WO2011126299A2 - 다중 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 및 이를 적용한 시스템 - Google Patents

다중 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 및 이를 적용한 시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for differential quantization of channel information in a multi-antenna wireless system and a wireless system using the same.
  • the present invention relates to differential information for reducing the amount of information necessary for quantizing channel information in a multi-antenna system having a channel correlation.
  • the present invention relates to a method of quantization and feedback and a wireless system employing the same.
  • Multi-antenna antenna technology has attracted attention as a transmission method for dramatically improving the channel capacity of a wireless communication system. If the base station knows the instantaneous channel state information for the user terminal, in the case of a single user terminal environment, a singular value decomposition (SVD) based technique or a single In the case of multi-user terminal environment, dirty paper coding (DPC) -based technique or multi-beamforming-based technique is used to improve performance in terms of system capacity. Can provide.
  • SSD singular value decomposition
  • DPC dirty paper coding
  • a user terminal estimates channel information using a pilot signal received together with a data signal from a base station, and quantizes it to a fixed bit size to perform an uplink channel. Feedback to the base station.
  • the prior art has a big problem that the burden on the amount of feedback signal to the uplink for this purpose is generated by quantizing the entire region where the channel correlation information can be expressed and the index of the representative value is returned.
  • this information must also be quantized to a fixed number of bits and fed back to the base station, thereby limiting the performance. Therefore, in returning channel correlation information, a new channel correlation can be used to reduce the amount of feedback information in the uplink by reducing the number of quantization bits and reduce the amount of feedback information in the uplink, or improve the performance by using the same number of quantization bits.
  • Information quantization techniques are preferred.
  • the present invention is to solve the above problems, and provides a differential quantization method of channel information for reducing the burden of feedback information in the uplink in a wireless communication system using a multi-antenna technology and an apparatus applying the same. It is main purpose to do it.
  • the system capacity is reduced in reducing the number of quantization bits compared to the prior art method by reducing the amount of feedback information in the uplink or by using the same number of quantization bits. It is intended to provide a channel correlation information quantization method and an apparatus applying the same to improve performance.
  • the present invention provides a main codebook by quantizing the entire area of channel correlation information of a user terminal in a communication method of a wireless communication system for transmitting a signal to a multi-user terminal using multiple antennas.
  • a main codebook feedback step of generating a multiple unique beam using the representative value index for the main codebook, and transmitting a data signal by generating a representative value index for the main codebook to a base station; and a change amount of the channel correlation information Generate a sub-codebook by differentially quantizing only a partial region of the channel correlation information based on the subfield, and return a representative value index for the sub-codebook to a base station to generate a multiple eigenbeam using the representative value index for the sub-codebook.
  • the method further includes storing channel correlation information in which the entire region is quantized or channel correlation information in which the partial region is quantized, and the sub-codebook feedback step includes: quantized channel correlation information of a previous period and current quantization
  • the amount of change in the channel correlation information may be calculated in preparation for the channel correlation information.
  • the sub-codebook feedback step the sub-codebook is generated in consideration of the maximum channel change amount, and the maximum channel change amount is calculated by Equation 10 below.
  • the sub-codebook is adapted to maintain a constant size and adjust the quantization precision according to the maximum change amount of the channel correlation information or to adjust the size according to the change amount of the channel correlation information while keeping the quantization precision constant. Can be generated in a bitwise manner.
  • the secondary codebook feedback step may be repeatedly performed.
  • the main codebook feedback step may be performed every predetermined period or when a transmission error is recognized in the uplink.
  • the present invention also provides a multi-antenna wireless system having a channel correlation, comprising: a channel correlation information estimator for estimating channel correlation information; A channel correlation information quantizer for quantizing an entire region of channel correlation information to obtain a main codebook and a representative value index for the main codebook; A channel correlation information change calculator for calculating a change amount of channel correlation information; And a channel correlation variation quantizer for quantizing a partial region for channel correlation information to obtain a sub-codebook and a representative value index for the sub-codebook. It includes a multi-antenna radio system applying a differential quantization method of the channel information, characterized in that it comprises a user terminal for returning the representative value index for the representative value index or the sub-codebook to the base station.
  • a channel correlation information calculator for calculating channel correlation information based on the representative value index fed back from the user terminal; And a base station including a multiple inherent range former for forming multiple inherent beams.
  • the user terminal and the base station may include a channel correlation information storage for storing quantized channel correlation information.
  • the base station includes: an uplink signal quality measurer for measuring a signal quality of an uplink received signal; And a feedback channel CRC checker for determining a transmission error by checking a cyclic redundancy check (CRC) bit value of the uplink channel, wherein the user terminal includes: a signal quality measured by an uplink signal quality measurer of the base station;
  • the apparatus may further include a main codebook feedback period determiner for determining a main codebook feedback period based on an error determined by the feedback channel CRC checker.
  • the system can provide a channel correlation information quantization method that can reduce the amount of quantization bits to reduce the amount of feedback information in the uplink without improving the capacity of the system or improve the performance of the system by using the same number of quantization bits.
  • the quantization is differentially quantized in consideration of only a partial region where the channel correlation information can actually change and fed back to the uplink. It is possible to reduce the burden of the feedback signal amount.
  • FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of a wireless system to which the channel correlation information quantization method according to the present invention is applied.
  • FIG. 5 is a block diagram of an embodiment of a wireless system to which a method for reducing transmission error transmission of differential quantized correlation information according to the present invention is applied. Indicating,
  • FIG. 6 illustrates an operation process of a wireless system to which the differential channel correlation information quantization method is applied according to the present invention
  • FIG. 7 is a graph illustrating performance test results of a wireless system to which the channel correlation information quantization method according to the present invention is applied.
  • FIG 8 is a graph showing the result of the phase correlation coefficient change according to the speed and feedback period of a user in a wireless system to which the channel correlation information quantization method according to the present invention is applied.
  • the present invention relates to a method and apparatus for reducing the amount of information required for quantization by using a technique of differential quantization of channel information in a multi-antenna system in which channel correlation exists, and looks at the present invention through an embodiment according to the present invention. Shall be.
  • Differential quantization method of channel information in a multi-antenna wireless system according to the present invention and in a wireless system using the same by using a characteristic that the channel correlation information changes relatively slowly, considering only the partial region where the channel correlation information can be changed By differentially quantizing and feeding back information By reducing the feedback burden of channel correlation information, the system capacity can be improved.
  • FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of a channel correlation information quantization method and a wireless system using the same according to the present invention.
  • the first quantization and feedback use the main codebook which quantizes the entire area where channel correlation information can be expressed, and return an index of the representative value thereof, and change the channel correlation information from the next cycle. Return the exponent of the representative value for.
  • the single or multi-user terminal 200a or 2001 extracts a pilot signal from the received signal transmitted from the base station 100 and obtains channel correlation information from the channel correlation information estimator 225.
  • the channel correlation information quantizer 250 quantizes the entire area for the channel correlation information and returns the quantized channel correlation information to the base station.
  • the multi-eigen beam shaper 120 of the base station uses the feedback information to form a multi-uniform sequence of channel correlation information for the user terminal and transmits the user terminal signal through the signal generator 110.
  • the user terminal and the base station store the quantized channel correlation information in the channel correlation information storage units 150 and 233.
