KR101319876B1 - Ｍｉｍｏ 통신 시스템에서 코드워드와 스트림의 조합 표시방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MIMO 통신 시스템에서 코드워드와 스트림의 조합 표시 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따르면 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 특정 코드워드의 최대 전송율을 유지하는 측면, 이용 가능성과 해당 조합을 나타내기 위한 경우의 수의 비교, 재전송시 이용할 수 있는 조합을 유지시키는 측면, SIC 적용을 가능하게 하여 수신측의 복호 성능을 향상시키는 측면, 안테나의 그룹핑에 따른 스트림 그룹핑 측면, 다중 사용자 다중 안테나 시스템에 있어서 사용자 선택의 용이성 측면 및 이들을 종합적으로 고려하여 합리적으로 제한을 가함으로써, 전체 코드워드와 스트림의 조합의 수를 감소시켜 이를 나타내기 위한 정보의 비트 수를 감소시킬 수 있다.

MIMO, 코드워드, 스트림

Description

ＭＩＭＯ 통신 시스템에서 코드워드와 스트림의 조합 표시 방법{Method For Indicating The Combination Of Codeward And Stream In The MIMO Communication System}

도 1은 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도.

도 2는 N_T개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시한 도면.

도 3a 및 도 3b는 각각 단일 사용자 MIMO 통신 시스템 및 다중 사용자 MIMO 통신 시스템의 개념을 도시한 개념도.

도 4는 MIMO 통신 시스템에서 안테나, 스트림 및 코드워드의 관계를 설명하기 위한 도면.

도 5a는 코드워드의 최대 개수가 2개, 안테나의 최대 개수가 4개인 MIMO 통신 시스템을, 도 5b는 코드워드의 최대 개수가 2개, 안테나의 최대 개수가 2개인 MIMO 통신 시스템을 도시한 도면.

도 6은 하나의 코드워드가 복수의 스트림을 통해 전송될 경우 MCS(Modulation Coding Set)에 있어서 나타나는 현상에 대해 설명하기 위한 도면.

도 7은 코드워드의 복호 성능을 향상시키기 위해 수신단에서 수행하는 SIC(Successive Interference Cancellation)의 개념을 설명하기 위한 도면.

도 8a 및 도 8b는 하나의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 전송되는 경우와 2개의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 각각 전송되는 경우를 도시하여 각각의 경우 SIC를 수행할 수 있는지 여부에 대해 설명하기 위한 도면.

도 9는 2개의 코드워드가 2 개의 스트림을 통해 전송되어, 하나의 코드워드는 수신에 성공하고, 다른 하나의 코드워드는 수신에 실패하여 재전송을 요청하는 경우에 발생하는 현상을 설명하기 위한 도면.

도 10a 내지 도 10c는 다중 안테나를 다양한 방식으로 그룹핑하는 방법을 도시한 도면.

도 11은 다중 사용자 MIMO 통신 시스템에서 사용자가 사용가능한 스트림의 수에 따른 현상을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 MIMO 통신 시스템에 대한 것으로, 특히 MIMO 통신 시스템에서 코드워드와 스트림의 조합 표시 방법에 관한 것이다.

이를 위해 먼저 일반적인 다중 안테나(MIMO) 기술을 개괄적으로 살펴보도록 한다.

간단히 말해, MIMO는 "Multi-Input Multi-Output"의 줄임말로 지금까지 한 개의 송신안테나와 한 개의 수신안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신안테나와 다중 수신안테나를 채택해 송수신 데이터 효율을 향상시킬 수 있는 방법을 말한다. 즉, 무선통신 시스템의 송신단 혹은 수신단에서 다중안테나를 사용하여 용량증대 혹은 성능개선을 꾀하는 기술이다. 이하에서는 "MIMO"를 "다중안테나"라 칭하기로 한다.

요약하면, 다중안테나 기술이란, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 이를 통해, 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다.

차세대 이동통신은 기존 이동통신에 비해 훨씬 높은 데이터 전송률을 요구하므로 효율적인 다중안테나 기술이 반드시 필요할 것으로 예상된다. 이와 같은 상황에서 MIMO 통신 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있는 차세대 이동통신 기술이며, 데이터 통신 확대 등으로 인해 한계 상황에 따라 다른 이동통신의 전송량 한계를 극복할 수 있는 기술로서 관심을 모으고 있다.

한편, 현재 연구되고 있는 다양한 전송효율 향상 기술 중 송/수신단 모두에 다수의 안테나를 사용하는 다중안테나(MIMO) 기술은 추가적인 주파수 할당이나 전력증가 없이도 통신 용량 및 송수신 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법으로서 현재 가장 큰 주목을 받고 있다.

도 1은 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 송신 안테나의 수를 N_T개로, 수신 안테나의 수를 N_R개로 동시에 늘리게 되면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가하므로, 전송 레이트를 향상시키고, 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 채널 전송 용량의 증가에 따른 전송 레이트는 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송 레이트(Ro)에 다음과 같은 레이트 증가율(Ri)이 곱해진 만큼으로 이론적으로 증가할 수 있다.

즉, 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 다중안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후 이를 실질적인 데이터 전송률 향상으로 이끌어 내기 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 연 구가 진행되고 있다.

이와 같은 다중안테나의 기술은 다양한 채널 경로를 통과한 심볼 들을 이용하여 전송 신뢰도를 높이는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식과, 다수의 송신 안테나를 이용하여 다수의 데이터 심볼을 동시에 송신하여 전송률을 향상시키는 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing) 방식으로 나눌 수 있다. 또한 이러한 두 가지 방식을 적절히 결합하여 각각의 장점을 적절히 얻고자 하는 방식에 대한 연구도 최근 많이 연구되고 있는 분야이다.

각각의 방식에 대해 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

첫째로, 공간 다이버시티 방식의 경우에는 시공간 블록 부호 계열과, 다이버시티 이득과 부호화 이득을 동시에 이용하는 시공간 트렐리스(Trelis) 부호 계열 방식이 있다. 일반적으로 비트 오류율 개선 성능과 부호 생성 자유도는 트렐리스 부호 방식이 우수하지만, 연산 복잡도는 시공간 블록 부호가 간단하다. 이와 같은 공간 다이버서티 이득은 송신 안테나 수(N_T)와 수신 안테나 수(N_R)의 곱(N_T×N_R)에 해당되는 양을 얻을 수 있다.

둘째로, 공간 멀티플렉싱 기법은 각 송신 안테나에서 서로 다른 데이터 열을 송신하는 방법인데, 이때 수신기에서는 송신기로부터 동시에 전송된 데이터 사이에 상호 간섭이 발생하게 된다. 수신기에서는 이 간섭을 적절한 신호처리 기법을 이용하여 제거한 후 수신한다. 여기에 사용되는 잡음 제거 방식은 최대 우도(maximum likelihood) 수신기, ZF 수신기, MMSE 수신기, D-BLAST, V-BLAST 등이 있으며, 특 히 송신단에서 채널 정보를 알 수 있는 경우에는 SVD (singular value decomposition) 방식 등을 사용할 수 있다.

셋째로, 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 결합된 기법을 들 수 있다. 공간 다이버시티 이득만을 얻을 경우 다이버시티 차수의 증가에 따른 성능개선 이득이 점차 포화되며, 공간 멀티플렉싱 이득만을 취하면 무선 채널에서 전송 신뢰도가 떨어진다. 이를 해결하면서 두 가지 이득을 모두 얻는 방식들이 연구되어 왔으며, 이 중 시공간 블록 부호 (Double-STTD), 시공간 BICM(STBICM) 등의 방식이 있다.

상술한 바와 같은 다중 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 N_T개의 송신 안테나와 N_R개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다.

먼저, 송신 신호에 대해 살펴보면, 이와 같이 N_T개의 송신 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 N_T개 이므로, 이를 다음과 같은 벡터로 나타낼 수 있다.

한편, 각각의 전송 정보 s₁, s₂, ..., s_NT에 있어 전송 전력을 달리 할 수 있으며, 이때 각각의 전송 전력을 P₁, P₂, ..., P_NT라 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보는 다음과 같은 벡터로 나타낼 수 있다.

또한,

를 전송 전력의 대각행렬 P로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

한편, 전송 전력이 조정된 정보 벡터

는 그 후 가중치 행렬 W가 곱해져 실제 전송되는 N_T개의 전송 신호 x₁, x₂, ..., x_NT를 구성한다. 여기서, 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송 신호 x₁, x₂, ..., x_NT를 벡터 x를 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, w_ij는 i번째 송신 안테나와 j번째 전송 정보간의 가중치를 나타내며, W는 이를 행렬로 나타낸 것이다. 이와 같은 행렬 W를 가중치 행렬(Weight Matrix) 또는 프리코딩 행렬(Precoding Matrix)라 부른다.

한편, 상술한 바와 같은 전송 신호(x)는 공간 다이버시티를 사용하는 경우와 공간 멀티플랙싱을 사용하는 경우로 나누어 생각해 볼 수 있다.

공간 멀티플랙싱을 사용하는 경우는 서로 다른 신호를 다중화하여 보내게 되므로, 정보 벡터 s의 원소들이 모두 다른 값을 가지게 되는 반면, 공간 다이버시티를 사용하게 되면 같은 신호를 여러 채널 경로를 통하여 보내게 되므로 정보 벡터 s의 원소들이 모두 같은 값을 갖게 된다.

물론, 공간 멀티플랙싱과 공간 다이버시티를 혼합하는 방법도 고려 가능하다. 즉, 예를 들어 3 개의 송신 안테나를 통하여 같은 신호를 공간 다이버시티를 이용하여 전송하고, 나머지는 각각 다른 신호를 공간 멀티플랙싱하여 보내는 경우도 고려할 수 있다.

다음으로, 수신신호는 N_R개의 수신 안테나가 있는 경우, 각 안테나의 수신신호 y₁, y₂, ..., y_NR을 벡터 y로 다음과 같이 나타내기로 한다.

한편, 다중 안테나 통신 시스템에 있어서의 채널을 모델링하는 경우, 채널은 송수신 안테나 인덱스에 따라 구분할 수 있으며, 송신 안테나 j로부터 수신 안테나 i를 거치는 채널을 h_ij로 표시하기로 한다. 여기서, h_ij의 인덱스의 순서가 수신 안테나 인덱스가 먼저, 송신안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.

이러한 채널은 여러 개를 한데 묶어서 벡터 및 행렬 형태로도 표시가능하다. 벡터 표시의 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

도 2는 N_T개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 총 N_T개의 송신 안테나로부터 수신안테나 i로 도착하는 채널은 다음과 같이 표현 가능하다.

또한, 상기 수학식 7과 같은 행렬 표현을 통해 N_T개의 송신 안테나로부터 N_R개의 수신 안테나를 거치는 채널을 모두 나타내는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있 다.

