KR20190022021A - 무선 통신 시스템에서 채널 피드백을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 채널 피드백을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시(disclosure)는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서, 제1 장치는 적어도 하나의 프로세서(at least one processor)와 적어도 하나의 프로세서와 동작적으로 결합되는 적어도 하나의 송수신기(at least one transicever)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는, 제2 장치로부터 수신되는 신호에 기반하여, 채널 행렬을 결정하고, 상기 채널 행렬에 기반하여 정수 강압(integer forcing, IF)을 위한 정수 행렬(integer matrix)을 결정하고, 상기 정수 행렬에 기반하여, 채널 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 송수신기는, 상기 생성된 채널 정보를 상기 제2 장치에게 전송하도록 구성될 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 채널 피드백을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHANNEL FEEDBACK IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 채널 피드백을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
최근, 데이터 트래픽이 급증하면서, 주파수 효율 및 전송률을 높이기 위한 방안으로, 다양한 MIMO 송수신 기법들이 제안되고 있다. MIMO 송수신 기법으로 ZF(zero forcing), MMSE(minimum mean squred error)등과 같은 선형 기법 또는 ML(maximum likelihood), 스피어 디코딩(sphere decoding)과 같은 비선형 기법들이 고려되고 있다. 그러나, 비선형 기법은 성능은 좋은 반면 복잡도(complexity)가 높고, 선형 기법은 복잡도는 상대적으로 크지 않은 반면 성능 측면에서 비선형 기법에 비해 부족하다는 단점이 있다. 한편, 채널 변화가 큰 경우에는, MIMO 송수신 기법에 따라 송수신기의 동작에 성능 열화가 발생할 수 있다. 따라서, 비선형 기법들에 근접하는 성능을 가지면서, 채널 변화가 큰 경우에도 높은 이득을 가질 수 있는 IF(integer forcing) 기법이 제안되었다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 채널 피드백을 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 IF(integer forcing) 기법을 통해 신호를 수신하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 IF(integer forcing) 기법을 통해 신호를 수신할 때, 달성 가능한(achievable) 전송 용량을 보장하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 IF 기법을 통해 신호 수신 시, 채널에 적합한 랭크(rank)를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 IF 기법을 통해 신호 수신 시, 채널에 적합한 프리코더(precoder)를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 디코딩(decoding) 시, 복잡도를 낮추기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서, 제1 장치는 적어도 하나의 프로세서(at least one processor)와 적어도 하나의 프로세서와 동작적으로 결합되는 적어도 하나의 송수신기(at least one transicever)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는, 제2 장치로부터 수신되는 신호에 기반하여, 채널 행렬을 결정하고, 상기 채널 행렬에 기반하여 정수 강압(integer forcing, IF)을 위한 정수 행렬(integer matrix)을 결정하고, 상기 정수 행렬에 기반하여, 채널 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 송수신기는, 상기 생성된 채널 정보를 상기 제2 장치에게 전송하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 제1 장치의 동작 방법은, 제2 장치로부터 수신되는 신호에 기반하여, 채널 행렬을 결정하는 과정과, 상기 채널 행렬에 기반하여 정수 강압을 위한 정수 행렬을 결정하는 과정과, 상기 정수 행렬에 기반하여, 채널 정보를 생성하는 과정과, 상기 생성된 채널 정보를 상기 제2 장치에게 전송하는 과정을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, IF(integer forcing) 기법을 통해 획득되는 채널 정보를 피드백함으로써, IF 기법을 통해 효율적으로 신호를 수신할 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 환경을 도시한다
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 송신 장치의 기능적 구성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 수신 장치의 기능적 구성을 도시한다.
도 4a은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 정수 강압(integer forcing, IF) 디코딩(decoding)을 위한 제어부의 기능적 구성을 도시한다.
도 4b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 IF 검출(detection)을 위한 제어부의 기능적 구성을 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 채널 피드백 절차를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 프리코딩 정보를 생성하기 위한 수신 장치의 동작 흐름을 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 랭크 정보를 결정하기 위한 수신 장치의 동작 흐름을 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 채널 정보 피드백을 위한 수신 장치의 동작 흐름을 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 채널 정보 피드백을 위한 수신 장치의 다른 동작 흐름을 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 채널 정보 피드백을 위한 수신 장치의 또 다른 동작 흐름을 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 채널 상태(channel state)에 대한 정보(이하, 채널 정보(channel information))를 피드백하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 정수 강압(integer forcing, IF) 기법을 통해 신호를 수신/복호(decoding)하기 위한 채널 정보를 피드백하기 위한 기술을 설명한다.
이하 설명에서 사용되는 신호의 수학적 표현(예: 행렬(matrix), 벡터(vector))을 지칭하는 용어, 신호의 값에 대한 수학적 표현(예: 정수(integer), 영(zero), 비정수(non-integer)), 용량(capacity)를 지칭하는 용어(예: IF 용량, IF 유효 용량, 전송 용량, 채널 용량), 네트워크 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어(예: 연산부, 선형 조합부, 조합 해제부, 디코더) 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
또한, 본 개시는, 일부 통신 규격(예: 3GPP(3rd Generation Partnership Project))에서 사용되는 용어들을 이용하여 다양한 실시 예들을 설명하지만, 이는 설명을 위한 예시일 뿐이다. 본 개시의 다양한 실시 예들은, 다른 통신 시스템에서도, 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 환경 100을 도시한다. 도 1은 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 송신 장치 110 및 수신 장치 120을 예시한다. 무선 통신 환경 100은 송신 장치 110 및 수신 장치 120을 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 송신 장치 110은 수신 장치 120에게 신호 130을 송신할 수 있다. 수신 장치 120은 신호 130을 디코딩하기 위하여, 다수의 수신 알고리즘들을 지원할 수 있다. 예를 들어, 수신 장치 120은 ML(maximum likelihood), ZF(zero forcing), MMSE(minimum mean square error), MMSE-SIC(successive interference cancelation), IF 기법 중 적어도 하나를 지원할 수 있다. 여기서, IF 기법은, 채널의 정수화에 기초한 알고리즘일 수 있다. 수신 장치 120은 수신 장치 120에 대한 제어 정보, 설정 정보 또는 송신 장치 110에 의해 측정된 정보에 기초하여 다수의 수신 알고리즘들 중 하나를 선택하고, 수신 데이터의 처리를 위해 사용할 수 있다.
송신 장치 110 및 수신 장치 120은 신호 130의 송신 방향에 따른 구분이다. 따라서, 하나의 장치는 경우에 따라 송신 장치 110으로 동작하거나, 수신 장치 120으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 하향링크 통신 시, 송신 장치 110은 기지국(base station), 수신 장치 120은 단말(terminal)일 수 있다. 다른 예로, 상향링크 통신 시, 송신 장치 110은 단말, 수신 장치 120은 기지국일 수 있다. 또한, D2D(device to device) 통신 시, 송신 장치 110은 단말, 수신 장치 120은 다른 단말일 수 있다. 여기서, D2D 통신은 사이드링크(sidelink) 통신으로 지칭될 수 있다. 또한, 송신 장치 110은 기지국, 수신 장치 120은 다른 기지국일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 송신 장치 110과 수신 장치 120은 백홀(backhaul)을 통해, 시그널링을 수행할 수 있다. 백홀은 무선 백홀(wireless backhaul)일 수 있다. 나열된 예시들 외, 송신 장치 110 및 수신 장치 120은 다른 다양한 장치들일 수 있다.
여기서, 기지국은, 단말에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국은, 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '5G 노드비(5G NodeB, NB)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
여기서, 단말은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국과 무선 채널(wireless channel)을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말은 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말은 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말은, 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', '전자 장치(electronic device)', 또는 '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
수신 장치 120이 수신하는 신호는 하기의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00001
Y는 수신 장치 120이 수신하는 신호, X는 송신 장치 110이 송신하는 신호를 나타낸다. H는 송신 장치 110과 수신 장치 120 사이의 채널을 나타낸다. Z는 채널 사이의 잡음(noise)을 나타낸다. 송신 장치 110의 안테나가 NT개이고, 수신 장치 120의 안테나가 NR개인 경우, X는 NT x 1 크기의 벡터이고, Y 및 Z는 NR x 1 크기의 벡터이고, H는 NR x NT의 크기의 행렬일 수 있다.
다수의 송신 안테나들 및 다수의 수신 안테나들 간의 통신인 MIMO(multiple input multiple output) 환경에서, 수신 장치 120이 신호 130을 수신할 때 프리코딩(precoding)을 고려하지 않는다면 다수의 간섭 신호들을 고려하게 되어 디코딩 복잡도가 증가할 수 있다. 따라서, 수신 장치 120은, 프리코더를 통해, 간섭 신호를 줄임으로써, 채널 용량을 증가시킬 수 있다.
이하 도 2 내지 도 10에서는, 송신 장치와 수신 장치로 구분하여 설명하나, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 장치의 기능들이 명칭에 의해 한정되지 않는다. 다시 말해, 수신 장치 120은 필요에 따라, 송신 장치에게 제어 정보(예: 채널 정보)를 전송할 수 있을 뿐만 아니라 데이터를 전송할 수도 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 송신 장치의 기능적 구성을 도시한다. 도 2에 예시된 구성은 도 1의 송신 장치 110의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '...부', '...기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 장치의 기능들이 명칭에 의해 한정되지 않는 바, 이하 설명은, 송신 장치 110이 도 1의 수신 장치 120에게 신호를 송신하는 구성뿐만 아니라, 수신 장치 120으로부터 신호를 수신하기 위한 구성을 포함하여 설명한다.
도 2를 참고하면, 송신 장치 110은, 통신부 210, 저장부 220, 및 제어부 230을 포함할 수 있다.
