WO2016199988A1 - 무선 통신 시스템에서 멀티 유저 다중 스트림을 지원하는 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 멀티 유저 다중 스트림을 지원하는 방법 및 장치 Download PDF

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WO2016199988A1
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김희진
최경준
김광순
강지원
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엘지전자 주식회사
연세대학교 산학협력단
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    • H04W72/046—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource the resource being in the space domain, e.g. beams

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, and to a method and apparatus for supporting multi-user multi-stream transmission based on non-orthogonal multiple access (NOMA).
  • NOMA non-orthogonal multiple access
  • a 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution (LTE)) communication system will be described.
  • E-UMTS Evolved Universal Mobile Telecommunications System
  • UMTS Universal Mobile Telecommunications System
  • LTE Long Term Evolution
  • an E-UMTS is an access gateway (AG) located at an end of a user equipment (UE) and a base station (eNode B), an eNB, and a network (E-UTRAN) and connected to an external network.
  • the base station may transmit multiple data streams simultaneously for broadcast service, multicast service and / or unicast service.
  • the cell is set to one of bandwidths such as 1.25, 2.5, 5, 10, 15, and 20Mhz to provide downlink or uplink transmission services to multiple terminals. Different cells may be configured to provide different bandwidths.
  • the base station controls data transmission and reception for a plurality of terminals.
  • For downlink (DL) data the base station transmits downlink scheduling information to inform the corresponding UE of time / frequency domain, encoding, data size, and HARQ (Hybrid Automatic Repeat and reQuest) related information.
  • the base station transmits uplink scheduling information to the terminal for uplink (UL) data and informs the time / frequency domain, encoding, data size, HARQ related information, etc. that the terminal can use.
  • DL downlink
  • HARQ Hybrid Automatic Repeat and reQuest
  • the core network may be composed of an AG and a network node for user registration of the terminal.
  • the AG manages the mobility of the UE in units of a tracking area (TA) composed of a plurality of cells.
  • Wireless communication technology has been developed to LTE based on WCDMA, but the demands and expectations of users and operators are continuously increasing.
  • An object of the present specification is to provide a method and apparatus for transmitting and receiving a signal based on a NOMA in a wireless communication system.
  • An object of the present specification is to provide a method for supporting a user with multiple streams using multiple beams in a wireless communication system.
  • An object of the present specification is to provide a method for transmitting and receiving a signal using a virtual terminal for a terminal in a wireless communication system.
  • a base station supporting multi-user multi-stream can transmit a signal to a terminal.
  • Transmitting may include.
  • a plurality of virtual terminals for the first terminal is generated, the signal for the first virtual terminal of the plurality of virtual terminals is the first The beam is allocated to the beam and a signal for the second virtual terminal among the plurality of virtual terminals may be allocated to the second beam and transmitted.
  • a base station apparatus supporting multi-user multi-stream includes a receiving module for receiving information from an external device, a transmitting module for transmitting information from an external device, and a processor for controlling the receiving module and a transmitting module. It may include.
  • the processor receives a reference signal from the first terminal, estimates channel information about the first terminal, and uses the estimated channel information to determine a plurality of beams based on a non-orthogonal multiple access scheme.
  • a plurality of virtual terminals for the first terminal is generated, the signal for the first virtual terminal of the plurality of virtual terminals is the first The beam is allocated to the beam and a signal for the second virtual terminal among the plurality of virtual terminals may be allocated to the second beam and transmitted.
  • the followings may be commonly applied to a method and a base station apparatus supporting multi-user multi-stream in a wireless communication system.
  • a first virtual terminal is included in a first virtual terminal set, wherein the first beam is a transmission beam corresponding to the first virtual terminal set, and the second virtual terminal is a second virtual terminal. Included in the set, the second beam may be a transmit beam corresponding to the second set of virtual terminals.
  • receiving a reference signal from the second terminal to estimate a channel for the second terminal and a plurality of beams to the second terminal using the estimated channel non-orthogonal multiple access scheme Transmitting may be further included.
  • a plurality of virtual terminals for the second terminal are generated, and among the plurality of virtual terminals for the second terminal, the third virtual terminal Included in the first virtual terminal set, a signal for the third virtual terminal is further allocated and transmitted to the first beam, and a fourth virtual terminal among the plurality of virtual terminals for the second terminal is included in the second virtual terminal set
  • the signal for the fourth virtual terminal may be further allocated to the second beam and transmitted.
  • the virtual terminals included in one virtual terminal set may be virtual terminals having channel similarity less than or equal to a first threshold.
  • the method may further include generating respective representative vectors for each virtual terminal set.
  • the method may further include generating a beamforming precoder using respective representative vectors.
  • the beamforming precoder may be a precoder for removing interference on the virtual terminals included in each virtual terminal set.
  • the method may further include feeding back allocation information about the first virtual terminal and the second virtual terminal to the first terminal.
  • the method may further include measuring secondary characteristics of the channel.
  • the secondary characteristic of the channel when the secondary characteristic of the channel is measured, a plurality of beams are transmitted to the first terminal based on the non-orthogonal multiple access scheme by further using the channel information estimated by the reference signal and the measured secondary characteristic of the channel. can do.
  • the first beam and the second beam are first based on the measured secondary characteristics of the channel.
  • the first virtual terminal may be allocated to the first beam and the second virtual terminal may be allocated to the second beam based on the generated first and second beams.
  • the present disclosure may provide a method and apparatus for transmitting and receiving a signal based on a NOMA in a wireless communication system.
  • the present disclosure may provide a method of supporting multiple streams to a user using multiple beams in a wireless communication system.
  • the present specification may provide a method for transmitting and receiving a signal using a virtual terminal for a terminal in a wireless communication system.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an E-UMTS network structure as an example of a wireless communication system.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the structure of a radio frame.
  • 3 is a diagram illustrating a resource grid in a downlink slot.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a downlink subframe.
  • 5 is a diagram illustrating a structure of an uplink subframe.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a wireless communication system having multiple antennas.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a method for allocating resources by the NOMA method.
  • FIG. 8 illustrates a base station and a terminal including multiple antennas.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a method for transmitting a signal to a terminal by a base station based on an orthogonal multiple access scheme.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for transmitting a signal to a terminal by a base station based on a non-orthogonal multiple access scheme.
  • 11 is a diagram illustrating a method for transmitting a signal to a terminal by a base station in a non-orthogonal multiple access method based on multiple beams.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a virtual terminal generation method.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a method of generating a virtual terminal set.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of generating a representative vector and a precoder based on a virtual terminal set.
  • 15 is a flowchart of a method for transmitting a signal in a non-orthogonal multiple access scheme based on multiple beams.
  • 16 is a flowchart of a method for transmitting a signal in a non-orthogonal multiple access scheme based on a secondary characteristic of a channel.
  • 17 is a flowchart illustrating a flow chart according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 18 is a block diagram of a base station apparatus and a terminal apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • each component or feature may be considered to be optional unless otherwise stated.
  • Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features.
  • some components and / or features may be combined to form an embodiment of the present invention.
  • the order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some components or features of one embodiment may be included in another embodiment or may be replaced with corresponding components or features of another embodiment.
  • the base station has a meaning as a terminal node of the network that directly communicates with the terminal.
  • the specific operation described as performed by the base station in this document may be performed by an upper node of the base station in some cases.
  • a 'base station (BS)' may be replaced by terms such as a fixed station, a Node B, an eNode B (eNB), an access point (AP), and the like.
  • the repeater may be replaced by terms such as relay node (RN) and relay station (RS).
  • the term “terminal” may be replaced with terms such as a user equipment (UE), a mobile station (MS), a mobile subscriber station (MSS), a subscriber station (SS), and the like.
  • Embodiments of the present invention may be supported by standard documents disclosed in at least one of the wireless access systems IEEE 802 system, 3GPP system, 3GPP LTE and LTE-Advanced (LTE-A) system and 3GPP2 system. 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 the present 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-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • CDMA may be implemented with a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA may 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
  • OFDMA may be implemented in a wireless technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA).
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • 3rd Generation Partnership Project (3GPP) long term evolution (LTE) is part of an Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA, and employs OFDMA in downlink and SC-FDMA in uplink.
  • LTE-A Advanced
  • WiMAX can be described by the IEEE 802.16e standard (WirelessMAN-OFDMA Reference System) and the advanced IEEE 802.16m standard (WirelessMAN-OFDMA Advanced system). For clarity, the following description focuses on 3GPP LTE and 3GPP LTE-A systems, but the technical spirit of the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the structure of a radio frame.
  • 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 OFDM symbols.
  • the 3GPP LTE standard supports a type 1 radio frame structure applicable to frequency division duplex (FDD) and a type 2 radio frame structure applicable to time division duplex (TDD).
  • the downlink radio frame consists of 10 subframes, and one subframe consists of two slots in the time domain.
  • the time it takes for one subframe to be transmitted is called a transmission time interval (TTI).
  • TTI 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 OFDM symbols in the time domain and a plurality of resource blocks (RBs) in the frequency domain.
  • RBs resource blocks
  • a resource block (RB) is a resource allocation unit and may include a plurality of consecutive subcarriers in one slot.
  • the number of OFDM symbols included in one slot may vary depending on the configuration of a cyclic prefix (CP).
  • CP has an extended CP (normal CP) and a normal CP (normal CP).
  • normal CP normal CP
  • the number of OFDM symbols included in one slot may be seven.
  • the number of OFDM symbols included in one slot is smaller than that of the normal CP.
  • the number of OFDM symbols included in one slot may be six. If the channel state is unstable, such as when the terminal moves at a high speed, an extended CP may be used to further reduce intersymbol interference.
  • one subframe includes 14 OFDM symbols.
  • the first two or 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 (b) is a diagram illustrating a structure of a type 2 radio frame.
  • 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.
  • 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.
  • one subframe consists of two slots regardless of the radio frame type.
  • the structure of the radio frame is only an example, and the number of subframes included in the radio frame or the number of slots included in the subframe and the number of symbols included in the slot may be variously changed.
  • 3 is a diagram illustrating a resource grid in a downlink slot.
  • One downlink slot includes seven OFDM symbols in the time domain and one resource block (RB) is shown to include 12 subcarriers in the frequency domain, but the present invention is not limited thereto.
  • one slot includes 7 OFDM symbols in the case of a general cyclic prefix (CP), but one slot may include 6 OFDM symbols in the case of an extended-CP (CP).
  • Each element on the resource grid is called a resource element.
  • One resource block includes 12 ⁇ 7 resource elements.
  • the number of NDLs of resource blocks included in a downlink slot depends on a downlink transmission bandwidth.
  • the structure of the uplink slot may be the same as the structure of the downlink slot.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a downlink subframe.
  • Up to three OFDM symbols at the front of the first slot in one subframe correspond to a control region to which a control channel is allocated.
  • the remaining OFDM symbols correspond to data regions to which a physical downlink shared channel (PDSCH) is allocated.
  • PDSCH physical downlink shared channel
  • Downlink control channels used in the 3GPP LTE system include, for example, a Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH), a Physical Downlink Control Channel (PDCCH), and a Physical HARQ Indicator Channel.
  • PCFICH Physical Control Format Indicator Channel
  • PDCH Physical Downlink Control Channel
  • PHICH Physical Hybrid automatic repeat request Indicator Channel
  • the PCFICH is transmitted in the first OFDM symbol of a subframe and includes information on the number of OFDM symbols used for control channel transmission in the subframe.
  • the PHICH includes a HARQ ACK / NACK signal as a response of uplink transmission.
  • Control information transmitted through the PDCCH is referred to as downlink control information (DCI).
  • DCI includes uplink or downlink scheduling information or an uplink transmit power control command for a certain terminal group.
  • the PDCCH is a resource allocation and transmission format of the downlink shared channel (DL-SCH), resource allocation information of the uplink shared channel (UL-SCH), paging information of the paging channel (PCH), system information on the DL-SCH, on the PDSCH Resource allocation of upper layer control messages such as random access responses transmitted to the network, a set of transmit power control commands for individual terminals in an arbitrary terminal group, transmission power control information, and activation of voice over IP (VoIP) And the like.
  • a plurality of PDCCHs may be transmitted in the control region, and the terminal may monitor the plurality of PDCCHs.
  • the PDCCH is transmitted in an aggregation of one or more consecutive Control Channel Elements (CCEs).
  • CCE is a logical allocation unit used to provide a PDCCH at a coding rate based on 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 are determined according to the correlation between the number of CCEs and the coding rate provided by the CCEs.
  • the base station determines the PDCCH format according to the DCI transmitted to the terminal, and adds a cyclic redundancy check (CRC) to the control information.
