는 다음과 같이 정의될 수 있다: W=W1*W2 or W=W2*W1. 따라서, LTE-A에서 CSI는 RI, W1, W2 및 CQI로 구성될 것이다.
3GPP LTE(-A)시스템에서 CSI 전송을 위해 사용되는 상향링크 채널은 다음 표 6과 같다.
스케줄링 방식 주기적 CSI 전송 비주기적 CSI 전송
주파수 비선택적 PUCCH -
주파수 선택적 PUCCH PUSCH
표 6을 참조하면, CSI는 상위 계층에서 정한 주기로 물리상향링크 제어채널(Physical Uplink Control Channel, PUCCH)을 이용하여 전송될 수 있고, 스케줄러의 필요에 따라 비주기적으로 물리상향링크 공유채널(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH)을 이용하여 전송될 수 있다. CSI가 PUSCH로 전송되는 경우는 주파수 선택적인 스케줄링 방식 및 비주기적 CSI 전송인 경우에만 가능하다. 이하에서는 스케줄링 방식 및 주기성에 따른 CSI 전송 방식에 대해서 설명한다.
1) CSI 전송 요청 제어 신호(CSI request) 수신 후 PUSCH를 통한 CQI/PMI/RI 전송
PDCCH 신호로 전송되는 PUSCH 스케줄링 제어신호(UL Grant)에 CSI를 전송하도록 요청하는 제어 신호가 포함될 수 있다. 다음 표는 PUSCH를 통해 CQI, PMI, RI를 전송할 때의 UE의 모드를 나타낸다.
PMI 피드백 타입
No PMI 단일 PMI 다중 PMI
PUSCH CQI 피드백 타입 광대역
(광대역 CQI)		 Mode 1-2
UE 선택
(서브밴드 CQI)		 Mode 2-0 Mode 2-2
상위계층구성
(서브밴드 CQI)		 Mode 3-0 Mode 3-1
표 7의 전송 모드는 상위 레이어에서 선택되며, CQI/PMI/RI는 모두 같은 PUSCH 서브프레임에서 전송된다. 이하에서는, 각 모드에 따른 UE의 상향링크 전송 방법에 대해서 설명한다.
모드 1-2(Mode 1-2)는 각각의 서브밴드에 대해서 데이터가 서브밴드만을 통해서 전송된다는 가정하에 프리코딩 행렬을 선택하는 경우를 나타낸다. UE는 시스템 대역 또는 상위 레이어에서 지정한 대역(set S) 전체에 대해서 선택한 프리코딩 행렬을 가정하여 CQI를 생성한다. 모드 1-2에서 UE는 CQI와 각 서브밴드의 PMI 값을 전송할 수 있다. 이때, 각 서브밴드의 크기는 시스템 대역의 크기에 따라 달라질 수 있다.
모드 2-0(Mode 2-0)인 UE는 시스템 대역 또는 상위 레이어에서 지정한 지정 대역(set S)에 대해서 선호하는 M개의 서브밴드를 선택할 수 있다. UE는 선택한 M개의 서브밴드에 대해서 데이터를 전송한다는 가정하에 하나의 CQI 값을 생성할 수 있다. UE는 추가로 시스템 대역 또는 set S에 대해서 하나의 CQI (wideband CQI) 값을 보고하는 것이 바람직하다. UE는 선택한 M개의 서브밴드들에 대해서 다수 개의 코드워드가 있을 경우, 각 코드워드에 대한 CQI 값을 차분 형식으로 정의한다.
이때, 차분 CQI 값은 선택한 M개의 서브밴드에 대한 CQI 값에 해당하는 인덱스와 광대역 CQI(WB-CQI: Wideband CQI) 인덱스의 차이값으로 결정된다.
모드 2-0인 UE는 선택한 M개의 서브밴드의 위치에 대한 정보, 선택한 M개의 서브밴드들에 대한 하나의 CQI 값 및 전 대역 또는 지정 대역(set S)에 대해서 생성한 CQI 값을 BS로 전송할 수 있다. 이때, 서브밴드의 크기 및 M값은 시스템 대역의 크기에 따라 달라질 수 있다.
모드 2-2(Mode 2-2)인 UE는 M개의 선호하는 서브밴드를 통하여 데이터를 전송한다는 가정하에, M개의 선호 서브밴드의 위치와 M개의 선호 서브밴드에 대한 단일 프리코딩 행렬을 동시에 선택할 수 있다. 이때, M개의 선호 서브밴드에 대한CQI 값은 코드워드마다 정의된다. 또한, UE는 추가로 시스템 대역 또는 지정 대역(set S)에 대해서 광대역 CQI(wideband CQI) 값을 생성한다.
모드 2-2인 UE는 M개의 선호하는 서브밴드의 위치에 대한 정보, 선택된 M개의 서브밴드들에 대한 하나의 CQI 값, M개의 선호하는 서브밴드에 대한 단일 PMI, 광대역 PMI, 광대역 CQI 값을 BS로 전송할 수 있다. 이때, 서브밴드의 크기 및 M 값은 시스템 대역의 크기에 따라 달라질 수 있다.
모드 3-0(Mode 3-0)인 UE는 광대역 CQI 값을 생성한다. UE는 각 서브밴드를 통해서 데이터를 전송한다는 가정하에 각 서브밴드에 대한 CQI 값을 생성한다. 이때, RI > 1이더라도 CQI 값은 첫 번째 코드워드에 대한 CQI 값만을 나타낸다.
모드 3-1(Mode 3-1)인 UE는 시스템 대역 또는 지정대역(set S)에 대해서 단일 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 생성한다. UE는 각 서브밴드에 대해서 앞서 생성한 단일 프리코딩 행렬을 가정하고, 코드워드 별로 서브밴드 CQI를 생성한다. 또한, UE는 단일 프리코딩 행렬을 가정하고 광대역 CQI를 생성할 수 있다. 각 서브밴드의 CQI 값은 차분 형식으로 표현될 수 있다. 서브밴드 CQI 값은 서브밴드 CQI 인덱스와 광대역 CQI 인덱스의 차이값으로 계산된다. 이때, 서브밴드의 크기는 시스템 대역의 크기에 따라 달라질 수 있다.
2) PUCCH를 통한 주기적인 CQI/PMI/RI 전송
UE는 CSI(e.g. CQI/PMI/RI 정보)를 PUCCH를 통해 BS에 주기적으로 전송할 수 있다. 만약, UE가 사용자 데이터를 전송하라는 제어신호를 수신하였을 경우에는, UE는 PUCCH를 통하여 CQI를 전송할 수 있다. 제어신호가 PUSCH를 통하여 전송되더라도 CQI/PMI/RI는 다음 표 8에서 정의된 모드들 중 하나의 방식에 의해 전송될 수 있다.
PMI 피드백 타입
No PMI 단일 PMI
PUCCH CQI 피드백 타입 광대역
(광대역 CQI)		 Mode 1-0 Mode 1-1
UE 선택
(서브밴드 CQI)		 Mode 2-0 Mode 2-1
UE는 표 8과 같은 전송 모드를 가질 수 있다. 표 8을 참조하면, 모드 2-0(Mode 2-0) 및 모드 2-1(Mode 2-1)의 경우, 대역폭 파트(BP: Bandwidth Part)는 주파수 영역에서 연속적으로 위치한 서브밴드들의 집합이며 시스템 대역 또는 지정대역(set S)를 모두 커버할 수 있다. 표 8에서 각 서브밴드의 크기, BP의 크기 및 BP의 개수는 시스템 대역의 크기에 따라 달라질 수 있다. 또한, UE는 시스템 대역 또는 지정대역(set S)을 커버할 수 있도록 BP 별로 CQI를 주파수 영역에서 오름차순으로 전송한다.
