WO2011002173A2 - 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호 송신 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

다중 안테나 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호 송신 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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노동욱
강병우
노유진
김병훈
김봉회
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0426—Power distribution
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0456—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting
    • H04B7/046—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting taking physical layer constraints into account
    • H04B7/0473—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting taking physical layer constraints into account taking constraints in layer or codeword to antenna mapping into account

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system. More specifically, the present invention relates to a method for transmitting a downlink signal to a terminal by a base station and a device therefor in a multi-antenna wireless communication system.
  • MIMO Multiple-Input Multiple-Output
  • MIMO is a method of using a plurality of transmission antennas and a plurality of reception antennas, and this method can improve the transmission and reception efficiency of data. That is, by using a plurality of antennas at the transmitting end or the receiving end of the wireless communication system, the capacity can be increased and the performance can be improved.
  • MIMO may be referred to as a 'multi-antenna'.
  • a multi-antenna technique it does not rely on a single antenna path to receive one full message. Instead, in multi-antenna technology, data fragments received from multiple antennas are gathered and merged to complete the data. Using multi-antenna technology, it is possible to improve the data rate within a cell area of a specified size or to increase system coverage while ensuring a specific rate of data rate. This technique can also be widely used in mobile communication terminals, repeaters, and the like. According to the multiple antenna technology, it is possible to overcome the transmission limit in the mobile communication according to the prior art, which used a single antenna.
  • FIG. 1 A schematic diagram of a typical multiple antenna (MIMO) communication system is shown in FIG.
  • the transmitting end is provided with N T antennas
  • the receiving end is provided with N R antennas.
  • N T antennas the transmitting end
  • N R antennas the receiving end
  • the theoretical channel transmission capacity is increased than when using the plurality of antennas at either the transmitting end or the receiving end.
  • the increase in channel transmission capacity is proportional to the number of antennas. Therefore, the transmission rate is improved and the frequency efficiency is improved.
  • the maximum transmission rate when using one antenna is R o
  • the transmission rate when using multiple antennas is theoretically increased by multiplying the maximum transmission rate R o by the rate of increase rate R i as shown in Equation 1 below. Can be.
  • Ri is the smaller of N T and N R.
  • the research trends related to multi-antennas to date include information theory aspects related to calculation of multi-antenna communication capacity in various channel environments and multi-access environments, research on wireless channel measurement and model derivation of multi-antenna systems, and improvement of transmission reliability and transmission rate.
  • Active research is being conducted from various viewpoints, such as the study of space-time signal processing technology.
  • the communication method in the multi-antenna system in a more specific manner, it can be represented as follows mathematically. As shown in FIG. 1, it is assumed that there are N T transmit antennas and N R receive antennas. First, referring to the transmission signal, when there are N T transmit antennas, since the maximum transmittable information is N T , the transmission information may be represented by a vector shown in Equation 2 below.
  • each transmission information Can have different transmit powers.
  • the transmission information of which transmission power is adjusted is represented by a vector as shown in Equation 3 below.
  • Diagonal of transmit power When expressed using the equation (4) below.
  • transmission information Each has a different value.
  • transmission diversity scheme transmission information Each has the same value.
  • Typical transmission diversity schemes include space time block coding (STBC), space frequency block coding (SFBC), and cyclic delay diversity (CDD).
  • a method for transmitting a downlink signal in a multi-antenna wireless communication system for solving the above problems includes: mapping a signal in a codeword domain to a signal in a layer domain; Mapping the signal in the layer domain to the signal in the virtual antenna port domain using a precoding matrix; And assigning and transmitting a signal of the virtual antenna port domain to a physical antenna port, wherein the precoding matrix is changed to a channel measurement unit, and the signal of the layer domain is layer permutated within a channel measurement unit.
  • the channel measurement unit is characterized by consisting of one or more Resource Block (RB).
  • RB Resource Block
  • the layer permutation may be permutated bit by bit before mapping a signal of the codeword domain to a signal of the layer domain, or mapping a signal of the layer domain to a signal of the virtual antenna port domain. It is characterized in that the permutation in the bit unit or symbol unit.
  • the step of mapping to the signal of the layer domain is characterized in that the data contained in each of the signals of the codeword domain permuted in bit units to map to the signal of the layer domain.
  • a base station apparatus for solving the above-mentioned problems is to map a signal of a codeword domain to a signal of a layer domain, and to convert the signal of the layer domain to a signal of a virtual antenna port domain using a precoding matrix.
  • a processor for allocating a signal of the virtual antenna port domain to a physical antenna port;
  • a transmission module for transmitting a signal allocated to the physical antenna port, wherein the precoding matrix is changed to a channel measurement unit, and the signal of the layer domain is layer permutated within the channel measurement unit.
  • a base station can effectively transmit a downlink signal to a terminal in a multi-antenna wireless communication system.
  • FIG. 1 is a block diagram of a general multiple antenna (MIMO) communication system.
  • MIMO general multiple antenna
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a control plane and a user plane structure of a radio interface protocol between a terminal and an E-UTRAN based on the 3GPP radio access network standard.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a control plane and a user plane structure of a radio interface protocol between a terminal and an E-UTRAN based on the 3GPP radio access network standard.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining physical channels used in a 3GPP system and a general signal transmission method using the same.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining physical channels used in a 3GPP system and a general signal transmission method using the same.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a radio frame used in an LTE system.
  • 5 illustrates a functional structure of a downlink radio frame.
  • FIG. 6 illustrates a resource grid for downlink slots.
  • FIG. 7 illustrates a control channel included in a control region of a subframe.
  • FIG. 8 illustrates a resource unit used to configure a control channel.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a mapping relationship between codewords, layers, and antennas for transmitting downlink signals in a multi-antenna wireless communication system.
  • 11 illustrates an example of resource allocation for transmitting a transmission reference signal and data in single antenna transmission.
  • FIG. 12 illustrates a relationship between a channel measuring unit and a precoding unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a layer permutation process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a part of a general downlink transmission process.
  • Fig. 15 shows a layer permutation according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 illustrates a layer permutation according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 shows a layer permutation according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a block diagram of a terminal device according to an embodiment of the present invention.
  • the 3GPP LTE-8 system is referred to as an LTE system or a legacy system.
  • the terminal supporting the LTE system is referred to as an LTE terminal or a legacy terminal.
  • 3GPP LTE-A (Release-9) system is referred to as LTE-A system or evolved system.
  • a terminal supporting the LTE-A system is referred to as an LTE-A terminal or an evolved terminal.
  • the present specification describes an embodiment of the present invention using an LTE system and an LTE-A system, but this is an example and the embodiment of the present invention can be applied to any communication system corresponding to the above definition.
  • the present specification describes an embodiment of the present invention on the basis of the FDD scheme, but this is an exemplary embodiment of the present invention can be easily modified and applied to the H-FDD scheme or the TDD scheme.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a control plane and a user plane structure of a radio interface protocol between a terminal and an E-UTRAN based on the 3GPP radio access network standard.
  • the control plane refers to a path through which control messages used by a user equipment (UE) and a network to manage a call are transmitted.
  • the user plane refers to a path through which data generated at an application layer, for example, voice data or Internet packet data, is transmitted.
  • the physical layer which is the first layer, provides an information transfer service to an upper layer by using a physical channel.
  • the physical layer is connected to the upper layer of the medium access control layer through a transport channel. Data moves between the medium access control layer and the physical layer through the transport channel. Data moves between the physical layer between the transmitting side and the receiving side through the physical channel.
  • the physical channel utilizes time and frequency as radio resources. Specifically, the physical channel is modulated in the Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) scheme in the downlink, and modulated in the Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) scheme in the uplink.
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access
  • the medium access control (MAC) layer of the second layer provides a service to a radio link control (RLC) layer, which is a higher layer, through a logical channel.
  • RLC radio link control
  • the RLC layer of the second layer supports reliable data transmission.
  • the function of the RLC layer may be implemented as a functional block inside the MAC.
  • the PDCP (Packet Data Convergence Protocol) layer of the second layer provides unnecessary control for efficiently transmitting IP packets such as IPv4 or IPv6 over a narrow bandwidth air interface. It performs header compression function that reduces information.
  • the Radio Resource Control (RRC) layer located at the bottom of the third layer is defined only in the control plane.
  • the RRC layer is responsible for control of logical channels, transport channels, and physical channels in connection with configuration, reconfiguration, and release of radio bearers (RBs).
  • RB means a service provided by the second layer for data transmission between the terminal and the network.
  • the RRC layers of the UE and the network exchange RRC messages with each other. If there is an RRC connected (RRC Connected) between the UE and the RRC layer of the network, the UE is in an RRC connected mode, otherwise it is in an RRC idle mode.
  • the non-access stratum (NAS) layer above the RRC layer performs functions such as session management and mobility management.
  • One cell constituting the base station is set to one of the bandwidth, such as 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20Mhz to provide a downlink or uplink transmission service to multiple terminals.
  • Different cells may be configured to provide different bandwidths.
  • the downlink transport channel for transmitting data from the network to the UE includes a broadcast channel (BCH) for transmitting system information, a paging channel (PCH) for transmitting a paging message, and a downlink shared channel (SCH) for transmitting user traffic or a control message.
