KR102043021B1 - 이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 방법에 있어서, 적어도 하나의 단말로부터 수신한, 주기적으로 송신하는 제1훈련 신호에 대한 제1피드백 정보를 이용하여 비주기적 제2훈련 신호를 송신할 지 여부를 결정하는 과정과, 상기 제2훈련 신호의 송신을 결정한 경우, 상기 제1피드백 정보를 이용하여 선택된 단말들에게 상기 제2훈련 신호를 송신 후, 수신한 상기 제2훈련 신호에 대한 제2피드백 정보를 기반으로 하향링크 데이터에 대한 스케쥴링을 수행하는 과정을 포함한다.

Description

이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 방법 및 장치{A SCHEDULING METHOD AND APPARATUS FOR BEAM FORMING IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 방법 및 장치에 관한 것이다.
이동 통신의 진화와 함께 데이터 전송 속도를 높이려는 방안들이 연구되어 왔다. 데이터 전송 속도를 높이는 기술들로는 신호의 대역폭을 늘리거나, 송신 전력을 높이거나, 동일한 송신 전력을 사용해도 수신기에서의 신호 대 잡음 비율을 높이는 효과를 얻거나, 복수의 안테나를 사용하여 동시에 복수 개의 데이터를 송수신하는 방법 등이 있다.
보다 구체적인 예로, 최근 상용화된 3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 LTE(Long-Term Evolution) 통신 시스템은 복수의 안테나들을 사용하여OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 신호를 송수신함으로써, 데이터 전송 속도를 높인다. 이때 적용되는 기술로는 송수신기 각각이 복수의 안테나들을 구비하고, 복수개의 안테나들을 통해서 변조 심볼들을 동일한 OFDM의 부반송파(subcarrier) 위치에서 동시에 송신하는 MIMO (Multi-Input Multi-Output) 기술과, 송신기가 복수의 송신 안테나들을 사용해서 하나의 수신기에게 신호를 송신하는 SU-MIMO (Single-User Multi-Input Multi-Output) 기술 및 하나의 변조 심볼을 복수의 송신 안테나를 사용하여 하나의 수신기를 송신 시, 각 송신 안테나 별로 송신되는 변조 심볼에 대해 적절한 웨이트(weight)를 곱하여 송신하는 디지털 프리코딩(Digital Precoding) 기술 등이 있다. 또 다른 기술로는 송신기가 복수의 송신 안테나들을 사용하여 복수의 수신기들에게 변조 심볼들을 동시에 송신할 경우, 수신기는 수신하고자 하는 신호를 최대화하고 간섭 신호의 크기를 최소화하도록 선정된 프리코더(Precoder)값을 적용함으로써, 원하는 심볼만을 수신하는 MU-MIMO (Multi-User Multi-Input Multi-Output) 기술이 있다.
일반적으로, 복수의 안테나들을 구비한 LTE 시스템에서는 셀 내의 모든 위치에서 신호가 송수신될 수 있도록 하기 위해서 송신기의 안테나 별 빔 폭이 수평 방향으로 매우 넓게 설정된다. 그로 인해서, LTE 시스템에서 사용되는 안테나 이득은 제한적이다. 이를 개선하기 위해서 해당 안테나에 대해 전제 빔 폭을 좁은 빔 폭으로 분할하고, 그에 대응하는 다수의 빔들을 형성하는 방안(이하, '아날로그 빔포밍 기술'이라 칭함)이 도입되었다. 그리고, 복수개의 빔들을 통해서 동시에 신호들을 송수신하는 경우, 앞서 설명한 디지털 프리코딩을 추가로 적용한 디지털 빔포밍 기술 역시 사용되고 있다.
한편, 앞서 설명한 아날로그 빔포밍 기술이 적용될 경우, 통신 시스템의 기지국과 단말은 복수개의 빔들을 사용하게 된다. 이 경우, 하향 링크(DL: DownLink) 및 상향 링크(UL: UpLink) 각각에 대해 기지국이 구비한 복수개의 안테나들 각각의 빔들과, 단말이 구비한 복수개의 안테나들 각각에 대한 빔들의 조합에 대한 채널 추정을 통해서 최적 빔 조합을 선택하는 과정이 필요하다. 그로 인해, 일반적인 아날로그 빔포밍을 사용하는 경우, 최적 빔 조합을 선택하는 과정으로 인해서 지연 시간 및 낭비되는 자원이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 이동 통신 시스템에서 아날로그 빔 포밍을 적용할 경우, 최적 빔 조합을 선택하기 위해서 소요되는 시간 및 자원을 감소시키기 위한 스케쥴링 방법 및 장치를 제안한다.
추가적으로, 본 발명은, 단말들의 이동성을 고려하기 위해서 이동성을 고려한 채널 추정을 기반으로 아날로그 빔 포밍에 추가적으로 디지털 프리코딩의 적용 여부를 결정하는 스케쥴링 방법 및 장치를 제안한다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 방법에 있어서, 적어도 하나의 단말로부터 수신한, 주기적으로 송신하는 제1훈련 신호에 대한 제1피드백 정보를 이용하여 비주기적 제2훈련 신호를 송신할 지 여부를 결정하는 과정과, 상기 제2훈련 신호의 송신을 결정한 경우, 상기 제1피드백 정보를 이용하여 선택된 단말들에게 상기 제2훈련 신호를 송신 후, 수신한 상기 제2훈련 신호에 대한 제2피드백 정보를 기반으로 하향링크 데이터에 대한 스케쥴링을 수행하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 다른 방법은, 이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 방법에 있어서, 기지국으로부터 주기적으로 송신되는 제1훈련 신호의 채널 측정에 대한 제1피드백 정보를 상기 기지국으로 송신한 후, 상기 제1피드백 정보를 기반으로 생성된 제1지시 정보에 대응하는 수신 안테나 및 수신 빔을 통해서 비주기적으로 송신되는 제2훈련 신호의 수신을 대기하는 과정과, 상기 제2훈련 신호의 채널 측정에 대한 제2피드백 정보를 상기 기지국으로 송신한 후, 상기 제2피드백 정보를 기반으로 스케쥴링된 하향링크 데이터에 대한 최종 경로를 포함하는 제2지시 정보를 수신하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 다른 방법은, 이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 방법에 있어서, 적어도 하나의 단말로부터 주기적으로 송신되는 제1훈련 신호의 채널 측정치를 기반으로 비주기적 제2훈련 신호의 송신 여부를 결정하는 과정과, 상기 제2훈련 신호의 송신을 결정한 경우, 상기 채널 값을 기반으로 선택한 적어도 하나의 후보 경로에 대한 지시 정보를 상기 적어도 하나의 후보 경로가 포함하는 단말들에게 송신하는 과정과, 상기 단말들로부터 비주기적 제2훈련 신호가 수신되면, 상기 제2훈련 신호의 채널 측정치를 기반으로, 상향링크 데이터를 송신할 최종 경로 및 자원을 할당하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 다른 방법은; 이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 방법에 있어서, 주기적으로 제1훈련 신호의 송신 후, 기지국으로부터 상기 제1훈련 신호의 채널 측정치를 기반으로 선택된 적어도 하나의 후보 경로에 대한 제1지시 정보를 수신하는 과정과, 상기 제1지시 정보에 대응하는 해당 송신 안테나의 해당 송신빔을 통해서 상기 기지국의 해당 수신 안테나 및 해당 수신빔으로 비주기적 제2훈련 신호를 송신하는 과정과, 상기 기지국으로부터 상기 제2훈련 신호의 채널 측정치를 기반으로 할당된 최종 경로 및 자원에 대한 제2지시 정보를 수신 후, 상기 최종 경로를 통해서 상향링크 데이터를 송신하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는, 이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 장치에 있어서, 적어도 하나의 단말로부터 주기적으로 송신되는 제1훈련 신호에 대한 제1피드백 정보를 수신하는 송수신부와, 상기 제1피드백 정보를 이용하여 비주기적 제2훈련 신호를 송신할 지 여부를 결정하고, 상기 제2훈련 신호의 송신을 결정한 경우, 상기 제1피드백 정보를 이용하여 선택된 단말들에게 상기 제2훈련 신호를 송신 후, 수신한 상기 제2훈련 신호에 대한 제2피드백 정보를 기반으로 하향링크 데이터에 대한 스케쥴링을 수행하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 다른 장치는, 이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 장치에 있어서, 송수신부를 통해서 기지국으로부터 주기적으로 송신되는 제1훈련 신호의 채널 측정에 대한 제1피드백 정보를 상기 기지국으로 송신하도록 제어하고, 상기 제1피드백 정보를 기반으로 생성된 제1지시 정보에 대응하는 수신 안테나 및 수신 빔을 통해서 비주기적으로 송신되는 제2훈련 신호의 수신을 대기하는 제어부와, 상기 제어부의 지시에 따라 상기 제2훈련 신호의 채널 측정에 대한 제2피드백 정보를 상기 기지국으로 송신한 후, 상기 제2피드백 정보를 기반으로 스케쥴링된 하향링크 데이터에 대한 최종 경로를 포함하는 제2지시 정보를 수신하는 송수신부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 다른 장치는, 이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 장치에 있어서, 적어도 하나의 단말로부터 수신한 주기적으로 송신하는 제1훈련 신호의 채널 측정치를 기반으로 비주기적 제2훈련 신호의 송신 여부를 결정하고, 상기 제2훈련 신호의 송신을 결정한 경우, 상기 채널 값을 기반으로 선택한 적어도 하나의 후보 경로에 대한 지시 정보를 상기 적어도 하나의 후보 경로가 포함하는 단말들에게 송신하도록 송수신부를 제어하고, 상기 단말들로부터 비주기적 제2훈련 신호가 수신되면, 상기 제2훈련 신호의 채널 측정치를 기반으로, 상향링크 데이터를 송신할 최종 경로 및 자원을 할당하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는, 이동 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 스케쥴링 장치에 있어서, 주기적으로 제1훈련 신호의 송신 후, 기지국으로부터 상기 제1훈련 신호의 채널 측정치를 기반으로 선택된 적어도 하나의 후보 경로에 대한 제1지시 정보를 수신하고, 상기 지시 정보에 대응하는 해당 송신 안테나의 해당 송신빔을 통해서 상기 기지국의 해당 수신 안테나 및 해당 수신빔으로 비주기적 제2훈련 신호를 송신하는 송수신부와, 상기 기지국으로부터 상기 제2훈련 신호의 채널 측정치를 기반으로 할당된 최종 경로 및 자원에 대한 제2지시 정보를 수신 후, 상기 최종 경로를 통해서 상향링크 데이터를 송신하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 아날로그 빔 포밍을 적용을 위한 최적 빔 조합을 선택하기 위한 스케쥴링 과정에 포함되는 훈련 신호의 송수신 및 피드백에 대한 구체적인 절차를 제안함으로써, 상기 스케쥴링 과정에서 소요되는 자원 및 지연 시간을 감소시켜 스케쥴링 복잡도를 최소화하고, 통신 효율을 최대화하는 효과가 있다. 추가적으로, 본 발명의 스케쥴링 과정은 단말의 이동성에 따른 채널 추정 결과를 기반으로 디지털 프리코딩의 추가 적용 여부를 결정하는 과정을 포함함으로써, 통신 효율을 최대화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 빔포밍이 적용되는 안테나의 일 예인 혼 안테나를 도시한 도면,
도 2a,b는 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 빔포밍이 적용되는 안테나의 다른 예를 도시한 도면,
도 3은 도 2의 어레이 안테나의 실시 예를 나타낸 도면,
도 4a는 본 발명의 제1실시 예에 따라 DL에서 최적의 송/수신빔을 결정하는 스케쥴링 동작의 흐름도의 일 예,
도 4b는 본 발명의 제1실시 예에 따라 DL에서 최적의 송/수신빔을 결정하는 스케쥴링 동작의 흐름도의 일 예,
도 5a는 본 발명의 제2실시 예에 따라 UL에서 최적의 송/수신빔을 결정하는 스케쥴링 동작의 흐름도의 일 예,
도 5b는 본 발명의 제2실시 예에 따라 DL에서 최적의 송/수신빔을 결정하는 스케쥴링 동작의 흐름도의 일 예,
도 6은 본 발명의 제3실시 예에 따라 DL 훈련 신호의 피드백 정보를 기반으로, UL에서 최적의 송/수신빔을 결정하는 스케쥴링 동작의 흐름도의 일 예,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 설계된 OFDM 훈련신호의 일 예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 설계된 OFDM 훈련신호의 다른 예를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 훈련신호를 생성 및 송수신하는 동작 흐름도,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 송신기의 블록 구성도,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 수신기의 블록 구성도,
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국 혹은 단말의 장치 구성도,
도 13a는 본 발명의 실시 예에 따른 DL프레임 구조의 일 예를 도시한 도면,
도 13b는 본 발명의 실시 예에 따른 DL 프레임 구조에서 제1DL훈련 신호의 송수신에 대한 기지국의 송신 빔과 해당 단말의 수신 빔의 전환 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 14a는 본 발명의 실시 예에 따른 UL 프레임 구조의 일 예를 도시한 도면,
도 14b는 본 발명의 실시 예에 따른 UL 프레임 구조에서 제1UL훈련 신호의 송수신에 대한 기지국의 송신 빔과 해당 단말의 수신 빔의 전환 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 구조에서 TDD방식이 적용된 경우의 일 예를 도시한 도면,
도 16a는 본 발명의 제1실시 예에 따른 기지국의 동작 흐름도,
도 16b는 본 발명의 제1실시 예에 따른 단말의 동작 흐름도,
도 17a는 본 발명의 제2실시 예에 따른 단말의 동작 흐름도,
도 17b는 본 발명의 제2실시 예에 따른 기지국의 동작 흐름도,
도 18a는 본 발명의 제3실시 예에 따른 기지국의 동작 흐름도,
도 18b는 본 발명의 제3실시 예에 따른 단말의 동작 흐름도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 도면상에 표시된 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호로 나타내었으며, 다음에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
일반적인 아날로그 빔포밍 방식 중 하나로 넓은 빔과 좁음 빔을 사용하는 2단계의 훈련 과정을 통해서 최적의 빔을 선택하는 방식이 있다. 그 구체적인 예로, 무선 랜 규격에서의 단말간의 1대 1 통신 환경을 가정하자. 이 경우, 송신측 단말은 넓은 빔들 각각을 사용하여 훈련 신호를 송신한다. 이때, 상기 송신측 단말은 수신측 단말의 정확한 위치를 알지 못하기 때문에, 상기 수신측 단말의 수신 응답이 수신될 때까지 넓은 빔 별로 훈련 신호의 전송을 반복한다. 이후, 해당 수신측 단말이 훈련 신호를 수신한 경우, 상기 수신측 단말은 상기 송신측 단말의 넓은 송신 빔들 중 자신에게 최적인 넓은 송신 빔을 검출하여 그 정보를 상기 수신측 단말에게 전달한다. 그러면, 송신측 단말은 선택된 넓은 송신 빔을 일정 간격으로 분할한 좁은 빔들을 통해서 훈련신호를 다시 송신한다. 그리고, 상기 좁은 빔들을 통해서 송신된 훈련 신호를 수신한, 수신측 단말은 상기 훈련 신호가 수신된 좁은 빔들 중 최적의 좁은 빔을 선택하여 그 정보를 송신측 단말에게 알려준다. 상기한 바와 같이 넓은 송신빔과 좁은 수신빔을 이용한 2단계의 훈련 과정은 1대 1 통신 환경에서의 최적빔 선택을 위한 자원 낭비를 감소시키는 장점이 있다.
반면, 기지국이 서비스할 다수의 단말들을 포함하는 이동 통신 환경에서는 상기 2단계의 훈련 과정을 적용하여 최적 빔을 선택할 경우, 오히려 자원 낭비가 증가하게 된다. 구체적으로, 기지국은 자신이 구비한 넓은 빔들을 통해서 셀 내에 위치한 모든 단말들에게 1단계의 훈련 신호를 전송할 경우, 서로 다른 위치의 단말들은 서로 다른 넓은 빔을 최적 빔으로 선택할 것이다. 그러므로 결국, 기지국은 서로 다른 위치의 단말들 각각으로부터 선택된, 해당 단말의 최적의 넓은 빔들을 분할한 좁은 빔들을 추가로 전송하게 된다. 그러므로, 본 발명에서는 다수의 단말들이 위치한 이동 통신 환경의 특성을 고려하여, 앞서 설명한 2단계의 훈련 신호 송신 과정을 적용하지 않고, 좁은 빔들만을 사용해서 훈련 신호를 일정한 주기에 따라 반복 전송한다.
한편, 이동통신 환경에서 빔포밍을 사용할 때, 항상 최적의 송수신 빔의 사용을 유지하기 위해서는, 기지국이 송신 빔들 각각을 순차적으로 전환하면서, 고정된 주기에 따라 훈련신호를 반복적으로 송신해야 한다. 그러면, 단말들 각각은 자신의 수신빔 별로 순차적으로 전환되는 기지국의 송신 빔들 모두에 대해 수신되는 훈련 신호의 측정을 순차적으로 수행하고, 해당 결과를 통해서 최적의 송수신 빔을 찾을 수 있다. 결과적으로 기지국의 송신빔들을 순차적으로 전환하는 주기적인 훈련 신호의 송신 방식은 해당 단말이 구비한 수신 빔의 개수에 상응하게 수행되어야 한다. 이로 인해서, 기지국과 단말의 송수신빔들에 대한 훈련 신호의 측정 과정에 있어 많은 시간이 소요하게 된다.
더욱이, 단말이 각 수신 빔 별로 훈련 신호를 측정하는 과정은, 해당 수신 빔을 통해서 수신되는 송신 빔들의 훈련 신호들에 대한 평균 수신 전력을 측정하는 과정이다. 이때, 측정되는 평균 수신 전력은 기지국과 단말간의 빔 폭 및 방향, 그리고 기지국 및 단말 주위의 건물의 위치 및 크기와 같은 신호 반사체의 거시적인 특성에 의해 천천히 변하는 롱 텀(long-term) 통신 채널 특성, 또는 단말의 이동 속도에 따른 순간적인 숏 텀(short-term) 통신 채널 특성의 변화 등에 따른 영향으로 인해서 오차가 발생할 수 있다.
그러므로, 이하, 본 발명은 복수의 아날로그 빔들을 사용하는 통신시스템에서 최적의 송수신 빔을 결정하기 위해서 송수신되는 훈련신호 및 피드백 신호의 양을 최소화하는 동시에 스케쥴링 복잡도를 줄이고, 통신 효율을 최대화하기 위해서 개선된 스케쥴링 방안 및 장치를 제안한다.
이하, 본 발명은 기지국과 단말들 각각이 다수의 안테나들을 구비하고, 다수의 안테나들을 통해서 다수의 송수신빔들을 형성하는 형태의 이동 통신 환경을 기반으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 빔포밍이 적용되는 안테나의 일 예인 혼 안테나를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 예로, 기지국 및 상기 기지국의 서비스 커버리지 내에 위치한 단말들 각각은 다수의 혼 안테나(Horn Antenna)들을 통해서 아날로그 빔포밍을 수행한다 혼 안테나의 빔 폭과 방향은 해당 안테나의 물리적 형태에 의해 정의된다. 여기서는 일 예로, 기지국 또는 단말(105)은 총 N개의 혼 안테나들(101-1 내지 101-N)을 서로 다른 방향으로 설치한다. 그리고, 상기 혼 안테나들(101-1 내지 101-N) 중 하나와 연결 가능한 스위치(103)를 이용하여 특정 혼 안테나를 선택한다. 그러면, 상기 기지국 또는 단말(105)은 상기 선택된 혼 안테나의 빔 폭 및 방향으로 아날로그 신호를 송신하거나 수신하게 된다. 이 경우, 상기 선택된 혼 안테나의 빔 폭 및 방향이 상기 기지국 또는 단말(105)의 송신빔 또는 수신빔의 빔 폭 및 방향에 대응한다.