  • CRC cyclic redundancy check
  • the CRC is masked with an identifier called a Radio Network Temporary Identifier (RNTI) according to the owner or purpose of the PDCCH.
  • RNTI Radio Network Temporary Identifier
  • the PDCCH is for a specific terminal, the cell-RNTI (C-RNTI) identifier of the terminal may be masked to the CRC.
  • a paging indicator identifier P-RNTI
  • SI-RNTI system information identifier and system information RNTI
  • RA-RNTI Random Access-RNTI
  • 5 is a diagram illustrating a structure of an uplink subframe.
  • the uplink subframe may be divided into a control region and a data region in the frequency domain.
  • a physical uplink control channel (PUCCH) including uplink control information is allocated to the control region.
  • a physical uplink shared channel (PUSCH) including user data is allocated.
  • PUCCH for one UE is allocated to an RB pair in a subframe. Resource blocks belonging to a resource block pair occupy different subcarriers for two slots. This is called a resource block pair allocated to the PUCCH is frequency-hopped at the slot boundary.
  • MIMO Multiple antenna
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a wireless communication system having multiple antennas.
  • 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, research on wireless channel measurement and model derivation of multi-antenna systems, and improvement of transmission reliability and transmission rate.
  • Active research is being conducted from various viewpoints, such as the study of space-time signal processing technology.
  • the communication method in the multi-antenna system in a more specific manner, it can be represented as follows mathematically. As shown in FIG. 7, it is assumed that NT transmit antennas and NR receive antennas exist. First, referring to the transmission signal, since the maximum transmittable information is NT when there are NT transmission antennas, the transmission information may be represented by a vector as shown in Equation 2 below.
  • each transmission information Can have different transmit powers.
  • the transmission information of which transmission power is adjusted is represented by a vector as shown in Equation 3 below.
  • W is also called the precoding matrix.
  • Received signal is received signal of each antenna when there are NR receiving antennas Can be expressed as a vector as
  • channels may be divided according to transmit / receive antenna indexes. From the transmit antenna j to the channel through the receive antenna i It is indicated 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. 6 (b) is a diagram illustrating a channel from NT transmit antennas to receive antenna i.
  • the channels may be bundled and displayed in vector and matrix form.
  • a channel arriving from a total of NT transmit antennas to a receive antenna i may be represented as follows.
  • the real channel is added with Additive White Gaussian Noise (AWGN) after passing through the channel matrix H.
  • AWGN Additive White Gaussian Noise
  • the received signal may be expressed as follows through the above-described mathematical modeling.
  • 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 NR of receive antennas, and the number of columns is equal to the number NT of transmit antennas.
  • the channel matrix H is NR x NT matrix.
  • the rank of a matrix is defined as the minimum number of rows or columns that are independent of each other. Thus, the rank of the matrix cannot be greater than the number of rows or columns.
  • the rank (H) of the channel matrix H is limited as follows.
  • rank may be defined as the number of nonzero eigenvalues when the matrix is eigenvalue decomposition.
  • another definition of rank may be defined as the number of nonzero singular values when singular value decomposition is performed.
  • rank in the channel matrix The physical meaning of is the maximum number of different information that can be sent on a given channel.
  • 'rank' for MIMO transmission refers to the number of paths that can independently transmit signals at specific time points and specific frequency resources, and 'number of layers' denotes each path. It indicates the number of signal streams transmitted through the system. In general, since the transmitting end transmits the number of layers corresponding to the number of ranks used for signal transmission, unless otherwise specified, the rank has the same meaning as the number of layers.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a method for allocating resources by the NOMA method.
  • a plurality of multiple antennas may be used in a base station as a method for increasing frequency efficiency in a cellular system.
  • a technique for increasing the number of antennas used in a base station has been proposed.
  • This method is called Massive MIMO, and transmits a sharp beam to a plurality of users by using spatial freedom of a plurality of multiple antennas, thereby providing high received signal power and low interference power.
  • the number of transmit antennas is M and the number of users is K
  • the channel is independent identically distributed (iid) Rayleigh fading
  • the total transmit capacity that can be transmitted is min ⁇ M, K ⁇ . May be SNR. That is, the transmission capacity may increase linearly in proportion to the number of min ⁇ M, K ⁇ .
  • the orthogonal multiple access method allocates independent resources for each terminal so that interference does not occur between the terminals. Frequency division multiple access for splitting frequency resources and distributing them to terminals, and time division multiple times for splitting time for each terminal. There are time division multiple access, and space division multiple access for splitting space by terminal. This method has the advantage that the signal modulation and demodulation of the terminal is simple because it allocates one terminal per given resource. As described above, orthogonal multiple access schemes are mainly used in LTE and LTE-A.
  • the orthogonal multiple access method has a lower transmission capacity compared to the aforementioned DPC and JML. Therefore, as a scheme for increasing the transmission capacity of the orthogonal multiple access scheme, a scheme using both a simple beamforming scheme, zero-forcing beamforming, and scheduling of a terminal is used. In this case, a method of selecting and transmitting terminals for preventing performance degradation caused by zero-forcing beamforming compared to DPC may theoretically provide performance similar to that of DPC.
  • the channel information of the terminal in order to schedule the terminal, the channel information of the terminal must be known in advance, and there may be a problem in that resources occupied by an uplink reference signal for obtaining channel information of the terminal increase.
  • UE scheduling may be effective when the number of UEs present in the cell is larger than the number of antennas of the BS.
  • the effect on scheduling may be insignificant.
  • a non-orthogonal multiple access scheme (NOMA) may be applied as a method different from the existing orthogonal multiple access scheme.
  • NOMA non-orthogonal multiple access scheme
  • FIG. 7A may be a method based on an orthogonal multiple access method
  • FIG. 7B may be a method based on a non-orthogonal multiple access method.
  • the orthogonal multiple access scheme is a scheme that allocates independent resources for each terminal so that interference between terminals does not occur.
  • the non-orthogonal multiple access scheme may be a scheme of allocating a plurality of terminals to the same frequency-time resource as a specific resource region and additionally eliminating interference by using an interference cancellation receiver with a previously considered power ratio.
  • the non-orthogonal multiple access method can obtain a large bandwidth and is expected to be utilized.
  • the non-orthogonal multiple access scheme can transmit signals to a greater number of terminals than the rank of the radio channel by superposing the superposition coding to send signals of the terminals in the same spatial resource. have.
  • the terminal transmits a signal to the terminal through a single beam even though the terminal uses a plurality of antennas.
  • the number of streams provided to the terminal may not be one or more. Therefore, the overall network transmission capacity may increase, but the transmission capacity of each terminal may be limited to the number of streams.
  • FIG. 8 illustrates a base station and a terminal including multiple antennas.
  • a wireless communication system (ex: 3GPP LTE and LTE-A system) may be composed of a user equipment (UE) or a user equipment (UE) that is distributed distributed with a base station or eNodeB connected to the infrastructure, as described above .
  • UE user equipment
  • UE user equipment
  • the base station 100 and the plurality of terminals 810, 820, and 830 may have a plurality of antennas.
  • the base station 100 may have a L antenna, and K terminals 810, 820, and 830 may consider a wireless communication system having M antennas.
  • the base station 100 may maximize downlink radio transmission capacity in consideration of a situation in which a plurality of terminals 810, 820, and 830 exist and a plurality of terminals have a plurality of antennas.
  • the antenna does not mean a physical antenna unit, but may mean a number of paths that can be transmitted or received by being controlled by a baseband processor of the base station 100 or a terminal.
  • a baseband processor of the base station 100 or a terminal may be controlled by the antenna.
  • the following configurations may be applied. However, for convenience of explanation, the following description is assumed to be the same, but is not limited thereto.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a method for transmitting a signal to a terminal by a base station based on an orthogonal multiple access scheme.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a method for the base station 100 to perform downlink radio transmission to terminals based on the orthogonal multiple access scheme described above.
  • the base station 100 may have L antennas, and the K terminals 810, 820, and 830 may have M antennas.
  • the base station 100 may generate L transmit beams, and may allocate the generated L transmit beams to K terminals up to M.
  • the base station generates 9 transmission beams, and three user A (or terminal A, 810), B (or terminal B, 820), and C (or terminal C, 830). Downlink transmission may be performed by allocating three packets to each other.
  • the base station 100 may not only simultaneously transmit information signals to the plurality of terminals 810, 820, and 830 in a beam, but also transmit the quality of service desired by the terminals 810, 820, and 830. It is possible to receive a plurality of beams at the same time according to (of-service).
  • the base station may obtain a spatial multiplexing effect of simultaneously transmitting different signals to the terminal using a plurality of antennas.
  • the base station may obtain a diversity effect to reliably transmit one signal using a plurality of antennas. That is, the base station may simultaneously transmit signals through a plurality of beams to the terminal based on the number of antennas.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for transmitting a signal to a terminal by a base station based on a non-orthogonal multiple access scheme.
  • the base station 100 may generate L transmit beams.
  • the non-orthogonal multiple access scheme may transmit one or more information signals in one transmission beam unlike the orthogonal multiple access scheme.
  • the base station 100 may generate two transmission beams 1 and 2.
  • a signal of user A (or terminal A, 1010), user B (or terminal B, 1020), user C (or terminal C, 1030) may be transmitted to the transmission beam 1.
  • a signal of a user D (or a terminal D, 1040), an E (or a terminal E, 1050), and an F (or a terminal F, 1060) is transmitted to the transmission beam 2.
  • each terminal since each terminal receives signals from other terminals together, each terminal may decode its own signal using a multi-user receiver.
  • a signal including information signals of terminals A, B, and C 1010, 1020, and 1030 may be received in the transmission beam 1 to terminals A, B, and C 1010, 1020, and 1030, respectively.
  • the terminal A 1010 may ignore the information signals of the terminals B and C 1020 and 1030 and decode their signals.
  • the terminal B 1020 may decode and remove a signal transmitted to the terminal A 1010 and decode its signal while leaving the signal of the terminal C 1030 as interference.
  • the terminal C 1030 may decode and remove the signals transmitted to the terminal A 1010 and the terminal B 1020 and decode their signals.
  • the non-orthogonal multiple access method transmits a signal using a superposition coding method, so that each signal can be decoded and removed to obtain a signal allocated to itself.
  • the above-described scheme may have a higher transmission capacity with less computational complexity at the base station than the DPC scheme.
  • the transmission capacity of each terminal since one terminal must enter only one transmission beam, the transmission capacity of each terminal may be low or low reliability. Therefore, in a next generation communication system for transmitting and receiving large-capacity media or real-time data, a method of increasing transmission capacity and reliability may be required.
  • a signal may be transmitted to terminals as an orthogonal multiple access method.
  • one beam may include one information for the plurality of beams transmitted by the base station.
  • a plurality of beams transmitted by the base station may be transmitted to one terminal. That is, since the terminal may receive a plurality of beams including one information, the throughput for the terminal may be good. However, since only one information is included in one beam, the total sum of the throughputs may be small.
  • a plurality of pieces of information may be loaded on one beam, but only one beam may be allocated to one terminal. That is, the total sum of the throughputs may be increased because a plurality of pieces of information may be included in one beam, but only one beam should be received from the terminal's point of view, and thus the throughput for the terminal may not be good.
  • one beam may include a plurality of information bar, the total sum of the throughput may be increased.
  • one terminal can be allocated a plurality of beams, the throughput of the terminal can be improved. Therefore, the following describes a specific embodiment in which the base station transmits signals in a non-orthogonal multiple access scheme based on a plurality of beams.
  • 11 is a diagram illustrating a method for transmitting a signal to a terminal by a base station in a non-orthogonal multiple access method based on multiple beams.
  • the base station may transmit a plurality of beams to a terminal in a non-orthogonal multiple access scheme to increase wireless transmission capacity.
  • the above-described scheme may be a multi-beam based non-orthogonal multiple access scheme.
  • the base station 100 may divide each terminal into virtual terminals, generate a plurality of transmission beams, and allocate one transmission beam to the virtual uses.
  • the base station 100 may receive a reference signal from the terminal, estimate channel information, and generate a beam to be transmitted to the terminal based on the estimated channel information.
  • the base station 100 may divide the terminal into a plurality of virtual terminals and allocate one beam to each of the virtual terminals.
  • one beam transmitted to each virtual terminal may be a beam transmitted based on a non-orthogonal multiple access scheme. That is, the terminal may increase the transmission capacity by receiving a plurality of beams based on the plurality of virtual terminals.
  • each beam may be a beam transmitted based on a non-orthogonal multiple access scheme, so that the sum of the transmission capacities may increase.
  • terminal A may be divided into a virtual terminal A1 1140 and a virtual terminal A2 1120.