통신부 210은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신부 210은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열(bit sequence) 간 변환 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어 정보 송신 시, 통신부 210은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 변조 심볼들을 생성할 수 있다. 또한, 통신부 210은 데이터 송신 시, 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환할 수 있다. 예를 들어, 통신부 210은 인코더(encoder), 변조기(modulator), DAC(digital to analog convertor), 및 송신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 및 오실레이터(oscillator) 등을 포함할 수 있다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부 210은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원할 수 있다. 통신부 210이 신호를 수신하는 경우에는, 디코더(decoder), 복조기(demodulator), ADC(analog to digital convertor), 수신 필터 등을 추가적으로 포함할 수 있다.
통신부 210은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 통신부 210은, 복수의 안테나들 각각을 통해 복수의 스트림들을 송신할 수 있다. 스트림은, 송신 장치의 레이어(layer)에 대응하는 데이터 스트림일 수 있다. 또한, 통신부 210은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 210은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 빔포밍을 위해, 통신부 210은 다수의 안테나들 또는 안테나 요소(element)들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절, 즉, 아날로그 빔포밍을 수행할 수 있다. 또는, 통신부 210은 디지털 신호에 대한 빔포밍, 즉, 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다.
또한, 통신부 210은 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 210은 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 무선 접속 기술들은 블루투스 저 에너지(bluetooth low energy, BLE), Wi-Fi(Wireless Fidelity), WiGig(WiFi Gigabyte), 셀룰러 망(예: LTE, LTE-A, 5G(5th generation) 망) 등을 포함할 수 있다. 또한, 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.5GHz, 5GHz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 30GHz, 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.
통신부 210은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부 210은 송신기(transmitter), 수신기(receiver) 또는 송수신기(transceiver)로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부 210에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 다양한 실시 예들에 따라, 통신부 210은 기준 신호(reference signal, RS)을 송신할 수 있다. 여기서, 기준 신호는 채널을 추정하기 위한 기준 신호일 수 있다. 또한, 통신부 210은, 채널 추정 결과에 따른 채널 정보를 수신할 수 있다. 통신부 210은, 채널 정보에 기반하여 생성되는 데이터를 송신할 수 있다. 또한, 통신부 210은, 송신 장치에서 사용하는 코딩 변조 기법(coded modulation), 비트-심볼 간 매핑에 대한 정보를 수신 장치에게 송신하거나, 수신 장치에서 사용할 수 있는 코딩 변조 기법 또는 비트-심볼 간 매핑에 대한 능력 정보(capability information)을 수신 장치로부터 수신할 수 있다.
저장부 220은 송신 장치 110의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장할 수 있다. 저장부 220은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 220은 제어부 230의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 저장부 220은, 수신 장치 120으로부터 수신되는 정보에 따른 프리코더를 식별하기 위해, 프리코더들 및 각 프리코더에 대응되는 인덱스를 저장할 수 있다.
제어부 230은 송신 장치 110의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부 230은 통신부 210을 통해 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 또한, 제어부 230은 저장부 220에 데이터를 기록하고(write), 읽을 수 있다(read). 이를 위해, 제어부 230은 적어도 하나의 프로세서(processor) 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부로 구성될 수 있다. 또한, 통신부 210의 일부 및 제어부 230은 CP(communication processor)로 지칭될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 제어부 230은 프리코딩부 231을 포함할 수 있다. 프리코딩부 231은, 채널 정보에 기반하여 데이터 전송시 적용할 프리코더를 설정할 수 있다. 프리코딩부(precoding unit) 231은, 프리코더를 설정하여, 레이어를 통해 송신될 송신 스트림들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부 230은 송신 장치 110의 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 2는 송신 장치 110의 구성을 예시한다. 여기서, 도 2의 구성이 기지국의 구성인 경우, 백홀(backhaul) 망과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공하는 백홀 통신부가 더 포함될 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 수신 장치의 기능적 구성을 도시한다. 도 3에 예시된 구성은 도 1의 수신 장치 120의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '...부', '...기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 장치의 기능들이 명칭에 의해 한정되지 않는 바, 이하 설명은, 수신 장치 120이 도 1의 송신 장치 110으로부터 신호를 수신하기 위한 구성뿐만 아니라, 송신 장치 110에게 신호를 전송하기 위한 구성을 포함하여 설명한다.
도 3을 참고하면, 수신 장치 120은, 통신부 310, 저장부 320, 및 제어부 330을 포함할 수 있다.
통신부 310은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신부 310은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열(bit sequence) 간 변환 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어 정보 송신 시, 통신부 310은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 변조 심볼들을 생성할 수 있다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부 310은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원할 수 있다. 또한, 통신부 310은 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환할 수 있다. 예를 들어, 통신부 310은 디코더(decoder), 복조기(demodulator), ADC(analog to digital convertor), 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 및 오실레이터(oscillator) 등을 포함할 수 있다. 또한, 통신부 310이 신호를 송신하는 경우에는, 인코더(encoder), 변조기(modulator), DAC(digital to analog convertor), 및 송신 필터 등을 추가적으로 포함할 수 있다.
통신부 310은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 통신부 310은, 복수의 안테나들 각각을 통해 복수의 스트림들을 수신할 수 있다. 또한, 통신부 310은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 310은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 빔포밍을 위해, 통신부 310은 다수의 안테나들 또는 안테나 요소(element)들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절, 즉, 아날로그 빔포밍을 수행할 수 있다. 또는, 통신부 310은 디지털 신호에 대한 빔포밍, 즉, 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다.
또한, 통신부 310은 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 310은 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 무선 접속 기술들은 블루투스 저 에너지(bluetooth low energy, BLE), Wi-Fi(Wireless Fidelity), WiGig(WiFi Gigabyte), 셀룰러 망(예: LTE, LTE-A, 5G(5th generation) 망) 등을 포함할 수 있다. 또한, 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.5GHz, 5GHz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 30GHz, 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.
통신부 310은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부 310은 송신기(transmitter), 수신기(receiver) 또는 송수신기(transceiver)로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부 310에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 다양한 실시 예들에 따라, 통신부 310은 채널 추정을 위한 신를 수신할 수 있다. 또한, 통신부 310은 후술하는 제어부 330에서 생성하는 채널 정보(예: 채널 상태 정보(channel state information, CSI))를 다른 장치(예: 도 1의 송신 장치 110)에게 피드백할 수 있다. 또한, 통신부 310은, 다른 장치에게 피드백한 채널 정보에 따라 생성된 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 통신부 310을 통해, 수신 장치는 송신 장치와 수신 기법을 결정하기 위한 시그널링을 수행할 수 있다. 예를 들어, 시그널링을 통해, 부호 변조(coded modulation) 방식에 대한 정보, 비트-심볼 매핑(bit-to-symbol mapping) 방식에 대한 정보, 채널에 대한 변화 정도를 나타내는 정보, MIMO 채널의 채널 상관(channel correlation)을 나타내는 정보 중 적어도 하나가 교환될 수 있다.
저장부 320은 수신 장치 120의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장할 수 있다. 저장부 320은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 320은 제어부 330의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 저장부 320은, 송신 장치 110에게 채널 정보를 피드백하기 위해, 프리코더들을 저장할 수 있다.
제어부 330은 수신 장치 120의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부 330은 통신부 310을 통해 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 또한, 제어부 330은 저장부 320에 데이터를 기록하고(write), 읽을 수 있다(read). 이를 위해, 제어부 330은 적어도 하나의 프로세서(processor) 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부로 구성될 수 있다. 또한, 통신부 310의 일부 및 제어부 330은 CP(communication processor)로 지칭될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따라, 제어부 330은, 채널 추정부 331, 채널 정보 생성부 333, 디코딩부 335를 포함할 수 있다. 채널 추정부 331은, 다른 장치(예: 도 1의 송신 장치 110)로부터 수신되는 신호(예: 기준 신호)에 기반하여, 채널을 추정할 수 있다. 채널 정보 생성부 333은 추정된 채널에 기반하여 채널 정보를 생성할 수 있다. 또한, 디코딩부 335은, 송신 장치 110으로부터 수신되는 심볼들을 수신 알고리즘에 기반하여 검출하고, 신호를 디코딩할 수 있다. 여기서, 심볼들은 채널 정보에 기반하여 다른 장치에서 생성된 신호일 수 있다.
채널 추정부 331, 채널 정보 생성부 333, 디코딩부 335는, 저장부 320에 저장된 명령어 집합 또는 코드로서, 적어도 일시적으로 제어부 330에 상주된(resided) 명령어/코드 또는 명령어/코드를 저장한 저장 공간이거나, 또는, 제어부 330을 구성하는 회로(circuitry)의 일부일 수 있다. 채널 정보 생성부 333 또는 디코딩부 335는, 계산을 수행하는 연산부, 등화기(equalizer), 디텍터(detector) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 연산부는, 설정에 따라, 채널 행렬로부터 IF 기법의 정수 행렬(integer matrix)을 결정하거나, 정수 행렬에 따른 심볼-합(symbol-sum)들을 결정할 수 있다. 등화기는, 통신부 310을 통해 수신되는 신호의 잡음 또는 심볼 간 간섭(inter-symbol interference, ISI)을 제거하거나 감소시킬 수 있다. 디텍터는 수신되는 심볼의 값을 검출(detection)할 수 있다. 또한, 디텍더는, 비트 값에 대한 확률로부터 판정(decision)(예: 경판정(hard decision), 연판정(soft decision))을 수행할 수 있다. 또한, 디텍터는 코드워드의 디코딩(decoding)을 수행할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 채널 정보 생성부 333은, 후술하는 정수 벡터를 탐색하기 위한 정수 벡터 탐색부를 포함할 수 있다. 다른 일부 실시 예들에서, 채널 정보 생성부 333은 후술하는 콜레스키 분해(cholesky decomposition) 및 SIC를 위해 별도의 계산부를 더 포함할 수 있다. 제어부 330은 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 수신 장치 120을 제어할 수 있다.