  • the channel correlation information change calculator 231 calculates the change amount of the channel correlation information
  • the channel correlation information change quantizer 245 uses the sub-codebook to return the index of the representative value of the change amount of the channel correlation information. do.
  • the channel correlation information calculator 140 of the base station updates the current channel correlation information by using the variation information of the feedback channel correlation information and the channel correlation information stored in the previous feedback period.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a multiple antenna system to which the present invention is applied.
  • Equation 1 the user terminal / A reception signal received through the reception antenna may be expressed as in Equation 1 below.
  • Equation 2 denotes a complex Gaussian noise signal with an average of 0 and a variance of N 0 .
  • a plurality of eigen-beams are simultaneously formed in the direction of the main eigenvector ⁇ ⁇ of the channel correlation matrix R of the user terminal / to transmit a signal. Improved system capacity performance can be obtained.
  • a unique vector u corresponding to the respective M. ,, ..., is defined as the unique vector that corresponds to the maximum eigenvalue of u ⁇ .
  • the system capacity is an ideal case of using accurate channel correlation information.
  • the system capacity is expressed as follows.
  • ⁇ Table 1> is an example of a main codebook of channel correlation information, in which case it is quantized to 3 bits, that is, as shown in ⁇ Table 1>.
  • the codebook creates a codebook that uniformly quantizes the entire region [, 2 ⁇ ] that the phase of the channel correlation coefficient may have, and returns the index value of the corresponding code.
  • the channel correlation information has a relatively slow changing characteristic, and the time-varying characteristics of the channel correlation information vary depending on the speed of the user terminal or the feedback cycle of the channel correlation information. Therefore, the conventional technique of simply quantizing and returning the entire area that can be represented by channel correlation information without considering channel characteristics is inefficient.
  • the channel change coefficient is quantized using a sub-codebook considering only a partial region where the phase can actually change, and the corresponding codebook index is returned.
  • FIG. 4 is an embodiment of a channel correlation information quantization method and a wireless system using the same.
  • the single or multi-user terminal 200a or 2001 extracts a pilot signal from the received signal transmitted from the multiple transmit antennas 130 of the base station 100 in the multiple receive antennas 210a and 2101 and uses the channel correlation information.
  • the estimator 225 obtains respective channel correlation information.
  • Channel correlation The information quantizer 250 quantizes it and returns quantized channel correlation information to a base station through an uplink channel.
  • the multi-eigen beam shaper 120 of the base station uses this information to form a multi-eigen sequence using the maximum eigenvector of the channel correlation information for the user terminal and transmits the user terminal signal through the signal generator 110.
  • This signal is transmitted to the user terminal via a channel, and the user terminal receives it and demodulates the data based on the channel estimation information estimated by the channel estimator 221.
  • the first quantization and feedback use the main codebook to quantize the entire area where the channel correlation information can be expressed as shown in Table 1, and return the index of the representative value thereof.
  • the user terminals 200a and 2001 and the base station 100 store the quantized channel correlation information in the channel correlation information storage units 150 and 233.
  • the channel correlation information change calculator 231 calculates the change amount of the channel correlation information
  • the channel correlation information change quantizer 250 uses the sub-codebook to return the index of the representative value of the change amount of the channel correlation information. do .
  • Table 3 below shows a fixed bit-based sub codebook designed according to the maximum amount of change in channel correlation information.
  • Table 4 below shows channel correlation. It represents a red coded bit-based sub codebook designed according to the maximum change amount of information.
  • the sub codebook is used to calculate an index of the representative value for the change amount of channel correlation information.
  • the channel correlation information calculator 140 of the base station calculates the current channel correlation information using the variation information of the feedback channel correlation information and the channel correlation information stored in the previous feedback period as shown in ⁇ Equation 8>. To update.
  • R ( (iA) + AR (i) where. Denotes the feedback period of the channel correlation information, and ⁇ ( ⁇ ) denotes the amount of change in the channel correlation information, thus greatly reducing or reducing the feedback burden of the channel correlation information.
  • the quantized channel correlation information fed back uplink is fed back through the uplink channel as in the conventional techniques of quantizing and feeding back instantaneous channel information, but a channel error occurs during transmission. There is a number.
  • the present invention uses the main codebook to extract channel correlation information at intervals or when a transmission error occurs, as shown in FIG. Quantize and feed back.
  • the period of feedback of the quantized information using the main codebook is performed by the uplink signal quality measuring unit 170 of the base station 100. Measuring the signal quality (y l up ,) of the uplink reception signal and notifying it to the user terminal 200 or checking the cyclic redundancy of the uplink channel in the feedback channel CRC checker 180 of the base station 100 (cycl ic).
  • the redundancy check (CRC) bit value can be checked to indicate whether a transmission error is indicated by a ACK / NACK message.
  • the main codebook feedback period determiner 260 of the user terminal 200 lowers the probability that a correlation error may occur when the quality of the uplink signal is good, and thus the main codebook. It is possible to lengthen the period for quantizing the channel correlation information by using, and increase the probability that a correlation error can occur when the quality of the uplink signal is poor, so that the period for quantizing the channel correlation information using the main codebook can be shortened. .
  • the main codebook may be quantized and fed back to the main codebook to adjust the period of the main codebook according to the transmission error.
  • the user terminal 200 estimates its own speed in the user terminal speed estimator 223 and calculates the maximum range in which channel correlation information may be partially changed as shown in Equation 9 below.
  • the number of quantized bits according to the amount of change or the feedback period of channel correlation information. You can adjust it.
  • V ⁇ ⁇ 7 J
  • d, D, and AS represent the wavelength of the signal, the base station antenna spacing, the distance from the base station, and the angular spread, respectively, and AoD, the start angle of the user terminal /, The change in the starting angle of the user terminal is represented, and J 2 (x) represents the z-order first Bessel function.
  • the base station and the user terminal should be promised by quantizing the information about the maximum change amount of channel correlation information as shown in Table 5 above.
  • the base station and the user terminal should promise a sub-codebook designed according to the maximum amount of change in the channel correlation information as shown in Table 3 or Table 4.
  • FIG. 6 illustrates an overall operation procedure between a base station and a user terminal for differential feedback of channel correlation information according to the present invention.
  • the user terminal 200 receives a pilot signal (S110) and estimates channel correlation information in the channel correlation information estimator 225. Then, it is stored in the channel correlation information storage unit 233 and the representative value index of the main codebook representing the feedback is fed back to the base station through the uplink channel (S120).
  • the base station 100 stores this in the channel correlation information storage unit 150 and forms a multiple unique beam using the same to transmit a data signal to the user terminal (S130).
  • the user terminal 200 measures a change range of the channel correlation information and returns a representative value index of the sub codebook expressing the change to the base station 100 through the uplink channel (S210).
  • the base station 100 uses this to calculate channel correlation information Form a beam to transmit a data signal (S230) to the user terminal 200.
  • the base station 100 checks the value of the redundancy check bit value of the uplink channel (S220) and checks whether the uplink transmission error occurs through the ACK / NACK message to the user terminal 200. I can tell you. (S221) If the user terminal 200 receives a no-answer message from the base station 100, an error in the uplink channel has occurred, and thus initializes the channel correlation information storage (S225) and returns the main codebook feedback (S100). After performing the sub-codebook feedback process (S200) is repeated.
