KR20080039768A - 무선 패킷 데이터 통신 시스템에서의 피드백 정보 송수신방법 및 장치 - Google Patents

무선 패킷 데이터 통신 시스템에서의 피드백 정보 송수신방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 사용자 MIMO와 다중 사용자 MIMO의 동작을 모두 지원하면서 CQI feedback overhead가 증가하는 양은 크지 않도록 CQI 표현 및 feedback 방법을 제안한 것이다. 기본 MIMO 동작을 단일 사용자 MIMO나 다중 사용자 MIMO로 설정하면 기지국은 해당 MIMO 동작에 최적화되어 있는MIMO CQI feedback를 수신 받았을 수 있다. 그러나 스케줄러가 기본 MIMO 동작이 아닌 대안 MIMO 동작을 선택했다면 기지국은 기본 MIMO 동작을 위한 절대 CQI feedback과 대안 MIMO 동작을 위한 상대 CQI feedback을 토대로 대안 MIMO 동작에 필요한 CQI를 계산한다. 즉 본 발명은 기본 MIMO 동작에서는 정확한 CQI를 제공하여 최선의 동작이 가능하게 하고 대안 MIMO 동작에서는 차선의 동작이 가능하게 한다. 본 발명을 사용할 경우, 기지국은 단일 사용자 MIMO와 다중 사용자 MIMO의 동작을 동적으로 선택할 수 있기 때문에 자원 관리 효율을 높일 수 있다.
Figure P1020060107500
패킷 데이터, MIMO, CQ

Description

무선 패킷 데이터 통신 시스템에서의 피드백 정보 송수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANCEIVING FEEDBACK INFORMATION IN WIRELESS PACKET DATA COMMUNICATION SYSTEM}
도 1a 및 도 1b는 각각 다중 사용자 MIMO의 개념과, 단일 사용자 MIMO의 개념을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 구성을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 구성을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 기지국에서의 동작을 나타낸 순서도
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 단말기에서의 동작을 나타낸 순서도
본 발명은 무선 패킷 데이터 통신시스템에서 피드백 정보를 운영하는 방법 및 그에 따른 장치에 관한 것으로, 특히 무선 패킷 데이터 통신시스템에서 적응 변조 및 부호화 방법과 채널 감응 스케줄링 (channel sensitive scheduling) 자원관리 방법을 지원하기 위한 채널 품질 지시(Channel Quality Indicator : CQI) 피드 백(feedback) 채널를 운영하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이동 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위해 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 통신시스템으로 발전하고 있다. 최근 3GPP의HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), HSUPA( High Speed Uplink Packet Access), 3GPP2의 HRPD (High Rate Packet Data), 그리고 IEEE의 802.16 등 다양한 이동통신 표준이 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 전송 서비스를 지원하기 위해 개발되었다.
HSDPA, HSUPA, HRPD 등의 현존하는 3세대 무선 패킷 데이터 통신시스템은 전송 효율을 개선하기 위해 적응 변조 및 부호화 (Adaptive Modulation and Coding : AMC) 방법과 채널 감응 스케줄링 방법 등의 기술을 이용한다. 상기의 AMC 방법을 활용하면 송신기는 채널 상태에 따라 전송하는 데이터의 양을 조절할 수 있다. 즉 채널 상태가 좋지 않으면 전송하는 데이터의 양을 줄여서 수신 오류 확률을 원하는 수준에 맞추고, 채널 상태가 좋으면 전송하는 데이터의 양을 늘려서 수신 오류 확률은 원하는 수준에 맞추면서도 많은 정보를 효과적으로 전송할 수 있다. 상기의 채널 감응 스케줄링 자원관리 방법을 활용하면 송신기는 여러 사용자 중에서 채널 상태가 우수한 사용자를 선택적으로 서비스하기 때문에 한 사용자에게 채널을 할당하고 서비스해주는 것에 비해 시스템 용량이 증가한다. 이와 같은 용량 증가를 소위 다중 사용자 다이버시티 (Multi-user Diversity) 이득이라 한다. 요컨대 상기의ACM 방법과 채널 감응 스케줄링 방법은 수신기로부터 부분적인 채널 상태 정보를 feedback 받아서 가장 효율적이라고 판단되는 시점에 적절한 변조 및 부호화 기법 을 적용하는 방법이다.
상기의 ACM 방법과 채널 감응 스케줄링 방법을 실현하기 위해서 수신기는 채널 상태 정보를 송신기에 피드백 해야 한다. 이렇게 수신기가 feedback하는 채널 상태 정보를 CQI (Channel Quality Indicator)라고 한다.
최근 2세대와 3세대 이동통신 시스템에서 사용되던 다중접속 방식인 CDMA (Code Division Multiple Access)을 차세대 시스템에서 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)으로 바꾸려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 3GPP와 3GPP2는 OFDMA를 사용하는 진화 시스템에 관한 표준화를 진행하기 시작하였다. CDMA 방식에 비해 OFDMA 방식에서 용량 증대를 기대할 수 있는 것으로 알려져 있다. OFDMA 방식에서 용량 증대를 낳는 여러 가지 원인 중의 하나가 주파수 축 상에서의 스케줄링 (Frequency Domain Scheduling)을 수행할 수 있다는 것이다. 채널이 시간에 따라 변하는 특성에 따라 채널 감응 스케줄링 방법을 통해 용량 이득을 얻었듯이 채널이 주파수에 따라 다른 특성을 활용하면 더 많은 용량 이득을 얻을 수 있다. 그러나 frequency domain scheduling을 지원하기 위해서는 송신기가 주파수 별로 채널 상태 정보를 파악하고 있어야 한다. 즉 주파수 별로 CQI 피드백이 필요하기 때문에 CQI 피드백 부담이 증가한다.
