KR20080083808A - Apparatus and mathod for precoding in multiple input multiple output wireless communication system - Google Patents

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Abstract

A precoding apparatus in a MIMO(Multiple Input Multiple Output) wireless communication system and a method thereof are provided to maintain high channel capacity with a small amount of feedback information by combining and using column vectors of an identical unitary precoding matrix for each subband in precoding in a MIMO wireless communication system. A receiving block in a MIMO wireless communication system comprises a channel estimation part(112), a correlation matrix calculation part(114), and a codebook selection part(116). The channel estimation part estimates a channel with a transmitting block for each subband. Based on the channel information estimated by the channel estimation part, the correlation matrix calculation part produces a spatial correlation matrix. Using the spatial correlation matrix and the channel information, the codebook selection part selects a unitary precoding matrix to be used for the precoding of the transmitting block.

Description

다중 입출력 무선통신 시스템에서 프리코딩 장치 및 방법{APPARATUS AND MATHOD FOR PRECODING IN MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}Precoding apparatus and method in multi-input wireless communication system {APPARATUS AND MATHOD FOR PRECODING IN MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하는 도면,1 is a block diagram of a receiving end in a multiple input / output wireless communication system according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하는 도면,2 is a block diagram of a transmitter in a multiple input / output wireless communication system according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 통신 절차를 도시하는 도면,3 is a diagram illustrating a communication procedure of a receiving end in a multiple input / output wireless communication system according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 통신 절차를 도시하는 도면, 및4 is a diagram illustrating a communication procedure of a transmitting end in a multiple input / output wireless communication system according to an embodiment of the present invention; and

도 5는 본 발명에 따른 프리코딩 방식의 성능을 도시하는 도면.5 shows the performance of a precoding scheme according to the invention.

본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 상기 다중 입출력 무선통신 시스템에서 The present invention relates to a multiple input multiple output (MIMO) wireless communication system, and more particularly, to the multiple input and output wireless communication system

다중 입출력 기술은 최근 크게 주목받는 분야로, 현재 상기 다중 입출력 기술에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 상기 다중 입출력 기술은 다수의 안테나를 통한 다수의 스트림을 이용하여 통신을 수행함으로써, 단일 안테나를 사용하는 경우보다 채널 용량을 크게 개선 시킬 수 있는 기술이다. 예를 들어, 송수신단이 모두 M개의 송신 안테나 및 수신 안테나를 사용하고, 각 안테나 간의 채널이 독립적이며, 대역폭과 전체 송신 파워가 고정되었을 경우, 평균 채널 용량은 단일 안테나에 비해 M배 증가하게 된다.The multi-input / output technology has recently been attracting much attention, and active research on the multi-input / output technology is currently in progress. The multiple input / output technology is a technology that can significantly improve channel capacity than when using a single antenna by performing communication using a plurality of streams through a plurality of antennas. For example, if both transmitter and receiver use M transmit and receive antennas, and the channels between the antennas are independent, and the bandwidth and the total transmit power are fixed, the average channel capacity is increased by M times compared to a single antenna. .

상기 다중 입출력 기술을 사용하는 시스템은 신호의 채널 용량을 높이기 위해 프리코딩(Precoding) 기법을 사용하게 된다. 상기 프리코딩 기법은 각 안테나별로 송신되는 신호에 적절한 프리코딩 행렬를 곱함으로써 채널 용량을 높이는 기법이다. 다중 입출력 무선통신 시스템은 상기 프리코딩 기법의 성능 개선시키기 위해 채널 정보를 이용한다. 이때, 상기 채널 정보는 다양한 형태를 가지며, 크게 긴 주기(Long Term)의 채널 통계 정보와 짧은 주기(Short Term)의 채널 정보로 나누어진다.The system using the multiple input / output technique uses a precoding technique to increase the channel capacity of the signal. The precoding technique is a technique of increasing channel capacity by multiplying an appropriate precoding matrix by a signal transmitted for each antenna. The multiple input / output wireless communication system uses channel information to improve the performance of the precoding scheme. In this case, the channel information has various forms, and is divided into channel statistics information of a long term and channel information of a short term.

상기 긴 주기의 채널 통계 정보는 수 초 단위로 매우 느리게 변화하므로, 공간 상관 행렬과 같은 긴 주기의 채널 통계 정보를 이용하는 프리코딩 기법은 채널 정보 피드백이 거의 필요하지 않다. 더욱이, 상기 긴 주기의 채널 통계 정보는 주파수 대역에 독립적이다. 따라서. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)와 같은 다중 반송파 방식의 무선통신 시스템은 각 서브밴드(Subband)별로 채널 정보를 피드백하지 않아도 된다.Since the channel statistics of the long periods change very slowly every few seconds, the precoding scheme using channel statistics of the long periods such as a spatial correlation matrix requires little channel information feedback. Moreover, the long period channel statistical information is independent of frequency band. therefore. In a multi-carrier wireless communication system such as orthogonal frequency division multiple access (OFDMA), channel information does not need to be fed back for each subband.