  • FIG. 7 compares the performance of using the channel correlation information quantization scheme proposed in the multiplex eigenformation technique and the technique considered in the IEEE 802.16m standard.
  • the magnitude of the channel correlation coefficient denotes the phase of the channel correlation coefficient.
  • the quantization of the channel correlation information to an infinite number of bits provides an ideal performance regardless of the maximum variation of the channel correlation information, but cannot be operated in a real environment.
  • the channel correlation information quantization scheme conventionally considered in IEEE 802.16m it can be seen that performance degradation occurs compared to the ideal performance.
  • the proposed quantization technique using the 3 bit fixed sub-codebook provides improved performance compared to the channel correlation information quantization scheme previously considered in IEEE 802.16m by using the same 3 bits.
  • the number of quantization bits is reduced without reducing the system capacity. It is possible to provide a channel correlation information quantization method that can improve the performance of a system by reducing the amount of feedback information in a channel or by using the same number of quantization bits.
  • the quantization is differentially quantized in consideration of only a partial region where the channel correlation information may actually change.
  • the burden of the feedback signal amount on the uplink can be reduced.

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Abstract

본 발명은, 다중 안테나를 사용하여 다중 사용자 단말기에게 신호를 전송하는 무선통신 시스템의 통신 방법에 있어서, 사용자 단말기의 채널 상관 정보에 대한 전체 영역을 양자화하여 주 코드북을 생성하고, 상기 주 코드북에 대한 대표값 지수를 기지국으로 궤환하여 상기 주 코드북에 대한 대표값 지수를 이용하여 다중 고유 빔을 형성하여 데이터 신호를 전송하는 주 코드북 궤환 단계 및 상기 채널 상관 정보의 변화량에 기초하여 상기 채널 상관 정보의 부분 영역만을 차등적으로 양자화하여 부 코드북을 생성하고 상기 부 코드북에 대한 대표값 지수를 기지국으로 궤환하여 상기 부 코드북에 대한 대표값 지수를 이용하여 다중 고유 빔을 형성하여 데이터 신호를 전송하는 부 코드북 궤환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법과 이를 적용한 무선 시스템이며, 이와 같은 본 발명에 의하면 다중 안테나 기술을 이용하는 무선 통신 시스템에서 시스템의 용량은 감소시키지 않으면서 양자화 비트 수를 줄여 상향링크로의 궤환 정보량을 줄이거나 또는 같은 양자화 비트 수를 써서 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 채널 상관 정보 양자화 방법을 제공할 수 있다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
다중 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 및 이를 적용한 시스템
【기술분야】
본 발명은 다중 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 및 이를 이용하는 무선 시스템에 관한 것으로서， 채널에 상관도가 존재하는 다중 안테나 시스템에서 채널 정보를 양자화하는데 필요한 정보량을 줄이기 위해 채널 정보를 차등적으로 양자화하여 궤환하는 방법 및 이를 적용한 무선 시스템에 관한 것이다.
【배경기술】
다증안테나 기술은 무선통신 시스템의 채널 용량 (capacity)올 획기적으로 향상시키기 위한 전송 방식으로 주목을 받고 있다. 만약 기지국이 사용자 단말기에 대한 순시 채널정보 (instantaneous channel state information)를 알고 있다면 단일사용자 단말기 환경인 경우에는 특이치분해 (singular value decomposition; SVD) 기반의 기법 또는 단일 범형성 (beamforming) 기반의 기법을 이용하고， 다중사용자 단말기 환경인 경우에는 더티페이퍼코딩 (dirty paper coding; DPC) 기반의 기법, 또는 다중 빔형성 기반의 기법을 이용하여 시스템 용량 관점에서 향상된 성능을 제공할 수 있다.
일반적으로 이를 지원하기 위해 사용자 단말기는 기지국으로부터 데이터 신호와 함께 수신되는 파일럿 (pilot) 신호 등을 이용해 채널 정보를 추정하고, 이를 고정된 비트 (bit) 크기로 양자화 (quantization)하여 상향링크 채널을 통해 기지국에 궤환한다.
즉， 종래기술은 채널 상관 정보가 표현될 수 있는 전체 영역을 양자화하여 이에 대한 대표값의 지수를 궤환하므로 이를 위한 상향링크로의 궤환신호량에 대한 부담이 생기는 큰 문제점을 가지고 있다.
이러한 양자화 신호량을 감소시키기 위해 다양한 순시 채널정보 양자화 기법들이 제안되었다. 그러나 순시 채널정보를 양자화하여 궤환하는 종래 기법들의 경우 채널정보를 짧은 주기로 궤환해야 하므로 상향링크로의 궤환 정보량 부담이 여전히 크다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 완화시키기 위해 사용자 단말기의 평균 채널정보 (statistical channel state information)에 해당하는 채널상관 정보를 이용하여 범을 형성함으로써 시스템 용량을 향상시킬 수 있는 단일 또는 다중 고유 범 형성 (eigen-beamforming) 기 법 이 제안되었다. 이 러한 기법들의 경우 사용자 단말기가 채널상관 정보를 추정하여 비교적 긴 주기로 궤환하기 때문에 상향링크로의 궤환 부담이 크게 감소된다는 장점 이 있다.
그러나 종래기술에 대한 분석에 따르면 이 정보 역시 고정된 비트 수로 양자화하여 기지국으로 궤환해야 하므로 성능이 제한을 받게 된다. 따라서 채널상관 정보를 궤환하는 데 있어 시스템 용량은 감소시 키지 않으면서도 기존 방식보다 양자화 비트 수를 줄여 상향링크로의 궤환 정보량을 줄이거나， 같은 양자화 비트 수를 써서 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 채널상관 정보 양자화 기법 이 바람직하다.
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서， 다중 안테나 기술을 이용하는 무선 통신 시스템에서 상향링크로의 궤환 정보량 부담을 감소시 키기 위한 채널 정보의 차등적 양자화 방법과 이를 적용하는 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
특히 , 종래기술에 따른 고정된 비트 수로 양자화하여 기지국으로 궤환하는 방식의 성능 제한을 극복하여 채 널상관 정보를 궤환하는데 있어서 시스템의 용량은 감소시 키지 않으면서도 종래기술 방식보다 양자화 비트 수를 줄여 상향링크로의 궤환 정보량을 줄이거나 같은 양자화 비트 수를 써서 성능을 향상시킬 수 있는 채널상관 정보 양자화 방법과 이를 적용하는 장치를 제공하고자 한다.
【기술적 해결방법】
상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명은， 다중 안테나를 사용하여 다중 사용자 단말기에 게 신호를 전송하는 무선통신 시스템의 통신 방법에 있어서， 사용자 단말기의 채널 상관 정보에 대한 전체 영 역을 양자화하여 주 코드북을 생성하고， 상기 주 코드북에 대한 대표값 지수를 기지국으로 궤환하여 상기 주 코드북에 대한 대표값 지수를 이용하여 다중 고유 빔을 형성하여 데이터 신호를 전송하는 주 코드북 궤환 단계 및 상기 채 널 상관 정보의 변화량에 기초하여 상기 채널 상관 정보의 부분 영 역만을 차등적으로 양자화하여 부 코드북을 생성하고 상기 부 코드북에 대한 대표값 지수를 기지국으로 궤환하여 상기 부 코드북에 대한 대표값 지수를 이용하여 다중 고유 빔을 형성하여 데이터 신호를 전송하는 부 코드북 궤환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법을 포함한다.
