KR102372370B1

KR102372370B1 - 다중사용자 mimo 시스템에서 단말 및 그 동작 방법

Info

Publication number: KR102372370B1
Application number: KR1020150154064A
Authority: KR
Inventors: 남준영; 고영조; 김철순; 문성현; 신우람
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2022-03-08
Also published as: KR20160055066A

Abstract

MIMO 시스템에서 단말 및 그 동작 방법이 개시된다. 단말은 기지국으로부터 채널 상태 측정을 위한 기준 신호를 이용하여, 기지국으로부터 송신되는 신호와 잡음의 비인 제1 값을 계산하고, 기지국으로부터의 간섭과 잡음의 비인 제2 값을 계산할 수 있다. 그리고, 단말은 제2 값과 제1 값의 비(ratio)를 소정의 임계치와 비교하여 비트 정보를 생성하고, 제1 값 및 상기 비트 정보를 기지국으로 피드백할 수 있다.

Description

다중사용자 MIMO 시스템에서 단말 및 그 동작 방법{TERMINAL AND OPERATION METHOD THEREOF IN MULTI-USER MULT-INPUT MULT-OUTPUT SYSTEM}

본 발명은 다중사용자 MIMO 시스템에서 단말 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

4G 이후의 이동 통신 시스템은 데이터 트래픽(traffic)의 급격한 증가로 인해 3GPP LTE와 같은 4G 시스템 대비 1000배의 주파수 효율, 1000배의 에너지 효율, 그리고 1000배의 디바이스 수용 증대를 필요로 한다. 주파수 효율을 증대시키기 위한 물리계층 기술로는 네트워크 MIMO, 간섭 정렬(interference alignment), 릴레이(relay) 네트워크, 이종(heterogeneous) 네트워크, 대규모(large-scale) 안테나, 그리고 다중사용자(Multi-User) MIMO 등이 있다.

다중사용자 MIMO 시스템은 하나의 셀 내에서 기지국이 복수의 단말(사용자)에게 동일한 자원을 사용하여 동시에 서비스를 제공하는 기술이다. 이러한 다중사용자 MIMO 시스템에서, 기지국이 복수의 안테나를 통해 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 전송을 하기 위해서는 채널 상태 정보를 획득하는 것이 필요하다. 채널 상태 정보를 획득하기 위해서는 많은 참조 신호(reference signal) 및 채널 상태 정보 피드백을 위한 무선 자원이 필요하다.

또한 다중사용자 MIMO 시스템에서는 동시에 수용 가능한 사용자의 수가 증가함으로 인해, 스케줄링(scheduling) 및 프리코딩(precoding) 계산 복잡도가 증가하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다중사용자 MIMO 시스템에서 채널 상태 정보를 위한 피드백을 줄이는 단말 및 그 동작 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 다중사용자 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템에서 단말의 동작 방법이 제공된다. 상기 단말의 동작 방법은, 기지국으로부터 채널 상태 측정을 위한 기준 신호를 수신하는 단계, 상기 기준 신호를 이용하여, 상기 기지국으로부터 상기 단말로 송신되는 신호와 잡음의 비인 제1 값을 계산하는 단계, 상기 기준 신호를 이용하여, 상기 기지국으로부터의 간섭과 잡음의 비인 제2 값을 계산하는 단계, 상기 제2 값과 상기 제1 값의 비(ratio)를 소정의 임계치와 비교하여 비트 정보를 생성하는 단계, 그리고 상기 제1 값 및 상기 비트 정보를 상기 기지국으로 피드백하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 기지국은 상기 제1 값 및 상기 비트 정보를 이용하여, 상기 다중사용자 MIMO를 위한 채널 상태 정보를 계산할 수 있다.

상기 단말의 동작 방법은, 상기 소정의 임계치, 상기 기지국의 레이어 개수, 그리고 제1 값을 이용하여, 채널 상태 정보인 제1 채널 상태 정보를 계산하는 단계, 그리고 상기 제1 채널 상태 정보를 상기 기지국으로 피드백하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 단말의 동작 방법은, 상기 기지국이 상기 제1 값, 상기 비트 정보, 그리고 상기 제1 채널 상태 정보를 이용하여, 상기 다중사용자 MIMO을 위한 채널 상태 정보를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 기지국은 상기 채널 상태 정보를 이용하여 상기 다중사용자 MIMO를 위한 스케줄링을 수행할 수 있다.

상기 비트 정보는 1비트(one bit) 정보일 수 있다.