  • BCH broadcast channel
  • PCH paging channel
  • SCH downlink shared channel
  • Traffic or control messages of a downlink multicast or broadcast service may be transmitted through a downlink SCH or may be transmitted through a separate downlink multicast channel (MCH).
  • the uplink transmission channel for transmitting data from the terminal to the network includes a random access channel (RAC) for transmitting an initial control message and an uplink shared channel (SCH) for transmitting user traffic or a control message.
  • RAC random access channel
  • SCH uplink shared channel
  • BCCH broadcast control channel
  • PCCH paging control channel
  • CCCH common control channel
  • MCCH multicast control channel
  • MTCH multicast. Traffic Channel
  • FIG. 3 is a diagram for describing physical channels used in a 3GPP system and a general signal transmission method using the same.
  • the UE When the UE is powered on or enters a new cell, the UE performs an initial cell search operation such as synchronizing with the base station (S301). To this end, the terminal may receive a Primary Synchronization Channel (P-SCH) and a Secondary Synchronization Channel (S-SCH) from the base station to synchronize with the base station and obtain information such as a cell ID. have. Thereafter, the terminal may receive a physical broadcast channel from the base station to obtain broadcast information in a cell. Meanwhile, the terminal may receive a downlink reference signal (DL RS) in an initial cell search step to check the downlink channel state.
  • P-SCH Primary Synchronization Channel
  • S-SCH Secondary Synchronization Channel
  • DL RS downlink reference signal
  • the UE After completing the initial cell search, the UE acquires more specific system information by receiving a physical downlink control channel (PDSCH) according to a physical downlink control channel (PDCCH) and information on the PDCCH. It may be (S302).
  • PDSCH physical downlink control channel
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the terminal may perform a random access procedure (RACH) for the base station (steps S303 to S306).
  • RACH random access procedure
  • the UE may transmit a specific sequence to the preamble through a physical random access channel (PRACH) (S303 and S305), and receive a response message for the preamble through the PDCCH and the corresponding PDSCH ( S304 and S306).
  • PRACH physical random access channel
  • a contention resolution procedure may be additionally performed.
  • the UE After performing the procedure as described above, the UE performs a PDCCH / PDSCH reception (S307) and a physical uplink shared channel (PUSCH) / physical uplink control channel (Physical Uplink) as a general uplink / downlink signal transmission procedure.
  • Control Channel (PUCCH) transmission (S308) may be performed.
  • the control information transmitted by the terminal to the base station through the uplink or received by the terminal from the base station includes a downlink / uplink ACK / NACK signal, a channel quality indicator (CQI), a precoding matrix index (PMI), a rank indicator (RI), and the like. It includes.
  • the terminal may transmit the above-described control information such as CQI / PMI / RI through the PUSCH and / or PUCCH.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a radio frame used in an LTE system.
  • a radio frame has a length of 10 ms (327200 * T S ) and consists of 10 equally sized subframes.
  • Each subframe has a length of 1 ms and consists of two slots.
  • Each slot has a length of 0.5 ms (15360 * T S ).
  • the slot includes a plurality of OFDM symbols in the time domain and a plurality of resource blocks (RBs) in the frequency domain.
  • one resource block includes 12 subcarriers * 7 (6) OFDM symbols.
  • Transmission time interval which is a unit time for transmitting data, may be determined in units of one or more subframes.
  • the structure of the radio frame described above is merely an example, and the number of subframes included in the radio frame, the number of slots included in the subframe, and the number of OFDM symbols included in the slot may be variously changed.
  • 5 illustrates a functional structure of a downlink radio frame.
  • the downlink radio frame includes 10 subframes having an equal length.
  • a subframe is defined as a basic time unit of packet scheduling for the entire downlink frequency.
  • Each subframe is divided into a section (control region) for scheduling information and other control channel transmissions and a section (data region) for downlink data transmission.
  • the control region begins with the first OFDM symbol of the subframe and includes one or more OFDM symbols.
  • the size of the control region may be set independently for each subframe.
  • the control region is used to transmit L1 / L2 (layer 1 / layer 2) control signals.
  • the data area is used to transmit downlink traffic.
  • FIG. 6 illustrates a resource grid for a downlink slot.
  • the downlink slot includes N DL symb OFDM symbols in the time domain and N DL RB resource blocks in the frequency domain. Since each resource block includes N RB sc subcarriers, the downlink slot includes N DL RB ⁇ N RB sc subcarriers in the frequency domain. 3 illustrates that the downlink slot includes 7 OFDM symbols and the resource block includes 12 subcarriers, but is not necessarily limited thereto. For example, the number of OFDM symbols included in the downlink slot may be modified according to the length of a cyclic prefix (CP).
  • CP cyclic prefix
  • Each element on the resource grid is called a Resource Element (RE), and one resource element is indicated by one OFDM symbol index and one subcarrier index.
  • One RB is composed of N DL symb ⁇ N RB sc resource elements.
  • the number N DL RB of resource blocks included in the downlink slot depends on a downlink transmission bandwidth set in a cell.
  • FIG. 7 illustrates a control channel included in a control region of a subframe.
  • a subframe consists of 14 OFDM symbols.
  • the first 1 to 3 OFDM symbols are used as the control region and the remaining 13 to 11 OFDM symbols are used as the data region.
  • R1 to R4 represent reference signals (RSs) for antennas 0 to 3.
  • the RS is fixed in a constant pattern in a subframe regardless of the control region and the data region.
  • the control channel is allocated to a resource to which no RS is allocated in the control region, and the traffic channel is also allocated to a resource to which no RS is allocated in the data region.
  • Control channels allocated to the control region include PCFICH (Physical Control Format Indicator CHannel), PHICH (Physical Hybrid-ARQ Indicator CHannel), PDCCH (Physical Downlink Control CHannel).
  • the PCFICH is a physical control format indicator channel and informs the UE of the number of OFDM symbols used for the PDCCH in every subframe.
  • the PCFICH is located in the first OFDM symbol and is set in preference to the PHICH and PDCCH.
  • the PCFICH is composed of four Resource Element Groups (REGs), and each REG is distributed in the control region based on the cell ID.
  • REG Resource Element Groups
  • the REG structure will be described in detail with reference to FIG. 8.
  • PCFICH indicates a value of 1 to 3 and is modulated by Quadrature Phase Shift Keying (QPSK).
  • QPSK Quadrature Phase Shift Keying
  • the PHICH is a physical HARQ indicator channel and is used for transmitting HARQ ACK / NACK for uplink transmission.
  • the PHICH consists of three REGs and is scrambled cell-specifically.
  • PHICH is modulated with binary phase shift keying (BPSK).
  • the PDCCH is a physical downlink control channel and is allocated to the first n OFDM symbols of a subframe.
  • n is indicated by the PCFICH as an integer of 1 or more.
  • the PDCCH consists of one or more CCEs. This is described in more detail later.
  • the PDCCH informs each UE or UE group of resource allocation information, uplink scheduling grant, HARQ information, etc. of a paging channel (PCH) and a downlink-shared channel (DL-SCH), which are transport channels.
  • PCH paging channel
  • DL-SCH downlink-shared channel
  • a paging channel (PCH) and a downlink-shared channel (DL-SCH) are transmitted through the PDSCH. Accordingly, the base station and the terminal generally transmit and receive data through the PDSCH except for specific control information or specific service data.
  • PCH paging channel
  • DL-SCH downlink-shared channel
  • Data of the PDSCH is transmitted to which UE (one or a plurality of UEs), and information on how the UEs should receive and decode the PDSCH data is included in the PDCCH and transmitted.
  • a specific PDCCH is CRC masked with a Radio Network Temporary Identity (RNTI) of "A”, a radio resource (eg, frequency location) of "B” and a transmission type information of "C” (eg, It is assumed that information on data transmitted using a transport block size, modulation scheme, coding information, etc.) is transmitted through a specific subframe.
  • RTI Radio Network Temporary Identity
  • At least one terminal in the cell monitors the PDCCH using the RNTI information it has, and if there is at least one terminal having an "A" RNTI, the terminals receive the PDCCH and the received PDCCH.
  • the PDSCH indicated by " B " and " C " is received through the information.
  • FIG. 8 (a) and 8 (b) show resource units used to configure a control channel.
  • FIG. 8 (a) shows a case where the number of transmit antennas of the base station is 1 or 2
  • 8 (b) shows a case where the number of transmit antennas of the base station is 4. Only the RS (Reference Signal) pattern is different according to the number of transmitting antennas, and the method of setting a resource unit associated with the control channel is the same.
  • RS Reference Signal
  • the basic resource unit of the control channel is REG.
  • the REG is composed of four neighboring resource elements (REs) in the state excluding the RS. REG is shown in bold in the figures.
  • PCFICH and PHICH include 4 REGs and 3 REGs, respectively.
  • the PDCCH is composed of CCE (Control Channel Elements) units, and one CCE includes nine REGs.
  • the UE is configured to check the CCEs arranged in a continuous or specific rule in order to confirm whether the PDCCH composed of L CCEs is transmitted to the UE.
  • the CCE sets that the UE needs to check for PDCCH reception are called a search space.
  • the search area may be divided into a UE-specific search space that allows access to only a specific terminal and a common search space that allows access to all terminals in a cell.