바람직하게는 상기 전체 영역이 양자화된 채널상관 정보 또는 상기 부분 영역이 양자화된 채널상관 정보를 저장하는 단계를 더 포함하며， 상기 부 코드북 궤환 단계는， 이전 주기의 양자화된 채널상관 정보와 현재 양자화된 채널상관 정보를 대비하여 상기 채널 상관 정보의 변화량을 산출할 수 있다. 여기서 부 코드북 궤환 단계에서， 상기 부 코드북은， 최대 채널 변화량을 고려하여 생성되되， 상기 최대 채널 변화량은 하기 <식 10>에 의해 산출되며,
[식 10]
ᅀ (0-/ -ᅀ^
여기서 , 는 채널상관 정보가 변할 수 있는 최대 범위 , Α(ί-Δ)는 이전 정보 궤환 시간에서의 채널상관계수를 나타내며 P mx(t)는 하기 <식
9>에 의해 산출되며，
[식 9]
(0 = J0 {2πάΙλ) + 2¾J2/ {2nd I l)cos(2 (AoDt (t-At) + ΔΑο0( ))sinc(2AS) +·/.ί 2∑ J2/+i {2πά I )sin ((2/ + l)(AoDt (/ - At) + Δ AoD, )) sine ((2/ + 1) AS) 여기서 A ， d , D , AS는 각각 신호의 파장， 기지국 안테나 간격， 기지국과의 거리， 각도 확산도를 나타내고， AoD,는 사용자 단말기 /의 출발각, ΔΑοΟ, =ν,Δ 0 는 사용자 단말기의 속도에 따른 사용자 단말기 출발각의 변화를 나타내며, Λ ( 는 ζ차 1종 베셀 함수 (Bessel function)를 나타낸다.
또한 상기 부 코드북은, 그 크기를 일정하게 유지하고 채널상관 정보의 최대 변화량에 따라 양자화 정밀도를 조절하는 고정 비트 방식 또는 양자화 정밀도는 일정하게 유지하고 채널상관 정보의 변화량에 따라 그 크기를 조절하는 적응적 비트 방식으로 생성될 수 있다.
바람직하게는 상기 주 코드북 궤환 단계 수행 후， 반복적으로 부 코드북 궤환 단계를 수행할 수 있다.
나아가서 기설정된 일정 주기마다 또는 상향링크에서 전송 오류가 인지되는 경우에， 상기 주 코드북 궤환 단계를 수행할 수 있다.
또한 본 발명은， 채널 상관도가 존재하는 다중 안테나 무선 시스템에 있어서， 채널상관 정보를 추정하는 채널상관 정보 추정기; 채널상관 정보에 대한 전체 영역을 양자화하여 주 코드북과 상기 주 코드북에 대한 대표값 지수를 획득하는 채널상관 정보 양자화기; 채널상관 정보의 변화량을 산출하는 채널상관 정보 변화량 계산기; 및 채널상관 정보에 대한 일부 영역을 양자화하여 부 코드북과 상기 부 코드북에 대한 대표값 지수를 획득하는 채널상관 정보 변화량 양자화기를 포함하며, 상기 주 코드북에 대한 대표값 지수 또는 부 코드북에 대한 대표값 지수를 기지국으로 궤환하는 사용자 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 정보의 차등적 양자화 방법을 적용하는 다중 안테나 무선 시스템을 포함한다 .
나아가서 상기 사용자 단말기로부터 궤환되는 대표값 지수에 기초하여 채 널상관 정보를 산출하는 채널상관 정보 계산기 ; 및 다중 고유빔을 형성하는 다중 고유 범 형성기를 포함하는 기지국을 포함한다.
바람직하게는 상기 사용자 단말기 및 기지국은， 양자화된 채 널 상관 정보를 저장하는 채널상관 정보 저장기를 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 기지국은， 상향링크 수신 신호의 신호품질을 측정하는 상향링크 신호품질 측정기 ; 및 상향링크 채널의 순환중복확인 (CRC) 비트 값을 검사하여 전송 오류 여부를 판단하는 궤환채널 CRC 검사기를 더 포함하고， 상기 사용자 단말기는， 상기 기지국의 상향링크 신호품질 측정기에서 측정된 신호 품질 또는 궤환채널 CRC 검사기에서 판단된 오류 여부에 기초하여 주 코드북 궤환주기를 결정하는 주 코드북 궤환주기 결정기를 더 포함할 수 있다.
【유리한 효과】
이 와 같은 본 발명에 따르면， 다중 안테나 기술을 이용하는 무선 통신 시스템에서 시스템의 용량은 감소시키지 않으면서 양자화 비트 수를 줄여 상향링크로의 궤환 정보량을 줄이거나 또는 같은 양자화 비트 수를 써서 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 채널 상관 정보 양자화 방법을 제공할 수 있다.
특히， 채널 상관 정보가 비교적 천천히 변하는 특성을 이용하여 채널 상관 정보를 양자화하는데 있어 채널 상관 정보가 실제적으로 변화할 수 있는 부분 영역만을 고려하여 차등적 (differentially)으로 양자화하고 이를 궤환함으로써 상향링크로의 궤환 신호량 부담을 감소시킬 수 있게 된다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 범형성 기반의 다중 안테나 시스템의 구성도를 나타내며， 도 2는 종래의 채널상관 정보 양자화 기법의 개념도를 도시하며, 도 3은 본 발명에 따른 채널상관 정보 양자화 기법의 개념도를 도시하며 ,
도 4는 본 발명에 따른 채널상관 정보 양자화 방법을 적용하는 무선 시스템에 대한 실시예의 구성도를 나타내며，
도 5는 본 발명에 따른 차등 양자화된 상관 정보의 전송 오류 전달을 감소하기 위한 방법이 적용되는 무선 시스템에 대한 실시예의 구성도를 나타내며，
도 6은 본 발명에 따른 차등 채널상관 정보 양자화 방법 이 적용된 무선 시스템의 동작 과정을 도시하며，
도 7은 본 발명에 따른 채 널상관 정보 양자화 방법을 적용하는 무선 시스템의 성능 테스트 결과 그래프를 도시하며，
도 8은 본 발명에 따른 채 널상관 정보 양자화 방법을 적용하는 무선 시스템에서 사용자의 속도와 궤환 주기에 따른 채널상관계수 위상 변화의 결과 그래프를 도시한다.
【발명의 실시를 위 한 최선의 형 태】
본 발명은 채널상관도가 존재하는 다중안테나 시스템에서 채 널 정보를 차등 양자화하는 기법을 사용하여 양자화에 필요한 정보량을 줄이는 방법 및 장치에 관한 것으로서， 본 발명에 따른 실시 예를 통해 본 발명을 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 다중 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 및 이를 이용하는 무선 시스템에서는 채널상관 정보가 비교적 느리 게 변하는 특성을 이용하여， 채널상관 정보가 변화될 수 있는 부분 영 역만을 고려하여 채널 정보를 차등적으로 양자화하여 궤환함으로써 채널상관 정보의 궤환 부담을 크게 감소시 켜 시스템의 요량을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따론 채널상관 정보 양자화 방법과 이를 적용한 무선 시스템에 대한 실시 예의 구성도를 나타낸다.