상기 짧은 주기의 채널 정보를 이용하는 프리코딩 기법은 순시적인 채널에 적합한 가중치 집합, 즉, 프리코딩 행렬을 사용함으로써 높은 성능 향상을 가져온다. 하지만, 상기 짧은 주기의 채널 정보를 이용하는 프리코딩 기법은 많은 양의 피드백 정보를 요구한다. 특히, 다중 반송파 방식의 무선통신 시스템의 경우, 서브밴드 수가 증가함에 따라 상기 피드백 정보량이 증가한다. 또한, 상기 짧은 주기의 채널 정보 중에 전송 스트림 별로 전송률을 조절하는 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 방식을 사용하기 위해서, 각 전송 스트림들의 채널 상태 정보가 상기 피드백 정보에 포함되어야 한다. 그리고, 전송 랭크(Rank) 조절을 통한 다중 입출력 기술의 성능을 높이기 위해서, 순시적인 채널의 신호대 잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio)나 안테나 간의 공간 상관도 정보가 상기 피드백 정보에 포함되어야 한다.The precoding scheme using the short period channel information results in high performance by using a set of weights suitable for instantaneous channels, that is, a precoding matrix. However, the precoding scheme using the short period channel information requires a large amount of feedback information. In particular, in a multi-carrier wireless communication system, the amount of feedback information increases as the number of subbands increases. In addition, in order to use the adaptive modulation and coding (AMC) scheme for controlling a transmission rate for each transport stream among the short period channel information, channel state information of each transport stream should be included in the feedback information. In order to increase the performance of the multi-input / output technology through transmission rank adjustment, the instantaneous channel signal-to-noise ratio (SNR) or spatial correlation information between antennas should be included in the feedback information.

상술한 바와 같이, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 프리코딩을 수행하기 위해서는 채널 정보를 이용하며, 상기 채널 정보의 형태에 따라 피드백 정보량과 채널 용량이 변화한다. 이때, 상기 피드백 정보량과 채널 용량은 트레이드 오프(Trade Off) 관계에 있다. 따라서, 높은 성능을 유지함과 동시에 적은 피드백 정보량을 요구하는 프리코딩 기법의 제안이 필요하다.As described above, in order to perform precoding in a multiple input / output wireless communication system, channel information is used, and the amount of feedback information and the channel capacity change according to the type of channel information. In this case, the feedback information amount and the channel capacity are in a trade off relationship. Therefore, there is a need for a precoding scheme that requires a high amount of feedback information while maintaining high performance.

따라서, 본 발명의 목적은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 적은 양의 피드백 정보를 이용하되 큰 채널 용량을 유지하기 위한 프리코딩(Precoding) 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a precoding apparatus and method for maintaining a large channel capacity while using a small amount of feedback information in a multiple input multiple output (MIMO) wireless communication system.