도 2a,b는 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 빔포밍이 적용되는 안테나의 다른 예를 도시한 도면이다.
도2a,b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 빔포밍을 수행하는 기지국 및 단말들 각각이 어레이(array) 안테나를 구비한 경우를 가정하자. 참고적으로, 도 2a는 기지국 또는 단말(205)이 송신 방향의 어레이 안테나를 설정한 경우이고, 도 2b는 기지국 또는 단말(206)이 수신 방향의 어레이 안테나를 설정한 경우를 나타낸다. 이 경우, 기지국 또는 단말(205)은 일 예로, 총 N 개의 안테나들(201-1 내지 201-N)을 하나의 어레이로 사용하여 동시에 동일한 신호를 송신하거나 수신한다. 이때, 상기 안테나들(201-1 내지 201-N) 각각과 연결된 위상 변환기(203-1 내지 203-N)를 통해서 해당 안테나 별로 송수신되는 신호의 위상을 해당 위상 변환기에 미리 설정된 값으로 변경하여 아날로그 빔포밍을 수행한다. 이때, 상기 안테나들(201-1 내지 201-N)을 통해서 최종적으로 송수신되는 신호는 총 안테나의 수 N과 각 안테나에 연결된 위상변화기에 미리 설정된 값에 의해 빔 폭과 빔 방향이 결정된다. 마찬가지로, 이 경우에도, 상기 안테나 별 위상 변화기에 미리 설정된 값에 의해 결정된 빔 폭과 빔 방향이 도 2a의 경우 상기 기지국 또는 단말(205)의 송신빔의 빔 폭 및 방향에 대응하고, 도 2b의 경우 상기 기지국 또는 단말(205)의 수신빔의 빔 폭 및 방향에 대응한다.
또한, 해당 안테나에 연결된 위상 변화기에 설정된 값을 조정함으로써, 해당 안테나의 빔 모양을 변경하여 상기 안테나들(201-1 내지 201-N) 각각을 통해서 송수신되는 신호의 크기를 변경할 수 있다.
도 3은 도 2의 어레이 안테나의 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 가로축과 세로축 각각 5개의 안테나 소자(Antenna Element)들을 배치함으로써, 총 25 개 안테나 소자를 배치한 어레이 안테나의 일 예를 나타낸다.
이하, 본 명세서에서는 기지국 및 상기 기지국의 서비스 커버리지 내에 위치한 단말들이 앞서 설명한 아날로그 빔포밍을 적용한 안테나들을 구비하고, 상기 안테나들을 이용하여 송수신 빔들을 형성한 이동 통신 시스템을 기반으로, 데이터 송수신을 위한 최적 송수신 빔포밍을 결정하는 스케쥴링 방안 및 장치에 대한 실시 예들을 설명하기로 한다.
-제1실시 예
본원 발명의 제1실시 예에서는 하향링크(DL: DownLink)에서 기지국의 훈련 신호 송신 및 단말의 피드백을 2단계로 수행한다. 그리고, 기지국은 2단계의 피드백에 상응하는 2단계의 스케쥴링을 수행한다.
구체적으로, 제1실시 예에 따른 기지국의 훈련 신호 송신 과정은 제1DL훈련 신호를 주기적으로 송신하는 제1단계와 상기 제1DL훈련 신호의 송신 결과를 바탕으로 수행된 제1DL 스케쥴링에 의해서 선택된 후보 경로들을 통해서 디지털 프리코딩을 위한 제2DL 훈련 신호를 비주기적으로 송신하는 제2단계를 포함한다. 이때, 상기 제2단계는 단말의 이동으로 인한 채널 변화를 대응하기 위해서 선택적으로 수행된다. 상기 제1DL훈련신호는 기지국에 의해서 미리 결정된 송신 주기에 따라 기지국의 모든 안테나들 각각에 대한 송신 빔 별로 송신된다. 그리고, 상기 제1DL 훈련 신호는 셀 내에 위치한 모든 단말들 각각에 대해 해당 단말이 구비한 모든 안테나 별 수신 빔들에 대응하는 횟수만큼 반복 전송된다. 상기 제1DL 훈련 신호의 송신 과정을 통해서 기지국의 모든 안테나들에 대한 송신빔들과 해당 단말의 모든 안테나들에 대한 수신빔들 중 하나의 송신빔과 수신빔으로 구성되는 모든 송수신 빔 조합들 각각에 대한 DL 채널 값을 측정하게 된다. 상기 제1DL 훈련신호는 주기적으로 송신됨으로써, 해당 단말의 이동에 관계 없이 상기 모든 빔 조합들 각각에 대한 채널 값을 측정할 수 있고, 이를 기반으로, 각 단말이 구비한 안테나들 각각의 수신빔 별로 최적의 기지국 안테나 및 송신 빔을 선택할 수 있다.
상기 제2DL 훈련 신호는 기지국의 실질적인 데이터 전송 바로 직전에 송신됨으로써, 해당 단말의 이동으로 인한 채널 변화의 영향을 최소화한다. 또한, 기지국은 제1DL 훈련 신호의 제1DL 채널 측정 결과에 따라 생성된 제1피드백 정보를 기반으로, 제2DL 훈련 신호를 비주기적으로 송신하는 제2단계의 수행 여부 및 적어도 하나의 후보 경로를 결정하는 제1DL 스케쥴링을 수행한다. 상기 적어도 하나의 후보 경로는 후보 단말과 상기 후보 단말에 대해 선택된 후보 안테나 및 후보 수신빔을 포함한다. 그리고, 본 발명의 제1실시 예는 상기 적어도 하나의 후보 경로를 통해서만 제2DL 훈련 신호를 제한적으로 송신함으로써, 모든 송수신 빔들에 대해 제2DL 훈련 신호를 송신하는 경우에 비해 시간 및 자원 낭비를 최소화할 수 있다. 또한, 선택된 후보 단말은 후보 안테나 및 후보 수신빔을 통해서 수신한 제2DL훈련신호에 대해채널을 측정하는 제2DL 채널 측정을 수행하고, 그 측정 결과를 제2피드백 정보로 생성하여 기지국에게 송신한다.
한편, 본 발명의 제1실시 예에서는 DL 스케쥴링 과정은 상기 제2훈련 신호의 송신 여부에 따라 2단계 또는 3단계로 수행될 수 있다. 즉, 제2훈련 신호의 송신을 수행하기로 결정한 경우, DL 스케쥴링 과정은 앞서 설명한 단말이 제1DL훈련 신호를 기반으로 수행하는 제1DL 채널 측정, 기지국이 상기 단말의 제1피드백 정보를 기반으로 수행하는 제1DL 스케쥴링인 제2단계 및 후보 단말들을 통해서 수신한 상기 제2 DL 훈련 신호의 제2피드백 정보를 기반으로 수행하는 제2DL 스케쥴링인 제3단계를 포함한다.
제1단계의 제1DL채널 측정은, 해당 단말이 모든 송수신 빔 조합들 각각에 대한 제1DL훈련 신호의 수신 전력 또는 광대역 CQI(wideband Channel Quality Information)를 이용하여 미리 결정된 조건을 만족하는 적어도 하나의 후보 조합을 결정하는 과정을 포함한다. 그리고, 상기 단말은 상기 적어도 하나의 후보 조합에 대해 SU-MIMO 전송 모드의 적용을 위한 설정값들을 계산하는 과정을 포함한다. 상기 설정 값들과, 계산 과정은 하기 도4a 및 도 12를 통해서 상세히 설명하기로 한다.
제2단계의 제 1DL 스케쥴링은, 기지국이 단말의 제1DL 스케쥴링의 결과를 기반으로 생성한 제1피드백 정보를 이용하여 모든 단말들에 대한 MU-MIMO 전송 모드의 적용을 위한 설정값들을 계산한다. 그리고, 제2DL 훈련신호의 송신을 수행할지 여부와, 상기 제2DL 훈련신호의 송신 대상인 후보 경로 등을 계산한다. 이에 대한 구체적인 과정은 하기 도4a의 설명과 중복되므로, 그 상세한 설명을 생략한다. 만약, 제2훈련신호의 송신을 수행하지 않기로 결정한 경우, 제1실시 예에 따른 DL 스케쥴링은 제1DL 채널 측정 및 제1DL 스케쥴링만을 포함하는 2단계로 구성된다.
마지막, 제3단계의 제2DL 스케쥴링은, 기지국이 후보 경로가 포함하는 후보 단말들로부터 수신한, 제2DL 훈련 신호의 제2피드백 정보를 이용하여 상기 후보 경로들 중 실질적으로 데이터를 전송할 최종 경로를 선택하고, 실질적으로 DL 데이터 전송을 위한 자원 할당을 수행한다.
도 4a는 본 발명의 제1실시 예에 따라 DL에서 최적의 송/수신빔을 결정하는 스케쥴링 동작의 흐름도의 일 예이다. 여기서는 기지국(400)과 단말(402) 각각이 총 Na개와 Ma개의 안테나들을 각각 구비한 경우를 가정하자. 설명의 편의상, 상기 기지국(400)의 서비스 커버리지 내에 위치한 다수의 단말들 중 하나인 상기 단말(402)에 대한 동작만을 도시하였다. 그러나, 나머지 단말들 역시 상기 단말(402)의 도4a에서의 동작과 동일하게 동작한다.
일 예로, 상기 기지국(400)은 앞서 설명한 혼 안테나 또는 어레이 안테나들을 이용하여 각 안테나 별로 총 Nb개의 송신빔을 형성한 경우를 가정하자. 마찬가지로, 상기 단말(402) 역시 혼 안테나 또는 어레이 안테나들을 이용하여 각 안테나 별로 총 Mb개의 수신빔을 형성한 경우 가정하자.
도 4a를 참조하면, 404a단계에서 상기 기지국(400)은 Na개의 안테나 별로 Nb개의 송신 빔을 생성하고, 각 안테나 별 Nb개의 송신 빔을 통해서 동시에 제1DL 훈련신호를 송신한다. 이때, 상기 기지국(400)은 안테나 별로 총 Nb개의 아날로그 송신 빔을 생성할 수 있지만, 한 순간에는 하나의 송신 빔만을 생성할 수 있다. 따라서 상기 기지국(400)은 미리 설정된 송신 주기 동안 총 Na개의 안테나들 각각에 대해 총 Nb개의 송신 빔들을 순차적으로 전환 혹은 스위칭(switching)하면서 제1DL 훈련신호를 반복 송신한다. 여기서, 상기 미리 설정된 송신 주기는 BCH 혹은 SIB를 통해서 셀 내의 모든 단말에게 방송된 상태임을 가정하자. 그러면, 404b단계에서 상기 미리 설정된 송신 주기 동안 상기 단말(402)은 Ma개의 안테나들 별로 고정된 수신빔들 통해서 상기 제1DL 훈련신호를 수신한다. 구체적인 예로, 상기 단말(402)에서 안테나 1의 경우 #0 수신빔을 통해서 상기 기지국(400)의 안테나 별 Nb개의 송신빔들을 통해서 송신되는 제1DL 훈련 신호를 수신한다. 마찬가지로, 안테나 2의 경우 #0 수신빔을 통해서 제1DL 훈련 신호를 수신하고, 안테나 Ma의 경우 #0의 수신빔을 통해서 제1DL 훈련 신호를 수신한다. 설명의 편의상 404a단계 내지 404b단계는 하나의 송신 주기에 대응하는 기지국(400) 및 단말(402)의 동작만을 도시하였다. 마찬가지로, 다음 DL 훈련 신호 송신 주기에서도 상기 기지국(400)은 각 안테나 별로 Nb개의 송신빔들을 순차적으로 스위칭하면서 제1DL 훈련 신호를 송신한다. 그리고, 상기 단말(402) 역시 다음 DL 훈련 주기에서 각 안테나 별로 다음 순서의 수신빔, 즉 #1, 을 고정하고, 고정된 수신빔을 통해서 상기 제1DL 훈련 신호를 수신한다. 도면에 도시하지는 않았으나, 404a 단계 및 404b단계에 따른 주기적 제DL 훈련 신호 송신 과정은 상기 단말(402)의 안테나들 각각이 구비한 수신빔들의 총 수 Mb에 상응하게 반복된다.
이후, 상기 기지국(400)과 상기 단말(402)의 모든 송수신 빔 조합 각각에 대해 제1DL 훈련 신호의 수신이 완료되면, 406단계에서 상기 단말(402)은 상기 모든 송수신 빔 조합들 각각에 대해 수신한 제1DL 훈련 신호를 기반으로 제1DL채널 측정을 수행한다. 그리고, 408a단계에서 상기 단말(402)은 상기 제1DL 채널 측정을 통해서, 상기 모든 조합들의 제1DL 훈련 신호들 중 일 예로, 수신 전력 또는 광대역 CQI가 미리 설정된 임계값을 초과하거나 최대값을 갖는 적어도 하나의 후보 조합을 확인한다. 이에 따라, 상기 제1피드백 정보는 일 예로, 상기 적어도 하나의 후보 조합의 구성 정보와 그에 따른 CQI 값 또는 수신 전력 정보를 포함한다. 상기 구성 정보는 해당 조합이 포함하는 기지국의 안테나와 송신빔 및 단말의 안테나와 수신빔에 대한 지시 정보를 나타낸다. 이때, CQI값들은 본 발명에서 제안하는 방법에 따라 복잡도가 감소된 형태로 상기 제1피드백 정보에 포함될 수 있다. CQI값들의 복잡도를 감소시키는 방안에 대해서는 하기 도 12에서 상세히 설명하기로 한다. 그리고, 상기 결정된 결과들을 통해서 SU-MIMO 모드를 위한 설정값들을 계산한다. 구체적으로, 상기 단말(402)은 SU-MIMO모드가 적용 시 획득 가능한 데이터 전송 속도의 최대값을 계산한다. 상기 데이터 전송의 최대값을 계산하는 구체적인 예는 도 12에서 상세히 설명하기로 한다. 그리고, 디지털 프리코딩을 추가로 사용할 경우, 획득 가능한 SU- MIMO 모드에서의 데이터 전송 속도의 최대값을 계산하여 상기 SU-MIMO모드 적용 시 데이터 전송 속도의 최대값과 비교한다. 그리고, 상기 비교 결과에 따라 디지털 프리코딩의 적용 여부를 결정한다. 이에 따라, 상기 단말(402)은 제1피드백 정보에 SU-MIMO 모드를 위한 설정값들을 포함시킨다. 일 예로, SU-MIMO 모드를 위한 설정값들은 각 단말 별로 SU-MIMO모드 적용 시 획득 가능한 데이터 전송 속도 혹은 전송 속도와 관련된 정보 및 SU-MIMO 랭크(Rank) 값을 포함한다. 그리고, 상기 비교 결과에 따라 디지털 프리코딩의 적용을 결정한 경우, SU-MIMO 모드를 위한 기지국(400)의 프리코더(precoder) 값 역시 포함될 수 있다. 그리고, 408b단계에서 상기 단말(402)은 상기 기지국(400)에게 제1피드백 정보를 송신한다.
410단계에서 상기 기지국(400)은 상기 단말(402)을 포함하는 적어도 하나의 단말로부터 수신한 상기 제1피드백 정보를 기반으로 제1DL 스케쥴링을 수행한다. 제1DL 스케쥴링 과정에서 상기 기지국(400)은 서비스 커버리지 내에 위치한 모든 단말들에게 MU-MIMO 모드 적용 시 획득 가능한 예상 데이터 전송속도와, MU-MIMO 스케쥴링 메트릭(scheduling metric) 값을 추정한다. 또한, 상기 기지국(400)은 상기 제1피드백 정보로부터 획득한 단말 별 SU-MIMO모드에서의 데이터 전송 속도 값을 사용하여 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭을 계산한다. 그리고, 상기 계산된 스케쥴링 메트릭 값들을 비교하여 SU-MIMO 모드와 MU-MIMO 모드 중 하나 또는 둘 다를 데이터의 전송 시 사용할 후보 DL 전송 모드로 선택한다. 상기 스케쥴링 메트릭들의 구체적인 계산 및 비교 과정은 도 12에서 상세히 설명하기로 한다. 추가적으로, 상기 기지국(400)은 비주기적으로 전송하는 제2DL 훈련신호의 송신 여부를 결정한다. 만약, 상기 제1피드백 정보로부터 획득한 적어도 하나의 후보 조합에 대해 선택된 후보 DL 전송 모드의 적용 시 예상되는 성능이 미리 결정된 성능 기준을 초과할 경우, 제2DL 훈련신호의 송신 과정을 수행하지 않기로 결정한다. 제2DL 훈련신호의 송신 과정을 수행하지 않기로 결정한 이후 동작에 대해서는, 도 4b를 참조하여 하기에서 상세히 설명하기로 한다.
그리고, 상기 적어도 하나의 후보 조합 중 상기 미리 결정된 성능 기준을 초과하는 후보 조합이 존재하지 않는 경우, 상기 제2DL 훈련 신호의 송신을 수행하기로 결정한다.
한편, 상기 적어도 하나의 후보 조합 중 상기 성능 기준을 초과하는 후보 조합(이하, '제2DL 훈련 신호의 경로'이라 칭함)이 존재할 경우, 상기 기지국(400)은 상기 제2DL 훈련 신호의 송신을 수행하기로 결정한다. 설명의 편의상, 상기 단말(402)이 상기 제2DL 훈련 신호의 경로에 포함된 경우를 가정하자. 이후, 412단계에서 상기 기지국(400)은 DL 제어채널(Physical downlink control channel, PDCCH)를 통해서 상기 단말(402)를 포함하는 제2DL 훈련 신호의 경로들을 알려주는 지시 정보를 전달한다. 상기 지시 정보는 제2DL 훈련 신호의 경로에 포함된 단말, 일 예로, 상기 단말(402)이 상기 제2DL훈련신호의 수신 시 필요한 자원할당 정보이다. 상기 지시 정보는 상기 제2DL 훈련 신호의 경로에 대한 구성 정보 일 예로, 상기 기지국(400)의 안테나 1의 송신빔 #n과 상기 단말(402)의 안테나 m-1의 수신빔 #m의 지시 정보를 포함한다. 그리고, 414단계에서 상기 기지국(400)은 상기 단말(402) 단말에게 상기 지시 정보가 포함하는 상기 단말(402)의 구성 정보에 상응하게 제2DL훈련 신호를 송신한다. 즉, 상기 기지국(400)은 안테나 1의 송신빔#n을 통해서 상기 제2DL 훈련 신호를 송신하고, 상기 단말(402)은 안테나 m-1의 수신빔 #m을 통해서 상기 제2DL 훈련 신호를 수신한다. 이때, 상기 제2DL 훈련 신호는 상기 단말(402)의 이동으로 인한 채널 변화의 영향을 최소화하기 위해서 상기 단말(402)로의 DL 데이터 전송 직전에 비주기적으로 송신된다.
그러면, 416단계에서 상기 단말(402)은 상기 제2DL 훈련 신호를 이용하여 상기 경로 즉, 기지국(400)의 후보 안테나 1의 송신빔#n과 상기 후보 단말(402)의 후보 안테나 m-1의 수신빔 #m간의 제2DL 채널 측정을 수행한다. 그리고, 418단계에서 상기 단말(402)은 상기 제2DL 채널 측정으로 인한 결과를 제2피드백 정보로 생성하여 상기 기지국(400)에게 전달한다. 상기 제2피드백 정보는 상기 측정된 채널의 크기 및 위상, 프리코더 값 또는 PMI (Precoding Matrix Indicator), RI(Rank Indicator) 및 CQI 등을 포함한다.
