KR101481391B1

KR101481391B1 - 채널 상태 정보 피드백 방법 및 그의 시스템

Info

Publication number: KR101481391B1
Application number: KR1020127029128A
Authority: KR
Inventors: 홍웨이 양; 디 르브
Original assignee: 알까뗄 루슨트
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2015-01-12
Also published as: EP2557723B1; US20130028340A1; US8792571B2; EP2557723A4; EP2557723A1; CN102742204A; CN102742204B; WO2011124025A1; BR112012025324A2; JP5551823B2; JP2013527655A; KR20130018856A

Abstract

본 발명은 계층적 코드북에 기초한 채널 상태 정보 피드백을 위한 방법 및 시스템을 제공하며, 상기 방법은: 계층적 코드북을 생성하는 단계; 생성된 계층적 코드북을 전송단 및 수신단에 각각 구성하는 단계; 및 계층적 코드북에 기초하여 수신단으로부터 전송단으로 채널 상태 정보를 피드백하는 단계를 포함하고, 계층적 코드북 생성 단계는 다음의 단계들: ⅰ) 베이직 코드북에 기초하여 생성될 코드북에서의 코드워드의 각각의 레벨을 다수의 세그먼트들로 분할하는 단계; ⅱ) 모듈이, 제 1 단계에서, 베이직 코드북으로부터 선택되는 코드워드의 각각의 레벨을 생성하도록 구성되는 단계; 및 ⅲ) 다른 단계들에서, 미리 제공된 트레이닝 샘플 매트릭스로부터 선택되는 코드워드의 각각의 레벨을 생성하는 단계를 더 포함한다. 그리고, 계층적 코드북에 기초하여 수신단으로부터 전송단으로 상기 채널 상태 정보를 피드백하는 단계는: 계층적 코드북에 트리 탐색을 수행하기 위한 시그널링을 표현하기 위해 피드백 비트들의 제 1 비트 및 제 2 비트를 이용하는 단계를 더 포함한다.

Description

채널 상태 정보 피드백 방법 및 그의 시스템{CHANNEL STATE INFORMATION FEEDBACK METHOD AND SYSTEM THEREOF}

본 발명은 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 기술에서의 채널 피드백의 개선에 관한 것이고, 특히 MIMO 기술에서의 채널 피드백을 위한 코드북 생성 방법 및 연관된 프리코딩 매트릭스 표시자(PMI: Precoding Matrix Indicator) 피드백 시그널링 메커니즘의 개선에 관한 것이다.

현재 무선 시스템에서 잘 알려진 중요한 기술로서, MIMO는 전송단 및 수신단에서의 다수의 전송 및 수신 안테나들의 세팅을 통해 다수의 공간 채널들을 생성하여, 업링크 및 다운링크 용량들의 용량이 개선될 수 있고 무선 신호들의 전송이 더욱 개선될 수 있다. MIMO 기술에 대해, 공간 멀티플렉싱을 실현하기 위해 전송단에서 채널 상태 정보를 획득하도록 요구된다. FDD(frequency-division multiplexing)의 경우에, 기지국(eNB)은 그러한 종류의 채널 상태 정보를 획득하기 위해 사용자 기기(UE)측으로부터의 피드백에 의존해야 한다. LTE-A 다운링크 MIMO 기술을 향상시키기 위해 사용자 기기측으로부터 채널의 피드백 및 양자화의 정확도가 개선되어야 한다는 것은 이미 인식되었다.

2007년 5월 29일, F.Boccardi, H.Huang, 및 A. Alexiou에 의해 제출된 문헌 "A Closed-Loop Multiple-Input-Multiple-Output Scheme For Wireless Communication Based On Hierarchical Feedback"에 기술된 바와 같은 계층적 피드백이 유망한 후보 방식이다. 계층적 피드백 방식의 기본 개념은 채널이 상당히 느리게 변화하는 경우, 모바일 채널 방향 표시(CDI) 피드백이 다수의 피드백 간격들에 걸쳐 집계될 수 있어서, 집계된 비트들을 이용하여 더 큰 코드북을 인덱싱한다는 것이다. 일반적으로, 더 큰 코드북은 MIMO 채널 상태를 더욱 정확하게 기술하는 것을 의미하고, 이것은 기지국에서 더욱 최적화된 프리코딩을 수행하는데 확실히 도움을 주고, 그에 의해 리소스 활용 및 데이터 처리량과 같은 시스템 성능을 향상시킨다.

이러한 계층적 피드백 방식에 기초하여, 먼저, 사용자 단말에 의해 경험된 채널들을 정확하게 묘사할 수 있는 계층적 코드북을 생성하도록 요구되고; 둘째, 채널 상태 정보(CDI와 같은) 전송을 수행하기 위해 계층적 코드북에 기초하여 PMI 피드백 시그널링을 이용하도록 요구된다.

계층적 코드북 생성 방법은 M.Trivellato, F.Boccardi 및 H.Huang에 의한 논문 "On transceiver design and channel quantization for downlink multiuser MIMO systems with limited feedback"(2008년 10월 제26권 제 8번, IEEE Journal on selected Areas in communications)에서 제안되었고, 모든 내용은 참조에 의해 여기에 포함되어 있다. 계층적 코드북에 의해 생성된 바이너리 처리는 레벨들의 바이너리 트리에 의해 표현될 수 있고, 코드북의 i번째 레벨 상의 코드워드들은 2ⁱ 개의 요소들을 가진다. 생성 절차에서, 코드워드들은 계층적 코드워드 트리의 구조로 배열된다. 상기 계층적 피드백에 대해, 다수의 간격들에 걸친 피드백 비트들의 집계를 통해, 주어진 간격에 걸쳐 피드백에 의해 인덱싱된 코드워드들은 이전 시간 간격에 걸쳐 피드백에 의해 인덱싱된 코드워드들의 일반적으로 연관된 노드들임을 알 것이다.