  • the terminal B may be divided into a virtual terminal B1 1150 and a virtual terminal B2 1110.
  • the base station 100 may include information on the virtual terminal B2 1110, the virtual terminal A2 1120, and the terminal D 1130 in the transmission beam 1 and transmit the same.
  • the base station 100 may include information about the virtual terminal A1 1140, the virtual terminal B1 1150, and the terminal C 1160 in the transmission beam 2, and transmit the same.
  • the terminal A can receive information through the transmission beam 1 and the transmission beam 2
  • the terminal B can also receive information through the transmission beam 1 and the transmission beam 2.
  • the base station 100 may include a plurality of pieces of information in one transmission beam and transmit the transmission capacity. The transmission capacity may also increase.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a virtual terminal generation method.
  • the base station may generate a virtual terminal for the terminal.
  • the channel matrix of the terminal A estimated based on the reference signal by the base station is MXL size. Can be.
  • the base station is a channel matrix of the virtual terminals Q ( M) normalized vectors, Can be created by projecting to.
  • normalization of the vector may mean that 2-norm of the vector is 1. That is, the channel matrix of the j-th virtual terminal of the terminal A generated by the base station may be expressed by Equation 12 below.
  • the channel matrix of the j th virtual terminal The size of can be 1 XL. Therefore, the virtual terminal may be regarded as one terminal having one antenna.
  • vectors for creating a virtual terminal Is the channel matrix of terminal A Can be created and viewed. If the channel matrix of the terminal A is singular value decomposition (SVD), the following equation (13) can be obtained.
  • SVD singular value decomposition
  • Is an MXM Unitary matrix May be an LXL unitary matrix.
  • vectors for creating a virtual terminal Is the largest Q singular values Corresponding to It can be obtained by Q column vectors of.
  • the above-described method is a vector for generating a virtual terminal It may be an embodiment of making a, the channel matrix of the terminal A It can be generated in other ways by looking at the secondary statistical properties of and is not limited to the above-described embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a method of generating a virtual terminal set.
  • the base station is the channel information ⁇ ⁇ To configure a virtual terminal set.
  • the virtual terminal set may be determined based on similarity between channels. That is, virtual terminals included in the same virtual terminal set may have channel similarity less than or equal to a threshold.
  • the threshold may be a threshold value and may have a constant error.
  • the channel similarity between the channel vectors u and v may be determined based on Equation 15 below.
  • terminal A may be divided into four virtual terminals, and terminal B may be divided into five virtual terminals.
  • the virtual terminals (A, 1), (A, 4), (B, 1), (B, 3), and (B, 4) are set to 1 by using channel similarity for each virtual terminal.
  • the virtual terminals (A, 2), (A, 3), (B, 2), and (B, 5) may be bundled into a set 2.
  • the virtual terminal set may be divided using channel characteristics and similarity with a specific vector.
  • a specific vector may be replaced with two specific vectors. It can be said.
  • the virtual terminals (A, 1), (A, 3), (B, 1), and (B, 3) are set to 1, the virtual terminals (A, 2), and (A) using a specific vector.
  • (4), (B, 2), (B, 4), (B, 5) can be grouped into set 2.
  • the above-described classification method of the virtual terminal set may be one embodiment or may be classified in another manner.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of generating a representative vector and a precoder based on a virtual terminal set.
  • a representative vector for each virtual terminal set may be generated (S1410).
  • a beamforming precoder for the virtual terminal set is generated (S1420), and the virtual terminal included in the virtual terminal set.
  • a beamforming precoder for generating a signal may be generated (S1430).
  • a representative vector for each virtual terminal set is generated, and a beamforming precoder for the virtual terminal set and a beamforming precoder for the virtual terminals included in the virtual terminal set are configured.
  • the representative vector is a vector representing a channel of terminals included in the virtual terminal set.
  • the representative vector of the virtual terminal set 1 may be as shown in Equation 16 below.
  • the representative vector of the virtual terminal set 1 may be obtained as in Equation 18 below.
  • the representative vectors for the virtual terminal set may be generated in various ways, and are not limited to the above-described embodiment. Thereafter, the base station can obtain a beamforming vector from the representative vectors for the generated virtual terminal set.
  • the beamforming vector may be a vector maximizing the sum-rate of the virtual terminals.
  • the beamforming vector may be a vector designed to maximize a minimum value of rates of the virtual terminals.
  • the beamforming vector may be designed to remove interference between virtual terminals.
  • the beamforming precoder for removing interference may be expressed by Equation 19 below.
  • the beamforming precoder may be a precoder designed to maximize the sum-rate of virtual terminals.
  • the beamforming precoder may be generated as an optimized precoder based on Equation 20 below.
  • the above-described beamforming method may be one embodiment, and the beamforming precoder may be generated by various methods.
  • interference to prevent interference between virtual terminals included in one terminal A removal precoder can be used.
  • the above-described beamforming matrix is F
  • UE A can obtain an effective channel based on Equation 21 below.
  • the column vectors of can be constructed non-orthogonally. That is, virtual terminals included in one terminal may interfere with each other.
  • the precoder for removing the above-described interference may be obtained based on Equation 20 below.
  • SVD may be represented by Equation 22 below.
  • a representative vector for each virtual terminal set may be generated, a precoder for the virtual terminal set and a beamforming precoder for the virtual terminals included in the virtual terminal set may be generated, and the virtual may be generated using the generated precoder.
  • Optimum power may be allocated for each terminal.
  • 15 is a flowchart of a method for transmitting a signal in a non-orthogonal multiple access scheme based on multiple beams.
  • the base station may receive a reference signal from the terminal and estimate a channel based on the received reference signal. Thereafter, the base station may generate virtual terminals for the terminal based on the estimated channel, and generate a virtual terminal set using the generated virtual terminals. In this case, as an example, the base station may feed back the allocation information on the virtual terminal to the terminal. In this case, as an example, the allocation information on the virtual terminal may be information on a set of virtual terminals including the virtual terminals or information on the number of the virtual terminals, and the like is not limited to the above-described embodiment. Thereafter, the base station may generate a transmission beam for each generated virtual terminal set and calculate an optimal power for each virtual terminal. Thereafter, the base station may transmit a downlink signal to the terminal.
  • 16 is a flowchart of a method for transmitting a signal in a non-orthogonal multiple access scheme based on a secondary characteristic of a channel.
  • the base station may transmit a signal based on the secondary characteristics of the channel. More specifically, the base station can directly measure the secondary characteristics of the channel. In addition, as an example, the base station may receive feedback on the secondary characteristics of the channel measured by the terminal, through which the secondary characteristics of the channel may be known. Thereafter, the base station may receive the reference signal and perform channel estimation. In this case, as an example, the base station may transmit a signal using both the channel estimation information received based on the reference signal and the secondary characteristic information of the channel.
  • the base station may generate a transmission beam using both the received channel estimation information and the secondary characteristic information of the channel. That is, the base station may first generate a transmission beam using channel information before generating the virtual terminal for the terminal. Thereafter, the base station may create virtual terminals for the terminal. The base station may allocate virtual terminals to each beam in consideration of characteristics of the transmission beams. In this case, the base station may feed back the allocation information for the virtual terminal to the terminal, as described above. The base station can then calculate the optimal power for the virtual terminal and transmit the signal on the downlink. That is, the base station may first generate a transmission beam by using the secondary characteristic information of the channel, and then generate and allocate a virtual terminal, thereby ensuring high performance.
  • 17 is a flowchart illustrating a flow chart according to an embodiment of the present specification.
  • the base station receives a reference signal from the first terminal to estimate a channel for the first terminal (S1710). Then, the base station uses the estimated channel information to transmit a plurality of beams to the first terminal in a non-orthogonal multiple access scheme. The transmission can be performed based on (S1720).
  • the base station may generate a plurality of virtual terminals for the first terminal. have.
  • the base station may include the first virtual terminal of the generated plurality of virtual terminals in the first virtual terminal set.
  • the base station may transmit information on the first set of virtual terminals through the first beam.
  • the base station may include the second virtual terminal of the plurality of virtual terminals in the second virtual terminal set.
  • the base station may transmit information on the second virtual terminal set through the second beam. That is, the base station may generate a plurality of virtual terminals for the terminal, and assign each of the plurality of terminals to the set of virtual terminals to transmit them through different beams.
  • the plurality of virtual terminals for the terminal may be generated as one or more virtual terminals, which is not limited to the above-described embodiment.
  • the virtual terminal set may also be generated one or more virtual terminal set, it is not limited to the above-described embodiment.
  • the wireless communication system may include a base station apparatus 100 and a terminal apparatus 200.
  • the base station apparatus 100 includes a transmitting module 110 for transmitting a wireless signal, a receiving module 130 for receiving a wireless signal, and a processor 120 for controlling the transmitting module 110 and the receiving module 130. can do.
  • the base station apparatus 100 may communicate with an external device using the transmitting module 110 and the receiving module 130.
  • the external device may be a terminal device. That is, the base station apparatus 100 may be a device capable of communicating with the terminal apparatus 100 as an external device, and is not limited to the above-described embodiment.
  • the terminal device 200 includes a transmitting module 210 for transmitting a wireless signal, a receiving module 230 for receiving a wireless signal, and a processor 220 for controlling the transmitting module 210 and the receiving module 230. can do.
  • the terminal device 200 may communicate with the base station by using the transmitting module 210 and the receiving module 230. That is, the terminal device 200 may be a device capable of communicating with a base station in a wireless communication system, and is not limited to the above-described embodiment.
  • the processor 120 of the base station 100 may estimate the channel information for the first terminal by receiving a reference signal from the first terminal. In this case, the processor 120 of the base station 100 may receive the reference signal using the receiving module 130. In addition, the processor 120 of the base station 100 may transmit the plurality of beams to the first terminal based on the non-orthogonal multiple access scheme using the estimated channel information. In this case, the processor 120 of the base station 100 may transmit a plurality of beams using the transmission module 110.
  • the base station when the base station transmits a plurality of beams to the first terminal based on a non-orthogonal multiple access scheme, a plurality of virtual terminals for the first terminal are generated, and a signal for the first virtual terminal among the plurality of virtual terminals is generated.
  • the signal is allocated to the first beam and transmitted, and a signal for the second virtual terminal among the plurality of virtual terminals may be allocated to the second beam and transmitted. That is, the base station may generate a plurality of virtual terminals for the terminal, and transmit the generated plurality of virtual terminals in another beam, as described above.
  • each configuration is listed based on the base station with respect to the above configuration, the same may be applied to the terminal.
  • the terminal may receive a plurality of beams transmitted by the base station based on the virtual terminal after receiving the reference signal from the base station and transmitting channel estimation information to the base station. That is, the terminal and the base station as a wireless communication system may be a system that can operate in conjunction with each other, it is not limited to the above-described embodiment.
  • Embodiments of the present invention described above may be implemented through various means.
  • embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • a method according to embodiments of the present invention may include one or more Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Digital Signal Processors (DSPs), Digital Signal Processing Devices (DSPDs), and Programmable Logic Devices (PLDs). It may be implemented by field programmable gate arrays (FPGAs), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • ASICs Application Specific Integrated Circuits
  • DSPs Digital Signal Processors
  • DSPDs Digital Signal Processing Devices
  • PLDs Programmable Logic Devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • the method according to the embodiments of the present invention may be implemented in the form of a module, a procedure, or a function that performs the functions or operations described above.
  • the software code may be stored in a memory unit and driven by a processor.
  • the memory unit may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor by various known means.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 출원에서는 멀티 유저 다중 스트림을 지원하는 기지국이 단말로 신호를 송신하는 방법을 제공한다. 이때, 제 1 단말로부터 참조 신호(Reference Signal)를 수신하여 제 1 단말에 대한 채널 정보를 추정하는 단계 및 추정된 채널 정보를 이용하여 복수의 빔을 제 1 단말로 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 송신하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 빔을 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 제 1 단말로 송신하는 경우, 제 1 단말에 대한 복수의 가상 단말이 생성되고, 복수의 가상 단말 중 제 1 가상 단말에 대한 신호는 제 1 빔에 할당되어 전송되고, 복수의 가상 단말 중 제 2 가상 단말에 대한 신호는 제 2 빔에 할당되어 전송될 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 멀티 유저 다중 스트림을 지원하는 방법 및 장치
본 발명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)에 기초하여 멀티 유저 다중 스트림 전송을 지원하는 방법 및 장치에 대한 것이다.
본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 일례로서 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution; 이하 "LTE"라 함) 통신 시스템에 대해 개략적으로 설명한다.
