KR101274871B1 - 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서의 데이터송/수신장치 및 방법 - Google Patents

폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서의 데이터송/수신장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서 다중 사용자 환경에서의 데이터 송신 및 수신장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해 송신장치로부터 복수의 송신 안테나들 별로 전송되는 복수의 데이터 스트림들을 수신하고, 상기 복수의 데이터 스트림들에 대한 채널 추정을 통해 채널 행렬을 생성하고, 상기 채널 행렬에서 상기 수신장치에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들에 관한 성분만이 남도록 하는 수신 빔 포밍 행렬을 구하고, 상기 채널 행렬, 상기 수신 빔 포밍 행렬 및 상기 채널 추정을 통해 획득한 전체 신호 대 잡음비를 기초로 하여 상기 수신장치에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들 각각에 대응한 채널 품질 정보를 생성한다.
Figure R1020060053628
다중입력 다중 출력 (MIMO) 방식, 폐 루프 방식, 다중 사용자, 수신 빔 포밍 행렬, CQI

Description

폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서의 데이터 송/수신장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSCEIVING DATA IN A MULTI ANTENNA SYSTEM OF CLOSED LOOP SCHEME}
도 1은 본 발명의 실시 예가 적용될 수 있는 다중 사용자를 지원하는 MIMO 시스템의 구조를 보이고 있는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 폐 루프 방식을 사용하는 MIMO 시스템을 구성하는 송신장치의 구조를 보이고 있는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 폐 루프 방식을 사용하는 MIMO 시스템을 구성하는 수신장치의 구조를 보이고 있는 도면.
본 발명은 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에 관한 것으로, 상기 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서 다중 사용자 환경에서의 데이터 송신/수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 무선 채널 환경은 유선 채널과 달리 다중경로 간섭, 쉐도 윙(Shadowing), 전파 감쇄, 시변 잡음, 간섭 등으로 인한 낮은 신뢰도를 나타낸다. 이것은 이동 통신에서 데이터의 전송 속도를 높이지 못하는 대표적인 원인이 된다.
따라서 이를 극복하기 위한 많은 기술들이 제안되었다. 그 대표적인 예가 에러 컨트롤 코딩 기법과 다이버시티 기법이다. 상기 에러 컨트롤 코딩 기법은 신호의 왜곡과 잡음에 의한 영향을 억제한다. 상기 다이버시티 기법은 독립적인 페이딩 현상을 겪은 여러 개의 신호들을 수신하여, 페이딩 현상에 대처한다.
다이버시티 효과를 얻는 방법으로는 시간, 주파수, 다중 경로, 그리고 공간 다이버시티 등이 있다. 상기 시간 다이버시티는 채널 부호화와 인터리빙을 결합하여 시간적으로 다이버시티 효과를 얻는다. 상기 주파수 다이버시티는 서로 다른 주파수로 송신된 신호들이 각기 다른 다중 경로 신호를 겪게 되어 다이버시티 효과를 얻도록 한다. 그리고 상기 다중 경로 다이버시티는 다중 경로 신호들에 대해 서로 다른 페이딩 정보를 이용하여 신호를 분리함으로써, 다이버시티 효과를 얻도록 한다. 상기 공간 다이버시티는 송신기나 수신기, 또는 양쪽 모두에 여러 개의 안테나들을 사용하여 서로 독립적인 페이딩 신호에 의해 다이버시티 효과를 얻도록 한다. 통상적으로 상기 공간 다이버시티 방식은 안테나 어레이를 이용한다.
상기 안테나 어레이를 이용하는 시스템 (이하 "안테나 어레이 시스템"이라 칭함)은 송/수신기에 다중의 안테나들이 구비된 시스템으로, 주파수 효율을 높이기 위해 공간 영역을 이용하는 시스템이다. 상기 안테나 어레이 시스템은 공간 영역을 활용함으로써, 시간 영역과 주파수 영역이 제한되어 있는 환경에서 좀 더 높은 전송 속도를 얻기에 용이하다.
상기 안테나 어레이 시스템은 각 안테나 별로 독립적인 정보를 전송하므로, 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi Input Multi Output) 시스템에 해당된다. 상기 MIMO 시스템에서는 고품질뿐 아니라 높은 전송률에 의한 데이터 서비스를 위한 효율적인 신호 처리 알고리즘이 요구된다.
상기 신호 처리 알고리즘의 일예로 자원 할당 알고리즘이 존재한다. 상기 자원 할당 알고리즘은 최소의 자원을 소비하면서 목표하는 에러 율을 얻을 수 있도록 안테나별로 자원, 즉 데이터 전송률을 할당하는 것을 목표로 한다. 상기 자원 할당 알고리즘은 송신측에서의 신호 처리 알고리즘과 수신측에서의 신호 처리 알고리즘으로 구분할 수 있다. 이때 송신측에서는 안테나별로의 데이터 전송률이 주어졌을 때, 가장 작은 에너지를 소비하면서 목표 에러 율 (Error Rate)에 도달할 수 있는 자원 할당을 찾는다.
기존의 자원 할당 알고리즘은 단일 할당 (Uniform allocation), 고정 할당 (Fixed allocation), 풀-서치 할당 (Full-search allocation)이 존재한다.
