WO2013133645A1 - 무선 접속 시스템에서 계층적 빔 포밍 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선 접속 시스템에서 계층적 빔 포밍 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2013133645A1
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김수남
임빈철
손혁민
정재훈
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    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/28—Cell structures using beam steering

Definitions

  • the present invention relates to a wireless access system, and more particularly, to a method for performing beamforming in a wireless access system that supports Massive Multi-Input Mult i-Output, and the like. It is about the supported device.
  • SFBC Techniques such as space frequency block coding (SM), spatial multiplexing (SM), closed-loop MIMO / beamf orming, and zero-forcing beamforming (ZFBF) have been applied to LIE or LTE-A commercial systems.
  • SM space frequency block coding
  • SM spatial multiplexing
  • ZFBF zero-forcing beamforming
  • An object of the present invention is to propose a method and apparatus for smoothly performing beamforming between a terminal and a base station in a wireless access system, preferably a Massive MIM0 system. D-. '
  • An aspect of the present invention provides a method for performing hierarchical beamforming in a wireless access system, wherein a base station corresponds to a plurality of first beams to which different steering vectors are applied.
  • a base station corresponds to a plurality of first beams to which different steering vectors are applied.
  • the initial stage of transmitting to the terminal through a reference signal that is, the reference signal that is respectively treated with a plurality of second beams to which different steering vectors are applied in consideration of feedback information including the index of one or more beams received from the base station by the base station
  • the repeating step may be repeated a predetermined number of times.
  • RF Radio Frequency radio frequency
  • the angles of the second beams may be determined according to the angles of the one or more beams.
  • the feedback information may further include any one of signal strength, channel quality information (CQI), and PMKPrecoding Matrix Indication (PMQ) at least one of 3 ⁇ 4.
  • CQI channel quality information
  • PMQ PMKPrecoding Matrix Indication
  • ⁇ is determined for all of the first quarters or the second ranges, or at least one selected by the terminal through the signal strength of the first beams or the second ranges. Only beams may be determined for the target.
  • angles of the second beams may be determined at equal intervals in consideration of signal strengths for the plurality of beams.
  • the first beams or the second beams may be generated using only antenna ports having a predetermined interval, may be generated using antenna ports grouped by a predetermined number, or may be generated by combining the predetermined number. -.
  • the reference signal may be CSI—Channel State Information Reference Signal (RS).
  • RS Channel State Information Reference Signal
  • Another aspect of the present invention provides a method for performing hierarchical beamf orming in a wireless access system, in which a UE performs step size and hierarchical beamforming for hierarchical beamforming from a base station.
  • a UE performs step size and hierarchical beamforming for hierarchical beamforming from a base station.
  • the terminal receives a parameter including the number of beams in each step for the initial step, the terminal transmits a plurality of first beams to which a different steering vector is applied to the base station through the reference signal respectively respectively;
  • the terminal transmits a plurality of second beams to which different steering vectors are applied to the base station through corresponding reference signals, respectively;
  • the iteration step can be repeated by step size.
  • a terminal for performing reciprocal hierarchical beamforniing in a wireless access system comprising a radio frequency (RF) unit and a processor for transmitting and receiving a radio signal, and a processor Receives a parameter from the base station including a step size for reciprocal beamforming and the number of beams in each step for hierarchical beamforming, and each of the plurality of first categories to which different steering vectors are applied; Performing an initial step of transmitting to the base station through a corresponding reference signal, in consideration of feedback information including the index of one or more beams received from the base station, respectively corresponding to a plurality of second beams to which different steering vectors are applied To the base station via a reference signal It is set to perform a repeating step, the repeating step can be repeated by the step size.
  • RF radio frequency
  • the angles of the second beams may be determined according to the angles of the one or more beams.
  • the feedback information can further include any one of the write signal strength, CQK Channel Quality Information), PMI (Precoding Matrix Indication) for i in one or more beams.
  • PMI Precoding Matrix Indication
  • the PMI is determined for all of the first beams or the second beams or only one or more beams selected by the base station using the signal strength of the frame. Can be determined to target.
  • PMI Precoding Matrix Indication
  • angles of the second beams may be determined at uneven intervals in consideration of signal strengths for the plurality of beams.
  • the first beams or the second beams may be generated using only antenna ports having a predetermined interval, may be generated using antenna ports grouped by a predetermined number, or may be generated by combining the predetermined number. -.
  • the reference signal may be a sounding reference signal (SRS).
  • SRS sounding reference signal
  • a beamforming can be performed smoothly between a terminal and a base station in a wireless access system supporting a wireless access system, preferably a Massive MIM0 system.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining physical channels used in a 3GPP LTE system and a general signal transmission method using the same.
  • FIG. 2 shows a structure of a radio frame in 3GPP LTE.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a resource grid for one downlink slot.
  • FIG. 6 illustrates a pattern in which a common reference signal (CRS) is placed on a resource block when using a general cyclic prefix.
  • CRS common reference signal
  • FIG. 7 and 8 illustrate a pattern in which a UE-specific reference signal (DM—RS) is disposed on a resource block when using a general cyclic prefix.
  • DM—RS UE-specific reference signal
  • FIG. 9 illustrates a pattern in which a CSI-RS according to CSI-RS configuration # 0 is disposed on a resource block when using a general cyclic prefix.
  • Figure 10 is a diagram illustrating a conventional beam ion (Convent ional Beanrformin) operation.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a hierarchical beamformaing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a beam angle adaptation method using non-equal quantization according to the present invention.
  • FIGS. 16 to 18 illustrates a graph showing the results of applying the migration of water during the hierarchical beamforming technique in accordance with ⁇ the invention.
  • FIG. 19 illustrates a block diagram of a wireless communication device according to an embodiment of the present invention.
  • the base station has a meaning as a terminal node of the network that directly communicates with the terminal.
  • Certain operations described in this document as being performed by a base station may, in some cases, be performed by an upper node of the base station. That is, it is apparent that various operations performed for communication with a terminal in a network including a plurality of network nodes including a base station may be performed by the base station or other network nodes other than the base station.
  • the base station (BS: Base 'Station) is a fixed station (fixed station), Node B, eNode B (eNB), an access point (AP: Access Point) eu itdi be replaced by a " and the like. Repeater can be replaced by terms such as Relay Node (RN), Relay Station (RS).
  • 'Tenninal' refers to a user equipment (UE), an MSCMobi le Station (UE), a Mobi le Subscriber Stat ion (MSS), an SSCSubscriber Station (AMSC), an Advanced Mobile Station (AMSC), a wireless terminal (WT), a Mach ne ne -Can be replaced with terms such as Type Communication (Machine), Machine-to-Machine (M2M), and Device-to-Device (D2D) devices.
  • UE user equipment
  • UE MSCMobi le Station
  • MSS Mobi le Subscriber Stat ion
  • AMSC SSCSubscriber Station
  • AMSC Advanced Mobile Station
  • WT wireless terminal
  • Mach ne ne -Can can be replaced with terms such as Type Communication (Machine), Machine-to-Machine (M2M), and Device-to-Device (D2D) devices.
  • Embodiments of the present invention may be supported by standard documents disclosed in at least one of wireless access systems IEEE 802 system, 3GPP system, 3GPP LTE and LTE—L (LTE-Advanced) system and 3GPP2 system . That is, steps or parts which are not described in order to clearly reveal the technical and spirit of the present invention among the embodiments of the present invention may be supported by the above documents. In addition, all terms disclosed in this document can be described by the above standard document. [44] The following techniques are code division multiple access (CDMA), frequency division multiple access (FDMA), time division multiple access (TDMA), orthogonal frequency division multiple access (0FDMA), and sin le carrier frequency division (SC-FDMA). It can be used in various wireless access systems such as multiple access.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • SC-FDMA sin le carrier frequency division
  • CDMA can be implemented with radio technologies such as UTRA Jniversal Terrestrial Radio Access) or CDMA2000.
  • TDMA can be implemented with wireless technologies such as GSKGlobal System for Mobile Communications (GPS) / Gene ra 1 Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • GPS Global System for Mobile Communications
  • GPRS Gene ra 1 Packet Radio Service
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • FDMA can be implemented with wireless technologies such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA (Evolved UTRA), etc.
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • LTE Long term evolution
  • E-UMTS Evolved UMTS
  • SC-FDMA SC-FDMA in uplink
  • LTE-A Advanced
  • 3GPP LTE 3rd Generation Partnership Project
  • FIG. 1 is a diagram for explaining physical channels used in a 3GPP LTE system and a general signal transmission method using the same.
  • the new cell enters the initial cell search operation, such as synchronizing with the base station, in step S101.
  • the terminal receives a primary synchronization channel (P-SCH) and a floating channel (S—SCH: Secondary Synchronization Channel) from the base station, synchronizes with the base station, and obtains information such as a cell ID.
  • P-SCH primary synchronization channel
  • S—SCH floating channel
  • the terminal may receive a physical broadcast channel (PBCH) signal from the base station to obtain broadcast information in the seal.
  • PBCH physical broadcast channel
  • the UE may check the downlink channel state by receiving a downlink reference signal (DL RS) in the initial cell search step.
  • DL RS downlink reference signal
  • the UE may receive a physical downlink control channel (PDCCH) according to physical downlink control channel (PDCCH) and physical downlink control channel information in step S102. You can get more detailed system information.
  • the terminal may perform a random access procedure such as step S103 to step S106 after completing the access to the base station.
  • the UE transmits a preamble through a physical random access channel (PRACH) (S103), and a preamble through a physical downlink control channel and a physical downlink shared channel thereto.
  • PRACH physical random access channel
  • S104 In response to the answer to the message can be received (S104).
  • S105 an additional physical random access channel signal
  • S106 Physical downlink shared channel signal corresponding to the child
  • the UE After performing the above-described procedure, the UE subsequently receives a physical downlink control channel signal and / or a physical downlink shared channel signal (S107) and a physical uplink shared channel as a general uplink / downlink signal transmission procedure.
  • a physical uplink shared channel (PUSCH) signal and / or a physical uplink control channel (PUCCH) signal may be transmitted (S108).
  • UCI uplink control information
  • UCI is generally transmitted periodically through a PUCCH, but may be transmitted through a PUSCH when control information and traffic data should be transmitted at the same time.
  • the UCI can be aperiodically transmitted through the PUSCH by request / instruction of the network.
  • FIG. 2 shows the structure of a radio frame in 3GPP LTE.
  • uplink / downlink data packet transmission is performed in units of subframes, and one subframe includes a plurality of subframes. Defined as a certain time interval including an OFDM symbol.
  • the 3GPP LTE standard supports a type 1 radio frame structure applicable to frequency division duplex (FDD) and a type 2 radio frame structure applicable to time division duplex (TDD).
  • the downlink radio frame consists of 10 subframes, and one subframe consists of two slots in the time domain (lain in time d).
  • the time taken for one subframe to be transmitted is called a TTK transmission time interval.
  • the length of one subframe may be lnis and the length of one slot may be 0.5ms.
  • One slot includes a plurality of orthogonal frequency division multiplexing (0FDM) symbols in the time domain, and includes a plurality of resource blocks (RBs) in the frequency domain. Since 3GPP LTE uses 0FDMA in downlink, OFDM symbols are used to represent one symbol period. An OFDM symbol may be referred to as one SC— FDMA symbol or a symbol period.
  • a resource block (RB) as a resource allocation unit includes a plurality of consecutive subcarriers in one slot.
  • the number of OFDM symbols included in one slot may vary depending on the configuration of a cyclic prefix (CP).
  • CPs have an extended CP and a normal CP. For example, if an OFDM symbol is configured by a general cyclic prefix, the number of 0FDM symbols in one slot may be seven.
  • the 0FDM symbol is configured by the extended cyclic prefix, since the length of one 0FDM symbol is increased, the number of 0FDM symbols included in one slot is smaller than that of the normal cyclic prefix.
  • the extended cyclic prefix for example, the number of 0FDM symbols included in one slot may be six.
  • the extended cyclic prefix may be used to further reduce the interference between symbols.
  • one slot includes 7 0FDM symbols, so one subframe includes 14 0FDM symbols.
  • the first up to three 0FDM symbols in each subframe are PDCCH (physical downlink control) channel) and the remaining OFDM symbols may be allocated to a physical downlink shared channel (PDSCH).
  • PDCCH physical downlink control
  • Type 2 radio frame consists of two half frames, each half frame is composed of five subframes, downlink pi time slot (DwPTS), guard period (GP), UpPTSCUplink Pilot Time Slot (GP)
  • DwPTS downlink pi time slot
  • GP guard period
  • One subframe consists of two slots.
  • DwPTS is used, the initial cell search, synchronization, or channel estimation at the terminal de- UpPTS is used to synchronize uplink transmission of a channel estimator-terminal in a base station.
  • the guard interval is due to uplink outer ⁇ multi-path delay of a downlink signal between the DL duration to eliminate interference occurring in three uplink.
  • the structure of the radio frame described above is just one example, and the number of subframes included in the radio frame or the number of slots included in the subframe.
  • the number of symbols included in the slot may vary.
  • 3 is a diagram illustrating a resource grid for one downlink slot.
  • one downlink slot includes a plurality of OFDM symbols in the time domain.
  • one downlink slot includes seven OFDM symbols, and one resource block includes 12 subcarriers in the frequency domain, for example, but is not limited thereto.
  • Each element is a resource element (RE) on a resource grid, and one resource block includes 12 x 7 resource elements.
  • the number N DL of resource blocks included in the downlink slot depends on the downlink transmission bandwidth.
  • the structure of the uplink slot may be the same as that of the downlink slot.
  • up to three OFDM symbols in the first slot in a subframe are control regions to which control channels are allocated, and the remaining OFDM symbols are allocated a Physical Downlink Shared Channel (PDSCH).
  • PDSCH Physical Downlink Shared Channel
  • the data region As an example of a downlink control channel used in 3GPP LTE PCFICH (Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH (Physical Downlink Control Channel), PHICH (Physical Hybricl-ARQ Indicator Channel).
  • the PCFICH is transmitted in the first OFDM symbol of a subframe and carries information about the number of OFDM symbols (ie, the size of a control region) used for transmission of control channels in the subframe.
  • PHICH is a response channel for uplink and for HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request)
  • the downlink control information includes uplink resource allocation information, downlink resource allocation information, or an uplink transmission power control command for a certain terminal group.
  • the PDCCH is a resource allocation and transmission format of DL—SCH (downlink shared channel), and resource allocation information of U-link shared channel (UL-SCH) (also called an uplink grant). .). Paging information in PCHCPaging Channel System information in DL-SCH, resource allocation for upper layer control messages such as random access response transmitted in PDSCH, random It may carry a set of transmission power control commands, activation of Voice over IP (VoIP), etc. for individual terminals in the terminal group.
  • the plurality of PDCCHs may be transmitted in a control region, and the terminal may monitor the plurality of PDCCHs.
  • the PDCCH consists of a set of one or a plurality of consecutive CCEs. CCE is a wireless channel.
  • the CCE corresponds to a plurality of resource element groups.
  • the format of the PDCCH and the number of available bits of the PDCCH are determined according to the association between the number of CCEs and the coding rate provided by the CCEs.
  • the base station determines the PDCCH format according to the DCI to be transmitted to the terminal and attaches a CRCCCyclic Redundancy Check) to the control information.
  • the CRC is masked with a unique identifier (called the RNTKRadio Network Temporary Identifier) depending on the owner or purpose of the PDCCH. If it is a PDCCH for a specific terminal, a unique identifier of the terminal, for example, C—R TKCeU-RjNTI l-CRC can be masked. or If it is a PDCCH for a paging message, then a paging indication identifier, eg P-RNTI (Paging-RNTI), may be masked to the CRC.
  • P-RNTI Paging-RNTI
  • the system information more specifically, the PDCCH for a system information block (SIB), a system information identifier and a system information RNTI (SI-RNTI) may be masked to the CRC.
  • SI-RNTI system information RNTI
  • a RA-R TI random access-RNTI
  • 5 shows a structure of an uplink subframe.
  • an uplink subframe may be divided into a control region and a data region in the frequency domain.
  • a physical uplink control channel (PUCCH) carrying uplink control information is allocated to the control region.
  • a PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) carrying user data is allocated.
  • PUCCH Physical Uplink Control Channel
  • a PUSCH Physical Uplink Shared Channel
  • one UE does not simultaneously transmit a PUCCH and a PUSCH.
  • the PUCCH for one UE is allocated an RB pair in a subframe.
  • the RBs belonging to the RB pair occupy different subcarriers in each of the two slots. This RB pair allocated to the PUCCH is said to be frequency hopping at the slot boundary (slot boundary).
  • signal distortion may occur during the transmission process because the transmitted packet is transmitted through a wireless channel.
  • the distortion In order to correctly receive the distorted signal at the receiving end, the distortion must be corrected in the received signal using the channel information.
  • it is mainly used to find out the channel information by transmitting a signal that is known to both the transmitter and the receiver and having the distortion degree when the signal is received through the channel. In this way, signals known to both the transmitter and the receiver are called pilot signals or reference signals.
  • a reference signal can be classified into two types according to its purpose. Reference signals include those used for channel information acquisition and data demodulation. In the former, since the terminal can acquire channel information in downlink, it needs to be transmitted over a wide band. Even if the terminal does not receive downlink data in a specific subframe, the terminal receives and measures the reference signal. You should be able to.
  • Such a channel measurement reference signal can also be used for handover measurement.
  • the latter is a reference signal sent together by the base station to the corresponding resource when transmitting a downlink signal.
  • the terminal may perform channel estimation by receiving a header-reference signal, and thus demodulate data. This demodulation reference signal must be transmitted in the area where data is transmitted.
  • a downlink reference signal As a downlink reference signal, a common reference signal (CRS) shared by all terminals in a cell and a dedicated reference signal (DRS) for only a specific terminal are defined. .
  • CRS is used for two purposes: channel information acquisition and data demodulation, also known as cell-specific RS.
  • the base station transmits the CRS every subframe over the broadband.
  • DRS is used only for data demodulation, and DRS can be transmitted through resource elements when data demodulation on PDSCH is required.
  • the terminal may receive the presence or absence of the DRS through the parent negotiation. Only valid when the corresponding PDSCH is mapped.
  • DRS may be referred to as UE specific RS or demodulation RS (DMRS).
  • the receiver estimates the state of the channel from the CRS to feed back indicators related to channel quality such as CQKChannel Quality Indicator (CQKChannel Quality Indicator), ⁇ (Precoding Matrix Index) and / or RKRank Indicator) to the transmitter (base station).
  • CQKChannel Quality Indicator CQKChannel Quality Indicator
  • ⁇ Precoding Matrix Index
  • RKRank Indicator Reference signals related to feedback of channel state information (CSI) such as CQI / PMI / RI may be separately defined as CSI RS.
  • CSI-RS for the purpose of channel measurement is characterized in that it is designed for channel measurement-oriented purposes, unlike the conventional CRS is used for data demodulation at the same time as the channel measurement.
  • the base station transmits CSI—RS for all antenna ports. Also. CSI- Since the RS is transmitted for the purpose of knowing downlink channel information, unlike the DRS, the RS is transmitted to the entire band.
  • 3GPP LTE system defines two transmission methods, open-loop MIM0 (open-loop MIM0) and closed-loop MIM0 (close-loop MIMO) that operate without channel information of the receiver.
  • the transceiver performs beamformiiig based on channel information, that is, channel state information (CSI).
  • CSI channel state information
  • the base station allocates a PUCCH (Physical Uplink Control Channel) or a PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) to the UE in order to obtain the CSI from the UE to feedback the downlink CSI.
  • PUCCH Physical Uplink Control Channel
  • PUSCH Physical Uplink Shared Channel
  • CSI is classified into three types of information: RKRank Indicator (PKR), Precoding Matrix Index (PMI), and Channel Quality Indication (CQ I).
  • PKI RKRank Indicator
  • PMI Precoding Matrix Index
  • CQ I Channel Quality Indication
  • RI is a di denotes a tank (rank) of the information channel
  • the mobile station indicates the number of a same frequency time party "signal streams (or layers) for receiving, through a circle. Since this value is determined to be dominant by long term fading of the channel, it is fed back from the terminal to the base station with a period longer than that of the PMI and CQI values.
  • PMI is a value reflecting a spatial characteristic of a channel and represents a precoding index of a base station preferred by a terminal based on a measurement value such as a signal to interference plus noise ratio (SINR). That is, PMI is information about a precoding matrix used for transmission from a transmitter.
  • the precoding matrix fed back from the receiver is determined in consideration of the number of layers indicated by RI.
  • PMI can be fed back in the case of closed-loop spatial multiplexing and large delay CDD transmission. In the case of loop transmission, the precoding matrix can be selected according to a predetermined rule.
  • the receiver selects PMI for each rank as follows.
  • the receiving end may calculate a previously processed SINR for each PMI, convert the calculated SINR into sum capacity, and select the best PMI based on the total capacity. That is, the calculation of the PMI by the receiver may be a process of finding an optimal PMI based on the total capacity.
  • the transmitter which has received PMI feedback from the receiver, can use the precoding matrix recommended by the receiver as it is.
  • the transmission scheduling allocation information may be included as an indicator of 1 bit.
  • the transmitting end may not use the precoding matrix indicated by the PMI fed back from the receiving end. In this case, precoding matrix information used by the transmitting end for data transmission to the receiving end is specified in the scheduling assignment information. May be included as .
  • CQI is a value representing the strength of a channel, and means a reception SINR obtained when a base station uses PMI.
  • the terminal reports to the base station a CQI index indicating a specific combination in a set consisting of combinations of a predetermined modulation scheme and code rate.
  • FIG. 6 illustrates a pattern in which a common reference signal (CRS) is placed on a resource block when using general cyclic prefix.
  • CRS common reference signal
  • R0 through R3 shown in FIG. 6 each represent an antenna—CRS for ports 0-3 . Indicates the resource element to which is mapped. That is, Rp represents a resource element to which reference signal transmission on the antenna port index p is mapped.
  • CRS is defined in various types of CRS according to the antenna configuration of the transmitting side (base station).
  • the 3GPP LTE system supports various antenna configurations (Antenna conf igurat ion), and the downlink signal transmitting side (base station) has three antenna configurations such as single antenna, 2 transmitting antennas, and 4 transmitting antennas. .
  • the reference signal When supporting a de-antenna antenna, when a reference signal is transmitted from one antenna port, the reference signal is transmitted to a resource element (RE) position specified according to a reference signal pattern, and a resource element position designated for another antenna port is No signal is sent.
  • RE resource element
  • each reference signal may be located at six subcarrier intervals in the frequency domain. Accordingly, at least five neighboring cells may be located at different positions in the frequency domain through the subcarrier transition in the frequency domain.
  • PN Pseudo-rand 1
  • ni—sequence a predefined sequence
  • the channel estimation performance can be improved by reducing the interference of the signal of the updated pilot symbol.
