KR100729000B1 - 다중 사용자를 지원하는 다중 안테나 시스템에서의 피드 백정보 송/수신방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서 프리 코딩을 지원하기 위한 피드 백 정보를 송/수신하는 방법에 관한 것이다. 이를 위해 프리 코딩을 위해 미리 결정된 코드 북 내의 모든 컬럼 벡터들에 의해 구성될 수 있는 조합들 각각의 상관도를 계산하고, 상기 계산된 상관도들 중 미리 결정된 임계 값보다 큰 상관도를 가지는 컬럼 벡터들을 닮은꼴 벡터로 지정한다. 그리고 상기 닮은꼴 벡터에 의해 적어도 두개의 닮은꼴 벡터 세트를 구성한다. 이동 단말은 상기 구성된 닮은꼴 벡터 세트에 의해 피드 백 정보를 송신하고, 기지국은 상기 구성된 닮은꼴 벡터 세트에 의해 피드 백 정보를 수신한다.

다중입력 다중 출력 (MIMO) 방식, 폐 루프 방식, 다중 사용자 모드, 선형 검출 기법, 피드 백 정보, 채널 품질 정보, 닮은꼴 벡터

Description

다중 사용자를 지원하는 다중 안테나 시스템에서의 피드 백 정보 송/수신방법{METHOD FOR TRANSMITING/RECEIVING FEEDBACK INFORMATION IN A MULTI-ANTENNA SYSTEM OF SELPORTING MULTI-USER}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템을 보이고 있는 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 폐루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템의 이동 단말에서 수행하는 제어 흐름을 보이고 있는 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 이동 단말에서 닮은꼴 벡터 세트를 생성하기 위한 제어 흐름을 보이고 있는 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 폐루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템의 기지국에서 수행하는 제어 흐름을 보이고 있는 도면.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 방안과 기존 방안의 성능 대비를 보이고 있는 도면.

본 발명은 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히 프리 코딩을 지원하기 위한 피드 백 정보를 송/수신하는 방법에 관한 것이다.

통상적으로 무선 채널 환경은 유선 채널과 달리 다중경로 간섭, 쉐도윙(Shadowing), 전파 감쇄, 시변 잡음, 간섭 등으로 인한 낮은 신뢰도를 나타낸다. 이것은 이동 통신에서 데이터의 전송 속도를 높이지 못하는 대표적인 원인이 된다.

이와 같은 원인을 극복하기 위한 대표적인 기술로써 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi Input Multi Output) 시스템이 제안되었다. 상기 MIMO 시스템은 다중 안테나 시스템의 대표적인 예라 할 수 있다.

상기 다중 안테나 시스템은 단일 사용자 모드와 다중 사용자 모드를 지원한다. 상기 단일 사용자 모드에서는 복수의 송신 안테나를 통해 동일한 사용자에게 데이터를 전송하며, 상기 다중 사용자 모드에서는 복수의 송신 안테나를 통해 복수의 사용자에게 데이터를 전송한다.

그리고 상기 다중 안테나 시스템은 자원 할당을 피드 백 정보에 의존하는 폐 루프 방식과, 피드 백 정보에 의존하지 않는 개 루프 방식으로 구분된다. 상기 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서 피드 백 정보를 전송하는 방식으로는 풀 피드 백 방식 (Full Feedback scheme)과 싱글 피드 백 방식 (Single Feedback scheme)이 존재한다.

상기 풀 피드 백 방식은 프리 코딩을 사용하는 경우, 각 사용자가 코드 북 (code book) 내의 모든 컬럼 벡터들에 대응한 모든 전송률을 피드 백하는 방식이 다. 상기 풀 피드 백 방식은 자원 할당에 있어서의 성능은 우수하나 피드 백 정보의 양이 많다는 단점이 있다. 상기 피드 백 정보의 양이 많은 것은 피드 백 정보를 생성하기 위한 복잡도가 증가할 뿐만 아니라 피드 백 정보의 전송에 필요한 자원이 증가한다.

상기 싱글 피드 백 방식은 프리 코딩을 사용하는 경우, 각 사용자가 최대 전송률을 가지는 컬럼 벡터의 인덱스 정보만을 피드 백하는 방식이다. 상기 싱글 피드 백 방식은 피드 백 정보의 양을 감소시킬 수는 있으나 최적의 자원 할당을 기대하기는 어렵다.

앞에서 살펴 본 바와 같이 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서는 최소의 피드 백 정보에 의해 자원 할당을 효율적으로 수행할 수 있는 방안 마련이 중요한 과제라 할 수 있다. 특히 다중 사용자를 지원하는 경우에는 피드 백 정보의 양을 줄이는 것이 더욱 중요하다.

따라서 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서는 피드 백 정보의 양을 늘리지 않고, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 방안 마련이 절실하다고 할 것이다.

전술한 바를 달성하기 위해 본 발명은 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서 전송률을 개선할 수 있는 싱글 피드 백 방안을 제공한다.

또한 본 발명은 프리 코딩을 위해 미리 결정된 코드 북 (code book)으로부터 닮은꼴 벡터 세트 (similar vector set)를 생성하는 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 싱글 피드 백 방식을 적용하고도 복수의 채널 품질 정보가 피드 백 정보로 제공되는 것과 같은 성능을 지원하는 피드 백 정보 송/수신방법을 제공한다.