도 3은 수신 장치 120의 구성을 예시한다. 여기서, 도 3의 구성이 기지국의 구성인 경우, 백홀(backhaul) 망과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공하는 백홀 통신부가 더 포함될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 대한 설명에서는, 신호를 수신하기 위한 환경, 신호를 송신/수신하기 위한 송신 장치 또는 수신 장치의 구성이 서술되었다. 이하, 도 4a 및 도 4b에 대한 설명에서는, IF 기법으로써, IF 디코딩(decoding) 기법과 IF 검출(detection) 기법을 위한 제어부 330의 구체적인 예가 서술되고, IF 기법에서 필요한 용어들이 정의된다.
도 4a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 IF 디코딩을 위한 제어부 330의 기능적 구성을 도시한다.
도 4a를 참고하면, 제어부 330은, 선형 조합부(linear combining unit) 410, 디코더들 420-1 내지 420-K, 및 선형 조합 해제부(linear combination solving unit) 430을 포함할 수 있다. 여기서, 선형 조합부 410은 '선형 등화기(linear equalizer)'로, 조합 해제부 430는 '선형 등식 해제부(linear equation solving unit)'로 지칭될 수 있다.
선형 조합부 410은, 복수의 안테나들 각각의 무선 채널을 거쳐 수신된, 신호에 등화 행렬(equalization matrix)을 곱할 수 있다. 이 때, 선형 조합부 410은 채널 행렬, 채널 품질 등에 기초하여 등화 행렬을 결정하거나, 수신 장치 120 내의 다른 블록으로부터 등화 행렬을 제공받을 수 있다.
Figure pat00002
B는 등화 행렬, Y는 수신된 신호,
Figure pat00003
는 등화된 신호를 나타낸다. 예를 들어, 4개의 송신 안테나를 통해 전송되는 신호를, 4개의 수신 안테나를 통해 수신하는 경우, 수신 장치 120은 4개(송신)의 스트림들(streams)을 수신할 수 있다. Y 및
Figure pat00004
는 4x1의 벡터로 표현될 수 있다. B는 4 x 4의 행렬로 표현될 수 있다. 한편, 수신 장치 120은 안테나 별로 다른 스트림을 수신하나, 검출 및 디코딩 과정은 코드워드 단위로 수행되는 바, 이하 코드워드 단위로 설명한다.
수학식 1 및 수학식 2를 결합하여, 수신 신호는 하기의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
는 등화된 신호를 나타낸다. B는 등화 행렬, X는 송신 장치 110이 송신하는 신호를 나타내고, H는 송신 장치 110과 수신 장치 120 사이의 채널을 나타낸다. Z는 채널 사이의 잡음(noise)을 나타낸다.
선형 조합부 410은, IF 디코딩의 수행을 위해, '정수화된 유효 채널 행렬(integer-valued effective channel matrix)'을 결정할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, '정수화된 유효 채널 행렬'은 정수 행렬로 지칭되어 설명된다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, 정수 행렬은 하나의 열 또는 하나의 행으로 구성되는, 정수 벡터(integer vector)를 포함할 수 있다. 선형 조합부 410은, 등화된 신호에 포함된 유효 잡음(effective noise)을 최소화하기 위한 정수 행렬을 결정할 수 있다. 정수 행렬은, 풀-랭크(full-rank) 행렬이 되도록 결정될 수 있다. 후술하는 수학식 6과 같이, 선형 조합을 해제하기 위해, A의 역행렬이 요구되기 때문이다. 한편, 일부 실시 예들에서, 정수 행렬은, 감소된 랭크의 프리코더 행렬에 따라, 송신 안테나들의 개수 및 수신 안테나들의 개수에 따른 풀-랭크보다 작은 랭크를 가질 수 있다. 선형 조합부 410은, 결정된 정수 행렬에 따라 수학식 3에서 코드워드 부분과 유효 잡음 부분을 분리할 수 있다.
Figure pat00007
Figure pat00008
는 등화된 신호를 나타낸다. A는 정수 행렬, X는 송신 장치 110이 송신하는 신호를 나타내고, B는 등화 행렬, H는 송신 장치 110과 수신 장치 120 사이의 채널을 나타낸다. Z는 채널 사이의 잡음(noise)을 나타낸다.
여기서, AX는 코드워드 부분을 나타내고, {BH-A}X + BZ }는 유효 잡음 부분을 나타낼 수 있다. 코드워드 부분은, 조합된 코드워드로, 복수의 안테나들을 통해 수신된 코드워드들 중 적어도 일부가 선형 합산된(summed) 상태를 의미한다. 이하, 조합된 코드워드는 합산-코드워드(summed codeword)로 지칭된다.
한편, X가 코드워드 기준이 아니라, 심볼을 기준으로 표현되는 경우,
Figure pat00009
는 심볼-합(symbol-sum)으로 지칭될 수 있다. 또한, X가 코드워드 기준이 아니라, 스트림을 기준으로 표현되는 경우, AX는 혼합된 스트림(mixed-stream)으로 지칭될 수 있다. 즉, 비트를 표현하는 단위에 있어 차이가 있을 뿐, '합산-코드워드', '심볼-합', '혼합된 스트림'은 수학식 4에서 AX를 나타낼 수 있다.
선형 조합부 410의 연산은 ZF, MMSE와 같은 선형 수신 알고리즘에서 유효 단위 행렬(effective identity matrix)(또는 대각 행렬)에 따라 안테나 별 신호들이 구별되는 것과 달리, 정수 행렬에 따라 합산-코드워드들을 생성한다. 다시 말해, 선형 조합부 410은 송신 장치 110에서 송신된 코드워드들의 조합을 통해 생성되는 다른 코드워드들을 출력할 수 있다. 예를 들면, 정수 행렬의 요소(element)에 따라, 첫 번째 수신 안테나의 합산-코드워드는, 첫 번째 송신 안테나의 제1 코드워드뿐만 아니라 세 번째 송신 안테나의 제3 코드워드와 네 번째 송신 안테나의 제4 코드워드가 혼합된 코드워드일 수 있다. 정수 행렬의 요소들 각각이 정수로 구성됨에 따라, 합산-코드워드 역시 모듈로 연산(modulo operation)에 따라 유효한 코드워드로 구성될 수 있다.
Figure pat00010
여기서,
Figure pat00011
은 m번째 수신 안테나에 대응하는 합산-코드워드를 나타낸다. l은 송신 안테나들의 인덱스,
Figure pat00012
은 정수 행렬의 m번째 행, l번째 열의 요소를 나타낸다.
Figure pat00013
은 l번째 송신 안테나에 대응하는 코드워드를 나타낸다.
선형 조합부 410은, 합산-코드워드들 및 유효 잡음이 합산된 신호들을 출력할 수 있다. 여기서, 합산-코드워드들을 출력하는 과정은, 합-검출(sum-detection)로 지칭된다.
디코더들 420-1 내지 420-K는 선형 조합부 410으로부터 출력된 코드워드들에 대한 디코딩을 수행할 수 있다. K는 수신 안테나들의 수에 대응할 수 있다. 코드워드는, 독립적으로 디코딩될 수 있는 단위로, 스트림 별로 적어도 하나의 코드워드들이 포함될 수 있다. 예를 들어, 16 QAM(quadarature amplitude modulation)의 심볼을 포함하는 스트림인 경우, 코드워드 길이만큼의 심볼들에 대하여 스트림 별로 최대 4(=log216)번의 코드워드 디코딩이 수행될 수 있다. 다른 예를 들어, BPSK(binary phase shift keying)의 심볼을 포함하는 스트림인 경우, 코드워드 길이만큼의 심볼들에 대하여 스트림 별로 1(=log22)번의 코드워드 디코딩이 수행될 수 있다
디코더들 420-1 내지 420-K는 수신 안테나들 각각에 대응하는 합산-코드워드를 디코딩하여, 간섭이 제거된 합산-코드워드들을 출력할 수 있다. 이때, 디코더들 420-1 내지 420-K 각각은 SISO(single input single output) 디코더와 같이 동작할 수 있다. 다시 말해, 디코더들 420-1 내지 420-K 각각은 다른 안테나로부터의 간섭은 고려하지 아니하고 디코딩을 수행할 수 있다. 한편, 개별적으로 코드워드를 디코딩하는 것이 아니라, 상술한 바와 같이, 코드워드들이 합산된 형태의 선형 조합을 고려하는 디코딩 방식은 합-디코딩(sum-decoding)으로 지칭된다.
조합 해제부 430은 선형 조합부 410에서 수행된 조합에 대응하는 역변환을 수행한다. 즉, 조합 해제부 430은 선형 조합부 410에 의한 비트들의 조합을 해제한다. 이에 따라, 송신 장치 110에서 생성된 코드워드들의 인코딩 전 비트들이 추정될 수 있다. 즉, 조합 해제부 430은, 송신 장치 110에서 생성된 코드워드들의 인코딩 전 비트들의 추정된 비트들(estimated bits)을 출력한다. 예를 들어, 조합 해제부 430은, 하기의 수학식에 따라, 송신 장치 110에서 송신된 원래의 정보어(information words)들을 결정할 수 있다.
Figure pat00014
여기서, W는 정보어를 나타내는 벡터이고, A는 수학식 4의 정수 행렬을 나타낸다. U는 디코더들 420-1 내지 420-K로부터 출력되는 정보어-합들을 나타내는 벡터를 나타낸다.
도 4b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 IF 검출을 위한 제어부 330의 기능적 구성을 도시한다.
도 4b를 참고하면, 제어부 330은 선형 조합부 450, LLR(log likelihood ratio) 계산부 460, LLR 변환부 470, 디코더들 480-1 내지 480-K, 및 선형 조합 해제부 490을 포함할 수 있다. 선형 조합부 450은 '선형 등화기'로, 선형 조합 해제부 490은 '선형 등식 해제부'로 지칭될 수 있다.
선형 조합부 450은, 복수의 안테나들 각각의 무선 채널을 거쳐 수신된, 신호에 등화 행렬을 곱할 수 있다. 선형 조합부 450의 연산에 따라, 합산-코드워드들 및 유효 잡음이 합산된 신호들이 출력될 수 있다. 구체적으로, n개의 시간 유닛(time unit)들마다, 심볼-합들 및 유효 잡음이 합산된 신호들을 출력할 수 있다. 여기서, 시간 유닛은, 하나의 안테나를 통해 하나의 심볼이 수신되는 시간 단위일 수 있다. 심볼-합들은, 합산-코드워드들 중 하나의 시간 유닛에 대응하는 비트일 수 있다. 심볼-합들을 출력하는 과정은, 합산-코드워드와 마찬가지로, 합-검출로 지칭된다.
선형 조합부 450은, 도 4a의 선형 조합부 410과 달리, 시간 유닛마다 정수 행렬을 생성할 수 있다. 즉, 도 4a의 설명에서 상술한 IF 디코딩 기법은 하나의 정수화된 유효 채널 행렬을 이용하나, IF 검출 기법은 다수의 정수 행렬들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 선형 조합부 450은, t번째 수신 신호에 대한 채널 행렬을 Ht라 할 때, t번째 수신 신호에 Ht의 등화 행렬 Bt를 곱할 수 있다(t=1, 2, ..., n). 또한, 이에 따라, 선형 조합부 450은 각 시간 유닛 마다 정수 행렬들 A1, A2, ..., An를 생성할 수 있다. 다시 말해, 선형 조합부 450은, 시간의 흐름에 따라 적응적으로 정수 행렬을 변경할 수 있다.
LLR 계산부 460은 정수 행렬을 이용하여 LLR 값들을 산출할 수 있다. 즉, 선형 조합부 450에 의해 At가 결정되면, LLR 계산부 460는 At를 이용하여 t 시간 유닛에서 수신되는 신호에서 각 수신 안테나 별로 심볼-합에 대한 LLR 값들을 산출할 수 있다. 도 4a의 IF 디코딩과 달리, IF 검출을 수행하는 수신 장치 120은, 시간의 흐름에 따라 변화하는 채널의 영향을 반영하여, 시간 유닛마다 새로이 정수 행렬을 결정한다.
IF 디코딩과 같이, IF 검출에서도 선형 조합의 해제를 위하여, A의 역행렬이 사용될 수 있다. 디코딩은 코드워드 단위로 수행되는 바, 다수의 정수 행렬들 A1, A2, ..., An에 의해 조합된 심볼들의 LLR 값들은 공통된 하나의 새로운 정수 행렬을 기준으로 재조합될 수 있다. LLR 변환부 470은 LLR 값들을 새로운 정수 행렬에 부합하도록 변환할 수 있다. 여기서, 새로운 정수 행렬은 변환 정수 행렬로 지칭된다. 변환 정수 행렬은
Figure pat00015
로 나타낼 수 있다. LLR 변환부 470은 At에 대응하는 심볼-합에 대한 LLR 값들을 변환 정수 행렬
Figure pat00016
에 의한 심볼-합의 LLR 값들로 변환할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 변환 정수 행렬
Figure pat00017
은 미리 정의될 수 있다. 예를 들어, 변환 정수 행렬
Figure pat00018
는 단위 행렬(identity matrix)로 정의될 수 있다.
디코더들 480-1 내지 480-K는 LLR 변환부 470으로부터 출력된 LLR 값들을 이용하여 코드워드들에 대한 디코딩을 수행할 수 있다. K는 수신 안테나들의 수에 대응할 수 있다. 디코더들 480-1 내지 480-K 각각은 SISO 디코더와 같이 동작할 수 있다. 디코더들 480-1 내지 480-K는, 변환된 LLR 값들에 대하여, 경판정을 수행한 뒤, 각 심볼-합의 비트값을 결정할 수 있다. 다시 말해, 변환된 LLR 값들에 대해 상술한 IF 디코딩 알고리즘의 동작이 적용될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 변환 정수 행렬
Figure pat00019
가 미리 정의된 경우, 디코더들 480-1 내지 480-K는, 변환된 LLR 값들에 대하여, 경판정을 수행한 뒤, 송신 안테나 별 심볼-합이 아니라, 송신 안테나 별 심볼을 결정할 수 있다. 디코더들 480-1 내지 480-K는, 송신 안테나 별 심볼의 값을 출력할 수 있다. 구체적으로, MLC 환경에서, 디코더들 480-1 내지 480-K는, 최하위 레벨(least significant bit, LSB)부터 최상위 레벨(most significant bit, MSB)까지, 송신 안테나 별 비트를 재귀적으로 반복하여 출력할 수 있다. 출력된 비트들은 심볼을 구성한다. 변환 정수 행렬
Figure pat00020
를 사용함으로써, 수신 장치 120은, 시간 유닛 마다 다른 정수 행렬들 각각에 대한 심볼-합들의 해제를 수행할 수 있다.
선형 조합 해제부 490는 디코더들 480-1 내지 480-K로부터 출력된 디코딩 결과를 변환 정수 행렬
Figure pat00021
에 의한 조합에 대응하는 역변환을 수행할 수 있다. 선형 조합 해제부 490은, 심볼-합들에 대해 변환 정수 행렬
Figure pat00022
의 역행렬을 곱함으로써, 송신 장치 110에서 t 시간 유닛에 송신된 정보어들을 복원할 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 변환 정수 행렬
Figure pat00023