본 발명의 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 모든 서브밴드(Subband)에 대해 동일한 단위 프리코딩 행렬 내의 열 벡터 집합으로 프리코딩을 수행하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for performing precoding with a set of column vectors within the same unit precoding matrix for all subbands in a multiple input / output wireless communication system.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단 장치는, 송신단과의 각 서브밴드별 채널을 추정하는 추정부와, 상기 채널 정보를 이용하여 공간 상관 행렬을 산출하는 산출부와, 상기 공간 상관 행렬 및 상기 채널 정보를 이용하여 송신단의 프리코딩(Precoding)에 사용될 단위(Unitary) 프리코딩 행렬을 선택하는 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, in a multiple input / output wireless communication system, a receiving end device includes an estimator for estimating a channel for each subband with a transmitting end, and a spatial correlation matrix using the channel information. And a selecting unit for selecting a unitary precoding matrix to be used for precoding of a transmitter using the spatial correlation matrix and the channel information.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단 장치는, 수신단으로부터 단위 프리코딩(Precoding) 행렬 선택 정보를 수신하는 수신부와, 상기 단위 프리코딩 행렬을 이용하여 송신 신호를 프리코딩하는 프리코더와, 상기 프리코딩된 송신 신호를 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention for achieving the above object, a transmitting end device in a multiple input and output wireless communication system, using a receiving unit for receiving unit precoding matrix selection information from the receiving end, and using the unit precoding matrix A precoder for precoding a transmission signal and a transmitter for transmitting the precoded transmission signal.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 통신 방법은, 송신단과의 각 서브밴드별 채널을 추정하는 과정과, 상기 채널 정보를 이용하여 공간 상관 행렬을 산출하는 과정과, 상기 공간 상관 행렬 및 상기 채널 정보를 이용하여 송신단의 프리코딩에 사용될 단위 프리코딩 행렬을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a third aspect of the present invention for achieving the above object, a communication method of a receiving end in a multiple input / output wireless communication system includes estimating a channel for each subband with a transmitting end, and using the channel information to perform a spatial correlation matrix. And calculating a unit precoding matrix to be used for precoding of the transmitter by using the spatial correlation matrix and the channel information.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 통신 방법은, 수신단으로부터 단위 프리코딩 행렬 선택 정보를 수신하는 과정과, 상기 단위 프리코딩 행렬을 이용하여 송신 신호를 프리코딩하는 과정과, 상기 프리코딩된 송신 신호를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a fourth aspect of the present invention for achieving the above object, a communication method of a transmitting end in a multiple input / output wireless communication system includes the steps of receiving unit precoding matrix selection information from a receiving end, and transmitting using the unit precoding matrix. And a step of precoding a signal and transmitting the precoded transmission signal.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하 본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiplu Output) 무선통신 시스템에서 적은양의 피드백 정보를 이용하되 큰 채널 용량을 유지하기 위한 프리코딩 기술에 대해 설명한다. 본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭함) 방식의 무선통신 시스템을 예로 들어 설명하며, 다른 방식의 무선통신 시스템에서도 동일하게 적용될 수 있다.Hereinafter, the present invention describes a precoding technique for maintaining a large channel capacity while using a small amount of feedback information in a multiple input multiple output (MIMO) wireless communication system. The present invention is described by taking an orthogonal frequency division multiplexing (hereinafter referred to as "OFDM") wireless communication system as an example, and may be equally applicable to other wireless communication systems.

먼저 본 발명에서 제안하고자 하는 프리코딩 방식을 위해 고안된 코드북(Codebook)에 대해 설명한다.First, a codebook designed for the precoding scheme proposed by the present invention will be described.

상기 코드북 설명의 편의를 위해, N개의 서브밴드(Subband) 중 n번째 서브밴드를 통해 전송되는 부스트림(Sub-Stream)의 수 Sn은 2라고 가정한다. 이때, 상기 코드북에 포함되는 단위 행렬(Unitary Matrix)의 일반적인 형태는 하기 <수학식 1>과 같다.For convenience of description of the codebook, it is assumed that the number S n of sub-streams transmitted through the n-th subband among N subbands is 2. In this case, a general form of a unitary matrix included in the codebook is shown in Equation 1 below.

Figure 112007020223167-PAT00001
Figure 112007020223167-PAT00001

상기 <수학식 1>에서, 상기 D는 단위 행렬, 상기 α는 0과 1 사이의 임의의 실수를 의미한다. In Equation 1, D denotes an identity matrix, and α denotes any real number between 0 and 1.

그리고, 송신 안테나가 2개인 경우의 일반적인 송신 상관 행렬은 하기 <수학식 2>와 같다.A general transmission correlation matrix in the case of two transmission antennas is shown in Equation 2 below.

Figure 112007020223167-PAT00002
Figure 112007020223167-PAT00002

상기 <수학식 2>에서, 상기 RT는 송신 상관 행렬, 상기 ρ는 임의의 복소수 를 의미한다.In Equation 2, R T is a transmission correlation matrix, and p is an arbitrary complex number.

만일, 수신단이 ZF(Zero Forcing) 기법을 사용하는 경우, m번째 스트림에 대한 신호대 간섭 및 잡음비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio)의 확률 밀도 함수(PDF : Probability Density Function)는 하기 <수학식 3>과 같다,If the receiver uses ZF (Zero Forcing), the probability density function (PDF: Probability Density Function) of the Signal to Interference and Noise Ratio (SINR) for the mth stream is 3>,

Figure 112007020223167-PAT00003
Figure 112007020223167-PAT00003

상기 <수학식 3>에서, 상기 fm(x) m번째 스트림에 대한 신호대 간섭 및 잡음비의 확률 밀도 함수, 상기 σm 2는 (DHRTD)-1의 대각 성분, 상기

Figure 112007020223167-PAT00004
는 수신 안테나의 평균 신호대 잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio)를 의미한다. 여기서, 상기 σm 2는 하기 <수학식 4>와 같이 산출된다.In Equation 3, the probability density function of the signal-to-interference and noise ratio for the f m (x) m-th stream, sigma m 2 is a diagonal component of (D H R T D) -1 ,
Figure 112007020223167-PAT00004
Denotes an average signal-to-noise ratio (SNR) of the receiving antenna. Here, sigma m 2 is calculated as in Equation 4 below.

