KR20070102164A - Apparatus and method for transmitting/receiving a signal in a beam forming/multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiple access communication system - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템의 세그먼트(segment) 할당을 개략적으로 도시한 도면1 schematically illustrates segment allocation in a beamforming-MIMO / OFDMA communication system in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 지원하는 세그먼트의 타입들을 개략적으로 도시한 도면FIG. 2 schematically illustrates types of segments supported in a beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDM 통신 시스템에서 제4타입 세그먼트를 사용할 경우 기지국 송신 장치 구조를 도시한 도면3 is a diagram illustrating a structure of an apparatus for transmitting a base station when using a fourth type segment in a beamforming-MIMO / OFDM communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4a-도4c 도 3의 제어기(350)의 자원 선택 동작을 개략적으로 도시한 도면4A-4C schematically illustrate a resource selection operation of the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 제4타입 세그먼트를 사용할 경우 사용자 단말기의 신호 수신 장치 구조를 도시한 도면5 is a diagram illustrating a signal receiving device structure of a user terminal when using a fourth type segment in a beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 제4타입 세그먼트를 사용할 경우 기지국의 동작 과정을 도시한 순서도6 is a flowchart illustrating an operation of a base station when using a fourth type segment in a beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 제4타입 세그먼트를 사용할 경우 사용자 단말기의 동작 과정을 도시한 순서도7 is a flowchart illustrating an operation process of a user terminal when using a fourth type segment in a beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 통신 시스템의 신호 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 빔 포밍(beam forming)-다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 통신 시스템(이하, '빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서 신호를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for transmitting and receiving signals in a communication system, and in particular, beam forming-multiple input multiple output (MIMO) / orthogonal frequency division multiple access (OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, hereinafter referred to as "OFDMA") relates to an apparatus and method for transmitting and receiving signals in a communication system (hereinafter referred to as "beamforming-MIMO / OFDMA communication system").
차세대 통신 시스템은 다수의 사용자 단말기(user terminal)들에게 대용량 데이터를 고속으로 송신하는 형태로 발전되어 왔으며, 고속 대용량 데이터 송신을 위해서는 평균 처리량(average throughput)뿐만 아니라 최대 처리량(peak throughput)을 최적화해야만 한다. 또한, 고속 대용량 데이터 송신을 위해서는 데이터 레이트(data rate)를 증가시키고 송신 신뢰성을 향상시키는 것이 중요한데, 데이터 레이트를 증가시키고 송신 신뢰성을 향상시키는 방식으로 활발하게 연구되고 있는 방식이 다중 안테나(multiple antenna) 방식이다. 상기 다중 안테나 방식은 공간 영역(space domain)을 활용하여 주파수 영역(frequency domain)의 대역폭 자원의 한계를 극복하는 방식이다.The next generation communication system has been developed to transmit a large amount of data at a high speed to a large number of user terminals, and in order to transmit a large amount of data at a high speed, peak throughput must be optimized as well as average throughput. do. In addition, for high speed large data transmission, it is important to increase data rate and improve transmission reliability, and a method that is actively being studied as a method of increasing data rate and improving transmission reliability is multiple antenna. That's the way. The multi-antenna scheme is a method of overcoming the limitation of bandwidth resources in the frequency domain by using a space domain.
한편, 스마트 안테나(smart antenna) 방식은 수신 안테나들간에 상관성이 존재할 경우 신호 수신 장치에서 미리 설정되어 있는 수신 방향(DOA: Direction Of Arrival)에 상응하게 신호를 수신하여 빔 포밍을 수행하는 방식이다. 즉, 상기 스마트 안테나 방식은 수신 빔 포밍 방식으로서, 상기 스마트 안테나 방식은 일반적으로 사용자 단말기보다는 기지국(BS: Base Station)에서 업링크(uplink) 신호를 수신하는데 적합한 방식이다. 사용자 단말기의 경우 하드웨어 최소화 측면 혹은 제조 단가 등과 같은 여러 가지 측면에서 다수의 수신 안테나들을 구비하는 것이 난이하다. 이와는 반대로 기지국의 경우 사용자 단말기에 비해 다수의 수신 안테나들을 구비하는 것이 용이하기 때문에 상기 스마트 안테나 방식은 사용자 단말기보다는 기지국에 적용하는 것이 바람직하다. On the other hand, the smart antenna (smart antenna) method is a method of performing a beam forming by receiving a signal corresponding to a preset direction of arrival (DOA) in the signal receiving apparatus when there is a correlation between the receiving antennas. That is, the smart antenna scheme is a reception beamforming scheme, and the smart antenna scheme is generally suitable for receiving an uplink signal from a base station (BS) rather than a user terminal. In the case of a user terminal, it is difficult to include a plurality of receive antennas in various aspects such as hardware minimization or manufacturing cost. On the contrary, since the base station is easier to have a plurality of receiving antennas than the user terminal, the smart antenna method is preferably applied to the base station rather than the user terminal.
또한, 송신 빔 포밍 방식은 신호 송신 장치에서 다수개의 송신 안테나들을 사용하여 신호를 송신할 경우 그 사용이 적극적으로 고려되고 있는 방식이다. 상기 송신 빔 포밍 방식 역시 일반적으로 사용자 단말기에 비해 기지국에 적용하는 것이 바람직하며, 상기 송신 빔 포밍 방식을 사용하면 기지국에서 사용자 단말기로 송신하는 다운링크(downlink) 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 최대비 컴바이닝(MRC: Maximum Ratio Combining, 이하 'MRC'라 칭하기로 한다) 방식을 기반으로 하는 송신 빔 포밍 방식을 사용할 경우 신호대 간섭 잡음비(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio, 이하 'SINR'이라 칭하기로 한다) 측면에서 최적이 됨은 이미 잘 알려진 사실이다. 여기서, 상기 MRC 방식은 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 한다)을 최대화시키는 측면에서 최적인 방식이다. In addition, the transmission beamforming method is a method in which a signal transmission apparatus actively uses a signal when transmitting a signal using a plurality of transmission antennas. In general, the transmission beamforming method is preferably applied to a base station as compared to a user terminal, and using the transmission beamforming method may improve reliability of a downlink signal transmitted from the base station to the user terminal. In addition, when using the transmission beamforming method based on the Maximum Ratio Combining (MRC) method, Signal to Interference and Noise Ratio (SINR) is referred to as 'SINR'. It is well known that it is optimal in terms of In this case, the MRC method is optimal in terms of maximizing a signal-to-noise ratio (SNR).
상기 송신 빔 포밍 방식은 신호 수신 장치에서 정확한 채널 추정을 수행하 고, 신호 수신 장치에서 신호 송신 장치로 피드백하는 신호에 에러가 발생하지 않는다는 가정하에서만 다이버시티 이득(diversity gain)과 어레이 이득(array gain)을 제공하며, 데이터 송신의 신뢰성을 극대화시키는 것이 가능하다. 그러나, 상기 송신 빔 포밍 방식은 신호 송신 장치에서 정확한 채널 추정을 수행한다는 가정을 만족한다고 하더라도 신호 송신 장치 혹은 신호 송신 장치에서 복잡도가 높은 아이겐-분석(eigen-decomposition, 이하 'eigen-decomposition'라 칭하기로 한다) 등을 수행해야만 하며, 신호 수신 장치에서 신호 송신 장치로 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information, 이하 'CQI'라 칭하기로 한다)를 피드백해야만 한다는 문제점을 가진다. In the transmission beamforming method, diversity gain and array gain are performed only under the assumption that an accurate channel estimation is performed in the signal receiving apparatus and no error occurs in a signal fed back from the signal receiving apparatus to the signal transmitting apparatus. gain), and it is possible to maximize the reliability of data transmission. However, even if the transmission beamforming method satisfies the assumption that the signal transmission apparatus performs accurate channel estimation, it is referred to as a high complexity eigen-decomposition (hereinafter referred to as 'eigen-decomposition') in the signal transmission apparatus or the signal transmission apparatus. And the like, and have to feed back channel quality information (CQI: hereinafter referred to as 'CQI') from the signal receiving apparatus to the signal transmitting apparatus.
