KR101704391B1 - 무선 통신들을 위한 방법 및 시스템, 대응하는 네트워크 및 컴퓨터 프로그램 제품 - Google Patents

Abstract

다중-사용자 다중 입력-다중 출력(Multi-User Multiple Input - Multiple Output; MU-MIMO) 무선 통신 시스템은 복수의 부분집합들 또는 자원 블록들(Resource Blocks; RBs)로 배열되는 다중 서브캐리어들의 집합을 사용한다. 기지국(BS)으로부터 복수의 사용자 단말기들(UE1, UE2, UE3, ...)로 전송되는 신호들의 프리코딩은 상기 기지국과 상기 복수의 사용자 단말기들 사이의 연결 채널에 관한 채널 상태 정보(channel state information)(예를 들어, CSI)를 획득하는 것(30)을 포함한다. 채널 품질 지시자들(channel quality indicators)(예를 들어, CQI들 또는 명시적인 SINR 추정들)은 사용자 단말기들(UEl, UE2, UE3, ...)에 대해 RB들의 개개의 부분집합들에 대해 검출되어(18), 연관된 채널 품질 지시자들을 가지는 사용자/RB 쌍들을 생성하게 한다(20). 상기 사용자/RB 쌍들은 그것과 함께 연관된 상기 채널 품질 지시자들의 함수로서 선택(22)되게 하고, 프리코딩은 상기 채널 품질 지시자들의 함수로서의 선택, 그리고 가능한 한 다중-스테이지 선택 프로세스에서, 속력(14), 최대 비트 전송률(16), 도착 방향 또는 각 확산(26)과 같은 다른 파라미터들의 함수로서 다른 선택 단계들에서 생존한 상기 사용자/RB 쌍들만의 채널 상태 정보를 획득(30)함에 의해 수행된다.

Description

무선 통신들을 위한 방법 및 시스템, 대응하는 네트워크 및 컴퓨터 프로그램 제품{Method and system for wireless communications, corresponding network and computer program product}

이 개시는 무선(예를 들어, 라디오(radio)) 통신들에 관한 것이다.

이 개시는 소위 다중-사용자 다중 입력-다중 출력(Multi-User Multiple Input - Multiple Output; MU-MIMO) 기술을 이용하는 전송 시스템들에서 그것의 가능한 사용에 주목함으로써 고안되었다.

MU-MIMO 기술은 OFDM과 같은 다중-캐리어 라디오 통신 시스템들에 채택될 수 있는 다중-사용자 전송 기술이며, 통신 채널의 대역폭(bandwith)은 서브캐리어들(subcarriers)이라고 불리는 복수의 서브밴드들(sub-bands)로 나뉜다. 3GPP LTE-A(3^rd Generation Partnership Project Long Term Evolution-Advanced)와 같은 셀 방식(cellular) 시스템들에서, 서브캐리어들은 서브캐리어들의 집합의 복수의 부분집합들(물리적 자원 블록들(Physical Resource Blocks)-PRB들 또는 간단히 RB들이라고 불림)로 배열된다. MU-MIMO 시스템들에서, 주어진 주파수 자원은 다른 사용자들에 관계된 정보의 다중 스트림들(multiple streams)을 전송하기 위해 주어진 순간(instant)에 여러 번(multiple times) 재사용된다. 다중 스트림들은 공간적으로 분리된 안테나들에 의해 전송된 그리고 수신된 신호들에 의해 보이는 다른 공간(spatial) 전파 경로들 때문에 분리된다.

다운링크(downlink, DL) 전송 방향 - 기지국으로부터 사용자 기기들 쪽으로 임- 에서, MU-MIMO 시스템은 작동되어, 기지국(또는 노드 B)에 속하는 다중 전송 안테나들은 다중 사용자들에게 동일한 주파수 자원들상으로 전송하기 위해 사용된다.

첨부된 도면들 중 도 1은 MU-MIMO DL 연결의 여러 가지 가능한 토폴로지들(topologies)을 도식적으로 대표한다. 모든 도면들에서, BS는 기지국(base station)(노드 B)를 표시하고, 사용자 기기들(user equipments; UEs)은 UE1, UE2, UE3, ...로 표시된다.

구체적으로, 도 1의 (a) 부분은 같은 장소에 배치된(co-located) BS 전송기들 및 사용자당 단일 스트림을 나타낸다.

(b) 부분은 같은 장소에 배치된(co-located) BS 전송기들 및 사용자당 단일 또는 다중 스트림을 나타낸다.

(c) 부분은 분산된 공동 작용할 수 있는(coordinated) BS 전송기들 및 사용자당 단일 스트림을 나타낸다.

위 구성들(configurations) 모두에서, 각 사용자는 모든 사용자들을 위해 의도된 신호들의 혼합(mixture)[간섭(interference)을 겪은 것]을 수신한다. 간섭은 전송기에서 작동되는 프리코딩(precoding)에 의해 크게 제한될 것이다.

SU-MIMO(single-user MIMO) 시스템들과 대조적으로, MU-MIMO 시스템에서 DL 수신 안테나들은 동일한 단말기에 모두 속하지 않는다. 이 사실은 수신(reception)이 얻어지는 방식에서 차이를 만들고: SU-MIMO에서 모든 공간 스트림들은 공동으로 (또는 연속적으로) 디코딩되도록 구성되고, 전송 성능을 향상시킨다. 그 이유 때문에, 기지국에서 MU-MIMO 프리코딩을 작동하는 것은 MU-MIMO 시스템들에서 중요할 수 있다. MU-MIMO 프리코딩은 보통 다른 사용자들로 향하는 스트림들 사이의 간섭을 완화시키기 위한 목적을 가진다.

