KR20050110409A - 다중 안테나를 가진 통신 시스템의 채널 품질 지시자 채널전송 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

통신 시스템에서 기지국에서 단말로의 순방향 채널의 품질 정보를 전송하기 위한 시스템에 있어서, 다중 안테나를 구비하여 데이터를 다중 안테나를 통해 전송하는 기지국과, 상기 기지국으로부터 전송되는 신호를 안테나별로 수신하여 상기 기지국으로부터 단말로 전송되는 채널의 평균 전력 정보 또는 안테나별 가중치 정보를 다수 개의 채널 품질 표시 정보 전송 채널을 통해 소정 주기로 전송하는 단말로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

다중 안테나를 가진 통신 시스템의 채널 품질 지시자 채널 전송 시스템 및 방법{System and Method for transmitting CQI Channel in Communication System with Multiple Antennas}

본 발명은 이동 통신 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 다중 안테나를 가진 OFDMA 셀룰라 시스템에서 다수의 단말에게 효과적인 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator : 이하 CQI라 기재함)채널을 운영하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 다중 반송파 전송 방식을 적용하는 무선 통신 시스템은 1950년대 후반 군용 라디오에 처음 적용되었으며, 다수의 직교하는 부반송파를 중첩시키는 대표적인 다중 반송파 전송 방식인 직교 주파수 분할 다중(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing)(이하, "OFDM"이라 칭함) 방식이 1970 년대부터 발전하기 시작하였다. 상기 OFDM 방식은 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파를 통해 변조하여 전송하는 방식이다.

상기한 OFDM 방식은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting : DAB)과 디지털 텔레비젼, 무선랜(Wireless Local Area Network: WLAN) 및 무선 ATM(Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용될 수 있으며, 주파수 사용 효율이 좋고 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference) 영향을 줄일 수 있으며, 다중 경로 페이딩(Multi-path fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송 시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있다는 특징을 가진다.

상기 OFDM 방식에 기반한 다중 반송파 접속 방식은 크게 OFDMA 방식과 FH(Frequency Hopping)-OFDM으로 구분된다. 먼저 상기 OFDMA 방식은 OFDM 심벌(Symbol)을 다수의 부반송파에 나누어 실은 후, 다수의 부반송파를 하나의 부채널(Sub-channel)로 묶어 전송한다. 그리고 상기 OFDMA 방식을 고정 광대역 무선 접속(Fixed Broadband Wireless Access)에 상용화한 것이 잘 알려진 IEEE 802.16a 또는 802.16e 시스템이다.

상기 OFDMA 방식은 기본적으로 2048개의 FFT를 사용하며, 1702개의 톤(Tone)을 166개의 파일럿 톤(Pilot Tone)과 1536 개의 데이터 톤(Data Tone)으로 나누어 사용하고, 1536 개의 데이터 톤(Data Tone)을 48 개씩 묶어 32개의 부채널로 나누어 각 사용자에게 할당하도록 제안되어 있다. 그리고 상기 FH-OFDM 방식은 상기 OFDM 방식에 주파수 도약(Frequency Hopping)을 결합한 것이며, 상기 OFDMA, FH-OFDM 방식의 두 가지 기술 모두 데이터 톤(Data Tone)을 전체 대역에 골고루 퍼뜨려 주파수 다이버서티(Diversity)이득을 얻는 것을 목표로 하고 있다.

따라서, 상술한 바와 같은 OFDMA 혹은 OFDM 방식을 가진 셀룰라 시스템에서 기지국이 다수개의 송신 안테나를 구비하고 있고, 단말기에 한 개 혹은 다수개의 안테나가 있는 다중 입력 다중 출력 (Multiple Input Multiple Output: MIMO)방식이 도입되면 송신 안테나 다이버시티(Transmit Diversity: TD) 혹은 공간 다중(Spatial Multiplexing: SM)기술 등으로 인해 높은 송신 이득을 얻을 수가 있다.

한편, 단말에서 측정한 순방향의 채널 수신 상태를 역방향의 특정 채널을 통해 기지국으로 전송해줌으로써, 기지국에서의 보다 효과적인 순방향 송신을 가능하게 하여 준다. 상기 순방향의 채널 수신 상태를 전송하기 위한 역방향 채널을 채널 상태 표시기(Channel Quality Indicator: 이하 CQI라 기재함) 채널이라고 부르며, IEEE 802.16을 포함해 많은 표준에서 적용되고 있다.

