KR20160100932A - Fdd mimo 무선 네트워크에서 채널 상태 정보를 획득하는 방법 - Google Patents

Fdd mimo 무선 네트워크에서 채널 상태 정보를 획득하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 FDD 무선 네트워크 내에서 BS가 DL CSI를 획득하는 방법 및 회로를 제시하는데, 이는, 제1 및 제2 FDD 장치에서 정규 전송 및 수신 주파수들을 스위칭하는 단계 및 오버 디 에어(over the air) 채널들의 상호성에 기초하여 DL CSI을 추정하도록 UL 파일럿 신호들을 사용하는 단계를 포함한다.

Description

FDD MIMO 무선 네트워크에서 채널 상태 정보를 획득하는 방법{METHOD FOR ACQUIRING CHANNEL STATE INFORMATION IN FDD MIMO WIRELESS NETWORKS}
본 출원은 2013년 12월 20일에 제출된 미국 가출원 번호 제61/919,032호의 우선권을 주장한다.
본 출원은 무선 네트워크에서 채널 상태 정보(Channel State Information; CSI)을 획득하는 방법과, 그 방법을 구현하는 장치 및 시스템에 관한 것으로, 특히, 주파수-분할 듀플렉싱(Frequency-Division Duplexing; FDD) 무선 네트워크에서 복수의 안테나를 사용하여 빔포밍(beamforming) 또는 동시 전송을 하기 위해 CSI를 획득하는 방법과 관련 장치 및 시스템에 관한 것이다.
대형 다중-입력 다중-출력 다수-사용자 빔포밍(Massive Multi-Input Multi-Output Multi-User beamforming; MM-MUBF)은 공간 다중화를 통한 많은 폴드(fold)들에 의해 공간 효율 및 처리율을 상당히 높여, 공간 대역폭을 늘리지 않으면서 선형으로 능력을 성장시킨다. 그러나, RF 체인들 및 안테나들의 개수가 많아지면(안테나는 RF 체인, 전송(Tx), 또는 수신(Rx)에 관련되어 있다는 것이 이해되므로, 이하, 안테나의 개수가 사용되면, 그것은 안테나들 및 관련 RF 체인들의 개수를 의미하는 것으로 이해되어야 함), CSI를 획득하기 위한 채널 추정 시에 오버헤드가 상당해질 것이다. 다수의 안테나들, 예를 들어, N 안테나들을 갖는 기지국(Base Station; BS)이 무선 백홀을 제공하기 위해 BS를 따르는, 예를 들어, K 사용자 장치(User Equipment; UE)들 및/또는 소형 셀(Small Cell; SC)들인 다수의 수신자들에게 동시에 빔포밍(Beam Form; BF)하기 위해, BS 전송기들은 NxK 채널들의 CSI를 알아야 하는데, 여기서, N>>K이다. 정확히 말해, 그것은 N BS 안테나들과 K UE들 및/또는 SC들 상의 총 안테나들 간의 CSI이다. 간단히 말해, 보편성을 잃지 않으면서, 수신 안테나의 총 개수는 K라고 가정한다.
이러한 이유로, 전송기가 채널 상호성(BS가 수신기들, 즉, UE들 및/또는 SC들이 송신한 업링크(UL) 파일럿들로부터 다운링크(DL) 채널들을 추정할 수 있게 함)을 사용하여 수신기의 CSI을 획득할 수 있기 때문에, 대형 MIMO 시스템들에 대한 종래 기술은 시분할 듀플렉싱(Time-Division Duplexing; TDD) 모드[1]에 초점을 맞추었었다. DL CSI를 추정하기 위한 오버헤드는 수신기의 개수, K,와 함께 선형으로 증가하고, K보다 훨씬 더 큰 안테나들의 개수, N,에는 독립적이다. FDD 모드를 사용하는 대형 MIMO의 종래 기술에서, BS 상의 모든 N 전송기들은 주파수 또는 시간상 분리된 파일럿들을, BS에 DL CSI를 피드백해야 하는 K 수신기들에게 송신해야 한다. DL 파일럿들의 송신시의 오버헤드는 N과 함께 선형으로 크기조정되고, 매우 큰 수일 수 있는 BS 상의 안테나들의 개수 및 BS으로의 DL CSI의 피드백은 수신 안테나들의 개수인 K와 함께 선형으로 크기조정된다. 하나의 종래 기술[2]은, 전형적인 가간섭 블럭 길이에 대해서, FDD 시스템들에서 다수-사용자 MIMO(MU-MIMO)는 다수의 BS 안테나들을 제공하지 못하고, 한편, 훈련 및 피드백 오버헤드는 전체 시스템 처리율을 소비한다는 것을 보여준다. 같은 저자들에 의한 또다른 종래 기술[3]은 FDD에서 대형 MIMO를 사용하는 어려움이 공동 공간 분할 및 다중화(Joint Spatial Division and Multiplexing; JSDM)에 의해 어느 정도 완화될 수 있다고 주장하는데, 여기서 JSDM은 사용자들을 유사한 전송 상관 행렬들을 갖는 그룹들로 나누고 사용자 위치 지리에 의해 가능한 작은 그룹-내 간섭을 유도한다. 그러나, 이들 조건들은 만족되지 않을 수 있고, 만족되더라도 TDD 모드에서 오버헤드는 여전히 높다.
FDD 네트워크들 내에서의 CSI 피드백에 대한 도전과제는 대형 MU-MIMO에 제한되지 않는다. FDD LTE 네트워크 내의 다지점 협력 통신(Coordinated Multi-Point transmission/reception; CoMP)은 CoMP 측정 세트 내의 채널들의 피드백 및 CSI 추정을 필요로 하므로, TDD 네트워크보다 훨씬 많은 오버헤드를 유도하는데, 특히 공동 전송 및 협력 빔포밍에 대해서 그러하고, 이는 채널 상호성이 부족하기 때문이다.