MU-MIMO 프리코딩은 다수의 특징들에 따라 분류될 수 있고, 예를 들어:

- 전송기에서 수행되는 작동들의 유형, 예를 들어, 선형(linear) 또는 비선형(non-linear)이다. Veljko Stankovic 및 Martin Haardt, IEEE 2008에 의한 "Generalized Design of Multi-User MIMO Precoding Matrices" 그리고 Giuseppe Caire 및 Shlomo Shamai, IEEE 2003에 의한 "On the Achievable Throughput of a Multiantenna Gaussian Broadcast Channel"와 같은 논문들(Articles)은 각자 선형 및 비선형 프리코딩에 관한 기본 참조 정보를 제공한다;

- 전송기에서 이용할 수 있는 채널 상태 정보(channel state information; CSI)의 유형, 예를 들어, 단기(short-term) 또는 장기(long-term)이다. 단기 프리코딩은 패스트 페이딩(fast fading)을 참작하고, 장기 프리코딩은 채널에서 상대적으로 느린 변화들(variations)만을 참작한다;

- 전송 안테나들의 공간 상관(correlation): 프리코딩은 빔포밍(beamforming) 기술로 또는 종래 MIMO 전송으로 구현될 수 있다. 빔포밍은 반파장길이(half-wavelength)로, 강하게 상관된 전송 안테나 어레이들(arrays)로 수행될 수 있고, 장기(long-term) 기술로 더 자주 구현된다. 종래 MIMO 전송과 같이 작동하는 프리코딩은 보통 멀리 이격된, 크게 상관되지 않은 전송 안테나들로 일어나고, 단기 채널 상태 정보을 기반으로 이루어진다.

이 개시의 초점은 채택된 프리코딩의 유형 및 그것의 특징들에 있지 않고, 여기에서 목적들을 위해, MU-MIMO 시스템은 M_T 전송 안테나들을 구비하는 기지국 및 서빙(serving) K 사용자들을 포함할 수 있음을 상기하는 것이 충분할 것이다. 단순함을 위해, 각 사용자는 M_R≤M_T/2인 상수(constant number)의 M_R 수신 안테나들 각각을 갖춘다고 가정할 수 있다. 기지국은 주파수 자원들을 Ψ 블록들 (자원 블록들, RB들)로 나누고, 예를 들어, Ψ＜K이고, 실제로 스케줄링되는 각 서빙되는(served) 사용자는 정확히 하나의 RB를 이용한다고 유사하게 가정할 수 있다.

최적의 프리코딩은, 모든 가능한 사용자 그룹들(groupings)이 각 RB에 대해 고려되는 것이 요구될 것이고, 프리코딩은 각 가능한 그룹에 대해 실제로 계산되는 것이 요구될 것이고, 그리고 최종적으로 스케줄링을 위해 선정될 주어진 목적 기능(objective function)을 최대화하는 그룹들의 선택이 요구될 것이다. 다시 말해서, 각 RB에 대해, 총

가능한 프리코딩 스킴들(schemes)이 계산되어야만 한다.

채널 상태 정보는 각 RB를 위해 다르다고 추측되기 때문에, 채널 상태(보통 정확함(true))에 의존하는 프리코딩의 임의의 유형은 계산될 총

프리코딩 스킴들을 야기할 것이다. 이것은 비현실적인 수치들(figures)(예를 들어, M_T=4, K=60, M_R=2, Ψ=50은 총

임)을 용이하게 야기할 수 있고, 특별히 정교하고(sophisticated) 계산적으로 다량의(heavy) 프리코딩이 실시간(real-time)으로 계산되어야 할 때 그러하다.

전송측에서 채널 지식에 관하여, 먼저 FDD(frequency division duplexing) 시스템을 고려할 수 있고, DL 채널 추정은 RB당 ξ 파일럿들(pilots)의 밀도를 가지는 파일럿(pilot) 신호들을 통해 수행되다. 전송기에서 채널 지식은 그 파일럿들이 업링크(uplink; UL) 방향으로 보낼 필요가 있음을 의미하는 것으로 가정될 수 있다. 그러면 각 시간 간격(time interval) 동안, 총 M_R·M_T·Ψ·K·ξ 복소수들(complex numbers)이 전송될 필요가 있을 것이다. 위에서 고려된 예와 동일한 수들을 가지고, ξ=2, 1ms의 시간 간격, 단일 복소수를 양자화(quantize)하기 위해 필요한 16비트들에 대해, 총 768 Mbit/s가 UL 시그널링에서 요구될 것이고, 이는 총 UL 용량(capacity) 자체보다 더 많을 수도 있다.

TDD(time division duplexing) 시스템에서, 만일 적절한 보상(compensation) 또는 RF 파트들의 조율(tuning)이 존재하면, DL 및 UL 상호성(reciprocity)은 채널에 관한 정보를 획득하는데 도움을 줄 수 있다. 그러나, 모든 사용자들에 의해 보이는 채널의 지식은 모든 사용자들이 전대역폭에 걸쳐 UL로, 그들의 모든 전송 안테나들로 전송하는 것이 요구된다. 이것은 특별히 많은 수의 사용자들에 대해 실제 얻기가 어려울 수 있다.

이 사안들은 특허 문헌에서 어느 정도 다뤄졌다.

예를 들어, US-A-2008/0117815는 피드백 양 및 스케줄링 복잡성을 감소시키기 위한 방법을 개시하고, WO-A-2009/38509는 유용한 파라미터인 사용자 속도(velocity)를 기반으로 SU-MIMO 모드들 및 MU-MIMO 모드들 사이의 각 사용자를 위해 선정된 변조(modulation)를 조절하기 위한 장치(arrangement)를 개시한다.