현재 CQI 채널의 운용 방식은 단일 안테나 송신 단일 안테나 수신(Single Input Single Output: SISO)시스템을 기반으로 운영되고 있으며, CQI 채널을 통해 보내는 정보도 단말기의 채널 수신 상태만으로 제한되어 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 높은 송신 이득을 얻을 수 있는 다중 안테나 시스템을 사용하게 됨으로써 한 단말에 한 개의 CQI채널을 할당하는 현 방식에는 한계가 있으며, 또한 단순한 채널 상태만을 보내는 방식 또한 기지국에서의 다양한 다중 안테나 기법의 사용을 제한하고 있다는 문제점이 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다중 안테나 시스템을 가진 기지국이 각각의 단말에게 다중 안테나 이득을 극대화시키는 CQI 채널의 운영 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 통신 시스템에서 기지국에서 단말로의 순방향 채널의 품질 정보를 전송하기 위한 시스템에 있어서, 다중 안테나를 구비하여 데이터를 다중 안테나를 통해 전송하는 기지국과, 상기 기지국으로부터 전송되는 신호를 안테나별로 수신하여 상기 기지국으로부터 단말로 전송되는 채널의 평균 전력 정보 또는 안테나별 가중치 정보를 다수 개의 채널 품질 표시 정보 전송 채널을 통해 소정 주기로 전송하는 단말로 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다중 안테나를 가진 기지국을 구비한 통신 시스템에서 단말이 기지국에서 단말로의 순방향 채널의 품질 정보를 전송하기 위한 방법에 있어서, 상기 기지국으로부터 전송되는 신호를 안테나별로 수신하여 상기 기지국으로부터 단말로 전송되는 채널의 평균 전력 정보 또는 안테나별 가중치 정보를 포함하는 순방향 채널의 품질 정보를 검출하는 제 1 과정과, 상기 산출된 순방향 채널의 품질 정보를 다수 개의 채널 품질 표시 정보 전송 채널을 통해 소정 주기로 전송하는 제 2 과정으로 구성됨을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세 동작 및 구조에 대하여 상세히 설명한다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 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.

본 발명의 목적은 다중 안테나 시스템을 가진 기지국이 각각의 단말에게 다중 안테나 이득을 극대화시키는 CQI 채널의 운영 방법을 제공하는 기술을 제안한다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 CQI 채널 할당을 설명하기 시스템 구성도이다.

도 1a를 참조하면, 기지국(Base Station : BS)(10)은 두 개의 안테나(11, 12)를 구비하고 있고, 단말(Subscriber Station : SS)(20)은 한 개의 안테나(21)를 구비하고 있다.

상기 기지국(10)은 데이터를 무선 주파수 신호의 형태로 변환하여 기지국에서 단말로의 순방향 채널을 통해 서비스 영역으로 송출한다. 이 때, 기지국(10)은 두 개의 안테나(11, 12)를 통해 데이터를 송출한다.

상기 해당 서비스 영역에 위치한 단말(20)은 상기 각각의 안테나로부터 출력되는 신호를 수신하여 각 채널에 대한 평균 전력을 측정하게 된다. 상기 단말(20)은 상기 측정된 평균 전력 정보를 CQI 채널을 통해 전달하게 되는데, 채널 할당 방법에 따라 사용 가능한 채널의 개수, CQI 채널 주기를 결정하여 상기 평균 전력 정보를 전송한다. 제 1 실시 예에서는 상기 사용 가능한 채널의 개수를 2개로 하고, CQI 채널 주기를 2 프레임으로 하는데, 이는 도 1b에 도시되어 있다.

도 1b는 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따라 단말에서 기지국으로의 상향 링크로 전송되는 서브 프레임 보여주는 도면이다.

도 1b를 참조하면, 수평축은 시간의 변화를 나타내고, 수직축은 주파수 변화를 나타내는 것으로써, 단말이 동일 시간대에 두 개의 CQI 채널을 통해 데이터를 전송하게 된다.

단말은 두 개의 CQI채널을 전송한 후, CQI 채널에 실리는 정보는 일반적인 수신 채널 평균 전력을 가지며, CQI채널 전송 주기는 두 프레임이 된다.