본 발명에서는 채널상관 정보를 양자화하는데 있어서 첫번째 양자화 및 궤환은 채널 상관 정보가 표현될 수 잇는 전체 영 역을 양자화하는 주 코드북을 사용해 이에 대한 대표값의 지수를 궤환하고 다음 주기부터는 채널상관 정보의 변화량에 대한 대표값의 지수를 궤환한다.
이를 위해 우선 첫번째 주기에서 단일 또는 다중 사용자 단말기 (200a, 2001 )는 기지국 (100)으로부터 전송된 수신 신호로부터 파일럿 신호를 추출하고， 채널상관 정보 추정기 (225)에서 각자의 채널상관 정보를 획득한다. 그리고 채 널상관 정보 양자화기 (250)에서 채널상관 정보에 대한 전체 영 역을 양자화하고 양자화된 채 널상관 정보를 기지국으로 궤환한다. 기지국의 다중 고유빔 형성기 (120)에서는 궤환된 정보를 이용하여 사용자 단말기에 대한 채널상관 정보의 다중 고유범을 형성하여 신호 생성기 ( 110)를 통해 사용자 단말기 신호를 전송한다. 사용자 단말기와 기지국은 상기 양자화된 채널 상관 정보를 채널상관 정보 저장기 (150， 233)에 저장한다. 그리고 다음 주기부터는 채널상관 정보 변화량 계산기 (231)에서 채널상관 정보의 변화량을 계산하고， 채널상관 정보 변화량 양자화기 (245)에서는 부 코드북을 사용해 채 널상관 정보의 변화량에 대한 대표값의 지수를 궤환한다.
이후 기지국의 채 널상관 정보 계산기 (140)에서는 궤환된 채널상관 정보의 변화량 정보와 이전 궤환 주기에서 저장된 채널상관 정보를 이용해 현재의 채널상관 정보를 갱신한다.
【발명의 실시를 위한 형 태】
본 발명과 본 발명의 동작상의 이 점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저， 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서， 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며， 단수의 표현은 문맥상 명 백하게 다르게 뜻하지 않는 한， 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서， "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기 재된 특징， 숫자， 단계， 동작， 구성요소， 부품 또는 이들을 조합한 것 이 존재함을 지정하려는 것이지， 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자， 단계， 동작, 구성요소， 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서， 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 도 1은 본 발명이 적용되는 다중 안테나 시스템의 개략적인 구성도를 도시한다.
우선 M개의 송신 안테나 (130)를 가지는 기지국이 i(l≤ ≤M) 명의 사용자 단말기 (200a, 2001)에게 동시에 전송하는 다중 사용자 단말기의 다중 안테나 범형성 (beamforming) 시스템을 가정한다.
기지국 (100)의 빔형성기 (120)에서는 신호생성기 (110)에서 생성되는 신호 s ( s = [s, … )에 빔형성 가중치 w ( W = [w, … Wi] )을 곱하여 송신 신호를 생성한다.
… M ]r 은 사용자 단말기 / (ι≤/≤ ) 신호의 정규화된 (normalized) 빔형성 백터이며， Ar 는 행렬 A 의 전치 행렬 (transpose matrix)을 나타낸다. 기지국 (100)과 사용자 단말기 / 사이의 채널 백터를 h, ( h, =[hn … ᅵ )라고 하면, 사용자 단말기 /이 수신안테나를 통해 수신하는 수신 신호는 하기 <식 1>과 같이 표현할 수 있다.
[식 1]
y, =h/Ws + ?/
여기서 상기 «, 은 평균이 0 이고 분산이 N0 인 복소 가우시안 잡음 (complex Gaussian noise) 신호를 나타낸다. 기지국에서 사용자 단말기 /로의 채널의 상관 행렬을 R,이라 할 경우, 채널 백터 h,은 하기 <식 2>와 같이 표시할 수 있다.
[식 2] 여기서 상기 6, ( b, =[h - ] )는 공간적으로 상관도가 없는 채널 백터로서 즉， 평균이 0 이고 분산이 1인 독립적이고 동일한 분포를 갖는 (independent and identically distributed; i.i.d.) 복소 가우시안 채널 백터이며， 채널상관 행렬 R,은 하기 <식 3>과 같이 나타낼 수 있다.
[식 3]
E{ Mh'} ··■ E{hMh;M}
Figure imgf000015_0001
이때 A*는 행렬 A의 복소전치 행렬 (Hermitian matrix)을 나타내고， £{A}는 A의 기대값 연산자 (expect at ion operator)를 나타내며， p, 는 사용자 단말기 /의 채널상관계수를 나타낸다.
종래에 제안된 고유 범형성 (eigen-beamforming) 기법은 사용자 단말기 /의 채널상관 행렬 R,의 주 고유백터 ιιΛ 방향으로 하기 <식 4>와 같이 다수의 고유 범을 동시에 형성하여 신호를 전송하여 향상된 시스템 용량 성능을 얻을 수 있다.
[식 4]
W = [ulmax … 腿]
여기서 사용자 단말기 /의 채널상관 행렬 R,의 주 고유백터 u,. 는 하기 <식 5>와 같이 R,을 고유치 분해 (eigen-value decomposition; EVD) 했을 때 얻어지는 고유치 ,…， M 각각에 해당하는 고유백터 u,.,,...,u^ 중 최대 고유치 에 해당하는 고유백터로 정의된다.
[식 5]
R, = υ,Λ,υ;
Figure imgf000016_0001
이 때 상기 빔형성 기법을 통해 얻을 수 있는 시스템 용량은 하기 <식
6>과 같이 표현된다. [식 6]
Figure imgf000017_0001
여기서 은 사용자 단말기 /의 평균 신호대잡음비 (signal-to-noise ratio; SNR)를 나타낸다.
그러나 상기의 시스템 용량은 정확한 채널상관 정보를 사용하는 이상적인 경우이며， 양자화된 채널상관 정보를 이용하는 경우 시스템 용량은 하기 <식 7>과 같이 표현된다.
[식 7]
Figure imgf000017_0002
여기서 ΰ, 는 사용자 단말기 /의 양자화된 채널상관 행렬 의 주 고유백터를 나타낸다.
도 2는 양자화된 채널상관 정보를 사용하는 종래 기법을 개념적으로 나타낸다.
종래 양자화 기법의 경우 채널 정보가 표현될 수 있는 전체 영역을 고려하여 양자화한다. 하기 <표 1>은 채널상관 정보의 주 코드북 예시로서 3 비트로 양자화한 경우인데， 즉 하기 <표 1>과 같이 채널상관계수의 위상을 예를 들어 살펴보면 채널상관계수의 위상이 가질 수 있는 전체 영 역 [ ,2π] 를 균일하게 양자화하는 코드북을 만들고 해당되는 코드의 지수 ( index) 값을 궤환한다.
[표 1]
Figure imgf000018_0001
그러나 실제 환경에서 채널상관 정보는 비교적 느리 게 변하는 특성을 가지고 있으며， 이러한 채널상관 정보의 시변 특성은 사용자 단말기의 속도나 채널상관 정보의 궤환 주기에 따라 달라진다. 따라서 채널의 특성을 고려하지 않고 단순히 채 널상관 정보가 나타낼 수 있는 전체 영 역을 양자화하여 궤환하는 종래의 기법은 비 효율적이다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 채널상관 정보 양자화 기 법을 개념 적으로 나타낸다.