  • the terminal monitors a common search region with CCE aggregation levels of 4 and 8, and monitors a terminal specific search region with CCE aggregation levels of 1, 2, 4, and 8.
  • the common search area and the terminal specific search area may overlap.
  • PDCCH search region hashing the position of the first (with the smallest index) CCE in the PDCCH search region given to any UE for each CCE aggregation level value is changed every subframe according to the UE. This is called PDCCH search region hashing.
  • FIG. 9 shows an example of distributing CCEs in a system band.
  • a plurality of logically continuous CCEs are input to an interleaver.
  • the interleaver performs a function of mixing input CCEs in REG units. Therefore, frequency / time resources constituting one CCE are physically dispersed in the entire frequency / time domain in the control region of the subframe.
  • the control channel is configured in units of CCE, but interleaving is performed in units of REGs, thereby maximizing frequency diversity and interference randomization gain.
  • FIG. 10 illustrates a mapping relationship between codewords, layers, and antennas for transmitting downlink signals in a multi-antenna wireless communication system.
  • the MAC layer transmits N C transport blocks to a physical layer, and the transport blocks in the physical layer are converted into codewords through a channel coding process, and are puncturing or repetition.
  • the same rate matching as the procedure is performed.
  • the channel coding is performed here in a channel coder such as a turbo encoder or tail bit convolutional encoder.
  • N C codewords are mapped to N L layers.
  • the layers refer to different pieces of information sent by using a multi-antenna technology, and the number of layers cannot be greater than the rank, which is the maximum number of different pieces of information. This may be expressed as "# of Layers ⁇ rank (H) ⁇ min (N T , N R )".
  • H means a channel matrix.
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • SC-FDMA Single Carrier-Frequency Division Multiple Access
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • the DFT-converted signal is multiplied by a precoding matrix and mapped to N T transmit antennas, and then transmitted to the base station through an IFFT process.
  • a common reference signal and a UE specific reference signal exist in a downlink reference signal, and the common reference signal does not have the precoding disclosed in FIG. 10. That is, on the other hand, the terminal specific reference signal is inserted at the front end of the precoding, precoded and transmitted to the terminal side in the same manner as general data.
  • the transmission reference signal should be precoded using the same precoding matrix as the modulated data symbol.
  • the precoding matrix must be switched between antennas.
  • the dedicated reference signal since the dedicated reference signal is transmitted in a specific rule or arbitrarily over the entire transmission resource region, it is not easy to satisfy the constraint. This is because the channel measurement is performed in units of a certain number of resource elements for the efficiency of channel measurement.
  • the precoding matrix for precoding a dedicated reference signal cannot be changed in units of resource elements. Therefore, if the precoding matrix is changed every resource element unit and there is no precoded dedicated reference signal for every resource element, the dedicated reference signal may perform channel measurement of the resource element that transmits the precoded data. There is a problem that can not be.
  • 11 shows an example of resource allocation for transmitting a transmission reference signal and data in a single antenna transmission.
  • the transmission reference signal since the transmission reference signal is not transmitted through all subcarriers on the frequency axis, it is impossible to change the precoding matrix for every resource element to which data is transmitted. Similarly, since the transmission reference signal is not transmitted through every symbol on the time axis, it is impossible to change the precoding matrix for every symbol in which data is transmitted. Accordingly, in order to implement channel-independent spatial multiplexing transmission using a dedicated reference signal, it is necessary to change a common precoding matrix applied to a specific number of resource element groups for the dedicated reference signal and data.
  • a specific number of resource element groups refers to a unit for performing a modulation process at a receiving side. Since the same precoding matrix is applied to the transmission reference signal and the data, channel measurement can also be made in this particular number of resource element group units.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a channel measuring unit and a precoding unit according to an embodiment of the present invention.
  • a resource block refers to a group of a certain number of resource elements, for example, 12 resource elements.
  • the precoding matrix for the dedicated reference signal may be changed for each channel measurement unit, and permutation may be additionally performed in layer units within the channel measurement unit.
  • the channel measuring unit is composed of one or more resource blocks, and the channel measuring may be performed individually for each channel measuring unit. Since the transmitter applies the precoding matrix to both the dedicated reference signal and the data symbol, the receiver needs to perform channel measurement on the layer to which the data is mapped. As a result, the dedicated reference signal can be transmitted only in the layer in which data is transmitted, and overhead is reduced due to the reduction of unnecessary transmission reference signals.
  • the precoding matrix may be changed for each channel measurement unit, and thus, arbitrary beamforming diversity may be obtained at the transmitting end. Furthermore, layer permutation may be performed in the channel measuring unit.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a layer permutation process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a layer permutation performed in one resource block, when the channel measurement unit is composed of a plurality of resource blocks, layer extension may also be performed in the plurality of resource blocks.
  • the layer permutation (spatial permutation) unit is set to 1 symbol x 3 resource element.
  • the dedicated reference signal is not spatially permutated, and only data should be permuted in units of transport layers.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a part of a general downlink transmission process.
  • a state before codeword-layer mapping is referred to as a codeword domain
  • a state before codeword-layer mapping and precoding is referred to as a layer domain
  • the state after the precoding is performed before the physical antenna mapping is referred to as an antenna port domain.
  • the layer permutation should be performed in the codeword domain or the layer domain.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating layer permutation according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 illustrates a case where bit permutation is performed in a codeword domain.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating layer permutation according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 illustrates a case where bit permutation is performed in a codeword-layer mapping process.
  • data included in two codewords are mixed and mapped into three layers. That is, it can be seen that the first and fourth data of the data included in the first codeword are mapped to the first layer, the second data is mapped to the second layer, and the third data is mapped to the third layer. Similarly, the third and fifth data among the data included in the second codeword are mapped to the first layer, the first, sixth and seventh data are mapped to the second layer, and the second, fourth and eighth data are mapped to the third layer. It can be seen that. Layer permutation may also be performed indirectly through this method.
  • FIG. 17 is a diagram showing layer permutation according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 illustrates a case where bit (or symbol) permutation is performed in the layer domain.
  • bit (or symbol) permutation is performed in the layer domain.
  • information included in each layer may be permutated and mixed, so that information included in each input layer may be mixed in the output layer.
  • the layer mapping index may be cycled as ⁇ 1, 2, 3 ⁇ , ⁇ 3, 1, 2 ⁇ , ⁇ 2, 3, 1 ⁇ . Looking at this as an equation:
  • Equation 6 illustrates the precoding process of FIG. 14. Denotes a signal of the layer domain.
  • W means a precoding matrix. That is, Equation 6 refers to a process of converting a signal of a layer domain into a signal of an antenna port domain. The total number of layers is three and the number of antenna ports is four.
  • Equation 7 When the layer permutation according to the third embodiment of the present invention is applied to Equation 6, it may be expressed as Equation 7 below.
  • Equation 7 P i denotes a permutation matrix, and is applied between the signal of the layer domain and the precoding matrix, so that the layer permutation is performed before the precoding matrix of the channel measurement unit is applied.
  • P i denotes a permutation matrix
  • the same precoding matrix W should be applied in one channel measurement unit as described above.
  • the precoding matrix W can be changed for each channel measuring unit.
  • all information of each layer may be mapped to different antenna ports, thereby obtaining spatial diversity.
  • transmitter 1810 is part of a base station and receiver 1850 is part of a terminal.
  • transmitter 1810 is part of a terminal and receiver 1850 is part of a base station.
  • processor 1820 encodes, interleaves, and symbol maps data (eg, traffic data and signaling) to generate data symbols.
  • processor 1820 also generates pilot symbols to multiplex the data symbols and pilot symbols.
  • the modulator 1830 generates a transmission symbol according to a wireless access scheme.
  • Radio access schemes include FDMA, TDMA, CDMA, SC-FDMA, MC-FDMA, OFDMA, or a combination thereof.
  • Modulator 1830 also allows data to be distributed and transmitted in the frequency domain using various permutation methods illustrated in embodiments of the present invention.
  • the radio frequency (RF) module 1832 processes (eg, analog converts, amplifies, filters, and frequency upconverts) the transmission symbol to generate an RF signal transmitted through the antenna 1834.
  • the antenna 1852 receives the signal transmitted from the transmitter 1810 and provides it to the RF module 1854.
  • the RF module 1854 processes (eg, filters, amplifies, frequency downconverts, and digitizes) the received signal to provide input samples.
  • Demodulator 1860 demodulates the input samples to provide a data value and a pilot value.
  • Channel estimator 1880 derives a channel estimate based on the received pilot values.
  • demodulator 1860 performs data detection (or equalization) on the received data values using the channel estimate and provides data symbol estimates for transmitter 1810.
  • the demodulator 1860 may perform reverse operation on the various permutation methods illustrated in the embodiment of the present invention to rearrange the data distributed in the frequency domain and the time domain in the original order.
  • Processor 1870 symbol demaps, deinterleaves, and decodes the data symbol estimates and provides decoded data.
  • demodulator 1860 and processor 1870 at receiver 1850 is complementary to the processing by modulator 1830 and processor 1820 at transmitter 1810, respectively.
  • Controllers 1840 and 1890 supervise and control the operation of the various processing modules present in transmitter 1810 and receiver 1850, respectively.
  • Memory 1882 and 1892 store program codes and data for transmitter 1810 and receiver 1850, respectively.