상기 단일 할당 방식은 각 안테나별로 동일한 데이터 전송률을 할당한다. 이는 피드백 정보의 전송이 필요 없는 가장 간단한 자원 할당 방법이다. 하지만 선형 검출 (Linear detection) 기법은 말할 것도 없고, 연속 간섭 제거 (SIC : Successive Interference Cancellation) 기법을 사용하더라도 에러 율이 높아 성능이 좋지 않다는 단점이 있다.
상기 고정 할당 방식은 최적의 할당을 정하고, 상기 정해진 최적의 할당을 모든 채널에 사용한다. 상기 최적의 할당은 채널의 통계 (Statistics)에 따라 결정한다. 이는 채널의 통계가 맞으면 단일 할당 방식보다 좋은 성능을 보여준다. 하지만 할당을 고정한다는 제약에 의해 에러 율 성능이 제한될 뿐만 아니라 고정된 할당을 사용하기에 채널 변화에 안정적으로 동작하지 않는다.
마지막으로 상기 풀-서치 할당 방식은 사용 가능한 모든 조합을 데이터 전송률 할당의 후보로 사용하며, 그 중 가장 작은 전력을 필요로 하는 후보를 현재 채널에 대한 할당으로 사용한다. 이는 모든 경우를 고려하기 때문에 가장 좋은 성능을 보여준다. 하지만 복잡도 및 피드백 정보가 증가하는 단점을 가진다. 상기 풀-서치 할당 방식에서는 복잡도를 줄이기 위해 반복 알고리즘 (Iterative Algorithm)이 제안되었다.
상기 수신측에서의 신호 처리 알고리즘은 각 전송 채널에 대한 채널 상태를 탐색하고, 상기 탐색 결과를 송신측으로 피드백 하는 방안을 마련한다. 그리고 상기 송신측에서의 신호 처리 알고리즘은 상기 수신측으로부터 피드백 되는 탐색 결과에 의해 각 송신 안테나별로 자원을 할당하는 방안을 마련한다.
상기 송신측에서의 신호 처리 알고리즘으로는 대표적으로BLAST (Bell Labs Layered Space Time) 기술이 존재한다. 상기 BLAST 기술은 다중 안테나를 이용하여, 시스템이 사용하는 주파수 영역을 증가시키지 않고도, 데이터 전송량을 증가시킬 수 있다.
이러한 BLAST 기술은 D-BLAST (Diagonal-BLAST)와 V-BLAST (Vertical-BLAST)로 구분된다. 상기 D-BLAST는 대각 (Diagonal) 전송을 위해 각 송신 안테나에서 전 송되는 데이터 간 특정한 블록 코딩을 사용하여, 주파수 효율이 높다. 하지만 구현에 있어 복잡도가 높다는 단점이 있다. 이와 달리 V-BLAST는 각 안테나에서 독립적으로 데이터를 전송함으로써 복잡도를 줄일 수 있다.
한편 수신측에서의 신호 처리 알고리즘으로는 수신신호를 이용하여 각 송신 안테나에서 전송된 신호들을 검출하는데 이용되는 알고리즘으로써, 선형 검출 (Linear detection) 기법과 비선형 검출 (Non-linear detection) 기법으로 분류할 수 있다.
상기 선형 검출 기법으로는 제로 포싱 (ZF : Zero Forcing) 기법과 최소 평균 자승 오류 (MMSE : Minimum Mean Square Error) 기법 등이 존재한다.
상기 ZF 기법은 채널 행렬의 각 열벡터에 대한 기준을 계산하여 벡터 크기가 가장 큰 열벡터에 해당하는 심벌부터 검출한 후, 수신신호에서 검출된 신호 성분을 제거함으로써 심벌 간의 간섭을 제거하는 기법이다. 상기 MMSE 기법은 원래 전송한 심벌들과 수신측에서 추정된 신호들 사이의 평균 자승 오차 (mean square error)를 최소화하는 기법이다.
상기 비선형 기법으로는 최대 우도 검출 (ML : Maximum Likelihood detection) 기법과 연속 간섭 제거 (SIC : Successive Interference Cancellation) 기법 등이 존재한다.
상기 ML 기법은 모든 송신 안테나에서 송신 가능한 심벌들을 모두 대입해서 최소 제곱 유클리드 거리 (Squared Euclidean Distance)를 가지는 입력을 선택함으로써 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 하지만 송신 안테나 수와 변조 순서 (modulation order)에 따라 복잡도가 지수 함수적으로 증가한다. 따라서 상기 ML 기법은 가장 좋은 성능을 보이지만, 계산 량의 증가로 구현하는데 복잡하다는 단점이 있다.
상기 SIC 기법은 큰 신호 대 간섭 잡음비(SINR; Signal to Interference plus Noise Ratio)를 가지는 채널을 우선적으로 검출하여 제거함으로써 성능을 높이고자 하는 간섭 제거 기법이다. 상기 SIC 기법을 위해서는 최상의 성능을 얻기 위한 오더링이 별도로 요구된다.