또한 본 발명은 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서 닮은꼴 벡터 세트의 인덱스와 상기 닮은꼴 벡터 세트에 대응한 채널 품질 정보를 피드 백 정보로 구성하는 프드 백 정보 송/수신방법을 제공한다.

전술한 바를 달성하기 위한 제1견지에 있어, 본 발명은 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서, 프리 코딩을 위해 미리 결정된 코드 북 내의 모든 컬럼 벡터들에 의해 구성될 수 있는 조합들 각각의 상관도를 계산하는 과정과, 상기 계산된 상관도들 중 미리 결정된 임계 값보다 큰 상관도를 가지는 컬럼 벡터들을 닮은꼴 벡터로 지정하는 과정과, 상기 닮은꼴 벡터에 의해 적어도 두개의 닮은꼴 벡터 세트를 구성하는 과정 및 상기 구성된 닮은꼴 벡터 세트에 의해 피드 백 정보를 생성하여 전송하는 과정에 의해 피드 백 정보를 송신하는 방법을 제안한다.

전술한 바를 달성하기 위한 제2견지에 있어, 본 발명은 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서, 프리 코딩을 위해 미리 결정된 코드 북 내의 모든 컬럼 벡터들에 의해 구성될 수 있는 조합들 각각의 상관도를 계산하는 과정과, 상기 계산된 상관도들 중 미리 결정된 임계 값보다 큰 상관도를 가지는 컬럼 벡터들을 닮은꼴 벡터로 지정하는 과정과, 상기 닮은꼴 벡터에 의해 적어도 두개의 닮은꼴 벡터 세트를 구성하는 과정과, 각 사용자로부터 전송되는 피드 백 정보에 의해 사용자 별로 선택된 닮은꼴 벡터 세트와 상기 닮은꼴 벡터 세트에 부여된 전송률을 확인하는 과정과, 상기 선택된 닮은꼴 벡터 세트 내의 모든 닮은꼴 벡터들에 대해 상기 확인한 전송률을 공통으로 부여하는 과정과, 상기 미리 결정된 코드 북 내에서 상기 닮은꼴 벡터에 대응한 컬럼 벡터에 대해 상기 닮은꼴 벡터의 전송률을 동일하게 부여하는 과정과, 상기 컬럼 벡터들에 부여된 전송률에 의해 상기 코드 북을 구성하는 단위 행렬 별로의 합 전송률을 계산하는 과정 및 상기 단위 행렬 별로 계산된 합 전송률들 중 최대 합 전송률에 대응하는 단위 행렬에 의해 프리 코딩을 수행하는 과정에 의해 피드 백 정보를 수신하는 방법을 제안한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템을 보이고 있다. 도 1에서는 다중 안테나 시스템이 하나의 송신장치(110)와 복수의 수신장치(120-1, 120-N)로 구성됨을 보이고 있다. 상기 송신장치(110)는 기지국이라 가정할 수 있으며, 상기 복수의 수신장치(120-1, 120-N)는 이동 단말이라 가정할 수 있다. 하기에서는 하나의 수신장치(120-1)를 기준으로 하여 설명하나 나머지 수신장치에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다. 그리고 본 발명에서는 송신장치(110)가 프리 코더를 반드시 사용하는 것을 전제로 하고 있다.

도 1을 참조하면, 수신장치(120-1)의 채널 추정부(120-1)는 수신신호를 입력으로 하여 채널 추정을 수행한다. 상기 채널 추정에 의해 각 프리 코더 행렬의 컬럼 벡터에 해당되는 데이터 스트림에 대응한 채널 품질 정보 (Channel Quality Information ; CQI)를 획득한다. 상기 CQI 정보는 CQI 값 (value)으로 표현될 수 있다. 이하 설명에서는 편의를 위해 CQI 정보로 통칭하여 사용한다.

그리고 상기 수신장치(120-1)의 피드 백 정보 생성부(124-1)는 각 데이터 스트림에 대응한 채널 품질 정보와 닮은꼴 벡터들 간의 상관 값을 기초로 하여 피드 백 정보를 생성한다. 상기 닮은꼴 벡터들에 의해 구성되는 닮은꼴 벡터 세트는 다중 안테나 시스템에서 사전에 약속된 코드 북으로부터 생성할 수 있다. 즉 상기 코드 북 내의 모든 컬럼 벡터들에 의해 구성할 수 있는 모든 조합들 중 각 조합의 컬럼 벡터의 상관관계가 임의의 임계 값을 만족하는 컬럼 벡터들에 의해 닮은꼴 벡터 세트를 생성한다. 이에 대한 구체적인 설명은 하기에서 이루어질 것이다.

상기 피드 백 정보 생성부(124-1)에 의해 생성되는 피드 백 정보는 상기 닮 은꼴 벡터 세트들 중 하나의 닮은꼴 벡터 세트를 지정하는 인덱스와, 상기 인덱스에 대응한 닮은꼴 벡터 그룹 내에서의 최소 전송률을 포함한다. 즉 상기 피드 백 정보 생성부(124-1)는 상기 닮은꼴 벡터 세트들 각각에서의 최소 전송률을 계산하고, 상기 닮은꼴 벡터 세트 각각에 대해 계산된 최소 전송률들 중 최대 전송률을 가지는 닮은꼴 벡터 세트의 인덱스를 피드 백 정보로 사용한다.