도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면이다. E-UMTS(Evolved Universal Mobile Telecommunications System) 시스템은 기존 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)에서 진화한 시스템으로서, 현재 3GPP에서 기초적인 표준화 작업을 진행하고 있다. 일반적으로 E-UMTS는 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 할 수도 있다. UMTS 및 E-UMTS의 기술 규격(technical specification)의 상세한 내용은 각각 "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network"를 참조할 수 있다.
도 1을 참조하면, E-UMTS는 단말(User Equipment; UE)과 기지국(eNode B; eNB, 네트워크(E-UTRAN)의 종단에 위치하여 외부 네트워크와 연결되는 접속 게이트웨이(Access Gateway; AG)를 포함한다. 기지국은 브로드캐스트 서비스, 멀티캐스트 서비스 및/또는 유니캐스트 서비스를 위해 다중 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있다.
한 기지국에는 하나 이상의 셀이 존재한다. 셀은 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정돼 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다. 기지국은 다수의 단말에 대한 데이터 송수신을 제어한다. 하향링크(Downlink; DL) 데이터에 대해 기지국은 하향링크 스케줄링 정보를 전송하여 해당 단말에게 데이터가 전송될 시간/주파수 영역, 부호화, 데이터 크기, HARQ(Hybrid Automatic Repeat and reQuest) 관련 정보 등을 알려준다. 또한, 상향링크(Uplink; UL) 데이터에 대해 기지국은 상향링크 스케줄링 정보를 해당 단말에게 전송하여 해당 단말이 사용할 수 있는 시간/주파수 영역, 부호화, 데이터 크기, HARQ 관련 정보 등을 알려준다. 기지국간에는 사용자 트래픽 또는 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수 있다. 핵심망(Core Network; CN)은 AG와 단말의 사용자 등록 등을 위한 네트워크 노드 등으로 구성될 수 있다. AG는 복수의 셀들로 구성되는 TA(Tracking Area) 단위로 단말의 이동성을 관리한다.
무선 통신 기술은 WCDMA를 기반으로 LTE까지 개발되어 왔지만, 사용자와 사업자의 요구와 기대는 지속적으로 증가하고 있다.
본 명세서는 무선 통신 시스템에서 NOMA에 기초하여 신호를 송수신하는 방법 및 그 장치를 제공하는데 목적을 가지고 있다.
본 명세서는 무선 통신 시스템에서 다중 빔을 이용하여 다중 스트림을 유저에게 지원하는 방법을 제공하는데 목적을 가지고 있다.
본 명세서는 무선 통신 시스템에서 단말에 대한 가상 단말을 이용하여 신호를 송수신하는 방법을 제공하는데 목적을 가지고 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따라, 멀티 유저 다중 스트림을 지원하는 기지국이 단말로 신호를 송신할 수 있다. 이때, 제 1 단말로부터 참조 신호(Reference Signal)를 수신하여 제 1 단말에 대한 채널 정보를 추정하는 단계 및 추정된 채널 정보를 이용하여 복수의 빔을 제 1 단말로 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 송신하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 빔을 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 제 1 단말로 송신하는 경우, 제 1 단말에 대한 복수의 가상 단말이 생성되고, 복수의 가상 단말 중 제 1 가상 단말에 대한 신호는 제 1 빔에 할당되어 전송되고, 복수의 가상 단말 중 제 2 가상 단말에 대한 신호는 제 2 빔에 할당되어 전송될 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 멀티 유저 다중 스트림을 지원하는 기지국 장치는 외부 디바이스로부터 인포메이션을 수신하는 수신 모듈, 외부 디바이스로부터 인포메이션을 송신하는 송신 모듈 및 수신 모듈 및 송신 모듈을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이때, 프로세서는 제 1 단말로부터 참조 신호(Reference Signal)를 수신하여 제 1 단말에 대한 채널 정보를 추정하고, 추정된 채널 정보를 이용하여 복수의 빔을 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 제 1 단말로 송신할 수 있다. 이때, 복수의 빔을 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 제 1 단말로 송신하는 경우, 제 1 단말에 대한 복수의 가상 단말이 생성되고, 복수의 가상 단말 중 제 1 가상 단말에 대한 신호는 제 1 빔에 할당되어 전송되고, 복수의 가상 단말 중 제 2 가상 단말에 대한 신호는 제 2 빔에 할당되어 전송될 수 있다.
또한, 무선 통신 시스템에서 멀티 유저 다중 스트림을 지원하는 방법 및 기지국 장치에 대해서 다음 사항들은 공통으로 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제 1 가상 단말은 제 1 가상 단말 집합에 포함되되, 상기 제 1 빔은 상기 제 1 가상 단말 집합에 대응하는 송신빔이고, 제 2 가상 단말은 제 2 가상 단말 집합에 포함되되, 제 2 빔은 상기 제 2 가상 단말 집합에 대응하는 송신빔일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제 2 단말로부터 참조 신호를 수신하여 제 2 단말에 대한 채널을 추정하는 단계 및 추정된 채널을 이용하여 복수의 빔을 제 2 단말로 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 복수의 빔을 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 제 2 단말로 송신하는 경우, 제 2 단말에 대한 복수의 가상 단말이 생성되고, 제 2 단말에 대한 복수의 가상 단말 중 제 3 가상 단말은 제 1 가상 단말 집합에 포함되고, 제 3 가상 단말에 대한 신호는 제 1 빔에 더 할당되어 전송되고, 제 2 단말에 대한 복수의 가상 단말 중 제 4 가상 단말은 제 2 가상 단말 집합에 포함되고, 제 4 가상 단말에 대한 신호는 제 2 빔에 더 할당되어 전송될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 가상 단말 집합에 포함된 가상 단말들은 제 1 스레스홀드 이하의 채널 유사성을 갖는 가상 단말들일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 각각의 가상 단말 집합에 대한 각각의 대표 벡터들을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 각각의 대표 벡터들을 이용하여 빔 형성 프리코더를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 빔형성 프리코더는 각각의 가상 단말 집합에 포함되는 가상 단말들에 대한 간섭을 제거하는 프리코더일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제 1 단말로 제 1 가상 단말 및 제 2 가상 단말에 대한 할당 정보를 피드백하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 채널의 2차 특성을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 채널의 2차 특성이 측정되는 경우, 참조 신호에 의해 추정되는 채널 정보 및 측정된 채널의 2차 특성을 더 이용하여 복수의 빔을 제 1 단말로 상기 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 송신할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따라, 복수의 빔을 제 1 단말로 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 송신하는 경우, 측정된 채널의 2차 특성에 기초하여 제 1 빔 및 제 2 빔이 먼저 생성되고, 생성된 제 1 빔 및 제 2 빔에 특성에 기초하여 제 1 가상 단말이 제 1 빔으로 할당되고, 제 2 가상 단말이 제 2 빔으로 할당될 수 있다.
본 명세서는 무선 통신 시스템에서 NOMA에 기초하여 신호를 송수신하는 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서는 무선 통신 시스템에서 다중 빔을 이용하여 다중 스트림을 유저에게 지원하는 방법을 제공할 수 있다.
본 명세서는 무선 통신 시스템에서 단말에 대한 가상 단말을 이용하여 신호를 송수신하는 방법을 제공할 수 있다.
본 명세서에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 무선 프레임의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 하향링크 슬롯에서의 자원 그리드(resource grid)를 나타내는 도면이다.
도 4는 하향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다.
도 7은 NOMA 방식으로 자원이 할당되는 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 다중 안테나를 포함하는 기지국 및 단말을 나타낸 도면이다.
도 9는 직교 다중 접속 방식에 기초하여 기지국이 단말로 신호를 송신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 10은 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 기지국이 단말로 신호를 송신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 11은 다중 빔에 기초하여 비직교 다중 접속 방식으로 기지국이 단말로 신호를 송신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 12는 가상 단말 생성 방법을 나타낸 도면이다.
도 13은 가상 단말 집합을 생성하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 14는 가상 단말 집합에 기초하여 대표 벡터 및 프리코더를 생성하는 방법에 대한 순서도이다.
도 15는 다중 빔에 기초하여 비직교 다중 접속 방식으로 신호를 송신하는 방법에 대한 순서도이다.
도 16는 채널의 2차 특성에 기초하여 비직교 다중 접속 방식으로 신호를 송신하는 방법에 대한 순서도이다.
도 17은 본 명세서의 일 실시예에 따른 순서도를 도시한 도면이다.
도 18은 본 명세서의 일 실시예에 따라 기지국 장치 및 단말 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
본 명세서에서 본 발명의 실시예들을 기지국과 단말 간의 데이터 송신 및 수신의 관계를 중심으로 설명한다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 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 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 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, '단말(Terminal)'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.
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.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다. WiMAX는 IEEE 802.16e 규격(WirelessMAN-OFDMA Reference System) 및 발전된 IEEE 802.16m 규격(WirelessMAN-OFDMA Advanced system)에 의하여 설명될 수 있다. 명확성을 위하여 이하에서는 3GPP LTE 및 3GPP LTE-A 시스템을 위주로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 무선 프레임의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
셀룰라 OFDM 무선 패킷 통신 시스템에서, 상/하향링크 데이터 패킷 전송은 서브프레임 (subframe) 단위로 이루어지며, 한 서브프레임은 다수의 OFDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된다. 3GPP LTE 표준에서는 FDD(Frequency Division Duplex)에 적용 가능한 타입 1 무선 프레임(radio frame) 구조와 TDD(Time Division Duplex)에 적용 가능한 타입 2의 무선 프레임 구조를 지원한다.
도 2(a)는 타입 1 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다. 하향링크 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 시간 영역(time domain)에서 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)이라 하고, 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 자원블록(Resource Block; RB)을 포함한다. 3GPP LTE 시스템에서는 하향링크에서 OFDMA를 사용하므로, OFDM 심볼이 하나의 심볼 구간을 나타낸다. OFDM 심볼은 또한 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간으로 칭하여질 수도 있다. 자원 블록(Resource Block; RB)은 자원 할당 단위이고, 하나의 슬롯에서 복수개의 연속적인 부반송파(subcarrier)를 포함할 수 있다.
하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 CP(Cyclic Prefix)의 구성(configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP에는 확장된 CP(extended CP)와 일반 CP(normal CP)가 있다. 예를 들어, OFDM 심볼이 일반 CP에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 7개일 수 있다. OFDM 심볼이 확장된 CP에 의해 구성된 경우에는 하나의 OFDM 심볼의 길이가 늘어나므로, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 일반 CP인 경우보다 적다. 확장된 CP의 경우에, 예를 들어, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 6개일 수 있다. 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심볼간 간섭을 더욱 줄이기 위해 확장된 CP가 사용될 수 있다.
일반 CP가 사용되는 경우 하나의 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 포함하므로, 하나의 서브프레임은 14개의 OFDM 심볼을 포함한다. 이때, 각 서브프레임의 처음 2개 또는 3개의 OFDM 심볼은 PDCCH(physical downlink control channel)에 할당되고, 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH(physical downlink shared channel)에 할당될 수 있다.
도 2(b)는 타입 2 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다. 타입 2 무선 프레임은 2개의 하프 프레임 (half frame)으로 구성되며, 각 하프 프레임은 5개의 서브프레임과 DwPTS (Downlink Pilot Time Slot), 보호구간(Guard Period; GP), UpPTS (Uplink Pilot Time Slot)로 구성되며, 이 중 1개의 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다. DwPTS는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. UpPTS는 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 보호구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다. 한편, 무선 프레임의 타입에 관계 없이 1개의 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다.
무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 3은 하향링크 슬롯에서의 자원 그리드(resource grid)를 나타내는 도면이다.
하나의 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 7 개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원블록(RB)은 주파수 영역에서 12 개의 부반송파를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 일반 CP(Cyclic Prefix)의 경우에는 하나의 슬롯이 7 OFDM 심볼을 포함하지만, 확장된 CP(extended-CP)의 경우에는 하나의 슬롯이 6 OFDM 심볼을 포함할 수 있다. 자원 그리드 상의 각각의 요소는 자원 요소(resource element)라 한다. 하나의 자원블록은 12×7 자원 요소를 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원블록들의 NDL의 개수는 하향링크 전송 대역폭에 따른다. 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.
도 4는 하향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
하나의 서브프레임 내에서 첫 번째 슬롯의 앞 부분의 최대 3 개의 OFDM 심볼은 제어 채널이 할당되는 제어 영역에 해당한다. 나머지 OFDM 심볼들은 물리하향링크공유채널(Physical Downlink Shared Chancel; PDSCH)이 할당되는 데이터 영역에 해당한다.