이후, 420단계 상기 기지국(400)은 상기 제2피드백 정보를 이용하여 제2DL 스케쥴링을 수행한다. 여기서는 설명의 편의상, 제2피드백 정보가 상기 단말(402)을 통해서만 수신된 경우를 도시하였으나, 실질적으로410단계의 제1DL 스케쥴링 과정에서 결정된, 제2DL 훈련 신호의 경로가 포함하는 단말들을 통해서 제2피드백 정보가 수신된 상태이다. 따라서 상기 기지국(400)은 상기 제2DL 스케쥴링 과정에서 제2피드백 정보를 송신한 단말들 중 DL 데이터를 송신할 적어도 하나의 최종 경로를 선택하고, DL 데이터 송신을 위한 DL 자원을 할당한다. 일 예로, 상기 DL 자원은 상기 적어도 하나의 최종 경로가 포함하는 단말 별로 적용할 DL 전송 모드 및 프리코더 값을 포함한다. 일 예로, 최종 경로는 기지국(400)의 안테나 1의 송신빔 #n과 단말(402)의 안테나 m-1의 #m으로 결정된 경우를 가정한다. 그러면, 422단계에서 상기 기지국(400)은 상기 최종 경로를 통해서 DL 데이터를 송신한다.
도 4b는 본 발명의 제1실시 예에 따라 DL에서 최적의 송/수신빔을 결정하는 스케쥴링 동작의 흐름도의 다른 예이다. 도 4b는 도 4a의 실시 예에서의 410단계에서 제1DL 스케쥴링 과정에서 제2DL 훈련신호의 송신을 수행하지 않기로 결정한 경우의 동작 흐름도에 해당한다.
도 4b를 참조하면, 404a단계 내지 412단계에서의 기지국(400) 및 단말(402) 동작은 도 4a의 404a단계 내지 412단계에서의 동작과 동일하므로, 상세 설명을 생략한다.
이 경우, 434단계에서 상기 기지국(400)은 412단계를 통해서 획득한 지시 정보가 포함하는 적어도 하나의 후보 조합에 대응하는 경로를 통해서 해당 경로 별 후보 DL 전송 방식을 적용하여 DL 데이터를 전송한다. 이때, 지시 정보는 도 4a의 412단계에서 설명한 지시 정보와 동일하다.
-제2실시 예
본 발명의 제2실시 예에서는 상향링크(UL: UpLink)에서 단말의 훈련 신호 송신 과정과 스케쥴링 과정을 2단계로 수행한다.
구체적으로, 제2실시 예에 따른 단말의 훈련 신호 송신 과정은 제1UL훈련 신호를 주기적으로 송신하는 제1단계와, 제2UL훈련신호를 비주기적으로 송신하는 제2단계를 포함한다. 단말은 기지국의 지시 정보 혹은 규격에 미리 정의된 조건에 따라 주기적인 제1UL훈련신호를 송신한다. 또한, 기지국의 추가 지시에 따라 비주기적인 제2UL훈련신호를 송신한다. 제1UL 훈련신호 및 제2UL 훈련신호의 설계 방법과 전송 원리는 제1DL 훈련신호 및 제2DL 훈련신호와 거의 동일하다. 그리고, 기지국은 모든 송수신 빔 조합에 대해 수신한 주기적인 제1UL훈련신호의 채널 값을 추정할 수 있다. 제1실시 예에서와 마찬가지로, 상기 제2UL 훈련 신호의 추가 송신은, 해당 단말의 이동으로 인한 채널 변화에 대응하기 위한 것이며, DL와 마찬가지로 제2DL 신호의 송신 과정은 선택적으로 수행될 수 있다.
만약, UL에서 앞서 설명한 2단계의 훈련신호 송신 과정이 수행될 경우, 기지국의 UL 스케쥴링 과정 역시 2단계의 훈련신호 송신 과정에 대응하는 2단계로 수행된다. 즉, 제1 UL훈련 신호를 송신한 단말들 각각에 대해, 해당 단말과의 모든 송수신 빔 조합에 대응하는 채널 별로 제1 UL 스케쥴링 과정을 수행한다. 즉, 제1UL 스케쥴링 과정을 통해서 비주기적인 제2UL 훈련 신호의 송신 여부와, 상기 제2UL 훈련 신호의 경로가 결정된다. 이후, 상기 제2UL 훈련 신호의 송신이 결정된 경우, 적어도 하나의 제2UL 훈련 신호의 경로를 통해서 수신된 제2UL 훈련 신호들을 기반으로 제2UL 스케쥴링 과정이 수행된다. 제2UL 스케쥴링 역시 단말의 이동에 의한 채널 변화와 무선 자원 할당 조건 변화에 대응하여 스케쥴링을 최적화하기 위함이며, 필요에 따라 선택적으로 수행될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 제2실시 예에 따라 UL에서 최적의 송/수신빔을 결정하는 스케쥴링 동작의 흐름도의 일 예이다. 여기서는 기지국(500)과 단말(502) 각각이 총 Na개와 Ma개의 안테나들을 각각 구비한 경우를 가정하자. 설명의 편의상, 상기 기지국(500)의 서비스 커버리지 내에 위치한 다수의 단말들 중 하나인 상기 단말(502)에 대한 동작만을 도시하였다. 그러나, 나머지 단말들 역시 상기 단말(502)의 도5a에서의 동작과 동일하게 동작한다.
일 예로, 상기 기지국(500)은 앞서 설명한 혼 안테나 또는 어레이 안테나들을 이용하여 각 안테나 별로 총 Nb개의 수신빔을 형성한 경우를 가정하자. 마찬가지로, 상기 단말(502) 역시 혼 안테나 또는 어레이 안테나들을 이용하여 각 안테나 별로 총 Mb개의 송신빔을 형성한 경우 가정하자.
한편, 도 5a에서 제1UL 훈련 신호를 송신할 단말들을 선택하는 방법은, 상기 기지국(500)이 자신의 셀 커버리지 내에 위치한 모든 단말들에 대해 순차적으로 선정할 수도 있고, 앞서 설명한 제1DL 훈련 신호를 기반으로 수행한 제1DL 채널 측정 결과에 따라 해당 단말이 제1UL 훈련 신호의 송신을 상기 기지국(500)으로 요청할 수도 있다. 또는, 상기 기지국(500)이 제1실시 예에 따라 단말들로부터 수신한 제1DL 훈련 신호에 대한 제1피드백 정보를 기반으로 해당 단말들을 선택할 수도 있다.
또한, 상기한 바와 같이 선택된, 제1UL 훈련 신호를 송신할 단말들 각각의 안테나 및 상기 안테나의 송신 빔을 선정하는 과정은, 각 단말에 대해 모든 안테나 및 송신 빔을 순차적으로 선택할 수도 있고, 상기 제1DL 훈련 신호를 기반으로 수행한 제1DL 채널 측정 결과에 따라 해당 단말이 상기 제 1UL 훈련 신호를 송신할 안테나 및 송신빔을 지정하여 상기 기지국(500)으로 요청할 수도 있다. 또는, 상기 단말들로부터 수신한 제1피드백 정보를 기반으로 기지국이 지정할 수도 있다. 이하, 도 5a에서 기지국(500)이 제1UL 훈련 신호를 송신하는 단말(502)는 앞서 설명한 방식으로 선택된 단말들 중 하나임을 가정한다.
도 5a를 참조하면, 503단계에서 기지국(500)은 단말(502)에게 제1UL 훈련 신호에 대한 제1지시 정보를 송신한다. 상기 제1지시 정보는 상기 제1UL 훈련 신호의 송신 주기와, 상기 제1UL 훈련 신호의 송신 주기마다 상기 단말(502)이 구비한 안테나 별로 제1UL 훈련 신호를 송신할 송신빔의 지시자를 포함한다.
그러면, 504a단계에서 상기 단말(502)은 제1UL 훈련 신호의 송신주기 마다 상기 제1지시 정보를 통해서 획득한, Ma개의 안테나 각각에 대해 지정된 송신빔의 지시자에 대응하는 송신빔을 이용하여 상기 제1UL 훈련 신호를 송신한다. 예를 들어, 상기 제1지시 정보는 제1 UL 훈련 신호의 송신 주기에서 상기 안테나 별로 첫 번째로 제1UL 훈련 신호를 송신할, 상기 단말의 안테나 별 송신빔의 지시자를 포함한다. 예를 들어, 안테나1은 송신빔 #0으로 설정되고, 안테나2는 송신빔#0로 설정되는 순으로, 안테나 Ma은 송신빔 #0로 설정된다. 그러면, 상기 단말(502) 총 Ma개의 송신 안테나들 각각을 통해서 동시에 제1UL 훈련 신호를 송신하되, 각 안테나는 한 순간에 하나의 송신 빔을 생성할 수 있으므로, 송신 주기마다 상기 제1지시 정보가 지시하는 송신빔 지시자에 대응하는 송신 빔을 통해서 제1UL 훈련 신호를 송신한다. 그리고, 다음 제1UL훈련 신호의 다음 송신 주기가 도래하면, 각 안테나 별로 상기 제1지시 정보가 지시하는 송신빔 지시자의 다음 송신빔으로 순차적 전환을 통해서 해당 안테나의 모든 송신빔들을 통해서 제1UL 훈련 신호를 송신할 때까지 상기 제1UL 훈련 신호의 송신을 반복한다. 이때, 상기 제1UL 훈련 신호 송신 주기 동안 상기 단말(502)의 각 안테나 별 고정된 송신빔은 기지국(500)의 모든 안테나들 각각의 수신빔들의 수에 대응하는 횟수만큼 제1UL 훈련 신호를 반복 전송한다. 또 다른 예로, 다음 제1UL 훈련 신호의 송신 주기에서 제1UL 훈련 신호를 송신할 상기 단말(502)의 안테나 별 송신빔은 상기 기지국의 추가 지시 정보를 통해서 설정될 수도 있다.
그러면, 504b단계에서 상기 기지국(500)은 제1UL 훈련 신호의 송신 주기 동안 반복 전송되는 상기 제1UL 훈련 신호를 총 Na개의 모든 안테나들을 통해서 수신하되, 하나의 송신 주기 동안 각 안테나 별 수신빔을 순차적으로 전환함으로써 상기 제1UL 훈련 신호를 수신한다. 따라서, 상기 기지국(500)은 상기 제1UL 훈련 신호의 송신 주기 동안 모든 안테나들 각각의 수신빔들을 통해서 상기 제1UL 훈련 신호를 수신한다. 이후, 모든 송수신 빔 조합들로부터 제1UL 훈련 신호의 수신이 완료되면, 506단계에서 상기 기지국(500)은 상기 모든 송수신 빔 조합들 각각에 대한 제1 UL 훈련 신호를 기반으로, 제1UL 채널 측정을 수행한다. 그리고, 508단계에서 상기 기지국(500)은 상기 제1UL 채널 측정의 결과를 기반으로 제1UL 스케쥴링을 수행한다. 구체적으로, 제1UL 스케쥴링 과정에서 상기 기지국(500)은 상기 모든 송수신 빔 조합들의 제1UL 훈련 신호들 중 일 예로, 수신 전력 또는 광대역CQI가 미리 설정된 임계값을 초과하거나 최대값을 갖는 적어도 하나의 후보 조합을 확인하고, 상기 적어도 하나의 후보 조합의 구성 정보를 결정한다. 상기 구성 정보는 해당 조합이 포함하는 기지국의 안테나와 수신빔 및 단말의 안테나와 송신빔에 대한 지시 정보를 나타낸다. 그리고, 상기 결정된 결과들을 통해서 SU-MIMO 모드와 MU-MIMO 모드를 위한 스케쥴링 메트릭을 계산한다. 그리고, 상기 계산된 스케쥴링 메트릭 값들을 비교하여 SU-MIMO 모드와 MU-MIMO 모드 중 하나 또는 둘 다를 후보 UL 전송 모드로 선택한다. 상기 스케쥴링 메트릭 및 후보 UL 전송 모드를 선택하는 과정의 구체적인 예는 도 12에서 상세히 설명하기로 한다. 추가적으로, 상기 기지국(500)은 비주기적으로 전송하는 제2UL 훈련신호의 송신 여부를 결정한다. 만약, 상기 제1UL 훈련 과정에서 선택한 적어도 하나의 후보 조합에 대해 선택된 후보 UL 전송 모드의 적용 시 예상되는 성능이 미리 결정된 성능 기준을 초과할 경우, 제2UL 훈련신호의 송신 과정을 수행하지 않기로 결정한다. 제2UL 훈련신호의 송신 과정을 수행하지 않기로 결정한 이후 동작에 대해서는 도 5b를 참조하여 하기에서 상세히 설명하기로 한다.
그리고, 상기 적어도 하나의 후보 조합 중 상기 미리 결정된 성능 기준을 초과하는 후보 조합이 존재하지 않는 경우, 상기 제2UL 훈련 신호의 송신을 수행하기로 결정한다.
한편, 상기 제1UL 스케쥴링의 결과, 상기 적어도 하나의 후보 조합 중 상기 성능 기준을 초과하는 후보 조합(이하, '제2UL 훈련 신호의 경로'이라 칭함)이 존재할 경우, 상기 기지국(500)은 상기 제2UL 훈련 신호의 송신을 수행하기로 결정한다. 설명의 편의상, 상기 단말(502)이 상기 제2UL 훈련 신호의 경로에 포함된 경우를 가정하자. 이후, 510단계에서 상기 기지국(500)은 상기 단말(502)을 포함하는 제2UL 훈련 신호의 경로들을 통해서 제2지시 정보를 전달한다. 상기 제2지시 정보는 상기 제2UL 훈련 신호의 경로에 포함된 단말, 일 예로, 상기 단말(502)이 상기 제2UL훈련신호를 송신하기 위해서 필요한 자원 할당 정보이다. 상기 지시 정보는 상기 제2UL 훈련 신호의 경로에 대한 구성 정보, 일 예로, 상기 단말(502)의 안테나 m-1의 송신 빔 #m과 상기 기지국(500)의 안테나 1의 수신 빔#n의 지시 정보를 포함한다. 그리고, 512단계에서 상기 단말(502)은 상기 제2지시 정보가 포함하는 경로의 구성 정보에 상응하게 제2UL훈련 신호를 송신한다. 즉, 상기 단말(502)은 안테나 m-1의 송신빔 #m을 통해서 상기 제2UL 훈련 신호를 송신한다. 이때, 상기 제2UL 훈련 신호는 상기 단말(502)의 이동으로 인한 채널 변화의 영향을 최소화하기 위해서 상기 기지국(500)으로의 UL 데이터 전송 직전에 비주기적으로 송신된다.
그러면, 514단계에서 상기 기지국(500)은 상기 제2UL 훈련 신호를 이용하여 상기 경로 즉, 상기 후보 단말(502)의 후보 안테나 m-1의 송신 빔 #m과 상기 기지국(500)의 후보 안테나 1의 수신 빔#n간의 제2UL 채널 측정을 수행한다. 그리고, 516단계에서 상기 기지국(500)은 상기 제2UL 채널 측정으로 인한 결과를 통한 제2UL 스케쥴링을 수행한다. 구체적으로, 상기 기지국(500)은 제2UL 스케쥴링 과정에서 상기 단말(502)의 송신 프리코더 값을 계산하고, 제2UL 훈련 신호를 송신한 후보 단말들 중 UL 데이터를 송신할 적어도 하나의 최종 경로를 구성할 단말을 선택하고, UL 데이터 송신을 위한 UL 자원을 할당한다. 일 예로, 상기 UL 자원은 상기 적어도 하나의 최종 경로가 포함하는 단말 별로 적용할 UL 전송 모드 및 프리코더 값을 포함한다. 그리고, 518단계에서 상기 기지국(500)은 상기 제2UL 스케쥴링 결과에 따라 생성된 제3지시 정보를 상기 단말(502)에게 전송한다. 상기 제3지시 정보는 일 예로, 상기 적어도 하나의 최종 경로에 대한 구성 정보와, 상기 측정된 채널의 크기 및 위상, 프리코더 값 또는 PMI, RI 및 CQI 등을 포함한다.
그러면, 520단계에서 상기 단말(502)은 상기 제3지시 정보를 통해서 획득한 최종 경로를 통해서 UL 데이터를 송신한다. 일 예로, 상기 최종 경로가 상기 단말(502)의 안테나 m-1의 송신 빔 #m과 상기 기지국(500)의 안테나 1의 수신 빔#n으로 설정된 경우를 가정한다.
도 5b는 본 발명의 제2실시 예에 따라 DL에서 최적의 송/수신빔을 결정하는 스케쥴링 동작의 흐름도의 다른 예이다. 도 5b는 도 5a의 실시 예에서의 508단계의 제1UL 스케쥴링 과정에서 제2UL 훈련신호의 송신을 수행하지 않기로 결정한 경우의 동작 흐름도를 나타낸다.
도 5b를 참조하면, 504a단계 내지 522단계에서의 기지국(500) 및 단말(502) 동작은 도 5a의 504a단계 내지 510단계에서의 동작과 동일하므로, 중복 설명을 생략한다.
이 경우, 524단계에서 상기 단말(502)은 상기 제2지시 정보로부터 획득한 후보 조합에 대응하는 경로를 통해서 해당 경로 별 후보 UL 전송 방식을 적용하여 UL 데이터를 전송한다. 이때, 상기 제2지시 정보는 도 5a의 510단계에서 설명한 제2지시 정보와 동일하다.
-제3실시 예
본 발명의 제3실시 예에서는, 기지국들 및 단말들 각각이 구비한 안테나 별로 송신빔 각각의 송신 각도와 빔 폭이 수신 빔 각각의 수신 각도와 빔 폭과 거의 일치하는 경우, 단말의 상기 제1DL 채널측정 결과를 UL 채널 추정 및 빔포밍을 위한 스케쥴링 과정에 사용한다. 구체적으로, 단말이 주기적으로 수신되는 제1DL 훈련 신호를 수신하면, 상기 제1DL 훈련 신호를 기반으로 추정한 채널 값을 포함하는 제1피드백 정보를 기지국으로 피드백한다. 그러면, 기지국은 상기 제1DL 훈련 신호에 대한 제1피드백 정보를 바탕으로, 주기적 제1 UL훈련 신호를 송신할 적어도 하나의 후보 조합을 결정하는 제1UL 스케쥴링을 수행한다. 따라서, 제3실시 예에 따른 제1 UL 스케쥴링은 UL 훈련 신호의 송신 과정이 필요 없게 된다.
한편, 기지국은 상기 적어도 하나의 후보 조합을 포함하는 단말들에게 상기 제1UL 스케쥴링 결과를 포함하는 제1지시 정보를 전달한다. 이후, 기지국은 상기 적어도 하나의 후보 조합에 대응하는 경로를 통해서 수신한 비주기적 제2UL 훈련 신호에 대해 제2UL채널 측정 및 제2UL 스케쥴링을 수행하여 UL 데이터를 최종적으로 송신할 최종 경로 및 자원 할당을 수행한다.
도 6은 본 발명의 제3실시 예에 따라 DL 훈련 신호의 피드백 정보를 기반으로, UL에서 최적의 송/수신빔을 결정하는 스케쥴링 동작의 흐름도의 일 예이다. 제1실시 예와 마찬가지로, 기지국(600)과 단말(602) 각각이 총 Na개와 Ma개의 안테나들을 각각 구비한 경우를 가정하자. 설명의 편의상, 상기 기지국(600)의 서비스 커버리지 내에 위치한 다수의 단말들 중 하나인 상기 단말(602)에 대한 동작만을 도시하였다. 그러나, 나머지 단말들 역시 상기 단말(602)의 도6에서의 동작과 동일하게 동작한다.