한편, 실제 채널은 위와 같은 채널 행렬 H를 거친 후에 백색 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise)가 더해지게 되므로, NR개의 수신 안테나 각각에 더해지는 백색 잡음 n₁, n₂, ..., n_NR을 백터로 표현하면 다음과 같다.

상술한 바와 같은 전송 신호, 수신 신호, 채널, 및 백색 잡음의 모델링을 통해 다중 안테나 통신 시스템에서의 각각은 다음과 같은 관계를 통해 나타낼 수 있다.

상술한 설명은 다중 안테나 통신 시스템이 단일 사용자에게 이용되는 경우를 중점적으로 설명하였다. 그러나, 다중 안테나 통신 시스템을 복수의 사용자에 적용하여 다중 사용자 다이버시티(multiuser diversity)를 획득하는 것이 가능하며 이에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다.

페이딩(fading) 채널은 잘 알려진 무선통신시스템의 성능저하를 가져오는 주요원인이다. 시간, 주파수, 공간에 따라 채널 이득 값이 변하고 채널 이득 값이 낮을수록 성능저하가 심각해진다. 페이딩을 극복할 수 있는 방법중 하나인 다이버시티는 여러 개의 독립적인 채널들이 모두 낮은 이득값을 가질 확률이 매우 낮다는 사실을 이용한다. 다양한 다이버시티 방식이 가능하며, 여기서 설명한 다중 사용자 다이버시티 역시 그 중 하나에 해당한다.

셀 내에 여러 명의 사용자가 있을 때, 각 사용자의 채널 이득 값들은 서로 확률적으로 독립이므로 그들이 모두 낮은 이득 값을 가질 확률은 매우 작다. 정보이론에 따르면 기지국의 전송 전력이 충분하다면 셀 내에 여러 명의 사용자가 있을 때 가장 높은 채널 이득 값을 가지는 사용자에게 채널을 모두 할당하는 것이 채널의 총용량을 최대화할 수 있다. 이러한 다중 사용자 다이버시티는 다시 3 가지로 구분할 수 있다.

먼저, 시간적 멀티유저 다이버시티는 시간에 따라 채널이 변하는 경우 그때그때 가장 높은 이득 값을 가지는 사용자에게 채널을 할당하는 방식이며, 주파수적 멀티유저 다이버시티는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 같은 주파수 다중 반송파 시스템에서 각 주파수 대역에서 최대의 이득 값을 가지는 사용자에게 부반송파를 할당하는 방식이다.

만약, 다중반송파를 사용하지 않는 시스템에서 채널이 매우 천천히 변한다면 가장 높은 채널 이득 값을 가지는 사용자가 채널을 오랜 시간 동안 독점하게 될 것이므로 다른 사용자들은 통신을 할 수 없게 된다. 이런 경우 다중 사용자 다이버시티를 이용하기 위해서는 채널의 변화를 유도할 필요가 있다.

다음으로, 공간적 다중 사용자 다이버시티는 보통 공간에 따라 사용자들의 다른 채널 이득 값을 이용하는 방법으로서, 이의 구현 예로는 RBF(Random Beamforming)등을 들 수 있다. RBF는 "opportunistic beamforming"이라고도 하며, 송신단에서 다중 안테나를 사용하여 임의의 가중치로 빔 포밍(beam forming)을 해줌으로써 채널의 변화를 유도하는 기술로서 상술한 공간적 다중 사용자 다이버시티를 이용한다.

이와 같은 다중 사용자 다이버시티를 다중 안테나 방식에 이용하는 다중 사용자 다중 안테나(Multiuser MIMO) 방식에 대해 설명하면 다음과 같다.

다중 사용자 다중 안테나 방식에 있어서, 송수신단에서 사용자 수와 각 사용자의 안테나 수는 여러 가지 조합이 가능하다. 이와 같은 다중사용자 다중안테나(Multiuser MIMO) 방식을 하향링크(Downlink, forward link) 및 상향링크(Uplink, reverse link)로 나누어서 살펴 보기로 한다. 여기서 하향링크는 기지국에서 여러 단말들로 신호를 전송하는 경우를 의미하며, 상향링크란 여러 단말들이 기지국으로 신호를 전송하는 경우를 말한다.

하향링크의 경우에서, 즉 극단적인 두 가지 예를 들면 한 명의 사용자가 총 N_R개의 안테나를 통해 수신할 수도 있고, 다른 예로는 총 N_R명의 사용자가 각각 1 개의 안테나를 사용하여 수신할 수도 있다. 또한, 앞의 양 극단 예의 중간의 조합도 가능하다. 즉, 어떤 사용자는 1개의 수신안테나를 사용하는 반면, 어떤 사용자는 3개의 수신안테나를 사용하는 등의 조합이 가능하다. 여기서 유의할 점은 어느 조합의 경우든 수신 안테나의 수의 총합은 N_R로 일정하게 유지된다는 점이다. 이러한 경우를 보통 MIMO BC(Broadcast Channel) 또는 SDMA(Space Division Multiple Access)라고 한다.

상향링크의 경우에서도, 극단적인 두 가지 예를 들면 한 명의 사용자가 총 N_T개의 안테나를 통해 송신할 수도 있고, 다른 예로는 총 N_T명의 사용자가 각각 1 개의 안테나를 사용하여 송신할 수도 있다. 또한, 앞의 양 극단 예의 중간의 조합도 가능하다. 즉, 어떤 사용자는 1개의 송신안테나를 사용하는 반면, 어떤 사용자는 3개의 송신안테나를 사용하는 등의 조합이 가능하다. 여기서 유의할 점은 어느 조합의 경우든 송신안테나의 수의 총합은 N_T로 일정하게 유지된다는 점이다. 이러한 경우를 보통 MIMO MAC(Multiple Access Channel)이라고 한다.

상향링크와 하향링크에는 서로 대칭 관계에 있으므로, 한쪽에서 사용된 기법이 다른 쪽에서도 사용 가능하다.

따라서, 이하에서는 설명의 편의상 MIMO BC 에 관해서 중점적으로 설명하지만, 같은 방법을 MIMO MAC에서도 사용할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 각각 단일 사용자 MIMO 통신 시스템 및 다중 사용자 MIMO 통신 시스템의 개념을 도시한 개념도이다.

먼저, 설명의 편의를 위해 도 3a 및 도 3b 모두 하향링크를 가정한다.

단일 사용자 MIMO 통신 시스템은 도 3a에 도시된 바와 같이 송신단(기지국) 및 수신단(사용자 (단말)) 모두 다중 안테나를 가지는 경우로 생각할 수 있다. 이때, 송신단에서 보내고자 하는 신호(x)에 가중치 벡터(W)를 곱해서 다중안테나를 통해 전송한다고 하면, 아래에서 설명할 바와 같이 채널 정보를 정확하게 안다는 가정하에 최대의 채널 용량을 얻을 수 있다.

한편, 다중사용자 MIMO 통신 시스템은 도 3b에 도시된 바와 같이 각 사용자가 한 개의 안테나를 가지는 MISO (Multiple Input Single Output) 시스템이 여러개가 모인 경우로 생각할 수 있다. 따라서, 단일 사용자의 경우와 비슷하게 송신 빔 포밍을 통해 채널 용량을 최대화할 수 있는데, 이때 채널 정보뿐만 아니라 각 사용자 간의 간섭도 같이 고려해야만 하므로, 단일 사용자 환경보다 복잡한 시스템 이 요구된다. 따라서, 다중 사용자 MIMO 통신 시스템의 경우 송신 빔 포밍을 사용하는 경우에는 각 사용자 간의 간섭이 최소화 되도록 가중치 벡터를 선택해야만 한다.

이를 수식적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 단일 사용자 환경을 고려해 보도록 하자. 송수신단 모두가 모든 채널정보를 완벽히 안다고 가정하면, H를 SVD(Singular Value Decomposition)를 하여, 다음 수식과 같이 단위 행렬(Unitary matrix) U , V 와 대각 행렬(Diagonal matrix) Σ로 분해(Decompostion)할 수 있다.

이때, 채널 용량 측면에서 최대 이득을 얻기 위해서, 가중치 행렬 W로 V를 택하고, 수신신호 y 에 U ^H 를 곱한다. 이렇게 구성된 수신단의 신호를

로 표시하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 전송전력 행렬 P는, 최대 채널 용량을 얻기 위해 워터 필링(water filling)이라고 알려진 알고리즘을 통해 결정될 수 있다. 이 워터 필링 방법은 채 널 용량 측면에서는 최적의 방법이다. 하지만, 송수신단 모두가 채널 정보를 완벽하게 알아야 한다. 따라서, 다중 사용자 환경에서 이 방법을 적용하기 위해서는, 모든 사용자가 자신의 채널뿐만 아니라 다른 모든 사용자의 채널까지 완벽하게 알아야 하므로 실질적으로 사용이 거의 불가능하게 된다.

다음으로, 다중사용자 환경을 고려해보기로 한다. 이때, 채널 용량 측면에서 최적의 방법으로는 DPC(Dirty Paper Coding)와 같은 방법들이 있지만, 복잡도가 상당하다. 그외에 준 최적화된 방법으로는 RBF(Random Beamfroming), ZFBF(Zero Forcing Beamforming) 등이 가능하다. 상술한 RBF, ZFBF 등의 방법들도 다중 사용자 환경에서 사용자 수가 많아지게 되면 DPC를 통한 최적의 성능과 유사한 성능을 보일 수 있다.

한편, 다중 안테나 통신 시스템에서 이용되는 코드워드(codeword)에 대해 설명하면 다음과 같다.

일반적인 통신 시스템에서는 채널에서 겪는 오류를 수신단에서 정정해주기 위해서 송신단에서 보내는 정보를 오류정정부호(forward error correction code)를 사용하여 부호화(coding)를 한 후 전송하게 된다. 수신단에서는 수신신호를 복조(demodulation)한 후, 오류정정부호의 복호(decoding)화 과정을 거친 후 전송 정보를 복원하게 된다. 이러한 복호화 과정을 통해 채널에 의해서 생긴 수신 신호 상의 오류를 정정하게 된다.

모든 오류정정부호에는 채널 오류 정정 시에 최대 정정 가능한 한계가 있다. 즉, 수신 신호가 해당 오류정정 부호가 갖는 한계를 넘는 오류를 갖고 있다면, 수 신단에서는 오류가 없는 정보로 복호할 수 없게 된다. 따라서, 수신단에서는 복호한 정보에 오류가 있는지 없는지 판단할 근거가 필요하게 된다. 이렇게, 오류정정부호화 과정과 별도로 오류검출을 위해서 특별한 형태의 부호화 과정이 필요하다. 이런 오류 검출 부호로는 일반적으로 CRC(Cyclic Redundancy Check code)가 널리 쓰인다.