Figure 112007020223167-PAT00005
Figure 112007020223167-PAT00005

상기 <수학식 4>에서, 상기 m은 스트림 인덱스, 상기 ρ는 송신 상관 행렬 계수, 단위 행렬 계수를 의미한다.In Equation 4, m denotes a stream index, and ρ denotes a transmission correlation matrix coefficient and a unit matrix coefficient.

이때, 2개의 스트림에 대한 평균 전송률 합은 하기 <수학식 5>와 같이 나타 낼 수 있다.In this case, the sum of average rates of two streams may be represented by Equation 5 below.

Figure 112007020223167-PAT00006
Figure 112007020223167-PAT00006

Figure 112007020223167-PAT00007
Figure 112007020223167-PAT00007

상기 <수학식 5>에서, 상기 E[·]는 기대값 연산자, 상기 m은 스트림 인덱스, 상기 fm(x) m번째 스트림에 대한 신호대 간섭 및 잡음비의 확률 밀도 함수, 상기 σm 2는 (DHRTD)-1의 대각 성분, 상기

Figure 112007020223167-PAT00008
는 수신 안테나의 평균 신호대 잡음비, 상기 Em(·)는 지수 적분(Exponential Integral) 연산자를 의미한다. 여기서, 상기 Em(·)는 하기 <수학식 6>과 같은 연산자이다.In Equation 5, E [·] is an expected value operator, m is a stream index, f m (x) is a probability density function of signal-to-interference and noise ratio for the m-th stream, and σ m 2 is ( Diagonal component of D H R T D) -1 , supra
Figure 112007020223167-PAT00008
Denotes an average signal-to-noise ratio of the receiving antenna, and E m (·) denotes an exponential integral operator. Here, E m (·) is an operator as shown in Equation 6 below.

Figure 112007020223167-PAT00009
Figure 112007020223167-PAT00009

이때, 임의의 송신 상관 행렬에 대하여 평균 전송률 합을 최대화하는 최적 프리코딩 행렬은 하기 <수학식 7>과 같다.In this case, an optimal precoding matrix for maximizing the average sum of transmission rates for any transmission correlation matrix is expressed by Equation 7 below.

Figure 112007020223167-PAT00010
Figure 112007020223167-PAT00010

상기 <수학식 7>에서, 상기 Dopt는 최적 프리코딩 행렬, 상기 l은 임의의 정수를 의미한다.In Equation 7, D opt is an optimal precoding matrix and l is an arbitrary integer.

한편, 신호대 잡음비가 낮거나 송신 상관도가 매우 높은 경우, 모든 스트림들을 사용하는 것보다 스트림 수를 감소시키고 스트림 당 가용한 송신 전력을 높이는 것이 시스템 용량을 증가시킬 수 있다. 즉, 스트림 수를 감소시키고 가중치 백터를 이용한 송신 빔포밍(Beamforming)을 수행하는 것이 최적의 전송 방식이라 할 수 있다. 이때, 송신 빔포밍에 의한 평균 전송률을 최대화하는 가중치 벡터는 상기 최적 프리코딩 행렬의 열 벡터 중 하나이다. On the other hand, when the signal-to-noise ratio is low or transmission correlation is very high, reducing the number of streams and increasing the available transmission power per stream can increase system capacity rather than using all streams. In other words, reducing the number of streams and performing transmission beamforming using the weighted vector may be an optimal transmission scheme. At this time, the weight vector maximizing the average rate by the transmission beamforming is one of the column vectors of the optimal precoding matrix.

상술한 프리코딩 행렬을 포함하는 코드북을 일반화하면 하기 <수학식 8>과 같이 나타낼 수 있다.Generalizing the codebook including the above-described precoding matrix may be represented by Equation 8 below.