도 6을 참조하면, 상기 기지국(600)은 Na개의 안테나들 각각에 대응하는 총 Nb개의 송신 빔을 생성하고, 각 안테나 별 Nb개의 송신 빔을 통해서 동시에 제1DL 훈련신호를 송신한다. 이때, 상기 기지국(600)은 안테나 별로 총 Nb개의 아날로그 송신 빔을 생성할 수 있지만, 한 순간에는 하나의 송신 빔만을 생성할 수 있다. 따라서 상기 기지국(600)은 미리 설정된 주기 동안 총 Na개의 안테나들 각각에 대해 총 Nb개의 송신 빔들을 순차적으로 전환 혹은 스위칭하면서 제1DL 훈련신호를 반복 송신한다. 상기 제1DL 훈련 신호의 반복 횟수는 단말(602)의 모든 안테나 별 송신빔들의 수에 대응한다.
이후, 모든 송수신 빔 조합에 대해 제1DL 훈련 신호의 수신이 완료되면, 606단계에서 상기 단말(602)은 상기 모든 송수신 빔 조합들 각각에 대한 제1DL 훈련 신호를 기반으로 제1DL채널 측정을 수행한다. 그리고, 608단계에서 상기 단말(602)은 상기 제1DL 채널 측정 과정을 통해서, 상기 모든 조합들의 제1DL 훈련 신호들 중 일 예로, 수신 전력 또는 광대역CQI가 미리 설정된 임계값을 초과하거나 최대값을 갖는 적어도 하나의 후보 조합 및 그 구성 정보를 결정하는 단말 DL스케쥴링을 수행한다. 그리고, 610단계에서 상기 단말(602)은 상기 단말 DL 스케쥴링의 결과를 포함하는 제1피드백 정보를 상기 기지국(600)에게 전달한다. 일 예로, 상기 제1피드백 정보는 상기 적어도 하나의 후보 조합 및 그 구성 정보와, 적어도 하나의 후보 조합에 대응하는 채널 값을 포함한다.
그러면, 612단계에서 상기 기지국(600)은 상기 제1피드백 정보를 이용하여 제1UL 스케쥴링을 수행한다. 구체적으로, 상기 기지국(600)은 SU-MIMO와 MU-MIMO 에 대한 스케쥴링 메트릭 값을 계산한다. 그리고, 상기 계산된 스케쥴링 메트릭 값들을 비교하여 SU-MIMO 모드와 MU-MIMO 모드 중 하나 또는 둘 다를 후보 DL 전송 모드로 선택한다. 상기 스케쥴링 메트릭의 계산 및 비교 과정은 도 12에서 상세히 설명하기로 한다. 그리고, 상기 기지국(600)은 적어도 하나의 후보 조합에 대해 선택된 후보 UL 전송 모드의 적용 시 예상되는 성능과 미리 결정된 성능 기준을 비교하고, 그 비교 결과에 따라 비주기적으로 전송하는 제2UL 훈련신호의 송신 여부를 결정한다.
만약, 적어도 하나의 후보 조합 중 미리 결정된 성능 기준을 초과하는 조합이 존재하는 경우를 가정하자. 그러면, 상기 기지국(600)은 제2 UL 훈련신호의 송신 과정을 수행하기로 결정한다. 그리고, 614단계에서 상기 기지국(600)은 상기 제2UL 훈련 신호의 송신 지시와, 상기 적어도 하나의 후보 조합 중 상기 성능 기준을 초과하는 후보 조합(이하, '제2UL 훈련 신호의 경로'이라 칭함)에 대한 구성 정보를 포함하는 제1지시 정보를 상기 제2UL 훈련 신호의 경로에 포함된 상기 단말(602)에게 송신한다.
그러면, 상기 제1지시 정보를 수신한, 제2UL 훈련 신호의 경로에 포함된 단말들 중 하나인 상기 단말(602)은 616단계에서 상기 제1지시 정보로부터 획득한 경로에 구성 정보에 대응하는 안테나 및 송신 빔을 통해서 비주기적인 제2UL 훈련신호를 전송한다.
그러면, 618단계에서 상기 기지국(600)은 상기 제2UL 훈련신호를 기반으로, 제2UL 훈련 신호를 송신한 단말들에 대한 제2UL 채널 측정을 수행한다. 그리고, 620단계에서 상기 기지국(600)은 상기 기지국(600)은 제2UL 훈련 신호의 경로 중 최종적으로 UL 데이터를 송신할 최종 경로를 선택하고, UL 데이터 송신을 위한 UL 자원을 할당한다.
그리고, 622단계에서 상기 기지국(600)은 상기 제2UL 스케쥴링 결과에 따라 생성된 제2지시 정보를 상기 단말(602)에게 전송한다. 상기 제2지시 정보는 일 예로, 상기 최종 경로에 대한 구성 정보와, 상기 UL 자원 즉, 측정된 채널의 크기 및 위상, 프리코더 값 또는 PMI, RI 및 CQI 등을 포함한다.
그러면, 624단계에서 상기 단말(602)은 상기 제2지시 정보를 통해서 획득한 최종 경로를 통해서 UL 데이터를 송신한다. 일 예로, 상기 최종 경로가 상기 단말(602)의 후보 안테나 m-1의 송신 빔 #m과 상기 기지국(600)의 후보 안테나 1의 수신 빔#n으로 설정된 경우를 가정한다.
한편, 본 발명의 실시 예들에 따라 기지국과 단말이 송수신하는 제1 및 제 2 DL/UL 훈련신호는 인접한 셀들의 간섭을 고려하여 설계한다. 구체적으로, 본 발명의 실시 예에서는 전체 셀을 미리 결정된 수 일 예로, Nc개의 셀 타입(type)으로 구분하고, 서로 다른 셀 타입의 신호는 주파수 자원이 중첩되지 않도록 서로 다른 주파수 자원을 할당한다. 이때, 셀들 각각은 Na 개의 안테나들을 구비하고, 안테나들 각각은 Nb개의 송신 빔을 생성하는 경우를 가정하자. 그러면, 셀들 각각은 Na 개의 안테나들을 통해서 Na 개의 훈련 신호를 동시에 송신한다. 이때, 각 안테나 별로 송신되는 훈련 신호는 셀 타입의 번호 c (c=0, 1, … Nc-1)와 해당 안테나의 번호 a (a=0, 1, …, Na-1) 값에 의해 유니크(unique)하게 결정된다. 그리고, 안테나들 각각은 송신 빔을 순차적으로 변환하면서, 총 Nb개의 송신 빔에 대응하는 Nb개의 훈련 신호를 송신한다. 이때, 송신 빔의 식별자 b는 훈련 신호의 반복 횟수 b에 대응하도록 설정된다.(b=0, 1, …, Nb-1). 구체적인 예로, OFDM 방식을 기반으로 훈련 신호를 설계하는 경우를 가정하자. 이 경우, OFDM 신호로 설계되는 훈련 신호는 N개의 서브 캐리어들로 구성된 경우를 가정하면, 하기 <수학식1>을 만족하는 서브 캐리어 n에는 신호값이 존재하고, 하기 <수학식1>을 만족하지 않는 다른 서브 캐리어에서는 신호값이 존재하지 않도록 즉, '0'이 되도록 훈련 신호를 설계한다.
Figure 112013032795352-pat00001
여기서 k=0, 1,…, (N/(Nc*Na))-1이다.
예를 들어, 셀 타입의 번호가 'Nc=3'이고, 안테나 번호가 'Na=4'이고, 각 안테나 별로 'Nb=40'개의 송신 빔을 생성하는 경우를 가정하자. 그러면, 셀 c는 4개의 안테나들 각각을 통해 동시에 OFDM 훈련신호를 송신한다. 이때, 각 안테나는 송신 빔을 순차적으로 변경하면서 OFDM 훈련신호를 송신하며, 변경되는 송신 빔의 순서는 'b=0, 1, …, 39'에 대응한다. 이 경우, 상기 <수학식 1>에 따라 상기 OFDM 훈련 신호는 'subcarrier n = a+4c+12k' 혹은 'n = c+3a+12k, k=0, 1, … (N/12)-1 에 신호값이 설정되고, 나머지 서브 캐리어들에서는 신호 값이 '0'으로 설정된다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 설계된 OFDM 훈련신호의 일 예를 도시한 도면이다. 여기서, OFDM 훈련 신호의 셀 타입 c=0인 경우를 가정하자.
도 7을 참조하면, 가로 축은 OFDM 심볼을 나타내고, 세로 축은 OFDM 서브 캐리어들을 나타낸다. 여기서, OFDM 훈련 신호는 0번부터 3번 서브 캐리어까지 신호값이 할당되고, 12번부터 15번 캐리어까지 신호값이 할당된다. 그리고, 4번부터 11번 서브캐리어까지 신호값이 할당되지 않는다. 이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 훈련신호는, 셀 타입 및 안테나 별로 신호값이 할당되지 않는 영역(700a, 700b)을 다르게 설정함으로써, 인접 셀 간 간섭을 줄이게 된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따라 주기적 제1DL/UL훈련 신호와, 비주기적 제2DL/UL훈련 신호는 셀 타입의 번호와 안테나 번호로 구성되는 조합 별로 직교 코드를 할당하여 설계할 수 있다. 또 다른 실시 예로, 주기적 제1DL/UL훈련 신호와, 비주기적 제2DL/UL훈련 신호는 셀 타입 별로 서로 직교하는 코드를 할당하고, 안테나 번호는 각각 서로 다른 주파수/서브 캐리어에 할당하여 설계할 수 있다. 또 다른 실시 예로, 주기적 제1DL/UL훈련 신호와, 비주기적 제2DL/UL훈련 신호는 셀 타입 별로 서로 다른 주파수/서브 캐리어를 할당하고, 안테나 번호 별로 직교 코드를 할당하여 설계할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 설계된 OFDM 훈련신호의 다른 예를 도시한 도면이다. 여기서는 본 발명의 제1실시 예에 따른 비주기적 제2DL 훈련 신호의 일 예를 나타낸다. 또한, 도 8은 주기적 제1DL/UL 훈련 신호의 형태로도 사용될 수 있다. 이 경우, 제1DL/UL 훈련 신호는 빔을 순차적으로 변경하면서 총 빔 수 Nb 만큼 반복되어 송신될 수 있다.
도 8을 참조하면, 안테나의 총 수가 4개인 경우, 각 안테나 a (a=0,1, 2, 3)는 자신의 번호가 표시된 "subcarrier n = a + (k*Na), k=0, 1, …, (N/Na)-1" 에서만 신호를 송신한다. 각 안테나 별로 송신되는 훈련신호는 셀 타입에 따라 서로 직교하는 코드를 사용하여 생성된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 훈련신호를 생성 및 송수신하는 동작 흐름도이다. 여기서 생성되는 훈련 신호는 앞서 설명한 실시 예 별 단말 혹은 기지국에 의해서 생성되는 제1 및 제 2 DL/UL 훈련신호 중 하나를 나타내며 설명의 편의상, 훈련 신호로 칭하기로 한다.
도 9를 참조하면, 900단계에서 기지국 혹은 단말은 미리 설정된 수의 셀 타입들 중 하나와, 구비한 총 안테나들 중 하나의 안테나로 구성되는 조합들을 생성한다.
먼저 송신 동작의 경우, 905단계에서 기지국 혹은 단말은 각 조합 별로 할당할 주파수 영역 값(Xn, n=0, 1, …, N-1)을 생성한다. 일 예로, Xn의 절대값을 1 또는 0(즉, |Xn|=1 or 0, n=0, 1, …, N-1)으로 설정한다. 그 다음, 주파수 영역의 훈련 신호를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)하여 시간 영역의 훈련 신호 xk로 변환한다.
910단계에서 기지국 및 단말은 각 안테나 별로 일 예로, Nb개의 빔을 생성하되 빔 b=0, 1, …, Nb-1을 순차적으로 생성하고, 각 빔에서 동일한 OFDM 훈련신호 xk를 반복하여 송신한다. 여기서, 훈련 신호의 송신 과정은 상기 훈련 신호가 제1UL/DL 훈련 신호인 경우, 앞서 설명한 바와 같이 모든 송수신 빔 조합에 대해 송신될 것이다. 그리고, 제2UL 훈련 신호인 경우, 제1 실시 예 내지 제3실시예에 따라 결정된 제2UL 훈련 신호의 경로를 통해서 송신된다.
이후, 수신 동작의 경우, 915단계에서 단말 혹은 기지국은 900단계 내지 910단계를 통해서 송신된 OFDM 훈련신호를 수신한다. 구체적인 예로, 수신되는 b 번째 OFDM 훈련신호 yk의 FFT(Fast Fourier Transform) 시작 시점을 찾으면, FFT 구간의 수신 신호를 FFT한다. 그 다음 서브 캐리어 n에서 수신 신호의 주파수 영역 값 Yn을 훈련신호 Xn의 콘쥬게이트(conjugate)로 곱하면 원하는 셀 및 안테나에서 생성한 빔 b에 대한 채널 값 즉, Zn = Xn*Yn, n=0, 1, …, N-1이 획득된다. 그리고, 920단계에서 단말 혹은 기지국은 수신 신호 Zn에서 잡음과 인접 셀 간섭의 영향을 제거한다. 일 예로, Zn을 IFFT 하여 시간 영역 신호 zk로 변환한다. 그리고, 하기 <수학식 2>와 같이 변환된 zk의 크기가 미리 결정된 기준 값 미만인 조건에 해당할 경우, 해당 값을 '0'으로 지정한다.
Figure 112013032795352-pat00002
이후, 단말 혹은 기지국은 다음 hk를 FFT 하여 원하는 셀 및 안테나에서 생성한 빔 b에 대한 채널 값 즉, 주파수 영역 신호 Hn을 획득한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 송신기의 블록 구성도이다. 여기서, 송신기(1000)의 총 안테나의 수는 NT이고, 각 안테나 별 송신빔의 총 수는 NTb인 경우를 가정하자.
도 10을 참조하면, 경우를 가정하면, 엔코더들(1010-1~1010-CT)과, 변조부들(1020-1~1020-CT)과, 맵퍼(mapper, 1031)와 프리코더(1041)와, 안테나 수인 NT에 대응하는 OFDM 심볼 생성부와, DAC(Digital Analog Converter, 1070-1~1070-NT)를 포함한다.
엔코더들(1010-1~1010-CT) 각각은 CT개의 입력 비트 시퀀스를 엔코딩(encoding)하고 각각 자신과 연결된 변조부에 전달한다. 변조부들(1020-1~1020-CT) 각각은 엔코딩된 입력 비트 시퀀스를 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 혹은 PSK(Phase Shift Keying) 심볼로 변환한다. 그리고, 상기 MIMO 맵퍼(1031)는 CT개의 QAM 혹은 PSK 심볼을 일 예로, LT개의 심볼 그룹(symbol group)으로 매핑한다. 이후, 상기 프리코더(1041)는 심볼 그룹 s에 대해 하기 <수학식 3>을 사용한 디지털 빔포밍을 수행하여 NT개의 안테나들을 위한 신호 x로 변환한다.
Figure 112013032795352-pat00003
여기서,
Figure 112013032795352-pat00004
,
Figure 112013032795352-pat00005
,
Figure 112013032795352-pat00006
이다. 만약, 디지털 빔포밍 및 프리코딩을 수행하지 않을 경우, NT=LT이고
Figure 112013032795352-pat00007
이며, 프리코더
Figure 112013032795352-pat00008
는 대각선 텀(Diagonal term)들의 값이 모두 1이고, 나머지는 모두 0인 아이덴티티 매트릭스(Identity matrix)가 된다.
이후, OFDM 신호 생성부(1050-1~1050-NT) 각각은 상기 프리코더(1041)로부터 입력된 신호를 앞서 설명한 훈련 신호의 설계 방법들 중 하나의 방법을 사용하여 OFDM 훈련 신호로 생성한다. 여기서, OFDM 훈련 신호의 생성 과정은, 상기 프리코더(1041)로부터 입력된 신호를 직병렬(Serial-to-Parallel) 변환 후 IFFT를 수행하고, 병렬-직렬(Parallel-to-Serial) 변환 후, IFFT블록의 맨 마지막 일부 신호를 맨 앞으로 복사해서 CP(Cyclic Prefix)로 삽입하는 과정을 포함한다. 그리고, DAC(1060-1~1060-NT)들 각각은 OFDM 훈련 신호를 아날로그 신호로 변환한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 송신기(900)는 NT개의 송신 아날로그 신호를 원하는 주파수로 변환한 다음, 변환된 각 아날로그 신호를 앞서 설명한 도 1 내지 도 3 중 하나인 아날로그 빔포밍 안테나를 통과하여 송신한다. 이때, 상기 송신기(900)는 상기 MIMO 밉퍼(1031) 및 프리코더(1041) 통해서 다양한 MIMO 및 디지털 빔포밍 기술을 적용한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 수신기의 블록 구성도이다.
도 11을 참조하면, 빔포밍 수신기(1100)는 수신 안테나들의 수 MR에 대응하는 수의 ADC(1100-1~1100-MR)들과, 동기화부(1111)와, OFDM 신호 수신부(1121-1~1121-MR)와, 빔포밍부(1131) 및 MIMO 디코더(1141)를 포함한다.
상기 ADC(1100-1~1100-MR)는 각각 MR개의 안테나들 중 대응하는 안테나를 통해 수신한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 OFDM 신호 수신부(1121-1~1121-MR)로 전달한다. 이때 상기 동기화부(1111)는 송신기와 시간 및 주파수 동기를 맞춘다. 그리고, 상기 빔포밍부(1131)는 하기 <수학식 4>를 이용하여 MR개의 수신 신호에 대해 LR개의 엘리먼트(element)들로 구성된 r로 변환된다.
Figure 112013032795352-pat00009
여기서,
Figure 112013032795352-pat00010
,
Figure 112013032795352-pat00011
,
Figure 112013032795352-pat00012
이다.
마지막으로, 상기 MIMO 디코더(1141)는 수신 신호 r로부터 비트 시퀀스를 검출하여 출력한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(1100)는 도 1 내지 도 3 중 하나인 안테나 형태를 갖는 MR개의 아날로그 빔포밍 안테나를 동시에 사용하여 신호를 수신하고, MR개의 아날로그 신호를 베이스밴드(baseband)로 주파수 변환한 다음 MR개의 ADC등을 이용하여 수신한다. 마찬가지로, 상기 수신기(1100) 역시 빔포밍 부(1131) 및 MIMO디코더(1141)를 이용하여 수신 MIMO 및 디지털 빔포밍을 추가로 수행함으로써 신호를 수신한다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국 혹은 단말의 장치 구성도이다.
도 12를 참조하면, 장치(1200)는 본 발명의 실시 예들에 따른 기지국 혹은 단말(1200)로 동작 가능하며, 안테나부(1205)와, 송신부(1210)와, 빔 선택부(1215)와, 수신부(1220)와, 송신 모뎀(1230)와, 제어부(1235), 수신 모뎀(1240) 및 안테나부(1205)를 포함한다. 여기서, 상기 제어부(1235)와 빔 선택부(1215)가 따로 설치되는 경우를 일 예로서 설명하였으나, 다른 실시 예에 따라 상기 제어부(1235) 및 빔 선택부(1215)를 하나의 유닛으로 구성할 수도 있다.
여기서, 상기 송신 모뎀(1230)은 앞서 설명한 도10의 빔포밍 송신부(1000)를 포함하며, 상기 수신 모뎀 (1240)은 도 11의 빔포밍 수신부(1100)를 포함한다.