CQI/PMI/RI의 전송 조합에 따라, UE는 다음과 같은 4개의 전송 타입을 가질 수 있다.
i) 제 1 타입(Type 1): 모드 2-0(Mode 2-0), 모드 2-1(Mode 2-1)의 서브밴드 CQI(SB-CQI)를 전송한다.
ii) 제 2 타입(Type 2): 광대역 CQI 및 PMI(WB-CQI/PMI)를 전송한다.
iii) 제 3 타입(Type 3): RI를 전송한다.
iv) 제 4 타입(Type 4): 광대역 CQI를 전송한다.
UE가 RI와 광대역 CQI/PMI를 전송하는 경우, CQI/PMI는 서로 다른 주기와 오프셋을 가지는 서브프레임에 전송된다. 또한, RI와 광대역 CQI/PMI가 같은 서브프레임에 전송되어야 하는 경우에는 CQI/PMI는 전송되지 않는다.
표 8에서 광대역 CQI/PMI 및 서브밴드 CQI의 전송 주기는 P이고, 다음의 특징을 갖는다.
- 광대역 CQI/PMI는 H*P의 주기를 갖는다. 이 때, H=J*K+1이고, J는 BP의 개수, K는 BP의 전체 주기의 횟수이다. 즉, UE는 {0, H, 2H, ...}에 전송한다.
- 광대역 CQI/PMI를 전송하는 시점이외의 J*K 시점에서는 CQI를 전송한다.
표 8에서 RI의 전송 주기는 광대역 CQI/PMI 주기의 M 배이며, 다음의 특징을 갖는다.
- RI와 광대역 CQI/PMI의 오프셋은 O이고, RI와 광대역 CQI/PMI가 동일한 서브프레임에 전송되는 경우 광대역 CQI/PMI는 전송되지 않는다.
표 8에서 개시된 파라미터 P, H, K 및 O는 모두 UE의 상위 레이어에서 결정하여 UE의 물리계층으로 시그널링된다.
이하에서는 표 8을 참고하여, UE의 모드에 다른 피드백 동작에 대해서 설명한다. UE가 모드 1-0(Mode 1-0)이고 RI를 BS에 전송하는 경우, UE는 시스템 대역 또는 지정 대역(set S)에 대하여 RI를 생성하고, RI를 전송하기 위한 제 3 타입 리포트를 BS에 전송한다. UE가 CQI를 전송하는 경우, 광대역 CQI를 전송한다.
UE가 모드 1-1(Mode 1-1)이고 RI를 전송하는 경우, 시스템 대역 또는 지정 대역(set S)에 대하여 RI를 생성하고, RI를 전송하기 위한 제 3 타입 리포트를 BS에 전송한다. UE가 CQI/PMI를 전송하는 경우, 가장 최근에 전송한 RI를 고려하여 단일 프리코딩 행렬을 선정한다. 즉, UE는 광대역 CQI, 단일 프리코딩 행렬, 차분 광대역 CQI로 구성된 제 2 타입 리포트를 BS로 전송한다.
UE가 모드 2-0(Mode 2-0)이고 RI를 전송하는 경우, 시스템 대역 또는 지정 대역(set S)에 대하여 RI를 생성하고, RI를 전송하기 위한 제 3 타입 리포트를 BS에 전송한다. UE가 광대역 CQI를 전송하는 경우, 가장 최근에 전송한 RI를 가정하여 광대역 CQI를 생성하고 제 4 타입 리포트를 BS로 전송한다. UE는 선택한 서브밴드에 대한 CQI를 전송하는 경우, UE는 N개의 서브밴드로 구성된 J개의 BP에 대해서 가장 선호하는 서브밴드를 선택하여, 제 1 타입 리포트를 BS로 전송한다. 제 1 타입 리포트는 BP에 따라서 1개 이상의 서브프레임을 통해 전송될 수 있다.
UE가 모드 2-1(Mode 2-1)이고 RI를 전송하는 경우, 시스템 대역 또는 지정대역(set S)에 대하여 RI를 생성하고, RI를 전송하기 위한 제 3 타입 리포트를 BS에 전송한다. UE가 광대역 CQI를 BS에 전송하는 경우, 가장 최근에 전송한 RI를 고려하여 광대역 CQI를 생성하고 제 4 타입 리포트를 BS에 전송한다. 선택된 서브밴드들에 대한 CQI가 전송되는 경우, UE는 Nj개로 구성된 J개의 BP에 대해서, 가장 최근에 전송한 PMI/RI를 고려하여 BP 내에 선택된 서브밴드들에 대한 단일 CQI 값과, RI가 1보다 큰 경우에는 가장 최근에 전송한 RI와 선택된 서브밴드에 단일 프리코딩 행렬을 사용한 것을 가정하여 코드워드의 CQI 차이를 생성하여 제 1 타입 리포트를 BS에 전송한다.
앞서 설명한 BS와 UE 간의 채널상태의 추정(CSI 보고)과 더불어 간섭 신호의 완화, BS와 UE 사이에 전송된 신호의 복조 등을 위하여 다양한 참조신호(reference signal, RS)가 BS와 UE간에 전송된다. 참조신호라 함은 BS로부터 UE로 혹은 UE로부터 BS로 전송하는, BS와 UE가 서로 알고 있는 기정의된, 특별한 파형의 신호를 의미하며, 파일럿(pilot)이라고도 불린다. 3GPP LTE 릴리즈 8(이하, Rel-8)에는 CQI 피드백을 위한 채널 측정과 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)의 복조(demodulation)를 목적으로 셀 특정적 참조신호(cell specific reference signal, CRS)이 제안되어 있다. 그러나, 3GPP LTE 릴리즈 10(이하, Rel-10)에서부터는 Rel-8의 CRS와 별도로 Rel-10에 따라 CSI 피드백을 위한 채널상태정보 참조신호(channel state information reference signal, CSI-RS)가 제안되었다.
각각의 BS는 복수 개의 안테나 포트를 통해 UE로 채널 측정을 위한 CSI-RS를 전송하며, 각각의 UE는 그에 응답하여 CSI-RS에 기반하여 채널상태정보를 계산하여 각각의 BS로 전송할 수 있다.
LTE Rel-12 이후의 무선 통신 시스템에서는 능동 안테나 시스템(active antenna system: 이하 AAS)의 도입이 고려되고 있다. 신호의 위상 및 크기를 조정할 수 있는 증폭기와 안테나가 분리되어 있는 기존의 수동 안테나 시스템과 달리, AAS는 각각의 안테나가 증폭기와 같은 능동 소자를 포함하도록 구성된 시스템을 의미한다. 상기 AAS는 능동 안테나 사용에 따라 증폭기와 안테나를 연결하기 위한 별도의 케이블, 커넥터, 기타 하드웨어 등이 필요하지 않고, 따라서 에너지 및 운용 비용 측면에서 효율성이 높은 특징을 갖는다. 특히 상기 AAS는 각 안테나 별 전자식 빔 제어(electronic beam control) 방식을 지원하기 때문에 빔 방향 및 빔 폭을 고려한 정교한 빔 패턴 형성 또는 3차원 빔 패턴을 형성하는 등의 진보된 MIMO 기술을 가능하게 한다.
상기 AAS 등의 진보된 안테나 시스템의 도입으로 다수의 입출력 안테나와 다차원 안테나 구조를 갖는 대규모 MIMO 구조 또한 고려되고 있다. 일례로 기존의 일자 형 안테나 배열과 달리 2차원 안테나 배열을 형성할 경우, AAS의 능동 안테나에 의해 3차원 빔 패턴을 형성할 수 있다. 송신 안테나 관점에서 상기 3차원 빔 패턴을 활용할 경우, 빔의 수평 방향뿐만 아니라 수직 방향으로의 준-정적 또는 동적인 빔 형성을 수행할 수 있으며 일례로 수직 방향의 섹터 형성 등의 응용을 고려할 수 있다. 또한 수신 안테나 관점에서는 대규모 수신 안테나를 활용하여 수신 빔을 형성할 때, 안테나 배열 이득(antenna array gain)에 따른 신호 전력 상승 효과를 기대할 수 있다. 따라서 상향링크의 경우, 기지국이 다수의 안테나를 통해 단말로부터 전송되는 신호를 수신할 수 있으며 이때 단말은 간섭 영향을 줄이기 위해 대규모 수신 안테나의 이득을 고려하여 자신의 송신 전력을 매우 낮게 설정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 AAS 기반의 무선 통신 시스템에서 3차원 빔(3D beamforming)을 형성하는 과정에서 동적인(dynamic) 빔 형성을 위한 채널 정보와 준-정적인(semi-static) 빔 형성을 위한 채널 정보를 구분하고, 상기 준-정적인 빔 형성을 위한 채널 정보의 측정 방안 및 피드백(feedback) 방안에 대해서 제안한다.
