WO2012064049A2 - 송신장치 및 그 통신방법, 수신장치, 그 통신방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to a wireless communication system, and relates to a wireless communication system using a plurality of antennas.
  • wireless communication systems such as 3GPP, Long Term Evolution (LTE), and LTE-A (LTE Advanced) are high-speed and large-capacity communication systems that can transmit and receive various data such as video and wireless data beyond voice-oriented services.
  • LTE Long Term Evolution
  • LTE-A LTE Advanced
  • the present invention can provide a transmitter, a communication method, a receiver, and a communication method for an effective system implementation in all communication systems using a plurality of antennas.
  • a precoding matrix included in a first subset smaller in size than an original first codebook of size p for any one of ranks 1 to 8 First channel state information indicating a first precoding matrix, which is one of them, and a precoding included in a second codebook of a size q for the rank or a second subset smaller in size than the original second codebook.
  • a transmission apparatus including multi-stage precoder, one of the precoding matrices included in the first subset smaller than the original first codebook of size p for any one of ranks 1 to 8 First channel state information indicating a first precoding matrix, and a precoding matrix included in a second codebook of a size q for any one rank or a second subset smaller in size than the original second codebook.
  • An antenna array configured to receive channel information including second channel state information indicating one second precoding matrix and to transmit output signals;
  • a layer mapper that maps codewords to two layers; The data symbol in which the codeword is mapped to the layer by the layer mapper using a first precoding matrix corresponding to the first channel state information and a second precoding matrix corresponding to the second channel state information. It is possible to provide a transmitter including a multi-stage precoder to precode and output to the antenna array.
  • Another embodiment is a wireless communication system for transmitting a signal by a transmitter including a multi-stage precoder, receiving a reference signal for estimating a propagation channel from the transmitter; First channel state information indicating a first precoding matrix, which is one of the precoding matrices included in the first subset smaller in size than the original first codebook of size p for any one of ranks 1 to 8; Second channel state information indicating a second precoding matrix, which is one of precoding matrices included in a second subcodeset of a size q smaller than the original second codebook, or a size q of any one rank; It may provide a communication method of a receiving apparatus comprising a transmitting step of transmitting the channel information including the transmission to the transmitting apparatus.
  • a wireless communication system in which a transmitter including a multi-stage precoder to transmit transmits a signal, the antenna array receiving a reference signal for estimating a propagation channel from the transmitter; First channel state information indicating a first precoding matrix, which is one of the precoding matrices included in the first subset having a smaller size than the original first codebook of size p for any one of ranks 1 to 8; Channel information including second channel state information indicating a second precoding matrix, which is one of precoding matrices included in a second subset smaller in size than the original second codebook of size q for any one rank; It is possible to provide a receiving apparatus including a channel information feedback apparatus for transmitting to the transmitting apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a wireless communication system to which embodiments are applied.
  • FIG. 2 illustrates a wireless communication system in which a base station and a terminal exchange channel state information.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of each of a base station and a terminal according to an embodiment in a MIMO wireless communication system.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a communication method of a transmission apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a communication method of a receiving apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 6 shows a dual polarized antenna array as one embodiment of an antenna array of a base station.
  • the present invention is applicable to all communication systems using a plurality of transmit antennas.
  • FIG. 1 illustrates a wireless communication system to which embodiments are applied.
  • Wireless communication systems are widely deployed to provide various communication services such as voice and packet data.
  • a wireless communication system includes a user equipment (UE) 10 and a base station 20 (BS).
  • UE user equipment
  • BS base station 20
  • Terminal 10 in the present specification is a generic concept that means a user terminal in wireless communication, WCDMA, UE (User Equipment) in LTE, HSPA, etc., as well as MS (Mobile Station), UT (User Terminal) in GSM ), SS (Subscriber Station), wireless device (wireless device), etc. should be interpreted as including the concept.
  • WCDMA Wideband Code Division Multiple Access
  • UE User Equipment
  • HSPA High Speed Packet Access
  • MS Mobile Station
  • UT User Terminal
  • SS Subscriber Station
  • wireless device wireless device
  • a base station 20 or a cell generally refers to a station communicating with the terminal 10, and includes a Node-B, an evolved Node-B, an eNB, a Base Transceiver System (BTS), It may be called other terms such as an access point and a relay node.
  • BTS Base Transceiver System
  • the base station 20 or the cell should be interpreted in a comprehensive sense indicating some areas covered by the base station controller (BSC) in the CDMA, the NodeB of the WCDMA, and the like. It is meant to cover various coverage areas such as microcell, picocell, femtocell and relay node communication range.
  • BSC base station controller
  • the terminal 10 and the base station 20 are two transmitting and receiving entities used to implement the technology or the technical idea described in the present specification and are used in a comprehensive sense and are not limited by the terms or words specifically referred to.
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • FDMA Frequency Division Multiple Access
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • OFDM-FDMA OFDM-FDMA
  • OFDM-TDMA OFDM-TDMA
  • OFDM-CDMA OFDM-CDMA
  • the uplink transmission and the downlink transmission may use a time division duplex (TDD) scheme that is transmitted using different times, or may use a frequency division duplex (FDD) scheme that is transmitted using different frequencies.
  • TDD time division duplex
  • FDD frequency division duplex
  • One embodiment may be applied to asynchronous wireless communication evolving into Long Term Evolution (LTE) and LTE-advanced through GSM, WCDMA, HSPA, and synchronous wireless communication evolving to CDMA, CDMA-2000 and UMB.
  • LTE Long Term Evolution
  • GSM Global System for Mobile communications
  • WCDMA Wideband Code Division Multiple Access
  • HSPA High Speed Packet Access
  • CDMA Code Division Multiple Access-2000
  • UMB Universal Mobile Broadband
  • the wireless communication system to which the embodiments are applied may support uplink and / or downlink HARQ and use channel quality indicator (CQI) for link adaptation.
  • CQI channel quality indicator
  • multiple access schemes for downlink and uplink transmission may be different. For example, downlink uses Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA), and uplink uses Single Carrier-Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA). ) Is the same as can be used.
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • SC-FDMA Single Carrier-Frequency Division Multiple Access
  • a wireless communication system In order to support high-speed information transmission to a user, a wireless communication system considers using a multiple input multiple output (MIMO) technique in which information is transmitted through the same band using an antenna array including multiple antennas. .
  • MIMO multiple input multiple output
  • the MIMO wireless communication system transmits feedback information about a propagation channel or a precoder or a precoding matrix (hereinafter referred to as a precoding matrix) suitable for a propagation channel to increase transmission capacity.
  • a precoding matrix a precoding matrix suitable for a propagation channel to increase transmission capacity.
  • an implicit feedback technique that transmits codebook-based channel information or information on a transmission scheme suitable for a channel is a commercial communication system. Is being used by.
  • the resolution of reporting on information is closely related to the size of the codebook or the amount of digital factors contained in the codebook. This correlation allows the accuracy of the report to be proportional to the feedback overhead.
  • Implicit feedback refers to digital information that is considered to be the most effective for limiting the information to be reported to the transmitter by the finite digital information values and expressing channel information measured in each reporting period.
  • a transmitting device for example, a base station.
  • a set of information consisting of finite digital information values must be designed, and the set of designed digital information is called a codebook.
  • a codebook is designed to represent channel information as finite (N) digital information.
  • N digital values that can represent the channel information most effectively are selected and designed as a codebook.
  • the receiving apparatus compares the digital values registered in the codebook with the measured channel information in each reporting period, selects a digital value that best represents the measured channel information, and transmits the digital value to the transmitting apparatus.
  • an implicit method is to transmit information about a precoder matrix which is determined to be most suitable for the measured channel. Feedback techniques can be used.
  • a wireless communication system uses a technique of applying a different precoding matrix for each subband, and precoding and Increase the accuracy of the feedback information.
  • the subband precoder matrix is divided into 'broadband portion' and 'subband portion' to reduce the feedback overhead increase caused by subband-specific PMI feedback compared to the conventional technique of reporting one PMI over the entire band.
  • the terminal may report this separately.
  • W W1W2.
  • a wireless communication system according to another embodiment of the present invention may perform dual structure precoding as shown in FIG. 3 in downlink transmission.
  • W1 and W2 constituting the precoding matrix may be transmitted from the terminal to the base station through PMI1 or PMI2, which are different precoding matrix indicators.
  • W1 may be a precoding matrix selected for the entire system bandwidth.
  • W2 is selected as one precoding matrix for the entire system bandwidth or one precoding matrix for each subband that is a subset of the system band. May be selected.
  • the UE may report one W1 and a plurality of W2s within a reporting period, and transmits one digital factor value PMI1 indicating W1 for all bands for which the UE wants to receive a signal.
  • the digital factor values PMI2 determined to be suitable for use as W2 in each subband may be reported to the base station.
  • the reason for using this method is to perform precoding using a different precoder matrix for each subband.
  • W1 and W2 may have a structure as follows.
  • W1 is [V n 0; 0 V n ] block diagonal matrix.
  • W2 is a matrix that performs a co-phasing operation to correct for phase mismatch between antenna groups.
  • W1 reported through PMI1 is a subset containing a total of a specific m number, for example, n (n is an integer of 1 or more) of 16 or 32 beam forming vectors. (subset), and W2 reported through PMI2 selects r beamforming vectors of the n beamforming vectors (r is an integer greater than or equal to 1 less than n) and phase matching ( co-phasing). At this time, W2 may repeatedly select the same beamforming vector, and r is a value determined by a transmission rank. The value of n may vary according to the value of rank r to be transmitted.
  • the size of the PMI1 and PMI2 or the size of the PMI reporting codebook used for the UE to report one W1 and a plurality of W2s may be as follows for each transmission rank.
  • Table 2 shows the total number of bits for each mode that differs in PUCCH reporting format or type when reporting channel state information to a base station through a physical uplink control channel (PUCCH).
  • PUCCH physical uplink control channel
  • PMI1 when reporting channel state information to a base station through a physical uplink control channel (PUCCH), PMI1 is used together with CQI, which is channel quality information, using a specific number of bits, for example, 11 bits. And channel information including PMI2.
  • PUCCH physical uplink control channel
  • the payload size required for PMI reporting is rank 1/2 8 bits, 6 bits for rank 3, and 5 bits for rank 5.
  • the payload size required for CQI reporting is rank 1/2 for 4 bits and the rest for 7 bits.
  • embodiments may have a size in which the size of the codebook can satisfy the size of the payload required for reporting channel information together with or separately from the original codebooks used for the UE to report one W1 and multiple W2. It may be necessary to design small codebooks or subsets of codebooks. In this case, the embodiments may configure the subsets to minimize performance degradation in consideration of the characteristics of the original codebook when the subsets are implemented.
  • Embodiments may configure a subset of a portion of the original codebook specified above and use the same to transmit PMI1 and PMI2 using a small number of bits available for PUCCH CSI mode 2 transmission. At this time, the maximum size of the subset may be 7 bits for rank 1 and 4 bits for ranks 2 to 4, but the present invention is not limited thereto.
  • the embodiments use the subset by sequentially removing the elements that have the least impact on the MIMO system without degrading the performance of the MIMO system compared to the case of using the original codebook when implementing the MIMO using the subset.
  • the beamforming vectors constituting the codebook are selected, which determines the resolution of the beamforming vector.
  • each rank selects a beamforming vector to be used for codebook construction.
  • 32 PSK-based 32 beamforming vectors may be used for all ranks 1 to 8.
  • the beamforming vector to form a precoding matrix is selected, which determines the resolution of beamforming vector selection.
  • the beamforming vectors for constructing the precoding matrix are selected based on the PMI1 and Y (Y 1 , Y 2 ) configurations.
  • codebook 1 is designed such that PMI 1 indicates four adjacent beamforming vectors.
  • all four cases of selecting one of them are supported in W2.
  • the number of 16 cases of repeatedly selecting four beamforming vectors is supported through W2.
  • codebook 1 is designed such that PMI1 indicates eight beamforming vectors adjacent to each other.
  • rank 3 all 16 cases are used when three of the eight beamforming vectors are repeatedly selected, and in the case of rank 4, four cases are used.
  • the CO-phasing element is selected.
  • the number of phase matching elements to perform a co-phase operation can be set. For example, four cases for rank 1, two for rank 2, only one for rank 3, and two for rank 4 may be considered.
  • each part has a different importance, so if you want to change the three parts for the subset design, the sub-elements have less influence on the performance of MIMO using codebook.
  • the base station may arbitrarily apply rank reduction. This means that the base station does not unconditionally apply the rank and precoding matrix reported by the terminal when performing precoding, and may arbitrarily change the rank and precoding matrix according to the situation.
  • the base station should be able to predict how to change the precoding matrix and how the MIMO performance will change when the precoding matrix is changed.
  • the same law can be applied when constructing the subset regardless of rank.
  • the size of the subset is set to be maximum in the first step. That is, in the case of rank 1, the subset size may be set to 7 bits, and in other cases, the subset size may be set to 4 bits.
  • a subset having a smaller size than the original codebook may be selected by erasing overlapping portions of the precoding matrix indicated by PMI1 and PMI2.
  • a part of the codebook is configured such that the same precoding matrix can be represented by two PMI1 and PMI2 combinations.
  • the rank 1 codebook is a subset of 7 bits.
  • the size of the subset generated as a result of step 2 in step 3 is larger than the preset size, the size of the subset can be reduced by setting the subset so as not to support co-phase selection. have.
  • the beamforming vector has a function of supporting the power of a signal received by each terminal to increase, and a function of preventing a signal transmitted to each terminal from interfering with another terminal (beam division or spatial division multiple access). Support).
  • the co-phasing operation can perform only a function of improving the power of the received signal by efficiently using the received signal by matching the phase between the signals received by each antenna.
