WO2013151406A1 - 무선 접속 시스템에서 협력적 빔포밍 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents
무선 접속 시스템에서 협력적 빔포밍 방법 및 이를 위한 장치 Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to a wireless access system, and more particularly, to a cooperative coordinated beamforming method and an apparatus supporting the neighboring base station in a wireless access system.
- MIMO multiple input multiple output
- CoMP cooperative multiple point transmission
- relay relay
- ZF is performed by the receiver using channel state information at the receiver (CSIR) and does not require additional channel information feedback. If the CSIT or CSIR is inaccurate, performance will suffer due to residual interference. Therefore, a robust technique is needed for accurate channel information acquisition and CSIT / CSIR accuracy.
- CSIR channel state information at the receiver
- An object of the present invention is to provide a method and apparatus therefor for smoothly performing coordinated beamforming between adjacent base stations in a wireless access system.
- Another object of the present invention is to propose a method and apparatus for eliminating interference from an interfering cell without a channel estimation or channel information feedback from an adjacent interfering cell.
- An aspect of the present invention provides a method for supporting coordinated beamforming between base stations in a wireless access system, wherein a terminal receives time unit information from which a cooperative beamforming is scheduled from a base station. Step, the terminal receives a downlink signal having a predetermined transmission pattern for each time unit for which cooperative beamforming is scheduled, the terminal receives a downlink signal using a reference signal transmitted from the base station Demodulating and removing the interference signal transmitted from the neighboring base station by using the same downlink signal received in different antenna modes among the received downlink signals, wherein the antenna mode of the terminal includes a cooperative beam
- the forming may be switched in a predetermined pattern for each time unit scheduled.
- Another aspect of the present invention provides a terminal for supporting coordinated beamforming between base stations in a wireless access system, comprising: a radio frequency (RF) unit and a processor for transmitting and receiving radio signals;
- the processor receives time unit information for which cooperative bumpforming is scheduled from the base station, receives a downlink signal having a predetermined transmission pattern for each time unit for which cooperative beamforming is scheduled from the base station, and receives a reference transmitted from the base station.
- the antenna mode of the net can be switched in a predetermined pattern for each time unit at which cooperative bump forming is scheduled.
- the time unit for which cooperative beamforming is scheduled may be any one of a subframe, a slot, and an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbol.
- OFDM orthogonal frequency division multiplexing
- the transmission pattern of the downlink signal may be configured with different patterns between adjacent base stations.
- the transmission pattern may be determined by the cell HKcell ID.
- information on a transmission pattern may be received from a base station.
- the reference signal may be a common reference signal or a demodulation reference signal.
- the terminal may remove the interference from the interfering cell itself without channel estimation or channel information feedback from the interfering cell.
- 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 the structure of a radio frame in 3GPP LTE.
- 3 is a diagram illustrating a resource grid for one downlink slot.
- 5 shows a structure of an uplink subframe.
- 6 and 7 are configuration diagrams of a wireless communication system having multiple antennas.
- FIG. 8 is a diagram illustrating a MIM0 interference channel between two users.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a reconfigurable antenna of a terminal for supporting blind cooperative bumpforming according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a changed channel state due to an antenna switching pattern of a transmitter according to an embodiment of the present invention.
- 11 to 13 illustrate reference signal mapping patterns according to an embodiment of the present invention.
- 14 and 15 illustrate an example of an antenna mode switching pattern for each receiver and a transmission symbol for each transmitter when three cells support blind cooperative bumpforming.
- FIG. 16 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 as being performed by the base station in this document may be performed by an upper node of the base station in some cases. That is, the terminal in the network consisting of a plurality of network nodes (network nodes) including a base station Obviously, various operations performed for communication with a base station may be performed by a base station or other network nodes other than the base station.
- a 'base station (BS)' may be replaced by terms such as a fixed station, a Node B, an eNode B (eNB), and an access point (AP).
- the repeater may be replaced by terms such as relay node (RN) and relay station (RS).
- 1 terminal (Terminal) ' is UEC User Equipment (MS), Mobile Station (MS), Mobile Subscriber Station (MSS), Subscriber Station (SS), Advanced Mobile Station (AMS), Wireless terminal (WT), Machine-Type (MTC) It may be replaced with terms such as a communication device, a machine-to-machine device, and a device-to-device device.
- Embodiments of the present invention may be supported by standard documents disclosed in at least one of IEEE 802 systems, 3GPP systems, 3GPP LTE and LTE-ACLTE—Advanced) systems, and 3GPP2 systems, which are wireless access systems. That is, steps or parts which are not described to clearly reveal the technical 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.
- CDMA code division multiple access
- FDMA frequency division multiple access
- TDMA time division multiple access
- OFDMA orthogonal frequency division multiple access
- SC to FDMA single carrier frequency division multiple access
- CDMA may be implemented with a radio technology (radio technology), such as UTRA Universal Terrestrial Radio Access) or 'CDMA2000.
- TDMA can be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile Communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
- GSM Global System for Mobile Communications
- GPRS General Packet Radio Service
- EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
- 0FDMA may be implemented in a radio technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA (Evolved UTRA), and the like.
- UTRA is part of the UMTSCUniversal Mobile Telecom unicat ions System.
- 3rd Generation Partnership Project (3GPP) long term evolution (LTE) uses E-UTRA As part of the Evolved UMTS (E-UMTS), 0FDMA is adopted in downlink and SC-FDMA is adopted in uplink.
- LTE-A Advanced is the evolution of 3GPP LTE.
- 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 UE In the state in which the power is turned off, the UE is turned on again or enters a new cell and performs an 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 Secondary Synchronization Channel
- the terminal may receive a physical broadcast channel (PBCH) signal from the base station to obtain broadcast information in a cell.
- 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. In this way, more specific system information can be obtained.
- PDCH physical downlink control channel
- the terminal may perform a random access procedure such as step S103 to step S106 thereafter to complete 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 corresponding physical downlink shared channel.
- PRACH physical random access channel
- S104 the UE may perform additional layer resolution procedures such as transmitting additional physical random access channel signals (S105) and receiving physical downlink control channel signals and corresponding physical downlink shared channel signals (S106). Contention Resolution Procedure) can be performed.
- 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
- HARQ-ACK / NACK Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement / Negative-ACK
- SR Scheduling Request
- CQI Channel Quality Indication
- PMI Precoding Matrix Indication
- RI Rank Indication
- 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 a structure of a radio frame in 3GPP LTE.
- uplink / downlink data packet transmission is performed in units of subframes, and one subframe is defined as a predetermined time interval including a plurality of 0FDM symbols.
- the 3GPP LTE standard supports a type 1 radio frame structure applicable to FDDCFrequency Division Duplex (FDDCFrequency Division Duplex) and a type 2 radio frame structure applicable to TDD (Time Division Duplex).
- FIG. 2 (a) illustrates the structure of a type 1 radio frame.
- the downlink radio frame consists of 10 subframes, and one subframe consists of two slots in the time domain.
- the time taken for one subframe to be transmitted is called a TTK transmission time interval.
- one subframe may have a length of 1 ms, and one slot may have a length of 0.5 ms.
- One slot includes a plurality of orthogonal frequency division multiplexing (0FDM) symbols in the time domain and a plurality of resource blocks (RBs) in the frequency domain. Since 3GPP LTE uses 0FDMA in downlink, the 0FDM symbol is used to represent one symbol period. to be.
- the OFDM symbol may be referred to as one SC-FDMA symbol or 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 cyclic prefix (CP) ( ⁇ 11 ⁇ 011).
- CPs have an extended CP and a normal CP.
- the number of OFDM symbols included in one slot may be seven.
- the OFDM symbol is configured by the extended cyclic prefix, the length of one OFDM symbol is increased, so the number of OFDM symbols included in one slot is smaller than that of the normal cyclic prefix.
- the extended cyclic prefix for example, the number of OFDM 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 OFDM symbols, so one subframe includes 14 OFDM symbols.
- the first up to three OFDM symbols of each subframe may be allocated to a physical downlink control channel (PDCCH), and the remaining OFDM symbols may be allocated to a physical downlink shared channel (PDSCH).
- PDCCH physical downlink control channel
- PDSCH physical downlink shared channel
- Type 2 radio frames consist of two half frames, each of which has five subframes, downlink pilot time slot (DwPTS), guard period (GP), and uplink pilot time slot (UpPTS).
- DwPTS downlink pilot time slot
- GP guard period
- UpPTS uplink pilot time slot
- One subframe consists of two slots.
- the DwPTS is used for initial cell search, synchronization or channel estimation at the terminal.
- UpPTS is used for channel estimation at the base station and synchronization of uplink transmission of the terminal.
- the guard period is a period for removing interference generated in the uplink due to the multipath delay of the downlink signal between the uplink and the downlink.
- the structure of the radio frame described above is just one example, and the number of subframes included in the radio frame, the number of slots included in the subframe, and 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 an example of 12 subcarriers in a frequency domain, but is not limited thereto.
- Each element (RE) is a resource element (RE) on a resource grid, and one resource block includes 12 ⁇ 7 resource elements.
- the number N DL of resource blocks included in the downlink pilot depends on the downlink transmission bandwidth.
- the structure of the uplink slot may be the same as the structure of the downlink slot.
- PDSCH Physical Downlink Shared Channel
- Examples of downlink control channels used in 3GPP LTE include a physical control format indicator channel (PCFICH), a physical downlink control channel (PDCCH), and a physical hybrid-ARQ indicator channel (PHICH).
- PCFICH physical control format indicator channel
- PDCCH physical downlink control channel
- PHICH physical hybrid-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 the control region) used for transmission of control channels in the subframe.
- PHICH is a male answer channel for uplink and a hybrid automatic repeat request (HARQ)
- the downlink control information includes uplink resource allocation information, downlink resource allocation information or an uplink transmission (Tx) power control command for a certain terminal group.
- the PDCCH is a resource allocation and transmission format of a downlink shared channel (DL-SCH) (also referred to as a downlink grant) and resource allocation information of an uplink shared channel (UL-SCH) (also referred to as an uplink grant). ), Paging information in the paging channel (PCH), system information in the DL-SCH, random access transmitted in the PDSCH Resource allocation for upper-layer control messages, such as random access response, a set of transmit power control commands for individual terminals in any terminal group, activation of Voice over IP (VoIP), etc. Can carry The plurality of PDCCHs may be transmitted in a control region, and the terminal may monitor the plurality of PDCCHs.
- DL-SCH downlink shared channel
- UL-SCH uplink shared channel
- the PDCCH consists of a collection of one or a plurality of consecutive control channel elements (CCEs).
- CCE is a logical allocation unit used to provide a PDCCH with a coding rate according to the state of a radio 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 (referred to as RNTI (Radio Network Temporary Identifier)) according to the owner or purpose of the PDCCH. If it is a PDCCH for a specific UE, it may be masked to a unique identifier of the UE, for example, C—RNTKCell-RNTI l ”CRC.
- a paging indication identifier for example, P-RNTI (RNTI) may be masked on the CRC
- P-RNTI P-RNTI
- SIB system information block
- SI—system information RNTI SI—system information RNTI
- a RA-RNTI random access-RITI
- 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.
- the data area is allocated the PUSClKPhysical Uplink Shared Channel, which carries user data.
- PUCCH Physical Uplink Control Channel
- the PUCCH for one UE is allocated an RB pair in a subframe. 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).
- 6 and 7 are configuration diagrams of a wireless communication system having multiple antennas.
- the theoretical channel transmission capacity is proportional to the number of antennas, unlike when the transmitter or the receiver uses multiple antennas. This increases. Thus, the transmission rate can be improved and the frequency efficiency can be significantly improved. As channel transmission capacity increases, the transmission rate is theoretically the maximum transmission rate with a single antenna. 0 ) may increase as the rate of increase () multiplied.
- the research trends related to multi-antennas to date include information theory aspects related to calculation of multi-antenna communication capacity in various channel environments and multi-access environments, wireless channel measurement and model derivation of multi-antenna systems, and transmission reliability. Research is being actively conducted from various viewpoints, such as research on space-time signal processing technology for improvement and data rate improvement.
- a communication method in a multiple antenna system is described in more detail using mathematical modeling. In the system, it is assumed that there are N ⁇ transmit antennas and N R receive antennas.
- the transmission signal when there are ⁇ transmission antennas, the maximum information that can be transmitted is ⁇ .
- the transmission information may be expressed as follows.
- Each transmission information, 52 , ''' , ⁇ may have different transmission powers. If each transmission power is ⁇ ,, '" , ⁇ , the transmission information whose transmission power is adjusted can be expressed as follows.
- S may be expressed as follows using the diagonal matrix P of the transmission power.
- rv v means a weight between the / th transmit antenna and the / th information.