다소 유사한 개시가 WO-A-2007/109630에 제공된다.

문서 US-A-2008/0242309는 사용자 단말기들(user terminals)을 그것들의 채널의 크기만을 기반으로 선택함으로써 UL 채널에서 시그널링을 감소시키는 사안을 다룬다.

발명자는 따라서 기지국과 사용자 기기들 사이의 연결 채널의 추정을 기반으로 하는, MU-MIMO 시스템들을 위한 상투적인 (특별히 단기 유형의) 프리코딩 스킴들은 다음 2개의 유형들의 난제들을 보임에 유의하였는데: 그것들은 전송기에서 매 사용자에 대한 전체 채널 지식을 요구하고, 계산적으로 다량의 스케줄링 페이즈를 내포한다.

발명자는 유사하게 여러 가지 이유들이 이 사안들이 앞에서 고려된 종래 기술 특허 문서들에 의해 해결되는 것을 방지함을 유의하였다.

첫째 이유는 과도한 대기 시간(latency)일 수 있는데, 예를 들어 사용자들이 소위 부분적인 정보 피드백을 여러 번 보내는 매우 복잡한 프로세스를 이용하여 연속적으로 선택되기 때문이다. 과도한 대기 시간은 최소 용인되는 채널 상관 시간(coherence time)을 제한할 수 있다. 관련된 문제는 부분적인 정보 피드백이 업링크(UL) 방향으로 여러 번 보내지기 때문에, 피드백 정보의 총량이 너무 커지게 될 수 있다는 사실에 있을 수 있다.

다른 이유는 업링크 방향에서 피드백 양을 적정한 양으로 제한하는 것의 어려움에 있을 수 있다: 만일 예를 들어, 많은 수의 사용자가 낮은 이동성(mobility)을 보이면, MU-MIMO에 대한 많은 후보들이 존재할 것이고, UL에서 시그널링 부하(load) 및 기지국에서 스케줄링을 위한 계산 복잡성이 모두 과도할 것이다.

또 다른 이유는 스케줄링 복잡성에 미치는 영향으로, 예를 들어 (가능한 한 채택된 피드백의 유형에 관계없이) 모든 채널들의 크기(magnitude)의 UL 시그널링이 매우 다량이기 때문이고, 그것은 MU-MIMO 프리코더의 현실적인 구현을 매우 위태롭게 만든다.

본 발명의 목적은 따라서 앞에서 강조된 결점들을 덜어주는 해결책을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 그 목적은 뒤에 오는 청구항들에서 제시하는 특성들을 구비하는 방법에 의하여 달성된다. 본 발명은 또한 대응하는 시스템, 관련된 네트워크에 관한 것이고, 뿐만 아니라 관련된 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것으로, 컴퓨터 프로그램 제품은 적어도 하나의 컴퓨터의 메모리에 로딩 가능(loadable)하고, 상기 제품이 컴퓨터상에서 실행될 때, 본 발명의 방법의 단계들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드 부분들을 포함한다. 여기에서 사용된 것과 같이, 그러한 컴퓨터 프로그램 제품에 대한 참조는 컴퓨터-판독 가능 매체에 대한 참조과 등가임이 의도된 것으로, 컴퓨터-판독 가능 매체는 컴퓨터 시스템을 제어하기 위한 명령들을 포함하고, 본 발명의 방법의 성능을 조정하게 한다. "적어도 하나의 컴퓨터"에 대한 참조는 분명히 분산된/모듈식 방식으로 구현되는 본 발명의 가능성을 강조하기 위해 의도된다.

청구항들은 여기에서 제공되는 본 발명의 개시의 핵심적인 부분이다.

여러 가지 실시예들은 다중 서브캐리어들의 집합의 복수의 부분집합들(예를 들어, RB들)로 배열되는 다중 서브캐리어들의 상기 집합을 사용하는 다중-사용자 MIMO 무선 통신 시스템에서 기지국으로부터 복수의 사용자 단말기들로 전송되는 신호들을 프리코딩하는 것에 관계되고, 상기 프리코딩은 상기 기지국과 상기 복수의 사용자 단말기들 사이의 연결 채널에 관한 채널 상태 정보(channel state information)(예를 들어, CSI)를 획득하는 것(30)을 포함한다.

여러 가지 실시예들은 따라서 상기 복수의 상기 사용자 단말기들에 대해 다중 서브캐리어들의 상기 집합의 개개의 부분집합들에 대한 채널 품질 지시자들(channel quality indicators)(예를 들어, CQI들 또는 명시적인(explicit) SINR 추정들)을 검출하는 것을 제공하고, 채널 품질 지시자가 검출되었던 다중 서브캐리어들의 상기 집합의 개개의 부분집합을 상기 채널 품질 지시자 각각에 연관시킴으로써 검출하고; 사용자/부분집합 쌍들은 따라서 연관된 채널 품질 지시자들을 가지도록 생성되고, 이 사용자/부분집합 쌍들은 그것과 함께 연관된 상기 채널 품질 지시자들의 함수로서 선택되어, 프리코딩은 상기 채널 품질 지시자들의 함수로서 상기 선택(그리고 가능한 한 다중-스테이지 선택 프로세스에서, 속력, 최대 비트 전송률, 도착 방향 또는 각 확산과 같은 다른 파라미터들의 함수로서 다른 선택 단계들)한 것으로부터 기인한 상기 사용자/부분집합 쌍들에 관한 채널 상태 정보를 (배타적으로) 획득하는 것에 의해 수행된다.