  • the rank 4 subset size becomes 4 bits, thereby completing the rank 4 subset.
  • the resolution of the beamforming vector can be reduced.
  • a codebook may be designed using 16 beamforming vectors based on 16PSK.
  • the rank 2 subset may have a size of 4 bits.
  • the size of the rank 2 subset can be sufficiently small.
  • the subset may be configured to maximize the chordal distance between precoding matrices in the subset.
  • the fifth step may be operated independently of the first to fourth steps.
  • the second to fourth steps are a method of implementing a subset according to an order that is expected to have a minimum impact on precoder performance, or a method of implementing a small subset by erasing some elements of the codebook.
  • the performance of precoding through wideband PMI reporting is not degraded at all
  • the performance of the wideband PMI reporting that is used as a subset is slightly degraded. You can see some damage.
  • the fourth step when using the fourth step, the MAI management performance is deteriorated due to the degradation of the resolution of the beamforming vector, which may cause additional performance degradation compared to the case where only the second and third steps are applied.
  • a second step is applied to rank 1 to 4 codebooks to construct a subset for each rank.
  • the rank 1 codebook may be configured to have a subset of sufficiently small size when applying the second stage.
  • the third step may be applied to a subset of ranks 2-4 that are large in size but are still large. This application allows the rank 4 subset to be of sufficiently small size.
  • the fourth step may be applied to the rank 2 and 3 subsets.
  • the rank 2 subset may be of sufficiently small size.
  • the fourth step is applied to the rank 2,3 subsets to obtain the final result. Appropriate subsets are generated for all ranks.
  • a subset for each rank may be configured by applying the above steps in order, but the above steps may be applied regardless of the order, some steps may not be applied, or other steps may be additionally applied.
  • each codebook and precoding matrices will be described in detail for each rank, and a detailed configuration method for configuring a subset according to the above-described subset configuration method and a subset thereof will be described in detail.
  • each codebook and precoding matrices will be described in detail, a method of configuring a subset and a subset thereof will be described, and the case of rank 4 and 3 transmission will be described sequentially.
  • the precoder matrix W1 may be as follows.
  • the precoder matrix W1 indicated by the digital index n may be as follows.
  • b n is beam forming vectors that perform beam forming, and may perform beam forming according to a signal transmission and reception direction. Is a column vector of zeros and the same size as b n .
  • adjacent overlapping beams at b n of W1 can be used to reduce the edge effect in frequency selective procoding.
  • b n the size of b n is 4 will be described as an example.
  • the size of b n is not limited to four.
  • codebook 1 is an index for selecting four adjacent beam forming vectors, and the codebook is represented by an index of beamforming vectors selected according to PMI1, which is PMI of codebook 1.
  • PMI1 which is PMI of codebook 1.
  • 16 W1 matrices are expressed as indexes of beams only, [0,1,2,3], [2,3,4,5], [4,5,6,7], .. ..., [28,29,30,31], [30,31,0,1].
  • the beams are described as being adjacent, the present invention is not limited thereto, and the W1 matrix may be formed of non-adjacent beams.
  • two beamforming vectors may overlap each other.
  • [2,3] overlaps with [0,1,2,3] and [2,3,4,5].
  • W1 may coincide with the spatial covariance of the dual polarized antenna array (see 428 of FIG. 3) polarized at a constant distance as described with reference to FIG. 3.
  • V n is beam forming vectors that perform beam forming, and may be expressed as in the following equation.
  • each element of the codebook for reporting W1 may be composed of a combination of a plurality of beam forming vectors.
  • W2 simultaneously performs the operation of selecting r of the plurality of beamforming vectors included in W1 k and the co-phasing operation.
  • the codebook of W2 performs an operation of repeatedly selecting one (for rank 1 transmission) or two (for rank 2) of four beamforming vectors selected by W1, and at the same time, each transmit antenna group (Or domain) Determines the co-phase element applied to the beamforming vectors to be used for Z1 and Z2.
  • W2 When performing rank 1 transmission, W2 may be defined as in the following equation.
  • Y may be defined as follows.
  • I a 4 ⁇ 1 selection vector with a value of 1 for the nth component and a value of 1 for the remaining components.
  • Y is a beam selection vector for performing beam selection
  • 1 or -1, j, -j are co-phase elements for performing phase matching.
  • W2 When performing rank 2 transmission, W2 may be defined as follows.
  • Y 1 and Y 2 are beam selection vectors for performing beam selection, and 1 or -1, j and -j are co-phase elements for performing phase matching. ) to be.
  • Y 1 selects a beamforming vector to be used for the first layer transmission from the four beamforming vectors selected by W1 when the value of PMI2 indicating W2 is a, and Y 2 indicates W2.
  • a beamforming vector to be used for the second layer transmission is selected from four beamforming vectors selected by W1.
  • Y 1 and Y 2 may be defined as follows.
  • Y 1 , Y 2 are column vectors of length 4 with one value equal to 1 and the other equal to zero.
  • the co-phasing element values and the beamforming vectors determined by W1 and Y 2 are determined by the transmit antenna group.
  • Y 1 and Y 2 for repeatedly selecting two beam forming vectors among the three beam forming vectors selected by W 1 are configured as follows.
  • W2 represented by the above equation selects the first beamforming vector among the four beamforming vectors selected by W1 as the beamforming vector to be used for the first layer transmission, and W1 as the beamforming vector to be used for the second layer transmission.
  • the second beamforming vector is selected from the selected four beamforming vectors.
  • W1 selects four beamforming vectors V 4 to V 7 by PMI1
  • W2 selects V 4 and V 5 by S a 1 and S a 2 .
  • C a 1 Co-phasing is performed as follows.
  • removing the repeated portion may constitute a subset of the bits.
  • PMI1 even part
  • subset 1 (first subset) for codebook 1 is the same as original codebook 1 (first original codebook), and subset 2 (second subset) for codebook 2 is in You can select to remove the repeated part.
  • subset 2 (second subset) It may be.
  • subset 1 for codebook 1 selects only the even part of the original codebook that is PMI1
  • subset 2 for codebook 2 selects original codebook 2 (second source codebook). May be the same as).
  • One Cove Book 1 and One Code Book 2 are 4 bits each, total 8 bits, but in the former case, the size of subset 1 is 4 bits or the size of subset 2 is reduced by 1 bit to 3 bits. 4 bits or the size of subset 1 can be reduced by 1 bit to 3 bits.
  • the size is reduced by 1 bit by eliminating the repetitive part, and by 1 bit by eliminating the co-phase selection, and 16 PSK beams are used instead of 32 PSK beams.
  • different co-phase elements may be used when adjacent beams are used as follows in order to increase the cornal distance between precoding matrices using adjacent beams (applied step 5).
  • the subset of codebook 1 may be 3 bits and the subset of codebook 2 may have a size of 1 bit.
  • the precoder matrix W1 may be as follows.
  • x (k) can be four ( x (1) , x (2) , x (2) , x (3) , and x (k) includes eight adjacent beamforming vectors.
  • codebook 1 is an index for selecting four adjacent beam forming vectors, and the codebook is expressed as an index of a beamforming vector selected according to PMI1, PMI of codebook 1.
  • PMI1, PMI of codebook 1 Is as follows. .
  • the beams are described as being adjacent, the present invention is not limited thereto, and the W1 matrix may be formed of non-adjacent beams.
  • four beamforming vectors may overlap each other. For example, for [0,1,2,3,4,5,6,7] and [4,5,6,7,8,9,10,11], [4,5,6,7] Overlaps.
  • b n are beam forming vectors that perform beam forming, and may be expressed as follows.
  • W2 may be defined as in the following equation.
  • Y 1 and Y 2 are beam selection vectors for performing beam selection
  • 1 and -1 are co-phase elements for performing phase matching.
  • rank 1 It is given as follows and performs a total of one co-phasing operation Three beamforming vectors can be selected from the eight beamforming vectors selected by W1.
  • one and two beamforming vectors are selected for the transmission antenna groups Z1 and Z2, respectively.
  • the beamforming vector of W2 is (e 1 , [e 1 e 5 ])
  • one beamforming vector (e 1 ) is selected for the transmission antenna group Z1 and two beamforming vectors are assigned to the other transmission antenna group Z2. (E 1 e 5 )).
  • the beamforming vector of W2 is ([e 5 , e 1 ], e 1 )
  • two beamforming vectors [e 5 , e 1 ]) are selected in the transmission antenna group Z1 and the other transmission antenna group Z2 is selected.
  • One beamforming vector e 1 is selected.
  • the transmission antenna group Z1 is 3 layer for each b 0, b 0, b
  • transmitted using 4 transmission antennas group Z2 is a three layer for each b 0, - using the b 4 - b 0, To transmit.
  • W2 When performing rank 4 transmission, W2 may be defined as in Equation 4.
  • Y is a beam selection vector for performing beam selection
  • 1, -1, or j, -j are co-phase elements for performing phase matching.
  • Y which repeatedly selects two beamforming vectors from the two beamforming vectors selected by W1 is configured as follows.
  • Y [e One e 5 ]
  • e1 [1; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
  • e5 [0; 0; 0; 0; 0; 1; 0; 0].
  • one of the two combinations represented by the same color (shape) may be used as a subset.
  • Subset 1 of codebook 1 may be 2 bits and subset 2 of codebook 2 may be 2 bits.
  • the rank 3 subset is reduced in size to 5 bits as follows:
  • a rank-3 subset precoding matrix that transmits two layers using b n the two beams b n + 4 and b n-4 transmitting the other layer are allocated to different transmit antenna groups. Select a set. For example, if a subset includes a precoding matrix that applies b n + 4 to X 1 , then includes a precoding matrix that applies b n-4 to X 2 . And the other precoding matrix for transmitting a two layer using the b n is secured day cor distance between two of the precoding matrix for transmitting a two layer using the b n to be excluded from the subset.
  • precoding matrix applied to is selected to use the adjacent beams, and also use the adjacent beams to maximize the distance between the precoding matrices transmitting the two layers. For example, in (X 1 , X 2 ), the following precoding matrix is included in the subset.
  • FIG. 2 illustrates a wireless communication system in which a base station and a terminal exchange channel state information.
  • the wireless communication system 100 stores at least one terminal, for example, n terminals 110, in the base station 120 and the base station 120, similarly to the wireless communication system of FIG. 1. It may include.
  • the terminals 110 may be terminals currently connected or attempting additional access, but only one terminal is shown in FIG. 3.
  • the base station 120 includes a multi-stage precoder including at least two first and second precoders as described below.
  • the base station 120 includes a first subset 122 representing the first precoding matrices used for the first precoder and the first indexes for indexing them, and a second precoding matrices used for the second precoder;
  • a second subset 124 representing the second indexes indexing them may be stored or created.
  • the first sub-set 122 and the second sub-set 124 are subsets constructed from the above-described original codebook 1 (original first codebook) or original codebook 2 (original second codebook). Detailed descriptions of the first and second subsets 122 and 124 are the same as those described with reference to FIG.
  • the base station 120 may store the above-described original codebook 1 (original first codebook) or original codebook 2 (original second codebook). Accordingly, the base station 120 may report the channel information of the downlink channel from the terminal 110 using original codebooks or subsets. Hereinafter, using the subsets and the terminal 110 reports the channel information to the base station 120 by way of example.
  • the sender side base station 120 transmits a reference signal 128, and the receiver side terminal 110 receives the reference signal. (128) can be used to estimate the channel.
  • the terminal 110 may estimate the downlink channel during downlink transmission.
  • the terminal 110 may estimate a channel of each subband.
  • the base station 120 may estimate the uplink channel during uplink transmission.
  • the specific signal or symbol is variously named as a reference signal, a reference symbol, a pilot symbol, etc., but in this specification, the specific signal or symbol is referred to as a reference signal, but is not limited to the term. Do not.
  • the reference signal is not only used for the estimation of the frequency domain channel but may also be used for position estimation, control information transmission / reception, transmission / reception of scheduling information, transmission / reception of feedback information, and the like, which are necessary in a wireless communication process between the terminal and the base station.
  • reference signals in uplink transmission include DM-RS (Demodulation RS) and SRS (Sounding RS).
  • Reference signals in downlink transmission include DM-RS (Demodulation RS), CRS (Cell-specific RS), MBSFN RS, and UE-specific RS.
  • CSI-RS as a reference signal transmitted from a base station in order to acquire channel state information (CSI) of a center cell or neighbor cells in the terminal 20 during downlink transmission.
  • the CSI-RS may be used to report a Channel Quality Indicator (CQI) / Precoder Matrix Index (PMI) / Rank Index (RI).
  • CQI Channel Quality Indicator
  • PMI Precoder Matrix Index
  • RI Rank Index
  • the terminal 110 includes a basic first subset 112 representing first precoding matrices used for the first precoder and first indexes for indexing them, and second precoding matrices used for the second precoder. And a second codebook 114 representing the second indexes indexing them.
  • the first codebook 112 and the second codebook 114 are the same or the same as the first codebook 122 and the second codebook 124 stored in the base station 120, respectively. Can be generated.
  • the terminal 110 may report / feed back the thus formed first channel state information 132 to the base station 120 for the selected one from the first subset 112.
  • each terminal 110 may determine a second precoding matrix and report / feed back the second channel state information 134 of the second precoding matrix to the base station 120.
  • the base station 120 receives the first channel state information and the second channel state information from the terminal 110 and then transmits each layer when the rank 2 is transmitted by the first channel state information and the second channel state information in the reverse order as described above. Beamforming vectors for may be determined.
  • the base station 120 uses the channel state information 132 and 134 reported from each terminal 110 as a basis for the first precoder and the second precoder in the first codebook 122 and the second codebook 124. Determine the precoding matrices of and precode the data symbols using the precoding matrices.
  • the base station 120 transmits the precoded signal to the terminal 110.