이 참조 문헌에 기초하여, 계층적 코드북 트리의 최대 비트 수들 B_max 및 전송 안테나 수 M이 주어지면, 코드북에서의 코드워드들은 다음의 단계들을 통해 도 1의 계층적 트리 구조로 설계될 수 있다:

1) 레벨 L = log₂(M)에서, 이 레벨에서의 코드워드들의 총 수 M은 DFT(Discrete Fourier Transformation) 코드북으로부터 도출된 M개의 직교 단위 놈 벡터들(orthogonal unit norm vectors)을 포함하여 2^L이고, 여기서 M은 전송 안테나 수이다;

2) 각각의 코드워드에 대한 파티션 영역을 계산하고 트레이닝 샘플들의

개의 서브세트들을 획득한다;

3) 레벨

에 대해, 예를 들면 LBG 알고리즘을 이용하여 각각의 서브세트에 대해 2개의 벡터들을 가진 최적의 코드북을 계산하고 각각의 서브세트를 2개의 서브세트들로 분리한다.

도 1은 계층적 코드북의 코드워드 배열을 표현하는 계층적 트리(바이너리 트리) 구조를 도시한다. 도면에서 각각의 점선은 하나의 레벨을 표현하고, 실선 및 점선의 교차에서의 점은 그 레벨에서의 코드워드를 표현한다. 제 1 레벨이 2개의 코드워드들을 가지고, 제 2 레벨이 4개의 코드워드들을 가지고, 제 3 레벨이 8개의 코드워드들을 가지고, 제 L 레벨이 2^L의 코드워드들을 가지는 등을 알 수 있다. 도면의 바이너리 트리로부터, 계층적 코드북 공간의 계층적 파티션은 직관적으로 보일 수 있다.

그러나, 상기 생성된 아주 새로운 계층적 코드북은 LTE 10과 같은 표준에 의해 거의 수용되지 않는다. 한편, 이러한 계층적 코드북은 많은 회사들의 관점에서 매우 요구되는 일정한 모듈러, 일원화(unitary), 내포된 구조, 한정된 알파벳 등과 같은 양호한 코드북 속성들을 상속하지 않는다(3GPP Tdoc R1-101674, NTT Docomo의 "Views on Codebook Design for Downlink 8Tx MIMO" 참조). 한편, LTE R10은 2010년 말에 종료될 것이고, 이러한 새로운 코드북을 규정하기 위해 충분한 총력들을 기울이기에는 남아있는 시간대가 너무 촉박하다(LTE R8 코드북을 규정하는데 약 2년이 걸렸다).

이 경우, 생성된 코드북이 기존의 양호한 코드북 속성들뿐만 아니라 채널 피드백 정확도를 개선하는 계층적 코드북의 강점들을 상속하도록 개선된 계층적 코드북 생성 방법을 포함하는 새로운 채널 상태 정보 피드백 솔루션을 제안하는 것이 바람직하고; 대응적으로, 이것은 LTE R10에 의해 지원되는 계층적 피드백 솔루션을 획득하기 위해 코드북의 후속 애플리케이션을 제공하도록 개선된 피드백 시그널링 메커니즘을 더 포함한다.

본 발명의 제 1 양태에 따라, 계층적 코드북을 이용하여 채널 상태 정보 피드백을 수행하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은:

계층적 코드북을 생성하는 단계;

생성된 계층적 코드북을 전송단 및 수신단에 각각 구성하는 단계; 및

계층적 코드북에 기초하여 수신단으로부터 전송단으로 채널 상태 정보를 피드백하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 방법에서 계층적 코드북 생성 단계는:

ⅰ) 베이직 코드북에 기초하여 생성될 코드북에서의 각 레벨의 코드워드를 다수의 세그먼트들로 분할하는 단계;

ⅱ) 제 1 스테이지에서, 베이직 코드북으로부터 선택되는 각 레벨의 코드워드들을 생성하는 단계; 및

ⅲ) 다른 스테이지들에서, 미리 제공된 트레이닝 샘플 매트릭스로부터 선택되는 각 레벨의 코드워드들을 생성하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게, 계층적 코드북에 기초하여 수신단으로부터 전송단으로 채널 상태 정보를 피드백하는 단계는:

계층적 코드북에 트리 탐색을 수행하기 위한 시그널링을 표현하기 위해 피드백 비트들의 제 1 비트 및 제 2 비트를 이용하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 제 2 양태에 따라, 계층적 코드북을 이용하여 채널 상태 정보 피드백을 수행하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은:

계층적 코드북을 생성하도록 구성된 모듈;

생성된 계층적 코드북을 전송단 및 수신단에 각각 구성하도록 구성된 모듈; 및

계층적 코드북에 기초하여 수신단으로부터 전송단으로 채널 상태 정보를 피드백하도록 구성된 모듈을 포함한다.

바람직하게, 상기 시스템에서 계층적 코드북을 생성하도록 구성된 모듈은:

ⅰ) 베이직 코드북에 기초하여 생성될 코드북에서의 각 레벨의 코드워드들을 다수의 세그먼트들로 분할하도록 구성된 모듈;

ⅱ) 제 1 스테이지에서, 베이직 코드북으로부터 선택되는 각 레벨의 코드워드들을 생성하도록 구성된 모듈; 및

ⅲ) 다른 스테이지들에서, 미리 제공된 트레이닝 샘플 매트릭스로부터 선택되는 각 레벨의 코드워드들을 생성하도록 구성된 모듈을 더 포함한다.

바람직하게, 계층적 코드북에 기초하여 수신단으로부터 전송단으로 채널 상태 정보를 피드백하도록 구성된 모듈은:

계층적 코드북에 트리 탐색을 수행하기 위한 시그널링을 표현하기 위해 피드백 비트들의 제 1 비트 및 제 2 비트를 이용하도록 구성된 모듈을 더 포함한다.