전술한 바와 같이 MIMO 시스템의 성능 향상을 위해서는 수신신호로부터 송신신호를 더욱 정확하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라 계산 량의 관점에서도 양호한 신호 검출 기법 및 자원 할당 방안이 절실하게 요구된다.
따라서 전술한 바를 해결하기 위해 본 발명은 폐 루프 방식을 지원하는 다중 사용자 MIMO 시스템에서 자신에게 전송되는 데이터 스트림에 대해서만 공동 검출 (oint detection)을 할 수 있도록 피드백 정보를 생성하는 수신장치 및 수신방법을 제안한다.
또한 본 발명은 수신장치에서 채널 추정을 통해 획득되는 채널 행렬로부터 자신이 수신하고자 하는 데이터 스트림에 대해서만 공동 검출을 할 수 있도록 수신 빔 벡터만을 획득하기 위한 방안을 마련한다.
또한 본 발명은 각 수신장치로부터 수신할 데이터 스트림에 대응한 채널 상 황 정보를 피드-백 받아 사용자 스트림별로 적응 변조 코딩 (Adaptive Modulation and Coding ; AMC)을 수행하는 송신장치 및 송신 방법을 제공한다.
전술한 바를 달성하기 위한 제1견지에 있어, 본 발명은 폐 루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템에서 수신장치의 데이터 수신 방법에 있어서, 송신장치로부터 복수의 송신 안테나들 별로 전송되는 복수의 데이터 스트림들을 수신하는 과정과, 상기 복수의 데이터 스트림들에 대한 채널 추정을 통해 채널 행렬을 생성하는 과정과, 상기 채널 행렬에서 상기 수신장치에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들에 관한 성분만이 남도록 하는 수신 빔 포밍 행렬을 구하는 과정과, 상기 채널 행렬, 상기 수신 빔 포밍 행렬 및 상기 채널 추정을 통해 획득한 전체 신호 대 잡음비를 기초로 하여 상기 수신장치에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들 각각에 대응한 채널 품질 정보를 생성하는 과정을 포함한다.
삭제
전술한 바를 달성하기 위한 제2견지에 있어, 본 발명은 폐 루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템의 데이터 수신장치에 있어서, 송신장치로부터 복수의 송신 안테나들 별로 전송되는 복수의 데이터 스트림들을 수신하고, 상기 복수의 데이터 스트림들에 대한 채널 추정을 통해 채널 행렬을 생성하는 채널 추정부와, 상기 채널 행렬에서 수신장치 자신에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들에 관한 성분만이 남도록 하는 수신 빔 포밍 행렬을 구하는 수신 빔 포밍 행렬 생성부와, 상기 채널 행렬, 상기 수신 빔 포밍 행렬 및 상기 채널 추정을 통해 획득한 전체 신호 대 잡음비를 기초로 하여 상기 수신장치 자신에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들 각각에 대응한 채널 품질을 계산하여 채널 품질 정보를 생성하는 채널 품질 정보 생성부를 포함한다.
전술한 바를 달성하기 위한 제3견지에 있어, 본 발명은 폐 루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템에서 송신장치의 데이터 송신방법에 있어서, 복수의 송신 안테나들 중 적어도 두 개의 송신 안테나들을 하나의 단말에 할당하는 과정과, 상기 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들을 통해 상기 단말로 데이터 스트림들을 전송하는 과정과, 상기 단말로부터 상기 전송된 데이터 스트림들 각각에 대응한 채널 품질 정보를 수신하는 과정과, 상기 채널 품질 정보를 이용하여 각 단말에게 송신 안테나를 할당하는 과정을 포함한다.
전술한 바를 달성하기 위한 제4견지에 있어, 본 발명은 폐 루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템의 데이터 송신장치에 있어서, 복수의 송신 안테나들 중 적어도 두 개의 송신 안테나들을 하나의 단말에 할당하는 사용자 선택부와, 상기 단말로 전송할 데이터 스트림들에 대해 부호화 및 변조를 수행하고, 상기 부호화 및 변조된 데이터 스트림들을 상기 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로 전달하는 부호화 및 변조부와, 상기 단말로부터 상기 적어도 두 개의 송신 안테나들을 통해 전송된 데이터 스트림들 각각에 대응한 채널 품질 정보를 수신하고, 상기 채널 품질 정보를 이용하여 상기 사용자 선택부와 상기 부호화 및 변조부를 제어하는 제어부를 포함한다.
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.
본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보기에 전에 본 발명에서 제안하고자 하는 복호 알고리즘에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
다중 사용자를 지원하는 MIMO 시스템에서 수신장치에 의해 수신되는 신호는 하기 <수학식 1>과 같이 모델링 된다.
Figure 112006041733749-pat00001
상기 <수학식 1>에서 y는 수신신호를 나타내는 행렬이고, H는 채널 특성을 나타내는 행렬이다. 그리고 x는 송신신호를 나타내는 행렬이고, n은 백색 잡음 성분 (AWGN)이다.
상기 <수학식 1>은 하기 <수학식 2>로도 정리될 수 있다.
Figure 112006041733749-pat00002
여기서 NT는 전체 송신 안테나의 수이고, NR은 자신이 가지는 수신 안테나의 수이며, N은 전체 송신 안테나 중 자신에게 할당된 송신 안테나의 수로 정의할 수 있다.