본 발명에 따른 양자화 기법의 경우， 채 널상관 정보가 비교적 느리 게 변하는 특성을 이용하여 채널상관 정보가 변화될 수 있는 부분 영 역만을 고려하여 양자화한다. 하기 <표 2>는 채널상관 정보의 부 코드북 예시로서 3 비트 양자화한 경우로서 여기서 ^^, =0.25 이다. 예를 들어， 하기 <표
2>와 같이 채널상관계수의 위상의 경우, 위상이 실제적으로 변화할 수 있는 부분 영역만을 고려한 부 코드북 (sub-codebook)을 이용하여 채널 변화량을 양자화하여 이에 해당하는 코드북 지수를 궤환한다.
[표 2]
Figure imgf000019_0001
본 발명에 따른 채널상관 정보 양자화 방법과 이를 적용한 무선 시스템에 대한 실시예인 도 4를 통해 본 발명을 다시 자세히 살펴보기로 한다.
먼저 단일 또는 다중 사용자 단말기 (200a ,2001)는 다중 수신 안테나 (210a, 2101)에서 기지국 (100)의 다중 송신 안테나들 (130)로부터 전송된 수신 신호로부터 파일럿 신호를 추출하고, 이를 이용해 채널상관 정보 추정기 (225)에서 각자의 채널상관 정보를 획득한다. 이후 채널상관 정보 양자화기 (250)에서 이를 양자화하고 양자화된 채널상관 정보를 상향링크 채널을 통해 기지국으로 궤환한다.
기지국의 다중 고유빔 형성기 ( 120)에서는 이 정보를 이용하여 사용자 단말기에 대한 채널상관 정보의 최대 고유백터를 사용하여 다중 고유범을 형성하여 신호 생성기 (110)를 통해 사용자 단말기 신호를 전송한다. 이 러한 신호는 채널을 거 쳐 사용자 단말기에 게 전송되며， 사용자 단말기는 이를 수신하고 채널 추정기 (221)에서 추정된 채널추정정보를 바탕으로 데이터를 복조한다.
상기 채 널상관 정보를 양자화하는데 있어서 첫 양자화 및 궤환은 상기 <표 1>과 같이 채널상관 정보가 표현될 수 있는 전체 영 역을 양자화하는 주 코드북을 사용해 이에 대한 대표값의 지수를 궤환한다.
사용자 단말기 (200a,2001 )와 기지국 (100)은 상기 양자화된 채 널상관 정보를 채 널상관 정보 저장기 ( 150,233)에 저장한다. 그리고 다음 주기부터는 채 널상관 정보 변화량 계산기 (231)에서 채널상관 정보의 변화량을 계산하고， 채널상관 정보 변화량 양자화기 (250)에서는 부 코드북을 사용해 채널상관 정보의 변화량에 대한 대표값의 지수를 궤환한다 . 예시 적으로 하기 <표 3>은 채 널상관 정보의 최대 변화량에 따라 설계된 고정 비트 기 반의 부 코드북을 나타내고， 하기 <표 4>는 채널상관 정보의 최대 변화량에 따라 설계된 적웅적 비트 기반의 부 코드북을 나타내는데, 이와 같은 부 코드북을 사용해 채널상관 정보의 변화량에 대한 대표값의 지수를 궤한하게 된다.
[표 3]
Figure imgf000021_0001
4]
Figure imgf000021_0002
13 ᅳ - - 0.375Λ-
14 - - - 0.4375^
15 - - - 0.5π 이후 기지국의 채널상관 정보 계산기 (140)에서는 궤환된 채널상관 정보의 변화량 정보와 이전 궤환 주기에서 저장된 채널상관 정보를 이용해 현재의 채널상관 정보를 하기 <식 8>과 같이 계산하여 갱신한다.
[식 8]
R( = (i-A) + AR(i) 여기서. 는 채널상관 정보의 궤환 주기를 나타내며， Δά(ί)는 채널상관 정보의 변화량을 나타낸다. 따라서 채널상관 정보의 궤환 부담을 크게 감소시키거나 동일한 궤환 부담으로 시스템 용량을 크게 향상시킬 수 있다. 상향링크로 궤환되는 양자화된 채널상관 정보는 순시 채널정보를 양자화하여 궤환하는 종래 기법들의 경우와 마찬가지로 상향링크 채널을 통해서 궤환되나， 전송 중에 채널 오류가 발생할 수가 있다.
전송 오류로 인한 차등 양자화기의 복조 (decoding) 성능 저하를 감소시키기 위하여， 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이 일정 주기 ( Γ )마다 또는 전송 오류가 발생하였을 때 주 코드북을 사용해 채널 상관 정보를 양자화하여 궤환한다. 이때 주 코드북을 사용하여 양자화한 정보를 궤환하는 주기는 기지국 (100)의 상향링크 신호품질 측정기 (170)에서 상향링크 수신 신호의 신호품질 ( yl up, )을 측정하고 이를 사용자 단말기 (200)에 게 알려주거나 기지국 (100)의 궤환채널 CRC 검사기 (180)에서 상향링크 채 널의 순환중복확인 (cycl ic redundancy check; CRC) 비트 값을 검사하여 전송 오류 여부를 웅답 /무응답 (ACK/NACK) 메시지를 통해 알려줌으로써 조절할 수 있다. 즉 상향링크 수신 신호의 신호품질을 이용하는 경우， 사용자 단말기 (200)의 주 코드북 궤환주기 결정기 (260)에서는 상향링크 신호의 품질이 좋은 경우 상관 정보가 전송 오류가 생길 수 있는 확를이 낮아지므로 주 코드북을 사용해 채널상관 정보를 양자화하는 주기를 길게 하고， 상향링크 신호의 품질이 나쁜 경우 상관 정보가 전송 오류가 생길 수 있는 확를이 높아지므로 주 코드북을 사용해 채널상관 정보를 양자화하는 주기를 짧게 할 수 있다. 반면， 웅답 /무웅답 메시지를 이용하는 경우， 기지국으로부터 무웅답 (NACK) 메시지가 전송될 때 마다 주 코드북으로 양자화하여 궤환함으로써 전송 오류에 따라 주 코드북의 주기를 적웅적으로 조절 할 수 있다.
한편 사용자 단말기 (200)는 사용자 단말기 속도 추정기 (223)에서 자신의 속도를 추정하여 채 널상관 정보가 부분적으로 변할 수 있는 최 대 범위를 하기 <식 9>와 같이 계산하여 적웅적으로 채널상관 정보의 변화량을 조절하거나 채널상관 정보의 궤환 주기에 따라 양자화 비트 수를 적웅적으로 조절할 수 있다.
[식 9] ,m!«( = Jo (2πά/λ) + 2^J2i (2πά / A)cos(2i(AoOk(t― At) + ΔΑο0, ))sinc(2/AS)
+yf2 J2 +1 (2^/ )sin ((2/ + l)(AoDA (/― At) + ΔΑο0/ ))sinc((2 + l)AS)
V ϊ=ο 7 J 여기서 d , D , AS는 각각 신호의 파장， 기지국 안테나 간격 , 기지국과의 거리, 각도 확산도를 나타내고 AoD, 는 사용자 단말기 / 의 출발각， ^뼤 tlD는 사용자 단말기 속도에 따른 사용자 단말기 출발각의 변화를 나타내며， J2(x)는 z차 1종 베셀 함수 (Bessel function)를 나타낸다. 사용자 단말기는 상기 <식 9>와 이전 궤환 주기에서의 채널상관 정보 ά^-Δθ의 채널상관계수 — Δ0와의 차이를 구하면 채널상관계수의 최대 변화량을 하기 <식 10>과 같이 구할 수 있다.