한편 차세대 시스템에서는 다중 송수신 안테나를 활용한 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 기술의 도입이 활발히 연구되고 있다. MIMO란 다중 송수신 안테나를 이용하여 복수개의 데이터 스트림을 동시에 동일 자원을 이용하여 전송하는 기술이다. 채널 상태가 양호할 때 변조 차수 (modulation order)를 증가하는 것 보다 복수개의 낮은 변조 차수의 데이터 스트림을 전송하는 것이 같은 오류 확률에서 전송량을 증가시킬 수 있는 방법인 것으로 알려져 있다.
MIMO 기법에서 개별 데이터 스트림이 전송되는 차원을 계층(layer)이라고 부르는 데, 계층의 채널 상태에 따라 AMC를 따로 적용하는 방법이 용량을 증대하는 데 효율적이다. 예를 들어 PARC (Per Antenna Rate Control)는 송신 안테나마다 서로 다른 데이터 스트림을 전송하는 기술로서 계층은 송신 안테나가 된다. 복수개의 송신 안테나는 서로 다른 채널을 겪게 되는데, PARC 기법에서는 채널 상태가 양호한 송신 안테나로 더 많은 데이터가 전송될 수 있도록 AMC를 적용하고 채널 상태가 불량한 송신 안테나로는 전송 데이터 양을 줄인다. 또 다른 예로 PCBRC (Per Common Basis Rate Control)이 있는데 이 기술은 계층이 고정됨 송신 빔이 된다. 따라서 PCBRC 기법에서는 채널 상태가 양호한 송신 빔으로 더 많은 데이터를 전송하고 채널 상태가 불량한 송신 빔으로는 전송 데이터 양을 줄인다.
한편 SDMA (Space Division Multiple Access) 기술은 복수개의 송신 빔에 서로 다른 사용자를 할당하는 기술로서OFDMA가 frequency domain scheduling을 통해 용량을 증대할 수 있었던 것과 마찬가지로 SDMA는 space domain scheduling을 통해 용량을 증대시킬 수 있다.
상기의 MIMO 기술과 SDMA 기술은 다른 용어로 각각 단일 사용자 MIMO (Single User MIMO)와 다중 사용자 MIMO (Multi-User MIMO)로 불리기도 한다. 즉 계층별로 데이터 스트림을 전송하는데 그것이 단일 사용자를 향한 것이냐 다중 사용자를 향한 것이냐를 기준으로 단일 사용자 MIMO와 다중 사용자 MIMO로 분류하는 것이다.
도 1a는 다중 사용자 MIMO의 개념을 설명하는 도면이다. 도 1a을 참조하면, 기지국(10)은 두 개의 단말기(11, 12)에 데이터 스트림을 전송한다. 여기서 데이터 스트림은 동일한 주파수 시간 자원으로 전송되기 때문에 공간 자원을 분리해서 전송해야 한다. 따라서 단말기 1(11)로 전송하는 데이터 스트림을 하나의 빔 (14)으로 전송하고 단말기 2(12)로 전송하는 데이터 스트림은 다른 빔(15)으로 전송한다.
도 1b는 단일 사용자 MIMO의 개념을 설명하는 도면이다. 도 1b를 참조하면, 다중 사용자 MIMO에서와는 달리 기지국(10)은 하나의 단말기(11)에 복수개의 데이터 스트림을 전송한다. 따라서 기지국이 형성한 빔(17, 18)은 모두 하나의 단말기(11)를 향하게 된다.단일 사용자 MIMO로 동작할 경우와 다중 사용자 MIMO로 동작할 경우 CQI의 계산 방법은 차이가 있다. 단일 사용자 MIMO의 경우, 수신 단말은 모든 계층의 신호를 수신하도록 되어 있기 때문에 계층별 간섭 제거 기법을 적용할 수 있다. 그러나 다중 사용자 MIMO의 경우, 다른 사용자에게 전송한 일부 계층의 신호는 수신 단말이 복호하여 간섭 제거할 수 없다. 따라서 단일 사용자 MIMO로 동작할 경우 계층간 간섭량이 상쇄된 CQI를 계산해야 하지만 다중 사용자 MIMO로 동작할 경우에는 계층간 간섭을 고려한 CQI를 계산해야 한다.