이 발명은 FDD 무선 통신 내의 대형 MIMO에 대해서 전술된 기술적인 도전과제들을 해결하는 실시예들을 제시한다.
이제 같은 도면 참조 부호들이 같은 부분들을 의미하는 도면들이 참조될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들이 이제 설명될 수 있다. 예시적인 실시예들은 본 발명의 양태들을 나타내기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명의 영역을 제한하는 것으로 구조돼서는 안 된다. 예시적인 실시예들이 블럭도 또는 흐름도를 참조하여 설명될 때, 각각의 블럭은 방법 단계 또는 그 방법 단계를 수행하는 장치 요소를 나타낼 수 있다. 구현예에 따라, 대응하는 장치 요소들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합으로 구성될 수 있다.
도 1은 전송을 위해 제1 주파수 대역을 사용하고 수신을 위해 제2 주파수 대역을 사용하는 종래 기술 FDD 장치의 일반 원리 회로를 나타낸다. 구체적으로, 전송 경로는 디지털-아날로그 변환기(Digital-to-Analog Converter; DAC)(1), 제1 주파수 대역용 저역 통과 필터(Low Pass Filter; LPF)(2), 혼합기(3), 제1 주파수 대역의 국부 발진기(Local Oscillator; LO)(4), 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 전치 증폭기(5), 전력 증폭기(Power Amplifier; PA)(6), 제1 주파수 대역용 대역 통과 필터(Band Pass Filter; BPF)(7), 및 전송 안테나(8)를 포함하고, 수신 경로는 수신 안테나(8), 제2 주파수 대역용 BPF(9), 저-잡음 증폭기(Low-Noise Amplifier; LNA)(10), 혼합기(3), 제2 주파수 대역의 LO(11), 제2 주파수 대역용 LPF(12), 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter; ADC) 드라이버(13), 및 ADC(14)를 포함한다. 이 회로는 동작 원리를 나타내고 직접적인 변환을 가정한다는 것을 주의하자. 변형될 수 있고, 여기서는 생략된 추가의 세부사항들, 예를 들어, 증폭기들, LPF들, BPF들의 위치 및 개수가 동작 원리를 바꾸지 않으면서 실제 구현예들에 추가될 수 있다는 것을 당업자들은 이해한다. 나타내기 위해, 도면들은 직교 변조(예를 들어, 동상(in-phase) 또는 직교) 내의 구성요소로 이해될 수 있는 하나의 변조 경로만을 나타낸다. LO의 90도 위상 변이로, 도면들에 다른 직교 성분을 추가하는 것은 쉽다. 게다가, 전송을 위한 제1 주파수 대역 및 수신을 위한 제2 주파수 대역 각각은 반송파 집합에 사용되는 주파수 대역들의 세트를 포함할 수 있다. 이하, 간단히 나타내기 위해, 실시예들에 대한 설명은 각각의 경우에 대하여 단일 주파수 대역을 사용할 것이지만, 각각의 대역이 2 이상의 반송파 대역들의 집합이라는 것이 본 발명의 실시예들에 기초하여 당업자들에게 용이하게 일반화될 수 있다.
도 2 내지 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 FDD 무선 네트워크에서 DL CSI을 획득하는 효율적인 방법 또는 이 방법을 구현하는 장치들을 제공한다. DL CSI가 추정될 제1 FDD 장치(예를 들어, BS로부터의 무선 백홀 접속을 수신하는 UE 또는 SC)에 대한 실시예가 도 2a 및 도 2b에 나타나있으며, 여기서, DL는 또다른 FDD 장치(예를 들어, DL 데이터를 제1 FDD 장치에 송신하는 BS 또는 SC)로부터의 제1 주파수 대역(도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, F1의 반송파 주파수를 가짐)의 제1 FDD 장치 수신 신호들로 정의되고, 이 제1 FDD 장치는 F2의 반송파 주파수를 갖는 정규 전송 주파수 대역 및 하나 이상의 정규 전송 안테나(들)를 갖는 하나 이상의 전송기(들); F1의 반송파 주파수를 갖는 정규 수신 주파수 대역 및 하나 이상의 정규 수신 안테나(들)를 갖는 하나 이상의 수신기(들); 스위치 제어기(18)에 의해 제어되는 CSI 추정 가능 제어 신호, 예를 들어, CSI_Est_Enable; 및 CSI 추정 가능 제어 신호에 의해 제어되는 스위치들의 세트를 포함하고, CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화되면, 제1 FDD 장치 내의 전송기의 전송 주파수 대역이 F2의 반송파 주파수를 갖는 정규 전송 주파수 대역에서 F1의 반송파 주파수를 갖는 정규 수신 주파수 대역으로 변하고, 전송 신호가 정규 전송 안테나(15) 대신 정규 수신 안테나(16)로부터 전송되도록 스위치들의 세트의 접속을 바꾼다. 도 2a는 CSI 추정 가능 제어 신호가 비활성화됐을 때의 정규 FDD 동작 모드에 있는 제1 FDD 장치의 하나의 전송 및 하나의 수신 회로와 스위치 설정을 나타내고, 도 2b는 CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때의 제1 FDD 장치의 동일한 전송 및 수신 회로와 스위치 설정을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, CSI 추정 가능 제어 신호가 비활성화됐을 때는, 예를 들어, CSI_Est_Enable=Low이면, 종래 기술 FDD 장치에서와 같이, 스위치들 S1(19), S2(20), S3(21), S4(22), S5(23), 및 S6(24) 모두가 C1 위치에 있고, 전송기 및 수신기는 정규 FDD 상태에서 동작한다. CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때는, 예를 들어, CSI_Est_Enable=High이면, 스위치들 S1 내지 S6은 C2 위치로 움직이게 된다. 이 상태에서, 스위치 S4(22)는 접지(17)에 접속된다는 것에 주의하자. C2 위치에서, 전송 회로는 이제 F1의 반송파 주파수를 갖는 정규 수신 주파수 대역에서 동작하고 전력 증폭기 PA(6)로부터의 RF 신호는 정규 수신 안테나 A2(16)로 라우팅되는데, 이제 이 정규 수신 안테나 A2(16)는 제2 FDD 장치와 채널 상호성을 구축하기 위해 전송 안테나로 기능한다. 따라서, 제어 신호 CSI_Est_Enable=High이면, 새롭게 구성된 전송 경로가 DL CSI 추정을 위해 F1 대역에서 파일럿 신호들을 제2 FDD 장치로 전송하는데 사용될 수 있다.