첫 번째 단계에서 수신신호를 하기 <수학식 3>과 같이 빔 포밍 한다.
Figure 112006041733749-pat00003
여기서 W는 N× NR 수신 빔 포밍 행렬이다. 상기 수신 빔 포밍 행렬은 하기 <수학식 4>로 정의된다.
Figure 112006041733749-pat00004
상기 행렬 W는 각 수신기 자신에게 할당된 송신 안테나에 대한 신호들만 수신하도록 구성되어 있기 때문에, 자신에게 할당된 송신 안테나의 수인 N개의 벡터들로만 구성된다.
상기 행렬 W의 각 요소 벡터 w i 는 N× 1의 크기를 가지는 벡터로, 자기에게 할당되지 않는 다른 스트림들은 널링 (nulling) 되도록 한다. 따라서 상기 각 요소 벡터 w i 는 하기 <수학식 5>에 의해 구할 수 있다.
Figure 112006041733749-pat00005
여기서 SNR은 신호대 잡음 비를 나타낸다. 그리고 집합
Figure 112011044672593-pat00006
는 자신에게 할당된 송신 안테나의 번호로 구성된 집합이고, A(i)는 i번째 할당된 안테나의 번호이다. 또한 집합
Figure 112011044672593-pat00007
는 집합 A의 complementary 집합이다. 즉
Figure 112011044672593-pat00008
이고,
Figure 112011044672593-pat00009
이다.
상기 <수학식 1>에서의 수신 채널 행렬 H는 NR× NT의 크기를 가지며, 하기 <수학식 6>과 같다.
Figure 112006041733749-pat00010
여기서 hi 는 NR× 1 크기의 송신 안테나 채널 벡터이다.
다음 단계로, 자신에게 할당된 송신 안테나에 대한 스트림들에 각각 대응하는 원소들로 구성된 N×1의 크기를 갖는
Figure 112011044672593-pat00011
로부터 공동 복호(joint decoding) 방법을 이용하여 송신 신호
Figure 112011044672593-pat00012
를 검출한다. 여기서 x(i)는 전송 신호 벡터 x에서 자신에게 i번째로 할당된 신호 심볼이다.
전술한 바에 의해 구해진 H, W 그리고 SNR을 이용하여 채널 품질 정보를 계산한다. 자신에게 할당된 송신 안테나의 순서별 채널 품질 정보는 하기 <수학식 7>에 의해 계산된다.
Figure 112006041733749-pat00013
상기 <수학식 7>에 의해 구하여진 채널 품질 정보는 기지국으로 피드백된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예가 적용될 수 있는 다중 사용자를 지원하는 MIMO 시스템의 구조를 보이고 있다.
상기 도 1을 참조하면, 기지국 (110)은 적어도 두 개의 송신 안테나를 구비한다. 상기 기지국 (110)은 사용자 별로 송신 안테나를 할당하고, 상기 할당된 송신 안테나를 통해 해당 사용자로의 데이터 스트림을 전송한다. 상기 송신 안테나는 사용자 별로 적어도 하나의 송신 안테나가 할당된다. 또한 필요에 따라서는 하나의 사용자에 대해 모든 송신 안테나가 할당될 수 있다. 이와 같이 하나의 사용자에 대해 모든 송신 안테나가 할당되는 경우, 나머지 사용자에 대해서는 어떠한 송신 안테나도 할당되지 않는다.
상기 기지국 (110)은 각 단말 별로 피드-백되는 채널 상황 정보에 의해 사용자 별 데이터 스트림을 송신 안테나에게 할당한다. 그리고 상기 기지국 (110)은 피드-백되는 채널 상황 정보에 의해 사용할 부호화 율과 변조 방식을 조정한다.
각 단말들 (120, 122, 124, 126)은 상기 기지국 (110)으로부터 전송되는 데이터 스트림을 수신한다. 그리고 상기 각 단말들 (120, 122, 124, 126)은 상기 송신 안테나들 중 자신에게 할당된 송신 안테나로부터 데이터 스트림이 전송되는 채널에 대해서만 채널 상황 정보를 생성한다. 그리고 상기 생성된 채널 상황 정보를 상기 기지국 (110)으로 피드-백한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 폐 루프 방식을 사용하는 MIMO 시스템을 구성하는 송신장치의 구조를 보이고 있다.
상기 도 2를 참조하면, 사용자 선택부 (210)는 사용자별로의 데이터 스트림을 입력으로 하고, 송신 안테나 별로 전송할 사용자를 선택한다. 즉 상기 사용자 선택부 (210)는 송신 안테나 별로 전송할 사용자의 데이터 스트림을 할당하고, 이를 위해 제어부 (214)로부터 제어를 받는다. 상기 사용자 선택부 (210)는 상기 제어부 (214)의 제어에 의해 한 사용자의 데이터 스트림을 적어도 하나의 송신 안테나에 할당하거나 어느 송신 안테나에도 할당하지 않을 수 있다. 또한 한 사용자의 데이터 스트림을 모든 송신 안테나에 할당할 수도 있다. 상기 사용자 선택부 (210)는 사용자 할당이 이루어지면, 해당 데이터 스트림을 할당된 송신 안테나에 결합된 적응 코딩 변조부 (Adaptive Modulation and Coding ; AMC) (212)로 전달한다.