- W is also called a precoding matrix. If there are N R receiving antennas, the received signals of the antennas: ⁇ ,; ⁇ , '" ,: ⁇ ⁇ are vectors and may be expressed as follows.
- channels may be classified according to a transmit / receive antenna index.
- a channel passing from the transmitting antenna j to the receiving antenna i will be denoted by. Note that in the order of the index, the receiving antenna index is first, and the index of the transmitting antenna is later.
- FIG. 7 shows a channel from ⁇ transmit antennas to receive antenna i.
- the channels may be bundled and displayed in the form of a vector and a matrix.
- a channel arriving from a total of ⁇ transmit antennas to a receive antenna i may be represented as follows.
- the received signal may be expressed as follows. [89] [Equation 10]
- the number of rows and columns of the channel matrix H indicating the channel state is determined by the number of transmit and receive antennas.
- the number of rows in the channel matrix H is equal to the number of receive antennas N R
- the number of columns is equal to the number ⁇ of transmit antennas.
- the channel matrix H is
- the rank of a matrix is defined as the minimum number of rows or columns that are independent of each other. Thus, the tank of the matrix cannot be larger than the number of rows or columns.
- the tank ra "(H) of the channel matrix H is limited as follows.
- a tank can be defined as the number of nonzero eigenvalues when the matrix is subjected to Eigen value decomposition.
- another definition of a tank can be defined as the number of nonzero singular values when singular value decomposition is performed. Therefore, the physical meaning of the tank in the channel matrix is the maximum number that can send different information in a given channel.
- Multi-user-MIM0 refers to an operation in which a base station equipped with multiple antennas serves multiple users (terminals) at the same time.
- the signal for one terminal may act as interference for the other terminal, and thus the overall system performance may be degraded. Therefore, in order for data transmission and reception according to the MU-MIM0 operation to be performed correctly, it is required to remove the interference between users.
- the base station may perform signal processing according to an interference cancellation technique for a signal to be transmitted to multiple users.
- the base station may encode an information block to be transmitted to each terminal into each independent codeword.
- the encoded codewords may be transmitted according to the interference cancellation scheme.
- the base station may transmit in a manner of eliminating interference in advance.
- the terminal (U 2 ) receives the signal from the base station as if there is no interference
- a separate interference cancellation operation may not be performed.
- ZF-DPC Zero Forcing-Dirty Paper Coding
- ZF Zero Forcing
- LQ decomposition is performed on the synthesized channel H, it can be decomposed into a lower triangular matrix L and an orthogonal matrix Q as shown in Equation 12 below.
- interference cancellation may be performed through pseudo-inverse about the synthesis channel H for multiple users as shown in Equation 14 below.
- Equation 14 X H means a Hermit matrix for the matrix X, and X 1 means an inverse matrix for the matrix X.
- Each column of the matrix F of Equation 14 becomes a beamforming vector for each terminal. That is, wf; Becomes In this case, the effective channel for each terminal may be represented by Equation 15 below.
- the channel in each UE is in the form of an identity matrix, and as a result, it is possible to receive a signal from which interference has been previously removed.
- CoMP Coordinated Multi-Point
- MIM0 collaborative MIMO
- network MIMO network MIMO
- CoMP is expected to improve the performance of the UE located at the cell boundary and to improve the efficiency of the average cell (sector).
- inter-cell interference reduces performance and average cell (sector) efficiency of a terminal located at a cell boundary in a multi-cell environment having a frequency reuse index of 1.
- UEs located at the cell boundary in an interference-limited environment may not be able to achieve proper performance efficiency.
- FFR fractional frequency reuse
- a simple passive method such as fractional frequency reuse (FFR) has been applied.
- FFR fractional frequency reuse
- a method of reusing inter-cell interference or mitigating inter-cell interference as a signal that the terminal should receive is more advantageous.
- CoMP transmission scheme may be applied to achieve the above object.
- CoMP schemes applicable to the downlink may be classified into a joint processing (JP) scheme and a coordinated scheduling / beamforming (CS / CB) scheme.
- JP joint processing
- CS / CB coordinated scheduling / beamforming
- data may be used at each point (base station) in CoMP units.
- CoMP unit means a set of base stations used in the CoMP method.
- the JP method can be further classified into a joint transmission method and a dynamic cell selection method.
- a joint transmission scheme refers to a scheme in which a signal is simultaneously transmitted through a PDSCH from a plurality of points, which are all or part of a CoMP unit. That is, data transmitted to a single terminal may be simultaneously transmitted from a plurality of transmission points.
- a cooperative transmission scheme it is possible to improve the quality of a signal transmitted to a terminal regardless of whether coherently or non-coherent ly, and actively remove interference with another terminal. have.
- Dynamic cell selection refers to a method in which a signal is transmitted through a PDSCH from a single point in a CoMP unit. That is, data transmitted to a single terminal at a specific time is transmitted from a single point, and data is not transmitted to the terminal at another point in the CoMP unit.
- the point for transmitting data to the terminal may be dynamically selected.
- the CoMP unit performs the bump forming by cooperating for data transmission to a single terminal. That is, although only the serving cell transmits data to the terminal, user scheduling / bumping may be determined through cooperation between a plurality of cells in a CoMP unit.
- CoMP reception means receiving a signal transmitted by cooperation between a plurality of geographically separated points.
- CoMP schemes applicable to uplink may be classified into a JR Joint Reception (CSJ) scheme and a Coordinated Scheduling / Beamforming (CS / CB) scheme.
- the JR scheme refers to a scheme in which a plurality of points, which are all or part of CoMP units, receive a signal transmitted through a PDSCH.
- the CS / CB scheme receives a signal transmitted through the PDSCH only at a single point, but user scheduling / bumping may be determined through cooperation between a plurality of cells in a CoMP unit.
- FIG. 8 is a diagram illustrating a MIM0 interference channel between two users.
- each transmitter transmits data only to a receiver (desired RX, for example, a terminal), which should receive each other, but each RX does not interfere with another TX. I can receive it.
- TX 1 transmits data only to RX 1 and TX 2 transmits data only to RX 2, but when TX 1 and TX 2 transmit data using the same time / frequency resource, RX 1 transmits TX. Interference from 2 and X 2 may interfere with TX 1.
- the present invention proposes a new method of interference control that can be applied in the above two situations. That is, in the present invention, the multiplexing gain of a link that should be received using reception antenna switching is obtained.
- the RX eg, terminal
- the RX has a reconfigurable antenna.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a reconfigurable antenna of a terminal for supporting blind cooperative bumpforming according to an embodiment of the present invention.
- each RF chain can be switched to a desired point in time to the desired antenna (eg, primary antenna or secondary antenna).
- a desired antenna eg, primary antenna or secondary antenna.
- Such an antenna is referred to as a reconfigurable antenna.
- Such a resettable antenna may be implemented in a manner in which the number of physical RF chains and the number of physical antennas are different as shown in FIG. 9, but the antenna itself forms a beam with an electrical signal (for example, polarization of the antenna itself is reduced. It can be implemented in a way that can be changed or the pattern of the antenna can be changed).
- the number of RF chains and the number of antennas may be the same.
- a reconfigurable antenna can be implemented by changing beam patterns in M physical antennas and M RF chains. In this case, however, it can be applied only when the stream of tank M or less is transmitted by TX. Thus, for example, if the TX has 4 antennas and the RX has 2 antennas and 2 RF chains, the present invention can be applied when the TX transmits only streams of tank 2 or less.
- the resettable antenna may be implemented to have a high speed switching function through MEMSC micro electromechanical switches (NAS), nano electromechanical switches (NEMS), and the like.
- the resettable antenna has a signal scattering around the terminal, each resettable antenna may have M modes according to the performance of the resettable antenna.
- the mode refers to a case in which the channel characteristic is greatly changed according to the resettable property. Therefore, the RX may change the channel state by a specific time unit by using a resettable antenna, and thus may receive a beam pattern that the RX wants to receive at a specific time. All.
- the number of significant modes may vary depending on the terminal.
- each RF chain can be connected to two different antennas. It can be called a resettable antenna with a mode.
- This resettable antenna can be used to change the channel state.
- the present invention it is assumed that the state of the channel changes only by mode switching of the resettable antenna. Therefore, the present invention can be applied to terminals whose channels are static.
- each RX does not perform mode switching on its own, but switches antennas in a predetermined pattern for each RX, and TX transmits a transmission symbol according to the switching pattern of RX.
- RX 1 and RX 2 are switched as shown in Table 1 below. It can have a pattern.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a changing channel state due to an antenna switching pattern of a transmitter according to an embodiment of the present invention.
- the RX 1 has the same channel state since the switching mode is equal to 1 in the first and second unit times (for example, symbols), but the switching mode is 2 in the third unit time.
- the channel status changes as well.
- the switching mode is changed to 1 in the first unit time, but the switching mode is changed to 2 in the second unit time, and the switching mode is changed back to 1 in the second unit time. It changes back to the same channel state as the first unit time.
- the TX may transmit a transmission symbol as shown in Table 2 below.
- a ' represents a 4x1 transmission symbol vector of the i-th TX. That is, each TX transmits four streams to each RX (ie tank 4). Transmission symbol pattern for each TX shown in Table 2 is only one example and may have a different symbol pattern.
- Equation 16 The received signal during the 3 unit time (ie, symbol) of RX 1 is expressed by Equation 16 below.
- RX 1 is equal to the received signal ⁇ ⁇ 1 of the first unit time.
- subtracting the two received signal ⁇ ⁇ (2) of the second unit of time from 2 ⁇ Can remove the interference signal.
- RX 2 receives the third unit time in the received signal of the first unit time. Subtracting the signal can remove the interfering signal from TX1.
- an effective received signal of the i-th user may be expressed by Equation 17 below.
- Equation 17 illustrates a reception signal of RX 1 described above.
- the received signal can be modeled equivalent to the 4X4 ⁇ 0 channel. That is, RX 1 can receive up to 4 streams because it received ⁇ ⁇ that went through different channels through antenna switching. Time averaged, each ⁇ can transmit 4 streams for 3 symbols, so the maximum multiplexing gain for each TX-RX pair is equal to 4/3. As such, in the process of eliminating interference in the RX, no channel estimation or channel information feedback from the interference TX is required.
- F ' represents the Mxdi precoding matrix of the i th TX
- ⁇ represents the diXl transmission symbol vector of the i th TX.
- F ' may be a simple random unitary matrix because there is no information on the MIM0 channel (especially, subband PMI) in TX, or a matrix using a spatial correlation matrix of the channel. Can be.
- the black may be a precoder using a PMI when a long term (or wideband) PMI or a subband PMI is fed back.
- n RF chains and n antennas must be reconfigurable.
- the number of reconf igiirable modes is indicated by m and must be at least 2. In the proposed scheme, m is equal to 2.
- the received signal of the i-th user is equivalent to the MX2N MIM0 channel, and the size of the transmitted Si should be less than min (M ⁇ 2N).
- [148]-precoding may be applied.
- antenna switching should take place in consideration of the reference signal (RS) period for channel estimation.
- RS reference signal
- reference signals for four antenna ports may be transmitted in one subframe
- DMRS Demodulation Reference Signal
- the maximum number of transmitted symbols is equal to (number of received RF chains x number of reconfigurable modes of each antenna). For example, when a terminal has two RF chains and has two resettable modes for two antennas, all CRSs for four antenna ports may be used. As another example, when the terminal has one RF chain and two reconfigurable modes of the antenna, the CRS for the two antenna ports may be used. In some cases, the four antenna ports CRS may be used.
- the following two methods will be described according to the reference signal mapping method.
- reference signals may be mapped in units of slots or subframes. This will be described with reference to FIG. 11.
- FIG. 11 is a diagram illustrating a reference signal mapping pattern according to an embodiment of the present invention.
- a base station has four transmit antennas and a terminal has two receive antennas.
- the base station If the base station has four transmit antennas and the terminal has two receive antennas, the base station transmits with rank 4 and the terminal receives and demodulates data while switching the two receive antennas twice. At this time, Since all nulls need to be estimated, receiving antenna switching may occur in a slot unit black or subframe unit as shown in FIG. 11.
- the above-described method may require three unit times (that is, three slots) so that one radio frame is not divided into three.
- the same phenomenon also occurs when switching in units of subframes. Therefore, the area not divided by 3 can be used for other purposes or transmitted by the existing MIM0 technique.
- the slot unit black is to avoid the odd number of subframes (or slots), which is a disadvantage that occurs when mapping the reference signal in the unit of the subframe unit, not in the unit of subframes (or slots), but in units of OFDM symbols Reference signals may be mapped. This will be described with reference to FIGS. 12 and 13 below.