DL CSI가 추정될 제2 FDD 장치(예를 들어, 대응하는 제1 FDD 장치에 DL 데이터를 송신하는 BS 또는 SC)에 대한 실시예가 도 3a 및 도 3b에 나타나있으며, 제2 FDD 장치는 F1의 반송파 주파수를 갖는 정규 전송 주파수 대역 및 하나 이상의 정규 전송 안테나들을 갖는 하나 이상의 전송기들(전형적으로 대형 MIMO 시스템용 다수의 전송기들); F2의 반송파 주파수를 갖는 정규 수신 주파수 대역 및 하나 이상의 정규 수신 안테나(들)를 갖는 하나 이상의 수신기들; CSI 추정 가능 제어 신호, 예를 들어, CSI_Est_Enable; 및 CSI 추정 가능 제어 신호에 의해 제어되는 스위치들의 세트를 포함하고, CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화되면, 제2 FDD 장치 내의 수신기의 수신 주파수 대역이 F2의 반송파 주파수를 갖는 정규 수신 주파수 대역에서 F1의 반송파 주파수를 갖는 정규 전송 주파수 대역으로 변하고, (CSI 추정 가능 제어 신호가 대응하는 제1 FDD 장치에서 능동일 때) 제1 FDD 장치에 의해 전송된 신호가 정규 수신 안테나(26) 대신 정규 전송 안테나(25)에 의해 수신되도록 스위치들의 세트의 접속을 바꾼다. 정규 전송 안테나에 의해 수신된 신호는 스위치 S8(28)에 의해 스위치들 S9(29), S10(30), S11(31), 및 S12(32)에 의해 구성된 수신 회로로 라우팅되어, 채널 상호성에 기초하여 제1 FDD 장치로 DL CSI를 추정하기 위해 F1 대역에서 동작한다. 도 3a는 CSI 추정 가능 제어 신호가 비활성화됐을 때, 예를 들어, CSI_Est_Enable=Low일 때의 정규 FDD 동작 모드에 있는 제2 FDD 장치의 하나의 전송 및 하나의 수신 회로와 스위치 설정을 나타내고, 도 3b는 CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때, 예를 들어, CSI_Est_Enable=High일 때의 제2 FDD 장치의 동일한 전송 및 수신 회로와 스위치 설정을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, CSI 추정 가능 제어 신호가 비활성화됐을 때는, 종래 기술 제2 FDD 장치와 같이, 스위치들 S7(27) 내지 S12(32) 모두가 C1 위치에 있고, 전송기 및 수신기는 정규 FDD 모드에서 동작한다. CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때는, 스위치들 S7(27) 내지 S12(32)은 C2 위치로 움직이게 된다. C2 위치에서, 수신 회로는 이제 F1의 반송파 주파수를 갖는 정규 전송 주파수 대역에서 동작하고 제1 FDD 장치와의 채널 상호성의 구축을 완료하기 위해 정규 전송 안테나 A3(25)로부터 RF 신호를 수신한다. 따라서, 제어 신호 CSI_Est_Enable=High이면, 새롭게 구성된 수신 경로가 DL CSI 추정을 위해 F1 대역에서 파일럿 신호들을 제1 FDD 장치로부터 수신하는데 사용될 수 있다.
도 2 및 도 3의 실시예들은, 증폭기들 및 혼합기들이 F1 대역 및 F2 대역 모두에서 동작할 수 있다고 가정한다. 스위칭되는 RF 경로들 사이에 많은 구성요소들을 공유하는 것은 비용을 낮춘다는 점에서 선호된다. 도 4는 DL CSI 추정을 위한, 정규 FDD 전송 경로와는 개별적인 전송 경로를 사용하는 제1 FDD 장치의 실시예를 나타낸다. 스위치들 S1(33), S2(34), 및 S3(35)은 CSI 추정 가능 제어 신호에 기초하여 전송 경로 및 안테나를 바꾼다. 도 4a는 CSI_Est_Enable=Low일 때의 설정을 나타내고, 도 4b는 CSI_Est_Enable=High일 때의 설정을 나타낸다. 디지털에서 아날로그로의 기저대역이므로, DAC(1)는 여전히 2개의 전송 경로들에 의해 공유된다. 필요하다면 각각의 경로에 대해 개별적인 DAC가 사용될 수도 있다.
도 5는 DL CSI 추정을 위한, 정규 FDD 수신 경로와는 개별적인 수신 경로를 사용하는 제2 FDD 장치의 실시예를 나타낸다. 스위치들 S4(36), S5(37), 및 S6(38)은 CSI 추정 가능 제어 신호에 기초하여 전송 경로 및 안테나를 바꾼다. 도 5a는 CSI_Est_Enable=Low일 때의 설정을 나타내고, 도 5b는 CSI_Est_Enable=High일 때의 설정을 나타낸다. LPF 이후 신호가 기저대역에 있으므로, ADC 드라이버(13) 및 ADC(14)는 여전히 2개의 수신 경로들에 의해 공유된다. 필요하다면 각각의 경로에 대해 개별적인 ADC 드라이버 및 ADC가 사용될 수도 있다.