본 발명의 제 3 양태에 따라, 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다. 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 프로그램 명령을 저장하는 컴퓨터 이용 가능한 매체를 포함하고, 컴퓨터 프로그램 명령은 컴퓨팅 장치 상에서 실행할 때, 컴퓨팅 장치가 상기 방법을 구현할 수 있게 한다.

본 발명의 제 4 양태에 따라, 통신 시스템이 제공된다. 통신 시스템은 계층적 코드북을 이용하여 채널 상태 정보 피드백을 위한 시스템을 포함한다.

본 발명의 채널 상태 정보 피드백 방법을 이용함으로써, 계층적 코드북의 개선된 피드백 정확도의 이점이 활용될 뿐만 아니라, 계층적 코드북이 기존의 LTE R8과의 호환 가능성이 가능해지고, 그에 의해 양호한 코드북 속성들을 상속한다; 또한, 개선된 피드백 시그널링을 통해, 제한된 피드백 비트들로 더 큰 코드북을 인덱싱하는 효과가 실현된다.

본 발명의 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조하여 다음의 상세한 기술을 통해 더욱 쉽게 이해될 수 있다.

도 1은 종래 기술의 계층적 코드북 생성 방법의 바이너리 트리 구조 표현을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 스테이지화된 계층적 코드북 생성 방법에 따른 코드북을 생성하기 위한 바이너리 트리에 의해 표현된 바이너리 시스템 구성 처리를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 스테이지화된 계층적 코드북 생성 방법의 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 채널 상태 정보 피드백을 위한 방법의 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 채널 상태 정보 피드백을 위한 방법을 구현할 수 있는 MIMO 통신 시스템의 도면.

이들 도면들 및 후속 기술은 단지 예시적인 본 발명의 양호한 실시예들에 관련된다. 후속 예시로부터, 여기에 개시된 구조들 및 방법들의 대안적인 실시예들을 실현 가능한 대안적인 방식들로서 간주하기가 용이하고, 이들 대안적인 방식들은 청구된 바와 같은 본 발명의 원리를 벗어나지 않고 이용될 수 있음을 유념해야 한다.

이제, 본 발명의 여러 실시예들이 상세히 참조될 것이고, 이들의 예들은 도면들에 도시된다. 유사하거나 동일한 참조 번호들이, 가능하다면, 도면들에서 이용될 수 있고, 이들 도면들은 예시의 목적들로 본 발명의 실시예들을 예시할 뿐임을 유념해야 한다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 후속 기술로부터, 여기에 기술된 구조들 및 방법들의 대안적인 실시예들이 여기에 기술된 발명 원리를 벗어나지 않고 마찬가지로 이용될 수 있음을 알 것이다.

본 발명에서 제공된 채널 상태 정보 피드백을 위한 방법은 코드북 생성 및 시그널링 피드백의 두 양태들로부터 개선한다.

본 발명의 스테이지화된 계층적 코드북 생성 방법에서, 코드북 생성 제약들이 개별적 스테이지들에 각각 미리 규정된다. 특히, 계층적 코드워드 트리에서의 코드워드들의 제 1 스테이지는 일부 생성 제약들, 예를 들면 일정한 모듈로, 일원화, 내포된 구조, 한정된 알파벳 등의 양호한 코드북 속성들을 만족하기 위해 생성된다; 계층적 코드워드 트리에서의 코드워드들의 다른 스테이지들은 다른 생성 제약들, 예를 들면 최적의 성능 이득을 제공하기 위해 발생된다. 대응적으로, 다수의 피드백 간격들 동안에 이용되는 PMI 피드백 방식은 개별 스테이지들에서 상이한 코드북 속성들의 완전한 이용을 취하기 위해 의도적으로 설계되어야 함을 유념해야 한다.

스테이지화된 계층적 코드북의 생성

이제, 본 발명의 스테이지화된 계층적 코드북의 생성의 하나의 양호한 실시예가 랭크 1을 가진 LTE R10 4Tx 코드북 생성(즉, 4개의 전송 안테나들)에 대해 기술될 것이다. 이 실시예는 스테이지화된 계층적 코드북이 양호한 코드북 속성들 및 피드백 정확도를 가질 뿐만 아니라 LTE R8 코드북에 대한 양호한 역호환 가능성도 가지는 것을 분명히 보여준다.

이 예에서, 전송 안테나들의 수 M=4 및 계층적 코드북 트리의 최대 비트 수 B_max=12가 주어지면, 계층적 코드북은 다음의 단계들을 통해 단계들에서 생성된다.

(1) 스테이지화된 코드북 생성 제약들을 미리 규정하는 단계

이 예에서, 2 스테이지 생성 제약들이 미리 규정된다. 제 1 스테이지에 대한 타겟들은 양호한 코드북 속성들 및 역 호환 가능성이고, 제 2 스테이지에 대한 타겟은 성능 이득 최적화이다. 속성들에 관한 특정 요건들에 따라, 생성될 코드북은 또한 상이한 스테이지들에 대한 상이한 코드북 생성 제약들을 미리 규정하기 위해, 더 많은 스테이지들로 분할될 수 있음을 알아야 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이 예에서, 코드북 생성은 2 스테이지들로 분할되고, 여기서 1-4 레벨들이 제 1 스테이지이고, 5-12 레벨들이 제 2 스테이지이다.

(2) 제 1 스테이지는 LTE R8 코드북에 대응하는 코드워드들의 4개의 레벨들을 생성하는 것을 포함한다. 더 많은 레벨들이 확장될 수 있음을 알아야 한다.