  • the terminal 110 decodes the original data after receiving the signal.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of each of a base station and a terminal according to an embodiment in a MIMO wireless communication system.
  • the MIMO wireless communication system 400 may include a terminal 410 and a base station 420.
  • the terminal 410 and the base station 420 perform a process of exchanging channel state information between the base station and the terminal in the wireless communication system described with reference to FIG. 2.
  • the terminal 410 is an antenna array 411 for receiving a signal through a downlink channel and a post-decoder 412 for processing the received signal and decoding the original data symbol using a precoding matrix. And an information feedback device 414.
  • Antenna array 411 may use multiple antennas.
  • the antenna array 411 may form a polarized antenna array.
  • an array may be implemented using a dual polarized antenna array in which two antennas having different polarizations are alternately installed.
  • the post decoder 412 corresponds to the first precoder 422 and the second precoder 424 of the base station 420.
  • the post decoder 412 transmits the received reference signal to the channel information feedback device 414.
  • the channel information feedback device 414 may receive the reference signal and estimate the channel using the reference signal.
  • the channel information feedback device 414 may generate channel information including the first channel state information and the second channel state information described with reference to FIG. 2.
  • the channel information feedback device 414 may feed back this channel information to the base station 420.
  • the channel information feedback device 414 may store the first subset 112 and the second subset 114.
  • the channel information feedback device 414 determines the thus formed first channel state information 132 and the second precoding matrix for the one selected from the first subset 112, and the second channel for the second precoding matrix.
  • the status information 134 may be reported / feedback to the base station 120.
  • the base station 420 includes a layer mapper 421 that maps codewords to a layer, and a precoder 425 that includes precoding the layer mapped data symbols using a precoding matrix.
  • antenna array 428 for transmitting in air.
  • the precoder 425 may include a first precoder 422 and a second precoder 424 for precoding data symbols. In this case, the first precoder 422 and the second precoder 424 may precode the data symbols by their first precoding matrix and the second precoding matrix, respectively.
  • a characteristic of the precoder having the dual structure shown in FIG. 3 is that when the terminal reports channel state information for W1 and W2, the frequency bands to which W1 and W2 respectively correspond are different.
  • Antenna array 428 of base station 420 may use multiple antennas.
  • the antenna array 428 may form a polarized antenna array.
  • an array may be implemented using a dual polarized antenna array in which two antennas having different polarizations are alternately installed.
  • the antenna arrays 411 and 428 are exemplarily described as using a dual polarized antenna array, but the present invention is not limited thereto. 6 is shown in this regard.
  • the base station 420 may report / feed back the first channel state information and the second channel state information from the channel information feedback device 414 of the terminal 410 through the antenna array 428.
  • the base station 420 uses the channel state information reported from each terminal 410 based on the precoding matrix of the first precoder 422 and the second precoder 424 in the first and second subsets. And precode the data symbols using the precoding matrices.
  • the feedback period or the interval between the first channel state information and the second channel state information may be different.
  • the first channel state information may be fed back to the base station 420 in a short term
  • the second channel information may be fed back to the base station 420 in a long term.
  • the long period / long term and the short period / short term mean relative to each other
  • the long period / long term means a longer period than the short period / short term.
  • the MIMO wireless communication system for transmitting and receiving codebook restriction information and channel ecological information has been described above.
  • a communication method of a transmission apparatus according to another embodiment will be described.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a communication method of a transmission apparatus according to another embodiment.
  • a communication method 600 of a transmitter includes a reference signal transmission step (S610) of transmitting a reference signal for estimating a propagation channel to a terminal, and first channel state information from the terminal.
  • Channel information receiving step (S620) for receiving the channel information including the second channel state information it may include a transmission step (S630) for propagating a precoded symbol or signal through the two or more antennas to the air.
  • the transmitting step 630 includes a layer mapping step S632 of mapping a codeword to a layer, a precoding step S634 of precoding symbols, and a transmission step of propagating precoded symbols to the air through two or more antennas (S636). ) May be included.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a communication method of a receiving apparatus according to another embodiment.
  • a reference signal receiving step S710 and a channel information transmitting step of transmitting first channel state information and second channel state information to a transmitting device (S720).
  • the terminal 10 may determine a first precoding matrix and report / feed back the first channel state information 132 to the base station 120.
  • each terminal 110 may determine a second precoding matrix and report / feed back the second channel state information 134 of the second precoding matrix to the base station 120.
  • the above embodiments are a subset selection method and two methods for maximizing the chordal distance between precoding matrices using adjacent beams or precoding matrices which perform precoding by mixing the same beam and different beams, or By applying one of the above two methods, a subset selection method may be provided in which the cornal distance between the precoding matrices included in the subset is maximized.
  • Embodiments as described above may be applied to uplink / downlink MIMO systems, as well as a single cell environment, as well as a coordinated multi-point transmission / reception system (CoMP) and heterogeneous networks. It may be applied to all uplink / downlink MIMO systems.
  • CoMP coordinated multi-point transmission / reception system
  • a dual polarization antenna array has been described as an example, but the present invention is not limited thereto.
  • it may be a multi-polarized antenna array, such as a triple polarized wave or quadrupole antenna array.
  • the present invention is not limited to the polarized antenna array but may be applicable to a general antenna array.
  • Mode 1-1 previously defined by the standardization organization may be redefined as having to use a subset, and Mode 2-1 may be the original codebook or a newly proposed subset of the present invention. It can be redefined that a signaling procedure can occur to select any one of the sets.

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Abstract

본 발명의 실시예는 무선통신시스템에 관한 것으로서, 송수신단 모두에서 다중입력 다중출력 안테나(MIMO)를 이용하는 무선통신시스템에 관련된 것이다.

Description

송신장치 및 그 통신방법, 수신장치, 그 통신방법
본 명세서는 무선통신시스템에 관한 것으로서, 다수의 안테나를 사용하는 무선통신시스템에 관련된 것이다.
통신 시스템이 발전해나감에 따라 사업체들 및 개인들과 같은 소비자들은 매우 다양한 무선 단말기들을 사용하게 되었다.
현재의 3GPP, LTE(Long Term Evolution), LTE-A(LTE Advanced)등의 무선통신시스템은 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 데이터를 송수신 할 수 있는 고속 대용량의 통신 시스템으로서, 유선 통신 네트워크에 준하는 대용량 데이터를 전송할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있을 뿐 아니라, 정보 손실의 감소를 최소화하고, 시스템 전송 효율을 높임으로써 시스템 성능을 향상시킬 필요가 있었다.
이에 따라 다수의 안테나를 사용하는 모든 통신 시스템에서 효과적인 시스템 구현을 위해 본 발명은 송신장치 및 그 통신방법, 수신장치, 그 통신방법을 제공할 수 있다.
일 실시예는, 다단 프리코더들을 포함하는 송신장치에서, 랭크 1 내지 8 중 어느 하나의 랭크에 대한 크기 p의 원(original)제1코드북보다 크기가 작은 제1서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제1프리코딩행렬을 지시하는 제1채널상태정보와, 상기 어느 하나의 랭크에 대한 크기 q의 원제2코드북 또는 상기 원제2코드북보다 크기가 작은 제2서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제2프리코딩행렬을 지시하는 제2채널상태정보를 포함하는 채널정보를 수신하는 채널정보 수신단계; 및 수신한 상기 제1채널상태정보에 대응하는 제1프리코딩 행렬과 수신된 상기 제2채널상태정보에 대응하는 제2프리코딩 행렬을 사용하여 다단 프리코딩하여 신호를 전송하는 단계를 포함하는 송신장치의 통신방법을 제공할 수 있다.
또한 다른 실시예는, 다단 프리코더들을 포함하는 송신장치에서, 랭크 1 내지 8 중 어느 하나의 랭크에 대한 크기 p의 원제1코드북보다 크기가 작은 제1서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제1프리코딩행렬을 지시하는 제1채널상태정보와, 상기 어느 하나의 랭크에 대한 크기 q의 원제2코드북 또는 상기 원제2코드북보다 크기가 작은 제2서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제2프리코딩 행렬을 지시하는 제2채널상태정보를 포함하는 채널정보를 수신하고, 출력된 신호들을 전송하는 안테나 어레이; 코드워드를 두개의 레이어들에 매핑하는 레이어 맵퍼; 상기 코드워드가 상기 레이어 맵퍼에 의해 상기 레이어에 매핑된 데이터심볼을 상기 제1채널상태정보에 대응하는 제1프리코딩행렬과, 상기 제2채널상태정보에 대응하는 제2프리코딩행렬을 사용하여 프리코딩하고 상기 안테나 어레이로 출력하는 다단 프리코더를 포함하는 송신장치를 제공할 수 있다.
또 다른 실시예는 다단 프리코더들을 포함하는 송신장치가 신호를 송신하는 무선통신시스템에서, 상기 송신장치로부터 전파 채널을 추정하기 위한 참조신호를 수신하는 단계; 및 랭크 1 내지 8 중 어느 하나의 랭크에 대한 크기 p의 원제1코드북보다 크기가 작은 제1서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제1프리코딩행렬을 지시하는 제1채널상태정보와, 상기 어느 하나의 랭크에 대한 크기 q의 원제2코드북 또는 상기 원제2코드북보다 크기가 작은 제2서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제2프리코딩행렬을 지시하는 제2채널상태정보를 포함하는 채널정보를 상기 송신장치에 전송하는 전송단계를 포함하는 수신장치의 통신방법을 제공할 수 있다.
또 다른 실시예는, 전송하는 다단 프리코더들을 포함하는 송신장치가 신호를 송신하는 무선통신시스템에서, 상기 송신장치로부터 전파 채널을 추정하기 위한 참조신호를 수신하는 안테나 어레이; 및 랭크 1 내지 8중 어느 하나의 랭크에 대한 크기 p의 원제1코드북보다 크기가 작은 제1서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제1프리코딩행렬을 지시하는 제1채널상태정보와, 상기 어느 하나의 랭크에 대한 크기 q의 원제2코드북보다 크기가 작은 제2서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제2프리코딩행렬을 지시하는 제2채널상태정보를 포함하는 채널정보를 상기 송신장치에 전송하는 채널정보 피드백장치를 포함하는 수신장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예들이 적용되는 무선 통신 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 기지국과 단말이 채널상태정보를 교환하는 무선통신시스템을 도시하고 있다.
도 3은 MIMO 무선통신시스템에서 일실시예에 따른 기지국과 단말 각각의 구성도이다.
도 4는 또다른 실시예에 따른 송신장치의 통신방법의 흐름도이다.
도 5는 또다른 실시예에 따른 수신장치의 통신방법의 흐름도이다.
도 6은 기지국의 안테나 어레이의 일실시예로서 이중 편파 안테나 어레이를 도시하고 있다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 하기에서는 MIMO 통신 시스템을 일 례로 설명하지만, 본 발명은 다수의 송신 안테나를 사용하는 모든 통신 시스템에 적용 가능하다.
도 1은 실시예들이 적용되는 무선통신시스템을 도시한다.
무선통신시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, 무선통신시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다.
본 명세서에서의 단말(10)은 무선 통신에서의 사용자 단말을 의미하는 포괄적 개념으로서, WCDMA 및LTE, HSPA 등에서의 UE(User Equipment)는 물론, GSM에서의 MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등을 모두 포함하는 개념으로 해석되어야 할 것이다.
기지국(20) 또는 셀(cell)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 지점(station)을 말하며, 노드-B(Node-B), eNB(evolved Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), 릴레이 노드(Relay Node) 등 다른 용어로 불릴 수 있다
즉, 본 명세서에서 기지국(20) 또는 셀(cell)은 CDMA에서의 BSC(Base Station Controller), WCDMA의 NodeB 등이 커버하는 일부 영역을 나타내는 포괄적인 의미로 해석되어야 하며, 메가셀, 매크로셀, 마이크로셀, 피코셀, 펨토셀 및 릴레이 노드(relay node) 통신범위 등 다양한 커버리지 영역을 모두 포괄하는 의미이다.
본 명세서에서 단말(10)과 기지국(20)은 본 명세서에서 기술되는 기술 또는 기술적 사상을 구현하는데 사용되는 두가지 송수신 주체로 포괄적인 의미로 사용되며 특정하게 지칭되는 용어 또는 단어에 의해 한정되지 않는다.
무선통신시스템에 적용되는 다중 접속 기법에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), OFDM-FDMA, OFDM-TDMA, OFDM-CDMA와 같은 다양한 다중 접속 기법을 사용할 수 있다.
상향링크 전송 및 하향링크 전송은 서로 다른 시간을 사용하여 전송되는 TDD(Time Division Duplex) 방식이 사용될 수 있고, 또는 서로 다른 주파수를 사용하여 전송되는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식이 사용될 수 있다.
일실시예는 GSM, WCDMA, HSPA를 거쳐 LTE(Long Term Evolution) 및 LTE-advanced로 진화하는 비동기 무선통신과, CDMA, CDMA-2000 및 UMB로 진화하는 동기식 무선 통신 분야의) 등에 적용될 수 있다. 본 발명은 특정한 무선통신 분야에 한정되거나 제한되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 사상이 적용될 수 있는 모든 기술분야를 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예들이 적용되는 무선통신시스템은 상향링크 및/또는 하향링크 HARQ를 지원할 수 있으며, 링크 적응(link adaptation)을 위해 CQI(channel quality indicator)를 사용할 수 있다. 또한, 하향링크와 상향링크 전송을 위한 다중 접속 방식은 서로 다를 수 있으며, 예컨데, 하향링크는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용하고, 상향링크는 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)를 사용할 수 있는 것과 같다.
무선통신시스템은 사용자에게 고속 정보 전송을 지원하기 위해서 다중 안테나를 포함하는 안테나 어레이를 사용하여 동일 대역을 통해 정보를 전달하는 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 기법의 사용을 고려하고 있다.