FDD 장치는 종종 전송 및 수신 모두를 위해 듀플렉서를 포함하는 신호 안테나를 사용한다. 도 4의 제1 FDD 장치의 실시예를, 듀플렉서(40) 및 신호 안테나(39)가 전송기 및 수신기로 사용되는 경우로 수정한 것이 도 6에 나타나있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 듀플렉서(40)는 전송 신호가 수신 경로에 도달하지 못하게 하여, F1 대역의 신호들은 점 d0과 점 d1 사이의 경로를 통과하게 하고, F2 대역의 신호들은 점 d0과 점 d2 사이의 경로를 통과하게 한다. 도 6a는 스위치들 S1(33), S2(34), S3(35), 및 S4(41)이 C1 위치에 있는 정규 FDD 동작 상태를 나타내는데, 전송 경로는 F2 대역에서 동작하고, 수신 경로는 F1 대역에서 동작한다. 도 6b는 CSI_Est_Enable이 활성화되고 스위치들이 C2 위치로 접속된 때의 CSI 추정 구성을 나타낸다. 이 상태의 UE 또는 CS는 점 d1에서 점 d0로의 경로로부터 듀플렉서(40)를 통해 안테나(39)로, F1 대역에서 파일럿 신호를 제2 FDD 장치에 전송할 수 있다.
몇몇의 경우에, F1 대역의 듀플렉서(40)는 저전력용으로 디자인되어 전송 전력을 지속할 수 없을 수 있다. 또다른 실시예에서는, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 안테나가 정규 FDD 동작 모드에서는 듀플렉서(40)에 접속되지만, CSI_Est_Enable=High이고 스위치 S3(43)이 도 6d에 나타낸 바와 같아지면, 안테나는 F1 대역의 전송 경로에 바로 접속된다. 이 실시예는, 점 d0과 점 d1간의 경로(수신용으로 사용되고 전형적으로 저전력임)의 주파수 대역 응답 요구사항 또는 전력 레이팅(power rating)이 DL CSI 추정을 위한 F1 대역의 전송 경로(도 6 중간에 있는 전송 경로)로부터의, 전송된 파일럿 신호의 통과대역 또는 전송 전력에 대한 요구사항을 만족하지 못할 때, 특히 유용하다.
도 2의 실시예는 듀플렉서 및 단일 안테나가 전송기 및 수신기로 사용될 때의 제1 FDD 장치의 실시예로 간단히 수정될 수 있다.
도 5의 제2 FDD 장치의 실시예를, 듀플렉서 및 단일 안테나가 전송기 및 수신기로 사용되는 경우로 수정한 것이 도 7에 나타나있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 듀플렉서(40)는 전송 신호가 수신 경로에 도달하지 못하게 하여, F1 대역의 신호들은 점 d0과 점 d1 사이의 경로를 통과하게 하고, F2 대역의 신호들은 점 d0과 점 d2 사이의 경로를 통과하게 한다. 도 7a는 스위치들 S5(36), S6(44), 및 S7(38)이 C1 위치에 있는 정규 FDD 동작 상태를 나타내는데, 전송 경로는 F1 대역에서 동작하고, 수신 경로는 F2 대역에서 동작한다. 도 7b는 CSI_Est_Enable이 활성화되고 스위치들이 C2 위치로 접속된 때의 CSI 추정 구성을 나타낸다. 이 상태의 BS 또는 CS는 안테나(43)와 듀플렉서(40)를 통해 점 d0에서 점 d1로의 경로로부터 F1 대역의 파일럿 신호를 제1 FDD 장치로부터 수신할 수 있다.
다른 실시예에서는, 도 7c에 나타낸 바와 같이, 안테나가 정규 FDD 동작 모드에서는 듀플렉서에 접속되지만, CSI_Est_Enable=High이고 스위치 S6(45)가 도 7d에 나타낸 바와 같으면, 안테나는 F1 대역의 수신 경로에 바로 접속된다. 이 실시예는 도 6d의 제1 FDD 장치의 경우와 대칭하고, 점 d0과 점 d1 간의 경로의 주파수 대역 응답 요구사항이 DL CSI 추정 상태 시(CSI_Est_Enable=High일 때) 구성된 제1 FDD 장치로부터 전송된 파일럿 신호의 통과대역 또는 전송 전력에 대한 요구사항을 만족하지 못할 때, 특히 유용하다.
도 3의 실시예는 듀플렉서 및 단일 안테나가 전송기 및 수신기로 사용될 때의 제2 FDD 장치의 실시예로 간단히 수정될 수 있다.
현대의 라디오들은, 그들의 반송파 주파수, 통과대역 대역폭, 및 다른 라디오 매개변수들이 외부의 제어 신호들을 사용하여 바뀔 수 있게 프로그래밍가능하게 만들어질 수 있다. 도 8은 DL CSI 추정할 전송 경로에 프로그래밍가능 라디오를 사용하는 제1 FDD 장치의 실시예를 나타내는데, CSI 추정 가능 제어 신호가 비활성화됐을 때는 전송 경로가 F2 대역의 정규 FDD 전송 경로로 기능하고, CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때는 전송 경로가 DL CSI 추정을 위해 F1 대역에서 전송 신호들을 제2 FDD 장치로 전송하도록 바뀐다. 도 8은, 프로그래밍가능 전송기(46)가 DAC에서 PA까지의 모든 전송 경로 구성요소들 및 필터들을 포함하고, 이 모든 구성요소들은 외부 제어 설정들을 사용하여 선호되는 반송파 주파수 및 대역폭에서 기능하도록 만들어질 수 있다고 가정한다. 주파수 및 대역폭(BW) 제어 신호(들)는 반송파 주파수 및 BW를 F2 대역의 정규 FDD 전송에서 CSI 추정을 위해 F1 대역의 파일럿 신호의 것으로 바꾼다. 스위치들 S1(48) 및 S2(49)는 CSI 추정 가능 제어 신호에 기초하여 전송 경로 및 안테나 접속을 바꾼다. 도 8a는 CSI_Est_Enable=Low일 때의 설정을 나타내고, 도 8b는 CSI_Est_Enable=High일 때의 설정을 나타낸다. 도 8의 정규 수신기(47)는 프로그래밍가능 수신기 또는 고정 대역 수신기일 수 있다. 전형적인 경우에, 전송기 및 수신기는 모두 단일 집적 회로(IC) 칩 내에 있고, 그들 모두는 프로그래밍가능하다.