번째 레벨에서의

번째 코드워드는

로 표시되고, 여기서

,

이다. LTE R8 코드북에 대한 역 호환 가능성 및 양호한 코드북 속성들을 캡처하기 위해, 이 단계에서 코드북 생성은 LTE R8 코드북(3GPP TS36.211 참조), 예를 들면 [표 1]의 코드북

에 기초할 것이다. 당연히, 상이한 코드북 속성들은 다른 코드북들에 기초하여 캡처될 수 있음을 알아야 한다.

코드북 인덱스
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

4Tx(즉, 4개의 전송 안테나들) 및 랭크 1에 대한 LTE R8 코드북 생성

a) 레벨

에서, 코드워드 쌍

이 [표 1]의 베이스 코드북

으로부터 특정 성능 메트릭(예를 들면, 용량 최대화, 최소 평균 제곱 에러(MMSE), 최소 거리, 최대 신호대 잡음비, 최대 신호대 간섭 잡음비, 및 최대 신호대 간섭비 등)에 기초하여 제 1 레벨에서 2개의 코드워드들로서 선택된다. 당연히, 이러한 선택을 수행하기 위해 LBG 알고리즘이 이용될 수 있다. LBG 알고리즘은 특정 반복 알고리즘 및 트레이닝 벡터 세트를 통해 최적의 코드북에 근사한 알고리즘이다. LBG 알고리즘이 이용되는 경우 채널 매트릭스 트레이닝 샘플들의 특정 수가 미리 주어져야 함을 유념해야 한다.

b) 트레이닝 샘플들의 파티션 영역들은 단계 a)에서 선택된 코드워드들의 각각에 대해 계산되고, 트레이닝 샘플들의 2개의 서브세트들이 획득된다.

c) 스테이지 1에서 다른 레벨들 i = 2, 3, 또는 4에 대해, LBG 알고리즘은 각각의 서브세트를 2개의 서브세트들로 더 분할하기 위해, 각각의 서브세트에 대해 2개의 벡터들을 가진 베이스 코드북

로부터 최적의 코드워드 쌍

을 계속 선택하기 위해 이용된다.

이 스테이지에서의 생성 동안, M.Trivellato, F.Boccardi, 및 H.Huang에 의해 논문 "On transceiver generation and channel quantization for downlink multiuser MIMO systems with limited feedback" (2008년 10월, 제26권, 제 8번, IEEE Journal on selected Areas in communications)에서의 이전에 언급된 계층적 코드북에 관해, 코드워드들이 LTE R8 코드북으로부터 모두 선택되기 때문에, 획득된 코드북은 최적이 아닐 수 있다. 그 이유는 코드워드들이 추적중인 성능 타겟들에 기초하여 단지 랜덤하게 선택되는 것이 아니고, 선택 범위가 베이스 코드북(즉, LTE R8)에 대한 코드북에 제한된다는 것이다. 그러나, 이러한 실행의 결과는 획득된 코드북이 LTE R8 코드북에 호환 가능하고, 그에 의해 일정한 모듈러, 일원화, 내포된 구조, 한정된 알파벳 등과 같은 양호한 코드북 속성들을 가진다는 것이다.

(3) 제 2 스테이지는 나머지 레벨들, 예를 들면

를 포함한다. 이 스테이지에서, 타겟은 일정한 모듈러, 한정된 알파벳과 같은 양호한 코드북 속성들에 대한 코드북 생성 제약들을 적용하기 위한 것이 아니라, 시스템의 성능 이득을 최대로 최적화하기 위한 것이다. 따라서, 이 스테이지는 LTE R8 코드북과 같은 베이스 코드북에 기초하는 것이 아니라 더 큰 코드북 공간에서 최적의 코드워드들을 선택할 것이다.

d) 레벨

에서, 파티션 영역들은 이 레벨에서의 각각의 코드워드에 관해 계산되고, 트레이닝 샘플들의

개의 서브세트들이 획득된다.

e) 레벨

에서, 최적화 코드북은 제 1 스테이지에서의 성능 메트릭들과 동일하거나 상이한 성능 메트릭들(예를 들면, 용량 최적화, 최소 평균 제곱 에러(MMSE), 최소 거리, 최대 신호대 잡음비, 최대 신호대 간섭 잡음비, 및 최대 신호대 간섭비 등)에 기초하여 LBG 알고리즘을 이용하여 계산되고; 각각의 서브세트는 2개의 벡터들을 가지고 2개의 서브세트들로 더 분리된다.

제 2 스테이지의 생성에 따라, 상기 종래 기술의 계층적 코드북 생성 방법에 적어도 부분적으로 기초하여 코드북의 다른 레벨들이 생성되고, 그에 의해 획득된 코드북은 계층적 코드북으로서 피드백 정확도를 향상시키는 이점을 가진다. 이제, 본 발명에 따른 스테이지화된 계층적 코드북 생성 방법은 계층적 코드북의 이점과 LTE R8 코드북의 호환 가능성 사이의 최적의 트레이드오프를 달성한다. 이러한 생성 솔루션은 확실히 더욱 실용적이고 현재 더욱 양호하다.

상기 언급된 바와 같이, 트리 구조를 가진 코드북 생성은 피드백 오버헤드들을 극적으로 감소시키기 위해 시간-관련된 MIMO 채널에 적용될 수 있다. 즉, 계층적 트리 구조를 이용하여 코드북을 생성함으로써, 저속 이동 단말을 가진 시스템은 주어진 수의 피드백 비트들로 시스템 처리량을 개선할 수 있다. 프리코딩을 수행할 때, 전송단은 수신단으로부터 인덱스 미리 규정된 코드북에 포함된 프리코딩 벡터들의 세트의 제한된(제한된 대역폭) 피드백 비트들을 통해 채널 상태 피드백을 획득한다.

