KR101745414B1 - 무선 통신 시스템에서 채널 정보 전송 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

무선 통신 시스템에서 채널 정보 피드백 방법 및 장치가 제공된다. 단말은 기지국으로 추천 랭크를 전송한다. 단말은 상기 기지국으로부터 상기 추천 랭크를 고려하여 결정된 지시 랭크를 수신하고, 상기 지시 랭크를 기반으로 결정된 채널 상태를 상기 기지국으로 전송한다.

Description

무선 통신 시스템에서 채널 정보 전송 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD OF TRANSMITTING CHANNEL INFORMATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선통신 시스템에서 채널 정보를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 향상인 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 3GPP 릴리이즈(release) 8로 소개되고 있다. 3GPP LTE는 하향링크에서 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)를 사용하고, 상향링크에서 SC-FDMA(Single Carrier-frequency division multiple access)를 사용한다. 최대 4개의 안테나를 갖는 MIMO(multiple input multiple output)를 채용한다. 최근에는 3GPP LTE의 진화인 3GPP LTE-A(LTE-Advanced)에 대한 논의가 진행 중이다.
차세대 무선 통신 시스템에 있어서 셀 경계에 위치한 사용자의 서비스 품질을 개선하기 위해 협력 다중 송수신(cooperative multiple point transmission and reception, CoMP) 또는 다중 셀 MIMO(Multiple Input Multiple Output)가 소개되고 있다. 인접하는 셀들이 협력하여 셀 경계의 사용자에게 간섭을 줄이거나 신호 강도를 높이는 것이다.
3GPP TS 36.213 V8.7.0 (2009-05) "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures (Release 8)"의 7절에 따르면, 단말은 기지국으로 채널 정보를 피드백한다. 채널 정보는 PMI(precoding matrix indicator), CQI(channel quality indicator), RI(rank indicator) 등을 포함한다. RI는 SU-MIMO(Single User-MIMO)를 가정한 상태에서, 단말이 계산한 랭크(rank)를 나타낸다. 랭크는 공간 영역(spatial domain)에서 다중화되는(multiplexing) 스트림의 개수 또는 계층의 개수를 의미한다.
MU-MIMO(Multi User-MIMO)나 CoMP가 도입될 경우 기존 피드백 방식은 여러 가지 문제를 가질 수 있다.
첫번째로, 랭크의 부정확성으로 인해 시스템 성능이 낮아질 수 있다. 랭크는 SU-MIMO를 가정하여 결정되지만(이때의 랭크를 SU-MIMO 랭크라 한다), CoMP나 MU-MIMO가 적용될 경우 최적 랭크는 SU-MIMO 랭크와 달라질 수 있다. 예를 들어, CoMP를 통해 SINR(Signal-to-Interference plus Noise Ratio)이 높아지면, SU-MIMO 랭크 보다 높은 랭크를 가질 수 있다. 하지만, 기지국이 SU-MIMO 랭크하에서 MCS(Modulation and Coding Scheme) 만을 조정하는 것만으로는 CoMP로부터 얻을 수 있는 최적의 성능 이득을 완전히 얻지 못할 수 있다.
예를 들어, 협력 셀들이 동시에 데이터를 전송하는 조인트 전송에서, SINR이 상당히 커지므로 보다 높은 랭크를 사용하여, 보다 많은 스트림을 다중화하는 것이 보다 높은 전송률을 달성할 수 있다. MU-MIMO에서, 복수의 사용자의 스트림들이 다중화되므로, 일반적으로 SU-MIMO 랭크 보다 낮은 랭크를 사용하는 것이 바람직하다.
랭크에 따라 CQI와 PMI가 결정되므로, CoMP 및/또는 MU-MIMO에서 최적의 피드백을 설정하는 것이 중요하다.
두번째로, 채널 정보의 피드백을 위해 사용되는 무선 자원의 효율이 떨어질 수 있다. 기지국이 단말의 랭크를 모른다면, 채널 정보의 피드백을 위해 최대 랭크를 기준으로 무선 자원을 할당한다. 하지만, 실제로 단말이 피드백하는 랭크가 작을 경우, 할당된 무선 자원의 일부만을 채널 정보 피드백을 위해 사용하게 되어 자원 낭비가 발생할 수 있다.
CoMP에서, 서빙 셀(serving cell) 뿐만 아니라 협력에 참여하는 인접 셀에 대한 채널 정보도 함께 피드백되어야 하므로 피드백 오버헤드가 증가하면, 낭비되는 무선 자원의 양은 더욱 증가할 수 있다. 최대 피드백 페이로드 크기(payload size)를 가정하여 무선 자원을 할당하면, 협력에 참여하는 셀의 개수에 비례하여 낭비되는 무선 자원의 양이 증가할 수 있다.
다중 안테나 시스템 또는 다중 셀 협력 시스템에서 보다 효율적인 채널 정보 피드백 기법이 필요하다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 채널 정보 전송 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 다중 안테나 시스템에서 채널 정보 전송 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 다중 셀 협력 시스템에서 채널 정보 전송 장치 및 방법을 제공한다.
일 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 단말의 채널 정보 전송 방법이 제공된다. 상기 방법은 기지국으로 추천 랭크를 전송하고, 상기 기지국으로부터 상기 추천 랭크를 고려하여 결정된 지시 랭크를 수신하고, 및 상기 지시 랭크를 기반으로 결정된 채널 상태를 상기 기지국으로 전송하는 것을 포함한다.
상기 방법은 상기 기지국으로부터 상기 채널 상태를 기반으로 빔포밍된 DRS(Dedicated Reference Signal)을 수신하고, 및 상기 DRS를 이용하여 측정된 갱신된 채널 상태를 상기 기지국으로 전송하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 지시 랭크는 상기 단말이 사용가능한 최대 랭크일 수 있다.
상기 채널 상태는 서빙 셀을 위한 PMI(Precoding Matrix Indicator), 서빙 셀을 위한 유효 채널, 협력 셀을 위한 PMI, 협력 셀을 위한 유효 채널 및 CQI(Channel Quality Indicator) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 추천 랭크는 주기적으로 전송될 수 있다.
상기 추천 랭크는 상기 기지국의 요청에 의해 전송될 수 있다.
상기 추천 랭크는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel) 상으로 전송될 수 있다.
상기 추천 랭크의 전송에 사용되는 PUCCH 자원은 미리 예약될 수 있다.
상기 추천 랭크의 전송에 사용되는 PUCCH 자원은 상기 추천 랭크의 전송 요청이 전송되는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)의 자원으로부터 결정될 수 있다.
상기 지시 랭크는 PDDCH 상으로 전송되는 하향링크 제어 정보에 포함될 수 있다.
상기 하향링크 제어 정보의 CRC(Cyclic Redundancy Check)는 상기 지시 랭크의 전송을 구별하기 위한 식별자가 마스킹될 수 있다.
다른 양태에 있어서, 단말은 무선 신호를 송신 및 수신하는 RF(Radio Frequency)부 및 상기 RF부와 연결되어 채널 정보를 피드백하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 기지국으로 추천 랭크를 전송하고, 상기 기지국으로부터 상기 추천 랭크를 고려하여 결정된 지시 랭크를 수신하고, 및 상기 지시 랭크를 기반으로 결정된 채널 상태를 상기 기지국으로 전송한다.