즉, 단말(20)은 동일한 시간대에 상기 기지국의 안테나(11)로부터 전송되는 신호의 평균 전력과, 안테나(12)로부터 전송되는 신호의 평균 전력을 구하여 동일 시간대에 각각 다른 주파수를 가지는 CQI 채널을 통해 기지국(10)으로 전송한다.

도 2a는 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 따른 CQI 채널 할당을 설명하기 위한 시스템 구성도이다.

도 2a를 참조하면, 기지국(10)은 네 개의 안테나(11, 12, 13, 14)를 구비하고, 단말(20)은 한 개의 안테나(21)를 구비한다.

도 2b는 본 발명의 제 2 실시 예에 따라, 단말에서 기지국으로의 상향링크의 서브 프레임의 구조를 보여주는 도면이다.

도 2b를 참조하면, 단말은 두 프레임 주기로 세 개의 CQI 채널을 통해 데이터를 기지국으로 전송하게 된다. 여기서, CQI 채널을 통해 전송되는 정보는 일반적인 수신 채널 평균 전력이 아닌 적응적 송신 안테나(Transmit antenna array: TxAA)빔 형성을 위한 안테나 별 가중치(weight)값이 포함된다.

도 3a는 본 발명의 바람직한 제 3 실시 예에 따른 CQI 채널 할당을 설명하기 위한 시스템 구성도이다.

도 3a를 참조하면, 기지국(10)은 두 개의 안테나(11, 12)를 구비하고, 단말(20)은 두 개의 안테나(21, 22)를 구비한다.

도 3b는 본 발명의 제 3 실시 예에 따라, 단말에서 기지국으로의 상향링크의 서브 프레임의 구조를 보여주는 도면이다. 도 3b를 참조하면, 단말은 두 프레임 주기로 네 개의 CQI 채널을 통해 다중 안테나 기법(SM)를 위해 필요한 채널 공분산 행렬(covariance matrix)값을 전송한다.

또한, 8 프레임 주기로 송신 방식 선택용 CQI 채널이 함께 도시되어 있는데, 이는 단말이 순방향 수신 상태를 측정하여 최적의 송신 방식들을 선택하고, 그 중 네 개의 송신 방식 정보를 CQI 채널을 통해 전송하여, 기지국이 전송 방식을 선택하도록 하기 위함이다. 여러 단말로부터 수신된 최적의 다중 안테나 송신 방식들에 따라, 기지국은 현재 프레임에서 조합 가능한 최적의 송신 방식으로 결정하여 단말들에게 알려준다.

도 4a는 본 발명의 바람직한 제 4 실시 예에 따른 CQI 채널 할당을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a를 참조하면, 기지국은 4개의 안테나를 구비하고 있고, 한 개 또는 두 개의 안테나를 가진 세 개의 단말들(20, 30, 40)이 도시되어 있다.

상기 세 개의 단말들 중 제 1 단말(20)은 하나의 안테나(21)를 구비하고 있고, 제 2 단말(30)은 두 개의 안테나(31, 32)를 구비하고 있고, 제 3 단말(40)은 두 개의 안테나(41, 42)를 구비하고 있다.

도 4b는 본 발명의 바람직한 제 4 실시 예에 따라 단말에서 기지국으로의 상향 링크의 서브 프레임의 구조를 보여주는 도면이다.

도 4b를 참조하면, 제 1 단말(20)은 4 프레임을 주기로 4개의 CQI 채널을 통해 평균 전력을 이동 단말로 송신하고, 제 2 단말(30)은 2프레임 주기로 4개의 CQI 채널 중 두 개는 안테나 가중치를 기지국으로 전송하고, 두 개는 평균 전력을 기지국으로 전송한다. 마지막으로 제 3 단말(40)은 상기 제 1 단말(20) 및 제 2 단말(30)이 t0 시점에 CQI 채널이 시작되는 반면, 시작 프레임이 t1에 시작되고, 2 프레임 주기로 3개의 CQI 채널을 통해 안테나 가중치를 기지국으로 전송하고, t7 시점에 8 프레임을 주기로 단말이 최적의 송신 방식을 선택하여 전송한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CQI 채널 전송 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도이다.