상기 소정의 임계치는 상기 단말이 상기 기지국으로부터 떨어진 거리에 따라 다르게 설정될 수 있다.

상기 제1 채널 상태 정보는 다음의 수학식과 계산 같으며,

, 상기 수학식에서, SNR_a는 상기 제1 값이고, S는 상기 기지국의 레이어 개수이고,

는 상기 소정의 임계치일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다중사용자 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템에서 단말의 동작 방법이 제공될 수 있다. 상기 단말의 동작 방법은, 기지국으로부터 채널 상태 측정을 위한 기준 신호를 수신하는 단계, 서로 직교하는 프리코딩 벡터를 포함하는 제1 부분 집합 및 서로 직교하는 프리코딩 벡터를 포함하는 제2 부분 집합에서, 상기 단말의 PMI(Precoding Matrix Index)를 선택하는 단계, 상기 기준 신호를 이용하여, 상기 기지국으로부터 상기 단말로 송신되는 신호와 잡음의 비인 제1 값을 계산하는 단계, 상기 선택한 PMI가 속한 부분 집합을 대상으로, 상기 기준 신호를 이용하여 상기 기지국으로부터의 간섭과 잡음의 비인 제2 값을 계산하는 단계, 그리고 상기 제1 값과 상기 제2 값을 상기 기지국으로부터 피드백하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 기지국은, 상기 선택한 PMI가 속한 부분 집합을 대상으로, 상기 제1 값 및 상기 제2 값을 이용하여, 상기 다중사용자 MIMO를 위한 채널 상태 정보를 계산할 수 있다.

상기 제1 부분 집합과 상기 제2 부분 집합은 각각 상기 기지국이 관리하는 전체 코드북(codebook)에서 일 부분일 수 있다.

상기 단말의 동작 방법은, 상기 기지국으로 상기 선택한 PMI를 피드백하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 다중사용자 MIMO(Multi-Input Multi-Output)를 운영하는 기지국과 통신하는 단말이 제공된다. 상기 단말은, 상기 기지국으로부터 채널 상태 측정을 위한 기준 신호를 수신하는 RF 모듈, 그리고 상기 기준 신호를 이용하여 상기 기지국으로부터 상기 단말로 송신되는 신호와 잡음의 비인 제1 값을 계산하고, 상기 기준 신호를 이용하여 상기 기지국으로부터의 간섭과 잡음의 비인 제2 값을 계산하며, 상기 제2 값과 상기 제1 값의 비를 소정의 임계치와 비교하여 비트 정보를 생성하는 프로세서를 포함할 수 있다.

상기 RF 모듈은 상기 제1 값 및 상기 비트 정보를 상기 기지국으로 피드백할 수 있다.

상기 기지국은 상기 제1 값 및 상기 비트 정보를 이용하여, 상기 다중사용자 MIMO를 위한 채널 상태 정보를 계산할 수 있으며, 상기 기지국은 상기 채널 상태 정보를 이용하여 상기 다중사용자 MIMO를 위한 스케줄링을 수행할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 소정의 임계치, 상기 기지국의 레이어 개수, 그리고 제1 값을 이용하여, 채널 상태 정보인 제1 채널 상태 정보를 계산할 수 있으며, 상기 RF 모듈은 상기 제1 채널 상태 정보를 상기 기지국으로 피드백할 수 있다.

상기 기지국은 상기 제1 값, 상기 비트 정보 및 상기 제1 채널 상태 정보를 이용하여, 상기 다중사용자 MIMO을 위한 채널 상태 정보를 계산할 수 있다.

상기 비트 정보는 1비트(one bit) 정보일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 단말이 채널 상태 정보를 측정하여 보고하는 것이 아니라 소정의 간섭 신호 세기를 피드백함으로써, 피드백 오버헤드를 줄일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 피드백 정보를 하나의 비트 정보로 단순화하여 피드백 오버헤드를 더욱 줄일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 서로 직교하는 프리코딩 벡터를 포함하는 부분 집합에 대해서만 피드백 정보를 생성함으로써, 피드백 오버헤드를 더욱 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MU-MIMO 환경에서 간섭 및 신호를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MU MIMO 시스템에서의 단말 및 기지국의 동작 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MU MIMO 시스템에서의 단말 및 기지국의 동작 방법을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MU MIMO 시스템에서의 단말 및 기지국의 동작 방법을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단말을 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 단말은(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, MT, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS) 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, HR-RS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 다중사용자 MIMO 시스템에서 단말 및 그 동작 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 다중사용자(Multi-User) MIMO(이하, 'MU-MIMO'라 함) 시스템은 단일 셀 내에서 M개의 안테나를 가지는 기지국과 각각 N개의 안테나를 가지는 K개의 사용자들(즉, 단말들)을 포함한다. 이때, 기지국이 복수의 단말(사용자)에게 동일한 자원을 사용하여 동시에 서비스를 제공하는 것을 가정한다.