  • the PN sequence is applied in units of OFDM symbols in one subframe, and different PN sequences may be applied according to a cell ID, a subframe number, an OFDM symbol position, and a terminal ID.
  • the DM-RS is a reference signal for data demodulation, it is located in a region to which a downlink data channel is allocated and is allocated to a position where a CRS is not allocated in a region to which a downlink data channel is allocated.
  • the UE is signaled whether the presence of the DM-RS is transmitted through the upper layer, that is, whether the downlink data channel transmission is transmitted based on the CRS or the DM-RS.
  • FIG. 7 and 8 illustrate a pattern in which a UE-specific reference signal (DM-RS) is disposed on a resource block when using a general cyclic prefix.
  • DM-RS UE-specific reference signal
  • DM-RSs for different antenna ports may be classified as being located in different frequency resources (subcarriers) and / or different time resources (OFDM symbols).
  • DM- RS 'antenna ports ⁇ 9, 10, .12, 14 ⁇ included in set 2 DM-RS may be mapped to the same resource element, all of which are to be multiplexed by the orthogonal codes
  • the number of layers transmitted to the terminal is small (for example, the transmission ray Since the DRS pattern for the antenna ports included in one set may be used in the case of 1 to 2, the number of transport layers transmitted to the UE is large (for example, the number of transport layers is 3 to 8). In the case of a dog), the DM-RS pattern for the antenna ports included in the two sets may be used.
  • FIG. 7 illustrates a pattern of DM—RS transmitted through antenna port 5
  • FIG. 8 illustrates a pattern of DM—RS transmitted through antenna ports 7 to 10.
  • R5 and R7 to R10 illustrated in FIGS. 7 and 8 represent resource elements to which DM-RSs for antenna ports 5 and 7 to 10 are mapped.
  • Rp represents a resource element to which the reference signal transmission on the antenna port index p is mapped.
  • a system having an extended antenna configuration for example, an LTE-supporting 8 transmission antenna
  • a system having an existing antenna configuration for example, an LTE Release 8 system supporting 4 transmission antennas.
  • a system is required to transmit a new reference signal for acquiring channel state information CS1.
  • the aforementioned CRS is not required, it is designed in a new reference signal, which can deukhal segment the channel state on the extended antenna port since the reference signal for antenna ports 0 to 3. Additionally, di -
  • the CSI-RS has been proposed for channel measurement for PDSCH separately from the CRS. Unlike the CRS, the CSI-RS has a maximum of 32 to enjoy inter-cell interference (ICi) in a multi-cell environment. Different branches of the branch. Can be defined with different coniigurat ions.
  • the configuration of the CSI-RS is different depending on the number of antenna ports of a cell, and configured to transmit CSI-RSs defined by different configurations as much as possible between adjacent cells.
  • the CSI ⁇ RS ' configuration is divided into cyclic prefixes (normal cyclic prefixes or extended cyclic prefixes), and applies to both FS1 and FS2 according to the frame structure (FS) type. And FS2 only.
  • FIG. 9 illustrates a pattern in which a CSI-RS according to CSI-RS configuration # 0 is disposed on a resource block when using a general cyclic prefix.
  • CSI-RSs for different antenna ports can be distinguished by being located in different frequency resources (subcarriers) and / or different time resources (0FDM symbols).
  • CSi—RSs for different antenna ports located on the same time—frequency resources may be distinguished from each other by orthogonal codes.
  • CSI-RSs for antenna ports 15 and 16 CSI—RSs for antenna ports 17 and 18, CSI-RSs for antenna ports 19 and 20 in the example of FIG.
  • the CSI-RSs for antenna ports 21 and 22 may each be located in the same resource element, which may be multiplexed by orthogonal codes.
  • Multiple CSI—RS configuration can be used within a single cell.
  • 3 ⁇ 4 means one (or zero) configuration that assumes non-zero transmission power for CSI-RS and multiple configurations (or zero) that the terminal assumes zero transmission power. ) Can be used.
  • the UE For each bit set to 1 in the 16-bit bitmap 'ZeroPowerCSI-RS' set by the upper layer, the UE has four CSIs in Table 1 and Table 2 according to the normal pure white ⁇ transpose and extended cyclic transpose, respectively.
  • the zero transmission power is determined. It uses non-zero transmission power CSI set by the upper layer, excluding resource elements that overlap with RS resource elements.
  • the most significant bit of the bitmap is the lowest CSI-.
  • the next bits sequentially correspond to the CSI-RS configuration index.
  • the CSI-RS may exist only in a downlink slot that satisfies " s mDd 2 in Tables 1 and 2 below according to a general cyclic prefix and an extended cyclic prefix.
  • the UE assumes that CSI-RS is not transmitted in the following cases.
  • the resource element used for CSI-RS transmission on a specific antenna port in the antenna port set of z ) is not used for PDSCH transmission on another antenna port in the same slot, CSI—for other antenna ports within that antenna port set (s) within the slot.
  • Table 1 illustrates the mapping relationship of resource elements according to CSI-RS configuration when general cyclic prefix is used.
  • Table 2 illustrates a mapping relationship of resource elements (su) according to CS RS configuration when extended cyclic prefix is used.
  • the CSI-RS may be transmitted in a specific subframe instead of every subframe.
  • CSI—RS refers to the CSI_RS subframe configuration shown in Table 3 below, but may be transmitted in a subframe that satisfies Equation 1 below.
  • S1 c - R s is a period in which the CSI-RS transmission
  • a csi-Rs are offset values, system frame number, "s is the de-sense the slot number, respectively -.
  • / Csi- RS is cSi — Can be set individually for each RS.
  • the above-described CSI-RS may be signaled to the UE as a CSH-S config information element as shown in Table 4 below.
  • 'ResourceConfig-rlO' in the CSI-RS configuration indicates a location where the CSI-RS is transmitted. This indicates the location of the symbol and subcarrier within a resource block, according to the CSI-RS configuration number (see Table 1 or Table 2) expressed as a number from 0 to 31.
  • Table 5 illustrates a description of the CSI-RS configuration field.
  • i A parameter indicating the number of antenna ports used for CSI-RS transmission. Antenna 1 corresponds to 1, antenna 2 equals 2, and so on.
  • Massive Multi-Input Multi-Output (MIM0) systems use a large number of antennas to maximize beam gain and reduce intra-cell interference and noise. you can eliminate the influence itdi i.
  • a transmission scheme may be different according to a duplex scheme such as' FDiXFrequency Division Duplex) of a TDDCTime Division Duplex.
  • the TDD system refers to a method in which downlink and uplink use the same frequency band and are divided by time. Therefore, when the coherence time of the radio channel is large, that is, when the Doppler effect is small, the radio channel characteristics of the downlink and the uplink may be assumed to be the same. This can be called reciprocity. Therefore, the base station, performs channel estimation by using a reference signal (RS) of the transmitting terminal in uplink and itdi can transmit a downlink signal using the channel estimation information when a downlink transmission.
  • RS reference signal
  • the base station since the base station does not need to transmit a separate downlink reference signal to obtain downlink channel information, it is possible to obtain a gain in terms of resource overhead, and it is a large gain in the massive MIM0 using a large number of antennas. .
  • the predominant of the massive MIM0 system Looking at the objective beamforming tube, point, as described above, in the TDD system, a transmitter (for example, a base station) using a channel or a signal transmitted from a receiver (for example, a terminal) using reciprocity is used. Can compute a beamforming vector.
  • the beamforming vector means that the weight applied to each antenna is composed of the vector.
  • the larger the cell coverage the longer the switching protection time, and thus, the lower the throughput.
  • the TDD system is more limited in cell coverage than FDD.
  • the TDD system should consider the same DL / UL configuration between each base station and have a constraint that up / down transmission synchronization between base stations must be achieved. ⁇ the hinge. Due to such a disadvantage of TDD, the duplex scheme of the massive MIM0 can be considered in FDD.
  • the FDD system uses a different frequency for downlink and uplink. Therefore, the base station cannot use the channel information estimated by using the reference signal (RS) of the terminals transmitted in the uplink during the downlink transmission, such as TDD. In other words, such channel symmetry cannot be used in the FDD system, so another method must be explored. Accordingly, in the case of the FDD system, unlike the case of the TDD system, the base station must transmit a reference signal and receive the channel information from the terminal in order to acquire the channel information for the downlink.
  • RS reference signal
  • a channel provided by a base station provides a reference signal or pilot for estimating a channel of each antenna of a transmitting antenna (for example, a base station) and estimated by using a reference signal at a receiving end (for example, a terminal). Report the channel state information to the base station based on the. 10 illustrates such a conventional beamforming operation.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a conventional beamforming operation.
  • the base station transmits a total of M reference signals to provide M beam patterns to the UE. .
  • the UE reports the beam # 2 in ⁇ of reference signals to the base station, the station exchanger is performed to a terminal haeding, precoding for the DL transmission when # 2 transmits a downlink signal.
  • a terminal selects an appropriate beamforming vector (or precoding matrix / vector) from a codebook corresponding to the number of antennas of a base station (ie, transmitting end). The index is reported to the base station.
  • codebook-based beamforming depends on the size of the codebook, the amount of information sent from the terminal to the base station. ⁇ It is a good technique to use in commercial system because it can obtain subop mal performance.
  • codebook-based beamforming it is a channel matrix in addition to codebook-based beamforming, which quantizes a cov'ariance matrix to inform a base station or transmit an analog value that is not quantized to a base station. Ways to do this have been proposed.
  • the massive MIM0 since the massive MIM0 considers a large number of antennas, it is necessary to consider not only the overhead of the reference signal but also the feedback overhead that the terminal should transmit. If the number of antennas of the base station is assumed to be 100 in the FDD system and all antennas are used for beamforming, the number of resource elements (RE) that the base station should use to transmit the reference signal is 100 or more. I need this.
  • the resource element means a resource that can be used in the code domain as well as time and frequency. For example, 8 (for a single antenna) and 16 (for 2 antennas) to transmit three CRSs within one resource block (RB) in an LTE system.
  • the problem caused by the increase in the number of counters can be an overhead not only in reference signal overhead but also in the amount of feedback information of the terminal and the design of the codebook.
  • the codebook design should be done according to the number of antennas transmitted by the base station. This can cause a lot of constraints on the number of transmit antennas or the type of codebook.
  • the codebook size is proportional. To increase. Therefore, the terminal needs to perform many operations to calculate the appropriate PMI in the codebook, and the amount of information to be fed back also increases due to the increase in the codebook type light size.
  • the process of acquiring downlink channel information is not suitable for a massive MIM0 system considering a large number of antennas. Therefore, in order to use the massive MIM0 system in the FDD system, that is, when the massive antenna is installed at the transmitting end in the FDD system, the Tx beamforming gain is obtained and the system overhead and complexity to support the MIM0 system are obtained. Suggest ways to maintain in a reasonable range.
  • random beamforming may be considered to reduce the reference signal overhead. Random beamforming randomly transmits a plurality of beam patteni in an open loop form or using only limited information without channel information received from the terminal when performing beamforming, and through this, the received signal of the terminal A technique that can raise the signal-to-noise ratio (SNR). Random beamforming may include various open loop beamforming techniques or many techniques for adapting random characteristics of a beam by receiving some information from a terminal.
  • the technique proposed in the present invention is based on the hierarchical design of the beam shape when the random beamforming is performed, and the UE feeds back the beam index. This may be referred to as Hierarchical BeaniFormaing (HBF) or Hierarchical Beam Selection (HBS).
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a hierarchical beamformaing method according to an embodiment of the present invention.
  • the transmitter performs random beamforming to transmit M beams to the receiver (S1101).
  • Each of the M beams may correspond to a reference signal.
  • the beam may also be mapped to a gig-antenna port and transmitted in the form of a reference signal.
  • the receiver measures M bands transmitted from the transmitter, selects at least one or more N beams, and transmits information on the selected beams to the transmitter (S1103).
  • the information about the beam is the index of the selected beam (or reference signal index, antenna port index), the signal strength of the selected beam (signal strength), the channel status information of the selected beam (for example, CSI, CQI, PMI, RI, RS P, etc.) and signal quality when PMI is applied, may include at least one of the information.
  • Steps S1101 and S1103 may be referred to as a first step or an initial step of the hierarchical beamforming method according to the present invention, and information fed back by the UE in the first step or the initial step may be referred to as first feedback information. -.
  • the transmitter transmits the beams to the receiver in consideration of information about the N beams received in the first step received from the receiver (S1105).
  • Mi beams e.g., beam angle, etc.
  • the receiving end measures the beams transmitted from the transmitting end, selects at least one category, and transmits information on the selected beam to the transmitting end (S1107).
  • information about the beams can include the index of the selected beam (or reference signal index, antenna port index), the signal strength of the selected band, and the channel status information of the selected beam (e.g. CSI, CQI, PMI, etc.).
  • Steps S1105 and S1107 may be referred to as the second step of the hierarchical beamforming method according to the present invention.
  • each of the steps after the initial step may be referred to as a repetition step, and information fed back by the terminal in the repetition step may be referred to as second feedback information.
  • the receiving end from the transmitting end After measuring MU-D beams to be transmitted, at least one ⁇ ⁇ - ⁇ number of beams are selected, and information on the selected beams is transmitted to the transmitting end (S1111), where hierarchical means the number of repetitions of each step.
  • the depth (hierarchical depth) or step size (step size) is predetermined so that the base station and the terminal may be known to each other, the base station may inform the terminal through higher layer signaling or the like.
  • Each of the steps for the hierarchical pan-forming operation described above may be set to be performed periodically.
  • the beam provided by the transmitter in each step may be designed independently, and the operation of the receiver in each step may be independently performed.
  • FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a reciprocal beamforming operation according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a case in which a transmitting end transmits the crimes to the receiving end in two steps, and the receiving end selects a beam at each step and informs the transmitting end of the information.
  • FIG. 12 illustrates a case in which a transmitting end transmits the crimes to the receiving end in two steps, and the receiving end selects a beam at each step and informs the transmitting end of the information.
  • a receiver selects one beam and reports information on the selected beam to a transmitter, similar to a conventional beamforming technique.
  • the description and the reference to the receiver 13 about the information on the selected pan to select a plurality of beam report to the transmitting end, and the other information, or the one another for each step may be reported to the transmitting end, thereto.
  • the receiving end transmits information (eg, beam index and / or PMI) about N 2 beams among the beams to the transmitting end.
  • PMI can be selected from an N 2 Tx codebook.
  • the preferable N 2 value is 2, and it is preferable that the receiver selects the N 2 categories having the largest signal strength.
  • the PMI is transmitted as information on the beam in the second step.
  • the PMI may be included in the information on the ⁇ beams transmitted by the receiver in the first step.
  • PMI can be selected from the Ni Tx codebook.
  • the preferred value may be 2, and it is preferable that the receiver selects the two ices having the largest signal strength.
  • the Ni beams selected by the receiver (first stage) or N 2 beams (second stage) are likely to have consecutive indexes. .
  • the receiving end of the beam (the first step) or N 2 beam (second step) is a pan of the band i, report an index for the transmitting end to the index (e. G., Dogs or N 2 of pan Only the lowest or highest index of the indexes may be transmitted to the transmitting end.
  • FIG. 14 is another diagram schematically illustrating a hierarchical beamformaing operation according to an embodiment of the present invention.
  • the hierarchical broad-forming method according to the present invention may be applied to both downlink and uplink, and will be described below by dividing downlink and uplink for convenience of description.
  • the hierarchical beamforming technique according to the present invention will be described in more detail at each step.
  • the number of antennas of the base station is N and the hierarchical depth or step size is J.
  • CSI-RS precoded reference signal
  • Equation 2 a steering vector, such as Equation 2 below, may be used for each reference signal to generate m beam patterns.
  • Equation 2 k denotes the wavelength of the transmission frequency and d denotes the distance between the antennas. "" Means the angle of the j-th step aeseo m-th beam pattern. ⁇ Are elements (element of the steering vector (steering vector) as a constant value to the normal screen (normalize) the full power of the signal sent out by the antenna Is the square of the sum of the absolute values (Euclidean norm).
  • the beam width is determined by the number of antennas used to generate the beam pattern. In other words, using a larger number of antennas can produce a beam pattern having a narrower beam width.
  • the same steering vector of Equations 3 to 5 can be used to provide a wider 3 ⁇ 4 width. Since the first step is a process for the base station to search for the direction toward the terminal by transmitting the beam pattern to the terminal evenly in all directions, the base station is within the cell coverage by using a beam pattern having a body _ wide You can search for the direction to all terminals belonging to.
  • Equation 3 by applying a value of 0 to even-numbered antennas in the steering vector, the corresponding antennas do not transmit a signal and generate a beam pattern using only half (N / 2) of the total number of antennas.
  • the angle of each beam pattern generated may be the same as the angle of each beam pattern generated by Equation 2 above, so that fewer antennas are used to create a pan pattern.
  • Each beam width can be made wider by generating.
  • equation (3) hast describes an example of a beam pattern generated using the half (N / 2) of the total number'll not, -, I'll not different ⁇ The number (e.
  • the air 1/4 of the total number of antennas It is also possible to generate a beam pattern using a 1/8, etc.
  • the interval of the antenna used for generating the beam pattern may be constant. For example, when using antennas corresponding to one quarter of the total number of antennas, antennas having four spacings can be used to generate a pan pattern.
  • a steering vector may be configured as shown in Equation 4 by grouping a certain number of antennas.
  • Equation 4 by applying the same value to the antenna belonging to the same group by transmitting the same signal for each group.
  • the angle of each beam pattern generated may be equal to the angle of each beam pattern generated by Equation 2 above.
  • Each beam width can be body-wide by generating a beam pattern using body-less antennas.
  • Equation 4 an example in which two antennas belong to one group has been described. However, the number of antennas constituting one group (for example, three, four, etc.) may be different from this.
  • a certain number of bum patterns may be bundled and transmitted as one reference signal.
  • the steering vector when bundling two beam patterns is expressed by Equation 5 below.
  • Equation 5 two different angles are combined to generate a wider beam pattern by combining a base-01 pattern, thereby providing a wider beam width.
  • a beam pattern ingot with an angle of 30 degrees ⁇ since a 3 ⁇ 4 pattern with an angle of 60 degrees is combined to create a single pattern.
  • the combined one beam pattern may have a beam pattern shape having an angle from an angle of 30 degrees to an angle of 60 degrees.
  • the number of reference signals generated may be half of the reference signal generated in Equation 2, and each beam pattern generated by Equation 5 is represented by Equation 2 below. It can have a beam width corresponding to the two beam widths generated by.
  • the terminal receiving the pan pattern from the base station feeds back the index of the beam that the terminal prefers to the base station in the beam pattern transmitted from the base station. It 1, the index of the beam reported by the terminal can be more than one. As described above, in order to calculate an index of a range preferred by the terminal, the terminal may use a received power of a reference. Signal having each 3 ⁇ 4 pattern, which can be implemented with low complexity.
  • the UE may perform signal strength or other channel quality information (eg, CSI, CQI, PMI, etc.) of a reference signal corresponding to each INX together with an index of a beam. You can report.
  • the terminal When reporting a plurality of beam indexes to the base station and also reporting the signal strength or channel quality information for each beam, the signal strength or channel quality information reported for each beam may be reported as an absolute value. It may be stored as a relative value (eg, relative difference value or relative ratio) between a plurality of categories.
  • the terminal determines the bitmap indicating the relative ratio of the received power (received power) in the base station You can reduce the amount of information you feed back by reporting it.
  • Table 6 illustrates the relative rate incidence between the categories reported to the base station, and thus the bit app. '
  • Table 6 it illustrates a case in which the terminal reports two beam indexes to the base station, and illustrates the relative ratios of the received power (received power) between the two beams and the corresponding bitmap .
  • Table 1 exemplifies the relative value between two beams and the corresponding bitmap.
  • the table may be determined using a relative value between a larger number of beams or a larger number of bits.
  • more bits eg, eight ratios may be used to subdivide even the relative values between the two beams.
  • the terminal may report the PMI together with the beam index.
  • PMI means an index indicating a precoding matrix that is predetermined and exists in a codebook (for example, see Table 2) known to the base station and the terminal.
  • a codebook for example, see Table 2
  • the UE may calculate an optimal precoding matrix using Equation 6 below and report the PMI thereof to the base station. [170] [Equation 6]
  • Table 7 illustrates a codebook when the number of reference signals is two.
  • the UE performs a full search on the preferred beam index and PMI using Equation (6). Report the beam index and PM1 to the base station. That is, any precoding vector ( ⁇ ) of the channel matrix (H) for all possible two beam patterns in the entire range pattern transmitted to the terminal and the precoding vector included in the codebook illustrated in Table 7 is shown. Applied to Equation 6, the optimal beam index and precoding matrix (ie, PMI) having a large channel size value can be calculated together. Alternatively, the terminal may calculate only PMI based on a preferred beam index using Equation 6 below (hereinafter, referred to as partial search). bamboo.
  • Two beam patterns selected by the UE (for example, the most received power is The channel matrix (H) for two large beam patterns) and any precoding vector () among the precoding vectors included in the codebook illustrated in Table 7 are applied to Equation 6 to obtain an optimal value having the largest channel size value. Only the precoding matrix (ie, ⁇ ) can be calculated.
  • the base station when ⁇ is also reported to the base station together with the preferred beam index, applies the precoding matrix according to ⁇ received from the terminal to the beam pattern transmitted in the next step.
  • the steering vector applied to the next step is multiplied by the precoding matrix reported by the terminal to generate a beam pattern of the next step and transmitted to the terminal.
  • the base station receiving the beam index from the terminal generates a second m 'beam patterns using the beam index fed back by the terminal in a specific manner.
  • the 111 'beam angles generated in the second step may be calculated using the beam index reported by the UE in the first step. That is, the mobile station generates a beam pattern having m 'specific directions in consideration of the direction of the beam index reported in the first step. For example, if the preferred angle of the terminal is ⁇ , m 'beam angles generated in the second step has a ⁇ ⁇ Shae value. In this case, a steering vector as shown in Equation 7 below may be used for each reference signal to generate m ′ beam patterns.
  • k denotes 2
  • d denotes a distance between antennas.
  • ⁇ "'is the angle for the m th beam pattern in step j.
  • ⁇ is a constant value for normalizing the total power of the signal sent out to the antenna, the element of the steering vector ( sum of the absolute values of the elements) (Eucl idean norm).
  • the steering vector in the second stage may also be used for the various steering vectors described in the first stage. That is, the steering vector, such as Equation 3 to 5 above may be reused.
  • the steering vector such as Equation 3 to 5 above may be reused.
  • antennas spaced at regular intervals from all the antennas may be used to generate a beam pattern
  • a certain number of antennas may be grouped to generate a beam pattern.
  • a certain number of beam patterns may be bundled and generated as a single beam pattern.
  • the base station If there are two or more beam indexers fed back by the terminal, and the absolute information or the relative information on the signal strength for each beam is reported to the base station, the base station generates the second stage beam pattern.
  • the angular value can be determined adaptively by un-equai quantization.