CRC는 오류정정이 아니라 오류검출을 위해 사용하는 부호화(Coding)방법의 하나이다. 일반적으로는 전송 정보를 CRC를 사용하여 부호화한 후, CRC 부호화된 정보에 오류정정부호(forward error correction code)를 사용하는 방식으로 사용한다. 흔히 이렇게 CRC와 오류정정부호가 적용되어 부호화된 한 개의 단위를 "코드워드(Codeword)"라고 한다.

한편, 전송정보가 여러 개가 중첩되어 수신되는 경우에는 간섭 제거(interference cancellation) 방식의 수신기를 사용하여 성능향상을 기대할 수 있다. 여러 개의 전송정보가 중첩되어 수신되는 경우의 예를 들면, 다중안테나(MIMO) 기술이 사용되거나, 다중 사용자 수신(Multiuser Detection) 기술이 사용되거나, 다중 코드(Multicode) 기술이 사용되는 경우들이 있다. 간섭제거 구조를 간단히 설명하면 다음과 같다.

일단 여러 개의 정보가 중첩된 전체 수신 신호로부터 첫 번째 정보를 복조/복호(demodulation/decoding)한 뒤, 전체 수신신호로부터 첫 번째 정보와 관련된 정보를 제거한다. 이렇게 수신신호로부터 첫 번째 정보가 제거된 신호를 갖고 두 번째 신호를 복조/복호하게 된다. 세 번째 신호의 복조/복호 시에는 처음 수신신호 로부터 첫 번째 정보와 두 번째 정보가 제거된 신호를 가지고 수행하며, 네 번째 이후의 신호들은 위의 과정을 반복해서 수행하여 복조/복호 된다. 이와 같이 계속적으로 수신 신호에서 복조/복호된 신호를 제거하여 이후의 복조/복호 과정의 성능을 향상시키는 방법을 SIC(Successive Interference Cancellation) 방식이라고도 한다.

이러한 SIC와 같은 간섭제거 방식을 사용하기 위해서는 수신 신호로부터 제거하는 복조/복호된 신호에 오류가 없어야 한다. 만일 오류가 있었다면, 그 이후의 모든 신호의 복조/복호 시에 계속적으로 나쁜 영향을 끼치는 오류 전파(error propagation)현상이 일어나게 된다.

다중안테나 기술에서도 상술한 바와 같은 간섭제거 기술을 사용할 수 있다. 이러한 간섭제거 기술이 사용되기 경우로는 우선 여러 개의 전송 정보가 다중 안테나에 걸쳐서 중첩되어 전송되는 경우이다. 즉, 공간 멀티플렉싱 기술이 사용된 경우에 각 전송 정보를 검출하면서 간섭제거 기술을 사용할 수 있다.

하지만, 앞서 설명한 바와 같이, 간섭 제거 시에 생기는 오류 전파 현상을 최소화하기 위해서는 빼주는 복조/복호된 신호의 오류 여부를 판별한 후 선택적으로 간섭을 제거하는 것이 바람직하다. 이렇게 각 전송 정보의 오류 유무를 판단하기 위한 실천적인 수단은 앞서 언급한 CRC가 있다. 보통 이와 같은 CRC 부호화를 통과한 서로 구분되는 정보의 단위를 "코드워드"라고 할 수 있다. 따라서, 좀 더 실천적인 방법으로서 간섭제거 기술이 사용되는 경우로는 전송 정보의 수가 여러 개일 뿐만 아니라, 코드워드의 수도 여러 개인 경우이다.

한편, 채널의 상태를 나타내는 채널 행렬 H의 행과 열의 수는 송수신 안테나 수에 의해서 결정된다. 채널 행렬 H는 앞서 살펴본 바와 같이 행의 수는 수신 안테나의 수 N_R과 같아지고, 열의 수는 송신 안테나의 수 N_T와 같아 지게 된다. 즉, 채널 행렬 H는 N_R×N_T 행렬이 된다.

일반적으로, 행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행 또는 열의 개수 중에서 최소 개수로 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 행 또는 열의 개수보다 클 수 없게 된다. 수식적으로 예를 들면, 채널 행렬 H의 랭크(rank(H))는 다음과 같이 제한된다.

또한, 랭크의 또 다른 정의는 행렬을 고유치 분해(Eigen value decomposition)를 하였을 때, 고유치(eigen value)들 중에서 0이 아닌 고유치들의 개수로 정의할 수 있다. 비슷한 방법으로, 랭크를 SVD 했을 때 0이 아닌 특이값(singular value)들의 개수로 정의할 수 있다. 따라서, 채널 행렬에서 랭크의 물리적인 의미는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다.

다중안테나 기술을 사용해서 보내는 서로 다른 정보 각각을 "전송 스트림(Stream)" 또는 간단하게 "스트림"으로 정의하기로 하자. 그러면 전송 스트림의 개수는 당연히 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수인 채널의 랭크 보다는 클 수 없게 된다.

채널 행렬이 H인 경우, 이를 수식적으로 설명하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 "# of streams"는 스트림의 수를 나타낸다.

한편, 여기서 한 개의 스트림은 한 개 이상의 안테나를 통해서 전송될 수 있음에 주의해야 한다.

스트림과 안테나 간의 대응방법을 다중안테나 기술의 분류로 설명하면 다음과 같다.

한 개의 스트림의 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 다이버시티 방식으로 볼 수 있고, 여러 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 멀티플렉싱 방식으로 볼 수 있다. 물론 그 중간인 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 혼합(Hybrid)된 형태도 가능하다.

다음으로, 다중 안테나 통신 시스템에서의 코드워드와 스트림 사이의 관계에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 4는 MIMO 통신 시스템에서 안테나, 스트림 및 코드워드의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

코드워드와 스트림의 대응 방법은 여러 가지가 가능하다. 통상적인 방법은, 도 4에 도시된 바와 같이 일단 코드워드(들)가 생성되고, 각 코드워드가 "코드워드-스트림 맵핑 모듈"을 거쳐 다시 전송 스트림(들)에 대응되고, 다시 각 스트림은 "스트림-안테나 맵핑 모듈"을 통해 전송 안테나를 거쳐서 전송되는 방식이다.

이러한 과정 중 여기서 중점적으로 설명할 코드워드와 스트림의 조합을 결정하는 부분은 도 4에서 굵은 선으로 표시된 부분이다.

이상적으로는 코드워드와 스트림의 대응관계는 자유롭게 설정될 수 있다. 즉, 코드워드 한 개가 여러 개의 스트림으로 나뉘어져서 전송될 수도 있고, 여러 개의 코드워드가 연속해서 합쳐서 한 개의 스트림으로 전송될 수 있다.

하지만, 여러 개의 코드워드를 직렬적으로 연속해서 합치는 것은 일종의 부호화의 한 종류로 볼 수 있으므로, 본 발명에 있어서는 실제로 의미 있는 조합을 한 개의 코드워드가 한 개 이상의 스트림에 대응되는 경우로 한정한다. 다만, 본 발명에 대한 이하에서 설명하는 특징을 포함하는 한 이들을 별도로 구분하는 경우에 역시 적용 가능함은 이하의 설명을 통해 당업자에게 자명할 것이다.

따라서, 이하의 설명에서는 특별한 언급이 없는 한, 한 개의 코드워드는 한 개 이상의 스트림에 대응된다고 가정하기로 한다. 따라서, 모든 정보들이 부호화 과정을 거쳐서 전송된다고 하면, 수식적으로는 다음의 관계가 성립한다.

여기서, "# of codewords"는 코드워드의 수, "# of streams"는 스트림의 수 를 나타낸다.

결론적으로, 상기 수학식 13 내지 15를 종합적으로 정리하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이를 통해 다음과 같은 사실을 알 수 있다. 즉, 송수신 안테나 수에 제한이 있는 경우는 스트림의 최대 개수가 제한되게 된다. 또한, 코드워드의 수에 제한이 있는 경우는 스트림의 최소 수가 제한되게 된다.

앞서 살펴본 코드워드와 스트림의 상관 관계에 의해, 안테나 수가 제한된 경우는 스트림과 코드워드의 최대 개수가 제한되게 되며, 이에 따라 제한된 수의 코드워드와 스트림의 조합이 가능하게 된다.

이러한 코드워드와 스트림의 조합은 상향 링크 및 하향 링크 모두에서 필요하다. 예를 들어, 설명의 편의상 하향링크에서 다중안테나 기술이 적용되었다고 가정하자. 이때, 하향 링크에서는 다중안테나 기술을 사용한 정보 전송 시 수신측에 전체 코드워드와 스트림의 조합 중 정보 전송에 이용된 조합을 정확히 알려주어야만 정확한 복조/복호가 가능하다.

또한, 상향링크로 제어정보 전송 시에도 전체 코드워드와 스트림의 조합 중 예를 들어 선호하는 조합 등을 알려주는 것이 필요하다. 더 구체적으로 설명하면, 다중안테나 기술을 위해서는 송신단에서 수신단의 채널 및 상태를 알아야 하고, 이 를 위해서 수신측에서는 여러 제어정보를 상향링크를 통해 알려주어야 한다. 예를 들어, 수신측에서는 측정된 채널 및 버퍼(buffer)상태와 같은 수신기의 여러 상태를 고려하여, 선호하는 코드워드와 스트림의 조합 및 이에 대응되는 채널정보 지시자(CQI; Channel Quality Indicator) 및 프리코딩 행렬 지시자(PMI; Precoding matrix Index)와 같은 정보를 알려주어야 한다. 물론 자세한 제어 정보의 내용은 사용되는 다중안테나 기술에 따라서 달라질 수 있다. 하지만, 상향링크로 선호하는 코드워드와 스트림의 조합을 알려주어야 한다는 점은 변하지 않는다.

다른 예로서, 상향 링크에서 다중안테나 기술이 적용되었다면, 위의 예의 설명에서 전송 링크만 서로 바뀔 뿐, 코드워드와 스트림 사이의 전체 조합 이용되는 조합 및 선호되는 조합을 알려 주어야 한다는 점은 동일하다.