가 단위 행렬인 경우, 코드워드(또는 심볼)의 선형 조합(linear combination)에 대한 고려 없이, 디코딩이 수행될 수 있다. 따라서, 수신 장치 120에서 선형 조합 해제부 490의 구성은 생략될 수 있다. 상술한 선형 조합이 고려되지 않는 디코딩 방식은 개별(individual) 코드워드 디코딩으로 지칭될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 통해, IF 디코딩 또는 IF 검출과 같은 정수 강압(IF) 기법을 이용한 신호 수신 방법이 서술되었다. 정수 강압 기법을 이용하여 신호를 수신하는 때, 수신 장치가 송신 장치가 프리코딩을 수행하지 않은 것으로 가정하여 신호를 수신하게 되면, 수신 장치는 모든 송신 안테나들 각각에서 송신 스트림이 전송되는 경우를 가정하여 신호를 수신 및 복호한다. 모든 송신 안테나들 각각에서 송신 스트림이 전송되는 것으로 가정하면, 수신 장치에서의 복잡도는 지나치게 증가할 수 있다. 따라서, 수신 장치는 채널 상태에 적합한 랭크를 적용하기 위한 랭크 적응(rank adaptation) 기법 및 프리코더 선택 기법이 요구된다. 송신 장치에서 신호를 송신할 때, IF 수신 기법에 적합한 프리코더가 적용된다면, 수신 장치의 수신 성능이 향상될 수 있다. 이하, 도 5를 통해, IF 기법을 위한 프리코딩 정보 또는 랭크 정보를 포함하는 채널 정보의 피드백 절차가 서술된다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 채널 피드백 절차를 도시한다. 송신 장치는, 도 1의 송신 장치 110을 예시한다. 수신 장치는, 도 1의 수신 장치 120을 예시한다.
501 단계에서, 송신 장치는 신호를 전송한다. 수신 장치는, 송신 장치로부터 신호를 수신할 수 있다. 신호는, 채널을 추정하기 위한 기준 신호(reference signal)일 수 있다. 신호는, 채널의 상태를 결정하기 위한, 기준 신호일 수 있다. 예를 들어, 상기 신호는 CRS(cell-specific reference signal), CSI-RS(channel state information-reference signal), DM-RS(demodulation-RS) 중 하나일 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 상기 신호는 동기 신호(synchronization signal, SS)일 수도 있다.
503 단계에서, 수신 장치는, 채널을 추정할 수 있다. 수신 장치는, 수신한 신호에 기반하여, 송신 장치 및 수신 장치 간 채널을 추정할 수 있다. 수신 장치는, 송신 장치의 송신 안테나들과 수신 장치의 수신 안테나들 간 사이의 채널을 나타내는 채널 행렬을 결정할 수 있다. 채널 행렬은 수학식 1의 H에 대응할 수 있다.
505 단계에서, 수신 장치는 정수 행렬을 결정할 수 있다. 수신 장치는 IF 기법에 따라, 채널 행렬로부터 정수 행렬을 결정할 수 있다. 수신 장치는, 등화 행렬에 따른, 유효 잡음을 최소화 하기 위한 행렬일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 수신 장치는, 채널 행렬과 동일한 차원을 갖는 정수 행렬을 결정할 수 있다. 정수 행렬은 수학식 4의 A일 수 있다. 수학식 4의 A와 같이 송신 안테나들의 개수 및 수신 안테나들의 개수 모두를 고려한 상태의 정수 행렬은, 전체 정수 행렬(full integer matrix)로 지칭될 수 있다. 다른 일부 실시 예들에서, 수신 장치는, 채널 행렬보다 적은 차원의 정수 행렬을 결정할 수 있다. 즉, 정수 행렬은 수학식 4의 A 내 열들(columns) 중 적어도 하나일 수 있다. 즉, 수신 장치가 결정하는 정수 행렬은, 행 또는 열의 크기가 1인 정수 벡터(integer vector)를 포함할 수 있다. 수신 장치는, 채널 정보를 생성하기 위한 복잡도(complexity)를 감소시키기 위해, 전체 정수 행렬이 아닌, 전체 정수 행렬의 일부 열들(예: 1개의 열)만을 포함하는 정수 벡터(integer vector)를 결정할 수 있다. 다시 말해, 본 개시에서 정수 행렬은 정수 벡터를 포함할 수 있다. 이하, 본 개시는 필요에 따라, 열의 개수가 1인 정수 행렬과 열의 개수가 NT인 정수 행렬을 각각, 정수 벡터와 전체 정수 행렬(full integer matrix)로 각각 지칭하여 설명한다.
507 단계에서, 수신 장치는 채널 정보를 생성할 수 있다. 채널 정보는, 채널 상태 정보(channel state information, CSI)일 수 있다. 채널 정보는, 채널에 적합한 송신 스트림의 개수, 즉 랭크를 지시하는 랭크 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 랭크 정보는 RI(rank indicator)일 수 있다. RI는 단말이 동일한 자원을 통해 수신하는 송신 스트림의 개수를 가리킬 수 있다. 또한, 채널 정보는, 채널에 적합한 프리코더를 지시하는 프리코딩 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프리코딩 정보는 PMI(precoding matrix indicator)일 수 있다. 프리코더는 채널의 공간적인 특성을 반영한 값으로, PMI는 수신단이 선호하는 프리코더를 가리키는 인덱스(index)를 의미한다. 또한, 채널 정보는, 채널에 대한 품질을 나타내는 채널 품질 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널 품질 정보는, CQI(channel quality indicator)일 수 있다. CQI는 PMI에 따른 프리코더를 이용하는 경우, 수신되는 신호의 품질(예: SINR(signal-to-interference plus noise ratio))을 가리킬 수 있다.
수신 장치는, 프리코딩 정보를 결정할 수 있다. 수신 장치는, 정수 행렬로부터 IF 기법을 위한 용량(이하, IF 용량(IF capacity))을 결정할 수 있다. IF 용량은, IF 기법을 통해 신호를 디코딩할 경우, 송신 스트림들의 달성 가능한 전송 속도 또는 전송 용량을 지칭할 수 있다. 수신 장치는, 복수의 프리코더들에 대한 복수의 정수 행렬들로부터, 각각 IF 용량을 결정할 수 있다. 수신 장치는, 복수의 프리코더들 중에서 IF 용량이 가장 큰 정수 행렬에 대응하는 프리코더를 식별할 수 있다. 식별된 프리코더는 IF 프리코더로 지칭될 수 있다. 수신 장치는, IF 프리코더를 가리키는 프리코딩 정보를 생성할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 수신 장치는 IF 프리코더를 가리키는 인덱스를 포함하는 프리코딩 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 수신 장치와 송신 장치는 각각, 프리코딩 행렬과 인덱스 간의 매핑 관계를 정의한 테이블(예: 코드북(codebook))을 저장할 수 있다.
수신 장치는, 랭크 정보를 결정할 수 있다. 수신 장치는, 정수 행렬로부터 각 송신 스트림에 대한 레이트(rate)를 계산할 수 있다. 여기서, 레이트는 각 송신 스트림이 달성 가능한(achievable) 전송 용량을 의미할 수 있다. 즉, 레이트는 각 송신 스트림이 채널을 통해 송신될 때, 수신단에서 획득할 수 있는(obtainable) 용량을 의미한다. 후술하는 수학식들에서, 각 송신 스트림에 대응하는 벡터는, 복수의 열들 중 하나의 열을 의미한다. 예를 들어, 채널 행렬 중에서 i번째 송신 시트름에 대응하는 벡터는, 채널 행렬 중 i번째 열에 대응하는 벡터일 수 있다. 즉, 레이트는, 실제 전송되는 송신 스트림의 레이트가 아니라, 추정되는 채널로부터 계산되는 송신 스트림의 도달 가능한 예상 용량을 의미할 수 있다. 수신 장치는, 각 송신 스트림에 대한 레이트에 따라, 데이터 전송(또는 데이터 버스트(burst))에 사용될 송신 스트림들의 개수를 결정할 수 있다. 즉, 수신 장치는 랭크를 결정할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 수신 장치는 랭크와 IF 프리코더를 함께 결정할 수 있다. 수신 장치는, 프리코딩 행렬의 크기를 고려하지 않고, 프리코더 집합들 내 프리코딩 행렬들 모두에 대해 IF 용량을 계산할 수 있다. 여기서, 프리코더 집합은, 랭크가 동일한 프리코더들, 즉 행렬의 열들의 개수가 동일한 프리코더들의 모임일 수 있다. 수신 장치는 IF 프리코더의 크기, 즉, IF-프리코딩 행렬의 열들의 개수에 따라 랭크를 결정할 수 있다. 다시 말해, 수신 장치는 IF 프리코더를 식별할 때, 채널에 적합한 랭크를 함께 결정할 수 있다.
다른 일부 실시 예들에서, 수신 장치는 랭크를 결정한 뒤, IF 프리코더를 결정할 수 있다. 구체적으로, 수신 장치는 프리코더 집합들 중에서 랭크에 대응하는 프리코더 집합을 식별할 수 있다. 수신 장치는, 식별된 프리코더 집합에 포함되는 프리코더들 각각에 대한, IF 용량을 계산할 수 있다. 수신 장치는, 프리코더 집합에 포함되는 프리코더들 중에서, IF 프리코더를 식별할 수 있다.
509 단계에서, 수신 장치는 채널 정보를 송신 장치에게 피드백할 수 있다. 수신 장치는, 생성된 채널 정보를, 송신 장치에게 전송할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 수신 장치는 랭크 정보와 프리코딩 정보를 함께, 송신 장치에게 전송할 수 있다. 다른 일부 실시 예들에서, 수신 장치는, 랭크 정보를 송신 장치에게 전송할 수 있다. 이후, 수신 장치는 해당 랭크 정보에 대응하는 프리코딩 정보를 송신 장치에게 전송할 수 있다. 또 다른 일부 실시 예들에서, 수신 장치는, 프리코딩 정보만을 송신할 수 있다. 수신 장치는, 프리코딩 정보로부터 송신해야할 스트림의 개수에 대한 정보를 획득할 수 있다.
채널 정보에 포함된 랭크 정보와 프리코딩 정보 각각의 전송 주기는, 송신 장치와 수신 장치 간 설정에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 프리코딩 정보의 피드백 주기는 랭크 정보의 피드백 주기보다 짧을 수 있다. 즉, 프리코딩 정보는 랭크 정보보다 더 빈번하게 송신 장치에게 피드백 될 수 있다. 수신 장치는, 기전송된 랭크 정보에 따른 프리코더 집합 내에서, 시간에 따른 채널 변화에 적합한 프리코더를 식별할 수 있다. 랭크 정보가 고정됨에 따라 프리코더들의 차원 역시 고정되므로, 수신 장치는 낮은 복잡도로 현재 채널 상태에 적합한 프리코더를 식별할 수 있다. 수신 장치는, 랭크가 변경될 때까지, 설정된 랭크에 따라 주기적으로 또는 반복적으로 프리코더를 식별할 수 있다. 이후, 채널 변화에 따라 새로운 랭크가 결정되면, 수신 장치는 새로운 랭크에 대응하여, 다시 반복하여 프리코더를 식별할 수 있다.
511 단계에서, 송신 장치는, 채널 정보 따라 프리코딩을 수행할 수 있다. 송신 장치는, 채널 정보에 포함된 프리코딩 정보가 가리키는 프리코더를 식별할 수 있다. 예를 들어, 송신 장치는 프리코딩 정보가 가리키는 인덱스에 대응하는 프리코딩 행렬을 결정할 수 있다. 송신 장치는, 결정된 프리코딩 행렬에 따라 레이어들 및 안테나들 간 매핑을, 즉 레이어 매핑(layer mapping)을 수행할 수 있다. 송신 장치는 랭크 정보 또는 프리코딩 정보에 따라, 레이어들의 개수를 결정할 수 있다. 송신 장치는, 다수의 코드워드들로부터, 레이어들 각각에 대응하는 송신 스트림들을 결정할 수 있다. 송신 장치는, 송신 스트림들을 설정된 프리코딩 행렬에 따라 송신 장치의 안테나들에게 전송할 수 있다.
513 단계에서, 송신 장치는 수신 장치에게 데이터를 전송할 수 있다. 데이터는 송신 스트림들을 포함할 수 있다. 송신 장치는, 적어도 하나의 송신 안테나를 통해, 수신 장치에게 송신 스트림들을 전송할 수 있다. 수신 장치는 적어도 하나의 수신 안테나를 통해, 상기 데이터를 수신할 수 있다.
515 단계에서, 수신 장치는 데이터를 디코딩할 수 있다. 수신 장치는, 수신되는 데이터에 IF 기법을 통해, 디코딩을 수행할 수 있다. 예를 들어, 수신 장치는 도 4a의 IF 디코딩 기법을 통해, 상기 데이터를 디코딩할 수 있다. 다른 예를 들어, 수신 장치는 도 4b의 IF 검출 기법을 통해, 상기 데이터를 디코딩할 수 있다. 이하, 데이터 수신 이후 디코딩 동작은 IF 디코딩 기법을 기준으로 설명하나, IF 검출 기법뿐만 아니라 정수 강압(integer forcing))을 이용한 임의의 디코딩 기법이 수행될 수 있다.
한편, 도 5에서는 송신 장치가 신호를 송신하고, 수신 장치가 채널을 추정하고, 채널 정보를 생성하는 실시 예가 서술되었으나, 다른 방식으로 채널 정보가 결정 및 생성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 수신 장치가 신호를 수신하고 송신 장치가, 채널을 추정하여, 채널 정보를 결정할 수도 있다. 이 때, 채널은 송신단/수신단 간 채널 상호성(channel reciprocity)이 만족되는 채널일 수 있다.
IF를 위한 프리코더 선택 기법
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 프리코딩 정보를 생성하기 위한 수신 장치의 동작 흐름을 도시한다. 이하, 수신 장치는 도 1의 수신 장치 120을 예시한다.
도 6을 참고하면, 601 단계에서, 수신 장치는 채널 행렬 및 복수의 프리코더들에 기반하여 복수의 정수 행렬들을 결정할 수 있다. 수신 장치는, 복수의 프리코더들 각각과 채널 행렬에 따른, 복수의 프리코딩 채널들을 각각 결정할 수 있다. 여기서, 프리코딩 채널은, 프리코더가 적용된 채널을 의미한다. 프리코딩 채널은, 하기의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00024
Figure pat00025
는 프리코딩 채널, H는 채널 행렬, Pi는 i번째 프리코딩 행렬(프리코더)을 나타낸다.
수신 장치는, 복수의 프리코딩 채널들로부터, 복수의 정수 행렬들을 각각 결정할 수 있다. 수신 장치는, 각 프리코딩 채널로부터 IF를 통해 획득될 수 있는 용량(rate)를 최대화(maximize)하기 위한 정수 행렬을 결정할 수 있다. 또는, 수신 장치는, 유효 잡음을 최소화하기 위한 정수 행렬을 결정할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 정수 행렬은, 하기의 수학식에 기반하여 결정될 수 있다.
Figure pat00026
Figure pat00027
MT는 송신 스트림들의 개수, A는 정수 행렬, m은 송신 스트림들 각각을 가리키고, am은 정수 행렬의 m번째 열(column)을 나타내고, V는 특이값 분해(singular value decomposition, SVD)의 직교 행렬(orthogonal matrix), D는 SVD의 대각 행렬(diagonal matrix), SNR(signal-to-noise ratio)은 신호 대 잡음 비,
Figure pat00028
는 i번째 프리코더가 적용된 프리코딩 채널을 나타낸다. 여기서, SNR은 채널 추정시 SNR 값일 수 있다.
일부 실시 예들에서, 복수의 프리코더들은, 다양한 랭크를 가지는 프리코더들을 포함할 수 있다. 즉, 수신 장치는 랭크에 상관없이 모든 프리코더들 각각의 IF 용량을 결정할 수 있다. 다른 일부 실시 예들에서, 복수의 프리코더들은 기정해진 랭크에 따른 크기를 갖는 프리코더들일 수 있다. 예를 들어, 랭크가 4인 경우, 복수의 프리코더들 각각 4개의 열 벡터들을 포함하는 행렬일 수 있다.