  • 15 is a diagram illustrating a beam angle adaptation method using un-equal quant i zat ion according to the present invention.
  • the beam indices reported by the UE in the first step are a2 and a3, the angular angle of a2 is, and the beam angle of a3 is.
  • the base station applies equal / linear quantization 1510 to generate an angle value for generating a second beam pattern. It can be set at equal intervals. That is, the angle of the beam with the index a2 + (a3— a2) / 3 is + (zero 0/3), and the angle of the beam with the index a2 + 2 (a3 a2) / 3 is +2 ( ⁇ — ⁇ Can be set to / 3.
  • the angle value for generating the beam pattern of the second stage may be determined at uneven intervals in consideration of the beam intensity. That is, the closer the beam intensity is in the first stage to the beam angle (a3 in FIG. 15), the denser the beam angle spacing (-) in the second stage is, and in the first stage the beam angle is relatively smaller. The closer to the angle (a2 in FIG. 15), the wider the beam angle spacing of the second stage (can be wider.
  • the angle of the creeper of the unequal quantization 1520 is equalized to apply the unequal quantization 1520.
  • a relative value e.g., relative difference value, relative ratio, etc.
  • the relative value of the phase can be determined by using the ratio of the relative intensity of the beam (a2 and a3) reported by the terminal in the first step 1 (see, for example, Table 6).
  • the value of the angle ( ⁇ ) is a specific value (15
  • the precursor of the unequalized quantization 1520 can be determined assuming 30.
  • the specific value 1530 is a relative value (e.g., a relative difference value) based on the value of the beam angle ( ⁇ ) of a2.
  • the relative value of the specific value ⁇ 530) and the value of 3 ⁇ 4 angle () of a2 is the ratio of the relative intensity of 3 ⁇ 4 (a2 and a3) reported by the terminal in the first step. For example, see Table 6).
  • the terminal to be the preferred beam index may not be consecutive (continuous), unlike the previous example, to itdi.
  • the base station configures a pan pattern for each beam index reported by the terminal, and may divide and configure the entire beam pattern of the second step for each beam index reported by the terminal.
  • the base station may individually configure the beam pattern, such as ⁇ Hf ⁇ 3 .
  • the terminal receiving the beam pattern from the base station feeds back the index of the beam that the terminal prefers in the beam pattern transmitted from the base station to the base station. At this time.
  • the terminal corresponds to each index-of the index of the beam
  • the signal strength of the reference signal or other channel quality information eg CSI, CQI, PMI, etc.
  • the type of information on the beam reported by the terminal in the second step may be different from the type of information on the beam reported by the terminal in the first step.
  • step j the base station configures a beam pattern by using the feedback information reported from the terminal in step J ⁇ . .
  • the information on these branches includes the number of antenna ports (or number of beams), the criteria for antenna port (or beam) selection, whether the PMKprecoding / preferred matrix index is applied, the individual signal strength of the selected antenna port (or beam), At least one of the individual signal quality of the antenna port (or beam) (eg, CQI or CSI ⁇ RS based RSRP), signal quality when PMI is applied, and RKRank indication / Index) may be included.
  • the base station is equal to the feedback configuration information for all the steps before the first step (e.g., before the step S1 H in the example of FIG. 11) of the symmetric beamforming scheme (same ' feedback operation of the terminal for each step) can, and may be different itdi -) a can enjoy known to the terminal, or before in each step (for example, in the example of Figure 11 S1101, SI 105, and S1109 before step) feedback set for each step in the information It may inform the terminal. Alternatively, the terminal may be informed before the first step and before each step by dividing by setting information.
  • the base station transmits at least one CSI-RS configuration information to the terminal, and each CSI-RS
  • the terminal may indicate the type of feedback information to be fed back. That is, the base station selects two antenna ports (or pans) according to the first CSI-RS configuration, and feeds back corresponding signal strengths other than the corresponding antenna port index (or beam index), and the second CS1-RS.
  • the base station selects two antenna ports (or pans) according to the first CSI-RS configuration, and feeds back corresponding signal strengths other than the corresponding antenna port index (or beam index), and the second CS1-RS.
  • the PMI may be instructed to feed back the CQI.
  • the terminal may select the PMI from the N2 Tx codebook.
  • a rank refers to the number of data streams (or data layers) transmitted or received simultaneously on the same resource.
  • the base station may set the terminal to configure feedback information by assuming a given rank. For example, if it is instructed to fix the tank to 1, the terminal may assume that all the selected beams or antenna ports form one data stream even if multiple] or antenna ports are selected. Alternatively, the base station may instruct the terminal to determine the feedback feedback.
  • the feedback information corresponding to ranks 1 and 2 is two 3 ⁇ 4s (or antenna ports) index and ⁇ are included, but considering the characteristics of the L0S dominant environment described above, the beam (or antenna port) index and the amount of feedback information related to PM1 can be reduced as follows.
  • the feedback information may be configured as (highest or lowest index + ⁇ of the selected beams (or antenna ports)), and in the case of rank 2, in the first step
  • the feedback information can be configured such as the index of the selected beam (or antenna port) + the inx of the selected beam (or antenna port) in the second step.
  • the number of antenna ports (or beams) selected from the content indicated by the base station may be replaced with the maximum number of antenna ports (or beams) selectable by the terminal.
  • the codebook consists of Mxl vectors, and the gig-vector can have from 1 (or 2) to M years—non-zero elements.
  • the base station has been selected up to three antenna port (or i-beam) and, if instructed to apply the PMI, a codebook of Equation (8) or Equation (9) below - may be configured as, PMI is in such a code book Can be chosen.
  • the base station sets the terminal to 8 Tx CSI-RS. And direct the feedback by selecting one, two or three antenna ports (or beams) out of the eight CSI-RS antenna ports (or beams).
  • the terminal As a criterion used by the terminal to select an antenna port (or beam). Only select antenna ports (or beams) whose signal quality is above the first threshold—only antenna ports (or beams) whose relative magnitudes are above the second threshold relative to the maximum signal quality.
  • the UE may feedback the result of sorting according to the signal quality.
  • the base station has instructed the terminal to apply the PMI, it is possible to feed back the index by selecting a precoding vector from a codebook consisting of precoding vectors for 2 Tx and 3 Tx.
  • the codebook consists of vectors having dimensions corresponding to the number of antenna ports (or beams) that the terminal can select. That is, if the base station instructs the terminal to select one, two, or three antenna ports (or beams) as described above, the terminal selects one vector from the codebook consisting of 2x1, 3x1 vectordols and assigns the heading index to the base station. Feedback to.
  • the index consists of cen (log2 (N 2 + N 3 )) bits. here .
  • Cei Kx means the smallest natural number of numbers greater than ⁇ .
  • the codebook may be configured as Equation 8 or Equation 9 below. In Equations 10 and 11, ⁇ is a constant.
  • the base station may perform maximum ratio combining (MRC) using a reference signal transmitted by the terminal. Therefore, unlike downlink, in an FDD system, uplink may be operated without reference signal overhead or feedback overhead.
  • MRC maximum ratio combining
  • the terminal is configured to have a large number of antennas such as a vehicle, banner, or building, the channel estimation must be performed for each antenna of the terminal by the reference signal overhead transmitted by the terminal and the base station. This increases the complexity. Therefore, in this case, the proposed hierarchical beamforming technique can be applied to the uplink.
  • the parameters to be transmitted to the UE in order to operate the uplink hierarchical beamforming scheme are as follows.
  • a transmitting end may correspond to a terminal and a receiving end may correspond to a base station.
  • the parameters for the uplink hierarchical beamforming scheme are classified for each parameter before the first step (for example, before step S1101 in the example of FIG. 11) and before each step (for example, FIG. 11).
  • the base station ie, the receiving end
  • the terminal ie, the transmitting end.
  • the base station may use a method semi-static control channel (eg, RRC signaling) or a dynamic control channel (eg, PDCCH) to indicate a parameter to the terminal.
  • RRC signaling e.g., RRC signaling
  • PDCCH dynamic control channel
  • these parameters may be delivered to the terminal using RRC signaling and PDCCH together. That is, since the size of the step and the number of beam patterns are related to the hardware performance of the UE, it is indicated by ra signaling, and the angular value (), pan-index, and PMI, which can be changed instantaneously, can be indicated through the PDCCH.
  • the downlink control information (DCI) format of the PDCCH is configured with a new DCI format different from the existing one, and is transmitted through a UE-search space (USS) or these parameters are added to the existing DCI format. You can also send in addition. Since the UE knows that the indication information is transmitted, if the transmission information is transmitted through the USS, such a parameter may be acquired without increasing the number of blind decoding times for acquiring the DCI format.
  • DCI downlink control information
  • USS UE-search space
  • the UE When the present invention is applied to the LTE-A system, an example in which the UE performs a hierarchical beamforming operation using a sounding reference signal (SRS) will be described.
  • SRS sounding reference signal
  • the UE may first inform the base station that there is a capability to operate the hierarchical panforming. Subsequently, the base station may designate two types of SRS to the terminal. Based on the first SRS configuration and the second SRS configuration, the SRS transmitted by the UE is generated by applying different weights to the M antennas.
  • SRS sounding reference signal
  • ⁇ And ⁇ are the kth SRS antennas transmitted according to the first and second SRS settings, respectively
  • I mean a weight vector of size MX 1 used for the port (or beam). That is, the base station receiving the SRS transmitted by the terminal according to the first SRS configuration transmits the measurement result to the terminal and the terminal based on this information the weight of the SRS antenna port (or beam) based on the second SRS configuration Determine and transmit the SRS.
  • the terminal may know a set ⁇ of weight vectors to be used for the SRS to be transmitted according to the first SRS configuration and a set of weight vectors to be used for the SRS to be transmitted according to the second SRS configuration ⁇ ⁇ ⁇ ' ⁇ ' ⁇ /.
  • the base station measures the SRS transmitted by the terminal according to the first SRS configuration and informs the terminal that the SRS antenna port (or beam) having the best signal quality is # ⁇ (absolute or relative antenna port (or beam) index).
  • the UE uses the two ⁇ weight vector of the SRS transmit SRS according to the second set i. It is preferable that the base station dynamically informs the UE of the measurement result of the first SRS configuration based SRS through the DCI.
  • the DCI may include one or more SRS antenna port (or beam) indexes. Alternatively, you can include a bitmap of the same size as the number of antenna ports (or beams) in the first SRS setup.
  • the UE determines the weight vector of the SRS to be transmitted by the second SRS configuration based on the SRS antenna port (or beam) expressed as '1' in the SRS antenna port (or beam) index or bitmap.
  • the base station may inform the user equipment of a precoding vector to be applied between the antenna port (or beam) and / or antenna port (or beam) to be used for uplink.
  • the base station measures four SRS antenna ports (or beams) transmitted by the terminal according to the second SRS configuration, and then the DCI format (for example, DCI format 0 or 4) used for PUSCH scheduling.
  • the base station may include any one of the precoding vector index belonging to the codebook as shown in Equation 12 below.
  • This codebook should be known to both the base station and the terminal. if. If one precoding vector index belonging to the codebook is included in the DCI format, additional information about the antenna port (or pan) index may not be included in the DCI format.
  • the example codebook above consists of precoding vectors with 1, 2 and 4 non-zero elements. Vectors belonging to these codebooks may each be multiplied by a specific constant value.
  • the switched beamforming refers to conventional beam forming (convent ional BF). That is, as described above, the step for pan-forming is composed of only one step.
  • the base station When the base station generates a total of M beam patterns, the terminal reports only one beam pattern to the base station, and the base station reports the terminal. Generating a beam pattern having an angle corresponding to the beam pattern index;
  • HBF it is assumed that two stages and 16 beam patterns are generated using 64 antennas.
  • the vertical axis represents capacity and the number of transmissions per time / hertz (Hz). The number of bits that are present.
  • the horizontal axis is. The higher the value, the better.
  • the horizontal axis represents the signal noise ratio (SNR).
  • Figure 16 illustrates a graph showing the simulation results of applying the hierarchical broad-forming method according to the present invention.
  • FIG. 16 when the HBF assumes the same expected capacity as the CBF as the simulation result in the L0S environment, a performance gain of about 2 to 8 dB is shown. Or it shows about 0.5-2bit / s / Hz gain in the same SNR environment (-5 ⁇ 20dB). 17 illustrates a graph showing different simulation results using the hierarchical beamforming technique according to the present invention.
  • FIG. 18 illustrates a graph showing another simulation result of applying the hierarchical beamforming technique according to the present invention. .
  • FIG. 18 a simulation result of assuming a low in-tenar correlation (assuming that the correlation between antennas is 0 is zero) in a non-LOS environment. For example, if the antenna correlation is low, the independence of each channel to perform spatial multiplexing is guaranteed, so if the rank is 2, if the tank is 1, the body-performance is superior. rather the shape is not generated correctly, both the bimgoe produced in the first step the resulting beam in the second step ⁇ relevance lump is a subset (subset) this concept falling phenomenon occurs, so degradation than the performance of HBF CBF as it is shown in Figure 18 What happens is that.
  • FIG. 19 illustrates a block diagram of a wireless communication device according to an embodiment of the present invention.
  • a wireless communication system includes a base station 190 and a plurality of terminals 200 located in a base station 190 area.
  • the base station 190 includes a processor 191, a memory 192, and an RF unit 193.
  • the processor 191 implements the proposed function, process and / or method. Layers of the air interface protocol may be implemented by the processor 191.
  • the memory 192 is connected to the processor 191 and stores various information for driving the processor 191.
  • the RF unit 193 is connected to the processor 191 to transmit and / or receive radio signals.
  • the terminal 200 is a processor 201. ⁇ including memory 202 and RF section 202.
  • Processor 201 implements the proposed functions, processes, and / or methods. Tradeoffs in the air interface protocol can be implemented by the processor 201.
  • the memory 202 is connected to the processor 201 and stores various information for driving the processor 201.
  • the RF unit 203 is connected with the processor 201 to transmit and / or receive a radio signal.
  • the memories 192 and 202 may be inside or outside the processors 191 and 201, and may be connected to the processors 191 and 201 by various well-known means.
  • the base station 190 and / or the terminal 200 may have a single antenna (multiple antenna) or multiple antenna (multiple antenna).
  • each component or feature is to be considered optional unless stated otherwise.
  • Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features. It is also possible to combine some of the components and / or features to form an embodiment of the invention.
  • the order of operations described in the room exemplary embodiment of the present invention i itdi to change. Some configurations or features of one embodiment may be included in another embodiment or may be replaced with corresponding configurations or features of the other embodiments. It is obvious that the claims may be combined to form an embodiment by combining claims that do not have an explicit citation relationship in the claims or as new claims by post-application correction.
  • an embodiment according to the present invention may be implemented by various means, for example, hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • an embodiment of the present invention may include one or more applicat ion specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPs), and rogrammables (PLDs). logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and so on.
  • ASICs applicat ion specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPs digital signal processing devices
  • PLDs rogrammables
  • logic devices include FPGAs (field programmable gate arrays), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and so on.
  • an embodiment of the present invention is a module for performing the functions or operations described above. Can be implemented in the form of an incidence, function, etc.
  • Software code can be stored in memory and driven by the processor have.
  • the memory may be located inside or outside the processor to exchange data with the processor by a variety of known means.

Landscapes

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Abstract

본 발명에서는 무선 접속 시스템에서 계층적 빔 포밍(Hierarchical beamforming)을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치가 개시된다. 구체적으로, 기지국이 서로 다른 스티어링 벡터(steering vector)가 적용된 복수의 제1 빔들을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 단말에 전송하는 초기 단계, 기지국이 단말로부터 수신한 하나 이상의 빔의 인덱스를 포함하는 피드백 정보를 고려하여, 서로 다른 스티어링 벡터가 적용된 복수의 제2 빔들을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 단말에 전송하는 반복 단계를 포함하고, 반복 단계는 미리 정해진 횟수만큼 반복될 수 있다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
무선 접속 시스템에서 계층적 빔 포밍 방법 및 이를 위한 장치
【기술분야】
[1] 본 발명은 무선 접속 시스템에 관한 것으 ¾서, 보다 상세하게 매시브 다 중 입출력 (Massive Multi-Input Mul t i-Output )을 지원하는 무선 접속 시스템에 서 빔 포밍을 수행하기 위한 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이디-.
【배경기술】
[2] 차세대 무선 접속 시스템의 요구 조건에 따라 송 /수신단 사이의 링크 품 질 (link quality)을 향상시키거나 높은 데이터 전송률을 지원하기 위해서 다중 안테나를 활용한 기법들이 많이 연구도ᅵ고 있으며, SFBC(space frequency block coding)나 SM(spat ial multiplexing), CL一 MIMO (Closed- loop MIMO/beamf orming) , ZFBF(zero-forcing beamforming) 등의 기법들이 LIE 또는 LTE— A 상용 시스템에 적용되고 있다.
[3] 일반적으로 이동통신 시스템에서는 물리적 공간과 전력 제공 등의 이유 로 사용자 장치 (user equipment)보다 기지국에 더 많은 안테나를 설치하는 것을 고려하고， 현재 LTE— A 시스템 (릴리즈 -10)에서는 최대 8 Tx 시스템까지 지원한다. 다중 안테나를 이용하여 링크 품질을 향상시키는 방법 중 채널 상태 정보 (channel state informat ion)를 송신단에서 활용할 수 있는 경우에는 빔 포밍 기법이 가장 우수한 성능을 제공할 수 있다. 범 포밍 기법은 송신 안테나 개수 가 많아지면 많아질수록 송신 전력을 절감하는 이득을 얻거나 더 향상된 링크 품질을 얻을 수 있디-. 또한 안테나 개수가 많아질수특 빔을 날카롭게 (sharp) 형 성할 수 있고 동시에 만들어 낼 수 있는 직교적인 빔 (orthogonal beam)도 많아 질 수 있다. 즉, 동시에 각자의 데이터를 수신할 수 있는 수신단이 많아진다. 이러한 목적으로 기존의 8 Tx 이상의 대규모의 안테나를 지원하는 시스템, 즉 매시브 다중 입출력 (Massive MIMO) 시스템이 고려되고 있디-.
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】 [4] 본 발명의 목적은 무선 접속 시스템, 바람직하게 매사브 다중 입출력 (Massive MIM0) 시스템을 지원하는 무선 접속 시스템에서 단말과 기지국 간 원 활하게 빔 포밍을 수행하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제안한디 -.'
[5] 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과 제들로 제한되지 않으며 , 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재 로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이 해될 수 있을 것이다.
【기술적 해결방법】
[6] 본 발명의 일 양상은, 무선 접속 시스템에서 계층적 빔 포밍 (Hierarchical beamforming)을 수행하는 방법에 있어서, 기지국이 서로 다른 스 티어링 백터 (steering vector)가 적용된 복수의 제 1 빔들을 각각 대응되는 참 조 신호를 통해 단말에 전송하는 초기 단계, 기지국이 단말로부터 수신한 하나 이상의 빔의 인덱스를 포함하는 피드백 정보를 고려하여, 서로 다른 스티어링 백터가 적용된 복수의 제 2 빔들을 각각 대웅되는 참조 신호를 통해 단말에 전 송하는 반복 단계를 포함하고, 반복 단계는 미리 정해진 횟수만큼 반복될 수 있 다.
[7] 본 발명의 다른 양상은， 무선 접속 시스템에서 계층적 빔 포밍 (Hierarchical beamforming)을 수행하는 기지국에 있어서, 무선 신호를 송수신 하기 위한 RF Radio Frequency) 유닛 및 프로세서를 포함하고, 프로세서는 서로 다른 스티어링 백터 (steering vector)가 적용된 복수의 제 1 빔들을 각각 대웅 되는 참조 신호를 통해 단말에 전송하는 초기 단계를 수행하고， 단말로부터 수 신한 하나 이상의 빔의 인덱스를 포함하는 피드백 정보를 고려하여, 서로 다른 스티어링 백터가 적용된 복수의 제 2 빔들을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 단말에 전송하는 반복 단계를 수행하도록 설정되고, 반복 단계는 미리 정해진 횟수만큼 반복될 수 있다.
[8] 바람직하게, 제 2 빔들의 각도는 하나 이상의 빔의 각도에 따라 결정될 수 있다.
[9] 바람직하게, 피드백 정보는 하나 이상의 ¾에 대한 신호 세기, CQI (Channel Quality Information), PMKPrecoding Matrix Indication) 증 적어 도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. [10] 바람직하게， 피드백 정보가 PMI 를 포함하는 경우， ΡΜΊ 는 제 1 ¾들 또 는 제 2 범들 모두를 대상으로 결정되거나, 제 1 빔들 또는 제 2 범들의 신호 세 기를 통해 단말이 선택한 하나 이상의 빔들만을 대상으로 결정될 수 있다.
[11] 바람직하게, 피드백 정보가 복수 개의 범에 대한 신호 세기를 포함하는 경우， 제 2 빔들의 각도는 복수 개의 빔에 대한 신호 세기를 고려하여 볼균등한 간격으로 결정될 수 있다.
[12] 바람직하게 , 제 1 빔들 또는 제 2 빔들은 소정의 간격을 가지는 안테나 포트만을 이용하여 생성되거나, 소정의 개수 별로 그룹핑된 안테나 포트를 이용 하여 생성되거나, 소정의 개수 별로 합쳐져서 생성될 수 있디-.
[13] 바람직하게, 참조 신호는 CSI— RS(Channel State Information Reference Signal)일 수 있다.
[14] 본 발명의 또 다른 일 양상은， 무선 접속 시스 ᅵ에서 계충적 ¾ 포밍 (Hierarchical beamf orming)을 수행하는 방법에 있어서, 단말이 기지국으로부터 계층적 빔 포밍을 위한 단계 크기 및 계층적 빔 포밍을 위한 각 단계에서의 빔 의 개수를 포함하는 파라미터를 수신하는 단계， 단말이 서로 다른 스티어링 백 터 (steering vector)가 적용된 복수의 제 1 빔들을 각각 대웅되는 참조 신호를 통해 기지국에 전송하는 초기 단계, 단말이 기지국으로부터 수신한 하나 이상의 빔의 인덱스를 포함하는 피드백 정보를 고려하여, 서로 다른 스티어링 벡터가 적용된 복수의 제 2 빔들을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 기지국에 전송하는 반복 단계를 포함하고, 반복 단계는 단계 크기만큼 반복될 수 있다.
[15] 본 발명의 또 다른 양상은, 무선 접속 시스템에서 계충적 ¾ 포밍 (Hierarchical beamforniing)을 수행하는 단말에 있어서, 무선 신호를 송수신하 기 위한 RF(Radio Frequency) 유닛 및 프로세서를 포함하고, 프로세서는 기지국 으로부터 계충적 빔 포밍을 위한 단계 크기 및 계층적 빔 포밍을 위한 각 단계 에서의 빔의 개수를 포함하는 파라미터를 수신하고 , 서로 다른 스티어링 백터 (steering vector)가 적용된 복수의 제 1 범들을 각각 대응되는 참조 신호를 통 해 기지국에 전송하는 초기 단계를 수행하며, 기지국으로부터 수신한 하나 이상 의 빔의 인덱스를 포함하는 피드백 정보를 고려하여 , 서로 다른 스티어링 백터 가 적용된 복수의 제 2 빔들을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 기지국에 전송 하는 반복 단계를 수행하도록 설정되고, 반복 단계는 단계 크기만큼 반복될 수 있다.