MU-MIMO 또는 CoMP 환경에서, 기지국은 보다 정확한 채널 정보를 기반으로 스케줄링 가능하여 시스템의 전체 성능을 높일 수 있다. 채널 정보 피드백을 위한 무선 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 CoMP에서 하향링크 통신의 일 예를 나타낸다.
도 2는 제안된 빔 회피를 기술하기 위한 모델링을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 정보 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 채널 정보 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 3GPP LTE에서 하향링크 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
도 6은 3GPP LTE에서 상향링크 서브프레임의 일 예를 나타낸다.
도 7은 3GPP LTE에서 정규 CP에서 PUCCH 포맷 1b를 나타낸다.
도 8은 PUCCH를 구성하기 위한 자원을 획득하는 방법을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
단말(User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), MT(mobile terminal), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
각 기지국은 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다.
이하에서 하향링크(downlink, DL)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink, UL)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 전송기는 기지국의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 전송기는 단말의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국의 일부분일 수 있다.
도 1은 CoMP(cooperative multiple point transmission and reception)에서 하향링크 통신의 일 예를 나타낸다.
단말(100)은 서빙 셀(120)로부터 서비스를 제공받는다. 서빙 셀(120)에 인접하는 주변 셀(131,..., 136)들은 협력 셀(cooperative cell) 이라고 하며, 서빙 셀(120)과 협력하여 단말(100)에게 서비스를 제공한다.
CoMP는 협력 셀들 간 가능한 정보 공유 수준에 따라 분류될 수 있다. CoMP 동작은 채널 상태 및 전송할 데이터가 협력 셀들 간에 공유되는지에 따라 여러 종류로 구분될 수 있기 때문이다.
다양한 협력 기술 중 협력 셀간의 채널 정보를 공유하여 협력 셀로부터 오는 간섭의 정도를 낮추는 빔 회피(beam avoidance) 기법이 있다.
빔 회피는 협력 셀이 선택할 수 있는 PMI(Precoding Matrix Indicator)에 제한을 둠으로써 간섭을 제어한다. 단말은 서빙 셀의 PMI와 CQI(Channel Quality Information)를 결정한 뒤, 간섭을 가장 적게 주는 협력 셀의 PMI(이를 BC(best companion) PMI라 함)와 협력 셀이 최종적으로 그 PMI를 사용하였을 때 CQI의 증가량을 협력 셀로 피드백한다. 이와 반대로, 단말은 간섭을 가장 많이 주는 협력 셀의 PMI(이를 WC(worst companion) PMI라 함)와 협력 셀이 최종적으로 그 PMI를 사용하지 않았을 때 CQI의 증가량을 협력 셀로 피드백할 수 있다.
2009년 3월에 개시된 R1-091252 "Estimation of extended PMI feedback signalling required for user intra-cell and inter-cell coordination"은 협력 셀에게 간섭을 적게 주거나 많이 주는 PMI를 피드백함으로써, 협력 셀이 협력을 요청하는 셀로의 간섭을 줄이는 빔 회피 기법을 제안하고 있다.
기존 빔 회피 방식은 다음과 같은 문제점을 가질 수 있다.
첫번째로, 기존 빔 회피 방식에 의하면, 서빙 셀로의 PMI를 먼저 선택하고, BC PMI 또는 WC PMI를 선택함으로서 SINR을 최대화하기 위한 최적의 PMI를 피드백 하지 못한다. 서빙 셀의 PMI를 바꾸면 신호 파워가 최대화되도록 수신 빔이 바뀐다. 수신 빔이 바뀌면, 수신기에 간섭을 많이 주는 협력 셀 PMI의 순위와 간섭 량도 바뀐다. 서빙 셀 PMI, 협력 셀 PMI 및 수신 빔은 상호 의존적이므로, SINR을 최대화하기 위한 PMI를 찾기 위해서는 서빙 셀 PMI와 협력 셀 PMI를 한꺼번에(jointly) 고려하는 것이 필요하다.
두번째로, 기존 빔 회피 방식에 의하면, 협력 셀로 하여금 특정 BC PMI를 사용하도록 하거나 특정 WC PMI를 사용하지 못하도록 PMI 선택에 제약을 가한다. 이는 협력 셀의 전송률 감소를 가져올 수 있다. 협력 셀은 보고된 특정 PMI 만을 사용할 수 있기 때문이다. WC PMI 방식은 특정 PMI를 제외한 나머지 PMI를 사용할 수 있어서, 협력 셀의 성능 감소는 적으나 어떠한 PMI를 쓰는 지에 따라 달라지는 CQI를 반영하기 위해서 추가적인 피드백이 필요할 수 있다.
상기의 문제를 해결하기 위해 제안된 빔 회피 기법은 SINR을 최대화하기 위해서 서빙 셀 PMI와 협력 셀 PMI를 한꺼번에 결정한다. 또한 협력 셀에 특정 PMI를 피드백 하는 것이 아니라 간섭이 큰 또는 간섭이 작은 공간(space)에 관한 정보를 알려준다. 협력 셀은 간섭이 작은 공간 상에 존재하는 임의의 PMI를 사용할 수 있다.
결과적으로, BC PMI 방식과 비교하여 협력 셀이 PMI를 선택할 수 있는 자유도를 확보할 수 있다. WC PMI 방식과 비교하여, 어떤 PMI를 쓰는지에 관한 추가적인 피드백을 필요로 하지 않는다.
아래에서는 설명의 편의를 위하여 두 셀이 빔 회피 과정에 참여하는 상황을 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니며 세 개 이상의 셀이 참여하는 경우에도 확장될 수 있다.
도 2는 제안된 빔 회피를 기술하기 위한 모델링을 나타낸다.
셀 B가 단말 b의 서빙 셀이다. 셀 A는 인접 셀에 대한 간섭을 줄이고자 노력하는 협력 셀이다. 단말 b는 셀 A에 인접해있으며 셀 A로부터의 간섭을 강하게 받는다고 한다. 단말 a은 셀 A를 서빙 셀로 하는 단말이다.
셀 A의 기지국을 BSA라 하고, 셀 B의 기지국을 BSB라 한다. BSB와 단말 b간의 채널을 H라 하고, BSA와 단말 a간의 채널을 H N라 한다. 각 셀은 MIMO를 지원하며, BSA의 송신 안테나 수는 NtA, BSB의 송신 안테나 수는 NtB라 한다. 단말의 수신 안테나 수는 Nr이다.
셀 A의 송신 스트림 수는 NtA 보다 작고, 셀 B의 수신 데이터 스트림의 ㅅ수는 L이다. 셀 A가 NtA개의 다중 송신을 지원하지 않도록 한정한 이유는 유니터리 프리코더(unitary precoder)를 이용할 경우, 어떤 프리코더를 사용하더라도 셀 B로의 간섭이 동일하여 빔 회피가 어렵기 때문이다.
또한, 협력 셀인 셀A의 단말을 하나의 단말, 즉 SU-MIMO로 가정하고 있지만, 다중 사용자 환경, 즉 MU-MIMO에도 동일한 방식이 적용될 수 있다.