603 단계에서, 수신 장치는 복수의 정수 행렬들 각각에 대한 채널 용량을 결정할 수 있다. 채널 용량은, IF 용량일 수 있다. 수신 장치는 하기의 수학식에 기반하여, 복수의 정수 행렬들 각각에 대한 IF 용량을 결정할 수 있다.
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
는, 해당 정수 행렬에 대응하는 프리코딩 채널의 IF 용량을 나타내고, MT는 송신 스트림들의 개수, A는 정수 행렬, m은 송신 스트림들 각각에 대응되고, am은 정수 행렬의 m번째 열(column)을 나타낸다.
Figure pat00032
는 m번째 송신 스트림에 대한 채널 용량을 나타내고, V는 SVD의 직교 행렬을 나타내고, D는 SVD의 대각 행렬을 나타낸다.
605 단계에서, 수신 장치는 IF 프리코더를 식별할 수 있다. 수신 장치는, 603 단계에서 계산된 복수의 IF 용량들 중에서, 가장 큰 IF 용량에 대응하는 IF 프리코더를 식별할 수 있다.
607 단계에서, 수신 장치는 IF 프리코더를 가리키는 프리코딩 정보를 생성할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 수신 장치는 상기 IF 프리코더를 가리키는 인덱스를 포함하는 프리코딩 정보를 생성할 수 있다.
도 6에는 도시되지 않았으나, 수신 장치는 IF 프리코더를 식별하면서 동시에 랭크를 결정할 수 있다. 수신 장치는 IF 프리코더에 대응하는 프리코딩 행렬의 크기로부터 송신 장치에서의 레이어들의 개수를 결정할 수 있다. 수신 장치는 레이어들의 개수를 가리키는 랭크 정보를 결정할 수 있다. 수신 장치는 프리코딩 정보 뿐만 아니라, 랭크 정보를 송신 장치에게 피드백할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 수신 장치는 랭크 정보와 프리코딩 정보를 모두 포함하는 채널 정보를 송신 장치에게 피드백할 수 있다.
IF를 위한 랭크 적응 기법
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 랭크 정보를 결정하기 위한 수신 장치의 다른 동작 흐름을 도시한다. 이하, 수신 장치는 도 1의 수신 장치 120을 예시한다. 다양한 랭크를 가지는 모든 프리코더들 각각에 대한 정수 행렬을 결정하는 경우, 수신 장치의 연산 복잡도(complexity)는 증가할 수 있다. 특히, 랭크의 수, 즉 레이어들의 개수가 증가할 때마다 연산 복잡도가 지수적으로 증가하게 되어 수신 장치의 부담이 증가할 수 있다. 따라서, 수신 장치는 IF 기법을 통한 연산 감소를 위해, 송신 장치에서 송신 가능한 스트림들의 개수, 즉 레이어의 개수를 미리 결정할 수 있다.
도 7을 참고하면, 701 단계에서, 수신 장치는 채널 행렬로부터 정수 행렬 결정할 수 있다. 수신 장치는, IF를 통해 획득될 수 있는 전송 용량(rate)을 최대화하기 위한 정수 행렬을 결정할 수 있다. 또는 수신 장치는, 유효 잡음을 최소화하기 위한 정수 행렬을 결정할 수 있다. 예를 들어, 수신 장치는 하기의 수학식들에 따라 결정될 수 있다.
Figure pat00033
Figure pat00034
MT는 송신 스트림들의 개수, A는 정수 행렬, m은 송신 스트림들 각각을 가리키고, am은 정수 행렬의 m번째 열(column)을 나타내고, V는 SVD의 직교 행렬, D는 SVD의 대각 행렬, SNR은 채널 추정에 대한 신호 대 잡음 비, H는 채널 행렬, MT는 송신 스트림들의 개수를 나타낸다. 다시 말해, 수신 장치는 수학식 8, 9와 달리 프리코딩이 적용된 프리코딩 채널이 아니라, 채널로부터 정수 행렬을 결정할 수 있다.
703 단계에서, 수신 장치는 정수 행렬에 기반하여 송신 스트림들 각각에 대한 레이트를 결정할 수 있다. 여기서, 레이트는 송신 스트림이 전송시 해당 채널에서 달성 가능한 전송 용량을 의미할 수 있다. 또한, 송신 스트림은 데이터 전송에 사용될 송신 스트림, 즉 송신 장치의 레이어의 개수를 지칭할 수 있다. 수신 장치는, 다양한 알고리즘들에 따라, 정수 행렬에 기반하여, 송신 스트림들 각각에 대한 레이트를 결정할 수 있다. 예를 들어, 수신 장치는, 콜레스키 분해(cholesky decomposition)를 통해, 송신 스트림들 각각에 대한 레이트를 결정할 수 있다. 다른 예를 들어, 워터 필링 솔루션(water filling solution)을 통해, 송신 스트림들 각각에 대한 레이트를 결정할 수 있다.
705 단계에서, 수신 장치는 레이트에 기반하여 송신 스트림들의 개수를 결정할 수 있다. 수신 장치는, 각 송신 스트림의 레이트에 기반하여, 몇 개의 레이어들(송신 스트림들)이 운용될 때, 전체 레이트의 크기가 최대화되는지를 결정할 수 있다. 다시 말해, 수신 장치는, 전체 레이트 크기가 최대화되는, 송신 스트림들의 개수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 수신 장치는 하기의 수학식에 기반하여, 송신 스트림들의 개수를 결정할 수 있다.
Figure pat00035
ns는 송신 스트림들의 개수를 나타내고, Ri는 i번째로 큰 송신 스트림의 레이트를 나타내고, M은 송신 안테나들의 개수를 나타낸다. 여기서, M은 가능한 송신 스트림들의 개수의 최대값을 가리킬 수 있다.
예를 들어, R1=10, R2=8, R3=5, R4=2인 경우, 수신 장치는 전송할 송신 스트림의 개수를 2개로 결정할 수 있다.
707 단계에서, 수신 장치는 송신 스트림들의 개수를 가리키는 랭크 정보를 생성할 수 있다. 즉, 수신 장치는, 송신 장치에서 사용될 레이어들의 개수를 나타내는 랭크를 결정할 수 있다. 여기서, 랭크는 채널의 랭크로, 수신 장치가 동일 자원을 통해 송신 장치로부터 수신할 스트림들의 개수를 나타낼 수 있다. 다시 말해, 랭크는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대의 스트림 개수를 의미한다. 예를 들어, 랭크 정보는 RI(rank indicator)를 포함할 수 있다. 수신 장치는, 랭크 정보를 통해, 송신 장치가 하향링크 전송을 위해 사용할 레이어들의 개수를 권고할 수 있다.
도 7에는 도시되지 않았으나, 랭크를 먼저 획득하고, 프리코더를 식별할 수도 있다. 즉, 랭크 정보를 생성하는 수신 장치의 동작들은, 도 6의 수신 장치의 프리코딩 정보를 생성하는 수신 장치의 동작들을 제한하지 않는다. 수신 장치는 랭크 정보에 대응하는 프리코딩 집합을 결정할 수 있다. 수신 장치는, 전체 프리코더들 중에서 랭크 정보에 대응하는 프리코딩 집합을 결정할 수 있다. 수신 장치는, 탐색해야 할 프리코더들의 개수가 감소하므로, 저복잡도로 후술하는 IF 프리코더를 식별할 수 있다. 즉, 탐색 공간(search space)이 전체 탐색(full search)의 탐색 공간 대비, NT분의 1로 감소될 수 있다. 송신 장치와 수신 장치 간 채널이 백홀망(backhaul network)로 구성되는 경우, 송수신단의 안테나들의 개수가 많더라도 탐색 공간이 감소함에 따라, 송신 장치 및 수신 장치는 저복잡도로 IF 프리코더를 식별할 수 있다. 수신 장치는, 707 단계에서 생성된 랭크 정보 뿐만 아니라 IF 프리코더를 가리키는 프리코딩 정보를 송신 장치에게 피드백할 수도 있다.
도 6 내지 도 7에서는, 수신 장치가 송신 장치에게 피드백할 채널 정보로서, 프리코딩 정보와 랭크 정보가 서술되었다. 이하, 도 8 내지 도 10에서는, 구체적인 기법들을 통해, 채널 정보를 피드백하는 수신 장치들의 동작들이 설명된다.
특이값 분해를 이용한 IF 프리코더 탐색 기법
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 채널 정보 피드백을 위한 수신 장치의 동작 흐름을 도시한다. 이하, 수신 장치는 도 1의 수신 장치 120을 예시한다.
도 8을 참고하면, 801 단계에서, 수신 장치는 채널 추정을 수행할 수 있다. 수신 장치는, 송신 장치로부터 전송되는 기준 신호에 기반하여, 송신 장치와 수신 장치 간 채널을 추정할 수 있다. 예를 들어, 기준 신호는 CSI-RS일 수 있다. 수신 장치는, 추정된 채널에 대한 결과를 행렬로 결정할 수 있다. 다시 말해, 수신 장치는 채널 행렬을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 채널 행렬은 수학식 1의 H일수 있다.
803 단계에서, 수신 장치는 프리코딩 채널을 결정할 수 있다. 수신 장치는, 프리코딩 집합을 결정할 수 있다. 여기서, 프리코딩 집합은 송신 장치와 통신에 사용할 후보(candidate) 프리코더들을 포함할 수 있다. 수신 장치는 프리코딩 집합에 포함되는 후보 프리코더들 중에서 통신에 적합한 프리코더를 식별하기 위해, 801 단계에서 추정된 채널에 후보 프리코더들 각각을 적용할 수 있다. 수신 장치는 추정된 채널에 각 후보 프리코더를 적용하여 프리코딩 채널을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 7과 같이, 수신 장치는 채널 행렬에 프리코딩 행렬을 곱하여 프리코딩 채널을 결정할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 후보 프리코더들 각각은 모두 동일한 랭크를 갖는 프리코더일 수 있다. 다른 일부 실시 예들에서, 후보 프리코더들 각각은, 1부터 송신 장치의 송신 안테나들의 개수까지의 다수의 랭크들 중 하나에 대응하는 프리코더일 수 있다..
805 단계에서, 수신 장치는 프리코딩 채널에 대한 최소 특이값(singular value)을 계산할 수 있다. 수신 장치는 프리코딩 채널에 대해 특이값 분해(SVD)를 수행할 수 있다. 수신 장치는 SVD를 통해, 특이값들을 결정할 수 있다. 특이값들의 개수는, 송신 스트림들의 개수이거나, 송신 스트림들의 개수보다 작을 수 있다. 수신 장치는, 특이값들 중 최소 특이값을 결정할 수 있다. 수신 장치는, 추가적으로 최소 특이값에 대응하는 특이 벡터(singular vector)를 결정할 수 있다. 특이 벡터는 SVD의 직교 행렬에서 최소 특이값에 대응하는 열 벡터일 수 있다. 즉, 수신 장치는 프리코딩 채널 및 프리코딩 채널의 전치(transpose) 행렬의 곱에 대한 최소 고유 벡터(eigenvector) 및 최소 고유값(eigenvalue)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 수신 장치는 하기의 수학식에 따라, 최소 고유 벡터 및 최소 고유값을 결정할 수 있다.
Figure pat00036
Figure pat00037
는 프리코딩 채널의 행렬을 나타내고, V는 직교 행렬, D는 대각 행렬을 나타낸다. 여기서, 대각 행렬은 대각 성분에 고유값들을 포함할 수 있다. 수신 장치는, 대각 성분에 포함되는 고유값들 중 최소 고유값을 결정하고, 최소 고유값에 대응하는 직교 행렬(V)의 열에 대응하는 벡터를, 최소 고유 벡터로 결정할 수 있다.
807 단계에서, 수신 장치는, 정수 벡터를 식별할 수 있다. 수신 장치는, IF 용량을 최소화하는 정수 벡터를 식별할 수 있다. 수신 장치는, 프리코딩 채널마다 전체 정수 행렬을 결정하여 IF 용량을 결정하는 것이 아니라, 프리코딩 채널마다 정수 벡터를 결정하여 IF 용량을 결정할 수 있다. 수신 장치는, 모든 송신 스트림에 대해서 IF 용량을 계산하지 않고, 성능이 가장 좋지 않을 것으로 예상되는 송신 스트림에 대해서만 정수 벡터를 계산함으로써, 프리코더들 각각의 성능을 비교할 수 있다.
구체적으로, 송신 장치는, IF 송수신 기법을 통한 합-디코딩을 위해 같은 MCS(modulation and coding shceme)로, 송신 스트림들을 전송할 수 있다. 이 때, 수신 장치는, 가장 열악한 채널과 관련된 파라미터 값에 따른 병목 현상으로, 가장 채널이 열악한 스트림(레이어)의 성능을 기준으로 채널 정보를 피드백하게 된다. 따라서, 수신 장치는 채널 성능을 높이기 위해 가장 열악한 채널의 용량을 최대화할 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, 2x2 MIMO 환경에서, IF 용량의 계산은 하기의 수학에 따라 결정될 수 있다.
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
는 채널 행렬 H에 대한 IF 용량을 나타내고, SNR(signal-to-noise ratio)은 신호 대 잡음 비를 나타내고,
Figure pat00041
는 특이값 분해에 따른 특이값들 중 최소값을 나타내고,
Figure pat00042
은, 특이값 분해에서,
Figure pat00043
에 대응하는 직교 행렬의 벡터(직교 행렬의 열들 중
Figure pat00044
에 대응하는 열)를 나타낸다.
Figure pat00045
는 특이값 분해에 따른 특이값들 중 최소값을 나타내고, 특이값 분해에서,
Figure pat00046
는
Figure pat00047
에 대응하는 직교 행렬의 벡터를 나타낸다. am은 전체 정수 행렬에서 m번째 송신 스트림과 관련된 정수 벡터를 나타낸다.
수학식 16을 참고할 때,
Figure pat00048
값이 클수록, 송신 스트림에 대한 IF 용량이 커진다. 즉, IF MIMO 환경에서, 전송 성능은, 각 성분들 최소 특이값 벡터에 대응하는 '
Figure pat00049
'에 따라 결정될 수 있다.
따라서, 송신 장치는 최소 특이 벡터(
Figure pat00050
) 및 최소 특이값(
Figure pat00051
)에 기반하여 정수 벡터를 식별할 수 있다. 송신 장치는
Figure pat00052
를 최소화하는 정수 벡터를 식별할 수 있다. 모든 프리코더들에 대해서 정수 행렬을 결정하는 것(integer matrix search)이 아니라, 하나의 벡터만 결정하면 되므로, 복잡도가 감소될 수 있다. 예를 들어, 코드워드의 길이가 n이고, 전체 프리코더들의 수가 Np개인 경우, 수신 장치는 IF 용량을 계산하기 위해 총 nxNp번의 연산이 필요하다. 특히, 백홀(backhaul)과 같이 레이어들의 개수(송신 스트림들의 개수)가 증가하거나, 프리코딩 집합의 크기가 증가하는 경우에는 복잡도가 지나치게 증가할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 정수 벡터의 식별에 따라, 수신 장치는 감소된 복잡도에서 프리코더를 식별할 수 있다.
809 단계에서, 수신 장치는 채널 용량을 계산할 수 있다. 수신 장치는 807 단계에서 식별된 정수 벡터에 기반하여, 각 프리코딩 채널에 대한 IF 유효 용량을 계산할 수 있다. 여기서, IF 유효 용량은, 프리코더를 결정하기 위한 지표로서, 가장 채널 상태가 좋지 않은(예: 채널 용량이 가장 낮은) 부채널(subchannel)을 가리키는 채널 용량일 수 있다. 부채널은 하나의 송신 스트림이 송신 장치로부터 수신 장치로 전송되는 동안 겪는 채널을 가리킬수 있다. 예를 들어, 수신 장치는 하기의 수학식에 기반하여 IF 유효 용량을 계산할 수 있다.
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
는 IF 유효 용량을 나타내고, ns는 프리코딩 행렬의 열들(columns)의 개수를 나타내고, SNR은 신호 대 잡음 비를 나타내고,