이와 같은 코드워드와 스트림의 전체 조합을 표시하는데 있어서, 이를 보다 적은 비트 수로 효과적인 방법을 통해 표현할 수 있다면, 제어 정보의 효율적인 전송에 있어서 큰 이득이 된다. 따라서, 이와 같은 코드워드와 스트림의 효과적인 표시 방법에 대한 연구가 요구되고 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명의 목적은 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 합리적인 방법을 통해 제한하여 이를 나타내기 위한 정보의 비트 수를 감소시키는 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 단일 사용자 MIMO 통신 시스템 환경뿐만 아니라, 다중 사용자 MIMO 통신 시스템 환경에서 이와 같은 코드워드와 스트림의 전체 조합의 제한하여 이를 나 타내기 위해 요구되는 정보의 비트수를 감소시킴으로써 효율적인 통신 서비스를 제공하기 위한 방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따른 조합 표시 방법은, 다중 안테나 방식의 통신 시스템에서, 하나 이상의 코드워드와 하나 이상의 스트림의 전체 조합을 표시하는 방법으로서, 상기 전체 조합에 제한을 가하여 상기 전체 조합을 나타내기 위한 정보의 수를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 전체 조합의 제한은, 주어진 코드워드 전송에 전체 스트림을 이용하는 경우를 포함하는 선에서 최소한의 스트림으로 송신되도록 각각의 상기 코드워드가 송신되는 스트림의 수를 제한함으로써 상기 전체 조합의 수를 감소시킬 수 있으며, 아울러, 상기 전체 조합의 제한은 상기 전체 조합 중 이용 가능성에 비해 경우의 수가 많은 조합을 제거함으로써 상기 전체 조합의 수를 추가적으로 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 전체 조합의 제한은 2개의 스트림이 이용되는 경우 하나의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 송신되는 조합을 제거함으로써 상기 전체 조합의 수를 추가적으로 감소시킬 수 있으며, 이와 달리 상기 전체 조합의 제한은 상기 전체 조합 중 이용 가능성에 비해 경우의 수가 많은 조합을 제거함으로써 상기 전체 조합의 수를 감소시키되, 재전송 방식에 이용가능한 조합을 유지시키는 것을 특징으로 할 수도 있다.

또한, 상기 제한된 전체 조합을 나타내기 위한 정보의 수를 통해 나타낼 수 있는 조합의 수와 상기 제한된 전체 조합의 수와의 차이에 해당하는 수만큼 상기 제한된 전체 조합에 추가적인 조합을 추가하는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 상기 전체 조합의 제한은, 상기 하나 이상의 스트림을 그룹핑하고, 하나의 코드워드가 하나의 그룹에 속한 스트림의 수만큼의 스트림을 통해 송신되는 경우, 하나의 그룹 내의 스트림을 통해서 송신되도록 제한하여 상기 전체 조합의 수를 감소시킬 수 있으며, 이 경우 상기 전체 조합의 제한은, 복수의 코드 워드가 송신되는 경우, 서로 다른 그룹 내의 스트림을 통해서 송신되도록 제한하여 상기 전체 조합의 수를 추가적으로 감소시키거나, 복수의 코드 워드가 송신되는 경우, 동일한 그룹 내의 스트림을 통해서 송신되도록 제한하여 상기 전체 조합의 수를 추가적으로 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 전체 조합의 제한은, 상기 하나 이상의 스트림을 그룹핑하고, 2이상의 스트림은 2 이상의 코드워드를 통해 송신되도록 제한하여 상기 전체 조합의 수를 감소시킬 수도 있다.

아울러, 상기 다중 안테나 방식의 통신 시스템은 다중 사용자 다중 안테나 방식의 통신 시스템일 수 있으며, 이 경우, 상기 전체 조합의 제한은, 한 사용자가 하나의 스트림만을 이용하도록 제한함으로써 상기 전체 조합의 수를 감소시키거나, 한 사용자가 복수의 스트림을 이용하되 각 스트림당 서로 다른 코드워드를 사용하도록 제한함으로써 상기 전체 조합의 수를 감소시킬 수 있으며, 이들의 조합 형태도 가능할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하 게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

본 발명은 상술한 바와 같이 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 합리적으로 제한하여 이를 나타내기 위한 정보의 비트 수를 감소시키는 방법을 제공하려고 한다. 이를 위해 먼저, 코드워드와 스트림의 관계로부터의 가능한 조합의 수를 살펴보고, 그 후 이러한 전체 조합의 수를 합리적으로 제한하는 방법에 대해 살펴본다.

상기 수학식 16으로부터 송수신 안테나 수에 제한이 있는 경우는 스트림의 최대 개수가 제한되고, 또한 코드워드의 수에 제한이 있는 경우는 스트림의 최소 수가 제한됨을 알 수 있다.

이에 대해 간단히 예들을 들어서 설명해 보도록 하자.

만일 송수신 안테나 개수가 4개인 경우는 스트림과 코드워드의 수는 최대 4까지 가능하다. 한편, 코드워드의 개수에 제한이 있는 경우에는 스트림의 최소 가 능 개수가 제한되며, 만일 코드워드의 수가 2라면, 스트림의 수는 최소 2 보다는 크거나 같게 된다. 따라서, 송수신 안테나 개수의 최소값이 4이고 코드워드의 개수가 2라면, 가능한 스트림의 수는 2, 3, 4 가 된다. 만일, 송수신 안테나 개수의 최소값이 2이고 코드워드의 개수가 2 라면, 가능한 스트림의 개수는 2 뿐이다.

상용적으로 많이 언급되는 송수신 안테나의 개수는 4 또는 2이고, 코드워드의 최대개수는 2이다. 또한, 최근 3GPP LTE에서는 최대 송신 안테나의 수(N_T)를 4개, 최대 수신 안테나의 수(N_R) 역시 4개로 정하고, 다중 코드워드 이용이 가능하되 최대 허용 개수를 2개로 결정한바 있다(3GPP, R1-063013(Approved minutes of 3GPP TSG RAN WG1 #46 in Tallinn(Tallinn, Estonia, 28 August ~ 01 September, 2006)), 및 3GPP, R1-063613(Approved Report of 3GPP TSG RAN WG1 #46bis(Seoul, Korea, 09 ~ 13 October, 2006)) 등 참조).

따라서, 본 발명의 일 실시형태에 대한 이하의 상세한 설명은 송수신 안테나의 개수가 4 또는 2이고, 코드워드의 최대개수가 2인 예를 구체적으로 살펴보지만, 본 발명의 실시형태들에 따른 원리가 적용되는 한 이와 다른 조합에도 적용 가능하다.

상술한 바와 같이 송수신 안테나의 개수가 4 또는 2이고, 코드워드의 최대 개수가 2인 경우의 코드워드와 스트림간의 조합의 방법에 관해서 구체적으로 살펴본다.

도 5a는 코드워드의 최대 개수가 2개, 안테나의 최대 개수가 4개인 MIMO 통 신 시스템을, 도 5b는 코드워드의 최대 개수가 2개, 안테나의 최대 개수가 2개인 MIMO 통신 시스템을 도시한 도면이다.

일단 도 5a에 도시된 바와 같이 안테나의 개수가 4인 경우 스트림의 최대 개수는 4로 제한된다. 따라서, 코드워드의 개수가 1인 경우 가능한 스트림의 수는 1, 2, 3, 4 가 되고, 코드워드의 수가 2인 경우 가능한 스트림의 수는 2,3,4 가 된다.

한편, 도 5b에 도시된 바와 같이 안테나의 개수가 2이면 스트림의 최대 개수 역시 2로 제한된다. 따라서, 코드워드의 개수가 1인 경우 가능한 스트림의 수는 1, 2 가 되고, 코드워드의 수가 2인 경우 스트림의 수는 2만 가능하다.

여기서 본 발명이 주목하는 부분은 스트림과 안테나 간의 조합이 아니라, 코드워드와 스트림의 조합이며, 도 5a 및 도 5b에서 이 부분은 굵은 선으로 표시하였다.

실제 스트림과 안테나 간의 조합 여부는 다중안테나 시스템에 따라 많은 차이를 보이게 된다. 따라서, 이하에서는 주어진 제한 조건하에서, 스트림의 번호를 고정시키고, 코드워드와 스트림의 조합에 관해서만 살펴보기로 한다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 스트림의 최대 개수가 4이고 코드워드의 최대 개수가 2인 경우의 조합에 대해 살펴보면 다음과 같다.

안테나의 개수가 4인 경우, 즉 스트림의 최대 개수가 4인 경우 코드워드의 최대개수는 2이다. 여기서 가능한 코드워드와 스트림의 전체 조합을 표로 나타내면 다음과 같다.

여기서, 상기 표 1은 코드워드의 개수가 1일 때의 각 조합의 예를 표시한 것이고, 상기 표 2는 코드워드의 개수가 2일 때의 각 조합의 예를 표시한 것이다.

상기 표 1 및 표 2에서 코드워드의 순서는 중요하지 않다. 즉, 일반적으로 코드워드안에는 패킷번호와 같이 코드워드 각각을 구분할 수 있는 정보가 들어 있게 된다. 따라서, 코드워드의 순서보다는 코드워드가 몇 개 전송되었는지가 중요한 요소이다.

반면, 스트림은 각 스트림이 다시 안테나로 매핑(maping)될 때, 스트림의 순서에 따라서 안테나로의 매핑이 달라지게 되며, 또한, 프리코딩이 사용될 경우 해당 가중치 백터와의 관계에 있어서도 그 순서에 따라 매핑이 달라지게 된다. 따라서, 스트림은 고정된 순서가 있게 되므로, 스트림은 조합에서 순서도 꼭 나타내어야만 한다.

상기 표 1 및 표 2로부터 코드워드의 개수가 1 일 때 조합의 개수는 15 이고, 코드워드의 개수가 2 일 때 조합의 수는 25이므로, 총 40 개의 조합이 필요하게 된다. 따라서, 최대 코드워드의 개수가 2이고 스트림의 최대 개수가 4일 때, 아무런 제약 없이 모든 조합을 허용할 경우는 최대 6 비트(2⁵=32 < 40 < 2⁶=64)로 표시해야 한다.

한편, 도 5b에 도시된 바와 같이 스트림의 최대 개수가 2이고, 코드워드의 최대 개수가 2인 경우의 코드워드와 스트림의 전체 조합에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 5b에서와 같이 안테나의 개수가 2인 경우, 즉 스트림의 최대 개수가 2인 경우를 자세히 살펴보도록 하자. 여기서 코드워드의 최대개수는 2이다. 각각의 조합의 모든 경우를 표로 자세히 나타내면 다음과 같다.

상기 표 3은 코드워드의 개수가 1일 때와 2일 때의 각 조합을 예를 모두 나타낸 것이다.

상기 표 3으로부터 스트림이 최대 2개이고 코드워드가 최대 2개인 예의 경우 총 4개의 코드워드 스트림 조합이 필요함을 알 수 있으며, 이 경우 아무런 제약 없이 모든 조합을 허용할 경우는 최대 2 비트 (2¹=2 ＜ 4 ≤ 2²=4)로 표시해야 한다. 하지만, 이 경우는 표 1 및 표 2에 표시된 바와 같은 최대 4 개의 스트림을 사용하는 경우의 부분집합으로 볼 수 있다. 따라서, 최대 4 개의 스트림을 사용하는 경우를 효율적으로 표시할 수 있다면, 이는 최대 2 개의 스트림을 사용하는 경우에도 변경없이 적용 가능함을 알 수 있다.