상기 송신부(1210) 및 수신부(1220)는 앞서 설명한 도 1의 스위치(103) 혹은 도 2a의 위상변환기(203-1~203-N)들을 포함한다. 또한, 상기 안테나부(1205)는 도 1 내지 도 3의 안테나 중 하나인 안테나들로 구성된다. 상기 제어부(1235)는 상기 송신 모뎀(1230) 및 수신 모뎀(1240)가 수행하는 본 발명의 실시 예들에 따른 주기적 제1DL/UL훈련 신호와, 비주기적 제2DL/UL훈련 신호의 송수신하는 동작, 측정 결과에 따른 기지국 및 단말에 대한 안테나, 빔, MIMO 모드 및 빔 포밍 모드를 선택하는 동작 및 피드백 정보 혹은 지시 정보의 전달 동작들을 제어한다.
상기 안테나부(1205)는 다수의 안테나들을 구비한다. 그리고, 상기 다수의 안테나들은 일 예로, 앞서 설명한 도 1 내지 도 3에 도시된 혼 안테나, 어레이 안테나들 중 하나의 형태를 가지며 다수의 빔들을 형성한다.
일 예로, 상기 빔 선택부(1215)는 상기 안테나부(1205)가 도 2a,b에 도시된 바와 같은 어레이 안테나들로 구성될 경우, 각 안테나 별 위상 변환기들의 값 및 신호 크기 값 혹은 도 1의 스위치 값을 모두 저장하고, 상기 제어부(1235)가 선택한 빔의 번호에 대응하는 해당 값을 상기 송신부(1210) 또는 수신부(1220)로 출력한다.
상기 송신부(1210) 또는 수신부(1220)는 각 안테나 별로 상기 빔 선택부(1215)를 통해서 설정된 값에 상응하는 빔이 생성되도록 한다.
다른 예로, 상기 빔 선택부(1215)는 상기 안테나부(1205)가 각 안테나 별로 독립적인 도 10에 도시된 빔포밍 송신기와 도 11에 도시된 빔포밍 수신기를 구비한 형태인 안테나들로 구성된 경우에도 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍을 적용한다. 이 경우, 상기 빔 선택부(1215)는 앞서 설명한 도10의 프리코더(1041)와, 도 11의 빔포밍부(1131)에서 사용하는 코드북(codebook) 값을 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 빔을 생성하기 위한 도 2a,b의 위상 변환기 값처럼 사용한다. 즉 상기 빔 선택부(1215)는 코드북 인덱스를 변경함으로써, 송신 안테나의 송신 빔 혹은 수신 안테나의 수신 빔 전환 기능을 수행할 수 있다.
상기 수신모뎀(1240)은 상기 제어부(1235)의 지시에 따라 상기 안테나 부(1205)를 통해서 각 안테나 및 해당 빔으로 수신한 주기적 제1DL/UL훈련 신호와, 비주기적 제2DL/UL훈련 신호의 전력, 혹은 신호 대 잡음 비 등의 CQI 값을 측정한다. 즉, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시 예 내지 제3실시 예에 따른 제1DL채널 측정 및 제1UL 채널 측정 과정을 수행한다.
먼저, 상기 장치(1200)가 본 발명의 제1실시 예에 따른 DL에서의 기지국 또는 단말로 동작하는 경우를 가정하자. 이 경우, 기지국 및 단말로 동작하는 상기 장치(1200)는 앞서 설명한 도 4a,b의 동작 흐름도에 상응하게 동작한다. 상기 장치(1200)가 기지국으로 동작할 경우, 상기 안테나부(1205)는 Na 개의 안테나들을 구비하고, 각 안테나 별로 동시에 복수개의 빔 생성이 가능하여 일 예로, Nb 개의 빔들이 생성 가능한 상황을 가정하자. 이에 대응하여, 상기 장치(1200)는 제1실시 예에 따른 단말로 동작하며, 상기 안테나부(1205)가 총 Ma 개의 안테나를 구비하고, 각 안테나 별로 복수 개의 빔 생성이 가능하여 일 예로, Mb 개의 빔을 동시에 생성 가능한 상황을 가정하자.
그러면, 상기 제어부(1235)는 상기 수신 모뎀(1240) 및 수신부(1220)를 통해서 수신한 제1실시 예에 따른 제1DL 훈련 신호를 기반으로 제1DL 채널 측정을 수행하고, 그 결과에 따른 제1피드백 정보를 생성한다. 이때, 상기 제어부(1235)는 상기 제1피드백 정보가 포함하는 정보들 중 하나인 CQI에 대해 복잡도 감소를 위한 다양한 방법들을 사용하여 복잡도가 감소된 CQI를 포함하는 상기 제1피드백 정보를 생성할 수 있다.
구체적으로, DL상황에서 상기 기지국(1200)의 경우, 상기 안테나부(1205)가 구비한 안테나들은 송신 안테나들로 동작한다. 그리고, 상기 단말(1200)의 경우, 상기 안테나부(1205)가 구비한 안테나들은 수신 안테나들로 동작한다. 예를 들어, 기지국에 대해 송신 안테나 a의 송신빔 b의 신호를 특정 단말 u 의 수신 안테나
Figure 112013032795352-pat00013
의 수신빔
Figure 112013032795352-pat00014
로 수신하여 측정한 CQI를 하기 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013032795352-pat00015
여기서, a는 기지국의 송신 안테나의 지시자를 나타내고, b 는 송신빔의 지시자를 나타낸다. 그리고, u는 상기 기지국의 서비스 커버리지 내에 위치한 단말들의 지시자를 나타내고,
Figure 112013032795352-pat00016
는 해당 단말의 수신 안테나의 지시자를 나타내고,
Figure 112013032795352-pat00017
는 수신빔의 지시자를 나타낸다.
이상적인 경우, 단말로 동작하는 상기 장치(1200)는 상기 안테나부(1205)가 구비한 모든 수신 안테나들 각각의 수신 빔 별로, 기지국으로 동작하는 상기 장치(1200)의 상기 안테나부(1205)가 구비한 모든 송신 안테나들 각각의 송신 빔과의 모든 송수신 빔 조합에 대한 CQI 값을 상기 <수학식 5>와 같이 계산하고, 이를 제1피드백 정보에 포함시켜야 한다. 이 경우, 모든 송수신 빔 조합에 대한 채널 값들을 파악할 수 있으므로, 스케쥴링의 성능을 최대화시킬 수 있다. 그러나, 제1피드백 정보가 모든 송수신 빔 조합에 대한 CQI 값들을 포함할 경우, UL 자원이 낭비되고, 이를 통해서 통신 효율이 떨어지게 된다. 그러므로, UL 통신효율 저하를 최소화하기 위해서, 본 발명의 실시 예들에 따른 제1피드백 정보는 하기와 같은 복잡도 감소 방안에 따른 CQI 값들을 포함하도록 생성된다.
구체적인 실시 예로, 특정 단말 u로 동작하는 상기 장치(1200)의 제어부(1235)는 상기 모든 송수신 빔 조합들 중에서 하기 <수학식 6>에 따라 수신 전력 값이 최대 값을 갖는 최적의 수신 안테나
Figure 112013032795352-pat00018
및 최적의 수신 빔
Figure 112013032795352-pat00019
과, 최적의 송신 안테나
Figure 112013032795352-pat00020
및 최적의 송신 빔
Figure 112013032795352-pat00021
으로 구성되는 최적 빔 조합을 검출한다. 그리고, 상기 제어부(1235)는 상기 최적 빔 조합에 대한 구성 정보 즉, 상기 최적 빔 조합을 구성하는 수신 안테나 및 수신빔과 송신 안테나 및 송신 빔의 지시자와 그에 따른 CQI 값을 제1피드백 정보의 일 예로서 생성한다.
Figure 112013032795352-pat00022
이 경우, 최적 빔 조합에 대한 구성 정보만을 제1 피드백 정보에 포함시킬 경우, 이를 수신한 기지국의 제1DL스케쥴링 과정에서 고려할 정보가 너무 제한적이게 된다. 그러므로, 다른 실시 예에 따라 상기 제1피드백 정보는 기지국의 송신 안테나들(
Figure 112013032795352-pat00023
) 각각에 대해 최적의 송신빔 지시자와, 최적의 수신 안테나 및 수신빔의 지시자와, 그에 따른 CQI값을 하기 <수학식 7>과 같이 제1피드백 정보에 포함시킬 수 있다.
Figure 112013032795352-pat00024
또 다른 실시 예로, 기지국의 스케쥴링 성능을 더 높이기 위해 상기 제1피드백 정보에 기지국의 송신 안테나들(
Figure 112013032795352-pat00025
) 각각과 해당 단말의 수신 안테나들(
Figure 112013032795352-pat00026
) 각각으로 구성되는 안테나 조합(a,
Figure 112013032795352-pat00027
) 별로 최적의 송신빔 및 수신빔의 지시자
Figure 112013032795352-pat00028
와 그에 따른 CQI 값
Figure 112013032795352-pat00029
을 하기 <수학식 8>과 같이 포함시킬 수 있다.
Figure 112013032795352-pat00030
또 다른 실시 예에 따라 기지국의 스케쥴링 성능을 보다 높이기 위해 상기 제1피드백 정보에 해당 단말의 최적의 수신 안테나 및 수신빔
Figure 112013032795352-pat00031
또는 각 수신 안테나 별로 최적 수신빔
Figure 112013032795352-pat00032
에 대해 기지국의 송신 안테나 a 별로 두 번째 혹은 세 번째로 좋은 빔
Figure 112013032795352-pat00033
… 등에 대한 번호
Figure 112013032795352-pat00034
,
Figure 112013032795352-pat00035
, … 와 그에 따른 CQI 값을 하기 <수학식 9>와 같이 포함시킬 수도 있다.
Figure 112013032795352-pat00036
또한, 다른 실시 예에 따라 상기 제1피드백 정보는 각 단말의 수신 안테나 별 최적의 수신 빔에 대해 CQI 값이 미리 결정된 기준 값
Figure 112013032795352-pat00037
보다 작은 기지국의 송신 안테나 a 및 송신빔 b 번호
Figure 112013032795352-pat00038
를 하기 <수학식 10>과 같이 포함시킬 수도 있다.
Figure 112013032795352-pat00039
또한, 상기 제1피드백 정보의 데이터 양을 줄이기 위한 실시 예로서, 상기 제1피드백 정보가 포함하는 CQI값에 다양한 데이터 압축 기술을 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 CQI 값이 기준 값
Figure 112013032795352-pat00040
보다 작은 기지국의 송신 안테나 a 및 송신 빔 b의 지시자들은 비트 맵(bit map) 형태로 나타낼 수 있다. 또한, 상기 제1피드백 정보는 상기 기지국이 송신한 제1DL 훈련 신호를 기반으로, 실제 데이터 전송 시 사용할 DL 전송 모드에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(1235)는 기지국으로부터 수신된 제1DL 훈련 신호를 기반으로 SU-MIMO 모드와 MU-MIMO 모드 중 하나로 기지국의 후보 DL 전송 모드를 결정한다.
먼저, 상기 장치(1200)가 단말로 동작하는 경우, 상기 제어부(1235)는 상기 안테나부(1205)를 통해서 수신한 신호를 하기 <수학식 11>과 같이 나타낼 수 있다. 이때, 기지국의 송신 안테나 a 의 송신빔(b(a),
Figure 112013032795352-pat00041
) 별로 송신된 제1DL 훈련 신호 x를 상기 기지국의 서비스 커버리지 내에 위치한 단말 중 하나인 단말 u의 수신 안테나
Figure 112013032795352-pat00042
의 수신빔(
Figure 112013032795352-pat00043
,
Figure 112013032795352-pat00044
)을 통해서 수신한 경우를 가정하자.
Figure 112013032795352-pat00045
여기서,
Figure 112013032795352-pat00046
,
Figure 112013032795352-pat00047
,
Figure 112013032795352-pat00048
,
Figure 112013032795352-pat00049
,
Figure 112013032795352-pat00050
Figure 112013032795352-pat00051
,
Figure 112013032795352-pat00052
여기서, H는 채널 행렬을 나타내고, F는 기지국이 데이터를 송신할 때 사용하는 프리코더를 나타내고, s는 송신심볼을 나타내고, n은 잡음을 나타낸다. 그리고, r은 수신 신호 y에 수신 디지털 빔포밍을 적용하여 최종적으로 획득하는 수신 신호를 나타내고, W는 수신 디지털 빔포밍 값을 나타낸다.
만약, SU-MIMO 환경을 가정할 경우, 상기 제어부(1235)는, 상기 단말u에 대한 데이터 전송 속도를 하기 <수학식 12>와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112013032795352-pat00053
Figure 112013032795352-pat00054

여기서
Figure 112013032795352-pat00055
는 송신심볼 전력 대 수신 잡음 전력의 비를 나타내고, Q는 송신 심볼 s의 분산(covariance) 행렬을 나타내거나, 아이덴티티 행렬(
Figure 112013032795352-pat00056
)일 수도 있다. 또한, 수신 빔포밍 행렬 W는 유니터리 행렬(Unitary)이며, WW*= W*W=I 이고,
Figure 112013032795352-pat00057
는 기지국 안테나 a=0, 1, …, N-1에서 사용하는 빔의 번호를 나타낸다. 그리고,
Figure 112013032795352-pat00058
는 단말이 구비한 M개 안테나 번호를 나타내며, 0, 1, …, M-1의 숫자에서 순서가 임의로 변경된 것을 나타낸다. 즉,
Figure 112013032795352-pat00059
이며, 서로 유니크하여
Figure 112013032795352-pat00060
일 때,
Figure 112013032795352-pat00061
를 만족한다. 그리고,
Figure 112013032795352-pat00062
는 단말 u의 M개 안테나에서 선택된 빔 번호 벡터(vector)를 나타낸다.
만약, 상기 제어부(1235)가 최적 빔 조합에 대한 CQI값을 알고 있을 경우, 상기 <수학식 12>에 따른 데이터 전송 속도를 최대화하는 프리코더를 하기 <수학식 13>과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112013032795352-pat00063
만약, 기지국에서 디지털 프리코딩을 수행하지 않을 경우,
Figure 112013032795352-pat00064
는 아이덴티티 행렬(
Figure 112013032795352-pat00065
)이다. 만약, <수학식 13>에 따라 계산된 데이터 전송 속도의 최대값이 프리코딩을 수행하지 않았을 경우, 즉,
Figure 112013032795352-pat00066
인 경우의 데이터 전송 속도의 값과 비슷한 경우, 다시 말해서, 디지털 프리코딩으로 인한 데이터 전송 속도의 성능 개선이 소정의 기준치 보다 작을 경우, 상기 제어부(1235)는 프리코딩의 효과가 없는 것으로 판단할 수 있다. 이러한 상황에서 상기 제어부(1235)는 디지털 프리코딩을 수행하지 않고, 아날로그 빔포밍 만으로 데이터를 송신하기로 결정할 수 있다. 또한, 최적 빔 조합을 알고 있을 경우, 상기 제어부(1235)는 해당 단말의 스케쥴링 메트릭 값을 계산할 수 있다. 예를 들어, PF(Proportional Fair) 스케쥴링 알고리즘을 사용하는 경우를 가정하면, 상기 제어부(1235)는 최적 빔 조합을 기반으로, 상기 단말 u의 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭은 하기 <수학식 14>와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013032795352-pat00067
여기서, T(u)는 단말 u의 평균 성능(throughput)을 나타낸다.
한편, 상기 제어부(1235)는 상기 <수학식 14>와 같이 나타내어진 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭 값을 최대화하는 최적의 송신빔과 수신빔으로 구성된 최적 빔 조합을 찾을 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부(1235)는 기지국에게 SU-MIMO 적용 시 획득 가능한 데이터 전송 속도의 최대값을 하기 <수학식 15>와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112013032795352-pat00068
그리고, 상기 제어부(1235)는 상기 제1피드백 정보에 기지국에게 SU-MIMO 적용 시 획득 가능한 데이터 전송 속도의 최대값과, 상기 최대값에 매핑되는 빔 조합의 구성 정보를 포함시킬 수 있다. 상기 구성 정보는 상기 최대값에 매핑되는 빔 조합을 구성하는 송신 안테나 및 송신 빔의 지시자와, 수신 안테나 및 수신 빔의 지시자를 포함한다.
이때, 상기 제어부(1235)가 모든 송수신 빔 조합에 대해 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭 및 데이터 전송 속도를 계산할 경우, 복잡도가 너무 높다. 따라서, 이러한 복잡도를 감소시키기 위해서 일 예로, 수신 신호 전력이 최대 값을 갖는 수신 안테나를 포함하는 송수신 빔 조합들에 대해서만 상기 <수학식 14> 및 <수학식 15>에 따른 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭 및 데이터 전송 속도를 계산하고, 이에 대한 결과들을 제1피드백 정보에 포함시켜, 복잡도를 감소시킬 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 제1실시 예에 따른 제1피드백 정보는 앞서 설명한 <수학식 6> 내지 <수학식 11>을 통해서 획득 가능한 모든 송수신 빔 조합에 대한 모든 CQI 값, 또는 모든 CQI값들 중 해당 조건을 만족하는 일부 CQI값들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1피드백 정보는 상기 <수학식 15>를 이용하여 계산될 수 있는 SU-MIMO의 적용 시 획득 가능한 데이터 전송 속도의 최대값 또는 이에 준하는 정보, 그리고, 상기 최대값에 매핑되는 해당 단말 별 송수신 빔 조합에 대한 구성 정보, RI 값을 포함한다. 그리고, 디지털 빔포밍 적용 시, 적용되는 프리코더 값
Figure 112013032795352-pat00069
혹은 PMI 등을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 SU-MIMO의 적용 시 획득 가능한 데이터 전송 속도의 최대값에 준하는 정보로는 CQI 혹은 MCS(Modulation and Coding Scheme)가 사용될 수도 있다.
한편, 상기 제1피드백 정보가 송신되면, 기지국으로 동작하는 상기 장치(1200)의 제어부(1235)는 상기 제1피드백 정보를 기반으로 제1DL 스케쥴링을 수행한다. 상기 제1DL 스케쥴링 과정에서 상기 제어부(1235)는 상기 기지국이 실제로 데이터 송신 시 적용할 최적의 DL MIMO 모드를 결정한다.
구체적인 예로, 상기 제어부(1235)는 제1DL 스케쥴링 과정에서 제1피드백 정보로부터 획득한 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값과, 하기에서 후술될 방식에 따라 계산된 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값을 비교하여, 이 중 최대값에 매핑된 MIMO 방식을 최적의 DL MIMO 방식으로 결정한다.
예를 들어, L에서 기지국이 N개의 송신 안테나 a 의 송신 빔(b(a),
Figure 112013032795352-pat00070
)으로 신호 x를 송신하며. 이때, 상기 기지국은 MU-MIMO를 적용할 단말 그룹 즉, L개의 단말들
Figure 112013032795352-pat00071
에게 L개의 심볼
Figure 112013032795352-pat00072
을 동일한 시간 및 주파수 자원으로 송신하는 상황을 가정하자. 그러면, 상기 단말들 중에서 단말
Figure 112013032795352-pat00073
는 M개 수신 안테나
Figure 112013032795352-pat00074
수신빔(
Figure 112013032795352-pat00075
,
Figure 112013032795352-pat00076
)으로 신호
Figure 112013032795352-pat00077
를 수신하고 수신 디지털 빔포밍
Figure 112013032795352-pat00078
을 수행하는 경우를 가정하면, 수신 신호는 하기 <수학식 16>과 같이 나타내어진다.
Figure 112013032795352-pat00079
여기서,
Figure 112013032795352-pat00080
,
Figure 112013032795352-pat00081
,
Figure 112013032795352-pat00082
,
Figure 112013032795352-pat00083
,
Figure 112013032795352-pat00084
,
Figure 112013032795352-pat00085
이다.