PMI 피드백( PMI Feedback )

본 발명은 또한 PMI 데이터 전송을 위한 리던던트 시그널링 비트의 완전한 이용을 취하기 위해 유연한 피드백 시그널링 생성을 제공한다. 이러한 수정은 시그널링 비트수 및 시그널링 포맷의 개선된 할당으로 인해 계층적 피드백의 성능들을 개선할 뿐만 아니라, 섹션 1에 도입된 바와 같은 스테이지화된 계층적 코드북 구조에서 상이한 코드북 속성들의 완전한 이용을 취한다.

피드백 간격

에서, 기지국 및 사용자 기기 둘다가 가변 길이

의 바이너리 워드로 표현되는 양자화된 재구성된 벡터

를 공유한다고 가정한다. 간격

에서, 사용자 기기는 현재 채널 매트릭스에 대한

비트들의 최상의 코드워드

를 선택하기 위해 선형 또는 트리 탐색을 이용하고,

의 바이너리 표현들의 제 1

비트들과

을 비교한다. 비교는 두 시퀀스들 사이의 매치(다운 케이스), 부분적으로 매치(업 케이스 I) 및 비매치(업 케이스 II)에 대응하는 세 가지 케이스들을 유발한다.

피드백 비트의 포맷은 다음과 같이 규정된다:

을 시간 간격

에서 UE에 의해 피드백된

비트들의 바이너리 워드로 한다. 제 1 또는 제 2 비트(

또는

)는 시그널링을 위해 이용되고, 시그널링 포맷은 [표 2]에 규정된다. 표에 도시된 바와 같이,

인 경우에만,

는 시그널링을 의미한다; 그렇지 않으면,

는 코드워드를 인덱싱하기 위한 데이터이다.

i₁（n）	i₂（n）	시그널링
0	0 또는 1은 PMI 인덱스용이다	다운 케이스
1	0	업 케이스 I
1	1	업 케이스 II

시그널링 포맷

상기 세가지 케이스들에 대응하여, 다음의 비트들이 다음의 단계들을 통해 결정된다:

1. 다운 케이스: 이 케이스는

과 연관된

MIB 비트들이

과 연관된

비트들과 동일할 때 발생한다. 이 케이스에서, 채널 상태 정보는

-비트들 코드워드의 다른

비트들의 피드백을 통해 개선된다. 이들 부가의 비트들은

레벨들에 의해 양자화 트리로 하행함으로써 획득된다. 이것은

와 연관된 코드워드의 위치들

에서 비트들을 피드백함으로써 수행된다. 또한,

이다.

2. 업 케이스 I: 이 케이스는

과 연관된

비트 코드워드의

MIB 비트들이

과 연관된

MIB 비트들과 동일할 때 발생한다. 이 케이스에서,

비트들은 이전 피드백을 업데이트하기 위해 피드백되고, 이것은 채널들이 시간 간격

및 시간 간격

동안 높게 상관되는 경우에 유리하다. 이들 부가의 비트들은

레벨들에 의해 양자화 트리로 상향함으로써 획득된다. 이것은

과 연관된 코드워드의 위치들

에서 비트들을 피드백함으로써 수행된다. 또한, [표 2]에 따라, [1 0]의 부가의 2-비트가 시그널링으로서 첨부될 것이다.

3. 업 케이스 II: 이 케이스는

과 연관된

MIB 비트들이

과 연관된

MIB 비트들과 동일하지 않을 때 발생한다. 이 케이스에서,

비트들은 이전 피드백을 대신하기 위해 이용될 것이다. 이들 부가의 비트들은

레벨들을 양자화 트리로 하향함으로써 획득된다. 이것은

과 연관된 코드워드의 위치들

에서 비트들을 피드백함으로써 수행된다. 또한, [표 2]에 따라, [1 1]의 부가의 2-비트가 시그널링으로서 첨부될 것이다.

또한, 피드백에서의 제 1 비트는, 즉, 두가지 원인들을 표현하기 위해 제 2 비트를 이용하여 바이너리 트리에 대한 상향 검색을 수행하는 경우에 1과 동일하다: B-2의 비트들로 이전이 피드백을 업데이트하는 것에 대응하는 하나의 경우, 즉,

과 연관된 코드워드의 위치

에서 비트를 피드백하는 경우, 및 이전의 피드백을 B-2 비트들로 대체하는 것에 대응하는 다른 경우, 즉,

과 연관된 코드워드의 위치

에서 비트를 피드백하는 경우.

이전에 언급된 바와 같이, 피드백 비트들의 제 1 및 제 2 비트들은 계층적 코드북의 바이너리 트리에 관한 최상의 코드워드들의 시그널링 표현들을 검색하는 방법에 이용된다. 선행 타임 슬롯과 후속하는 타임 슬롯 사이의 높은 상관의 경우에, 2개의 시그널링 비트들은 선행 및 후속 타임 슬롯들의 비트 시퀀스들 사이의 매칭 관계를 표현하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 각각의 시간 간격을 예로서 6-레벨 바이너리 트리 및 3비트들 피드백을 이용한다. 현재 제 4-레벨 코드워드 0001에서 시작하여, 상위 하나 또는 여러 레벨들의 모든 코드워드들 및 하위 레벨 코드워드 0001의 후방 코드워드는 모두 다음 시간 간격에 대한 모든 후보 코드워드들이다. 0000이 최상의 코드워드인 경우, 피드백 100을 이용하여 표현되고, 여기서 제 1 비트는 바이너리 트리 상의 상향 검색을 표현하고, 제 2 비트는 공급된 비트가 선행 시간 간격의 코드워드를 업데이트하기 위한 것임을 표현하고, 제 3 비트는 이전 시간의 코드워드를 대신하기 위한 것이다; 000110이 최상의 코드워드인 경우, 010을 피드백함으로써 표현되고, 여기서 제 1 비트는 바이너리 트리 상에서 하향 검색을 수행하는 것을 표현하고, 제 2 비트 및 제 3 비트들 10은 후속 레벨에서의 후보 코드워드들에서 선택된 코드워드들을 표현한다.

