WO2016186462A1 - 2차원 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 피드백 신호 제공 방법 및 장치 - Google Patents

2차원 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 피드백 신호 제공 방법 및 장치 Download PDF

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WO2016186462A1
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csi
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terminal
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이건국
김태영
설지윤
손재승
정수룡
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삼성전자 주식회사
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    • H04B7/0621—Feedback content
    • H04B7/0632—Channel quality parameters, e.g. channel quality indicator [CQI]

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for providing a feedback signal in a wireless communication system, and more particularly, to a method and apparatus for providing a feedback signal in a wireless communication system using a two-dimensional antenna.
  • a 5G communication system or a pre-5G communication system is called a system after a 4G network (Beyond 4G Network) or a system after an LTE system (Post LTE).
  • 5G communication systems are being considered for implementation in bands such as the ultra-high frequency (mmWave) band, for example the 60 giga (60 GHz) band.
  • mmWave ultra-high frequency
  • 60 GHz 60 giga
  • beamforming, massive array multiple input / output (Full-Dimensional MIMO) and FD-MIMO in 5G communication systems Array antenna, analog beam-forming, and large scale antenna techniques are discussed.
  • 5G communication system has evolved small cells, advanced small cells, cloud radio access network (cloud RAN), ultra-dense network , Device to device communication (D2D), wireless backhaul, moving network, cooperative communication, coordinated multi-points (CoMP), and interference cancellation
  • cloud RAN cloud radio access network
  • D2D Device to device communication
  • CoMP coordinated multi-points
  • FQAM Hybrid FSK and QAM Modulation
  • SWSC sliding window superposition coding
  • ACM Advanced Coding Modulation
  • FBMC Fan Bank Multi Carrier
  • NOMA non orthogonal multiple access
  • SCMA sparse code multiple access
  • One method for improving the transmission speed or increasing the capacity of a wireless communication system is to increase the number of antennas between a transmitter and a receiver to perform communication.
  • the technique of increasing the system capacity by using a large number of antennas has the advantage of increasing performance in proportion to the number of antennas of the transceiver.
  • a multi-user MIMO which increases downlink transmission speed by using a point-to-multi point technology in which a large number of antennas are installed in a base station having a large physical size and simultaneously transmits data to a plurality of terminals.
  • MU-MIMO technology is introduced.
  • the transmitter acquires channel information of multiple users to be transmitted, and performs MU-MIMO transmission by performing preprocessing for the transmitter to control interference.
  • the transmitting end necessarily needs channel information of a receiver to be transmitted.
  • channel information is obtained through an uplink reference signal.
  • the receiver obtains channel information by estimating channel information and feeding it back to the transmitter through uplink transmission.
  • the LTE (or LTE-Advanced) system which is the most popular cellular communication system, adopts a technology that feeds back channel information and utilizes the transmitter for MIMO / MU-MIMO transmission.
  • the antenna form of the wireless communication device may utilize a variety of forms, but the XPOL (cross polarization) antenna is widely used in the rectangular panel form (2D).
  • XPOL antennas are twice as efficient as multi-antenna transmissions because they can place twice as many antennas in the same space as COPOL antennas.
  • the aforementioned channel information feedback technology should be designed to reflect the radio channel characteristics well, and the radio channel characteristics are affected by the antenna shape. That is, when a transmitter using an XPOL antenna is assumed, an appropriate channel information feedback design is essential. The LTE system considers this and considers both feedback designs suitable for COPOL antennas and XPOL antennas.
  • the present invention provides a channel information feedback method and apparatus considering an antenna shape using an X-POL antenna in a 2D array.
  • the present invention also provides a method and apparatus for improving throughput in a wireless communication system through more accurate channel information feedback.
  • the method according to an embodiment of the present invention is a method for requesting feedback information from a base station of a wireless communication system using a 2D X-Pol antenna, and each planar antenna and a specific planar antenna of the 2D X-Pol antenna.
  • CSI channel state information
  • a method is a method for generating and transmitting feedback information in a terminal of a wireless communication system using a 2D X-Pol antenna, and identifying each planar antenna of the 2D X-Pol antenna.
  • CSI channel state information
  • a base station communication unit which transmits the generated control information and the reference signal to a terminal and receives feedback information corresponding to the CSI process from the terminal.
  • An apparatus is a terminal apparatus for generating and transmitting feedback information in a wireless communication system using a two-dimensional X-Pol antenna.
  • Each planar antenna and a specific plane of the two-dimensional X-Pol antenna are provided.
  • a terminal communication unit for receiving channel state information (CSI) process information for the vertical axis and the horizontal axis of the antenna and control information and a reference signal instructing generation of the feedback information;
  • a terminal controller configured to generate CSI feedback information based on the received control information by using the reference signal received corresponding to each CSI process, and to control transmission of the generated CSI feedback information.
  • CSI channel state information
  • the present invention in a wireless communication system using a 2D array X-POL antenna, it is possible to measure the channel quality for each polarization to measure the more accurate channel quality.
  • 3D beamforming using more accurate channel quality measurement information, higher data rates may be provided.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram for transmitting a control signal between a base station and a terminal and providing feedback information thereto in a wireless communication system according to the present invention
  • FIG. 2 is a functional internal block diagram of a base station to which the present invention can be applied;
  • FIG. 3 is a functional internal block diagram of a terminal to which the present invention can be applied;
  • FIG. 4 is a signal flow diagram between a base station and a terminal in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a control flowchart illustrating the operation of a base station in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a control flowchart illustrating the operation of a base station in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7A is a diagram illustrating a shape of a two-dimensional antenna widely adopted in a base station of a communication system in recent years;
  • 7b is a diagram illustrating an X-Pol antenna divided into plane antennas
  • 8a is a signal flow diagram when a terminal reports channel information of a horizontal axis antenna and a vertical axis antenna to each base station for each plane, and receives data based thereon;
  • 8B is a signal flowchart when a terminal reports channel information of a horizontal axis antenna and a vertical axis antenna to a base station at one time and receives data based on the same;
  • FIG. 9 is a conceptual view illustrating a case of feeding back channel information for each horizontal axis and vertical axis for each planar antenna according to the present invention.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a case of feeding back channel information for each horizontal axis antenna and vertical axis antenna according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a case of feeding back channel information for each horizontal axis antenna, vertical axis antenna, and planar antenna according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a method of selecting and using a codebook set for obtaining a final PMI according to the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram for transmitting a control signal between a base station and a terminal and providing feedback information thereof in a wireless communication system according to the present invention.
  • the base station 100 may have a communication range of a predetermined range, and may transmit a control signal to the terminal 200 included in the communication range.
  • the base station 100 may transmit the reference signal for confirming the distance and the channel state by using the signal quality or the signal strength, etc., at the same time as notifying its own area. Based on this, the base station 100 may perform voice and data communication with the terminal 200.
  • the terminal 200 is a terminal capable of performing voice or / and data communication with the base station 100 and may have various forms.
  • it may include various forms such as a smart phone, a tablet computer, a notebook computer, a mobile phone, and the like.
  • the terminal 200 since the terminal 200 receives the control information and the reference signal from the base station 100 and feeds it back, the description of other parts is omitted as much as possible.
  • FIG. 2 is a functional internal block diagram of a base station to which the present invention can be applied.
  • the base station 100 may include a base station communication unit 110, a base station control unit 120, and a base station storage unit 130.
  • the base station communication unit 110 up-converts a signal to be transmitted to a radio band, thereby enabling the terminal 200 to receive a signal by radiating or beamforming through an antenna.
  • the base station communication unit 110 converts the signal received from the antenna into a band down conversion and a digital signal to provide the base station control unit 120.
  • the base station storage unit 130 may include various types of information necessary for controlling the base station.
  • the base station storage unit 130 may store information about a method of generating control information, a method of mapping a reference signal, and the like according to the present invention.
  • the information stored in the base station storage unit 130 may be used for control in the base station control unit 120.
  • the base station controller 120 controls the overall operation of the base station. For example, the base station controller 120 controls channel allocation for performing voice or data communication with a predetermined terminal, and transmits / receives data through the assigned channel. In addition, the base station controller 120 may generate control information for measuring a channel state with the terminal 200 according to the present invention, and may control transmission of a reference signal.
  • the base station controller 120 may include a control information generator 121 for generating such control information.
  • the control information generator 121 may be a block indicating a function of an operation performed by the base station controller 120. Therefore, the control information generation unit 121 may generate control information to be used for feedback in the terminal 200 based on the data stored in the base station storage unit 130.
  • the base station controller 120 may further include a reference signal mapping unit 122.
  • the reference signal mapping unit 122 may also be a block for displaying a function of an operation performed by the base station controller 120. Accordingly, the reference signal mapping unit 122 may control generation and mapping of a reference signal for measurement by the terminal 200.
  • FIG. 3 is a functional internal block diagram of a terminal to which the present invention can be applied.
  • the terminal communication unit 210 includes a terminal control unit 220 and a terminal storage unit 230.
  • the terminal communication unit 210 performs a function for voice or data communication over the air with the base station 100 or communication equipment using another communication scheme. For example, the terminal communication unit 210 may transmit a signal to the base station 100 or another communication device by band-up converting a signal to be transmitted and radiating it through an antenna. In addition, the terminal communication unit 210 converts the signal received through the antenna from the base station 100 or another communication device to the baseband signal to the band down conversion and digital signal and outputs.
  • the terminal storage unit 230 may have areas for storing data for controlling the terminal and data according to a user's need.
  • Data for controlling the terminal among the data stored in the terminal storage unit 230 is an area for storing the received control information, and for storing the control data for generating the feedback information based on the received control information. And an area for performing data communication.
  • the terminal controller 220 performs overall control for the operation of the terminal. For example, the terminal controller 220 may control a control operation or various operations for communication based on a user's request. In particular, the terminal controller 220 may control the reception of the control information and the detection of the reference signal, and control the generation of information to be fed back according to the present invention.
  • FIG. 4 is a signal flow diagram between a base station and a terminal in a wireless communication system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the base station 100 provides control information to the terminal 200 in step 400.
  • the control information provided by the base station 100 may include system information of the base station and information indicating a method for configuring feedback information from the terminal 200.
  • Such control information may be generated by the base station controller 120 described above, and may be transmitted to the terminal 200 through the base station communication unit 110. A method for configuring the control information and the feedback information generated by the base station controller 120 will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
  • the base station 100 transmits a reference signal to the terminal 200 in step 402.
  • the reference signal may be transmitted by mapping the reference signal in a preset manner according to a wireless communication scheme.
  • the reference signal is also determined based on the control of the base station controller 120, and the mapping method is transmitted to the terminal through the base station communication unit 110.
  • the terminal 200 may receive the control information transmitted in operation 400 through the terminal communication unit 210 and may receive the reference signal transmitted in operation 402 through the terminal communication unit 210.
  • the terminal controller 220 of the terminal 200 may configure feedback information in step 404. Such feedback information may be configured in the manner indicated by the control information provided in step 400.
  • the terminal controller 220 of the terminal 200 generates feedback information by measuring the reference signal received through the terminal communication unit 210 in step 402. This will also be described in more detail with reference to the drawings to be described later.
  • the terminal 200 configures the feedback information by measuring the reference signal in step 404
  • the terminal 200 transmits the feedback information generated in step 406 to the base station 100.
  • the base station 100 may receive feedback information generated based on the control information transmitted in step 400.
  • the base station 100 may configure data to be transmitted to have an optimal data rate using the feedback information. Thereafter, the base station 100 may increase the data throughput by transmitting the data configured in step 410 to the terminal 200.
  • FIG. 5 is a control flowchart illustrating the operation of a base station in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the base station controller 120 controls to transmit control information on the method of configuring the reference signal and the feedback information in step 500. Accordingly, the base station communication unit 110 may perform band-up conversion on the generated control information to transmit or radiate the beam through the antenna to the terminal. This may be an operation corresponding to operation 400 of FIG. 4 described above.
  • step 502 the base station controller 120 controls to map the reference signal according to a predetermined mapping method, and then transmits the reference signal. Accordingly, the base station communication unit 110 may transmit a reference signal to the terminal through the antenna.
  • the base station controller 120 After transmitting the control information and the reference signal as described above, the base station controller 120 proceeds to step 506 while waiting for reception of the feedback information in step 504 and checks whether the feedback information is received. When the test result feedback information of step 506 is received, the base station controller 120 proceeds to step 508. If the feedback information is not received, the base station controller 120 continues to perform step 504.
  • the base station controller 120 configures the data transmission information based on the feedback information received from the terminal.
  • the data transmission information may include at least one of a data rate, a beamforming method, and a code rate.
  • the base station controller 120 controls to process and transmit data to be transmitted based on the data transmission information.
  • FIG. 6 is a control flowchart illustrating the operation of a base station in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the terminal controller 220 receives the control information in step 600.
  • the control information may include information indicating a system information of the base station and a method for configuring feedback information of the terminal 200.
  • the terminal controller 220 receives the reference signal in step 602. This reference signal may be mapped in a manner determined by the system as described above or may be obtained from a specific position or symbol.
  • the terminal controller 220 When receiving the reference signal in step 602, the terminal controller 220 proceeds to step 604 and configures information for feedback of the measurement value for the reference signal received in step 602 based on the control information received in step 600.
  • a method of configuring information for feedback in step 604 will be described in more detail below.
  • the terminal controller 220 proceeds to step 606 to control the terminal communication unit 210 to transmit the generated feedback information to the base station 100.
  • the terminal controller 220 controls the terminal communication unit 210 to receive data based on the feedback information.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating the shape of a two-dimensional antenna widely adopted in a base station of a communication system.
  • each of the two-dimensional antennas is configured to have a specific direction with respect to a horizontal axis and a vertical axis.
  • the first antennas 701+ and 701- crossed in the first column will be described.
  • the first crossed antennas 701+ and 701- in the first column are arranged to cross at right angles to each other, and the same crossed antennas are arranged in a single “4 ⁇ 4” form.
  • the 16 antennas tilted 45 ° in the vertical axis direction with respect to the horizontal axis (701 + , 702 + , 703 + , 704 + , 711 + , 712 + , 713 + , 714 + , 721 + , 722 + , 723 + , 724 + , 731 + , 732 + , 733 + , 734 + ) are arranged in the form of “4X4”. That is, the four first-row antennas 701 + , 702 + , 703 + , 704 + closest to the horizontal axis, and the second-row antennas 711 + , 712 + , 713 + , 714 + in the horizontal axis.