3GPP LTE 시스템에서 사용되는 하향링크 제어 채널들에는, 예를 들어, 물리제어포맷지시자채널(Physical Control Format Indicator Channel; PCFICH), 물리하향링크제어채널(Physical Downlink Control Channel; PDCCH), 물리HARQ지시자채널(Physical Hybrid automatic repeat request Indicator Channel; PHICH) 등이 있다. PCFICH는 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되고 서브프레임 내의 제어 채널 전송에 사용되는 OFDM 심볼의 개수에 대한 정보를 포함한다. PHICH는 상향링크 전송의 응답으로서 HARQ ACK/NACK 신호를 포함한다. PDCCH를 통하여 전송되는 제어 정보를 하향링크제어정보(Downlink Control Information; DCI)라 한다. DCI는 상향링크 또는 하향링크 스케줄링 정보를 포함하거나 임의의 단말 그룹에 대한 상향링크 전송 전력 제어 명령을 포함한다. PDCCH는 하향링크공유채널(DL-SCH)의 자원 할당 및 전송 포맷, 상향링크공유채널(UL-SCH)의 자원 할당 정보, 페이징채널(PCH)의 페이징 정보, DL-SCH 상의 시스템 정보, PDSCH 상으로 전송되는 임의접속응답(Random Access Response)과 같은 상위계층 제어 메시지의 자원 할당, 임의의 단말 그룹 내의 개별 단말에 대한 전송 전력 제어 명령의 세트, 전송 전력 제어 정보, VoIP(Voice over IP)의 활성화 등을 포함할 수 있다. 복수의 PDCCH가 제어 영역 내에서 전송될 수 있고, 단말은 복수의 PDCCH를 모니터링할 수 있다.
PDCCH는 하나 이상의 연속하는 제어채널요소(Control Channel Element; CCE)의 조합(aggregation)으로 전송된다. CCE는 무선 채널의 상태에 기초한 코딩 레이트로 PDCCH를 제공하기 위해 사용되는 논리 할당 단위이다. CCE는 복수개의 자원 요소 그룹에 대응한다. PDCCH의 포맷과 이용가능한 비트 수는 CCE의 개수와 CCE에 의해 제공되는 코딩 레이트 간의 상관관계에 따라서 결정된다.
기지국은 단말에게 전송되는 DCI에 따라서 PDCCH 포맷을 결정하고, 제어 정보에 순환잉여검사(Cyclic Redundancy Check; CRC)를 부가한다. CRC는 PDCCH의 소유자 또는 용도에 따라 무선 네트워크 임시 식별자(Radio Network Temporary Identifier; RNTI)라 하는 식별자로 마스킹된다. PDCCH가 특정 단말에 대한 것이면, 단말의 cell-RNTI(C-RNTI) 식별자가 CRC에 마스킹될 수 있다. 또는, PDCCH가 페이징 메시지에 대한 것이면, 페이징 지시자 식별자(Paging Indicator Identifier; P-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. PDCCH가 시스템 정보(보다 구체적으로, 시스템 정보 블록(SIB))에 대한 것이면, 시스템 정보 식별자 및 시스템 정보 RNTI(SI-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. 단말의 임의 접속 프리앰블의 전송에 대한 응답인 임의접속응답을 나타내기 위해, 임의접속-RNTI(RA-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다.
도 5는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
상향링크 서브프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 분할될 수 있다. 제어 영역에는 상향링크 제어 정보를 포함하는 물리상향링크제어채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH)이 할당된다. 데이터 영역에는 사용자 데이터를 포함하는 물리상향링크공유채널(Physical uplink shared channel; PUSCH)이 할당된다. 단일 반송파 특성을 유지하기 위해서, 하나의 단말은 PUCCH와 PUSCH를 동시에 전송하지 않는다. 하나의 단말에 대한 PUCCH는 서브프레임에서 자원블록 쌍(RB pair)에 할당된다. 자원블록 쌍에 속하는 자원블록들은 2 슬롯에 대하여 상이한 부반송파를 차지한다. 이를 PUCCH에 할당되는 자원블록 쌍이 슬롯 경계에서 주파수-호핑(frequency-hopped)된다고 한다.
다중안테나 ( MIMO ) 시스템의 모델링
도 6은 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다.
도 6(a)에 도시된 바와 같이 송신 안테나의 수를 NT 개로, 수신 안테나의 수를 NR 개로 늘리면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 따라서, 전송 레이트를 향상시키고 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 채널 전송 용량이 증가함에 따라, 전송 레이트는 이론적으로 단일 안테나 이용시의 최대 전송 레이트(Ro)에 레이트 증가율(Ri)이 곱해진 만큼 증가할 수 있다.
다.
[수학식 1]
*
Figure PCTKR2015011993-appb-I000001
예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는, 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 이와 같은 다중 안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후, 실질적으로 데이터 전송률을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며, 이들 중 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
다중 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링 하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 NT개의 송신 안테나와 NR개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다. 먼저, 송신 신호에 대해 살펴보면, NT개의 송신 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 NT개이므로, 전송 정보를 하기의 수학식 2와 같은 벡터로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000002
한편, 각각의 전송 정보
Figure PCTKR2015011993-appb-I000003
에 있어 전송 전력을 다르게 할 수 있으며, 이때 각각의 전송 전력을
Figure PCTKR2015011993-appb-I000004
라 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보를 벡터로 나타내면 하기의 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000005
또한,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000006
를 전송 전력의 대각행렬 P를 이용하여 나타내면 하기의 수학식 4와 같다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000007
한편, 전송전력이 조정된 정보 벡터
Figure PCTKR2015011993-appb-I000008
에 가중치 행렬 W가 적용되어 실제 전송되는
Figure PCTKR2015011993-appb-I000009
개의 송신 신호(transmitted signal)
Figure PCTKR2015011993-appb-I000010
가 구성되는 경우를 고려해보자.여기서, 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송신호
Figure PCTKR2015011993-appb-I000011
는 벡터 X를 이용하여 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000012
여기에서,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000013
는 i번째 송신 안테나와 j번째 정보간의 가중치를 의미한다. 는 W는 프리코딩 행렬이라고도 불린다.
수신신호는 NR 개의 수신 안테나가 있는 경우 각 안테나의 수신신호
Figure PCTKR2015011993-appb-I000014
은 벡터로 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000015
다중안테나 무선 통신 시스템에서 채널을 모델링하는 경우, 채널은 송수신 안테나 인덱스에 따라 구분될 수 있다. 송신 안테나 j로부터 수신 안테나 i를 거치는 채널을
Figure PCTKR2015011993-appb-I000016
로 표시하기로 한다.
Figure PCTKR2015011993-appb-I000017
에서, 인덱스의 순서가 수신 안테나 인덱스가 먼저, 송신 안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.
한편, 도 6(b)은 NT 개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시한 도면이다. 상기 채널을 묶어서 벡터 및 행렬 형태로 표시할 수 있다. 도 6(b)에서, 총 NT 개의 송신 안테나로부터 수신 안테나 i로 도착하는 채널은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000018
따라서, NT 개의 송신 안테나로부터 NR 개의 수신 안테나로 도착하는 모든 채널은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 8]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000019
실제 채널에는 채널 행렬 H를 거친 후에 백색잡음(AWGN; Additive White Gaussian Noise)이 더해진다. NR 개의 수신 안테나 각각에 더해지는 백색잡음
Figure PCTKR2015011993-appb-I000020
은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 9]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000021
상술한 수식 모델링을 통해 수신신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 10]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000022
한편, 채널 상태를 나타내는 채널 행렬 H의 행과 열의 수는 송수신 안테나의 수에 의해 결정된다. 채널 행렬 H에서 행의 수는 수신 안테나의 수 NR과 같고, 열의 수는 송신 안테나의 수 NT와 같다. 즉, 채널 행렬 H 는 행렬이 NR×NT된다.
행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행 또는 열의 개수 중에서 최소 개수로 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 행 또는 열의 개수 보다 클 수 없다. 채널 행렬 H의 랭크(rank(H))는 다음과 같이 제한된다.
[수학식 11]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000023
랭크의 다른 정의는 행렬을 고유치 분해(Eigen value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 고유치들의 개수로 정의할 수 있다. 유사하게, 랭크의 또 다른 정의는 특이치 분해(singular value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 특이치들의 개수로 정의할 수 있다. 따라서, 채널 행렬에서 랭크. 의 물리적인 의미는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다.
본 문서의 설명에 있어서, MIMO 전송에 대한 '랭크(Rank)' 는 특정 시점 및 특정 주파수 자원에서 독립적으로 신호를 전송할 수 있는 경로의 수를 나타내며, '레이어(layer)의 개수' 는 각 경로를 통해 전송되는 신호 스트림의 개수를 나타낸다. 일반적으로 송신단은 신호 전송에 이용되는 랭크 수에 대응하는 개수의 레이어를 전송하기 때문에 특별한 언급이 없는 한 랭크는 레이어 개수와 동일한 의미를 가진다.
도 7은 NOMA 방식으로 자원이 할당되는 방법을 나타낸 도면이다.
상술한 바와 같이, 셀룰러 시스템에서 주파수 효율을 높이기 위한 방법으로 기지국에서 다수의 다중 안테나를 사용할 수 있다. 이때, 기지국에서 사용하는 안테나 수를 증가시켜 사용하고자 하는 기술이 제시되고 있다. 이러한 방식은 매시브 MIMO 라고 불리며, 다수의 다중 안테나의 공간 자유도를 이용하여 다수의 사용자에게 날카로운 빔으로 송신하므로 높은 수신신호파워 및 낮은 간섭파워를 제공할 수 있다. 일 예로, 송신 안테나의 수가 M이고 사용자의 수가 K인 경우, 채널이 independent identically distributed (i.i.d.) Rayleigh 페이딩일 때, 송신 가능한 총 전송 용량은 min{M,K}
Figure PCTKR2015011993-appb-I000024
SNR일 수 있다. 즉, 전송 용량은 min{M, K}의 수에 비례하여 선형적으로 증가할 수 있다.
다만, M 및 K의 수가 증가하면 전송용량을 얻기 위해서는 복잡한 송수신 방식이 필요할 수 있다. 일 예로, 상술한 M 및 K가 증가한 경우에 전송 용량을 얻기 위해서는 기지국에서 하향링크 송신을 위한 dirty-paper coding (DPC)을 사용할 필요성이 있다. 또한, 송신링크 수신을 위해서는 joint maximum-likelihood (JML) 수신기를 사용하여야 한다. 이 두 가지 방식의 연산 복잡도는 안테나 수와 사용자의 수에 따라 지수적으로 증가할 수 있다. 이때, 연산 복잡도에 기초하여 하드웨어 복잡도 제한, 지연 시간 제한, 하드웨어 전력 제한 등으로 인하여 시스템을 사용하기 어려울 수 있다.
따라서, 실제 시스템에서는 낮은 연산 복잡도를 가진 준-최적(sub-optimal) 전송 방식을 사용할 필요성이 있다. 일 예로, 직교 다중 접속 방식(Orthogonal multiple access)과 비직교 다중 접속(Non-orthogonal multiple access, NOMA) 방식이 있다.
직교 다중 접속 방식은 단말 별로 독립된 자원을 할당하여 단말간의 간섭이 미치지 않게 하는 방식으로 주파수 자원을 쪼개어 단말에게 분배하는 주파수 분할 다중 접속(Frequency division multiple access), 단말 별로 시간을 쪼개어 사용하는 시간 분할 다중 접속(Time division multiple access), 단말 별로 공간을 쪼개어 사용하는 공간 분할 다중 접속 (Space division multiple access) 등이 있다. 이 방식은 주어진 자원 당 하나의 단말을 할당하므로 단말의 신호 변복조가 간단하다는 장점을 가지고 있다. 상술한 바와 같이, 기존의 LTE 및 LTE-A에서는 직교 다중 접속 방식이 주로 사용되었다.
하지만, 직교다중접속방식은 앞서 언급한 DPC와 JML과 비교하여 낮은 전송용량을 가지고 있다. 따라서, 직교 다중 접속 방식의 전송용량을 증대시키기 위한 방안으로 간단한 빔형성 방식인 Zero-forcing 빔형성과 단말의 스케줄링(scheduling)을 함께 이용하는 방식이 이용되었다. 이때, DPC 대비 Zero-forcing 빔형성으로 발생하는 성능열화를 막기 위한 단말들을 선택하여 전송하는 방식으로 이론적으로 DPC와 유사한 성능을 제공할 수 있다. 다만, 상술한 방법의 경우에도 단말을 스케줄링(scheduling)하기 위해서는 단말의 채널 정보를 미리 알고 있어야 하는바, 단말의 채널 정보를 얻기 위한 상향링크 참조신호가 차지하는 자원이 늘어나는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 단말 스케줄링(scheduling)은 기지국의 안테나의 수 보다 셀에 존재하는 단말의 수가 많을 때 효과적일 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 매시브 MIMO가 적용되는 향후 통신 시스템에서는 기지국에서 다수의 안테나가 존재하는바 스케줄링에 대한 효과가 미비할 수 있다.