한편, 안테나 개수에 따라서 코드워드와 스트림의 조합을 독립적으로 표시한다고 하더라도, 이 경우는 소요 비트 수가 작으므로 큰 문제가 되지 않는다. 그러므로, 이하에서 설명하는 본 발명의 일 실시형태에서는 최대 4 개의 스트림을 사용하는 경우를 중심으로 코드워드와 스트림의 전체 조합을 보다 적은 비트 수를 이용하여 효율적으로 표시하는 방법을 중점적으로 살펴보기로 한다. 이러한 코드워드와 스트림의 조합을 적은 비트 수로 표현 가능하다면 제어 신호 송신 효율을 증대할 수 있을 것이다.

앞서 코드워드와 스트림의 주어진 제한조건이 스트림 최대수 4 개, 코드워드 최대수 2 개인 경우에는 40가지의 코드워드와 스트림의 전체 조합이 가능하므로, 아무런 제한 조건 없이 이를 나타내기 위해 총 6 비트가 필요함을 살펴 보았다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서는 상술한 코드워드와 스트림의 전체 조합에 제한을 가하여 이와 같은 전체 조합 중 이용되는 조합을 나타내는 정보의 수를 감소시키는 방법을 제안한다.

이를 위한 일 실시형태로서 상기 코드워드와 스트림의 전체 조합을 각각의 코드워드가 송신되는 스트림의 수를 제한함으로써 전체 조합의 수를 감소시키는 방법에 대해 설명한다.

도 6은 하나의 코드워드가 복수의 스트림을 통해 전송될 경우 MCS(Modulation Coding Set)에 있어서 나타나는 현상에 대해 설명하기 위한 도면이다.

다중 안테나에서 여러 스트림이 전송되는 경우 각 스트림은 다양한 채널환경을 겪게 된다. 이때, 한 코드워드(예를 들어, 코드워드 1)가 도 6에 도시된 바와 같이 여러 스트림(예를 들어, 스트림 1 내지 3)에 걸쳐 전송되는 경우, 해당 코드워드의 복호 시 각 스트림의 각각 다른 채널환경이 한꺼번에 평균화된 영향이 나타나게 된다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이 코드워드 1이 256 QAM, 코딩율= 8/9의 변조 코딩 세트(MCS)에 따르는 스트림 1, 64 QAM, 코딩율 = 1/2 의 MCS에 따르는 스트림 2, BPSK, 코딩율 = 1/10의 MCS에 따르는 스트림 3을 통해 송신되는 경우, 코드워드 1은 결국 이들 스트림들의 MCS 레벨의 평균적인 MCS 레벨로 송신되는 것과 같은 효과를 가지게 되므로 고속 전송이 요구되는 코드워드를 양호한 스트림을 통해 송신하는 경우에 비해 효율이 떨어질 수 있다.

즉, 채널 용량(Capacity) 관점에서도 코드워드를 각각의 스트림의 채널 환경에 따라 적응적(adaptive)으로 전송하는 것이 최적이므로, 극단적으로는 한 코드 워드가 각각의 스트림에 전송되는 것이 최적이 된다. 즉, 4 개의 스트림 전송시 4 개의 코드워드가 존재하면 최적이 된다.

하지만, 상술한 예에서와 같이 스트림이 최대 4개가 사용될 수 있고, 코드워드가 최대 2개가 사용되는 예에 있어서, 주어진 조건 하에서 최대 4 개의 스트림을 사용해야 하는 경우는 각 코드워드가 최소한 2 개의 스트림에 걸쳐서 전송되어야 하는 경우가 존재한다.

따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 주어진 코드워드 전송에 전체 스트림을 이용하는 경우를 포함하는 선에서 최소한의 스트림으로 전송되도록 각각의 코드워드가 송신되는 스트림의 수를 제한함으로써, 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 감소시키는 것을 제한한다.

구체적으로, 상술한 바와 같이 최대 4개의 스트림을 이용하고, 최대 2개의 코드워드를 이용하는 본 실시예에서는 앞서 살펴본 코드워드 스트림 조합에, 한 개의 코드워드가 2개의 스트림만 사용가능하도록 제한을 가하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따른 코드워드와 스트림의 조합은 다음과 같은 표로 나타낼 수 있다.

상기 표 4는 코드워드의 개수가 1일 때 코드워드와 스트림의 조합을 예를 표시한 것이고, 표 5는 코드워드의 개수가 2 일 때 코드워드와 스트림의 조합의 예를 표시한 것이다.

상기 표 4 및 표 5로부터 본 발명의 일 실시형태에 따라 하나의 코드워드가 최대 2개의 스트림을 통해 전송되도록 제한하는 경우, 코드워드의 최대 개수가 1 일 때 조합의 개수는 10이고, 코드워드의 최대개수가 2 일 때 조합의 수는 21이므로, 총 31 개의 조합이 필요하게 되므로, 이를 최대 5 비트(2⁴=16 < 31 < 2⁵=32)로 표시할 수 있다.

한편, 본 발명의 더 바람직한 일 실시형태에서는 상술한 바와 같이 하나의 코드워드 송신에 이용되는 스트림의 수를 제한함과 동시에 코드워드와 스트림의 전체 조합 중 이용 가능성에 비해 경우의 수가 많은 조합을 제거함으로써 상기 전체 조합의 수를 추가적으로 감소시키는 방법을 제안하며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

구체적인 예에 있어서, 본 발명의 일 실시형태에서는 상기 표 4 및 표 5의 전체 조합 중 코드워드의 전송에 3 개의 스트림이 사용되는 경우를 제외한다는 조건을 더 붙이는 것을 제안한다.

3 개의 스트림이 사용되는 경우는 채널의 랭크가 3인 경우에 해당하지만, 채널의 랭크가 이와 같이 홀수로 나타날 가능성은 낮으며, 또한 다른 조합으로 변경하여 표시가 가능하다. 이와 같이 여러 스트림 중에서 유독 3 개의 스트림을 사용하는 경우를 제외하는 것은, 스트림의 3 개인 경우의 조합이 표 5에서 볼 수 있는 바와 같이 12 가지로서 전체 조합의 38.7%의 비율을 차지하는 반면, 스트림이 3 개인 경우가 선택될 확률은 아무리 높아도 20% 미만이기 때문이다. 따라서, 전송에 선택될 확률에 비해서 조합의 수가 너무 많은 경우를 배제하는 것이 효율적이라고 할 수 있기 때문에, 본 발명의 일 실시형태에서는 코드워드와 스트림의 전체 조합 중 이용 가능성에 비해 경우의 수가 많은 조합을 제거함으로써 이를 나타내는 제어 정보의 비트 수를 감소시키는 것을 제안한다.

이에 따른 구체적인 예를 표로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

상기 표 6으로부터 본 발명의 일 실시형태에 따라 이용 가능성에 비해 차지하는 경우의 수가 많은 조합, 구체적으로 3개 스트림을 이용하는 경우를 제거한 경우 코드워드의 최대 개수가 1 일 때 코드워드 스트림 조합의 개수는 10이고, 코드워드의 최대개수가 2 일 때의 코드워드 스트림 조합의 수는 9이므로, 총 19 개의 조합이 필요함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 구체적 일 실시예로서 한 개의 코드워드가 최대 2 개의 스트림까지만으로 전송가능하고, 3개의 스트림이 사용되는 경우를 배제한 경우는 최대 5 비트(2⁴=16 < 19 < 2⁵=32)로 표시해야 함을 알 수 있다. 이 경우 전체 조합을 표시하는 제어 정보의 비트수의 측면에서 상기 표 4 및 표 5와 같이 표시되는 방식에 비해 이득이 없을 수 있으나, 이를 다른 예에 적용하는 경우에는 보다 전체 조합을 나타내는데 보다 적은 비트 수로 표현이 가능할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 상술한 바와 같이 하나의 코드워드 전송에 이용되는 스트림 수를 제한하고, 이용 가능성에 비해 경우의 수가 많은 조합을 제거함과 동시에, 수신 성능을 향상시키기 위해 2개의 스트림이 이용되는 경우 하나의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 송신되는 조합을 제거함으로써 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 추가적으로 감소시키는 방법을 제안하며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 7은 코드워드의 복호 성능을 향상시키기 위해 수신단에서 수행하는 SIC(Successive Interference Cancellation)의 개념을 설명하기 위한 도면이다.

수신단에서는 복수의 코드워드를 수신하는 경우, 수신 신호의 복호 성능을 향상시키기 위해 SIC를 수행할 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 코드워드 1과 코드워드 2를 동시에 수신한 수신단에서는 먼저 코드워드 1을 복호한 후, 전체 수신 신호에서 복호된 코드워드 1에 관련된 신호를 모두 제거한 후, 나머지 신호를 통해 코드워드 2를 복호함으로써 전체 신호의 복호 성능을 향상시킬 수 있다. 이때, 상술한 바와 같은 SIC를 수행하기 위해서는 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 코드워드가 송신되는 경우일 것이 요구되며, 복수의 스트림을 수신하더라고 하나의 코드워드가 이들 스트림에 분할되어 송신되는 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이 SIC를 수행할 수 없다.

도 8a 및 도 8b는 하나의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 전송되는 경우와 2개의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 각각 전송되는 경우를 도시하여 각각의 경우 SIC를 수행할 수 있는지 여부에 대해 설명하기 위한 도면이다.

도 8a에 도시된 바와 같이 하나의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 전송되는 경우에는 수신된 2개의 스트림에 독립적인 코드워드를 포함하는 것이 아니므로 상술한 바와 같이 SIC를 적용할 수 없다. 반면, 도 8b에 도시된 바와 같이 2개의 스트림에 각각 2개의 코드워드가 송신되는 경우, 이들 각각의 스트림을 통해 송신된 수신 신호에 도 7에 도시된 바와 같은 SIC를 적용하여 수신 신호의 복호 성능을 행상시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 상기 표 6을 통해 구체적 예를 들어 표시한 바와 같이 하나의 코드워드가 송신되는 스트림의 수를 제한하고(구체적으로 2 스트림 이하), 이용 가능성에 비해 경우의 수가 많은 경우의 조합을 제거할 뿐만 아니라(예를 들어, 3개 스트림이 이용되는 조합을 제거), 전체 코드워드 스트림 조합을 표시하기 위한 비트 수를 추가적으로 제한하기 위한 다른 조건으로서 2개의 스트림이 이용되는 경우 하나의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 송신되는 도 8a와 같은 조합을 제거함으로써 수신측에서 SIC를 통한 수신 신호 복호 성능을 행상시키는 방법을 제안한다.