일반적으로 안테나 배열에 대한 빔 제어 방식은 각 안테나에 대한 송신 전력 및 위상 값을 조절하여 상기 안테나 배열을 포함하는 평면에 대하여 상기 안테나 배열의 중심을 기준으로 특정 방위각에 대해 채널 이득이 집중되는 빔 패턴을 형성할 수 있다. 상기와 같은 안테나 배열이 균등한 간격으로 이루어진 경우, ULA(uniform linear array)라고 불린다. 기존 LTE Rel-12 이전의 LTE 시스템에서는 기지국 또는 단말이 상기 ULA 구조의 안테나를 갖는다고 가정되었으며, 따라서 3차원 공간에서 2차원 평면에 대한 빔 방향만을 변화시킬 수 있었다. 이 때, 2차원 평면에 대한 빔 방향은 기지국에 대한 단말의 방위 각에 따른 빔 방향으로 이해될 수 있다. 도 7의 (b)는 상기 ULA를 도시한다.
만약, 서로 수직한 방향의 2차원 안테나 배열을 구성하게 되면, 방위각뿐만 아니라 고도에 따른 빔을 형성할 수 있어 3차원 빔 패턴을 형성할 수 있다. 한편, LTE Rel-12 이후의 LTE 시스템은 신호의 위상 및 크기를 조정할 수 있는 능동 회로가 각각의 안테나에 포함된 능동 안테나 시스템(active antenna system; AAS)의 도입이 고려되고 있다. 상기 AAS의 도입에 따라 기존 시스템의 기계적 빔 제어(mechanical beam control) 방식과 달리, 각 안테나 별 능동 회로를 이용한 전자식 빔 제어(electrical beam control)를 수행할 수 있으며 이를 통해 상기 3차원 빔의 빔 폭 및 방향을 보다 정교하게 설계할 수 있다. 도 7의 (b)는 2차원 안테나 배열에 전자식 빔 제어를 통한 3차원 빔 패턴을 형성하는 예시이다.
그러나 기존 ULA 기반 시스템과 같이 지면에 대한 수평 방향으로 2차원 평면에 대한 빔을 형성할 때, 기지국과 단말 사이의 신호의 전송 경로가 건물 또는 차량 등의 장애물에 의해 왜곡되는 산란(scattering)이 발생될 수 있다. 따라서 장애물을 고려하지 않은 환경에서는 기지국과 단말 사이의 직선 경로에 대응되는 방위각에서 안테나 빔 패턴이 최대 이득을 갖도록 설정하는 것이 단말에게 최대 빔 이득을 줄 수 있지만, 상기 산란이 고려되는 환경에서는 상기 직선 경로와 무관한 방위각으로 집중되는 송신 빔 패턴이 단말에게 최대 빔 이득을 줄 수 있다.
도 8은 장애물을 고려한 전송 환경을 예시한다.
도 8의 왼쪽은 수평 방향 빔 형성 과정에서 기지국과 단말 간 장애물이 존재할 때, 상기 산란에 따른 효과를 나타낸 것이다. 반면, 지면에 대한 수직 방향으로 2차원 평면에 대한 빔을 형성하는 경우, 지상 공간에 빔 패턴이 형성되어 고려될 수 있는 장애물이 미미할 것으로 기대된다. 즉, 상기 기지국과 단말의 직선 경로에 대응되는 고도에서 빔 이득이 집중되는 안테나 빔 패턴이 실제 단말에게도 최대 빔 이득을 줄 수 있다. 도 8의 오른쪽은 상기 수직 방향의 빔 특성을 도식화 한 것이다.
한편, LTE Rel-12 이전의 시스템에서는 수평 방향의 빔 형성을 위한 피드백 구조가 활발히 논의되었으나, 준-정적인 빔 형성을 위한 피드백 구조는 마련되지 않았다. 따라서, 본 발명에서는 상기 3차원 빔 형성 과정에서 동적인 빔 형성과 준-정적인 빔 형성을 고려한 프리코딩 기법 및 상기 프리코딩을 위한 피드백 구조를 제안한다.
상기 제안 기법은 수평 및 수직 방향의 2차원 안테나 배열의 수직 방향 열에 준-정적인 빔 패턴을 적용하여 각 안테나 요소가 수직 방향에 따라 특정 빔 이득 특성을 보이는 수평 방향의 가상적인 1차원 안테나 배열을 가정하고, 상기 가상의 1차원 안테나 배열에 대해서는 동적인 빔 패턴을 적용하는 프리코딩 기법을 가정한다. 기지국은 특정 참조신호가 상기 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널 정보를 측정하기 위한 용도임을 단말에게 알려주고, 단말은 상기 참조신호를 활용하여 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널 정보를 획득한다.
상기 평균 채널 정보는 상기 측정용 참조신호에 대해 빔 이득이 최적이 되는 준-정적인 빔에 대응되는 각 안테나 포트 별 송신 전력과 특정 참조 대상이 되는 안테나 포트를 기준으로 각 안테나 포트에 대한 상대적인 위상 차이에 대한 양자화 채널 값으로 구성되거나 또는 기지국과 단말 간 사전에 정의된 준-정적인 빔 패턴들의 후보 군들에 대해서 상기 참조신호에 각각의 빔 패턴들의 후보 군들을 적용한 뒤 수신 전력을 계산하여 최상의 값(즉, 가장 높은 수신 전력 값)에 대응되는 후보의 지표 또는 상위권 값에 대응되는 후보들의 지표들로 구성될 수 있다.
또한, 상기 평균 채널 정보는 어떤 참조신호로부터 측정된 값인지에 대한 태그 정보를 포함하게 되며, 상위 계층으로 전송되거나 또는 비주기적으로 PUSCH 등의 비교적 대용량 컨테이너를 통해 전송될 수 있다.
본 발명에서는 3차원 빔 형성을 지원하는 안테나 배열에 대해서 준-정적인 빔 패턴을 적용하여 2차원 동적인 빔 형성을 지원하는 안테나 배열로 변환할 수 있는 시스템 환경을 가정한다. 구체적인 실시예로써 3차원 빔 형성을 지원하는 2차원 안테나 배열에 준-정적인 빔 패턴을 적용하면 2차원 동적인 빔 형성을 지원하는 가상적인 1차원 안테나 배열로 변환될 수 있다. 이 때, 상기 2차원 동적인 빔 형성을 위해 사용되는 참조신호는 준-정적인 빔 패턴이 적용된 가상의 안테나 배열에서 전송되며, 해당 참조신호를 이용하여 기존 LTE Rel-12 이전의 시스템들의 피드백 구조가 재활용될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 준-정적인 빔 패턴에 대한 동작 원리를 주요하게 설명한다. 이하에서 설명의 편의를 위해 구체적인 예로써 LTE 시스템에서 상기 발명의 동작 원리를 설명하나, 상기 발명에 따른 동작은 동적인 빔과 준-정적인 빔으로 구성된 3차원 빔 패턴을 지원하는 임의의 무선 통신 시스템에서 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 2차원 안테나 배열에 대해서 준-정적인 빔 패턴을 적용하여 가상적인 1차원 안테나 배열을 형성할 때, 기지국 또는 전송 포인트(transmission point)에서 단말에게 상기 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널 정보를 측정할 용도로 특정 참조신호를 단말에게 할당하는 방안을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 도 7의 (b)와 같이 수평 및 수직 방향의 안테나 배열이 존재하는 시스템을 가정하자. 이 때, 2차원 안테나 배열은 m개 행과 n개 열로 구성된 안테나 요소들에 의해 직사각형의 형태를 구성하게 된다. 임의의 k번째 열에 대응되는 수직 방향의 1차원 안테나 배열은 준-정적인 빔 패턴이 적용되면 하나의 안테나 요소로 대응되며, 따라서 상기 m x n 안테나 배열은 1 x n 의 수평 방향 1차원 안테나 배열로 도 9와 같이 가상화될 수 있다. 상기 준-정적인 빔 패턴을 적용할 때, 각각의 수직 열에는 서로 다른 준-정적인 빔이 적용될 수 있다. 예를 들면, i-번째 수직 방향 1차원 m x 1 안테나 배열에서 전송되는 데이터에 m x 1의 준-정적인 빔
Figure pct00064
을 적용하여 1개의 안테나 요소로 대응시킬 수 있다.