  • the third row antennas 721 + , 722 + , 723 + , 724 + in the horizontal axis and the fourth row antennas 731 + , 732 + , 733 + , 734 + in the horizontal axis Has Also, looking at it as the vertical axis, the antennas in the first row (701 + , 711 + , 721 + , 731 + ) closest to the vertical axis to the antennas in the fourth row (704 + , 714 + , 724 + , 734 + ) It has a arranged form.
  • the horizontal axis of the nearest of the four first row antenna to (701 -, 702 -, 703 -, 704 -) of the horizontal axis a second line from the antenna (711 -, 712 -, 713 -, 714 - ), the antenna of the third row in the horizontal axis (721 -, 722 -, 723 -, 724 -), and the horizontal axis of the fourth line antenna (731 -, 732 -, 733 -, 734 -) are arranged form
  • first plane antennas 16 antennas arranged in the form of 16 “4X4” inclined by 45 ° with respect to the horizontal axis
  • second plane antenna 16 antenna arrangements in the form of 16 “4X4” inclined by 135 ° with respect to the horizontal axis.
  • the antennas be called "second plane antenna”.
  • the number of antennas may be configured to be less than 16, and may be configured to more than 16, only 16 is illustrated to help explain the invention.
  • the first plane antenna and the second plane antenna according to the present invention are sufficient as long as they have a two-dimensional array of "NXM".
  • each antenna element of the first planar antenna having two dimensions (701 + , 702 + , 703 + , 704 + , 711 + , 712 + , 713 + , 714 + , 721 + , 722 + , 723 + , 724 + , 731 +, 732 +, 733 +, 734 +) are the respective antenna elements of the second planar antenna (701 -, 702 -, 703 -, 704 -, 711 -, 712 -, 713 -, 714 -, 721 - , 722 -, 723 -, 724 -, 731 -, 732 -, 733 -, 734 -) in the following the antenna shape is disposed to intersect (cross) described as illustrated in Figure 7a "X-Pol (cross Polarization antenna ”. Such X-Pol antennas are currently employed by some base stations of wireless communication systems.
  • FIG. 7B is a diagram illustrating an X-Pol antenna divided into plane antennas.
  • the X-Pol antenna may be used only with the first plane antenna. That is, beamforming may be performed using the first planar antenna as shown by reference numeral 751 or 752. In addition, only the second plane antenna may operate as one antenna. That is, beamforming may be performed as shown by reference numeral 761 and 762 of FIG. 7B.
  • channel information is obtained for each antenna of the horizontal (H) axis and the vertical (V) axis for each plane, and used. Briefly explaining the operation for using this information is as follows.
  • the base station 100 transmits a reference signal corresponding to channel information of a horizontal (H) axis antenna and a reference signal corresponding to channel information of a vertical (V) axis antenna. Thereafter, the terminal 200 should perform channel information feedback corresponding to each reference signal designated by the base station 100.
  • the fed back channel information may include information such as a rank indicator (RI), a precoding matrix indicator (PMI), a channel quality indicator (CQI), and the like.
  • the base station 100 may transmit the 3D MIMO signal by combining the horizontal (H) axis channel information and the vertical (V) axis channel information for each planar antenna received from the terminal 200.
  • the procedure described above will be described with reference to FIG. 8A.
  • 8A is a signal flowchart when a terminal reports channel information of a horizontal axis antenna and a vertical axis antenna to each base station for each plane, and receives data based thereon.
  • a signal flow in which a control signal for requesting the base station 100 to generate channel information of a horizontal axis antenna and channel information of a vertical axis antenna for each plane is omitted.
  • the operation of transmitting the reference signal for measuring channel information of the horizontal axis antenna and the vertical axis antenna for each plane to the terminal 200 by the base station 100 is also omitted.
  • the terminal 200 generates channel quality information of the horizontal axis antenna to the base station 100 in step 801, and generates channel quality information of the vertical axis antenna to the base station 100 in step 802.
  • Can transmit In this case, as described above, the channel quality information of the horizontal axis antenna and the channel quality information of the vertical axis antenna are respectively a rank indicator (RI), a precoding matrix indicator (PMI), and a channel quality indicator (Channel Quality). Information such as an indicator and a CQI may be included.
  • the terminal 100 does not need to distinguish which plane a reference signal is for the channel quality information of the vertical axis antenna and the channel information of the horizontal axis antenna. That is, the terminal 100 may measure channel quality for each axis with respect to different reference signals received from the base station, and generate and transmit channel quality information corresponding to the measured channel quality. However, since the base station 100 knows the reference signal for the plane transmitted by the base station 100, when the channel quality information received from the terminal 200 receives the channel quality information for the horizontal axis and the vertical axis antenna for any plane It can be seen whether the channel quality information.
  • the base station 100 uses the channel quality information of the horizontal axis antenna and the channel quality information of the vertical axis antenna for the specific plane or both planes received in steps 801 and 802 in step 803. Data can be sent to When the base station 100 transmits data in step 803, the base station 100 may transmit data by performing a Kronecker Product (KP) operation on the information about the horizontal axis and the vertical axis.
  • KP Kronecker Product
  • Equation 1 x denotes a Kronecker Product (KP) operation.
  • Steps 811 and 812 correspond to step 801 and step 802, respectively, and step 813 corresponds to step 803. Therefore, further description of the same operation will be omitted.
  • the terminal 200 generates a measurement of a reference signal and channel quality information corresponding thereto by using a vertical axis and a horizontal axis in the antennas for a plane, and reports them to the base station 100.
  • the base station 100 may transmit data to the terminal 200 by utilizing each channel quality information reported from the terminal 200.
  • FIG. 8A illustrates a case of configuring and reporting channel quality information of the horizontal axis antenna and channel quality information of the vertical axis antenna, respectively.
  • the channel quality information of the horizontal axis antenna and the channel quality information of the vertical axis antenna may be reported at a time.
  • 8B is a signal flowchart when a terminal reports channel information of a horizontal axis antenna and a vertical axis antenna to a base station at one time and receives data based thereon.
  • the base station 100 instructs the base station 100 to report the control signal and the channel quality information of each antenna at a time, requesting to generate the channel information of the horizontal axis antenna and the channel information of the vertical axis antenna for each plane.
  • Signal flow in which information is provided to the terminal 200 is omitted.
  • the operation of transmitting the reference signal for measuring the channel information of the horizontal axis antenna and the vertical axis antenna for each plane in the base station 100 to the terminal 200 is also omitted.
  • the terminal 200 may generate the channel quality information of the horizontal axis antenna and the channel quality information of the vertical axis antenna at once and transmit them to the base station 100.
  • the channel quality information of the horizontal axis antenna and the vertical axis antenna includes a rank indicator (RI), a precoding matrix indicator (PMI), a channel quality indicator (CQI), and the like. Information may be included.
  • the precoding matrix indicator (PMI) may report the total PMI for the horizontal axis antenna and the vertical axis antenna or PMI values for the horizontal axis antenna and the vertical axis antenna, respectively.
  • the PMI may be divided into H / V directions (when reporting each PMI) or may include information directly indicating the 3D direction.
  • the RI and CQI information may be RI and CQI corresponding to information indicating a 3D direction without dividing into H / V directions.
  • the base station 100 may transmit data to the terminal 200 using the channel quality information on the horizontal axis of the antenna and the channel quality information on the vertical axis of the antenna in step 822.
  • the information on the data rate may be set as shown in Equation 1 described above.
  • the terminal 200 generates channel quality information by measuring reference signals with respect to the vertical axis and the horizontal axis in a specific plane, and reports them to the base station 100 at once.
  • the base station 100 may transmit data to the terminal 200 by utilizing each channel quality information reported from the terminal 200.
  • the base station 100 may perform 3D beamforming to the terminal 200 using the received information.
  • the present invention focuses on the fact that channels between antennas of different polarizations of X-Pol are different. That is, feedback is performed by separating each channel information for each antenna of the horizontal / vertical axis for each polarization.
  • the arrangement of the antennas of the first column antennas (701 + , 711 + , 721 + , 731 + ) adjacent to the vertical axis of the antenna is different from each other, the information on each of them is separated and fed back, and the three-dimensional beamforming is performed using the same. Can be performed. Then, the correlation between the antennas of each axis, the channel quality information of each planar antenna, and data transmission using the same will be described in more detail.
  • the structure of the first control information to be transmitted, the structure of the second reference signal to be transmitted, and the method of configuring the third feedback information will be described in more detail.
  • the base station 100 should transmit the following control information to the terminal 200.
  • a reference signal for channel estimation of a horizontal axis antenna and a reference signal for channel estimation of a vertical axis antenna should be included.
  • KP Kronecker Product
  • the PMI for the first planar antenna is referred to as “f + ”
  • the PMI for the second planar antenna is referred to as “f ⁇ ”.
  • Equation 2 when the PMI for the horizontal axis and the PMI for the vertical axis is measured and reported, respectively, PMI f + for the first plane antenna is generated as shown in Equation 2 below at the nth reporting time point, and then n PMI f ⁇ for the second planar antenna at the reporting point in +1 th may be generated as in Equation 3 below.
  • Equations 2 and 3 b H is a PMI value for the horizontal axis in one specific planar antenna, and b V is a PMI value for the vertical axis in one particular planar antenna.
  • Is the PMI for the horizontal axis for the first plane antenna Is the PMI value for the vertical axis for the first plane antenna, Is the PMI for the horizontal axis for the second plane antenna, Is the PMI for the vertical axis for the second plane antenna.
  • arg max is a co-phase value that maximizes f () among the available co-phase values, and f ( ⁇ ) is a function for selecting PMI.
  • a channel capacity equation or a channel gain magnitude is used. Can be.
  • CQI is calculated based on the final PMI determined by the method described above.
  • All of the control information provided from the base station 100 to the terminal 200 described above may be provided, or only a part of the control information may be directly transmitted from the base station 100 to the terminal 200, and the rest may be performed in advance.
  • the base station 100 transmits a reference signal corresponding to the first plane antenna, that is, the (+) polarization antenna, in the first CSI process (CSI process # 1), and the second CSI process (CSI process #).
  • a reference signal corresponding to the second plane antenna that is, the (-) polarization antenna may be transmitted.
  • the order of transmitting the reference signal for the first plane antenna and the reference signal for the second plane antenna is not important, and may be configured to alternately transmit.
  • each CSI process transmits a reference signal for measuring horizontal and vertical axis (H / V) channel information.
  • the terminal 200 receives the control information as described above, and looks at a method of configuring the information for feeding back to the base station 100 by measuring the reference signal for each planar antenna.
  • the terminal 200 receives a plurality of CSI processes (divided by polarization but not recognized by the terminal).
  • the terminal 200 calculates horizontal and vertical axis (H / V) channel information corresponding to a (+) polarization antenna by using a reference signal transmitted from the first CSI process (CSI process # 1). This calculation may be calculated in the same manner as in Equation 2 and Equation 3 described above.
  • horizontal and vertical axis (H / V) channel information corresponding to (-) polarization is also calculated for the second CSI process (CSI process # 2).
  • information for calculating channel information in the first and second CSI processes may include RI, PMI, CQI, and the like.
  • Additional channel information is calculated by combining channel information calculated in CSI process # 1 and CSI process # 2.
  • co-phase values between different polarization channels can be calculated by combining channel information obtained from two CSI processes. This may be calculated as shown in Equation 4 described above.
  • additional RI, CQI can be obtained (or calculated).
  • FIG. 9 is a conceptual view illustrating a case of feeding back channel information for each horizontal axis and vertical axis for each planar antenna according to the present invention.
  • the CSI process may be performed in two steps.
  • RI + , V + -PMI, H + -PMI, and CQI + are pieces of information that can be obtained by measuring reference signals transmitted through the first plane antenna, respectively.
  • RI in Fig. 9 -, V - -PMI, H - -PMI and CQI - are the information that can be obtained by measuring the reference signals respectively transmitted through the second planar antenna.
  • the terminal 200 may generate the information of Equation 2 as described above and provide the generated information to the base station 100 in operation 900.
  • the terminal 200 may generate information of Equation 3 as described above, and provide the generated information to the base station 100 in step 910.
  • the second CSI process since the second CSI process has the information calculated in the first CSI process, it is possible to generate the information as shown in Equation 4 above.
  • the information in Equation 4 may be calculated by the base station 100 and the terminal 200, or may be calculated by the terminal 200 and provided to the base station 100.
  • the third CSI process since the third CSI process also has information about the second CSI process previously calculated, the third CSI process may generate information as shown in Equation 4 described above in operation 920.
  • the UE may provide a combination of a plurality of CSI process information for channel information such as rank information and CQI information required by the base station.
  • RI, PMI, and CQI information are used for each CSI process.
  • the base station 100 must provide the following control information to the terminal.
  • the UE 200 should be informed that the CSI process includes a reference signal for estimating channel information divided by a first plane antenna and a second plane antenna, that is, (+) / (-) polarization. Accordingly, the UE may obtain a PMI corresponding to the corresponding CSI process by separating or combining channels for each polarization. That is, the total PMI is calculated by calculating the PMI of the horizontal axis (H axis) calculated for the (+) polarization of the first plane antenna and the H axis calculated for the (-) polarization of the second plane antenna. Can be calculated. In this case, b H which is the total PMI may be calculated as in Equation 5 below.
  • the PMI of the vertical axis calculated for the (+) polarization of the first plane antenna and the PMI of the vertical axis (V axis) calculated for the (-) polarization of the second plane antenna are calculated.
  • the total PMI can be calculated.
  • b V which is the total PMI may be calculated as in Equation 6 below.
  • Equation 6 Is the PMI of the vertical axis for the first plane antenna, Denotes the PMI of the vertical axis with respect to the second plane antenna.
  • one final PMI may be formed by combining PMIs obtained from two CSI processes calculated by dividing the horizontal and vertical axes.
  • the final PMI may be calculated by applying a KP operation to the horizontal and vertical axis (H / V) PMI information corresponding to each polarization.
  • co-phase values between polarizations can be additionally applied to the final PMI.