이때, 기존의 직교 다중 접속 방식과 다른 방식으로서, 비직교 다중 접속 방식(NOMA)가 적용될 수 있다.
이때, 도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, 도 7의 (a)는 직교 다중 접속 방식에 기초한 방식일 수 있으며, 도 7의 (b)는 비직교 다중 접속 방식에 기초한 방식일 수 있다. 보다 상세하게는, 상술한 바와 같이, 직교 다중 접속 방식은 단말 별로 독립된 자원을 할당하여 단말간의 간섭이 미치지 않게 할 수 있는 방식이다. 이와 다르게, 비직교 다중 접속 방식은 특정한 자원 영역으로서 동일 주파수-시간 자원에 복수의 단말을 할당하고, 추가적으로 사전에 고려된 전력비를 가지고 간섭 제거 수신기를 이용하여 간섭을 제거하는 방식일 수 있다. 즉, 비직교 다중 접속 방식은 큰 대역폭을 얻을 수 있어 활용이 기대되고 있다.
보다 상세하게는, 비직교 다중 접속 방식은 슈퍼포지션 코딩(superposition coding)을 이용하여 단말들의 신호를 동일한 공간 자원 내에 겹쳐서 보내는 방식으로 무선 채널의 랭크보다 더 많은 수의 단말들에게 신호를 송신할 수 있다.
다만, 비직교 다중 접속 방식과 관련하여, 단말이 복수 개의 안테나를 사용하고 있음에도 불구하고 단일 빔을 통해 단말에게 신호를 전송하고 있다. 이때, 단일 빔 공간에 다수의 단말에 대해 슈퍼포지션을 기반으로 신호를 송신하는 경우에는 단말에게 제공되는 스트림의 수가 하나 이상일 수 없다. 따라서, 네트워크 전체 전송 용량이 증가할 수 있으나, 단말별 전송 용량은 스트림의 수로 제한될 수 있었다.
이하에서는 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 송수신하는 방법으로서, 상술한 스트림 수를 고려하여 단말에게 다중 빔으로 다중 스트림에 대한 전송을 수행하는 방법에 대해 서술한다.
도 8은 다중 안테나를 포함하는 기지국 및 단말을 나타낸 도면이다.
무선 통신 시스템(ex:3GPP LTE 및 LTE-A 시스템)은 인프라스트럭쳐와 연결되어있는 기지국 또는 eNodeB와 분산적으로 존재하는 사용자 또는 단말(User equipment, UE)로 구성될 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다.
이때, 도 8을 참조하면, 기지국(100) 및 복수의 단말(810, 820, 830)들은 복수 개의 안테나를 가지고 있을 수 있다. 일 예로, 기지국(100)은 L개의 안테나를 가지고 있고, K개의 단말들(810, 820, 830)은 M개의 안테나를 가지고 있는 무선 통신 시스템을 고려할 수 있다. 이때, 기지국(100)은 복수의 단말들(810, 820, 830)이 존재하고, 복수의 단말들이 복수 개의 안테나를 가지고 있는 상황을 고려하여 하향 링크 무선 전송 용량을 최대화하도록 할 수 있다.
이때, 일 예로, 상술한 안테나는 물리적인 안테나 유닛을 의미하는 것이 아니라, 기지국(100) 또는 단말의 기저대역 프로세서(baseband processor)에서 컨트롤하여 전송 또는 수신할 수 있는 경로의 수를 의미할 수 있다. 또한, Hybrid array antenna와 같이 물리적인 안테나 유닛의 수와 기저대역 프로세서에서 컨트롤할 수 있는 경로의 수가 다르더라도 하기의 구성들이 적용될 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해 하기에서는 동일하다고 가정하여 서술하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 직교 다중 접속 방식에 기초하여 기지국이 단말로 신호를 송신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 9는 상술한 직교 다중 접속 방식에 기초하여 기지국(100)이 단말들로 하향 링크 무선 전송을 수행하는 방법을 나타낸 도면이다.
이때, 일 예로, 상술한 바와 같이, 기지국(100)은 L개의 안테나를 가지고 있을 수 있으며, K개의 단말들(810, 820, 830)은 M개의 안테나를 가지고 있을 수 있다. 이때, 기지국(100)은 L개의 송신 빔을 생성하고, 생성된 L개의 송신 빔을 K개의 단말들에게 최대 M개까지 할당할 수 있다.
이때, 일 예로, 도 9를 참조하면, 기지국은 9개의 송신 빔을 생성하고, 3명의 사용자 A(또는 단말 A, 810), B(또는 단말 B, 820), C(또는 단말 C, 830)에게 3개씩 할당하여 하향 링크 송신을 수행할 수 있다. 이때, 기지국(100)은 복수의 단말들(810, 820, 830)에게 정보 신호를 빔에 실어 동시에 보낼 수 있을 뿐만 아니라, 단말들(810, 820, 830)은 자신이 원하는 서비스 품질(Quality-of-service)에 따라 다수의 빔을 동시에 수신할 수 있다.
이때, 일 예로, 기지국은 복수 개의 안테나를 이용하여 단말에게 서로 다른 신호를 동시에 송신하는 공간 다중화(spatial multiplexing) 효과를 얻을 수 있다. 또한, 일 예로, 기지국은 복수 개의 안테나를 사용하여 하나의 신호를 신뢰성있게 전송하도록 하는 다이버시티(diversity) 효과를 얻을 수 있다. 즉, 기지국은 안테나 수에 기초하여 단말에게 복수의 빔을 통해 신호를 동시에 전송할 수 있다.
도 10은 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 기지국이 단말로 신호를 송신하는 방법을 나타낸 도면이다.
상술한 바와 다르게 무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 단말에게 신호를 전송하는 경우에는 단말에게 하나의 송신 빔만을 전송하도록 되어 있다.
보다 상세하게는, 상술한 바와 같이, 기지국(100)은 L개의 송신 빔을 생성할 수 있다. 이때, 비직교 다중 접속 방식은 직교 접속 다중 방식과 다르게 송신 빔 하나에 하나 이상의 정보 신호를 포함시켜 전송할 수 있다.
일 예로, 도 10을 참조하면, 기지국(100)은 2개의 송신 빔 1과 2를 생성할 수 있다. 이때, 송신 빔 1에는 사용자 A(또는 단말 A, 1010), 사용자 B(또는 단말 B, 1020), 사용자 C(또는 단말 C, 1030)의 신호를 전송할 수 있다. 또한, 송신 빔 2에는 사용자 D(또는 단말 D, 1040), E(또는 단말 E, 1050), F(또는 단말 F, 1060)의 신호를 전송한다.
이때, 각각의 단말들은 다른 단말들의 신호가 함께 들어오므로, 다중 사용자 수신기(multi-user receiver)를 사용하여 자신의 신호를 복호화할 수 있다. 이때, 일 예로, 송신 빔 1에는 단말 A, B, C(1010, 1020, 1030)의 정보 신호가 포함된 신호가 단말 A, B, C(1010, 1020, 1030)에 각각 수신될 수 있다. 이때, 단말 A(1010)은 단말 B, C(1020, 1030)의 정보 신호를 무시하고 자신의 신호를 복호화할 수 있다. 또한, 단말 B(1020)는 단말 A(1010)에게 전송된 신호를 복호화 및 제거하고 단말 C(1030)의 신호를 간섭으로 둔 채로 자신의 신호를 복호화할 수 있다. 마지막으로, 단말 C(1030)는 단말 A(1010) 및 단말 B(1020)에게 전송된 신호를 복호화 및 제거하고 자신의 신호를 복호화할 수 있다.
즉, 비직교 다중 접속 방식은 슈퍼포지션 코딩 방식을 이용하여 신호를 송신하는바, 각각의 신호를 복호화 및 제거하여 자신에게 할당되는 신호를 획득할 수 있다. 이때, 상술한 방식은 DPC 방식과 비교하여 기지국에서 적은 연산복잡도로 높은 전송 용량을 가질 수 있다. 다만, 상술한 방식에서는 하나의 단말이 하나의 송신 빔에만 들어가야만 하는바, 단말별 전송 용량이 낮거나 낮은 신뢰성을 가질 수 있다. 따라서, 대용량 미디어 또는 실시간 데이터 송수신을 위한 차세대 통신 시스템에서는 전송 용량 및 신뢰성을 높이는 방안이 필요할 수 있다.
따라서, 비직교 다중 접속 방식을 이용하면서 단말에게 다중 빔에 기초하여 다중 스트림을 제공할 수 있는 방안이 필요할 수 있다.
이때, 하기의 표 1을 참고하면 LTE 시스템과 같은 기존의 시스템에서는 직교 다중 접속 방식으로서 단말들에게 신호를 전송할 수 있다. 이때, 기지국이 전송하는 복수의 빔들에 대해서 하나의 빔에는 하나의 정보가 포함될 수 있다. 다만, 기지국이 전송하는 복수의 빔들이 하나의 단말들에게 전송될 수 있다. 즉, 단말은 하나의 정보를 포함하는 복수 개의 빔을 수신할 수 있는바, 단말에 대한 throughput은 좋을 수 있다. 다만, 하나의 빔에 하나의 정보만이 포함되는바, throughput의 총합은 작을 수 있다.
반면, 하나의 빔에 기초한 비직교 다중 접속 방식은 하나의 빔에 복수 개의 정보를 실을 수 있지만, 하나의 단말에게는 하나의 빔만이 할당될 수 있다. 즉, throughput의 총합은 복수 개의 정보가 하나의 빔에 포함될 수 있는바 커질 수 있지만, 단말의 입장에서는 하나의 빔만을 수신하여야하는바, 단말에 대한 throughput은 좋지 않을 수 있다.
반면, 기지국이 복수의 빔에 기초한 비직교 다중 접속 방식으로 신호를 단말로 전송하는 경우, 하나의 빔은 복수 개의 정보를 포함할 수 있는바 throughput의 총합이 커질 수 있다. 또한, 하나의 단말은 복수 개의 빔을 할당 받을 수 있는바, 단말의 throughput이 좋아질 수 있다. 따라서, 하기에서는 기지국이 복수의 빔에 기초한 비직교 다중 접속 방식으로 신호를 전송하는 구체적인 실시예에 대해서 서술한다.
[표 1]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000025
도 11은 다중 빔에 기초하여 비직교 다중 접속 방식으로 기지국이 단말로 신호를 송신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 기지국은 복수의 빔을 비직교 다중 접속 방식으로 단말에게 전송하여 무선 전송 용량을 증가시킬 수 있다. 이때, 상술한 방식은 다중 빔 기반 비직교 다중 접속 방식일 수 있다. 이때, 다중 빔 기반 비직교 다중 접속 방식은 기지국(100)은 각각의 단말을 가상 단말들로 나누고, 다수의 송신 빔을 생성하여 가상 사용들에게 하나의 송신 빔을 할당할 수 있다.
보다 상세하게는, 기지국(100)은 단말로부터 참조 신호(Reference Signal)을 수신하여 채널 정보를 추정하고, 추정된 채널 정보에 기초하여 단말에게 송신할 빔을 생성할 수 있다. 이때, 기지국(100)은 단말을 복수 개의 가상 단말들로 나누고, 각각의 가상 단말들에게 하나의 빔을 할당할 수 있다. 이때, 각각의 가상 단말들에게 전송되는 하나의 빔들은 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 전송되는 빔일 수 있다. 즉, 단말은 복수의 가상 단말에 기초하여 복수의 빔을 수신하여 전송 용량을 증대시킬 수 있다. 또한, 각각의 빔은 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 전송되는 빔일 수 있는바, 전송 용량의 총합이 증가할 수 있다.
일 예로, 도 11을 참조하면, 단말 A는 가상 단말 A1(1140) 및 가상 단말 A2(1120)으로 나누어질 수 있다. 또한, 단말 B는 가상 단말 B1(1150) 및 가상 단말 B2(1110)으로 나누어질 수 있다. 이때, 기지국(100)은 송신 빔 1에 가상 단말 B2(1110), 가상 단말 A2(1120) 및 단말 D(1130)에 대한 정보를 포함시켜 전송할 수 있다. 또한, 기지국(100)은 송신 빔 2에 가상 단말 A1(1140), 가상 단말 B1(1150) 및 단말 C(1160)에 대한 정보를 포함시켜 전송할 수 있다. 이를 통해, 단말 A는 송신 빔 1 및 송신 빔 2 를 통해 정보를 수신할 수 있고, 단말 B도 송신 빔 1 및 송신 빔 2를 통해 정보를 수신할 수 있다. 또한, 기지국(100)은 하나의 송신 빔에 복수 개의 정보를 포함시켜 전송할 수 있는바, 전송 용량 역시 증가할 수 있다.