기지국의 스케줄러가 단일 사용자 MIMO와 다중 사용자 MIMO의 동작을 선택하는 자유도를 가지고 있다면 단말기는 이 두 동작을 지원하는 CQI를 feedback해야 한다. 그런데 이미 MIMO를 적용할 경우 계층 별 CQI를 feedback하기 때문에 이미 feedback 양이 증가한 상태에서 두 동작을 지원하는 CQI를 모두 feedback하는 것은 feedback overhead를 과중 시키는 문제점이 발생한다
따라서 본 발명의 목적은 단일 사용자 MIMO 모드와 다중 사용자 MIMO 모드를 지원하는 무선 패킷 데이터 통신 시스템에서 오버헤드를 줄일 수 있는 피드백 정보를 운영하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 단일 사용자 MIMO 모드와 다중 사용자 MIMO 모드를 지원하는 무선 패킷 데이터 통신 시스템에서 효율적으로 오버헤드를 줄일 수 있는 CQI 계산 방법 및 장치를 제공함에 있다.상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 단일 사용자 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO)모드와 다중 사용자 MIMO 모드를 지원하는 무선 패킷 데이터 통신 시스템에서의 기지국에서 피드백 정보를 운영하는 방법에 있어서, 상기 단일 사용자 MIMO모드와 다중 사용자 MIMO모드중 기본 MIMO 모드를 설정하여 단말로 전송하는 과정과, 소정 단말로부터 상기 설정된 기본 MIMO모드에 따른 제 1피드백 정보와, 상기 기본 MIMO모드이외의 MIMO모드에 따른 제 2피드백 정보를 수신하는 과정과, 상기 기본 MIMO모드에 따라 적어도 하나의 단말에게 상기 수신된 피드백 정보들을 이용하여 데이터를 스케줄링하여 전송하는 과정을 포함하며, 여기서 상기 제 2피드백 정보는 상기 제 1피드백 정보를 근거로 계산된 값임을 특징으로 한다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 단일 사용자 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO)모드와 다중 사용자 MIMO 모드를 지원하는 무선 패 킷 데이터 통신 시스템에서의 기지국에 있어서, 소정 단말로부터 상기 단일 사용자 MIMO모드와 다중 사용자 MIMO모드중 미리 설정된 기본 MIMO모드에 따른 제 1피드백 정보와, 상기 기본 MIMO모드이외의 MIMO모드에 따른 제 2피드백 정보를 수신하는 적어도 하나의 피드백 신호 수신기와, 상기 수신된 피드백 정보를 근거로 채널 정보를 계산하는 채널 정보 계산부와, 상기 기본 MIMO모드에 따른 채널 정보를 계산하기 위해 상기 채널 정보 계산부를 제어하는 제어부와, 상기 계산된 채널 품질 정보를 근거로 적어도 하나의 단말에게 상기 계산된 채널 정보를 이용하여 데이터를 스케줄링하여 전송하는 스케줄러를포함하며, 여기서 상기 제 2피드백 정보는 상기 제 1피드백 정보를 근거로 계산된 값 함을 특징으로 한다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 단일 사용자 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO)모드와 다중 사용자 MIMO 모드를 지원하는 무선 패킷 데이터 통신 시스템에서의 단말에서 피드백 정보를 전송하는 방법에 있어서, 기지국으로부터 상기 단일 사용자 MIMO 모드와 다중 사용자 MIMO 모드중 미리 결정된 기본 MIMO모드를 수신하는 과정과, 상기 설정된 기본 MIMO모드에 따른 제 1피드백 정보와, 상기 기본 MIMO모드이외의 MIMO모드에 따른 제 2피드백 정보를 추정하는 과정을 포함하며, 여기서 상기 제 2피드백 정보는 상기 제 1피드백 정보를 근거로 계산된 값 함을 특징으로 한다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 단일 사용자 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO)모드와 다중 사용자 MIMO 모드를 지원하는 무선 패킷 데이터 통신 시스템에서의 단말에 있어서, 기지국으로부터 수신된 파일럿을 이 용하여 상기 단일 사용자 MIMO모드와 상기 다중 사용자 MIMO 모드에 대한 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 추정된 채널을 근거로 상기 단일 사용자 MIMO모드와 상기 다중 사용자 MIMO 모드에 따른 채널 정보를 계산하는 피드백 정보 예측기와, 상기 기지국으로부터 전송된 상기 단일 사용자 MIMO모드와 상기 다중 사용자 MIMO 모드중 기본 MIMO모드에 따른 제 1피드백 정보와 상기 기본 MIMO모드이외의 MIMO모드에 따른 제 2피드백 정보를 생성하는 피드백 신호 발생기와, 상기 기본 MIMO모드에 따라 상기 피드백 신호 발생기를 제어하는 제어기를 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 단일 사용자 MIMO모드와 다중 사용자 MIMO모드를 지원하는 이동 통신 시스템에서 상기 MIMO동작을 지원하면서 오버헤드를 줄일 수 있는 방법을 제안한다.
이러한 이동 통신 시스템에서, 기지국은 두 모드를 지원하기 위해서는 기본 적으로 다음과 같은 두가지 방법이 가능하다.
첫 번째 방법은 단일 사용자 MIMO와 다중 사용자 MIMO의 동작을 모두 지원할 수 있도록 단일 사용자 MIMO용 CQI와 다중 사용자 MIMO용 CQI를 모두 feedback하는 것이고, 두 번째 방법은 하나의 자원 블록에서는 단일 사용자 MIMO와 다중 사용자 MIMO 중 하나의 동작만을 지원하도록 제약을 두는 것이다.