단말 a와 단말 b는 같은 시간, 같은 주파수 대역에서 서로 간섭을 받으며 하향 링크 데이터를 수신한다고 한다.
1. PMI 추천/제약 피드백 기반의 동작
먼저 단말이 각 기지국이 사용할 경우 좋은 품질의 서비스를 받을 수 있는 PMI를 피드백하거나, 사용할 경우 낮은 품질의 서비스를 받게 되는 PMI를 피드백하는 경우에 대해서 설명한다.
기존 빔 회피 기법과 달리, 단말 b는 셀 A에게 간섭이 가장 큰 또는 간섭이 가장 작은 랭크 1 PMI를 피드백하는 것이 아닌, 단말 b로 간섭을 작게 주는 N-차원 공간(N-dimensional space) 정보를 피드백한다. 여기서, N = NtA - L 이다.
이는 이상적으로는 협력 셀이 사용할 수 있는 NtA 개의 공간 자원 중 단말 b가 사용하는 L개의 공간 자원을 제외한 나머지 N개의 자원을 사용하여 단말 a에게 데이터를 전송하는 것이다. 셀 A는 단말 b가 사용하는 L 차원 공간의 영 공간(null space)인 N-차원 공간상에 존재하는 프리코딩 벡터(precoding vector)를 선택함으로써 단말 b에게 간섭을 미치지 않는다. 하지만, 현실적인 피드백 오버헤드를 고려하여 단말 b가 사용하지 않는 N-차원 공간을 적절히 양자화(quantization)하여 표현함에 따라 간섭이 완화된 상태로 동작할 수 아ㄲ다.
협력 셀에게 주는 N-차원 공간 정보는 상기 N-차원 공간을 스팬(span)하는 N개의 선형 독립 벡터(linearly independent vector)들로 표현할 수 있다. 하지만, N-차원 공간의 영공간을 스팬하는 NtA-N개의 선형 독립 벡터들로도 표현될 수 있다. 이하에서는, 전자를 굿 공간(good space)라 하고, 후자를 배드 공간(bad space)라고 한다. 각 공간을 표현하는 PMI를 rank-N GSPMI(Good Space Precoding Matrix Index)와 rank NtA-N BSPMI(Bad Space Precoding Matrix Index)라고 정의한다.
협력을 요청하는 단말이 GSPMI를 협력 셀에 보고하는 경우, 협력 셀은 GSPMI가 나타내는 N개의 벡터가 스팬하는 N-차원 공간 내에서 프리코딩 벡터 또는 프리코딩 행렬을 설정한다. BSPMI가 협력 셀에 보고되는 경우, 협력 셀은 BSPMI가 나타내는 NtA-N개의 벡터가 스팬하는 (NtA-N)-차원 공간의 N-차원 영 공간 내에서 프리코딩 벡터 또는 프리코딩 행렬을 설정한다. 서빙 셀은 기존과 동일하게 단말이 보고한 PMI를 이용하여 프리코딩을 수행한다.
단말 b은 랭크 L인 PMI를 서빙 셀 B로 피드백한다. 단말 b는 rank-L GSPMI 또는 rank-(NtA-L) BSPMI를 협력 셀 A로 피드백한다.
이하에서는, 먼저 단말 b가 셀 B에게 알려주는 PMI와 셀 A에게 알려주는 BSPMI를 선정하는 방법을 기술한다.
1-1. 협력 셀로 BSPMI를 피드백
단말 b는 서빙 셀 PMI i*와 BSPMI j*를 다음 식과 같이 한꺼번에 결정하게 한다.
Figure 112010036766913-pat00001
여기서, SB ,L은 서빙 기지국 B가 사용하는 rank-L PMI의 집합이고, SA ,L은 협력 기지국 A가 사용하는 rank-L PMI의 집합이다. 이는 PMI 집합 SB ,L과 BSPMI 집합 SA,L 내 모든 조합을 고려하여, 목적 함수(objective function) f()를 최대화하는 값을 찾는 것이다.
목적 함수 f()는 다음 식 2 내지 4 중 어느 하나로 설정될 수 있다.
Figure 112010036766913-pat00002
Figure 112010036766913-pat00003
Figure 112010036766913-pat00004
l번째 데이터 스트림의 SINR은 아래와 같이 계산된다.
Figure 112010036766913-pat00005
여기서, P와 PN은 각각 기지국 B와 A로부터 받은 수신 신호 파워이며, N0은 협력 셀 이외의 셀로부터의 간섭과 잡음의 파워이다. V i(l)는 서빙 기지국 B가 l번째 데이터 스트림을 위해 사용하는 프리코딩 벡터로서, PMI에 해당하는 프리코딩 행렬 V i의 l번째 열(column) 벡터이다. Y j는 협력 기지국 A가 사용했다고 가정한 프리코딩 행렬로 단말이 보고할 BSPMI의 후보인 W B k에 직교하는(orthogonal) rank-(NtA-L) 프리코딩 행렬이고, W B k의 열 벡터들이 스팬하는 공간의 영 공간을 나타내는 NtA-L개의 베이시스 벡터(basis vector)들로 구성된다.
프리코딩 코드북(Precoding codebook)내에 영 공간의 베이시스(basis)로 이루어진 복수개의 코드워드(codeword)가 있을 때, 임의의 선택된 코드워드를 Y j로 가정할 수 있다. 조건을 만족하는 코드워드가 존재하지 않을 경우 영 공간을 표현하는 임의의 베이시스 벡터를 Y j로 구성할 수 있다.
여기서, 단말 b는 기지국 A의 전송 랭크를 모르기 때문에 최대 Nt개의 공간 자원 중 단말 b가 사용한 L개의 공간 자원을 제외한 NtA-L개의 공간 자원 모두를 사용하였다고 가정하였다.
U i ,j(l)은 l번째 수신 데이터 스트림을 위한 수신 빔포밍 벡터(beamforming vector)로서, 수신 빔포밍 행렬 U i ,j의 l번째 행 벡터이다.
U i ,j는 단말에서 MMSE(Minimum Mean Square Error) 수신 빔포밍을 가정하는 경우 아래와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112010036766913-pat00006
여기서, (A)H는 행렬/벡터 A의 허미션(Hermitian) 행렬/벡터를 나타낸다. 서빙 기지국 B와 협력 기지국 A의 프리코더를 각각 V i와 Y j로 가정한다.
단말은 수식 1로부터 V i *와 W B j *를 찾고, 이들의 인덱스를 기지국에 보고한다. V i*는 서빙 기지국 B에서 사용할 PMI들의 추천이고, W B j *는 협력 기지국 A에 대한 BSPMI들에 해당한다. 추가로 단말은 V i *와 W B j *를 기반으로 셀 A와 B가 동작할 때 얻을 수 있는 CQI를 보고할 수 있다.
추가적으로, 수식 1에서 i의 검색 공간(search space)를 제한하여 계산량을 줄일 수 있다. 수식 1에서 i는 아래 식과 같이 검색한 후 고정시키고, j는 BSPMI 집합을 전체 검색한다.