여기서 기지국은 도 9에서 임의의 수직 방향 1차원 안테나 배열에 CSI-RS 등의 참조신호를 전송함으로써 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널 정보를 측정할 수 있다.
도 9에 도시된 2차원 안테나 배열의 각 열마다 동일한 준-정적인 빔이 적용되는 경우, 하나의 열에 대응되는 수직 방향 1차원 안테나 배열에 CSI-RS 자원을 할당하여 상기 평균 채널 정보를 측정할 수 있다. 일례로, 도 9에서 m = 8, n = 8인 경우, 첫 번째 열에 대응되는 수직 방향 8개 안테나 포트에 대해 8-포트 CSI-RS을 전송하면 단말에서는 상기 참조신호를 통해 채널의 평균적인 방향을 계산한 뒤, 자신의 임의로 준-정적인 빔 패턴을 선택하거나 또는 기지국과 사전에 정의된 준-정적인 빔 패턴의 후보를 직접 적용하여 특정 빔에 대한 성능을 파악할 수 있다.
또는, 2차원 안테나 배열의 각 열마다 서로 다른 준-정적인 빔이 적용되는 경우, 기지국의 필요에 따라 다수의 열에 대응되는 수직 방향 1차원 안테나 배열에 다수의 CSI-RS 자원을 할당하여 상기 평균 채널 정보를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 도 9에서 m = 8, n = 8인 경우, 첫 번째 열에 대응되는 수직 방향 8개 안테나 포트에 대해 8-포트 CSI-RS을 CSI-RS1을 전송하고, 5번째 열에 대응되는 수직 방향 8개 안테나 포트에 대해 8-포트 CSI-RS을 CSI-RS2을 전송한 후, 첫 번째에서 네 번째 열까지는 CSI-RS1에 의해 측정된 평균 채널 정보를 활용하여 준-정적인 빔 패턴을 결정하고, 다섯 번째 열부터 여덟 번째 열까지는 CSI-RS2에 의해 측정된 평균 채널 정보를 활용하여 준-정적인 빔 패턴을 결정할 수 있다.
한편, 동적인 빔 형성을 위한 참조신호는 상기 준-정적인 빔이 적용된 가상적인 1차원 안테나 배열을 기준으로 전송된다. 즉, 준-정적인 빔이 프리코딩된 형태로 동적인 빔 형성을 위한 참조신호가 전송된다. 따라서, 단말은 동적인 빔 형성을 위한 참조신호에 대해서는 기존 Rel-11 LTE 시스템에서의 피드백 구조를 따라, 실제 데이터 전송을 위해 활용되는 RI(rank indicator), PMI(precoding matrix indicator), CQI(channel quality indicator) 등의 CSI 정보를 기지국에게 보고할 수 있다. 반면, 상기 준-정적인 빔 형성을 위한 참조신호는 특정 준-정적인 빔에 대한 빔 방향, 또는 해당 빔 방향이 적용될 때의 수신 전력 세기 등에 대한 측정 값을 기지국에게 보고하는데 사용되며, 동적인 빔 형성을 위한 참조신호와는 용도를 달리한다. 따라서, 기지국은 상기 특정 참조신호는 준-정적인 빔 형성을 위한 용도로 활용될 수 있음을 단말에게 알려주어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 2차원 안테나 배열에 대해서 준-정적인 빔 패턴을 적용하여 가상적인 1차원 안테나 배열을 형성할 때, 기지국이 상기 준-정적인 빔 패턴에 대해서 각각이 지표로 구별되는 유한 개의 원소로 구성된 준-정적인 빔 패턴의 집합을 설정하고, 단말은 상기 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널 정보 측정용 참조신호를 활용하여 상기 준-정적인 빔 패턴의 집합 내 수신 전력이 높은 단일 또는 다수의 준-정적인 빔 패턴에 대한 지표 또는 수신 전력 값을 피드백 하는 방안을 설명한다. 상기 언급된 바와 같이 상기 준-정적인 빔은 기지국 입장에서 수직방향 섹터 세분화를 위해 활용될 수 있으며, 기지국은 운영할 수직방향 섹터의 숫자에 대응되는 유한 개 원소로 구성된 준-정적인 빔 패턴 집합을 정의할 수 있다. 이때 반드시 상기 준-정적인 빔 패턴 집합 내 특정 준-정적인 빔 패턴이 고정된 값을 가져야 하는 것은 아니다. 상기와 같이 수직방향 섹터와 준-정적인 빔 패턴을 대응시킬 경우, 해당 수직방향 섹터에 포함되는 단말들은 상기 섹터에 대응되는 준-정적인 빔 패턴으로 프리코딩된 동적인 빔 형성을 위한 참조신호를 공유할 수 있다는 장점이 있다. 상기 기지국이 설정하는 유한 개의 원소로 구성된 준-정적인 빔 패턴의 집합 내 특정 원소에 대응되는 준-정적인 빔의 구체적인 값들을 상위계층 신호 등을 통해 단말에게 알려줄 수 있다. 상기 준-정적인 빔 패턴의 집합은 도 10과 같이 2차원 안테나 배열에서 임의의 단일 열에 대응되는 수직 방향 1차원 안테나 배열에 대해서 각 열마다 동일한 준-정적인 빔이 적용되는 경우에는 적용 가능한 프리코딩 벡터의 집합으로 표현될 수 있으며, 또는 각 열마다 서로 다른 준-정적인 빔이 적용되는 경우에는 모든 n개 수직 열에 적용 가능한 프리코딩 벡터 집합의 집합으로 표현될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 준-정적인 빔에 대해서 기지국과 단말이 사전에 정의된 각각이 지표로 구별되는 유한 개의 원소로 구성된 준-정적인 빔 패턴의 집합에 대한 정보를 공유하거나 (예컨대, 고정된 개수의 준-정적인 빔 패턴으로 수직방향 섹터 형성) 또는 기지국이 단말에게 상위 계층 등의 신호를 통해 상기 준-정적인 빔 패턴 집합에 대한 정보를 제공하고 (예컨대, 기지국 운영에 따라 변경 가능한 개수의 준-정적인 빔 패턴으로 수직방향 섹터 형성), 단말은 상기 평균적인 채널 정보의 피드백 내용으로 상기 측정용 참조신호에 상기 준-정적인 빔 패턴의 집합에 포함되는 준-정적인 빔 패턴 들 중 특정 빔 패턴을 적용했을 때의 수신 전력이 가장 높은 단일 또는 다수의 준-정적인 빔 패턴을 선택하여 해당 준-정적인 빔 패턴에 대한 지표 또는 수신 전력 값들을 기지국에게 피드백 정보로 알려주는 방안을 제안한다. 이 때, 상기 준-정적인 빔 패턴의 집합은 가상적인 1차원 안테나 배열의 각 안테나 요소마다 준-정적인 빔이 동일하게 설정되는 경우에는 1차원 프리코딩 벡터들의 집합으로 구성된 코드 북(codebook)의 형태로 표현될 수 있으며, 각 안테나 요소마다 준-정적인 빔이 서로 다르게 설정되는 경우에는 n개 수직 열에 적용 가능한 프리코딩 벡터 집합의 집합, 즉 m x n 행렬들의 집합으로 구성된 코드 북의 형태로 표현될 수 있다. 그러나, 상기 코드 북은 AAS 기반의 준-정적인 빔 패턴을 위한 코드 북으로서 각 안테나 포트 별 송신 전력과 위상 설정의 자유도가 높다는 점에 있어서 기존 Rel-11 LTE 시스템에서 지원되는 코드 북과 다른 구조를 가질 수 있다. 