  • the co-phase value between polarizations in the final PMI may be calculated as in Equation 4 described above.
  • the CQI may then be calculated based on the final PMI calculated. This process is equally applicable to rank2 transmission.
  • control information may be provided by the base station 100 to the terminal 200, or only a part of the control information is transmitted to the terminal 200, and the rest of the control information may be performed in advance.
  • the base station 100 may transmit a reference signal corresponding to the horizontal axis antenna in the first CSI process, and transmit a reference signal corresponding to the vertical axis antenna in the second CSI process.
  • the planar antennas that is, polarization may be changed and transmitted.
  • Each CSI process transmits a reference signal for measuring horizontal and vertical axis (H / V) channel information.
  • the terminal 200 receives a plurality of CSI processes (separated by the H / V axis, but which the terminal may not recognize). In addition, the terminal 200 calculates channel information corresponding to the horizontal (H) axis antenna by using the reference signal transmitted in the first CSI process. The information to be calculated may include RI, PMI, CQI, etc. as described above. Next, the terminal 200 calculates channel information corresponding to the vertical (V) axis antenna for the second CSI process.
  • the terminal 200 calculates additional channel information by combining channel information calculated by the first CSI process and the second CSI process. For example, channel information obtained from two CSI processes may be combined to calculate channel values in consideration of each planar antenna, that is, polarization, and additionally, a co-phase value between different polarization channels may be calculated. In addition, the terminal 200 may obtain additional RI and CQI by combining channel information obtained from two CSI processes. Therefore, the terminal 200 may feed back this information to the base station 100.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a case of feeding back channel information for each horizontal axis antenna and vertical axis antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the CSI process may be performed in two steps.
  • H + -PMI and H -- PMI are PMI values for the horizontal axes of the first and second planar antennas, respectively, and V + -PMI and V -- PMI are the first and second planar antennas, respectively.
  • the terminal 200 proceeds to the first CSI process of generating information including PMI values and RI and CQI of the horizontal axes of the first and second plane antennas and reporting to the base station 100 in step 1000.
  • the final PMI for the horizontal axis of the first and second planar antennas may be calculated as shown in Equation 5 described above.
  • the terminal 200 in step 1010, the terminal 200 generates a second CSI process of generating information including PMI values and RI and CQI of vertical axes of the first and second planar antennas and reporting the information to the base station 100.
  • the final PMI for the vertical axis of the first and second planar antennas may be calculated as in Equation 6 described above.
  • the terminal 200 since the first CSI process is performed, the terminal 200 may calculate a correlation value when the second CSI process is performed. This correlation value may be calculated as shown in Equation 4 described above.
  • the terminal 200 may perform the CSI process in the same manner as the second CSI process described above from the third CSI process in step 1020.
  • the base station 100 should provide the following control information to the terminal 200 to perform the CSI process in the terminal 200.
  • control information to be transmitted from the base station 100 to the terminal 200 will be described.
  • the base station 100 may inform that the reference signal for channel information estimation on the vertical axis and the horizontal axis is transmitted for each of the first and second plane antennas in the CSI process. Then, the terminal 200 may obtain a PMI for each CSI process and provide it to the base station.
  • the PMI obtained from the horizontal axis reference signal for the first plane antenna is referred to as H + -PMI
  • the PMI obtained from the vertical axis reference signal for the first plane antenna is referred to as V + -PMI
  • the second plane antenna Let PMI obtained from the horizontal axis reference signal for the H -- PMI, and define P - obtained from the vertical axis reference signal for the second plane antenna as V -- PMI.
  • the terminal 200 acquires H + -PMI from the horizontal axis reference signal for the first plane antenna in the first CSI process, transmits the HMI with the RI and the CQI to the base station, and in the second CSI process, the first CSI process.
  • the PMI obtained from the vertical axis reference signal for the planar antenna may be obtained with V + -PMI and transmitted along with the RI and the CQI to the base station.
  • one final PMI may be obtained through the KP operation on the information obtained about the first plane antenna.
  • the terminal 200 transmits the PMI obtained from the horizontal axis reference signal for the second planar antenna in the third CSI process with the RI and the CQI to the base station by acquiring H ⁇ -PMI, and the second in the fourth CSI process.
  • the PMI obtained from the vertical axis reference signal for the planar antenna may be obtained with V ⁇ -PMI and transmitted along with the RI and the CQI to the base station.
  • one final PMI may be obtained through the KP operation on the information obtained about the second planar antenna.
  • the terminal 200 may calculate the final PMI for each plane antenna, that is, the PMI information corresponding to the horizontal and vertical (H / V) axes corresponding to each polarization through KP operation. have. Also, when calculating the final PMI, the first PSI process and the third CSI process may be used to calculate the final PMI. Therefore, the base station 100 should inform the terminal 200 about how many CSI processes to calculate one final PMI.
  • a co-phase value which is a correlation value between planar antennas, may be additionally applied, and the CQI may be calculated based on the final PMI. This operation is equally applicable to rank2 transmission as described above.
  • control information may be provided by the base station 100 to the terminal 200, or only a part of the control information is transmitted to the terminal 200, and the rest of the control information may be performed in advance.
  • the base station 100 transmits a reference signal corresponding to the horizontal axis (H + ) antenna for the first plane antenna in the first CSI process, and horizontal for the second plane antenna in the second CSI process.
  • a reference signal corresponding to the axis H - may be transmitted.
  • the base station 100 transmits a reference signal corresponding to the vertical axis (V + ) antenna of the first plane antenna in the third CSI process, and transmits to the vertical axis (V ⁇ ) antenna of the second plane antenna in the fourth CSI process.
  • the corresponding reference signal may be transmitted.
  • the base station 100 may change the order of transmitting the reference signals for each CSI process.
  • the terminal 200 when the base station 100 transmits a reference signal for each CSI process, the terminal 200 generates feedback information for each CSI process and feeds it back to the base station 100. Let's take a closer look at this feedback.
  • the terminal 200 receives control information for performing a plurality of CSI processes (divided by H / V axis and polarization, but which the terminal may not recognize). Then, the terminal 200 calculates channel information corresponding to the horizontal (H + ) axis antenna of the first plane antenna by using the reference signal transmitted in the first CSI process (CSI process # 1). In this case, the information to be calculated may include RI, PMI, CQI, and the like. Thereafter, the terminal 200 calculates channel information corresponding to the horizontal (H ⁇ ) axis antenna of the second plane antenna by using the reference signal transmitted in the second CSI process (CSI process # 2). In this case, the information calculated may include RI, PMI, CQI, and the like.
  • the terminal calculates channel information corresponding to the vertical (V + ) axis antenna of the first plane antenna by using the reference signal transmitted in the third CSI process (CSI process # 3).
  • the information to be calculated may include RI, PMI, CQI, and the like.
  • the terminal 200 calculates channel information corresponding to the vertical (V ⁇ ) axis antenna by using the reference signal transmitted in the fourth CSI process (CSI process # 4).
  • the information calculated may include RI, PMI, CQI, and the like.
  • additional channel information is calculated by combining channel information calculated through four CSI processes (CSI process # 1 to # 4). For example, channel information obtained from four CSI processes can be combined to calculate channel values considering each plane antenna (polarization), and additionally, co-phase values, which are correlation values with different planar antenna (polarization) channels, can be calculated. have. In addition, by combining the channel information obtained from the four CSI process, additional RI, CQI can be obtained.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a case of feeding back channel information for each horizontal axis antenna, vertical axis antenna, and each planar antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the terminal 200 Before describing FIG. 11, it is assumed that the terminal 200 has already acquired information about four CSI processes to be progressed from the base station and information on how many CSI processes to perform a KP operation. In addition, it is assumed that a reference signal for processing a corresponding process is received whenever each CSI process is performed.
  • the terminal 200 acquires RI information in step 1100 and uses the reference signal transmitted in step 1110 to the horizontal (H + ) axis antenna of the first plane antenna. Compute corresponding channel information.
  • the channel information calculation may include a PMI value and a CQI value corresponding to the horizontal (H + ) axis antenna of the first plane antenna.
  • the terminal 200 may directly transmit the calculated value to the base station 100, or after performing the CSI process thereafter, calculate the correlation value and the final PMI value and transmit the calculated value to the base station 100.
  • the base station 100 may notify in advance or may promise in advance whether to transmit information every CSI process or to transmit information to the base station after obtaining the final PMI. Accordingly, the terminal 200 may use the information calculated in step 1110 in a CSI process that is performed later, as in step 1120.
  • the terminal 200 acquires an RI value as in step 1130 in the second CSI process (CSI process # 2), and in step 1140, the horizontal plane of the second planar antenna using the reference signal transmitted from the base station 100 (H). - ) Calculate the channel information corresponding to the axis antenna.
  • Information calculated at this time may include PMI and CQI.
  • the base station 100 configures one KP operation pair by using the first CSI process and the second CSI process. Accordingly, the terminal 200 may obtain a final PMI and a CQI by performing a KP operation using the first CSI process and the second CSI process.
  • the terminal 200 acquires the RI in the third CSI process (CSI process # 3) as shown in step 1150 and then uses the reference signal transmitted from the base station 100 to the vertical (V + ) axis antenna of the first plane antenna.
  • the information to be calculated may include PMI and CQI.
  • the obtained PMI value may be used to calculate the final PMI together with the PMI obtained by performing a fourth CSI process.
  • the terminal 200 obtains an RI value in step 1180 of the fourth CSI process (CSI process # 4) and corresponds to a vertical (V ⁇ ) axis antenna by using a reference signal transmitted from the base station 100 in step 1190.
  • the information calculated may include PMI and CQI.
  • the base station 100 configures one KP operation pair by using a third CSI process and a fourth CSI process. Accordingly, the terminal 200 may obtain a final PMI and a CQI by performing a KP operation using a third CSI process and a fourth CSI process.
  • the three methods described above may be additionally used in combination.
  • the relationship between each CSI process or between CSI processes may follow the above contents.
  • the final PMI is selected by combining channel information between CSI processes.
  • Feedback information generated by each CSI process may use the same or different codebook sets.
  • feedback information generated by using a combination of CSI processes may use a codebook set identical or independent to a codebook set.
  • the figure below shows an embodiment of the scheme.
  • the codebook set can reuse the conventional codebook as it is. This will be described with reference to FIG. 12.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a method of selecting and using a codebook set for obtaining a final PMI according to the present invention.
  • the terminal 200 may utilize the codebook set 1200 that has been previously provided for each CSI process.
  • codebook sets 1210 having corresponding codebook sets 1211,..., 121N may be used for each CSI process.
  • the CSI process feedback information proceeding thereafter is the same as the final PMI 1230 using the existing codebook set 1200. Can be obtained.
  • the terminal 200 uses the new codebook sets 1210.
  • the specific codebook set 1211 corresponding to the first CSI process feedback information 1201 the CSI process feedback information proceeding thereafter is new.
  • Specific codebook sets are used to apply to a process corresponding to codebook sets 1210.
  • the N-th CSI process padback information 120N may process using the codebook set 121N corresponding thereto.
  • the final PMI may be obtained using the existing codebook set 1200 or the respective CSI processes generated using the new codebook sets 1210.
  • the final PMI using the present invention may have the form of Equation 7 below in the case of Rank 1, and may have the form of Equation 8 below in the case of Rank 2.
  • Each element such as may obtain the final PMI using the same or different codebook sets.
  • the present invention can be used in a wireless communication system using a two-dimensional X-Pol antenna.

Landscapes

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Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 제공될 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 피드백 정보를 요청하기 위한 방법으로, 상기 2차원 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나와 특정 평면 안테나의 수직 축 및 수평 축에 대한 채널 상태 정보(CSI) 프로세스 정보 및 상기 피드백 정보의 생성을 지시하는 제어 정보를 생성하는 단계; 상기 생성된 제어 정보를 기지국 내의 단말로 전송하는 단계; 상기 CSI 프로세스에 대응하는 기준 신호를 생성하여 전송하는 단계; 및 상기 CSI 프로세스 횟수에 대응하여 적어도 하나의 단말로부터 피드백 정보를 수신하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

2차원 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 피드백 신호 제공 방법 및 장치
본 발명은 무선 통신 시스템에서 피드백 신호를 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 2차원 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 피드백 신호를 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은 대역에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO : FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication: D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation : ACM) 방식인 FQAM(Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access) 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 무선 통신 기기의 급속한 보급에 따라 이동통신 데이터 수요가 급증하고 있다. 이처럼 급증하는 이동통신 데이터 수요에 대응하기 위해 데이터 전송속도 향상을 위해 다양한 기술들이 개발되고 있다. 전송속도의 향상 또는 무선 통신 시스템의 용량 증대를 위한 하나의 방법으로 송신 장치와 수신 장치 간 안테나의 수를 늘려 통신을 수행하도록 하는 방법이 있다.
많은 안테나 숫자를 활용하여 시스템 용량을 증대시키는 기술은 송수신기의 안테나 숫자에 비례하여 성능이 증가하는 장점이 있다. 하지만 실제 환경에서는, 물리적 크기 제약을 가지는 단말기의 제약요건으로 안테나 숫자를 늘리는데 한계가 있고, 이로 인해 Point-to-Point MIMO 기술을 통한 전송용량 증대가 불가능하다. 이를 극복하기 위해, 물리적 크기가 큰 기지국에 많은 안테나 숫자를 장착하고 복수의 단말기에 동시에 데이터를 전송하는 Point-to-Multi point 기술로 하향링크 전송 속도를 높이는 다중 사용자 다중 안테나(Multi-user MIMO, MU-MIMO) 기술 기법이 소개되었다.
MU-MIMO 시스템은 여러 사용자에게 동시에 신호를 전송하기 때문에, 수신 사용자간 간섭이 성능을 저하시키게 되고, 이를 극복하기 위해 사용자간 간섭을 제어하는 기술이 필요하다. 송신기에서는 전송하고자 하는 다중 사용자의 채널 정보를 획득하여 송신기가 간섭을 제어하는 선처리(Precoding)를 수행함으로써 MU-MIMO 전송을 가능하게 한다. 이와 같은 과정에서 송신단은 전송하고자 하는 수신기에 대한 채널정보가 반드시 필요하다. TDD를 사용하는 무선 네트워크의 경우, 상향링크 기준신호를 통해 채널 정보를 획득한다. 반면에 FDD를 사용하는 무선 네트워크의 경우, 수신기가 채널 정보를 추정 후 이를 상향링크 전송을 통해 송신기로 피드백하는 과정을 통해 채널 정보를 획득한다.