Figure 112007020223167-PAT00011
Figure 112007020223167-PAT00011

상기 <수학식 8>에서, 상기 Ug는 코드북에 포함된 g번째 단위 프리코딩 행 렬, 상기 G는 코드북에 포함된 행렬 수, 상기

Figure 112007020223167-PAT00012
는 0과 π사이에서 G개로 균일하게 분포된 위상 값들 중 g번째 값을 의미한다. 상기 <수학식 8>에서 상기
Figure 112007020223167-PAT00013
는 로테이션(Rotation) 행렬이며, 상기
Figure 112007020223167-PAT00014
는 2차 퓨리에(Fourier) 행렬이다. 즉, 상기 2차 퓨리에 행렬을 상기
Figure 112007020223167-PAT00015
만큼 로테이션함으로써, 코드북의 단위 프리코딩 행렬이 결정된다. 예를 들어, 상기 코드북의 행렬 수 G가 2인 경우, 상기
Figure 112007020223167-PAT00016
는 {0, π/2} 또는 {π/4, 3π/4}가 된다.In Equation 8, U g is the g-th unit precoding matrix included in the codebook, G is the number of matrices included in the codebook,
Figure 112007020223167-PAT00012
Is the g th value among the G uniformly distributed phase values between 0 and π. In Equation 8,
Figure 112007020223167-PAT00013
Is a rotation matrix, and
Figure 112007020223167-PAT00014
Is the second order Fourier matrix. That is, the second order Fourier matrix
Figure 112007020223167-PAT00015
By rotating by, the unit precoding matrix of the codebook is determined. For example, when the matrix number G of the codebook is 2,
Figure 112007020223167-PAT00016
Becomes {0, π / 2} or {π / 4, 3π / 4}.

상기 <수학식 8>의 코드북은 2개의 송신 안테나를 가정한 경우이며, 이를 MT개의 송신 안테나인 경우로 일반화하면 하기 <수학식 9>와 같다.The codebook of Equation (8) assumes two transmit antennas, and when generalized to the case of M T transmit antennas, Equation (9) is given.

Figure 112007020223167-PAT00017
Figure 112007020223167-PAT00017

Figure 112007020223167-PAT00018
Figure 112007020223167-PAT00018

상기 <수학식 9>에서, 상기 Ug는 코드북에 포함된 g번째 단위 프리코딩 행 렬, 상기 G는 코드북에 포함된 행렬 수, 상기 MT는 송신 안테나 수, 상기

Figure 112007020223167-PAT00019
는 0과 π사이에서 G개로 균일하게 분포된 위상 값들 중 g번째 값을 의미한다.In Equation 9, U g is a g-th unit precoding matrix included in a codebook, G is a number of matrices included in a codebook, M T is a number of transmit antennas, and
Figure 112007020223167-PAT00019
Is the g th value among the G uniformly distributed phase values between 0 and π.

예를 들어, 상기 송신 안테나 수 MT가 4이고 프리코딩 행렬 수 G가 2인 경우, 상기 코드북에 포함된 단위 프리코딩 행렬들은 하기 <수학식 10>과 같다.For example, when the number of transmit antennas M T is 4 and the number of precoding matrices G is 2, the unit precoding matrices included in the codebook are expressed by Equation 10 below.

Figure 112007020223167-PAT00020
Figure 112007020223167-PAT00020

Figure 112007020223167-PAT00021
Figure 112007020223167-PAT00021

이하 본 발명은 상술한 바와 같이 고안된 코드북을 이용하여 통신을 수행하는 송신단과 수신단의 구성 및 동작 절차를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings the configuration and operation of the transmitter and the receiver performing communication using the codebook designed as described above.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하고 있다.1 is a block diagram of a receiver in a multiple input / output wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수신단은 다수의 RF(Radio Frequency) 수신기들(102-1 내지 102-N), 다수의 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, 이하 'ADC'라 칭함)들(104-1 내지 104-N), 다수의 OFDM 복조기들(106-1 내지 106-N), 다수의 복조 및 복호기들(108-1 내지 108-N), 다중화기(110), 채널 추정부(112), 상관 행렬 산출부(114), 코드북 선택부(116) 및 피드백 송신부(118)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the receiving end includes a plurality of RF receivers 102-1 to 102 -N and a plurality of analog to digital converters (ADCs). 104-1 to 104-N, multiple OFDM demodulators 106-1 to 106-N, multiple demodulators and decoders 108-1 to 108-N, multiplexer 110, channel estimator And a correlation matrix calculator 114, a codebook selector 116, and a feedback transmitter 118.

상기 다수의 RF 수신기들(102-1 내지 102-N)은 각 수신 안테나를 통해 수신되는 RF대역 신호를 기저대역 신호로 변환한다. 상기 다수의 ADC들(104-1 내지 104-N)은 대응되는 RF 수신기로부터 제공되는 아날로그 신호를 샘플링 및 양자화하여 디지털 신호로 변환한다. 상기 다수의 OFDM 복조기들(106-1 내지 106-N)은 대응되는 ADC로부터 제공되는 신호를 OFDM 심벌단위로 구분하고, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 부반송파별 복소 심벌로 변환한다. 상기 다수의 복조 및 복호기들(108-1 내지 108-2)은 대응되는 OFDM 변조기로부터 제공되는 복소 심벌을 해당 방식으로 복조 및 복호하여 정보 비트열로 변환한다. 상기 다중화기(110)는 상기 다수의 복조 및 복호기들(108-1 내지 108-N)로부터 각 안테나 경로별로 제공되는 정보 비트열을 해당 프로세스에 따라 정렬하여 출력한다.The plurality of RF receivers 102-1 through 102-N converts an RF band signal received through each receive antenna into a baseband signal. The plurality of ADCs 104-1 to 104-N sample, quantize, and convert an analog signal provided from a corresponding RF receiver into a digital signal. The plurality of OFDM demodulators 106-1 to 106-N classify signals provided from corresponding ADCs in OFDM symbol units and convert them into complex symbols for each subcarrier through fast fourier transform (FFT) operations. The plurality of demodulators and decoders 108-1 to 108-2 demodulate and decode complex symbols provided from corresponding OFDM modulators in a corresponding manner to convert them into information bit strings. The multiplexer 110 arranges and outputs an information bit string provided for each antenna path from the plurality of demodulators and decoders 108-1 to 108-N according to a corresponding process.