[16] 바람직하게， 제 2 빔들의 각도는 하나 이상의 빔의 각도에 따라 결정될 수 있다.
[17] 바람직하게, 피드백 정보는 하나 이상의 빔에ᅵ 대한 신호 세기, CQK Channel Quality Information), PMI (Precoding Matrix Indication) 중 적어 도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
[18] 바람직하게, 피드백 정보가 PMI (Precoding Matrix Indication)를 포함하 는 경우, PMI는 제 1 빔들 또는 제 2 빔들 모두를 대상으로 결정되거나 범의 신 호 세기를 이용하여 기지국이 선택한 하나 이상의 빔들만을 대상으로 결정될 수 있다.
[19] 바람직하게， 피드백 정보가 복수 개의 빔에 대한 신호 세기를 포함하는 경우, 제 2 빔들의 각도는 복수 개의 빔에 대한 신호 세기를 고려하여 불균등한 간격으로 결정될 수 있다.
[20] 바람직하게, 제 1 빔들 또는 제 2 빔들은 소정의 간격을 가지는 안테나 포트만을 이용하여 생성되거나, 소정의 개수 별로 그룹핑된 안테나 포트를 이용 하여 생성되거나, 소정의 개수 별로 합쳐져서 생성될 수 있디-.
[21] 바람직하게, 참조 신호는 SRS(Sounding Reference Signal)일 수 있디-. 【유리한 효과】
[22] 본 발땅의 실시예에 따르면, 무선 접속 시스템, 바람직하게는 매시브 다 중 입출력 (Massive MIM0) 시스템을 지원하는 무선 접속 시스템에서 단말과 기지 국 간 원활하게 빔 포밍을 수행할 수 있다.
[23] 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급힌ᅳ 효과로 제한되지 않 으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기 술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
【도면의 간단한 설명】
[24] 본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고， 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 적 특징을 설명한다. [25] 도 1 은 3GPP LTE 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일 반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이디-.
[26] 도 2는 3GPP LTE에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
[27] 도 3 은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드 (resource grid)를 예 시한 도면이다.
[28] 도 4는 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
[29] 도 5는 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다. ·
[30] 도 6 은 일반 순환 전치를 사용하는 경우, 공용 참조 신호 (CRS)가 자원 블록 상에 배치되는 패턴을 예시한다.
[31] 도 7 및 도 8 은 일반 순환 전치를 사용하는 경우, 단말 특정 참조 신호 (DM— RS)가 자원 블특 상에 배치되는 패턴을 예시한다.
[32] 도 9 은 일반 순환 전치를 사용하는 경우, CSI-RS 설정 #0 에 따른 CSI- RS가 자원 블록 상에 배치되는 패턴을 예시한다.
[33] 도 10 은 기존의 빔 포밍 (Convent ional Beanrformi ng) 동작을 예시하는 도면이다.
[34] 도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 빔 포밍 (Hierarchical beamformaing) 방법을 예시하는 도면이디-.
[35] 도 12 내지 도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 빔 포밍 (Hierarchical beamformaing) 동작을 개략적으로 도시한 도면이디-.
[36] 도 15 는 본 발명에 따른 불균등 양자화 (Lin— equal quantization)를 적용 한 빔 각도 적응 (beam angle adaptation) 방법을 예시하는 도면이다.
[37] 도 16 내지 도 18 은 본 발명에■ 따른 계층적 빔 포밍 기법을 적용한 시 물레이션 결과를 나타내는 그래프를 예시한다 .
[38] 도 19 는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
【발명의 실시를 위한 형태】
[39] 이하， 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상 세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며， 본 발명이 실시될 수 있는 유일 한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니디-. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러니-, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
[40] .몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구 조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
[41] 본 명세서에서 본 발명의 실시예들을 기지국괴- 단말 간의 데이터 송신 및 수신의 관계를 중심으로 설명한다. 여기서， 기지국은 단말과 직접적으로 통 신을 수행하는 네트워크의 종단 노드 (terminal node)로서의 의미를 갖는디-. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드 (upper node)에 의해 수행될 수도 있디-. 즉, 기지국을 포함 하는 다수의 네트워크 노드들 (network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말 과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국 (BS: Base' Station)'은 고정국 (fixed station), Node B, eNode B(eNB), 액세스 포인트 (AP: Access Point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있디ᅳ. 중계기는 Relay Node(RN), Relay Station(RS) 등의 용어에 의해 대체될 수 있디-. 또한， '단말 (Tenninal ) ' 은 UE(User Equi ment ) , MSCMobi le Station) , MSS(Mobi le Subscriber Stat ion) , SSCSubscriber Station), AMSCAdvanced Mobile Station), WT(Wireless terminal ) , MTC(Mach i ne-Type Communication) 장치 , M2M(Machine一 to—Machine) 장치 , D2D 장치 (Device— to— Device) 장치 등의 용어로 대체될 수 있디-.
[42] 이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며， 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
[43] 본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시 스템, 3GPP LTE 및 LTE— A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나 에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 .사상을 명확히 드러내기 위해 설명히-지 않은 단계들 또는 부 분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있디-. 또한, 본 문서에서 개시하고 있 는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있디-. [44] 이하의 기술은 CDMA (code division multiple access) , FDMA( frequency division multiple access) , TDMA(t ime division multiple access) , 0FDMA( orthogonal frequency division multiple access) , SC-FDMA( sin le carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시 스템에 이용될 수 있다. CDMA 는 UTRA Jniversal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000 과 같은 무선 기술 (radio technology)로 구현될 수 있디-. TDMA 는 GSKGlobal System for Mobile commun i c a t i ons ) / GPRS ( Gene r a 1 Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구 현될 수 있다. (FDMA 는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802— 20, E—UTRA (Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA 는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이디-. 3GPP(3rd Generation Partnership Project ) LTE( long term evolution)은 E—UTRA 를 사용 하는 E-UMTS( Evolved UMTS)의 일부로써 , 하향링크에서 0FDMA 를 채용하고 상향 링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.
[45] 설명을 명확하게 하기 위해 , 3GPP LTE/LTE-A 를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니디-.
[46] 본 발명이 적용될 수 있는 3GPP LTE/LTE-A 시스템의 일반
[47] 도 1 은 3GPP LTE 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일 반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
[48] 전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거니 ·, 새로이 셀에 진입한 단말 은 S101 단계에서 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 설 1 탐색 (Initial cell search) 작업을 수행한디-. 이를 위해 단말은 기지국으로부터 주동기 채널 (P- SCH: Primary Synchronization Channel) 및 부동기 채널 (S—SCH: Secondary Synchronization Channel)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID 등의 정 보를 획득한다.
[49] 그 후， 단말은 기지국으로부터 물리방송채널 (PBCH: Physical Broadcast Channel) 신호를 수신하여 씰 내 방송 정보를 획득할 수 있디-. 한편, 단말은 초 기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호 (DL RS: Downlink Reference Signal) 를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있디-. [50] 초기 셀 탐색을 마친 단말은 S102 단계에서 물리하향링크제어채널 (PDCCH: Physical Downlink Control Channel) 및 물리하향링크제어채널 정보에 따른 물리하향링크공유 채널 (PDSCH: Physical Downlink Control Channel)을 수 신하여 조금 더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있디-.
[51] 이후， 단말은 기지국에 접속을 완료하기 위히ᅵ 이후 단계 S103 내지 단계 S106 과 같은 임의 접속 과정 (Random Access Procedure)을 수행할 수 있디 ·. 이 를 위해 단말은 물리임의접속채널 (PRACH: Physical Random Access Channel)을 통해 프리앰블 (preamble)을 전송하고 (S103), 물리하향링크제어채널 및 이에 대 웅하는 물리하향링크공유 채널을 통해 프리 ¾블에 대한 웅답 메시지를 수신할 수 있다 (S104). 경쟁 기반 임의 접속의 경우, 단말은 추가적인 물리임의접속채 널 신호의 전송 (S105) 및 물리하향링크제어채널 신호 및 아에 대응하는 물리하 향링크공유 채널 신호의 수신 (S106)괴- 같은 충돌해결절치- (Contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.
[52] 상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상 /하향링크 신 호 전송 절차로서 물리하향링크제어채널 신호 및 /또는 물리하향링크공유채널 신 호의 수신 (S107) 및 물리상향링크공유채널 (PUSCH: Physical Uplink Shared Channel) 신호 및 /또는 물리상향링크제어채널 (PUCCH: Physical Uplink Control Channel) 신호의 전송 (S108)을 수행할 수 있디-.
[53] 단말이 기지국으로 전송하는 제어정보를 통칭하여 상향링크 제어정보 (UCI: Uplink Control Informat ion)라고 지칭한디-. UCI 는 HARQ— ACK/NACK
(Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement/Negat ive-ACK) , SR
(Scheduling Request) , CQI (Channel Quality Indication), PMI (Precoding
Matrix Indication) , RI (Rank Indication) 정보 등을 포함힌 -다.
[54] LTE 시스템에서 UCI 는 일반적으로 PUCCH를 통해 주기적으로 전송되지만, 제어정보와 트래픽 데이터가 동시에 전송되어야 할 경우 PUSCH 를 통해 전송될 수 있다. 또한， 네트워크의 요청 /지시에 의해 PUSCH 를 통해 UCI 를 비주기적으 로 전송할 수 있다.
[55] 도 2는 3GPP LTE에서 무선 프레임의 구조를 나타낸디-.
[56] 셀롤라 0FDM 무선 패킷 통신 시스템에서, 상향링크 /하향링크 데이터 패 킷 전송은 서브프레임 (subframe) 단위로 이루어지며 , 한 서브프레임은 다수의 OFDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된디-. 3GPP LTE 표준에서는 FDD (Frequency Division Duplex)에 적용 가능한 타입 1 무선 프레임 (radio frame) 구조와 TDD(Time Division Duplex)에 적용 가능한 타입 2 의 무선 프레 임 구조를 지원한다.
[57] 도 2(a)는 타입 1 무선 프레임의 구조를 예시한디-. 하향링크 무선 프레 임 (radio frame)은 10 개의 서브프레임 (subframe)으로 구성되고， 하나의 서브프 레임은 시간 영역 (time d에 lain)에서 2 개의 슬롯 (slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTKtransmission time interval)라 한다. 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 lnis 이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 0FDM( orthogonal frequency division multiplexing) 심볼을 포함하고， 주파수 영역에서 다수의 자원블록 (RB: Resource Block)을 포함한다. 3GPP LTE 는 하향링크에서 0FDMA 를 사용하므로 OFDM 심볼은 하나의 심볼 구간 (symbol period)을 표현하기 위한 것 이디-. OFDM 심볼은 하나의 SC— FDMA 심볼 또는 심볼 구간이라 i 할 수 있다. 자 원 할당 단위로서의 자원 블록 (RB)은， 하나의 슬롯에서 복수의 연속적인 부 반 송파 (subcarrier)를 포함한다. - [58] 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 순환 전치 (CP: Cyclic Prefix) 의 구성 (configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP 에는 확장 순환 전치 (extended CP)와 일반 순환 전치 (normal CP)가 있다. 예를 들어 , OFDM .심볼이 일반 순환 전치에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 0FDM 심볼의 수는 7 개일 수 있디-. 0FDM 심볼이 확장 순환 전치애 의해 구성된 경우, 한 0FDM 심 볼의 길이가 늘어나므로, 한 슬롯에 포함되는 0FDM 심볼의 수는 일반 순환 전치 인 경우보다 적다. 확장 순환 전치의 경우에, 예를 들어, 하나의 슬롯에 포함되 는 0FDM 심볼의 수는 6 개일 수 있다. 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우 와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심볼간 간섭을 더욱 줄이기 위해 확장 순환 전치가 사용될 수 있다.
[59] 일반 순환 전치가 사용되는 경우 하나의 슬롯은 7 개의 0FDM 심볼을 포 함하므로, 하나의 서브프레임은 14 개의 0FDM 심볼을 포함한디-. 이띠 1， 각 서브 프레임의 처음 최대 3 개의 0FDM 심볼은 PDCCH(physical downlink control channel)에 할당되고， 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH( physical downlink shared channel)에 할당될 수 있다.
[60] 도 2 의 (b)는 타입 2 프레임 구조 (frame structure type 2)를 나타낸다. 타입 2 무선 프레임은 2 개의 하프 프레임 (half frame)으로 구성되며 , 각 하프 프레임은 5 개의 서브프레임과 DwPTS( Down link Pi lot Time Slot), 보호구간 (GP: Guard Period), UpPTSCUplink Pilot Time Slot)로 구성되며, 이 중 1 개의 서브 프레임은 2개의 슬롯으로 누성된다. DwPTS는 단말에서의 초기 셀 탐색 , 동기화 또는 채널 추정에' 사용된디-. UpPTS 는 기지국에서의 채널 추정괴- 단말의 상향링 크 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 보호구간은 상향링크외■ 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에세 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다.
[61] 상술한 무선 프레임의 구조는 하나의 예시에 불과하며, 무선 프레임에 포함되는 서브 프레임의 수 또는 서브 프레임에 포함되는 슬롯의 수. 슬롯에 포 함되는 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
[62] 도 3 은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드 (resource grid)를 예 시한 도면이디—.
[63] 도 3 을 참조하면， 하나의 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 7 개의 OFDM 심볼을 포함하 고, 하나의 자원 블록은 주파수 영역에서 12 개의 부 반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기.술하나, 이에 한정되는 것은 아니디-.
[64] 자원 그리드 상에서 각 요소 (element)를 자원 요소 (RE: resource element)하고, 하나의 자원 블록은 12 x 7 개의 자원 요소를 포함한다. 하향링 크 슬롯에 포함되는 자원 블록들의 수 NDL은 하향링크 전송 대역폭 (bandwidth) 에 종속한다ᅳ 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬릇의 구조와 동일할 수 있다.
[65] 도 4는 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸디-.
[66] 도 4 를 참조하면, 서브 프레임내의 첫번째 슬롯에서 앞의 최대 3 개의 OFDM 심볼들이 제어 채널들이 할당되는 제어 영역 (control region)이고, 나머지 OFDM 심볼들은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)이 할당되는 데이터 영 역 (data region)이다. 3GPP LTE 에서 사용되는 하향링크 제어 채널의 일례로 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH(Physi cal Downlink Control Channel), PHICH(Physical Hybricl-ARQ Indicator Channel) 등이 있다.
[67] PCFICH 는 서브 프레임의 첫번째 OFDM 심볼에서 전송되고, 서브 프레임 내에 제어 채널들의 전송을 위하여 사용되는 OFDM 심볼들의 수 (즉. 제어 영역의 크기)에 관한 정보를 나른다. PHICH 는 상향링크에 대한 응답 채널이고, HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request)에 대한
ACK(Acknowledgement )/NACK(Not-Acknowledgement ) 신호를 나른다. PDCCH 를 통 해 전송되는 제어 정보를 하향링크 제어정보 (downlink control informa ion, DCI)라고 한다. 하향링크 제어정보는 상향링크 자원 할당 정보, 하향링크 자원 할당 정보 또는 임의의 단말 그룹에 대한 상향링크 전송 (ΐχ) 파워 제어 명령을 포함한다.
[68] PDCCH 는 DL—SCH( Down link Shared Channel)의 자원 할당 및 전송 포맷 (이를 하향링크 그랜트라고도 한다. ) , UL-SCH(U link Shared Channel)의 자원 할당 정보 (이를 상향링크 그랜트라고도 한다.) . PCHCPaging Channel)에서의 페 이징 (paging) 정보 DL-SCH에서의 시스템 정보, PDSCH에서 전송되는 랜덤 액세 스 응답 (random access response)과 같은 상위 레이어 (Lipper一 layer) 제어 메시 지에 대한 자원 할당， 임의의 단말 그룹 내 개별 단말들에 대한 전송 파워 제어 명령들의 집합, VoIP(Voice over IP)의 활성화 등을 나를 수 있다. 복수의 PDCCH들은 제어 영역 내에서 전송될 수 있으며 , 단말은 복수의 PDCCH들을 모니 터링할 수 있다. PDCCH 는 하나 또는 복수의 연속적인 CCE(control channel elements)의 집합으로 구성된다. CCE 는 무선 채널의. 상태에 따른 부호화율 (coding rate)을 PDCCH 에 제공하기 위하여 사용되는 는리적 할당 단위이다. CCE는 복수의 자원 요소 그룹 (resource element group)들에 대응된다. PDCCH의 포맷 및 사용 가능한 PDCCH의 비트 수는 CCE들의 수와 CCE들에 의해 제공되는 부호화율 간의 연관 관계에 따라 결정된다.
[69] 기지국은 단말에게 전송하려는 DCI 에 따라 PDCCH 포맷을 결정하고, 제 어 정보에 CRCCCyclic Redundancy Check)를 붙인다. CRC 에는 PDCCH 의 소유자 (owner)나 용도에 따라 고유한 식별자 (이를 RNTKRadio Network Temporary Identifier)라고 한다.)가 마스킹된디-. 특정의 단말을 위한 PDCCH 라면 단말의 고유한 식별자, 예를 들어 C—R TKCeU-RjNTI l- CRC 애 마스킹될 수 있디-. 또는 페이징 메시지를 위한 PDCCH 라면 페이징 지시 식별자, 예를 들어 P- RNTI(Paging-RNTI)가 CRC 에 마스킹될 수 있디-. 시스템 정보, 더욱 구체적으로 시스템 정보 블록 (system information block, SIB)를 위한 PDCCH 라면 시스템 정보 식별자, SI-RNTI (system information RNTI)가 CRC 에 마스킹될 수 있다. 단말의 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 대한 응답인 랜덤 액세스 응답을 지시하 기 위하여， RA-R TI (random access-RNTI )가 CRC에 마스킹될 수 있다.
[70] 도 5는 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
[71] 도 5 를 참조하면, 상향링크 서브 프레임은 주파수 영역에서 제어 영역 과 데이터 영역으로 나눌 수 있다. 제어 영역에는 상향링크 제어 정보를 나르는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)이 할당된다. 데이터 영역은 사용자 데 이터를 나르는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)이 할당된다. 단일 반송 파 특성을 유지하기 위해 하나의 단말은 PUCCH 와 PUSCH 을 동시에 전송하지 않 는다. 하나의 단말에 대한 PUCCH 에는 서브 프레임 내에 RB 쌍이 할당된다. RB 쌍에 속하는 RB들은 2개의 슬롯들의 각각에서 서로 다른 부 반송파를 치-지한다. 이를 PUCCH 에 할당된 RB 쌍은 슬롯 경계 (slot boundary)에서 주파수 도약 (frequency hopping)된다고 한다.
[72] 하향링크 참조 신호 및 하향링크 측정
[73] 무선 통신 시스템에서 패킷 (혹은 신호)을 전송할 때, 전송되는 패킷은 무선 채널을 통해서 전송되기 때문에 전송과정에서 신호의 왜곡이 발생할 수 있 다. 왜곡된 신호를 수신측에서 올바로 수신하기 위해서는 채널 정보를 이용하여 수신 신호에서 왜곡을 보정하여야 한다. 채널 정보를 알아내기 위해서， 송신측 과 수신측에서 모두 알고 있는 신호를 전송하여, 이러한 신호가 채널을 통해 수 신될 때의 왜곡 정도를 가지고 채널 정보를 알아내는 방법을 주로 사용한다. 이 와 같이 송신측과 수신측에서 모두 알고 있는 신호를 파일럿 신호 (Pilot Signal) 또는 참조 신호 (Reference Signal)라고 한디-.
[74] 무선 통신 시스템의 송신단 혹은 수신단에서 용량 증대, 통신 성능을 개 선하기 위해서 다중안테나를 사용하여 데이터를 송수신하는 경우에는 각 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 채널 상황을 알아야 을바른 신호를 수신할 수 있 다. 따라서 , 각 송신 안테나 별로 별도의 참조 신호가 존재하여야 한다. [75] 무선 통신 시스템에서 참조 신호는 그 목적에 따라 크게 두 가지로 구분 될 수 있다. 참조 신호에는 채널 정보 획득을 위한 목적을 위한 것과 데이터 복 조를 위해 사용되는 것이 있다. 전자는 단말이 하향링크로의 채널 정보를 획득 할 수 있는데 그 목적이 있으므로， 광대역으로 전송될 필요가 있으며, 특정 서 브 프레임에서 하향링크 데이터를 수신하지 않는 단말이라도 그 참조 신호를 수 신하고 측정할 수 있어야 한다. 또한 이러한 채널 측정용 참조 신호는 핸드 오 버의 측정 등을 위해서도 사용될 수 있다. 후자는 기지국이 하향링크 신호를 전 송할 때 해당 자원에 함께 보내는 참조 신호로서 . 단말은 해딩- 참조 신호를 수 신함으로써 채널 추정을 할 수 있고， 따라서 데이터를 복조할 수 있게 된다. 이 러한 복조용 참조 신호는 데이터가 전송되는 영역에 전송되어야 한디-.
[76] 3GPP LTE 시스템에서는 하향링크 참조 신호로서 셀 내의 모든 단말이 공 유하는 공용 참조 신호 (CRS: Common Reference Signal)와 특정 단말만을 위한 전용 참조 신호 (DRS: Dedicated Reference Signal)를 정의하고 있디-. CRS 는 채 널 정보 획득 및 데이터 복조의 두 가지 목적으로 사용되며， 씰 특정 기준신호 (cell-specific RS)라고도 한디ᅳ. 기지국은 광대역에 걸쳐 매 서브 프레임마다 CRS를 전송한다. 반면， DRS는 데이터 복조용으로만 사용되며, DRS는 PDSCH 상 의 데이터 복조가 필요한 경우 자원 요소들을 통해 전송될 수 있디-. 단말은 상 위 계충을 통하여 DRS 의 존재 여부를 수신할 수 있으며 . 상응하는 PDSCH 가 매 핑되었을 때만 유효하다. DRS 를 단말 특정 참조 신호 (UE— specific RS) 또는 복 조 참조 신호 (DMRS: Demodulation RS)라고 할 수 있디-.