상기 모든 수신장치들(120-1, 120-N)은 본 발명에서 제안한는 바에 의해 피드 백 정보를 생성하고, 상기 생성된 피드 백 정보를 송신장치(110)로 전송한다.

송신장치(110)의 피드 백 정보 처리부(114)는 모든 수신장치(120-1, 120-N)로부터 피드 백 정보를 수신한다. 상기 피드 백 정보 처리부(114)는 상기 피드 백 정보에 의해 적어도 하나의 사용자 (즉 수신장치)와 프리 코딩을 위한 단위 행렬 (unitary matrice)을 선택한다. 상기 프리 코딩을 위한 단위 행렬은 각 수신장치로부터의 피드 백 정보에 의해 선택된다.

보다 구체적으로 상기 피드 백 정보 처리부(114)는 각 송신장치에 의해 선택된 닮은꼴 벡터 세트 내의 닮은꼴 벡터들에 대해 동일한 전송률을 부여한다. 여기서 부여되는 전송률은 상기 송신장치로부터 피드 백 정보로 제공된다. 상기 피드 백 정보 처리부(114)는 상기 닮은꼴 벡터에 대해 부여된 전송률을 코드 북 내의 컬럼 벡터에 적용함으로써, 각 단위 행렬 별로의 합 전송률 (sum-rate)을 계산한다. 그리고 상기 피드 백 정보 처리부(114)는 상기 각 단위 행렬 별로 계산된 합 전송률들 중 최대 합 전송률에 대응하는 송신장치와 단위 행렬을 선택한다. 상기 피드 백 정보 처리부(114)는 상기 선택된 송신장치에 관한 정보와 상기 단위 행렬에 관 한 정보를 신호 송신부(112)로 제공한다.

상기 신호 송신부(112)는 상기 선택된 송신장치로 전송할 데이터 스트림을 상기 선택된 단위 행렬에 의한 프리 코딩을 수행한 후 복수의 송신 안테나들을 통해 전송한다.

이하 본 발명의 실시 예에 따라 코드 북을 기반으로 하여 닮은꼴 벡터 세트를 생성하고, 이를 이용하여 피드 백 정보를 전송하는 동작을 구체적으로 설명한다.

일반적으로 프리 코딩을 위한 코드 북은 소정 개수의 단위 행렬들로 구성된다. 상기 단위 행렬은 송신 안테나의 개수 (M_tx)에 의해 정의된다. 즉 상기 단위 행렬은 M_tx Х M_tx (M_tx by M_tx)의 구조를 가진다. U개의 단위 행렬들로 구성된 코드 북은 하기 <수학식 1>로 표현할 수 있다.

여기서 각 단위 행렬들은 하기 <수학식 2>로 나타낼 수 있다.

여기서

는 u 번째 단위 행렬에서 i 번째 컬럼 벡터 (column vector)를 의미한다.

본 발명에서는 각 단위 행렬들을 구성하는 컬럼 벡터들을 대상으로 하여 구 성할 수 있는 모든 조합들에 의해 코드 북을 새로이 생성한다. 이때 생성되는 코드 북은 적어도 하나의 닮은꼴 코드 세트로 구성된다. 상기 닮은꼴 코드 셋은 적어도 하나의 닮은꼴 벡터를 포함한다.

후술 될 본 발명에서는 닮은꼴 벡터들을 찾고, 상기 닮은꼴 벡터들에 의해 닮은꼴 벡터 셋을 생성하기 위한 방안에 대해 구체적으로 살펴볼 것이다. 그리고 이동 단말에서 닮은꼴 벡터 셋을 기준으로 하여 피드 백 정보를 생성하고, 상기 생성된 피드 백 정보를 기지국으로 전송하는 방안에 대해서도 살펴볼 것이다.

또한 후술 될 본 발명에서는 닮은꼴 벡터 그룹에 의한 피드 백 정보를 수신하고, 상기 피드 백 정보에 의해 동일 닮은꼴 벡터 세트 내의 닮은꼴 벡터들에 대해 동일한 전송률을 적용한다. 그리고 상기 닮은꼴 벡터들에 대해 부여된 전송률을 기존의 코드 북에 적용함으로써, 프리 코딩을 위해 사용할 단위 행렬과 사용자를 결정하는 방안에 대해서도 살펴볼 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 폐루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템의 이동 단말에서 수행하는 제어 흐름을 보이고 있다.

상기 도 2를 참조하면, 이동 단말은 210단계에서 모든 컬럼 벡터들의 조합에 의한 닮은꼴 벡터 세트를 생성한다. 상기 닮은꼴 벡터 세트의 생성을 위해서는 닮은꼴 벡터를 찾는 조건이 제시되어야 한다. 하기 <수학식 3>에서는 닮은꼴 벡터를 찾기 위한 조건을 제시하고, 상기 조건에 의해 닮은꼴 벡터 세트 (S_{u,i})를 생성하는 예를 보이고 있다.