이렇게 되면 상술한 바와 같은 구체적 예에서 스트림의 개수가 3인 조합은 없고, 스트림의 개수가 1, 2, 4 일 때 각각 한 개의 코드워드 스트림 조합만 존재하게 되며, 이를 표로 더욱 자세히 나타내면 다음과 같다.

상기 표 7로부터 코드워드의 최대 개수가 1 일 때의 조합의 개수는 4이고, 코드워드의 최대개수가 2일 때의 조합의 개수는 9이므로, 총 13 개의 전체 조합이 필요하게 된다. 따라서, 본 실시형태에 따를 경우의 구체적 예에 있어서 코드워드와 스트림의 전체 조합은 최대 4 비트(2³=8 < 13 < 2⁴=16)로 표시할 수 있다. 따라서, 전체 조합을 나타내기 위해 사용되는 비트수 측면에서 표 6의 방법에 비해 이득이 있다.

한편, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태들은 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 감소시키는데 있어서의 효율성 측면에서 최대 채널 용량 측면, 조합 표시의 효율성 측면, SIC를 통한 수신 성능 향상 측면 등을 고려하였다. 다만, 이와 같이 코드워드 스트림의 전체 조합의 수를 감소시키는 데 있어서의 효율성만을 고려하는 경우 HARQ를 적용하는 통신 시스템에서 수신측의 재전송 요청이 있는 경우 이에 적절히 대응하는 데 있어 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 코드워드와 스트림의 전체 조합의 제한이, 이용 가능성에 비해 경우의 수가 많은 조합을 제거함으로써 이루어지되, HARQ 등에 의한 재전송 방식에 이용가능한 조합을 유지시키는 것을 제안하며, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 9는 2개의 코드워드가 2 개의 스트림을 통해 전송되어, 하나의 코드워드는 수신에 성공하고, 다른 하나의 코드워드는 수신에 실패하여 재전송을 요청하는 경우에 발생하는 현상을 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 9에 도시된 바와 같이 처음 전송 시에 2개의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 전송되는 경우, 만일 2개의 코드워드 중 1개인 코드워드 1은 수신에 성공한 반면, 다른 코드워드인 코드워드 2가 수신에 실패하여 송신측으로 NACK이 송신되는 경우를 가정한다. 이 경우, 재전송에 있어서 "Chase Combining" 방식을 적용한다면, 오류가 있는 코드워드 2를 2개의 스트림을 통해 재전송하는 것이 바람직하다.

하지만, 이러한 조합은 표 7에 나타낸 조합에 존재하지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 코드워드와 스트림의 전체 조합 중 이용 가능성에 비해 경우의 수가 많은 조합, 구체적 예로서 스트림이 3개인 경우를 제거하되, HARQ 등에 의한 재전송 방식에 이용가능한 상술한 바와 같은 조합을 유지시키는 것을 제안하며, 이를 표로 나타내면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

상기 표 8은 코드워드가 1개 사용되는 경우의 코드워드 스트림 조합을, 표 9는 2개의 코드워드가 사용되는 경우의 코드워드 스트림 조합을 나타낸다.

상기 표 8 및 표 9를 통해 알 수 있는 바와 같이, 전체 스트림이 최대 4개 이용되고, 코드워드가 최대 2개 이용되는 구체적 예에서 본 발명의 일 실시형태에 따라 이용 가능성에 비해 경우의 수가 많은 조합, 구체적으로 스트림이 3개인 경우를 제외하되, 재전송에 이용될 수 있는 하나의 코드워드가 2개 또는 4개의 스트림으로 전송되는 조합, 및 2개의 코드워드가 각각 하나 또는 2개의 스트림으로 전송되는 조합을 유지시키는 경우, 하나의 코드워드를 이용하는 경우로서 11개의 조합이 가능하고, 2개의 코드워드를 이용하는 경우로서 9개의 조합이 가능하여 총 20가지 조합이 생성 가능하다. 따라서 이 전체 조합은 최대 5 비트(2⁴=16 < 20 < 2⁵=32)로 표시할 수 있다

또한, 표 8 및 표 9에 도시된 코드워드와 스트림의 조합을 표시하기 위한 비트 수로서 최대 5비트가 요구되는 점에서 해당 조합의 수를 감소시키기 위해 일정 경우의 조합을 추가적으로 제한하는 것이 가능하며, 아래의 표 10은 2개의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 전송되는 조합을 추가적으로 제한한 경우에 해당한다.

상기 표 10의 경우 코드워드의 최대 개수가 1 일 때 조합의 개수는 11 이고, 코드워드의 최대개수가 2 일 때 조합의 수는 3 이므로, 총 14 개의 조합이 필요하게 된다. 따라서, 3 개의 스트림의 경우를 배제하고, 재전송을 고려한 조합을 유지하되, 2개의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 송신되는 경우를 제외한 경우는 최대 4 비트(2³=8 < 13 < 2⁴=16)의 제어 정보로 표시 가능하다.

한편, 상기 표 3 내지 표 10과 관련하여 상술한 본 발명의 구체적인 실시예들에 있어서, 코드워드와 스트림의 전체 조합을 나타내기 위해 필요한 제어 정보의 비트수는 전체 조합의 수 이상의 2의 멱승을 나타낼 수 있는 비트 수로 결정되었다. 이 경우, 요구되는 제어 정보의 비트 수로 나타낼 수 있는 코드워드와 스트림의 조합의 수는 일정 제한이 가해진 전체 조합의 수보다 일반적으로 크게 된다.

따라서, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 표 3 내지 표 10과 관련하여 상술한 바와 같이 제한된 전체 조합을 나타내기 위한 정보의 수(예를 들어, 표 10의 경우 4 비트)를 통해 나타낼 수 있는 조합의 수(예를 들어, 표 10의 경우 16개의 조합)와 상기 제한된 전체 조합의 수(예를 들어, 표 10의 경우 13 개)와의 차이에 해당하는 수(예를 들어, 표 10의 경우 3개)만큼 상기 제한된 전체 조합에 추가적인 조합을 추가하는 방법을 제안하며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

상술한 표 6 내지 표 10의 경우, 이용 가능성에 비해 경우의 수가 많은 조합으로서 스트림의 수가 3개인 경우를 제안함으로써 전체 조합을 나타내는데 필요한 비트 수가 줄어드는 더 큰 장점이 있었으나, 3 개의 스트림을 사용하는 경우를 나타내지 못하는 것은 조합의 수를 감소시키는 장점에 비해서는 중요성이 떨어지더라도 여전히 단점이 될 수 있다.

한편, 전체 조합을 나타내는데 필요한 비트 수가 나타낼 수 있는 최대 조합수와 실제 사용되는 조합 수에 있어서 차이가 존재한다. 즉, 실제 조합수가 M이고, 2^N-1 ＜ M ≤2^N 의 관계식에 의해서, 조합을 나타내기 위해서 N개의 비트가 필요하다고 하자. 그러면, N비트로 나타낼 수 있는 최대 표현 가능 조합수 2^N과 실제 조합수 M과의 차이(2^N-M)만큼 조합을 추가할 여유가 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 상술한 바와 같이 전체 조합을 나타내기 위해 필요한 비트 수로 표현 가능한 조합의 수와 실제 전체 조합의 수만큼의 차이에 해당하는 수만큼 상술한 바와 같이 3개의 스트림이 사용되는 경우의 조합을 추가하여, 전체 조합을 나타내기 위해 필요한 비트 수를 증가시키지 않는 선에서 3개의 스트림을 이용하는 경우를 추가하는 것을 제안한다.

구체적인 예로서, 표 7의 경우에는 4비트의 제어 정보로 제한된 전체 조합(즉, 13개의 조합)을 표현할 수 있고, 이 경우 4비트의 제어 정보로 표현할 수 있는 16개의 조합 중 기존 13개와의 차이에 해당하는 수, 즉 3개만큼의 3개 스트림을 이용하는 경우의 조합을 추가할 수 있다. 또한, 이와 같은 원리로 표 10의 경우는 3개의 스트림을 이용하는 경우로서 2개의 조합을 추가할 수 있다.

다만. 실제 3 개의 스트림을 이용하는 경우가 차지하는 조합 수는 추가할 수 있는 조합의 수에 비해 많다. 즉, 2개의 스트림을 이용하는 경우 중에서 1 개의 코드 워드를 이용하는 경우는 4 가지이고, 2 개의 코드워드를 이용하는 경우는 12 가지가 된다. 따라서, 조합의 추가는 그 중에서 일부만 선택하여 수행한다.

그 일례로서, 표 7의 경우 상술한 바와 같이 3 개의 조합이 추가 가능하므로, 3 개의 스트림 조합 중에서 연속적인 번호만 선택하는 경우를 가정한다. 즉 "Stream1, Stream2, Stream3", "Stream2, Stream3, Stream4", 또는 "Stream3, Stream4, Stream1"(실제, 본 발명에 대한 상세한 설명에서는 스트림 번호를 오름차순으로 고정하는 것을 가정하였으므로, "Stream3, Stream4, Stream1"는 이하에서 "Stream1, Stream3, Stream4"로 나타냄)만 선택하는 것을 가정한다.

만일, 1 개의 코드워드를 이용하는 조합을 추가한다면, 추가되는 조합은 {Codeword, (Stream1, Stream2, Stream3)}, {Codeword, (Stream2, Stream3, Stream4)} 또는 {Codeword, (Stream1, Stream3, Stream4)}이 될 수 있다. 이러한 경우를 표로 나타내면 다음과 같으며, 추가되는 조합은 음영으로 표시하였다.

또한, 만일 2 개의 코드워드를 이용하는 조합을 추가한다면, 추가되는 조합은 [{Codeword, Stream1}, {Codeword, (Stream2, Stream3)}], [{Codeword, Stream2}, {Codeword, (Stream3, Stream4)}], 및 [{Codeword, Stream1}, {Codeword, (Stream3, Stream4)}]이 될 수 있다. 이러한 경우도 표를 통해 나타내면 다음과 같으며, 추가되는 조합은 음영으로 표시하였다.

한편, 또 다른 예로써, 상기 표 10의 경우에는 상술한 바와 같이 2개의 조합이 추가 가능하므로, 3 개의 스트림 조합 중에서 연속적인 번호만 선택하는 것을 가정한다. 즉, "Stream1, Stream2, Stream3", "Stream2, Stream3, Stream4"만 선택한하는 것을 가정한다. 그러면, 1 개의 코드워드를 사용하는 조합을 추가하는 경우는 {Codeword, (Stream1, Stream2, Stream3)}, {Codeword, (Stream2, Stream3, Stream4)}가 추가될 수 있으며, 2 개의 코드워드를 사용하는 조합을 추가하는 경우는 [{Codeword, Stream1}, {Codeword, (Stream2, Stream3)}] 및 [{Codeword, Stream2}, {Codeword, (Stream3, Stream4)}]가 추가될 수 있다. 이들을 아래와 같은 표로 나타낼 수 있으며, 추가된 조합은 음영으로 표시하였다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 상술한 바와 같은 코드워드와 스트림의 조합의 수를 제한하기 위한 합리적인 방법으로서 스트림간에 그룹핑이 되는 경우를 고려하는 것을 제안하며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

다중 안테나 기술에서 실제 4개의 안테나가 이용되는 경우, 최적의 상태를 위해서는 4개의 안테나 각각이 서로 독립적인 채널 환경을 구성해야 한다. 이를 위해 일반적으로 각 안테나는 물리적으로 떨어뜨려 위치시키게 된다.