[식 10]
Figure imgf000024_0001
이와 마찬가지로 채널상관계수의 크기와 위상의 최대 변화량도 <하기 식 11>과 같이 구할 수 있다.
[식 11]
ᅀ" (0-", ( ᅀ^ 각 사용자 단말기는 자신의 속도와 채널상관 정보의 궤환 주기를 고려하여 상기 <식 10>과 같이 구한 채널상관계수의 최 대 변화량을 적웅적으로 부 코드북을 생성할 수 있다 . 하기 <표 5>는 채 널^ 위상의 최대 변화량 Δ^^^ Ο^π 인 경우의 예시 이다.
[표 5]
Figure imgf000025_0001
이를 실제 시스템에 적용하기 위해서는 부 코드북에 대한 정보를 기지국과 공유할 필요가 있다. 따라서 시스템을 설계할 때 채 널상관 정보의 최 대 변화량에 대한 정보를 상기 <표 5>와 같이 미 리 양자화 해서 기지국과 사용자 단말기가 이를 약속하고 있어야 하고， 채널상관 정보의 최대 변화량이 변하는 경우 이에 대한 정보를 궤환한다. 또한 기지국과 사용자 단말기는 상기 <표 3> 또는 <표 4>의 예시와 같이 채널상관 정보의 최대 변화량에 따라 설계된 부 코드북을 약속하고 있어야 한다. 이 때 상기 <표 3>은 부 코드북의 크기는 일정하게 유지하고 채 널상관 정보의 최 대 변화량에 따라 부 코드북의 정밀도를 조절하는 고정 비트 방식의 부 코드북 예시 이고， 상기 <표 4>는 부 코드북의 정밀도는 일정하게 유지하고 채 널상관 정보의 최 대 변화량에 따라 부 코드북의 크기를 조절하는 적웅적 비트 방식의 부 코드북 예시를 나타낸다. 이 때 고정 비트 방식의 부 코드북과 적응적 비트 방식의 부 코드북의 사용은 사용자 단말기 초기 접속 과정 (network entry)에서 차등 궤환을 위 한 부 코드북 모드 설정을 위한 방송용 메시지 (broadcast message)를 정의 함으로써 사용자 단말기에 게 알려 줄 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 채널상관 정보의 차등 궤환을 위 한 기지국과 사용자 단말기 간 전체적 인 동작 절차를 나타낸다.
먼저 사용자 단말기 (200)는 파일럿 신호를 수신 (S110)하고 채널상관 정보 추정기 (225)에서 채 널상관 정보를 추정한다. 그리고 이를 채 널상관 정보 저장기 (233)에 저장 및 이를 표현하는 주 코드북의 대표값 지수를 상향링크 채 널을 통해 기지국에 궤환 (S120)한다.
기지국 (100)에서는 이를 채널상관 정보 저장기 (150)에 저장하고 이를 이용해 다중 고유 빔을 형성하여 사용자 단말기에 게 데이 터 신호를 전송 (S130)한다.
이후부터 사용자 단말기 (200)는 채널상관 정보의 변화 범위를 측정하고 이를 표현하는 부 코드북의 대표값 지수를 상향링크 채널을 통해 기지국 (100)에 궤환 (S210)한다.
기지국 (100)에서는 이를 이용해 채 널상관 정보를 계산하고 다중 고유 빔을 형성하여 사용자 단말기 (200)에 게 데이터 신호 (S230)를 전송한다. 이 때 기지국 (100)에서는 상향링크 채널의 순화중복확인 비트 값을 검사하여 상향링크 전송 오류 여부를 검사 (S220)하고 사용자 단말기 (200)에 게 웅답 /무웅답 (ACK/NACK) 메시지를 통해 이를 알려줄 수 있다. (S221) 만약 사용자 단말기 (200)가 기지국 (100)으로부터 무웅답 메시지를 받으면 상향링크 채 널의 오류가 발생했다는 것 이므로 채 널상관정보 저장기를 초기화 (S225)하고 다시 주 코드북 궤환 과정 (S100)을 수행한 후 부 코드북 궤환 과정 (S200)을 반복하게 된다.
도 7은 다중 고유 범 형성 기 법에 제안된 채널상관 정보 양자화 기법을 사용하는 경우와 종래에 IEEE 802.16m 표준에서 고려하고 있는 기법을 사용하는 경우의 성능을 비교한다.
기지국의 송신 안테나 수가 M = 2 개이고， 사용자 단말기의 수가 1 =2 명 인 경우를 가정하였다. 또한， 성능 평가의 간편화를 위해 모든 사용자 단말기는 동일한 평균 신호대잡음비를 갖고， 채널상관 정보는 하기 <식 12>와 같이 주어진다고 가정한다.
[식 12]
Figure imgf000027_0001
여기서 Ρι = α ' 은 사용자 단말기 I 의 채널상관계수이며 a, 는 채널상관계수의 크기， 은 채널상관계수의 위상을 나타낸다. 상기 도 7에서 살펴볼 .수 있듯이 채 널상관 정보를 무한대 비트 수로 양자화하는 경우는 채널상관 정보의 최 대 변화량에 상관없이 이상적 인 성능을 제공하지만 실제 환경에서는 운용이 불가능하다. 종래에 IEEE 802.16m에서 고려하고 있는 채널상관 정보 양자화 기법의 경우 이상적인 성능에 비해 성능 열화가 발생함을 알 수 있다. 이에 반해 3 비트 고정 부- 코드북을 사용하는 제안 양자화 기 법 의 경우 동일한 3 비트의 사용으로 종래에 IEEE 802.16m에서 고려하고 있는 채 널상관 정보 양자화 기법에 비해 향상된 성능을 제공함을 알 수 있으며， 채널상관 정보의 최 대 변화량이 작을수록 무한대 비트 수로 양자화하는 이상적 인 성능에 근접 한 성능을 보임을 알 수 있다. 또한 최 대 변화량에 따라 2， 3， 4 비트 부 코드북을 적웅적으로 사용하는 제안 양자화 기법의 경우 최 대 변화량이 작은 환경에서는 고정 비트 부 코드북에 비해 성능이 감소하지만， 최 대 변화량이 큰 환경에서는 성능이 증가하는 것을 알 수 있다.
도 8은 사용자 단말기 의 속도와 채널상관 정보의 궤환 주기에 따른 채널상관계수의 위상의 최대 변화량을 나타낸다.