특히, 차세대 통신 시스템에서는 고속 대용량 데이터 송신을 위해 멀티캐리어 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식, 일 예로 OFDMA 방식을 사용하는 것을 적극적으로 고려하고 있다. 상기 OFDMA 방식을 사용할 경우 신호 수신 장치가 신호 송신 장치로 피드백해야만 하는 CQI 양이 상기 OFDMA 방식에서 사용하는 서브 캐리어(sub-carrier)들의 개수들에 상응하게 증가한다. 따라서, 빔 포밍-MIMO/OFDM 통신 시스템의 경우 서브 캐리어들의 개수와, 송신 안테나들의 개수 및 수신 안테나들의 개수에 상응하게 그 피드백되는 CQI 양이 증가하게 된다. 피드백되는 CQI 양의 증가는 결과적으로 상기 빔 포밍-MIMO/OFDM 통신 시스템에서 사용 가능한 자원의 양을 감소시켜 자원의 효율성을 저하시키게 될 뿐만 아니라, CQI 피드백으로 인한 업링크 로드(load) 역시 증가시키게 된다.In particular, next-generation communication systems are actively considering using a multi-carrier modulation (MCM) method, for example, an OFDMA method, for high-speed large data transmission. When the OFDMA scheme is used, the amount of CQI that the signal receiver must feed back to the signal transmitter increases according to the number of sub-carriers used in the OFDMA scheme. Therefore, in the beamforming-MIMO / OFDM communication system, the amount of fed back CQI increases according to the number of subcarriers, the number of transmit antennas and the number of receive antennas. Increasing the amount of CQI fed back will result in a reduction in the amount of resources available in the beamforming-MIMO / OFDM communication system, thereby reducing resource efficiency, as well as increasing the uplink load due to CQI feedback. do.
따라서, 본 발명의 목적은 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for transmitting and receiving signals in a beamforming-MIMO / OFDMA communication system.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는; 빔 포밍-다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템의 기지국에서 신호를 송수신하는 장치에 있어서, 기지국에서 사용하는 Nc개의 서브 캐리어들중 제1사용자 단말기가 사용하기를 원하는 Ns개의 서브 캐리어들에 대한 정보를 포함하는 제1자원 선택 정보와 제2사용자 단말기가 사용하기를 원하는 Ns개의 서브 캐리어들에 대한 정보를 포함하는 제2자원 선택 정보를 수신하는 수신기와, 상기 제1자원 선택 정보와 제2자원 선택 정보를 참조하여 상기 Nc개의 서브 캐리어들중 상기 제1사용자 단말기가 사용할 Ns개의 서브 캐리어들과 상기 제2사용자 단말기가 사용할 Ns개의 서브 캐리어들을 선택하는 제어기와, M개의 송신 안테나들 각각에 일대일로 연결되는 M개의 송신 안테나 처리부들을 포함하며, 상기 M개의 송신 안테나 처리부들 각각은 상기 제1사용자 단말기를 타겟으로 하며, 상기 기지국에서 사용하는 M개의 송신 안테나들 각각을 통해 동일하게 송신하고자 하는 Ns개의 데이터 심볼들을 포함하는 제1데이터 심볼 스트림과, 상기 제2사용자 단말기를 타겟으로 하며, 상기 M개의 송신 안테나들 각각을 통해 동일하게 송신하고자 하는 Ns개의 데이터 심볼들을 포함 하는 제2데이터 심볼 스트림을 입력받고, 상기 제1데이터 심볼 스트림이 포함하는 데이터 심볼들을 상기 제1사용자 단말기가 사용하기로 선택한 Ns개의 서브 캐리어들을 통해 송신하고, 상기 제2데이터 심볼 스트림이 포함하는 데이터 심볼들을 상기 제2사용자 단말기가 사용하기로 선택한 Ns개의 서브 캐리어들을 통해 송신함을 특징으로 한다.The apparatus of the present invention for achieving the above object; Beamforming multiple-input multiple-output (MIMO: Multiple Input Multiple Output) / orthogonal frequency division multiple access: in (OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access) system for transmitting and receiving signals at the base station of the communication system, N c of used by the base station information on the subcarriers of the first desired the first resource selection information and the second user terminal to use and which includes information for the desired user terminal is using N s subcarriers N s subcarriers and receiving a second resource selection information including the receiver, the first resource selection information, and a second with reference to the resource selection information with the N c sub-carriers in the first N s subcarriers user terminal to use during the A controller for selecting the N s subcarriers to be used by the second user terminal and M one to one connection to each of the M transmit antennas And transmitting antenna processing units, wherein each of the M transmitting antenna processing units targets the first user terminal, and N s data symbols to be transmitted identically through each of the M transmitting antennas used in the base station. Receiving a second data symbol stream including a first data symbol stream including the first data symbol stream and N s data symbols intended to be transmitted through each of the M transmit antennas. And transmitting data symbols included in the first data symbol stream through N s subcarriers selected by the first user terminal, and transmitting data symbols included in the second data symbol stream to the second user terminal. a characterized in that the transmission on the N s subcarriers chosen to use .
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는; 빔 포밍-다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템의 사용자 단말기에서 신호를 송수신하는 장치에 있어서, 기지국으로부터 Nc개의 서브 캐리어들중 상기 사용자 단말기가 사용할 Ns개의 서브 캐리어들에 대한 정보를 포함하는 자원 선택 결과 정보를 수신하는 수신기와, N개의 수신 안테나들 각각에 일대일로 연결되는 N개의 수신 안테나 처리부들과, Nc개의 서브 캐리어들중 상기 사용자 단말기가 사용하고자 하는 Ns개의 서브 캐리어들을 선택하고, 상기 선택한 Ns개의 서브 캐리어들에 대한 정보를 포함하는 자원 선택 정보를 생성하고, 상기 N개의 수신 안테나들 각각에서 생성한 Nc개의 서브 캐리어 신호들중 상기 자원 선택 결과 정보에 상응하는 Ns개의 서브 캐리어 신호들을 분류하는 자원 선택 정보 생성기와, Ns개의 최대비 컴바이닝(MRC: Maximum Ratio Combining) 검출기들을 포함하며, 상기 Ns개의 MRC 검출기들 각각은 상기 자원 선택 생성기에서 상기 N개의 수신 안테나들 각각에 대해 분류된 Ns개의 서브 캐리어 신호들 각각을 최대비 컴바이닝(MRC: Maximum Ratio Combining) 방식을 사용하여 그에 매핑된 데이터 심볼로 검출함을 특징으로 한다.Another apparatus of the present invention for achieving the above object; A device for transmitting and receiving a signal in a user terminal of a beamforming-multiple input multiple output (MIMO) / orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) communication system, comprising: N c subs from a base station A receiver for receiving resource selection result information including information about N s subcarriers to be used by the user terminal among carriers, N reception antenna processing units connected one to one to each of N reception antennas, and N selecting the N s subcarriers that of the c sub-carriers to use the user terminal, and to generate the resource selection information containing the information for the selected N s subcarriers of the N reception antennas, respectively N s corresponding to the resource selection result information among N c subcarrier signals generated by A resource selection information generator for classifying subcarrier signals and N s Maximum Ratio Combining (MRC) detectors, each of the N s MRC detectors being configured by the N receive antennas in the resource selection generator. Each of the N s subcarrier signals classified for each of the signals is detected as a data symbol mapped thereto using a maximum ratio combining (MRC) method.