셀룰러 통신으로 가장 많이 쓰이는 LTE(또는 LTE-Advanced) 시스템에서도 채널 정보를 피드백하고, 이를 송신기의 MIMO/MU-MIMO 전송에 활용하는 기술을 채택하고 있다.
다른 한편, 무선 통신 기기의 안테나 형태는 다양한 형태를 활용할 수 있으나, 직사각형 패널 형태(2D)에 XPOL(cross polarization) 안테나가 많이 활용된다. XPOL 안테나는 COPOL (co-polarization) 안테나 대비 같은 공간에 두 배 많은 안테나를 배치할 수 있어 다중 안테나 전송에 효율적이다.
또한 앞에서 언급한 채널 정보 피드백 기술은 무선 채널 특성을 잘 반영할 수 있게 설계되어야 하는데, 무선 채널 특성은 안테나 형상에 영향을 받게 된다. 즉, XPOL 안테나를 사용하는 송신기를 가정하는 경우 이에 적합한 채널 정보 피드백 설계가 필수적이다. LTE 시스템에서도 이를 고려하여 COPOL 안테나와 XPOL 안테나에 적합한 피드백 설계를 모두 고려하고 있다.
현재까지의 대부분의 MIMO/MU-MIMO 기술은 안테나가 1차원으로 구성된 1D array를 가정하여 개발되어 왔고, 사용자의 분포가 다양한 수평축(horizontal dimension)으로의 안테나 설치 및 MIMO 기법 적용이 주로 고려되었다. 하지만 최근 고층 빌딩이 많이 분포하는 도심 환경에서의 수직축(vertical dimension)으로의 사용자 분포가 증가하면서 2D array를 활용하는 3D MIMO 기법 개발이 관심을 받고 있다. MIMO 전송에 2D array를 적용할 경우, 이를 고려한 채널 정보 피드백 기법 설계가 필수적이다.
하지만, 현재까지 2D array를 활용하기 위한 채널 정보 피드백 기법이 제시되어 있지 않다.
따라서 본 발명에서는 2D array에 X-POL 안테나를 사용하는 안테나 형상을 고려한 채널 정보 피드백 방법 및 그 장치를 제공한다.
또한 본 발명에서는 보다 정확한 채널 정보 피드백을 통해 무선 통신 시스템에서의 처리율(throughput)을 향상시킬 수 있는 방법 및 그 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 피드백 정보를 요청하기 위한 방법으로, 상기 2차원 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나와 특정 평면 안테나의 수직 축 및 수평 축에 대한 채널 상태 정보(CSI) 프로세스 정보 및 상기 피드백 정보의 생성을 지시하는 제어 정보를 생성하는 단계; 상기 생성된 제어 정보를 기지국 내의 단말로 전송하는 단계; 상기 CSI 프로세스에 대응하는 기준 신호를 생성하여 전송하는 단계; 및 상기 CSI 프로세스 횟수에 대응하여 적어도 하나의 단말로부터 피드백 정보를 수신하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 방법은, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 피드백 정보를 생성하여 전송하기 위한 방법으로, 상기 2차원 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나와 특정 평면 안테나의 수직 축 및 수평 축에 대한 채널 상태 정보(CSI) 프로세스 정보 및 상기 피드백 정보의 생성을 지시하는 제어 정보를 수신하는 단계; 상기 CSI 프로세스에 대응한 기준 신호를 수신하는 단계; 상기 CSI 프로세스에 대응하여 수신된 상기 기준 신호를 이용하여 CSI 피드백 정보를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 CSI 피드백 정보를 기지국으로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치로, 상기 2차원 X-Pol 안테나; 상기 2차원 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나와 특정 평면 안테나의 수직 축 및 수평 축에 대한 채널 상태 정보(CSI) 프로세스 정보 및 상기 피드백 정보의 생성을 지시하는 제어 정보를 생성하고, 기준 신호의 생성을 제어하는 기지국 제어부; 및 상기 생성된 제어 정보 및 상기 기준 신호를 단말로 전송하고, 상기 단말로부터 상기 CSI 프로세스에 대응하여 피드백 정보를 수신하는 기지국 통신부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 장치는, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 피드백 정보를 생성하여 전송하기 위한 단말 장치로, 상기 2차원 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나와 특정 평면 안테나의 수직 축 및 수평 축에 대한 채널 상태 정보(CSI) 프로세스 정보 및 상기 피드백 정보의 생성을 지시하는 제어 정보 및 기준 신호를 수신하는 단말 통신부; 및 각 CSI 프로세스에 대응하여 수신된 상기 기준 신호를 이용하여 CSI 피드백 정보를 상기 수신된 제어 정보에 근거하여 생성하고, 상기 생성된 CSI 피드백 정보의 전송을 제어하는 단말 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 2D 어레이 X-POL 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 각 polarization 별로 채널 품질을 측정하여, 보다 정확한 채널 품질을 측정하도록 할 수 있다. 또한 보다 정확한 채널 품질 측정 정보를 이용하여 3차원 빔 포밍을 수행함으로써 보다 높은 데이터 전송률을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국과 단말 간 제어 신호의 송신 및 그에 대한 피드백 정보를 제공하기 위한 개념도,
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 기지국의 기능적 내부 블록 구성도,
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 단말의 기능적 내부 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 기지국과 단말 간의 신호 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작을 설명하기 위한 제어 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작을 설명하기 위한 제어 흐름도,
도 7a는 최근 통신 시스템의 기지국에서 널리 채택하고 있는 2차원 안테나의 형상을 예시한 도면,
도 7b는 X-Pol 안테나를 각 평면 안테나 별로 구분하여 예시한 도면,
도 8a는 단말이 각 평면 별로 수평 축 안테나 및 수직 축 안테나의 채널 정보를 각각 기지국으로 보고하고, 그에 근거한 데이터를 수신하는 경우의 신호 흐름도,
도 8b는 단말이 수평 축 안테나 및 수직 축 안테나의 채널 정보를 한 번에 기지국으로 보고하고, 그에 근거한 데이터를 수신하는 경우의 신호 흐름도,
도 9는 본 발명에 따라 각 평면 안테나(polarization) 별로 수평 축 및 수직 축 별의 채널 정보를 피드백하는 경우를 설명하기 위한 개념도,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 수평 축 안테나 및 수직 축 안테나 별로 채널 정보를 피드백하는 경우를 설명하기 위한 개념도,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 수평 축 안테나, 수직 축 안테나, 각 평면 안테나 별로 채널 정보를 피드백하는 경우를 설명하기 위한 개념도,
도 12는 본 발명에 따라 최종 PMI를 획득하기 위한 코드북 셋의 선택 및 활용 방법을 설명하기 위한 개념도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면들에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 이하에 첨부된 본 발명의 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 도면에 예시된 형태 또는 배치 등에 본 발명이 제한되지 않음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 하기의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국과 단말 간 제어 신호의 송신 및 그에 대한 피드백 정보를 제공하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 기지국(100)은 일정한 범위의 통신 영역을 가질 수 있으며, 통신 범위 내에 포함된 단말(200)로 제어 신호를 송신할 수 있다. 또한 기지국(100)은 자신의 영역을 알림과 동시에 단말(200)에서 신호의 품질 또는 신호의 세기 등을 이용하여 거리 및 채널 상태를 확인할 수 있는 기준 신호를 송신할 수 있다. 이에 근거하여 기지국(100)은 단말(200)과 음성, 데이터 통신을 수행할 수 있다.
또한 단말(200)은 기지국(100)과 음성 또는/및 데이터 통신을 수행할 수 있는 단말로, 다양한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 휴대 전화 등의 다양한 형태를 모두 포함할 수 있다. 본 발명에서는 단말(200)이 기지국(100)으로부터 제어 정보 및 기준 신호를 수신하여 이를 피드백하기 위한 방법이므로, 그 밖의 다른 부분에 대한 설명은 가급적 생략함에 유의하자.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 기지국의 기능적 내부 블록 구성도이다.
도 2를 참조하기에 앞서, 기지국(100)의 기능적 내부 블록 구성도는 본 발명에 따른 동작을 위한 구성들만을 예시적으로 도시하였음에 유의하자. 도 2를 참조하면, 기지국(100)은 기지국 통신부(110), 기지국 제어부(120) 및 기지국 저장부(130)를 포함할 수 있다. 기지국 통신부(110)는 송신할 신호를 무선 대역으로 상승 변환하여, 안테나를 통해 방사 또는 빔 포밍(beamforming)함으로써 단말(200)에서 신호를 수신할 수 있도록 한다. 또한 기지국 통신부(110)는 안테나로부터 수신된 신호를 대역 하강변환 및 디지털 신호로 변환하여 기지국 제어부(120)로 제공한다.
기지국 저장부(130)는 기지국의 제어에 필요한 각종 정보를 포함할 수 있다. 예컨대, 기지국 저장부(130)는 본 발명에 따라 제어 정보의 생성 방법, 기준 신호의 매핑 방법 등에 대한 정보를 저장할 수 있다. 이처럼 기지국 저장부(130)에 저장된 정보는 기지국 제어부(120)에서 제어에 사용될 수 있다.
기지국 제어부(120)는 기지국의 전반적인 동작을 제어한다, 가령, 소정 단말과 음성 또는 데이터 통신을 수행하기 위한 채널 할당, 할당된 채널로 데이터의 송/수신을 제어한다. 또한 기지국 제어부(120)는 본 발명에 따라 단말(200)과의 채널 상태를 측정하기 위한 제어 정보를 생성할 수 있으며, 기준 신호의 송신을 제어 할 수 있다.
기지국 제어부(120)는 이러한 제어 정보 생성을 위한 제어 정보 생성부(121)을 포함할 수 있다. 제어 정보 생성부(121)는 기지국 제어부(120)에서 수행하는 동작의 기능을 표시한 블록이 될 수 있다. 따라서 제어 정보 생성부(121)은 기지국 저장부(130)에 저장된 데이터에 근거하여 단말(200)에서 피드백에 사용할 제어 정보를 생성할 수 있다. 또한 기지국 제어부(120)는 기준 신호 매핑부(122)를 더 포함할 수 있다. 기준 신호 매핑부(122) 또한 기지국 제어부(120)에서 수행하는 동작의 기능을 표시하기 위한 블록이 될 수 있다. 따라서 기준 신호 매핑부(122)는 단말(200)에서 측정하기 위한 기준 신호의 생성 및 매핑에 대한 제어를 수행할 수 있다.
기지국 제어부(120)의 동작에 대해서는 후술되는 도면들을 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 단말의 기능적 내부 블록 구성도이다.
도 3을 참조하기에 앞서 도 3에 도시한 단말(200)의 기능적 내부 블록 구성도는 본 발명에 따른 동작을 위한 구성들만을 예시적으로 도시하였음에 유의하자. 도 3을 참조하면, 단말 통신부(210), 단말 제어부(220) 및 단말 저장부(230)를 포함한다.
단말 통신부(210)는 기지국(100) 또는 다른 통신 방식을 사용하는 통신 장비들과 무선 상으로 음성 또는 데이터 통신을 위한 기능을 수행한다. 예컨대, 단말 통신부(210)는 송신할 신호를 대역 상승 변환하여 안테나를 통해 방사함으로써 기지국(100) 또는 다른 통신 장치로 신호를 송신할 수 있다. 또한 단말 통신부(210)는 기지국(100) 또는 다른 통신 장치로부터 안테나를 통해 수신된 신호를 기저대역의 신호로 대역 하강 변환 및 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
단말 저장부(230)는 단말의 제어를 위한 데이터 및 사용자의 필요에 의한 데이터를 저장하기 위한 영역들을 가질 수 있다. 단말 저장부(230)에 저장된 데이터 중 단말의 제어를 위한 데이터는 본 발명에 따라 수신된 제어 정보를 저장하기 위한 영역, 수신된 제어 정보에 근거하여 피드백 정보를 생성하기 위한 제어 데이터를 저장하기 위한 영역 및 데이터 통신을 수행하기 위한 영역 등을 포함할 수 있다. 제어 정보를 수신하여 피드백 정보를 생성하는 구체적인 동작은 후술되는 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
단말 제어부(220)는 단말의 동작을 위한 전반적인 제어를 수행한다. 가령, 단말 제어부(220)는 사용자의 요구에 의거한 제어 동작 또는 통신을 위한 다양한 동작의 제어를 수행할 수 있다. 특히 단말 제어부(220)는 본 발명에 따라 제어 정보의 수신과 기준 신호의 검출을 제어하고, 피드백 할 정보의 생성을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 기지국과 단말 간의 신호 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 기지국(100)은 400단계에서 제어 정보를 단말(200)로 제공한다. 이때, 기지국(100)에서 제공되는 제어 정보는 기지국의 시스템 정보와 단말(200)로부터 피드백 정보를 구성하기 위한 방법 등을 지시하는 정보를 포함할 수 있다. 이러한 제어 정보는 앞서 설명한 기지국 제어부(120)에서 생성할 수 있으며, 기지국 통신부(110)를 통해 단말(200)로 전송될 수 있다. 기지국 제어부(120)에서 생성하는 제어 정보 및 피드백 정보를 구성하기 위한 방법은 후술되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
이후 기지국(100)은 402단계에서 단말(200)로 기준 신호(Reference Signal)를 송신한다. 이러한 기준 신호는 무선 통신 방식에 따라 미리 설정된 방식으로 기준 신호를 매핑하여 송신할 수 있다. 기준 신호 또한 기지국 제어부(120)의 제어에 의거하여 매핑 방식이 결정되며, 기지국 통신부(110)를 통해 단말로 전송된다.
단말(200)은 400단계에서 전송된 제어 정보를 단말 통신부(210)를 통해 수신하고, 402단계에서 전송된 기준 신호를 단말 통신부(210)를 통해 수신할 수 있다. 또한 단말(200)의 단말 제어부(220)는 404단계에서 피드백 정보를 구성할 수 있다. 이러한 피드백 정보는 400단계에서 제공된 제어 정보에서 지시한 방식으로 구성할 수 있다. 또한 단말(200)의 단말 제어부(220)는 402단계에서 단말 통신부(210)를 통해 수신된 기준 신호를 측정하여 피드백 정보를 생성한다. 이에 대하여도 후술되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 하자.