  • the module illustrated in FIG. 18 is for illustrative purposes, and the transmitter and / or receiver may further include necessary modules, some modules / functions may be omitted, or may be separated into different modules, and two or more modules may be one module. It can be integrated into.
  • each component or feature is to be considered optional unless stated otherwise.
  • Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features. It is also possible to combine some of the components and / or features to form an embodiment of the invention.
  • the order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some components or features of one embodiment may be included in another embodiment or may be replaced with corresponding components or features of another embodiment. It is obvious that the claims may be combined to form an embodiment by combining claims that do not have an explicit citation relationship in the claims or as new claims by post-application correction.
  • a base station may in some cases be performed by an upper node thereof. That is, it is obvious that various operations performed for communication with the terminal in a network including a plurality of network nodes including a base station may be performed by the base station or other network nodes other than the base station.
  • 'Base station' may be replaced by terms such as a fixed station, a Node B, an eNode B (eNB), an access point, and the like.
  • the term "terminal” may be replaced with terms such as a user equipment (UE), a mobile station (MS), a mobile subscriber station (MSS), and the like.
  • Embodiments according to the present invention may be implemented by various means, for example, hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • an embodiment of the present invention may include one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), FPGAs ( field programmable gate arrays), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • an embodiment of the present invention may be implemented in the form of a module, procedure, function, etc. that performs the functions or operations described above.
  • the software code may be stored in a memory unit and driven by a processor.
  • the memory unit may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor by various known means.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

본 발명에서는 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 방법이 개시된다. 구체적으로, 코드워드 도메인의 신호를 레이어 도메인의 신호로 맵핑하는 단계, 상기 레이어 도메인의 신호를 프리코딩 행렬을 이용하여 가상 안테나 포트 도메인의 신호로 맵핑하는 단계, 및 상기 가상 안테나 포트 도메인의 신호를 물리적 안테나 포트에 할당하여 송신하는 단계를 포함하며, 상기 프리코딩 행렬은 채널 측정 단위로 변경되고, 상기 레이어 도메인의 신호는 채널 측정 단위 내에서 레이어 퍼뮤테이션되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 채널 측정 단위는 하나 이상의 자원 블록(Resource Block; RB)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 안테나 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호 송신 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 기지국이 하향링크 신호를 단말로 송신하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)는 복수개의 송신안테나와 복수개의 수신안테나를 사용하는 방법으로서, 이 방법에 의해 데이터의 송수신 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 무선 통신 시스템의 송신단 혹은 수신단에서 복수개의 안테나를 사용함으로써 용량을 증대시키고 성능을 향상 시킬 수 있다. 이하 본 문헌에서 MIMO를 '다중 안테나'라 지칭할 수 있다.
다중 안테나 기술에서는, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않는다. 그 대신 다중 안테나 기술에서는 여러 안테나에서 수신된 데이터 조각(fragment)을 한데 모아 병합함으로써 데이터를 완성한다. 다중 안테나 기술을 사용하면, 특정된 크기의 셀 영역 내에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나, 또는 특정 데이터 전송 속도를 보장하면서 시스템 커버리지(coverage)를 증가시킬 수 있다. 또한, 이 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있다. 다중 안테나 기술에 의하면, 단일 안테나를 사용하던 종래 기술에 의한 이동 통신에서의 전송량 한계를 극복할 수 있다.
일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도가 도 1에 도시되어 있다. 송신단에는 송신 안테나가 NT개 설치되어 있고, 수신단에서는 수신 안테나가 NR개가 설치되어 있다. 이렇게 송신단 및 수신단에서 모두 복수개의 안테나를 사용하는 경우에는, 송신단 또는 수신단 중 어느 하나에만 복수개의 안테나를 사용하는 경우보다 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 채널 전송 용량의 증가는 안테나의 수에 비례한다. 따라서, 전송 레이트가 향상되고, 주파수 효율이 향상된다. 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송 레이트를 Ro라고 한다면, 다중 안테나를 사용할 때의 전송 레이트는, 이론적으로, 아래 수학식 1과 같이 최대 전송 레이트 Ro에 레이트 증가율 Ri를 곱한 만큼 증가할 수 있다. 여기서 Ri는 NT와 NR 중 작은 값이다.
수학식 1
Figure PCTKR2010004080-appb-M000001
예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는, 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 이와 같은 다중 안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후, 실질적으로 데이터 전송률을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며, 이들 중 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
다중 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링 하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 NT개의 송신 안테나와 NR개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다. 먼저, 송신 신호에 대해 살펴보면, NT개의 송신 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 NT개이므로, 전송 정보를 하기의 수학식 2와 같은 벡터로 나타낼 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2010004080-appb-M000002
한편, 각각의 전송 정보
Figure PCTKR2010004080-appb-I000001
에 있어 전송 전력을 다르게 할 수 있으며, 이때 각각의 전송 전력을
Figure PCTKR2010004080-appb-I000002
라 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보를 벡터로 나타내면 하기의 수학식 3과 같다.
수학식 3
Figure PCTKR2010004080-appb-M000003
또한,
Figure PCTKR2010004080-appb-I000003
를 전송 전력의 대각행렬
Figure PCTKR2010004080-appb-I000004
를 이용하여 나타내면 하기의 수학식 4와 같다.
수학식 4
Figure PCTKR2010004080-appb-M000004
한편, 전송전력이 조정된 정보 벡터
Figure PCTKR2010004080-appb-I000005
에 가중치 행렬
Figure PCTKR2010004080-appb-I000006
가 적용되어 실제 전송되는 NT 개의 송신신호(transmitted signal)
Figure PCTKR2010004080-appb-I000007
가 구성되는 경우를 고려해 보자. 여기서, 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송신호
Figure PCTKR2010004080-appb-I000008
는 벡터
Figure PCTKR2010004080-appb-I000009
를 이용하여 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 Wij는 i번째 송신안테나와 j번째 정보 간의 가중치를 의미한다. W는 가중치 행렬(Weight Matrix) 또는 프리코딩 행렬(Precoding Matrix)이라고 불린다.
수학식 5
Figure PCTKR2010004080-appb-M000005
한편, 공간 다중화 기법에서는, 전송 정보
Figure PCTKR2010004080-appb-I000010
각각은 서로 다른 값을 갖는다. 한편, 전송 다이버시티 기법에서는 전송 정보
Figure PCTKR2010004080-appb-I000011
각각이 동일한 값을 갖는다. 일반적인 전송 다이버시티 기법에는, STBC (Space Time Block Coding), SFBC (Space Frequency Block Coding) 및 CDD (Cyclic Delay Diversity) 등이 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로 이하에서는 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호 송신 방법 및 이를 위한 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 일 양태로서 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 방법은 코드워드 도메인의 신호를 레이어 도메인의 신호로 맵핑하는 단계; 상기 레이어 도메인의 신호를 프리코딩 행렬을 이용하여 가상 안테나 포트 도메인의 신호로 맵핑하는 단계; 및 상기 가상 안테나 포트 도메인의 신호를 물리적 안테나 포트에 할당하여 송신하는 단계를 포함하며, 상기 프리코딩 행렬은 채널 측정 단위로 변경되고, 상기 레이어 도메인의 신호는 채널 측정 단위 내에서 레이어 퍼뮤테이션되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 채널 측정 단위는 하나 이상의 자원 블록(Resource Block; RB)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는, 상기 레이어 퍼뮤테이션은 상기 코드워드 도메인의 신호를 상기 레이어 도메인의 신호로 맵핑하기 이전에 비트 단위로 퍼뮤테이션하거나, 상기 레이어 도메인의 신호를 상기 가상 안테나 포트 도메인의 신호로 맵핑하기 이전에 비트 단위 또는 심볼 단위로 퍼뮤테이션하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 레이어 도메인의 신호로 맵핑하는 단계는 상기 코드워드 도메인의 신호 각각에 포함된 데이터를 비트 단위로 퍼뮤테이션하여 상기 레이어 도메인의 신호로 맵핑하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태로서 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 기지국 장치는 코드워드 도메인의 신호를 레이어 도메인의 신호로 맵핑하고, 상기 레이어 도메인의 신호를 프리코딩 행렬을 이용하여 가상 안테나 포트 도메인의 신호로 맵핑하며, 상기 가상 안테나 포트 도메인의 신호를 물리적 안테나 포트에 할당하는 프로세서; 및 상기 물리적 안테나 포트에 할당된 신호를 송신하는 송신 모듈을 포함하며, 상기 프리코딩 행렬은 채널 측정 단위로 변경되고, 상기 레이어 도메인의 신호는 채널 측정 단위 내에서 레이어 퍼뮤테이션되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 기지국이 단말로 하향링크 신호를 효과적으로 송신할 수 있다.
본 발명에서 얻을 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.
도 1은 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도.
도 2는 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자평면(User Plane) 구조를 나타내는 도면.
도 3은 3GPP 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 LTE 시스템에서 사용되는 무선 프레임의 구조를 예시하는 도면.
도 5는 하향링크 무선 프레임의 기능적 구조를 예시하는 도면.
도 6은 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드를 예시하는 도면.
도 7은 서브프레임의 제어 영역에 포함되는 제어 채널을 예시하는 도면.