Figure pat00056
는 특이값 분해에 따른 특이값들 중 최소값을 나타내고,
Figure pat00057
은
Figure pat00058
에 대응하는 직교 행렬의 벡터를 나타낸다. am은 전체 정수 행렬에서 m번째 송신 스트림과 관련된 정수 벡터를 나타낸다.
수신 장치는, 각 프리코더에 대한 IF 유효 용량을 계산할 수 있다. 후술하는 811 단계에 따른 반복 동작을 통해, 수신 장치는 프리코더 집합 내 프리코더들 각각에 대한 IF 유효 용량을 계산할 수 있다.
811 단계에서, 수신 장치는, 잔여 프리코더가 존재하는지 여부를 결정할 수 있다. 여기서, 잔여 프리코더는, 프리코더 집합 내에서 IF 유효 용량을 계산하지 않은 프리코더를 의미할 수 있다. 수신 장치는, 프리코더 집합 내에서 IF 유효 용량의 계산이 요구되는 프리코더(프리코딩 행렬)이 존재하는 경우, 803 단계를 수행할 수 있다. 예를 들어, 직전 단계에서 i번째 프리코더에 대해 IF 유효 용량을 계산한 경우, 수신 장치는 i+1번째 프리코더에 대한 IF 유효 용량을 계산할 수 있다. 한편, 프리코더 집합 내에서 더 이상 IF 유효 용량의 계산이 요구되는 프리코더가 존재하지 않는 경우, 813 단계를 수행할 수 있다.
813 단계에서, 수신 장치는 IF 프리코더를 식별할 수 있다. 수신 장치는 IF 유효 용량이 계산된 프리코더들 중에서, IF 프리코더를 식별할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 수신 장치는 IF 유효 용량이 가장 큰 IF 프리코더를 식별할 수 있다.
815 단계에서, 수신 장치는 채널 정보를 피드백할 수 있다. 수신 장치는, 813 단계에서 식별된 IF 프리코더를 가리키는 프리코딩 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 수신 장치는 복수의 프리코더들 중에서 IF 프리코더를 가리키는 인덱스를 포함하는 프리코딩 정보를 생성할 수 있다. 수신 장치는, IF 프리코더에 대응하는 랭크를 결정할 수 있다. 수신 장치는, IF 프리코더의 열들의 개수에 따라 랭크를 결정할 수 있다. 수신 장치는 랭크를 가리키는 랭크 정보, 즉 송신 장치가 송신할 스트림들의 개수를 가리키는 랭크 정보를 생성할 수 있다. 수신 장치는, 프리코딩 정보와 랭크 정보 중 적어도 하나를 포함하는 채널 정보를 송신 장치에게 송신할 수 있다.
817 단계에서, 수신 장치는 디코딩을 수행할 수 있다. 수신 장치는, 송신 장치로부터 데이터를 수신할 수 있다. 여기서, 데이터는 송신 장치에 의해 생성 및 전송된 데이터일 수 있다. 데이터는 송신 스트림들을 포함할 수 있다. 송신 장치는, 815 단계에서 수신 장치로부터 피드백된 채널 정보에 기반하여 상기 송신 스트림들을 결정 및 전송할 수 있다.
수신 장치는, 채널 정보에 포함된 프리코딩 정보를 통해, 수신된 데이터를 디코딩할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 수신 장치는, 도 4a와 같이, IF 디코딩을 수행할 수 있다. 수신 장치는, 추정된 채널 행렬에 대응하는 정수 행렬을 통해, IF 디코딩을 수행할 수 있다. 다른 일부 실시 예들에서, 수신 장치는, 도 4b와 같이, IF 검출 기법을 통해 데이터를 디코딩할 수도 있다.
수신 장치는, 복잡도가 높은 전체 정수 행렬을 결정하는 과정 대신 채널의 성능을 대표하는 송신 스트림, 즉 성능이 열악한 채널에 대한 정수 벡터를 계산하고, 이에 대한 채널 용량을 계산함으로써, 복잡도가 감소된 상태에서 최적의 프리코더를 식별할 수 있다. 모든 프리코딩 채널들 각각에 대한 정수 행렬을 결정하지 않고, 정수 벡터만을 결정함으로써, 수신 장치의 복잡도가 감소될 수 있다.
콜레스키 분해를 이용한 IF 프리코더 탐색 기법
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 채널 정보 피드백을 위한 수신 장치의 다른 동작 흐름을 도시한다. 이하, 수신 장치는 도 1의 수신 장치 120을 예시한다. 이하, 도 9에서, 도 8에 도시된 동작과 동일한 동작의 설명은 생략된다.
도 9를 참고하면, 901 단계에서, 수신 장치는, 채널을 추정할 수 있다. 수신 장치는, 추정된 채널에 대한 채널 행렬을 결정할 수 있다. 901 단계는 801 단계에 대응된다.
903 단계에서, 수신 장치는 콜레스키 분해(cholesky decomposition)를 통해 각 송신 스트림에 대한 레이트를 결정할 수 있다. 수신 장치는, IF-SIC 기법을 통해, 송신 스트림별로 달성 가능한(achievable) 레이트를 결정할 수 있다. 순차적 간섭 제거 기법은, 디코딩이 끝난 송신 스트림 성분을 수신 신호로부터 제거함으로써, 이후 디코딩할 송신 스트림들의 간섭을 감소시킬 수 있다. 순차적 간섭 제거 동작이 진행될 때마다 유효 채널의 크기가 감소될 수 있다. 수신 장치는, 일부 송신 스트림들이 전송되지 않았을 때 획득 가능한 레이트를 결정할 수 있다. 다시 말해, 수신 장치는 전송될 송신 스트림들의 개수에 따라 각각 달성할 수 있는 레이트를 결정할 수 있다. 구체적으로, 수신 장치는 하기의 수학식에 기반하여, 각 송신 스트림 별 레이트를 결정할 수 있다.
Figure pat00059
A는 정수 행렬을 나타내고, H는 추정된 채널에 대응하는 채널 행렬, SNR은 신호 대 잡음 비를 나타내고, L은 콜레스키 분해의 삼각행렬(triangular matrix)을 나타낸다.
Figure pat00060
는 i번째 송신 스트림에 대한 레이트를 나타내고,
Figure pat00062
는 삼각행렬 L의 i번째 성분, 즉, i번째 열 및 i번째 행이 가리키는 성분(element)을 나타낸다.
905 단계에서, 수신 장치는 레이트에 기반하여 송신 스트림 수를 결정할 수 있다. 송신 스트림 수는, 송신 장치에서 채널 상황에 따라 송신할 송신 스트림들의 개수를 지칭한다. 수신 장치는, 채널 전체의 레이트의 크기가 되도록 적합한 송신 스트림들의 개수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 수신 장치는 상기 수학식 14에 기반하여 송신 스트림들의 개수를 결정할 수 있다. 송신 스트림들의 개수는, 송신 장치의 레이어들의 개수 또는 랭크로 지칭될 수 있다.
907 단계에서, 수신 장치는 송신 스트림 수에 따른 프리코딩 집합을 결정할 수 있다. 수신 장치는, 복수의 프리코딩 집합들에 대한 정보를 저장할 수 있다. 여기서, 복수의 프리코딩 집합들 각각은 특정 랭크(송신 스트림들의 개수)에 따른 프리코더들의 모임일 수 있다. 즉, 송신 스트림들의 개수 별로 프리코딩 집합이 존재할 수 있다. 수신 장치는, 복수의 프리코딩 집합들 중에서, 905 단계에 대응하는 송신 스트림 수에 따른 프리코딩 집합을 식별할 수 있다. 예를 들어, 905 단계에서 결정한 송신 스트림들의 개수가 3인 경우, 수신 장치는 열들의 개수가 3인 프리코더들을 포함하는 프리코딩 집합을 식별할 수 있다.
909 단계에서, 수신 장치는 프리코딩 집합으로부터 IF 프리코더를 식별할 수 있다. 수신 장치는 프리코딩 집합 내 포함된 프리코더들 중에서 IF 프리코더를 식별할 수 있다. 수신 장치는, 프리코더가 적용된 프리코딩 채널들 각각의 채널 용량에 기반하여 IF 프리코더를 식별할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 채널 용량은 IF 용량일 수 있다. 수신 장치는, 각 프리코딩 채널에 대한 정수 행렬을 결정하고, 결정된 정수 행렬에 따라 IF 용량을 결정할 수 있다.
다른 일부 실시 예들에서, 채널 용량은 IF 유효 용량일 수 있다. 수신 장치는, 전체 정수 행렬을 결정하는 것이 아니라, 채널의 성능을 판단하기 위한 지표에 대응되는 일부 구성, 즉 정수 벡터를 결정할 수 있다. 수신 장치는, 각 프리코딩 채널에 대한 정수 벡터를 결정하고, 결정된 정수 벡터에 따라 IF 유효 용량을 결정할 수 있다.
911 단계에서, 수신 장치는 채널 정보를 피드백할 수 있다. 채널 정보는 프리코딩 정보 또는 랭크 정보를 포함할 수 있다. 프리코딩 정보는, 909 단계에서 식별된 IF 프리코더를 가리키는 정보일 수 있다. 랭크 정보는 905 단계에서 결정된 송신 스트림들의 개수를 가리키는 정보일 수 있다. 911 단계는 815 단계에 대응된다.
913 단계에서, 수신 장치는 디코딩을 수행할 수 있다. 913 단계는 817 단계에 대응된다.
도 9를 통해, 수신 장치가 콜레스키 분해를 통해 랭크 정보 및 프리코딩 정보를 결정하는 구성이 서술되었다. 수신 장치는 콜레스키 분해를 통해 송신 스트림 별 레이트를 결정하고, 송신 스트림별 레이트를 최대화할 수 있는 랭크를 결정할 수 있다. 랭크를 미리 결정한 뒤에 프리코더를 식별함으로써, 수신 장치는 저복잡도로 IF 프리코더를 식별 및 송신 장치에게 채널 정보를 피드백할 수 있다. 이하, 도 10은 워터 필링 솔루션을 통해 송신 스트림 별 레이트를 결정하고, 이에 따라 랭크를 결정하는 수신 장치의 동작이 서술된다.
워터 필링 솔루션을 이용한 IF 프리코더 탐색 기법
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 채널 정보 피드백을 위한 수신 장치의 또 다른 동작 흐름을 도시한다. 이하, 수신 장치는 도 1의 수신 장치 120을 예시한다. 이하, 도 10에서, 도 9에 도시된 동작과 동일한 동작의 설명은 생략된다.
도 10을 참고하면, 1001 단계에서, 수신 장치는 채널 추정을 수행할 수 있다. 1001 단계는 901 단계에 대응된다.
1003 단계에서, 수신 장치는 IF 필터를 결정할 수 있다. 수신 장치는, IF 필터에 대응하는 등화 행렬을 결정할 수 있다. 등화 행렬을 결정하기 위해, 수신 장치는, 추정된 채널로부터 정수 행렬을 결정할 수 있다. 수신 장치는, IF 기법 이용시, 추정된 채널에 대한 용량을 최대화하기 위한 정수 행렬을 결정할 수 있다. 수신 장치는, 결정된 정수 행렬로부터 등화 행렬(예: 수학식 2의 B)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 등화 행렬은 하기의 수학식에 따라 결정될 수 있다.
Figure pat00063
Bopt는 등화 행렬(IF 필터), SNR은 신호 대 잡음비, A는 정수 행렬, H는 채널 행렬일 수 있다.
수신 장치는, 결정된 등화 행렬 및 채널 행렬에 기반하여 유효 채널에 대한 채널 행렬, 즉 유효 채널 행렬을 결정할 수 있다. 예를 들어, 수신 장치는 하기의 수학식에 따라 유효 채널 행렬을 결정할 수 있다.
Figure pat00064
Figure pat00065
는 유효 채널 행렬, Bopt는 등화 행렬, H는 채널 행렬을 나타낸다.
후술하는 워터 필링 솔루션을 위해, IF 필터가 적용된 유효 채널을 이용함으로써, 수신 장치는 IF 기법을 통해 달성 가능한(achievable) 최적의 용량에 적합한 랭크를 결정할 수 있다.
1005 단계에서, 수신 장치는 워터 필링 솔루션(water filling solution)을 통해, 유효 채널의 각 송신 스트림에 대한 레이트를 결정할 수 있다. 워터 필링 솔루션은, 유효 채널을 부채널들로 구분한 뒤, 상태가 상대적으로 좋은(예: SNR이 높은) 부채널(subchannel)에는 많은 전력을, 상태가 상대적으로 좋지 않는 부채널에는 적은 전력 또는 전력을 할당하지 않음으로써, 전체 전송속도를 채널 용량에 접근하게 하기 위한 전력 할당 기법이다. 부채널은 하나의 송신 스트림이 겪는 채널에 대응할 수 있다. 상태가 좋은 부채널들에 할당되는 전력이 증가하면,, 전체 전송 용량이 증가할 수 있다. 반면, 상태가 좋지 못한 부채널은, 전력이 할당되지 않을 수 있다. 여기서 부채널들 각각 할당되는 전력 값의 합은 고정된 값일 수 있다.
수신 장치는, 유효 채널에 특이값 분해를 수행하여, 각 송신 스트림에 대응하는 특이값을 결정할 수 있다. 수신 장치는, 특이값으로부터, 각 송신 스트림별 최적의 전력 할당값을 계산할 수 있다. 일부 송신 스트림들은, 전력 값이 할당되지 않을 수 있다. 이와 같이, 수신 장치는, 부채널들의 개수마다, 최대 전송 용량을 계산할 수 있다.
1007 단계에서, 수신 장치는 레이트에 기반하여 송신 스트림 수를 결정할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 수신 장치는 부채널들의 개수에 따른 전체 채널 용량의 크기를 결정할 수 있다. 수신 장치는, 전체 채널 용량의 크기가 가장 큰 때의 부채널들의 개수를 송신 스트림들의 개수를 결정할 수 있다. 다른 일부 실시 예들에서, 수신 장치는, 1005 단계에서 계산된 레이트 값들 중에서 0이 아닌 값들의 개수를, 송신 스트림 수로 결정할 수 있다. 다시 말해, 수신 장치는, 0이 아닌 레이트(non zero rate)를 갖는 송신 스트림들의 개수만큼, 랭크를 결정할 수 있다.
1009 단계에서, 수신 장치는 송신 스트림 수에 따른 프리코딩 집합을 결정할 수 있다. 1009 단계는 907 단계에 대응된다.
1011 단계에서, 수신 장치는 프리코딩 집합으로부터 IF 프리코더를 식별할 수 있다. 1011 단계는 909 단계에 대응된다.
1013 단계에서, 수신 장치는 채널 정보를 피드백할 수 있다. 1013 단계는 911 단계에 대응된다.
1015 단계에서, 수신 장치는 디코딩을 수행할 수 있다. 1015 단계는 913 단계에 대응된다.
도 9 내지 도 10을 통해, 송신 스트림 별로 달성 가능한 전송 용량, 즉 레이트를 계산하고 이에 따라 수신 장치가 송신 스트림 수를 결정하는 실시 예가 서술되었다. 그러나, 콜레스키 분해 또는 워터 필링 솔루션은 레이트를 결정하기 위한 예시일 뿐, 본 개시는 이를 한정하지 않는다. 다시 말해, 송신 스트림 수(랭크)를 결정하기 위한 다른 기법들이 사용될 수 있다.
도 5 내지 도 10을 통해 서술된 바와 같이, 본 개시에서는, IF 기법을 통한 수신 장치(이하, IF 수신 장치)에서 채널 정보를 피드백하는 동작들이 서술되었다. 기존의 IF 기법들은 송신 장치가 프리코딩을 하지 않는 상황에서 풀-레이어(full-layer)로 스트림들이 전송되는 상황이 고려되었다. 그러나, 다양한 실시 예들에 따라, IF 기법에 적합한 랭크를 결정하거나 프리코더를 결정함으로써, 송신 장치 및 수신 장치 간 통신 성능이 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 정수 행렬을 결정하는 횟수를 감소시킴으로서, IF 수신 장치에서의 복잡도가 감소될 수 있다. 백홀간 통신의 경우 많은 스트림들의 송신/수신되므로, 효율적인 백홀 통신 성능이 만족될 수 있다.
본 개시에서는, 수신 장치에서 채널을 추정한 뒤, 추정된 채널에 기반하여 채널 정보를 생성하고, 생성된 채널 정보를 송신 장치에게 피드백하는 동작을 중심으로 서술하였다. 그러나, 일부 실시 예들에서, 본 개시의 채널 정보 결정(예: IF 프리코더 결정, 랭크 결정) 동작들은, 송신 장치에서도 수행될 수 있다. 예를 들어, 수신 장치는 기준 신호를 전송할 수 있다. 송신 장치는 채널을 추정하고, 추정된 채널에 기반하여 다양한 실시 예들에 따른 채널 정보를 생성함으로써 별도의 피드백 없이 데이터를 송신할 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (30)