여러 가지 실시예들은 종래 기술 해결책들에 내재한 결점들(예를 들어, 전송기에서 매 사용자에 대한 전체 채널 지식에 대한 요구 및/또는 계산적으로 다량의 스케줄링 페이즈)을 극복하는데, 그렇지 않으면 MU-MIMO를 위한 후보 사용자들을 선택하기 위한 UL 피드백으로 이미 이용할 수 있는 양들(quantities)을 이용함에 의해서이다.

여러 가지 실시예들은 채택된 프리코딩의 유형에 구체적으로 관련되지 않은 MU-MIMO 프리코딩의 구현들에 관한 것이다. 여러 가지 실시예들은 선형 및 비선형 MU-MIMO 프리코딩 스킴들 모두에 적용될 수 있고, 어떤 실시예들은 특히 단기 프리코딩에 적합하다. 여러 가지 실시예들에서, 사용자 선택은 RB-특정적이다. 여러 가지 실시예들에서, 선택은 UL 피드백의 양을 가능한 한 제한하는 다중-스테이지이다.

여러 가지 실시예들에서, 사용자 선택은 예를 들어, CQI(Channel Quality Indicator)와 같이 알려진 지시자와 같은 채널 품질의 보고된 지시자를 기반으로 이루어진다.

여러 가지 실시예들에서, 예를 들어 광대역 CQI 보고(reporting)의 경우에, CQI가 주어진 문턱치를 초과한 경우에만, 사용자는 모든 이용할 수 있는 RB들에 관해 MU-MIMO를 위한 후보로 고려된다.

여러 가지 실시예들에서, RB-특정 CQI 보고의 경우에, 선택은 RB당 단위에 관해 작동되고: 만일 CQI가 최상 RB들("최상-M" 모드)에 대해서만 시그널링되면, 단말기는 시그널링된 CQI가 없는 그 RB들에 대해 MU-MIMO를 위한 후보로 고려되지 않고, CQI를 가지는 그 RB들에 대해 문턱치가 적용될 것이다.

여러 가지 실시예들에서, 채널 품질의 지시자는 명시적인 SINR 추정에 의해 표시될 수 있고, 명시적인 SINR 추정은 CQI의 위치에서 UL로 시그널링되고, CQI에 유사한 방식으로 처리된다.

여러 가지 실시예들에서, 최대 이용할 수 있는 사용자당 비트 전송률을 요청하는 그 사용자들(예를 들어, 작은 부하를 가지는 네트워크에서 높은 비트 전송률 서비스를 요구하거나, 또는 특별 허가된 "프리미엄" 사용자들)은 (특별히 같은 장소에 배치된(co-located) 안테나들로 작동될 때) MU- MIMO로부터 배제된다.

여러 가지 실시예들에서, 사용자 선택은 추정된 사용자 이동 속력을 포함할 수 있고: 예를 들어, MU-MIMO는 미리 결정된 속력 문턱치를 초과하는 추정된 속력을 가지는 사용자들에 대해 제외될 수 있다.

여러 가지 실시예들에서, 속력은 UL 신호를 기반으로 기지국에서 추정될 수 있고; 그것은 또한 DL 신호를 기반으로 이동 단말기에서 또는 독립된 위치 확인 시스템(positioning system)에서 추정될 수 있다. 이 후자의 경우에, 추정된 속력은 기지국으로 보고된다.

여러 가지 실시예들에서, 피드백 양은 속력이 문턱치 아래인지 또는 문턱치를 넘는지 여부를 지시하는 단일 비트를 사용함에 의해 감소될 수 있다.

여러 가지 실시예들에서, 추정된 도착 방향 및 각 확산은 기지국에서 이용할 수 있고, 사용자들의 선택은 각 RB에 대해, 후보들이 유사한 도착 방향들 및 각 확산을 가지지 않도록 작동될 수 있다.

여러 가지 실시예들에서, 만일 후보들이 주어진 방향들을 따라 밀집해 있으면, 주어진 각 확산 이내의 소수의 사용자들만이 MU-MIMO를 위한 후보들로 고려된다(일부 사용자들은 주어진 각 확산 이내에서 무작위 단위로 작동에서 배제될 수 있다).

여러 가지 실시예들에서, 기지국은 그러면 후보 사용자 단말기들로 UL상으로 그것들의 전체 채널 상태 정보(channel state information; CSI)를 전송하게 하는 요청을 DL로 신호할 것이고; 그 요청은 일반적으로 사용자 단말기당 몇 RB들로 제한될 것이다.

선택이 최상-M CQI 시그널링을 기반으로 이루어지는 여러 가지 실시예들에서, 만일 기지국이 전체 CSI를 요청하면, 그것은 절약(saving) DL 시그널링 자원들과 같이 모든 또는 최상 M' 자원들[M'<M]과 관련되어 있음이 내포될 수 있다.

여러 가지 실시예들에서, 후보 사용자들이 업링크상으로 그들의 전체 CSI를 시그널링한 후, 스케줄링 페이즈는 후보 사용자들만이 MU-MIMO 스케줄링을 위해 고려될 경우가 제공되고; 스케줄링된 사용자들에 대해 MU-MIMO 프리코딩된 신호는 그러면 전체 CSI 정보를 기반으로 계산된다.

여러 가지 실시예들은 MU-MIMO 전송을 사용하는 무선 시스템들에 적용되고, 특히 상세한 채널 상태 지식을 필요로 하는 전송측에서의 프리코딩을 특징으로 하는 유형들의 MU-MIMO에서 그러하다.

본 발명은 이제 도면에 첨부된 도들을 참고하여 오직 예로 설명될 것이고:
도 1은 이미 앞에서 설명되었고:
도 2는 여러 가지 실시예들의 작동을 대표하는 흐름도이다.