도 12는 가상 단말 생성 방법을 나타낸 도면이다.
상술한 바와 같이, 기지국은 단말에 대해서 가상 단말을 생성할 수 있다. 이때, 기지국에서 참조 신호에 기초하여 추정한 단말 A의 채널 행렬은 M X L 크기의
Figure PCTKR2015011993-appb-I000026
일 수 있다. 이때, 기지국은 가상 단말들을 채널 행렬
Figure PCTKR2015011993-appb-I000027
를 Q(
Figure PCTKR2015011993-appb-I000028
M) 개의 정규화된 벡터들,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000029
로 프로젝션시켜서 생성할 수 있다. 이때, 일 예로, 벡터의 정규화란 벡터의 2-norm이 1인 것을 의미할 수 있다. 즉, 기지국이 생성하는 단말 A의 j번째 가상 단말의 채널 행렬은 하기의 수학식 12와 같을 수 있다.
[수학식 12]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000030
이때, j번째 가상 단말의 채널 행렬
Figure PCTKR2015011993-appb-I000031
의 크기는 1 X L 일 수 있다. 따라서, 가상 단말은 1개의 안테나를 가진 하나의 단말로 간주될 수 있다.
이때, 일 예로, 가상 단말을 생성하는 벡터들
Figure PCTKR2015011993-appb-I000032
은 단말 A의 채널 행렬
Figure PCTKR2015011993-appb-I000033
을 보고 생성할 수 있다. 단말 A의 채널 행렬을 singular value decomposition(SVD)하면 하기의 수학식 13을 얻을 수 있다.
[수학식 13]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000034
이때,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000035
는 M X M 유니터리(Unitary)행렬이고,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000036
는 L X L 유니터리 행렬일 수 있다. 또한,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000037
는 M X L 대각(diagonal) 행렬로 i번째 대각 성분은 singular value
Figure PCTKR2015011993-appb-I000038
이고,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000039
Figure PCTKR2015011993-appb-I000040
일 수 있다.
따라서, 가상 단말을 생성하기 위한 벡터들
Figure PCTKR2015011993-appb-I000041
은 가장 큰 Q개의 singular value
Figure PCTKR2015011993-appb-I000042
에 대응되는
Figure PCTKR2015011993-appb-I000043
의 Q개의 열 벡터들로 얻을 수 있다.
다만, 상술한 방법은 가상 단말을 생성하기 위한 벡터들
Figure PCTKR2015011993-appb-I000044
를 만드는 하나의 실시예일 수 있으며, 단말 A의 채널 행렬
Figure PCTKR2015011993-appb-I000045
의 2차 통계적 특성을 보고 다른 방법으로 생성될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
또한, 단말 A의 채널 행렬의 M X M 크기의 공분산(Covariance) 행렬을
Figure PCTKR2015011993-appb-I000046
이라고 할 수 있다. 이때, 공분산 행렬을 SVD하면 하기의 수학식 14을 얻을 수 있다.
[수학식 14]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000047
이때,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000048
는 M X M 유니터리 행렬이고,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000049
는 M X M 대각 행렬이고, singular value는
Figure PCTKR2015011993-appb-I000050
을 만족할 수 있다. 따라서, 가상 단말을 생성하기 위한 벡터들
Figure PCTKR2015011993-appb-I000051
은 가장 큰 Q개의 singular value
Figure PCTKR2015011993-appb-I000052
에 대응되는
Figure PCTKR2015011993-appb-I000053
의 Q개의 열 벡터들로 얻을 수 있다.
도 13은 가상 단말 집합을 생성하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 13의 (a)와 (b)를 참고하면, 기지국은 가상 단말들의 채널 정보 {
Figure PCTKR2015011993-appb-I000054
} 을 이용하여 가상 단말 집합을 구성할 수 있다. 이때, 일 예로, 가상 단말 집합은 채널 간의 유사성에 기초하여 결정될 수 있다. 즉, 동일한 가상 단말 집합에 포함된 가상 단말들은 스레스홀드 이하의 채널 유사성을 가질 수 있다. 이때, 스레스홀드는 임계값일 수 있으며, 일정한 오차를 가질 수 있다. 일 예로, 채널 벡터 u 와 v 간의 채널 유사성은 하기의 수학식 15에 기초하여 결정될 수 있다.
[수학식 15]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000055
이때, 수학식 15에 기초하여 채널의 유사성은 일정한 값(스레스홀드) 이하가 되는 경우에 동일한 가상 단말 집합으로 묶을 수 있다.
일 예로, 도 13의(a)를 참고하면, 단말 A는 4개의 가상 단말들로 나누어지고, 단말 B는 5개의 가상 단말들로 나누어질 수 있다. 이때, 각각의 가상 단말들에 대해서 채널의 유사성을 이용하여 가상 단말(A,1), (A,4), (B,1), (B,3), (B,4)를 집합 1로 묶고, 가상 단말 (A,2), (A,3), (B,2), (B,5)는 집합 2로 묶을 수 있다.
또한, 일 예로, 가상 단말 집합은 채널 특성과 특정 벡터와의 유사성을 이용하여 나누어질 수 있다. 일 예로, 도 13의(b)를 참고하면, 특정 벡터를 두 특정 벡터를
Figure PCTKR2015011993-appb-I000056
이라고 할 수 있다. 이때, 일 예로, 특정 벡터를 이용하여 가상 단말 (A,1), (A,3), (B,1), (B,3)를 집합 1로, 가상 단말 (A,2), (A,4), (B,2), (B,4), (B,5)를 집합 2로 묶을 수 있다.
이때, 상술한 가상 단말 집합의 분류 방법은 하나의 실시예일 수 있으며, 다른 방식으로 분류될 수 있다.
도 14는 가상 단말 집합에 기초하여 대표 벡터 및 프리코더를 생성하는 방법에 대한 순서도이다.
도 14를 참조하면, 가상 단말 집합 각각에 대한 대표 벡터를 생성할 수 있다.(S1410) 그 후, 가상 단말 집합을 위한 빔형성 프리코더를 생성하고(S1420), 가상 단말 집합에 포함되는 가상 단말을 위한 빔형성 프리코더를 생성할 수 있다.(S1430)
보다 상세하게는, 도 14를 참조하면, 가상 단말 집합 각각에 대한 대표 벡터를 생성하고, 가상 단말 집합을 위한 빔형성 프리코더와 가상 단말 집합에 포함된 가상 단말을 위한 빔형성 프리코더를 구성할 수 있다. 이때, 대표 벡터는 가상 단말 집합에 포함된 단말들의 채널을 대표하는 벡터이다. 일 예로 가상 단말 집합 1의 대표 벡터는 하기의 수학식 16와 같을 수 있다.
[수학식 16]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000057
[수학식 17]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000058
이때,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000059
는 행렬 X의 (i,j)번째 원소일 수 있다.
또 다른 일 예로 가상 단말 집합 1의 대표 벡터는 하기의 수학식 18과 같이 구할 수 있다.
[수학식 18]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000060
즉, 가상 단말 집합에 대한 대표 벡터들은 다양한 방법으로 생성될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다. 그 후, 기지국은 생성한 가상 단말 집합에 대한 대표 벡터들로부터 빔형성 벡터를 구할 수 있다. 이때, 일 예로, 빔형성 벡터는 가상 단말들의 sum-rate를 최대화하는 벡터일 수 있다. 또한, 일 예로, 빔형성 벡터는 가상 단말들의 rate중 최소값을 최대화하도록 설계된 벡터일 수 있다.
일 예로, 빔형성 벡터는 가상 단말들 간의 간섭을 제거하도록 설계될 수 있다.
이때, Q개의 대표 벡터를
Figure PCTKR2015011993-appb-I000061
라고 하면 간섭을 제거하기 위한 빔형성 프리코더는 하기의 수학식 19과 같을 수 있다.
[수학식 19]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000062
이때,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000063
일 수 있다.
일 예로, 빔형성 프리코더는 가상 단말들의 sum-rate를 최대화하도록 설계된 프리코더일 수 있다. 또한, 빔형성 프리코더는 하기위 수학식 20에 기초하여 최적화된 프리코더로서 생성될 수 있다.
[수학식 20]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000064
다만, 상술한 빔형성 방식은 하나의 일 실시예일 수 있으며, 다양한 방법으로 빔형성 프리코더를 생성할 수 있다.
또 다른 일 예로, 하나의 단말에 포함된 가상 단말들의 간섭을 막기 위하여 간섭
Figure PCTKR2015011993-appb-I000065
제거 프리코더를 사용할 수 있다. 이때, 상술한 빔형성 행렬을 F라고 하면 단말 A는 하기의 수학식 21에 기초하여 Effective 채널을 획득할 수 있다.
[수학식 21]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000066
이때, 단말 A의 가상 단말들이 모두 다른 가상 단말 집합에 포함되고, 상술한 수학식 19와 같이 가상 단말 집합 간의 간섭을 제거하는 프리코더가 사용된 경우라면
Figure PCTKR2015011993-appb-I000067
의 column 벡터들은 직교적일 수 있다.
다만, 상술한 조건이 불만족하는 경우 및 일반적인 경우에는
Figure PCTKR2015011993-appb-I000068
의 column 벡터들은 비직교적으로 구성될 수 있다. 즉, 하나의 단말에 포함되어 잇는 가상 단말들이 서로 간섭을 미칠 수 있다. 이때, 상술한 간섭을 제거하는 프리코더는 하기의 수학식 20에 기초하여 획득할 수 있다. 이때,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000069
를 SVD하면 하기의 수학식 22과 같을 수 있다.
[수학식 22]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000070
이때,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000071
는 유니터리 행렬이고,
Figure PCTKR2015011993-appb-I000072
는 대각행렬일 수 있다. 또한, 단말 A 내 간섭 제거 프리코더를
Figure PCTKR2015011993-appb-I000073
라고 하면 이는 하기의 수학식 23과 같다.
[수학식 23]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000074
[수학식 24]
Figure PCTKR2015011993-appb-I000075
즉, 가상 단말 집합 각각에 대한 대표 벡터를 생성하고, 가상 단말 집합을 위한 프리코더 및 가상 단말 집합에 포함된 가상 단말들을 위한 빔형성 프리코더를 생성할 수 있으며, 생성된 프리코더를 이용하여 가상 단말별로 최적의 파워를 할당할 수 있다.
도 15는 다중 빔에 기초하여 비직교 다중 접속 방식으로 신호를 송신하는 방법에 대한 순서도이다.
도 15를 참조하면, 기지국은 단말로부터 참조 신호를 수신하고, 수신한 참조 신호에 기초하여 채널을 추정할 수 있다. 그 후, 기지국은 추정된 채널에 기초하여 단말에 대한 가상 단말들을 생성하고, 생성된 가상 단말들을 이용하여 가상 단말 집합을 생성할 수 있다. 이때, 일 예로, 기지국은 가상 단말에 대한 할당 정보를 단말로 피드백할 수 있다. 이때, 일 예로, 가상 단말에 대한 할당 정보는 가상 단말들이 포함되는 가상 단말 집합에 대한 정보 또는 가상 단말의 수에 대한 정보 등일 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다. 그 후, 기지국은 생성된 가상 단말 집합별로 송신 빔을 생성하고, 가상 단말별 최적의 파워를 계산할 수 있다. 그 후, 기지국은 단말에게 하향 링크 신호를 전송할 수 있다.
도 16는 채널의 2차 특성에 기초하여 비직교 다중 접속 방식으로 신호를 송신하는 방법에 대한 순서도이다.
도 16을 참조하면, 기지국은 채널의 2차 특성에 기초하여 신호를 송신할 수 있다. 보다 상세하게는, 기지국은 채널의 2차 특성을 직접 측정할 수 있다. 또한, 일 예로, 기지국은 단말이 측정한 채널의 2차 특성에 대한 피드백을 받을 수 있으며, 이를 통해 채널의 2차 특성을 알 수 있다. 그 후, 기지국은 참조 신호를 수신하여 채널 추정을 수행할 수 있다. 이때, 일 예로, 기지국은 참조 신호에 기초하여 수신된 채널 추정 정보 및 채널의 2차 특성 정보를 모두 이용하여 신호를 전송할 수 있다.