이 때, 단말은 상기 준-정적인 빔 패턴이 적용된 가상적인 1차원 안테나 배열에 대해서, 안테나 요소 별 준-정적인 빔이 동일한 경우에는 하나의 안테나 요소에 대한 수신 전력을 하나 또는 다수의 수신 안테나에서 측정하고, 안테나 요소 별 준-정적인 빔이 서로 다른 경우에는 다수의 안테나 요소에 대한 수신 전력을 하나 또는 다수의 수신 안테나에서 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 2차원 안테나 배열에 대해서 준-정적인 빔 패턴을 적용하여 가상적인 1차원 안테나 배열을 형성할 때, 기지국이 각각이 지표로 구별되는 유한 개의 원소로 구성된 준-정적인 빔 패턴의 집합을 설정할 때, 특정 지표를 갖는 준-정적인 빔 패턴을 동적인 빔 형성을 위한 특정 참조신호를 위한 자원에 대응시키는 방안을 설명한다. 동적인 빔 형성 과정은 특정 준-정적인 빔 패턴이 적용된 가상의 1차원 안테나 배열에 대해서 수행되며, 따라서 상기 동적인 빔 형성을 위한 참조신호는 상기 특정 준-정적인 패턴으로 프리코딩 되어야 한다. 이 때, 상기 동적인 빔 형성을 위한 참조신호를 위한 자원이 어떤 지표를 갖는 준-정적인 빔 패턴과 연계되는지를 단말에게 알려주어야 추후 기지국이 다른 지표를 갖는 준-정적인 빔 패턴으로 상기 단말의 준-정적인 빔 패턴을 변경하는 경우에 상기 동적인 빔 형성을 위한 참조신호가 더 이상 유효하지 않음을 판단할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 특정 지표를 갖는 준-정적인 빔 패턴을 동적인 빔 형성을 위한 특정 참조신호를 위한 자원에 대응시키는 방안을 고려하며, 일례로 CSI-RS 등을 설정하는 상위 계층 정보에 준-정적인 빔 패턴에 대한 지표 정보를 포함시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따라 기지국이 준-정적인 빔 패턴을 변경할 때, 단말이 변경된 준-정적인 빔 패턴을 인지하고 해당 준-정적인 빔 패턴이 적용된 동적인 빔 형성을 위한 참조신호를 활용하여 채널 상태 정보를 피드백 하는 방안을 설명한다. 기지국에서 기존에 단말에 적용하던 준-정적인 빔 패턴과 다른 지표를 갖는 준-정적인 빔 패턴으로 변경하여 단말을 서비스할 때, 동적인 빔 형성을 위한 참조신호 또한 상기 변경된 준-정적인 빔 패턴으로 프리코딩된 참조신호로 변경되게 된다. 이 때, 본 발명의 앞선 실시예에서 이미 언급한 바와 같이 준-정적인 빔 패턴에 대한 특정 지표와 동적인 빔 형성을 위한 특정 참조신호가 대응되므로, 단말은 어떤 참조신호가 현재 준-정적인 빔으로 프리코딩 되었는지 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 단말이 피드백 과정에 대해서는 별도의 기지국 지시 없이 변경된 준-정적인 빔 패턴의 지표에 대응되는 동적인 빔 형성을 위한 참조신호를 활용하여 피드백하는 방안을 제안한다. 이 때, 상기 단말은 준-정적인 빔 패턴의 집합의 지표들에 대응되는 동적인 빔 형성을 위한 참조신호의 집합을 알고 있어야 한다.
즉, 기지국은 상대적으로 UE의 롱-텀(long-term) 피드백을 위한, 상기 준-정적인 빔 형성을 위한 별도의 특정 참조신호 A(예컨대, CSI-RS 리소스)를 UE에게 설정하여 주고, 참조신호 A를 통해 UE가 최상(best)의 준-정적인 빔 패턴을 유한 개의 사전에 정의된 별도의 특정 코드 북 인덱스 중에서 선택하여 롱-텀으로 기지국에 보고하도록 할 수 있다. 이 때, 각 코드 북 인덱스는, 기지국이 종래에 통상적으로 UE의 동적인 피드백을 위해 설정하는 다수 개(유한개)의 특정 참조신호들(B, C, D,...)(예컨대, 다중 CSI-RS 리소스들)중 하나(또는 일부)와 연관(linkage)이 있을 수 있음에 관한 정보 및 해당 연관정보를 추가로 UE에게 상위계층신호(예컨대, RRC 시그널링에 의해)를 통해 설정해줄 수 있으며, 이와 같은 설정 정보를 바탕으로 UE는 상기 특정 최상의 코드 북 인덱스를 선택(그리고/또는 보고)하면 "정해진 특정 시점"부터 해당 코드 북 인덱스에 연관된 상기 특정 참조신호(B, C, D, ...중에 하나 또는 일부)를 기반으로 RI/PMI/CQI 등의 동적인 피드백 보고를 수행하도록 한다. 이 때, "정해진 특정 시점"은 다양한 형태로 사전에 정의될 수 있으며, 예를 들어 UE가 특정 최상의 코드 북 인덱스를 최초선택(또는 갱신)한 시점 이후에,
- 최초로 RI를 보고하는 시점,
- 최초로 PMI를 보고하는 시점,
- 최초로 첫번째 PMI(예컨대, W1)를 보고하는 시점,
- 명시적으로 특정 지정된 시점 (예컨대, RRC 시그널링에 의해 설정된), 또는
- (특히 비주기적 피드백(예컨대, PUSCH를 통해) 등의 경우에 대해서) 상기 특정 최상의 코드 북 인덱스를 최초선택(또는 갱신)한 시점부터 즉시 등으로 정의될 수 있다.
상기 참조신호 A를 통해 UE가 최상의 코드 북 인덱스를 상대적으로 롱-텀 피드백하는 방법으로는,
- 별도의 주기적 피드백 설정(기지국이 별도로 설정해줌)을 통해 피드백,
- 기지국으로부터의 별도의 비주기적 트리거링이 있을 때에만 피드백,
- DCI에 의해 트리거링되는 비주기적 CSI피드백과 연동하여 함께 피드백, 또는
- RI (또는 첫번째 PMI(예컨대, W1))와 조인트 인코딩되어 함께 피드백하는 방법 등이 가능하다.
기지국은 상기 참조신호(B, C, D, ...)를 전송(예컨대, 브로드캐스트(broadcast))할 때, 상기 참조신호 A에 대한 코드 북 인덱스 각각에 해당하는 최상의 준-정적인 빔을 적용한 "프리코딩된 참조신호(B, C, D, ...)"를 전송할 수 있으며, 상기 설명한 방식에 따라 UE가 참조신호 A를 통해 어떠한 최상의 코드 북 인덱스를 선택/보고하느냐에 따라 해당 링크된 프리코딩된 참조신호(B, C, D,...)중에 하나 또는 일부를 토대로, (상기 최상의 준-정적인 빔 패턴에 최적화된) 동적인 RI/PMI/CQI 등의 피드백을 수행하도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따라 2차원 안테나 배열에 대해서 준-정적인 빔 패턴을 적용하여 가상적인 1차원 안테나 배열을 형성할 때, 상기 평균적인 채널 정보를 활용하여 기지국에 피드백 할 때, 상기 측정용 참조신호에 대해 빔 이득이 최적인 준-정적인 빔 패턴에 대응되는 각 안테나 포트 별 송신 전력과 특정 참조 대상이 되는 안테나 포트를 기준으로 각 안테나 포트에 대한 상대적인 위상 차이에 대한 양자화 값으로 피드백 정보를 구성하는 방안을 설명한다. 상기 준-정적인 빔 패턴은 AAS 등의 지원으로 인해 안테나 개별의 전력 및 위상을 기존에 비해 비교적 자유로이 변경될 것으로 기대될 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에서는 단말이 상기 준-정적인 빔 패턴을 위한 채널 정보를 피드백 할 때, 각 안테나 포트 별 전력 및 특정 참조 대상이 되는 특정 안테나 포트 기준으로 각 안테나 포트 별 위상 차이에 대한 정보를 전송하는 방안을 제안한다.