도 8은 제어 채널을 구성하는데 사용되는 자원 단위를 나타내는 도면.
도 9는 시스템 대역에서의 CCE 분산을 예시하는 도면.
도 10은 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호를 전송하기 위한 코드워드, 레이어 및 안테나의 맵핑 관계를 설명하기 위한 도면.
도 11은 단일 안테나 전송에 있어 전송 참조 신호와 데이터를 전송하기 위한 자원 할당의 예시를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 채널 측정 유닛과 프리코딩 유닛과의 관계를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 레이어 퍼뮤테이션 과정을 도시하는 도면.
도 14는 일반적인 하향링크 전송 과정의 일부를 도시하는 도면.
도 15는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이어 퍼뮤테이션을 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레이어 퍼뮤테이션을 도시하는 도면.
도 17은 본 발명의 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레이어 퍼뮤테이션을 도시하는 도면.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 장치의 블록 구성도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적 특징들이 3GPP 시스템에 적용된 예들이다.
본 명세서에서 3GPP LTE (Release-8) 시스템을 LTE 시스템 또는 레거시 시스템으로 지칭한다. 또한, LTE 시스템을 지원하는 단말을 LTE 단말 또는 레거시 단말로 지칭한다. 이와 대응하여, 3GPP LTE-A (Release-9) 시스템을 LTE-A 시스템 또는 진화된 시스템으로 지칭한다. 또한, LTE-A 시스템을 지원하는 단말을 LTE-A 단말 또는 진화된 단말로 지칭한다.
편의상, 본 명세서는 LTE 시스템 및 LTE-A 시스템을 사용하여 본 발명의 실시예를 설명하지만, 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 상기 정의에 해당되는 어떤 통신 시스템에도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서는 FDD 방식을 기준으로 본 발명의 실시예에 대해 설명하지만, 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 H-FDD 방식 또는 TDD 방식에도 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.
도 2는 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자평면(User Plane) 구조를 나타내는 도면이다. 제어평면은 단말(User Equipment; UE)과 네트워크가 호를 관리하기 위해서 이용하는 제어 메시지들이 전송되는 통로를 의미한다. 사용자평면은 애플리케이션 계층에서 생성된 데이터, 예를 들어, 음성 데이터 또는 인터넷 패킷 데이터 등이 전송되는 통로를 의미한다.
제1계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있다. 상기 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이에 데이터가 이동한다. 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리채널은 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다. 구체적으로, 물리채널은 하향 링크에서 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식으로 변조되고, 상향 링크에서 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식으로 변조된다.
제2계층의 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층은 논리채널(Logical Channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control; RLC) 계층에 서비스를 제공한다. 제2계층의 RLC 계층은 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원한다. RLC 계층의 기능은 MAC 내부의 기능 블록으로 구현될 수도 있다.제2계층의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층은 대역폭이 좁은 무선 인터페이스에서 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷을 효율적으로 전송하기 위해 불필요한 제어정보를 줄여주는 헤더 압축(Header Compression) 기능을 수행한다.
제3계층의 최하부에 위치한 무선 자원제어(Radio Resource Control; RRC) 계층은 제어평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선베어러(Radio Bearer; RB)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 네트워크 간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 이를 위해, 단말과 네트워크의 RRC 계층은 서로 RRC 메시지를 교환한다. 단말과 네트워크의 RRC 계층 사이에 RRC 연결(RRC Connected)이 있을 경우, 단말은 RRC 연결 상태(Connected Mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 휴지 상태(Idle Mode)에 있게 된다. RRC 계층의 상위에 있는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 세션 관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.
기지국(eNB)을 구성하는 하나의 셀은 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정되어 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다.
네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향 전송채널은 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH(Paging Channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 하향 SCH(Shared Channel) 등이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어 메시지의 경우 하향 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향 전송채널로는 초기 제어 메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 상향 SCH(Shared Channel)가 있다. 전송채널의 상위에 있으며, 전송채널에 매핑되는 논리채널(Logical Channel)로는 BCCH(Broadcast Control Channel), PCCH(Paging Control Channel), CCCH(Common Control Channel), MCCH(Multicast Control Channel), MTCH(Multicast Traffic Channel) 등이 있다.
도 3은 3GPP 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
단말은 전원이 켜지거나 새로이 셀에 진입한 경우 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(Initial cell search) 작업을 수행한다(S301). 이를 위해, 단말은 기지국으로부터 주 동기 채널(Primary Synchronization Channel; P-SCH) 및 부 동기 채널(Secondary Synchronization Channel; S-SCH)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID 등의 정보를 획득할 수 있다. 그 후, 단말은 기지국으로부터 물리 방송 채널(Physical Broadcast Channel)를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향 링크 참조 신호(Downlink Reference Signal; DL RS)를 수신하여 하향 링크 채널 상태를 확인할 수 있다.
초기 셀 탐색을 마친 단말은 물리 하향 링크 제어 채널(Physical Downlink Control Channel; PDCCH) 및 상기 PDCCH에 실린 정보에 따라 물리 하향 링크 공유 채널(Physical Downlink Control Channel; PDSCH)을 수신함으로써 좀더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다(S302).
한편, 기지국에 최초로 접속하거나 신호 전송을 위한 무선 자원이 없는 경우 단말은 기지국에 대해 임의 접속 과정(Random Access Procedure; RACH)을 수행할 수 있다(단계 S303 내지 단계 S306). 이를 위해, 단말은 물리 임의 접속 채널(Physical Random Access Channel; PRACH)을 통해 특정 시퀀스를 프리앰블로 전송하고(S303 및 S305), PDCCH 및 대응하는 PDSCH를 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다(S304 및 S306). 경쟁 기반 RACH의 경우, 추가적으로 충돌 해결 절차(Contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상/하향 링크 신호 전송 절차로서 PDCCH/PDSCH 수신(S307) 및 물리 상향 링크 공유 채널(Physical Uplink Shared Channel; PUSCH)/물리 상향 링크 제어 채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH) 전송(S308)을 수행할 수 있다. 단말이 상향 링크를 통해 기지국에 전송하는 또는 단말이 기지국으로부터 수신하는 제어 정보는 하향 링크/상향 링크 ACK/NACK 신호, CQI(Channel Quality Indicator), PMI(Precoding Matrix Index), RI(Rank Indicator) 등을 포함한다. 3GPP LTE 시스템의 경우, 단말은 상술한 CQI/PMI/RI 등의 제어 정보를 PUSCH 및/또는 PUCCH를 통해 전송할 수 있다.
도 4는 LTE 시스템에서 사용되는 무선 프레임의 구조를 예시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 무선 프레임(radio frame)은 10ms(327200*TS)의 길이를 가지며 10개의 균등한 크기의 서브프레임(subframe)으로 구성되어 있다. 각각의 서브프레임은 1ms의 길이를 가지며 2개의 슬롯(slot)으로 구성되어 있다. 각각의 슬롯은 0.5ms(15360*TS)의 길이를 가진다. 여기에서, Ts 는 샘플링 시간을 나타내고, Ts=1/(15kHz*048)=3.2552*10-8(약 33ns)로 표시된다. 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 자원블록(Resource Block; RB)을 포함한다. LTE 시스템에서 하나의 자원블록은 12개의 부반송파*7(6)개의 OFDM 심볼을 포함한다. 데이터가 전송되는 단위시간인 TTI(Transmission Time Interval)는 하나 이상의 서브프레임 단위로 정해질 수 있다. 상술한 무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 5는 하향링크 무선 프레임의 기능적 구조를 예시한다.
도 5를 참조하면, 하향링크 무선 프레임은 균등한 길이를 가지는 10개의 서브프레임을 포함한다. 3GPP LTE 시스템에서 서브프레임은 전체 하향링크 주파수 대하여 패킷 스케줄링의 기본 시간 단위로 정의된다. 각 서브프레임은 스케줄링 정보 및 그 밖의 제어 채널 전송을 위한 구간(제어 영역, control region)과 하향링크 데이터 전송을 위한 구간(데이터 영역, data region)으로 나눠진다. 제어 영역은 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼로부터 시작되며 하나 이상의 OFDM 심볼을 포함한다. 제어 영역의 크기는 서브프레임마다 독립적으로 설정될 수 있다. 제어 영역은 L1/L2(layer 1/layer 2) 제어 신호를 전송하는데 사용된다. 데이터 영역은 하향링크 트래픽을 전송하는데 사용된다.
도 6은 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 예시한다.
도 6을 참조하면, 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 NDL symb OFDM 심볼을 포함하고 주파수 영역에서 NDL RB 자원블록을 포함한다. 각각의 자원블록이 NRB sc 부반송파를 포함하므로 하향링크 슬롯은 주파수 영역에서 NDL RB × NRB sc 부반송파를 포함한다. 도 3은 하향링크 슬롯이 7 OFDM 심볼을 포함하고 자원블록이 12 부반송파를 포함하는 것으로 예시하고 있지만 반드시 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 하향링크 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 개수는 순환전치(Cyclic Prefix; CP)의 길이에 따라 변형될 수 있다.
자원 그리드 상의 각 요소를 자원요소(Resource Element; RE)라 하고, 하나의 자원 요소는 하나의 OFDM 심볼 인덱스 및 하나의 부반송파 인덱스로 지시된다. 하나의 RB는 NDL symb × NRB sc 자원요소로 구성되어 있다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원블록의 수(NDL RB)는 셀에서 설정되는 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다.