도 9는 DL CSI 추정할 수신 경로에 프로그래밍가능 라디오를 사용하는 제2 FDD 장치의 실시예를 나타내는데, CSI 추정 가능 제어 신호가 비활성화됐을 때는 수신 경로가 F2 대역의 정규 FDD 수신 경로로 기능하고, CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때는 수신 경로가 DL CSI 추정을 위해 F1 대역에서 제1 FDD 장치로부터 파일럿 신호들을 수신하도록 바뀐다. 도 9는, 프로그래밍가능 수신기(51)가 LNA에서 ADC까지의 모든 수신 경로 구성요소들을 포함하고, 이 모든 구성요소들은 외부 제어 설정들을 사용하여 선호되는 반송파 주파수 및 대역폭에서 기능하도록 만들어질 수 있다고 가정한다. 주파수 및 BW 제어 신호(들)는 반송파 주파수 및 BW를 F2 대역의 정규 FDD 수신에서 CSI 추정을 위해 F1 대역의 파일럿 신호의 것으로 바꾼다. 스위치들 S1(53) 및 S2(52)는 CSI 추정 가능 제어 신호에 기초하여 수신 경로 및 안테나 접속을 바꾼다. 도 8a는 CSI_Est_Enable=Low일 때의 설정을 나타내고, 도 8b는 CSI_Est_Enable=High일 때의 설정을 나타낸다. 도 8의 정규 전송기(50)는 프로그래밍가능 전송기 또는 고정 대역 전송기일 수 있다. 전형적인 경우에, 전송기 및 수신기는 모두 단일 IC 칩 내에 있고, 그들 모두는 프로그래밍가능하다.
도 8 및 도 9는 전송기 및 수신기가 공유하는 듀플렉서들 및 신호 안테나를 사용한다. 실시예들은 이전의 도면들에 나타낸 실시예들과 유사한 스위치 구성을 갖는, 개별적인 전송 안테나 및 수신 안테나를 갖는 실시예들로 용이하게 바뀔 수 있다.
선택된 구성요소들 및 회로 구조에 따라, 본 발명의 구현예들은 도 2 내지 9에 나타낸 실시예들의 조합, 또는 그들의 변형들을 포함할 수 있다.
대형 MIMO FDD를 사용하는 FDD 네트워크에 대하여, 도 3, 5, 7, 및 9는 복수의 그러한 전송기들 및 수신기들을 구비한, 단일 BS 또는 SC 내의 전송 및 수신 회로를 나타낸다. FDD 네트워크의 CoMP에 대하여, 도 3, 5, 7, 및 9는 측정 세트 내의 전송 지점들 중 하나인 BS 또는 SC 내의 전송 및 수신 회로를 나타내고, 스위칭은 측정 세트 내의 모든 전송 지점들 내의 각각의 전송 경로 상에서 수행돼야 한다.
대형 MIMO를 갖는 FDD 네트워크 내의 수신 BF 또는 FDD 네트워크 내의 CoMP의 동시 수신 및 처리를 위해, UL CSI 추정을 하고자, 제1 FDD 장치는 F2 주파수 대역의 그것의 정규 전송 경로를 사용하여 UL 파일럿을 송신할 수 있고, 제2 FDD 장치는 F2 주파수 대역의 정규 수신 경로를 사용하여 파일럿들을 수신할 수 있다. 회로 설정의 스위칭 또는 변화는 불필요하다.
요약하면, DL CSI 추정 상태에서, 하나 이상의 제1 FDD 장치 및 대응하는 제2 FDD 장치 내의 CSI 추정 가능 제어 신호는 모두 활성화되어 있다. 이것은 각각의 제1 FDD 장치가 파일럿 신호들을 제2 FDD 장치로 전송하게 함으로써, 다수의 N 전송 안테나들을 갖는 제2 FDD 장치에서 하나 이상의 제1 FDD 장치로의 DL의 CSI이 추정되게 할 수 있다. 이것은 FDD 무선 네트워크 내의 DL 채널 CSI 추정의 복잡도를, 큰 수 N과 함께 선형으로 크기조정되는 것에서 훨씬 작은 수 K, 제1 FDD 장치의 개수 (또는 모든 제1 FDD 장치 상의 수신 안테나들의 개수)와 함께 선형으로 크기조정되게 변형시키고, UL을 사용하여 DL CSI를 피드백할 필요를 없앤다. 실시예들은, 채널 상호성이 FDD DL CSI 추정 복잡도를 TDD 채널 CSI 추정 복잡도와 유사하게 감소시키는데 사용되도록, FDD 장치 내의 회로들을 변형시킨다. 이것은 대형 MU-MIMO를 FDD 무선 네트워크에 맞게 만들기 때문에 중요하다.