여기서 u는 코드 북을 구성하는 단위 행렬의 인덱스이고, i는 단위 행렬 U를 구성하는 컬럼 벡터의 인덱스이며, λ는 닮은꼴 벡터를 결정하기 위한 임계 값을 나타낸다. 상기 λ는 사용자의 수와 단위 행렬의 수를 고려하여 결정하는 것이 바람직하다. 그 이유는 λ를 증가시킬수록 벡터 세트를 구성하는 컬럼 벡터의 수는 증가하고 이는 실질적으로 피드백 벡터의 수를 증가 시킬 수 있다. 이는 사용자 수가 적고 코드 북 사이즈가 큰 상황일수록 유리하다.

상기 <수학식 3>에 의해 알 수 있는 바와 같이, 닮은꼴 벡터 세트는 각 컬럼 벡터 (u_u,i) 별로 생성될 수 있다. 즉 각 컬럼 벡터 (u_u,i)와 나머지 컬럼 벡터들 (u_u',I')의 조합들 중 상기 <수학식 3>의 조건을 만족하는 조합을 구성하는 칼럼 벡터에 의해 각 닮은꼴 벡터를 생성한다. 만약 임의의 컬럼 벡터 (u_u,i)에 의한 조합들 중 상기 <수학식 3>의 조건을 만족하는 조합이 없을 경우에는 상기 임의의 컬럼 벡터 (u_u,i)에 대응한 닮은꼴 벡터 세트는 생성되지 않는다.

전술한 바와 같이 상관도가 높은 컬럼 벡터들에 의해 닮은꼴 벡터 세트를 생성하는 것은, 각 이동 단말에 의해 동일한 닮은꼴 벡터 세트 내의 닮은꼴 벡터가 선택될 수 있는 확률을 높이기 위함이다.

상기 이동 단말은 212단계에서 최소 전송률을 얻을 수 있는 닮은꼴 벡터들이 최대화되는 닮은꼴 벡터 세트를 결정한다. 이는 하기 <수학식 4>로 일반화 시킬 수 있다.

여기서 k는 이동 단말의 인덱스를 나타낸다.

상기 <수학식 4>에 의하면, 모든 닮은꼴 벡터 세트 내의 닮은꼴 벡터 (u_{u ,i}) 각각에 대한 전송률 (R_k(u,i))을 계산하고, 각 닮은꼴 벡터 내에서의 최소 전송률을 선택한다. 그리고 상기 선택된 최소 전송률들을 비교하고, 상기 비교를 통해 상기 최소 전송률들 중 최대 전송률을 찾는다.

상기 이동 단말에서의 전송률을 계산하는 방법은 사용하는 신호 검출 기법에 따라 달리 정의된다. 예컨대 제로 포싱(Zero Forcing ; ZF) 기법을 사용하는 이동 단말의 경우에는 하기 <수학식 5>에 의해 전송률을 계산한다. 하지만 MMSE 기법을 사용하는 이동 단말의 경우에는 하기 <수학식 6>에 의해 전송률을 계산한다.

상기 <수학식 5>와 상기 <수학식 6>에서 H_k는 채널 행렬 (M_tx Х M_tx)을 의미한다. 이때 수신 안테나의 개수 (M_rx)는 송신 안테나의 개수 (M_tx)보다 크거나 같음을 전제로 하고 있다. 그리고 R_k(u,i)는 u 번째 단위 행렬의 i 번째 컬럼 벡터에 대응한 사용자 k의 전송률을 의미하며, P는 신호대 잡음비 (SNR)를 의미한다.

상기 이동 단말은 214단계에서 상기 찾은 최대 전송률과, 상기 최대 전송률에 대응하는 닮은꼴 벡터 세트를 가리키는 인덱스에 의해 피드 백 정보를 구성한다. 그리고 상기 구성된 피드 백 정보를 기지국으로 전송한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 이동 단말에서 닮은꼴 벡터 세트를 생성하기 위한 제어 흐름을 보이고 있다.

도 3을 참조하면, 이동 단말은 310단계에서 기준 단위 행렬 인덱스 (u)와 기준 컬럼 인덱스 (i)를 0으로 초기화 한다. 상기 기준 단위 행렬 인덱스 (u)와 상기 기준 컬럼 인덱스 (i)는 닮은꼴 벡터 세트 (S_u,i)의 생성을 위한 기준 컬럼 벡터 (u_u,i)를 지정하는 그룹핑 인덱스이다.

그리고 상기 이동 단말은 312단계에서 상대 단위 행렬 인덱스 (u')를 0으로 초기화하고, 상대 컬럼 인덱스 (i')를 1로 설정한다. 상기 상대 단위 행렬 인덱스 (u')와 상기 상대 컬럼 인덱스 (i')는 닮은꼴 벡터 세트 (S_{u ,i})의 생성을 위한 상대 컬럼 벡터 (u_{u' ,i'})를 지정한다. 즉 코드 북을 구성하는 모든 컬럼 벡터들 중 상기 기준 컬럼 벡터를 제외한 나머지 컬럼 벡터를 지정하는 인덱스이다.