상기의 첫 번째 방법, 즉 두 종류의 CQI를 모두 feedback하는 방법을 사용하면 기지국의 스케줄러가 자원 관리에 있어서 최선의 선택을 할 수 있다는 장점이 있지만 CQI feedback overhead가 증가하는 것이 단점이다.
상기의 두 번째 방법, 즉 하나의 MIMO 동작만을 지원하도록 제약을 두는 방법을 사용하면 자원 관리의 제약으로 인해 시스템 성능은 떨어지는 단점이 있지만CQI feedback overhead의 증가는 막을 수 있는 것이 장점이다.
상기의 첫 번째 방법, 즉 두 종류의 CQI를 모두 feedback하는 방법을 사용하면 기지국의 스케줄러가 자원 관리에 있어서 최선의 선택을 할 수 있다는 장점이 있지만 CQI feedback overhead가 증가하는 것이 단점이다.
상기의 두 번째 방법, 즉 하나의 MIMO 동작만을 지원하도록 제약을 두는 방법을 사용하면 자원 관리의 제약으로 인해 시스템 성능은 떨어지는 단점이 있지만CQI feedback overhead의 증가는 막을 수 있는 것이 장점이다.이에 따라 본 발명에서는 단일 사용자 MIMO와 다중 사용자 MIMO의 동작을 모두 지원하면서 CQI feedback overhead가 증가하는 양은 크지 않도록 CQI 표현 방법을 제안한다.
본 발명의 기지국은 단일 사용자 MIMO와 다중 사용자 MIMO 중 하나를 기본 MIMO 동작 모드로 설정한다. 여기서 상기 기본 MIMO동작모드이외의 동작을 대안 동작 모드라 칭하기로 한다. 단말은 기본 MIMO 동작 모드로 설정된 것을 기준으로 CQI를 계산한다. 즉 본 발명에서는 단일 사용자 MIMO가 기본 MIMO 동작 모드로 설정된 경우에는 계층간 간섭이 제거되는 것을가정하여 CQI를 계산하고 다중 사용자 MIMO가 기본 MIMO 동작 모드로 설정된경우에는 계층간 간섭을 고려하여CQI를 계산한다.
상기 단말기는 계산된 기본 MIMO 동작 모드의 CQI를 물리계층의 CQI 피드백 채널을 통해 절대치로 기지국에 통보한다. 상기 기지국은 기본 MIMO 동작 모드의 CQI를 수집하여 기본 MIMO 동작 모드를 적용할 경우 해당 CQI 피드백을 활용하여 적응 변조 및 부호화 방법과 채널 감응 스케줄링을 수행한다. 한편 기지국이 판단하기를 기본 MIMO 동작 모드가 아닌 대안 MIMO 동작을 적용할 경우를 대비하여 단말기는 대안 MIMO 동작이 기본 MIMO 동작에 비해 얼만큼의 CQI 상대치를 적용해야 하는지를 계산하여 이를 기지국에 통보한다. 기본 MIMO 동작 모드가 단일 사용자 MIMO인 경우에는 대안 MIMO 동작은 다중 사용자 MIMO가 되고 기본 MIMO 동작 모드가 다중 사용자 MIMO인 경우에는 대안 MIMO 동작은 단일 사용자 MIMO가 된다.
다중 사용자 MIMO는 단일 사용자 MIMO에 비해서 계층별 CQI가 낮은 값을 갖게 된다. 따라서 다중 사용자 MIMO에서의 계층별CQI, MU_MIMO_CQI[k]는 단일 사용자 MIMO에서의 계층별 CQI, SU_MIMO_CQI[k]와 다음의 <수학식 1>과 같은 관계를 갖게 된다.
MU_MIMO_CQI[k] = SU_MIMO_CQI[k] - DELTA_CQI[k]
SU_MIMO_CQI[k] = MU_MIMO_CQI[k] + DELTA_CQI[k]
여기서 상기 k는 계층을 나타내는 변수로 최초로 복호되는 계층을 '0'으로 표현하고 복호 계층의 순서대로 하나씩 증가 시킨 값이다. 즉 첫 계층은 '0', 두 번째 계층은 '1', 그리고 계층의 수가 최대 'K'라면 마지막 계층은 'K-1'이 된다. 그리고 상기 DELTA_CQI[k]는 다중 사용자 MIMO의 CQI와 단일 사용자 MIMO의 CQI 사이의 차이를 나타낸다. 상기 DELTA_CQI의 범위는 일반적으로 MU_MIMO_CQI나 SU_MIMO_CQI의 범위에 비해 작을 것이기 때문에 양자화하여 이진으로 표현할 경우 소비되는 비트수를 감소시킬 수 있다. DELTA_CQI를 구하는 식은 <수학식 1>을 토대로 <수학식 2>와 같이 구할 수 있다.
DELTA_CQI[k] = SU_MIMO_CQI[k] - MU_MIMO_CQI[k]
단말기는 상기 DELTA_CQI를 기지국에 통보하여 기지국이 기본 MIMO 동작이 아닌 대안 MIMO 동작을 적용할 경우 대안 MIMO 동작에 필요한 CQI를 계산하는데 활용할 수 있도록 한다.