- FIG. 12 and 13 illustrate reference signal mapping patterns according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 12 illustrates a symbol transmitted in TX 1
- FIG. 13 illustrates a symbol transmitted in TX 2.
- the base station has four transmit antennas and the terminal has two receive antennas.
- blind coordinated BF is formed in units of two subframes. Suggest to apply.
- the unit of the OFDM symbol is as uniform as possible. Divide into three. That is, first, the number of available resource elements (RE) excluding the reference signal and the PDCCH within one resource block (RB) pair in the frequency direction, and equally divided into three equal OFDM symbols. In the example of FIG. 12, assuming 3 symbol PDCCH and no DMRS or CSI-RS, 115 resource elements may be used per pair of physical resource blocks. When the two subframes are combined and the blind technique proposed above is used, the resource element must be divided into three parts.
- the receiver since the receiver performs antenna mode switching in units of 0FOM symbols, the number of resource elements is equally divided into three equal parts in OFDM symbol units. Therefore, when a total of 230 resource elements are divided into 0FDM deep fire units, it is assumed that antenna mode switching of the receiver occurs at the boundary indicated by a dotted line in FIG. 12. Each of the three areas has 71, 74, and 61 resource elements. Branch It becomes. In this case, codewords mapped to one region should be mapped based on the number of smallest resource elements of three regions. Therefore, a codeword that maps to one region
- RX estimates the switched channel using the reference signal existing in each region and uses the estimated channel for decoding. As described above, the method of mapping the reference signal in units of OFDM symbols is different from the method of mapping the reference signals in units of slots or subframes, so that two subframes can be considered as one blind codeword. There is no case in which subframes or slots remain.
- PDCCH (EPDCCH) may be omitted in the second physical resource block pair. Therefore, since the control channel is transmitted only once in two subframes, the number of available resource elements can be increased by transmitting PDCCH / EPDCCH once every two subframes. In this case, a PDCCH not transmitted in the second subframe follows the information of the PDCCH transmitted in the first subframe (for example, resource allocation, MCS, etc.). .
- DMRS can be configured up to 8 antenna ports. Therefore, although the actual number of antenna ports is 4 in one physical resource block pair, blind coordinated BF can be applied by configuring 8 DMRS antenna ports. For example, use D ⁇ S antenna ports 7,8, 9, 10 for channel estimation of X resettable antenna mode 1, and antenna ports 11, 12, 13, 14 for channel estimation of RX resettable antenna mode 2 Can be used for purposes. If 8 antenna ports are set and there are actually 4 antenna ports, the precoder used for DMRS antenna ports 7, 8, 9, and 10 is the same as the recorder used for DMRS antenna ports 11, 12, 13, and 14. Should be the same. In addition, 7,8,9, 10 and 11, 12, 13, and 14 should be identical to the actual physical antenna mapped to the HIRS antenna port.
- the switching boundary is similar to the method described in the method of mapping CRS in OFDM units (see FIGS. 12 and 13). Since the receiver performs antenna mode switching in units of OFDM symbols, the number of resource elements is equally divided into three equal parts in units of OFDM symbols. At this time, as described above, codewords mapped to one region should be mapped based on the smallest number of resource elements in three regions. Therefore, the remaining area except the smallest resource element may not be used or may be used for transmitting other information. The reason why the codewords are mapped based on the smallest resource element among the three areas is that the symbols transmitted to each area must be repeated and the interference can be accurately removed by a simple minus operation. In this case, scheduling can be performed in one subframe unit, so the scheduling is not significantly different from the conventional one.
- blind coordinated BF may be applied in units of 2 subframes as in the case of CRS.
- the codeword mapping method can be divided into three equal parts as much as possible in OFDM symbol units.
- the terminal does not need to estimate a channel from an adjacent cell at all. Therefore, the base station does not have to share the reference signal information of the adjacent base station through the backhaul. Only the transmission symbol pattern should be shared between the base stations, and this pattern should be indicated to the terminal.
- a base station should inform a specific terminal of a transmission symbol pattern.
- the following two methods are proposed.
- base stations participating in blind co-ordinated BF must use different code patterns (ie, transmission symbol patterns), which are cell identifiers ( ce). ll ID) to be determined implicitly Can be.
- cell identifiers should be assigned so as not to use the same code pattern. For example, modulo 2 operation on a cell identifier to use code pattern 1 (XI, XI, null) if the remainder is 1 at a better value, and code pattern 2 (X2, You can use null, X2).
- this method may have a disadvantage in that specific cell identifiers between base stations cannot apply blind cooperative beamforming to each other.
- the terminal may also determine the antenna switching pattern through the code pattern.
- a time unit for example, one subframe unit, two subframe units, or one slot unit, etc.
- two base stations performing blind cooperative beamforming should coincide with each other in a subframe (or slot) unit in which blind cooperative bumpforming is scheduled.
- the antenna port is virtually twice as large as the actual transmit antenna, it should be indicated to the terminal.
- Such information may be indicated to the terminal as a physical layer signal or a higher layer signal.
- the terminal may be instructed using a transmit power control (TPC) field of the PDCCH / EPDCCH or another idle field.
- TPC transmit power control
- this method has the advantage that blind cooperative bumpforming can be applied to any coordination base station.
- the present invention is not limited only to the downlink system.
- the base station has more antennas than the terminal and can change the beam pattern of the base station to give the effect of a reconfigurable antenna.
- JR joint reception
- the blind cooperative beamforming technique is used, UE ID sharing and channel estimation of the neighboring cell users are unnecessary. There is an advantage.
- a user of each cell transmits a blind codeword, and the base station changes the pattern of the band according to the codeword to eliminate interference.
- the present invention is not limited to two cells and more cells may support blind cooperative beamforming together. 3 cells below . A case of supporting cooperative bump forming will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
- 14 and 15 illustrate a case in which three cells support blind cooperative beamforming, a ⁇ antenna mode switching pattern for each receiver and a transmission symbol form for each transmitter.
- the number in the switching pattern means the mode of the antenna.
- each user's transmit symbol Xi is a transmit symbol vector of size ⁇ . If the number of data symbols in the transmission symbol vector is larger than the number of receiving antennas, the RX can decode the received signal repeatedly by antenna switching. At this time, interference may exist, and when the proposed symbol pattern is transmitted, the interference signal may be removed by a simple minus operation. At this time, as in the case of two cells, no channel estimation or channel information feedback from the interference TX is required.
- Figure 16 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 160 and a plurality of terminals 170 located in a base station 160 area.
- the base station 160 includes a processor 161, a memory 162, and an RF unit 163.
- Processor 161 implements the proposed function, process and / or method. Layers of the air interface protocol may be implemented by the processor 161.
- the memory 162 is connected to the processor 161 and stores various information for driving the processor 161.
- the RF unit 163 is connected to the processor 161 and transmits and / or receives a radio signal.
- the terminal 170 includes a processor 171, a memory 172, and an RF unit 173.
- Processor 171 implements the proposed functions, processes, and / or methods. Layers of the air interface protocol may be implemented by the processor 171.
- the memory 172 is connected to the processor 171 and stores various information for driving the processor 171.
- the RF unit 173 is connected to the processor 171 and transmits and / or receives a radio signal.
- the memories 162 and 172 may be inside or outside the processors 161 and 171 and may be connected to the processors 161 and 171 by various well-known means.
- the base station 160 and / or the terminal 170 may have a single antenna or multiple antennas.
- the terminal 170 has a reconfigurable antenna described with reference to FIG. 9.
- the embodiment according to the present invention may be implemented by various means, for example, hardware, firmware, software, or a combination thereof.
- ASICs Cappl icat ion specific integrated circuits (DSPs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), field programmable gate arrays (FPLDs), processors, controllers, microcontrollers
- DSPs digital signal processors
- DSPDs digital signal processing devices
- FPLDs field programmable gate arrays
- processors controllers
- microcontrollers microcontrollers
- DSPs digital signal processors
- DSPDs digital signal processing devices
- FPLDs field programmable gate arrays
- processors controllers
- microcontrollers microcontrollers
- it may be implemented by a microprocessor or the like.
- an embodiment of the present invention may be implemented in the form of modules, procedures, functions, etc. that perform the functions or operations described above.
- the software code may be stored in memory and driven by the processor.
- the memory may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor by various known means.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
본 발명에서는 무선 접속 시스템에서 협력적 빔포밍(coordinated beamforming)을 수행하기 위한 방법 및 이를 위한 장치가 개시된다. 구체적으로, 단말이 협력적 빔포밍이 스케줄링되는 시간 단위 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계, 단말이 기지국으로부터 협력적 빔포밍이 스케줄링되는 시간 단위 별로 소정의 전송 패턴을 가지는 하향링크 신호를 수신하는 단계, 단말이 기지국으로부터 전송되는 참조 신호(Reference Signal)를 이용하여 하향링크 신호를 복조하는 단계 및 단말이 수신된 하향링크 신호 중 서로 다른 안테나 모드에서 수신된 동일한 하향링크 신호를 이용하여 인접 기지국으로부터 전송되는 간섭 신호를 제거하는 단계를 포함하고, 단말의 안테나 모드는 협력적 빔포밍이 스케줄링되는 시간 단위 별로 소정의 패턴으로 스위칭될 수 있다.
Description
【명세서】
【발명의 명칭]
무선 접속 시스템에서 협력적 빔포밍 방법 및 이를 위한 장치
【기술분야】
[1] 본 발명은 무선 접속 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 무선 접속 시스템에서 인접하는 기지국 간에 협력적 범포밍 (coordinated beamforming) 방 법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.
【배경기술】
[2] 차세대 무선 접속 시스템의 요구 조건에서 가장 중요한 것 중 하나는 높 은 데이터 전송율 요구량을 지원할 수 있어야 하는 것이다. 이를 위하여 다증 입출력 (MIMO: Multiple Input Multiple Output), CoMP(Cooperative Multiple Point transmission), 릴레이 (relay) 등 다양한 기술들이 연구되고 있다.
[3] 다중 셀 /다중 사용자 무선통신 환경에서는 인접 샐의 간섭, 흑은 다른 사용자의 간섭을 상황에 따라 효과적으로 처리하는 기법이 필요하다. 간섭을 제 거하는 방법은 크게 송신기에서 연합 전송 (JT: Joint transmission), 송신기에 서 협력적 빔포밍 (CBF: Coordinated Beamforming)/협력적 스케줄링 (CS: Coordinated Scheduling), 수신 간섭 소거 ( interference cancellation, 예를 들 어, 수신 ZF RZF: Receive Zero Forcing) 세 가지로 분류된다. 첫 번째의 경우 전송 데이터와 송신기에서의 채널 상태 정보 (CSIT: Channel State Information at Transmitter)가 모든 송신기에 공유되어야 한다는 부담이 있고, 두 번째의 경우는 송신기에서의 채널 상태 정보만이 송신기가 공유하여 전송하는 방식이다. 세 번째의 경우는 수신기에서의 채널 상태 정보 (CSIR: Channel State Information at Receiver)를 이용하여 수신기에서 ZF 를 수행하는 방법으로 추 가적인 채널 정보 피드백을 필요로 하지 않는다. 만약, CSIT 나 CSIR 이 부정확 할 경우 잔여 간섭으로 인하여 성능의 열화를 겪게 된다. 따라서 정확한 채널 정보 획득이나 CSIT/CSIR정확도에 강건 (robust)한 기법이 필요하다.
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
[4] 본 발명의 목적은 무선 접속 시스템에서 인접하는 기지국 간 협력적 빔 포밍 (Coordinated Beamforaing)을 원활하게 수행하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제안한다.
[5] 또한, 본 발명의 목적은 단말이 인접하는 간섭 셀로부터의 채널 추정 또 는 채널 정보 피드백 없이 간섭 셀로부터의 간섭을 제거하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제안한다.
[6] 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】
[7] 본 발명의 일 양상은, 무선 .접속 시스템에서 기지국 간 협력적 빔포밍 (coordinated beamforming)을 지원하기 위한 방법에 있어서, 단말이 협력적 빔 포밍이 스케줄링되는 시간 단위 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계, 단말이 기지국으로부터 협력적 빔포밍이 스케줄링되는 시간 단위 별로 소정의 전송 패 턴을 가지는 하향링크 신호를 수신하는 단계, 단말이 기지국으로부터 전송되는 참조 신호 (Reference Signal)를 이용하여 하향링크 신호를 복조하는 단계 및 단 말이 수신된 하향링크 신호 중 서로 다른 안테나 모드에서 수신된 동일한 하향 링크 신호를 이용하여 인접 기지국으로부터 전송되는 간섭 신호를 제거하는 단 계를 포함하고, 단말의 안테나 모드는 협력적 빔포밍이 스케줄링되는 시간 단위 별로 소정의 패턴으로 스위칭될 수 있다.