[77] 수신측 (단말)은 CRS 로부터 채널의 상태를 추정하여 CQKChannel Quality Indicator) , ΡΜΙ (Precoding Matrix Index) 및 /또는 RKRank Indicator) 와 같은 채널 품질과 관련된 지시자를 송신측 (기지국)으로 피드백할 수 있다. 또는 CQI/PMI/RI 와 같은 채널 상태 정보 (CSI: Channel State Informat i on)의 피드백과 관련된 참조 신호를 별도로 CSI— RS 로 정의할 수도 있디-. 채널 측정 목적의 CSI-RS 는 기존의 CRS 가 채널 측정 등의 목적과 동시에 데이터 복조를 위해 사용되는 것과 달리 채널 측정 위주의 목적을 위해서 설계되었다는 것에 특징이 있다. 이외- 같이 , CSI-RS 가 채널 상태에 대힌- 정보를 얻는 목적으로만 전송되므로 기지국은 모든 안테나 포트에 대한 CSI— RS 를 전송한다. 또한. CSI- RS 는 하향링크 채널 정보를 알기 위한 목적으로 전송되므로 DRS 와 달리 전 대 역으로 전송된다.
[78] 현재 3GPP LTE 시스템에서는 수신단의 채널 정보 없이 운용되는 개루프 MIM0( open- loop MIM0)와 폐루프 MIM0( closed- loop MIMO) 두 가지 송신 방식을 정의하고 있으며, 폐루프 MIM0 에서는 MIM0 안테나의 다중화 이득 (multiplexing gain)을 얻기 위해 송수신단은 각각 채널 정보 즉, 채널 상태 정보 (CSI: Channel State Informat ion)를 바탕으로 범포밍 (beamformiiig)을 수행한다. 기지 국은 단말로부터 CSI 를 획득하기 위하여 단말에게 PUCCH(Physical Uplink Control Channel) 또는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)을 할당하여 하 향링크 CSI를 피드백 하도록 명령한다.
[79] CSI 는 크게 RKRank Indicator), PMI (Precoding Matrix Index), CQ I (Channel Quality Indication) 세가지 정보로 분류된다.
[80] RI 는 채널의 탱크 (rank) 정보를 나타내며, 단말이 동일 주파수 시간 자 ' 원을 통해 수신 하는 신호 스트림 (혹은 레이어)의 개수를 의미한디 ·. 이 값은 채 널의 장기 페이딩 (long term fading)에 의해 우세 (dominant)하게 결정되므로 PMI, CQI 값 보다 통상 더 긴 주기를 가지고 단말에서 기지국으로 피드백 된디-.
[81] PMI 는 채널의 공간 특성을 반영한 값으로 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio) 등의 측정값 (metric)을 기준으로 단말이 선호하는 기지국의 프리코딩 인덱스 (precoding index)를 나타낸디-. 즉, PMI 는 송신단으로부터의 전송에 이용되는 프리코딩 행렬에 대한 정보이디-. 수신단으로부터 피드백되는 프리코딩 행렬은, RI 에 의하여 지시되는 레이어의 개수를 고려하여 결정된디-. PMI 는 폐—루프 공간다중화 (Spacial Muti lexing) 및 긴 지연 CDD( large delay CDD) 전송의 경우에 피드백될 수 있다. 기ᅵ -루프 전송의 경우에는-, 송신딘-이 미 리 결정된 규칙에 따라 프리코딩 행렬을 선택할 수 있디-. 수신단이 각각의 랭크 에 대해서 PMI를 선택하는 과정은 다음과 같다. 수신단은 각각의 PMI에 대하여 이전에 처리한 SINR을 계산하고， 계산된 SINR을 총합 용량 (sum capacity)로 변 환하여, 총합 용량에 기초하여 최적의 (best) PMI 를 선택할 수 있다. 즉, 수신 단이 PMI 를 계산하는 것은 총합 용량에 기초하여 최적의 PMI 를 찾는 과정이라 할 수 있다. 수신단으로부터 PMI 를 피드백 받은 송신단은, 수신단이 추천하는 프리코딩 행렬을 그대로 이용할 수 있고， 이러힌- 사실을 수신단으로의 데이터 전송 스케줄링 할당 정보에 1 비트의 지시자로서 포함시킬 수 있디-. 또는, ,송신 단은 수신단으로부터 피드백 받은 PMI 가 나타내는 프리코딩 행렬을 그대로 이 용하지 않을 수도 있다.. 이러한 경우， 송신단이 수신단으로의 데이터 전송에 이 용하는 프리코딩 행렬 정보를 스케줄링 할당 정보에 명시적으로 포함시킬 수 있 다. .
[82] CQI 는 채널의 세기를 나타내는 값으로 통상 기지국이 PMI 를 이용했을 때 얻을 수 있는 수신 SINR 을 의미한다. 단말은 미리 정해진 변조 방식 (modulation scheme) 및 코딩율 (code rate)의 조합들로 구성되는 집합에서 특정 조합을 지시하는 CQI 인덱스를 기지국에 보고한다.
[83] 이하, 하향링크 참조 신호에 관하여 상세히 설명한디-.
[84] 도 6 은 일반 순환 전치를 사용하는 경우, 공용 참조 신호 (CRS)가 자원 블록 상에 배치되는 패턴을 예시한다.
[85] 도 6에 도시된 R0 내지 R3은 각각 안테니— 포트 0 내지 3를 위한 CRS.가 매핑되는 자원 요소를 나타낸다. 즉, Rp 는 안테나 포트 인덱스 p 상에서의 참 조 신호 전송이 매핑되는 자원 요소를 나타낸다.
[86] CRS는 송신측 (기지국)의 안테나 구성에 따라 다양한 형태의 CRS가 정의 된다. 3GPP LTE 시스템은 다양한 안테나 구성 (Antenna conf igurat ion)을 지원하 며， 하향링크 신호 송신측 (기지국)은 단일 안테니 ·, 2 전송 안테니-, 4 전송 안테 나 등 3 종류의 안테나 구성을 가진다. 디-중 안테나를 지원하는 경우, 어떤 안 테나 포트에서 참조 신호를 전송하는 경우, 참조 신호 패턴에 따라 지정된 자원 요소 (RE) 위치에 참조 신호를 전송하고， 다른 안테나 포트를 위해 지정된 자원 요소 위치에는 어떠한 신호도 전송하지 않는다.
[87] CRS 를 통한 채널 추정 성능을 높이기 위해 셀 별로 참조 신호의 충돌이 발생하지 않도록 주파수 영역 상의 위치를 시프트 (shift)시켜 다르게 할 수 있 다. 일례로, 하나의 안테나의 관점에서 살펴보면, 주파수 영역에서 각 참조 신 호가 6 부반송파 간격으로 위치할 수 있다. 따라서， 주파수 영역에서 부반송파 단위의 천이를 통해 적어도 5 개의 인접 셀은 주파수 영역에서 서로 다른 위치 에 참조 신호를 위치하게 할 수 있다.
[88] 또한， 미리 정의된 시퀀스 (예, Pseudo-rand에 1 (PN) , ni— sequence 등)를 셀 별 하향링크 참조 신호에 곱하여 전송함으로써 수신기에서 인접 셀로부터 수 신되는 파일럿 심볼의 신호의 간섭을 감소시켜 채널추정 성능을 향상시킬 수 있 다. PN 시퀀스는 하나의 서브프레임내의 OFDM 심볼단위로 적용되며, 셀 ID 와 서브프레임 번호 그리고 OFDM심볼 위치 , 단말기의 ID에 따라 다른 PN 시¾스가 적용될 수 있다.
[89] DM-RS 는 데이터 복조를 위한 참조신호이므로, 하향링크 데이터 채널이 할당되는 영역에 위치하며 , 하향링크 데이터 채널이 할당되는 영역에서 CRS 가 할당되지 않은 위치에 할당된다. 단말은 상위 계층을 통하여 DM-RS 의 존재 여 부， 즉 하향.링크 데이터 채널 전송이 CRS 기반으로 전송되는지 DM-RS 기반으로 전송되는지 시그널링 받는다.
[90] 도 7 및 도 8 은 일반 순환 전치를 사용하는 경우, 단말 특정 참조 신호 (DM-RS)가 자원 블록 상에 배치되는 패턴을 예시한디-.
[91] 3GGP LTE 시스템에서는 안테나 포트 ^=5 , Ρ = Ί , ^ = 8 또는
^ = 7'8""u + 6 에 대힌- DM-RS를 정의하고 있디-. 여기서 , "는 PDSCH가 전송되는 레이어의 개수를 의미한다. 서로 다른 안테나 포트에 대한 DM RS 는 상이한 주 파수 자원 (부반송파) 및 /또는 상이한 시간 자원 (OFDM 심볼)에 위치하는 것으로 구분될 수 있다. DM— RS 세트 )는 ^^{WU3}의- 'S' = {9'UU2 '14}로 구분될 수 있으며， DM— RS 는 특정 안테나 포트 세트 ( ) 내에 포함된 어느 안테나 포트를 통해서 하나의 단말에 전송될 수 있다. DM-RS 세트 1 에 포함되는 안테나 포트 {7, 8， 11, 13}에 대한 DM— RS 는 동일한 자원 요소에 메핑될 수 있으며, 이들은 직교 코드에 의해 다중화될 수 있디ᅳ. 또한, DM— RS '세트 2 에 포함되는 안테나 포트 {9, 10,.12, 14}에 대한 DM-RS 는 동일한 자원 요소에 매핑될 수 있으며, 이들은 직교 코드에 의해 다중화될 수 있다. 단말에 전송되는 레이어의 수가 적 은 경우 (예를 들어, 전송 레이어의 수가 1 내지 2 개인 겅우)에는 하나의 세트 에 포함되는 안테나 포트에 대한 DRS 패턴이 사용될 수 있으니-, 단말에 전송되 는 전송 레이어의 수가 많을 경우 (예를 들어, 전송 레이어의 수가 3 내지 8 개 인 경우)에는 두 개의 세트에 포함되는 안테니- 포트에 대한 DM-RS 패턴이 사용 될 수 있다.
[92] 도 7 에서는 안테나 포트 5 를 통해 전송되는 DM— RS 의 패턴을 예시하고 있으며 , 도 8 에서는 안테나 포트 7 내지 10 를 통해 전송되는 DM— RS 의 패턴을 예시하고 있다. 도 7 및 도 8에서 도시된 R5, R7 내지 R10은 각각 안테나 포트 5， 7 내지 10를 위한 DM-RS가 매핑되는 자원 요소를 나타낸다. 즉. Rp는 안테 나 포트 인텍스 p 상에서의 참조 신호 전송이 매핑되는 자원 요소를 나타낸다.
[93] 기존의 안테나 구성을 갖는 시스템 (예를 들어, 4 전송 안테나를 지원하 는 LTE 릴리즈 8 시스템)에 비하여 확장된 안테나 구성을 갖는 시스템 (예를 들 어, 8 전송 안테나를 지원하는 LTE-A 시스템)에서는 채널상태정보 (CS1)를 획득 하기 위한 새로운 참조신호의 전송이 요구된디-. 전술한 CRS 는 안테나 포트 0 내지 3 을 위한 참조신호이기 때문에 확장된 안테나 포트 상의 채널 상태를 획 득할 수 있는 새로운 참조신호가 추가적으로 설계될 것이' 요구된디-.
[94] CSI-RS 는 CRS 와 별도로 PDSCH 에 대한 채널 측정을 목적으로 제안되었 으며， CRS 와 달리 CSI— RS 는 다중 셀 환경에서 샐 간 간섭 (ICi: inter-cell interference)를 즐이기 위하여 최대 32 가지의 서로.다른 설정 (coniigurat ion) 으로 정의될 수 있다.
[95] CSI-RS 에 대한 설정 (configuration)은 셀의 안테나 포트의 개수에 따라 서로 다르며, 인접 셀 간에는 최대한 다른 설정으로 정의되는 CSI-RS 가 송신되 도록 구성된다. 또한, CSIᅳ RS'설정 (configuration)은 순환 전치의 티-입 (일반 순 환 전치 또는 확장 순환 전치)에 구분되며, 프레임 구조 (FS: frame structure) 타입에 따라 FS1과 FS2 모두에 적용되는 경우와 FS2만 지원하는 경우로 구분될 수 있다. 또한, CSI-RS 는 CRS 와 달리 최대 8 개의 안테나 포트 ( Ρ = 15 , P = 15'16 ， P = ^5,...,18 또는 /? = 15,·..,22 )까지 지원하며 ' ᅀ/ = 151 2에 대해서만 정의된다.
[96] 도 9 은 일반 순환 전치를 사용하는 경우, CSI— RS 설정 #0 에 따른 CSI- RS가 자원 블록 상에 배치되는 패턴을 예시한다.
[97] 도 9 를 참조하면, 하향링크 데이터가 전송되는 하나의 자원블록 상에서 CSI-RS 가 전송되는 자원요소의 위치를 나타낸다. 서로 다른 안테나 포트에 대 한 CSI-RS 는 상이한 주파수 자원 (부반송파) 및 /또는 상이한 시간 자원 (0FDM 심 볼)에 위치하는 것으로 구분될.수 있다. 또한, 동일한 시간—주파수 자원 상에 위치하는 서로 다른 안테나 포트에 대한 CSi— RS 들은 서로 직교 코드 (orthogonal code)에 의해서 구분될 수 있다. [98] 도 8의 예시에서 안테나 포트 15 및 16에 대한 CSI-RS들, 안테나 포트 17 및 18 에 대한 CSI— RS 들， 안테나 포트 19 및 20 에 대한 CSI-RS 들. 안테나 포트 21 및 22에 대한 CSI-RS들은 각각 동일한 자원 요소에 위치할 수 있으며 , 이들은 직교 코드에 의해 다중화될 수 있다.
[99] 이하， 다중 CSI-RS 설정에 대하여 살펴본다.
[100] 단일의 셀 내에서 다중 CSI— RS 설정이 사용될 수 있디 ·. 즉. ¾말이 CSI- RS 를 위한 넌 -제로 전송 전력 (non— zero transmission power)을 가정하는 하나 (또는 0)의 설정과 단말이 제로 전송 전력 (zero transmission power)을 가정하 는 다수의 설정 (또는 0)이 사용될 수 있다.
[101] 상위 계층에 의하여 설정된 16 비트 비트맵 'ZeroPowerCSI-RS'애서 1 로 설정된 각 비트에 대하여, 단말은 각각 일반 순흰■ 전치 및 확장 순환 전치에 따 른 아래 표 1 및 표 2의 4개의 CSI-RS 컬럼 (column)에 해당하는 자원 요소에서 는 제로 전송 전력 (zero transmission power)을 기 -정한디—. 이띠ᅵ , 상위 계층에 의하여 설정된 넌—제로 전송 전력 (nonᅳ zero transmission power) CSI— RS 자원 요소와 중첩 (over lap)되는 자원 요소들은 제외한디.. 비트맵의 최상위 비트는 가 장 낮은 CSI-RS 설정 인덱스에 해당하고， 그 다음의 비트들은 순차적으로 CSI- RS 설정 인텍스에 해당한다.
[102] CSI-RS 는 각각 일반 순환 전치 및 확장 순환 전치에 따른 아래 표 1 및 표 2에서 "smDd2를 만족하는 하향링크 슬롯에만 존재할 수 있디-.
[103] 단말은 다음과 같은 경우 CSI— RS가 전송되지 않는다고 가정한다.
[104] 一 프레임 구조 타입 2의 경우 스페셜 서브프레임
[105] - CSI-RS 의 전송이 동기 신호， 물리 방송 채널 (PBCH) 또는 Systemlnformat ionBlockTypel 메시지의 전송과 충돌되는 서브프레임
[106] ― 페이징 메시지 전송이 설정된 서브프레임
[107] 안테나 포트 세트 (^는 ^ ， 5 = {15,16} ^ ^{17,18} ^ 5 = {ΐ9.2θ} 또 는 S = {21'22} 로 구분될 수 있으며, 하나의 안테나 포트 세트 내 특정 안테나 포트 상에서 CSI-RS 전송을 위하여 사용되는 자원 요소 ， z) 는 동일한 슬롯 내에서 다른 안테나 포트를 통한 PDSCH 전송을 위해 사용되지 않으며, 동일한 슬롯 내에서 해당 안테나 포트 세트 (s ) 내에서 다른 안테나 포트에 대한 CSI—
RS 전송을 위해 사용되지 않는다.
[108] 표 1 은 일반 순환 전치가 사용되는 경우, CSI-RS 설정에 따른 자원 요 소 씌')의 매핑 관계를 예시한다.
[109] 【표 1】
Figure imgf000021_0001
[110] 표 2 는 확장 순환 전치가 사용되는 경우, CS RS 설정에 따른 자원 요 소 (쑤)의 매핑 관계를 예시한다.
[111] 【표 2】
Figure imgf000022_0001
[112] CSI-RS 는 매 서브프레임이 아닌 특정 서브프레임에서 전송될 수 있다. 구체적으로， CSI— RS 는 다음 표 3 과 같은 CSIᅳ RS 서브프레임 설정 (subframe configuration)을 참조하되， 다음 수학식 1 을 만족하는 서브프레임에서 전송될 수 있다.
[113] 【표 3】
Figure imgf000022_0002
[114] 표 3 에서 cS1-Rs는 CSI-RS 가 전송되는 주기 , Acsi-Rs는 오프셋값， 시스템 프레임 넘버 , "s는 슬롯 넘버를 각각 의미한디-. /csi— RS는 cSi— RS 별로 개별적으로 설정될 수 있디-.
[115] 【수학식 1】 O +k/2J-ACSI-Rs)mod 7CSI-RS = °
[116] 또한, 상술한 CSI-RS는 다음 표 4과 같은 CSH?S config 정보 요소로써 단말에게 시그널링될 수 있다.
[117] 【표 4】 一 ：
：
[118] 표 4에서 'antennaPortsCount-rlO'은 CSI— RS ^ ^i송되는 인 ^나의 개^" 가 몇 개인지 (1, 2, 4, 8 개 중 선택)， 'resourceConfig— rlO'는 시긴- -자원 주파 수 상에서 하나의 RB내에 어떤 RE에 위치하는지 , 'subframeConfig-rlO'는 어떤 서브 프레임에서 전송되는지와 더불어 PDSCH EPRE 에 대힌— CSI—RS EPRE 값이 전 송된다. 추가적으로 기지국이 제로 파워 (zero power) CSI-RS 에 대한 정보도 함 께 전달해 준다.
[119] CSI-RS 설정에서의 'resourceConfig-rlO'은 CSI-RS 가 전송되는 위치를 나타낸다. 이는 0~31 까지의 숫자로서 표현되는 CSI-RS 설정 번호 (표 1 또는 표 2 참조)에 따라서, 한 자원 블록 내에서의 정획-한 심볼 및 서브 캐리어 위치를 지시한다 .
[120] 표 5는 CSI-RS 설정 필드의 설명을 예시한다.
CSI-RS 설정 필드 설명 (CSI— RS-Coniig field descriptions) antennaPortsCount
i CSI-RS 전송을 위해 사용되는 안테나 포트의 개수를 나타내는 파라미터. 안테나 1은 1에 대응되고, 안테나 2는 2에 대웅되며, 기타 마찬가지이다. CSI-RS설정 필드 설명 (CSI-RS-Config field descriptions) j P-c
' Pc 파라미터
！ resourceConf ig
！ CSI-RS 설정을 나타내는 파라미터
i subframeConfig
^ SI-RS 파라미터
zeroTxPowerResourceConfigList
ZeroPowerCSI-RS 파라미터
： zeroTxPowerSubframeConfig
^SI-RS 파라미터
[121] 계층적 범포밍 (Hierarchical beamforming)
[122] 매시브 MIM0(Massive MIMO: Massive Multi -Input Multi-Output) 시스템 은 많은 수의 안테나를 사용하여 빔 이득 (beam gain)을 최대화하고 인트라-셀 (intra— cell) 간섭과 잡음 (noise)의 영향을 제거할 수 있디ᅵ. 이러힌-, 매시브 MIM0 시스템에서는 TDDCTime Division Duplex)의' FDiXFrequency Division Duplex)와 같이 듀플렉스 (duplex) 방식에 따라 전송 방식이 다를 수 있다.
[123] TDD 시스템은 하향링크와 상향링크가 동일한 주파수 대역을 사용하고 시 간으로 구분하는 방식을 의미한다. 따라서 무선채널의 코히런스 시간 (coherence time)이 큰 경우 즉, 도플러 효과 (Doppler effect)가 적은 경우 하향링크와 상 향링크의 무선채널 특성은 동일하다고 가정할 수 있디-. 이를 대칭성 (reciprocity)라고 할 수 있다. 따라서, 기지국은 상향링크로 송신된 단말들의 참조 신호 (RS)를 이용하여 채널 추정을 수행하고 하향링크 전송 시 추정된 채널 정보를 이용하여 하향링크 신호를 전송할 수 있디 ·. 즉, 기지국은 하향링크 채널 정보를 획득하기 위하여 별도의 하향링크 참조 신호를 송신할 필요가 없으므로 자원 오버헤드 관점에서 이득을 얻을 수 있으며， 많은 수의 안테나를 사용하는 매시브 MIM0 에서는 큰 이득으로 작용한다. 또한, 매시브 MIM0 시스템의 주된 목적인 빔 포밍 (beamforming) 관,점에서 살펴보면， 상술한 바와 같이 TDD 시스템 에서는 대칭성 (reciprocity)을 이용하여 수신단 (예를 들어 , 단말)애서 전송한 채널이나 신호를 이용하여 송신단 (예를 들어, 기지국)이 빔포밍 백터 (beamforming vector)를 계산할 수 있다. 빔포밍 백터는 각 안테나에 적용되는 가중치를 백터로 구성한 것을 의미한디-. 예를 들어, 빔 포밍 백터가 vv = [W| u¾ᅳ''^]7라면 송신신호 5에 를 곱하여 번째 안테나에서 전송한 다. 다만， TDD 의 경우는 왕복 지연 시간 (round trip delay)를 고려하여 프레임 구조 상에 하향링크와 상향링크 간 전환되는 시간. 즉 전환 보호 시간 (transition guard time)을 위한 갭 (gap)이 고려 되어야 한디-. 즉, 셀 커버리지 가 클수록 전환 보호 시간이 늘어나게 되고 이는 수율 (throughput) 저하로 작용 하기 때문에 TDD 시스템은 FDD 에 비하여 셀 커버리지에 제약 조건이 따른다. 또한, TDD 시스템은 인접 기지국간의 간섭 영향을 제어하기 위하여 각 기지국 간 동일한 하향링크 /상향링크 구성 (DL/UL configuration)이 고려되어야 하며 기 지국 간 상 /하향 전송 동기가 이투어져야 하는 제약조건이 존재힌 ·다. 이러한 TDD 의 단점으로 인하여 매시브 MIM0 의 듀플렉스 방식을 FDD 에서도 고려할 수 있다.