하지만, 실제 안테나의 사용에 있어서는 여러 가지 원인으로 인하여 다음과 같이 그룹핑되어 각 그룹 내의 안테나 간에는 연관을 가지는 경우가 있을 수 있다.

도 10a 내지 도 10c는 다중 안테나를 다양한 방식으로 그룹핑하는 방법을 도시한 도면이다.

도 10a의 경우 4개의 안테나가 그룹핑 없이 서로 독립적인 채널을 구성하는 이상적인 경우를 도시한 것이다. 그러나, 이와 같이 4개의 안테나를 서로 공간적으로 떨어뜨려 배치함으로써 서로 독립적인 채널을 구성하기에는 송신측 및/또는 수신측의 공간이 부족할 수 있으며, 특히 이동 단말에 적용하기 곤란할 수 있다.

따라서, 도 10b는 2개의 안테나를 서로 그룹핑하여 각 그룹 내의 안테나 사이에는 연관된 채널을 가지고, 서로 다른 그룹의 안테나 간에는 독립적인 채널을 가지는 방식이 많이 이용되고 있으며, 또한, 도 10c에 도시된 바와 같이 CPD(Cross Polarized Diversity) 방식을 적용하여 2개의 안테나씩 그룹핑하여 한 그룹의 안테나는 수평방향으로 편극(horizontally polarized)되고, 다른 한 그룹의 안테나는 수직방향으로 편극(vertically polarized)되는 방식이 이용되기도 한다.

또 다른 안테나 그룹핑의 예로서 총 4개의 안테나가 있는 경우 2개의 안테나는 채널 상태가 안정적으로 측정되는 반면, 2개의 안테나는 채널 상태가 불안정하여 오류가 빈번하게 발생하는 경우, 이들 각각의 안테나를 채널 상태가 안정적인 안테나와 불안정한 안테나로 그룹핑하거나, 각 상태에 따라 2개의 안테나씩 그룹핑하는 것이 가능하다.

이와 같이 안테가가 그룹핑되어 제한이 가해지는 경우, 이에 대응하는 스트림 역시 제안이 가해지며, 소정 스트림이 그룹핑되는 것으로 생각할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 제한하는 방법으로서, 상기 표 4 및 표 5에서와 같이 하나의 코드워드가 송신되는 스트림의 수를 제한(구체적으로, 최대 2개의 스트림을 통해 송신되는 경우로 제한)함과 동시에, 스트림을 그룹핑하고, 하나의 코드워드가 하나의 그룹에 속한 스트림의 수만큼의 스트림을 통해 송신되는 경우, 하나의 그룹 내의 스트림을 통해서 송신되도록 제한하여 전체 코드워드와 스트림의 조합 수를 감소시키는 방법을 제안하며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

구체적 예로서, 스트림 1과 스트림 2가 한 그룹을 형성하고, 스트림 3과 스트림 4가 또 다른 한 그룹을 형성하는 것을 가정한다. 이 경우, 본 발명의 일 실시형태에 따르면 한 개의 코드워드가 2개의 스트림을 통해 송신되는 경우에는 한 그룹 안에서만 할당되도록 할 수 있으며, 이에 따라 제한된 전체 조합을 표로 나타내면 다음과 같다.

상기 표 15로부터 본 실시형태에 따른 구체적 예에서 코드워드의 최대 개수가 1일 때 가능한 조합의 개수는 6이고, 코드워드의 최대 개수가 2일 때 가능한 조합의 개수가 11이므로, 총 17개의 조합이 가능하게 됨을 알 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 하나의 코드워드가 최대 2개의 스트림을 통해서만 전송 가능하고, 2개의 스트림씩 그룹핑하여 한 코드워드가 2개의 스트림을 통해 전송되는 경우에는 동일한 그룹 내의 스트림을 통해서만 전송되도록 제한하는 경우 전체 코드워드 스트림의 조합을 최대 5비트(2⁴ =16 ＜ 17 ＜ 2⁵=32)로 표시할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 표 15와 관련하여 상술한 실시형태에 따라 코드워드와 스트림의 조합에 제한을 가함과 동시에 복수의 코드 워드가 송신되는 경우, 서로 다른 그룹 내의 스트림을 통해서 송신되도록 제한하거나 동일한 그룹 내의 스트림을 통해 송신되도록 제한함으로써 전체 코드워드 스트림 조합의 수를 추가적으로 감소시키는 방법을 제안하며, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

즉, 표 15와 관련하여 상술한 실시형태에 비해 전체 조합을 나타내기 위해 필요한 비트 수를 추가적으로 감소시키기 위한 방안으로써, 복수의 코드워드가 송신되는 경우, 구체적으로 2개의 코드워드가 송신되는 경우 각 코드워드가 서로 다른 그룹의 스트림을 통해 또는 서로 동일한 그룹의 스트림을 통해 송신됨으로써 서로 다른 채널 환경을 통해 송신됨으로써 다이버시티 이득을 획득할 수 있도록 하는 방법이다. 여기서 2개의 코드워드가 서로 다른 그룹의 스트림을 통해 송신되는 경우는 스트림의 그룹핑이 서로 동일한(또는 유사한) 채널 환경을 가진 스트림을 하나의 그룹으로 그룹핑한 경우이고, 2개의 코드워드가 동일한 그룹의 스트림을 통해 송신되는 경우는 스트림의 그룹핑이 서로 상이한 채널 환경을 가지는 스트림간을 하나의 그룹으로 그룹핑한 경우에 해당할 수 있다. 즉, 2개의 코드워드를 서로 다른 채널 환경을 겪도록 송신하는 한, 스트림의 그룹핑 원칙에 따라 서로 다른 그룹의 스트림을 통해 송신되거나 동일한 그룹의 스트림을 통해 송신될 수 있다.

먼저, 표 15와 관련하여 상술한 예와 마찬가지로 스트림 1과 스트림 2가 하나의 그룹을 이루고, 스트림 3과 스트림 4가 하나의 그룹을 이루는 경우, 2 개의 코드워드가 서로 다른 그룹의 스트림을 통해 송신되는 경우는 다음의 표와 같이 나타낼 수 있으며, 본 실시형태에 따라 제한되는 부분을 음영을 이용하여 표시하였다.

상기 표 16의 경우 코드워드의 최대 개수가 1일 때, 전체 조합의 개수는 6이고, 코드워드의 최대 개수가 2일 때, 전체 조합의 개수는 9이므로 총 15개의 조합이 가능함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 상술한 구체적 예에서 전체 코드워드 스트림 조합을 나타내기 위해서는 최대 4비트(2³ =8 ＜ 15 ＜ 2⁴ = 16)가 필요함을 알 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 2개의 코드워드를 동일한 그룹의 스트림을 통해 송신하는 경우는 다음과 표와 같이 나타낼 수 있으며, 이 역시 본 실시형태에 따라 제한되는 부분을 음영을 통해 표시하였다.

상기 표 17의 경우 코드워드의 최대 개수가 1일 때 전체 조합의 개수는 6이고, 코드워드의 최대 개수가 2일 때 전체 조합의 개수는 7이므로 총 13개의 조합이 가능함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 상술한 구체적 예에서 전체 코드워드 스트림 조합을 나타내기 위해서는 동일하게 최대 4비트(2³ =8 ＜ 13 ＜ 2⁴ = 16)가 필요함을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 코드워드와 스트림의 수를 제한하기 위해, 표 4 및 표 5와 관련하여 상술한 실시형태에서와 같이 하나의 코드워드가 송신되는데 이용되는 스트림의 수를 제한함과 동시에, 표 15 내지 표 17과 관련하여 상술한 바와 같이 스트림을 그룹핑하고, 2이상의 스트림은 2 이상의 코드워드를 통해 송신되도록 제한하여 수신측에서 도 7과 관련하여 상술한 바와 같은 SIC를 수행할 수 있도록 함으로써 전체 코드워드 스트림 조합의 수를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수신 신호의 복호 성능을 향상시키는 것을 제안한다.

즉, 도 7, 도 8a 및 도 8b와 관련하여 상술한 바와 같이 복수의 스트림, 예를 들어 2개의 스트림을 전송하는 경우, 각 스트림이 독립적인 코드워드를 전송한다면, 이를 수신한 수신 신호는 SIC를 통해 각 코드워드의 복호 성능을 향상시킬 수 있으나, 각 스트림이 하나의 코드워드를 분산하여 전송하는 것일 경우에는 수신단에서 이와 같은 SIC를 적용할 수 없다.

따라서, 구체적 예에 있어서 2 이상의 스트림은 2 이상의 코드워드를 송신하는 것으로 제안하는 경우 다음과 같은 표로 나타낼 수 있다.

상기 표 18로부터 코드워드의 최대 개수가 1일 때 코드워드 스트림 조합의 개수는 4이고, 코드워드의 최대 개수가 2일 때 코드워드 스트림 조합의 개수는 11이므로, 총 15개의 조합이 필요함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 상술한 구체적 예에서 전체 조합을 나타내기 위해 필요한 제어 신호의 비트수는 4비트(2³ = 8 ＜ 15 ＜ 2⁴ = 16) 가 필요하게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태들은 단일 사용자 다중 안테나(Single user-MIMO) 통신 시스템의 경우를 상정한 것이다. 하지만, 다중 사용자를 위한 다중안테나 (Multiuser-MIMO) 통신 시스템을 고려할 경우, 코드워드와 스트림의 조합에 대한 조건을 달라질 수 있으며, 이하 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 이와 같은 다중 사용자 환경을 고려하여 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 합리적으로 제한하는 방법에 대해 설명한다.

다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템에서 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻기 위해서는 본질적으로 각 사용자간의 채널이 서로 직교인 사용자들을 찾는 것이 중요하다. 만일, 한 사용자가 극단적으로 모든 스트림을 사용하게 되면 단일 사용자 다중 안테나 시스템에 되므로, 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻을 수 없다. 따라서, 다중 사용자 다중 안테나 시스템을 위해서는 각 사용자가 사용할 수 있는 스트림 수를 줄이는 것이 좀 더 효율적이라 할 수 있다.