[8] 본 발명의 다른 양상은, 무선 접속 시스템에서 기지국 간 협력적 빔포밍 (coordinated beamforming)을 지원하기 위한 단말에 있어서, 무선 신호를 송수 신하기 위한 RF(Radio Frequency) 유닛 및 프로세서를 포함하고, 프로세서는 협 력적 범포밍이 스케줄링되는 시간 단위 정보를 기지국으로부터 수신하고, 기지 국으로부터 협력적 빔포밍이 스케줄링되는 시간 단위 별로 소정의 전송 패턴을 가지는 하향링크 신호를 수신하고, 기지국으로부터 전송되는 참조 신호 (Reference Signal)를 이용하여 하향링크 신호를 복조하고, 수신된 하향링크 신 호 중 RF유닛의 서로 다른 안테나 모드에서 수신된 동일한 하향링크 신호를 이 용하여 인접 기지국으로부터 전송되는 간섭 신호를 제거하도록 설정되고, RF유
닛의 안테나 모드는 협력적 범포밍이 스케즐링되는 시간 단위 별로 소정의 패턴 으로 스위칭될 수 ·있다.
[9] 바람직하게, 협력적 빔포밍이 스케줄링되는 시간 단위는 서브프레임, 슬 롯 및 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심블 중 어느 하나일 수 있다.
[10] 바람직하게, 하향링크 신호의 전송 패턴은 인접하는 기지국 간에 서로 다른 패턴으로 구성될 수 있다.
[11] 바람직하게, 전송 패턴은 셀 HKcell ID)로 결정될 수 있다.
[12] 바람직하게, 전송 패턴에 대한 정보를 기지국으로부터 수신할 수 있다.
[13] 바람직하게, 상기 참조 신호는 공통 참조 신호 (Co瞧 on Reference Signal) 또는 복조 참조 신호 (Demodulation Reference Signal)일 수 있다.
【유리한 효과】
[14] 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 접속 시스템에서 인접하는 기지국 간 협력적 빔포밍 (Coordinated Beamforming)을 원활하게 수행할 수 있다.
[15] 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단말이 간섭 셀로부터의 채널추정이 나 채널 정보 피드백 없이 자체적으로 간섭 셀로부터의 간섭을 제거할 수 있다.
[16] 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 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】
[17] 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.
[18] 도 1 은 3GPP LTE 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일 반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
[19] 도 2는 3GPP LTE에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
[20] 도 3 은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드 (resource grid)를 예 시한 도면이다.
[21] 도 4는 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
[22] 도 5는 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
[23] 도 6 및 도 7은 다중 안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다.
[24] 도 8은 두 사용자 간에 MIM0간섭 채널을 예시하는 도면이다.
[25] 도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 블라인드 협력 범포밍을 지원하기 위한 단말의 재설정 가능 안테나 (reconfigurable antenna)를 설명하기 위한 도 면이다.
[26] 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단의 안테나 스위칭 패턴으로 인하여 변하는 채널 상태를 예시하는 도면이다.
[27] 도 11 내지 도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 참조 신호 매핑 패턴 을 예시하는 도면이다.
[28] 도 14 및 도 15 의 경우 3 셀이 블라인드 협력적 범포밍을 지원하는 경 우, 각 수신단 별 안테나 모드 스위칭 패턴과 각 송신단 별 송신 심블 형태를 예시하는 도면이다.
[29] 도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
【발명의 실시를 위한 형태】
[30] 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 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
[31] 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.
[32] 본 명세서에서 본 발명의 실시예들을 기지국과 단말 간의 데이터 송신 및 수신의 관계를 중심으로 설명한다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통 신을 수행하는 네트워크의 종단 노드 (terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드 (upper node)에 의해 수행될 수도 있다. 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 있다. 중계기는 Relay Node(RN) , Relay Station(RS) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 1단말 (Terminal ) ' 은 UECUser Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS (Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal ) , MTC( Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine— to一 Machine) 장치, D2D 장치 (Device-to-Device) 장치 등의 용어로 대체될 수 있다.
[33] 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.
[34] 본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시 스템, 3GPP LTE 및 LTE-ACLTE— 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 설명하지 않은 단계들 또는 부 분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있 는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
[35] 이하의 기술은 CDMA (code division multiple access), FDMA( frequency division multiple access) , TDMA(time division multiple access) , 0FDMA( orthogonal frequency division multiple access) , SC~FDMA( single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시 스템에 이용될 수 있다. CDMA 는 UTRA Universal Terrestrial Radio Access)나 ' CDMA2000 과 같은 무선 기술 (radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA 는 GSM(Global System for Mobile communicat ions)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구 현될 수 있다. 0FDMA는 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 UMTSCUniversal Mobile Teleco議 unicat ions System)의 일부이다. 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.
[36] 설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE/LTE-A 를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니다.
[37] 본 발명이 적용될 수 있는 3GPP LTE/LTE-A시스템
[38] 도 1 은 3GPP LTE 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일 반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
[39] 전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거나, 새로이 셀에 진입한 단말 은 S101 단계에서 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색 (Initial cell search) 작업을 수행한다. 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.
[40] 그 후, 단말은 기지국으로부터 물리방송채널 (PBCH: Physical Broadcast Channel) 신호를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초 기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호 (DL RS: Downlink Reference Signal) 를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.
[41] 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 있다.
[42] 이후, 단말은 기지국에 접속을 완료하기 위해 이후 단계 S103 내지 단계 S106 과 같은 임의 접속 과정 (Random Access Procedure)을 수행할 수 있다. 이 를 위해 단말은 물리임의접속채널 (PRACH: Physical Random Access Channel)을 통해 프리앰블 (preamble)을 전송하고 (S103), 물리하향링크제어채널 및 이에 대 응하는 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 이에 대응하는 물리하 향링크공유 채널 신호의 수신 (S106)과 같은 층돌해결절차 (Contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.
[43] 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 있다.
[44] 단말이 기지국으로 전송하는 제어정보를 통칭하여 상향링크 제어정보 (UCI: Uplink Control Informat ion)라고 지칭한다. 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 포함한다.
[45] LTE 시스템에서 UCI는 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.
[46] 도 2는 3GPP LTE에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
[47] 셀롤라 0FDM 무선 패킷 통신 시스템에서, 상향링크 /하향링크 데이터 패 킷 전송은 서브프레임 (subframe) 단위로 이루어지며, 한 서브프레임은 다수의 0FDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된다. 3GPP LTE 표준에서는 FDDCFrequency 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.
[48] 도 2(a)는 타입 1 무선 프레임의 구조를 예시한다. 하향링크 무선 프레 임 (radio frame)은 10 개의 서브프레임 (subf rame)으로 구성되고, 하나의 서브프 레임은 시간 영역 (time domain)에서 2 개의 슬롯 (slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTKtransmission time interval)라 한다. 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1ms 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 0FDMA를 사용하므로 0FDM 심볼은 하나의 심볼 구간 (symbol period)을 표현하기 위한 것
이다. OFDM 심볼은 하나의 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간이라고 할 수 있다. 자 원 할당 단위로서의 자원 블록 (RB)은, 하나의 슬롯에서 복수의 연속적인 부 반 송파 (subcarrier)를 포함한다.
[49] 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM심볼의 수는 순환 전치 (CP: Cyclic Prefix) 의 구성(∞11 ^ 011)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 OFDM심볼의 수는 7 개일 수 있다. OFDM 심볼이 확장 순환 전치에 의해 구성된 경우, 한 OFDM 심 볼의 길이가 늘어나므로, 한 슬롯에 포함되는 OFDM심볼의 수는 일반 순환 전치 인 경우보다 적다. 확장 순환 전치의 경우에, 예를 들어, 하나의 슬롯에 포함되 는 OFDM 심볼의 수는 6 개일 수 있다. 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우 와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심볼간 간섭을 더욱 줄이기 위해 확장 순환 전치가사용될 수 있다.
[50] 일반 순환 전치가 사용되는 경우 하나의 슬롯은 7 개의 OFDM 심볼을 포 함하므로, 하나의 서브프레임은 14 개의 OFDM 심볼을 포함한다. 이때, 각 서브 프레임의 처음 최대 3 개의 OFDM 심볼은 PDCCH(physical downlink control channel)에 할당되고, 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH(physical downlink shared channel)에 할당될 수 있다.
[51] 도 2 의 (b)는 타입 2프레임 구조 (frame structure type 2)를 나타낸다. 타입 2 무선 프레임은 2 개의 하프 프레임 (half frame)으로 구성되몌 각 하프 프레임은 5 개의 서브프레임과 DwPTS (Down link Pilot Time Slot), 보호구간 (GP: Guard Period), UpPTS(Uplink Pilot Time Slot)로 구성되며, 이 중 1 개의 서브 프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다. DwPTS는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. UpPTS는 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향링 크 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 보호구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다.
[52] 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.
[53] 도 3 은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드 (resource grid)를 예 시한 도면이다.
[54] 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 블톡은 주파수 영역에서 12 개의 부 반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[55] 자원 그리드 상에서 각 요소 (element)를 자원 요소 (RE: resource element)하고, 하나와 자원 블록은 12X7 개의 자원 요소를 포함한다. 하향링크 술롯에 포함되는 자원 블록들의 수 NDL은 하향링크 전송 대역폭 (bandwidth)에 종속한다. 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.
[56] 도 4는 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
[57] 도 4 를 참조하면, 서브 프레임내의 첫번째 슬롯에서 앞의 최대 3 개의 OFDM 심볼들이 제어 채널들이 할당되는 제어 영역 (control region)이고, 나머지 OFDM 심블들은 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(Physical Downlink Control Channel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 등이 있다.
[58] 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 웅답 채널이고, HARQ( Hybrid Automatic Repeat Request)에 대한
ACK (Acknow 1 edgement ) /NACK ( No t -Acknow 1 edgement ) 신호를 나론다. PDCCH 를 통 해 전송되는 제어 정보를 하향링크 제어정보 (downlink control information, DCI)라고 한다. 하향링크 제어정보는 상향링크 자원 할당 정보, 하향링크 자원 할당 정보 또는 임의의 단말 그룹에 대한 상향링크 전송 (Tx) 파워 제어 명령을 포함한다.
[59] PDCCH 는 DL-SCH( Down link Shared Channel)의 자원 할당 및 전송 포맷 (이를 하향링크 그랜트라고도 한다ᅳ), UL-SCH(Uplink Shared Channel)의 자원 할당 정보 (이를 상향링크 그랜트라고도 한다. ), PCH(Paging Channel)에서의 페 이징 (paging) 정보, DL-SCH에서의 시스템 정보, PDSCH에서 전송되는 랜덤 액세
스 응답 (random access response)과 같은 상위 레이어 (upper- 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 제어 채널 요소 (CCE: control channel elements)의 집합으로 구성된다. CCE 는 무선 채널의 상태에 따른 부호화율 (coding rate)을 PDCCH에 제공하기 위하여 사용되는 논리적 할당 단위이다. CCE 는 복수의 자원 요소 그룹 (resource element group)들에 대응된 다. PDCCH의 포맷 및 사용 가능한 PDCCH의 비트 수는 CCE들의 수와 CCE들에 의해 제공되는 부호화율 간의 연관 관계에 따라 결정된다.
[60] 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 RNTI (Radio Network Temporary Identifier)라고 한다.)가 마스킹된다. 특정의 단말을 위한 PDCCH 라면 단말의 고유한 식별자, 예를 들어 C—RNTKCell-RNTI l" CRC에 마스킹될 수 있다. 또는 페이징 메시지를 위한 PDCCH 라면 페이징 지시 식별자, 예를 들어 P- RNTI(Paging-RNTI)가 CRC 에 마스킹될 수 있다. 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 웅답인 랜덤 액세스 웅답을 지시하 기 위하여, RA-RNTI (random access-RITI)가 CRC에 마스킹될 수 있다.
[61] 도 5는 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
[62] 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 PUSClKPhysical Uplink Shared Channel)이 할당된다. 단일 반송 파 특성을 유지하기 위해 하나의 단말은 PUCCH와 PUSCH올 동시에 전송하지 않 는다. 하나의 단말에 대한 PUCCH 에는 서브 프레임 내에 RB쌍이 할당된다. RB 쌍에 속하는 RB들은 2개의 슬롯들의 각각에서 서로 다른 부 반송파를 차지한다.
이를 PUCCH 에 할당된 RB 쌍은 슬롯 경계 (slot boundary)에서 주파수 도약 (frequency hopping)된다고 한다.
[63] 다증 안테나 (MIMO: Mult i -Input Mult i -Output) 시스템
[64] 도 6 및 도 7은 다중 안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다.