상기 <수학식 1>의 DELTA_CQI는 계층별로 다른 값을 표현할 수 있도록 가정하였다. 이 경우 계층별로 대안 MIMO 동작에 필요한 정확한 CQI를 보고할 수 있다는 장점이 있지만 여전히 계층별로 서로 다른 DELTA_CQI를 보고해야 하기 때문에 피드백 오버헤드(Feedback Overhead)는 계층의 수에 비례해서 늘어난다. 본 발명의 또 다른 실시예로 Feedback Overhead를 더욱 줄이기 위해서 다음의 <수학식 3>와 같은 DELTA_CQI를 계산하여 이를 기지국에 통보한다.
Figure 112006080226435-PAT00001
상기 <수학식 3>에서 구한 DELTA_CQI_CONST는 계층별 DELTA_CQI[k]를 토대로 구한 선형 상수이다. 여기서 다음의 <수학식 4>와 같이 계층별 MIMO CQI간의 차, DELTA_CQI[k]가 선형관계를 가지고 있다고 가정한다.
Figure 112006080226435-PAT00002
이와 같은 가정은 첫 계층(k=0)에서 단일 사용자 MIMO용 CQI와 다중 사용자 MIMO용 CQI는 차이가 없지만 간섭 제거 기법에 의해 계층을 증가시킴에 따라 상위 계층에서 발생한 간섭이 감소한다는 사실에서 얻은 것이다. 계층이 증가함에 따라 감소되는 간섭량에 의한 단일 사용자 MIMO용 CQI의 증가량이 선형관계를 갖는다는 가정을 토대로 하나의 DELTA_CQI_CONST를 구할 수 있다. 하나의 DELTA_CQI_CONST를 피드백하기 때문에 피드백 오버헤드를 효과적으로 줄일 수 있는 한편, 대안 MIMO 동작을 위한 정확한 CQI를 알려주기 어려운 단점이 있다. 기지국은 기본 MIMO 동작을 전재로 자원을 관리하다가 대안 MIMO 동작이 더 많은 이득을 제공할 때에 대안 MIMO 동작을 적용하는 것이기 때문에 대안 MIMO 동작에서의 성능열화를 감수할 수 있다. 이 실시예는 하나의 DELTA_CQI_COSNT를 피드백하는 방법은 두 가지 MIMO 동작을 지원하면서도 피드백 오버헤드를 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 DELTA_CQI_CONST의 피드백 오버헤드를 더욱 줄이는 방법으로는 DELTA_CQI_CONST를 물리 계층 피드백 채널을 통해 알려주는 것이 아니라 상위 시그널링으로 알려주는 것이다. 일반적으로 물리 계층 피드백은 빠르게 해당 정보를 피드백할 수 있는 장점이 있지만 역방향 링크의 무선 자원을 많이 사용하는 단점이 있다. 상위 시그널링으로 DELTA_CQI_CONST를 보고하는 경우는 피드백을 빠르게 할 수 없다는 단점은 있지만 소모되는 역방향 무선 자원을 줄일 수 있는 장점이 있다. 단 상위 시그널링은 DELTA_CQI_CONST를 보고하는 경우 매번 측정된 DELTA_CQI_CONST를 시평균해서 가끔씩 보고해야 한다.
한편 각 계층마다 독립적으로 채널 부호화된 패킷을 전송하지 않고 하나의 채널 부호화된 패킷을 역다중화하여 전송하는 경우에는 MIMO CQI는 계층별로 표현될 필요가 없다. 즉 다중 사용자 MIMO에서의 CQI는 MU_MIMO_CQI, 단일 사용자 MIMO에서의 CQI는 SU_MIMO_CQI로 표현할 수 있다. 이 경우 MU_MIMO_CQI와 SU_MIMO_CQI는 <수학식 5>의 관계를 갖는다.
MU_MIMO_CQI = SU_MIMO_CQI - DELTA_CQI
SU_MIMO_CQI = MU_MIMO_CQI + DELTA_CQI
이 경우에는 상기 DELTA_CQI만 피드백하면 기본 MIMO 모드의 CQI 뿐 아니라 대안 MIMO 모드의 CQI도 구할 수 있다. 여기서도 상기 DELTA_CQI의 피드백 오버헤드를 더욱 줄이는 방법으로는 상기 DELTA_CQI 를 물리 계층 피드백 채널을 통해 알려주는 것이 아니라 상위 시그널링으로 알려주는 것이다. 상위 시그널링은 DELTA_CQI를 보고하는 경우 매번 측정된 DELTA_CQI를 시평균한 MEAN_DELTA_CQI를 주기적으로 보고해야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단말기(200)를 나타낸 도면으로, CQI feedback을 지원하는 단말기의CQI feedback 관련 장치를 나타내었다. 도 2를 참조하면, 단말기(200)의 다중 안테나로 수신된 신호(20)가 파일롯(Pilot) 추출기(21)로 입력된다. 상기 Pilot 추출기(21)는 MIMO 채널을 추정하기 위해 MIMO pilot 신호를 추출하고 이를 채널 추정기 (22)에 전달한다. 채널 추정기(22)는 MIMO 채널을 추정하는데 이를 토대로 CQI 예측기 (23)에서 단일 사용자 MIMO에서의 CQI와 다중 사용자 MIMO에서의 CQI를 계산할 수 있다. 상기 단일 사용자 MIMO용 CQI는 계층간 간섭이 제거된다는 가정으로 추정되며 다중 사용자 MIMO용 CQI는 계층간 간섭이 제거될 수 없다는 가정으로 추정된다.