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 빔 포밍-다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템의 기지국에서 신호를 송수신하는 방법에 있어서, 기지국에서 사용하는 Nc개의 서브 캐리어들중 제1사용자 단말기가 사용하기를 원하는 Ns개의 서브 캐리어들에 대한 정보를 포함하는 제1자원 선택 정보와 제2사용자 단말기가 사용하기를 원하는 Ns개의 서브 캐리어들에 대한 정보를 포함하는 제2자원 선택 정보를 수신하는 과정과, 상기 제1사용자 단말기를 타겟으로 하며, 상기 기지국에서 사용하는 M개의 송신 안테나들 각각을 통해 동일하게 송신하고자 하는 Ns개의 데이터 심볼들을 포함하는 제1데이터 심볼 스트림과, 상기 제2사용자 단말기를 타겟으로 하며, 상기 M개의 송신 안테나들 각각을 통해 동일하게 송신하고자 하는 Ns개의 데이터 심볼들을 포함하는 제2데이터 심볼 스트림을 입력받는 과정과, 상기 제1자원 선택 정보와 제2자원 선택 정보를 참조하여 상기 Nc개의 서브 캐리어들중 상기 제1사용자 단말기가 사용할 Ns개의 서브 캐리어들과 상기 제2사용자 단말기가 사용할 Ns개의 서브 캐리어들을 선택하는 과정과, 상 기 M개의 송신 안테나들별로, 상기 제1데이터 심볼 스트림이 포함하는 데이터 심볼들을 상기 제1사용자 단말기가 사용하기로 선택한 Ns개의 서브 캐리어들을 통해 송신하고, 상기 제2데이터 심볼 스트림이 포함하는 데이터 심볼들을 상기 제2사용자 단말기가 사용하기로 선택한 Ns개의 서브 캐리어들을 통해 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.The method of the present invention for achieving the above object; Beamforming multiple-input multiple-output (MIMO: Multiple Input Multiple Output) / orthogonal frequency division multiple access: A method for transmitting and receiving signals at the base station of the (OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access) communication system, N c of used by the base station information on the subcarriers of the first desired the first resource selection information and the second user terminal to use and which includes information for the desired user terminal is using N s subcarriers N s subcarriers Receiving a second resource selection information that includes, and a target comprising the N s data symbols to target the first user terminal, and to transmit the same through each of the M transmit antennas used in the base station Targeting one data symbol stream and the second user terminal, the same through each of the M transmit antennas N s data symbols second data symbols with reference to the process of receiving a stream, the first resource selection information and the second resource selection information, wherein the N c sub-carriers of the first user terminal of including to be transmitted is by the N s subcarriers to the process and, the group of the M transmit antennas to the second user terminal selects N s subcarriers for use, wherein the data symbols including the first data symbol stream And transmitting through the N s subcarriers selected by the user terminal and transmitting the data symbols included in the second data symbol stream through the N s subcarriers selected by the second user terminal. Characterized in that it comprises a.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은; 빔 포밍-다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템의 사용자 단말기에서 신호를 송수신하는 방법에 있어서, 기지국으로부터 Nc개의 서브 캐리어들중 상기 사용자 단말기가 사용할 Ns개의 서브 캐리어들에 대한 정보를 포함하는 자원 선택 결과 정보를 수신하는 과정과, N개의 수신 안테나들별로, 수신 신호를 고속 푸리에 변환하여 상기 Nc개의 서브 캐리어 신호들로 생성하는 과정과, 상기 Nc개의 서브 캐리어들중 상기 사용자 단말기가 사용하기를 원하는 Ns개의 서브 캐리어들을 선택하고, 상기 선택한 Ns개의 서브 캐리어들에 대한 정보를 포함하는 자원 선택 정보를 생성하는 과정과, 상기 N개의 수신 안테나들 각각 대해서 생성한 Nc개의 서브 캐리어 신호들중 상기 자원 선택 결과 정보에 상응하는 Ns개의 서브 캐리어 신호들을 분류하는 과정과, 상기 N개의 수신 안테나들 각각에 대해 분류된 Ns개의 서브 캐리어 신호들 각각을 최대비 컴바이닝(MRC: Maximum Ratio Combining) 방식을 사용하여 그에 매핑된 데이터 심볼을 검출하는 과정을 포함함을 특징으로 한다. Another method of the present invention for achieving the above object is; A method for transmitting and receiving a signal at a user terminal of a beamforming-multiple input multiple output (MIMO) / orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) communication system, comprising: N c subs from a base station Receiving resource selection result information including information about N s subcarriers to be used by the user terminal among carriers, and for each of the N reception antennas, by fast Fourier transforming the received signal, the N c subcarriers selecting the process and the N c subcarriers of wishing to use the user terminal, N s subcarriers, generated with the signal, the resource selection information containing the information for the selected N s subcarriers process, and the N reception antennas, a N c subcarriers for each new generation for generating a S of the resource selection result information corresponding N s subcarriers signal process, and the N reception antennas, the maximum ratio combining for each of the N s subcarriers signal classification for each classifying to the (MRC: Maximum And a process of detecting data symbols mapped thereto using a Ratio Combining) method.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명이 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted so as not to obscure the subject matter.
본 발명은 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 이하, 설명의 편의상 빔 포밍(beam forming)-다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 통신 시스템(이하, '빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)을 상기 통신 시스템의 일 예로 하여 설명하기로 하며, 본 발명에서 신호 송수신 장치 및 방법은 상기 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템 뿐만 아니라 다른 통신 시스템들에도 적용 가능함은 물론이다. 여기서, 상기 '빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템'이라 함은 빔 포밍 방식과, MIMO 방식과, OFDMA 방식을 함께 사용하는 통신 시스템을 나타낸다. The present invention proposes an apparatus and method for transmitting and receiving signals in a communication system. Hereinafter, for convenience of description, beam forming-multiple input multiple output (MIMO) / orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) A communication system (hereinafter referred to as a 'beamforming-MIMO / OFDMA communication system') will be described as an example of the communication system. The beamforming-MIMO / OFDMA communication system as well as other communication systems are of course applicable. Here, the 'beam forming-MIMO / OFDMA communication system' refers to a communication system using a beam forming method, a MIMO method, and an OFDMA method together.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템의 세그먼트(segment) 할당을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating segment allocation in a beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention.
상기 도 1을 참조하면, 가로축은 시간 영역(time-domain)을 나타내며, 세로축은 주파수 영역(frequency-domain)을 나타낸다. 상기 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템은 전체 대역폭을 다수의 서브 캐리어(sub-carrier) 주파수 대역들로 분할하여 사용한다. 상기 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 시간 영역에서 미리 설정한 Nt개의 직교 주파수 분할 다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Divisional Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 심볼 구간들을 점유하며, 주파수 영역에서 미리 설정한 Nf개의 서브 캐리어 주파수 대역들을 점유하는 영역을 '세그먼트'라고 정의하기로 한다. 따라서, 1개의 세그먼트는 개의 변조된 OFDM 심벌들을 송신할 수 있게 된다. 상기 세그먼트를 구성하는 OFDM 심볼 구간들의 개수 Nt와 서브 캐리어 주파수 대역들의 개수 Nf는 상기 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템의 시스템 상황에 따라 가변적으로 설정될 수 있음은 물론이다.Referring to FIG. 1, the horizontal axis represents the time domain and the vertical axis represents the frequency domain. The beamforming-MIMO / OFDMA communication system divides the entire bandwidth into a plurality of sub-carrier frequency bands. As shown in FIG. 1, N t orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbol intervals preset in the time domain are occupied, and are preset in the frequency domain. An area occupying one N f subcarrier frequency bands will be defined as a 'segment'. Thus, one segment Two modulated OFDM symbols can be transmitted. The number N t of the OFDM symbol intervals constituting the segment and the number N f of the subcarrier frequency bands may be variably set according to a system situation of the beamforming-MIMO / OFDMA communication system.
다음으로 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 지원하는 세그먼트의 타입들에 대해서 설명하기로 한다. Next, the types of segments supported by the beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
상기 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 지원하는 세그먼트의 타입들을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating types of segments supported by a beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention.