[65] 도 6 에 도시된 바와 같이 송신 안테나의 수를 개로, 수신 안테나의 수를 ^ 개로 늘리면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 따라 서, 전송 레이트를 향상시키고 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 채 널 전송 용량이 증가함에 따라, 전송 레이트는 이론적으로 단일 안테나 이용시 의 최대 전송 레이트 ?0)에 레이트 증가율 ( )이 곱해진 만큼 증가할 수 있다.
[66] 【수학식 1】
R = min {NT,NR)
[67] 예를 들어, 4 개의 송신 안테나와 4 개의 수신 안테나를 이용하는 MIM0 통신 시스템에서는 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4 배의 전송 레이트를 획 득할 수 있다. 다중 안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명 된 이후 이를 실질적인 데이터 전송를 향상으로 이끌어 내기 위한 다양한 기술 들이 현재까지 활발히 연구되고 있다. 또한, 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
[68] 현재까지의 다중 안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중 안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측 면 연구, 다중 안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 전송 신뢰 도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에 서 활발히 연구가 진행되고 있다.
[69] 다증 안테나 시스템에서의 통신 방법을 수학적 모델링을 이용하여 보다 구체적으로 설명한다. 상기 시스템에는 Ντ개의 송신 안테나와 NR개의 수신 안 테나가 존재한다고 가정한다.
[70] 송신 신호를 살펴보면, ^개의 송신 안테나가 있는 경우 전송 가능한 최 대 정보는 ^개이다. 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[71] 【수학식 2】
s = ^,^,···,^ J
[72] 각각의 전송 정보 ,52,' ' ', ^는 전송 전력이 다를 수 있다. 각각의 전송 전력을 ^, ,'", ^라고 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[73] 【수학식 3】
S = [ , 2,…,씨 = p^j , 252 , · · · , ΡΝτ SNT ]「
[74] 또한, S는 전송 전력의 대각행렬 P를 이용해 다음과 같이 표현될 수 있다.
[75] 【수학식 4】
[76] 전송전력이 조정된 정보 백터 S에 가중치 행렬 W가 적용되어 실제 전 송되는 NT 개의 송신신호 1, ,''', ^가 구성되는 경우를 고려해 보자. 가 중치 행렬 W는 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분 배해 주는 역할을 한다.
백터 X를 이용하여 다음과 같ᄋ 표현될 수 있다.
[77] 【수학식 5】
X二 = Ws = WPs
[78] 여기에서, rvv는 /번째 송신 안테나와 /번째 정보간의 가중치를 의미한 다. W는 프리코딩 행렬이라고도 불린다.
[79] 수신신호는 NR 개의 수신 안테나가 있는 경우 각 안테나의 수신신호 :^,;^,'",:^ ^은 백터로 다음과 같이 표현될 수 있다.
[80] 【수학식 6】 = biJ>;2'---'¾lr
[81] 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 채널을 모델링하는 경우, 채널은 송 수신 안테나 인덱스에 따라 구분될 수 있다. 송신 안테나 j 로부터 수신 안테나 i 를 거치는 채널을 로 표시하기로 한다. 에서, 인덱스의 순서가 수신 안 테나 인덱스가 먼저 , 송신 안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.
[82] 한편, 도 7 은 ^개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시 한 도면이다. 상기 채널을 묶어서 백터 및 행렬 형태로 표시할 수 있다. 도 7 에서, 총 ^개의 송신 안테나로부터 수신 안테나 i 로 도착하는 채널은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[84] 따라서, ^개의 송신 안테나로부터 개의 수신 안테나로 도착하는 모 든 채널은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[85] 【수학식 8】
[86] 실제 채널에는 채널 행렬 Η를 거친 후에 백색잡음 ( GN: Additive White Gaussian Noise)이 더해진다. ^개의 수신 안테나 각각에 더해지는 백색 잡음 ^,^12,"',«^은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[88] 상술한 수식 모델링을 통해 수신신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[89] 【수학식 10】
[90] 한편, 채널 상태를 나타내는 채널 행렬 H의 행과 열의 수는 송수신 안 테나의 수에 의해 결정된다. 채널 행렬 H에서 행의 수는 수신 안테나의 수 NR 과 같고, 열의 수는 송신 안테나의 수 ^와 같다. 즉, 채널 행렬 H는 행렬이
7½?Xy r된다.
[91] 행렬의 탱크 (rank)는 서로 독립인 (independent) 행 또는 열의 개수 중에 서 최소 개수로 정의된다. 따라서, 행렬의 탱크는 행 또는 열의 개수 보다 클 수 없다. 채널 행렬 H의 탱크 (ra" (H))는 다음과 같이 제한된다.
[92] 【수학식 11】
rank(H)≤ min(NT, NR )
[93] 탱크의 다른 정의는 행렬을 고유치 분해 (Eigen value decomposition) 하 였을 때, 0 이 아닌 고유치들의 개수로 정의할 수 있다. 유사하게, 탱크의 또 다른 정의는 특이치 분해 (singular value decomposition) 하였을 때, 0 이 아닌 특이치들의 개수로 정의할 수 있다. 따라서, 채널 행렬에서 탱크의 물리적인 의 미는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다.
[94] 다중 사용자 -MIM0
[95] 다중 사용자 -MIM0 (MU-MIM0: Multiple Userᅳ MIM0)는 다중 안테나를 구비 한 기지국이 동시에 다수의 사용자 (단말)를 서비스하는 동작을 의미한다. 동시 에 다수의 사용자가 하나의 기지국에 의해서 서빙 받는 경우에, 하나의 단말에 대한 신호는 다른 단말에 대한 간섭으로서 작용할 수 있어서, 전체적인 시스템 성능이 저하될 수 있다. 따라서, MU-MIM0 동작에 따른 데이터 송수신이 올바르 게 수행되기 위해서는 사용자간의 간섭을 제거하는 것이 요구된다. 이를 위해서, 기지국에서 다중 사용자에게 전송될 신호에 간섭 제거 기법에 따른 신호처리를 수행할 수 있다.
[96] 기지국에서는 각각의 단말에게 전송될 정보 블록을 각각의 독립적인 코 드워드 (codeword)로 인코딩할 수 있다. 인코딩된 코드워드들은 간섭 제거 기법 에 따라서 전송될 수 있다. 예를 들어, 하나의 기지국에서 복수개의 단말에게 전송하는 코드워드에 대해서, 기지국은 간섭을 미리 제거하는 방식으로 전송할 수 있다. 하나의 단말 ( )에게 전송하는 신호를 다른 단말 (U2)에게 전송하는 신 호에서 미리 -제거 (pre-subtraction)함으로써, 단말 (U2)은 간섭이 존재하지 않는 것처럼 기지국으로부터의 신호를 수신할 수 있어서 별도의 간섭 제거 동작을 수 행하지 않을 수 있다. 이러한 간섭 제거 기법으로서, ZF-DPC (Zero Forcing - Dirty Paper Coding), ZF (Zero Forcing) 등이 적용될 수 있다.
[97] ZF-DPC 에 대하여 먼저 설명한다. 하나의 기지국에 의해서 동시에 서빙 받는 2 개의 단말 (Ι 및 U2)를 가정하면, ¾의 채널 (hi)과 U2의 채널 (h2)의 합 성 채널 Η=[^ h2] 라고 할 수 있다. 이러한 합성 채널 H 에 대해서 LQ 분해 (decomposition)을 수행하면, 다음의 수학식 12 와 같이 하삼각행렬 (lower triangular matrix) L 과 직교행렬 (orthogonal matrix) Q 로 분해될 수 있다.
[99] 상기 수학식 12 에서 범포밍 (beamforming) 백터로서 행렬 Q 의 열 (column)을 사용하여 MIM0 전송이 수행되면, 단말이 수신하는 신호에서는 하삼 각행렬 L 만 남게 된다. 만약 기지국이 각각의 단말에 대한 채널 환경을 모두 알고 있는 경우에는, 첫 번째 행 (row)의 간섭 없이 인코딩된 성분을 두 번째 행 (row)의 간섭 성분을 피해서 전송하는 방식으로 인코딩을 수행할 수 있게 된다. 여기서 , 각각의 단말에 대한 범포밍 백터 Wi (즉, l 에 대한 빔포밍 백터는 Wl 이고, U2 에 대한 빔포밍 백터는 w2)가 \ν,·=φ 라 하면, 실효 채널 (effective channel)은 다음의 수학식 13 과 같이 나타낼 수 있다. 따라서, 하나의 단말로 의 신호가 다른 단말로의 신호로부터의 간섭이 미리 제거되어 전송될 수 있으므 로, 해당 단말은 간섭을 제거하는 별도의 동작 없이 기지국으로부터의 신호를 을바르게 수신할 수 있게 된다.
[101] 다음으로, ZF 빔포밍의 경우에는 다중 사용자에 대한 합성 채널 H 에 대 해서 다음의 수학식 14 에서와 같이 의사-역변환 (pseudo-inverse)를 통해서 간 섭 제거가 이루어질 수 있다.
[102] 【수학식 14】
F = HHiH H
[103] 상기 수학식 14 에서 XH 는 행렬 X 에 대한 에르미트 (hermit) 행렬을 의 미하고, X1은 행렬 X 에 대한 역행렬을 의미한다. 상기 수학식 14 의 행렬 F 의 각각의 열 (column)이 각각의 단말에 대한 빔포밍 백터가 된다. 즉, w f; 가 된다. 이러한 경우 각각의 단말에 대한 실효채널은 다음의 수학식 15 와 같이 나타낼 수 있다.
[104] 【수학식 15】
[105] 이러한 ZF 기법을 사용하는 경우에 각각의 단말에서의 채널은 단위 (identity) 행렬의 형태가 되므로 결과적으로 간섭이 미리 제거된 신호를 수신 할 수 있게 된다.
[106] CoMP(Coordinated Multi-Point) 시스템
[107] LTE-A 시스템에서는 시스템의 성능 향상을 위하여 CoMP( Coordinated Multi -Point) 전송이 제안되었다. CoMP 는 c으 MIM0, collaborative MIMO, network MIMO 등으로도 불린다. CoMP 는 셀 경계에 위치한 단말의 성능을 향상 시키고, 평균 셀 (섹터)의 효율 (throughput)을 향상시킬 것으로 예상된다.
[108] 일반적으로, 샐 간 간섭 (Inter-Cell Interference)은 주파수 재사용 지 수가 1 인 다중-셀 환경에서 셀 경계에 위치한 단말의 성능 및 평균 셀 (섹터) 효율을 떨어뜨린다. 셀 간 간섭을 완화시키기 위해, 간섭 제한적인 (interference-limited) 환경에서 셀 경계에 위치한 단말이 적정한 성능 효율을
가지도록 LTE 시스템에서는 부분 주파수 재사용 (FFR: Fractional Frequency Reuse)과 같은 단순한 수동적인 방법이 적용되었다. 그러나, 각 샐 당 주파수 자원의 사용을 감소시키는 대신, 단말이 수신해야 하는 신호 (desired signal)로 써 셀 간 간섭을 재 사용하거나 셀 간 간섭을 완화시키는 방법이 보다 이익이 된다. 상술한 목적을 달성하기 위하여 CoMP 전송 방식이 적용될 수 있다.
[109] 하향링크에 적용될 수 있는 CoMP 방식은 JP( Joint Processing) 방식과 CS/CB(Coordinated Schedul ing/Beamforming) 방식으로 분류할 수 있다.
[110] JP 방식에서, 데이터는 CoMP 단위의 각 포인트 (기지국)에서 사용될 수 있다. CoMP단위는 CoMP방식에서 이용되는 기지국들의 집합을 의미한다. JP방 식은 다시 연합 전송 (joint transmission) 방식과 동적 셀 선택 (dynamic cell selection) 방식으로 분류할 수 있다.
[111] 연합 전송 (joint transmission) 방식은 CoMP 단위에서 전체 또는 일부분 인 복수의 포인트로부터 PDSCH 를 통해 신호가 동시에 전송되는 방식을 의미한 다. 즉, 단일의 단말에 전송되는 데이터는 복수의 전송 포인트로부터 동시에 전 송될 수 있다. 이와 같은 연합 전송 방식을 통해 가간섭적 (coherently) 내지 비 간섭적 (non-coherent ly)이든 무관하게 단말에 전송되는 신호의 품질을 높일 수 있으며, 또 다른 단말과의 간섭을 적극적으로 제거할 수 있다.
[112] 동적 샐 선택 (dynamic cell selection) 방식은 CoMP 단위에서 단일의 포 인트로부터 PDSCH 를 통해 신호가 전송되는 방식을 의미한다. 즉, 특정 시간에 단일의 단말에 전송되는 데이터는 단일의 포인트로부터 전송되고, CoMP단위 내 다른 포인트에서는 상기 단말로 데이터를 전송하지 않는다. 단말로 데이터를 전 송하는 포인트는 동적으로 선택될 수 있다.