단말(200)은 404단계에서 기준 신호를 측정하여 피드백 정보를 구성하면 406단계에서 생성된 피드백 정보를 기지국(100)으로 전송한다. 이에 따라 기지국(100)은 400단계에서 전송한 제어 정보에 근거하여 생성된 피드백 정보를 수신할 수 있다.
이후 기지국(100)은 408단계에서 피드백 정보를 이용하여 최적의 데이터 전송률을 갖도록 송신할 데이터를 구성할 수 있다. 이후 기지국(100)은 410단계에서 구성된 데이터를 단말(200)로 전송함으로써 데이터 처리율을 증대시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작을 설명하기 위한 제어 흐름도이다.
기지국 제어부(120)는 500단계에서 기준 신호 및 피드백 정보 구성 방법에 대한 제어 정보를 송신하도록 제어한다. 이에 따라 기지국 통신부(110)는 생성된 제어 정보를 대역 상승 변환하여 안테나를 통해 방사 또는 빔포밍함으로써 단말에게 송신할 수 있다. 이는 앞서 설명한 도 4의 400단계에 대응하는 동작이 될 수 있다.
이후 기지국 제어부(120)는 502단계에서 기준 신호를 미리 결정된 매핑 방식에 따라 매핑하도록 제어하여 기준 신호를 송신하도록 제어한다. 이에 따라 기지국 통신부(110)는 기준 신호를 안테나를 통해 단말에게 송신할 수 있다.
이처럼 제어 정보와 기준 신호를 송신한 이후 기지국 제어부(120)는 504단계에서 피드백 정보의 수신을 대기하면서 506단계로 진행하여 피드백 정보가 수신되는가를 검사한다. 506단계의 검사결과 피드백 정보가 수신되는 경우 기지국 제어부(120)는 508단계로 진행하고, 피드백 정보가 수신되지 않는 경우 기지국 제어부(120)는 504단계를 계속 유지한다.
506단계에서 508단계로 진행하면, 기지국 제어부(120)는 단말로부터 수신된 피드백 정보에 근거하여 데이터 송신 정보를 구성한다. 여기서 데이터 송신 정보는, 데이터 전송률, 빔 포밍 방식, 부호율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이후 기지국 제어부(120)는 510단계에서 데이터 송신 정보에 근거하여 송신할 데이터를 가공하여 전송하도록 제어한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작을 설명하기 위한 제어 흐름도이다.
단말 제어부(220)는 600단계에서 제어 정보를 수신한다. 이러한 제어 정보는 앞서 설명한 바와 같이 기지국의 시스템 정보와 단말(200)의 피드백 정보를 구성하기 위한 방법 등을 지시하는 정보를 포함할 수 있다. 이후 단말 제어부(220)는 602단계에서 기준 신호를 수신한다. 이러한 기준 신호는 앞서 설명한 바와 같이 시스템에서 정해진 방식으로 매핑되거나 또는 특정한 위치 또는 심볼로부터 획득할 수 있다.
단말 제어부(220)는 602단계에서 기준 신호를 수신하면, 604단계로 진행하여 600단계에서 수신한 제어 정보에 근거하여 602단계에서 수신한 기준 신호에 대한 측정값의 피드백을 위한 정보를 구성한다. 604단계에서 피드백을 위한 정보의 구성 방법에 대해서는 이하에서 더 상세히 설명하기로 한다.
이처럼 604단계에서 피드백 정보를 구성하면, 단말 제어부(220)는 606단계로 진행하여 단말 통신부(210)를 제어하여 생성된 피드백 정보를 기지국(100)으로 전송하도록 제어한다. 이후 단말 제어부(220)는 608단계에서 단말 통신부(210)를 제어하여 피드백한 정보에 근거하여 데이터를 수신한다.
그러면 이하에서 본 발명에서 사용될 2차원(2 Dimension) 안테나에 대하여 살펴보기로 하자.
도 7a는 최근 통신 시스템의 기지국에서 널리 채택하고 있는 2차원 안테나의 형상을 예시한 도면이다.
도 7a를 참조하면, 2차원 형태의 각 안테나들은 수평 축(Horizontal axis)과 수직 축(Vertical axis)에 대하여 특정한 방향성을 갖도록 구성된다. 예컨대, 제1열에 첫 번째 교차된 안테나들(701+, 701-)에 대하여 살펴보기로 하자.
제1열에 첫 번째 교차된 안테나들(701+, 701-)은 서로 직각으로 교차(cross)되어 배치된 형태를 가지며, 동일하게 교차된 안테나들이 하나의 “4X4” 형태로 배치되어 있다.
이를 좀 더 상세히 살펴보면, 수평 축을 기준으로 수직 축 방향으로 45° 기울어진 16개의 안테나들(701+, 702+, 703+, 704+, 711+, 712+, 713+, 714+, 721+, 722+, 723+, 724+, 731+, 732+, 733+, 734+)이 “4X4”의 형태로 배치되어 있다. 즉, 수평 축에 가장 인접한 4개의 제1행의 안테나들(701+, 702+, 703+, 704+)부터 수평 축으로 제2행의 안테나들(711+, 712+, 713+, 714+), 수평 축으로 제3행의 안테나들(721+, 722+, 723+, 724+) 및 수평 축으로 제4행의 안테나들(731+, 732+, 733+, 734+) 배치된 형태를 가진다. 또한 이를 수직 축으로 살펴보면, 수직 축에 가장 인접한 제1열의 안테나들(701+, 711+, 721+, 731+)부터 제4열의 안테나들(704+, 714+, 724+, 734+)까지 배치된 형태를 가진다.
또한 수평 축을 기준으로 수직 축 방향으로 135° 기울어진 16개의 안테나들(701-, 702-, 703-, 704-, 711-, 712-, 713-, 714-, 721-, 722-, 723-, 724-, 731-, 732-, 733-, 734-)이 “4X4”의 형태로 배치되어 있다. 즉, 수평 축에 가장 인접한 4개의 제1행의 안테나들(701-, 702-, 703-, 704-)부터 수평 축으로 제2행의 안테나들(711-, 712-, 713-, 714-), 수평 축으로 제3행의 안테나들(721-, 722-, 723-, 724-) 및 수평 축으로 제4행의 안테나들(731-, 732-, 733-, 734-) 배치된 형태를 가진다. 또한 이를 수직 축으로 살펴보면, 수직 축에 가장 인접한 제1열의 안테나들(701-, 711-, 721-, 731-)부터 제4열의 안테나들(704-, 714-, 724-, 734-)까지 배치된 형태를 가진다.
이하의 설명에서 수평 축을 기준으로 45° 기울어진 16개의 “4X4”형태로 배열된 안테나들을 “제1평면 안테나”라 칭하기로 하며, 수평 축을 기준으로 135° 기울어진 16개의 “4X4”형태로 배열된 안테나들을 “제2평면 안테나”라 칭하기로 하자. 또한 안테나의 개수는 발명의 설명을 돕기 위해 16개로 예시한 것일 뿐 16개보다 적은 개수로 구성할 수도 있으며, 16개보다 많은 개수로 구성할 수도 있다. 다만 본 발명에 따른 제1평면 안테나와 제2평면 안테나들은 “NXM”의 2차원 배열을 가지는 형태이면 족하다.
이처럼 2차원을 갖는 제1평면 안테나의 각 안테나 소자들(701+, 702+, 703+, 704+, 711+, 712+, 713+, 714+, 721+, 722+, 723+, 724+, 731+, 732+, 733+, 734+)이 제2평면 안테나의 각 안테나 소자들(701-, 702-, 703-, 704-, 711-, 712-, 713-, 714-, 721-, 722-, 723-, 724-, 731-, 732-, 733-, 734-)이 도 7a에 예시한 바와 같이 교차(cross)되도록 배치되는 안테나 형상을 이하의 설명에서는 “X-Pol(Cross Polarization) 안테나”라 칭하기로 한다. 이러한 X-Pol 안테나는 현재 무선 통신 시스템의 기지국에서 일부 채용하여 사용하고 있다.
도 7b는 X-Pol 안테나를 각 평면 안테나 별로 구분하여 예시한 도면이다.
도 7b에 예시한 바와 같이 X-Pol 안테나는 제1평면 안테나만으로 사용할 수 있다. 즉, 제1평면 안테나를 이용하여 참조부호 751 또는 참조부호 752와 같이 빔 포밍을 수행할 수 있다. 또한 제2평면 안테나만으로도 하나의 안테나로 동작할 수 있다. 즉, 도 7b의 참조부호 761 및 참조부호 762와 같이 빔 포밍을 수행할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 예시한 바와 같이 제1평면 안테나와 제2평면 안테나를 이용하여 X-Pol 안테나로 구성하는 경우 3차원(3 Dimension) MIMO 전송이 가능할 수 있다. 그러면 X-Pol 안테나를 이용하여 3차원 MIMO 전송을 위한 방법에 대하여 살펴보기로 하자.
수평(H)/수직(V) 축의 안테나의 채널 정보를 활용한 3D MIMO 전송 기법
2D Array 구조를 갖는 X-Pol 안테나를 활용하여 3D MIMO 신호 전송을 위해, 각 평면마다 수평(H) 축 및 수직(V) 축의 안테나 별로 채널 정보를 획득하고, 이를 활용한다. 이러한 정보 활용을 위한 동작을 간략히 설명하면 아래와 같다.
먼저 기지국(100)은 수평(H) 축 안테나의 채널정보에 해당하는 기준신호 전송 및 수직(V) 축 안테나의 채널 정보에 해당하는 기준신호를 전송한다. 이후 단말(200)은 기지국(100)에서 지정한 각각의 기준신호에 해당하는 채널 정보 피드백을 수행해야 한다. 이때, 피드백 되는 채널 정보에는 랭크 지시자(Rank Indicator, RI), 프리코딩 매트릭스 지시자(Precoding Matrix Indicator, PMI), 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator, CQI) 등의 정보가 포함될 수 있다. 마지막으로 기지국(100)은 단말(200)로부터 수신한 각 평면 안테나 별 수평(H) 축 채널 정보와 수직(V) 축 채널 정보를 조합하여 3D MIMO 신호를 전송할 수 있다. 그러면 이상에서 설명한 절차를 도 8a를 참조하여 살펴보기로 하자.
도 8a는 단말이 각 평면 별로 수평 축 안테나 및 수직 축 안테나의 채널 정보를 각각 기지국으로 보고하고, 그에 근거한 데이터를 수신하는 경우의 신호 흐름도이다.
도 8a를 참조하기에 앞서 기지국(100)이 각 평면 별로 수평 축 안테나의 채널 정보와 수직 축 안테나의 채널 정보를 각각 생성하도록 요청하는 제어신호가 단말(200)로 제공되는 신호 흐름은 생략되었다. 또한 기지국(100)에서 각 평면 별 수평 축 안테나 및 수직 축 안테나의 채널 정보 측정을 위한 기준 신호를 단말(200)로 송신하는 동작도 생략되었음에 유의하자.
도 8a를 참조하면, 단말(200)은 801단계에서 수평 축 안테나의 채널 품질 정보를 생성하여 기지국(100)으로 전송하고, 802단계에서 수직 축 안테나의 채널 품질 정보를 생성하여 기지국(100)으로 전송할 수 있다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이 수평 축 안테나의 채널 품질 정보와 수직 축 안테나의 채널 품질 정보는 각각 랭크 지시자(Rank Indicator, RI), 프리코딩 매트릭스 지시자(Precoding Matrix Indicator, PMI), 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator, CQI) 등의 정보가 포함될 수 있다.
이처럼 수직 축 안테나의 채널 품질 정보와 수평 축 안테나의 채널 정보에 대하여 단말(100)은 어떠한 평면에 대한 기준 신호인지 구분할 필요는 없다. 즉, 단말(100)은 기지국으로부터 수신되는 서로 다른 기준 신호들에 대하여 각각 축 별로 채널 품질을 측정하고, 측정된 채널 품질에 대응한 채널 품질 정보를 생성하여 전송하면 된다. 다만, 기지국(100)은 자신이 전송한 평면에 대한 기준 신호를 알고 있으므로, 단말(200)로부터 수신된 채널 품질 정보가 수평 축 및 수직 축 안테나에 대한 채널 품질 정보를 수신하는 경우 어떠한 평면에 대한 채널 품질 정보인지 알 수 있다.
이에 따라 기지국(100)은 803단계에서 801단계 및 802단계에서 수신한 특정한 하나의 평면 또는 두 평면 모두에 대한 수평 축 안테나의 채널 품질 정보와 수직 축 안테나의 채널 품질 정보를 이용하여 단말(200)로 데이터를 전송할 수 있다. 여기서 기지국(100)이 803단계에서 데이터를 송신할 경우 수평 축 및 수직 축에 대한 정보를 크로네커 프로덕트(Kronecker Product, KP) 연산을 수행하여 데이터를 송신할 수 있다. 이때, 수평 축에 대한 채널 정보를 이용하여 획득한 데이터 전송률을 WH라 하고, 수직 축에 대한 채널 정보를 이용하여 획득한 데이터 전송률을 WV라 할 때, KP 연산은 하기 <수학식 1>과 같이 표현할 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2016005307-appb-M000001
<수학식 1>에서 ⓧ는 크로네커 프로덕트(Kronecker Product, KP) 연산을 의미한다.
이후 811단계 및 812단계는 각각 801단계 802단계에 대응하며, 813단계는 803단계에 대응하는 동작이다. 따라서 동일한 동작에 대한 추가 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 설명한 동작을 정리하면, 단말(200)은 평면에 대한 안테나들에서 수직 축 및 수평 축을 이용하여 기준 신호의 측정 및 그에 대응한 각각 채널 품질 정보를 생성하고, 이를 기지국(100)으로 보고한다. 또한 기지국(100)은 단말(200)로부터 보고된 각각의 채널 품질 정보를 활용하여 단말(200)로 데이터를 전송할 수 있다.