Figure 112010036766913-pat00007
여기서, U SVD의 l번째 행 백터는 H를 SVD(singular value decomposition)하여 얻을 수 있는 l번째 좌측 우위 특이값 벡터(left dominant singular vector)의 허미션(hermition)이다. tr(A)는 행렬 A의 대각 성분(diagonal element) 또는 벡터 A의 요소(element)의 합을 의미한다. |A|는 행렬/벡터 A의 요소 별(element wise) 절대값으로 구성된 행렬/벡터이다. V k는 서빙 셀의 프리코딩 행렬 집합내에 존재하는 k번째 프리코딩 행렬이다..
마찬가지로, j에 대해서도 검색 공간을 제한하여 계산량을 줄일 수 있다. 수식 1에서 j는 아래와 같이 검색한 후 고정시키고, i는 PMI 집합을 전체 검색한다.
Figure 112010036766913-pat00008
여기서, W B k는 BSMP(bad space precoding matrix) 집합 내에 존재하는 k번째 프리코딩 행렬이다.
또는, i*, j*를 각각 수식 7, 수식 8을 이용하여 찾을 수 있다.
주어진 PMI i에 대해 다음 식과 같이 j를 찾을 수 있다.
Figure 112010036766913-pat00009
이 경우 수식 1에서 i를 전체 검색할 때 수식 9로 i에 종속적인 j를 결정하여 PMI와 BSPMI를 찾을 수 있다.
또는, i*, j*를 각각 수식 7, 수식 9을 이용하여 찾을 수 있다.
1-2. 협력 셀로 GSPMI를 피드백
단말 b는 BSPMI를 보고하는 방식과 유사하게, 서빙 셀 PMI i*와 GSPMI j*를 결정할 수 있다.
단말 b는 수식 1과 같이 PMI i*와 GSPMI j*를 한꺼번에 결정하게 되는데, BSPMI 집합 대신 GSPMI 집합 SA ,N과 PMI 집합 SB ,L내 모든 조합을 고려하여 목적 함수 f()를 최대화하는 값을 찾는다. SA ,N은 협력 기지국 A이 사용하는 rank-N PMI의 집합이 된다.
BSPMI를 보고할 때, 단말은 협력 셀이 BSPM의 영 공간의 베이시스 벡터들을 이용하여 프리코딩을 수행한다고 가정하였다. 하지만, GSPMI j를 보고할 때, GSPM(Good Space Precoding Matrix) W G j *이 스팬하는 공간을 사용하여 프리코딩을 수행한다고 가정한다.
따라서, 수식 1을 위한 SINR 계산이 다음 식과 같이 된다.
Figure 112010036766913-pat00010
여기서, 수신 빔포밍 행렬 U i ,j는 수식 6에서 Y j를 W j G로 대체한 뒤 동일하게 계산된다.
단말은 수식 1의 결과에 해당하는 V i *와 W j * G를 찾고 이들의 인덱스를 기지국에 보고한다. V i *는 서빙 기지국 B에서 사용하는 PMI의 추천이고, W j * G는 협력 기지국 A에 대한 GSPMI에 해당한다. 추가로 단말은 V i *와 W j * G를 기반으로 셀 A와 B가 동작할 때 얻을 수 있는 CQI를 보고할 수 있다.
i, j의 검색 공간을 한정하여 계산량을 줄일 수 있다. i는 수식 7과 같이 한정할 수 있다.
j는 아래 식과 같이 제한을 둘 수 있다.
Figure 112010036766913-pat00011
여기서, |A|n,m은 행렬 A의 n행, m열 해당되는 요소의 절대값이고, W k G는 GSPM 집합 내에 존재하는 k번째 프리코딩 행렬이다. GSPM 집합과 BSPM 집합은 동일한 집합일 수 있다.
또는, 주어진 PMI i에 대해 다음과 같이 j를 찾을 수 있다.
Figure 112010036766913-pat00012
2. 유효 채널(Effective channel) 피드백
이제, 단말이 각 기지국에 대하여 수신 빔포밍 이후의 유효 채널 UH, UH N을 피드백하여, 동작하는 방법에 대해 기술한다. 여기서는 단말이 협력 셀의 PMI가 아닌 유효 채널 피드백 코드북의 코드워드 중 하나를 선택하고, 선택된 인덱스를 피드백한다.
유효 채널 UH을 수신한 서빙 기지국은 단말 b의 수신 신호 파워를 최대화하기 위해서 MRCBF(Maximum Ratio Combining Beamforming)을 수행할 수 있다. 유효 채널 UH N을 수신한 협력 기지국은 단말 b에 대한 간섭을 줄이기 위해 ZFBF(Zero-Forcing Beamforming)을 수행하여, UH N의 영 공간 상에 존재하는 프리코딩을 수행할 수 있다.
기본적으로 단말 b는 UH, UH N 각각과 상관(correlation)이 가장 높은 코드워드의 인덱스 i, j를 피드백할 수 있다. 각 기지국은 UH, UH N의 양자화 에러가 포함된 코드워드에 대해 MRCBF과 ZFBF을 수행함에 따라 송신 프리코더에 오차가 존재하게 된다. 이때 단말 b는 서빙 기지국 B가 사용하는 빔포밍 행렬과 기지국 A가 빔포밍을 위해 사용한 영 공간을 알기 때문에 수신 MMSE 빔포밍을 수행하여 SINR을 향상시킬 수 있는 여지가 남아있다. 이 점을 착안하여, U를 먼저 결정하고, 유효 채널을 코드북으로 양자화하여 피드백하는 것이 아닌, 역순으로 코드북 내 모든 코드워드 조합 i, j에 대해(즉, 양자화된 유효 채널이 표현할 수 있는 모든 후보에 대해), 협력 기지국은 코드워드 j의 영 공간 베이시스(null space basis)로 프리코딩을 수행하고, 서빙 기지국은 코드워드 i로 프리코딩을 수행한다고 가정한다. 그리고, 수신 MMSE 빔포밍을 수행하여 SINR이 가장 큰 코드워드 쌍(codeword pair) i*, j*를 유효 채널로써 피드백하는 것이다.
단말 b는 서빙 셀의 유효 채널의 코드워드 인덱스 i*와 협력 셀의 유효 채널의 코드워드 인덱스 j*를 다음 식과 같이 한꺼번에 결정한다.
Figure 112010036766913-pat00013
여기서, SL , NtB은 NtB × L 코드워드들의 인덱스 집합이고, SL , NtA은 NtA × L 코드워드들의 인덱스 집합이다. 이는 NtB × L 행렬들로 이루어진 코드북 내 코드워드 i와 NtA × L 행렬들로 이루어진 코드북 내 코드워드 j의 모든 조합을 고려하여 목적 함수(objective function) f()를 최대화하는 값을 찾는 것이다.
목적 함수 f()는 다음 식 14 내지 16 중 어느 하나로 설정될 수 있다.
Figure 112010036766913-pat00014
Figure 112010036766913-pat00015
Figure 112010036766913-pat00016
l번째 데이터 스트림의 SINR은 아래와 같이 계산된다.