한편, 효과적인 MIMO 시스템 구현을 위해, MIMO 무선통신시스템은 전송 용량 증대를 위해 전파 채널에 대한 정보 또는 전파 채널에 적합한 프리코더 또는 프리코딩 행렬(이하 프리코딩 행렬이라 함)에 대한 피드백정보를 기지국 또는 전송장치에 제공한다.
이때 적은 피드백 오버헤드로 피드백정보를 전송장치에 피드백하는 CL-MIMO(closed loop MIMO)을 구현하기 위하여 코드북 기반 채널 정보 또는 채널에 적합한 전송 기법에 대한 정보를 전달하는 암시적 피드백 기법이 상용 통신 시스템에서 사용되고 있다. 정보에 대한 보고의 정밀도(resolution)는 코드북의 크기 또는 코드북에 포함된 디지털 인자들의 양과 밀접한 관계가 있다. 이러한 상관 관계는 보고의 정밀도와 피드백 오버헤드가 비례하도록 한다.
암시적 피드백 기법(implicit feedback)이란, 수신단이 전송단에 보고하여야 할 정보를 유한개의 디지털 정보값들로 제한하고, 각 보고 주기에서 측정한 채널 정보를 표현하기에 가장 효과적이라 생각되는 디지털 정보를 선정하고 선정된 디지털 정보를 지시하는 인자를 전송장치(전송단), 예를 들어 기지국에 보고하는 기법이다. 이 기법의 수행을 위해서는 유한개의 디지털 정보값들로 구성된 정보들의 집합을 설계하여야 하며, 설계된 디지털 정보들의 집합을 코드북이라 한다.
다시말해 채널 정보를 유한개(N개)의 디지털 정보로 나타내기 위하여 코드북을 설계한다. 수신장치(수신단), 예를 들어 단말에서 측정 가능한 모든 채널 정보를 고려하여 이 채널 정보를 가장 효과적으로 표현 가능한 N가지의 디지털 값을 선정하고 이를 코드북으로 설계한다. 수신장치는 각 보고 주기에서 코드북에 등록된 디지털 값들(codeword)과 측정된 채널 정보를 비교하여 측정된 채널 정보를 가장 잘 표현할 수 있는 디지털 값을 선정하고 이를 전송장치에 전달한다.
LTE(Long Term Evolution)나 LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 무선통신시스템의 경우 측정된 채널에 사용되기에 가장 적합하다고 판단되는 프리코더 행렬에 대한 정보를 전송장치에 전달하는 방식으로 암시적 피드백 기법을 사용할 수 있다.
프리코딩의 정밀도를 증가시키기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선통신시스템은 각 서브밴드별 다른 프리코딩 행렬을 적용시키는 기법을 사용하며, 각 서브밴드별 다른 PMI을 피드백하는 방식으로 프리코딩 및 피드백 정보의 정확도를 증가시킨다.
이 기법에서, 전 대역에 걸쳐 하나의 PMI을 보고하는 기존 기법에 비해 서브밴드별 PMI 피드백에 의한 피드백 오버헤드 증가를 줄이기 위해, 서브밴드 프리코더 행렬을 ‘광대역 부분’과 ‘부대역 부분’으로 구분하고 단말이 이를 따로 보고할 수 있다.
보다 적은 피드백 오버헤드를 통하여 부대역 프리코딩을 수행하기 위하여 MIMO 무선통신시스템은 W=W1W2와 같이 표현되는 이중 구조 프리코딩(프리코더) 행렬을 사용한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선통신시스템은 하향링크 전송에서 도 3에 도시한 바와 같이 이중 구조 프리코딩을 수행할 수 있다.
이 구조에서 프리코딩(프리코더) 행렬을 구성하는 W1 및 W2은 각기 다른 프리코딩 행렬 인덱스들(precoder matrix indicators)인 PMI1 또는 PMI2을 통해 단말로부터 기지국에 전달될 수 있다. W1은 전체 시스템 대역(system bandwidth)에 대하여 선정된 프리코딩 행렬(precoder matrix)일 수 있다. 한편, W2은 전체 시스템 대역(system bandwidth)에 대하여 하나의 프리코딩 행렬(precoder matrix)로 선정되거나 시스템 대역의 부분 집합인 각 부대역(subband)에 대하여 각기 하나씩 다수의 프리코딩 행렬(precoder matrix)로 선정될 수도 있다. 다시말해 단말은 보고 주기 내에서 일반적으로 하나의 W1 및 다수의 W2을 보고할 수 있으며, 단말이 신호를 수신하고자 하는 전대역에 대하여 W1을 지시하는 하나의 디지털 인자값(PMI1)를 전송하며, 전대역을 여러개의 부대역으로 분할 후 각 부대역에서 W2로 사용되기에 적합하다고 판단되는 디지털 인자 값들(PMI2)을 기지국에 보고할 수 있다. 이 방식을 사용하는 이유는 각 부대역 별 다른 프리코더 행렬을 사용하여 프리코딩을 수행하기 위함이다. 각 부대역 별 다른 프리코더 행렬을 사용하기 위하여 W1 및 W2은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2011008367-appb-I000001
수학식1에서, W1은 [Vn 0; 0 Vn]의 대각행렬(block diagonal matrix)이다. W2는 안테나 그룹(antenna group) 간 위상불일치에 대해 보정하는 위상 일치(co-phasing) 작업을 수행하는 행렬이다.
이 구조에서 PMI1을 통해 보고되는 W1은 전체 특정 m개수, 예를 들어 16개 또는 32개의 빔형성벡터들(beam forming vectors) 중 n개(n은 1 이상의 정수)의 빔형성벡터들을 포함하는 서브셋(subset)을 선정하는 작업을 수행하며, PMI2를 통해 보고되는 W2은 이 n개 빔형성벡터들 중 r개(r은 n보다 작은 1 이상의 정수)의 빔형성벡터들을 선정하는 작업 및 위상 일치(co-phasing) 작업을 수행한다. 이때 W2은 동일한 빔형성벡터를 반복 선정할 수 있으며, r은 전송 랭크(rank)에 의해 결정되는 값이다. 전송하고자 하는 랭크(rank) r의 값에 따라 n의 값은 달라질 수 있다.
단말은 하나의 W1 및 다수의 W2을 보고하는데 각각 사용하는 PMI1과 PMI2의 크기 또는 PMI 보고용 코드북의 크기는 각 전송 랭크별로 아래와 같을 수 있다.
[표 1]
Figure PCTKR2011008367-appb-I000002
표2는 물리상향링크 제어채널(Physical Uplink Control Channel, PUCCH)을 통해 채널정보(Channel state information)을 기지국에 보고할 때 PUCCH 보고 형식 또는 타입에 다른 각 모드들의 총비트수를 나타내고 있다.
[표 2]
Figure PCTKR2011008367-appb-I000003
표2를 통해 알 수 있는 바와 같이 광대역 CQI/PMI 보고시 8개의 안테나를 사용하는 경우, 랭크가 1이라면 8비트를 사용하고 랭크가 1을 초과하면 11비트를 사용할 수 있다.
다시말해 물리상향링크 제어채널(Physical Uplink Control Channel, PUCCH)을 통해 채널정보(Channel state information)을 기지국에 보고할 때 특정한 비트수, 예를 들어 11비트를 사용하여 채널품질정보인 CQI와 함께 PMI1 및 PMI2를 포함하는 채널정보를 보고할 수도 있다.
표1을 통해 알 수 있는 바와 같이 두 개의 코드북을 사용하여 프리코딩행렬(precoder matrix)에 대한 정보를 보고할 때 이 때 PMI들의 보고에 필요한 페이로드의 크기(payload size)는 랭크1/2의 경우 8비트이고, 랭크 3의 경우 6비트이고, 랭크 5의 경우 5비트일 수 있다.
또한 표1 내지 표2에는 나타나 있지 않지만, CQI 보고에 필요한 페이로드 크기(payload size)는 랭크1/2는 4비트이고 나머지의 경우는 7비트이다.
따라서 채널품질정보인 CQI와 함께 PMI1 및 PMI2를 포함하는 채널정보를 보고할 때 11비트를 사용하는 경우라면, 랭크1의 경우 1비트를, 랭크2의 경우 4비트를, 랭크 3의 경우 2비트를, 랭크 4의 경우 1비트만큼 각각의 코드북 부분에서 피드백 오버헤드(feedback overhead)을 줄여야 한다. 다시말해 랭크1의 경우 PMI들의 보고에 필요한 페이로드 크기 8+CQI 보고에 필요한 페이로드 크기 4비트인데 채널정보 보고에 사용될 수 있는 총 비트수는 11비트이므로 1비트만큼 각각의 코드북 부분에서 피드백 오버헤드를 줄여야 한다.
따라서, 실시예들은 단말이 하나의 W1 및 다수의 W2을 보고하는데 사용되는 원코드북들(original codebooks)과 함께 또는 별도로 코드북의 크기가 채널정보의 보고에 필요한 페이로드의 크기를 만족할 수 있는 크기가 작은 코드북들 또는 코드북들의 서브세트들(subsets)의 설계가 필요할 수 있다. 이때 실시예들은 서브세트들의 구현시 원코드북의 특성을 고려하여 성능저하가 최소화되도록 서브세트들을 구성할 수 있다.
다시말해 PUCCH을 통해 CSI mode2로 채널에 대한 정보 보고 시, PMI1, PMI2, CQI을 합하여 11비트가 사용될 수 있다. 이 총 비트수는 상기에 명시된 codebook에 의해 정의되는 PMI1, PMI2 값을 보고하기에 부족하며, 따라서 보다 작은 크기를 가지는 codebook을 설계하여야 한다. 실시예들은 상기에 명시된 원코드북(original codebook)의 일부분을 선정한 서브세트(subset)을 구성하고 이를 이용하여 PUCCH CSI mode 2 전송 시 사용 가능한 적은 수의 비트들을 사용하여 PMI1 및 PMI2을 전송할 수 있다. 이때 서브세트(subset)의 최대 크기는 랭크1인 경우 7비트이고 랭크 2 내지 4인 경우 4비트일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
즉 실시예들은 서브세트를 구성하고 이를 사용하여 MIMO 구현 시 original codebook을 사용하는 경우에 비하여 MIMO 시스템의 성능이 저하되지 않으면서 MIMO 시스템에 미치는 영향이 적은 요소들부터 차례로 제거하여 서브세트를 사용하는 MIMO 시스템의 성능이 최적화될 수 있는 랭크 1 내지 4 서브세트를 구성하기 위해 공통적으로 사용되는 서브세트의 구성방법 및 그에 따른 서브세트를 제공한다.
구체적으로 각 랭크별로 위 단계들을 적용하여 서브세트를 구성하는 구성방법 및 그 서브세트를 설명하기 전에 W=W1W2와 같이 표현되는 이중 구조 의 코드북의 특성 또는 요소를 살펴본다.
첫째로 코드북을 구성할 빔 형성 벡터들을 선정하게 되는데, 이는 빔 형성 벡터의 resolution을 결정한다. 다시말해 각 랭크에서 코드북 구성에 사용 될 빔 형성 벡터를 선정한다. 이때 랭크 1~8 모든 경우에 대하여 32PSK 기반 32개의 빔 형성 벡터를 사용할 수 있다.
둘째로 프리코딩 행렬(Precoder matrix)을 구성할 빔 형성 벡터를 선정하게 되는데 이는 빔 형성 벡터 selection의 resolution을 선정하게 된다. 다시말해 PMI1 및 Y(Y1, Y2) 구성에 의하여 프리코딩 행렬을 구성할 빔 형성 벡터를 선정한다.
다시말해 랭크 1,2의 경우 PMI1은 인접한 4개의 빔 형성 벡터를 지시하도록 코드북1이 설계된다. 그리고 랭크1의 경우 이 중 하나를 선정하는 4가지 경우 모두가 W2에서 지원된다. 랭크 2의 경우 4개의 빔 형성 벡터를 반복 선정하는 16가지 경우의 수 8가지 경우를 W2을 통해 지원한다.
한편, 랭크 3,4의 경우 PMI1은 인접합 8개의 빔 형성 벡터를 지시하도록 코드북1이 설계된다. 랭크3의 경우 8개의 빔 형성 벡터 중 3개를 반복 선정 시 모두 16경우가 사용되며, 랭크4의 경우 4가지 경우가 사용된다.
셋째로 위상 일치 요소(CO-phasing element)를 선정한다. 이때 위상 일치(Co-phase) 작업을 수행할 위상 일치 요소 의 수를 설정할 수 있다. 예를 들어 랭크 1의 경우 4가지, 랭크 2은 두 가지, 랭크 3은 오직 한 가지, 랭크4은 2가지 경우가 고려될 수 있다.
이러한 W=W1W2와 같이 표현되는 이중 구조의 코드북의 특성 또는 요소에 따라 다음과 같은 점들을 고려할 수 있다.
첫째로 상기 구성에서, 각 부분은 서로 다른 중요도를 가지며, 따라서 서브세트 설계를 위해 상기 세 가지 부분에 변화를 주고자 하는 경우, 코드북을 사용하는 MIMO의 성능에 보다 적은 영향을 미치는 요소에 대하여 서브세트 선정을 위한 변화를 우선적으로 적용하고 결과를 확인 후, 서브세트 크기를 더 줄일 필요가 있다고 판단시 다른 요소에 변화를 주어 서브세트의 크기를 줄이는 방식으로 서브세트 구성을 하여야 한다.
둘째로 하향링크 MIMO에서 기지국은 임의로 랭크 감소를 적용할 수 있다. 이는 기지국이 프리코딩 수행 시 단말이 보고한 랭크 및 프리코딩 행렬을 무조건적으로 적용하지 않고, 상황에 따라 임의로 랭크 및 프리코딩 행렬을 변경할 수 있음을 의미한다.