도 7은 서브프레임의 제어 영역에 포함되는 제어 채널을 예시한다.
도 7을 참조하면, 서브프레임은 14개의 OFDM 심볼로 구성되어 있다. 서브프레임 설정에 따라 처음 1~3개의 OFDM 심볼은 제어 영역으로 사용되고 나머지 13~11개의 OFDM 심볼은 데이터 영역으로 사용된다.
도 7에서 R1~R4는 안테나 0~3에 대한 참조 신호(Reference Signal; RS)를 나타낸다. RS는 제어 영역 및 데이터 영역과 상관없이 서브프레임 내에 일정한 패턴으로 고정된다. 제어 채널은 제어 영역 중에서 RS가 할당되지 않은 자원에 할당되고, 트래픽 채널도 데이터 영역 중에서 RS가 할당되지 않은 자원에 할당된다. 제어 영역에 할당되는 제어 채널로는 PCFICH(Physical Control Format Indicator CHannel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator CHannel), PDCCH(Physical Downlink Control CHannel) 등이 있다.
PCFICH는 물리 제어 포맷 지시자 채널로서 매 서브프레임 마다 PDCCH에 사용되는 OFDM 심볼의 개수를 단말에게 알려준다. PCFICH는 첫 번째 OFDM 심볼에 위치하며 PHICH 및 PDCCH에 우선하여 설정된다. PCFICH는 4개의 REG(Resource Element Group)로 구성되고, 각각의 REG는 셀 ID에 기초하여 제어 영역 내에 분산된다. 하나의 REG는 4개의 RE로 구성된다. REG 구조는 도 8을 참조하여 자세히 설명한다. PCFICH는 1~3의 값을 지시하며 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 변조된다.
PHICH는 물리 HARQ 지시자 채널로서 상향 전송에 대한 HARQ ACK/NACK을 송신하는 용도로 사용된다. PHICH는 3개의 REG로 구성되고, 셀 특정(cell-specific)하게 스크램블 된다. ACK/NACK은 1 비트로 지시되며, SF(spreading factor) = 2 또는 4로 확산되고 3번 반복된다. 복수의 PHICH가 동일한 자원에 맵핑될 수 있다. PHICH는 BPSK(Binary phase shift keying)로 변조된다.
PDCCH는 물리 하향링크 제어 채널로서 서브프레임의 처음 n개의 OFDM 심볼에 할당된다. 여기에서, n은 1 이상의 정수로서 PCFICH에 의해 지시된다. PDCCH는 하나 이상의 CCE로 구성된다. 이에 대해서는 뒤에서 보다 자세히 설명한다. PDCCH는 전송 채널인 PCH(Paging channel) 및 DL-SCH(Downlink-shared channel)의 자원 할당 정보, 상향링크 스케줄링 그랜트, HARQ 정보 등을 각 단말 또는 단말 그룹에게 알려준다.
다만, PCH(Paging channel) 및 DL-SCH(Downlink-shared channel)는 PDSCH를 통해 전송된다. 따라서, 기지국과 단말은 일반적으로 특정한 제어 정보 또는 특정한 서비스 데이터를 제외하고는 PDSCH를 통해서 데이터를 각각 송신 및 수신한다.
PDSCH의 데이터가 어떤 단말(하나 또는 복수의 단말)에게 전송되는 것이며, 상기 단말들이 어떻게 PDSCH 데이터를 수신하고 디코딩을 해야 하는지에 대한 정보 등은 PDCCH에 포함되어 전송된다. 예를 들어, 특정 PDCCH가 "A"라는 RNTI(Radio Network Temporary Identity)로 CRC 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 서브프레임을 통해 전송된다고 가정한다. 이렇게 되면, 해당 셀에 있는 하나 이상의 단말은 자신이 가지고 있는 RNTI 정보를 이용하여 PDCCH를 모니터링하고, "A" RNTI를 가지고 있는 하나 이상의 단말이 있다면, 상기 단말들은 PDCCH를 수신하고, 수신한 PDCCH의 정보를 통해 "B"와 "C"에 의해 지시되는 PDSCH를 수신한다.
도 8(a)(b)는 제어 채널을 구성하는데 사용되는 자원 단위를 나타낸다. 특히, 도 8(a)는 기지국의 송신 안테나의 개수가 1 또는 2개인 경우를 나타내고, 8(b)는 기지국의 송신 안테나의 개수가 4개인 경우를 나타낸다. 송신 안테나의 개수에 따라 RS(Reference Signal) 패턴만 상이할 뿐 제어 채널과 관련된 자원 단위의 설정 방법은 동일하다.
도 8(a)(b)를 참조하면, 제어 채널의 기본 자원 단위는 REG이다. REG는 RS를 제외한 상태에서 4개의 이웃한 자원요소(RE)로 구성된다. REG는 도면에 굵은 선으로 도시되었다. PCFICH 및 PHICH는 각각 4개의 REG 및 3개의 REG를 포함한다. PDCCH는 CCE(Control Channel Elements) 단위로 구성되며 하나의 CCE는 9개의 REG를 포함한다.
단말은 자신에게 L개의 CCE로 이루어진 PDCCH가 전송되는지를 확인하기 위하여 연속되거나 특정 규칙으로 배치된 CCE를 확인하도록 설정된다. 단말이 PDCCH 수신을 위해 고려해야 하는 L 값은 복수가 될 수 있다. 단말이 PDCCH 수신을 위해 확인해야 하는 CCE 집합들을 검색 영역(search space)이라고 한다.
검색 영역은 특정 단말에 대해서만 접근이 허용되는 단말 특정 검색 영역(UE-specific search space)과 셀 내의 모든 단말에 대해 접근이 허용되는 공통 검색 영역(common search space)로 구분될 수 있다. 단말은 CCE 집성 레벨이 4 및 8인 공통 검색 영역을 모니터하고, CCE 집성 레벨이 1, 2, 4 및 8인 단말 특정 검색 영역을 모니터한다. 공통 검색 영역 및 단말 특정 검색 영역은 오버랩될 수 있다.
또한, 각 CCE 집성 레벨 값에 대하여 임의의 단말에게 부여되는 PDCCH 검색 영역에서 첫 번째(가장 작은 인덱스를 가진) CCE의 위치는 단말에 따라서 매 서브프레임마다 변화하게 된다. 이를 PDCCH 검색 영역 해쉬(hashing)라고 한다.
도 9는 시스템 대역에 CCE를 분산시키는 예를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 논리적으로 연속된 복수의 CCE가 인터리버(interleaver)로 입력된다. 상기 인터리버는 입력된 복수의 CCE를 REG 단위로 뒤섞는 기능을 수행한다. 따라서, 하나의 CCE를 이루는 주파수/시간 자원은 물리적으로 서브프레임의 제어 영역 내에서 전체 주파수/시간 영역에 흩어져서 분포한다. 결국, 제어 채널은 CCE 단위로 구성되지만 인터리빙은 REG 단위로 수행됨으로써 주파수 다이버시티(diversity)와 간섭 랜덤화(interference randomization) 이득을 최대화할 수 있다.
도 10은 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호를 전송하기 위한 코드워드, 레이어 및 안테나의 맵핑 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 데이터 정보와 전송 심볼 사이에는 복잡한 맵핑 관계가 존재한다. 우선 데이터 정보로서 MAC(Medium Access Control) 계층은 물리 계층으로 NC개의 전송 블록을 전달하고, 물리 계층에서 전송 블록들은 채널 코딩 과정을 거쳐 코드워드로 변환되며 펑처링(Puncturing) 또는 반복(Repetition) 과정과 같은 레이트 매칭을 수행한다. 여기서 채널 코딩은 터보 인코더 또는 테일 비트 컨볼루션 인코더와 같은 채널 코더에서 수행된다.
채널 코딩 과정과 레이트 매칭 과정을 거친 후, NC개의 코드워드는 NL개의 레이어로 맵핑된다. 여기서 레이어란 다중안테나 기술을 사용해서 보내는 서로 다른 정보 각각을 지칭하며, 레이어의 개수는 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수인 랭크 보다는 클 수 없다. 이는 수식적으로 "# of Layers≤rank(H)≤min(NT,NR)"와 같이 표현할 수 있다. H는 채널 행렬을 의미한다.
참고적으로, 일반적인 하향 링크 전송 방식인 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 전송과 달리, SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 방식으로 전송되는 상향 링크 신호는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 처리 영향을 일정 부분 상쇄하여 송신 신호가 단일 반송파 특성을 가지도록 하기 위하여, 각 레이어마다 DFT 과정이 수행된다.
각 레이어에서 DFT 변환된 신호는 프리코딩 행렬이 곱해져 NT개의 송신 안테나로 맵핑되며, IFFT 과정을 거쳐 기지국으로 송신된다.
일반적으로, 하향링크 참조 신호에는 공용 참조 신호와 단말 특정(UE specific) 참조 신호가 존재하며, 공용 참조 신호는 상기 도 10에서 개시된 프리코딩이 적용되지 않는다. 즉, 한편, 단말 특정 참조 신호는 일반적인 데이터와 동일하게, 프리코딩 전단에서 삽입되어, 프리코딩 되어 단말 측으로 송신된다.