상기 AMC (212)는 상기 사용자 선택부 (210)로부터 전달되는 데이터 스트림을 소정 부호화 율에 의해 부호화를 수행한다. 그리고 상기 부호화가 이루어진 데이터 스트림을 소정 변조 방식에 의해 변조하여 출력한다. 상기 소정 부호화 율과 상기 소정 변조 방식은 채널 상황에 대해 적응적으로 변경될 수 있다. 상기 소정 부호화 율과 상기 소정 변조 방식의 변경은 상기 제어부 (214)의 제어에 의해 이루어진다.
상기 AMC (212)는 각 송신 안테나에 대응하여 구비되며, 각 송신 안테나에 결합된 AMC는 독립적으로 동작할 수 있다. 따라서 상기 AMC (212)를 통해 부호화 및 변조된 데이터 스트림은 결합 관계를 가지는 송신 안테나를 통해 전송된다.
전술한 바와 같이 각 송신 안테나 별로 전송된 데이터 스트림은 해당 사용자의 수신장치를 통해 수신될 것이다. 상기 수신장치는 자신이 수신한 데이터 스트림에 의해 채널 상황을 추정하고, 상기 추정 결과에 따른 채널 상황 정보를 송신장치로 피드-백한다. 상기 채널 상황 정보는 각 데이터 스트림에 대응하여 측정된 SNR을 기초로 하여 추정된다. 상기 채널 상황 정보는 채널 품질 정보 (Channel Quality Information ; CQI)로 대변된다.
상기 제어부 (214)는 각 수신장치로부터 피드-백 정보 (Feedback Information)로 제공되는 CQI를 수신한다. 앞에서도 밝힌 바와 같이 상기 CQI 정보는 데이터 스트림이 전송되는 채널 별로 제공된다. 상기 제어부 (214)는 각 데이터 스트림이 전송되는 채널 별로 제공되는 CQI에 의해 상기 사용자 선택부 (210)와 상기 AMC (212)를 제어한다. 예컨대 상기 제어부 (214)는 현재의 채널 상황에서 최상의 전송 효율을 얻을 수 있도록 상기 사용자 선택부 (210)를 제어한다. 그리고 상기 제어부 (214)는 현재 각 채널의 상황에 대응하여 각 송신 안테나에 결합된 AMC의 부호화 율과 변조 방식을 제어한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 폐 루프 방식을 사용하는 MIMO 시스템을 구성하는 수신장치의 구조를 보이고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 적어도 하나의 수신 안테나를 통해 수신되는 신호는 채널 추정부 (310)로 제공된다. 상기 수신 신호는 상기 <수학식 1>과 같이 표현된다.
상기 채널 추정부 (310)는 상기 수신신호에 대한 채널 추정을 수행하고, 상 기 채널 추정 결과로 H를 획득한다. 그리고 상기 수신신호의 전체 SNR을 계산한다. 상기 전체 SNR은 송신신호와 채널 특성에 의한 신호의 세기와 백색 잡음 성분으로 인한 신호의 세기의 비에 의해 계산할 수 있다.
상기 채널 추정부 (310)는 상기 획득한 H를 복조 및 복호화부 (316), 수신 빔 포밍 행렬 생성부 (312) 및 CQI 생성부 (314)로 전달한다. 그리고 상기 채널 추정부 (310)는 상기 계산한 전체 SNR을 상기 CQI 생성부 (314)로 전달한다.
상기 수신 빔 포밍 행렬 생성부 (312)는 상기 채널 추정부 (310)로부터 전달되는 H에 의해 수신 빔 포밍 행렬 Q을 생성한다.
이하 상기 수신 빔 포밍 행렬의 생성에 대해 보다 상세히 설명하면, 상기 <수학식 1>은 하기 <수학식 8>로 가공할 수 있다.
Figure 112006041733749-pat00014
상기 <수학식 8>은 상기 <수학식 1>의 양변에
Figure 112011044672593-pat00015
을 공통으로 곱한 형태를 가진다. 또한 상기 <수학식 8>은 양변에 Q를 공통으로 곱하여 줌으로써, 하기 <수학식 9>와 같이 가공할 수 있다.
Figure 112006041733749-pat00016
여기서 Q는 수신 빔 포밍 행렬이다. 그리고 상기 <수학식 9>에서는
Figure 112006041733749-pat00017
로 정의하고 있다. 상기
Figure 112006041733749-pat00018
는
Figure 112006041733749-pat00019
로 표현될 수 있다. 여기서
Figure 112006041733749-pat00020
를 T라 정의한다. 이때 송신 안테나와 수신 안테나가 각각 4개씩 구비된 MIMO 시스템을 가정할 때,
Figure 112006041733749-pat00021
는 하기 <수학식 10>과 같이 전개된다.
Figure 112006041733749-pat00022
상기 <수학식 10>에서 qil는 사용자 i가 l번째 데이터 스트림을 수신하기 위한 수신 빔 벡터이다.