  1. 무선 통신 시스템에서, 제1 장치의 동작 방법에 있어서,
    제2 장치로부터 수신되는 신호에 기반하여, 채널 행렬을 결정하는 과정과,
    상기 채널 행렬에 기반하여 정수 강압(integer forcing, IF)을 위한 정수 행렬(integer matrix)을 결정하는 과정과,
    상기 정수 행렬에 기반하여, 채널 정보를 생성하는 과정과,
    상기 생성된 채널 정보를 상기 제2 장치에게 전송하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 정수 행렬을 결정하는 과정은,
    상기 채널 행렬 및 복수의 프리코더들에 기반하여, 복수의 정수 행렬(integer matrix)들을 결정하는 과정을 포함하고,
    상기 복수의 정수 행렬들은, 상기 정수 행렬을 포함하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 복수의 정수 행렬들을 결정하는 과정은,
    상기 채널 행렬 및 상기 복수의 프리코더들에 기반하여, 복수의 프리코딩 채널들을 결정하는 과정과,
    상기 복수의 프리코딩 채널들로부터 상기 복수의 정수 행렬들을 각각 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 복수의 정수 행렬들 중 i번째 정수 행렬은, 하기의 수학식에 기반하여 결정되는 방법.
    Figure pat00066

    Figure pat00067

    MT는 송신 스트림들의 개수, A는 i번째 정수 행렬, m은 송신 스트림들 각각을 나타내고, am은 정수 행렬의 m번째 열(column)을 나타내고, V는 특이값 분해(singular value decomposition, SVD)의 직교 행렬(orthogonal matrix), D는 SVD의 대각 행렬(diagonal matrix), SNR(signal-to-noise ratio)은 신호 대 잡음 비,
    Figure pat00068
    는 i번째 프리코더가 적용된 프리코딩 채널, MT는 송신 스트림들의 개수를 나타낸다.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 채널 정보를 생성하는 과정은,
    상기 복수의 정수 행렬들 각각에 대한 IF 용량(capacity)을 결정하는 과정과,
    상기 복수의 정수 행렬들 각각에 대한 IF 용량에 기반하여, 상기 복수의 프리코더들 중 IF-프리코더를 식별하는 과정과,
    상기 IF-프리코더를 가리키는 프리코딩 정보를 생성하는 과정을 포함하고,
    상기 채널 정보는 상기 프리코딩 정보를 포함하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 IF 용량은, 하기의 수학식들에 의해 결정되는 방법.
    Figure pat00069