[113] CS/CB 방식에 따르면, CoMP 단위는 단일의 단말로의 데이터 전송을 위하 여 협력하여 범포밍을 수행하게 된다. 즉, 서빙 셀에서만 단말로 데이터를 전송 하지만, 사용자 스케줄링 /범포밍은 CoMP단위 내의 복수의 셀 간의 협력을 통해 결정될 수 있다.
[114] 상향링크의 경우, CoMP 수신은 지리적으로 분리된 복수의 포인트 간의 협력에 의하여 전송된 신호를 수신하는 것을 의미한다. 상향링크에 적용될 수 있는 CoMP 방식은 JR Joint Reception) 방식과 CS/CB(Coordinated Schedul ing/Beamforming) 방식으로 분류할 수 있다.
[115] JR 방식은 CoMP 단위에서 전체 또는 일부분인 복수의 포인트가 PDSCH 를 통해 전송된 신호를 수신하는 방식을 의미한다. CS/CB 방식은 단일의 포인트에 서만 PDSCH 를 통해 전송된 신호를 수신하게 되나, 사용자 스케줄링 /범포밍은 CoMP 단위 내의 복수의 셀 간의 협력을 통해 결정될 수 있다.
[116] 블라인드 협력적 범포밍 (blind coordinated BF)
[117] 도 8은 두 사용자 간에 MIM0 간섭 채널을 예시하는 도면이다.
[118] 도 8 을 참조하면, 각 송신기 (TX, 예를 들어, 기지국)는 서로 수신해야 하는 수신기 (desired RX, 예를 들어, 단말)에게만 데이터를 전송하나, 각 RX 는 다른 TX로부터 간섭을 받을 수 있다. 도 8의 경우 TX 1은 RX 1에게만 데이터 를 전송하고 TX 2는 RX 2에게만 데이터를 전송하나, TX 1과 TX 2에서 서로 동 일한 시간 /주파수 자원을 사용하여 데이터를 전송하게 되면 RX 1은 TX 2로부터 간섭을 받게 되며 X 2는 TX 1로부터 간섭을 받을 수 있다.
[119] 이와 같이 인접한 TX 로부터의 간섭을 제어하기 위하여 다음과 같은 두 가지 상황을 고려할 수 있다.
[120] 먼저, 두 개의 TX는 각각 4개의 송신 안테나를 가지고 있다고 가정하고, 2개의 RX는 2개의 수신 안테나를 가지고 있다고 가정하면, 양 TX가 송신하는 스트림 수가 2이상일 경우에는 CBF나 JT를 해야 간섭을 제거할 수 있으나, 기 지국 사이에 백홀 (예를 들어, X2 인터페이스)의 용량이 제한되어 송신 데이터를 공유할 수 없는 상황에서는 CBF 를 수행해야 한다. 이때, RX 1 은 TX 2 에게 간 섭이 적은 PMI를 보고하고 RX 2 역시 TX 1에게 간섭이 적은 PMI를 보고함으로 써, 간섭이 줄어든 협력적 빔포밍을 수행할 수 있다. 다만, 이 경우에도 채널 추정 오류나 양자화 오류 등으로 인하여 여전히 인접 셀로부터의 간섭이 클 경 우에는 다른 추가적인 간섭 제어 기법이 필요하다.
[121] 다음으로, TX 1, 2는 4개의 송신 안테나를 가지고 있고 RX 1, 2역시 4 개의 수신 안테나를 가지고 있는 경우 PMI 피드백 없이 수신 ZF 만으로 간섭을 제거 할 수 있다. 하지만 이 경우에 RX 에서의 채널 상태 정보 (CSIR)이 완벽하 지 않은 경우 잔여 간섭이 남을 수 있다.
[122] 본 발명에서는 위와 같은 두 가지 상황에서 적용할 수 있는 새로운 방식 의 간섭 제어 기법을 제안한다. 즉, 본 발명에서는 수신 안테나 스위칭을 이용 하여 수신해야 하는 링크 (desired link)의 다중화 이득 (multiplexing gain)을
크게 떨어뜨리지 않으면서, 간섭 TX를 향한 채널 정보 피드백 및 간섭 채널 추 정이 필요 없는 블라인드 셀 간 (Mind intercell) 간섭 제어 기법을 제안한다.
[123] 이하, 설명의 편의를 위해 본 발명에서 RX (예를 들어, 단말)는 재설정 가능 안테나 (reconfigurable antenna)를 가지고 있다고 가정한다.
[124] 도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 블라인드 협력 범포밍을 지원하기 위한 단말의 재설정 가능 안테나 (reconfigurable antenna)를 설명하기 위한 도 면이다.
[125] 도 9 를 참조하면, 단말에 2 개의 보조 안테나가 있으나, RF 체인 (RF chain)은 여전히 2 개인 경우를 예시하고 있다. 이 경우, 각 RF 체인은 원하는 안테나 (예를 들어, 주 안테나 혹은 보조 안테나)에 원하는 시점으로 스위칭이 가능하다. 이러한 안테나를 재설정 가능 안테나 (reconfigurable antenna)라고 지칭한다. 이러한 재설정 가능 안테나는 도 9 와 같이 실제 RF 체인의 개수와 물리적 안테나의 개수가 다른 방식으로 구현이 가능하지만 안테나 자체가 전기 적 신호로 빔을 형성 (예를 들어, 안테나 자체의 분극 (polarization)을 변경하거 나 안테나의 패턴을 변경)할 수 있는 방식으로도 구현이 가능하다. 안테나 자체 가 전기적 신호로 범올 형성하는 경우에는 RF 체인의 개수와 안테나의 개수가 같을 수 있다. 혹은, M 개의 물리적 안테나와 M 개의 RF 체인에서 빔 패턴을 변 화시킴으로써 재설정 가능 안테나의 구현이 가능하다. 다만, 이 경우에는 TX에 서 탱크 M 이하의 스트림을 전송하는 경우에만 적용이 가능하다. 따라서, 예를 들어, TX가 4개의 안테나를 가지고 있고, RX가 2개의 안테나와 2개의 RF 체 인을 가지고 있는 경우에는 TX 는 탱크 2 이하의 스트림만 전송하는 경우 본 발 명이 적용될 수 있다.
[126] 이러한 재설정 가능 안테나는 MEMSCmicro electromechanical switches), NEMS(nano electromechanical switches) 등을 통하여 고속 스위칭 (high speed switching) 기능을 가질 수 있도록 구현될 수 있다. 또한, 재설정 가능 안테나 는 단말 주변에서 신호가산란 (scattering)되는 상황, 재설정 가능 안테나의 성 능에 따라 각 재설정 가능 안테나는 M 개의 모드를 가질 수 있다. 이때, 모드는 재설정 가능한 성질에 따라 채널 특성이 크게 변하는 경우를 의미한다. 따라서, RX는 재설정 가능 안테나를 이용하여 특정 시간 단위로 채널 상태를 변경할 수 있으며, 이에 따라 특정 시점에 RX 가 수신하길 원하는 빔 패턴을 수신할 수 있
다. 또한, 단말에 따라 유의미한 (성능 변화에 의미가 있는) 모드 수는 가변 할 수 있다.
[127] 도 9 의 예시와 같이 안테나는 4 개가 있고 RF 체인은 2 개만 가지고 있 으며, 각 RF 체인이 2 개의 서로 다른 안테나로 연결 (connected)될 수 있는 이 러한 안테나를 2 개의 프리셋 모드 (preset mode)를 가진 재설정 가능 안테나라 고 부를 수 있다. 이러한 재설정 가능 안테나를 활용하여 채널 상태를 바꿀 수 있다. 이하, 본 발명에서는 채널의 상태가 재설정 가능 안테나의 모드 스위칭에 의해서만 변한다고 가정한다. 따라서 채널이 정적 (static)인 단말들에 본 발명 의 적용 대상이 될 수 있다.
[128] 기존의 수신 안테나 스위칭에 대한 연구에서는 점대점 MIM0(point-to- point MIM0) 채널에서 채널의 이득을 최대화 하기 위해 안테나를 스위칭하였다. 이러한 안테나 스위칭을 자가 (selfish) 모드 스위칭이라고 부른다. 본 발명은 각 RX 가 자가적으로 모드 스위칭을 수행하는 것이 아니라 각 RX 별로 미리 정 해진 패턴으로 안테나를 스위칭하며, RX의 스위칭 패턴에 맞게 TX는 송신 심볼 을 전송한다.
[129] 앞서 도 9 의 예시와 같이 TX의 송신 안테나 수가 4 개이고 각 RX가 2 개의 프리셋 모드를 가지는 2 개의 재설정 가능 안테나를 가지고 있다고 가정하 면 RX 1과 RX 2는 각각 아래 표 1과 같은 스위칭 패턴을 가질 수 있다.
[130] 【표 1】
[131] 여기서 (")은 n 번째 시간에서 i 번째 RX의 안테나 스위칭 모드를 나 타낸다. 표 1 과 같이 안테나가 스위칭될 경우 채널이 변한다고 가정하면 스위 칭 될 때의 채널 상태를 아래 도 10 과 같이 도시할 수 있다. 표 1 에서 나타낸 각 RX별 압테나 스위칭 패턴은 하나의 예시일 뿐이며 이와 상이한 패턴을 가질 수 있음은 물론이다.
[132] 도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단의 안테나 스위칭 패턴으로 인하여 변하는 채널 상태를 예시하는 도면이다.
[133] 도 10을 참조하면, RX 1은 첫 번째와 두 번째 단위 시간 (예를 들어, 심 볼)에서 스위칭 모드가 1 로 동일하므로 채널 상태가 동일하나, 세 번째 단위 시간에서 스위칭 모드가 2 로 변하면서 채널 상태도 변경된다. 그리고, RX 2 는 첫 번째 단위 시간에서는 스위칭 모드가 1 이나, 두 번째 단위 시간에서는 스위 칭 모드가 2 로 변하면서 채널 상태로 변경되고, 서] 번째 단위 시간에서는 스위 칭 모드가 다시 1 로 변하면서 첫 번째 단위 시간과 동일한 채널 상태로 다시 변경된다.
[134] 표 1 과 같은 안테나 스위칭 패턴에서 TX 는 아래 표 2 와 같이 송신 심 볼을 전송할 수 있다.
[135] 【표 2】
[136] 여기서 A '는 i 번째 TX의 4x1 크기의 송신 심볼 백터를 나타낸다. 즉, 각 TX는 4개의 스트림을 각 RX에 전송 (즉, 탱크 4)하게 된다. 표 2에서 나타 낸 각 TX 별 송신 심볼 패턴은 하나의 예시일 뿐이며 이와 상이한 심볼 패턴을 가질 수 있음은 물론이다.
[137] RX 1의 3 단위 시간 (즉, 심볼) 동안의 수신신호는 아래 수학식 16과 같 다.
[139] 이때, RX 1 의 첫 번째 단위 시간과 두 번째 단위 시간의 채널 상태가 동일하므로 (즉, 스위칭 모드가 1 로 동일하므로), RX 1 은 첫 번째 단위 시간의 수신 신호 Υ^1)에서 두 번째 단위 시간의 수신 신호 Υι(2)를 빼면 ΤΧ 2 로부터
의 간섭 신호를 제거할 수 있다. 또한, 이와 마찬가지로 RX 2 에서는 첫 번째 단위 시간과 세 번째 단위 시간의 채널 상태가 동일하므로 (즉, 스위칭 모드가 1 로 동일하므로) RX 2 는 첫 번째 단위 시간의 수신 신호에서 세 번째 단위 시간 의 수신 신호를 빼면 TX1으로부터의 간섭 신호를 제거할 수 있다.
[140] 따라서, 이와 같은 방법을 적용하는 경우 i 번째 사용자의 실질적인 (effective) 수신 신호는 아래 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.
[142] 수학식 17 은 앞서 설명한 RX 1 의 수신 신호를 예시한다. 위 수신 신호 는 4X4 ΜΙΜ0채널과 등가로 모델링 할 수 있다. 즉, RX 1은 안테나 스위칭으로 서로 다른 채널을 겪은 Χι을 수신 하였기 때문에 최대 4 개까지의 스트림을 수 신 할 수 있다. 시간으로 평균하면, 각 ΤΧ는 3 심볼 동안 4개의 스트림을 전송 할 수 있기 때문에 각 TX-RX 쌍 (pair)당 최대 다중화 이득 (multiplexing gain) 은 4/3과 같다. 이와 같이 RX에서 간섭을 제거하는 과정에서 간섭 TX로부터의 채널 추정이나 채널 정보 피드백올 전혀 필요로 하지 않는다.