다음 설명에서, 수많은 특정 세부 사항들은 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 주어진다. 실시예들은 하나 이상의 특정 세부 사항들 없이 또는 다른 방법들, 구성 요소들, 재료들 등을 이용하여 실시될 수 있다. 다른 예들에서, 잘 알려진 구조들, 재료들 또는 작동들은 상세하게 보여지거나 설명되지 않는데, 실시예들의 양태들을 애매하게 하는 것을 방지하기 위해서이다.

"하나의 실시예" 또는 "실시예"에 대한 이 명세서를 통한 참조는 실시예와 관련되어 설명되는 특정한 특성, 구조 또는 특징이 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 이 명세서를 통해 여러 위치들에서 구절들 "하나의 실시예에서" 또는 "실시예에서"의 등장들은 반드시 동일한 실시예를 참조하는 모든 것이 아니다. 더욱이, 특정한 특성들, 구조들 또는 특징들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있다.

여기에서 제공되는 제목들은 오직 편의를 위해서이고, 실시예들의 범위나 의미를 해석하지 않는다.

이 개시는 시스템에서 다운링크(downlink, DL) 연결들에 적용되는 여러 가지 전형적인 실시예들을 참고할 것이고, 그 외에는 3GPP 규격 릴리스(Release) 10 및 그 이상(LTE-A, Long Term Evolution-Advanced)을 따를 것이다. 여러 가지 실시예들은 다중-캐리어(multi-carrier) 전송 기술들(OFDM과 같은 것)을 기반으로 또는 단일 캐리어(single carrier) 전송을 기반으로, 다른 셀 방식(cellular) 및 비-셀 방식(non-cellular) 무선 시스템들에 적용 가능하다. 단일-캐리어 기반의 시스템들의 경우에, 전체 대역폭(full bandwidth)은 한 번에 MU-MIMO 사용자들의 그룹으로 할당될 것이나, 사전 선택(pre-selection)의 개념은 여전히 적용 가능하다.

도 2의 흐름도는 MU-MIMO를 사용하는 전송기 내에서 프리코딩(precoding) 목적들을 위해 고려되는 사용자 단말기들의 선택을 위한 절차의 전형적인 실시예를 대표한다. 도 2의 전형적인 절차의 어떤 단계들은 생략될 수 있고, 또는 그것들의 순서는 변경될 수 있음이 달리 인식될 것이다.

시작 단계 후, 시스템(단순함을 위해, 이것은 기지국(base station; BS)[예를 들어, 노드 B]에 위치한 것으로 가정될 것이고, 분산된 장치(arrangement) 또한 가능함)의 "지능(intelligence)"은 모든 활성화된(active) 사용자들의 집합(set) Ω={ω_i}을 고려함에 의해 시작될 것이다[단계 10].

여기에서 사용되는 것과 같이, 용어 활성화된 사용자 단말기는 DL 전송에 대해 계류 중인(pending) 요청들을 가지는 그 사용자 단말기들, 연결된 상태(connected state)에서 그것들의 라디오 인터페이스(radio interface)를 구비하며 DL 전송에 대해 스케줄링되기를 기다리는 그 사용자 단말기들를 나타낼 것이다.

K는 활성화된 사용자들의 수로 가정하여, Ω={ω_i}, i=1...K이고, 단계 12에서, 기지국은 i번째 사용자에 대해 사용자 자체의 이동 속력(motion speed) v_i 또는 전파(propagation) 채널에서 가장 빠른 산란들(scatters)(또는 이동 기지국의 경우에 UL 수신기)의 속력을 추정 가능할 것임을 유사하게 가정할 수 있다. 여기에서 고려되는 유형의 속력 추정 기술들은 이 기술 분야에서 알려져 있어, 여기에서 상세한 설명을 제공하는 것은 불필요하다.

만일 v_max가 MU-MIMO 스케줄링을 위해 허용할 수 있는(tolerable) 최대 이동 속력을 표시하면, 사용자들의 새로운 집합이 다음과 같이 정의될 수 있다:

이 제1 선택 단계(도 2에서 대략 표기된 단계 14)는 활성화된 사용자들을 2개의 집합들로 분할되게 할 것이고, 다시 말해 다음과 같다:

- 문턱치(threshold) v_max 아래의(그리고 동일한) 추정된 속력을 가지는 사용자들

- 문턱치 v_max를 넘는 추정된 속력을 가지는 사용자들

시스템에서 MU-MIMO의 다른 순서들(orders)이 존재할 때, 이 선택 단계는 서브단계들로 더 개량될 수 있다.

예로써, 만일 MU-MIMO의 2x2 유형과 4x4 유형이 존재하면[두 경우들 모두에서 사용자당 수신 안테나들의 개수는 M_R=1임], 2x2가 4x4보다 다소 더 높은 속력들에서 작동될 것을 가정할 수 있다. 그 경우에, 2개의 최대 용인되는 속력들 v_max가 존재할 것이고, 다시 말해 2x2를 위한 더 높은 것(v_max2x2)과 4x4를 위한 더 낮은 것(v_max4x4)이다.

그러면 사용자들은 MU-MIMO 스케줄링의 어떤 유형에도 적격이 아닌 사용자들, 2x2에만 적격인 사용자들 및 MU-MIMO 스케줄링의 두 유형들 모두에 적격인 사용자들로 나뉠 것이다.

임의의 경우에, MU-MIMO 스케줄링의 어떤 유형에도 적격으로 유지되지 않는 사용자들(예를 들어, 문턱치 v_max를 넘는 추정된 속력을 가지는 사용자들)은 비(non)-MU-MIMO 사용자 단말기들을 위한 (알려진 유형의) 스케줄링 프로세스 40으로 전달될 것이다.