상기 준-정적인 빔 패턴에 대한 피드백은 비교적 시간 변화에 느릴 것으로 기대되며, 따라서 단말이 측정한 평균적인 채널 정보에 대해서 AAS의 특성을 온전히 활용할 수 있는 정교한 채널 정보를 피드백 하는 것이 유리하다. 각 단말은 최적의 단일 또는 준-정적인 빔 패턴들에 대한 정교한 피드백을 수행하며, 이때 기지국은 다수의 단말들이 피드백한 준-정적인 빔 패턴들에 대한 정보를 수집하고 해당 정보를 바탕으로 유연하게 수직 방향 섹터를 설정할 수 있다. 가령, 단말들이 피드백한 준-정적인 빔 패턴들이 서로 간섭 영향이 적은 특정 2개의 준-정적인 빔 패턴에 모여있는 경우, 해당 준-정적인 빔 패턴으로 2개의 수직 방향 섹터를 구성하여 운영할 수 있다. 또는 특정 준-정적인 빔에 모이는 특징을 보이지 않을 경우, 기존 Rel-11 시스템에서와 같이 수직 방향 섹터를 1개로 운영할 수 있다.
상기 준-정적인 빔 패턴에 대한 전력 및 위상 차이에 대한 예시로써, 2차원 안테나 배열의 임의의 1개 열에 대응되는 1차원 안테나 배열에서 준-정적인 빔을 위한 평균 채널 정보 측정용 CSI-RS가 전송될 때, 단말은 상기 CSI-RS을 통해 특정된 채널 행렬 H에 대한 SVD(singular value decomposition)에 따른 H = UΣVH 에서 최대 고유 값에 대응되는 고유 벡터로써 V 행렬의 첫 번째 열 v1을 피드백 할 수 있다. 이 때, 단말은 v1의 각 요소 별 크기와 특정 참조 대상이 되는 요소 (예컨대, v1의 첫 번째 요소) 기준 각 요소들의 상대적인 위상 차이를 상기 피드백 정보로 구성할 수 있다. 상기 피드백은 상위 계층의 신호 이외에도 비주기적 방식으로 PUSCH 등의 컨테이너를 통해 기지국에게 전달될 수 있다. 상기 피드백 정보는 기지국 각각이 지표로 구별되는 유한 개의 원소로 구성된 준-정적인 빔 패턴의 집합을 설정할 때에도 활용될 수 있다. 이 경우, 상기 유한 개의 원소로 구성되는 준-정적인 빔 패턴의 집합을 유지하되, 각 원소에 대응되는 준-정적인 빔 패턴의 값들을 기지국이 유연하게 조정할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예예 따라 기지국이 각각이 지표로 구별되는 유한 개 원소로 구성된 준-정적인 빔 패턴의 집합을 설정할 때, 기지국이 적용한 준-정적인 빔 패턴의 지표는 변경되지 않았지만 빔 패턴의 구체적인 값이 재조정된 경우, 동적인 빔 형성을 위한 피드백 과정을 올바르게 지원하기 위해 준-정적인 빔 방향의 변화 여부를 알려주는 방안을 설명한다. 기지국에서 단말에 대한 준-정적인 빔의 방향을 변경하였을 때, 상기 준-정적인 빔이 적용된 동적인 빔 형성을 위한 참조신호 또한 상기 새롭게 선택된 준-정적인 빔으로 프리코딩 되게 된다. 일반적으로 동적인 빔을 위한 기존 Rel-11 시스템에서의 피드백 수행은 RI가 먼저 결정되고, PMI/CQI 등은 상기 RI의 가정하여 결정되는 것을 특징으로 하며, 따라서 상기 준-정적인 빔 방향의 변화에 따라 동적 빔 형성을 위한 CSI-RS 등의 참조신호에 적용된 프리코딩이 변경되었더라도, 곧바로 피드백에 활용하지 않고 RI가 갱신되는 시점에 활용하는 것이 바람직하다. 그러나 단말은 별도의 신호 없이는 기지국이 준-정적인 빔 방향을 변경하였는지 확인할 수 없으며, 따라서 기지국은 준-정적인 빔 방향이 변경되었다는 정보를 상위 계층 신호 등을 통해 단말에게 전달해 주어야 한다. 이 때, 단말은 동적인 빔 형성을 위한 피드백 과정에서 상기 준-정적인 빔 방향 변경 시점 이전에 수신된 동적인 빔 형성을 위한 참조신호를 상기 준-정적인 빔 방향의 변경 시점 이후 최초 RI 갱신이 일어나기 전의 피드백 정보에서 활용하고, 상기 준-정적인 빔 방향 변경 시점 이후에 수신된 동적인 빔 형성을 위한 참조신호를 상기 준-정적인 빔 방향의 변경 시점 이후 최초 RI 갱신이 일어나는 시점부터의 피드백 정보에 활용한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따라 상기 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널을 특정 참조신호를 이용하여 측정할 때, 기지국과 단말 간에 약속된 필터링(filtering) 방식 및 필터 탭(tap) 수를 따르도록 하는 방안을 설명한다. 상기 준-정적인 빔은 개개 단말 입장에서 빔 이득을 최대화하는 목적 이외에 기지국 입장에서 커버리지를 수직 방향의 섹터화(sectorization)을 통해 세분화하는 목적으로도 활용될 수 있다. 따라서, 단말이 상기 특정 참조신호를 활용하여 준-정적인 빔 형성을 위해 측정하는 상기 평균 채널 정보는 기지국으로 보고되어 기지국 내에서의 수직 방향 섹터 세분화 등의 용도로 활용될 수 있다. 이 때, 단말마다 평균 값을 획득하는 구현 방안이 달라서 준-정적인 빔 방향이 왜곡될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 기지국 단에서 단말에게 상기 평균적인 채널 정보의 획득 방안에 대한 제약을 사전에 정해 놓거나 상위계층신호 등을 통해 전달하는 방안을 제안한다. 일례로, 기지국은 단말이 평균 채널 정보를 획득하는 데 활용하는 필터링 기법 또는 필터 탭 수에 대한 정보를 결정하여 단말에게 지시할 수 있다. 일례로 상기 평균 채널을 구할 때, 단말이 준-정적인 빔의 평균 채널 정보 측정용 CSI-RS을 활용하여 시간 축 평균 채널 정보를 확보한다고 할 때, 시간 축 상으로 가중 이동 필터(weighted moving average)를 적용할 수 있다. 이 때, 상기 평균 채널 정보를 보고하는 단말들은 모두 상기 가중 이동 필터의 각 탭들이 동일한 가중치를 갖도록 적용해야 하며, 또한 시간 축에서 CSI-RS 자원 다수 개에 대한 평균을 취할 때도 동일한 CSI-RS 자원을 활용하도록 제한되어야 한다. 여기서 상기 필터링의 탭 계수(coefficient) 및 시간 축 탭의 개수 등에 대한 정보를 기지국이 상위 계층으로 단말에게 전해주거나 또는 기지국과 단말간에 사전에 정의할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 준-정적인 빔 형성을 위해 단말이 피드백 하는 정보는 측정 시 활용된 참조신호에 대한 태그 정보를 포함하는 방안을 설명한다. 이종 기지국이 존재하는 네트워크 환경에서 가령 기지국과 RRH(remote radio head)의 양쪽 전송 지점이 모두 3차원 빔 형성을 지원한다고 가정하다. 이때 CoMP(coordinated multiple point transmission) 기법을 지원하는 단말은 양쪽 전송 지점으로부터 전송 받을 수 있기 때문에, 각 전송 포인트에 대한 준-정적인 빔 형성 과정을 수행하여야 한다. 이때 기지국은 기지국과 RRH 각각에서 전송하는 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널 측정용 참조신호를 각각 설정해 줄 수 있으며, 단말은 각 참조신호에 대응되는 피드백 결과를 올려주어야 한다. 따라서 상기 준-정적인 빔 형성을 위한 피드백에는 어떤 측정용 참조신호가 활용되었는지에 대한 정보가 추가되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 2차원 안테나 배열에 대한 3차원 빔 형성 과정에서 준-정적인 빔 패턴의 재설정 또는 준-정적인 빔 패턴 형성을 위한 참조신호의 재설정 또는 동적인 빔 형성을 위한 참조신호의 재설정 과정에서 발생할 수 있는 모호성을 피하기 위한 고장 대치 모드를 설명한다. 기지국이 단말에게 설정한 준-정적인 빔 패턴이 변경되어 단말에게 적용되기까지의 기간 또는 준-정적인 빔 패턴 형성 및 동적인 빔 형성을 위한 참조신호가 재설정되어 단말에게 적용되기까지의 기간에서 기지국은 단말의 피드백 정보를 신뢰할 수 없게 되며 이에 따라 모호함이 발생하게 된다. 일례로 단말에게 설정된 준-정적인 빔 패턴의 방향 또는 구체적인 값이 변경될 경우, 재설정 과정이 끝 마치기 전에 동적인 빔 형성을 위한 참조신호로 측정된 CSI 정보들(예컨대, RI, PMI, CQI 등)은 재설정되지 않은 준-정적인 빔으로 프리코딩 된 참조신호를 바탕으로 결정되었기 때문에 유효하지 않게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 환경에서 기지국이 해당 단말에게 고장 대치(fall back) 모드로 동작할 것을 지시하는 방안을 제안한다.