상기 도 2를 참조하면, 상기 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템은 세그먼트를 우선 순위에 따라 그 적용되는 신호 처리 방식(signal processing scheme) 등을 차별화시킴으로써, 차등 세그먼트(differential segment) 구조를 구현한다. 여기서, 상기 우선 순위는 지연 허용(delay tolerance) 조건에 따라, 즉 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS' 칭하기로 한다) 레벨 조건에 따라, 그리고 기지국(BS: Base Station)으로부터의 거리(distance from BS) 조건에 따라, 즉 채널 품질(channel quality)을 고려하여 생성된다. 여기서, 상기 QoS 레벨 조건은 실시간(RT: Real Time) 서비스인지 혹은 비실시간(NRT: Non Real Time) 서비스인지를 구분하는 조건이며, 상기 채널 품질 조건은 셀 중심(cell center) 영역인지 혹은 셀 경계(cell boundary) 영역인지를 구분하는 조건이다. 본 발명에서는 상기 우선 순위에 따라 상기 세그먼트의 타입(type)을 4가지 타입들, 즉 제1타입(type Ⅰ) 내지 제4타입(type Ⅳ)의 4가지 타입들로 구분하기로 한다. 상기 제1타입 세그먼트는 셀 중심 영역에 위치하는 단말기를 타겟으로 하는 비실시간 서비스 지원을 위한 세그먼트이고, 상기 제2타입 세그먼트는 셀 중심 영역에 위치하는 단말기를 타겟으로 하는 실시간 서비스 지원을 위한 세그먼트이고, 제3타입 세그먼트는 셀 경계 영역에 위치하는 단말기를 타겟으로 하는 비실시간 서비스 지원을 위한 세그먼트이고, 제4타입 세그먼트는 셀 경계 영역에 위치하는 사용자 단말기를 타겟으로 하는 실시간 서비스 지원을 위한 세그먼트이다. 본 발명에서는 상기 제4타입 세그먼트를 사용할 경우를 일 예로 하여 상기 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서의 신호 송수신 동작에 대해서 설명할 것이므로 상기 제4타입 세그먼트에 대해서만 구체적으로 설명하기로 한다.Referring to FIG. 2, the beamforming-MIMO / OFDMA communication system implements a differential segment structure by differentiating segments according to priority and a signal processing scheme applied thereto. Here, the priority is according to a delay tolerance condition, that is, according to a Quality of Service (QoS) level condition and a distance from a base station (BS). It is generated according to (distance from BS) conditions, that is, considering channel quality. Here, the QoS level condition is a condition for distinguishing whether a real time (RT) service or a non real time (NRT) service is used, and the channel quality condition is a cell center area or a cell boundary. (cell boundary) A condition that distinguishes whether it is a region. In the present invention, the type of the segment is divided into four types, that is, the first type (type I) to the fourth type (type IV) according to the priority. The first type segment is a segment for supporting a non-real time service targeting a terminal located in a cell center area, and the second type segment is a segment for real time service support targeting a terminal located in a cell center area. The third type segment is a segment for supporting a non-real time service targeting a terminal located in a cell boundary region, and the fourth type segment is a segment for real time service targeting a user terminal located in a cell boundary region. . In the present invention, since the signal transmission / reception operation in the beamforming-MIMO / OFDMA communication system will be described by using the fourth type segment as an example, only the fourth type segment will be described in detail.
먼저, 상기 제4타입 세그먼트는 셀 경계 영역에 위치하는 사용자 단말기를 타겟으로 하는 실시간 서비스 지원을 위한 세그먼트로서, 상기 제4타입 세그먼트에는 비기획적(non-opportunistic) 스케쥴링에 기반한 송신 방식이 적용된다. 즉, 기 지국은 링크 레벨 다이버시티(link level diversity) 방식에 기반한 송신을 지원하며, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식과 같은 비교적 낮은 차수의 변조 방식을 사용하기 때문에, 상기 제4타입 세그먼트에 코드 분할 다중화(CDM: Code Division Multiplexing, 이하 'CDM'이라 칭하기로 한다) 방식을 적용할 수 있다. 또한, 상기 기지국은 상기 제4타입 세그먼트에 저속 적응적 변조 및 부호화(AMC: Adaptive Modulation and Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다) 방식과 하이브리드 자동 재전송 요구(HARQ: Hybrid Automatic Retransmission Request, 이하 'HARQ'라 칭하기로 한다) 방식을 동시에 적용할 수 있다. First, the fourth type segment is a segment for real-time service support targeting a user terminal located in a cell boundary region, and a transmission scheme based on non-opportunistic scheduling is applied to the fourth type segment. . That is, since the base station supports transmission based on link level diversity scheme and uses a relatively low order modulation scheme such as Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) scheme, the base station codes in the fourth type segment. Code Division Multiplexing (CDM) may be used. In addition, the base station determines a low speed adaptive modulation and coding (AMC) scheme and a hybrid automatic retransmission request (HARQ) scheme for the fourth type segment. HARQ ') may be applied simultaneously.
따라서, 상기 제4타입 세그먼트에 적용되는 신호 처리 방식 조합은 하기 6개의 신호 처리 방식들을 조합한 것이며, 이를 정리하면 다음과 같다.Therefore, the combination of the signal processing schemes applied to the fourth type segment is a combination of the following six signal processing schemes.
(1) 트래픽/사용자 타입: 실시간 트래픽/셀 중심 영역(1) Traffic / User Type: Real Time Traffic / Cell-Centric Area
(2) 스케쥴링 방식: 비기획적 방식, QoS 레벨에 따른 스케쥴링 방식(2) Scheduling method: non-planning method, scheduling method according to QoS level
(3) 링크 적응 방식: 저속 AMC 방식, synchronous exponential IR(Incremental Redundancy)을 가지는 HARQ 방식(3) Link adaptation method: low speed AMC method, HARQ method with synchronous exponential IR (Incremental Redundancy)
(4) MIMO 방식: 시공간 부호화(STC: Space Time Coding) 방식(ST-BICM(Space Time-Bit Interleaved Coded Modulation)) 방식, 안테나 호핑 방식(4) MIMO scheme: Space Time Coding (STC) scheme (ST-BICM (Space Time-Bit Interleaved Coded Modulation) scheme, antenna hopping scheme)
(5) 송신 방식: 주파수 호핑(FH: Frequency Hopping) 방식, CDM 방식(5) Transmission Method: Frequency Hopping (FH), CDM
(6) 채널 상태 정보(CSI: Channel State Information) 추정 방식: 채널 추정 방식 + 보간 방식(6) Channel State Information (CSI) Estimation Method: Channel Estimation Method + Interpolation Method
다음으로 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDM 통신 시스템에서 제4타입 세그먼트를 사용할 경우 기지국(BS: Base Station)의 신호 송신 장치 구조를 도시한 도면이다. Next, referring to FIG. 3, a structure of a signal transmission apparatus of a base station (BS) when using a fourth type segment in a beamforming-MIMO / OFDM communication system according to an embodiment of the present invention is illustrated.
상기 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDM 통신 시스템에서 제4타입 세그먼트를 사용할 경우 기지국 송신 장치 구조를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a structure of an apparatus for transmitting a base station when using a fourth type segment in a beamforming-MIMO / OFDM communication system according to an embodiment of the present invention.