상기의 경우, 기지국은 프리코딩 행렬을 어떤 방식으로 변경할 지 그리고 프리코딩 행렬 변경 시 MIMO 성능에 어떠한 변화가 있을 지 예측할 수 있어야 한다. 상기 목적을 달성하기 위하여, 랭크가 큰 프리코딩 행렬의 일부분(일부 column)을 소거하면 랭크가 작은 프리코딩 행렬이 되는(nested property) 특성을 가지도록 코드북 서브세트를 구현할 필요가 있다. 구성된 서브세트가 상기의 특성을 가지려면, 서브세트 구성 시, 랭크에 관계 없이 동일한 법칙을 적용할 수 있어야 한다.
이하 랭크 1 내지 4 서브세트를 구성하기 위해 공통적으로 사용되는 서브세트의 구성방법을 상세히 설명하고 각 랭크 1 내지 4의 경우를 예시적으로 설명한다.
먼저 제1단계에서 서브세트의 크기가 최대가 되도록 설정한다. 즉 랭크 1의 경우 서브세트 크기는 7 비트가 되도록 설정하고 그 이외의 경우 서브세트 크기가 4 비트가 되도록 설정할 수 있다.
다음으로 제2단계에서 PMI1 및 PMI2에 의해서 지시되는 프리코딩 행렬(precoder matrix) 중 중복되는 부분을 소거하여 원코드북(original codebook) 보다 크기가 작은 서브세트를 선정할 수 있다.
구체적으로 frequency-selective precoding을 지원하기 위하여 동일한 프리코딩 행렬이 두 가지 PMI1, PMI2 조합으로 표현 가능하도록 코드북의 일부분이 구성되어 있다. PUCCH을 사용하여 PMI1, PMI2을 feedback 하는 경우는 frequency selective precoding을 수행하지 않고 전 대역에 거쳐 하나의 프리코딩 행렬을 사용하는 경우이므로, 상기의 중복된 부분을 소거하고 코드북 서브세트를 구성하여도 성능의 저하가 발생하지 않을 수 있다. 제2단계 사용 시 랭크1 코드북은 7 bits의 서브세트가 된다.
그 다음으로 제3단계에서 제2단계의 결과 생성된 서브세트의 크기가 미리 설정된 크기보다 큰 경우, 위상 일치(co-phase) 선정을 지원하지 않도록 서브세트를 설정하여 서브세트의 크기를 줄일 수 있다.
구체적으로 빔 형성 벡터는 각 단말이 수신하는 신호의 전력이 커지도록 지지하는 기능 이외에, 각 단말에게 전송된 신호가 다른 단말에 간섭을 미치지 않도록 하는 기능도 가지고 있다(beam division or spatial division multiple access을 지원함). 반면, co-phasing 작업은 단말이 각 안테나에 수신된 신호 간 phase을 맞추어 수시된 신호를 효율적으로 사용하여 수신 신호의 전력이 향상되는 기능만을 수행할 수 있다. 따라서, 빔 형성 벡터 또는 빔 형성 벡터 selection의 신뢰도를 감소시키는 방식으로 서브세트를 구현 하는 것 보다는 co-phasing 작업의 정확도를 줄이는 방식으로 서브세트를 구성하는 것이 유리할 수 있다. 상기 방식 적용 시 랭크 4 서브세트 크기가 4 bits가 되어 랭크 4 서브세트가 완성될 수 있다.
그 다음으로 제4단계에서 제2단계 및 제3단계 두 단계를 거쳐도 서브세트의 크기가 충분히 줄어들지 않는 경우, 빔 형성 벡터의 분해능(resolution)을 감소시킬 수 있다. 예를 들어 32PSK 기반한 32개의 빔 형성 벡터를 사용하여 코드북을 설계하는 대신 16PSK 기반한 16개의 빔 형성 벡터를 사용하여 코드북을 설계할 수 있다.
구체적으로 서브세트 크기를 더 줄여야 하는 경우, 즉 빔 선정에 관련된 resolution을 줄여야 하는 경우, 일부 빔에 대하여 코드북의 resolution이 줄어들지 않고 전반적으로 골고루 resolution일 줄어드는 효과를 얻기 위하여 위와 같이 빔 형성 벡터의 수를 일괄적으로 줄이는 작업을 수행할 수 있다. 상기의 단계를 거쳐 랭크 2 서브세트는 4 bits의 크기를 가질 수 있다. 랭크 2 서브세트의 크기가 충분히 작아질 수 있다.
마지막으로 제5단계로 위 상기 세 단계를 거친 후 서브세트에 프리코딩 행렬 간 코르날 거리(chordal distance)가 최대가 되도록 서브세트를 구성할 수 있다. 다시말해 제4단계를 거쳐도 여전히 서브세트의 크기가 클 경우, 코르날 거리 (chordal distance)가 작은 요소들을 제거하므로 유사도가 높은 프리코딩행렬 또는 빔형성벡터들을 제공할 수 있다. 여기서, 상기 제5단계는 제1 내지 제4단계와는 독립적으로 운용할 수도 있다.
구체적으로 상기 제2 내지 4단계는 precoder 성능에 최소한의 영향을 미칠 것이라 예상되는 순서에 따라 서브세트를 구현하는 방식 또는 코드북의 일부 요소를 소거하여 크기가 작은 서브세트를 구현하는 방식이다. 제2단계 적용 시, wideband PMI reporting 통한 precoding의 성능은 전혀 저하되지 않으며, 제3단계 적용 시 서브세트 사용하는 wideband PMI reporting의 성능은 다소 저하되며 MU-MIMO 시 MAI 제어 성능은 저하되지 않으나 수신 전력에서 다소 손해를 볼 수 있다. 한편, 제4단계 사용 시 빔 형성 벡터의 resolution 저하로 인해 MAI management 성능이 저하되어 제2단계 및 제3단계만 적용된 경우에 비하여 추가적인 성능 저하가 발생하게 될 수 있다.
정리하면, 랭크 1~4 코드북에 대하여 제2단계를 적용하여 각 랭크에 대하여 서브세트를 구성한다. 제2단계 적용 시 랭크 1 코드북은 충분히 작은 크기의 서브세트를 가지도록 구성될 수 있다. 그러나 상기의 과정을 거쳤으나 여전히 크기가 큰 랭크 2~4 서브세트에 대하여 제3단계를 적용할 수 있다. 상기 적용에 의해 랭크 4 서브세트는 충분히 작은 크기가 될 수 있다.
한편 랭크 2 및 3 서브세트에 대하여 제4단계를 적용할 수 있다. 랭크 2 서브세트는 충분히 작은 크기가 될 수 있다.
랭크 2,3 서브세트에 대하여 제4단계를 적용하여 최종 결과를 얻는다. 모든 랭크에 대하여 적절한 서브세트가 생성된다.
이때 위 단계들을 순서대로 적용하여 각 랭크별 서브세트를 구성할 수도 있으나 순서에 관계없이 위 단계들을 적용하거나 일부 단계들을 적용하지 않을 수도 있고 다른 단계들을 추가로 적용할 수도 있다.
이하 각 랭크별로 코드북들 및 프리코딩 행렬들을 상세히 살펴보고 전술한 서브세트의 구성방법에 따라 서브세트를 구성하는 구체적인 구성방법 및 그에 따른 서브세트를 상세히 설명한다. 구체적으로 랭크 1과 2 전송을 수행하는 경우 각 코드북들 및 프리코딩 행렬들을 상세히 설명하고 그에 따른 서브세트의 구성방법 및 그에 따른 서브세트를 설명하고 랭크 4 및 3 전송의 경우를 순차적으로 설명한다.
랭크 1과 2 전송을 수행하는 경우에 프리코더 행렬 W1은 다음과 같을 수 있다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000004
이때
Figure PCTKR2011008367-appb-I000005
으로
Figure PCTKR2011008367-appb-I000006
이다.
따라서, 디지털 인덱스 n에 의해 지시되는 프리코더 행렬 W1은 다음과 같을 수 있다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000007
이 때 bn은 빔 형성(beam forming)을 수행하는 빔형성벡터들(beam forming vectors)이며, 신호의 발신 및 수신 방향에 따른 빔형성(beam forming)을 수행할 수 있다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000008
은 0으로 구성되고 크기가 bn와 동일한 열벡터이다.
특히 W1의 bn에서 인접한 빔들(adjacent overlapping beams), 예를 들어 4개의 인접한 빔들이 주파수 선택 프리코딩(frequency selective procoding)에서 엣지 효과(edge effect)를 감소하기 위해 사용될 수 있다. 편의상 본 명세서에서는 bn의 크기가 4인 경우를 예시로 들어 설명한다. bn의 크기는 4에만 국한되지 않는다.
즉, 랭크1 및 랭크2의 경우, 코드북1은 4개의 인접한 빔형성벡터(beam forming vector)을 선택에 대한 인덱스이며, 코드북1의 PMI인 PMI1에 따라 선택되는 빔 형성 벡터의 인덱스으로 코드북을 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000009
. 따라서 각 랭크에 대해 16개의 W1 행렬들은, 빔들의 인덱스만으로 표시하면, [0,1,2,3], [2,3,4,5], [4,5,6,7],.....,[28,29,30,31], [30,31,0,1]이다. 이때 빔들이 인접한 것으로 설명하였으나 이에 제한되지 않고 인접하지 않은 빔들로 W1 행렬을 형성할 수도 있다.
한편, W1 행렬들은 인접한 행렬들끼리 두개의 빔형성벡터들이 중첩될 수 있다. 예를 들어 [0,1,2,3]과 [2,3,4,5]의 경우 [2,3]이 중첩된다.
이때 W1은 도 3를 참조하여 설명한 바와 같이 일정한 거리로 편파된 이중 편파 안테나 어레이(도 3의 428 참조)의 공간 공분산과 일치할 수 있다.
이 때 Vn은 빔 형성(beam forming)을 수행하는 빔형성벡터들(beam forming vectors)이며, 아래의 수학식과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000010
bn의 크기가 4인 보다 단순한 일례로, W1의 프리코더 행렬을 지칭하는 PMI1=n에 의한 W1의 형태는 다음과 같이 설정될 수 있다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000011
즉, W1의 보고를 위한 코드북 각각의 요소는 다수의 빔형성 벡터들(beam forming vectors)의 조합으로 구성될 수 있다.
8개의 안테나들을 포함하는 전송단의 경우로 32개의 빔형성벡터들을 0 내지 31의 빔 인덱스들 n으로 표시하면 열벡터로 V0 32=(1,1,1,1), V1 32=(1,ej(π /16),ej(2 π /16), ej(3 π /16)}, V2 32=(1,ej(2 π /16),ej(3 π /16), ej(4 π /16)),...,V31 32(1,ej(31 π /16),ej(32 π /16), ej(33 π /16))와 같을 수 있다.
W2은 W1k에 포함된 다수의 빔형성 벡터(beam forming vector) 중 r개를 선정하는 작업과 위상 일치(co-phasing) 작업을 동시에 수행한다. 다시말해 W2의 코드북은 W1에 의해 선정된 4개의 빔 형성 벡터 중 1개 (랭크1 전송의 경우) 또는 2개를 반복선택 (랭크2의 경우) 하는 작업을 수행하며, 이와 동시에 각 전송 안테나 그룹(또는 도메인) Z1 및 Z2에 사용될 빔 형성 벡터들에 적용한 위상 일치 구성요소(co-phase element)을 결정한다.
랭크 1전송을 수행하는 경우에 W2은 다음 수학식와 같이 정의할 수 있다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000012
Y은 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000013
이때
Figure PCTKR2011008367-appb-I000014
은 n번째 구성요소의 값이 1이고 나머지 구성요소의 값이 1인 4×1 선택벡터이다. 이때 Y는 빔 선택(beam selection)을 수행하는 빔 선택 벡터(beam selection vector)이며, 1 또는 -1, j, -j는 위상 일치 작업을 수행하는 위상 일치 요소(co-phase element) 이다.
다시말해 랭크1의 경우 와 같이 주어져 도합 4가지의 co-phasing 작업 (1, -1, j, -j) 중 한 가지를 수행하며
Figure PCTKR2011008367-appb-I000016
으로 결정되어 W1에 의해 선정 된 4개의 빔 형성 벡터 중 하나의 vector을 선정할 수 있다.
랭크 2전송을 수행하는 경우에 W2은 다음과 같이 정의할 수 있다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000017
이때 Y1, Y2은 빔 선택(beam selection)을 수행하는 빔 선택 벡터(beam selection vector)이며, 1 또는 -1, j, -j 은 위상 일치 작업을 수행하는 위상 일치 요소(co-phase element) 이다.
이때 Y1은 W2을 지시하는 PMI2의 값이 a일 때 첫번째 레이어(layer) 전송에 사용될 빔형성벡터를 W1이 선정한 4개의 빔형성벡터들로부터 선택하는 작업을 수행하며, Y2은 W2을 지시하는 PMI2의 값이 a 일 때 두번째 레이어 전송에 사용될 빔형성벡터를 W1이 선정한 4개의 빔형성벡터로부터 선택하는 작업을 수행한다.
Y1, Y2은 다음과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2011008367-appb-I000018
즉, Y1, Y2은 하나의 값이 1이고 나머지는 0인 길이 4의 열 벡터이다.