상기 채널 추정부(112)는 수신 신호를 이용하여 수신단에서 송신단으로의 채널을 추정한다. 여기서, 상기 채널은 각 안테나별, 각 서브밴드 별로 추정된다.The channel estimator 112 estimates a channel from the receiving end to the transmitting end using the received signal. Here, the channel is estimated for each antenna and each subband.

상기 상관 행렬 산출부(114)는 상기 채널 추정부(112)에 의해 추정된 채널 정보를 이용하여 공간 상관 행렬을 산출한다. 예를 들어, 상기 상관 행렬 산출부(114)는 하기 <수학식 11>과 같이 상기 공간 상관 행렬을 산출한다.The correlation matrix calculator 114 calculates a spatial correlation matrix using the channel information estimated by the channel estimator 112. For example, the correlation matrix calculator 114 calculates the spatial correlation matrix as shown in Equation 11 below.

Figure 112007020223167-PAT00022
Figure 112007020223167-PAT00022

상기 <수학식 11>에서, 상기 Rn은 n번째 서브밴드의 공간 상관 행렬, 상기 Hn은 n번째 서브밴드의 채널 행렬을 의미한다. 여기서, 상기 공간 상관 행렬 Rn은 정해진 시간 동안의 평균값이며, 모든 서브밴드에 대해 동일하다. In Equation 11, R n denotes a spatial correlation matrix of the n th subband, and H n denotes a channel matrix of the n th subband. Here, the spatial correlation matrix R n is an average value for a predetermined time and is the same for all subbands.

그리고, 상기 상관 행렬 산출부(114)는 상기 채널 추정부(112)로부터 변화하는 채널 정보를 제공받아, 지속적으로상기 공간 상관 행렬을 갱신한다. The correlation matrix calculator 114 receives the channel information changed from the channel estimator 112 and continuously updates the spatial correlation matrix.

상기 코드북 선택부(116)는 미리 정해진 코드북 내에서 채널 상태에 적합한 단위 프리코딩 행렬 및 열 벡터를 선택한다. 먼저, 단위 프리코딩 행렬의 선택을 살펴보면, 상기 코드북 선택부(116)는 하기 <수학식 12>에 따라 평균 전송률을 최대화하는 단위 프리코딩 행렬을 선택한다.The codebook selector 116 selects a unit precoding matrix and a column vector suitable for a channel state within a predetermined codebook. First, referring to the selection of the unit precoding matrix, the codebook selector 116 selects the unit precoding matrix that maximizes the average data rate according to Equation 12 below.

Figure 112007020223167-PAT00023
Figure 112007020223167-PAT00023

상기 <수학식 12>에서, 상기 Ug *는 단위 프리코딩 행렬, 상기 Ug는 g번째 프 리코딩 행렬, 상기 G는 코드북에 포함된 프리코딩 행렬 개수, 상기 σ2 g, max는 (UH gRUg)-1의 대각 성분 중 최대값, 상기 σ2 g, min는 (UH gRUg)-1의 대각 성분 중 최소값을 의미한다.In Equation 12, U g * is a unit precoding matrix, U g is a g-th precoding matrix, G is the number of precoding matrices included in the codebook, σ 2 g, max is (U H g RU g ) -1 is the maximum value of the diagonal component, σ 2 g, min means the minimum value of the diagonal component of (U H g RU g ) -1 .

상기 <수학식 12>와 같이, (UH gRUg)-1의 대각 성분 중 최대값 제곱과 최소값 제곱의 차이가 가장 큰 프리코딩 행렬을 선택하는 것은 상기 공간 상관 행렬 R의 아이겐(Eigen) 행렬에 가장 근사한 프리코딩 행렬을 선택하고자 하는 의도이다. As shown in Equation 12, selecting the precoding matrix having the largest difference between the maximum square and the minimum square among the diagonal components of (U H g RU g ) −1 is Eigen of the spatial correlation matrix R. The intention is to select a precoding matrix that is closest to the matrix.