상기 도 3을 참조하면, 상기 기지국 신호 송신 장치는 다수개, 일 예로 M개의 송신 안테나들, 즉 송신 안테나#1(323-1) 내지 송신 안테나#M(323-M)를 포함하고, 2개의 사용자 단말기들, 즉 사용자 단말기#1과 사용자 단말기#2가 2개의 제4타입 세그먼트들, 즉 제4타입 세그먼트#1과 제4타입 세그먼트#2를 사용하고, 상기 2개의 제4타입 세그먼트들이 점유하는 서브 캐리어들의 개수는 Nc이고, 상기 2개의 사용자 단말기들 각각은 상기 Nc개의 서브 캐리어들중 Ns개의 서브 캐리어들만을 선택하여 데이터 심벌 스트림(data symbol stream)을 송신한다고 가정하기로 한다. 여기서, Nc = 2Ns이다. Referring to FIG. 3, the base station signal transmission apparatus includes a plurality of transmission antennas, for example, M transmission antennas, that is,
상기 기지국 신호 송신 장치는 상기 M개의 송신 안테나들 각각을 통해 신호를 송신하도록 M개의 송신 안테나 처리부들, 즉 송신 안테나 처리부#1(300-1) 내지 송신 안테나 처리부#M(300-M)와, 제어기(350)를 포함한다. 또한, 상기 도 3에 도시하지는 않았으나 상기 2개의 사용자 단말기들 각각에서 송신한 자원 선택 정보를 수신하는 기지국 신호 수신 장치를 포함한다. 여기서, 자원 선택 정보라함은 임의의 사용자 단말기가 Nc개의 서브 캐리어들중 어떤 서브 캐리어들을 사용하고, 어떤 서브 캐리어들을 사용하지 않을지 않기로 선택했는지를 나타내는 정보를 나타낸다. 본 발명의 실시예에서는 상기 송신 안테나#1(323-1) 내지 송신 안테나#M(323-M) 각각을 통해서 동일한 데이터 심벌 스트림들이 송신되므로 상기 자원 선택 정보는 상기 송신 안테나#1(323-1) 내지 송신 안테나#M(323-M) 각각을 별도로 고려하지 않고 단순히 그 서브 캐리어 사용 여부에 대한 선택 정보만을 포함한다. 상기 자원 선택 정보 생성 동작에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The base station signal transmission apparatus includes M transmit antenna processing units, that is, transmit antenna processing unit # 1 (300-1) to transmit antenna processing unit #M (300-M), to transmit a signal through each of the M transmit antennas;
상기에서 설명한 바와 같이 상기 송신 안테나 처리부#1(300-1) 내지 송신 안테나 처리부#M(300-M) 각각은 동일한 데이터 심볼 스트림들을 처리하고 다만, 서로 다른 송신 안테나를 통해서 송신한다는 면에서만 상이할 뿐이다. 즉, 첫 번째 송신 안테나 처리부인 송신 안테나 처리부#1(300-1)는 자원 선택기#1(311-1)와, 빔 포밍 처리기#1(313-1)와, 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 칭하기로 한다) 처리기#1(315-1)와, 병렬/직렬 변환기(P/S(Parallel to Serial) converter)#1(317-1)와, 보호 구간(guard interval) 삽입기#1(319-1)와, 송신 처리기#1(321-1)와, 송신 안테나#1(323-1)을 포함한다. 또한, M번째 송신 안테나 처리부인 송신 안테나 처리부#M(300-M)는 자원 선택기#M(311-M)와, 빔 포밍 처리기#M(313-M)와, IFFT 처리기#M(315-M)와, 병렬/직렬 변환기#M(317-M)와, 보호 구간 삽입기#M(319-M)와, 송신 처리기#M(321-M)와, 송신 안테나#M(323-M)을 포함한다. 따라서 설명의 편의상 상기 송신 안테나 처리부#1(300-1)를 일 예로 하여 상기 기지국 신호 송신 장치의 동작에 대해서 설명하기로 하며, 나머지 송신 안테나 처리부들에 대해서는 별도로 설명하지 않음에 유의하여야만 한다. As described above, each of the transmit antenna
먼저, 사용자 단말기#1을 타겟으로 하는 데이터 심볼 스트림#1과 사용자 단말기#2를 타겟으로 하는 데이터 심볼 스트림#2가 상기 자원 선택기#1(311-1)로 입력된다고 가정하기로 한다. 또한, 상기 데이터 심볼 스트림#1과 데이터 심볼 스트림#2 각각은 Ns개의 데이터 심볼들을 포함하고, 1개의 데이터 심볼은 적어도 1개 이상의 데이터 비트를 포함한다고 가정하기로 한다. 여기서, 상기 데이터 심볼 스트림#1이 포함하는 Ns개의 데이터 심볼들을 s1(1), ... , s1(Ns)이라고 칭하기로 하고, 상기 데이터 심볼 스트림#2가 포함하는 Ns개의 데이터 심볼들을 s2(1), ... , s2(Ns)이라고 칭하기로 한다. First, it is assumed that data
상기 자원 선택기 #1(311-1)는 상기 제어기(350)의 제어에 따라 상기 Nc개의 서브 캐리어들중 Ns개의 서브 캐리어들을 선택하여 상기 데이터 심볼들 s1(1), ... , s1(NS)이 상기 선택한 Ns개의 서브 캐리어들을 통해 송신되도록 매핑하고, 나머지 Ns개의 서브 캐리어들을 통해 상기 데이터 심볼들 s2(1), ... , s2(Ns)이 상기 나머지 Ns개의 서브 캐리어들을 통해 송신되도록 매핑한 후 상기 빔 포밍 처리기#1(313-1)로 출력한다. 상기 빔 포밍 처리기#1(313-1)는 상기 제어기(350)의 제어에 따라 상기 자원 선택기#1(311-1)에서 데이터 심벌이 매핑된 Nc개의 서브 캐리어들 각각에 빔 포밍 처리를 위한 가중치(weight)를 곱한 후 상기 IFFT 처리기#1(315-1)로 출력한다. 여기서, 상기 제어기(350)의 동작에 대해서 구체적으로 설 명하면 다음과 같다.The
상기 제어기(350)는 상기 사용자 단말기#1 및 사용자 단말기#2로부터 수신한 자원 선택 정보들에 상응하게 자원 선택기들, 즉 자원 선택기#1(311-1) 내지 자원 선택기#M(311-M)가 Nc개의 서브 캐리어들 각각을 어떤 사용자 단말기의 데이터 심볼 송신을 위해 사용할 것인지를 선택하고, 그 선택 결과를 상기 자원 선택기#1(311-1) 내지 자원 선택기#M(311-M) 각각으로 출력한다. 여기서, 상기 자원 선택기#1(311-1) 내지 자원 선택기#M(311-M) 각각은 사용자 단말기#1의 데이터 심볼 송신을 위해 사용할 서브 캐리어들과 사용자 단말기#2의 데이터 심볼 송신을 위해 사용할 서브 캐리어들을 동일하게 선택하게 된다. 그러면 여기서 도 4a 내지 도4c를 참조하여, 상기 제어기(350)가 사용자 단말기#1 및 사용자 단말기#2의 데이터 심볼 송신을 위해 사용할 서브 캐리어들을 선택하는 동작에 대해서 설명하기로 한다.The
상기 도 4a-도4c 도 3의 제어기(350)의 자원 선택 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.4A to 4C schematically illustrate a resource selection operation of the