Figure 112010036766913-pat00017
여기서, P와 PN은 각각 기지국 B와 A로부터 받은 수신 신호 파워이며, N0은 협력 셀 이외의 셀로부터의 간섭과 잡음의 파워이다. V i(l)는 서빙 기지국 B가 l번째 데이터 스트림을 위해 사용하는 프리코딩 벡터로서, 코드워드 V i의 l번째 열(column) 벡터이다. Y j는 협력 기지국 A가 사용했다고 가정한 프리코딩 행렬로 코드워드 W j에 직교하는(orthogonal) rank-(NtA-L) 프리코딩 행렬이고, W j의 열 벡터들이 스팬하는 공간의 영 공간을 나타내는 NtA-L개의 베이시스 벡터(basis vector)들로 구성된다.
여기서, 단말 b는 기지국 A의 전송 랭크를 모르기 때문에 최대 Nt개의 공간 자원 중 단말 b가 사용한 L개의 공간 자원을 제외한 NtA-L개의 공간 자원 모두를 사용하였다고 가정하였다.
U i ,j(l)은 l번째 수신 데이터 스트림을 위한 수신 빔포밍 벡터(beamforming vector)로서, 수신 빔포밍 행렬 U i ,j의 l번째 행 벡터이다.
U i ,j는 단말에서 MMSE(Minimum Mean Square Error) 수신 빔포밍을 가정하는 경우 아래와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112010036766913-pat00018
여기서, (A)H는 행렬/벡터 A의 허미션(Hermitian) 행렬/벡터를 나타낸다. 서빙 기지국 B와 협력 기지국 A의 프리코더를 각각 V i와 Y j로 가정한다.
단말은 수식 13로부터 V i *와 W j *를 찾고, 이들의 인덱스를 기지국에 보고한다. V i *는 서빙 기지국 B에서 보고할 UH의 양자화된 벡터/행렬이고, W j *는 협력 기지국 A에 보고하는 UH N의 양자화된 벡터/행렬이다. 추가로 단말은 V i *와 W j *를 기반으로 셀 A와 셀 B가 동작할 때 얻을 수 있는 CQI를 보고할 수 있다.
추가적으로, 수식 13에서 i의 검색 공간(search space)를 제한하여 계산량을 줄일 수 있다. 수식 13에서 i는 아래 식과 같이 검색한 후 고정시키고, j는 BSPMI 집합을 전체 검색한다.
Figure 112010036766913-pat00019
여기서, U SVD의 l번째 행 백터는 H를 SVD(singular value decomposition)하여 얻을 수 있는 l번째 좌측 우위 특이값 벡터(left dominant singular vector)의 허미션(hermition)이다. tr(A)는 행렬 A의 대각 성분(diagonal element) 또는 벡터 A의 요소(element)의 합을 의미한다. |A|는 행렬/벡터 A의 요소 별(element wise) 절대값으로 구성된 행렬/벡터이다.
마찬가지로, j에 대해서도 검색 공간을 제한하여 계산량을 줄일 수 있다. 수식 13에서 j는 아래와 같이 검색한 후 고정시키고, i는 PMI 집합을 전체 검색한다.
Figure 112010036766913-pat00020
또는, i*, j*를 각각 수식 19, 수식 20을 이용하여 찾을 수 있다.
주어진 PMI i에 대해 다음 식과 같이 j를 찾을 수 있다.
Figure 112010036766913-pat00021
이 경우 수식 13에서 i를 전체 검색할 때 수식 21로 i에 종속적인 j를 결정하여 i*, j를 찾을 수 있다.
또는, i*, j*를 각각 수식 19, 수식 21을 이용하여 찾을 수 있다.
3. 랭크 피드백
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 정보 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저 단말은 기지국의 스케줄링 정보가 없는 상태에서 하향링크 서비스를 받기 위한 추천 랭크를 결정하고, 보고한다(S510). 일례로 단말은 SU-MIMO 하향링크 서비스를 받는 다는 가정하에 추천 랭크를 결정할 수 있다. 추천 랭크를 결정하는 기준은 SINR과 같은 채널 품질과 복수의 안테나들에 대한 채널들의 상관(correlation)이 될 수 있다. 이론적으로 낮은 SINR에서는 단일 랭크 전송이 최적이고, SINR이 높아질수록 최대 랭크에 근접한 값을 갖는 추천 랭크가 선택될 수 있다. 또한, 안테나 간의 거리가 가깝거나 기지국과 단말 사이에 분산(scattering)이 적은 경우 채널 상관도가 크기 때문에 높은 랭크를 지원할 수 없을 수 있다.
복수의 단말로부터 추천 랭크를 수신한 기지국은 다중 사용자 스케줄링을 고려하여 각 단말의 지시 랭크를 결정하고, 각 단말에게 보낸다(S520). 기지국은 MU-MIMO 또는 CoMP 전송시 추천 랭크를 기반으로 지시 랭크를 결정할 수 있다.
MU-MIMO에서는 여러 단말이 기지국의 전송 파워 및 무선 자원을 나누어 가지게 되므로, SU-MIMO 관점에서 결정된 추천 랭크 보다 낮거나 같은 랭크로 결정되는 것이 일반적이다. 예를 들어, 셀 내에 서비스받으려는 단말의 수가 상당히 많은 경우 모든 사용자의 랭크를 1로 조절하여, 높은 셀 수율(throughput)을 유지하면서 채널 상태 피드백으로 인한 오버헤드를 줄일 수 있다.
CoMP에서, 단말에 대한 SINR을 높일 수 있으므로 추천 랭크보다 더 높은 랭크가 지시 랭크로 결정될 수 있다.
단말은 지시 랭크를 기반으로 채널 상태(channel state)를 피드백한다(S530). 채널상태는 서빙 셀을 위한 PMI, 서빙 셀을 위한 유효 채널, 협력 셀을 위한 GSPMI, 협력 셀을 위한 BSPMI, 협력 셀을 위한 유효 채널 및 CQI 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
기지국은 다수 단말로부터 수신한 채널 상태 정보를 바탕으로 스케줄링을 수행한 뒤, 단말에게 데이터를 전송한다(S540).
단말은 추천 랭크를 주기적으로 전송할 수 있고, 또는 기지국의 요청에 의해 전송할 수 있다.
추천 랭크의 전송 주기는 수백 혹은 수천 밀리초(millisecond) 단위의 비교적 긴 주기가 될 수 있다. 단말은 비교적 긴 주기로 핸드오버를 위한 RSRP(Reference Signal Received Power) 및/또는 RSRQ(Reference Signal Received Quality)를 포함하는 측정 메시지를 보고하는 데, 이 측정 메시지에 추천 랭크가 포함될 수 있다.
긴 전송 주기는 새도잉(shadowing)이나 경로 손실(path loss)와 같은 광범위 페이딩(large scale fading)은 랭크 결정에 반영되지만, 소범위 페이딩(small scale fading)은 반영되지 않을 수 있다. 따라서, 기지국의 요청으로 또는 수 밀리초 단위의 단 주기로 추천 랭크를 보고할 수도 있다.
추천 랭크와 함께 채널 상태를 보고할 수도 있다. 기지국은 지시 랭크를 결정할 때, 추천 랭크와 채널 상태를 함께 고려할 수 있다.