도 3은 본 발명에 따른 스테이지화된 계층적 코드북 생성 방법의 흐름도를 도시한다. 단계(S301)에서, 생성 처리가 시작한다.

단계(S302)에서, 코드워드는 다수의 스테이지들로 분할되고, 코드북 생성 제약이 각각의 스테이지에 대해 미리 규정된다. 예를 들면, 제 1 스테이지에 대해, 만족되어야 할 생성 제약은 베이직 코드북의 역 호환 가능성 및 양호한 코드북 속성들을 상속하는 것이다. 바람직하게, 베이직 코드북은 LTE R8 코드북이다.

단계(S303)에서, 제 1 스테이지의 코드북 코드워드가 생성된다. 상술된 바와 같이, 전송 안테나들의 수가 4이고 피드백 비트들의 최대수가 12라고 가정하면, 제 1 스테이지는 코드북 코드워드들의 제 1 레벨 내지 제 4 레벨을 생성해야 하고, 여기서 각각의 레벨의 최상의 코드워드는 LTE R8 코드북의 역 호환 가능성을 보장하기 위해, 베이직 코드북 LTE R8 4Tx 코드북 {u_k}으로부터 선택된다.

단계(S304)에서, 제 2 스테이지의 코드북 코드워드가 생성된다. 상술된 바와 같이, 나머지 5 레벨 내지 12 레벨이 생성되고, 여기서 각각의 레벨에서의 최상의 코드워드가 모든 트레이닝 샘플들의 미리 결정된 매트릭스에 기초하여 선택된다.

예를 들면, 단계(S303) 및 단계(S304)에서, 각각의 레벨에 대한 코드워드들은 특정 성능 메트릭에 기초하여 트레이닝 샘플 또는 베이직 코드북으로부터 선택된다. 바람직하게, 특정 성능 메트릭은 용량 최대화, 최소 평균 제곱 에러, 최소 거리, 최대 신호대 간섭비, 최대 신호대 간섭 잡음비, 및 최대 신호대 간섭비 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

다른 예로서, 단계(S303) 및 단계(S304)에서, LBG 알고리즘은 베이직 코드북 또는 트레이닝 샘플들로부터 각각의 레벨에 대해 코드북들을 선택하도록 이용될 수 있다.

단계(S305)에서, 코드북 생성이 완료된다.

이제, 도 4를 참조하여, 이것은 본 발명에 따라 채널 상태 정보 피드백 방법(400)의 흐름도를 도시한다.

단계(S401)에서, 채널 상태 정보 피드백 처리를 시작한다.

단계(402)에서, LTE R8과 호환 가능한 LTE R10 계층적 코드북이 도 3에 도시된 바와 같이 스테이지화된 계층적 코드북 생성 방법에 기초하여 생성된다. 상기 언급된 바와 같이, 계층적 코드북은 양호한 코드북 속성들을 상속하고 최적화된 시스템 성능 이득을 제공할 수 있다.

단계(S403)에서, 생성된 LTE R10 계층적 코드북은 전송단 예를 들면 기지국과 수신단 예를 들면 사용자 단말에 구성된다.

상기에 언급된 바와 같이, 제한된 업링크 대역폭은 단지 소량의 피드백 비트들을 각각의 시간 간격마다 리턴하도록 허용한다. 통상적으로, 피드백 비트들은 코드북(전송기 및 모든 수신기들에 알려져 있음)에서 벡터들(즉, 코드워드들)의 그룹을 인덱싱하기 위한 것이다. 예를 들면, B 개의 비트들은 2B 개의 벡터들을 가진 코드북을 인덱싱하기 위해 이용될 수 있다. M개의 안테나들을 가진 전송기에 대해, 코드북에서의 각각의 코드워드는 M-차원 벡터이고, 이것은 MIMO 채널을 기술할 수 있다. 양호한 코드북은 경험된 채널들을 효과적으로 커버하는 코드워드들의 조합을 포함할 것이고, 빔형성 기능이 이들 벡터들로부터, 예를 들면 이들 벡터들의 특정 종류의 선형 조합으로서 도출된다. 코드북 생성은 다양한 종류들의 대량의 채널 환경들에 대해 오프라인으로 생성된다. 오프라인 생성된 코드북을 기지국 및 사용자 단말에 구성함으로써, 기지국 및 사용자 단말은 제한된 피드백 비트들로 동일한 코드북을 인덱싱할 수 있고 채널 상태 정보를 공유할 수 있다. 본 기술분야에 알려진 방법들을 공유하는 다양한 종류들의 코드북은 기지국과 사용자 단말에 생성된 코드북을 구성하기 위해 이용될 수 있고, 그에 의해 계층적 코드북의 초기 구성을 구현한다.

단계(S404)에서, 코드북에서의 특정 코드워드를 인덱싱하기 위한 피드백 비트들은 상기 피드백 시그널링 메커니즘에 따라 구성된 코드북에 기초하여 수신단(예를 들면, 사용자 단말)에서 전송단(예를 들면, 기지국)으로 전달된다. 상기 언급된 바와 같이, 제한된 업링크 대역폭은 단지 각각의 시간 간격마다 소량의 피드백 비트들을 리턴하도록 허용한다. 통상적으로, 피드백 비트들은 코드북(전송기 및 모든 수신기들에 알려져 있음)에서 벡터들(즉, 코드워드들)의 그룹을 인덱싱하기 위한 것이다. 예를 들면, B 개의 비트들은 2B 개의 벡터들을 가진 코드북을 인덱싱하기 위해 이용될 수 있다. M개의 안테나들을 가진 전송기에 대해, 코드북에서의 각각의 코드워드는 M-차원 벡터이고, 이것은 MIMO 채널을 기술할 수 있다. 양호한 코드북은 경험된 채널들을 효과적으로 커버하는 코드워드들의 조합을 포함할 것이고, 빔형성 기능이 이들 벡터들로부터, 예를 들면 이들 벡터들의 특정 종류의 선형 조합으로서 도출된다. 사용자 단말이 현재 채널 상태에 대응하는 PMI 데이터를 기지국에 피드백할 때, 기지국은 후속 프리코딩 및 다운링크 데이터 전송을 위한 데이터를 활용할 수 있다. 단계(403)의 특정 구현은 본 발명에 따라 상술된 개선된 PMI 피드백 시그널링 메커니즘에 기초하여 수행될 수 있다.