    Figure pat00070

    Figure pat00071


    Figure pat00072
    는, 상기 복수의 정수 행렬들 중 하나의 정수 행렬에 대응하는 프리코딩 채널의 IF 용량을 나타내고, MT는 송신 스트림들의 개수, A는 하나의 정수 행렬, am은 정수 행렬의 m번째 열(column)을 나타낸다.
    Figure pat00073
    는 m번째 송신 스트림에 대한 IF 용량을 나타내고, V는 특이값 분해(singular value decomposition, SVD)의 직교 행렬(orthogonal matrix), D는 SVD의 대각 행렬(diagonal matrix), SNR(signal-to-noise ratio)은 신호 대 잡음 비,
    Figure pat00074
    는 상기 프리코딩 채널을 나타낸다.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 복수의 정수 행렬들을 결정하는 과정은,
    상기 복수의 프리코딩 채널들 각각에 SVD(singular value decomposition)을 적용하여, 상기 복수의 프리코딩 채널들 각각의 최소 특이값(singular value)과 상기 최소 특이값에 대응하는 특이 벡터(singular vector)를 식별하는 과정과,
    상기 최소 특이값 및 상기 특이 벡터에 기반하여 복수의 정수 벡터들을 결정하는 과정을 포함하고,
    상기 복수의 정수 행렬들은, 상기 복수의 정수 벡터들인 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 IF 용량은, 하기의 수학식에 기반하여 결정되는 방법.
    Figure pat00075

    Figure pat00076
    는 최소 특이값을 나타내고,
    Figure pat00077
    은, 특이 벡터를 나타내고, SNR은 신호 대 잡음비를 나타내고, am은 정수 벡터를 나타낸다.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 채널 정보를 생성하는 과정은,
    상기 정수 행렬에 기반하여, 송신 스트림들의 개수를 결정하는 과정과,
    상기 송신 스트림들의 개수를 가리키는 랭크 정보를 생성하는 과정을 포함하고,
    상기 채널 정보는, 상기 랭크 정보를 포함하고,
    상기 송신 스트림들 각각은, 상기 제2 장치의 레이어들 각각을 통해 전송될 송신 스트림인 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 송신 스트림들의 개수를 결정하는 과정은,
    상기 송신 스트림들 각각에 대한 레이트(rate)를 결정하는 과정과,
    상기 결정된 레이트에 기반하여 상기 송신 스트림들의 개수를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 송신 스트림들 각각에 대한 레이트 중 i번째 송신 스트림에 대한 레이트는 하기의 수학식에 기반하여 결정되는 방법.
    Figure pat00078

    A는 상기 정수 행렬을 나타내고, H는 상기 채널 행렬, SNR은 신호 대 잡음 비를 나타내고, L은 콜레스키 분해의 삼각행렬을 나타낸다.
    Figure pat00079

    Figure pat00080
    는 i번째 송신 스트림에 대한 레이트를 나타내고,
    Figure pat00081
    는 삼각행렬 L의 i번째 성분, 즉, i번째 열 및 i번째 행이 가리키는 성분을 나타낸다.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 레이트를 결정하는 과정은,
    상기 정수 행렬에 기반하여 IF-필터 행렬을 결정하는 과정과,
    상기 IF-필터 행렬이 적용된 유효 채널에 워터 필링(water filling)을 적용하여 상기 레이트를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 송신 스트림들의 개수는, 하기의 수학식에 기반하여 결정되는 방법.
    Figure pat00082

    ns는 성가 송신 스트림들의 개수를 나타내고, Ri는 i번째로 큰 송신 스트림의 레이트를 나타내고, M은 상기 제2 장치의 송신 안테나들의 개수를 나타낸다.
  14. 청구항 9에 있어서, 상기 채널 정보를 생성하는 과정은,
    복수의 프리코더 집합들 중 상기 결정된 랭크에 대응하는 프리코더 집합을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 프리코더 집합에 포함되는 복수의 프리코더들에 기반하여, 복수의 정수 행렬(integer matrix)들을 결정하는 과정과,
    상기 복수의 정수 행렬들 각각에 대한 IF 용량을 결정하는 과정과,
    상기 복수의 정수 행렬들 각각에 대한 IF 용량에 기반하여, 상기 복수의 프리코더들 중 IF-프리코더를 식별하는 과정과,
    상기 IF-프리코더를 가리키는 프리코딩 정보를 생성하는 과정을 포함하고,
    상기 채널 정보는 상기 프리코딩 정보를 포함하는 방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 장치로부터, 상기 채널 정보에 기반하여 생성된 데이터를 수신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  16. 무선 통신 시스템에서, 제1 장치에 있어서,
    제2 장치로부터 수신되는 신호에 기반하여, 채널 행렬을 결정하고,
    상기 채널 행렬에 기반하여 정수 강압(integer forcing, IF)을 위한 정수 행렬(integer matrix)을 결정하고,
    상기 정수 행렬에 기반하여, 채널 정보를 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서(at least one processor)와,
    상기 생성된 채널 정보를 상기 제2 장치에게 전송하도록 구성되는 적어도 하나의 송수신기(at least one transceiver)를 포함하는 장치.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 정수 행렬을 결정하기 위해,
    상기 채널 행렬 및 복수의 프리코더들에 기반하여, 복수의 정수 행렬(integer matrix)들을 결정하도록 구성되고,
    상기 복수의 정수 행렬들은, 상기 정수 행렬을 포함하는 장치.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 복수의 정수 행렬들을 결정하기 위해,
    상기 채널 행렬 및 상기 복수의 프리코더들에 기반하여, 복수의 프리코딩 채널들을 결정하고,
    상기 복수의 프리코딩 채널들로부터 상기 복수의 정수 행렬들을 각각 결정하도록 구성되는 장치.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 복수의 정수 행렬들 중 i번째 정수 행렬은, 하기의 수학식에 기반하여 결정되는 장치.
    Figure pat00083

    Figure pat00084

    MT는 송신 스트림들의 개수, A는 i번째 정수 행렬, m은 송신 스트림들 각각을 나타내고, am은 정수 행렬의 m번째 열(column)을 나타내고, V는 특이값 분해(singular value decomposition, SVD)의 직교 행렬(orthogonal matrix), D는 SVD의 대각 행렬(diagonal matrix), SNR(signal-to-noise ratio)은 신호 대 잡음 비,
    Figure pat00085
    는 i번째 프리코더가 적용된 프리코딩 채널, MT는 송신 스트림들의 개수를 나타낸다.
  20. 청구항 18에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 채널 정보를 생성하기 위해,
    상기 복수의 정수 행렬들 각각에 대한 IF 용량(capacity)을 결정하고,
    상기 복수의 정수 행렬들 각각에 대한 IF 용량에 기반하여, 상기 복수의 프리코더들 중 IF-프리코더를 식별하고,
    상기 IF-프리코더를 가리키는 프리코딩 정보를 생성하도록 구성되고,
    상기 채널 정보는 상기 프리코딩 정보를 포함하는 장치.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 IF 용량은, 하기의 수학식들에 의해 결정되는 장치.
    Figure pat00086

    Figure pat00087

    Figure pat00088


    Figure pat00089
    는, 상기 복수의 정수 행렬들 중 하나의 정수 행렬에 대응하는 프리코딩 채널의 IF 용량을 나타내고, MT는 송신 스트림들의 개수, A는 하나의 정수 행렬, am은 정수 행렬의 m번째 열(column)을 나타낸다.
    Figure pat00090
    는 m번째 송신 스트림에 대한 IF 용량을 나타내고, V는 특이값 분해(singular value decomposition, SVD)의 직교 행렬(orthogonal matrix), D는 SVD의 대각 행렬(diagonal matrix), SNR(signal-to-noise ratio)은 신호 대 잡음 비,
    Figure pat00091
    는 상기 프리코딩 채널을 나타낸다.
  22. 청구항 20에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 복수의 정수 행렬들을 결정하기 위해,
    상기 복수의 프리코딩 채널들 각각에 SVD(singular value decomposition)을 적용하여, 상기 복수의 프리코딩 채널들 각각의 최소 특이값(singular value)과 상기 최소 특이값에 대응하는 특이 벡터(singular vector)를 식별하고,
    상기 최소 특이값 및 상기 특이 벡터에 기반하여 복수의 정수 벡터들을 결정하도록 구성되고,
    상기 복수의 정수 행렬들은, 상기 복수의 정수 벡터들인 장치.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 IF 용량은, 하기의 수학식에 기반하여 결정되는 장치.
    Figure pat00092

    Figure pat00093
    는 최소 특이값을 나타내고,
    Figure pat00094
    은, 특이 벡터를 나타내고, SNR은 신호 대 잡음비를 나타내고, am은 정수 벡터를 나타낸다.
  24. 청구항 16에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 채널 정보를 생성하기 위해,
    상기 정수 행렬에 기반하여, 송신 스트림들의 개수를 결정하고,
    상기 송신 스트림들의 개수를 가리키는 랭크 정보를 생성하도록 구성되고,
    상기 채널 정보는, 상기 랭크 정보를 포함하고,
    상기 송신 스트림들 각각은, 상기 제2 장치의 레이어들 각각을 통해 전송될 송신 스트림인 장치.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 송신 스트림들의 개수를 결정하기 위해,
    상기 송신 스트림들 각각에 대한 레이트(rate)를 결정하고,
    상기 결정된 레이트에 기반하여 상기 송신 스트림들의 개수를 결정하도록 구성되는 장치.
  26. 청구항 25에 있어서, 상기 송신 스트림들 각각에 대한 레이트 중 i번째 송신 스트림에 대한 레이트는 하기의 수학식에 기반하여 결정되는 장치.
    Figure pat00095

    A는 상기 정수 행렬을 나타내고, H는 상기 채널 행렬, SNR은 신호 대 잡음 비를 나타내고, L은 콜레스키 분해의 삼각행렬을 나타낸다.
    Figure pat00096

    Figure pat00097
    는 i번째 송신 스트림에 대한 레이트를 나타내고,
    Figure pat00098
    는 삼각행렬 L의 i번째 성분, 즉, i번째 열 및 i번째 행이 가리키는 성분을 나타낸다.
  27. 청구항 25에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 레이트를 결정하기 위해,
    상기 정수 행렬에 기반하여 IF-필터 행렬을 결정하고,
    상기 IF-필터 행렬이 적용된 유효 채널에 워터 필링(water filling)을 적용하여 상기 레이트를 결정하도록 구성되는 장치.
  28. 청구항 25에 있어서, 상기 송신 스트림들의 개수는, 하기의 수학식에 기반하여 결정되는 장치.
    Figure pat00099

    ns는 성가 송신 스트림들의 개수를 나타내고, Ri는 i번째로 큰 송신 스트림의 레이트를 나타내고, M은 상기 제2 장치의 송신 안테나들의 개수를 나타낸다.
  29. 청구항 24에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 채널 정보를 생성하기 위해,
    복수의 프리코더 집합들 중 상기 결정된 랭크에 대응하는 프리코더 집합을 결정하고,
    상기 결정된 프리코더 집합에 포함되는 복수의 프리코더들에 기반하여, 복수의 정수 행렬(integer matrix)들을 결정하고,
    상기 복수의 정수 행렬들 각각에 대한 IF 용량을 결정하고,,
    상기 복수의 정수 행렬들 각각에 대한 IF 용량에 기반하여, 상기 복수의 프리코더들 중 IF-프리코더를 식별하고,
    상기 IF-프리코더를 가리키는 프리코딩 정보를 생성하도록 구성되고,
    상기 채널 정보는 상기 프리코딩 정보를 포함하는 장치.
  30. 청구항 16에 있어서, 상기 적어도 하나의 송수신기는,
    상기 제2 장치로부터, 상기 채널 정보에 기반하여 생성된 데이터를 수신하는 과정을 더 포함하는 장치.

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