한편, 도 8a에서는 수평 축 안테나의 채널 품질 정보와 수직 축 안테나의 채널 품질 정보를 각각 구성하여 보고하는 경우를 예시하였다. 하지만, 수평 축 안테나의 채널 품질 정보와 수직 축 안테나의 채널 품질 정보를 한 번에 보고할 수도 있다.
도 8b는 단말이 수평 축 안테나 및 수직 축 안테나의 채널 정보를 한 번에 기지국으로 보고하고, 그에 근거한 데이터를 수신하는 경우의 신호 흐름도이다.
도 8b를 참조하기에 앞서 기지국(100)이 각 평면 별로 수평 축 안테나의 채널 정보와 수직 축 안테나의 채널 정보를 생성하도록 요청하는 제어신호 및 각 안테나들의 채널 품질 정보를 한 번에 보고하도록 지시하는 정보가 단말(200)로 제공되는 신호 흐름은 생략되었다. 또한 기지국(100)에서 각 평면 별로 수평 축 안테나 및 수직 축 안테나의 채널 정보 측정을 위한 기준 신호를 단말(200)로 송신하는 동작도 생략되었음에 유의하자.
도 8b를 참조하면, 단말(200)은 821단계에서 수평 축 안테나의 채널 품질 정보 및 수직 축 안테나의 채널 품질 정보를 한 번에 생성하여 기지국(100)으로 전송할 수 있다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이 수평 축 안테나 및 수직 축 안테나의 채널 품질 정보에는 랭크 지시자(Rank Indicator, RI), 프리코딩 매트릭스 지시자(Precoding Matrix Indicator, PMI), 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator, CQI) 등의 정보가 포함될 수 있다. 또한 여기서 프리코딩 매트릭스 지시자(PMI)는 수평 축 안테나 및 수직 축 안테나에 대한 전체 PMI 또는 수평 축 안테나 및 수직 축 안테나 각각에 대한 PMI 값을 보고할 수 있다.
단말(200)에서 서로 다른 각 축들에 대하여 하나의 프리코딩 매트릭스 지시자를 제공하는 경우 PMI는 H/V 방향 나눠지거나(각각의 PMI를 보고하는 경우) 또는 3D 방향을 직접적으로 나타내는 정보를 포함할 수 있으며, RI 및 CQI 정보는 H/V 방향으로 나누지 않고 3D 방향을 지시하는 정보에 해당하는 RI 및 CQI가 될 수 있다.
이에 따라 기지국(100)은 822단계와 같이 안테나의 수평 축에 대한 채널 품질 정보와 안테나의 수직 축에 대한 채널 품질 정보를 이용하여 단말(200)로 데이터를 전송할 수 있다. 이때, 데이터 전송률에 대한 정보는 앞서 설명한 <수학식 1>과 같이 설정될 수 있다.
이상에서 설명한 동작을 정리하면, 단말(200)은 특정 평면에서 수직 축과 수평 축에 대한 기준 신호를 측정하여 각각 채널 품질 정보를 생성하고, 이를 기지국(100)으로 한 번에 보고한다. 또한 기지국(100)은 단말(200)로부터 보고된 각각의 채널 품질 정보를 활용하여 단말(200)로 데이터를 전송할 수 있다. 이때, 기지국(100)은 수신된 정보를 이용하여 단말(200)로 3차원 빔 포밍을 수행할 수 있다.
그러면 이상에서 설명한 방법을 활용하기 위한 보다 구체적인 동작에 대하여 살펴보기로 하자.
(1) CSI Process 및 피드백 정보 구성
본 발명에서는 앞서 도 7a에서 설명한 2D Array 구조를 갖는 “X-Pol(Cross Polarization)” 안테나를 이용하는 방법을 사용한다.
또한 앞에서 간략히 설명한 바와 같이 본 발명에서는 X-Pol의 서로 다른 polarization의 안테나 간 채널이 상이하다는 점에서 착안한다. 즉, 수평/수직 축의 안테나들에 대한 각각의 채널 정보를 polarization 별로 분리하여 피드백을 수행한다. 또한 이를 기반으로 3D MIMO 전송 방향을 결정하는 전송 방안 및 운용 시나리오를 제안한다. 즉, 앞서 설명한 도 7a 또는 도 7b에서 설명한 바와 같이 특정한 하나의 평면 안테나 예를 들어 제1평면 안테나에 포함된 수평 축에 인접한 제1행 안테나들(701+, 702+, 703+, 704+)의 안테나와 수직 축에 인접한 제1열 안테나들(701+, 711+, 721+, 731+)의 배치가 서로 다르기 때문에 이들의 각각에 대한 정보를 분리하여 피드백하고, 이를 이용하여 3차원 빔 포밍을 수행할 수 있다. 그러면, 각 축별 안테나의 상호관계와 각 평면 안테나들의 채널 품질 정보 구성 및 이를 이용한 데이터 전송에 대하여 좀 더 상세히 살펴보기로 하자.
그러면 먼저 이하에서는 하기의 3가지 점을 주로 설명하기로 한다.
첫째 전송할 제어 정보의 구성, 둘째 전송하는 기준신호의 구조, 셋째 피드백 정보 구성 방안이 보다 구체적으로 설명될 것이다.
(1-1) Polarization 별 수평(H)/수직(V) 축의 안테나에 대한 채널 정보를 피드백하는 기법
본 발명에 따라 기지국(100)에서 단말(200)로 전송할 제어 정보의 구성에 대하여 살펴보면 아래와 같다. 먼저 본 발명에 따른 작동을 위해 기지국(100)은 단말(200)로 아래와 같은 제어 정보를 전송해야 한다.
1) CSI process 내에서 수평 축 안테나의 채널 추정을 위한 기준 신호 및 수직 축 안테나의 채널 추정을 위한 기준 신호가 포함되어야 한다. 또한 이 정보들을 특정한 연산 예컨대, 크로네커 프로덕트(Kronecker Product, KP) 연산을 활용하여 해당 CSI 프로세스(process)에 해당하는 PMI를 각각 구해야 한다. 이하의 설명에서 제1평면 안테나에 대한 PMI를 “f+”라 하고, 제2평면 안테나에 대한 PMI를 “f-”라 하기로 한다. 이때, 수평 축에 대한 PMI와 수직 축에 대한 PMI를 측정하여 각각 보고하도록 하는 경우 n번째 보고 시점에서 제1평면 안테나에 대한 PMI f+는 하기 <수학식 2>와 같이 생성되며, 그 이후 n+1번째에 보고 시점에서 제2평면 안테나에 대한 PMI f-는 하기 <수학식 3>과 같이 생성될 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2016005307-appb-M000002
수학식 3
Figure PCTKR2016005307-appb-M000003
<수학식 2> 및 <수학식 3>에서 bH는 특정한 하나의 평면 안테나에서 수평 축에 대한 PMI 값이며, bV는 특정한 하나의 평면 안테나에서 수직 축에 대한 PMI 값이다. 따라서 순서를 고려하지 않을 때, 즉, n번째 또는 n+1번째 등의 순서를 고려하지 않는다면,
Figure PCTKR2016005307-appb-I000001
는 제1평면 안테나에 대한 수평 축에 대한 PMI이며,
Figure PCTKR2016005307-appb-I000002
는 제1평면 안테나에 대한 수직 축에 대한 PMI 값이고,
Figure PCTKR2016005307-appb-I000003
는 제2평면 안테나에 대한 수평 축에 대한 PMI이며,
Figure PCTKR2016005307-appb-I000004
는 제2평면 안테나에 대한 수직 축에 대한 PMI이다.
2) 다음으로 각 Polarization 별로 구분된 2개의 CSI 프로세스에서 구한 PMI를 묶어 1개의 최종 PMI를 구성한다. 이때, 각 CSI 프로세스에서 구한 PMI들 간 co-phase 정보를 추가로 구하여 최종 PMI에 적용할 수 있다. 여기서 co-phases를 α라 가정하면, α는 하기 <수학식 4>와 같이 표현될 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2016005307-appb-M000004
arg max는 사용 가능한 co-phase 값들 중 f()를 최대로 만들어 주는 co-phase 값을 의미하며, f(·)는 PMI를 선택하기 위한 함수로써, 채널 용량 수식, 또는 채널 이득 크기 등이 사용될 수 있다.
3) 이상에서 설명한 방법으로 결정된 최종 PMI를 기반으로 CQI를 계산한다.
4) 상기 과정을 rank2 전송을 위해서도 동일하게 적용
이상에서 설명한 기지국(100)에서 단말(200)로 제공되는 제어 정보는 모두 제공될 수도 있고, 일부만 기지국(100)에서 단말(200)로 직접 전송되고, 나머지 부분은 미리 약속하여 수행할 수도 있다.
다음으로, 기지국이 단말로 전송하는 기준 신호의 구조를 살펴보기로 하자.
본 발명을 위해 기지국(100)은 첫 번째 CSI 프로세스(CSI process #1)에서 제1평면 안테나에 대한 즉, (+) polarization 안테나에 해당하는 기준 신호를 전송하고, 두 번째 CSI 프로세스(CSI process #2)에서 제2평면 안테나에 대한 즉, (-) polarization 안테나에 해당하는 기준 신호를 전송할 수 있다. 여기서 제1평면 안테나에 대한 기준 신호와 제2평면 안테나에 대한 기준 신호를 전송하는 순서는 중요하지 않으며, 각각 교번하여 전송하는 형태로 구성하면 족하다. 또한 각 CSI 프로세스에서는 수평 축 및 수직 축(H/V) 채널 정보의 측정을 위한 기준신호를 전송한다.
그러면 다음으로 단말(200)이 위와 같은 제어 정보를 수신하고, 각 평면 안테나 별로 기준 신호를 측정하여 기지국(100)으로 피드백하기 위한 정보를 구성하는 방안에 대하여 살펴보기로 하자.
1) 단말(200)은 (Polarization 별로 구분된, 하지만 단말은 인식하지 못할 수도 있는) 복수 개의 CSI 프로세스를 수신한다.
2) 단말(200)은 첫 번째 CSI 프로세스(CSI process #1)에서 전송된 기준신호를 활용하여 (+) polarization 안테나에 해당하는 수평 축 및 수직 축(H/V) 채널 정보를 계산한다. 이러한 계산은 앞서 설명한 <수학식 2> 및 <수학식 3>과 같은 방법으로 계산할 수 있다. 다음으로, 두 번째 CSI 프로세스(CSI process #2)에 대해서도 (-) polarization에 해당하는 수평 축 및 수직 축(H/V) 채널 정보를 계산한다. 이때, 첫 번째 및 두 번째 CSI 프로세스에서 채널 정보를 계산하는 정보에는 RI, PMI, CQI 등이 포함될 수 있다.
3) CSI process #1과 CSI process #2에서 계산한 채널 정보를 조합하여 추가적인 채널 정보를 계산한다. 예를 들어, 2개의 CSI process에서 얻은 채널 정보를 조합하여 서로 다른 polarization 채널 간 co-phase 값을 계산할 수 있다. 이는 앞서 설명한 <수학식 4>와 같이 계산될 수 있다. 또한 2개 CSI 프로세스에서 획득한 채널 정보를 조합하여, 추가적인 RI, CQI를 획득(또는 계산)할 수 있다.
이상에서 설명된 동작을 도 9를 참조하여 살펴보기로 하자. 도 9는 본 발명에 따라 각 평면 안테나(polarization) 별로 수평 축 및 수직 축 별의 채널 정보를 피드백하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9에 도시한 바와 같이 CSI 프로세스는 2단계로 이루어질 수 있다. 도 9에서 RI+, V+-PMI, H+-PMI 및 CQI+는 각각 제1평면 안테나를 통해 전송된 기준 신호를 측정하여 획득할 수 있는 정보들이다. 또한 도 9에서 RI-, V--PMI, H--PMI 및 CQI-는 각각 제2평면 안테나를 통해 전송된 기준 신호를 측정하여 획득할 수 있는 정보들이다.
따라서 첫 번째 프로세스에서 단말(200)은 앞서 설명한 바와 같이 <수학식 2>의 정보를 생성하고, 900단계에서 생성된 정보를 기지국(100)으로 제공할 수 있다. 또한 두 번째 프로세스에서 단말(200)은 앞서 설명한 바와 같이 <수학식 3>의 정보를 생성하고, 910단계에서 생성된 정보를 기지국(100)으로 제공할 수 있다.
이때, 두 번째 CSI 프로세스에서는 앞서 첫 번째 CSI 프로세스에서 계산된 정보를 가지고 있으므로, 상술한 <수학식 4>와 같은 정보를 생성할 수 있다. 이때, <수학식 4>의 정보는 기지국(100)과 단말(200)이 각각 계산할 수도 있고, 단말(200)이 계산하여 기지국(100)으로 제공할 수도 있다. 또한 세 번째 CSI 프로세스에서도 이전에 계산된 두 번째 CSI 프로세스에 대한 정보를 가지고 있으므로, 920단계에서 상술한 <수학식 4>와 같은 정보를 생성할 수 있다. 단말은 상기 <수학식 4> 이외에 기지국이 필요로 하는 Rank정보, CQI 정보 등의 채널 정보에 대해서도 복수의 CSI 프로세스 정보를 조합하여 제공 할 수 있다.
이상에서 살펴본 도 9의 실시 예에서는 도면에 예시한 바와 같이 CSI 프로세스마다 RI와 PMI 및 CQI 정보를 모두 이용하는 경우이다.
(1-2) 수평 축 및 수직 축(H/V axis) 별 CSI 프로세스를 구성하는 방안
두 번째 실시 예에서는 수직 축 및 수평 축 별 CSI 프로세스를 구성하는 방안에 대하여 살펴보기로 한다. 이때에도 기지국(100)은 단말로 하기의 제어 정보를 제공해야 한다.
1) CSI 프로세스 내에서 제1평면 안테나 및 제2평면 안테나 즉, (+)/(-) polarization으로 구분된 채널 정보 추정을 위한 기준신호가 포함됨을 단말(200)로 알려야 한다. 따라서 단말은 각 polarization 별로 채널을 분리 또는 조합하여 해당 CSI 프로세스에 해당하는 PMI를 구할 수 있다. 즉, 제1평면 안테나인 (+) polarization에 대하여 계산된 수평 축(H axis)의 PMI와 제2평면 안테나인 (-) polarization에 대하여 계산된 수평 축(H axis)의 PMI를 계산하여 전체 PMI를 계산할 수 있다. 이때, 전체 PMI인 bH는 하기 <수학식 5>와 같이 계산할 수 있다.