기존에는 단말이 MU-MIMO를 위한 채널 상태 정보(CQI, Channel Quality Indication)를 직접 측정하고 보고한다. 즉, 종래에는 단말이 MU-MIMO를 위한 CQI(Channel Quality Indication)를 직접 계산하여 기지국으로 피드백하나, 본 발명의 실시예에서는 단말이 MU-MIMO를 위한 CQI를 직접 계산하지 않는다. 본 발명의 실시예에서는 기지국(100)이 MU-MIMO를 위한 CQI를 추정할 수 있도록, 단말이 소정의 정보(예를 들면, 간섭신호 세기에 대한 정보)만을 피드백한다. 단말이 MU-MIMO를 위한 CQI를 계산하는 경우의 수가 너무 많아 피드백 부담이 증가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 단말이 아래에서 설명하는 소정의 정보(예를 들면, MUI)만을 피드백한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 MU-MIMO를 위한 CQI를 계산하는 방법을 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MU-MIMO 환경에서 간섭 및 신호를 나타내는 도면이다.

도 1에서, 기지국(100)은 단말(200)로 데이터를 전송하며 셀 내에서 단말(200)외의 다른 단말(도시하지 않음)로도 동일한 자원을 이용하여 데이터를 전송한다고 가정한다. 도 1에서, 기지국(100)이 동일한 자원을 이용하여 셀 내의 다른 단말로 전송하는 신호는 단말(100)의 입장에서는 간섭으로 작용하므로, 이러한 간섭을 I_b로 나타내었다. 그리고 기지국(100)이 단말(200)로 전송하는 신호를 S_a로 나타내었다.

MU-MIMO를 위한 CQI를 편의상 'MU-CQI'라고 한다. 여기서, MU-CQI는 단말(200)의 SINR(Signal Interference Noise Ratio)에 해당하므로, 기지국(100)이 추정하는 MU-CQI는 아래의 수학식 1과 같이 정의된다.

수학식 1에서, N은 배경 잡음과 다른 셀로 인한 간섭신호 세기를 나타내며, N앞의 상수 2는 기지국(100)이 파워의 1/2씩 나누어 두 개의 단말에게 동일 자원으로 데이터 스트림을 송신하는 것을 나타내는 것이다. 따라서, 상수 2는 MU-MIMO 스케줄링되는 단말의 개수에 따라 변경될 수 있다. 한편, 아래 첨자(a, b)는 PMI(Precoding Matrix Index)를 나타낸다. 설명의 편의상 수학식 1에서는 기지국(100)이 2개의 단말에게 동시에 서비스를 제공하는 것을 가정하였으나 2개의 이상의 단말에 적용될 시에는 I_b 외에 다른 간섭신호가 추가될 수 있다.

수학식 1에 나타낸 바와 같이, 분모는 단말(200)이 겪는 잡음과 간섭신호 세기를 나타내며, 분자는 단말(100)이 수신하는 자신의 신호의 세기를 나타낸다. 수학식 1에서 분자와 분모를 모두 N으로 나누면, 아래의 수학식 2가 된다.

수학식 2에서, INR은 간섭대잡음비를 나타내는데 아래에서 정의하는 다중 사용자 간섭신호 인디케이터(Multi User Interference Indicator, MUI)로 대체할 수 있다. 그리고 SNR_a는 단말(UE)의 자기 신호(S_a)에 대한 잡음비를 나타내는 것으로 일반적인 LTE 시스템에서 사용하는 CQI(즉, 단일 사용자(Single User)에 대한 CQI)에 해당한다. 이러한 CQI를 CQI_a로 나타내었다. 따라서, 최종적으로 MU-CQI는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 2와 수학식 3을 고려하면, 효율적인 피드백을 위한 MUI는 아래의 수학식 4와 같이 각각 정의할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 단말(200)은 일반적인 LTE 시스템에서 사용되는 CQI_a, 그리고 MUI에 대한 정보를 계산하여, 송부한다. 다시 말하면, 단말(200)는 자신에게 송신되는 신호(S_a)에 대한 잡음(N)의 비인 S_a/N을 계산하여 기지국(100)으로 피드백한다. 그리고 단말(200)은 기지국(100)로부터의 간섭대잡음비인 I_b/N를 각각 계산하여 기지국(100)으로 피드백한다. 이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 단말의 피드백 오버헤드를 줄일 수 있다.