상기 이동 단말은 314단계에서 상기 기준 컬럼 벡터 (u_u,i)와 상기 상대 컬럼 벡터 (u_u',I')의 상관도를 계산하고, 상기 계산된 상관도를 임계 값 (λ)을 비교한다. 즉 상기 계산된 상관도가 상기 임계 값보다 큰지를 판단한다. 이는 하기 <수학식 7>과 같이 표현할 수 있다.

상기 이동 단말은 상기 계산된 상관도가 상기 임계 값보다 크면, 426단계에서 상기 기준 컬럼 벡터 (u_{u ,i})와 상기 상대 컬럼 벡터 (u_{u' ,i'})를 닮은꼴 벡터로 지정하고, 상기 닮은꼴 벡터를 닮은꼴 벡터 세트 (S_u,i)에 추가한다. 하지만 상기 이동 단말은 상기 계산된 상관도가 상기 임계 값보다 크지 않으면, 상기 기준 컬럼 벡터 (u_{u ,i})와 상기 상대 컬럼 벡터 (u_{u' ,i'})를 닮은꼴 벡터로 지정하지 않는다.

상기 이동 단말은 318단계에서 동일한 단위 행렬 내에서 상대 컬럼 벡터로 지정할 다음 칼럼 벡터가 존재하는 지를 판단한다. 상기 이동 단말은 상대 칼럼 벡터를 지정하는 인덱스 (i')가 단위 행렬을 구성하는 칼럼 벡터의 총수에 일치할 시에 다음 컬럼 벡터가 존재하지 않는다고 판단한다. 상기 컬럼 벡터의 총수는 송신 안테나의 개수 (M_tx)로 결정된다. 하지만 상기 상대 컬럼 벡터를 지정하는 인덱스가 0부터 시작되므로, 상기 컬럼 벡터의 총수는 "M_tx-1"가 된다.

상기 이동 단말은 다음 컬럼 벡터가 존재하면, 320단계에서 상대 칼럼 벡터를 지정하는 인덱스 (i')를 1 증가시킨다. 즉 상기 상대 칼럼 벡터를 지정하는 인덱스 (i')가 다음 컬럼 벡터를 지정하도록 한다. 그 후 상기 이동 단말은 상기 314단계 내지 320단계를 반복하여 수행한다.

상기 이동 단말은 동일 단위 행렬 내에서 다음 컬럼 벡터가 존재하지 않으면, 322단계에서 코드 북 내에서 다음 단위 행렬이 존재하는 지를 판단한다. 상기 이동 단말은 상대 단위 행렬을 지정하는 인덱스 (u')가 코드 북을 구성하는 단위 행렬의 총수에 일치할 시에 다음 단위 행렬이 존재하지 않는다고 판단한다. 상기 단위 행렬의 총수 (U)는 코드 북의 크기에 의해 결정된다. 하지만 상기 상대 단위 행렬을 지정하는 인덱스가 0부터 시작되므로, 상기 컬럼 벡터의 총수는 "U-1"이 된다.

상기 이동 단말은 다음 단위 행렬이 존재하면, 324단계에서 상대 단위 행렬을 지정하는 인덱스 (u')를 1 증가시키고, 상대 칼럼 벡터를 지정하는 인덱스 (i')를 0으로 초기화한다. 즉 상기 상대 단위 행렬을 지정하는 인덱스 (u')가 다음 단위 행렬을 지정하도록 하고, 새로이 지정된 상대 단위 행렬 내에서 첫 번째 컬럼 벡터부터 순서에 따라 컬럼 벡터가 선택될 수 있도록 한다. 그 후 상기 이동 단말은 상기 314단계 내지 324단계를 반복하여 수행한다.

상기 이동 단말은 다음 단위 행렬이 존재하지 않으면, 326단계에서 앞에서 생성된 닮은꼴 벡터 세트 (S_u,i)를 저장한다. 이로써 현재의 기준 단위 행렬 인덱스 (u)와 기준 컬럼 인덱스 (i)에 의해 대응하는 닮은꼴 벡터 세트 (S_u,i)의 생성을 완료한다.

그리고 상기 이동 단말은 328단계 내지 338단계에서 다음 기준 컬럼 벡터를 선택한다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 이동 단말은 328단계에서 동일한 단위 행렬 내에서 기준 컬럼 벡터로 지정할 다음 칼럼 벡터가 존재하는 지를 판단한다. 상기 이동 단말은 기준 칼럼 벡터를 지정하는 인덱스 (i)가 단위 행렬을 구성하는 칼럼 벡터의 총수에 일치할 시에 다음 컬럼 벡터가 존재하지 않는다고 판단한다. 즉 상기 기준 칼럼 벡터를 지정하는 인덱스 (i)가 M_tx-1에 일치하면, 현재의 기준 단위 행렬 인덱스 (u)에 의해 지정되는 단위 행렬 내에서 다음 컬럼 벡터가 존재하지 않는다고 판단한다.