단계 16에서, 시스템은 또한 최대 비트 전송률(bit-rate)을 가지는 연결을 위한 후보들(candidates)인 그 사용자들(예를 들어, 더 높은 요금을 지불할 용의가 있는 프리미엄(premium) 사용자들)을 배제할 것이다. 단계 16의 결과로서, 사용자의 새로운 선택된 집합이 따라서 형성될 것이다:

Λ는 스케줄링 방침에 의해 최대 비트 전송률 연결을 위한 후보들로 선정된 사용자들의 집합이다. 게다가, 이 사용자들은 SU-MIMO 할당을 제공받는 것이 더 좋을 것이고, 비-MU-MIMO 사용자 단말기들을 위한 스케줄링 프로세스 40으로 전달된다.

단계 18에서, 시스템은 그러면 Ω₂에 포함되는 요소들에 대해 채널 품질 지시자들(channel quality indicators)(CQI 파라미터)를 획득할 것이다.

단계 20에서, 따라서 수집된 CQI 값들은 2차원 행렬(bi-dimensional matrix) Σ에 배열될 것이고, 각 행(row)은 사용자 단말기 ω_i∈Ω₂에 대응하고, 각 열(column)은 RB(즉, 시스템에서 사용되는 다중 서브캐리어들의 집합의 부분집합들 중 하나)에 대응한다.

여러 가지 실시예들에서, 기지국은 그러면 다음과 같이 행렬의 요소들 σ_ij를 이용할 수 있는 CQI들의 값들로 채울 것이다.

CQI가 사용자 단말기를 위해 이용할 수 없을 때, 그 사용자 단말기를 위한 모든 RB들은 MU-MIMO를 위해 적합하지 않은 것으로 표시될 것이다(이것은 실제 가능한 가장 낮은 CQI 값으로 설정될 수 있다).

CQI의 광대역(wide-band) 유형들에 대해, 2개의 선택 가능성들이 있다:

- 만일 CQI의 그 유형이 MU-MIMO에 적당하도록 유지되지 않으면, 그 사용자 단말기를 위한 모든 RB들은 MU-MIMO에 적합하지 않은 것으로 표시될 것이고;

- 그렇지 않으면, 그 사용자 단말기를 위한 모든 RB들은 CQI의 동일한 값으로 표시될 것이다.

CQI의 "최상(best)-M" 유형에 대해, 대응하는 RB들은 CQI의 대응하는 값으로 표시될 것이고, 다른 것들은 MU-MIMO에 적합하지 않은 것으로 표시될 것이다.

계속해서, 단계 22에서, Σ에서 대응하는 CQI 값이 주어진(given) 문턱치 값 λ를 넘을 때에만, 쌍들(pairs)[(ω_i, RB_j), ω_i∈Ω₂]은 MU-MIMO 스케줄링에 적합한 것으로 선택될 것이다. 그와 같이, 선택된 쌍들 (사용자, RB)의 새로운 집합을 다음과 같이 정의한다:

λ의 값은 정적(static)일 필요가 없으나, 동적으로 시간에 적당하게 할 수 있어, 다른 부하 상황들(load situations)을 최적화하도록 한다.

단계 22에서, 문턱치 값 λ 아래의 CQI를 보이는 그 (사용자, RB) 쌍들에 대응하는 또는 CQI가 이용할 수 없는 (그리고 따라서 가능한 가장 낮은 CQI 값 - λ보다 낮음 - 으로 설정됨) 그 (사용자, RB) 쌍들에 대응하는 사용자들은 비-MU-MIMO 사용자 단말기들을 위한 스케줄링 프로세스 40으로 전달되고, 따라서 MU-MIMO 프리코딩의 목적들에 대해 폐기된다.

다음 선택 가능한 선택 페이즈(phase)는 기지국(BS)이 주어진 사용자 단말기에 의해 전송되는 전파들(waves)의 도착 방향(direction of Arrival; DoA)을 추정할 수 있다고 가정한다. 선택적으로, 각 확산(Angular Spread; AS)이 (또한) 추정될 수 있다.

위의 수량들(quantities)은 단계 24에서 추정될 수 있고, 예를 들어, 문헌에서 이용할 수 있는 알고리즘들(예를 들어, MUSIC 및 ESPRIT 알고리즘들)에 의지함으로써 추정될 수 있고, 기지국에서 안테나들이 공간적으로(spatially) 상관(correlate)되어 있을 때, 성공적인 추정이 더 용이하다.

여러 가지 실시예들에서, 유사한 DoA를 가지는 사용자들은 동일한 RB들로 스케줄링되어서는 안되는데, 특별히 사용자들이 유사한 AS들을 가질 때 그러하다.

DoA를 사용하는 전형적인 알고리즘은 다음과 같이 의사코드(pseudo-code)로 작성될 수 있다:

단계 26에서 구현되는 위 알고리즘(또는 등가의 절차)의 결과로서, 배제된 (사용자, RB) 쌍들은 스케줄링 프로세스 40으로 전달된다.

반대로, 선택된 (사용자, RB) 쌍들은 DL 시그널링(signalling)을 위해 사용될 준비가 된, Ω₄에서 후보 쌍들 (ω_i, RB_j)의 최종 집합을 구성한다.

그 효과를 위해, 단계 28에서, Ω₄에서 요소들의 개수가 미리 결정된 문턱치를 초과할 때, 기지국(BS)은 Ω₄ 또는 그것의 부분집합에서 쌍들 (ω_i, RB_j)에 대한 상세한(detailed) CSI를 요청할 것이다.