기지국(100)은 단말(200)로부터 피드백 받은 CQI_a및 MUI_b를 이용하여 상기 수학식 3에 따라, 최종적으로 MU-CQI를 계산한다. 즉, 기지국(100)은 단말(200)로부터 피드백 받은 정보(CQI_a및 MUI_b)를 이용하여 MU-CQI를 계산함으로써, 다중 사용자간의 간섭 정도를 추정할 수 있다. 이를 통해, 기지국(100)은 다중 사용자에 대한 스케줄링 및 링크 적응을 수행할 수 있다.

한편, 단말(200)이 기지국(100)으로 피드백하는 MUI 정보는 다음의 방법을 통해 MUI 오버 헤드를 줄일 수 있다. 단말(200)은 특정 임계치(

)를 두고 아래의 수학식 5와 같이 MUI와 SNR_a 의 비율을 통해 MUI를 1비트 정보로 단순화시킬 수 있다.

수학식 5에 나타낸 바와 같이, MUI와 SNR_a 의 비율이 임계치(

)보다 같거나 작은 경우, 단말(200)은 MUI 정보로서 '0'을 할당한다. 그리고 MUI와 SNR_a 의 비율이 임계치(

)보다 큰 경우에는, 단말(200)은 MUI 정보로서 '1'을 할당한다. 즉, 단말(200)은 세밀한 간섭 레벨을 피드백하는 것이 아니 간섭 레벨이 매우 적은 간섭 빔과 그렇치 않은 간섭 빔으로 구분하여 피드백한다. 이와 같이 MUI 피드백 정보는 1비트 정보로 줄어들게 되므로, MUI 피드백 오버헤드를 줄일 수 있다.

한편, 이러한 1비트 정보는 공간 상관도(또는 angular spread)가 큰 채널에서는 MUI가 1이 될 확률이 적고 전체 비트에서 '1'의 개수가 매우 적으므로, 압축 센싱(compressive sensing) 기술을 사용하는 경우, 피드백 오버헤드를 더욱 줄일 수 있다. 대규모 안테나 시스템에서 반송주파수가 큰 경우에는 1이 될 확률이 매우 높고 전체 비트에서 '1'의 개수가 많으므로, 압축 센싱(compressive sensing) 기술을 사용하는 경우, 피드백 오버헤드를 더욱 줄일 수 있다. 또한 단말(200)의 PMI의 chordal distance를 기준으로 인접한 co-PMI(자기 PMI에서 서로 스케줄링(co-schedung)이 될 수 있는 PMI)는 평균적으로 큰 간섭세기를 보이므로, 단말(200)은 인접한 co-PMI를 제외하고 나머지 PMI에 대한 MUI를 보낼 수 있다. 이에 따라 오버헤드를 추가적으로 줄일 수 있다. 이를 위해 기지국(100)과 단말(200)은 각 PMI에 대한 인접 co-PMI 가 무엇인지를 공유할 필요가 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MU MIMO 시스템에서의 단말 및 기지국의 동작 방법을 나타내는 도면이다.

먼저, 기지국(100)은 채널 상태 측정을 위한 기준 신호를 단말(200)로 전송한다(S210). 여기서, 채널 상태 측정을 위한 기준 신호는 CSI-RS(Channel State Information - Reference Signal)가 될 수 있다. CSI-RS는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가지 자라면 알 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.

단말(200)은 기지국(100)으로부터 수신한 기준 신호를 이용하여, 수학식 3의 CQI_a를 계산한다(S220). 상기에서 설명한 바와 같이 CQI_a은 단말(100)이 자신에게 송신되는 신호(S_a)에 대한 잡음비 즉, S_a/N 이다.

그리고 단말(200)은 기지국(100)으로부터 수신한 기준 신호를 이용하여, 수학식 4의 MUI를 계산한다(S230). 즉, 단말(200)은 자신이 선택한 PMI를 제외한 나머지 PMI에 대한 간섭대잡음비(즉, 기지국(100)로부터의 간섭대잡음비)인 MUI를 계산한다.