기지국은 지시 랭크를 단말이 채널 상태를 계산할 때 상정할 수 있는 랭크의 최대값으로 결정할 수 있다. 기지국은 각 단말의 추천 랭크를 기반으로 각 단말의 사용가능한 최대 랭크를 지시 랭크로 결정한다. 단말은 주어진 최대 랭크의 제한 하에서 최적의 랭크와 채널 상태를 피드백한다. 기지국과 단말간의 채널이 순간적으로 깊은 페이딩(deep fading)에 빠질 경우 단말이 랭크를 동적으로 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 채널 정보 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3의 실시예와 비교하여, 단말로 채널 상태를 수신한 후에, 기지국은 초기 전송을 수행한다(S640). 단말이 피드백 한 채널 상태 정보는 스케줄링이 완료되기 전에 계산한 값이므로, 보다 정확한 MCS(Modulation and Coding Scheme)을 결정하기 위해서 초기 전송을 수행한다. 초기 전송에는 단계 S530의 채널 상태를 기반으로 전송 빔 포밍이 적용된 DRS(Dedicated Reference Signal)가 전송된다.
단말은 DRS를 기반으로 채널 상태를 측정하고, 갱신된 채널 상태를 기지국으로 피드백한다(S650). 기지국은 갱신된 채널 상태를 기반으로 데이터를 전송한다(S660).
협력 셀이 빔 회피, 조인트 전송(joint transmission) 및 CoMP 미지원의 세 가지 CoMP 방식을 모두 수행할 수 있다면, 단말은 각 CoMP 방식에 대한 추천 랭크를 모두 보고할 수 있다. 서빙 셀은 협력 셀과의 협의를 통해 최종 CoMP 방식을 결정하고, 결정된 CoMP 방식에 해당하는 지시 랭크를 단말에 알려줄 수 있다.
만약 기지국이 지시 랭크와 함께 결정된 CoMP 방식을 단말에 알려준다면, 단말은 해당되는 CoMP 방식에 필요한 채널 상태만을 피드백할 수 있다.
만약 기지국이 결정된 CoMP 방식을 단말에 알려주지 않는다면, 단말은 각 CoMP 방식이 요구하는 채널 상태의 합집합에 해당하는 정보를 피드백할 수 있다. 채널 상태 정보 중 유효 채널, PMI, GSPMI 및 BSPMI는 각 CoMP 방식에 대해 공통적으로 설정될 수 있기 때문이다. 빔 회피를 수행하는 경우 서빙 셀과 협력 셀의 모든 유효 채널 또는 PMI가 사용된다. 조인트 전송을 수행하는 경우 코히어런트 결합(coherent combining)을 위한 위상 회전(phase rotation) 정보가 더 사용된다. CoMP를 수행하지 않는 경우, 서빙 셀의 유효 채널 또는 PMI 만 사용된다.
이제 추천 랭크와 지시 랭크를 전송하는 방법에 대해 기술한다.
추천 랭크와 지시 랭크는 RRC(Radio Resource Control) 메시지를 통해 전송될 수 있다. 또는, 추천 랭크와 지시 랭크는 물리 채널 상으로 전송될 수 있다.
3GPP TS 36.211 V8.7.0 (2009-05)에 개시된 바와 같이, LTE에서 물리채널은 데이터 채널인 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)와 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 및 제어채널인 PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 및 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)로 나눌 수 있다.
도 5는 3GPP LTE에서 하향링크 무선 프레임의 구조를 나타낸다. 이는 3GPP TS 36.211 V8.7.0 (2009-05)의 6절을 참조할 수 있다.
무선 프레임(radio frame)은 0~9의 인덱스가 매겨진 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다.
하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌을 포함할 수 있다. OFDM 심벌은 3GPP LTE가 하향링크에서 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)를 사용하므로, 시간 영역에서 하나의 심벌 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것에 불과할 뿐, 다중 접속 방식이나 명칭에 제한을 두는 것은 아니다. 예를 들어, OFDM 심벌은 SC-FDMA(single carrier-frequency division multiple access) 심벌, 심벌 구간 등 다른 명칭으로 불릴 수 있다.
하나의 슬롯은 7 OFDM 심벌을 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, CP(Cyclic Prefix)의 길이에 따라 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 수는 바뀔 수 있다. 3GPP TS 36.211 V8.5.0 (2008-12)에 의하면, 정규 CP에서 1 서브프레임은 7 OFDM 심벌을 포함하고, 확장(extended) CP에서 1 서브프레임은 6 OFDM 심벌을 포함한다.
자원블록(resource block, RB)은 자원 할당 단위로, 하나의 슬롯에서 복수의 부반송파를 포함한다. 예를 들어, 하나의 슬롯이 시간 영역에서 7개의 OFDM 심벌을 포함하고, 자원블록은 주파수 영역에서 12개의 부반송파를 포함한다면, 하나의 자원블록은 7×12개의 자원요소(resource element, RE)를 포함할 수 있다.
서브프레임은 시간 영역에서 제어영역(control region)과 데이터영역(data region)으로 나누어진다. 제어영역은 서브프레임내의 첫번째 슬롯의 앞선 최대 4개의 OFDM 심벌을 포함하나, 제어영역에 포함되는 OFDM 심벌의 개수는 바뀔 수 있다. 제어영역에는 PDCCH가 할당되고, 데이터영역에는 PDSCH가 할당된다.
PDCCH를 통해 전송되는 제어정보를 하향링크 제어정보(downlink control information, DCI)라고 한다. DCI는 PDSCH의 자원 할당(이를 하향링크 그랜트(downlink grant)라고도 한다), PUSCH의 자원 할당(이를 상향링크 그랜트(uplink grant)라고도 한다), 임의의 UE 그룹내 개별 UE들에 대한 전송 파워 제어 명령의 집합 및/또는 VoIP(Voice over Internet Protocol)의 활성화를 포함할 수 있다.
PDCCH 상의 DCI는 블라인드 디코딩(blind decoding)을 통해 수신된다. 하나의 서브프레임의 제어영역내에서 복수의 후보(candidate) PDCCH가 전송될 수 있다. 단말은 매 서브프레임마다 복수의 후보 PDCCH들을 모니터링한다. 여기서, 모니터링이란 단말이 모니터링되는 PDCCH 포맷에 따라 PDCCH들의 각각의 디코딩을 시도하는 것을 말한다. 단말은 서브프레임내에서 PDCCH 후보(candidate)들의 집합을 모니터링하여 자신의 PDCCH를 찾는다. 예를 들어, 만약 해당하는 PDCCH에서 단말의 식별자(i.e. C-RNTI(Cell-Radio Network Temporary Identifier))를 디마스킹(demasking)하여 CRC(Cyclic Redundancy Check) 에러가 검출되지 않으면 단말은 자신의 DCI를 갖는 PDCCH로 검출하는 것이다.
하향링크 데이터를 수신하기 위해, 단말은 먼저 PDCCH 상으로 하향링크 자원 할당을 수신한다. PDCCH의 검출에 성공하면, 단말은 PDCCH 상의 DCI를 읽는다. DCI 내의 하향링크 자원 할당을 이용하여 PDSCH 상의 하향링크 데이터를 수신한다. 또한, 상향링크 데이터를 전송하기 위해, 단말은 먼저 먼저 PDCCH 상으로 상향링크 자원 할당을 수신한다. PDCCH의 검출에 성공하면, 단말은 PDCCH 상의 DCI를 읽는다. DCI 내의 상향링크 자원 할당을 이용하여 PUSCH 상으로 상향링크 데이터를 전송한다.