[143] 이때, 송신 신호는 X'=F'S '와 같이 프리코딩을 적용할 수 있다. 여기서
F '는 i번째 TX의 Mxdi 프리코딩 행렬을 나타내며, ^는 i 번째 TX의 diXl 송 신 심볼 백터를 나타낸다. 이때 F '는 MIM0 채널에 대한 정보 (특히, 서브밴드 (subband) PMI)가 TX 에서 없기 때문에 단순 랜덤 유니터리 (unitary) 행렬 일 수 있고, 채널의 공간 상관 행렬 (spatial correlation matrix)를 이용한 행렬일 수 있다. 흑은 긴 주기 (long term) (또는 광대역 (wideband)) PMI 혹은 서브밴드 PMI 가 피드백 될 경우에는 해당 PMI 를 이용한 프리코더일 수 있다. 상술한 방 법을 기반으로 송수신 안테나 개수 (Μ,Ν)으로 일반화하는 경우 다음과 같다.
[144] - 수신기는 Ν개의 RF 체인을 가지고 있고 Ν개의 안테나는 재설정 가능 (reconfigurable)해야 한다. 재설정 가능 모드 (Reconf igiirable mode)의 수는 m 으로 표시하며 2이상이어야 한다. 앞서 제안한 방식의 경우 m이 2와 같다.
[145] - 수신기는 안테나 모드를 스위칭하는 동안 채널이 변하지 않아야 한다.
[146] - 수신기의 안테나 모드를 스위칭하는 것과 송신 심볼 패턴은 1:1 관계 이다.
[147] - i 번째 사용자의 수신신호는 등가적으로 MX2N MIM0 채널이며 이때 전송하는 Si의 크기는 min(Mᅳ 2N)이하여야 한다.
[148] - 프리코딩을 적용할 수 있다.
[149] 이하, 안테나 모드 스위칭 주기에 관하여 살펴본다. RX 에서 안테나 모 드가 스위칭 될 때 채널을 알 수 있어야 하기 때문에 채널 추정을 위한 참조 신 호 (RS) 주기를 고려하여 안테나 스위칭이 일어나야 한다. 예를 들어 CRS 의 경 우 1 서브프레임에서 4 개의 안테나 포트에 대한 참조 신호가 전송되고, DMRS(Demodulation Reference Signal)의 경우 8 개의 안테나 포트에 대한 참조 신호가 전송될 수 있다.
[150] 이하, CRS 를 사용하는 경우와 DMRS 를 사용하는 경우를 구분하여 설명 한다.
[151] 1) CRS를 사용하는 경우
[152] 최대 전송 심볼 수는 (수신 RF 체인 수 X각 안테나의 재설정 가능한 모 드의 수)와 같다. 예를 들어 단말이 2 개의 RF 체인을 가지고 있고 2 안테나 별 로 2개의 재설정 가능한모드를 가질 때 , 4 안테나 포트에 대한 CRS를 모두 사 용할 수 있다. 다른 예로 단말이 1개의 RF 체인을 가지고 있고 안테나의 2개의 재설정 가능한 모드를 가질 경우 2 안테나 포트에 대한 CRS 를 사용할 수 있으 나, 경우에 따라서 4 안테나 포트 CRS를 모두 사용할 수 있다. 이하, CRS를 사 용하는 경우에 참조 신호 매핑 방법에 따라 다음과 같이 두 가지 방안으로 구분 하여 설명한다.
[153] 먼저, 슬롯 혹은 서브프레임 단위로 참조 신호를 매핑할 수 있다. 이에 대하여 도 11을 참조하여 설명한다.
[154] 도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 참조 신호 매핑 패턴을 예시하는 도면이다. 도 11 에서는 기지국이 4 개의 송신 안테나를 가지고 단말이 2 개의 수신 안테나를 가지는 경우를 가정한다.
[155] 기지국이 4 개의 송신 안테나를 가지고 단말이 2 개의 수신 안테나를 가 지는 경우에 , 기지국은 랭크 4 로 전송을 하고 단말은 2 개의 수신 안테나를 두 번 스위칭하면서 데이터를 수신하여 복조하게 된다. 이때 스위칭 과정에서의 채
널을 모두 추정 해야 하므로 도 11 과 같이 슬롯 단위 흑은 서브프레임 단위로 수신 안테나 스위칭이 일어날 수 있다.
[156] 다만, 슬롯 단위로 수신 안테나 스위칭이 일어날 경우 앞서 설명한 방법 이 3 개의 단위 시간 (즉, 3 개의 슬롯)을 필요로 하나 하나의 무선 프레임이 3 으로 나누어 떨어지지 않는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 서브프레임 단위로 스위칭 하는 경우에도 마찬가지 현상이 일어난다. 따라서 3 으로 나누어 떨어지 지 않는 영역은 다른 용도로 사용하거나 기존의 MIM0기법으로 전송할 수 있다.
[157] 한편, 슬롯 단위 흑은 서브프레임 단위로 참조 신호를 매핑하는 경우에 발생되는 단점인 홀수개의 서브프레임 (혹은 슬롯)을 피하기 서브프레임 (혹은 슬 롯) 단위가 아니라, OFDM 심볼 단위로 위하여 참조 신호를 매핑할 수 있다. 이 에 대하여 아래 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다.
[158] 도 12 및 도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 참조 신호 매핑 패턴을 예시하는 도면이다. 도 12 는 TX 1 에서 전송하는 심불을 예시하고 있으며, 도 13 은 TX 2 에서 전송하는 심볼을 예시하고 있다. 또한, 도 12 및 도 13 에서는 기지국이 4 개의 송신 안테나를 가지고 단말이 2 개의 수신 안테나를 가지는 경 우를 가정하며, 4 안테나 포트에서는 2 개의 서브프레임 단위로 블라인드 협력 적 범포밍 (blind coordinated BF)을 적용하는 것을 제안한다.
[159] 도 12 를 참조하면, 물리 자원 블록 쌍 (PRB pair)이 서브프레임 간에 연 접하는 경우 2 개의 물리 자원 블록 쌍에서 가용 자원 요소의 개수가 N 개라고 했을 때, 이를 최대한 균등하게 OFDM 심볼 단위로 3 등분한다. 즉, 먼저 하나의 자원 블톡 (RB) 쌍 이내에서 참조 신호, PDCCH 를 제외한 가용 자원 요소 (RE)를 주파수 방향으로 넘버링하고, 균등하게 OFDM 심볼 단위로 3 등분한다. 도 12 의 예시에서는 3 심볼 PDCCH 라 가정하고 DMRS, CSI-RS 가 없다고 가정하였을 경우 하나의 물리 자원 블록 쌍 당 115개의 자원 요소가 사용 가능하다. 이를 2개의 서브프레임을 묶어서 앞서 제안된 블라인드 기법을 사용할 경우 자원 요소를 3 등분을 해야 한다. 이때 수신기에서는 0FOM 심볼 단위로 안테나 모드 스위칭을 수행하게 되므로 OFDM 심볼단위로 자원 요소의 수가 최대한 균등하게 3 등분이 되도록 한다. 따라서 총 230 개의 자원 요소를 0FDM 심불 단위로 나눌 경우 도 12 에서 점선으로 표시한 부분의 경계에서 수신기의 안테나 모드 스위칭이 일어 난다고 가정하였을 경우, 세 영역은 각각 71 개, 74, 61 개의 자원 요소를 가지
게 된다. 이때, 한 영역에 매핑되는 코드워드는 세 영역의 가장 작은 자원 요소 의 수를 기준으로 매핑되어야 한다. 따라서 하나의 영역에 매핑되는 코드워드는
61 개의 자원 요소만 사용하여 매핑된다. 나머지영역은 사용하지 않거나 다론 정보를 전송하는 용도로 사용될 수 있다. 이렇게 세 영역 중 가장 작은 자원 요 소를 기준으로 코드워드를 매핑하는 이유는 각 영역에 전송되는 심볼은 반복되 어야 하고, 이처럼 각 영역에 전송되는 심볼이 반복되어야 단순한 빼기 (minus) 연산으로 간섭을 정확히 제거할 수 있기 때문이다. RX 는 각 영역에서 존재하는 참조 신호를 이용하여 스위칭 된 채널을 추정하고 추정된 채널을 디코딩에 사용 한다. 이처럼 OFDM 심볼 단위로 참조 신호를 매큉하는 방안은 앞서 슬롯 혹은 서브프레임 단위로 참조 신호를 매핑하는 방안과는 달리 2 개의 서브프레임이 하나의 블라인드 코드워드 (blind cordword)로 고려될 수 있기 때문에 홀수개의 서브프레임이나 슬롯이 남는 경우가 발생하지 않는다. 또한, 2 개의 서브프레임 기준으로 스케줄링 될 경우 두 번째 물리 자원 블록 쌍에서 PDCCH (EPDCCH)는 생략될 수 있다. 따라서, 두 개의 서브프레임 중에서 제어 채널은 한번만 전송 되기 때문에 PDCCH/EPDCCH 를 2 서브프레임마다 한번씩 전송함으로써 , 가용한 자원 요소의 수를 늘릴 수 있다. 이때 두 번째 서브프레임에서 전송되지 않는 PDCCH 는 첫 번째 서브프레임에서 전송된 PDCCH 의 정보 (예를 들어, 자원 할당 (Resource Allocation), MCS 등)를 따른다고 기지국과 단말 간에 미리 정해진 규칙을 정할 수 있다.
[160] 2) DMRS를 사용하는 경우
[161] DMRS 는 최대 8 안테나 포트까지 설정이 가능하다. 따라서 1 개의 물리 자원 블록 쌍 내에서 실제 안테나 포트 수는 4 개이지만 8 개의 DMRS 안테나 포 트를 설정하여 블라인드 협력적 범포밍 (blind coordinated BF)을 적용할 수 있 다. 예를 들어 , D服 S 안테나 포트 7,8,9,10 을 X 재설정 가능한 안테나 모드 1 의 채널 추정용도로 사용하고, 안테나 포트 11, 12, 13, 14 는 RX 재설정 가능한 안테나 모드 2의 채널 추정 용도로 사용할 수 있다. 이렇게 안테나 포트를 8개 를 설정하고 실제 4 안테나 포트의 안테나가 존재할 경우 DMRS 안테나 포트 7,8,9,10에 사용하는 프리코더는 DMRS 안테나 포트 11, 12 ,13,14에 사용하는 프 리코더와 같아야 한다. 또한 HIRS 안테나 포트에 매핑되는 실제 물리 안테나도 7,8,9, 10과 11, 12, 13, 14는 서로 같아야 한다. 한 물리 자원 블록 쌍 내에서 수
신 안테나 모드 스위칭을 할 경우 스위칭 경계는 앞서 OFDM 단위로 CRS를 매핑 하는 방안에서 설명한 방식 (도 12 및 도 13 참조)과 유사하다. 수신기에서는 OFDM 심볼 단위로 안테나 모드 스위칭이 일어나게 되므로 OFDM 심볼단위로 자원 요소수가 최대한 균등하게 3 등분이 되도록 한다. 이때, 상술한 바와 같이 한 영역에 매핑되는 코드워드는 세 영역의 가장 작은 자원 요소 수를 기준으로 매 핑되어야 한다. 따라서 가장 작은 자원 요소를 제외한 나머지영역은 사용하지 않거나 다른 정보를 전송하는 용도로 사용될 수 있다. 이렇게 세 영역중 가장 작은 자원 요소를 기준으로 코드워드를 매핑하는 이유는 각 영역에 전송되는 심 볼은 반복되어야 하고, 반복되어야 단순한 빼기 (minus) 연산으로 간섭올 정확히 제거할 수 있기 때문이다. 이러한 경우 한 서브프레임단위로 스케줄링이 이루어 질 수 있기 때문에 스케줄링이 기존과 크게 달라지지 않는다.
[162] 이처럼, DMRS를 사용하는 경우에도 4안테나 포트만 설정할 경우 CRS의 경우와 같이 2 서브프레임단위로 블라인드 협력적 빔포밍 (blind coordinated BF) 을 적용할 수 있다.
[163] 한편, 2 개의 송신 안테나를 사용하는 경우에도 앞서 DMRS 를 사용하는 경우와 유사하게 가상으로 4 안테나 포트를 설정하고 2 안테나 포트를 수신기의 다른 안테나 모드에 대한 채널 추정 용도로 설정할 수 있다. 코드워드 매핑 방 법은 위와 동일하게 OFDM심볼 단위로 최대한 균등하게 3등분하여 사용할 수 있 다.