단계 30에서, 후보 사용자들[{ω_i}, ∃(ω_i, RB_j)∈Ω₄] 또는 그것의 부분집합은 그러면 UL 시그널링을 통해 기지국으로 상세한 CSI를 전송할 것이다.

여러 가지 실시예들에서, 상세한 CSI를 요청하기 위한 DL 시그널링 및 CSI의 전송에 대한 연관된 UL 시그널링은 여러 가지 방식들로 설계될 수 있다.

여러 가지 실시예들에서, 기지국은 Ω₄(또는 부분집합)에서 각 요소에 대해 정돈된(ordered) 요소들 (ω_i, RB_j)의 고유 식별자들(unique identifiers)에 대응하는 DL 정보를 보낼 것이다. 시그널링은 여러 가지 방식들로 일어날 수 있고, 상기/각각의 선택된 단말기의 식별자[그것의 관련된 자원 블록들의 리스트가 뒤따름]의 전송을 포함하고, 그것의 관련된 자원 블록들은 또한 복잡성을 제한하기 위해 수적으로 제한되거나 고정될 수 있음이 인식될 것이고; 다운링크 시그널링은 요청된 CSI의 업링크 전송을 유발(trigger)할 것이다.

여러 가지 실시예들에서, 선택은 다음과 같이 작동하는 단계 28에 대응하는 DL 시그널링과 함께, 최상(best)-M CQI 시그널링 전략(strategy)을 기반으로 이루어질 수 있다. 기지국은 DL에서 사용자 단말기들[{ω_i}, ∃(ω_i, RB_j)∈Ω₄]의 또는 또는 부분집합의 식별자들 {ω_i}을 바로 전송한다. 이것은 또한 시그널링 워드(word) 내 사용자 단말기당 단일 비트에 대응할 수 있고, 비트는 상세한 CSI 피드백을 가능하게 하도록 또는 불가능하게 하도록 설정 또는 재설정된다. 사용자 단말기 식별자는 또한 몇 개의 자원 블록들이 그 사용자 단말기에 대한 선택 이후 후보들로 고려되는지를 지시하는 사용자-단말기 특정 자원 블록 카운트(count)와 함께 전송될 수 있다. 이 경우에, 매 사용자 단말기는 이전에 자원 블록들에 대해 CQI 값을 시그널링했었고, 그 자원 블록들의 전부 또는 부분집합에 대응하는 상세한 CSI를 UL에서 전송할 것이다.

다음에, 피드백을 위한 하나의 전형적인 실제 설계가 고려되는데, 선택은 M=4인 최상(best)-M CQI 시그널링을 기반으로 이루어진다고 가정함에 의해서이다. 단계 28 동안 기지국은 매 활성화된 사용자 단말기에 대해 2개의 비트들 (b_1ib_2i)를 전송한다:

그러면 각 사용자 단말기 ω_i는 최상 CSI 값들과 연관된 θ_i 자원 블록들에 대한 CSI를 전송함에 의해 UL 시그널링 단계 30을 구현할 것이다.

단계 32에서 후보 쌍들 (ω_i, RB_j)[즉, 선택한 것으로부터 기인한 "생존(surviving)" 쌍들]에 대한 상세한 CSI가 재구성되면, 기지국은 DL 전송을 위한 최종 MU-MIMO 프리코딩된 신호의 계산 및 스케줄링을 계속할 것이다.

나타낸 것과 같이, 이것은 알려진 프리코딩 기술/장치에 의지함으로써 일어날 수 있고, 가능한 한 스케줄링 프로세스들 32 및 40의 상호 협력을 포함한다.

예를 들어, 스케줄링 프로세스 32는 어떤 사용자들(또는 쌍들)을 프로세스 40쪽으로 "버릴(dump)" 수 있다. 스케줄링 프로세스들 32 및 40의 협력은 크로스-스케줄러(cross-scheduler) 최적화를 포함할 수 있다.

나타낸 것과 같이, 도 2의 전형적인 절차에서 어떤 단계들의 순서는 선택적으로 변화될 수 있다.

예를 들어, 사전 선택 단계들의 순서를 변경하면, 다음 실시예들을 생각할 수 있다:

(속력 - 단계 14) -> (최대 비트 전송률 - 단계 16) -> (DoA 및 AS - 단계 26) -> (RB당(per-RB) CQI - 단계 22)

(최대 비트 전송률 - 단계 16) -> (속력 - 단계 14) -> (RB당 CQI - 단계 22) -> (DoA 및 AS - 단계 26)

몇몇의 가능한 결합들을 야기한다.

여러 가지 실시예들에서, RB당 CQI를 기반으로 한 사전 선택 단계 22는 항상 존재하고, 다른 선택 단계들 14, 16 및 26은 선택 가능하다.

그 결과로, 본 발명의 기초적인 원리들을 침해하지 않고, 세부 사항들 및 실시예들은 첨부된 청구항들에 의해 정의된 것과 같은 본 발명의 범위로부터 벗어나지는 않으면서, 오직 예시의 방식으로 설명되었던 것에 대해 심지어 눈에 띄게 달라질 수 있다.