수학식 5
Figure PCTKR2016005307-appb-M000005
<수학식 5>에서
Figure PCTKR2016005307-appb-I000005
는 제1평면 안테나에 대한 수평 축의 PMI를 의미하며,
Figure PCTKR2016005307-appb-I000006
는 제2평면 안테나에 대한 수평 축의 PMI를 의미한다. 또한 [·]T는 행렬의 행과 열을 뒤바꾸는 연산을 의미한다.
또한 두 번째 CSI 프로세스에서는 제1평면 안테나인 (+) polarization에 대하여 계산된 수직 축(V axis)의 PMI와 제2평면 안테나인 (-) polarization에 대하여 계산된 수직 축(V axis)의 PMI를 계산하여 전체 PMI를 계산할 수 있다. 이때, 전체 PMI인 bV는 하기 <수학식 6>와 같이 계산할 수 있다.
수학식 6
Figure PCTKR2016005307-appb-M000006
<수학식 6>에서
Figure PCTKR2016005307-appb-I000007
는 제1평면 안테나에 대한 수직 축의 PMI를 의미하며,
Figure PCTKR2016005307-appb-I000008
는 제2평면 안테나에 대한 수직 축의 PMI를 의미한다.
위와 같이 수평 축과 수직 축으로 구분되어 계산된 2개의 CSI 프로세스에서 구한 PMI를 묶어 1개의 최종 PMI를 구성할 수 있다. 이때, 각 polarization에 해당하는 수평 축 및 수직 축(H/V) PMI 정보끼리 KP 연산을 적용하여 최종 PMI를 계산할 수 있다. 또한 해당 최종 PMI에 polarization간 co-phase값을 추가로 적용할 수 있다. 이때 최종 PMI에 polarization간 co-phase값은 앞서 설명한 <수학식 4>와 같이 계산할 수 있다.
이후 계산된 최종 PMI를 기반으로 CQI를 계산할 수 있다. 이러한 과정은 rank2 전송을 위해서도 동일하게 적용할 수 있다.
또한 상기한 제어 정보는 기지국(100)이 단말(200)에게 모두 제공할 수도 있고, 제어 정보 중 일부만 단말(200)로 전송되고, 나머지 제어 정보들에 대하여는 미리 약속하여 수행할 수도 있다.
그러면 다음으로 기지국(100)이 단말로 위와 같은 제어 정보를 송신한 이후 전송하는 기준신호의 구조에 대하여 살펴보기로 하자.
본 발명의 제2실시 예를 적용하기 위해 기지국(100)은 첫 번째 CSI 프로세스에서 수평축 안테나에 해당하는 기준 신호를 전송하고, 두 번째 CSI 프로세스에서 수직축 안테나에 해당하는 기준 신호를 전송할 수 있다. 또는 각 평면 안테나들 즉, polarization을 변경하여 전송할 수 있다. 각 CSI 프로세스에서는 수평 축 및 수직 축(H/V) 채널 정보의 측정을 위한 기준신호를 전송하는 것이다.
다음으로 위와 같은 제어 정보 및 기준 신호를 수신한 단말(200)에서 피드백 정보를 구성하는 방법에 대하여 살펴보기로 하자.
단말(200)은 (H/V축으로 구분된, 하지만 단말은 인식하지 못할 수도 있는) 복수 개의 CSI 프로세스를 수신한다. 또한 단말(200)은 첫 번째 CSI 프로세스에서 전송된 기준신호를 활용하여 수평(H) 축 안테나에 해당하는 채널 정보를 계산한다. 계산하는 정보에는 앞서 설명한 바와 같이 RI, PMI, CQI 등이 포함될 수 있다. 다음으로 단말(200)은 두 번째 CSI 프로세스에 대해서는 수직(V)축 안테나에 해당하는 채널 정보를 계산한다.
이후 단말(200)은 첫 번째 CSI 프로세스와 두 번째 CSI 프로세스에서 계산한 채널 정보를 조합하여 추가적인 채널 정보를 계산한다. 예를 들어, 2개의 CSI 프로세스에서 얻은 채널 정보를 조합하여 각 평면 안테나 즉, polarization을 고려한 채널 값을 계산할 수 있고, 추가적으로 서로 다른 polarization 채널 간 상관(co-phase) 값을 계산할 수 있다. 또한 단말(200)은 2개 CSI 프로세스에서 얻은 채널 정보를 조합하여, 추가적인 RI, CQI를 얻을 수 있다. 따라서 단말(200)은 이러한 정보를 기지국(100)으로 피드백할 수 있다.
그러면 이상에서 설명한 동작을 첨부된 도 10을 참조하여 살펴보기로 하자.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 수평 축 안테나 및 수직 축 안테나 별로 채널 정보를 피드백하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10에 도시한 바와 같이 CSI 프로세스는 2단계로 이루어질 수 있다. 도 10에서 H+-PMI, H―-PMI는 각각 제1평면 안테나 및 제2평면 안테나의 수평 축에 대한 PMI 값이며, V+-PMI, V―-PMI는 각각 제1평면 안테나 및 제2평면 안테나의 수직 축에 대한 PMI 값이다.
먼저 단말(200)은 1000단계에서 제1평면 안테나 및 제2평면 안테나의 수평 축에 대한 PMI 값들과 RI 및 CQI를 포함하는 정보를 생성하여 기지국(100)으로 보고하는 첫 번째 CSI 프로세스를 진행한다. 이때, 제1평면 안테나 및 제2평면 안테나의 수평 축에 대한 최종 PMI는 앞서 설명한 <수학식 5>와 같이 계산될 수 있다.
또한 단말(200)은 1010단계에서 제1평면 안테나 및 제2평면 안테나의 수직 축에 대한 PMI 값들과 RI 및 CQI를 포함하는 정보를 생성하여 기지국(100)으로 보고하는 두 번째 CSI 프로세스를 진행한다. 이때, 제1평면 안테나 및 제2평면 안테나의 수직 축에 대한 최종 PMI는 앞서 설명한 <수학식 6>과 같이 계산될 수 있다. 또한 첫 번째 CSI 프로세스를 진행한 상태이므로, 두 번째 CSI 프로세스를 진행하는 경우 단말(200)은 상관 값을 계산할 수 있다. 이러한 상관 값은 앞서 설명한 <수학식 4>와 같이 계산될 수 있다.
이후 단말(200)은 1020단계의 세 번째 CSI 프로세스부터는 앞서 설명한 두 번째 CSI 프로세스와 동일한 방법으로 CSI 프로세스를 수행할 수 있다.
(1-3) 수평 및 수직(H/V) 축과 평면 안테나(Polarization) 별 CSI 프로세스를 구성하는 방법
다음으로 수평 및 수직(H/V) 축과 평면 안테나 별 CSI 프로세스를 구성하는 방법에 대하여 살펴보기로 하자. 수평 및 수직(H/V) 축과 평면 안테나 별 CSI 프로세스를 수행하는 경우에도 기지국(100)은 단말(200)로 하기의 제어 정보를 제공하여 단말(200)에서 CSI 프로세스를 진행하도록 해야한다.
그러면 기지국(100)에서 단말(200)로 전송할 제어 정보에 대하여 살펴보자.
기지국(100)은 CSI 프로세스 내에서 제1평면 안테나와 제2평면 안테나 각각에 대하여 수직 축 및 수평 축에 대한 채널 정보 추정을 위한 기준 신호가 포함되어 전송됨을 알려줄 수 있다. 그러면 단말(200)은 각 CSI 프로세스 별 PMI를 획득하여 기지국으로 제공할 수 있다. 이때, 제1평면 안테나에 대한 수평 축 기준 신호로부터 획득한 PMI를 H+-PMI라 하고, 제1평면 안테나에 대한 수직 축 기준 신호로부터 획득한 PMI를 V+-PMI라 하며, 제2평면 안테나에 대한 수평 축 기준 신호로부터 획득한 PMI를 H--PMI라 하고, 제2평면 안테나에 대한 수직 축 기준 신호로부터 획득한 PMI를 V―-PMI로 정의하자.
그러면 단말(200)은 첫 번째 CSI 프로세스에서 제1평면 안테나에 대한 수평 축 기준 신호로부터 획득한 PMI를 H+-PMI를 획득하여 기지국으로 RI 및 CQI와 함께 전송하고, 두 번째 CSI 프로세스에서 제1평면 안테나에 대한 수직 축 기준 신호로부터 획득한 PMI를 V+-PMI를 획득하여 기지국으로 RI 및 CQI와 함께 전송할 수 있다. 또한 이처럼 제1평면 안테나에 대하여 획득한 정보들을 KP 연산을 통해 하나의 최종 PMI를 획득할 수 있다.
또한 단말(200)은 세 번째 CSI 프로세스에서 제2평면 안테나에 대한 수평 축 기준 신호로부터 획득한 PMI를 H--PMI를 획득하여 기지국으로 RI 및 CQI와 함께 전송하고, 네 번째 CSI 프로세스에서 제2평면 안테나에 대한 수직 축 기준 신호로부터 획득한 PMI를 V--PMI를 획득하여 기지국으로 RI 및 CQI와 함께 전송할 수 있다. 또한 이처럼 제2평면 안테나에 대하여 획득한 정보들을 KP 연산을 통해 하나의 최종 PMI를 획득할 수 있다.
이상에서의 동작을 다시 간략히 설명하면, 단말(200)은 각 평면 안테나 별 즉, 각 polarization에 해당하는 수평 및 수직(H/V) 축에 대응하는 PMI 정보끼리 KP 연산을 통해 최종 PMI를 계산할 수 있다. 또한 최종 PMI를 계산할 시 첫 번째 CSI 프로세스와 세 번째 CSI 프로세스를 이용하여 최종 PMI를 계산할 수도 있다. 따라서 몇 번째 CSI 프로세스들을 이용하여 하나의 최종 PMI를 계산할 것인지에 대하여는 기지국(100)이 단말(200)로 미리 알려 주여야 한다.
또한 위에서와 같이 계산된 최종 PMI를 구하는 과정에서 평면 안테나 간의 상관 값인 co-phase 값을 추가로 적용할 수 있으며, 최종 PMI를 기반으로 CQI를 계산할 수도 있다. 이러한 동작은 앞서 설명한 바와 같이 rank2 전송을 위해서도 동일하게 적용할 수 있다.
또한 상기한 제어 정보는 기지국(100)이 단말(200)에게 모두 제공할 수도 있고, 제어 정보 중 일부만 단말(200)로 전송되고, 나머지 제어 정보들에 대하여는 미리 약속하여 수행할 수도 있다.
다음으로 기지국(100)이 단말(200)로 전송하는 기준신호의 구조에 대하여 살펴보기로 하자. 본 발명을 수행하기 위해 기지국(100)은 첫 번째 CSI 프로세스에서 제1평면 안테나에 대한 수평 축(H+) 안테나에 해당하는 기준 신호를 전송하고, 두 번째 CSI 프로세스에서 제2평면 안테나에 대한 수평 축(H-) 안테나에 해당하는 기준 신호를 전송할 수 있다. 또한 기지국(100)은 세 번째 CSI 프로세스에서 제1평면 안테나의 수직 축(V+) 안테나에 해당하는 기준 신호를 전송하고, 네 번째 CSI 프로세스에서 제2평면 안테나의 수직 축(V-) 안테나에 해당하는 기준 신호를 전송할 수 있다. 이처럼 기지국(100)은 CSI 프로세스 별 기준 신호를 송신하는 순서를 변경할 수 있다.
이와 같이 기지국(100)에서 CSI 프로세스 별로 기준 신호를 송신하는 경우 단말(200)은 CSI 프로세스 별로 피드백 정보를 생성하여 기지국(100)으로 피드백한다. 이러한 피드백에 대하여 좀 더 살펴보기로 하자.
단말(200)은 (H/V축 및 polarization으로 구분된, 하지만 단말은 인식하지 못할 수도 있는) 복수 개의 CSI 프로세스를 수행하라는 제어 정보를 수신한다. 그러면 단말(200)은 첫 번째 CSI 프로세스(CSI process #1)에서 전송된 기준신호를 활용하여 제1평면 안테나의 수평(H+) 축 안테나에 해당하는 채널 정보를 계산한다. 이때, 계산하는 정보에는 RI, PMI, CQI 등이 포함될 수 있다. 이후 단말(200)은 두 번째 CSI 프로세스(CSI process #2)에서 전송된 기준신호를 활용하여 제2평면 안테나의 수평(H-) 축 안테나에 해당하는 채널 정보를 계산한다. 이때에도 계산하는 정보에는 RI, PMI, CQI 등이 포함될 수 있다.
또한 단말은 세 번째 CSI 프로세스(CSI process #3)에서 전송된 기준신호를 활용하여 제1평면 안테나의 수직(V+) 축 안테나에 해당하는 채널 정보를 계산한다. 이때, 계산하는 정보에는 RI, PMI, CQI 등이 포함될 수 있다. 마지막으로 단말(200)은 네 번째 CSI 프로세스(CSI process #4)에서 전송된 기준신호를 활용하여 수직(V-) 축 안테나에 해당하는 채널 정보를 계산한다. 이때에도 계산하는 정보에는 RI, PMI, CQI 등이 포함될 수 있다.
이처럼 4번의 CSI 프로세스(CSI process #1~#4)를 통해 계산한 채널 정보를 조합하여 추가적인 채널 정보를 계산한다. 예를 들어, 4개의 CSI 프로세스에서 얻은 채널 정보를 조합하여 각 평면 안테나(polarization)를 고려한 채널 값을 계산할 수 있고, 추가적으로 서로 다른 평면 안테나)polarization) 채널과의 상관 값인 co-phase 값을 계산할 수 있다. 또한 4개 CSI 프로세스에서 얻은 채널 정보를 조합하여, 추가적인 RI, CQI를 얻을 수 있다.