TDD 모드와 마찬가지로, 스위칭된 FDD 모드에서(모든 스위치들이 C2 위치에 있을 때), 채널 중 오버 디 에어(over the air) 부분만이 상호적이다. 스위칭된 FDD 모드에서, 파일럿 신호를 전송하는데 사용되는 전송 체인 및 파일럿 신호를 수신하는데 사용되는 수신 체인은 실제 데이터 전송을 위한 전송 및 수신 체인과 상이하다. 실제 전송 및 수신 경로들의 차이 및 매개변수들은 하드웨어에 대한 특징 또는 측정들(그 결과는 메모리에 저장됨)을 통해 설명될 수 있거나, 2 이상의 알려졌지만 상이한 파일럿 신호들을 사용하여 추정될 수 있다.
상기 실시예들은 FDD 무선 네트워크에 대해서만 유용한 것은 아니다. 그들은 또한, TDD 장치가 개별적인 전송 안테나 및 수신 안테나를 사용할 때, TDD 네트워크 내에서 DL CSI 추정을 하는데 유용하다. 제1 TDD 장치에 대한 일 실시예가 도 10에 나타나 있으며, 이는 UE가 BS 또는 SC와 무선 통신하거나, SC가 BS와 무선 통신하기 위한 것이다. DL CSI 추정 가능 제어 신호가 비활성화되면, 예를 들어, 도 10a에 나타낸 바와 같이, CSI_Est_Enable=Low이면, 스위치들 S1(54) 및 S2(55)는 C1 위치에 있고, 제1 TDD 장치는 정규 TDD 모드로 기능하여, 전송 신호들이 안테나 A1(15)로부터 방출되고 수신 신호들이 안테나 A2(16)에 의해 수신된다. DL CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화되면, 예를 들어, 도 10b에 나타낸 바와 같이, CSI_Est_Enable=High이면, 스위치들 S1(54) 및 S2(55)가 C2 위치로 접속되도록 바뀌어, 수신 경로가 접속해제되고 대신 전송 신호가 안테나 A2(16)에 접속된다. 그 후 DL CSI 추정을 위한 파일럿 신호가 안테나 A2(16)로 전송될 수 있게 된다. 제2 TDD 장치에 대한 또다른 실시예가 도 11에 나타나 있으며, 이는 BS가 UE 또는 SC와 무선 통신하거나, SC가 UE와 무선 통신하기 위한 것이다. DL CSI 추정 가능 제어 신호가 비활성화되면, 예를 들어, 도 11a에 나타난 바와 같이, CSI_Est_Enable=Low이면, 스위치들 S3(56) 및 S4(57)는 C1 위치에 있고, 제2 TDD 장치는 정규 TDD 모드로 기능하여, 전송 신호들이 안테나 A3(25)로부터 방출되고 수신 신호들이 안테나 A4(26)에 의해 수신된다. DL CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화되면, 예를 들어, 도 11b에 나타난 바와 같이, CSI_Est_Enable=High이면, 스위치들 S3(56) 및 S4(57)가 C2 위치로 접속되도록 바뀌어, 전송 경로가 접속해제되고 대신 수신 경로가 안테나 A3(25)에 접속된다. 그 후 도 10b의 안테나 A2(16)로부터 전송되는 DL CSI 추정을 위한 파일럿 신호는 도 11b의 안테나 A3(25)에 의해 수신된다. 정규 TDD DL에서, 전송 신호는 안테나 A3(25)로부터 방출되어(도 11a), 안테나 A2(16)에 의해 수신되는데(도 10a), 즉, 채널은 안테나 A3(25)에서부터 안테나 A2(16)까지 이고, 안테나 A2(16)에서 안테나 A3(25)로의 파일럿 신호 채널은(도 10b 및 11b아 나타냄) 안테나 A3(25)에서 안테나 A2(16)로의 채널과 상호적이다. 2개의 채널 중 오버 디 에어 부분만이 상호적이고, 파일럿 신호를 전송하는데 사용되는 도 10b의 전송 경로 및 파일럿 신호를 수신하는데 사용되는 도 11b의 수신 경로는 도 10a 및 11a에 나타낸 실제 데이터 전송을 위한 전송 및 수신 경로들과 상이하다는 것을 주의하자. 실제 전송 및 수신 경로들의 차이 및 매개변수들은 하드웨어에 대한 특징 또는 측정들(그 결과는 메모리에 저장됨)을 통해 설명될 수 있거나, 2 이상의 알려졌지만 상이한 파일럿 신호들을 사용하여 추정될 수 있다.
상기 실시예들에서의 몇몇의 가정 또는 단순화가 아래에 나열되어 있다. 그들은 도면들을 어수선하지 않게 하고 및 간단하게 나타내기 위해 사용되었을 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 당업자는 본 발명에 제시된 실시예들의 원리에 기초하여 다음의 및 다른 고려사항들을 포함하도록 용이하게 일반화할 수 있다.
·C1 또는 C2는 적절하게 접지, 높은 임피던스/절연, 또는 매칭된 임피던스에 접속되지 않으면, 올바르게 종료돼야 함.
·도 2 내지 11에서, CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때, 제1 FDD 또는 TDD 장치의 정규 전송 및 수신 경로들과 제2 FDD 또는 TDD 장치의 정규 전송 및 수신 경로들은 사용되지 않음. FDD 장치가 DL CSI 추정 모드에 있고, 정규 라디오 경로가 사용되지 않으면, 정규 라디오 경로들 어떻게 다룰지에 대한, LO을 접속해제하거나, 전원을 끄거나, 안테나를 접속해제하는 것을 포함하는 복수의 옵션들이 있음. 이들은, 도면을 어수선하게 나타내지 않도록, 도면에 나타내지 않음. 대안적으로, 일 실시예에서는 CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때, F1 대역이 DL CSI 추정을 위해 파일럿 또는 테스트 신호를 송신하기 위해 UL 방향으로 사용되는 한편, 제1 FDD 장치 및 제2 FDD 장치의 정규 전송 및 수신 경로들은 UL 또는 DL 방향으로 F2 대역에서 데이터 또는 제어 시그널링하기 위해 한 쌍이 될 수 있음. 이것은, 그 두 대역들이 중첩하지 않으므로, 가능함. 이는 또한, TDD 장치에 단일 채널 풀 듀플렉싱 동작을 지원하는 회로들 및 처리 메커니즘이 장착되었을 때, 즉, 같은 주파수 채널에서 동시에 전송 및 수신할 수 있을 때, TDD 실시예에 대해 가능함.