상기 고장 대치 모드는 셀 특정 참조신호(cell-specific reference signal: 이하 CRS) 기반의 전송 기법을 기반으로 하고, 단일 안테나 포트 또는 송신 다이버시티 기법에 따른 전송 방식으로 구현될 수 있다. 또는, Rel-11 이후의 단말은 다수의 CSI-RS에 대한 피드백 수행이 가능하기 때문에 기지국이 단말에게 고장 대치 모드를 위해 고정된 준-정적인 빔에 따라 전송되는 CSI-RS를 할당하고 해당 CSI-RS에 대한 CSI를 사전에 확보한 후, 상기와 같이 준-정적인 빔이 변경되는 경우에 고장 대치 모드에 상기 CSI-RS 기반 데이터 전송을 수행할 수 있다. 이 경우, CRS 기반과 달리 프리코딩 기반의 고장 대치 모드를 수행할 수 있다.
본 발명의 추가 일실시예에 따라 특정의 경우에 상기 고장 대치 모드로 동작할 때, 3차원 빔 형성에 따른 하향링크 전력 정보 외에 추가로 고장 대치 동작을 위한 하향링크 전력 정보를 단말에게 전달하는 방안을 설명한다. 본 실시예에 따르면 특정 준-정적인 빔 패턴은 특정 수직 방향 섹터 형성에 대응되며, 고장 대치 모드에 따른 고정된 준-정적인 빔 패턴은 기존 Rel-11 시스템에서 정의되는 기지국 영역 전체에 대응된다. 이 때, 기지국이 수직 방향 섹터를 구분하여 송신할 때의 송신 전력과 기지국 영역 전체를 대상으로 송신할 때의 송신 전력을 다를 수 있다. 따라서, 기지국은 상기 3차원 빔 형성이 적용된 경우의 데이터 복조를 위한 전력 정보 외에 추가적으로 고장 대치 동작을 위한 전력 정보를 단말에게 알려주어야 한다. 상기 전력 정보의 한 가지 예시로, LTE 시스템에서는 하향링크 자원의 전력할당을 위해서 자원요소 별 에너지 값인 EPRE(energy per resource element)를 정의하며, 기준이 되는 값은 CRS에 대한 EPRE을 기준으로 삼는다. 상기 CRS EPRE는 상위계층신호로 결정되어 하향링크 시스템 대역 및 서브프레임 내에서 고정된 값을 가진다. 이 때, LTE 시스템에서 실제 데이터가 전송되는 물리 데이터 공유 채널(physical data shared channel: 이하 PDSCH)의 자원들에 대한 EPRE는 상기 CRS EPRE의 일정 비율로써 표현될 수 있다. 예를 들어, CRS가 존재하지 않는 직교 주파수 분할 방식(orthogonal frequency division modulation: 이하 OFDM) 심볼(symbol)에서 PDSCH EPRE 대비 CRS EPRE 비율은 ρA로 정의되며, CRS가 존재하는 OFDM 심볼에서 PDSCH EPRE 대비 CRS EPRE 비율은 ρB로 정의된다. 상기 전력 정보의 또 다른 예시로 CSI-RS EPRE와 PDSCH EPRE 간 비율을 나타내는 Pc 또한 고려될 수 있다. 본 발명의 동작에 따르면 상기 ρA, ρB, Pc의 정보는 3차원 빔 형성이 적용된 데이터 전송 시와 고장 대치 모드에서의 데이터 전송 시에 서로 다른 값을 가질 수 있다. 즉, 기지국은 3차원 빔 형성이 적용된 경우를 위한 ρA1, ρB1, Pc1와 고장 대치 모드를 위한 ρA2, ρB2, Pc2를 단말에게 모두 알려주어야 한다. 여기서 상기 고장 대치 동작이 DCI 포맷 1A로 지시되는 CRS 기반의 전송 방식을 따르는 경우, DCI 포맷 1A의 검출에 따라 고장 대치 모드를 인식하고 ρA2, ρB2, Pc2에 따른 데이터 복조를 수행할 수 있다. 반면, 상기 고장 대치 동작이 고정된 준-정적인 빔에 의한 CSI-RS을 기반으로 하는 경우에는 DCI를 통해 단말에게 현재 동작이 고장 대치 동작임을 지시해 줄 수 있다. 이 때, MBSFN 서브프레임과 같이 CRS가 없는 서브프레임에서는 DCI 포맷 1A에 의해 고장 대치 모드가 지시될 때, 단말은 별도의 지시 없이 CSI-RS 기반의 고장 대치 모드를 수행할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들을 수행하는 전송장치(10) 및 수신장치(20)의 구성요소를 나타내는 블록도이다. 전송장치(10) 및 수신장치(20)는 정보 및/또는 데이터, 신호, 메시지 등을 나르는 무선 신호를 전송 또는 수신할 수 있는 RF(Radio Frequency) 유닛(13, 23)과, 무선통신 시스템 내 통신과 관련된 각종 정보를 저장하는 메모리(12, 22), 상기 RF 유닛(13, 23) 및 메모리(12, 22)등의 구성요소와 동작적으로 연결되어, 상기 구성요소를 제어하여 해당 장치가 전술한 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나를 수행하도록 메모리(12, 22) 및/또는 RF 유닛(13,23)을 제어하도록 구성된 프로세서(11, 21)를 각각 포함한다.
메모리(12, 22)는 프로세서(11, 21)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 정보를 임시 저장할 수 있다. 메모리(12, 22)가 버퍼로서 활용될 수 있다. 프로세서(11, 21)는 통상적으로 전송장치 또는 수신장치 내 각종 모듈의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 프로세서(11, 21)는 본 발명을 수행하기 위한 각종 제어 기능을 수행할 수 있다. 프로세서(11, 21)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 불릴 수 있다. 프로세서(11, 21)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명을 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(11, 21)에 구비될 수 있다. 한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(11, 21) 내에 구비되거나 메모리(12, 22)에 저장되어 프로세서(11, 21)에 의해 구동될 수 있다.