단말(200)은 S230 단계에서 계산한 MUI에 대해서 상기 수학식 5를 사용하여 비트수를 줄인다(S240). 상기에서 설명한 바와 같이 이러한 비트수는 one-bit가 될 수 있으므로, 이하에서는'one-bit MUI'라 한다. 그리고 단말(200)은 one-bit MUI를 압축할 수 있다(S250).

단말(200)은 CQI_a 및 one-bit MUI(또는 압축된 one-bit MUI)를 기지국(100)으로 피드백한다(S260). 그리고 단말(200)은 자신이 선택한 PMI(예를 들면, 수학식 1에서의 a)에 대한 정보도 기지국(100)으로 피드백할 수 있다.

기지국(100)은 단말(200)로부터 피드백 받은 CQI_a 및 one-bit MUI(또는 압축된 one-bit MUI)을 이용하여, 수학식 3과 같이 MU-CQI를 계산한다(S270).

그리고 기지국(100)은 S270 단계에서 계산한 MU-CQI를 이용하여, 다중 사용자(multi-user)에 대한 스케줄링 및 링크 적응을 수행한다(S280). 기지국(100)은 MU-CQI를 통해 최적의 다중 사용자를 선택할 수 있으며, 다중 사용자 간의 간섭을 줄일 수 있다.

한편, 상기 one-bit MUI 피드백 방법은 단말(200)이 직접 MU-CQI를 계산하지 않고 one-bit MUI를 피드백하고 기지국(100)이 MU-CQI를 계산한다. 이러한 방법은 단말(200)이 직접 MU-CQI를 계산하지 않으므로, 기지국(200)이 계산한 MUI-CQI가 단말 모뎀 제조사의 특정 수신 알고리즘에 따라 다소 차이가 발생할 수 있다. 이러한 점을 개선하기 위해서, 아래에서 설명하는 바와 같이 단말(200)이 보완적인 MU-CQI(이하, ' MU-CQI''라 함)를 계산하여 기지국(100)으로 피드백할 수 있다.

상기의 도 2에서 설명한 MUI 방법은 기지국(100)이 간섭이 작은 단말간에만 MU-MIMO를 스케줄링한다. 이에 따라, 작은 간섭신호 세기의 최대치는 상기 수학식 5에 의해

가 된다. 따라서, s 개의 레이어(기지국이 동일한 자원으로 전송하는 데이터 스트림의 개수)를 MU-MIMO 스케줄링하는 경우, 간섭신호는 s-1개가 된다. 그리고 단말(100)은 다음의 수학식 6과 같은 SINR의 로우어 바운드(lower bound)를 구하여 MU-CQI'를 계산할 수 있으며, 계산한 MU-CQI'를 기지국으로 피드백한다. 수학식 6에서 우측이 보완적인 MU-CQI(즉, MU-CQI')에 해당한다.

상기 수학식 6의 좌측은 상기 수학식 2를 s 개의 레이어로 확장한 것이며, i는 PMI를 나타낸다. s=2,3,….S 값을 가지며, S는 기지국(100)이 MU-MIMO 스케줄링하는 최대 레이어수를 해당한다.

상기 보완적인 MU-CQI(즉, MU-CQI')는 단말(200)의 특정 수신 알고리즘에 따라 정확히 계산될 수 있고, 단말(200)은 계산한 MU-CQI'를 기지국(100)으로 피드백한다. 이를 통해, 단말(200)의 알고리즘 관련 문제를 해결할 수 있다.

한편, 단말(200)은 MU-CQI'의 피드백 오버헤드를 다음과 같이 줄일 수 있다. 단말(200)에서 '0'의 MUI가 되는 PMI 개수가 S개 이하인 S'개인 경우, 단말은 S-1개에 해당하는 MU-CQI'를 피드백 할 필요가 없다. 따라서, 단말(200)은 S'-1개에 해당하는 MU-CQI'를 피드백하여 오버헤드를 줄일 수 있다. 이러한 보완적인 MU-CQI는 서브밴드 단위로 피드백 될 수 있으므로, 전체적인 오버헤드 절감 효과가 클 수 있다. 다만, 기지국(100)이 단말의 보완적인 MU-CQI 피드백에 대해서 해석함에 있어서 모호함을 없애기 위해, 서브밴드 별로 유동적인 S'개수를 알려주는 추가 정보가 필요할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MU MIMO 시스템에서의 단말 및 기지국의 동작 방법을 나타낸다.

도 3의 S310, S320, S330, S340, S350 단계는 각각 도 2의 S210, S220, S230, S240, S250 단계와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.