단계(S405)에서, 채널 상태 정보 피드백 처리가 종료된다.

도 5는 본 발명의 채널 상태 피드백 방법을 구현할 수 있는 MIMO 통신 시스템의 개략도를 도시한다. 통신 시스템(500)은 다수의 기지국들(501) 및 다수의 사용자 단말들(502)을 포함한다. 간략화를 위해, 도면은 하나의 기지국 및 하나의 단말만을 도시한다. 본 발명의 컨텍스트에서, 기지국(501) 및 사용자 단말(502) 둘다는 계층적 코드북을 생성하기 위해 이용될 수 있고 통신 당사자들에게 생성된 코드북을 전달한다. 전송기 및 수신기 둘다가 동일한 코드북을 동시에 유지한 후에, 사용자 단말(502)은 업링크를 통한 피드백을 이용하여, 즉 코드북에서 특정 단어를 인덱싱하여 PMI 데이터를 기지국(501)에 전송한다. 기지국(501)이 관련 채널 상태 정보를 수신한 후에, 피드백에 기초하여 채널 재확립을 수행한다.

계층적 코드북은 본 발명의 신규하지만 효과적인 방법을 통해 개선된다. 스테이지마다 상이한 코드북 생성 제약들을 가진 스테이지화된 코드북 생성을 통해, 결과로서 생긴 계층적 코드북은 양호한 코드북 속성들과 성능들 사이에서 양호한 트레이드 오프를 달성할 수 있다. 이러한 코드북 속성들은 UE/eNB PMI/CQI 계산 복잡성을 감소시키는 것, 강력한 간섭 측정들, 전력 증폭기의 효과적인 사용, 랭크 적응성 등에 종종 중요하다. 또한, LTE R8 코드북은 LTE R10의 필수적인 부분이고, 본 발명에 따른 스테이지화된 계층적 코드북은 양호한 역 호환 가능성을 제공하여, 이에 기초한 결과로서 생긴 계층적 피드백이 더욱 쉬워지고, LTE R10에서 지원되는 것이 현실적이다.

본 발명에 따른, 채널 상태 정보 피드백 방법은 다음의 이점들을 가진다:

1. 계층적 코드북의 제 1 스테이지에서 일정한 모듈로, 한정된 알파벳, 일원화, 내포된 구조 등과 같은 양호한 코드북 속성들을 가진다.

2. 제 1 스테이지 생성은 LTE R8 코드북과의 역 호환 가능성을 보장한다. 이것은 LTE R8 코드북이 R10 코드북 생성에 대한 베이스라인이고, 본 발명에 따른 방법은 계층적 피드백에 대한 유연하지만 효과적인 역 호환 가능성을 제공한다.

3. 일부 경우들에서 피드백 방식들을 개선하기 위한 개선된 시그널링 메커니즘(예를 들면, 이전 타임슬롯과 연속 타임슬롯 사이의 높은 상관).

DL MU-MIMO (downlink multi-user terminal multi-in multi-out)에 대한 피드백 정확도를 개선하는 것은 3GPP LTE-A에서의 가장 중요한 부분 중 하나이다. 계층적 피드백 방법은 이 토픽에 대한 양호한 후보이다. 이 발명에서의 방법의 효과를 고려하면, 미래의 LTE-A 무선 시스템들에 이용되기에 매우 적합하다.

도면들을 참조한 본 발명의 기술에서, 도면은 기지국으로부터 사용자 단말로의 다운링크 시나리오를 예로서 취함을 유념해야 한다.

본 발명의 다양한 실시예들은 사용자 단말로부터 기지국으로의 업링크 시나리오를 또한 서빙할 수 있음을 유념해야 한다. 즉, 본 발명은 수신단으로부터 전송단으로 채널 정보를 피드백하는 임의의 시나리오에 적용될 수 있고, 전송단은 기지국, 중계국, 및 사용자 단말일 수 있고; 수신 단말은 기지국은 기지국, 중계국, 및 사용자 단말일 수 있다.

이 개시내용의 판독을 통해, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 개선된 스테이지화된 계층적 코드북 생성 방법 및 연관된 PMI 피드백 방법을 포함하는 채널 상태 정보 피드백 솔루션임을 알 것이다. 본 발명의 양호한 실시예들 및 응용들이 본 명세서에 도시되고 기술되었지만, 본 발명은 본 명세서에 개시된 바와 같은 정확한 단계들 및 기능들에 제한되지 않고, 본 기술분야의 통상의 기술자들에게는 첨부된 청구항들에 의해 규정된 발명의 본질 및 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 개시된 바와 같은 본 발명의 방법 단계들 및 기능적 모듈들에 대한 다양한 수정들, 대안들, 및 변경들이 명백함을 알아야 한다.