단말은 510 단계에서 상기 기지국으로부터 전송되는 신호를 안테나별로 수신한다. 그러면, 단말은 520 단계에서 상기 기지국으로부터 단말로 전송되는 채널의 평균 전력 정보 또는 안테나별 가중치 정보를 포함하는 순방향 채널의 품질 정보를 검출한다. 상기 520 단계에서 단말은 순방향의 채널 상태를 검사하여, 최적의 다중 안테나 송신 방식을 결정할 수도 있다.

그런 후, 530 단계에서 단말은 상기 순방향 품질 정보를 다수개의 CQI 채널을 통해 소정 주기로 전송한다.

상기 530 단계에서 단말들이 미리 결정된 개수 이상일 경우, 다수의 단말로 서로 상이한 주기를 가진 CQI 채널이 할당된다. 이는 상술한 본 발명에 제 4 실시 예에서와 같이 프레임 시작 주기를 달리하여 구현할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 OFDMA 방식을 사용하는 다중 안테나 기지국에서 한 개 혹은 다수개의 안테나를 가진 다수의 단말에게 최적의 다중 안테나 이득을 CQI채널을 통해 획득하게 할 수 있다는 이점이 있다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 CQI 채널의 할당을 위한 시스템 구성도,

도 1b는 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 단말에서 기지국으로의 상향 링크 서브 프레임 구조를 도시한 도면,

도 2a는 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 따른 CQI 채널의 할당을 위한 시스템 구성도,

도 2b는 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 따른 단말에서 기지국으로의 상향 링크 서브 프레임 구조를 도시한 도면,

도 3a는 본 발명의 바람직한 제 3 실시 예에 따른 CQI 채널의 할당을 위한 시스템 구성도,

도 3b는 본 발명의 바람직한 제 3 실시 예에 따른 단말에서 기지국으로의 상향 링크 서브 프레임 구조를 도시한 도면,

도 4a는 본 발명의 바람직한 제 4 실시 예에 따른 CQI 채널의 할당을 위한 시스템 구성도,

도 4b는 본 발명의 바람직한 제 4 실시 예에 따른 단말에서 기지국으로의 상향 링크 서브 프레임 구조를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 CQI 채널 전송 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도.

Claims (6)

1. 통신 시스템에서 기지국에서 단말로의 순방향 채널의 품질 정보를 전송하기 위한 시스템에 있어서,

   다중 안테나를 구비하여 데이터를 다중 안테나를 통해 전송하는 기지국과,

   상기 기지국으로부터 전송되는 신호를 안테나별로 수신하여 상기 기지국으로부터 단말로 전송되는 채널의 평균 전력 정보 또는 안테나별 가중치 정보를 다수 개의 채널 품질 표시 정보 전송 채널을 통해 소정 주기로 전송하는 단말로 구성됨을 특징으로 하는 상기 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   단말이 순방향의 채널 상태를 검사하여, 최적의 다중 안테나 송신 방식을 결정하여 채널 품질 표시 정보 전송 채널을 통해 기지국에 전송하는 것을 특징으로 하는 상기 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 단말이 복수개일 경우, 다수의 단말로 서로 상이한 주기를 가진 채널 품질 표시 정보 전송 채널이 할당되는 것을 특징으로 하는 상기 시스템.
4. 다중 안테나를 가진 기지국을 구비한 통신 시스템에서 단말이 기지국에서 단말로의 순방향 채널의 품질 정보를 전송하기 위한 방법에 있어서,

   상기 기지국으로부터 전송되는 신호를 안테나별로 수신하여 상기 기지국으로부터 단말로 전송되는 채널의 평균 전력 정보 또는 안테나별 가중치 정보를 포함하는 순방향 채널의 품질 정보를 검출하는 제 1 과정과,

   상기 산출된 순방향 채널의 품질 정보를 다수 개의 채널 품질 표시 정보 전송 채널을 통해 소정 주기로 전송하는 제 2 과정으로 구성됨을 특징으로 하는 상기 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 과정은

   단말이 순방향의 채널 상태를 검사하여, 최적의 다중 안테나 송신 방식을 결정하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 단말이 복수개일 경우, 다수의 단말로 서로 상이한 주기를 가진 채널 품질 표시 정보 전송 채널이 할당되는 것을 특징으로 하는 상기 방법.