상기 이동 단말은 다음 컬럼 벡터가 존재하면, 330단계에서 기준 칼럼 벡터를 지정하는 인덱스 (i)를 1 증가시킨다. 즉 상기 기준 칼럼 벡터를 지정하는 인덱스 (i)가 다음 컬럼 벡터를 지정하도록 한다. 그리고 상기 이동 단말은 332단계에서 상대 단위 행렬과 상대 컬럼 벡터를 지정하기 위한 인덱스들 (u', i')을 초기화한다. 즉 상대 단위 행렬 인덱스 (u')를 현재의 기준 단위 행렬을 지정하는 인덱스 (u)로 설정하고, 상대 컬럼 인덱스 (i')를 i+1로 설정한다. 이와 같이 u'와 i'를 설정하는 것은, 새로이 지정된 기준 컬럼 벡터가 상대 컬럼 벡터로 지정되거나 이전의 조합과 동일한 조합이 선택되는 것을 방지하기 위함이다. 여기서 조합은 기준 컬럼 벡터와 상태 컬럼 벡터의 조합을 의미한다. 그 후 상기 이동 단말은 상기 314단계 내지 332단계를 반복하여 수행한다.

상기 이동 단말은 동일 단위 행렬 내에서 다음 컬럼 벡터가 존재하지 않으면, 334단계에서 코드 북 내에서 기준 컬럼 벡터의 선택을 위한 다음 단위 행렬이 존재하는 지를 판단한다. 상기 이동 단말은 기준 단위 행렬을 지정하는 인덱스 (u)가 코드 북을 구성하는 단위 행렬의 총수에 일치할 시에 다음 단위 행렬이 존재하지 않는다고 판단한다. 즉 상기 기준 단위 행렬을 지정하는 인덱스 (u)가 U-1에 일치하면, 코드 북 내에서 다음 단위 행렬이 존재하지 않는다고 판단한다.

상기 이동 단말은 다음 단위 행렬이 존재하면, 336단계에서 기준 단위 행렬을 지정하는 인덱스 (u)를 1 증가시키고, 기준 칼럼 벡터를 지정하는 인덱스 (i)를 0으로 초기화한다. 즉 상기 기준 단위 행렬을 지정하는 인덱스 (u)가 다음 단위 행렬을 지정하도록 하고, 새로이 지정된 기준 단위 행렬 내에서 첫 번째 컬럼 벡터부터 순서에 따라 컬럼 벡터가 선택될 수 있도록 한다.

그리고 상기 이동 단말은 338단계에서 상대 단위 행렬과 상대 컬럼 벡터를 지정하는 인덱스들 (u', i')을 초기화한다. 즉 상대 단위 행렬 인덱스 (u')를 앞서 변경된 u로 설정하고, 상대 컬럼 인덱스 (i')를 1로 설정한다. 상기 상대 컬럼 인덱스 (i')를 1로 설정하는 것은, 새로이 지정된 단위 행렬 내에서 기준 컬럼 벡터의 다음 컬럼 벡터를 상대 컬럼 벡터로 지정하기 위함이다. 즉 기준 컬럼 벡터와 상대 컬럼 벡터가 일치하는 것을 방지하기 위함이다. 그 후 상기 이동 단말은 상기 314단계 내지 338단계를 반복하여 수행한다.

상기 이동 단말은 기준 단위 행렬로 지정할 다음 단위 행렬이 존재하지 않으면, 기존의 코드 북을 구성하는 모든 컬럼 벡터들에 의한 닮은꼴 벡터 세트의 생성이 완료되었다고 판단한다.

전술한 설명에서는 이동 단말에 의해 닮은꼴 벡터 세트가 생성되는 것을 가정하여 설명하였으나 이는 기지국에도 동일하게 적용될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 그리고 이동 단말이 아니라 컴퓨터 등과 같이 본 발명에서 제안하는 알고리즘의 수행이 가능한 전자장치를 통해 닮은꼴 벡터 세트를 생성하고, 이를 이동 단말 또는 기지국에 기록하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 폐루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템의 기지국에서 수행하는 제어 흐름을 보이고 있다.

도 4를 참조하면, 기지국은 410단계에서 사용자 별로 제공되는 피드 백 정보를 수집한다. 상기 피드 백 정보는 닮은꼴 벡터 세트 인덱스와 상기 닮은꼴 벡터 인덱스에 대응한 채널 품질 정보를 포함한다. 상기 채널 품질 정보는 상기 닮은꼴 벡터 세트 인덱스에 대응한 닮은꼴 벡터 세트 내의 닮은꼴 벡터들의 전송률들 중 최소 전송률에 해당한다.

상기 기지국은 모든 사용자들에 대응한 피드 백 정보의 수집이 완료되면, 412단계에서 상기 수집된 피드 백 정보에 의해 코드 북을 구성하는 단위 행렬 별로의 합 전송률 을 계산한다. 이때 상기 피드 백 정보에 포함된 닮은꼴 벡터 세트 인덱스에 의해 지정되는 닮은꼴 벡터 세트 내의 적어도 하나의 닮은꼴 벡터에 대해서는 상기 피드 백 정보에 포함된 전송률이 동일하게 적용되는 것을 가정한다. 이는 하기 <수학식 8>과 같이 정의할 수 있다.

여기서 S_j는 j 번째 닮은꼴 벡터 세트를 의미하고, j는 닮은꼴 벡터 세트의 인덱스이며, u_u,i는 S_j 내의 닮은꼴 벡터를 의미한다. 그리고

는 사용자 k로부터 피드 백 정보로 제공되는 전송률이고,

는 u_u,I 별로 부여되는 전송률이다.