[124] FDD 시스템은 하향링크와 상향링크가 다른 주파수를 사용하는 방식이디-. 따라서， 기지국은 TDD 와 같이 하향링크 전송 시 상향링크로 송신된 단말들의 참조 신호 (RS)를 이용하여 추정된 채널정보를 이용할 수 없디-. 즉, FDD 시스템 에서는 그러한 채널 대칭성의 특성을 이용할 수 없으므로 다른 방법을 모색해야 한다. 따라서, FDD 시스템의 경우, TDD 시스템의 경우와는 달리 기지국이 하향 링크에 대한 채널 정보를 획득하기 위해서는 반드시 참조 신호를 전송하고 단말 로부터 채널정보를 피드백 받아야 한다. 즉, 송신딘- (예를 들어, 기지국)의 각 안테나의 채널을 추정할 수 있는 참조 신호나 파일럿을 기지국-이 제공하고 수신 단 (예를 들어， 단말)에서 참조 신호를 이용하여 추정한 채널을 기반으로 채널 상태 정보를 기지국으로 보고한다. 이하 도 10 은 이러한 기존의 빔 포밍 (Conventional Beamforming) 동작을 예시한디-.
[125] 도 10 은 기존의 빔 포밍 (Conventional Beamforming) 동작을 예시하는 도면이다. [126] 도 10 을 참조하면， 기존의 빔 포밍 (CBF: Conventional BeamForming) 방 식이 적용되는 경우， 기지국은 M 개의 빔 패턴 (beam pattern)을 단말에 제공하 기 위하여 총 M 개의 참조 신호를 전송한다. 도 10 의 예시에서는 Μ=16 인 경우 를 예시한다. 단말은 Μ 개의 참조 신호에서 #2 의 빔을 기지국에 보고하고, 기 지국은 해딩 · 단말에게 하향링크 전송 시 #2 에 해당하는 프리코딩을 수행하여 하향링크 신호를 전송하게 된다.
[127] IEEE 802.16m 이나 LTE/LTE-A 시스템에서는 단말 (즉, 수신단)은 기지국 (즉， 송신단)의 안테나 개수에 해당하는 코드북에서 적절한 빔포밍 백터 (또는 프리코딩 행렬 /백터)를 선택하여 그 인덱스를 기지국에 보고한다. 이러한 코드 북 기반 빔포밍 (또는 프리코딩 )은 단말에서 기지국으로 보내주는 정보량이 코드 북의 크기에 좌우되는데, 일반적으로 6 비트 이하의 코드북 크기를 이용하여도 2,4 또는 8 Tx 시스템에서는 최적 성능ᅵ 대비 차선적인 성능 (subop mal performance)를 얻을 수 있기 때문에 상용 시스템에서 사용할 수 있는 바람직한 기법이다. 또한, FDD 시스템에서 범포밍 이득을 얻기 위한 방법으로 코드북 기 반 빔포밍 이외에도 채널 행렬이니- 해당 공분산 행렬 (cov'ariance matrix)를 양 자화하여 기지국으로 알려주거나 양자화하지 않은 아날로그 값을 그대로 기지국 으로 전송하는 방식들도 제안 되어 왔다.
[128] 다만, 매시브 MIM0 에서는 많은 수의 안테나를 고려하므로 참조 신호의 오버헤드 뿐만 아니라 단말이 송신해야 하는 피드백 오버해드도 고려해야 한다 . 만약, FDD 시스템에서 기지국의 안테나 수를 100 개로 가정하고 모든 안테나가 빔포밍 (beamforming)을 위하여 각각 사용되는 경우 , 기지국이 참조 신호를 전송 하기 위하여 사용해야 하는 자원 요소 (RE)의 개수는 100 개 이상이 필요하디-. 이때 , 자원 요소는 시간, 주파수 뿐만 아니라 코드영역에서 사용할 수 있는 자 원을 의미한디-. 예를 들면, LTE 시스템에서 한 개의 자원 블톡 (RB) 내에세 CRS 를 전송하기 위하여 8 개 (단일 안테나의 경우), 16 기ᅵ (2 개의 안테나의 경우). 24 개 (4 개의 안테나의 경우)의 자원 요소를 사용하고 CS1-RS 를 전송하기 위해 서는 8 개 (8 개의 안테나의 경우)의 자원 요소를 사용한다. 안테니ᅵ 개수기- 증가 함에 따라 발생하는 문제점은 참조 신호 오버헤드 뿐만 아니라 단말의 피드백 정보량과 코드북 설계 시 오버헤드로 작용될 수 있디-. 예를 들면, 기지국이 전 송하는 안테나 개수에 따라 코드북 설계가 각각 이루어져야 하며 이는 기지국으 로 하여금 전송 안테나 수에 대한 제약 조건이나 코드북 종류가 매우 많아지게 되는 결과를 야기할 수 있다. 또한, 코드북 기반의 폐쇄 루프 MIMO(closed loop MIM0)를 사용하기 위해서는 안테나 개수가 증가함에 따라 각 안테나 개수에 해 당하는 코드북이 표현해야 할 차원 (dimension)의 개수가 증가하고 이에 따라 코 드북 크기가 비례하여 증가하게 된다. 따라서 단말은 코드북 내에서 적합한 PMI 을 계산하기 위하여 많은 연산을 수행해야 하며 코드북 종류 빛 크기의 증가로 인하여 피드백 할 정보량도 증가하게 된다.
[129] 이외- 같은 기존의 기법으로 하향링크에 대한 채널 정보 획득 과정은 많 은 수의 안테나를 고려하는 매시브 MIM0 시스템에서는 적합하지 않다. 따라서 FDD 시스템에서 매시브 MIM0 시스템을 사용하기 위한 방안, 즉 FDD 시스템에서 매시브 안테나가 송신단에 설치되는 경우, 전송 빔포밍 이득 (Tx beamforming gain)을 층분히 얻으면서 이를 지원하기 위한 시스템 오버헤드와 복잡도를 합리 적 (reasonable)인 범위에서 유지하기 위한 방법을 제안한디-.
[130] 본 발명에서는 참조 신호 오버헤드니— 피드백 오버페드를 감소시키기 위 하여 랜덤 범포밍 (Random beamforming)이 고려될 수 있디-. 랜덤 빔포밍은 빔포 밍을 수행할 때 단말로부터 수신 받은 채널정보 없이 개루프 (open loop)형태로 혹은 제한된 정보만을 이용하여 여러 개의 빔 페턴 (beam patteni)을 랜덤하게 송신하고 이를 통해 단말의 수신 신호 잡음 비 (SNR: Signal-to-Noise Ratio)을 올릴 수 있는 기법을 의미한다. 랜덤 빔포밍에는 다양한 개루프 빔포밍 (open loop beamforming) 기술이나 혹은 단말로부터 어떠한 정보를 받아서 빔의 랜덤 한 특성을 적응 (adaptation)하는 것에 대한 많은 기술들이 포함 될 수 있다. 이 하, 본 발명에서 제안하는 기술은 랜덤 빔포밍을 수행힐ᅵ 때 빔의 형태를 계층적 (hierarchical)으로 설계하고 단말은 빔 인덱스를 피드백하는 것을 배경으로 한 다. 이를 계층적 범 포밍 (HBF: Hierarchical BeaniFormaing) 또는 계층적 빔 선 택 (HBS: Hierarchical Beam Selection)이라고 지칭할 수 있다. 제안하는 기법을 매시브 MIM0 에 적용할 경우, 각 안테나 별로 참조 신호를 전송할 필요가 없으 며, 단말은 각 안테나에 대한 채널 정보를 피드백하지 않고 단말이 선호하는 빔 인덱스만을 피드백하면 되므로 참조 신호 및 피드백 오버헤드를 감소시킬 수 있 는 장점이 있다. [131] 도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 빔 포밍 (Hierarchical beamformaing) 방법을 예시하는 도면이다.
[132] 도 11 을 참조하면， 송신단은 랜덤 빔포밍 (Random beanif orming)을 수행 하여 M개의 빔을 수신단에 전송한다 (S1101). 이띠 1, 송신단은 M개 (M<=송신단 안 테나 개수)의 참조 신호를 이용하여 범 패턴을 수신단에게 전송할 수 있다. 즉,
M 개의 빔은 각각 참조 신호에 대응될 수 있디-. 또한, 빔은 긱- 안테나 포트로 매핑되어 참조 신호의 형태로 전송될 수도 있디-.
[133] 수신단은 송신단으로부터 전송되는 M 개의 범들을 측정하여 적어도 한 개 이상의 N 개의 빔을 선택한 후 선택한 빔에 대한 정보를 송신단으로 전송한 다 (S1103). 여기서, 빔에 대한 정보는 선택한 빔의 인덱스 (또는 참조 신호 인덱 스, 안테나 포트 인덱스), 선택한 빔의 신호 세기 (signal strength), 선택한 빔 의 채널 상태 정보 (예를 들어, CSI, CQI, PMI, RI, RS P 등), PMI 가 적용되었 을 때의 신호 품질 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함할 수 있다. S1101 및 S1103 단계를 본 발명에 따른 계층적 빔 포밍 방법의 첫 번째 단계 또는 초기 단계로 지칭할 수 있으며， 첫 번째 단계 또는.초기 단계에서 단말이 피드백하는 정보를 제 1 피드백 정보로 지칭할 수 있디-.
[134] 이어， 송신단은 수신단으로부터 수신한 첫 번째 단계에서 수신한 N 개의 빔에 대한 정보를 고려하여 개의 빔을 수신단에 전송한다 (S1105). 여기서 , Mi 개의 빔 (예를 들어, 빔 각도 등)은 수신단이 이전 딘-계 (즉, 첫 번째 단계)에 서 선택한 N 개의 빔에 의하여 정해질 수 있다. 그리고, 수신단은 송신단으로부 터 전송되는 개의 빔들을 측정하여 적어도 한 개 이상의 ^기ᅵ의 범을 선택한 후 선택한 빔에 대한 정보를 송신단으로 전송한다 (S1107). 마찬가지로, 빔에 대 한 정보는 선택한 빔의 인덱스 (또는 참조 신호 인텍스, 안테나 포트 인텍스), 선택한 범의 신호 세기 (signal strength), 선택한 빔의 채널 상태 정보 (예를 들 어， CSI, CQI, PMI 등) 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함할 수 있다. S1105 및 S1107 단계를 본 발명에 따른 계층적 빔 포밍 방법의 두 번째 단계로 지칭할 수 있다. 또는， 상술한 초기 단계 이후의 각 단계 (S1105 단계 내지 S1111 단계 ) 들을 통를어 반복 단계로 지칭하고， 반복 단계에서 단말이 피드백하는 정보를 제 2 피드백 정보로 지칭할 수 있다. [135] 이후, 각 단계기■ 반복되면서 송신단은 이전 .1ᅳ 1 번째 단계에서 수신한 빔에 대한 정보를 고려하여 M(J— υ 개의 빔을 수신단에 전송하며 (S1109) , 수신단 은 송신단으로부터 전송되는 MU-D 개의 빔들을 측정하여 적어도 한 개 이상의 Να-υ 개의 빔을 선택한 후 선택한 빔에 대힌 · 정보를 송신단으로 전송한다 (S1111). 이때, 각 단계의 반복 횟수를 의미하는 계층적 깊이 (hierarchical depth) 또는 단계 크기 (step size)는 미리 정해져 있어 기지국과 단말이 서로 알고 있을 수 있으며, 기지국이 상위 계층 시그널링 등을 통해 단말에 알려줄 수도 있다.
[136] 앞서 설명한 계층적 범 포밍 동작을 위한 각 단계들은 주기적으로 수행 되도록 설정될 수 있디-. 또한, 각 단계 별로 송신단에 의하여 제공되는 빔은 독 립적으로 설계될 수 있으며, 각 단계에서 수신단의 동작 (behaviour)은 독립적으 로 수행될 수 있다.
[137] 도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 계충적 빔 포밍 (Hierarchical beamformaing) 동작을 개략적으로 도시한 도면이디-.
[138] 도 12 는 두 단계에 걸쳐 송신단이 범들을 수신단에 전송하고 수신단이 각 단계에서 빔을 선택하여 이에 대한 정보를 송신단으로 알려주는 경우를 예시 하고 있다. 첫 번째 단계에서 송신단은 M 개의 ¾ (도 12 에서는 M=4)을 전송하 고, 수신단은 M 개의 빔 중에서 하나의 빔에 대한 정보 (예를 들어, 빔 인덱스. 신호 세기， 채널 상태 정보 (CQI 등) 중 적어도 하나 이상)를 송신단으로 전송할 수 있다. 두 번째 단계에서 송신단은 수신단이 전송한 빔에 대한 정보에 기초하 여 7}](M=M! 또는 ¾1≠ )의 범들을 구성하여 수신단에 제공한다. 수신단은 이 증 하나의 범에 대한 정보를 송신단으로 재전송한디ᅵ. 도 12 에서는 수신단이 기 존의 빔 포밍 기법과 마찬가지로 하나의 빔을 선택하여 선택한 빔에 대한 정보 를 송신단으로 보고하는 경우를 예시하고 있디-. 다만, 수신단이 복수의 빔을 선 택하여 선택한 범에 대한 정보를 송신단으로 보고'하거나 각 단계 별로 서로 다 른 정보를 송신단으로 보고할 수도 있으며， 이에 관하여 도 13 을 참조하여 설 명한다.
[139] 도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 빔 포밍 (Hierarchical beamformaing) 동작을 개략적으로 도시한 다른 도면이디-. [140] 도 13 을 참조하면 , 첫 단계에서 송신단이 M 개의 범 (도 13 에서는 M=4) 을 제공하고 수신단은 M 개의 빔 중에서 개의 빔 (도 13 에서는 N 2)에 대한 정보 (예를 들어， 빔 인덱스, 신호 세기， 채널 상태 정보 (CQI 등) 중 적어도 하 나 이상)를 송신단으로 전송한다. 두 번째 단계에서 송신단은 수신단이 전송한 빔에 대한 정보에 기초하여 개 (M=¾ 또는 ¾1≠^)의 빔들을 제공한다. 수신단 은 개의 빔들 중 N2 개의 빔에 대한 정보 (예를 들어 , 빔 인덱스 및 /또는 PMI) 를 송신단으로 전송한다. PMI 는 N2 Tx 코드북 (codebook)에서 선택할 수 있다. 이때 바람직한 N2 값은 2 이며, 수신단은 신호 세기기- 가장 큰 N2 개의 범을 선 택하는 것이 바람직하다. 다만， 도 13 의 예시에서는 두 번째 단계에서 빔에 대 한 정보로 PMI 를 전송하는 경우를 설명하였으나, 첫 번째 단계에서 수신단이 전송하는 ^ 개의 빔에 대한 정보에 PMI 가 포함될 수도 있디-. 이 경우 PMI 는 Ni Tx 코드북 (codebook)에서 선택할 수 있디-. 또한, 바람직한 값은 2 가 될 수 있으며, 수신단은 신호 세기가 가장 큰 개의 빙을 선택하는 것이 바람직 하다.
[141] 만약, 가시선 (LOS: Line Of Sight)이 지배적인 환경에서는 수신단이 선 택한 Ni 개의 빔 (첫 번째 단계) 또는 N2 개의 빔 (두 번째 단계 )은 연속된 인덱 스를 가질 확률이 높다. 이 경우， 수신단이 개의 빔 (첫 번째 단계 ) 또는 N2 개의 빔 (두 번째 단계)에 대한 인덱스를 송신단에 보고할 띠ᅵ, 이 중 하나의 범 인덱스 (예를 들어 , 개 또는 N2 개의 범 인텍스 중 가장 낮거나 가장 높은 인 덱스)만을 송신단에 전송할 수도 있다.
[142] 이처럼, 계층적 빔 포밍 기법을 사용함으로써 앞서 설명한 기존의 빔 포 밍 (CBF)과 비교하여 참조 신호의 오버헤드를 최소화할 수 있다. 앞서 도 10 의 예시 (M=16 인 경우)에서는 16 개의 범을 제공하기 위하여 총 16 개의 참조 신호 를 사용하여야 했으나, 도 12 또는 도 13 의 예시의 - 같은 상황에서 도 10 과 동 일한 빔 품질을 제공하기 위해서는 첫 번째 단계에서 4 개의 빔을 제공하므로 4 개의 참조 신호를 사용하고, 두 번째 단계에서 단말이 선호하는 빔 내에서 범을 4 개 전송 (첫 번째 단계와 동일한 빔 개수를 사용한다고 가정)하므로 총 8 개의 참조 신호를 사용하게 된다. 즉， 제안하는 기슬은 CBF 와 동일한 빔 품질 (beam quality)를 제공하면서 M(CBF 에서의 빔 개수) AKHBF 에서 단계의 크기)만큼의 참조 신호를 사용하여 오버헤드를 줄일 수 있는 효과가 있다. [143] 또한, 계층적 범 포밍 기법에서 CBF 와 동일한 참조 신호 오버헤드를 가 지는 경우 보다 높은 빔 품질을 제공할 수 있으며, 이하 도 14 를 참조하여 설 명한다 .
[144] 도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 빔 포밍 (Hierarchical beamformaing) 동작을 개략적으로 도시한 또 다른 도면이디-.
[145] 도 13 을 참조하면, 첫 번째 단계에서 16 개 (M=16 인 경우)의 참조 신호 를 사용하여 16 개의 빔 패턴을 전송하고, 단말이 선호하는 빔에 대하여 두 번 째 단계에서 16 개의 빔 패턴을 전송하게 되므로 기존의 CBF 보다 더 적응적인 범포밍 (adaptive beamforming) °1 가능하다.
[146] 본 발명에 따른 계층적 범 포밍 기법은 하향링크와 상향링크 모두에 적 용될 수 있으며, 이하 설명의 편의를 위하여 하향링크와 상향링크를 구분하여 설명한다.
[147] 하향링크
[148] 본 발명에 따른 계층적 빔 포밍 기법을 각 단계 별로 보다 상세히 설명 한다. 이하, 기지국의 안테나 개수가 N 개이고, 계층적 깊이 (hierarchical depth) 또는 단계 크기 (step size)는 J라고 가정한디-.
[149] 1) 첫 번째 단계
[150] 기지국은 셀 특정 (cell— specific)하게 m(m<=N)개의 참조 신호를 사용하 여 m 개의 빔 패턴 (beam pattern)을 송신할 수 있디-. 예를 들어, 기존의 LTE/LTEᅳ A 시스템에서는 안테나 포트 별로 상이한 참조 신호를 전송하므로, 기 지국이 100개 안테나를 이용하는 경우에는 100개의 침-조 신호기- 생성되어야 한 다. 다만, 본 발명에 따르면, 빔 패턴 별로 상이한 침-조 신호를 전송할 수 있다. 즉, 기지국이 100 개의 안테나를 이용하더라도 100 개 이하의 빔 패턴 개수만큼 의 참조 신호를 전송할 수 있다. 결국, 각각의 빔 패턴은 프리코딩 된 참조 신 호 (예를 들어, CSI— RS)라고 할 수 있으며, 일례로, LTE 시스템에 본 발명올 적 용하는 경우 기지국은 균등하게 펼쳐진 방향성을 가지도록 프리코딩 된 m 개의 CSI-RS를 사용하여 빔 패턴을 단말에 전송할 수 있디-.
[151] 이때， m 개의 빔 패턴 (beam pattern)을 생성히-기 위해서 각 참조 신호에 대하여 아래 수학식 2 와 같은 스티어링 백터 (steering vector)가 사용될 수 있 다. [152] 【수학식 2】
Figure imgf000032_0001
[153] 수학식 2 를 참조하면， k는 이며 는 전송 주파수의 파장을 의 미하고 d는 안테나 간의 거리를 의미한다. "'는 j 번째 단계애서 m번째 빔 패 턴에 대한 각도를 의미한다. ^는 안테나로 송출되는 신호의 전체 파워를 정규 화 (normalize)하기 위한 상수 값으로 스티어링 백터 (steering vector)의 요소 (element)의 절대값의. 합 (유클리드 놈 (Euclidean norm) 값)의 제곱을 의미한다.
[154] 이때， 빔 패턴을 생성하기 위해 사용되는 안테나 수로 인하여 빔 폭 (beam width)가 결정된다. 즉, 많은 수의 안테나를 이용할수록 보다 좁은 (narrow) 빔 폭을 가지는 빔 패턴을 생성할 수 있다-. 따라서, 보다 넓은 ¾ 폭 을 제공하기 위하여 아래 수학식 3 내지 5 의 같은 스티어링 백터를 이용할 수 있다. 이는 첫 번.째 단계는 기지국이 모든 방향에 대하여 균등하게 빔 패턴을 단말에 전송함으로써 단말에 향하는 방향성을 탐색하기 위한 과정이므로, 기지 국은 보디 _ 넓은 폭은 가지는 빔 패턴을 이용함으로써 셀 커버리지 내에 속한 모 든 단말에 향하는 방향성을 탐색할 수 있디-.
[155] 【수학식 3】
Figure imgf000032_0002
[156] 수학식 3 을 참조하면， 스티어링 백터에 짝수 번째 안테나들에 0 값을 적용함으로써 해당 안테나들에서는 신호를 전송하지 않으며 , 전체 안테나 개수 의 절반 (N/2)만을 이용하여 빔 패턴을 생성하게 되므로 넓은 범 폭을 제공할 수 있다. 예를 들어, 앞서 수학식 2 와 비교하면, 생성된 각각의 빔 패턴의 각도는 앞서 수학식 2 에 의하여 생성된 각각의 빔 패턴의 각도와 동일할 수 있으니-, 보다 적은 안테나들을 이용하여 범 패턴을 생성함으로써 각각의 빔 폭이 보다 넓어질 수 있다. 또한, 수학식 3 에서는 전체 안테니 · 개수의 절반 (N/2)을 이용 하여 빔 패턴을 생성하는 예를 설명하였으니-, 이와 상이한 안테니■ 개수 (에를 들 어, 전체 안테나 개수의 1/4, 1/8 등)를 이용하여 빔 패턴을 생성힐- 수도 있음 은 물론이다. 이 경우, 각 빔 패턴의 각도 별로 동일한 빔 폭을 제공하기 위하 여 빔 패턴의 생성에 이용되는 안테나의 간격은 일정할 수 있다. 예를 들어, 전 체 안테나 개수의 1/4에 해당하는 안테나들을 이용하는 경우, 4개의 간격을 가 지는 안테나들이 범 패턴의 생성에 이용될 수 있디-.
[157] 혹은 , 일정 개수의 안테나를 그룹핑 (grouping)하여 아래 수학식 4 와 같 이 스티어링 백터를 구성할 수도 있다.
[158] 【수학식 4】
Figure imgf000033_0001
[159] 수학식 4 를 참조하면, 동일한 그룹에 속하는 안테나에는 동일한 값이 적용되어 그룹 별로 동일한 신호를 전송함으로써. 결국- 전체 안테나 개수만큼 서로 다른 값이 적용되는 경우에 비하여 넓은 빔 폭을 제공할 수 있다. 예를 들 어, 앞서 수학식 2 와과 비교하면， 생성된 각각의 빔 패턴의 각도는 앞서 수학 식 2 에 의하여 생성된 각각의 빔 패턴의 각도와 동일할 수 있으니-. 보디- 적은 안테나들을 이용하여 빔 패턴을 생성함으로써 각각의 빔 폭이 보디- 넓어질 수 있다. 수학식 4에서는 하나의 그룹 당 2개의 안테나가 속하는 예시를 설명하였 으나， 하나의 그룹을 구성하는 안테나의 개수 (예를 들어 , 3개, 4개 등)는 이와 상이할 수 있다.