단말(200)은 상기 수학식 6을 이용하여, 보완적인 MU-CQI(MU-CQI')를 계산한다(S360). 즉, 단말(200)은 간섭이 작은 단말들에 대한 간섭 최대치인 보완적인 MU-CQI'를 계산한다.

그리고 단말(200)는 CQI_a, one-bit MUI를, 그리고 MU-CQI'를 기지국(100)으로 피드백한다(S370).

기지국(100)은 단말(200)로부터 피드백 받은 CQI_a, one-bit MUI, 그리고 MU-CQI' 을 이용하여, 수학식 3과 같이 MU-CQI를 계산한다(S380).

그리고 기지국(100)은 S380 단계에서 계산한 MU-CQI를 이용하여, 다중 사용자(multi-user)에 대한 스케줄링 및 링크 적응을 수행한다(S390). 기지국(100)은 MU-CQI를 통해 최적의 다중 사용자를 선택할 수 있으며, 다중 사용자 간의 간섭을 줄일 수 있다.

이하에서는 상기 one-bit MUI 피드백에 사용되는 임계치(

)를 정하는 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 실시예에는 임계치(

)가 셀 경계 단말과 셀 중심 단말간에 다르게 설정된다. 이는 셀 경게 단말과 셀 중심 단말 간에는 셀간 간섭량이 다르므로, SINR에 미치는 INR의 영향이 다르기 때문이다. 임계치(

)를 다르게 설정하는 방법 중 하나의 일예에 대해서 설명한다.

일반적으로 MCS(Modulation Coding Scheme) 레벨 간의 SNR 차이는 1.8dB에 해당합니다.

아래의 수학식 7의 기준에 따라 임계치(

)를 조정합니다. 수학식 7에서, 임계치(

)를 I로 표시하였다.

수학식 7에서, S는 신호 파워(signal power)에 해당하며, K는 사용자(단말)의 개수에 해당합니다. 수학식 7에 나타낸 바와 같이, 간섭신호를 제거한 경우에 비하여 SINR 손실이 0.4dB 이하이다. 수학식 7에서, I/2로 한 이유는 I는 최악의 경우(worst case)의 간섭 레벨이므로, (K-1)/I의 총 간섭 신호를 0.5배 완화시키기 위한 것이다.

상기 수학식 7에서 S와 I는 선형 관계를 갖고, I는 19dB로 포화(saturation)시키면 아래의 수학식 8이 된다. 즉, 상기 수학식 7을 만족하는 간단한 임계치(

)(즉, I)의 계산식은 다음의 수학식 8과 같다.

다음으로 도 4를 참조하여, MUI 피드백 양을 줄이는 다른 방법에 대해서 설명한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MU MIMO 시스템에서의 단말 및 기지국의 동작 방법을 나타낸다.

먼저, 기지국(100)은 채널 상태 측정을 위한 기준 신호를 단말(200)로 전송한다(S410). 여기서, 채널 상태 측정을 위한 기준 신호는 CSI-RS(Channel State Information - Reference Signal)가 될 수 있다. CSI-RS는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가지 자라면 알 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.

단말(200)은 전체 코드북에서 서로 직교하는 프리코딩 벡터들로 구성된 부분집합을 재구성한다(S420). 하나의 예로 LTE Rel-10의 double codebook이 사용되는 경우에서 설명하면 다음과 같다. LTE Rel-10의 double codebook에서 서로 직교하는 코드북 전체(C)는

이며, 부분 집합

는 서로 직교하며, 부분 집합

는 서로 직교한다. 이하의 설명에서는 부분 집합

을 G1이라고 하고 부분 집합

를 G2라고 한다. 이러한 부분 집합이 MUI 구성을 위한 co-MPI(자기 PMI에서 서로 스케줄링(co-schedung)가 될 수 있는 PMI 후보 집합)이 된다.

다음으로, 단말(200)은 부분 집합에 속하는 프리코딩 벡터 중에서 자신의 PMI를 선택하고 CQI_a를 계산한다(S430). 즉, 단말(100)은 부분집합 G1 과 부분 집합 G2에 속하는 프리코딩 벡터들 중에서 자신의 PMI를 선택하고 CQI_a를 계산한다.

단말(200)은 S430 단계에서 선택한 PMI가 속한 부분 집합을 대상으로 MUI를 계산한다(S440). 즉, 단말(200)은 전체 부분 집합인 G1 및 G2를 대상으로 MUI를 계산하는 것이 아니라 자신이 선택한 PMI가 속한 부분 집합(예를 들면, G1)을 대상으로만 MUI를 계산한다. 여기서 MUI를 계산하는 방법은 상기 도 2에서와 동일하므로 이하 구체적인 설명은 생략한다. 한편, 단말(200)은 자신이 선택한 PMI가 속한 부분 집합(예를 들면, G1)을 대상으로 one-bit MUI를 계산할 수 있다.