따라서 실제로는 피드 백 정보로써 하나의 전송률이 제공되나 기지국에서는 닮은꼴 벡터 세트 내의 닮은꼴 벡터 수만큼의 전송률이 제공되는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

예컨대 세 명의 사용자 (user #1, user #2, user #3)가 존재하고, 코드 북의 크기가 3이고, 상기 코드 북 내의 단위 행렬이 4개의 컬럼 벡터로 구성되는 경우를 가정한다. 그리고 일 예로써 상기 코드 북 내의 단위 행렬들 각각은 하기 <수학식 9>와 같이 구성될 수 있다.

또한 상기 세 명의 사용자 (user #1, user #2, user #3) 각각으로부터 하기 <수학식 10>의 피드 백 정보가 제공되고, 상기 피드 백 정보에 포함된 닮은꼴 벡터 세트 인덱스에 대응한 닮은꼴 벡터 세트의 일 예는 하기 <수학식 11>이라고 가정한다.

여기서 set_index (n) 닮은꼴 벡터 세트 인덱스 n이며, rate (m)은 상기 닮은꼴 벡터 세트 인덱스에 대응하는 닮은꼴 벡터 세트 내의 닮은꼴 벡터에 의해 지원되는 최소 전송률이다.

여기서

는 사용자 k로부터의 피드 백 정보에 포함된 닮은꼴 벡터 세트 인덱스에 의해 선택된 닮은꼴 벡터 세트이다.

전술한 가정을 토대로 할 때, 기지국은 S₁ 내의 모든 닮은꼴 벡터들 (u₀₀, u₁₃)의 전송률은 2라고 판단하며, S₂ 내의 모든 닮은꼴 벡터들 (u₁₀, u₁₂)의 전송률은 3이라고 판단한다. 그리고 S₃ 내의 모든 닮은꼴 벡터들 (u₀₁, u₂₁)의 전송률은 5이라고 판단한다.

이러한 판단을 기반으로 하여 상기 <수학식 9>에서 보이고 있는 각 단위 행렬들의 합 전송률을 계산한다. 따라서 U₀의 합 전송률은 "7"로 계산되며, U₁의 합 전송률은 "8"로 계산된다. 그리고 U₂의 합 전송률은 "5"로 계산된다.

상기 기지국은 전술한 바에 의해 각 단위 행렬 별로의 합 전송률이 계산되면, 414단계에서 상기 계산된 합 전송률들 중에서 최대 합 전송률을 선택한다. 상기 최대 합 전송률의 선택은 하기 <수학식 12>와 같이 일반화 시킬 수 있다.

상기 기지국은 최대 합 전송률을 선택하면, 516단계에서 상기 선택된 최대 합 전송률에 대응한 사용자 (k)와 단위 행렬 (u)를 선택한다. 그리고 상기 기지국은 418단계에서 상기 선택된 사용자 (k)로 전송할 데이터 스트림을 상기 선택된 단위 행렬에 의한 프리 코딩을 수행한 후 복수의 안테나들을 통해 전송한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 방안과 기존 방안의 성능 대비를 보이고 있다. 도 5에서 보이고 있는 성능을 얻기 위한 실험 환경으로, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나로 구성된 다중 안테나 시스템을 가정하였으며, 코드 북이 크기를 16으로 가정하였다.

도 5를 참조하면, 풀 피드 백 방식 (Full Feedback Scheme)이 가장 성능이 좋음을 알 수 있다. 하지만 풀 피드 백 방식은 피드 백되는 정보의 양이 커서 시스템의 부하로 작용하는 문제를 가진다. 한편 싱글 피드 백 방식 (Single Feedback Scheme)은 피드 백되는 정보의 양을 줄일 수는 있으나 성능이 가장 좋지 않음을 알 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 방안은 피드 백되는 정보의 양은 싱글 피드 백 방식과 동일하나 그 성능에서는 풀 피드 백 방식에 의한 성능에 근접함을 확인할 수 있다.

한편 본 발명에서 제안하는 방식의 성능은 프리 코딩을 위해 사용되는 코드 북의 종류에 의해 달라질 수 있다. 도 5에서는 본원 출원인에 의해 제안된 코드 북의 사용을 가정하고 있다.

한편 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어 져서는 안 될 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명은 프리 코딩을 위해 미리 설정된 코드 북으로부터 닮은꼴 벡터 세트를 생성하고, 이를 이용하여 피드 백 정보를 전송하거나 프리 코딩을 수행하도록 한다. 이는 피드 백 정보로 하나의 채널 품질 정보가 보고되더라도 복수의 채널 품질 정보를 보고하는 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 사용자의 수가 적은 상황에서도 피드 백 정보의 양을 증가시키지 않고 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

1. 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에 있어서,

   프리 코딩을 위해 미리 결정된 코드 북 내의 모든 컬럼 벡터들에 의해 구성될 수 있는 조합들 각각의 상관도를 계산하는 과정

   상기 계산된 상관도들 중 미리 결정된 임계 값보다 큰 상관도를 가지는 컬럼 벡터들을 닮은꼴 벡터로 지정하는 과정

   상기 닮은꼴 벡터에 의해 적어도 두개의 닮은꼴 벡터 세트를 구성하는 과정 및

   상기 구성된 닮은꼴 벡터 세트에 의해 피드 백 정보를 생성하여 전송하는 과정을 포함하는 피드 백 정보 송신방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 피드 백 정보를 생성하는 과정은,