[160] 혹은， 일정 개수의 범 패턴을 묶어서 하나의 참조 신호로 전송할 수도 있다ᅳ 두 개의 빔 패턴을 묶을 때의 스티어링 백터는 아래 수학식 5와 같다.
[161] 【수학식 5]
Figure imgf000034_0001
[162] 수학식 5 를 참조하면 두 개의 서로 다른 각도를 기-지 01 패턴을 합 쳐서 보다 넓은 빔 패턴을 생성하게 되므로, 넓은 빔 폭을 제공할 수 있다. 예 를 들어， 30도의 각도를 가지는 빔 패턴괴ᅵ 60도의 각도를 가지는 ¾ 패턴을 합 쳐서 하나의 범 패턴을 생성하므로. 합쳐진 하나의 빔 패턴은 30 도의 각도에서 60 도의 각도까지의 각도를 가지는 빔 패턴 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 앞서 수학식 2와 비교하면, 생성되는 참조 신호의 개수는 수학식 2에서 생성되 는 참조 신호의 절반이 될 수 있으며, 수학식 5 에 의하여 생성되는 각 빔 패턴 들은 수학식 2에 의하여 생성되는 2개의 빔 폭에 상응하는 빔 폭을 가질 수 있 다.
[163] 기지국으로부터 범 패턴을 수신한 단말은 기지국으로부터 전송된 빔 패 턴에서 단말이 선호 (prefer)하는 빔의 인텍스를 기지국에 피드백힌 -다. 이띠 1 , 단 말이 보고하는 빔의 인덱스는 1 개 이상이 될 수 있디-. 상술한 바외- 같이, 단말 이 선호하는 범의 인덱스를 산출하기 위하여， 단말은 각 ¾ 패턴을 가지고 있는 참조.신호의 수신 세기 (received power)를 이용할 수 있으며, 이는 적은 복잡도 로도 구현이 가능하다.
[164] 또한, 단말은 빔의 인덱스와 함께 각 인엑스에 해당하는 참조 신호의 신 호 세기 (signal strength) 혹은 다른 채널 품질 정보 (channel quality information) (예를 들어, CSI, CQI, PMI 등)를 보고할 수 있디-. 이때, 단말이 복수의 빔 인텍스를 기지국에 보고하면서 이와 함께 각 빔에 대한 신호 세기 혹 은 채널 품질 정보를 보고하는 경우, 각 빔에 대하여 보고하는 신호 세기 혹은 채널 품질 정보는 절대 값으로 보고될 수도 있지만， 보고되는 복수의 범 간에 상대적인 값 (예를 들어， 상대적인 차이 값 혹은 상대적인 비율 등)으로 보 J될 수도 있다. 예를 들어， 아래 표 1 과 같이 보고되는 복수의 빔 간의 수신 세기 (received power)의 상대적인 비율을 테이블로 미리 정하고, 단말은 테이블에서 수신 세기 (received power)의 상대적인 비율을 지시하는 비트맵을 기지국에 보 고함으로써 피드백하는 정보의 양을 감소시킬 수 있디-.
[165] 표 6 은 기지국에 보고되는 범 간의 상대적인 비율괴- 이에 따른 비트앱 을 예시한다. '
[166] 【표 6】
Figure imgf000035_0001
[167] 표 6을 참조하면, 단말이 기지국에 2개의 빔 인덱스를 보고하는 경우를 예시하고 있으며 , 2 개의 빔 간의 수신 세기 (received power)의 상대적 비율들 과 이에 대응되는 비트맵을 예시하고 있다. 표 1은 2개의 빔 간의 상대적인 값 과 이에 따른 비트맵을 예시하고 있으나, 더 많은 개수의 빔 간의 상대적인 값 혹은 더 많은 비트의 개수를 이용하여 테이블로 정힐 수도 있디-. 또한, 2 개의 빔 간의 상대적인 값이라도 보다 상세하게 (예를 들어, 8 개의 비을) 세분화하 는 경우에는 더 많은 비트의 개수가 이용될 수도 있디-.
[168] 또한, 상술한 바와 같이 단말은 선호하는 빔 인텍스를 기지국에 피드백 할 때， 빔 인덱스와 함께 PMI 도 보고할 수 있다. 이띠ᅵ, PMI 는 미리 정해져 기 지국과 단말이 알고 있는 코드북 (예를 들어, 표 2 참조) 내에 존재하는 프리코 딩 행렬을 지시하는 인덱스를 의미한다. 이하， 단말은 2 개의 빔 인덱스를 선택 하여 기지국에 피드백하는 것을 가정하여 설명한디-.
[169] 단말은 아래 수학식 6 을 이용하여 최적의 프리코딩 행렬을 산출하여 이 에 대한 PMI를 기지국에 보고할 수 있디-. [170] 【수학식 6】
Figure imgf000036_0001
[171] 표 7은 참조 신호의 개수가 2개인 경우의 코드북을 예시한다
[172] 【표 7】
Figure imgf000036_0002
[173] 수학식 6 및 표 7 을 참조하면, ^는 코드북 (C = {W 0'W''W2'W3})에 존 재하는 프리코딩 행렬 중 하나를 의미하고 , 는 단말에게 송신된 빔 패턴 ( ^ = { ρ32'···'3„'} )에서 임의의 2 개의 빔 패턴 ( a'} )에 대한 채널 행렬
( (T = Channel response r {a,一 ,， a, } ) )으 의미하디_ [174] 여기서 , 단말은 선호하는 빔 인텍스와 PMI를 수학식 6을 이용하여 전체 탐색 (full search)한 후 기지국에 빔 인텍스와 PM1 를 보고할 수 있디-. 즉, 단 말에게 전송된 전체 범 패턴에서 모든 가능한 임의의 2 개의 빔 패턴에 대한 채 널 행렬 (H)과 표 7 에서 예시한 코드북에 포함된 프리코딩 백터 중 임의의 프 리코딩 백터 (^)를 수학식 6 에 적용하여 가징- 큰 채널 크기 값을 가지는 최적 의 빔 인덱스와 프리코딩 행렬 (즉, PMI)를 함께 산출할 수 있디 ·. - [175] 또는 , 단말은 선호하는 빔 인텍스를 기반으로 PMI 만을 아래 수학식 6을 이용하여 산출 (이하, 부분 탐색 (partial search)으로 지칭함)할 수 있다. 죽. 단말이 선택한 2 개의 빔 패턴 (예를 들어 , 가장 수신 세기 (received power)가 큰 2 개의 빔 패턴)에 대한 채널 행렬 (H)과 표 7 에서 예시한 코드북에 포함된 프리코딩 백터 중 임의의 프리코딩 백터 ( )를 수학식 6 에 적용하여 가장 큰 채널 크기 값을 가지는 최적의 프리코딩 행렬 (즉， ΡΜί)만을 산출할 수 있다.
[176] 이처럼, 단말이 선호하는 빔 인덱스와 함께 ΡΜΙ 도 기지국에 보고하면, 이어 기지국은 단말로부터 수신한 ΡΜΙ 에 따른 프리코딩 행렬을 다음 단계에서 전송되는 빔 패턴에 적용한다. 다시 말해, 다음 단계에 적용하는 스티어링 백터 에 단말이 보고한 프리코딩 행렬을 곱하여 다음 단계의 빔 패턴을 생성하여 단 말에 전송한다.
[177] 2) 두 번째 단계
[178] 단말로부터 빔 인텍스를 수신한 기지국은 단말 특정 ]E-specific)하게 단말이 피드백한 빔 인덱스를 이용하여 두 번째 m'개의 빔 패턴을 생성한디 /이 띠 1， 두 번째 단계에서 생성되는 빔 패턴의 개수는 첫 번째 단계에서 생성한 빔 패턴의 개수와 동일할 수 있으며 (m=m'), 상이할 수도 있디 - ≠ni' 혹은 수학식 5 의 경우 m/2≠m').
[179] 두 번째 단계에서 생성되는 111 '개의 빔 각도 (beam angle)는 첫 번째 단계 에서 단말이 보고한 빔 인텍스를 이용하여 산출 할 수 있디-. 즉, 단말이 첫 번 째 단계에서 보고한 빔 인덱스의 방향성을 고려하여 m'개의 특정 방향성을 가지 는 빔 패턴을 생성한다. 예를 들어， 단말이 선호하는 각도가 ^인 경우, 두 번 째 단계에서 생성되는 m'개의 빔 각도는 θ^ 쉐 값을 갖는디-. 이때 , m'개 의 빔 패턴 (beam pattern)을 생성하기 위해서 각 참조 신호에 대하여 아래 수학 식 7와 같은 스티어링 백터가 사용될 수 있다.
[180] 【수학식 7】 ·
Figure imgf000037_0001
-jkdimel- -jk(N-\)d sin θ -
Figure imgf000038_0001
[181] 수학식 7 을 참조하면, k는 2 이며 는 전송 주파수의 파장을 의 미하고 d는 안테나 간의 거리를 의미한다. θ"'는 j 번째 단계에서 m번째 빔 패 턴에 대한 각도를 의미한다. ^는 안테나로 송출되는 신호의 전체 파워를 정규 화 (normalize)하기 위한 상수 값으로 스티어링 백터 (steering vector)의 요소 (element)의 절대값의 합 (유클리드 놈 (Eucl idean norm) 값)의 제곱을 의미한디-.
[182] 또한, 두 번째 단계에서의 스티어링 백터는 앞서 첫 번째 단계에서 설명 한 다양한 스티어링 백터기- 이용될 수도 있 . 즉, 앞서 수학식 3 내지 5 와 같 은 스티어링 백터를 재사용할 수도 있다. 예를 들어, 수학식 3 를 이용하는 경 우 전체 안테나 중에서 일정 간격으로 떨어진 안테나들은 이용하여 빔 패턴을 생성할 수 있으며， 수학식 4 을 이용하는 경우 일정 개수의 안테나들을 그룹으 로 묶어서 빔 패턴을 생성할 수 있으며, 수학식 5 를 이용하는 경우 일정 개수 의 빔 패턴을 묶어서 하나의 빔 패턴으로 생성할 수도 있디-.
[183] 만약， 단말이 피드백한 빔 인텍스기— 2 개 이상이고, 각 빔에 대한 신호 세기에 대한 절대 정보 혹은 상대 정보를 기지국에게 보고한 경우, 기지국-이 두 번째 단계의 빔 패턴을 생성하기 위한 각도 값은 불균등 양자회 -(un-equai quantization)하여 적응적으로 (adaptat ion) 결정될 수 있디-.
[184] 도 15 는 본 발명에 따른 불균등 양자화 (un-equal quant i zat ion)를 적용 한 빔 각도 적응 (beam angle adaptation) 방법을 예시하는 도면이다.
[185] 도 15 에서는 단말이 첫 번째 단계에서 보고한 빔 인텍스가 a2 와 a3 이 고, a2의 범 각도는 이고, a3의 빔 각도는 인 경우를 가정하고 있다.
[186] 만약， 단말이 빔 인텍스 (a2, a3)만을 기지국에 보고하는 경우， 기지국은 균등 양자화 (equal /linear quantization)(1510)를 적용하여 두 번째 단계의 빔 패턴을 생성하기 위한 각도 값은 등간격으로 정해질 수 있다. 즉, a2+(a3— a2)/3 인덱스를 가지는 빔의 각도는 + (쎄 0/3으로 정해지고, a2+2(a3 a2)/3 인덱 스를 가지는 빔의 각도는 +2(^— ό/3로 정해질 수 있디-. [187] 반면， 단말이 범 인덱스 (a2, .a3)와 함께 각 ¾의 세기를 보고힌- 경우 Ca2 범 세기 < a3 빔 세기 '라고 가정), 기지국은 불균등 양자화 (unequal/nonlinear quantization)(1520)를 적용하여 두 번째 단계의 빔 패턴을 생성하기 위한 각도 값은 빔 세기를 고려하여 불균등한 간격으로 정해질 수 있 다. 즉, 첫 번째 단계에서 범 세기가 상대적으로 큰 빔의 각도 (도 15 에서 a3) 와 가까울수록 두 번째 단계의 빔 각도 간격 ( - )이 조밀하고, 첫 번째 단계 에서 ¾ 세기가 상대적으로 작은 빔의 각도 (도 15 에서 a2)와 가까을수록 두 번 째 단계의 빔 각도 간격 ( 이 넓을 수 있디-. 이 경우, 불균등 양자화 (1520) 를 적용하기 위하여 불균등 양자화 (1520)의 기을기의 각도가 균등 양자화 (1510) 의 기울기의 각도를 기반으로 상대적인 값 (예를 들어 , 상대적 차이 값， 상대적 비율 등)으로 정해질 수 있으며， 이 경우 블균등 양자화 (1520)의 기을기의 각도 와 균등 양자화 (1510)의 기을기의 상대적인 값은 앞서 첫 번찌 1 단계에서 단말이 보고한 빔 (a2 와 a3)의 상대적 세기의 비을 (예를 들이 , 표 6 참조)을 이용하여 정해질 수 있다. 또한, a2 의 빔 각도 (^)의 값을 특정 값 (1530)으로 가정하여 블균등 양자화 (1520)의 기을기가 정해질 수 있디-. 이 경우 특정 값 (1530)은 a2 의 빔 각도 (^)의 값을 기반으로 상대적인 값 (예를 들어, 상대적 차이 값, 상 대적 비율 등)으로 정해질 수 있으며, 특정 값 Π530)과 a2 의 ¾ 각도 ( )의 값 의 상대적인 값은 앞서 첫 번째 단계에서 단말이 보고한 ¾(a2 와 a3)의 상대적 세기의 비율 (예를 들어， 표 6 참조)을 이용하여 정해질 수 있디-.
[188] 또한, 비ᅳ가시선 (Nonᅳ LOS: Non Line Of Sight) 환경에서는 단말이 선호 하는 빔 인덱스가 앞의 예시와 달리 연속 (continuous)하지 않을 수 있디 ·. 이 경 우, 기지국은 단말이 보고한 빔 인덱스 별로 각각 범 패턴을 구성하되， 단말이 보고한 각 빔 인덱스 별로 두 번째 단계의 전체 빔 패턴을 나누어 구성할 수 있 다. 예를 들어， 단말이 보고하는 빔 인덱스기' , ^ 인 경우 기지국은 Θ Hf^3쉐 와 같이 개별적으로 빔 패턴을 구성할 수 있다.
[189] 앞서 첫 번째 ,단계와 마찬가지로 기지국으로부터 빔 패턴을 수신한 단말 은 기지국으로부터 전송된 빔 패턴에서 단말이 선호 (prefer)하는 빔의 인텍스를 기지국에 피드백한다. 이때. 단말은 빔의 인덱스의- 함께 각 인텍스에 해당하는 참조 신호의 신호 세기 (signal strength) 혹은 다른 채널 품질 정보 (channel quality information) (예를 들어， CSI, CQI, PMI 등)를 보고할 수 있디-. 또한. 두 번째 단계에서 단말이 보고하는 빔에 대한 정보의 종류는 첫 번째 단계에서 단말이 기지국에 보고하는 빔에 대한 정보의 종류와 상이할 수도 있다.
[190] 3) J 번째 단계
[191] 앞서 설명한 각 단계에서의 기지국과 단말의 동작은 이후 동일하게 반복 될 수 있다ᅳ 즉， j 단계에서 기지국은 Jᅳ 1 단계에서 단말로부터 보고받은 피드 백 정보를 이용하여 빔 패턴을 구성한다.
[192]
[193] 한편, 기지국은 단말이 피드백하는 동작에 관힌- 설정 정보 (이하, '피드 백 설정 정보'라고 지'칭함)를 단말에 전송하여 각 단계애서 단말의 피드백 동작 을 지시할 수 있다. 이러한 지사의 정보에는 안테나 포트의 선택 개수 (혹은 빔 의 개수), 안테나 포트 (혹은 빔)의 선택 기준, PMKprecoding/preferred matrix index)의 적용 여부, 선택된 안테나 포트 (혹은 빔)의 개별 신호 세기, 선택된 안테나 포트 (혹은 빔)의 개별 신호 품질 (예를 돌어, CQI 또는 CSIᅳ RS 기반 RSRP) , PMI 가 적용되었을 때의 신호 품질, RKRank indication/Index) 중 적.어 도 어느 하나가 포함될 수 있다. 이때, 기지국은 계충적 빔 포밍 기법의 첫 번 째 단계 이전 (예를 들어, 도 11 의 예시에서 S1 H 단계 이전)에 모든 단계에 대한 피드백 설정 정보 (각 단계에 대한 단말의 '피드백 동작을 동일할 수 있으며 , 상이할 수 있디 -.)를 단말에 알려즐 수 있으며, 혹은 각 단계의 이전 (예를 들어, 도 11 의 예시에서 S1101, SI 105 및 S1109 단계 이전)에 각 단계 별로 피드백 설정 정보를 단말에게 알려줄 수도 있다. 혹은 설정 정보 별로 구분하여 첫 번 째 단계 이전과 각 단계의 이전에 단말에게 알려줄 수도 있다.
[194] LTE-A 시스템에 본 발명이 적용하는 경우에 단말이 피드백 해야 하는 정 보를 기지국이 설정하는 예시를 살펴보면, 기지국은 적어도 하나 이상의 CSI-RS 설정 정보를 단말에 전송하고, 각 CSI-RS 설정에 따라 단말이 피드백해야 하는 피드백 정보 종류를 지시할 수 있다. 즉， 기지국은 단말이 제 1 의 CSI-RS 설정 에 따라 개의 안테나 포트 (혹은 범)를 선택하여 해당 안테나 포트 인텍스 (혹 은 빔 인덱스)외- 해당 신호 세기를 피드백하고, 제 2 의 CS1-RS 설정에 따라 N2 개의 안테나 포트 (혹은 빔)를 선택하여 해당 안테나 포트 인텍스 (혹은 빔 인텍 스), PMI와 CQI를 피드백 하도록 지시할 수 있다. 이 경우, 단말은 N2 전송 코 드북 (Tx codebook)에서 PMI를 선택할 수 있디-.
[195] 랭크 (Rank)는 동일 자원에서 동시에 송수신하는 데이터 스트림 (data st ream) (혹은 이를 레이어 (layer)라고 지칭할 수 있다. ) 개수를 의미한다. 제안 하는 방법에서 다수의 빔 또는 안테나 포트를 선택하는 경우, 해당 빔 또는 안 테나 포트들을 이용하여 최소 하나의 스트림부터 선택한 범 또는 안테나 포트 개수만큼의 스트림을 동시에 송수신할 수 있디-. 기지국은 ¾크를 고정하여 단말 이 주어진 랭크를 가정하여 피드백 정보를 구성하도록 설정할 수 있디-. 예를 돌 어 , 탱크를 1 로 고정하도록 지시하면 단말은 다수의 ] 또는 안테나 포트를 선 택하더라도 선택한 빔들 혹은 안테나 포트들이 모두 하나의 데이터 스트림을 형 성하는 것으로 가정할 수 있다. 또는, 기지국은 램크를 단말이 결정하여 피드백 하도록 지시할 수 있다. 예를 들어, 단말이 2 개의 빔들 (또는 안테나 포트들)를 선택하여 그 인덱스를 피드백하고, 2 Tx 코드북에서 ΡΜΙ 를 선택하여 피드백하 는 상황에서, 랭크 1 과 2 에 해당하는 피드백 정보는 2 개의 ¾들 (또는 안테나 포트들) 인텍스와 ΡΜΙ 가 포함되지만， 이를 앞서 기술한 L0S 지배적 환경에서의 특징을 고려하면 빔 (또는 안테나 포트) 인덱스와 PM1 관련 피드백 정보량을 다 음과 같이 줄일 수 있다. 즉, 탱크 1의 경우, (선택된 1기ᅵ의 빔들 (또는 안테나 포트들) 중 가장 높은 혹은 가장 낮은 인텍스 + ΡΜΙ)와 같이 피드백 정보를 구 성할 수 있으며 , 랭크 2 의 경우， (첫 번째 단계에서 선택된 빔 (또는 안테나 포 트)의 인덱스 + 두 번째 단계에서 선택된 빔 (또는 안테나 포트)의 인엑스)의- 같 이 피드백 정보를 구성할 수 있다.
[196] 또는, 기지국이 지시하는 내용 중 안테나 포트 (또는 빔)의 선택 개수는 단말이 선택할 수 있는 안테나 포트 (또는 빔 )의 최대 개수 (二 Μ)으로 대체힐- 수 있다. 이 경우, 코드북은 Mxl 백터들로 구성되며, 긱- 백터는- 1(또는 2)~M 개의 년—제로.요소 (non-zero element)를 가질 수 있디-. 예를 들어, 기지국이 최대 3 개의 안테나 포트 (또는ᅵ 빔 )를 선택하고 PMI 를 적용하도록 지시했다면 , 코드북 은 아래 수학식 8 또는 수학식 9의- 같이 구성될 수 있으며 , PMI는 이러한 코드 북에서 선택될 수 있디-.
[197] 【수학식 8】
Figure imgf000042_0001
[198] 【수학식 9】
Figure imgf000042_0002
[199] 또한, LTE-A 시스템에 본 발명이 적용하는 경우에 단말이 안테니- 포트 (혹은 빔) 선택 기준을 기지국이 설정하는 예시를 살펴보면, 기지국은 8 Tx CSI-RS 에 대한 설정을 단말에게 알려주고 8 개의 CSI-RS 안테나 포트 (또는 빔) 중 1, 2 또는 3 개의 안테나 포트 (또는 빔)를 선택하여 피드백 하도록 지시할 수 있다. 단말이 안테나 포트 (또는 빔)를 선택할 때 사용하는 기준으로. 신호 품질이 제 1 임계치를 넘는 안테나 포트 (또는 빔 )만을 선택하거니-, 최대 신호 품질에 비하여 상대적 크기가 제 2 임계치를 넘는 안테나 포트 (또는 빔 )만 선택 할 수 있디-. 단말은 선택한 안테나 포트 (또는 빔)를 피드백할 때 신호 품질에 따라 순차적으로 정렬 (sorting)한 결과를 피드백할 수 있디-. 이때, PMI 를 적용 하도록 기지국이 단말에게 지시를 내렸다면， 2 Tx 와 3 Tx 에 대한 프리코딩 백 터들로 구성된 코드북에서 프리코딩 백터를 선택하여 그 인덱스를 피드백할 수 있다. 코드북은 단말이 선택할 수 있는 안테나 포트 (또는 빔) 개수에 해당하는 차원 (dimension)의 백터들로 구성된다. 즉, 상술한 바외- 같이 1, 2 또는 3 개의 안테나 포트 (또는 빔)를 선택하도록 기지국이 단말에게 지시했다면 단말은 2x1, 3x1 백터돌로 구성된 코드북에서 하나의 백터를 선텍하고 해딩- 인텍스를 기지국 에 피드백한다. 만약， 2x1 백터의 개수가 N2이고 ,¾1 백터의 개수가 N3라면 인 덱스는 cen(log2(N2+N3)) 비트들로 구성된디-. 여기서 . Cei Kx)는 χ 보다 큰 수 중 가장 작은 자연수를 의미한다. 또는 ceil(log2(l+N2+N3)) 비트들의 인텍스를 피드백할 수 있는데, 이 경우 인덱스에서 하나의 값은 (예를 들어, 0)는 안테나 포트 (또는 빔)를 1 개 선택했음을 나타낸다. 코드북은 아래 수학식 8 또는 수학 식 9와 같이 구성될 수 있다. 수학식 10 및 수학식 11에서 ^는 상수이다.