본 발명에서는 자신에게 전송된 데이터 스트림에 대해서만 CQI를 생성하는 것을 전제로 하고 있다. 따라서 상기 <수학식 10>에서 R에는 자신이 수신하고자 하는 데이터 스트림이 전송되는 채널과 관련된 성분만을 남기고 나머지 성분이 제거될 수 있도록 하여야 한다.
예를 들어 수신하고자 하는 데이터 스트림이 첫 번째 송신 안테나와 두 번째 송신 안테나를 통해 전송된 데이터 스트림이라 가정한다. 이 경우 상기 R은 하기 <수학식 11>과 같은 구조를 갖도록 하여야 한다.
Figure 112006041733749-pat00023
한편 R이 상기 <수학식 11>과 같은 구조를 갖도록 하기 위해서는, Q에 대한 설계가 관건이라 할 수 있다. 그 이유는 상기 <수학식 10>에 의해 확인할 수 있다. 즉 상기 R은 Q와 T에 의해 결정되나, 상기 T는 이미 추정된 상태이므로, Q만이 R을 결정하는데 영향을 미친다고 할 수 있다.
따라서 수신 빔 포밍 행렬 생성부 (312)는 상기 채널 추정부 (310)로부터 제공되는 H를 참조하여 Q를 생성한다. 상기 수신 빔 포밍 행렬 생성부 (312)에서 Q를 생성할 수 있는 것은 H와 자신이 수신할 데이터 스트림에 관한 정보를 알고 있기 때문에 가능하다.
상기 수신 빔 포밍 행렬 생성부 (312)에 의한 수신 빔 포밍 행렬의 생성 조건은 하기 <수학식 12>로 일반화될 수 있다.
Figure 112006041733749-pat00024
상기 <수학식 12>에서
Figure 112006041733749-pat00025
는 사용자 i가 l번째 데이터 스트림을 수신하기 위한 수신 빔 벡터이고,
Figure 112006041733749-pat00026
는 사용자 j가 수신하고자 하는 m번째 데이터 스트림이 가지는 채널 벡터이다. 그리고 상기 <수학식 12>에서도 정의하고 있듯이 상기 i와 j는 일치하지 않으며, 상기 l번째 데이터 스트림은 자신에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림 중 하나로써 상기 m번째 데이터 스트림과 중복되지 않는다.
한편 상기 수신 빔 포밍 행렬의 생성을 위해 제로 포싱 기법을 추가로 적용할 수 있다. 상기 제로 포싱 기법을 적용할 시, 상기 수신 빔 포밍 행렬 생성부 (312)는 R에 대해 제로 포싱을 통해 행렬의 대각을 기준으로 하측에 존재하는 r을 제거한다. 그리고 상기 제로 포싱이 이루어진 R에 대해 상기 <수학식 12>에서 정의한 조건을 적용함으로써, 원하는 Q를 생성한다.
상기 수신 빔 포밍 행렬 생성부 (312)에 의해 생성된 Q는 CQI 생성부 (314)로 제공된다, 상기 CQI 생성부 (314)는 상기 채널 추정부 (310)로부터 전체 SNR과 H를 제공받으며, 상기 수신 빔 포밍 행렬 생성부 (312)로부터 Q를 제공받는다.
상기 CQI 생성부 (314)는 상기 전체 SNR과 H 및 Q를 고려하여 자신이 수신할 데이터 스트림에대응한 CQI를 생성한다. 상기 CQI 생성부 (314)에 의한 CQI 생성을 일반화 시키면 하기 <수학식 13>로 나타낼 수 있다.
Figure 112006041733749-pat00027
여기서
Figure 112006041733749-pat00028
는 사용자 i에 의해 생성된 l번째 데이터 스트림에 대응한 채널 품질 정보이고,
Figure 112006041733749-pat00029
는 사용자 i가 l번째 데이터 스트림을 수신하기 위한 수신 빔 벡터이다.
Figure 112006041733749-pat00030
는 사용자 i가 수신하고자 하는 l번째 데이터 스트림이 가지는 채널 벡터이고,
Figure 112006041733749-pat00031
는 사용자 j가 수신하고자 하는 m번째 데이터 스트림이 가지는 채널 벡터이며, SNR은 전체 신호대 잡음비이다.
상기 <수학식 11>의 예를 가정하면, 상기 CQI 생성부 (314)는 상기 <수학식 13>에 의해 CQI11과 CQI12를 생성한다. 상기 CQI 생성부 (314)에 의해 생성된 CQI는 채널 상태에 관한 정보로써, 송신장치로 피드-백 된다.
다음으로 데이터 스트림을 복원하는 동작을 살펴보면, 적어도 하나의 수신 안테나를 통해 수신된 신호는 복조 및 복호화부 (316)로 전달된다. 상기 복조 및 복호화부 (316)는 채널 추정부 (310)로부터 전달되는 H를 이용하여 상기 수신신호를 상기 <수학식 8>의 형태로 가공한다. 상기 수신신호의 가공은 각 수신 안테나를 통해 수신되는 데이터 스트림 별로 수행될 수 있다.