이때, 단말 u가 사용하는 수신 디지털 빔포밍이 선형 필터라면, 상기 제어부(1235)는 MU-MIMO 환경에서 기지국 및 단말이 달성할 수 있는 데이터 전송 속도를 하기 <수학식 17>에 따라 계산할 수 있다.
Figure 112013032795352-pat00086
여기서,
Figure 112013032795352-pat00087
,
Figure 112013032795352-pat00088
이고,
Figure 112013032795352-pat00089
는 기지국의 송신 안테나 a=0, 1, …, N-1 각각에서 사용하는 송신빔의 지시자를 나타낸다.
Figure 112013032795352-pat00090
는 단말의 수신 안테나의 지시자를 나타내며, 수신 안테나의 지시자에 대응하는 0, 1, …, M-1의 순서에서 임의로 순서가 변경된 것을 나타낸다. 즉,
Figure 112013032795352-pat00091
이며, 서로 유니크하여
Figure 112013032795352-pat00092
일 때
Figure 112013032795352-pat00093
이 만족한다.
Figure 112013032795352-pat00094
는 MU-MIMO 적용 시, 기지국이 송신한 데이터를 동일한 시간 및 주파수 자원으로 수신하는 L개의 단말들로 구성된 단말 그룹에 포함된 단말들 각각의 지시자에 대응하는 벡터를 나타낸다.
Figure 112013032795352-pat00095
는 단말 u의 M개 수신 안테나 별로 선택된 수신빔의 지시자에 대응하는 벡터를 나타낸다.
그리고, 상기 제어부(1235)는 PF 스케쥴링 알고리즘에 따른 단말 그룹을 구성하는 L개의 단말들에 대한 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭을 하기 <수학식 18>과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112013032795352-pat00096
상기 <수학식 18>에 나타낸 바와 같이, MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 값은 MU-MIMO가 적용되는 단말 그룹들을 구성하는 복수의 단말들에 대한 채널 값을 알아야 계산할 수 있다. 따라서, 기지국으로 동작하는 상기 장치(1200)의 상기 제어부(1235)는 모든 송수신 빔 조합과 MU-MIMO가 적용되는 단말 그룹에 대해 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 값의 최대값을 계산하기 위해서 모든 송수신 빔 조합과 MU-MIMO가 적용되는 단말 그룹에 대한 CQI값을 획득해야 하므로, 이로 인해 UL 데이터 전송 효율이 크게 저하된다.
이에 따라 본 발명은 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭 계산 시 요구되는 피드백 정보 량을 감소시키기 위해서, 상기 <수학식 18>에 따라 계산된 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭을 근사화하는 1차 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭을 제안한다. 구체적인 예로, 기지국이 송신 안테나 a의 송신 빔 b으로 송신한 신호에 대해 단말 u가 수신 안테나
Figure 112013032795352-pat00097
의 수신빔
Figure 112013032795352-pat00098
로 수신한 수신 전력이 송신 전력이
Figure 112013032795352-pat00099
로 나타내어질 때,
Figure 112013032795352-pat00100
는 잡음 전력을 나타내고, T(u)은 단말 u의 평균 처리량을 나타낸다고 가정하자. 이때, 기지국으로 동작하는 장치(1200)가 단말 그룹을 구성하는 L개의 단말들에게 동시에 데이터를 전송할 경우, 상기 제어부(1235)는 하기 <수학식 19>에 따른 1차 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭
Figure 112013032795352-pat00101
을 계산한다.
Figure 112013032795352-pat00102
여기서,
Figure 112013032795352-pat00103
는 기지국이 송신 안테나
Figure 112013032795352-pat00104
의 송신빔
Figure 112013032795352-pat00105
에서 송신한 신호를 단말
Figure 112013032795352-pat00106
가 수신 안테나
Figure 112013032795352-pat00107
의 수신빔
Figure 112013032795352-pat00108
을 통해서 수신한 경우의 수신 전력을 나타낸다. 그리고,
Figure 112013032795352-pat00109
는,
Figure 112013032795352-pat00110
, 기지국이 송신 안테나
Figure 112013032795352-pat00111
의 송신빔
Figure 112013032795352-pat00112
에서 송신한 신호를 상기 단말
Figure 112013032795352-pat00113
가 수신 안테나
Figure 112013032795352-pat00114
의 수신빔
Figure 112013032795352-pat00115
으로 수신하였을 때 수신 전력을 나타낸다. 상기 <수학식 19>에 따른 1차 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭은 제1피드백 정보를 사용하여 계산할 수 있으며, 상기 <수학식 18>에 따라 계산된 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 근사값에 해당한다. 만약, 상기 단말 그룹
Figure 112013032795352-pat00116
에 대해 각 단말
Figure 112013032795352-pat00117
에게
Figure 112013032795352-pat00118
가 최대값을 가지면서
Figure 112013032795352-pat00119
가 최소값을 갖는 기지국의 송신빔
Figure 112013032795352-pat00120
이 존재할 경우, 상기 <수학식 19>에 따른 1차 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 값은 최대값을 갖게 된다. 예를 들어, 두 개의 단말들 즉, MS0과 MS1에게 DL 송신 모드로 MU-MIMO를 적용하여 데이터를 송신하는 경우를 가정하자. 그러면, 상기 제어부(1235)는 제1조건과 제2조건을 모두 만족하는 수신빔을 선택한다. 일 예로, 송신 안테나 0과 1에 대해 송신빔 b(0)과 송신빔 b(1)를 선택한 경우, 상기 제1조건은 MS0가 송신 안테나 0의 송신빔 b(0)을 통해서 수신한 신호의 수신 전력이 최대값을 가지고, MS1가 송신 안테나 0의 송신빔 b(0)을 통해서 수신한 신호의 수신 전력이 최소값을 갖는 경우이다. 그리고, 제2조건은 MS1가 송신 안테나 1의 송신빔 b(1)을 통해서 수신된 신호의 수신 전력이 최대값을 가지고, 단말 MS0는 상기 신호의 수신 전력이 최소값을 갖는 조건을 만족하는 수신빔을 선택한다. 정리하자면, 상기 제어부(1235)는 제1 피드백 정보를 이용하여 상기 <수학식 19>에 따른 1차 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값을 계산한다. 그리고, 상기 1차 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값에 매핑되는 빔 조합의 구성 정보 즉, 단말의 수신 안테나 및 수신빔과, 기지국의 송신 안테나 및 송신빔을 선택한다. 이후, 상기 제어부(1235)는 제1피드백 정보로부터 획득한, SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값과, MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값을 비교한다. 그리고, 상기 비교 결과 최대값에 대응하는 MIMO 방식을 최적의 DL MIMO 방식으로 결정한다.
다른 실시 예에 따라, 상기 장치(1200)가 기지국으로 동작할 경우, 상기 제어부(1235)는 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값이MU-MIMO 스케쥴링 메트릭 값보다 크고, SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값과 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭 값의 최대값과의 차이가 미리 결정된 차이 기준 값(T_smd)보다 큰 조건을 만족할 경우, SU-MIMO를 최적의 DL MIMO 방식으로 결정한다. 그리고, 반대의 경우, MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값이SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값보다 크고, MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값과 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값의 차이가 미리 설정된 차이 기준 값(T_msd)보다 큰 조건을 만족할 경우, MU-MIMO를 최적의 DL MU-MIMO 방식으로 결정한다. 이때, 상기 차이 기준 값 T_smd 및 T_msd는 동일한 값으로 설정되거나 다른 값으로 설정될 수도 있다.
마지막으로, SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값과 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값이 일정 비율에 포함되어 차이가 크지 않을 경우, 두 방식 모두를 후보 DL MIMO 방식으로 선택할 수 있다.
만약, SU-MIMO를 후보 DL MIMO 방식으로 결정한 경우, 상기 제어부(1235)는 디지털 프리코딩의 적용으로 인한 성능 개선 효과를 미리 결정된 성능 기준값과 비교한다. 그리고, 상기 비교 결과, 성능 개선 효과가 상기 성능 기준값보다 크거나 같은 경우, 상기 제어부(1235)는 디지털 프리코딩의 적용을 위해서 도 4a에서 설명한 바와 같이 비주기적 제2DL훈련 신호를 추가로 송신한다. 이에 따라, 상기 기지국으로 동작하는 상기 장치(1200)의 상기 제어부(1235)는 상기 제2DL 훈련 신호에 따라 생성된 제2피드백 정보를 단말들로부터 수신하여 제2 스케쥴링을 수행한다. 그리고, 상기 비교 결과 성능 개선 효과가 상기 기준값보다 작은 경우, 상기 제어부(1235)는 비주기적 제2DL 훈련 신호의 송신을 수행하지 않기로 결정한다. 그리고, 앞서 설명한 제1DL 스케쥴링을 통해서 아날로그 빔포밍만을 적용하여 실제 데이터를 단말들에게 송신하도록 제어한다.
한편, SU-MIMO와 MU-MIMO 모두 후보 DL MIMO 방식으로 결정한 경우, 상기 제어부(1235)는 SU-MIMO와 MU-MIMO 각각을 적용하여 비주기적 제2DL 훈련신호를 단말들에게 송신한다. 그리고, 상기 제어부(1235)는 상기 단말들로부터 SU-MIMO와 MU-MIMO 각각에 대한 제2DL 훈련 신호에 대한 제2피드백 정보를 수신하고, 이를 기반으로 제2DL 스케쥴링을 수행하여 최종 DL MIMO 방식을 결정한다.
마지막으로, MU-MIMO를 후보 DL MIMO 방식으로 결정한 경우, 상기 제어부(1235)는 MU-MIMO가 적용된 경우, 하기 <수학식 20>을 사용하여 SIRmin 값을 추가로 계산한다.
Figure 112013032795352-pat00121
그리고, 상기 제어부(1235)는 SIRmin 값을 미리 결정된 SIRmin 임계값과 비교한다. 상기 비교 결과, SIRmin 값이 상기 SIRmin 임계값보다 작은 경우, MU-MIMO 적용 대상 단말 그룹을 구성하는 단말들 사이의 간섭이 크다고 판단한다. 이에 따라 상기 제어부(1235)는 간섭을 감소시키기 위한 디지털 빔포밍을 적용하기로 결정한다. 이에 따라 상기 제어부(1235)는 비주기적 제2DL 훈련 신호를 상기 그룹을 구성하는 단말들에게 추가로 송신하고, 상기 단말들로부터 제2피드백 정보를 수신한다. 그러면, 상기 제어부(1235)는 상기 제2피드백 정보를 기반으로 제2DL 스케쥴링을 수행한다. 만약, 상기 비교 결과, SIRmin 값가 SIRmin 임계값보다 크거나 같을 경우, 상기 제어부(1235)는 아날로그 빔포밍 만으로 데이터를 송신하기로 결정한다.
한편, 본 발명의 제1실시 예에 따라 비주기적 제2DL 훈련 신호는, 단말의 이동 또는 단말 주위의 환경 변화에 따른 채널 변화의 영향을 최소화하기 위해서 기지국이 실제 데이터를 전송하기 바로 직전에 송수신된다.
그리고, 제2DL 훈련 신호의 기반으로 수행되는 제2DL 스케쥴링 과정에서 생성된 제2피드백 정보는, 다중 빔포밍 MIMO 채널의 크기 및 위상 값, CQI 값, 최적 PMI 값, RI 값, MCS 값 중 적어도 하나가 포함된다.
상기 제2DL 스케쥴링 과정에서, 상기 장치(1200)가 기지국으로 동작할 경우, 상기 제어부(1235)는 상기 제2피드백 정보를 기반으로, 하기 상기 <수학식 21>을 만족하는 최적의 DL MIMO 방식과, 이 경우를 만족하는 송수신 빔 조합을 결정한다.
Figure 112013032795352-pat00122
다음으로, 상기 장치(1200)가 본 발명의 제2실시 예에 따라 UL에서의 단말 또는 기지국으로 동작하는 경우를 가정하자. 마찬가지로, 이 경우, 기지국 및 단말로 동작하는 상기 장치(1200)는 앞서 설명한, 도 5a,b의 동작 흐름도에 상응하게 동작한다.
상기 장치(1200)가 단말로 동작할 경우, 상기 제어부(1235)는 주기적 제1 UL 훈련 신호를 기지국으로 송신한다.
그리고, 상기 장치(1200)가 기지국으로 동작할 경우, 상기 제어부(1235)는 모든 송수신 빔 조합에 대한 CQI값을 측정한다. 그리고, 상기 주기적 제1 UL 훈련 신호를 기반으로 수행되는 제1 UL 채널 측정 및 제1UL 스케쥴링 과정에서, 상기 제어부(1235)는 상기 <수학식 14>에 따라 UL에서의 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭을 계산한다.
한편, MU-MIMO기술은 DL과 UL에서 매우 다른 특성을 보인다. DL에서 기지국은 복수의 안테나들을 이용하여 복수의 단말들에게 동시에 신호를 송신할 수 있다. 이때, 기지국은 각 안테나 별로 서로 다른 단말을 위한 신호를 동시에 송신하며, 복수의 단말은 자신을 위한 신호만을 검출한다. 이 경우, 각 단말은 자신에게는 필요 없는 다른 단말을 위한 신호도 함께 수신하게되므로 수신 성능이 저하된다. 이에 따라, 상기 <수학식 17>의 MU-MIMO 환경에서 기지국 및 단말이 달성할 수 있는 데이터 전송 속도 및 <수학식 19>의 1차 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭은 앞서 설명한 바와 같은 다른 단말의 간섭으로 인한 성능 저하 효과가 포함되어 있다.
이와 비교하여, UL에서는 복수의 단말들이 동시에 기지국으로 신호를 송신할 경우, 기지국 입장에서는 단말과 달리 복수의 단말들이 송신한 모든 신호가 상기 기지국에게 필요한 신호에 해당한다. 그러므로 UL에서 MU-MIMO를 위한 송수신 관계식은 DL에서의 SU-MIMO와 유사하게 계산되며, 스케줄링 메트릭은 하기 <수학식 22>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013032795352-pat00123
여기서,
Figure 112013032795352-pat00124
이며,
Figure 112013032795352-pat00125
은 단말
Figure 112013032795352-pat00126
의 프리코딩 벡터를 나타낸다.
따라서, UL에서 기지국으로 동작하는 상기 장치(1200)의 제어부(1235)는 상기 <수학식 22>에 따라 UL에서의 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭을 계산한다. 그리고, 상기 제어부(1235)는 최적의 UL MIMO 방식을 결정하는 일 예로서, 상기 UL에 대한 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값 및 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값을 비교하고, 이 중 최대값에 대응하는 MIMO 방식을 최적의 UL MIMO 방식으로 결정한다.
그리고, 기지국으로 동작하는 상기 장치(1200)의 제어부(1235)는 제1UL 스케쥴링 과정에서 단말의 UL 송신에 디지털 프리코딩의 적용으로 인한 성능 개선 효과를 미리 결정된 성능 기준값과 비교한다. 그리고, 상기 비교 결과, 성능 개선 효과가 상기 성능 기준값보다 크거나 같을 경우, 상기 제어부(1235)는 디지털 프리코딩의 적용을 위해서 도 5a에서 설명한 바와 같이 비주기적 제2UL훈련 신호를 추가로 송신하기로 결정하고, 이에 대한 지시 정보를 단말들에게 전달한다.
이후, 단말 별 비주기적 제2UL 훈련 신호를 수신하면, 기지국으로 동작하는 상기 장치(1200)의 제어부(1235)는 비주기적 제2UL 훈련 신호를 기반으로, 제2UL 채널 측정 및 제2UL스케쥴링을 수행한다. 그리고, 제2UL 스케쥴링 과정에서 상기 제어부(1235)는 단말의 UL 송신에서 사용할 최적의 프리코더 값을 계산하고, UL 데이터의 송신을 위한 무선 자원을 할당한다.
그리고, 상기 비교 결과, 성능 개선 효과가 상기 성능 기준값보다 작을 경우, 상기 제어부(1235)는 단말의 UL 송신에 대해 디지털 프리코딩을 적용하지 않기로 결정한다. 그러나, 디지털 프리코딩을 적용하지 않기로 결정한 상황에서 단말 별 UL 채널 이득 값이 주파수 별로 변화가 클 경우, 기지국으로 동작하는 상기 장치(1200)의 제어부(1235)는 UL 서브 밴드 스케쥴링을 추가로 수행하여 다중 사용자에 대한 이득을 보장할 수 있다. 이와 같이 UL 서브 밴드 스케쥴링을 수행하고자 할 경우 상기 제어부(1235)는 비주기적인 제2UL 훈련 신호를 송신하기로 결정하고, 앞서 설명한 바와 같은 방식으로 제2UL 스케쥴링을 수행한다.
마지막으로, 본 발명의 제3실시 예에 따라 주기적 제1UL훈련 신호를 송수신하지 않는 경우를 가정하자. 이 경우, 기지국 및 단말로 동작하는 상기 장치(12000)는 앞서 설명한 도 6의 동작 흐름도에 상응하게 동작한다.
이 경우, 기지국으로 동작하는 상기 장치(1200)의 제어부(1235)는, 주기적 제1 DL 훈련 신호에 대한 제1피드백 정보로부터 획득한, 제1DL 훈련 신호의 채널값과 DL에 대한 최적의 MIMO 방식을 기반으로 제1UL 스케쥴링을 수행한다. 이 경우, 주기적 제1 DL 훈련 신호에 대한 제1피드백 정보로는 상기 <수학식 22>의 UL MU-MIMO에 대한 스케줄링 메트릭을 계산할 수 없다. 그러므로, 이 경우, 하기 <수학식 23>에 따라 제 1DL 피드백 정보를 사용하는 단순화된 스케줄링 메트릭을 계산한다.
Figure 112013032795352-pat00127
또한, 상기 제 1 UL 스케줄링 과정에서 UL SU-MIMO에 대한 스케줄링 메트릭은 제 1 피드백 정보에 포함된 DL SU-MIMO에 대한 전송속도 값을 사용하여 계산한다. 상기 제1 UL 스케쥴링 과정에서 상기 제어부(1235)는 최적의 UL MIMO 방식을 결정하는 다른 예로서, UL에 대해 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값이 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값보다 크고, 상기 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값과 상기 <수학 식 23>에 의한 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값의 차이가 미리 설정된 차이 기준값(T_smu)보다 큰 조건을 만족할 경우, SU-MIMO를 최적의 UL MIMO 방식으로 결정한다. 그리고, 반대의 경우, UL에 대해 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값이 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값보다 크고, MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값과 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값의 차이가 미리 설정된 차이 기준 값(T_msu)보다 큰 조건을 만족할 경우, MU-MIMO를 최적의 UL MIMO 방식으로 결정한다. 이때, 상기 차이 기준 값 T_smu 및 T_msu는 동일한 값으로 설정되거나 다른 값으로 설정될 수도 있다.
마지막으로, UL에 대해 SU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값과 MU-MIMO 스케쥴링 메트릭의 최대값이 일정 비율에 포함되어 차이가 크지 않을 경우, 두 방식 모두를 후보 UL MIMO 방식으로 선택할 수 있다.
상기한 바와 같은 방식으로, 기지국으로 동작하는 상기 장치(1200)의 제어부(1235)는 상기 제1UL 스케쥴링 과정에서 상기 제1피드백 정보로부터 획득한 제1DL 훈련 신호들에 대한 신호 수신 세기 또는 채널 값을 기반으로 적어도 하나의 후보 조합을 결정한다. 그리고, 상기 적어도 하나의 후보 조합에 대한 성능을 미리 결정되어 있는 성능 기준값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 적어도 하나의 후보 조합 중 비주기적 제2UL 훈련 신호를 송신할 경로를 선택한다. 그리고, 상기 제어부(1235)는 비주기적 제2UL 훈련 신호의 송신 지시와, 비주기적 제2UL 훈련 신호를 송신할 경로에 대한 정보를 포함하는 지시 정보를 상기 비주기적 제2UL 훈련 신호를 송신할 경로가 포함하는 단말들에게 송신하도록 상기 장치(1200)를 제어한다.