한편 제어기(26)는 절대 CQI 피드백 신호 발생기(24)에서 기지국이 설정한 기본 MIMO 동작 모드를 토대로 기본 MIMO 동작에 대한 절대CQI의 피드백 신호를 발 생하고, 상대 CQI 피드백 신호 발생기(25)에서 대안 MIMO 동작에 대한 상대 CQI의 피드백 신호를 발생하도록 제어한다.
만약 기본 MIMO 동작이 단일 사용자 MIMO로 설정된 경우 상기 절대 CQI 피드백 신호 발생기(24) 는 단일 사용자 MIMO에 대한 CQI를 절대 CQI로 표현하여 피드백 신호를 만들고, 상기 상대 CQI 피드백 신호 발생기(25)는 다중 사용자 MIMO에 대한 CQI를 계산할 수 있게 하는 상대 CQI (DELTA_CQI 또는 DELTA_CQI_CONST 또는 MEAN_DELTA_CQI)를 피드백 신호로 만든다. 만약 기본 MIMO 동작이 다중 사용자 MIMO로 설정된 경우 상기 절대CQI 피드백 신호 발생기(24)는다중 사용자 MIMO에 대한 CQI를 절대 CQI로 표현하여 피드백 신호로 만들고 상기 상대 CQI 피드백 신호 발생기(25)는 단일 사용자 MIMO에 대한 CQI를 계산할 수 있게 하는 상대 CQI (DELTA_CQI)를 피드백 신호로 만든다. 이렇게 생성된 절대 CQI 피드백 신호(27)는 물리 계층 피드백 채널로 송신되고 상대 CQI 피드백 신호 (28)는 물리 계층 피드백 채널 혹은 상위 시그널링으로 송신된다. 상기 상대 CQI 피드백 신호(28)는 설정에 따라 복수의 계층별 DELTA_CQI[k]를 전송할 수도 있고 하나의 DELTA_CQI_CONST를 전송할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기지국(300)을 나타낸 도면으로, CQI 피드백 을 지원하는 기지국의 CQI feedback 관련 장치를 나타내었다. 도 3을 참조하면, 기지국(300)은 단말(200)이 보고한 절대 CQI 피드백 신호(27)와 상대 CQI 피드백 신호(28)를 각각 절대 CQI 피드백 신호 수신기(31)와 상대 CQI 피드백 신호 수신기(32)로 수신한다. 기지국(300)의 제어기(33)는 기지국이 설정한 기본 MIMO 동작 모드를 토대로 단일 사용자 MIMO용 CQI 계산기(34)와다중 사용자 MIMO용 CQI 계산기(35)를 제어한다.
만약 기본 MIMO 동작이 단일 사용자 MIMO로 설정된 경우 단일 사용자 MIMO용 CQI 계산기(34)는 절대 CQI feedback을 그대로 단일 사용자 MIMO CQI로 해석하고 다중 사용자 MIMO용 CQI 계산기(35)는 절대 CQI에서 상대CQI를 빼서 그 값을 다중 사용자 MIMO CQI로 해석한다. 만약 기본 MIMO 동작이 다중 사용자 MIMO로 설정된 경우 다중 사용자 MIMO용 CQI 계산기(35)는 절대 CQI 피드백 을 그대로 다중 사용자 MIMO CQI로 해석하고 단일 사용자 MIMO용 CQI 계산기(34)는 절대 CQI와 상대 CQI를 더해서 그 값을 단일 사용자 MIMO CQI로 해석한다. 상기 단일 사용자 MIMO용 CQI 계산기 (34)와 다중 사용자 MIMO용 CQI 계산기(35)에서 구한 단일 사용자 MIMO용 CQI와 다중 사용자 MIMO용 CQI는 스케줄러 및 송신기(36)로 전달되고 여기서 송신할 단말을 스케줄링하고 어느 MIMO 동작을 적용할 것인가를 선택하고 송신 신호를 CQI를 토대로 생성한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 기지국(300)에서의 동작을 나타낸 순서도로서, CQI 피드백을 지원하는 기지국(300)의 CQI 피드백 수신 및 적용 과정을 나타내었다.
도 4를 참조하면, 기지국(300)은 우선 기본 MIMO 동작을 설정하고 이를 단말들에 통보한다(41). 단말(200)은 설정된 기본 MIMO 동작을 기반으로 MIMO CQI를 계산하고 그 절대값을 물리계층으로 피드백할 것이며 대안 MIMO 동작을 기반으로 상대 CQI를 계산하여 물리 계층 혹은 상위 시그널링으로 기지국(300)에 보고할 것이 다. 상기 기지국(300)은 상대 CQI 피드백을 수신한다(42). 상기 상대 CQI는 DELTA_CQI를 의미하고 대안 MIMO 동작에 대한 CQI를 계산하는 데 활용된다. 상기 DELTA_CQI_CONST가 수신된 경우 DELTA_CQI는 상기 <수학식 4>와 같이 계산된다._MEAN_DELTA_CQI가 수신된 경우 DELTA_CQI로 MEAN_DELTA_CQI를 그대로 이용한다.