다시말해 랭크2의 경우
Figure PCTKR2011008367-appb-I000019
으로 설정되어 있으며, W1 및 Y1을 통해 선정된 빔 형성 벡터가 전송 안테나 그룹(도메인) Z1 및 Z2에 적용 될 시 co-phasing element 값 및 W1와 Y2에 의해 결정된 빔 형성 벡터가 전송 안테나 그룹 Z1 및 Z2에 적용될 시 사용될 co-phasing element 값을 (1, j) 중에서 택일한다. 또한 W1에 의한 선정된 3개의 빔 형성 벡터 중 2개의 빔 형성 벡터를 반복 선정하는 Y1 및 Y2 은 다음과 같이 구성된다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000020
상기의 구조에서, (Y1, Y2)=
Figure PCTKR2011008367-appb-I000021
인 경우 즉 PMI1 = 2이고 Y1=[1;0;0;0], Y2=[0;1;0;0]인 경우, W2의 형태는 다음과 표현할 수 있다. 즉
Figure PCTKR2011008367-appb-I000022
결과적으로 위 수학식으로 표현되는 W2는, 첫번째 레이어(layer) 전송에 사용될 빔형성벡터로 W1이 선정한 4개의 빔형성벡터들 중 첫번째 빔형성벡터를 선정하고 두번째 레이어 전송에 사용될 빔형성벡터로 W1이 선정한 4개의 빔형성벡터들 중 두번째 빔 형성백터를 선택하는 작업을 수행한다.
따라서, W=W1×W2=W1PMI1=2× W2PMI2=2인 경우 다음과 같을 수 있다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000023
결과적으로, W1은 PMI1에 의해 4개의 빔형성벡터들 V4 내지 V7을 선정하며 W2은 Sa 1, Sa 2에 의해 이 중 V4, V5을 선정한다. 그리고 마지막으로 Ca=1에 의해
Figure PCTKR2011008367-appb-I000024
와 같이 위상 일치(co-phasing) 작업이 수행된다.
이상 랭크 1과 2 전송을 수행하는 경우 각 코드북들 및 프리코딩 행렬들을 상세히 설명하였으나 이하 그에 따른 서브세트의 구성방법 및 그에 따른 서브세트를 설명한다.
랭크1의 경우 반복되는 부분을 제거하면 비트의 서브세트를 구성할 수 있다. 다시말해
Figure PCTKR2011008367-appb-I000025
,
Figure PCTKR2011008367-appb-I000026
,
Figure PCTKR2011008367-appb-I000027
또는
Figure PCTKR2011008367-appb-I000028
은
Figure PCTKR2011008367-appb-I000029
에서 PMI1=짝수인 부분,
Figure PCTKR2011008367-appb-I000030
일 수있다.
전자의 경우 코드북1에 대한 서브세트1(제1서브세트)는 원코드북1(제1원코드북)과 동일하고 코드북2에 대한 서브세트2(제2서브세트)는
Figure PCTKR2011008367-appb-I000031
에서
Figure PCTKR2011008367-appb-I000032
를 선정하여 반복되는 부분을 제거할 수 있다. 이때 서브세트2(제2서브세트)는
Figure PCTKR2011008367-appb-I000033
,
Figure PCTKR2011008367-appb-I000034
일 수도 있다.
후자의 경우 코드북1에 대한 서브세트1(제1서브세트)은 원코드북에서 PMI1인 짝수인 부분만을 선택하고 코드북2에 대한 서브세트2(제2서브세트)은 원코드북2(제2원코드북)과 동일할 수 있다. 구체적으로 서브세트1은 PMI1=0 내지 15로 총 16개 중 총 8개(PMI=0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14)만을 설정할 수 있다.
원코브북1과 원코드북2의 크기가 각각 4비트로 총8비트이나 전자의 경우 서브세트1의 크기는 4비트이나 서브세트2의 크기가 3비트로 1비트 감소하고 후자의 경우 서브세트2의 크기는 4비트이나 서브세트1의 크기가 3비트로 1비트 감소할 수 있다.
랭크2의 경우 반복되는 부분을 제거하여 크기를 1비트를 줄이고, co-phase 선정을 제거하여 다시 1비트를 줄이고, 32개의 PSK 빔을 사용하는 대신 16개의 PSK 빔을 사용하도록 하여(짝수로 표기되는 빔 만을 사용하도록 하여) 다시 2 bits 크기를 줄여 4bits 크기의 서브세트를 만들 수 있다.
상기 과정에서, 인접한 빔을 사용하는 프리코딩 행렬 간 코르날 거리를 크게 하기 위하여(제5단계 적용) 다음과 같이 인접한 빔을 사용 시 서로 다른 co-phase element을 사용할 수 있다.
[표 3]
Figure PCTKR2011008367-appb-I000035
표3에서 도표에서 동일 색(또는 모양)으로 표현된 두 가지 조합 중 한가지가 서브세트로 사용될 수 있다. 이를 코드북으로 표시하면, 다음과 같다.
우선 빗금으로 표기된 부분을 서브세트로 표기하면,
Figure PCTKR2011008367-appb-I000036
은
Figure PCTKR2011008367-appb-I000037
에서 PMI1=짝수인 부분,
Figure PCTKR2011008367-appb-I000038
으로 표기할 수 있고 다른 부분을 표기하면
Figure PCTKR2011008367-appb-I000039
은
Figure PCTKR2011008367-appb-I000040
에서 PMI1=짝수인 부분,
Figure PCTKR2011008367-appb-I000041
으로 표기할 수 있다.
결과적으로 코드북1의 서브세트는 3비트가 되고 코드북2의 서브세트는 1bit 크기를 가질 수 있다.
랭크 3과 4 전송을 수행하는 경우에 프리코더 행렬 W1은 다음과 같을 수 있다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000042
이때
Figure PCTKR2011008367-appb-I000043
으로
Figure PCTKR2011008367-appb-I000044
이다. 즉 x(k)는 x(1), x(2), x(2), x(3)로 4개가 가능하며 x(k)는 인접하는 8개의 빔형성벡터들을 포함한다.
즉, 랭크1 및 랭크2의 경우, 코드북1은 4개의 인접한 빔형성벡터(beam forming vector)을 선택에 대한 인덱스이며, 코드북1의 PMI인 PMI1에 따라 선택되는 빔 형성 벡터의 index으로 코드북을 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000045
. 따라서 각 랭크에 대해 4개의 W1 행렬들은, 빔들의 인덱스만으로 표시하면, [0,1,2,3,4,5,6,7], [4,5,6,7,8,9,10,11], [8,9,10,11,12,13,14,15], [12,13,14,15,0,1,2,3]이다. 이때 빔들이 인접한 것으로 설명하였으나 이에 제한되지 않고 인접하지 않은 빔들로 W1 행렬을 형성할 수도 있다.
한편, W1 행렬들은 인접한 행렬들끼리 네개의 빔형성벡터들이 중첩될 수 있다. 예를 들어 [0,1,2,3,4,5,6,7]과 [4,5,6,7,8,9,10,11]의 경우 [4,5,6,7]이 중첩된다.
이 때 bn은 빔 형성(beam forming)을 수행하는 빔형성벡터들(beam forming vectors)이며, 아래와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2011008367-appb-I000046
랭크 3전송을 수행하는 경우에 W2은 다음 수학식과 같이 정의할 수 있다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000047
이때
Figure PCTKR2011008367-appb-I000048
은 n번째 구성요소의 값이 1이고 나머지 구성요소의 값이 1인 8×1 선택벡터이다. 이때 Y1, Y2는 빔 선택(beam selection)을 수행하는 빔 선택 벡터(beam selection vector)이며, 1 과 -1은 위상 일치 작업을 수행하는 위상 일치 요소(co-phase element) 이다.
다시말해 랭크1의 경우
Figure PCTKR2011008367-appb-I000049
와 같이 주어져 총 1가지의 co-phasing 작업을 수행하며
Figure PCTKR2011008367-appb-I000050
으로 결정되어 W1에 의해 선정 된 8개의 빔 형성 벡터 중 세개의 빔형성벡터들을 선정할 수 있다.
이때 전송 안테나 그룹 Z1 및 Z2에 각각 하나와 두개의 빔형성벡터들을 선정한다. 예를 들어 W2의 빔형성벡터가 (e1,[e1 e5]) 인 경우 전송 안테나 그룹 Z1에 한 개의 빔형성벡터( e1 )을 선정하고 다른 전송 안테나 그룹 Z2에 두개의 빔형성벡터들([e1 e5]) 을 선정한다. 반대로 W2의 빔형성벡터가 ([e5, e1],e1) 인 경우 전송 안테나 그룹 Z1에 두개의 빔형성벡터들 ([e5, e1]) 을 선정하고 다른 전송 안테나 그룹 Z2에 한 개의 빔형성벡터( e1 )을 선정한다.
랭크 3에서, PMI1 = 0, (Y1, Y2)=(e1,[e1 e5]) 인 경우를 예를 들면,
Figure PCTKR2011008367-appb-I000051
에서, X (0) Y 1 에 의해 선정된 빔 형성 벡터 b 0 , 그리고 X (0) Y 2 에 의해 선정된 빔 형성 벡터 b 0 와 b 4 을 통해 precoding이 수행된다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000052
즉, 전송 안테나 그룹 Z1은 3개의 layer을 각 각 b 0 , b 0 , b 4 을 사용하여 전송하며, 전송 안테나 그룹 Z2은 3개의 layer을 각 각 b 0 , -b 0 , -b 4 을 사용하여 전송한다.
랭크 4전송을 수행하는 경우에 W2은 수학식 4와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2011008367-appb-I000053
이때 Y은 빔 선택(beam selection)을 수행하는 빔 선택 벡터(beam selection vector)이며, 1 , -1 또는 j,-j 는 위상 일치 작업을 수행하는 위상 일치 요소(co-phase element) 이다.
다시말해 랭크4의 경우
Figure PCTKR2011008367-appb-I000054
으로 설정되어 있으며, W1 및 Y을 통해 선정된 빔 형성 벡터가 전송 안테나 그룹(도메인) Z1 및 Z2에 적용 될 시 co-phasing element 값 및 W1와 Y2 에 의해 결정된 빔 형성 벡터가 전송 안테나 그룹 Z1 및 Z2에 적용될 시 사용될 co-phasing element 값을 (1, j) 중에서 택일한다. 또한 W1에 의한 선정된 2개의 빔 형성 벡터 중 2개의 빔 형성 벡터를 반복 선정하는 Y는 다음과 같이 구성된다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000055
상기의 구조에서, Y=[e1 e5] 인 경우 즉 e1=[1;0;0;0;0;0;0;0], e5=[0;0;0;0;0;1;0;0]의 W2로 표현될 수 있다.
이상 랭크 3과 4 전송을 수행하는 경우 각 코드북들 및 프리코딩 행렬들을 상세히 설명하였으나 이하 그에 따른 서브세트의 구성방법 및 그에 따른 서브세트를 설명한다.
랭크 4인 경우의 서브세트의 구성방법 및 그에 따른 서브세트를 먼저 설명한다.
Original 코드북과 동일한 형태의 서브세트가 정의된다. 다만 다음과 같이 빔 형성 벡터와 co-phasing element 간 조합이 사용될 수 있다.
[표 4]
Figure PCTKR2011008367-appb-I000056
표4를 참조하면 랭크2의 경우와 마찬가지로, 같은 색(모양)으로 표현된 상기의 두 조합 중 하나가 서브세트로 사용될 수 있다.
우선 빗금으로 표기된 부분을 서브세트로 표기하면,
Figure PCTKR2011008367-appb-I000057
또는
Figure PCTKR2011008367-appb-I000058
으로 표기할 수 있다.
코드북1의 서브세트1이 2비트이고 코드북2의 서브세트2가 2비트가 될 수 있다.
랭크 3의 경우, 작은 코르날 거리를 가지는 요소의 추가 제거가 필요하다. Step 2~4에 의해, 랭크3 서브세트는 다음과 같이 5bits로 크기가 줄어든다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000059
상기에서, X1 , X2 은 각 W1와 Yn 에 의해 선정되는 빔 형성 벡터들의 조합. 즉, X1=X(k)Y1 , X2=X(k)Y2 일 수 있다.
이때 보다 큰 코르날 거리 확보를 위해, 다음의 방식의 사용을 고려 할 수 있다.
1. bn 을 사용하여 2개의 layer을 전송하는 랭크3 서브세트 프리코딩 행렬에서, 나머지 하나의 layer을 전송하는 bn+4 및 bn-4 두 개의 빔이 다른 전송 안테나 그룹에 할당되도록 서브세트를 선정한다. 예를 들어, bn+4 을 X1 에 적용하는 프리코딩 행렬을 서브세트에 포함한다면, bn-4 을 X2 에 적용하는 프리코딩 행렬을 서브세트에 포함시킨다. 그리고 bn 을 사용하여 두 개의 layer을 전송하는 다른 프리코딩 행렬은 서브세트에서 제외하여 bn 을 사용하여 두 개의 layer을 전송하는 2 개의 프리코딩 행렬간 코르날 거리를 확보한다.
2. bn 을 사용하여 2개의 layer을 전송하는 프리코딩 행렬 구성에서 bn+4 을 X1 에 적용하는 프리코딩 행렬이 서브세트로 선정되었다면, 즉, 아래와 같은 조합이 서브세트에 포함되었다면 (X1, X2)=([bn,bn+4],bn) 이 될 수 있다.
상기에 사용된 두 개의 빔과 유사성이 가장 큰 2개의 빔 bn+2 와 bn+6 , 또는 bn-2 와 bn+2 을 사용하는 프리코딩 행렬의 경우, 특히 bn 과 유사성이 가장 큰 2개의 빔 bn+2 또는 bn-2 을 사용하여 2개의 layer을 전송하는 경우, 아래와 같이 bn+4 와 bn+2 또는 bn+4 와 bn+6 이 각기 다른 domain에 적용된 프리코딩 행렬을 선정하여 인접한 빔을 사용하고 또한 인접한 빔을 사용하여 2개의 layer을 전송하는 프리코딩 행렬 간 코르날 거리가 최대가 되도록 한다. 상기 (X1, X2) 의 예를 들면, 아래와 같은 프리코딩 행렬이 서브세트에 포함되도록 한다.