그리고, 상기 열 벡터의 선택을 살펴보면, 상기 코드북 선택부(116)는 상기 단위 프리코딩 행렬 내의 열 벡터 중 전송률을 최대화하는 조합을 선택한다. 단, 상기 열 벡터는 각 서브밴드별 채널 정보에 따라, 각 서브밴드별로 선택된다. 상기 코드북 선택부(116)는 최적의 열 벡터 조합을 결정하기 위해 가능한 열 벡터 조합에 대해 전송률을 모두 계산하여 비교한다. 예를 들어, 선택된 단위 프리코딩 행렬 Ug *가 [ug,1 ug ,2 ug ,3 gu ,4]의 4개의 열을 갖는 경우, 상기 코드북 선택부(116)는 하기 <수학식 13>과 같은 모든 조합에 대해 전송률을 계산한다.In addition, referring to the selection of the column vector, the codebook selector 116 selects a combination of maximizing a transmission rate among the column vectors in the unit precoding matrix. However, the column vector is selected for each subband according to channel information for each subband. The codebook selector 116 calculates and compares all transmission rates with respect to the possible column vector combinations in order to determine the optimal column vector combination. For example, when the selected unit precoding matrix U g * has four columns of [u g, 1 u g , 2 u g , 3 g u , 4 ], the codebook selector 116 is Calculate the rate for all combinations such as

Figure 112007020223167-PAT00024
Figure 112007020223167-PAT00024

Figure 112007020223167-PAT00025
Figure 112007020223167-PAT00025

Figure 112007020223167-PAT00026
Figure 112007020223167-PAT00026

Figure 112007020223167-PAT00027
Figure 112007020223167-PAT00027

Figure 112007020223167-PAT00028
Figure 112007020223167-PAT00028

Figure 112007020223167-PAT00029
Figure 112007020223167-PAT00029

상기 <수학식 13>에서, 상기 Sn은 사용되는 스트림 수, 상기 ug ,k는 선택된 최적 프리코딩 행렬의 k번째 열 벡터를 의미한다.In Equation 13, S n is the number of streams used, and u g , k denotes a k-th column vector of the selected optimal precoding matrix.

여기서, 상기 코드북 선택부(116)는 상기 가능한 열 벡터 조합 각각의 전송률 계산 시 각 스트림에 대한 전력 분배는 동일하게 한다고 가정한다. 다시 말해, 상기 코드북 선택부(116)는 가능한 열 벡터 조합 각각에 대한 전송률을 계산한 후, 가장 높은 전송률을 보이는 열 벡터 조합을 해당 서브밴드에서의 최적(Optimal) 프리코딩 행렬로 결정한다.Here, the codebook selector 116 assumes that the power distribution for each stream is the same when calculating the rate of each of the possible column vector combinations. In other words, the codebook selector 116 calculates a transmission rate for each possible column vector combination, and then determines the column vector combination having the highest transmission rate as an optimal precoding matrix in the corresponding subband.

상기 피드백 송신부(118)는 송신단의 프리코딩을 위해 필요한 피드백 정보를 송신한다. 다시 말해, 상기 피드백 송신부(118)는 상기 코드북 선택부(116)에 의해 선택된 단위 프리코딩 행렬 선택 정보 및 열 벡터 선택 정보를 송신단으로 송신한다. 여기서, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보는 긴 주기 피드백을 통해 송신단으로 송신되며, 송신 시기는 상기 코드북 선택부(116)에 의해 선택된 단위 프리코딩 행렬이 변화한 시점이다. 또한, 상기 열 벡터 선택 정보는 주기적으로 송신되 며, 선택된 열 벡터에 의한 신호대 간섭 및 잡음비 정보도 함께 송신된다. 여기서, 이때, 상기 송신되는 정보들은 CQI(Channel Quality Information) 피드백 채널을 통해 송신될 수 있으며, 송신 주기는 수 프레임 정도이다.The feedback transmitter 118 transmits feedback information necessary for precoding of the transmitter. In other words, the feedback transmitter 118 transmits the unit precoding matrix selection information and the column vector selection information selected by the codebook selection unit 116 to the transmitter. Herein, the unit precoding matrix selection information is transmitted to the transmitter through a long period feedback, and the transmission time is a time point at which the unit precoding matrix selected by the codebook selecting unit 116 changes. In addition, the column vector selection information is periodically transmitted, and signal-to-interference and noise ratio information by the selected column vector is also transmitted. In this case, the transmitted information may be transmitted through a channel quality information (CQI) feedback channel, and a transmission period is about several frames.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하고 있다.2 is a block diagram of a transmitter in a multiple input / output wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 송신단은 피드백 수신부(202), 제어부(204), 데이터 버퍼(206), 역다중화기(208), 다수의 부호화 및 변조기들(210-1 내지 210-N), 프리코더(212), 다수의 OFDM 변조기들(214-1 내지 214-N), 다수의 디지털 아날로그 변환기(Digital to Analog Converter, 이하 'DAC'라 칭함)들(216-1 내지 216-N), 다수의 RF 송신기들(218-1 내지 218-N)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the transmitter has a feedback receiver 202, a controller 204, a data buffer 206, a demultiplexer 208, and a plurality of encoders and modulators 210-1 to 210 -N. , Precoder 212, multiple OFDM modulators 214-1 through 214-N, multiple digital to analog converters (DACs) 216-1 through 216-N And a plurality of RF transmitters 218-1 through 218-N.