도 6은 3GPP LTE에서 상향링크 서브프레임의 일 예를 나타낸다.
상향링크 서브프레임은 상향링크 제어정보를 나르는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)가 할당되는 제어영역과 상향링크 데이터를 나르는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)가 할당되는 데이터 영역으로 나눌 수 있다. 하나의 단말에 대한 PUCCH는 서브프레임에서 자원블록 쌍(pair)으로 할당된다. 자원블록 쌍에 속하는 자원블록들은 제1 슬롯과 제2 슬롯 각각에서 서로 다른 부반송파를 차지한다. m은 서브프레임 내에서 PUCCH에 할당된 자원블록 쌍의 논리적인 주파수 영역 위치를 나타내는 위치 인덱스이다. 동일한 m 값을 갖는 자원블록이 2개의 슬롯에서 서로 다른 부반송파를 차지하고 있음을 보이고 있다.
3GPP TS 36.211 V8.7.0 (2009-05)에 의하면, PUCCH는 다중 포맷을 지원한다. PUCCH 포맷에 종속된 변조 방식(modulation scheme)에 따라 서브프레임당 서로 다른 비트 수를 갖는 PUCCH를 사용할 수 있다. 다음 표는 PUCCH 포맷에 따른 변조 방식 및 서브프레임당 비트 수의 예를 나타낸다.
PUCCH Format Modulation Scheme Number of Bits per subframe
1 N/A N/A
1a BPSK 1
1b QPSK 2
2 QPSK 20
2a QPSK+BPSK 21
2b QPSK+BPSK 22
PUCCH 포맷 1은 SR(Scheduling Request)의 전송에 사용되고, PUCCH 포맷 1a/1b는 HARQ를 위한 ACK/NACK 신호의 전송에 사용되고, PUCCH 포맷 2는 CQI의 전송에 사용되고, PUCCH 포맷 2a/2b는 CQI 및 ACK/NACK 신호의 동시(simultaneous) 전송에 사용된다.
도 7은 3GPP LTE에서 정규 CP에서 PUCCH 포맷 1b를 나타낸다. 정규 CP와 확장 CP는 슬롯 당 포함되는 OFDM 심벌의 개수가 달라, 기준신호(reference signal, RS)의 위치와 개수가 다를 뿐, ACK/NACK 전송의 구조는 동일하다.
1비트 ACK/NACK 신호를 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조하거나 2비트 ACK/NACK 신호를 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조하여 변조 심벌 d(0)가 생성된다.
정규 CP 또는 확장 CP에서 하나의 슬롯에 ACK/NACK 신호의 전송을 위해 5개의 OFDM 심벌이 있으므로, 하나의 서브프레임에는 ACK/NACK 신호의 전송을 위해 총 10개의 OFDM 심벌이 있다. 변조 심벌 d(0)은 순환 쉬프트된 시퀀스 r(n,Ics)로 확산된다. 서브프레임에서 (i+1)번째 OFDM 심벌에 대응하는 일차원 확산된 시퀀스를 m(i)라 할 때,
{m(0), m(1),..., m(9)} = {d(0)r(n,Ics), d(0)r(n,Ics), ..., d(0)r(n,Ics)}
로 나타낼 수 있다.
단말 용량을 증가시키기 위해, 일차원 확산된 시퀀스는 직교 시퀀스를 이용하여 확산될 수 있다. 확산 계수(spreading factor) K=4인 직교 시퀀스 wi(k) (i는 시퀀스 인덱스, 0≤k≤K-1)로 다음과 같은 시퀀스를 사용한다.
Index (i) [ wi(0), wi(1), wi(2), wi(3) ]
0 [ +1, +1, +1, +1 ]
1 [ +1, -1, +1, -1 ]
2 [ +1, -1, -1, +1 ]
따라서, 임의의 직교 시퀀스 인덱스 i가 주어질 때, 2차원 확산된 시퀀스 s(0), s(1),..., s(9)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
{s(0), s(1),..., s(9)}={wi(0)m(0), wi(1)m(1), wi(2)m(2), wi(3)m(3), wi(4)m(4), wi(0)m(5), wi(1)m(7), wi(2)m(8), wi(3)m(9)}
순환 쉬프트 인덱스 Ics는 무선 프레임 내 슬롯 번호(ns) 및/또는 슬롯 내 심벌 인덱스(ℓ)에 따라 달라질 수 있다. 최초의 순환 쉬프트 인덱스를 0으로 하고, OFDM 심벌마다 순환 쉬프트 인덱스의 값이 하나씩 증가한다고 할 때, 도 7에 나타난 바와 같이,
{s(0), s(1),..., s(9)} = {wi(0)d(0)r(n,0), wi(1)d(1)r(n,1), ..., wi(3)d(9)r(n,9)}
로 나타낼 수 있다.
2차원 확산된 시퀀스들 {s(0), s(1),..., s(9)}는 IFFT가 수행된 후, 대응하는 자원블록을 통해 전송된다. 이로써, ACK/NACK 신호가 PUCCH 상으로 전송되는 것이다.
직교 시퀀스 인덱스 i, 순환 쉬프트 인덱스 Ics 및 자원 블록 인덱스 m은 PUCCH를 구성하기 위해 필요한 파라미터들이자, PUCCH(또는 단말)을 구분하는 데 사용되는 ACK/NACK 자원(또는 PUCCH 자원이라고 함)이다. 가용 순환 쉬프트의 개수가 12이고, 가용한 직교 시퀀스 인덱스의 개수가 3이라면, 총 36개의 단말에 대한 PUCCH가 하나의 자원블록에 다중화될 수 있다.
3GPP LTE에서는 PUCCH를 구성하기 위한 상기 3개의 파라미터로 정의되는 ACK/NACK 자원을 자원 인덱스 n(1) PUUCH로 식별한다.
도 8은 PUCCH를 구성하기 위한 자원을 획득하는 방법을 나타낸다.
자원 인덱스 n(1) PUUCH = nCCE+N(1) PUUCH로 정의되는 데, nCCE는 대응하는 DCI(즉, ACK/NACK 신호에 대응하는 하향링크 전송블록의 수신에 사용된 하향링크 자원 할당)의 전송에 사용되는 PDCCH의 첫번째 CCE의 인덱스이고, N(1) PUUCH는 기지국이 단말에게 상위계층(higher layer) 메시지로 알려주는 값이다.
여기서, 제어영역에서 하향링크 할당이 검출된 PDCCH가 CCE 인덱스 7, 8, 9, 10의 4개의 CCE를 사용한다고 하자. PDCCH의 첫번째 CCE의 인덱스(또는 가장 낮은 CCE 인덱스) nCCE=7이다. N(1) PUUCH는 기지국으로부터 주어지는 파라미터이므로, 단말은 자원 인덱스 n(1) PUUCH를 결정할 수 있다.
자원 인덱스 n(1) PUUCH를 기반으로 단말은 PUCCH를 구성하기 위한 직교 시퀀스 인덱스 i, 순환 쉬프트 인덱스 Ics 및 자원 블록 인덱스 m을 결정할 수 있다.