상기 <수학식 8>의 형태로 가공된 데이터 스트림은 승산기(318)로 전달된다. 상기 승산기 (318)는 수신 빔 포밍 행렬 생성부 (312)로부터 전달되는 Q와 수신신호를 승산한다. 상기 승산기 (318)로부터 출력되는 신호는 상기 <수학식 9>의 형태로 가공된다.
행렬 추출부 (320)는 상기 승산기 (318)로부터 제공되는 수신신호에 대한 행렬로부터 자신이 수신하고자 하는 신호 성분만으로 이루어진 행렬을 추출한다. 상기 추출된 행렬은 공동 검출부 (322)로 전달된다. 상기 공동 검출부 (322)는 상기 추출된 행렬에 대해 공동 검출 기법을 적용하여 자신이 원하는 데이터 스트림을 복원한다.
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 기술 분야에서 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 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템에서 자신에게 전송된 데이터 스트림에 대응한 채널 품질을 측정하고, 측정된 채널 품질을 송신측으로 보고하도록 한다. 이를 위해 수신된 데이터 스트림들로부터 자신에게 전송된 데이터 스트림에 대해서만 채널 품질이 생성될 수 있도록 하는 수신 빔 포밍 행렬을 생성한다. 따라서 채널 품질 정보의 생성을 위한 계산 양을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 피드-백 정보의 양을 감소시키는 효과를 가진다.
뿐만 아니라 수신 데이터 스트림의 복원 시에, 자신에게 전송된 데이터 스트림을 추출하고, 상기 추출된 데이터 스트림에 대해 공동 검출 기법을 적용한다. 이 또한 데이터 스트림의 복원에 따른 계산 양을 줄일 수 있는 장점을 가진다.

Claims (14)

  1. 폐 루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템에서 수신장치의 데이터 수신 방법에 있어서,
    송신장치로부터 복수의 송신 안테나들 별로 전송되는 복수의 데이터 스트림들을 수신하는 과정과,
    상기 복수의 데이터 스트림들에 대한 채널 추정을 통해 채널 행렬을 생성하는 과정과,
    상기 채널 행렬에서 상기 수신장치에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들에 관한 성분만이 남도록 하는 수신 빔 포밍 행렬을 구하는 과정과,
    상기 채널 행렬, 상기 수신 빔 포밍 행렬 및 상기 채널 추정을 통해 획득한 전체 신호 대 잡음비를 기초로 하여 상기 수신장치에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들 각각에 대응한 채널 품질 정보를 생성하는 과정을 포함하는 데이터 수신방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수신 빔 포밍 행렬은 제로 포싱(Zero Forcing)을 고려하여 구해짐을 특징으로 하는 데이터 수신방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수신 빔 포밍 행렬은 하기 <수학식 14>에 의해 구해짐을 특징으로 하는 데이터 수신방법.
    Figure 112011044672593-pat00032
    여기서
    Figure 112011044672593-pat00033
    는 사용자 i가 l번째 데이터 스트림을 수신하기 위한 수신 빔 벡터이고,
    Figure 112011044672593-pat00034
    는 사용자 j가 수신하고자 하는 m번째 데이터 스트림이 가지는 채널 벡터이고, 상기 i와 j는 일치하지 않으며, 상기 l번째 데이터 스트림은 상기 수신장치에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들 중 하나로써 상기 m번째 데이터 스트림과 중복되지 않음.
  4. 제3항에 있어서, 상기 채널 품질 정보의 생성은 하기 <수학식 15>에 의해 정의됨을 특징으로 하는 데이터 수신방법.
    Figure 112011044672593-pat00035
    여기서
    Figure 112011044672593-pat00036
    는 사용자 i에 의해 생성된 l번째 데이터 스트림에 대응한 채널 품질 정보이고,
    Figure 112011044672593-pat00037
    는 사용자 i가 l번째 데이터 스트림을 수신하기 위한 수신 빔 벡터이고,
    Figure 112011044672593-pat00038
    는 사용자 i가 수신하고자 하는 l번째 데이터 스트림이 가지는 채널 벡터이고,
    Figure 112011044672593-pat00039
    는 사용자 j가 수신하고자 하는 m번째 데이터 스트림이 가지는 채널 벡터이며, SNR은 상기 전체 신호대 잡음비임.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 채널 행렬 및 상기 수신 빔 포밍 행렬을 사용하여 상기 수신장치에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 복수의 데이터 스트림들로부터 상기 수신장치가 수신하고자 하는 데이터 스트림을 추출하고, 공동 검출 (joint detection) 기법을 이용하여 상기 추출한 데이터 스트림에 대한 디코딩을 수행하는 과정을 더 포함하는 데이터 수신방법.