전송장치(10)의 프로세서(11)는 상기 프로세서(11) 또는 상기 프로세서(11)와 연결된 스케줄러로부터 스케줄링되어 외부로 전송될 신호 및/또는 데이터에 대하여 소정의 부호화(coding) 및 변조(modulation)를 수행한 후 RF 유닛(13)에 전송한다. 예를 들어, 프로세서(11)는 전송하고자 하는 데이터 열을 역다중화 및 채널 부호화, 스크램블링, 변조과정 등을 거쳐 K개의 레이어로 변환한다. 부호화된 데이터 열은 코드워드로 지칭되기도 하며, MAC 계층이 제공하는 데이터 블록인 전송 블록과 등가이다. 일 전송블록(transport block, TB)은 일 코드워드로 부호화되며, 각 코드워드는 하나 이상의 레이어의 형태로 수신장치에 전송되게 된다. 주파수 상향 변환을 위해 RF 유닛(13)은 오실레이터(oscillator)를 포함할 수 있다. RF 유닛(13)은 Nt개(Nt는 1보다 이상의 양의 정수)의 전송 안테나를 포함할 수 있다.
수신장치(20)의 신호 처리 과정은 전송장치(10)의 신호 처리 과정의 역으로 구성된다. 프로세서(21)의 제어 하에, 수신장치(20)의 RF 유닛(23)은 전송장치(10)에 의해 전송된 무선 신호를 수신한다. 상기 RF 유닛(23)은 Nr개의 수신 안테나를 포함할 수 있으며, 상기 RF 유닛(23)은 수신 안테나를 통해 수신된 신호 각각을 주파수 하향 변환하여(frequency down-convert) 기저대역 신호로 복원한다. RF 유닛(23)은 주파수 하향 변환을 위해 오실레이터를 포함할 수 있다. 상기 프로세서(21)는 수신 안테나를 통하여 수신된 무선 신호에 대한 복호(decoding) 및 복조(demodulation)를 수행하여, 전송장치(10)가 본래 전송하고자 했던 데이터를 복원할 수 있다.
RF 유닛(13, 23)은 하나 이상의 안테나를 구비한다. 안테나는, 프로세서(11, 21)의 제어 하에 본 발명의 일 실시예에 따라, RF 유닛(13, 23)에 의해 처리된 신호를 외부로 전송하거나, 외부로부터 무선 신호를 수신하여 RF 유닛(13, 23)으로 전달하는 기능을 수행한다. 안테나는 안테나 포트로 불리기도 한다. 각 안테나는 하나의 물리 안테나에 해당하거나 하나보다 많은 물리 안테나 요소(element)의 조합에 의해 구성될 수 있다. 각 안테나로부터 전송된 신호는 수신장치(20)에 의해 더 이상 분해될 수 없다. 해당 안테나에 대응하여 전송된 참조신호(reference signal, RS)는 수신장치(20)의 관점에서 본 안테나를 정의하며, 채널이 일 물리 안테나로부터의 단일(single) 무선 채널인지 혹은 상기 안테나를 포함하는 복수의 물리 안테나 요소(element)들로부터의 합성(composite) 채널인지에 관계없이, 상기 수신장치(20)로 하여금 상기 안테나에 대한 채널 추정을 가능하게 한다. 즉, 안테나는 상기 안테나 상의 심볼을 전달하는 채널이 상기 동일 안테나 상의 다른 심볼이 전달되는 상기 채널로부터 도출될 수 있도록 정의된다. 복수의 안테나를 이용하여 데이터를 송수신하는 다중 입출력(Multi-Input Multi-Output, MIMO) 기능을 지원하는 RF 유닛의 경우에는 2개 이상의 안테나와 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, UE는 상향링크에서는 전송장치(10)로 동작하고, 하향링크에서는 수신장치(20)로 동작한다. 본 발명의 실시예들에 있어서, eNB는 상향링크에서는 수신장치(20)로 동작하고, 하향링크에서는 전송장치(10)로 동작한다.
상기 전송장치 및/또는 상기 수신장치는 앞서 설명한 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 실시예들의 조합을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 상향링크에서 동작하는 수신장치로서 예를 들어 설명하였으나, 하향링크에서 동작하는 수신장치에도 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 단말, 릴레이, 기지국 등과 같은 무선 통신 장치에 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 무선 통신 시스템에서 복수의 안테나 요소로 구성된 이차원 안테나 배열을 구비한 기지국으로부터 하향링크 신호를 수신하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    상기 이차원 안테나 배열의 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에 할당된 참조신호를 수신하는 단계;
    상기 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에 적용될 수 있는 적어도 하나의 준-정적인(semi-static) 빔으로 구성된 준-정적인 빔 후보 집합에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 참조신호 및 상기 준-정적인 빔 후보 집합에 대한 정보를 이용하여 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널 상태를 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 이차원 안테나 배열은 열 방향 안테나 배열들에 상기 준-정적인 빔 후보 집합 중 적어도 하나의 준-정적인 빔이 적용되어 동적인 빔 형성을 지원하는 일차원 안테나 배열로 가상화되는 것을 특징으로 하는, 하향링크 신호 수신 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 채널 상태를 측정하는 단계는:
    상기 준-정적인 빔 후보 집합 중에서 상기 참조신호가 최대 수신 전력으로수신되도록 하는 준-정적인 빔을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하향링크 신호 수신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결정된 준-정적인 빔에 대한 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하향링크 신호 수신 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 결정된 준-정적인 빔에 대한 정보는 상기 결정된 준-정적인 빔에 대응하는 벡터의 각 요소의 크기 및/또는 각 요소간의 상대적인 위상 차인 것을 특징으로 하는, 하향링크 신호 수신 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 준-정적인 빔 후보 집합 내 각각의 준-정적인 빔은 상기 기지국이 서빙하는 각각의 수직방향 섹터에 대응하는 것을 특징으로 하는, 하향링크 신호 수신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 참조신호가 상기 준-정적인 빔 형성을 위한 것임을 지시하는 정보를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하향링크 신호 수신 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 준-정적인 빔은 상기 동적인 빔 형성을 위한 참조신호 자원과 연계되는 것을 특징으로 하는, 하향링크 신호 수신 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 준-정적인 빔이 변경되면, 상기 변경을 통지하는 정보를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하향링크 신호 수신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변경된 준-정적인 빔으로 재 설정이 완료되기 전까지, 고정된 준-정적인 빔이 적용된 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에서 미리 결정된 참조 신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하향링크 신호 수신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변경된 준-정적인 빔으로 재 설정이 완료되기 전까지 사용될 하향링크 신호 전송을 위한 전력 정보를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하향링크 신호 수신 방법.
  11. 무선 통신 시스템에서 복수의 안테나 요소로 구성된 이차원 안테나 배열을 구비한 기지국으로부터 하향링크 신호를 수신하도록 구성된 단말에 있어서,
    무선 주파수(radio frequency, RF) 유닛; 및
    상기 RF 유닛을 제어하도록 구성된 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 이차원 안테나 배열의 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에 할당된 참조신호를 수신하고, 상기 적어도 하나의 열 방향 안테나 배열에 적용될 수 있는 적어도 하나의 준-정적인(semi-static) 빔으로 구성된 준-정적인 빔 후보 집합에 대한 정보를 수신하며, 상기 수신된 참조신호 및 상기 준-정적인 빔 후보 집합에 대한 정보를 이용하여 준-정적인 빔 형성을 위한 평균 채널 상태를 측정하도록 구성되며,
    상기 이차원 안테나 배열은 열 방향 안테나 배열들에 상기 준-정적인 빔 후보 집합 중 적어도 하나의 준-정적인 빔이 적용되어 동적인 빔 형성을 지원하는 일차원 안테나 배열로 가상화되는 것을 특징으로 하는, 단말.
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