단말(200)은 CQI_a , 자신이 선택한 PMI, 그리고 S440 단계에서 계산한 MUI를 피드백한다(S450).

기지국(100)은 S450 단계에서 피드백 받은 정보를 이용하여, MU-CQI를 계산한다(S460). 즉, 기지국(100)은 S450 단계에서 피드백 받은 정보를 이용하여, 단말(200)이 선택한 PMI가 속한 부분 집합(G1)을 대상으로 MU-CQI를 계산한다. 여기서 MUI를 계산하는 방법은 상기 도 2에서와 동일하므로 이하 구체적인 설명은 생략한다.

그리고 기지국(100)은 S460 단계에서 계산한 MU-CQI를 이용하여, 다중 사용자(multi-user)에 대한 스케줄링 및 링크 적응을 수행한다(S470). 기지국(100)은 서로 직교하는 그룹(예를 들면, G1)에서 최적의 다중 사용자를 선택할 수 있으며, 이를 통해 다중 사용자 간의 간섭을 더욱 줄일 수 있다. 그리고, 단말은 부분 집합들에 대한 MUI만을 계산하고 피드백하므로, 계산량 및 피드백양을 더욱 줄일 수 있다.

한편, 상기에서 설명한 MUI 피드백 기술의 대안으로서, 단말(200)이 MU-CQI 피드백 외에 간섭신호레벨을 추가로 피드백하고, 기지국(100)이 MUI를 재구성하도록 하여 MUI와 유사하게 유연한 스케줄링을 수행할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단말을 나타내는 도면이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단말(200)은 프로세서(210), 메모리(220) 및 RF 모듈(230)을 포함한다.

프로세서(210)는 도 1 내지 도 4에서 설명한 절차, 방법 및 기능들을 구현하도록 구성될 수 있다.

메모리(220)는 프로세서(210)와 연결되고 프로세서(210)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장한다.

RF 모듈(230)은 안테나(도시 하지 않음)와 연결되고 무선 신호를 송신 또는 수신한다. 그리고 안테나는 단일 안테나 또는 다중 안테나(MIMO 안테나)로 구현될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

다중사용자 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템에서 단말의 동작 방법으로서,
기지국으로부터 채널 상태 측정을 위한 기준 신호를 수신하는 단계,
상기 기준 신호를 이용하여, 상기 기지국으로부터 상기 단말로 송신되는 신호와 잡음의 비인 제1 값을 계산하는 단계,
상기 기준 신호를 이용하여, 상기 기지국으로부터의 간섭과 잡음의 비인 제2 값을 계산하는 단계,
상기 제2 값과 상기 제1 값의 비(ratio)를 소정의 임계치와 비교하여 비트 정보를 생성하는 단계, 그리고
상기 제1 값 및 상기 비트 정보를 상기 기지국으로 피드백하는 단계를 포함하며,
상기 제2 값은 상기 단말 자신에 대한 PMI(precoding matrix index)에 대응하는 정보를 포함하지 않는
단말의 동작 방법.
제1항에 있어서,
상기 기지국은 상기 제1 값 및 상기 비트 정보를 이용하여, 상기 다중사용자 MIMO를 위한 채널 상태 정보를 계산하는
단말의 동작 방법.
제1항에 있어서,
상기 소정의 임계치, 상기 기지국의 레이어 개수, 그리고 제1 값을 이용하여, 채널 상태 정보인 제1 채널 상태 정보를 계산하는 단계, 그리고
상기 제1 채널 상태 정보를 상기 기지국으로 피드백하는 단계를 더 포함하는
단말의 동작 방법.
제3항에 있어서,
상기 기지국이 상기 제1 값, 상기 비트 정보, 그리고 상기 제1 채널 상태 정보를 이용하여, 상기 다중사용자 MIMO을 위한 채널 상태 정보를 계산하는 단계를 더 포함하는
단말의 동작 방법.
제2항에 있어서,
상기 기지국은 상기 채널 상태 정보를 이용하여 상기 다중사용자 MIMO를 위한 스케줄링을 수행하는
단말의 동작 방법.
제1항에 있어서,
상기 비트 정보는 1비트(one bit) 정보인
단말의 동작 방법.
제1항에 있어서,
상기 소정의 임계치는 상기 단말이 상기 기지국으로부터 떨어진 거리에 따라 다르게 설정되는
단말의 동작 방법.
제3항에 있어서,
상기 제1 채널 상태 정보는 아래의 수학식과 계산 같으며,