·몇몇의 실시예들은 정규 FDD 경로 및 DL CSI 추정 경로에서 상이한 LPF들이 사용된다고 가정하지만, 직접 변환 시스템에서는, 통과대역들의 대역폭들이 DL 및 UL에 대해 같으면, LPF들이 같을 수 있음.
·모든 도면들은 실시예들을 나타내기 위해 한 쌍의 전송기 및 수신기를 나타내지만, 실시예들은 도면들에 나타낸 실시예를 복제하여, 복수의 전송기들 및 복수의 수신기들을 갖는 FDD 또는 TDD 장치로 용이하게 일반화될 수 있음. 게다가, 실시예들은 같은 개수의 전송기들 및 수신기들을 갖는 장치로 제한되지 않음. 제1 FDD 또는 TDD 장치에서, Nt 전송기 및 Nr 수신기가 있고, Nt<Nr이면, CSI_Est_Enable=High일 때의 전송 경로는 시간 슬롯 1에서는 하나의 수신 안테나에 접속되고, 시간 슬롯 2에서는 또다른 수신 안테나에 접속되어, 파일럿 신호들은 각각의 및 모든 정규 수신 안테나로부터 전송될 수 있음. 제2 FDD 또는 TDD 장치에서, Nt 전송기 및 Nr 수신기가 있고, Nt>Nr이면, CSI_Est_Enable=High일 때의 수신 경로는 시간 슬롯 1에서는 하나의 전송 안테나에 접속되고, 시간 슬롯 2에서는 또다른 전송 안테나에 접속되어, 제1 FDD 또는 TDD 장치에 의해 전송되는 파일럿 신호들은 각각의 및 모든 정규 전송 안테나에 의해 수신될 수 있음.
본 발명의 또다른 실시예는 FDD 무선 네트워크의 무선 채널의 상호성을 통해 DL CSI을 획득하는데 사용될 수 있는 라디오 자원 프레임 구조이다. 이 실시예에서, 제1 주파수 대역(F1)의 라디오 자원의 시간 슬롯은 DL CSI 획득을 위해 업링크 방향으로 파일럿 또는 테스트 신호를 전송하는데 사용된다. 이 시간 슬롯은 라디오 프레임의 상호적 UL 파일럿 영역(reciprocal UL pilot region; RULPR)(60)으로 언급된다. 라디오 프레임은 주파수 대역의 대역폭에 걸친 시간 차원의 몇몇의 연속한 심볼들로 정의된다. 도 12는 FDD 무선 네트워크의 전형적인 프레임 구조를 나타내는데, 여기서 제1 주파수 대역 F1(58)의 라디오 자원 모두는 DL을 위해 사용되지만 제2 주파수 대역 F2(59)의 모든 라디오 자원은 UL을 위해 사용된다. RULPR(60)은 주기적으로 위치되거나 라디오 프레임 내의 몇몇의 미리 정의된 패턴에 따라 위치될 수 있는데, 예를 들어, RULPR(60)을 포함하는 프레임의 색인 또는 모든 K 프레임들은 i=f BS 식별정보(BSID)를 만족하는데, 여기서 BSID는 BS의 식별을 나타낸다. RULPR(60)은 프레임의 처음의 또는 마지막의 몇몇의 하나 이상의 연속한 심볼들 또는 프레임의 다른 심볼 위치들을 점유할 수 있다. 도 13은, RULPR(60)이 F1 대역(58)의 프레임의 끝에 있는 경우, 즉, RULPR(60)이 마지막의 하나 이상의 심볼들을 점유하는 경우를 나타낸다. 도 14는, RULPR(60)가 F1 대역(58)의 프레임의 시작부에 있는 경우, 즉, RULPR(60)가 처음의 하나 이상의 심볼들을 점유하는 경우를 나타낸다. 대안적으로, RULPR(60)은 프레임들 간에 삽입된 시간 슬롯일 수 있다.
RULPR(60)의 시간 슬롯에서, 제1 및 제2 FDD 장치의 정규 전송 및 수신 경로들이 제어 신호들 및/또는 스위치들에 의해 어떻게 접속 또는 구성되었는지에 따라, F2 대역(59)은 유휴상태이거나 DL 또는 UL 데이터 또는 제어 신호들을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 선호되는 실시예들에 대한 상기 설명들이 본 발명의 기초적인 새로운 특징들 또는 원리들을 보여주거나, 설명하거나, 나타내고 있지만, 나타낸 것과 같은 방법들, 요소들, 또는 장치들뿐만 아니라 그들의 사용에 대한 세부사항의 형태의 다양한 생략들, 대체들, 및 변화들이 본 발명의 취지로부터 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 만들어질 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명들에 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 원리는 여기서 설명된 이점들을 달성하고, 다른 이점들도 달성하고, 또는 다른 목표들도 만족시키도록, 광범위한 방법들, 시스템들, 및 장치들에 적용될 수 있다.