상기 기지국(300)은 또한 절대CQI 피드백을 수신한다(43). 상기 절대 CQI, ABS_CQI는 기본 MIMO 동작 모드에서 필요로 하는 CQI 값이다. 다음으로 과정 45와 46에서 두 가지 MIMO 동작에 대한 CQI를 계산한다. 상기 과정 44는 기본 MIMO 동작이 무엇으로 설정되어 있느냐에 따라 MIMO CQI를 계산하는 방법을 과정 45 또는 과정 46 중 하나로 결정하게 한다. 만약 기본 MIMO 동작이 단일 사용자 MIMO라면 과정 45의 MIMO CQI 계산을 수행한다. 즉 단일 사용자 MIMO CQI으로 ABS_CQI[k]를 그대로 대입하고 다중 사용자 MIMO CQI으로 ABS_CQI[k]에서 DELTA_CQI[k]를 뺀 값을 대입한다. 만약 기본 MIMO 동작이 다중 사용자 MIMO라면 과정 46의 MIMO CQI 계산을 수행한다. 즉 다중 사용자 MIMO CQI으로 ABS_CQI[k]를 그대로 대입하고 만일 사용자 MIMO CQI으로 ABS_CQI[k]와 DELTA_CQI[k]를 더한 값을 대입한다.
상기 과정 45와 과정 46에서 DELTA_CQI[k]를 계산하는 방법은 상대 CQI로 무엇이 피드백되었는가에 따라 다음과 같다.
계층별 DELTA_CQI[k]가 상대 CQI로 직접 피드백된 경우는 수신된 DELTA_CQI[k]를 그대로 활용한다.
DELTA_CQI_CONST가 상대 CQI로 수신된 경우는 상기 <수학식 4>를 토대로 DELTA_CQI[k]를 계산한다.
MEAN_DELTA_CQI가 상대 CQI로 수신된 경우는 MIMO 전송에서 하나의 채널 부호화된 패킷을 역다중화하여 각 계층에 전송하는 상황인 것이므로 계층별 MIMO CQI인 MU_MIMO_CQI[k]나 SU_MIMO_CQI[k]를 계산할 필요가 없고 계층과 무관한 MU_MIMO_CQI와 SU_MIMO_CQI를 계산해야 한다. 이 계산에서 필요한 DELTA_CQI로 수신된 상대 CQI인 MEAN_DELTA_CQI를 이용한다. 즉 상기 과정 45에서 필요한 수학식은 다음의 <수학식 6>과 같고 과정 46에서 필요한 수학식은 다음의 <수학식 7>과 같다.
SU_MIMO_CQI = ABS_CQI
MU_MIMO_CQI = SU_MIMO_CQI MEAN_DELTA_CQI
MU_MIMO_CQI = ABS_CQI
SU_MIMO_CQI = MU_MIMO_CQI + MEAN_DELTA_CQI
이렇게 계산된 단일 사용자 CQI와다중 사용자 CQI는 스케줄러 및 송신기(36)에 의해 전송 패킷 데이터를 스케줄링 및 송신한다.(47)
도5는 본 발명의 실시예에 따라 단말기(200)에서의 동작을 나타낸 순서도로서, CQI 피드백을 지원하는 단말기(200)의 CQI 피드백 생성 과정을 나타내었다.
도 5를 참조하면, 단말기(200)는 우선 기지국(300)이 통보한 기본 MIMO 동작 모드를 수신한다(51). 단말기(200)는 단일 사용자 MIMO용 CQI를 추정하고(52) 다중 사용자 MIMO용 CQI를 추정한다(53). 그리고 기본 MIMO 동작 모드가 무엇이냐에 따라 과정 55 또는 56에서 절대 CQI를 결정하는데 과정 54에서 그 판단을 한다. 만약 기본 MIMO 동작이 단일 사용자 MIMO라면 과정 55에서 단일 사용자 MIMO용 CQI를 절대 CQI로 설정하고 전송한다. 만약 기본 MIMO 동작이 다중 사용자 MIMO라면 과정 56에서 다중 사용자 MIMO용 CQI를 절대 CQI로 설정하고 전송한다. 절대 CQI는 물리 계층으로 전송된다. 그리고 과정 57에서 다중 사용자 MIMO용 CQI와 단일 사용자 MIMO용 CQI의 차를 계산하여 이를 상대 CQI로 설정하고 전송한다.
상대 CQI는 계층별로 표현될 수도 있고 피드백 양을 줄이기 위해 하나의 DELTA_CQI_CONST 또는 MEAN_DELTA_CQI로 표현될 수도 있다. 그리고 상대 CQI는 물리 계층으로 전달될 수도 있고 무선 자원을 아끼기 위해 상위 시그널링으로 전달될 수도 있다.