상기 수학식에서, SNR_a는 상기 제1 값이고, S는 상기 기지국의 레이어 개수이고,
는 상기 소정의 임계치인
단말의 동작 방법.
다중사용자 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템에서 단말의 동작 방법으로서,
기지국으로부터 채널 상태 측정을 위한 기준 신호를 수신하는 단계,
서로 직교하는 프리코딩 벡터를 포함하는 제1 부분 집합 및 서로 직교하는 프리코딩 벡터를 포함하는 제2 부분 집합에서, 상기 단말의 PMI(Precoding Matrix Index)를 선택하는 단계,
상기 기준 신호를 이용하여, 상기 기지국으로부터 상기 단말로 송신되는 신호와 잡음의 비인 제1 값을 계산하는 단계,
상기 선택한 PMI가 속한 부분 집합을 대상으로, 상기 기준 신호를 이용하여 상기 기지국으로부터의 간섭과 잡음의 비인 제2 값을 계산하는 단계, 그리고
상기 제1 값과 상기 제2 값을 상기 기지국으로부터 피드백하는 단계를 포함하며,
상기 제2 값은 상기 단말 자신에 대한 PMI(precoding matrix index)에 대응하는 정보를 포함하지 않는
단말의 동작 방법.
제9항에 있어서,
상기 기지국은, 상기 선택한 PMI가 속한 부분 집합을 대상으로, 상기 제1 값 및 상기 제2 값을 이용하여, 상기 다중사용자 MIMO를 위한 채널 상태 정보를 계산하는
단말의 동작 방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 부분 집합과 상기 제2 부분 집합은 각각 상기 기지국이 관리하는 전체 코드북(codebook)에서 일 부분인
단말의 동작 방법.
제9항에 있어서,
상기 기지국으로 상기 선택한 PMI를 피드백하는 단계를 더 포함하는
단말의 동작 방법.
제10항에 있어서,
상기 기지국은 상기 채널 상태 정보를 이용하여 상기 다중사용자 MIMO를 위한 스케줄링을 수행하는
단말의 동작 방법.
다중사용자 MIMO(Multi-Input Multi-Output)를 운영하는 기지국과 통신하는 단말로서,
상기 기지국으로부터 채널 상태 측정을 위한 기준 신호를 수신하는 RF 모듈, 그리고
상기 기준 신호를 이용하여 상기 기지국으로부터 상기 단말로 송신되는 신호와 잡음의 비인 제1 값을 계산하고, 상기 기준 신호를 이용하여 상기 기지국으로부터의 간섭과 잡음의 비인 제2 값을 계산하며, 상기 제2 값과 상기 제1 값의 비를 소정의 임계치와 비교하여 비트 정보를 생성하는 프로세서를 포함하며,
상기 제2 값은 상기 단말 자신에 대한 PMI(precoding matrix index)에 대응하는 정보를 포함하지 않는
단말.
제14항에 있어서,
상기 RF 모듈은 상기 제1 값 및 상기 비트 정보를 상기 기지국으로 피드백하는
단말.
제15항에 있어서,
상기 기지국은 상기 제1 값 및 상기 비트 정보를 이용하여, 상기 다중사용자 MIMO를 위한 채널 상태 정보를 계산하며,
상기 기지국은 상기 채널 상태 정보를 이용하여 상기 다중사용자 MIMO를 위한 스케줄링을 수행하는
단말.
제14항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 소정의 임계치, 상기 기지국의 레이어 개수, 그리고 제1 값을 이용하여, 채널 상태 정보인 제1 채널 상태 정보를 계산하며,
상기 RF 모듈은 상기 제1 채널 상태 정보를 상기 기지국으로 피드백하는
단말.
제17항에 있어서,
상기 기지국은 상기 제1 값, 상기 비트 정보 및 상기 제1 채널 상태 정보를 이용하여, 상기 다중사용자 MIMO을 위한 채널 상태 정보를 계산하는
단말.
제14항에 있어서,
상기 비트 정보는 1비트(one bit) 정보인
단말.
제14항에 있어서,
상기 소정의 임계치는 상기 단말이 상기 기지국으로부터 떨어진 거리에 따라 다르게 설정되는
단말.