결과적으로, PUCCH의 전송에 사용되는 PUCCH 자원은 대응하는 PDCCH의 자원에 종속하여 묵시적으로(implicitly) 결정된다고 할 수 있다. 왜냐하면, 기지국은 단말이 ACK/NACK 신호를 위한 PUCCH의 전송에 사용되는 자원을 별도로 알려주지 않고, 하향링크 전송블록의 자원 할당에 사용되는 PDCCH의 자원을 통해 간접적으로 알려주기 때문이다.
상기 3GPP LTE의 물리 채널 구조를 기반으로 추천 랭크와 지시 랭크를 전송하는 방법은 다음과 같다.
추천 랭크는 PUSCH 상으로 전송될 수 있다. 기지국은 PDCCH의 DCI에 추천 랭크의 요청을 나타내는 비트를 설정한다. 단말은 추천 랭크의 요청이 있으면, DCI 내의 자원 할당 정보를 이용하여 PUSCH 상으로 추천 랭크를 전송할 수 있다.
추천 랭크는 PUCCH 상으로 전송될 수 있다. PUCCH를 위한 PUCCH 자원은 미리 예약될 수 있다. 추천 랭크를 위한 PUCCH 자원을 미리 정의하거나, RRC 메시지 등을 통해 단말에게 기지국이 알려줄 수 있다. 이는 매번 PUCCH 자원을 할당할 필요가 없고, 주기적으로 추천 랭크를 전송할 수 있는 장점이 있다. 또는, 기지국의 요청이 DCI 내에 포함되면, 기지국의 추천 랭크 요청이 전송되는 PDCCH 자원으로부터 PUCCH 자원을 결정할 수 있다.
지시 랭크는 PDCCH 상으로 전송될 수 있다. 지시 랭크가 포함되는 DCI의 CRC는 단말 식별자인 C-RNTI로 마스킹될 수 있다. 이는 각 단말은 자신의 지시 랭크만을 수신할 수 있음을 의미한다.
지시 랭크는 복수의 단말에 대해 각각 정의된다. 따라서, i번째 단말을 위한 지시 랭크를 Ri라 할 때, k개의 단말에 대한 지시 랭크를 포함하는 DCI는 다음과 같이 구성될 수 있다.
DCI = { R1, R2, R3, ...., Rk }
이 DCI의 CRC는 RI-RNTI(Rank Indicator-RNTI)와 같이 지시 랭크를 위한 전용의 식별자로 마스킹될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
단말(1000)은 프로세서(1010), 메모리(1020) 및 RF부(radio frequency unit)(1030)을 포함한다. 프로세서(1010)는 채널 상태 및/또는 추천 랭크를 피드백하고, 전술한 도 2 내지 4의 실시예에서 단말의 동작을 구현한다. 메모리(1020)는 프로세서(1010)와 연결되어, MIMO 또는 CoMP 동작을 위한 프로토콜이나 파라미터를 저장한다. RF부(1030)는 프로세서(1010)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.
기지국(1100)은 프로세서(1110), 메모리(1120) 및 RF부(1130)을 포함한다. 프로세서(1110)는 채널 상태 및/또는 추천 랭크를 수신하여, 지시 랭크를 결정하고 단말들을 스케줄링한다. 전술한 실시예에서 기지국의 동작은 프로세서(1110)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(1120)는 프로세서(1110)와 연결되어, MIMO 또는 CoMP 동작을 위한 프로토콜이나 파라미터를 저장한다. RF부(1130)는 프로세서(1110)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.
프로세서(1010, 1110)은 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(1020, 1120)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부(1030, 1130)은 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(1020, 1120)에 저장되고, 프로세서(1010, 1110)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(1020, 1120)는 프로세서(1010, 1110) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(1010, 1110)와 연결될 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (16)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말의 채널 정보 피드백(feedback) 방법에 있어서,
    랭크의 최대 값에 대한 정보를 수신하는 단계;
    하나 이상의 셀이 설정된 경우, 제1 피드백 프로세스와 제2 피드백 프로세스를 수행하는 단계,
    상기 제1 피드백 프로세스는 랭크 정보를 기초로 생성된 제1 채널 정보를 전송하도록 설정되고,
    상기 제2 피드백 프로세스는 상기 제1 채널 정보를 생성하는데 사용된 상기랭크 정보와 동일한 랭크 정보를 기초로 생성된 제2 채널 정보를 전송하도록 설정되고,
    상기 랭크의 최대 값은 상기 랭크 정보를 결정하는데 이용되고; 및
    상기 랭크 정보에 기초하여 기지국에 의해 결정된 랭크 관련 정보를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 채널 정보는
    PMI(precoding matrix indicator)와 CQI(channel quality information) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    안테나 레이어(layer)의 개수에 대응하는 랭크 정보를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 피드백 프로세스는 제1 참조 신호(reference signal)와 관련되어 있고,
    상기 제2 피드백 프로세스는 제2 참조 신호와 관련되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 참조 신호 각각은
    CRS(Cell-specific reference signal)과 CSI-RS(channel state information reference signal) 중 어느 하나에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 채널 정보 및 제2 채널 정보 각각은 CSI(channel state information)인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 제1 채널 정보 및 제2 채널 정보에 기초하여 빔포밍된 DRS(dedicated reference signal)를 수신하는 단계와;
    상기 DRS를 이용하여 측정된 갱신 채널 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 제1 채널 정보 또는 제2 채널 정보는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel) 또는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 상에서 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 랭크 관련 정보는
    RNTI(radio network temporary identity)로 스크램블된 DCI(downlink control information)를 통해 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제9항에 있어서, 상기 RNTI는 RI-RNTI(rank indicator-RNTI)인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 사용자 장치로서,
    무선 신호를 송수신하는 RF(radio frequency)부와;
    상기 RF부에 연결된 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
    랭크의 최대 값에 대한 정보를 수신하고,
    하나 이상의 셀이 설정된 경우, 제1 피드백 프로세스와 제2 피드백 프로세스를 수행하는 과정을 수행하고,
    상기 제1 피드백 프로세스는 랭크 정보를 기초로 생성된 제1 채널 정보를 전송하도록 설정되고,
    상기 제2 피드백 프로세스는 상기 제1 채널 정보를 생성하는데 사용된 상기랭크 정보와 동일한 랭크 정보를 기초로 생성된 제2 채널 정보를 전송하도록 설정되고,
    상기 랭크의 최대 값은 상기 랭크 정보를 결정하는데 이용되고,
    상기 랭크 정보에 기초하여 기지국에 의해 결정된 랭크 관련 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 채널 정보는
    PMI(precoding matrix indicator)와 CQI(channel quality information) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는
    안테나 레이어(layer)의 개수에 대응하는 랭크 정보를 결정하는 과정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 피드백 프로세스는 제1 참조 신호(reference signal)와 관련되어 있고,
    상기 제2 피드백 프로세스는 제2 참조 신호와 관련되어 있는 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 참조 신호 각각은
    CRS(Cell-specific reference signal)과 CSI-RS(channel state information reference signal) 중 어느 하나에 대응하는 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제1 채널 정보 및 제2 채널 정보 각각은 CSI(channel state information)인 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
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