   상기 각 닮은꼴 벡터 세트를 구성하는 닮은꼴 벡터에 의해 지원 가능한 전송률을 계산하고,

   상기 각 닮은꼴 벡터 세트 내에서의 최소 전송률을 선택하고

   상기 닮은꼴 벡터 세트 별로 선택된 최소 전송률들 중 최대 전송률을 선택하고

   상기 최대 전송률에 대응한 닮은꼴 벡터 세트의 인덱스와 상기 최대 전송률 에 의해 피드 백 정보를 생성함을 특징으로 하는 피드 백 정보 송신방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 상관도를 계산하는 과정은,

   상기 코드 북 내의 컬럼 벡터들 중 임의의 컬럼 벡터를 기준 컬럼 벡터로 지정하고

   나머지 컬럼 벡터들을 순차적으로 상대 컬럼 벡터로 지정하며

   상기 기준 컬럼 벡터와 상기 상대 컬럼 벡터 간의 상관도를 계산함을 특징으로 하는 피드 백 정보 송신방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 기준 컬럼 벡터에 의해 계산된 상관도들 중 미리 결정된 임계 값보다 큰 상관도를 가지는 컬럼 벡터들에 의해 상기 기준 컬럼 벡터에 대응한 닮은꼴 벡터 세트를 구성함을 특징으로 하는 피드 백 정보 송신방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계 값은, 사용자의 수에 비례하여 결정됨을 특징으로 하는 피드 백 정보 송신방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 닮은꼴 벡터 세트 (S_{u ,i})는,

   

   에 의해 구성되며,

   여기서 u는 코드 북을 구성하는 단위 행렬의 인덱스이고, i는 단위 행렬 u를 구성하는 컬럼 벡터의 인덱스이고, λ는 닮은꼴 벡터를 결정하기 위한 임계 값이고, u_u',i'는 상대 컬럼 벡터이고, u_u,i는 기준 컬럼 벡터임을 특징으로 하는 피드 백 정보 송신방법.
7. 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에 있어서,

   프리 코딩을 위해 미리 결정된 코드 북 내의 모든 컬럼 벡터들에 의해 구성될 수 있는 조합들 각각의 상관도를 계산하는 과정

   상기 계산된 상관도들 중 미리 결정된 임계 값보다 큰 상관도를 가지는 컬럼 벡터들을 닮은꼴 벡터로 지정하는 과정

   상기 닮은꼴 벡터에 의해 적어도 두개의 닮은꼴 벡터 세트를 구성하는 과정

   각 사용자로부터 전송되는 피드 백 정보에 의해 사용자 별로 선택된 닮은꼴 벡터 세트와 상기 닮은꼴 벡터 세트에 부여된 전송률을 확인하는 과정

   상기 선택된 닮은꼴 벡터 세트 내의 모든 닮은꼴 벡터들에 대해 상기 확인한 전송률을 공통으로 부여하는 과정

   상기 미리 결정된 코드 북 내에서 상기 닮은꼴 벡터에 대응한 컬럼 벡터에 대해 상기 닮은꼴 벡터의 전송률을 동일하게 부여하는 과정

   상기 컬럼 벡터들에 부여된 전송률에 의해 상기 코드 북을 구성하는 단위 행렬 별로의 합 전송률을 계산하는 과정 및

   상기 단위 행렬 별로 계산된 합 전송률들 중 최대 합 전송률에 대응하는 단위 행렬에 의해 프리 코딩을 수행하는 과정을 포함하는 피드 백 정보 수신방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 상관도를 계산하는 과정은,

   상기 코드 북 내의 컬럼 벡터들 중 임의의 컬럼 벡터를 기준 컬럼 벡터로 지정하고

   나머지 컬럼 벡터들을 순차적으로 상대 컬럼 벡터로 지정하며

   상기 기준 컬럼 벡터와 상기 상대 컬럼 벡터 간의 상관도를 계산함을 특징으로 하는 피드 백 정보 수신방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 기준 컬럼 벡터에 의해 계산된 상관도들 중 미리 결정된 임계 값보다 큰 상관도를 가지는 컬럼 벡터들에 의해 상기 기준 컬럼 벡터에 대응한 닮은꼴 벡터 세트를 구성함을 특징으로 하는 피드 백 정보 수신방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계 값은, 사용자의 수에 비례하여 결정됨을 특징으로 하는 피드 백 정보 수신방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 닮은꼴 벡터 세트 (S_u,i)는,

    

    에 의해 구성되며,

    여기서 u는 코드 북을 구성하는 단위 행렬의 인덱스이고, i는 단위 행렬 u를 구성하는 컬럼 벡터의 인덱스이고, λ는 닮은꼴 벡터를 결정하기 위한 임계 값이고, u_u',i'는 상대 컬럼 벡터이고, u_u,i는 기준 컬럼 벡터임을 특징으로 하는 피드 백 정보 수신방법.

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