Claims

계층적 코드북을 이용하여 채널 상태 정보 피드백을 수행하는 방법에 있어서:
계층적 코드북을 생성하는 단계;
상기 생성된 계층적 코드북을 전송단 및 수신단에 각각 구성하는 단계; 및
상기 계층적 코드북에 기초하여 상기 수신단으로부터 상기 전송단으로 상기 채널 상태 정보를 피드백하는 단계를 포함하고,
상기 계층적 코드북 생성 단계는:
ⅰ) LTE R8 코드북에 기초하여 생성될 코드북(to-be-generated codebook)에서 코드워드의 각각의 레벨을 다수의 세그먼트들로 분할하는 단계;
ⅱ) 제 1 스테이지에서, 상기 LTE R8 코드북으로부터 선택되는 코드워드의 각각의 레벨을 생성하는 단계; 및
ⅲ) 다른 스테이지들에서, 미리 제공된 트레이닝 샘플 매트릭스로부터 선택되는 코드워드의 각각의 레벨을 생성하는 단계를 더 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 단계 ⅰ)와 상기 단계 ⅱ) 사이에:
각각의 분할된 스테이지에 대해, 상기 스테이지에 대한 타겟에 따라 코드북 생성 제약들을 미리 규정하는 단계를 더 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 스테이지에 대한 상기 코드북 생성 제약들은 상기 LTE R8 코드북과의 호환 가능성 또는 양호한 코드북 속성들의 상속(inherit)을 포함하고,
상기 다른 스테이지들에 대한 상기 코드북 생성 제약들은 시스템 성능들을 최적화하는 것을 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 방법.
제 1 항에 있어서,
각각의 레벨에 대한 코드워드가 특정 성능 매트릭(particular performance metric)에 기초하여 상기 트레이닝 샘플들로부터 또는 상기 LTE R8 코드북으로부터 선택되는, 채널 상태 정보 피드백 수행 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 특정 성능 매트릭은: 용량 최대화, 최소 평균 제곱 에러(minimum even square error), 최소 거리, 최대 신호대 잡음비, 최대 신호대 간섭 잡음비, 최대 신호대 간섭비 중 하나를 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 계층적 코드북에 기초하여 상기 수신단으로부터 상기 전송단으로 상기 채널 상태 정보를 피드백하는 단계는:
상기 계층적 코드북에 트리 탐색을 수행하기 위한 시그널링을 표현하기 위해 상기 피드백 비트들의 제 1 비트 및 제 2 비트를 이용하는 단계를 더 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 계층적 코드북에 기초하여 상기 수신단으로부터 상기 전송단으로 상기 채널 상태 정보를 피드백하는 단계는:
현재 피드백 시간 간격 n의 벡터의 바이너리 워드와 선행 시간 간격 n-1의 벡터의 바이너리 워드를 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과에 기초하여 상기 피드백 비트를 결정하는 단계를 더 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 방법.
계층적 코드북을 이용하여 채널 상태 정보 피드백을 수행하기 위한 시스템에 있어서:
계층적 코드북을 생성하도록 구성된 모듈;
상기 생성된 계층적 코드북을 전송단 및 수신단에 각각 구성하도록 구성된 모듈; 및
상기 계층적 코드북에 기초하여 상기 수신단으로부터 상기 전송단으로 상기 채널 상태 정보를 피드백하도록 구성된 모듈을 포함하고,
계층적 코드북을 생성하도록 구성된 상기 모듈은:
ⅰ) LTE R8 코드북에 기초하여 생성될 코드북에서의 코드워드의 각각의 레벨을 다수의 세그먼트들로 분할하도록 구성된 모듈;
ⅱ) 제 1 스테이지에서, 상기 LTE R8 코드북으로부터 선택되는 코드워드의 각각의 레벨을 생성하도록 구성된 모듈; 및
ⅲ) 다른 스테이지들에서, 미리 제공된 트레이닝 샘플 매트릭스로부터 선택되는 코드워드의 각각의 레벨을 생성하도록 구성된 모듈을 더 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 시스템.
삭제
제 9 항에 있어서,
각각의 분할된 스테이지에 대해, 상기 스테이지에 대한 타켓에 따라 코드북 생성 제약들을 미리 규정하도록 구성된 모듈을 더 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 스테이지에 대한 상기 코드북 생성 제약들은 상기 LTE R8 코드북과의 호환 가능성 또는 양호한 코드북 속성들의 상속을 포함하고,
상기 다른 스테이지들에 대한 상기 코드북 생성 제약들은 시스템 성능들을 최적화하는 것을 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 스테이지에서의 코드워드의 각각의 레벨을 생성하도록 구성된 상기 모듈 및 다른 스테이지들에서의 코드워드의 각각의 레벨을 생성하도록 구성된 상기 모듈은 특정 성능 매트릭에 기초하여 상기 트레이닝 샘플들로부터 또는 상기 LTE R8 코드북으로부터 각각의 레벨에 대한 코드워드를 선택하고,
상기 특정 성능 매트릭은 용량 최대화, 최소 평균 제곱 에러, 최소 거리, 최대 신호대 잡음비, 최대 신호대 간섭 잡음비, 최대 신호대 간섭비 중 하나를 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 계층적 코드북에 기초하여 상기 수신단으로부터 상기 전송단으로 상기 채널 상태 정보를 피드백하도록 구성된 상기 모듈은:
상기 계층적 코드북에 트리 탐색을 수행하기 위한 시그널링을 표현하기 위해 상기 피드백 비트들의 제 1 비트 및 제 2 비트를 이용하도록 구성된 모듈을 더 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 계층적 코드북에 기초하여 상기 수신단으로부터 상기 전송단으로 상기 채널 상태 정보를 피드백하도록 구성된 상기 모듈은:
현재 피드백 시간 간격 n의 벡터의 바이너리 워드와 선행 시간 간격 n-1의 벡터의 바이너리 워드를 비교하도록 구성된 모듈; 및
상기 비교 결과에 기초하여 상기 피드백 비트를 결정하도록 구성된 모듈을 더 포함하는, 채널 상태 정보 피드백 수행 시스템.
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