단말 특정(UE specific) 참조 신호 즉, 전용(dedicated) 참조 신호를 이용하여 채널 비 의존적 공간 다중화 전송을 구현하기 위하여는 몇 가지 제약 조건이 존재한다. 우선, 참조 신호의 시그널링 오버헤드를 감소시키기 위하여, 전송 참조 신호는 변조된 데이터 심볼과 동일한 프리코딩 행렬을 이용하여 프리코딩 되어야 한다. 또한, 공간적 채널 다이버시티를 획득하기 위하여, 프리코딩 행렬은 안테나 간에 스위칭 되어야 한다. 다만, 전용 참조 신호는 전제 전송 자원 영역 전반에 걸쳐 특정 규칙 혹은 임의적으로 전송되므로 상기 제약 조건을 만족시키는 것이 쉽지 않다. 채널 측정의 효율성을 위하여 특정 개수의 자원 요소 단위로 채널 측정이 이루어 지므로, 전용 참조 신호를 프리코딩하는 프리코딩 행렬은 자원 요소 단위로 변화될 수 없기 때문이다. 따라서, 만약 프리코딩 행렬이 매 자원 요소 단위로 변화되고, 프리코딩된 전용 참조 신호가 모든 자원 요소마다 존재하지 않는다면, 상기 전용 참조 신호가 프리코딩된 데이터를 전송하는 자원 요소의 채널 측정을 수행할 수 없다는 문제점이 존재한다.
도 11은 단일 안테나 전송에 있어 전송 참조 신호와 데이터를 전송하기 위한 자원 할당의 예시를 도시한다.
도 11을 참조하면, 전송 참조 신호는 주파수 축으로 모든 부 반송파를 통하여 전송되지 않기 때문에, 데이터가 전송되는 모든 자원 요소마다 프리코딩 행렬을 변경한다는 것이 불가능하다. 마찬가지로, 전송 참조 신호는 시간 축으로 모든 심볼을 통하여 전송되는 것이 아니기 때문에, 데이터가 전송되는 모든 심볼마다 프리코딩 행렬을 변경한다는 것이 불가능하다. 따라서, 전용 참조 신호를 이용하여 채널 비 의존적 공간 다중화 전송을 구현하기 위하여는 전용 참조 신호와 데이터를 위한 특정 개수의 자원 요소 그룹에 적용되는 공통(Common) 프리코딩 행렬을 변경할 필요가 있다. 여기서 특정 개수의 자원 요소 그룹이란, 수신측에서 변조 과정을 수행하기 위한 단위를 지칭한다. 동일한 프리코딩 행렬이 전송 참조 신호와 데이터에 적용되기 때문에, 채널 측정 역시 이러한 특정 개수의 자원 요소 그룹 단위로 이루어 질 수 있다.
상술한 바와 같이 공통 프리코딩 행렬을 이용하는 경우, 임의적 빔포밍 다이버시티를 획득하기 위하여, 하나의 전송 블록을 포함될 수 있는 데이터는 모든 레이어(즉, 공간 도메인)을 통하여 전송될 수 있으며, 이와 같은 경우, 별도의 분할 과정이 요구된다. 이하에서는 공통 프리코딩 행렬을 이용하여 채널 비 의존적 다중화를 수행하는 경우, 임의적 빔포밍 다이버시티 및 공간적 다이버시티를 최대화하는 방안에 관하여 논의하고자 한다.
본 발명에서는 공간적 다이버시티와 함께 임의적 빔포밍 다이버시티를 최대화하기 위하여, 각각의 채널 측정 유닛 마다 서로 다른 프리코딩 행렬을 적용하고, 이와 함께 채널 측정 유닛 내에서는 특정 개수의 자원 요소 단위로 퍼뮤테이션을 수행하는 것을 제안한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 채널 측정 유닛과 프리코딩 유닛과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 자원 블록(Resource Block; RB)은 특정 개수의 자원 요소, 예를 들어, 12개의 자원 요소로 구성된 그룹을 지칭한다. 또한, 전용 참조 신호를 위한 프리코딩 행렬은 채널 측정 유닛 마다 변경될 수 있으며, 상기 채널 측정 유닛 내에서는 추가적으로 레이어 단위에서의 퍼뮤테이션이 수행될 수 있다.
여기서 채널 측정 유닛은 하나 이상의 자원 블록으로 구성되며, 채널 측정은 이러한 채널 측정 유닛 마다 개별적으로 수행될 수 있다. 송신단에서는 전용 참조 신호와 데이터 심볼 모두에 대하여 프리코딩 행렬을 적용하기 때문에, 수신단에서는 데이터가 맵핑된 레이어에 대하여 채널 측정을 수행할 필요가 있다. 이로 인하여, 전용 참조 신호는 데이터가 전송되는 레이어에서만 전송할 수 있으며, 불필요한 전송 참조 신호의 감소로 인하여 오버헤드가 감소한다.
하나 이상의 자원 블록 단위로 수행되는 채널 측정으로 인하여, 프리코딩 행렬은 채널 측정 유닛마다 변경될 수 있으며, 이로 인하여, 송신단에서는 임의적 빔포밍 다이버시티가 획득될 수 있다. 나아가, 채널 측정 유닛 내에서는 레이어 퍼뮤테이션이 수행될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 레이어 퍼뮤테이션 과정을 도시하는 도면이다. 특히 도 13은 하나의 자원 블록 내에서 수행되는 레이어 퍼뮤테이션을 도시하나, 채널 측정 유닛이 복수의 자원 블록으로 구성된 경우에는, 레이어 펴뮤테이션 역시 복수의 자원 블록 내에서 수행될 수 있다.
도 13을 참조하면, 레이어 퍼뮤테이션(공간적 퍼뮤테이션) 유닛이 1 심볼 x 3 자원 요소로 설정된 것을 알 수 있다. 또한, 전용 참조 신호는 공간적으로 퍼뮤테이션되지 않으며, 데이터만이 전송 레이어 단위로 퍼뮤테이션 되어야 한다.
따라서, 이하에서는 데이터의 레이어 퍼뮤테이션의 구현 방법에 관하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 14는 일반적인 하향링크 전송 과정의 일부를 도시하는 도면이다.
도 14를 참조하면, 코드워드-레이어 맵핑이 이루어 지기 이전의 상태를 코드워드 도메인이라고 지칭하고, 코드워드-레이어 맵핑이 이루어지고 프리코딩이 이루어 지기 이전의 상태를 레이어 도메인이라고 지칭한다. 또한, 프리코딩이 이루어진 후 물리적 안테나 맵핑이 이루어지기 이전의 상태를 안테나 포트 도메인으로 지칭하기로 한다.
상술한 바와 같이, 안테나 포트 도메인에서의 프리코딩 행렬이 적용된 전용 참조 신호와 데이터는 퍼뮤테이션이 이루어질 수 없으므로, 레이어 퍼뮤테이션은 상기 코드워드 도메인 또는 레이어 도메인에서 수행되어야 한다.
도 15는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이어 퍼뮤테이션을 도시하는 도면이다. 특히 도 15는 코드워드 도메인에서 비트 퍼뮤테이션이 수행되는 경우를 도시한다.
도 15를 참조하면, 설명의 편의를 위하여 2 코드워드를 가정하며, 코드워드 도메인에서 하나의 코드워드에 포함된 데이터는 다른 코드워드에 포함된 데이터와 퍼뮤테이션 혹은 혼합되며, 출력된 코드워드들은 모두 입력된 코드워드들에 포함된 데이터들을 포함할 수 있다. 이와 같은 방법에 의하여 간접적으로 레이어 퍼뮤네이션을 수행할 수 있으며, 공간적 다이버시티를 획득할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레이어 퍼뮤테이션을 도시하는 도면이다. 특히 도 16는 코드워드-레이어 맵핑 과정에서 비트 퍼뮤테이션이 수행되는 경우를 도시한다. 또한 설명의 편의를 위하여 2개의 코드워드가 3개의 레이어로 맵핑되는 경우를 가정한다.
도 16을 참조하면, 2개의 코드워드에 포함된 데이터들이 3개의 레이어로 혼합하여 맵핑된다. 즉, 제 1 코드워드에 포함된 데이터 중 제 1, 4 데이터는 제 1 레이어로 맵핑되며, 제 2 데이터는 제 2 레이어로, 제 3 데이터는 제 3 레이어로 맵핑됨을 알 수 있다. 마찬가지로, 제 2 코드워드에 포함된 데이터 중 제 3, 5 데이터는 제 1 레이어로 맵핑되며, 제 1, 6, 7 데이터는 제 2 레이어로, 제 2, 4, 8 데이터는 제 3 레이어로 맵핑됨을 알 수 있다. 이와 같은 방법을 통하여도 간접적으로 레이어 퍼뮤네이션을 수행할 수도 있다.
도 17은 본 발명의 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레이어 퍼뮤테이션을 도시하는 도면이다. 특히 도 17은 레이어 도메인에서 비트(혹은 심볼) 퍼뮤테이션이 수행되는 경우를 도시한다. 또한 설명의 편의를 위하여 3개의 레이어가 존재하는 경우를 가정한다.