본 실시형태에서는 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 감소시키는 것을 상술한 바와 같은 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템에서 다중 사용자 다이버시티 이득을 효과적으로 획득하기 위한 제한의 측면에서 살펴보며, 본 실시형태 역시 특별한 언급이 없는 한, 구체적인 모든 실시예에서 스트림의 최대 수는 4개이고, 코드워드의 최대 수는 2개인 경우를 가정한다.

다중 사용자 다중 안테나 시스템은 기본적으로 사용자의 선택에 있어서 각 사용자간 채널이 서로 직교가 되는 사용자들을 선택하는 것이 바람직하다. 하지만 현실적으로 이런 사용자들만을 선택할 확률은 크지 않기 때문에, 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서는 많은 사용자들이 존재하는 경우에 서로 직교하는 채널을 가진 사용자를 선택할 확률이 커져 보다 안정적으로 동작하게 된다.

도 11은 다중 사용자 MIMO 통신 시스템에서 사용자가 사용가능한 스트림의 수에 따른 현상을 설명하기 위한 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이 만일 한 사용자가 2개 이상의 스트림을 사용하는 경우, 사용자의 선택에 있어 또 다른 제약이 가해지게 된다.

즉, 한 사용자가 2개 이상의 스트림을 사용하는 경우 해당 사용자의 모든 스트림을 통과하는 채널은 서로 직교하여야 하며, 2개 이상의 스트림을 사용하는 사용자는 상기 조건을 만족하는 사용자 중에 선택되어야 한다. 그 후, 해당 사용자들 중 다시 사용자간의 채널이 서로 직교인 사용자들을 찾는 과정을 거쳐야 하는 제약이 있다. 여기서, 최종적인 선택은 최대 전송율 합(max sum-rate) 등의 다양한 방법이 고려될 수 있다.

구체적 예로서, 도 11에 도시된 바와 같이 사용자 1이 스트림 1 및 스트림 2를 사용하는 경우, 스트림 1 및 스트림 2를 사용하는 사용자 1의 2개의 채널은 서로 직교해야 하며, 사용자 1은 이를 만족하는 사용자 중에서만 선택될 수 있다. 아울러, 스트림 3을 사용하는 사용자 2 및 스트림 4를 사용하는 사용자 3과 역시 각각 채널이 서로 직교해야 하므로, 이를 만족하는 사용자들을 선택하는 것이 모든 사용자가 하나의 스트림을 이용하는 경우에 비해 어렵게 된다. 따라서, 이와 같이 하나의 사용자가 복수의 스트림을 이용하는 경우를 지원하기 위해서는 보다 많은 사용자들이 존재하는 경우에 한하여 원할하게 동작할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 상술한 바와 같이 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 사용자 선택을 용이하게 하기 위해 코드워드와 스트림의 전체 조합을 한 사용자가 하나의 스트림만을 이용하도록 제한함으로써 수행하는 방법을 제안한다. 이 경우 가능한 코드워드와 스트림의 조합은 다음과 같은 표를 통해 나타낼 수 있다.

상기 표 19를 통해 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시형태에 따라 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템에서 사용자 선택을 용이하게 하기 위해 하나의 사용자가 하나의 스트림만을 이용하도록 코드워드 스트림 조합을 제한하는 경우 전체 조합의 수는 4가지 이며, 이는 최대 2비트(2¹ ＜ 4 ＜ 2² =4)를 통해 나타낼 수 있음을 알 수 있다.

한편, 표 19와 관련하여 상술한 본 발명의 일 실시형태에서는 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템에서 사용자간의 직교 채널 선택의 용이성을 위해 한 사용자가 하나의 스트림만을 이용하도록 제한하였으나, 이때 각 사용자의 최대 전송율(maximum peak rate)의 관점에서는 손해가 있을 수 있다.

따라서, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 한 사용자가 복수의 스트림을 이용하되 각 스트림당 서로 다른 코드워드를 사용하도록 제한하는 방법을 제안하며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

즉, 구체적으로 한 사용자가 2개의 스트림을 사용한다고 가정하면, 표 19의 경우에 비해 각 사용자의 최대 전송율을 높일 수 있다. 또한, 각 스트림당 서로 다른 코드워드를 사용하도록 제한함으로써 수신측에서 수신된 신호에 SIC를 적용하여 복호 성능을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 경우의 전체 코드워드 스트림의 조합은 다음의 표와 같이 나타낼 수 있다.

상기 표 20으로부터 전체 코드워드 스트림의 조합의 수는 6이며, 이는 최대 3 비트(2²=4 ＜ 6 ＜ 2³ =8)로 나타낼 수 있음을 알 수 있다.

한편, 표 19 및 표 20과 관련하여 상술한 본 발명의 실시형태들은 각각 상술한 바와 같은 장단점을 가지는바, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따른 다중 사용자 다중 안테나 통신 시스템에서는 이들 모두를 적용할 수 있는 코드워드 스트림의 조합을 수용하고, 이들 중 상황에 따라 선택적으로 이용하도록 할 수 있다.

이 경우, 가능한 코드워드 스트림의 전체 조합은 다음의 표로 나타낼 수 있다.

이 경우, 상기 표 21을 통해 알 수 있는 바와 같이 한 사용자가 하나의 스트림을 이용하는 경우 4개의 조합이, 한 사용자가 2개의 스트림을 이용하는 경우 6개의 조합이 가능하여, 총 10 개의 조합이 가능함을 알 수 있다. 따라서, 이와 같은 조합은 최대 4비트(2³=8 ＜ 10 ＜ 2⁴=16)을 통해 나타낼 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.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따른 코드워드와 스트림의 조합 표시 방법에 따르면, 코드워드와 스트림의 전체 조합의 수를 특정 코드워드의 최대 전송율을 유지하는 측면, 이용 가능성과 해당 조합을 나타내기 위한 경우의 수의 비교, 재전송시 이용할 수 있는 조합을 유지시키는 측면, SIC 적용을 가능하게 하여 수신측의 복호 성능을 향상시키는 측면, 안테나의 그룹핑에 따른 스트림 그룹핑 측면, 다중 사용자 다중 안테나 시스템에 있어서 사용자 선택의 용이성 측면 및 이들을 종합적으로 고려하여 합리적으로 제한을 가함으로써, 전체 코드워드와 스트림의 조합의 수를 감소시켜 이를 나타내기 위한 정보의 비트 수를 감소시킬 수 있다.

이를 통해 다중 안테나 통신 시스템에서 상하향 링크 모두에 필요한 코드워드와 스트림의 조합을 보다 적은 비트 수로 나타내어 제어 정보의 효율성을 기할 수 있다.

Claims (13)

1. 공간 다중화를 위한 Multi-Input Multi-Output (MIMO) 시스템에서 코드워드(code word)를 하나 이상의 스트림(stream)에 맵핑(mapping)하여 전송하는 방법에 있어서,

   복수의 맵핑 조합 중 어느 하나에 따라 하나 이상의 코드워드를 상기 하나 이상의 스트림에 매핑하는 단계;

   상기 하나 이상의 스트림을 프리코딩하여 프리코딩 시그널을 생성하는 단계; 및

   상기 프리코딩 시그널을 전송하는 단계를 포함하되,

   상기 코드워드에 매핑할 수 있는 스트림의 최대 개수는, 상기 MIMO 시스템에서의 사용하는 최대 스트림 수에서 상기 MIMO 시스템에서 사용하는 최대 코드워드 수로 나눈 값 이상의 가장 작은 정수에 대응하며,

   상기 복수의 맵핑 조합은, 복수의 코드워드 중 하나만 재전송 할 경우 이용하는 매핑 조합을 포함하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 맵핑 조합 중 어느 하나에 따라 하나 이상의 코드워드를 상기 하나 이상의 스트림에 매핑하는 단계;

   상기 한 개의 코드워드를 두 개의 스트림에 맵핑하는 것을 포함하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 MIMO 시스템에서 사용하는 최대 스트림 수는 4개이고, 최대 코드워드 수는 2이며,

   상기 코드워드에 매핑할 수 있는 스트림의 최대 개수는 2에 대응하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 MIMO 시스템은 최대 4개의 스트림 및 최대 2개의 코드워드를 사용하며,

   상기 복수의 맵핑 조합은,

   한 개의 코드워드를 한 개의 스트림에 맵핑하는 제1 조합;

   한 개의 코드워드를 두 개의 스트림에 맵핑하는 제2 조합

   두 개의 코드워드를 두 개의 스트림에 맵핑하는 제3 조합;

   두 개의 코드워드를 세 개의 스트림에 맵핑하는 제4 조합; 및

   두 개의 코드워드를 네 개의 스트림에 맵핑하는 제5 조합을 포함하는 방법.
5. 공간 다중화를 위한 Multi-Input Multi-Output (MIMO) 시스템에서 코드워드(code word)를 하나 이상의 스트림(stream)에 맵핑(mapping)하여 전송하는 송신기에 있어서,

   하나 이상의 안테나;

   복수의 맵핑 조합 중 어느 하나에 따라 하나 이상의 코드워드를 상기 하나 이상의 스트림에 매핑하는 스트림 맵핑부; 및

   상기 하나 이상의 스트림을 프리코딩하여 한 개 이상의 안테나를 통해 전송되는 프리코딩 시그널을 생성하는 프리코더를 포함하되,

   상기 코드워드에 매핑할 수 있는 스트림의 최대 개수는, 상기 MIMO 시스템에서의 사용하는 최대 스트림 수에서 상기 MIMO 시스템에서 사용하는 최대 코드워드 수로 나눈 값 이상의 가장 작은 정수에 대응하며,

   상기 복수의 맵핑 조합은, 복수의 코드워드 중 하나만 재전송 할 경우 이용하는 매핑 조합을 포함하는 송신기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 스트림 맵핑부는,

   상기 복수의 맵핑 조합 중 어느 하나에 따라 하나 이상의 코드워드를 상기 하나 이상의 스트림에 매핑할 때 상기 한 개의 코드워드를 두 개의 스트림에 맵핑하는 것을 포함하는 송신기.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 MIMO 시스템에서 사용하는 최대 스트림 수는 4개이고, 최대 코드워드 수는 2이며,

   상기 코드워드에 매핑할 수 있는 스트림의 최대 개수는 2에 대응하는 송신기.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 MIMO 시스템은 최대 4개의 스트림 및 최대 2개의 코드워드를 사용하며,

   상기 복수의 맵핑 조합은,

   한 개의 코드워드를 한 개의 스트림에 맵핑하는 제1 조합;

   한 개의 코드워드를 두 개의 스트림에 맵핑하는 제2 조합

   두 개의 코드워드를 두 개의 스트림에 맵핑하는 제3 조합;

   두 개의 코드워드를 세 개의 스트림에 맵핑하는 제4 조합; 및

   두 개의 코드워드를 네 개의 스트림에 맵핑하는 제5 조합을 포함하는 송신기.
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