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 안 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다
본 발명은 단일 사용자 MIMO와 다중 사용자 MIMO의 동작을 모두 지원하면서 CQI Feedback Overhead가 증가하는 양은 크지 않도록 CQI 표현 방법을 제안한 것이다. 기본 MIMO 동작을 단일 사용자 MIMO나 다중 사용자 MIMO로 설정하면 기지국은 해당 MIMO 동작에 최적화되어 있는 MIMO CQI 피드백를 수신 받았을 수 있다. 그러나 스케줄러가 기본 MIMO 동작이 아닌 대안 MIMO 동작을 선택했다면 기지국은 기본 MIMO 동작을 위한 절대 CQI 피드백과 대안 MIMO 동작을 위한 상대 CQI 피드백을 토대로 대안 MIMO 동작에 필요한 CQI를 계산한다. 즉 본 발명은 기본 MIMO 동작에서는 정확한 CQI를 제공하여 최선의 동작이 가능하게 하고 대안 MIMO 동작에서는 차선의 동작이 가능하게 한다. 따라서 본 발명을 사용할 경우, 기지국은 단일 사용자 MIMO와 다중 사용자 MIMO의 동작을 동적으로 선택할 수 있기 때문에 자원 관리 효율을 높일 수 있다.

Claims (4)

  1. 단일 사용자 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO)모드와 다중 사용자 MIMO 모드를 지원하는 무선 패킷 데이터 통신 시스템에서의 기지국에서 피드백 정보를 운영하는 방법에 있어서,
    상기 단일 사용자 MIMO모드와 다중 사용자 MIMO모드중 기본 MIMO 모드를 설정하여 단말로 전송하는 과정과,
    소정 단말로부터 상기 설정된 기본 MIMO모드에 따른 제 1피드백 정보와, 상기 기본 MIMO모드이외의 MIMO모드에 따른 제 2피드백 정보를 수신하는 과정과,
    상기 기본 MIMO모드에 따라 적어도 하나의 단말에게 상기 수신된 피드백 정보들을 이용하여 데이터를 스케줄링하여 전송하는 과정을 포함하며,
    여기서 상기 제 2피드백 정보는 상기 제 1피드백 정보를 근거로 계산된 값임을 특징으로 하는 피드백 정보 운영 방법.
  2. 단일 사용자 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO)모드와 다중 사용자 MIMO 모드를 지원하는 무선 패킷 데이터 통신 시스템에서의 기지국에 있어서,
    소정 단말로부터 상기 단일 사용자 MIMO모드와 다중 사용자 MIMO모드중 미리 설정된 기본 MIMO모드에 따른 제 1피드백 정보와, 상기 기본 MIMO모드이외의 MIMO 모드에 따른 제 2피드백 정보를 수신하는 적어도 하나의 피드백 신호 수신기와,
    상기 수신된 피드백 정보를 근거로 채널 정보를 계산하는 채널 정보 계산부와,
    상기 기본 MIMO모드에 따른 채널 정보를 계산하기 위해 상기 채널 정보 계산부를 제어하는 제어부와,
    상기 계산된 채널 품질 정보를 근거로 적어도 하나의 단말에게 상기 계산된 채널 정보를 이용하여 데이터를 스케줄링하여 전송하는 스케줄러를 포함하며,
    여기서 상기 제 2피드백 정보는 상기 제 1피드백 정보를 근거로 계산된 값임을 특징으로 하는 기지국.
  3. 단일 사용자 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO)모드와 다중 사용자 MIMO 모드를 지원하는 무선 패킷 데이터 통신 시스템에서의 단말에서 피드백 정보를 전송하는 방법에 있어서,
    기지국으로부터 상기 단일 사용자 MIMO 모드와 다중 사용자 MIMO 모드중 미리 결정된 기본 MIMO모드를 수신하는 과정과,
    상기 설정된 기본 MIMO모드에 따른 제 1피드백 정보와, 상기 기본 MIMO모드이외의 MIMO모드에 따른 제 2피드백 정보를 추정하는 과정을 포함하며,
    여기서 상기 제 2피드백 정보는 상기 제 1피드백 정보를 근거로 계산된 값 함을 특징으로 하는 피드백 정보 전송 방법.
  4. 단일 사용자 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO)모드와 다중 사용자 MIMO 모드를 지원하는 무선 패킷 데이터 통신 시스템에서의 단말에 있어서,
    기지국으로부터 수신된 파일럿을 이용하여 상기 단일 사용자 MIMO모드와 상기 다중 사용자 MIMO 모드에 대한 채널을 추정하는 채널 추정기와,
    상기 추정된 채널을 근거로 상기 단일 사용자 MIMO모드와 상기 다중 사용자 MIMO 모드에 따른 채널 정보를 계산하는 피드백 정보 예측기와,
    상기 기지국으로부터 전송된 상기 단일 사용자 MIMO모드와 상기 다중 사용자 MIMO 모드중 기본 MIMO모드에 따른 제 1피드백 정보와 상기 기본 MIMO모드이외의 MIMO모드에 따른 제 2피드백 정보를 생성하는 피드백 신호 발생기와,
    상기 기본 MIMO모드에 따라 상기 피드백 신호 발생기를 제어하는 제어기를 포함함을 특징으로 하는 단말.
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