도 17을 참조하면, 각각의 레이어에 포함된 정보들은 퍼뮤테이션 및 혼합 과정이 수행되어, 출력된 레이어에는 입력된 레이어 각각에 포함된 정보들이 혼재한 것을 알 수 있다.
이와 같이 레이어 도메인에서의 레이어 퍼뮤테이션을 구현하는 방법으로는 각 입력 레이어에서의 비트 마다 맵핑되는 출력 레이어를 순환시키는 방법을 예시할 수 있다. 즉, 레이어 맵핑 인덱스를 {1, 2, 3}, {3, 1, 2}, {2, 3, 1}과 같이 순환 시킬 수 있다. 이를 수학식으로 살펴보면 아래와 같다.
수학식 6
Figure PCTKR2010004080-appb-M000006
상기 수학식 6은 상기 도 14의 프리코딩 과정을 예시하며,
Figure PCTKR2010004080-appb-I000012
는 레이어 도메인의 신호를 의미한다. 또한, W는 프리코딩 행렬을 의미한다. 즉, 상기 수학식 6은 레이어 도메인의 신호를 안테나 포트 도메인의 신호로 변환하는 과정을 의미하며, 전체 레이어의 개수는 3개이며 안테나 포트의 개수는 4개이다.
수학식 6에 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레이어 퍼뮤테이션을 적용하면 아래 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.
수학식 7
Figure PCTKR2010004080-appb-M000007
수학식 7에서 Pi는 퍼뮤테이션 행렬을 의미하며, 레이어 도메인의 신호와 프리코딩 행렬 사이에 적용되머, 채널 측정 단위의 프리코딩 행렬이 적용되기 이전에 레이어 퍼뮤테이션을 수행함을 알 수 있다. 다만, 서로 다른 레이어 도메인의 신호 또는 신호 벡터 간에는 다른 퍼뮤테이션 행렬이 적용될 수 있지만, 하나의 채널 측정 유닛 내에서는 동일한 프리코딩 행렬 W가 적용되어야 함은 상술한 바와 같다. 물론, 프리코딩 행렬 W는 채널 측정 유닛 마다 변경될 수 있다.
레이어 도메인의 신호 벡터 마다 서로 다른 퍼뮤테이션 행렬을 적용함에 따라, 각 레이어의 모든 정보는 서로 다른 안테나 포트에 맵핑될 수 있으며, 이로 인하여 공간적 다이버시티 역시 획득할 수 있다.
도 18은 본 발명에 일 실시예에 따른 송신기 및 수신기의 블럭도를 예시한다. 하향링크에서, 송신기(1810)는 기지국의 일부이고 수신기(1850)는 단말의 일부이다. 상향링크에서, 송신기(1810)는 단말의 일부이고 수신기(1850)는 기지국의 일부이다.
송신기(1810)에서 프로세서(1820)는 데이터(예, 트래픽 데이터 및 시그널링)를 인코딩, 인터리빙 및 심볼 맵핑하여 데이터 심볼들을 생성한다. 또한, 프로세서(1820)는 파일럿 심볼들을 생성하여 데이터 심볼들 및 파일럿 심볼들을 다중화한다.
변조기(1830)는 무선 접속 방식에 따라 전송 심볼을 생성한다. 무선 접속 방식은 FDMA, TDMA, CDMA, SC-FDMA, MC-FDMA, OFDMA 또는 이들의 조합을 포함한다. 또한, 변조기(1830)는 본 발명의 실시예에서 예시한 다양한 퍼뮤테이션 방법을 이용하여 데이터가 주파수 영역에서 분산되어 전송될 수 있도록 한다. 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 모듈(1832)은 상기 전송 심볼을 처리(예, 아날로그 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향 변환)하여 안테나(1834)를 통해 전송되는 RF 신호를 생성한다.
수신기(1850)에서 안테나(1852)는 송신기(1810)로부터 전송된 신호를 수신하여 RF 모듈(1854)에 제공한다. RF 모듈(1854)는 수신된 신호를 처리(예, 필터링, 증폭, 주파수 하향 변환, 디지털화)하여 입력 샘플들을 제공한다.
복조기(1860)는 입력 샘플들을 복조하여 데이터 값 및 파일럿 값을 제공한다. 채널 추정기(1880)는 수신된 파일럿 값들에 기초하여 채널 추정치를 유도한다. 또한, 복조기(1860)는 채널 추정치를 사용하여 수신된 데이터 값들에 데이터 검출(또는 등화)을 수행하고, 송신기(1810)를 위한 데이터 심볼 추정치들을 제공한다. 또한, 복조기(1860)는 본 발명의 실시예에서 예시한 다양한 퍼뮤테이션 방법에 대한 역 동작을 수행하여 주파수 영역 및 시간 영역에서 분산된 데이터를 본래의 순서로 재정렬시킬 수 있다. 프로세서(1870)는 데이터 심볼 추정치들을 심볼 디맵핑, 디인터리밍 및 디코딩하고, 디코딩된 데이터를 제공한다.
일반적으로, 수신기(1850)에서 복조기(1860) 및 프로세서(1870)에 의한 처리는 송신기(1810)에서 각각 변조기(1830) 및 프로세서(1820)에 의한 처리와 상호 보완된다.
제어기(1840 및 1890)는 각각 송신기(1810) 및 수신기(1850)에 존재하는 다양한 처리 모듈의 동작을 감독 및 제어한다. 메모리(1842 및 1892)는 각각 송신기(1810) 및 수신기(1850)를 위한 프로그램 코드들 및 데이터를 저장한다.
도 18에서 예시한 모듈은 설명을 위한 것으로서, 송신기 및/또는 수신기는 필요한 모듈을 더 포함할 수 있고, 일부 모듈/기능은 생략되거나 서로 다른 모듈로 분리될 수 있으며, 둘 이상의 모듈이 하나의 모듈로 통합될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 문서에서 본 발명의 실시예들은 주로 단말과 기지국 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행된다고 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 그 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 기지국을 포함하는 복수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
상술한 바와 같은 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호 송신 방법 및 이를 위한 장치는 3GPP LTE 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, 3GPP LTE 시스템 이외에도 다양한 다중 안테나 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (10)

  1. 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 방법으로서,
    코드워드 도메인의 신호를 레이어 도메인의 신호로 맵핑하는 단계; 및
    상기 레이어 도메인의 신호를 프리코딩 행렬을 이용하여 가상 안테나 포트 도메인의 신호로 맵핑하는 단계; 및
    상기 가상 안테나 포트 도메인의 신호를 물리적 안테나 포트에 할당하여 송신하는 단계를 포함하며,
    상기 프리코딩 행렬은 채널 측정 단위로 변경되고,
    상기 레이어 도메인의 신호는 채널 측정 단위 내에서 레이어 퍼뮤테이션되는,
    하향링크 신호 송신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 측정 단위는,
    하나 이상의 자원 블록(Resource Block; RB)으로 구성되는,
    하향링크 신호 송신 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이어 퍼뮤테이션은,
    상기 코드워드 도메인의 신호를 상기 레이어 도메인의 신호로 맵핑하기 이전에 비트 단위로 퍼뮤테이션하는 것을 특징으로 하는,
    하향링크 신호 송신 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이어 도메인의 신호로 맵핑하는 단계는,
    상기 코드워드 도메인의 신호 각각에 포함된 데이터를 비트 단위로 퍼뮤테이션하여 상기 레이어 도메인의 신호로 맵핑하는 것을 특징으로 하는,
    하향링크 신호 송신 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이어 퍼뮤테이션은,
    상기 레이어 도메인의 신호를 상기 가상 안테나 포트 도메인의 신호로 맵핑하기 이전에 비트 단위 또는 심볼 단위로 퍼뮤테이션하는 것을 특징으로 하는,
    하향링크 신호 송신 방법.
  6. 다중 안테나를 구비한 기지국 장치로서,
    코드워드 도메인의 신호를 레이어 도메인의 신호로 맵핑하고, 상기 레이어 도메인의 신호를 프리코딩 행렬을 이용하여 가상 안테나 포트 도메인의 신호로 맵핑하며, 상기 가상 안테나 포트 도메인의 신호를 물리적 안테나 포트에 할당하는 프로세서; 및
    상기 물리적 안테나 포트에 할당된 신호를 송신하는 송신 모듈을 포함하며,
    상기 프리코딩 행렬은 채널 측정 단위로 변경되고,
    상기 레이어 도메인의 신호는 채널 측정 단위 내에서 레이어 퍼뮤테이션되는,
    기지국 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 채널 측정 단위는,
    하나 이상의 자원 블록(Resource Block; RB)으로 구성되는,
    기지국 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 코드워드 도메인의 신호를 상기 레이어 도메인의 신호로 맵핑하기 이전에 비트 단위로 레이어 퍼뮤테이션하는 것을 특징으로 하는,
    기지국 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 코드워드 도메인의 신호 각각에 포함된 데이터를 비트 단위로 퍼뮤테이션하여 상기 레이어 도메인의 신호로 맵핑하는 것을 특징으로 하는,
    기지국 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 레이어 도메인의 신호를 상기 가상 안테나 포트 도메인의 신호로 맵핑하기 이전에 비트 단위 또는 심볼 단위로 레이어 퍼뮤테이션하는 것을 특징으로 하는,
    기지국 장치.
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