그러면 이상에서 설명한 동작을 도 11을 참조하여 살펴보기로 하자.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 수평 축 안테나, 수직 축 안테나, 각 평면 안테나 별로 채널 정보를 피드백하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11을 설명하기에 앞서 단말(200)은 기지국으로부터 4개의 CSI 프로세스가 진행될 것임에 대한 정보와 몇 번째 CSI 프로세스들을 이용하여 KP 연산을 수행할 것인지에 대한 정보를 이미 획득한 상태로 가정한다. 또한 각각의 CSI 프로세스가 진행될 때마다 해당하는 프로세스를 진행하기 위한 기준신호가 수신된 상태로 가정하기로 한다.
단말(200)은 첫 번째 CSI 프로세스(CSI process #1)가 진행될 시 1100단계에서 RI 정보를 획득하고, 1110단계에서 전송된 기준신호를 활용하여 제1평면 안테나의 수평(H+) 축 안테나에 해당하는 채널 정보를 계산한다. 이때, 채널 정보 계산은 제1평면 안테나의 수평(H+) 축 안테나에 해당하는 PMI 값과 CQI 값이 포함될 수 있다. 단말(200)은 이처럼 계산된 값을 바로 기지국(100)으로 전송할 수도 있고, 이후의 CSI 프로세스를 수행한 후에 상관 값 및 최종 PMI 값을 계산하여 기지국(100)으로 전송할 수도 있다. 매 CSI 프로스세마다 전송할 것인지 또는 최종 PMI를 획득한 후에 기지국으로 정보를 전송할 것인지는 기지국(100)이 미리 알려줄 수도 있고, 사전에 약속될 수도 있다. 따라서 단말(200)은 1110단계에서 계산된 정보를 1120단계와 같이 이후에 수행되는 CSI 프로세스에서 이용할 수 있다.
이후 단말(200)은 두 번째 CSI 프로세스(CSI process #2)에서 1130단계와 같이 RI 값을 획득하고, 1140단계에서 기지국(100)으로부터 전송된 기준신호를 활용하여 제2평면 안테나의 수평(H-) 축 안테나에 해당하는 채널 정보를 계산한다. 이때에 계산하는 정보에는 PMI, CQI가 포함될 수 있다. 도 11에서는 기지국(100)으로부터 첫 번째 CSI 프로세스와 두 번째 CSI 프로세스를 이용하여 하나의 KP 연산 쌍을 짓도록 구성하였다. 따라서 단말(200)은 첫 번째 CSI 프로세스와 두 번째 CSI 프로세스를 이용하여 KP 연산을 수행하여 최종 PMI 및 CQI를 획득할 수 있다.
이후 단말(200)은 세 번째 CSI 프로세스(CSI process #3)에서 1150단계와 같이 RI를 획득한 후 기지국(100)에서 전송된 기준신호를 활용하여 제1평면 안테나의 수직(V+) 축 안테나에 해당하는 채널 정보를 계산한다. 이때, 계산하는 정보에는 PMI, CQI가 포함될 수 있다. 이때 획득한 PMI 값은 이후 네 번째 CSI 프로세스를 수행하여 획득한 PMI와 함께 최종 PMI를 계산하는데 사용될 수 있다.
즉, 단말(200)은 네 번째 CSI 프로세스(CSI process #4)의 1180단계에서 RI 값을 획득하고 1190단계에서 기지국(100)으로부터 전송된 기준신호를 활용하여 수직(V-) 축 안테나에 해당하는 채널 정보를 계산한다. 이때에도 계산하는 정보에는 PMI, CQI가 포함될 수 있다. 도 11에서는 기지국(100)으로부터 세 번째 CSI 프로세스와 네 번째 CSI 프로세스를 이용하여 하나의 KP 연산 쌍을 짓도록 구성하였다. 따라서 단말(200)은 세 번째 CSI 프로세스와 네 번째 CSI 프로세스를 이용하여 KP 연산을 수행하여 최종 PMI 및 CQI를 획득할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 3가지 방법들은 추가적으로 조합되어 사용될 수 있다. 이 경우 각 CSI 프로세스 별 또는 CSI 프로세스 간 관계는 상기 내용을 따를 수 있다.
그러면 마지막으로 피드백 정보 구성을 위한 PMI 생성 및 Codebook 활용 방안에 대하여 살펴보기로 하자.
본 발명에서는 CSI 프로세스 간 채널 정보를 조합하여 최종 PMI를 선택한다. 각 CSI 프로세스에서 생성하는 피드백 정보는 동일 또는 서로 다른 코드북 셋(Codebook set)을 사용할 수 있다. 또한 CSI 프로세스 간 조합을 이용하여 생성하는 피드백 정보는 코드북 셋(Codebook set)과 동일 또는 독립적인 코드북 셋(Codebook set)을 사용할 수 있다. 아래 그림은 상기 방안의 실시 예를 도시한 그림이다. 해당 Codebook set은 종래의 Codebook을 그대로 재사용할 수 있다. 그러면 이러한 내용을 도 12를 참조하여 살펴보기로 하자.
도 12는 본 발명에 따라 최종 PMI를 획득하기 위한 코드북 셋의 선택 및 활용 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
단말(200)은 각 CSI 프로세스마다 이전에 가지고 있는 코드북 셋(1200)을 활용할 수 있다. 다른 방법으로 각 CSI 프로세스에 맞춰 해당하는 코드북 셋(1211, …, 121N)을 갖는 코드북 셋들(1210)을 이용할 수도 있다. 가령, 첫 번째 CSI 프로세스 피드백 정보(1201)에서 기존의 코드북 셋(1200)을 이용하는 경우 그 이후 진행되는 CSI 프로세스 피드백 정보는 모두 동일하게 기존의 코드북 셋(1200)을 이용하여 최종의 PMI(1230)를 획득할 수 있다.
이와 다른 방법으로 단말(200)은 새로운 코드북 셋들(1210)을 이용하며, 첫 번째 CSI 프로세스 피드백 정보(1201)에 대응하는 특정한 코드북 셋(1211)을 이용하는 경우 그 이후 진행되는 CSI 프로세스 피드백 정보들은 새로운 코드북 셋들(1210) 내에 해당하는 프로세스에 적용하기 위한 특정한 코드북 셋들을 이용한다. 가령, N번째 CSI 프로세스 패드백 정보(120N)는 그에 대응하는 코드북 셋(121N)을 이용하여 프로세스를 진행할 수 있다.
이와 같은 방법으로 기존의 코드북 셋(1200)을 이용하거나 또는 새로운 코드북 셋들(1210)을 이용하여 생성된 각각의 CSI 프로세스들을 이용하여 최종의 PMI를 획득할 수 있다. 예를 들어 본 발명을 활용한 최종 PMI는 Rank 1의 경우 아래의 <수학식 7>의 형태를 가질 수 있으며, Rank 2의 경우 하기 <수학식 8>과 같은 형태를 가질 수 있다.
수학식 7
Figure PCTKR2016005307-appb-M000007
수학식 8
Figure PCTKR2016005307-appb-M000008
상기 예에서,
Figure PCTKR2016005307-appb-I000009
,
Figure PCTKR2016005307-appb-I000010
, … 등의 각 요소들은 동일한 또는 서로 다른 코드북 셋을 이용하여 최종의 PMI를 획득할 수 있다.
이상에서 설명된 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 사용 가능하다.

Claims (16)

  1. 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 피드백 정보를 요청하기 위한 방법에 있어서,
    상기 2차원 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나와 특정 평면 안테나의 수직 축 및 수평 축에 대한 채널 상태 정보(CSI) 프로세스 정보 및 상기 피드백 정보의 생성을 지시하는 제어 정보를 생성하는 단계;
    상기 생성된 제어 정보를 기지국 내의 단말로 전송하는 단계;
    상기 CSI 프로세스에 대응하는 기준 신호를 생성하여 전송하는 단계; 및
    상기 CSI 프로세스 횟수에 대응하여 적어도 하나의 단말로부터 피드백 정보를 수신하는 단계;를 포함하는, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 피드백 정보 요청 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 CSI 프로세스는,
    상기 X-Pol 안테나의 하나의 평면 안테나마다 수직 축 및 수평 축에 대한 CSI 정보를 한 번에 제공하도록 설정하는, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 피드백 정보 요청 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 CSI 프로세스는,
    상기 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나마다 수직 축 및 수평 축에 대한 CSI 정보를 각각 제공하도록 설정하는, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 피드백 정보 요청 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 CSI 프로세스는,
    상기 X-Pol 안테나의 서로 다른 평면 안테나들에 대하여 수직 축의 CSI 정보를 하나의 CSI 정보로 제공하도록 하며, 상기 X-Pol 안테나의 서로 다른 평면 안테나들에 대하여 수평 축에 대한 CSI 정보를 하나의 CSI 정보로 제공하도록 설정하는, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 피드백 정보 요청 방법.
  5. 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 피드백 정보를 생성하여 전송하기 위한 방법에 있어서,
    상기 2차원 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나와 특정 평면 안테나의 수직 축 및 수평 축에 대한 채널 상태 정보(CSI) 프로세스 정보 및 상기 피드백 정보의 생성을 지시하는 제어 정보를 수신하는 단계;
    상기 CSI 프로세스에 대응한 기준 신호를 수신하는 단계;
    상기 CSI 프로세스에 대응하여 수신된 상기 기준 신호를 이용하여 CSI 피드백 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 CSI 피드백 정보를 기지국으로 전송하는 단계;를 포함하는, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 피드백 정보의 생성 및 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 CSI 프로세스 정보는,
    상기 X-Pol 안테나의 하나의 평면 안테나에 포함된 수직 축 및 수평 축의 안테나들에 대한 CSI 정보로 구성하도록 설정되고,
    상기 하나의 평면 안테나에 대한 수직 축 안테나들과 수평 축 안테나들에 대하여 측정한 정보를 미리 설정된 방법으로 연산하여 최종 정보를 획득하도록 설정된 정보인, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 피드백 정보의 생성 및 전송 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 CSI 프로세스는,
    상기 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나마다 수직 축 및 수평 축에 대한 CSI 정보를 각각 제공하도록 설정되고,
    서로 다른 2번의 CSI 프로세스들에서 획득한 정보를 이용하여 미리 설정된 방법으로 연산하여 최종 정보를 획득하도록 설정된 정보인, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 피드백 정보의 생성 및 전송 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 CSI 프로세스는,
    상기 X-Pol 안테나의 서로 다른 평면 안테나들에 대하여 수직 축의 CSI 정보를 하나의 CSI 정보로 구성하도록 설정되고, 상기 X-Pol 안테나의 서로 다른 평면 안테나들에 대하여 수평 축에 대한 CSI 정보를 하나의 CSI 정보로 제공하도록 설정되며,
    서로 다른 2번의 CSI 프로세스들에서 획득한 정보를 이용하여 미리 설정된 방법으로 연산하여 최종 정보를 획득하도록 설정된 정보인, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 피드백 정보의 생성 및 전송 방법.
  9. 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국에 있어서,
    상기 2차원 X-Pol 안테나;
    상기 2차원 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나와 특정 평면 안테나의 수직 축 및 수평 축에 대한 채널 상태 정보(CSI) 프로세스 정보 및 상기 피드백 정보의 생성을 지시하는 제어 정보를 생성하고, 기준 신호의 생성을 제어하는 기지국 제어부; 및
    상기 생성된 제어 정보 및 상기 기준 신호를 단말로 전송하고, 상기 단말로부터 상기 CSI 프로세스에 대응하여 피드백 정보를 수신하는 기지국 통신부;를 포함하는, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기지국 제어부는,
    상기 X-Pol 안테나의 하나의 평면 안테나마다 수직 축 및 수평 축에 대한 CSI 정보를 한 번에 제공하도록 설정하는, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 기지국 제어부는,
    상기 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나마다 수직 축 및 수평 축에 대한 CSI 정보를 각각 제공하도록 설정하는, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 기지국 제어부는,
    상기 X-Pol 안테나의 서로 다른 평면 안테나들에 대하여 수직 축의 CSI 정보를 하나의 CSI 정보로 제공하도록 설정하며, 상기 X-Pol 안테나의 서로 다른 평면 안테나들에 대하여 수평 축에 대한 CSI 정보를 하나의 CSI 정보로 제공하도록 설정하는, 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
  13. 2차원 X-Pol 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 피드백 정보를 생성하여 전송하기 위한 단말 장치에 있어서,
    상기 2차원 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나와 특정 평면 안테나의 수직 축 및 수평 축에 대한 채널 상태 정보(CSI) 프로세스 정보 및 상기 피드백 정보의 생성을 지시하는 제어 정보 및 기준 신호를 수신하는 단말 통신부; 및
    각 CSI 프로세스에 대응하여 수신된 상기 기준 신호를 이용하여 CSI 피드백 정보를 상기 수신된 제어 정보에 근거하여 생성하고, 상기 생성된 CSI 피드백 정보의 전송을 제어하는 단말 제어부;를 포함하는, 단말 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 단말 제어부는,
    상기 제어 정보에 근거하여 상기 X-Pol 안테나의 하나의 평면 안테나에 포함된 수직 축 및 수평 축의 안테나들에 대한 CSI 정보로 구성하도록 제어하고, 상기 하나의 평면 안테나에 대한 수직 축 안테나들과 수평 축 안테나들에 대하여 측정한 정보를 미리 설정된 방법으로 연산하여 최종 정보를 획득하는, 단말 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 단말 제어부는,
    상기 제어 정보에 근거하여 상기 X-Pol 안테나의 각 평면 안테나마다 수직 축 및 수평 축에 대한 CSI 정보를 각각 계산하고, 서로 다른 2번의 CSI 프로세스들에서 획득한 정보를 이용하여 미리 설정된 방법으로 연산하여 최종 정보를 획득하는, 단말 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 단말 제어부는,
    상기 제어 정보에 근거하여 상기 X-Pol 안테나의 서로 다른 평면 안테나들에 대하여 수직 축의 CSI 정보를 하나의 CSI 정보로 구성하고, 상기 X-Pol 안테나의 서로 다른 평면 안테나들에 대하여 수평 축에 대한 CSI 정보를 하나의 CSI 정보로 구성하며,
    상기 제어 정보에 근거하여 서로 다른 2번의 CSI 프로세스들에서 획득한 정보를 이용하여 미리 설정된 방법으로 연산하여 최종 정보를 획득하는, 단말 장치.
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