[200] 【수학식 10】 a.
Figure imgf000043_0002
[201] 【수학식 11]
Figure imgf000043_0003
Figure imgf000043_0001
Figure imgf000043_0004
[202]
[203] 상향링크
[204] 상향링크에서는 일반적인 단말을 고려할 경우 (적은 수의 안테나를 가지 는 단말)에는 단말이 송신한 참조 신호를 이용하여 기지국-이 최대비 합성 (MRC: Maximum ratio combining)을 수행할 수 있다. 따라서, 하향링크와 달리 FDD 시 스템에서 상향링크는 참조 신호 오버헤드나 피드백 오버해드기- 고려될 필요가 없이 운영될 수 있다. 그러나 단말이 차량, 기치- 혹은 건물과 같이 많은 수의 안테나를 가질 수 있는 환경이 구성된 경우에는 단말이 송신하는 참조 신호 오 버헤드 및 기지국에서 단말의 각 안테나애 대힌- 채널 추정을 수행해야 히-기 때 문에 복잡도가 증가하게 된다. 따라서 이러한 경우에는 상향링크에서도 제안한 계층적 빔 포밍 기법을 적용할 수 있다.
[205] 상향링크에서 계층적 빔 포밍을 수행하기 위해서는 각 단말의 위치나 채 널 상황 흑은 이동성에 따라, 첫 번째 단계부터 단말 특정 (UE— specific)하게 계 층적 빔 포밍 기법이 '운영되어야 한다. 이때， 단말은 음니-안테나 (Omniᅳ antenna) 를 가정하면, 하향링크와 달리 셀 섹터 (cell sector)의 개념을 가지지 않으므로 첫 번째 단계의 빔을 120 도가 아닌 360 도를 커버할 수 있도록 셀 특정 (eel卜 specific)하게 구성할 수도 있다.
[206] 기지국이 상향링크 계층적 빔 포밍 기법을 운영하기 위해서 단말에게 전 달할 파라미터를 다음과 같다.
[207] 1) 단계 크기 (Step size)
[208] 2) 빔 패턴의 개수 '
[209] 3) 첫 번째 단계에서의 값 (두 번째 단계 이후의 값)
[210] 4) 선호하는 빔 인덱스 및 /또는 PMI [211] 앞서 도 11 을 다시 참조 하면 , 상향링크 계충적 빔 포밍의 경우 송신단 은 단말에 해당될 수 있으며， 수신단은 기지국에 해당될 수 있디-. 그리고, 위의 상향링크 계층적 빔 포밍 기법을 위한 파라미터는 각 파라미터 별로 구분하여 첫 번째 단계 이전 (예를 들어， 도 11 의 예시에서 S1101 단계 이전)과 각 단계 의 이전 (예를 들어， 도 11 의 예시에서 S1101, S1105 및 S1109 단계 이전)에 기 지국 (즉, 수신단)이 단말 (즉, 송신단)에 알려줄 수 있디-.
[212] 기지국은 파라미터를 단말에게 지시하기 위하여 방법 반정적 제어 치]널 (예를 들어, RRC 시그널링) 혹은 동적 제어 채널 (예를 들어, PDCCH)을 이용할 수 있다. 혹은 이러한 파라미터들을 RRC 시그널링과 PDCCH 를 함께 이용하여 단 말에 전달할 수도 있다. 즉， 단계 크기와 빔 패턴의 개수는 단말의 하드웨어 성 능과 연관이 있으므로 ra 시그널링으로 지시하고, 순시적으로 변할 수 있는 각 도 값 ( )과 범 인덱스 및 PMI 는 PDCCH 를 통하여 지시할 수 있다. 이때의 PDCCH 의 하향링크 제어 정보 (DCI: Downlink Control Information) 포맷은 기존 과 상이한 새로운 DCI 포맷으로 구성되어 단말—서치 스페이스 (USS: UE— search space)를 통하여 전달 하거나 기존의 DCI 포맷에 이러한 파라미터들을 추가하여 전송할 수도 있다. 단말은 지시 정보가 송신되는 것을 알고 있으므로 USS 를 통 하여 송신하게 되면 DCI 포맷을 획득하기 위한 블라인드 디코딩 (blind decoding) 횟수를 늘리지 않고 이러한 파라미터를 획득 할 수 있디-.
[213] LTE-A 시스템에 본 발명이 적용하는 경우에 단말이 사운딩 참조 신호 (SRS: sounding reference signal)를 이용하여 계층적 빔 포밍 동작을 수행하는 예시를 살펴본디-. 상향링크에서 계층적 빔 포밍 동작을 수행하기 위해서 단말은 먼저 계층적 범 포밍을 운용할 수 있는 능력 (capability)이 있음을 기지국에 알 릴 수 있다. 이어, 기지국은 단말에게 두 가지의 SRS 설정을 지정해 줄 수 있다. 첫 번째 SRS 설정과 두 번째 SRS 설정을 기반으로 단말이 송신하는 SRS 은 M 개 의 안테나에 다른 가중치를 적용하여 생성된다. 예를 들어, 첫 번째 SRS 설정에 따라 4 개의 SRS 안테나 포트 (또는 빔)를 송신할 때의- 두 번째 SRS 설정에 따라 4 개의 SRS 안테나 포트 (또는 빔)를 송신할 때 사용하는 안테나 가중치는 각각 Ω = {νν >ν2,νν3,^}와 © = {니,2^3 4}가 해당될 수 있디- 여기서 , Ω≠θ이며 ,
^과 ν 는 각각 첫 번째와 두 번째 SRS 설정에 따라 송신되는 k 번째 SRS 안테 나 포트 (또는 빔)에 사용되는 M X 1 크기의 가중치 백터를 의미한디-. 즉, 첫 번 째 SRS 설정에 따라 단말이 전송한 SRS 를 수신한 기지국은 이에 대한 측정결과 를 단말에게 전달하고 단말은 이 정보를 토대로 두 번째 SRS 설정에 기반한 SRS 안테나 포트 (또는 빔 )의 가중치를 결정하여 SRS 를 송신한다 . 바람직하게 , 단말 은 첫 번째 SRS 설정에 따라 전송할 SRS에 사용할 가중치 백터의 집합 Ω와 두 번째 SRS 설정에 따라 전송할 SRS 에 사용할 가중치 백터의 집합 θΡ·'·'θ/.을 알고 있을 수 있다. 첫 번째 SRS 설정에 의하여 단말이 전송한 SRS 를 기지국이 측정하여 신호 품질이 가장 좋은 SRS 안테나 포트 (또는 빔)가 #ρ (절대적이거나 상대적인 안테나 포트 (또는 빔) 인덱스)라고 단말에게 알려 준다면. 단말은 두 번째 SRS 설정에 따라 전송할 SRS 에 ^의 가중치 백터들을 사용한다ᅵ. 기지국 이 첫 번째 SRS 설정 기반 SRS 의 측정 결과를 단말에 알려주는 방법으로는 DCI 를 통해 동적으로 알려주는 것이 바람직하디-. 해당 DCI 에는 하나 이상의 SRS 안테나 포트 (또는 빔) 인텍스가 포함될 수 있다. 또는 첫 번째 SRS 설정의 안테 나 포트 (또는 빔)의 개수와 같은 크기의 비트맵을 포함할 수 있디ᅳ. 이러한 SRS 안테나 포트 (또는 빔) 인텍스나 비트맵에서 '1'로 표현된 SRS 안테나 포트 (또는 빔)를 기반으로 두 번째 SRS 설정에 의해 송신할 SRS 의 가중치 백터를 단말이 결정한다.
[214] 두 번째 SRS 설정에 따라 송신한 SRS 를 측정하여 기지국은 상향링크에 사용할 안테나 포트 (또는 빔) 및 /또는 안테나 포트 (또는 빔) 사이에 적용할 프 리코딩 백터를 단말에게 알려줄 수 있디-. 예를 들어 두 번째 SRS 설정에 따라 단말이 전송한 SRS 안테나 포트 (또는 빔) 4 개에 대해 기지국이 측정한 후, PUSCH 스케줄링을 위해 사용되는 DCI 포맷 (예를 들어， DCI 포맷 0 또는 4)에 기지국은 아래 수학식 12 과 같은 코드북에 속한 어느 하나의 프리코딩 백터 인 덱스를 포함시킬 수 있다.
[215] 【수학식 12】 .
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[216] 이러한 코드북은 기지국과 단말이 모두 알고 있어야 한다. 만약. 코드북 에 속한 어느 하나의 프리코딩 백터 인덱스를 DCI 포맷에 포함하면 안테나 포트 (또는 범) 인덱스에 대한 추가적인 정보가 DCI 포맷에 포함되지 않을 수 있다. 위의 코드북의 예시는 넌-제로인 요소가 1, 2, 4 개인 프리코딩 백터들로 구성 되었다. 이러한 코드북에 속하는 백터들은 각각 특정한 상수 값이 곱해질 수도 있다.
[217] 이하, 기존의 빔 포밍 (conventional I )과 계층적 빔 포밍 (HBF)을 비교 한 시물레이션 결과를 설명한다. 이하 시물레이션 결과에서 스위치된 빔 포밍 (Switched BF)은 기존의 빔 포밍 (convent ional BF)를 의미한디-. 즉, 상술한 바 와 같이 범 포밍을 위한 단계는 하나의 단계로만 구성되며, 기지국-이 총 M 개의 빔 패턴을 생성하면， 단말은 하나의 빔 패턴만 기지국에 보고하고, 기지국은 단 말이 보고한 빔 패턴 인덱스에 해당하는 각도를 가지는 빔 패턴을 생성한디-. HBF 의 경우 2 단계로 구성되고, 64 개의 안테나를 이용하여 16 개의 빔 패턴을 생성한 경우를 가정한다, 이하, 시물레이션 결과에서 세로축은 용량 (capacity) 을 나타내며 , 시간 /헤르츠 (Hz) 당 전송할 수 있는 비트 수를 의미한다. 가로축 은 하며 , 높을수록 양호한 상태를 나타낸디-. 가로축은 신호 잡음 비 (SNR)를 나 타낸다.
[218] 도 16 은 본 발명에 따른 계층적 범 포밍 기법을 적용한 시물레이션 결 과를 나타내는 그래프를 예시한다.
[219] 도 16 을 참조하면, L0S 환경에서의 시뮬레이션 결과로 HBF 가 CBF 보다 동일한 예상 용량 (expected capacity)를 가정할 경우 약 2~8dB 의 성능 이득을 보여준다. 혹은 같은 SNR 환경 (-5~20dB)에서 약 0.5-2bit/s/Hz 의 이득을 보여 준다. [220] 도 17 은 본 발명에 따른 계층적 빔 포밍 기법을 적용한 시물레이션 다 른 결과를 나타내는 그래프를 예시한다.
[221] 도 17 을 참조하면， 비—가시선 (Non-LOS) 환경에서의 높은 안테나 상관도 (안테나 간의 상관도 (corr)가 0.9 인 경우를 가정함)를 가정할 경우의 시물레이 션 결과를 예시한다. 랭크가 2인 경우에는 HI3F가 CBF보다 우월한 성능을 보장 하지만 ¾크가 1 일 경우는 CBF 와 동일한 성능을 보인다. HBF 가 공간 다중화 (spatial mult iplexing)에서 각 탱크에 대한 빔의 적웅 (adaptat ion)이 계층적으 로 운영되고， 각 탱크에 대한 범을 코드북을 이용하여 프리코딩하기 때문에 랭 크가 2인 경우 이러한 성능 이득을 얻을 수 있디-.
[222] 도 18 은 본 발명에 따른 계층적 빔 포밍 기법을 적용한 시물레이션 또 다른 결과를 나타내는 그래프를 예시한다. .
[223] 도 18 을 참조하면, 비—가시선 (Non-LOS) 환경에서의 낮은 인 -테나 상관도 (안테나 간의 상관도 (corr)가 0 인 경우를 가정힘 0를 가정할 경우의 시물레이션 결과를 예시한다. 안테나 상관도가 낮은 경우에는 공간 다중화를 수행하기 위한 각 채널의 독립성이 보장 되므로 랭드 2 인 경.우가 탱크 1 인 경우보디- 성능이 우월하다. 그러나, 안테나 상관도가 낮으므로 빔의 형상이 올바르게 생성되지 않고， 두 번째 단계에서 생성된 빔이 첫 번째 단계에서 생성된 빔괴■ 연관성 혹 은 서브셋 (subset) 개념이 떨어지는 현상이 발생한다. 따라서 도 18 과 같이 HBF의 성능이 CBF보다 열화되는 현상이 발생한디—.
[224] 본 발명이 적용될 수 있는 장치 일반
[225] 도 19 는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다 .
[226] 도 19 를 참조하면, 무선 통신 시스템은 기지국 (190)과 기지국 (190) 영 역 내에 위치한 다수의 단말 (200)을 포함한다.
[227] 기지국 (190)은 프로세서 (processor, 191), 메모리 (memory, 192) 및 RF 부 (radio frequency unit , 193)을 포함한다. 프로세서 (191)는 제안된 기능, 과 정 및 /또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토쿨의 계층들은 프로세서 (191)에 의해 구현될 수 있다. 메모리 (192)는 프로세서 (191)와 연결되어 , 프로 서 1서(191)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF 부 (193)는 프로세서 (191)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및 /또는 수신한디-. [228] 단말 (200)은 프로세서 (201). 메모리 (202) 및 RF 부 (202)을 포함한디■. 프 로세서 (201)는 제안된 기능, 과정 및 /또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계충들은 프로세서 (201)에 의해 구현될 수 있다. 메모리 (202)는 프 로세서 (201)와 연결되어 , 프로세서 (201)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한 다. RF 부 (203)는 프로세서 (201)와 연결되어 , 무선 신호를 송신 및 /또는 수신한 다.
[229] 메모리 (192, 202)는 프로세서 (191, 201) 내부 또는 외부에 있을 수 있고 , 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서 (191， 201)와 연결될 수 있다. 또한, 기지 국 (190) 및 /또는 단말 (200)은 한 개의 안테나 (single antenna) 또는 다증 안테 나 (multiple antenna)를 가질 수 있다.
[230] 이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형 태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있디-. 또한, 일부 구성요소들 및 /또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실 시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있디ᅵ. 어느 실시예의 일부 구 성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 디-른 실시예의 대응하는 구 성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
[231] 본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어 (firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있디-. 하드웨 어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(appl icat ion specific integrated circuits), DSPs(digi tal signal processors) , DSPDs(digi tal signal processing devices) , PLDs( rogrammable logic devices) , FPGAs (field programmable gate arrays ) , 프로세서 , 콘트롤러 , 마이크로 콘트를러， 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있디-.
[232] 펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상 에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모들. 절치-, 함수 등의 형태로 구현 될 수 있디- . 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있디-.
[233] 본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정 한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따리 -서, 상술한 상세한 설 명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되 어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
【산업상 이용가능성】
[234] 본 발명에 따른 다양한 실시 방안은 3GPP LTE 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나， 3GPP LTE 시스템 이외에도 다양한 무선 접속 시스템에 동일하게 적용하는 것이 가능하다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 11
무선 접속 시스템에서 계층적 빔 포밍 (Hierarchical beamforming)을 수 행하는 방법에 있어서,
기지국이 서로 다른 스티어링 백터 (steering vector)기- 적용된 복수의 제 1 빔들을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 단말에 전송하는 초기 단계 ;
상기 기지국이 상기 단말로부터 수신한 하나 이상의 빔의 인덱스를 포 함하는 피드백 정보를 고려하여， 서로 다른 스티어링 백터기- 적용된 복수의 제 2 범들을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 상기 단말에 전송하는 반복 단계를 포함하고,
상기 반복 단계는 미리 정해진 횟수만큼 반복되는-, 계층적 빔 포밍 방 법 ,
【청구항 2】
제 1항에 있어서,
상기 제 2 빔들의 각도는 상기 하나 이상의 빔의 각도에 따라 결정되는, 계층적 빔 포밍 방법 .
【청구항 3】
제 1항에 있어서,
상기 피드백 정보는 상기 하나 이상의 빔에 대한 신호 세기, CQI (Channel Quality Information), PMI (Precoding Matrix Indication) 중 적어 도 어느 하나를 더 포함하는, 계충적 빔 포밍 방법.
【청구항 4】
제 3항에 있어서,
상기 피드백 정보가 상기 PMI 를 포함하는 경우, 상기 PMI 는 싱-기 제 1 빔들 또는 상기 제 2 범들 모두를 대상으로 결정되거니-, 싱―기 제 1 빔들 또는 상 기 제 2 빔들의 신호 세기를 통해 상기 단말이 선택한 하나 이상의 빔들만을 대 상으로 결정되는， 계층적 빔 포밍 방법.
【청구항 5】
제 3항에 있어서, 상기 피드백 정보가 복수 개의 빔에 대한 신호 세기를 포함하는 경우, 상기 제 2 빔들의 각도는 상기 복수 개의 빔에 대한 신호 세기를 고려하여 불균 등한 간격으로 결정되는， 계층적 빔 포밍 방법.
【청구항 6】
제 1항에 있어서,
상기 제 1 빔들 또는 상기 제 2 빔들은 소정의 간격을 가지는 안테나 포 트만을 이용하여 생성되거나, 소정의 개수 별로 그룹핑된 안테나 포트를 이용하 여 생성되거니-, 소정의 개수 별로 합쳐져서 생성되는, 계층적 빔 포밍 방법.
【청구항 7】
제 1항에 있어서,
상기 참조 신호는 CSI-RS( Channel State Information Reference Signal ) 인， 계충적 빔 포밍 방법 .
【청구항 8】
무선 접속 시스템에서 계층적 빔 포밍 (Hierarchical beamforming)을 수 행하는 방법에 있어서,
단말이 기지국으로부터 상기 .계층적 범 포밍을 위한 단계 크기 및 상기 계층적 빔 포밍을 위한 각 단계에서의 빔의 개수를 포함하는 파라미터를 수신하 는 단계 :
상기 단말이 서로 다른 스티어링 백터 (steering vector)가 적용된 복수 의 제 1 빔들을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 상기 기지국에 전송하는 초기 단계; 및
상기 단말이 상기 기지국으로부터 수신한 하나 이상의 빔의 인덱스를 포함하는 피드백 정보를 고려하여,， 서로 다른 스티어링 백터기 · 적용된 복수의 제 2 빔들을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 상기 기지국에 전송하는 반복 단 계를 포함하고,
상기 반복 단계는 상기 단계 크기만큼 반복되는, 계층적 빔 포밍 방법.
【청구항 9】
제 8항에 있어서，
상기 제 2 빔들의 각도는 상기 하나 이상의 빔의 각도에 따라 결정되는, 계층적 빔 포밍 방법.
【청구항 10】
제 8항에 있어서 ,
상기 피드백 정보는 상기 하나 이상의 빔에 대한 신호 세기, CQI (Channel Quality Information), PMI (Precoding Matrix Indication) 중 적어 도 어느 하나를 더 포함하는, 계층적 빔 포밍 방법.
【청구항 11】
제 10항에 있어서,
상기 피드백 정보가 PMKPrecoding Matrix Indication)를 포함하는 경 우, 상기 PMI.는 상기 제 1 빔들 또는 상기 제 2 빔들 모두를 대상으로 결정되거 나 빔의 신호 세기를 이용하여 상기 기지국이 선택한 하나 이상의 빔들만을 대 상으로 결정되는, 계층적 빔 포밍 방법.
【청구항 12】
제 10항에 있어서,
상기 피드백 정보가 복수 개의 빔에 대한 신호 세기를 포함하는 경우, 상기 제 2 빔들의 각도는 상기 복수 개의 빔에 대한 신호 세기를 고려하여 불균 등한 간격으로 결정되는， 계층적 빔 포밍 방법.
【청구항 13】
제 8항에 있어서， ·
상기 제 1 빔들 또는 상기 제 2 빔들은 소정의 간격을 가지는 안테나 포 트만을 이용하여 생성되거나， 소정의 개수 별로 그룹핑된 안테나 포트를 이용하 여 생성되거니ᅳ, 소정의 개수 별로 합쳐져서 생성되는-. 계충적 빔 포밍 방법.
【청구항 14]
제 8항에 있어서 ,
상기 참조 신호는 SRS(Sounding Reference Signal)인, 계층적 범 포밍 방법.
【청구항 15】
무선 접속 시스템에서 계층적 빔 포밍 (Hierarchical beai f orming)을 수 행하는 기지국에 있어서,
무선 신호를 송수신하기 위한 RF(Radio Frequency) 유닛; 및
프로세서를 포함하고， 상기 프로세서는 서로 다른 스티어링 백터 (steering vector)가 적용된 복수의 제 1 범들을 각각 대웅되는 참조 신호를 통해 단말에 전송하는 초기 단 계를 수행하고， 상기 단말로부터 수신한 하나 이상의 ¾의 인텍스를 포함하는 피드백 정보를 고려하여, 서로 다른 스티어링 백터가 적용된 복수의 제 2 빔들 을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 상기 단말에 전송하는 반복 단계를 수행하 도록 설정되고,
상기 반복 단계는 미리 정해진 횟수만큼 반복되는, 기지국.
【청구항 16】
무선 접속 시스템에서 계층적 빔 포밍 (Hierarchical beamforming)을 수 행하는 단말에 있어서 ,
무선 신호를 송수신하기 위한 R Radio Frequency) 유닛 ; 및
프로세서를 포함하고，
상기 프로세서는 기지국으로부터 상기 계층적 빔.포¾을 위한 단계 크 기 및 상기 계충적 빔 포밍을 위한 각 단계에서의 빔의 개수를 포함하는 파라미 터를 수신하고， 서로 다른 스티어링 백터 (steering vector)가 적용된 복수의 제 1 빔들을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 상기 기지국에 전송하는 초기 단계를 수행하며, 상기 기지국으로부터 수신한 하나 이상의 빔의 인텍스를 포함하는 피 드백 정보를 고려하여 서로 다른 스티어링 백터기- 적용된 복수의 제 2 빔들을 각각 대응되는 참조 신호를 통해 상기 기지국에 전송하는 반복 단계를 수행하도 록 설정되고,
상기 반복 단계는 상기 단계 크기만큼 반복되는, 단말.
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