이후, 상기 제어부(1235)는 비주기적인 제2UL 훈련 신호의 수신을 감지하면, 이를 기반으로 제2UL 스케쥴링을 수행한다. 상기 제어부(1235)는 제 2UL 훈련 과정을 통해서 제 2UL 스케줄링 계산에 필요한 모든 채널정보를 획득함으로써, 제2UL 스케쥴링 과정에서 UL MU-MIMO를 위한 스케줄링 메트릭 계산은 상기 <수학식 22>를 사용한다. 제2UL 스케쥴링 과정에서, 상기 제어부(1235)는 후보 UL MIMO 방식을 선택하고, 실질적으로 UL 데이터를 송신할 최종 경로를 선택하고, 상기 최종 경로들에 포함된 단말들의 UL 데이터 송신을 위한 무선 자원을 할당한다. 즉, 상기 제어부(1235)는 상기 선택된 최종 경로가 포함하는 단말이 사용할 UL MIMO 모드 및 프리코드 값을 계산한다. 그리고, 상기 제어부(1235)는 상기 장치(1200)가 상기 최종 경로에 포함된 단말들에게 상기 최종 경로에 대한 정보와, U 데이터 송신을 위해 할당된 무선 자원 정보를 포함하는 지시 정보를 송신한다.
참고적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 빔포밍이 적용되는 무선 통신 시스템에서의 신호 송수신 규격은 일 예로 다음과 같다. 먼저, 하나의 무선 프레임 길이는 5ms 이며, 1ms의 고정된 길이를 갖는 5개의 서브 프레임들로 구성될 수 있다. 여기서, 하나의 서브 프레임은 50us 의 고정된 길이를 갖는 20개 슬롯(Slot)들로 구성된다. 하나의 슬롯은 10개 혹은 11개의 OFDM 심볼(symbol)들로 구성된다. 하나의 OFDM 심볼은 FFT 구간과 CP 구간을 포함한다. 상기 FFT 구간의 길이는 4us이고, CP의 길이는 1us 혹은 0.5us이며, 하나의 OFDM 심볼의 길이는 5us 혹은 4.5us이다. 결과적으로, 해당 예에서는 하나의 슬롯의 길이가 5us 길이를 갖는 OFDM 심볼10개의 길이에 대응하거나, 혹은 5us 길이를 갖는 하나의 OFDM 심볼과 4.5us길이를 갖는 10개의 OFDM 심볼들의 길이 합에 대응한다.
주파수 분할 방식이 적용된 통신 시스템을 기준으로 설명하면, DL에서 기지국이 매 프레임마다 적어도 하나의 동기(Synchronization) 및 방송 채널(BCH: Broadcast Channel)을 위한 슬롯을 단말들에게 송신한다. 그러면, 상기 슬롯을 수신한 적어도 하나의 단말이 상기 기지국과 동기를 맞추고, BCH를 통해서 시스템 제어 정보를 수신하며, 본 발명의 실시 예에 따라 기지국이 매 서브 프레임마다 적어도 하나의 제어 슬롯을 통해서 각종 제어 정보와 제2DL 훈련 신호를 송신한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따라 기지국이 시스템이 선택한 주기 혹은 규격에서 정의된 주기마다 적어도 하나의 빔 측정(BM: Beam Measurement) 슬롯을 통하여 제1DL 훈련 신호를 송신한다. 그리고, DL에서 기지국은 각 서브 프레임에서 적어도 하나의 슬롯을 통하여 실제 데이터를 송신한다. 실제 데이터가 송신되는 슬롯(이하, '데이터 슬롯'이라 칭함)은 채널 특성에 따라 10개 혹은 11개의 OFDM 심볼들이 존재하도록 시스템에서 선택할 수 있지만, 그 밖의 모든 종류의 슬롯은 항상 10개의 OFDM 심볼로 구성된다. UL에서도 마찬가지로, 앞서 설명한 프레임 별 슬롯들이 존재한다.
도 13a는 본 발명의 실시 예에 따른 DL프레임 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 13a를 참조하면, 일 예로, DL 프레임은 총 5개의 서브 프레임으로 구성되고, 서브 프레임 1 내지 서브 프레임 4 각각마다 하나의 BM 슬롯(BM 슬롯-1, BM 슬롯-2, BM 슬롯-3, BM 슬롯-4)이 송신된다. 하나의 프레임 또는 하나의 서브 프레임 내에 배치되는 BM 슬롯의 수는 기지국이 구비한 송신 안테나 및 송신 안테나 별 송신에 대한 구현 상황에 따라 조정 가능하다. 상기 BM 슬롯을 통해서 기지국은 BM 슬롯의 총 수, 주기, 패턴 등에 대한 정보를 BCH 또는 SIB를 통해서 단말에게 알려줄 수 있다. 하나의 BM 슬롯은 10개 OFDM 심볼로 구성되므로, 각 심볼을 통해서 본 발명의 실시 예에 따른 주기적 제1DL 훈련 신호를 송신할 경우, 총 10개의 송신빔에 대한 제1DL 훈련 신호가 송신될 수 있다. 만약, 기지국이 모든 송신 안테나들을 통해서 총 40개의 송신빔을 생성하는 경우를 가정하면, 서브 프레임 1 내지 서브 프레임 4 각각에서 하나의 BM 슬롯들을 할당함으로써, 총 4개의 BM 슬롯을 통한 40개 송신빔에 대한 제1DL 훈련 신호의 송신이 가능하다.
도 13b는 본 발명의 실시 예에 따른 DL 프레임 구조에서 제1DL훈련 신호의 송수신에 대한 기지국의 송신 빔과 해당 단말의 수신 빔의 전환 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 13b를 참조하면, 하나의 DL 프레임은 5개의 서브 프레임으로 구성된다. 그리고, 각 서브 프레임 별로 하나의 BM 슬롯을 통해서 본 발명의 제1실시 예에 따른 제1DL 훈련 신호가 송신되는 상황을 가정한다. 이때, 단말은 각 서브 프레임 별BM 슬롯에 대한 수신 빔을 일 예로, #2빔으로 고정한다. 그리고, 기지국은 각 서브 프레임 별 BM 슬롯 동안 임의의 송신 안테나에 대해 10개의 송신빔들을 차례로 전환하면서 제1DL 훈련 신호를 송신한다. 구체적인 예로, 상기 기지국은 프레임 1의 서브 프레임0의 BM 슬롯에서 송신 빔을 #0빔부터 #9빔까지 차례로 전환하면서 상기 제1DL 훈련 신호를 송신하며, 전환되는 각 빔 별로 제1DL 훈련 신호를 구성하는 하나의 OFDM 심볼을 송신한다. 그리고, 상기 기지국은 프레임 1의 제2서브 프레임의 BM 슬롯에서 상기 송신 안테나의 송신빔을 #10빔부터 #19까지 차례로 전환하면서 제1 DL 훈련 신호를 송신한다. 이와 같은 방식으로 기지국은 프레임 1의 마지막 서브 프레임 5에서의 BM 슬롯에서 상기 송신 안테나의 송신 빔을 #40빔부터 #49까지 차례로 전환하면서, 제1DL 훈련 신호를 송신한다. 이와 같이 단말은 하나의 프레임 내에서 BM 슬롯을 동일한 고정된 수신빔으로 수신하지만, 같은 프레임 내 다른 슬롯들은 BM 슬롯에서 사용한 수신빔과 다른 수신 빔으로 수신할 수 있다. 상기 프레임 1 이후 프레임에서도 BM 슬롯을 통한 제1DL 훈련 신호의 기지국 송신은 프레임 1에서와 동일한 방식으로 진행된다. 하지만, 단말의 경우, 서브 프레임 별 BM 슬롯을 수신하는 수신빔을 다른 빔 예를 들어, #3 빔으로 전환하고, 상기 제1DL 훈련 신호를 수신한다. 이와 같이, 기지국은 매 프레임 마다 주기적으로 해당 안테나의 모든 송신 빔들에 대하여 제1DL 훈련 신호를 송신하고, 단말은 프레임 별로 수신 빔을 전환하여 BM 슬롯을 수신함으로써, 모든 송수신 빔 조합에 대한 제1DL 훈련 신호를 수신하고, 이에 대한 채널을 측정한다. 제1DL 훈련 신호를 기반으로 측정된 채널 값은 각 셀, 안테나 및 빔 별로 지정된 OFDM 심볼의 서브 캐리어 및 코드에 따라 수신한 신호에 대한 광대역(wide-band) CQI 값을 포함한다. 상기 광대역 CQI 값은 기지국 및 단말 주위의 반사체 크기 및 위치와 송수신 빔의 폭 및 방향과 같은 거시적인 요소들에 의해 결정되는 롱 텀 채널 특성에 해당하며 단말이 이동해도 천천히 변화한다. 그러므로, 모든 송수신 빔 조합에 대해 주기적인 제1DL 훈련 신호들에 대한 채널 측정 결과 광대역 CQI 값이 최대값을 갖는 최적 빔 조합을 찾을 수 있으며, 단말의 이동과 관계없이 상기 최적의 빔 조합을 구성하는 송신빔 치 수신빔을 사용할 수 있다. 본 발명의 제1실시 예 또는 제3실시 예에 따른 제1DL훈련 신호는 동시에 훈련 신호들을 송신하는 복수의 셀 타입과 안테나에 따라 구분되므로 인접 셀로부터 오는 간섭 신호를 구분하여 추정 성능을 높일 수 있다. 인접 셀의 신호를 구분하지 못할 경우 최적 송신 빔을 잘못 인식할 수 있으며, 기지국 및 단말 빔 동작에 심각한 오류를 일으킬 수 있다. 또한, 제1DL 훈련 신호를 통해 선택된 적어도 하나의 빔 조합에 대해서는 단말의 이동성을 고려하기 위한 채널의 크기와 위상 값과 같은 숏 텀 채널 값도 추정한다. 특히, SU-MIMO를 적용하기 위한 후보 빔 조합에 대해서는 상기 <수학식 14> 또는 <수학식 15>를 기반으로 하는 스케쥴링 메트릭 및 데이터 전송 속도가 계산되어야 하므로, 숏 텀 채널 값이 추정된다.
이후, 상기 제1DL 훈련 신호를 기반으로 수행된 제1DL 스케쥴링 과정에서, 제2DL 훈련 신호를 송신하기로 결정한 경우, 기지국은 제1DL 스케쥴링 과정에서 선택된 송신 안테나 및 송신빔을 통해서 상기 제2DL 훈련 신호를 송신한다. 이때, 상기 제2DL 훈련 신호는 도 13a,b에 도시된 각 서브 프레임 별 제어 슬롯 내 OFDM 심볼을 통해서 송신된다. 또한, 상기 제1DL 스케쥴링 과정에서 상기 제2DL 훈련 신호를 수신할 대상으로 선택된 단말들에 대한 지시 정보를 상기 제어 슬롯을 통해서 송신한다. 그리고, 상기 제어 슬롯을 통해서 상기 지시 정보를 수신한 단말들은 상기 지시 정보에 포함된 수신 안테나 및 사용하여 제2DL훈련 신호를 수신하고, 이에 대한 채널 값을 추정한다. 본 발명의 실시 예에 따른 비주기적 제2DL 훈련 신호는, 단말의 이동으로 인한 숏텀 채널 변화를 고려하기 위해서 기지국이 실질적으로 데이터를 전송하기 바로 직전에 송신된다. 따라서 상기 제2DL 훈련 신호가 전송되는 제어 슬롯은 각 서브 프레임마다 데이터 슬롯 바로 전 슬롯에서 송신된다. 이후, 기지국은 단말 별 상기 제2DL 훈련 신호에 대한 채널 추정 결과를 포함하는 제2피드백 정보를 기반으로, 제2DL 스케쥴링을 수행하고, 프리코더 값을 계산 후, 계산된 프리코더 값을 적용한 디지털 빔포밍이 적용된 데이터 슬롯을 송신한다. 일 예로, 상기 제2DL 훈련 신호의 송신 및 채널 추정 피드백과 디지털 빔포밍에 소요되는 시간을 하나의 서브 프레임 즉, 1ms로 최소화할 수 있다.
도 14a는 본 발명의 실시 예에 따른 UL 프레임 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 14a를 참조하면, 하나의 서브 프레임은 총 5개의 서브 프레임으로 구성되고, 서브 프레임 1 내지 서브 프레임 4 각각마다 하나의 BM 슬롯(BM 슬롯-1, BM 슬롯-2, BM 슬롯-3, BM 슬롯-4)이 송신된다. 여기서, 하나의 프레임 또는 하나의 서브 프레임 내에 배치되는 BM 슬롯의 수는 기지국이 구비한 수신 안테나 및 수신 안테나 별 수신에 대한 구현 상황에 따라 조정 가능하다.
도 14b는 본 발명의 실시 예에 따른 UL 프레임 구조에서 제1UL훈련 신호의 송수신에 대한 기지국의 수신 빔과 해당 단말의 송신 빔의 전환 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 14b를 참조하면, 하나의 UL 프레임은 5개의 서브 프레임으로 구성된다. 그리고, 각 서브 프레임 별로 하나의 BM 슬롯을 통해서 본 발명의 제2실시 예에 따른 제1UL 훈련 신호가 송신되는 상황을 가정한다. 이때, 단말은 각 서브 프레임 별 BM 슬롯에 대한 송신 빔을 일 예로, # 2 빔으로 고정하고 제1UL 훈련 신호를 기지국의 해당 수신 안테나의 전체 수신빔 수에 상응하는 횟수만큼 반복 전송한다. 그리고, 기지국은 각 서브 프레임 별 BM 슬롯 동안 임의의 수신 안테나에 대해 10개의 수신빔들을 차례로 전환하면서 제1UL 훈련 신호를 수신한다. 이때, 전환되는 각 수신빔 별로 상기 제1UL 훈련 신호를 구성하는 하나의 OFDM 심볼을 수신한다. 그리고, 상기 기지국은 프레임 1의 제2서브 프레임의 BM 슬롯에서 상기 수신 안테나의 수신빔을 #10빔부터 #19까지 차례로 전환하면서 제1UDL 훈련 신호를 수신한다. 이와 같은 방식으로 기지국은 프레임 1의 마지막 서브 프레임 5에서의 BM 슬롯에서 상기 수신 안테나의 수신 빔을 #40빔부터 #49까지 차례로 전환하면서, 제1DL 훈련 신호를 수신한다. 이때, 단말은 하나의 프레임 내에서 BM 슬롯을 동일한 고정된 송신빔으로 송신하지만, 같은 프레임 내 다른 슬롯들은 상기 BM 슬롯에서 사용한 송신빔과 다른 송신빔으로 송신할 수 있다. 그리고 프레임 1 이후 프레임에서도 BM 슬롯을 통한 제1UL 훈련 신호의 기지국 수신은 이전과 동일한 방식으로 진행된다. 하지만 단말의 경우, 서브 프레임 별로 BM 슬롯을 송신하는 송신 빔을 다른 빔 예를 들어, # 3 빔으로 전환하고, 상기 제1UL 훈련 신호를 송신한다. 이와 같이, 기지국은 매 프레임 마다 주기적으로 해당 안테나의 모든 수신 빔에 대하여 제1UL훈련신호를 수신하고, 단말은 프레임 별로 송신 빔을 전환하여 BM 슬롯을 송신함으로써, 상기 단말의 모든 송수신 빔 조합에 대한 제1UL 훈련 신호를 수신하고, 이에 대한 채널을 측정한다. 제1UL 훈련 신호를 기반으로 측정된 채널 값은 각 셀, 안테나 및 빔 별로 지정된 OFDM 심볼의 서브 캐리어 및 코드에 따라 수신한 신호에 대한 광대역 CQI 값을 포함한다. 상기 광대역 CQI 값은 DL 프레임 구조에서 측정된 특징과 동일한 특징을 가지므로, 여기서는 중복 설명을 생략한다. 본 발명의 제2실시 예에 따른 제1UL훈련 신호 역시 제1실시 예에 따른 제1DL 훈련 신호와 동일한 성질을 가지므로, 숏텀 채널 값을 추정한다.
상기한 바와 같이 한 단말의 모든 송수신 빔 조합에 대한 제1UL 훈련을 마치면, 기지국은 또 다른 단말을 선택하여 제1UL 훈련을 실시하며, 필요에 따라 셀 내 모든 단말들에 대한 제 1UL 훈련을 실시할 수 있다. 이 경우, 셀 내 모든 단말에 대한 제 1UL 훈련을 마치기 위해서는 상당히 긴 시간이 소요될 수도 있다. 그러므로, 소요 시간을 감소시키면서, 제 1UL 훈련을 효율적으로 수행하기 위해서 제 1DL 훈련 결과를 활용할 수 있다. 예를 들어, 제 1DL 훈련을 통해 최적 송수신 빔 조합이 변경되는 단말들만 제 1UL 훈련을 실시하는 경우, 제 1UL 훈련을 실시하는 대상 단말들의 수를 감소시킬 수 있고, 셀 전체에 대한 제 1UL 훈련 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 모든 단말들에서 송신 빔과 수신 빔에 대해 빔 폭과 방향이 거의 일치하는 경우, 제 1DL 훈련을 통해 단말의 최적 수신 빔과 빔 폭 및 방향이 동일한 송신 빔에 대해서만 제 1UL 훈련을 실시하여 훈련 시간을 추가로 감소시킬 수도 있다. 추가적으로, 기지국 역시 자신의 송신 빔과 수신 빔이 빔 폭과 방향이 일치하는 경우, 도 6과 같이 제 1UL 훈련을 생략하고 제 1DL 훈련 결과를 사용하여 제 1 UL 스케줄링을 수행할 수도 있다.
이후, 상기 제1UL 훈련 신호를 기반으로 수행된 제1UL 스케쥴링 과정에서 비 주기적 제2UL 훈련 신호를 송신하기로 결정한 경우, 기지국은 제2UL 훈련 신호를 송신할 대상 단말들에 대한 지시 정보를 각 서브 프레임별 제어 슬롯을 통해서 단말에게 전송한다. 각 서브 프레임별 제어 슬롯을 통해서 지시 정보를 수신한 단말들은 상기 지시 정보가 지시하는 송신 안테나 및 송신빔을 통해서 상기 제2UL 훈련 신호를 송신한다. 이때, 상기 제2UL 훈련 신호는 도 14a,b에 도시된 각 서브 프레임별 제어 슬롯 내 OFDM 심볼을 통해서 송신된다. 상기 비주기적 제2UL 훈련 신호는 단말의 이동으로 인한 숏텀 채널 변화를 고려하기 위해서 해당 단말이 실질적으로 데이터를 전송하기 바로 직전에 송신된다. 따라서 상기 제2UL 훈련 신호가 전송되는 제어 슬롯은 각 서브 프레임마다 데이터 슬롯 바로 전 슬롯에서 송신된다. 이후, 기지국은 제2UL 훈련 신호에 대해 수행한 채널 추정 결과를 기반으로, 제2UL 스케쥴링을 수행한다. 제2UL스케쥴링 과정에서 상기 기지국은 상기 단말이 사용할 프리코더 값을 계산하고, 계산된 프리코더 값을 지시하는 지시 정보를 각 서브 프레임 별 제어 슬롯을 통해서 상기 단말에게 전달한다. 그러면, 상기 단말은 상기 프리코더 값을 사용하여 각 서브 프레임 별 데이터 슬롯을 통해서 데이터를 기지국에게 송신한다. UL 프레임 구조에서도 일 예로, 제2UL 훈련 신호의 송신 및 채널 추정, 피드백 및 디지털 빔 포밍 과정에 소요되는 시간을 하나의 서브 프레임 즉, 1ms로 최소화할 수 있다.