이때, 일 예로, 기지국은 수신된 채널 추정 정보 및 채널의 2차 특성 정보를 모두 이용하여 송신빔을 생성할 수 있다. 즉, 기지국은 단말에 대한 가상 단말을 생성하기 이전에 채널 정보를 이용하여 송신빔을 먼저 생성할 수 있다. 그 후, 기지국은 단말에 대한 가상 단말들을 생성할 수 있다. 기지국은 송신 빔들의 특성을 고려하여 각각에 빔에 가상 단말들을 할당할 수 있다. 이때, 기지국은 가상 단말에 대한 할당 정보를 단말로 피드백할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다. 그 후, 기지국은 가상 단말에 대한 최적의 파워를 계산하고 하향 링크로 신호를 송신할 수 있다. 즉, 기지국은 채널의 2차 특성 정보를 이용하여 송신 빔을 먼저 생성한 후, 가상 단말을 생성하여 할당할 수 있으며, 이를 통해 높은 성능을 보장받을 수 있다.
도 17은 본 명세서의 일 실시예에 따른 순서도를 도시한 도면이다.
기지국은 제 1 단말로부터 참조 신호를 수신하여 제 1 단말에 대한 채널을 추정할 있다.(S1710) 그 후, 기지국은 추정된 채널 정보를 이용하여 복수의 빔을 제 1 단말로 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 송신할 수 있다.(S1720)
이때, 도 8 내지 도 16에서 상술한 바와 같이, 기지국이 복수의 빔을 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 제 1 단말로 송신하는 경우, 기지국은 제 1 단말에 대한 복수의 가상 단말들을 생성할 수 있다. 기지국은 생성된 복수의 가상 단말들 중 제 1 가상 단말을 제 1 가상 단말 집합에 포함 시킬 수 있다. 기지국은 제 1 가상 단말 집합에 대한 정보를 제 1 빔을 통해 전송할 수 있다. 또한, 기지국은 복수의 가상 단말들 중 제 2 가상 단말을 제 2 가상 단말 집합에 포함 시킬 수 있다. 기지국은 제 2 가상 단말 집합에 대한 정보를 제 2 빔을 통해 전송할 수 있다. 즉, 기지국은 단말에 대한 복수의 가상 단말을 생성하고, 각각의 복수의 단말을 가상 단말 집합에 할당하여 서로 다른 빔을 통해 전송할 수 있다. 이때, 단말에 대한 복수의 가상 단말은 하나 이상의 가상 단말로 생성될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다. 또한, 가상 단말 집합 역시 하나 이상의 가상 단말 집합이 생성될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
도 18은 본 명세서의 일 실시예에 따라 기지국 장치 및 단말 장치의 블록도를 도시한 도면이다. 무선 통신 시스템은 기지국 장치(100) 및 단말 장치(200)로 구성될 수 있다.
이때, 기지국 장치(100)는 무선 신호를 송신하는 송신 모듈(110), 무선 신호를 수신하는 수신 모듈(130) 및 송신 모듈(110)과 수신 모듈(130)을 제어하는 프로세서(120)를 포함할 수 있다. 이때, 기지국 장치(100)는 송신 모듈(110) 및 수신 모듈(130)을 이용하여 외부 디바이스와 통신을 수행할 수 있다. 이때, 외부 디바이스는 단말 장치일 수 있다. 즉, 기지국 장치(100)는 외부 디바이스로서는 단말 장치(100)와 통신을 수행할 수 있는 장치일 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
또한, 단말 장치(200)는 무선 신호를 송신하는 송신 모듈(210), 무선 신호를 수신하는 수신 모듈(230) 및 송신 모듈(210)과 수신 모듈(230)을 제어하는 프로세서(220)를 포함할 수 있다. 이때, 단말 장치(200)는 송신 모듈(210) 및 수신 모듈(230)을 이용하여 기지국과 통신을 수행할 수 있다. 즉, 단말 장치(200)는 무선 통신 시스템에서 기지국과 통신을 수행할 수 있는 장치일 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
이때, 일 예로, 기지국(100)의 프로세서(120)는 제 1 단말로부터 참조 신호를 수신하여 제 1 단말에 대한 채널 정보를 추정할 수 있다. 이때, 기지국(100)의 프로세서(120)는 수신 모듈(130)을 이용하여 참조 신호를 수신할 수 있다. 또한, 기지국(100)의 프로세서(120)는 추정된 채널 정보를 이용하여 복수의 빔을 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 제 1 단말로 송신할 수 있다. 이때, 기지국(100)의 프로세서(120)는 복수의 빔을 송신 모듈(110)을 이용하여 전송할 수 있다. 이때, 기지국이 복수의 빔을 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 제 1 단말로 송신하는 경우, 제 1 단말에 대한 복수의 가상 단말이 생성되고, 복수의 가상 단말 중 제 1 가상 단말에 대한 신호는 제 1 빔에 할당되어 전송되고, 복수의 가상 단말 중 제 2 가상 단말에 대한 신호는 제 2 빔에 할당되어 전송될 수 있다. 즉, 기지국은 단말에 대한 복수의 가상 단말을 생성하고, 생성된 복수의 가상 단말을 다른 빔에 포함시켜 전송할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다.
또한, 상술한 구성에 대해서 기지국을 기준으로 각각의 구성을 나열하였지만, 단말에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
보다 상세하게는, 단말은 기지국으로부터 참조 신호를 할당 받아 채널 추정 정보를 기지국으로 송신한 후, 기지국이 송신하는 복수의 빔을 가상 단말에 기초하여 수신할 수 있다. 즉, 무선 통신 시스템으로서 단말 및 기지국은 서로 연계되어 동작할 수 있는 시스템일 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 이상에서는 본 명세서의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 명세서는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 명세서의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 명세서의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
그리고 당해 명세서에서는 물건 발명과 방법 발명이 모두 설명되고 있으며, 필요에 따라 양 발명의 설명은 보충적으로 적용될 수 있다.
상술한 바와 같은, 무선 통신 시스템에서 다중 빔에 기초하여 비직교 다중 접속 방식을 이용하여 신호를 송신하는 방법 및 이를 위한 장치는 3GPP LTE 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, 3GPP LTE 시스템 이외에도 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (15)

  1. 멀티 유저 다중 스트림을 지원하는 기지국이 단말로 신호를 송신하는 방법에 있어서,
    제 1 단말로부터 참조 신호(Reference Signal)를 수신하여 상기 제 1 단말에 대한 채널 정보를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 채널 정보를 이용하여 복수의 빔을 상기 제 1 단말로 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 송신하는 단계;를 포함하되,
    상기 복수의 빔을 상기 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 상기 제 1 단말로 송신하는 경우, 상기 제 1 단말에 대한 복수의 가상 단말이 생성되고,
    상기 복수의 가상 단말 중 제 1 가상 단말에 대한 신호는 제 1 빔에 할당되어 전송되고, 상기 복수의 가상 단말 중 제 2 가상 단말에 대한 신호는 제 2 빔에 할당되어 전송되는, 신호 송신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가상 단말은 제 1 가상 단말 집합에 포함되되, 상기 제 1 빔은 상기 제 1 가상 단말 집합에 대응하는 송신빔이고,
    상기 제 2 가상 단말은 제 2 가상 단말 집합에 포함되되, 상기 제 2 빔은 상기 제 2 가상 단말 집합에 대응하는 송신빔인, 신호 송신 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 2 단말로부터 참조 신호를 수신하여 상기 제 2 단말에 대한 채널을 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 채널을 이용하여 상기 복수의 빔을 상기 제 2 단말로 상기 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 송신하는 단계;를 더 포함하되,
    상기 복수의 빔을 상기 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 상기 제 2 단말로 송신하는 경우, 상기 제 2 단말에 대한 복수의 가상 단말이 생성되고,
    상기 제 2 단말에 대한 상기 복수의 가상 단말 중 제 3 가상 단말은 상기 제 1 가상 단말 집합에 포함되고, 상기 제 3 가상 단말에 대한 신호는 상기 제 1 빔에 더 할당되어 전송되고,
    상기 제 2 단말에 대한 상기 복수의 가상 단말 중 제 4 가상 단말은 상기 제 2 가상 단말 집합에 포함되고, 상기 제 4 가상 단말에 대한 신호는 상기 제 2 빔에 더 할당되어 전송되는, 신호 송신 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    하나의 가상 단말 집합에 포함된 가상 단말들은 제 1 스레스홀드 이하의 채널 유사성을 갖는 가상 단말들인, 신호 송신 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    각각의 가상 단말 집합에 대한 각각의 대표 벡터들을 생성하는 단계;를 더 포함하는, 신호 송신 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 각각의 대표 벡터들을 이용하여 빔 형성 프리코더를 생성하는 단계;를 포함하되,
    상기 빔형성 프리코더는 각각의 가상 단말 집합에 포함되는 가상 단말들에 대한 간섭을 제거하는 프리코더인, 신호 송신 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 단말로 상기 제 1 가상 단말 및 상기 제 2 가상 단말에 대한 할당 정보를 피드백하는 단계;를 더 포함하는, 신호 송신 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    채널의 2차 특성을 측정하는 단계;를 더 포함하는, 신호 송신 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 채널의 2차 특성이 측정되는 경우, 상기 참조 신호에 의해 추정되는 채널 정보 및 상기 측정된 채널의 2차 특성을 더 이용하여 상기 복수의 빔을 상기 제 1 단말로 상기 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 송신하는, 신호 송신 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 빔을 상기 제 1 단말로 상기 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 송신하는 경우, 상기 측정된 채널의 2차 특성에 기초하여 상기 제 1 빔 및 상기 제 2 빔이 먼저 생성되고, 상기 생성된 제 1 빔 및 상기 제 2 빔에 특성에 기초하여 상기 제 1 가상 단말이 상기 제 1 빔으로 할당되고, 상기 제 2 가상 단말이 상기 제 2 빔으로 할당되는, 신호 송신 방법.
  11. 멀티 유저 다중 스트림을 지원하는 기지국 장치에 있어서,
    외부 디바이스로부터 인포메이션을 수신하는 수신 모듈;
    외부 디바이스로부터 인포메이션을 송신하는 송신 모듈; 및
    상기 수신 모듈 및 상기 송신 모듈을 제어하는 프로세서;로서,
    상기 프로세서는,
    제 1 단말로부터 참조 신호(Reference Signal)를 수신하여 상기 제 1 단말에 대한 채널 정보를 추정하고,
    상기 추정된 채널 정보를 이용하여 복수의 빔을 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 상기 제 1 단말로 송신하되,
    상기 복수의 빔을 상기 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 상기 제 1 단말로 송신하는 경우, 상기 제 1 단말에 대한 복수의 가상 단말이 생성되고, 상기 복수의 가상 단말 중 제 1 가상 단말에 대한 신호는 제 1 빔에 할당되어 전송되고, 상기 복수의 가상 단말 중 제 2 가상 단말에 대한 신호는 제 2 빔에 할당되어 전송되는, 기지국 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 가상 단말은 제 1 가상 단말 집합에 포함되되, 상기 제 1 빔은 상기 제 1 가상 단말 집합에 대응하는 송신빔이고,
    상기 제 2 가상 단말은 제 2 가상 단말 집합에 포함되되, 상기 제 2 빔은 상기 제 2 가상 단말 집합에 대응하는 송신빔인, 기지국 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    제 2 단말로부터 참조 신호를 수신하여 상기 제 2 단말에 대한 채널 정보를 더 추정하고,
    상기 추정된 채널 정보를 이용하여 상기 복수의 빔을 상기 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 상기 제 2 단말로 더 송신하되,
    상기 복수의 빔을 상기 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 상기 제 2 단말로 송신하는 경우,
    상기 제 2 단말에 대한 복수의 가상 단말이 생성되고, 상기 제 2 단말에 대한 상기 복수의 가상 단말 중 제 3 가상 단말은 상기 제 1 가상 단말 집합에 포함되고, 상기 제 3 가상 단말에 대한 신호는 상기 제 1 빔에 더 할당되어 전송되고,
    상기 제 2 단말에 대한 상기 복수의 가상 단말 중 제 4 가상 단말은 상기 제 2 가상 단말 집합에 포함되고, 상기 제 4 가상 단말에 대한 신호는 상기 제 2 빔에 더 할당되어 전송되는, 기지국 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    각각의 가상 단말 집합에 포함된 각각의 가상 단말들은 제 1 스레스홀드 이하의 채널 유사성을 갖는 가상 단말들인, 기지국 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    각각의 가상 단말 집합에 대한 각각의 대표 벡터들을 생성하는, 기지국 장치.
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