먼저, 기지국 신호 수신 장치가 사용자 단말기#1과 사용자 단말기 #2 각각으로부터 자원 선택 정보를 수신했다고 가정하기로 한다(411,413). 이렇게, 수신된 사용자 단말기#1의 자원 선택 정보(411) 및 사용자 단말기 #2의 자원 선택 정보(413)는 상기 제어기(350)로 전달되고, 상기 제어기(350)는 상기 사용자 단말기#1의 자원 선택 정보(411) 및 사용자 단말기 #2의 자원 선택 정보(413) 각각을 참조하여 그 서브 캐리어가 선택됨과 동시에 충돌이 발생하지 않은 서브 캐리어들만 을 고려하여 1차 자원 선택을 수행한다(415). 여기서, 상기 제어기(350)는 한 개의 사용자 단말기에 의해 선택되고 충돌이 발생하지 않은 서브 캐리어들에 대해서는 그 서브 캐리어들을 선택한 사용자 단말기가 해당 서브 캐리어를 사용하도록 서브 캐리어를 선택한다. 일 예로, 상기 제어기(350)는 상기 도 4a에 도시되어 있는 바와 같이 첫 번째 서브 캐리어는 사용자 단말기#2만 사용하기로 선택하였으므로 첫 번째 서브 캐리어는 사용자 단말기#2가 사용하도록 선택하고, 두 번째 서브 캐리어 및 세 번째 서브 캐리어는 사용자 단말기#1과 사용자 단말기#2가 모두 사용하기를 선택하여 충돌이 발생하였으므로 1차 자원 선택에서는 배제하고, 네 번째 서브 캐리어는 사용자 단말기#1만 사용하기로 선택하였으므로 네 번째 서브 캐리어는 사용자 단말기#1만 사용하도록 선택한다. First, it is assumed that the base station signal receiving apparatus receives resource selection information from each of
이렇게, 1차 자원 선택을 수행한 후 상기 제어기(350)는 상기 사용자 단말기#1의 자원 선택 정보(411) 및 사용자 단말기 #2의 자원 선택 정보(413) 각각을 참조하여 그 서브 캐리어가 선택됨과 동시에 충돌이 발생한 서브 캐리어들만을 고려하여 2차 자원 선택을 수행한다(417). 여기서, 상기 제어기(350)는 두 개의 사용자 단말기들 모두에 의해 선택되고 충돌이 발생한 서브 캐리어들 각각에 대해서는 상기 1차 자원 선택 결과 이후에 더 많은 서브 캐리어들을 선택받아야할 사용자 단말기에게 우선 순위를 부여하여 그 서브 캐리어들을 선택한 사용자 단말기가 해당 서브 캐리어를 사용하도록 서브 캐리어를 선택한다. 또한, 상기 제어기(350)는 1차 자원 선택 결과 두 개의 사용자 단말기들이 동일한 서브 캐리어들을 선택받았을 경우 라운드 로빈(Round Robin) 방식으로 해당 사용자 단말기에게 해당 서브 캐리어 를 할당한다. As such, after performing the primary resource selection, the
상기 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이 두 번째 서브 캐리어는 사용자 단말기#1과 사용자 단말기#2가 모두 사용하기로 선택하였으므로 상기 제어기(350)는 1차 자원 선택 결과를 고려하여 더 많은 서브 캐리어들을 선택받아야할 사용자 단말기가 두 번째 서브 캐리어를 사용하도록 선택한다. 상기 도 4b에서는 상기 1차 선택 결과 사용자 단말기#2가 사용자 단말기#1에 비해 더 많은 서브 캐리어들을 선택받았다고 가정하기로 하며, 따라서 상기 제어기(350)는 두 번째 서브 캐리어를 사용자 단말기#1이 사용하도록 선택한다. 그런데, 두 번째 서브 캐리어를 사용자 단말기#1이 사용하도록 선택한 후 사용자 단말기#1 및 사용자 단말기#2가 사용하기로 선택된 서브 캐리어들의 개수가 동일하다고 가정하면, 상기 제어기(350)는 라운드 로빈 방식을 사용하여 세 번째 서브 캐리어를 사용자 단말기#2가 사용하도록 선택한다. 상기 도 4b에서 상기 제어기(350)는 상기 사용자 단말기#2를 기준으로 하여 라운드 로빈 방식을 적용하였으며, 사용자 단말기#1을 기준으로 하여 라운드 로빈 방식을 적용할 경우에는 세 번째 서브 캐리어를 사용자 단말기#1이 사용하도록 선택함은 물론이다. As shown in FIG. 4B, since the second subcarrier is selected to be used by both the
이렇게, 2차 자원 선택을 수행한 후 상기 제어기(350)는 상기 사용자 단말기#1의 자원 선택 정보(411) 및 사용자 단말기 #2의 자원 선택 정보(413) 각각을 참조하여 그 서브 캐리어가 선택되지 않은 서브 캐리어들만을 고려하여 3차 자원 선택을 수행한다(419). 여기서, 상기 제어기(350)는 두 개의 사용자 단말기들 모두에 의해 선택되지 않은 서브 캐리어들 각각에 대해서는 상기 2차 자원 선택 결과 이후 추가적으로 서브 캐리어들을 선택받아야할 사용자 단말기들을 대상으로 하여 랜덤(random)하게 선택한다. 일 예로, 상기 제어기(350)는 상기 도 4c에 도시되어 있는 바와 같이 여섯 번째 서브 캐리어를 랜덤하게 사용자 단말기#2가 사용하도록 선택한다. As such, after performing the secondary resource selection, the
한편, 상기 도 4a 내지 도 4c에 도시되어 있는 상기 사용자 단말기#1 및 사용자 단말기#2의 자원 선택 정보에 표기되어 있는 '1' 및 '2'는 해당 서브 캐리어를 사용하기로 선택한 것을 나타낸다. 그러나, 실제 자원 선택 정보는'1' 혹은 '0'으로만 표기되며, '1'은 해당 서브 캐리어를 사용하기로 선택한 것을 나타내며, '0'은 해당 서브 캐리어를 사용하지 않기로 선택한 것을 나타낸다. 따라서, 상기 도 4a 내지 도 4c에 도시되어 있는 상기 사용자 단말기#1 및 사용자 단말기#2의 자원 선택 정보에 표기되어 있는 '1' 및 '2'는 사용자 단말기#1이 해당 서브 캐리어를 사용하기로 선택한 것과 사용자 단말기#2가 해당 서브 캐리어를 사용하기로 선택한 것을 나타낸다.Meanwhile, '1' and '2' indicated in the resource selection information of the
또한, 상기 IFFT 처리기#1(315-1)는 상기 빔 포밍 처리기#1(313-1)에서 출력한 신호를 입력하여 Nc 포인트(point)-IFFT 연산을 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기#1(317-1)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기#1(317-1)는 상기 IFFT 처리기#1(315-1)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 보호 구간 삽입기#1(319-1)로 출력한다. 상기 보호 구간 삽입기#1(319-1)는 상기 병렬/직렬 변환기#1(317-1)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간을 삽입한 후 상기 송신 처리기 #1(321-1)로 출력한다. 상기 송신 처리기#1(321-1)는 상기 보호 구간 삽입기#1(319-1)에서 출력한 신호를 입력하여 송신 처리한 후 상기 송신 안테나#1(323-1)를 통해 사용자 단말기로 송신한다. 상기 송신 처리기#1(321-1)가 수행하는 송신 처리 동작은 일반적인 통신 시스템의 송신 처리 동작과 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.Also, the
한편, 상기 도 3에는 별도로 도시하지 않았으나, 상기 제어기(350)는 상기 사용자 단말기#1 및 사용자 단말기#2로 상기 서브 캐리어 선택 결과를 나타내는 자원 선택 결과 정보를 생성하여 송신함은 물론이다. Meanwhile, although not separately illustrated in FIG. 3, the
다음으로 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 사용자 단말기의 신호 수신 장치 구조에 대해서 설명하기로 한다.Next, a structure of a signal receiving apparatus of a user terminal in a beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5.
상기 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 제4타입 세그먼트를 사용할 경우 사용자 단말기의 신호 수신 장치 구조를 도시한 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating a signal receiving device structure of a user terminal when using a fourth type segment in a beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention.