도 8에서 살펴볼 수 있듯이 사용자 단말기의 속도가 빠를수록 채 널상관 정보의 궤환 주기가 길수록 채널상관 정보의 위상의 최대 변화량이 크게 바뀜을 알 수 있다. 따라서 사용자 단말기의 속도 및 궤환 주기에 따라 채널상관계수의 위상의 최대 변화량으로 조절 가능한 부 코드북을 적웅적으로 조절함으로써 제안 차등 채널상관 정보 양자화 기법의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들면， 사용자 단말기의 속도가 100 km/h이고 궤환 주기가 1000 ms인 경우 채널상관계수의 위상의 최대 변화가 대략 40'=0.22;τ이므로 , = 0.25^인 부 코드북을 사용하는 것이 바람직하고 사용자 단말기의 속도가 100 km/h 이고 궤환 주기가 500 ms 인 경우 채널상관계수의 위상의 최대 변화가 대략 2으 =0.1τ이므로 Δ^, =0.125 인 부 코드북을 사용하는 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 및 이를 적용한 무선 시스템에 의하면， 다중 안테나 기술을 이용하는 무선 통신 시스템에서 시스템의 용량은 감소시키지 않으면서 양자화 비트 수를 줄여 상향링크로의 궤환 정보량을 줄이거나 또는 같은 양자화 비트 수를 써서 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 채널 상관 정보 양자화 방법을 제공할 수 있다.
특히, 채널 상관 정보가 비교적 천천히 변하는 특성을 이용하여 채널 상관 정보를 양자화하는데 있어 채널 상관 정보가 실제적으로 변화할 수 있는 부분 영역만을 고려하여 차등적 (differentially)으로 양자화하고 이를 궤환함으로써 상향링크로의 궤환 신호량 부담을 감소시킬 수 있게 된다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서， 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며， 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1]
다중 안테나를 사용하여 다중 사용자 단말기에게 신호를 전송하는 무선통신 시스템의 통신 방법에 있어서，
사용자 단말기의 채널 상관 정보에 대한 전체 영 역을 양자화하여 주 코드북을 생성하고， 상기 주 코드북에 대한 대표값 지수를 기지국으로 궤환하여 상기 주 코드북에 대한 대표값 지수를 이용하여 다중 고유 범을 형성하여 데이 터 신호를 전송하는 주 코드북 궤환 단계 및
상기 채널 상관 정보의 변화량에 기초하여 상기 채널 상관 정보의 부분 영 역만을 차둥적으로 양자화하여 부 코드북을 생성하고 상기 부 코드북에 대한 대표값 지수를 기지국으로 궤환하여 상기 부 코드북에 대한 대표값 지수를 이용하여 다중 고유 범을 형성하여 데이터 신호를 전송하는 부 코드북 궤환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 .
【청구항 2]
겨 1 1 항에 있어서 ,
- 상기 전체 영 역 이 양자화된 채 널상관 정보 또는 상기 부분 영 역 이 양자화된 채널상관 정보를 저장하는 단계를 더 포함하며,
상기 부 코드북 궤환 단계는,
이전 주기의 양자화된 채널상관 정보와 현재 양자화된 채널상관 정보를 대비하여 상기 채널 상관 정보의 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법.
【청구항 3】
제 1 항에 있어서，
부 코드북 궤환 단계에서，
상기 부 코드북은， 최대 채널 변화량을 고려하여 생성되되,
상기 최대 채널 변화량은 하기 <식 10>에 의해 산출되며，
[식 10] 여기서 ΔΡ,, 는 채널상관 정보가 변할 수 있는 최대 범위 , Α(/-Δ 는 이전 정보 궤환 시간에서의 채널상관계수를 나타내며 A,max(0는 하기 <식 9>에 의해 산출되며,
[식 9]
(0 = J0 (2πάΙλ) + + ΔΑο0, ))sinc(2AS)
Figure imgf000032_0001
+j 2£J2/+1(2^/ )sin((2 + l)(AoDt(i-A + AAoD;))sinc((2 + l)AS) 여기서 ;1， d , D , AS 는 각각 신호의 파장， 기지국 안테나 간격 , 기지국과의 거 리 ᅳ 각도 확산도를 나타내고， AoD, 는 사용자 단말기 / 의 출발각， 는 사용자 단말기의 속도에 따른 사용자 단말기 출발각의 변화를 나타내며， 는 ζ차 1종 베셀 함수 (Bessel funct ion)를 나타내는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 .
【청구항 4】
제 3 항에 있어서，
상기 부 코드북은，
그 크기를 일정하게 유지하고 채널상관 정보의 최 대 변화량에 따라 양자화 정밀도를 조절하는 고정 비트 방식 또는 양자화 정밀도는 일정하게 유지하고 채 널상관 정보의 변화량에 따라 그 크기를 조절하는 적웅적 비트 방식으로 생성되는 것을 특징으로 하는 다증 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 .
【청구항 5】
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서 ,
상기 주 코드북 궤환 단계 수행 후，
반복적으로 부 코드북 궤환 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 무선 시스템에서 채널 정보의 차등적 양자화 방법 .
【청구항 6]
제 5 항에 있어서，
기설정된 일정 주기마다 또는 상향링크에서 전송 오류가 인지되는 경우에 ,
상기 주 코드북 궤환 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 무선 시스템에서 채 널 정보의 차등^ 양자화 방법 .
【청구항 7]
채 널 상관도가 존재하는 다중 안테나 무선 시스템에 있어서， 채널상관 정보를 추정하는 채 널상관 정보 추정기 ;
채 널상관 정보에 대한 전체 영 역을 양자화하여 주 코드북과 상기 주 코드북에 대한 대표값 지수를 획득하는 채 널상관 정보 양자화기 ;
채 널상관 정보의 변화량을 산출하는 채널상관 정보 변화량 계산기 ; 및 채널상관 정보에 대한 일부 영 역을 양자화하여 부 코드북과 상기 부 코드북에 대한 대표값 지수를 획득하는 채널상관 정보 변화량 양자화기를 포함하며 ,
상기 주 코드북에 대한 대표값 지수 또는 부 코드북에 대한 대표값 지수를 기지국으로 궤환하는 사용자 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 정보의 차등적 양자화 방법을 적용하는 다중 안테나 무선 시스템 .
【청구항 8]
제 7 항에 있어서，
상기 사용자 단말기로부터 궤환되는 대표값 지수에 기초하여 채 널상관 정보를 산출하는 채널상관 정보 계산기 ; 및
다중 고유범을 형성하는 다중 고유 빔 형성기를 포함하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 채 널 정보의 차등적 양자화 방법을 적용하는 다중 안테나 무선 시스템 .
【청구항 9]
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서，
상기 사용자 단말기 및 기지국은，
양자화된 채 널 상관 정보를 저장하는 채널상관 정보 저장기를 포함하는 것을 특징으로 하는 채 널 정보의 차둥적 양자화 방법을 적용하는 다중 안테나 무선 시스템 .
【청구항 10]
제 9 항에 있어서，
상기 기지국은，
상향링크 수신 신호의 신호품질을 측정하는 상향링크 신호품질 측정기 ; 및
상향링크 채 널의 순환중복확인 (CRC) 비트 값을 검사하여 전송 오류 여부를 판단하는 궤환채널 CRC 검사기를 더 포함하고，
상기 사용자 단말기는，
상기 기지국의 상향링크 신호품질 측정기에서 측정 된 신호 품질 또는 궤환채널 CRC 검사기에서 판단된 오류 여부에 기초하여 주 코드북 궤환주기를 결정하는 주 코드북 궤환주기 결정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채 널 정보의 차등적 양자화 방법을 적용하는 다중 안테나 무선 시스템 .
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