Claims (15)

1. 다중 서브캐리어들의 집합의 복수의 부분집합들로 배열되는 다중 서브캐리어들의 상기 집합을 사용하여 다중-사용자 MIMO 무선 통신 시스템에서 기지국(BS)으로부터 복수의 사용자 단말기들(UE1, UE2, UE3, ...)로의 다운링크상으로 전송되는 신호들을 프리코딩(32)하는 방법으로서, 상기 프리코딩은 상기 기지국(BS)과 상기 복수의 사용자 단말기들(UEl, UE2, UE3, ...) 사이의 연결 채널에 관한 채널 상태 정보(channel state information)를 획득하는 것(30)을 포함하고, 상기 방법은:
   - 상기 복수의 상기 사용자 단말기들(UEl, UE2, UE3, ...)에 대해 다중 서브캐리어들의 상기 집합의 개개의 부분집합들에 대한 채널 품질 지시자들(channel quality indicators)을 검출하되(18), 채널 품질 지시자가 검출되었던 다중 서브캐리어들의 상기 집합의 개개의 부분집합을 상기 채널 품질 지시자 각각에 연관시킴으로써 검출하고,
   - 연관된 채널 품질 지시자들을 가지는 사용자/부분집합 쌍들을 생성하고(20),
   - 상기 사용자/부분집합 쌍들을 그것과 함께 연관된 상기 채널 품질 지시자들의 함수로서 선택(22)되게 하되, 상기 선택(22)은 주어진 문턱치를 넘는 연관된 채널 품질 지시자를 가지는 상기 사용자/부분집합 쌍들을 선택하는 것을 포함하고,
   - 상기 채널 품질 지시자들의 함수로서 상기 선택(22)한 것으로부터 기인한 상기 사용자/부분집합 쌍들에 관한 채널 상태 정보를 획득하는 것(30)에 의해 상기 프리코딩(32)을 수행하는 것을 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 채널 상태 정보를 획득하는 것(30)은 상기 채널 품질 지시자들의 함수로서 상기 선택(22)한 것으로부터 기인한 상기 사용자/부분집합 쌍들을 상기 기지국(BS)으로부터의 상기 다운링크에서 시그널링하는 것을 포함하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 복수의 상기 사용자 단말기들(UEl, UE2, UE3, ...)에 대해 획득된 CQI들로 또는 명시적인 SINR 추정들로 상기 채널 품질 지시자들을 검출하는 것(18)을 포함하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 채널 품질 지시자들을 검출하는 것(18)은 상기 사용자 단말기들(UE1, UE2, UE3, ...)에 의해 제공되는 최상(best)-M CQI 시그널링의 형식으로 이루어지고,
   상기 채널 상태 정보를 획득하는 것(30)은:
   - 상기 선택(22)한 것으로부터 기인한 적어도 하나의 사용자/부분집합 쌍에 대응하는 상기 사용자 단말기들을 상기 기지국(BS)으로부터의 상기 다운링크에서 시그널링하고, 그리고
   - 상기 시그널링된 사용자 단말기들로부터, M개 최상 자원 부분집합들 또는 그 부분집합에 대응하는 상기 채널 상태 정보를 수신하는 것을 포함하는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   다중 서브캐리어들의 상기 집합의 상기 부분집합들은 자원 블록(Resource Block) 또는 RB들을 포함하고,
   상기 사용자/부분집합 쌍들은 연관된 채널 품질 지시자들을 가지는 사용자/RB 쌍들로 생성(20)되는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 채널 품질 지시자들의 함수로서 상기 선택(22)은,
   채널 품질 지시자가 이용될 수 없는 사용자/부분집합 쌍들을 폐기하는 것을 포함하는 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 채널 품질 지시자들의 함수로서 상기 선택(22)은,
   상기 프리코딩(32)을 수행하는 동안 채널 상태 정보가 획득되는(30) 사용자/부분집합 쌍들의 생존(surviving) 집합을 야기하는 다중-스테이지(multi-stage) 선택(14, 16, 22 및 26)에 포함되는 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 다중-스테이지 선택(14, 16, 22 및 26)은,
   상기 복수의 사용자 단말기들(UEl, UE2, UE3, ...)을 그것들의 이동 속력의 함수로서 선택하는 것(14)을 포함하되,
   미리 결정된 속력 문턱치를 넘는 추정된 속력을 가지는 사용자 단말기들(UE1, UE2, UE3, ...)을 다중-사용자 MIMO에서 배제함으로써 선택하는 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 다중-스테이지 선택(14, 16, 22 및 26)은,
   사용자 단말기들을 그것들의 비트 전송률의 함수로서 선택하는 것(14)을 포함하되,
   상기 시스템에서 이용할 수 있는 최대 사용자당 비트 전송률을 요청하는 사용자 단말기들(UE1, UE2, UE3, ...)을 다중-사용자 MIMO에서 배제함으로써 선택하는 방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 다중-스테이지 선택(14, 16, 22 및 26)은,
    상기 복수의 상기 사용자 단말기들(UEl, UE2, UE3, ...)을 상기 기지국(BS)에서의 도착 방향(direction of arrival) 및 각 확산(angular spread) 중 적어도 하나의 함수로서 선택하는 것(14)을 포함하되,
    주어진 각 확산 이내의 사용자 단말기들을 다중-사용자 MIMO에서 선택적으로 배제함으로써 선택하는 방법.
11. 다중-사용자 MIMO 무선 통신 장치(arrangement)에서 기지국(BS)으로부터 복수의 사용자 단말기들(UE1, UE2, UE3, ...)로 전송되는 신호들을 프리코딩하기 위한 시스템으로서, 제1항 또는 제2항의 방법을 수행하도록 구성된 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 기지국(BS)에 위치한 시스템.
13. 다중-사용자 MIMO 무선 통신 장치(arrangement)에서 복수의 사용자 단말기들(UE1, UE2, UE3,...)로 프리코딩된 신호들을 전송하기 위한 기지국(BS)을 포함하는 무선 통신 네트워크로서, 제11항의 시스템을 포함하는 네트워크.
14. 적어도 하나의 컴퓨터의 메모리에 로딩 가능한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 있어서,
    상기 프로그램은 컴퓨터상에서 실행될 때, 제1항 또는 제2항의 방법의 단계들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드 부분들을 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
15. 삭제

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