(X1, X2)=([bn,bn+4],bn) , (X1, X2)=(bn,[bn,bn-4]) 두 개의 조합이 서브세트로 선정되고 (X1, X2)=([bn,bn-4],bn) , (X1, X2)=(bn,[bn,bn+4]) 두 개의 조합이 서브세트에서 제외되었다면, bn+2 을 사용하여 2개의 layer을 전송하는 조합들 중 ([bn,bn+4],bn) 와 코르날 거리가 작은 (X1, X2)=([bn+2,bn+6],bn+2) 조합을 서브세트에서 제외하고, 대신 동일 빔들을 사용하면서 코르날 거리가 큰 (X1, X2)=(bn+2,[bn+2,bn+6]) 조합을 서브세트에 포함시킬 수 있다.
마찬가지로, (bn,[bn,bn-4]) 와 코르날 거리가 작은 (X1, X2)=(bn+2,[bn+2,bn-2]) 조합을 서브세트에서 제외하고, 대신 동일 빔들을 사용하면서 코르날 거리가 큰 (X1, X2)=([bn+2,bn-2],bn+2) 조합을 서브세트에 포함시킨다.
2-1. (X1, X2)=([bn,bn+4],bn) 이 서브세트에 포함되었다면, 빔 bn+4 을 사용하여 두 개의 layer을 전송하고 bn 을 사용하여 하나의 layer을 전송하는 조합 선정 시 상기 ([bn,bn+4],bn) 와 코르날 거리가 작은 ([bn,bn+4],bn+4) 을 서브세트에서 제외하고 (bn+4,[bn,bn+4]) 을 서브세트에 포함시킨다. 그리고 1항의 법칙에 따라, (X1, X2)=([bn+8,bn+4],bn+4) 조합을 서브세트에 포함시키고 (X1, X2)=(bn+4,[bn+8,bn+4]) 을 서브세트에서 배제한다.
3. 1항 1회 수행 후 2항을 반복하거나 또는 1항 및 2항 수행 후 2-1항을 반복수행한다. 아래는 상기 기법의 결과 만들어진 서브세트의 예시이다. 아래 예시를 보면, 본 특허가 제시하는 기법은
1) 인접한 빔을 사용하여 precoding을 수행하는 조합들간의 코르날 거리 확보법
2) 하나의 빔 형성 벡터를 공유하고 다른 하나의 빔 형성 벡터를 사용하여 precoding을 수행하는 프리코딩 행렬 간 코르날 거리 확보법.
두 가지 또는 둘 중 한 가지에 따라 코드북 서브세트를 구성하여 전체 서브세트 간 코르날 거리를 확보하는 서브세트 구성법을 제시한다.
Figure PCTKR2011008367-appb-I000060
위의 조합을 서브세트로 표현하면
Figure PCTKR2011008367-appb-I000061
,
Figure PCTKR2011008367-appb-I000062
또는
Figure PCTKR2011008367-appb-I000063
으로 표기할 수 있다.
이상 실시예들이 적용되는 무선통신시스템을 설명하였으나 이하 도 2 및 도3을 참조하여 다단 구조의 프리코더를 사용할 경우 무선통신시스템에서 기지국과 단말이 채널상태정보를 교환하는 과정을 기재한다.
도 2는 기지국과 단말이 채널상태정보를 교환하는 무선통신시스템을 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 무선통신시스템(100)은 도 1의 무선통신시스템과 동일하게 기지국(120)과 기지국(120) 내에 존재하는 적어도 하나의 단말, 예를 들어 n개의 단말들(110)을 포함할 수 있다. 이 단말들(110)은 현재 접속되어 있거나 추가 접속을 시도하는 단말들일 수 있으나 도 3에는 하나의 단말만을 표시한다.
기지국(120)은 후술하는 바와 같이 적어도 두개의 제1및 제2프리코더들을 포함하는 다단 구조의 프리코더를 포함하고 있다. 기지국(120)은 제1프리코더에 사용되는 제1프리코딩 행렬들과 이들을 인덱싱하는 제1인덱스들을 표현하는 제1서브세트(122)과 제2 프리코더에 사용되는 제2프리코딩 행렬들과 이들을 인덱싱하는 제2인덱스들을 표현하는 제2서브세트(124)을 저장하거나 생성할 수 있다. 제1서브세트(122)와 제2서브세트(124)는 전술한 원코드북1(원제1코드북) 또는 원코드북2(원제2코드북)으로부터 구성된 서브세트들이다. 제1서브세트(122)와 제2서브세트(124)에 대한 상세한 설명은 도1을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 전술한 것으로 대체한다.
이때 기지국(120)은, 도시하지 않았으나 전술한 원코드북1(원제1코드북) 또는 원코드북2(원제2코드북)을 저장하고 있을 수 있다. 따라서, 기지국(120)은 원코드북들을 이용하거나 서브세트들을 이용하여 다운링크 채널의 채널정보들을 단말(110)로부터 보고받을 수 있다. 이하 서브세트들을 이용하고 단말(110)이 채널정보들을 기지국(120)에 보고하는 것을 예시적으로 설명한다.
도 2을 참조하면, 단말(110)과 기지국(120) 사이 데이터를 송수신하기 위해 송신자 측 기지국(120)은 참조신호(128)를 전송하고, 수신자 측 단말(receiver side, 110)은 이 참조신호(128)를 이용하여 채널을 추정할 수 있다. 예를 들어, 하향링크 전송시 단말(110)은 하향링크 채널을 추정할 수 있다. 특히 OFDM 전송시 단말(110)은 각 부대역(서브밴드)의 채널을 추정할 수 있다. 반대로, 상향링크 전송시 기지국(120)은 상향링크 채널을 추정할 수 있다.
채널의 추정을 위해 주파수-도메인 그리드 내에 규칙 또는 불규칙한 간격으로 특정 신호 또는 심볼을 삽입할 수 있다. 이때 이 특정 신호 또는 심볼을 참조신호(reference signal) 또는 참조심볼(reference symbol), 파일롯 심볼(pilot symbol) 등 다양하게 명명하나 본 명세서에서는 이 특정 신호 또는 심볼을 참조신호라 하나 그 용어에 제한되지 않는다. 물론 참조신호는 주파수 도메인 채널의 추정에만 사용되지 않고 단말과 기지국 사이의 무선통신 과정에서 필요한 위치추정, 제어정보의 송수신, 스케줄링정보의 송수신, 피드백정보의 송수신 등을 위해서 사용될 수도 있다.
하향링크 또는 상향링크 전송시 각각 여러 종류의 참조신호들이 존재하며 다양한 용도로 새로운 참조신호들이 정의되고 있으며 논의되기도 한다. 예를 들어 상향링크 전송시 참조신호로 DM-RS(Demodulation RS), SRS(Sounding RS) 등이 있다. 하향링크 전송시 참조신호로 DM-RS(Demodulation RS), CRS(Cell-specific RS), MBSFN RS, UE-specific RS 등이 있다. 또한, 하향링크 전송시 단말(20)에서 중심 셀 또는 인접 셀들의 채널상태정보(Channel State Information(CSI))를 획득하기 위하여 기지국에서 전송하는 참조신호로 CSI-RS가 있다. 이 CSI-RS는 CQI(Channel Quality Indicator)/PMI(Precoder Matrix Index)/RI(Rank Index) 등을 리포팅하는데 사용될 수 있다. 이 CSI-RS는 CSI-RS를 전송하는 기지국에 포함된 각 셀마다 서로 구분가능하도록 셀-특화(Cell-specific)되며 낮은 오버헤드를 위해 주파수와 시간에서 충분히 산재해야 한다.
단말(110)은 제1프리코더에 사용되는 제1프리코딩 행렬들과 이들을 인덱싱하는 제1인덱스들을 표현하는 기본 제1서브세트(112)과 제2 프리코더에 사용되는 제2프리코딩 행렬들과 이들을 인덱싱하는 제2인덱스들을 표현하는 제2코드북(114)을 저장하거나 생성할 수 있다. 제1코드북(112)와 제2코드북(114)는 각각 기지국(120)이 저장하고 있는 제1코드북(122)와 제2코드북(124)과 동일하거나 동일한 방식으로 각 코드북들(112, 114)을 생성할 수 있다.
단말(110)은 제1서브세트(112)로부터 선택된 하나에 대한 이렇게 형성된 제1채널상태정보(132)를 기지국(120)에 보고/피드백할 수 있다. 또한, 각 단말(110)은 제2프리코딩 행렬을 결정하고 그 제2프리코딩 행렬에 대한 제2채널상태정보(134)를 기지국(120)에 보고/피드백할 수 있다.
기지국(120)은 단말(110)로부터 제1채널상태정보와 제2채널상태정보를 수신한 후 전술한 방식의 역순으로 제1채널상태정보와 제2채널상태정보에 의해 랭크2 전송시 각 레이어에 대한 빔형성벡터들을 결정할 수 있다.
기지국(120)은 각 단말(110)로부터 보고받은 채널상태정보들(132, 134)을 기초로 이용하여 제1코드북(122)와 제2코드북(124)에서 제1프리코더와 제2프리코더의 프리코딩 행렬들을 결정하고 그 프리코딩 행렬들을 이용하여 데이터심볼들을 프리코딩한다.
최종적으로 기지국(120)은 프리코딩된 신호를 단말(110)에 전송한다. 반대로 단말(110)은 이 신호을 수신한 후 원 데이터를 디코딩한다.
이상 다단 구조의 프리코더를 사용할 경우 무선통신시스템에서 기지국과 단말이 채널상태정보를 교환하는 과정을 설명하였으나 채널생태정보를 송수신하는 MIMO 무선통신시스템에 대해 상세히 기재한다.
도 3은 MIMO 무선통신시스템에서 일실시예에 따른 기지국과 단말 각각의 구성도이다.
도 3을 참조하면, MIMO 무선통신시스템(400)은 단말(410)과 기지국(420)을 포함할 수 있다. 이때 단말(410)과 기지국(420)은 도 2을 참조하여 설명한 무선통신시스템에서 기지국과 단말이 채널상태정보를 교환하는 과정을 수행한다.
단말(410)은 하향링크 채널을 통해 신호를 수신하는 안테나 어레이(411)와 수신한 신호를 처리하고 프리코딩 행렬을 이용하여 원래의 데이터 심볼로 디코딩하는 포스트 디코더(post-decoder, 412), 채널정보 피드백장치(414)를 포함한다.
안테나 어레이(411)는 다수의 안테나들을 사용할 수 있다. 이때 안테나 어레이(411)은 편파 안테나 어레이를 형성할 수도 있다. 무선통신시스템에서 한정된 공간에 보다 많은 안테나들을 배열하기 위해 서로 다른 편파를 가지는 두 개의 안테나들을 교차하여 설치한 이중 편파 안테나 어레이(dual polarized antenna array)를 사용하여 어레이를 구현할 수도 있다.
포스트 디코더(412)는 기지국(420)의 제1프리코더(422)와 제2프리코더(424)에 대응된다. 포스트 디코더(412)는 수신한 참조신호를 채널정보 피드백장치(414)에 전달한다.
채널정보 피드백장치(414)는 참조신호를 수신하고 이 참조신호를 이용하여 채널을 추정할 수 있다. 채널정보 피드백장치(414)는 도 2를 참조하여 설명한 제1채널상태정보와 제2채널상태정보를 포함하는 채널정보를 생성할 수 있다. 채널정보 피드백장치(414)는 이 채널정보를 기지국(420)에 피드백할 수 있다.
채널정보 피드백장치(414)는 제1서브세트(112) 및 제2서브세트(114)를 저장할 수도 있다.
채널정보 피드백장치(414)는 제1서브세트(112)로부터 선택된 하나에 대한 이렇게 형성된 제1채널상태정보(132)와 제2프리코딩 행렬을 결정하고 그 제2프리코딩 행렬에 대한 제2채널상태정보(134)를 기지국(120)에 보고/피드백할 수 있다.
기지국(420)은 코드워드를 레이어에 맵핑하는 레이어 맵퍼(421)와 레이어 매핑된 데이터 심볼들을 프리코딩 행렬을 이용하여 프리코딩하는 포함하는 프리코더(425), 프리코딩된 신호를 공중으로(on air)으로 전송하는 안테나 어레이(428)를 포함한다. 프리코더(425)는 데이터 심볼들을 프리코딩하는 제1프리코더(422)와 제2프리코더(424)를 포함할 수 있다. 이때 제1프리코더(422)과 제2프리코더(424)는 각각 자신의 제1프리코딩 행렬과 제2프리코딩 행렬에 의해 데이터 심볼들을 프리코딩할 수 있다.
도 3에 도시한 이중 구조를 가지는 프리코더의 특징은 단말이 W1 및 W2에 대한 채널상태정보들을 보고할 때, W1 및 W2 각각이 대응되는 주파수 대역이 다르다는 것이다. 한편, 도 3에 도시한 W1에 대한 제1채널정보와 W2에 대한 제2채널정보는 피드백하는 프리코더의 위치가 다를 수 있다. 즉 제1채널정보가 제2프리코더(424)에 피드백되고 제2채널정보가 제1프리코더(422)에 피드백할 수 있다.
기지국(420)의 안테나 어레이(428)는 다수의 안테나들을 사용할 수 있다. 이때 안테나 어레이(428)은 편파 안테나 어레이를 형성할 수도 있다. 무선통신시스템에서 한정된 공간에 보다 많은 안테나들을 배열하기 위해 서로 다른 편파를 가지는 두 개의 안테나들을 교차하여 설치한 이중 편파 안테나 어레이(dual polarized antenna array)를 사용하여 어레이를 구현할 수도 있다. 이때 안테나 어레이들(411, 428)이 이중 편파 안테나 어레이를 사용하는 것을 예시적으로 설명하였으나 이에 제한되지 않는다. 도 6에 이와 관련하여 도시하였다.