[164] 이와 같이 본 발명에 따르면, 기지국간의 협력적 빔포밍을 수행하지만 단말은 인접 셀로부터의 채널을 전혀 추정할 필요가 없다. 따라서 기지국 간에 는 백홀을 통해 인접 기지국의 참조 신호 정보를 공유하지 않아도 된다. 단지 기지국간에 송신 심볼 패턴이 공유되어야 하고, 이 패턴이 단말에게 지시되어야 한다.
[165] 따라서, 본 발명을 일반적인 샐를러 환경에서 적용하기 위해서는 기지국 은 특정 단말에게 전송 심볼 패턴을 알려주어야 한다. 본 발명에서는 다음 두 가지 방식을 제안한다.
[166] 먼저, 블라인드 협력적 범포밍 (blind coordinated BF)에 참여하는 기지 국은 서로 다른 코드 패턴 (code pat tern) (즉 전송 심볼 패턴)을 사용하여야 하 며, 이 코드 패턴은 셀 식별자 (cell ID)에 의해 암묵적 (implicit)으로 결정될
수 있다. 이 경우 서로 같은 코드 패턴을 사용하지 않도록 셀 식별자가 할당되 어 있어야 한다. 일례로 셀 식별자를 모듈러 (modulo) 2 연산을 하여 나은 값에 서 나머지가 1 인 경우 코드 패턴 1 (XI, XI, 널 (null))을 사용하고, 나머지가 0 인 경우 코드 패턴 2 (X2, 널 (null), X2)를 사용할 수 있다. 다만, 이 방식은 기지국 사이에서 특정 셀 식별자는 서로 블라인드 협력적 빔포밍을 적용할 수 없다는 단점이 있을 수 있다. 단말은 자신의 셀 식별자를 통하여 블라인드 협력 적 범포밍이 지시되었을 경우, 안테나 스위칭 패턴도 코드 패턴을 통하여 결정 할 수 있다. 이때 기지국으로부터 스케줄링 된 단말에게 다음과 같은 사항이 지 시되어야 한다. 블라인드 협력적 빔포밍 실시 여부, 블라인드 협력적 빔포밍이 스케줄링 되는 시간 단위 (예를 들어, 1 서브프레임 단위, 2 서브프레임 단위 또는 1 슬롯 단위 등), 설정되는 안테나 포트 정보를 단말에 알려줄 수 있다. 이때, 블라인드 협력적 범포밍이 스케줄링 되는 서브프레임 (혹은 슬롯) 단위는 블라인드 협력적 빔포밍을 수행하는 두 기지국이 일치되어야 한다. 또한 가상 으로 실제 전송 안테나보다 2 배의 안테나 포트가 설정될 경우 해당 여부를 단 말에게 지시하여야 한다. 이러한 정보는 물리계층 신호, 혹은 상위계층 신호로 단말에게 지시될 수 있다. 일례로 PDCCH/EPDCCH의 TPC(Transmit Power Control) 필드나, 다른 유휴 필드를 사용하여 단말에게 지시될 수 있다.
[167] 또한, 기지국 사이에서 사용할 코드 패턴을 결정하고 이를 백홀로 공유 한 뒤, 코드 패턴 정보를 단말에게 지시할 수 있다. 이때 코드 패턴 정보는 긴 주기 (long term)로 단말에 지시되어도 무방하므로 RRC 시그널링을 통해 단말에 게 지시될 수도 있다. 이 방식은 앞서 설명한 암묵적 결정 방식과 달리 어떤 조 합의 기지국에서도 블라인드 협력적 범포밍을 적용할 수 있다는 장점이 있다.
[168] 본 발명이 하향링크시스템에만 제한되는 것은 아니다. 상향링크의 경우 기지국은 단말보다 많은 안테나를 가지고 있고, 기지국의 빔패턴을 변경 시켜 서 재설정 가능한 안테나의 효과를 줄 수 있다. 기존의 상향링크 CoMP 에서 JR (Joint reception)기법을 사용할 경우, 인접 셀 사용자의 UE ID 를 백홀 로 공유하고 또한 인접 셀 사용자의 참조 신호를 이용하여 채널 추정 후 디코딩 까지 수행해야 할 필요가 있다. 그러나, 블라인드 협력 빔포밍 기법을 사용할 경우, 위 인접 셀 사용자의 UE ID 공유 및 채널 추정 과정이 필요 없게 되는
장점이 있다. 상향링크로 각 셀의 사용자는 블라인드 코드워드를 전송하게 되 고 기지국은 코드워드에 맞게 범의 패턴을 변경하여 간섭올 제거하게 된다.
[169] 한편, 본 발명은 2 셀에 한정되지 않으며 그 이상의 셀이 함께 블라인드 협력적 빔포밍을 지원할 수 있다. 이하, 3 셀이 블라.인드 협력적 범포밍을 지원 하는 경우에 대하여 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.
[170] 도 14 및 도 15 의 경우 3 셀이 블라인드 협력적 빔포밍을 지원하는 경 우, 각 수신단 별 ᅳ안테나 모드 스위칭 패턴과 각 송신단 별 송신 심볼 형태를 예시하는 도면이다.
[171] 도 14 에서는 3 샐에서 송신 안테나 수 (M)가 수신 안테나 수 (N)의 2 배 (M=4N)이고 (예를 들어, M=8, N=4 또는 M=4, N=2 또는 M=2, N=l 등), 각 RX는 N 개의 재설정 가능 안테나를 가지고 있으며, 각 안테나 별 프리셋 모드 수는 2 개인 경우를 가정한다. 반면, 도 15 에서는 3 셀에서 송신 안테나 수 (M)가 수신 안테나 수 (N)의 4 배 (M=4N)이고 (예를 들어, M=8, N=2 또는 M=4, N=l 등), 각 RX 는 N 개의 재설정 가능 안테나를 가지고 있으며, 각 안테나 별 프리셋 모드 수 는 4개인 경우를 가정한다.
[172] 도 14 및 도 15 를 참조하면, 스위칭 패턴에서 숫자는 안테나의 모드를 의미한다. 여기서 각 사용자의 송신 심볼 Xi는 Μχΐ 크기의 송신 심볼 백터이 다. 송신 심볼 백터에서 데이터 심볼의 수가 수신 안테나 수보다 많을 경우 안 테나 스위칭을 통하여 수신해야 하는 신호 (desired signal)를 반복하여 수신하 면 RX가 디코딩할 수 있다. 이때, 간섭이 존재 할 수 있는데 제안하는 심볼 패 턴을 전송할 경우 간단히 빼기 (minus) 연산으로 간섭신호를 제거할 수 있다. 이 때, 역시 2 셀의 경우와 마찬가지로 간섭 TX 로부터의 채널 추정이나 채널 정보 피드백을 전혀 필요로 하지 않는다.
[173] 본 발명이 적용될 수 있는 장치 일반
[174] 도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
[175] 도 16 을 참조하면, 무선 통신 시스템은 기지국 (160)과 기지국 (160) 영 역 내에 위치한 다수의 단말 (170)을 포함한다.
[176] 기지국 (160)은 프로세서 (processor, 161), 메모리 (memory, 162) 및 RF 부 (radio frequency unit, 163)을 포함한다. 프로세서 (161)는 제안된 기능, 과 정 및 /또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서 (161)에 의해 구현될 수 있다. 메모리 (162)는 프로세서 (161)와 연결되어, 프로 세서 (161)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF 부 (163)는 프로세서 (161)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및 /또는 수신한다.
[177] 단말 (170)은 프로세서 (171), 메모리 (172) 및 RF 부 (173)을 포함한다. 프 로세서 (171)는 제안된 기능, 과정 및 /또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서 (171)에 의해 구현될 수 있다. 메모리 (172)는 프 로세서 (171)와 연결되어, 프로세서 (171)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한 다. RF 부 (173)는 프로세서 (171)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및 /또는 수신한 다.
[178] 메모리 (162, 172)는 프로세서 (161, 171) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서 (161, 171)와 연결될 수 있다. 또한, 기지 국 (160) 및 /또는 단말 (170)은 한 개의 안테나 (single antenna) 또는 다중 안테 나 (multiple antenna)를 가질 수 있다. 특히ᅳ 본 발명에 있어서 단말 (170)은 앞 서 도 9에서 설명한 재설정 가능한 (reconfigurable) 안테나를 가진다.
[179] 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 있다. 또한, 일부 구성요소들 및 /또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실 시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구 성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 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.
[180] 본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어 (fir画 are), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨 어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의
ASICsCappl icat ion specific integrated circuits) , DSPs(digital signal processors) , DSPDs(digital signal processing devices) , PLDs ( r ogr ammab 1 e logic devices) , FPGAs( field programmable gate arrays) , 프로세서, 콘트를러, 마이크로 콘트를러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
[181] 펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상 에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모들, 절차, 함수 등의 형태로 구현 될 수 있다. 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 있다.
[182] 본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정 한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 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】
[183] 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 1】
무선 접속 시스템에서 기지국 간 협력적 범포밍 (coordinated beamforming)을 지원하기 위한 방법에 있어서,
단말이 상기 협력적 빔포밍이 스케줄링되는 시간 단위 정보를 기지국으 로부터 수신하는 단계 ;
상기 단말이 상기 기지국으로부터 상기 협력적 범포밍이 스케줄링되는 시간 단위 별로 소정의 전송 패턴을 가지는 하향링크 신호를 수신하는 단계; 상기 단말이 상기 기지국으로부터 전송되는 참조 신호 (Reference Signal)를 이용하여 상기 하향링크 신호를 복조하는 단계; 및
상기 단말이 상기 수신된 하향링크 신호 중 서로 다른 안테나 모드에서 수신된 동일한 하향링크 신호를 이용하여 인접 기지국으로부터 전송되는 간섭 신호를 제거하는 단계를 포함하고,
상기 단말의 안테나 모드는 상기 협력적 빔포밍이 스케즐링되는 시간 단위 별로 소정의 패턴으로 스위칭되는, 협력적 범포밍 방법.
【청구항 2]
제 1항에 있어서,
상기 협력적 빔포밍이 스케줄링되는 시간 단위는 서브프레임, 슬롯 및 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼 중 어느 하나인, 협력 적 빔포밍 방법.
【청구항 3】
제 1항에 있어서,
상기 하향링크 신호의 전송 패턴은 인접하는 기지국 간에 서로 다른 패 턴으로 구성되는, 협력적 빔포밍 방법.
【청구항 4】
제 1항에 있어서,
상기 전송 패턴은 셀 IlXcell ID)로 결정되는, 협력적 빔포밍 방법. ί청구항 5】
제 1항에 있어서,
상기 전송 패턴에 대한 정보를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계를 더 포함하는, 협력적 빔포밍 방법.
【청구항 6]
제 1항에 있어서,
상기 참조 신호는 공통 참조 신호 (Common Reference Signal) 또는 복조 참조 신호 (Demodulation Reference Signal)인, 협력적 범포밍 방법.
【청구항 7】
무선 접속 시스템에서 기지국 간 협력적 범포밍 (coordinated beamforming)을 지원하기 위한 단말에 있어서,
무선 신호를 송수신하기 위한 R Radio Frequency) 유닛; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는 상기 협력적 범포밍이 스케줄링되는 시간 단위 정보를 기지국으로부터 수신하고, 상기 기지국으로부터 상기 협력적 범포밍이 스케줄링 되는 시간 단위 별로 소정의 전송 패턴을 가지는 하향링크 신호를 수신하고, 상 기 기지국으로부터 전송되는 참조 신호 (Reference Signal)를 이용하여 상기 하 향링크 신호를 복조하고, 상기 수신된 하향링크 신호 중 상기 RF 유닛의 서로 다른 안테나 모드에서 수신된 동일한 하향링크 신호를 이용하여 인접 기지국으 로부터 전송되는 간섭 신호를 제거하도록 설정되고,
상기 RF 유닛의 안테나 모드는 상기 협력적 빔포밍이 스케줄링되는 시 간 단위 별로 소정의 패턴으로 스위칭되는, 단말.
【청구항 8】
제 7항에 있어서,
상기 협력적 빔포밍이 스케줄링되는 시간 단위는 서브프레임, 슬롯 및 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼 중 어느 하나인, 단말. 【청구항 9】
제 7항에 있어서 ,
상기 하향링크 신호의 전송 패턴은 인접하는 기지국 간에 서로 다른 패 턴으로 구성되는, 단말,
【청구항 10】
제 7항에 있어서,
상기 전송 패턴은 셀 ID(cell ID)로 결정되는, 단말.
【청구항 11】
제 7항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 전송 패턴에 대한 정보를 상기 기지국으로부터 수신하도록 설정되 는, 단말.
【청구항 12】
제 7항에 있어서 ,
상기 참조 신호는 공통 참조 신호 (Common Reference Signal) 또는 복조 참조 신호 (Demodulation Reference Signal)인, 단말.
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