만약, 제2UL/DL 훈련 신호에 대한 채널 측정 결과를 기반으로, 디지털 빔포밍이 수행되지 않기로 결정된 경우, 앞서 설명한 제2UL/DL 훈련 신호에 대한 송신 및 채널 추정, 피드백 및 디지털 빔 포밍이 수행되지 않고 아날로그 빔 포밍만을 사용하여 데이터 슬롯이 송수신된다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 구조에서 TDD방식이 적용된 경우의 일 예를 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, TDD 방식이 적용되는 프레임 역시 도 13a 내지 도 14 b에 따라 FDD 방식이 적용되는 프레임과 동일한 시간 길이 및 기능을 갖는 서브 프레임들과 슬롯으로 구성된다.
여기서, 각 서브 프레임 별 시구간은 DL시구간과 UL시구간을 구분하기 위한 UL 슬롯들과 DL 슬롯들이 할당된 실시 예를 나타낸다. TDD 방식에서 본 발명의 동작 방법과 원리는 FDD와 기본적으로 동일하므로, 중복 설명은 생략하기로 한다.
이하, 도 16 a 내지 도 18b를 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 기지국 및 단말 각각의 동작을 설명한다. 이때, 각 실시 예 별로 수행되는 기지국 및 단말의 동작들은 앞서 설명한 도 4a 내지 도 6에서의 각 과정에서의 동작 및 도 12에서의 동작과 동일하므로, 여기서는 중복 설명은 생략한다.
도 16a는 본 발명의 제1실시 예에 따른 기지국의 동작 흐름도이다.
도 16a를 참조하면, 1600단계에서 기지국은 미리 결정된 주기에 따라 제1DL 훈련 신호를 송신한다. 이때, 상기 제1DL 훈련 신호는 도 4a의 404a 단계 내지 404b 단계에서의 설명과 동일하게 모든 송수신 빔 조합에 대해 송신된다. 1605단계에서 상기 기지국은 상기 제1DL 훈련 신호에 대한 채널 측정 결과를 포함하는 제1피드백 정보를 수신한다. 상기 제1피드백 정보가 포함하는 정보들은 도 4a 내지 도 12에서 설명한 실시 예들 중 하나를 따르므로, 여기서는 중복 설명을 생략한다. 그리고, 상기 기지국은 상기 제1피드백 정보를 기반으로 제1DL스케쥴링을 수행한다. 이때, 상기 제1DL 스케쥴링 과정은 도 4a의 410단계에 동일하게 수행된다. 제1DL 스케쥴링 과정에서, 상기 기지국은 비주기적 제2DL 훈련 신호의 송신 여부를 결정한다.
상기 결정 결과 제2DL 훈련 신호를 송신하기로 결정한 경우, 1615단계에서 상기 기지국은 상기 제2DL 훈련 신호의 송신 경로를 포함하는 지시 정보를 전달하고, 상기 지시 정보가 포함하는 단말들에게 상기 제2DL 훈련 신호를 송신한다.
상기 단말들로부터 상기 제2DL훈련 신호에 대한 제2피드백 정보를 수신하면, 1620단계에서 상기 기지국은 상기 제2피드백 정보를 기반으로 제2DL 스케쥴링을 수행하여, 상기 제2피드백 정보를 수신한 후보 단말들 중 최종적으로 DL 데이터를 송신할 적어도 하나의 최종 경로를 선택하고, 상기 DL 데이터의 송신을 위한 자원을 할당한다. 그리고, 상기 제2DL 스케쥴링 결과에 따라 상기 적어도 하나의 최종 경로가 포함하는 단말에게 상기 할당된 자원을 이용하여 DL 데이터를 송신한다.
한편, 상기 결정 결과 상기 비주기적 제2DL 훈련 신호를 송신하지 않기로 결정한 경우, 1625단계에서 상기 기지국은 제1DL 스케쥴링 결과에서 제1피드백 정보를 수신한 후보 단말들 중 최종적으로 DL 데이터를 송신할 적어도 하나의 최종 경로를 선택하고, 상기 DL 데이터의 송신을 위한 자원을 할당한다. 마찬가지로, 상기 기지국은 상기 최종 경로에 따라 DL 데이터를 송신한다.
도 16b는 본 발명의 제1실시 예에 따른 단말의 동작 흐름도이다.
도 16b를 참조하면, 1630단계에서 단말은 기지국으로부터 주기적으로 송신되는 제1DL 훈련 신호를 수신하고, 상기 제1DL 훈련 신호들에 대한 제1DL 채널 측정을 수행하여 그 결과를 제1피드백 정보로 생성하여 기지국으로 송신한다. 상기 제1DL 채널 측정 및 제1피드백 정보는 도 4a의 406단계 내지 408a단계에 대응한다.
1635단계에서 상기 단말은 상기 기지국으로부터 제1피드백 정보를 기반으로 수행된 제1DL 스케쥴링 결과를 포함하는 지시 정보를 수신한다. 상기 지시 정보 역시 도 4 a의 412단계에 대응된다.
이후, 1640단계에서 상기 단말은 상기 지시 정보에 대응하는 경로를 통해서 수신되는 신호를 확인한다.
상기 확인 결과, DL 데이터이면 상기 단말은 동작을 종료한다.
상기 확인 결과, 비주기적 제2DL훈련 신호이면, 상기 단말은 1645단계에서 상기 비주기적 제2DL 훈련 신호를 기반으로 제2DL 채널을 측정하고, 측정 결과를 제2피드백 정보로 생성하여 기지국으로 송신한다. 1645단계 역시 도 4a의 416단계 내지 418단계에 대응한다.
이후, 1650단계에서 상기 단말은 상기 제2피드백 정보를 기반으로 수행된 제2DL 스케쥴링 과정에서 할당된 자원 및 최종 경로를 통해서 수신되는 DL 데이터를 수신한다. 제2DL 스케쥴링 과정은 도 4a의 420단계에 대응한다.
도 17a는 본 발명의 제2실시 예에 따른 단말의 동작 흐름도이다.
도 17a를 참조하면, 1700단계에서 단말은 기지국으로부터 수신한 주기적 제1지시 정보를 기반으로, 제1UL 훈련 신호를 송신한다. 상기 제1지시 정보는 도 5a의 503단계에 대응한다.
그리고, 1705단계에서 상기 단말은, 상기 기지국에 의해서 상기 제1UL훈련 신호를 기반으로 측정된 제1UL채널 측정 및 이를 기반으로 수행된 제1UL 스케쥴링 결과에 따라 할당된 제2지시 정보를 상기 기지국으로부터 수신한다. 상기 제1UL 채널 측정, 제1UL 스케쥴링 및 제2지시 정보는 도 5a의 506단계 내지 510단계에 대응한다.
그리고, 1710단계에서 상기 단말은 상기 제2지시 정보에 비주기적 제2UL 훈련 신호의 송신 여부를 지시하는 정보가 포함되어 있는 지 확인한다.
상기 확인 결과, 비주기적 제2훈련 신호의 송신을 지시하는 정보가 포함되지 않은 경우, 1715단계에서 상기 단말은 상기 제2지시 정보에 대응하는 자원 및 경로를 통해서 UL 데이터를 상기 기지국으로 송신한다. 1815단계는 도5b의 522 내지 524단계에 대응한다.
상기 확인 결과, 비주기적 제2훈련 신호의 송신을 지시하는 정보가 포함된 경우, 1720단계에서 상기 단말은 상기 제2지시 정보에 대응하는 자원 및 경로를 통해서 상기 기지국으로 비주기적 제2UL 훈련 신호를 송신한다. 이후, 1725단계에서 상기 단말은 상기 제2UL 훈련 신호를 기반으로 측정된 제2UL 채널 측정 결과에 따라 스케쥴링된 제2UL 스케쥴링에 의해서 할당된 제3지시 정보를 수신한다. 여기서, 상기 제2UL 채널 측정, 제2UL 스케쥴링 및 제3지시 정보는 도 5a 의 514 내지 518단계에 대응한다.
이후, 1730단계에서 상기 단말은 상기 제3지시 정보가 포함하는 자원 및 경로를 통해서 UL 데이터를 기지국으로 송신한다.
도 17b는 본 발명의 제2실시 예에 따른 기지국의 동작 흐름도이다.
도 17b를 참조하면, 1735단계에서 기지국은 단말의 제1UL 훈련 신호의 송신을 위한 자원, 경로 및 주기 등을 포함하는 제1지시 정보를 송신한다. 상기 제1지시 정보는 도5a,b의 503단계에 대응한다.
1740단계에서 상기 기지국은 상기 단말로부터 제1UL 훈련 신호를 수신하면, 이를 기반으로 제1UL 채널 측정 및 제1UL 스케쥴링을 수행한다. 이때, 상기 기지국은 비주기적 제2UL 훈련 신호의 송신 여부를 결정하고, 상기 결정 결과를 지시하는 정보를 상기 제2지시 정보에 포함시킨다. 그리고, 제2UL훈련 신호의 송신 대상 경로에 포함된 단말들에게 상기 제2지시 정보를 송신한다. 여기서, 제1UL 채널 측정 및 제1UL 스케쥴링과, 제2UL 훈련 신호의 송신 여부 결정은 도 5a의 506단계 내지 508단계에 대응한다.
상기 비주기적 제2UL 훈련 신호의 송신 여부를 결정한 경우, 1745단계에서 상기 기지국은 해당 단말들로부터 제2UL 훈련 신호가 수신되면, 이에 대한 제2UL 채널 측정 및 제2UL 스케쥴링을 수행하고, 그 결과를 제3지시 정보로 생성한다. 상기 제2UL 채널 측정 및 제2UL 스케쥴링은 도 5a의 514단계 내지 516단계에 대응한다. 그리고, 상기 제3지시 정보가 포함하는, UL 데이터를 송신할 최종 경로가 포함하는 단말들에게 상기 제3지시 정보를 송신한다.
도 18a는 본 발명의 제3실시 예에 따른 기지국의 동작 흐름도이다.
도 18a를 참조하면, 1800단계에서 기지국은 주기적 제1DL훈련 신호를 송신한다. 이 경우, 제1실시 예와 마찬가지로, 상기 제1DL 훈련 신호는 모든 송수신 빔 조합에 대해 송신된다.
1805단계에서 상기 기지국은 상기 제1DL 훈련 신호를 기반으로 수행된 제1DL 채널 측정 및 단말 DL 스케쥴링 결과에 따른 제1피드백 정보로 수신한다. 여기서 제1DL 채널 측정 및 단말 DL 스케쥴링, 제1피드백 정보 송신은 도 6의 606단계 내지 610단계에 대응한다.
이후, 1810단계에서 상기 기지국은 제1피드백 정보를 기반으로, UL 스케쥴링을 수행하여 해당 단말들의 비주기적 제2UL 훈련 신호의 송신 여부를 결정하고, 그에 대한 지시 정보를 포함하는 제1지시 정보를 해당 단말들에게 송신한다. 여기서, 상기 UL 스케쥴링 및 제1지시 정보의 송신은 도 6의 612단계 내지 614 단계에 대응한다.
이후, 1815단계에서 상기 기지국은 상기 제1지시 정보에 대응하는 경로들이 포함하는 단말들로부터 비주기적 제2UL 훈련 신호를 수신하면, 제2UL 채널 측정 및 제2UL 스케쥴링을 수행하고, 그 결과를 제2지시 정보로 생성하여 최종 경로에 포함된 단말들에게 송신한다. 상기 최종 경로는, UL 데이터를 송신할 경로를 나타낸다. 그리고, 제2UL 채널 측정 및 제2UL 스케쥴링, 그리고 제2지시 정보는 도 6의 618단계 내지 622단계에 대응한다.
이후, 1820단계에서 상기 기지국은 상기 최종 경로에 포함된 단말들로부터 UL 데이터를 수신한다.
도 18b는 본 발명의 제3실시 예에 따른 단말의 동작 흐름도이다.
도 18b를 참조하면, 1830단계에서 단말은 기지국으로부터 주기적으로 수신되는 제1DL 훈련 신호를 수신하면, 이에 대한 제1DL 채널 측정 및 단말 DL 스케쥴링을 수행하고, 그 결과를 제1피드백 정보로 생성하여 상기 기지국으로 송신한다. 여기서, 상기 1DL 채널 측정 및 단말 DL 스케쥴링, 제1피드백 정보는 도 6의 606단계 내지 610단계에 대응한다.
그리고, 1835단계에서 상기 단말은 상기 기지국으로부터 상기 제1피드백 정보를 기반으로 수행된 제1UL 스케쥴링 결과에 따라 생성된 제1지시 정보를 수신한다.
그러면, 1840단계에서 상기 단말은 상기 제1지시 정보를 기반으로 비주기적 제2UL 훈련 신호를 송신한다. 이후, 1845단계에서 상기 단말은 상기 비주기적 제2UL 훈련 신호를 기반으로 수행된 제2UL 채널 측정 및 제2UL 스케쥴링 결과에 따라 생성된 제2지시 정보를 수신한다. 그리고, 1850단계에서 상기 제2지시 정보가 포함하는 자원 및 최종 경로를 통해서 UL 데이터를 송신한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (30)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말이 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    미리 설정된 주기에 기초하여 기지국의 복수의 송신빔들을 통해서 송신된 주기적 참조 신호들을 상기 기지국으로부터 수신하는 과정;
    상기 주기적 참조신호들을 측정하고, 상기 주기적 참조신호의 제1 피드백 정보를 상기 기지국에게 송신하는 과정;
    상기 제1 피드백 정보에 기초하여 적어도 하나의 송신빔을 통해서 송신된 적어도 하나의 비주기적 참조 신호를 상기 기지국으로부터 수신하는 과정;
    상기 적어도 하나의 비주기적 참조 신호를 측정하고, 상기 적어도 하나의 비주기적 참조 신호의 제2 피드백 정보를 상기 기지국에게 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주기적 참조 신호들을 수신하기 이전에, 물리적 브로드캐스트 채널을 통해 상기 미리 설정된 주기에 대한 정보를 수신하는 과정을 더 포함하고,
    상기 미리 설정된 주기는 상기 기지국에 의해 상기 복수의 송신빔들을 스위핑하기 위해 각각 필요한 스윕 타이밍을 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 피드백 정보는, 상기 복수의 송신빔들로부터 결정된 적어도 하나의 송신빔의 인덱스 또는 주기적 참조 신호의 수신된 전력 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 비주기적 참조 신호에 연관된 자원 할당 정보를 지시하는 정보를 수신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 피드백 정보는 프리코딩 행렬 지시자 (PMI), 채널 품질 지시자 (CQI), 또는 랭크 지시자 (RI) 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  6. 무선 통신 시스템에서 기지국이 신호를 송신하는 방법에 있어서,
    미리 설정된 주기에 기초하여 기지국의 복수의 송신빔들을 통해서 주기적 참조 신호들을 단말에게 송신하는 과정;
    상기 주기적 참조신호의 제1 피드백 정보를 상기 단말로부터 수신하는 과정;
    상기 제1 피드백 정보에 기초하여 적어도 하나의 송신빔을 통해서 적어도 하나의 비주기적 참조 신호를 상기 단말에게 송신하는 과정;
    상기 적어도 하나의 비주기적 참조 신호의 제2 피드백 정보를 상기 단말로부터 수신하는 과정을 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주기적 참조 신호들을 송신하기 이전에, 물리적 브로드캐스트 채널을 통해 상기 미리 설정된 주기에 대한 정보를 송신하는 과정을 더 포함하고,
    상기 미리 설정된 주기는 상기 기지국에 의해 상기 복수의 송신빔들을 스위핑하기 위해 각각 필요한 스윕 타이밍을 포함하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 피드백 정보는, 상기 복수의 송신빔들로부터 결정된 적어도 하나의 송신빔의 인덱스 또는 주기적 참조 신호의 수신된 전력 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 비주기적 참조 신호에 연관된 자원 할당 정보를 지시하는 정보를 송신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  10. 제6항 있어서,
    상기 제2 피드백 정보는 프리코딩 행렬 지시자 (PMI), 채널 품질 지시자 (CQI), 또는 랭크 지시자 (RI) 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  11. 무선 통신 시스템에서 신호를 수신하는 단말에 있어서,
    송수신기; 및
    제어부를 포함하고, 상기 제어부는,
    미리 설정된 주기에 기초하여 기지국의 복수의 송신빔들을 통해서 송신된 주기적 참조 신호들을 상기 기지국으로부터 수신하고,
    상기 주기적 참조신호들을 측정하고, 상기 주기적 참조신호의 제1 피드백 정보를 상기 기지국에게 송신하고,
    상기 제1 피드백 정보에 기초하여 적어도 하나의 송신빔을 통해서 송신된 적어도 하나의 비주기적 참조 신호를 상기 기지국으로부터 수신하고
    상기 적어도 하나의 비주기적 참조 신호를 측정하고, 상기 적어도 하나의 비주기적 참조 신호의 제2 피드백 정보를 상기 기지국에게 송신하도록 제어하는 단말.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는, 물리적 브로드캐스트 채널으로 송신된 상기 미리 설정된 주기에 연관된 정보를 수신하도록 제어하고,
    상기 미리 설정된 주기는 상기 기지국에 의해 상기 복수의 송신빔들을 스위핑하기 위해 각각 필요한 스윕 타이밍을 포함하는 단말.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 피드백 정보는, 상기 복수의 송신빔들로부터 결정된 적어도 하나의 송신빔의 인덱스 또는 주기적 참조 신호의 수신된 전력 중 적어도 하나를 포함하는 단말.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 적어도 하나의 비주기적 참조 신호에 연관된 자원 할당 정보를 지시하는 정보를 수신하도록 제어하는 단말.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 피드백 정보는 프리코딩 행렬 지시자 (PMI), 채널 품질 지시자 (CQI), 또는 랭크 지시자 (RI) 중 적어도 하나를 포함하는 단말.
  16. 무선 통신 시스템에서 신호를 송신하는 기지국에 있어서,
    송수신기; 및
    제어부를 포함하며, 상기 제어부는,
    미리 설정된 주기에 기초하여 기지국의 복수의 송신빔들을 통해서 주기적 참조 신호들을 단말에게 송신하고,
    상기 주기적 참조신호의 제1 피드백 정보를 상기 단말로부터 수신하고
    상기 제1 피드백 정보에 기초하여 적어도 하나의 송신빔을 통해서 적어도 하나의 비주기적 참조 신호를 상기 단말에게 송신하고
    상기 적어도 하나의 비주기적 참조 신호의 제2 피드백 정보를 상기 단말로부터 수신하도록 제어하는 기지국.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 물리적 브로드캐스트 채널으로 송신된 상기 미리 설정된 주기에 연관된 정보를 송신하도록 제어하고,
    상기 미리 설정된 주기는 상기 기지국에 의해 상기 복수의 송신빔들을 스위핑하기 위해 각각 필요한 스윕 타이밍을 포함하는 기지국.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 피드백 정보는, 상기 복수의 송신빔들로부터 결정된 적어도 하나의 송신빔의 인덱스 또는 주기적 참조 신호의 수신된 전력 중 적어도 하나를 포함하는 기지국.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 적어도 하나의 비주기적 참조 신호에 연관된 자원 할당 정보를 지시하는 정보를 송신하도록 제어하는 기지국.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제2 피드백 정보는 프리코딩 행렬 지시자 (PMI), 채널 품질 지시자 (CQI), 또는 랭크 지시자 (RI) 중 적어도 하나를 포함하는 기지국.
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