  6. 폐 루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템의 데이터 수신장치에 있어서,
    송신장치로부터 복수의 송신 안테나들 별로 전송되는 복수의 데이터 스트림들을 수신하고, 상기 복수의 데이터 스트림들에 대한 채널 추정을 통해 채널 행렬을 생성하는 채널 추정부와,
    상기 채널 행렬에서 수신장치 자신에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들에 관한 성분만이 남도록 하는 수신 빔 포밍 행렬을 구하는 수신 빔 포밍 행렬 생성부와,
    상기 채널 행렬, 상기 수신 빔 포밍 행렬 및 상기 채널 추정을 통해 획득한 전체 신호 대 잡음비를 기초로 하여 상기 수신장치 자신에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들 각각에 대응한 채널 품질을 계산하여 채널 품질 정보를 생성하는 채널 품질 정보 생성부를 포함하는 데이터 수신장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 수신 빔 포밍 행렬 생성부는 제로 포싱을 고려하여 상기 수신 빔 포밍 행렬을 구함을 특징으로 하는 데이터 수신장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 수신 빔 포밍 생성부는 하기 <수학식 16>에 의해 상기 수신 빔 포밍 행렬을 구함을 특징으로 하는 데이터 수신장치.
    Figure 112011044672593-pat00040
    여기서
    Figure 112011044672593-pat00041
    는 사용자 i가 l번째 데이터 스트림을 수신하기 위한 수신 빔 벡터이고,
    Figure 112011044672593-pat00042
    는 사용자 j가 수신하고자 하는 m번째 데이터 스트림이 가지는 채널 벡터이고, 상기 i와 j는 일치하지 않으며, 상기 l번째 데이터 스트림은 상기 수신장치 자신에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들 중 하나로써 상기 m번째 데이터 스트림과 중복되지 않음.
  9. 제8항에 있어서, 상기 채널 품질 정보 생성부는 하기 <수학식 17>에 의해 상기 수신장치 자신에게 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로부터 전송된 데이터 스트림들 각각에 대응한 채널 품질을 계산함을 특징으로 하는 데이터 수신장치.
    Figure 112011044672593-pat00043
    여기서
    Figure 112011044672593-pat00044
    는 사용자 i에 의해 생성된 l번째 데이터 스트림에 대응한 채널 품질 정보이고,
    Figure 112011044672593-pat00045
    는 사용자 i가 l번째 데이터 스트림을 수신하기 위한 수신 빔 벡터이고,
    Figure 112011044672593-pat00046
    는 사용자 i가 수신하고자 하는 l번째 데이터 스트림이 가지는 채널 벡터이고,
    Figure 112011044672593-pat00047
    는 사용자 j가 수신하고자 하는 m번째 데이터 스트림이 가지는 채널 벡터이며, SNR은 상기 전체 신호대 잡음비임.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 채널 행렬 및 상기 수신 빔 행렬을 사용하여 상기 복수의 데이터 스트림들로부터 상기 수신장치 자신이 수신하고자 하는 데이터 스트림을 추출하고, 공동 검출 (joint detection) 기법을 이용하여 상기 추출한 데이터 스트림에 대한 디코딩을 수행하는 데이터 복원부를 더 포함함을 특징으로 하는 데이터 수신장치.
  11. 폐 루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템에서 송신장치의 데이터 송신방법에 있어서,
    복수의 송신 안테나들 중 적어도 두 개의 송신 안테나들을 하나의 단말에 할당하는 과정과,
    상기 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들을 통해 상기 단말로 데이터 스트림들을 전송하는 과정과,
    상기 단말로부터 상기 전송된 데이터 스트림들 각각에 대응한 채널 품질 정보를 수신하는 과정과,
    상기 채널 품질 정보를 이용하여 각 단말에게 송신 안테나를 할당하는 과정을 포함하는 데이터 송신방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 채널 품질 정보는, 상기 전송된 데이터 스트림들에 대한 채널 추정을 통해 생성한 채널 행렬과, 상기 채널 행렬에서 상기 전송된 데이터 스트림들에 관한 성분만이 남도록 하는 수신 빔 포밍 행렬 및 상기 채널 추정을 통해 획득한 전체 신호대 잡음비를 기초로 하여 생성됨을 특징으로 하는 데이터 송신방법.
  13. 폐 루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템의 데이터 송신장치에 있어서,
    복수의 송신 안테나들 중 적어도 두 개의 송신 안테나들을 하나의 단말에 할당하는 사용자 선택부와,
    상기 단말로 전송할 데이터 스트림들에 대해 부호화 및 변조를 수행하고, 상기 부호화 및 변조된 데이터 스트림들을 상기 할당된 적어도 두 개의 송신 안테나들로 전달하는 부호화 및 변조부와,
    상기 단말로부터 상기 적어도 두 개의 송신 안테나들을 통해 전송된 데이터 스트림들 각각에 대응한 채널 품질 정보를 수신하고, 상기 채널 품질 정보를 이용하여 상기 사용자 선택부와 상기 부호화 및 변조부를 제어하는 제어부를 포함하는 데이터 송신장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 채널 품질 정보는, 상기 적어도 두 개의 송신 안테나들을 통해 전송된 데이터 스트림들에 대한 채널 추정을 통해 생성한 채널 행렬과, 상기 채널 행렬에서 상기 적어도 두 개의 송신 안테나들을 통해 전송된 데이터 스트림들에 관한 성분만이 남도록 하는 수신 빔 포밍 행렬 및 상기 채널 추정을 통해 획득한 전체 신호대 잡음비를 기초로 하여 생성됨을 특징으로 하는 데이터 송신장치.
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