상기 도 5를 참조하면, 상기 사용자 단말기 신호 수신 장치는 다수개, 일 예로 N개의 수신 안테나들, 즉 수신 안테나#1(511-1) 내지 수신 안테나#N(511-N)를 포함하고, Nc개의 서브 캐리어들을 사용하고, 상기 Nc개의 서브 캐리어들중 Ns개의 서브 캐리어들만을 통해 데이터 심볼 스트림을 복원한다고 가정하기로 한다.Referring to FIG. 5, the user terminal signal reception apparatus includes a plurality of reception antennas, for example, N reception antennas, that is,
상기 사용자 단말기 신호 수신 장치는 상기 N개의 수신 안테나들 각각을 통해 신호를 수신하도록 N개의 수신 안테나 처리부들, 즉 수신 안테나 처리부#1(500- 1) 내지 수신 안테나 처리부#N(500-N)와, 자원 선택 정보 생성기(520)와, Ns개의 최대비 컴바이닝(MRC: Maximum Ratio Combining, 이하 'MRC'라 칭하기로 한다) 검출기들, 즉 MRC 검출기#1(530-1) 내지 MRC 검출기#M(530-Ns)와, 병렬/직렬 변환기(540)를 포함한다. 또한, 상기 도 4에 도시하지는 않았으나 상기 사용자 단말기는 상기 사용자 단말기에 대응하는 기지국으로 자원 선택 정보를 송신하는 사용자 단말기 신호 송신 장치를 포함한다. 상기 수신 안테나 처리부#1(500-1) 내지 수신 안테나 처리부#N(500-N) 각각은 서로 다른 수신 안테나를 통해 신호를 수신한다는 면에서만 상이할 뿐, 수신 신호를 동일하게 처리한다. 즉, 첫 번째 수신 안테나 처리부인 수신 안테나 처리부#1(500-1)는 수신 안테나#1(511-1)와, 수신 처리기#1(513-1)와, 보호 구간 제거기#1(515-1)와, 직렬/병렬(S/P: Serial to Parallel) 변환기#1(517-1)와, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭하기로 한다) 처리기#1(519-1)를 포함한다. 또한, N번째 수신 안테나 처리부인 수신 안테나 처리부#N(500-N)는 수신 안테나#N(511-N)와, 수신 처리기#N(513-N)와, 보호 구간 제거기#N(515-N)와, 직렬/병렬 변환기#N(517-N)와, FFT 처리기#N(519-N)를 포함한다. 따라서 설명의 편의상 상기 수신 안테나 처리부#1(500-1)를 일 예로 하여 상기 사용자 단말기 신호 수신 장치의 동작에 대해서 설명하기로 하며, 나머지 수신 안테나 처리부들에 대해서는 별도로 설명하지 않음에 유의하여야만 한다. The user terminal signal receiving apparatus includes N receiving antenna processing units, that is, receiving antenna processing unit # 1 (500-1) to receiving antenna processing unit #N (500-N), for receiving signals through each of the N receiving antennas. Resource
먼저, 상기 수신 안테나#1(511-1)를 통해 신호가 수신되면, 상기 수신 신호는 상기 수신 처리기#1(513-1)로 전달된다. 상기 수신 처리기#1(513-1)는 상기 수 신 신호를 수신 처리한 후 상기 보호 구간 제거기#1(515-1)로 출력한다. 상기 수신 처리기#1(513-1)가 수행하는 수신 처리 동작은 일반적인 통신 시스템의 수신 처리 동작과 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 보호 구간 제거기#1(515-1)는 상기 수신 처리기#1(513-1)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간을 제거한 후 상기 직렬/병렬 변환기#1(517-1)로 출력한다. 상기 직렬/병렬 변환기#1(517-1)는 상기 보호 구간 제거기#1(515-1)에서 출력한 신호를 입력하여 Nc개의 신호들로 병렬 변환한 후 상기 FFT 처리기#1(519-1)로 출력한다. 상기 FFT 처리기#1(519-1)는 상기 직렬/병렬 변환기#1(517-1)에서 출력한 신호를 입력하여 Nc-포인트 FFT 연산을 수행한 후 상기 자원 선택 정보 생성기(520)로 출력한다. First, when a signal is received through the receiving
상기 자원 선택 정보 생성기(520)는 상기 FFT 처리기#1(519-1) 내지 FFT 처리기#N(519-N) 각각에서 출력한 신호를 입력하여 첫 번째 서브 캐리어 내지 Ns번째 서브 캐리어의 평균 신호대 간섭비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 한다)를 검출한다. 여기서, 상기 자원 선택 정보 생성기(520)가 상기 Ns개의 서브 캐리어들 각각에 대한 평균 SNR을 검출하는 동작을 설명하면 다음과 같다.The resource
상기 자원 선택 정보 생성기(520)는 상기 FFT 처리기#1(519-1)에서 출력한 첫 번째 서브 캐리어 신호 내지 상기 FFT 처리기#N(519-N)에서 출력한 첫 번째 서브 캐리어 신호의 채널 행렬(channel matrix)을 고려하여 첫 번째 서브 캐리어 신호의 SNR을 검출하고, 이런 식으로 상기 FFT 처리기#1(519-1)에서 출력한 Nc번째 서브 캐리어 신호 내지 상기 FFT 처리기#N(519-N)에서 출력한 Nc번째 서브 캐리어 신호의 채널 행렬을 고려하여 Nc번째 서브 캐리어 신호의 SNR을 검출한다. 그러면 여기서, 상기 자원 선택 정보 생성기(520)가 일 예로 c번째 서브 캐리어 신호의 SNR을 검출하는 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.The resource
먼저, 상기 기지국 신호 송신 장치에서 c번째 서브 캐리어에 매핑된 데이터 심볼 s(c)에 적용되는 빔 포밍 벡터(beam forming vector)를 하기 수학식 1과 같이 표현된다고 가정하기로 한다.First, it is assumed that the beamforming vector applied to the data symbol s (c) mapped to the c-th subcarrier in the base station signal transmission apparatus is expressed by
상기 수학식 1에서, wm(c)는 m번째 송신 안테나를 통해 송신되는 c번째 서브 캐리어에 적용할 가중치를 나타내며, T는 전치(transpose)를 나타낸다.In
또한, 사용자 단말기 신호 수신 장치에서 컴바이닝 벡터(combining vector)가 하기 수학식 2와 같다고 가정하기로 한다.In addition, it is assumed that the combining vector is represented by
이 경우, N개의 수신 안테나들을 통해 수신된 c번째 서브 캐리어 신호들을 컴바이닝한 신호는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.In this case, a signal obtained by combining the c-th subcarrier signals received through the N reception antennas may be represented by
상기 수학식 3에서, 는 의 허미시안(Hermitian)을 나타내고, 는 c번째 서브 캐리어에 적용된 잡음 성분을 나타낸다. In
그러면 상기 c번째 서브 캐리어의 SNR은 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Then, the SNR of the c-th subcarrier may be expressed by Equation 4 below.
상기 수학식 4에서 는 효율적 채널 이득(effective channel gain)을 나타낸다. In Equation 4 Denotes an effective channel gain.
따라서, 주어진 w(c)에 대해 SNR을 최대화시키는 컴바이닝 벡터 는 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.Thus, a combining vector that maximizes SNR for a given w (c) Can be expressed as
또한, 상기 수학식 5에서 는 c번째 서브 캐리어를 위한 컴바이닝 벡터가 되며, 이는 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.In addition, in
상기 수학식 6에서 wi(c)는 i번째 송신 안테나를 통해 송신되는 c번째 서브 캐리어에 적용되는 가중치를 나타내며, 따라서 c번째 서브 캐리어의 SNR은 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.In Equation 6, w i (c) represents a weight applied to the c-th subcarrier transmitted through the i-th transmit antenna, and therefore, the SNR of the c-th subcarrier may be expressed as Equation 7 below.
따라서, 상기 자원 선택 정보 생성기(520)는 Nc개의 서브 캐리어들 각각에 대한 SNR을 검출하고, 상기 Nc개의 서브 캐리어들중 최대 SNR을 가지는 서브 캐리어부터 그 SNR이 큰 순서대로 총 Ns개의 서브 캐리어들을 사용하기로 선택하고, 상기 선택한 Ns개의 서브 캐리어들에 대한 정보를 자원 선택 정보로 생성한다. 여기서, 상기 자원 선택 정보 생성기(520)는 상기 자원 선택 정보를 주기적으로 생성하거나 혹은 필요에 따라 생성할 수 있으며, 그 생성한 자원 선택 정보를 내부 버퍼(buffer)에 버퍼링한다. 또한, 상기 자원 선택 정보 생성기(520)는 상기 도 5에 별도로 도시하지는 않았으나 기지국으로부터 상기 사용자 단말기가 사용하기로 선택한 자원 선택 결과 정보를 미리 수신하고 있어, 수신되는 Nc개의 서브 캐리어들중 실제 데이터 심볼이 매핑된 Ns개의 서브 캐리어들을 선택하여 그로부터 데이터 심벌을 복원할 수 있다. 따라서, 상기 자원 선택 정보 생성기(520)는 상기 FFT 처리기#1(519-1) 내지 상기 FFT 처리기#N(519-N)에서 출력한 Nc개의 서브 캐리어들중 상기 자원 선택 정보에 상응하게 Ns개의 서브 캐리어들을 선택하고, 그 선택된 Ns개의 서브 캐리어들을 순차적으로 MRC 검출기#1(530-1) 내지 MRC 검출기#N(530-Ns)로 출력한다. Thus, the resource
상기 MRC 검출기#1(530-1)는 수신 안테나 처리부#1(500-1) 내지 수신 안테나 처리부#N(500-N)에서 출력한 N개의 서브 캐리어 신호들을 입력하여 MRC 방식으로 첫 번째 데이터 심볼을 검출한 후 상기 병렬/직렬 변환기(540)로 출력한다. 여기서, 상기 MRC 검출기#1(530-1)에서 검출한 첫 번째 데이터 심볼을 라고 가정하기로 한다. 상기 MRC 검출기#2(530-2)는 수신 안테나 처리부#1(500-1) 내지 수신 안테나 처리부#N(500-N)에서 출력한 N개의 서브 캐리어 신호들을 입력하여 MRC 방식으로 두 번째 데이터 심볼을 검출한 후 상기 병렬/직렬 변환기(540)로 출력한다. 여기서, 상기 MRC 검출기#2(530-2)에서 검출한 두 번째 데이터 심볼을 라고 가정하기로 한다. 이런 식으로, 마지막 MRC 검출기인 MRC 검출기#Ns(530-Ns)는 수신 안테나 처리부#1(500-1) 내지 수신 안테나 처리부#N(500-N)에서 출력한 N개의 서브 캐리어 신호들을 입력하여 MRC 방식으로 Ns 번째 데이터 심볼을 검출한 후 상기 병렬/직렬 변환기(540)로 출력한다. 여기서, 상기 MRC 검출기#Ns(530-Ns)에서 검출한 Ns 번째 데이터 심볼을 라고 가정하기로 한다.The
상기 병렬/직렬 변환기(540)는 상기 MRC 검출기#1(530-1) 내지 MRC 검출기#Ns(530-Ns) 각각에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환함으로써 데이터 심볼 스트림(, , ... , )으로 복원한다. The P /
다음으로 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 제4타입 세그먼트를 사용할 경우 기지국의 동작 과정에 대해서 설명하기로 한다.Next, an operation process of the base station when using the fourth type segment in the beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6.