기지국(420)은 안테나 어레이(428)을 통해 단말(410)의 채널정보 피드백장치(414)로부터 제1채널상태정보와 제2채널상태정보를 보고/피드백받을 수 있다.
기지국(420)은 각 단말(410)로부터 보고받은 채널상태정보들을 기초로 이용하여 제1서브세트와 제2서브세트에서 제1프리코더(422)와 제2프리코더(424)의 프리코딩 행렬들을 결정하고 그 프리코딩 행렬들을 이용하여 데이터심볼들을 프리코딩한다.
제1채널상태정보와 제2채널상태정보의 피드백 주기 또는 간격이 다를 수 있다. 예를 들어 제1채널상태정보는 숏텀으로 기지국(420)에 피드백되고 제2채널정보는 롱텀으로 기지국(420)에 피드백될 수 있다. 다시 말해, 긴 주기/롱텀과 짧은 주기/숏텀은 서로 상대적인 의미로, 긴 주기/롱텀은 짧은 주기/숏텀보다 긴 주기를 의미한다.
이상, 또다른 실시예에 따라 코드북제한정보와 채널생태정보를 송수신하는 MIMO 무선통신신스템에 대해 기재하였으나, 이하 또다른 실시예에 따른 송신장치의 통신방법에 대해 기재한다.
도 4는 또다른 실시예에 따른 송신장치의 통신방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 또다른 실시예에 따른 송신장치의 통신방법(600)는 전파 채널을 추정하기 위한 참조신호를 단말에 전송하는 참조신호 전송단계(S610)과 단말로부터 제1채널상태정보와 제2채널상태정보를 포함하는 채널정보를 수신하는 채널정보 수신단계(S620), 둘 이상의 안테나들을 통해 프리코딩된 심볼 또는 신호를 공중으로 전파하는 전송단계(S630)을 포함할 수 있다.
전송단계(630)는 코드워드를 레이어에 맵핑하는 레이어 맵핑 단계(S632)과 심볼들을 프리코딩하는 프리코딩 단계(S634), 둘 이상의 안테나들을 통해 프리코딩된 심볼을 공중으로 전파하는 전송단계(S636)을 포함할 수 있다.
이상, 또다른 실시예에 따른 송신장치의 통신방법에 대해 기재하였으나, 이하 또다른 실시예에 따른 수신장치의 통신방법에 대해 기재한다.
도 5는 또다른 실시예에 따른 수신장치의 통신방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 또다른 실시예에 따른 수신장치의 통신방법(700)은 참조신호 수신단계(S710)과 제1채널상태정보와 제2채널상태정보를 송신장치에 전송하는 채널정보 전송단계(S720)을 포함한다.
채널정보 전송단계(S720)에서 단말(10)은 제1프리코딩 행렬을 결정하고 제1채널상태정보(132)를 기지국(120)에 보고/피드백할 수 있다. 또한, 각 단말(110)은 제2프리코딩 행렬을 결정하고 그 제2프리코딩 행렬에 대한 제2채널상태정보(134)를 기지국(120)에 보고/피드백할 수 있다.
위 실시예들은 인접한 빔을 사용하는 프리코딩 행렬 또는 동일 빔 및 각기 다른 빔을 혼용하여 precoding 수행하는 프리코딩 행렬 간 코르날 거리(chordal distance)가 최대가 되도록 하는 서브세트 선정법 및 두 가지 방식 또는 상기 두 가지 방식 중 한가지를 적용하여 서브세트에 포함된 프리코딩 행렬 간 코르날 거리가 최대가 되도록 하는 서브세트 선정법을 제공할 수 있다.
이상 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이상과 같은 실시예들은 상향/하향링크 MIMO 시스템에 적용될 수 있으며, 단일 셀(single cell) 환경뿐 아니라 다중 포인트 협력형 송수신 시스템(Coordinated multi-point transmission/reception System; CoMP) 및 이종 네트웍(heterogeneous network) 등 모든 상향/하향링크 MIMO 시스템에 적용될 수 있을 것이다.
전술한 실시예에서 랭크 1 내지 4를 참조하여 채널정보를 구성 및 전송하는 통신방법 및 시스템을 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 랭크 5 내지 랭크 8, 또는 그 이상에도 동일한 방식 또는 시스템을 적용할 수 있다.
위 실시예에서 이중편파 안테나 어레이를 예를 들어 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 삼중편파나 사중편파 안테나 어레이와 같이 다중편파 안테나 어레이일 수도 있다. 또한, 편파 안테나 어레이에 제한되지 않고 일반적인 안테나 어레이에도 적용가능할 수도 있다.
한편, 상기와 같은 서브세트를 제안할 경우, 표준화기구에서 기정의되어 있던 Mode 1-1은 서브세트를 사용하여야만 하는 것으로 재정의될 수 있고, Mode 2-1은 원코드북 또는 본 발명에서 새롭게 제안한 서브세트 중 어느 하나를 선택하기 위해 시그널링 절차가 발생할 수 있는 것으로 재정의될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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본 특허출원은 2010년 11월 8일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2010-0110695 호에 대해 미국 특허법 119(a)조 (35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 이유로 우선권을 주장하면 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (16)

  1. 다단 프리코더들을 포함하는 송신장치에서,
    랭크 1 내지 8 중 어느 하나의 랭크에 대한 크기 p의 원(original)제1코드북보다 크기가 작은 제1서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제1프리코딩행렬을 지시하는 제1채널상태정보와, 상기 어느 하나의 랭크에 대한 크기 q의 원제2코드북 또는 상기 원제2코드북보다 크기가 작은 제2서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제2프리코딩행렬을 지시하는 제2채널상태정보를 포함하는 채널정보를 수신하는 채널정보 수신단계; 및
    수신한 상기 제1채널상태정보에 대응하는 제1프리코딩 행렬과 수신된 상기 제2채널상태정보에 대응하는 제2프리코딩 행렬을 사용하여 다단 프리코딩하여 신호를 전송하는 단계를 포함하는 송신장치의 통신방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1프리코딩 행렬들은 [X;0:0;X]의 대각행렬이며 X는 인접하는 n개의 빔 형성(beam forming)을 수행하는 빔형성벡터들(beam forming vectors)이고,
    Figure PCTKR2011008367-appb-I000064
    은 0으로 구성되고 크기가 Vn와 동일한 열벡터인 것을 특징으로 하고,
    상기 제2채널상태정보는 일치(co-phasing) 작업을 수행하는 위상 일치 요소(co-phase element)에 대한 정보를 추가로 포함하는 송신장치의 통신방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1서브세트 또는 상기 제2서브세트는 상기 원제1코드북 또는 상기 원제2코드북으로부터 (1)프리코딩 행렬들 중 중복되는 부분을 소거하거나 (2) 위상 일치(co-phase) 선정을 지원하지 않도록 하거나, (3)beam 형성 벡터의 분해능(resolution)을 감소시키거나, (4)프리코딩 행렬들 간 간 코르날 거리(chordal distance)가 최대가 되도록 하여 선정된 것을 특징으로 하는 송신장치의 통신방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1서브세트 또는 상기 제2서브세트는 상기 원제1코드북 또는 상기 원제2코드북으로부터 상기 (1) 내지 (4)가 순차적으로 적용되어 선정된 것을 특징으로 하는 송신장치의 통신방법.
  5. 다단 프리코더들을 포함하는 송신장치에서,
    랭크 1 내지 8 중 어느 하나의 랭크에 대한 크기 p의 원제1코드북보다 크기가 작은 제1서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제1프리코딩행렬을 지시하는 제1채널상태정보와, 상기 어느 하나의 랭크에 대한 크기 q의 원제2코드북 또는 상기 원제2코드북보다 크기가 작은 제2서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제2프리코딩 행렬을 지시하는 제2채널상태정보를 포함하는 채널정보를 수신하고, 출력된 신호들을 전송하는 안테나 어레이;
    코드워드를 레이어에 매핑하는 레이어 맵퍼;
    상기 코드워드가 상기 레이어 맵퍼에 의해 상기 레이어에 매핑된 데이터심볼을 상기 제1채널상태정보에 대응하는 제1프리코딩행렬과, 상기 제2채널상태정보에 대응하는 제2프리코딩행렬을 사용하여 프리코딩하고 상기 안테나 어레이로 출력하는 다단 프리코더를 포함하는 송신장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1프리코딩 행렬들은 [X;0:0;X]의 대각행렬이며 X는 인접하는 n개의 빔 형성(beam forming)을 수행하는 빔형성벡터들(beam forming vectors)이고,
    Figure PCTKR2011008367-appb-I000065
    은 0으로 구성되고 크기가 Vn와 동일한 열벡터인 것을 특징으로 하고,
    상기 제2채널상태정보는 일치(co-phasing) 작업을 수행하는 위상 일치 요소(co-phase element)에 대한 정보를 추가로 포함하는 송신장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1서브세트 또는 상기 제2서브세트는 상기 원제1코드북 또는 상기 원제2코드북으로부터 (1)프리코딩 행렬들 중 중복되는 부분을 소거하거나 (2) 위상 일치(co-phase) 선정을 지원하지 않도록 하거나, (3)빔 형성 벡터의 분해능(resolution)을 감소시키거나, (4)프리코딩 행렬들 간 간 코르날 거리(chordal distance)가 최대가 되도록 하여 선정된 것을 특징으로 하는 송신장치
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1서브세트 또는 상기 제2서브세트는 상기 원제1코드북 또는 상기 원제2코드북으로부터 상기 (1) 내지 (4)가 순차적으로 적용되어 선정된 것을 특징으로 하는 송신장치
  9. 다단 프리코더들을 포함하는 송신장치가 신호를 송신하는 무선통신시스템에서,
    상기 송신장치로부터 전파 채널을 추정하기 위한 참조신호를 수신하는 단계; 및 랭크 1 내지 8 중 어느 하나의 랭크에 대한 크기 p의 원제1코드북보다 크기가 작은 제1서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제1프리코딩행렬을 지시하는 제1채널상태정보와, 상기 어느 하나의 랭크에 대한 크기 q의 원제2코드북 또는 상기 원제2코드북보다 크기가 작은 제2서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제2프리코딩행렬을 지시하는 제2채널상태정보를 포함하는 채널정보를 상기 송신장치에 전송하는 전송단계를 포함하는 수신장치의 통신방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1프리코딩 행렬들은 [X;0:0;X]의 대각행렬이며 X는 인접하는 n개의 빔 형성(beam forming)을 수행하는 빔형성벡터들(beam forming vectors)이고,
    Figure PCTKR2011008367-appb-I000066
    은 0으로 구성되고 크기가 Vn와 동일한 열벡터인 것을 특징으로 하고,
    상기 제2채널상태 일치(co-phasing) 작업을 수행하는 위상 일치 요소(co-phase element)에 대한 정보를 추가로 포함하는 수신장치의 통신방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1서브세트 또는 상기 제2서브세트는 상기 원제1코드북 또는 상기 원제2코드북으로부터 (1)프리코딩 행렬들 중 중복되는 부분을 소거하거나 (2) 위상 일치(co-phase) 선정을 지원하지 않도록 하거나, (3)빔 형성 벡터의 분해능(resolution)을 감소시키거나, (4)프리코딩 행렬들 간 간 코르날 거리(chordal distance)가 최대가 되도록 하여 선정된 것을 특징으로 하는 수신장치의 통신방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1서브세트 또는 상기 제2서브세트는 상기 원제1코드북 또는 상기 원제2코드북으로부터 상기 (1) 내지 (4)가 순차적으로 적용되어 선정된 것을 특징으로 하는 수신장치의 통신방법.
  13. 다단 프리코더들을 포함하는 송신장치가 신호를 송신하는 무선통신시스템에서,
    상기 송신장치로부터 전파 채널을 추정하기 위한 참조신호를 수신하는 안테나 어레이; 및
    랭크 1 내지 8중 어느 하나의 랭크에 대한 크기 p의 원제1코드북보다 크기가 작은 제1서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제1프리코딩행렬을 지시하는 제1채널상태정보와, 상기 어느 하나의 랭크에 대한 크기 q의 원제2코드북보다 크기가 작은 제2서브세트에 포함되는 프리코딩행렬들 중 하나인 제2프리코딩행렬을 지시하는 제2채널상태정보를 포함하는 채널정보를 상기 송신장치에 전송하는 채널정보 피드백장치를 포함하는 수신장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1프리코딩 행렬들은 [X;0:0;X]의 대각행렬이며 X는 인접하는 n개의 빔 형성(beam forming)을 수행하는 빔형성벡터들(beam forming vectors)이고,
    Figure PCTKR2011008367-appb-I000067
    은 0으로 구성되고 크기가 Vn와 동일한 열벡터인 것을 특징으로 하고,
    상기 제2채널상태정보는 일치(co-phasing) 작업을 수행하는 위상 일치 요소(co-phase element)에 대한 정보를 추가로 포함하는 수신장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1서브세트 또는 상기 제2서브세트는 상기 원제1코드북 또는 상기 원제2코드북으로부터 (1)프리코딩 행렬들 중 중복되는 부분을 소거하거나 (2) 위상 일치(co-phase) 선정을 지원하지 않도록 하거나, (3)빔 형성 벡터의 분해능(resolution)을 감소시키거나, (4)프리코딩 행렬들 간 간 코르날 거리(chordal distance)가 최대가 되도록 하여 선정된 것을 특징으로 하는 수신장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1서브세트 또는 상기 제2서브세트는 상기 원제1코드북 또는 상기 원제2코드북으로부터 상기 (1) 내지 (4)가 순차적으로 적용되어 선정된 것을 특징으로 하는 수신장치.
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