Claims (19)

  1. BS가 FDD 무선 네트워크에서 DL CSI를 획득하는 방법에 있어서,
    DL CSI가 추정되는 제1 FDD 장치로부터 통상 주파수 대역 F1에서 UL 신호들을 수신하고 상기 제1 FDD 장치로 주파수 대역 F2에서 DL 신호들을 송신하는 제2 FDD 장치;
    CSI 추정 가능 제어 신호 및 상기 제1 FDD 장치 내에서 상기 CSI 추정 가능 제어 신호에 의해 제어되는 스위치들의 세트- 상기 CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때, 상기 제1 FDD 장치 내의 전송기의 전송 주파수 대역이 정규 전송 주파수 대역 F2에서 정규 수신 주파수 대역 F1으로 바뀌어, 전송 신호가 정규 전송 안테나 대신 정규 수신 안테나로부터 전송되도록, 상기 스위치들의 세트의 접속을 바꿈 -; 및
    상대적으로, CSI 추정 가능 제어 신호 및 상기 제2 FDD 장치에서 상기 CSI 추정 가능 제어 신호에 의해 제어되는 스위치들의 세트- 상기 CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때, 상기 제1 FDD 장치 내의 수신기의 수신 주파수 대역이 정규 수신 주파수 대역 F2에서 정규 전송 주파수 대역 F1으로 바뀌어, 수신 신호가 정규 수신 안테나 대신 정규 전송 안테나로부터 수신되도록, 상기 스위치들의 세트의 접속을 바꿈 -를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 FDD 장치 내의 새롭게 구성된 전송 경로를 사용하여 상기 주파수 대역 F1에서 하나 이상의 파일럿 신호들을 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 FDD 장치 내의 새롭게 구성된 수신 경로를 사용하여 상기 주파수 대역 F1에서 상기 하나 이상의 파일럿 신호들을 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 FDD 장치에서부터 상기 제2 FDD 장치로의, 상기 주파수 대역 F1의 UL 채널을 추정하도록, 상기 주파수 대역 F1에서 수신된 상기 하나 이상의 파일럿 신호들을 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    오버 디 에어 채널(over the air channel)의 상호성에 기초하여 상기 제2 FDD 장치에서부터 상기 제1 FDD 장치로의, 상기 주파수 대역 F1의 DL 채널의 추정을 획득하도록, 상기 UL 채널의 추정과 DL 및 UL 채널들의 하드웨어 종속 구성요소들의 칼리브레이션 데이터(calibration data)를 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 FDD 장치 내의 상기 정규 수신 안테나 및 정규 전송 안테나는 같은 안테나인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 FDD 장치 내의 상기 정규 수신 안테나 및 정규 전송 안테나는 같은 안테나인 방법.
  8. FDD 무선 네트워크 내에서 DL CSI를 추정하기 위한 제1 FDD 장치 내의 회로에 있어서,
    CSI 추정 가능 제어 신호의 생성기 및 상기 제1 FDD 장치에서 상기 CSI 추정 가능 제어 신호에 의해 제어되는 스위치들의 세트를 포함하고,
    상기 CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때, 상기 제1 FDD 장치 내의 전송기의 전송 주파수 대역이 정규 전송 주파수 대역 F2에서 정규 수신 주파수 대역 F1으로 바뀌어, 전송 신호가 정규 전송 안테나 대신 정규 수신 안테나로부터 전송되도록, 상기 스위치들의 세트의 접속을 바꾸는 회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 FDD 장치 내의 새롭게 구성된 전송 경로를 사용하여 상기 주파수 대역 F1에서 하나 이상의 파일럿 신호들을 하나 이상의 제2 FDD 장치로 전송하는 것을 더 포함하는 회로.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 FDD 장치 내의 상기 정규 수신 안테나 및 정규 전송 안테나는 같은 안테나인 회로.
  11. FDD 무선 네트워크 내에서 DL CSI를 추정하기 위한 제2 FDD 장치 내의 회로에 있어서,
    CSI 추정 가능 제어 신호의 생성기 및 상기 제2 FDD 장치에서 상기 CSI 추정 가능 제어 신호에 의해 제어되는 스위치들의 세트를 포함하고,
    상기 CSI 추정 가능 제어 신호가 활성화됐을 때, 상기 제1 FDD 장치 내의 수신기의 수신 주파수 대역이 정규 수신 주파수 대역 F2에서 정규 전송 주파수 대역 F1으로 바뀌어, 수신 신호가 정규 수신 안테나 대신 정규 전송 안테나로부터 수신되도록, 상기 스위치들의 세트의 접속을 바꾸는 회로.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 FDD 장치 내의 상기 정규 수신 안테나 및 정규 전송 안테나는 같은 안테나인 회로.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 FDD 장치 내의 새롭게 구성된 수신 경로를 사용하여 상기 주파수 대역 F1에서 제1 FDD 장치에 의해 송신된 하나 이상의 파일럿 신호들을 수신하는 것을 더 포함하는 회로.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 FDD 장치에서부터 상기 제2 FDD 장치로의, 상기 주파수 대역 F1의 UL 채널을 추정하도록, 상기 주파수 대역 F1에서 수신된 상기 하나 이상의 파일럿 신호들을 사용하는 것을 더 포함하는 회로.
  15. 제 14 항에 있어서,
    오버 디 에어 채널의 상호성에 기초하여 상기 제2 FDD 장치에서부터 상기 제1 FDD 장치로의, 상기 주파수 대역 F1의 DL 채널의 추정을 획득하기 위해, 상기 UL 채널의 추정과 DL 및 UL 채널들의 하드웨어 종속 구성요소들의 칼리브레이션 데이터를 사용하는 것을 더 포함하는 회로.
  16. FDD 무선 네트워크 내에서의 무선 채널의 상호성을 통해 다운링크 채널 정보를 획득하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 UE가 UL 방향으로 파일럿 또는 테스트 신호(들)를 전송하기 위해, 제1 주파수 대역(F1)의 DL 라디오 자원 프레임 구조의 시간 슬롯을 예약하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 시간 슬롯은 DL 라디오 자원 프레임의 시작부에 있는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 시간 슬롯은 DL 라디오 자원 프레임의 끝에 있는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 시간 슬롯은 DL 라디오 자원 프레임의 중간에 있는 방법.
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