상기 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 제4타입 세그먼트를 사용할 경우 기지국의 동작 과정을 도시한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating an operation process of a base station when using a fourth type segment in a beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention.
상기 도 6을 참조하면, 먼저 611단계에서 상기 기지국은 일 예로 두 개의 사용자 단말기들, 즉 사용자 단말기#1 및 사용자 단말기#2로부터 자원 선택 정보를 수신하고 613단계로 진행한다. 상기 613단계에서 상기 기지국은 상기 수신한 자원 선택 정보들에 상응하게 Nc개의 서브 캐리어들 각각을 사용할 사용자 단말기를 선택하고, 그 선택 결과에 상응하게 상기 Nc개의 서브 캐리어들 각각에 데이터 심벌을 매핑시키고 615단계로 진행한다. 상기 615단계에서 상기 기지국은 상기 데이터 심벌이 매핑된 Nc개의 서브 캐리어들 각각에 해당 가중치를 곱하여 빔 포밍 처리를 수행한 후 617단계로 진행한다. 상기 617단계에서 상기 기지국은 상기 빔 포밍 처리된 신호를 Nc-포인트 IFFT 연산 수행하고 619단계로 진행한다. 상기 619단계에서 상 기 기지국은 상기 Nc-포인트 IFFT 연산 수행된 신호를 직렬 변환한 후 621단계로 진행한다. 상기 621단계에서 상기 기지국은 상기 직렬 변환된 신호에 보호 구간을 삽입한 후 623단계로 진행한다. 상기 623단계에서 상기 기지국은 상기 보호 구간 삽입된 신호를 송신 처리한 후 사용자 단말기들로 송신한다. 여기서, 상기 613단계 내지 623단계까지의 과정은 상기 도 3에서 설명한 바와 같이 M개의 송신 안테나들 각각에 대해 수행됨은 물론이다. Referring to FIG. 6, first, in
다음으로 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 제4타입 세그먼트를 사용할 경우 사용자 단말기의 동작 과정에 대해서 설명하기로 한다. Next, an operation process of a user terminal when using the fourth type segment in the beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7.
상기 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 제4타입 세그먼트를 사용할 경우 사용자 단말기의 동작 과정을 도시한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating an operation process of a user terminal when using a fourth type segment in a beamforming-MIMO / OFDMA communication system according to an embodiment of the present invention.
상기 도 7을 참조하면, 먼저 711단계에서 상기 사용자 단말기는 수신되는 신호를 수신 처리하고 713단계로 진행한다. 상기 713단계에서 상기 사용자 단말기는 상기 수신 처리된 신호에서 보호 구간을 제거한 후 715단계로 진행한다. 상기 715단계에서 상기 사용자 단말기는 상기 보호 구간 제거된 신호를 Nc개의 신호들로 병렬 변환한 후 717단계로 진행한다. 상기 717단계에서 상기 사용자 단말기는 상기 병렬 변환된 신호들에 대해 Nc-포인트 FFT 연산을 수행한 후 719단계로 진행한다. 여기서, 상기 711단계 내지 717단계까지의 과정은 상기 도 5에서 설명한 바와 같이 N개의 수신 안테나들 각각에 대해 수행됨은 물론이다. 상기 719단계에서 상기 사용 자 단말기는 상기 N개의 수신 안테나들 각각에 대해 FFT 연산된 해당 서브 캐리어 신호들인 Nc개의 서브 캐리어들 각각의 SNR을 검출하고, 상기 검출한 SNR들중 최대 값을 가지는 SNR에 해당하는 서브 캐리어부터 그 SNR값의 크기가 큰 순서로 Ns개의 서브 캐리어들을 선택한다. 그리고, 상기 사용자 단말기는 상기 선택한 Ns개의 서브 캐리어들을 사용할 것임을 나타내는 자원 선택 정보를 생성하고 721단계로 진행한다. Referring to FIG. 7, in
상기 721단계에서 상기 사용자 단말기는 기지국으로부터 수신한 자원 선택 결과 정보를 사용하여 상기 N개의 수신 안테나들 각각에 대해 FFT 연산된 Nc개의 서브 캐리어들에서 Ns개의 서브 캐리어들을 선택하고, 상기 선택한 Ns개의 서브 캐리어들을 MRC 방식을 사용하여 그로부터 데이터 심볼을 검출하고 723단계로 진행한다. 상기 723단계에서 상기 사용자 단말기는 상기 생성한 자원 선택 정보를 기지국으로 송신하고 종료한다.In
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
상술한 바와 같은 본 발명은, 빔 포밍-MIMO/OFDMA 통신 시스템에서 사용자 단말기가 전체 서브 캐리어들에 대한 CQI가 아닌 서브 캐리어 사용 여부를 나타내는 자원 선택 정보만을 기지국으로 피드백하도록 함으로써 일반적인 빔 포밍-MIMO/OFDM 통신 시스템에서 빔 포밍 방식 사용에 따라 발생하던 CQI 피드백 양 증가를 방지할 수 있다는 이점을 가진다. 이렇게, 피드백 되는 정보를 자원 선택 정보로 최소화함으로써 상기 빔 포밍-MIMO/OFDM 통신 시스템의 자원 효율성을 증가시킬 뿐만 아니라 업링크 로드(load) 역시 감소시키게 된다는 이점을 가진다. The present invention as described above, in the beamforming-MIMO / OFDMA communication system, by allowing the user terminal to feed back only the resource selection information indicating whether to use the subcarrier, not the CQI for all the subcarriers to the base station. In an OFDM communication system, an increase in the amount of CQI feedback caused by the use of the beamforming scheme can be prevented. In this way, by minimizing the information fed back to the resource selection information, not only does it increase the resource efficiency of the beamforming-MIMO / OFDM communication system, but also reduces the uplink load.
Claims (18)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020060033961A KR20070102164A (en) | 2006-04-14 | 2006-04-14 | Apparatus and method for transmitting/receiving a signal in a beam forming/multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiple access communication system |
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US8385283B2 (en) | 2008-01-14 | 2013-02-26 | Zte Corporation | Real-time service transmission method and resource allocation method |
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US8385283B2 (en) | 2008-01-14 | 2013-02-26 | Zte Corporation | Real-time service transmission method and resource allocation method |
US8761110B2 (en) | 2008-01-14 | 2014-06-24 | Zte Corporation | Real-time service transmission method and resource allocation method |
KR101008937B1 (en) * | 2008-10-21 | 2011-01-18 | 뮤텔테크놀러지 주식회사 | Multiple-Input Multiple-Output Relay System and Method of the Same |
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