상기 피드백 수신부(202)는 프리코딩을 위해 필요한 피드백 정보를 수신단으로부터 수신한다. 다시 말해, 상기 피드백 수신부(202)는 수신단에 의해 선택된 단위 프리코딩 행렬 선택 정보 및 열 벡터 선택 정보를 수신한다. 여기서, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보는 긴 주기 피드백을 통해 수신되며, 수신 시기는 상기 단위 프리코딩 행렬이 변경되었을 시점이다. 따라서, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보의 수신은 주기적이지 않을 수 있다. 또한, 상기 열 벡터 선택 정보는 주기적으로 수신되며, 선택된 열 벡터에 의한 신호대 간섭 및 잡음비 정보도 함께 수신된다. 여기서, 상기 열 벡터 선택 정보의 수신 주기는 수 프레임 정도이다.The feedback receiver 202 receives feedback information necessary for precoding from the receiver. In other words, the feedback receiver 202 receives unit precoding matrix selection information and column vector selection information selected by the receiver. Here, the unit precoding matrix selection information is received through long period feedback, and the reception timing is a time point when the unit precoding matrix is changed. Therefore, the reception of the unit precoding matrix selection information may not be periodic. In addition, the column vector selection information is periodically received, and signal-to-interference and noise ratio information by the selected column vector is also received. Here, the reception period of the column vector selection information is about several frames.

상기 제어부(204)는 상기 피드백 수신부(202)를 통해 수신된 피드백 정보에 따라 수신단으로 송신되는 신호를 프리코딩하도록 제어한다. 즉, 상기 제어부(204)는 미리 정해진 코드북 내에서 선택된 단위 프리코딩 행렬을 확인하고, 상기 단위 프리코딩 행렬 내에서 선택된 열 벡터를 확인한다. 그리고, 상기 제어부(204)는 상기 선택된 열 벡터로 구성된 최적 프리코딩 행렬을 이용하여 프리코딩을 수행하도록 상기 프리코더(212)를 제어한다. 이때, 상기 최적 프리코딩 행렬은 각 서브밴드별로 구성된다.The controller 204 controls to precode a signal transmitted to the receiver according to the feedback information received through the feedback receiver 202. That is, the controller 204 checks the unit precoding matrix selected in the predetermined codebook and checks the column vector selected in the unit precoding matrix. The controller 204 controls the precoder 212 to perform precoding using an optimal precoding matrix composed of the selected column vector. In this case, the optimal precoding matrix is configured for each subband.

상기 데이터 버퍼(206)는 수신단으로 송신할 트래픽 데이터를 저장하고, 상기 제어부(204)의 제어에 따라 출력한다. 상기 역다중화기(208)는 상기 데이터 버퍼(206)로부터 제공되는 정보 비트열을 사용되는 스트림 수에 따라 분배하여 출력한다. 상기 다수의 부호화 및 변조기들(210-1 내지 210-N)은 대응되는 안테나 경로에 대한 정보 비트열을 해당 방식으로 부호화 및 변조하여 복소 심벌로 변환한다. 상기 프리코더(212)는 상기 제어부(204)의 제어에 따라 송신 신호를 프리코딩한다. 이때, 상기 프리코더(212)는 각 스트림 별로 동일한 크기의 전력을 할당한다. The data buffer 206 stores the traffic data to be transmitted to the receiving end and outputs the data under the control of the controller 204. The demultiplexer 208 distributes and outputs the information bit stream provided from the data buffer 206 according to the number of streams used. The plurality of encoders and modulators 210-1 to 210-N encode and modulate the information bit streams for corresponding antenna paths in a corresponding manner to convert them into complex symbols. The precoder 212 precodes a transmission signal under the control of the controller 204. In this case, the precoder 212 allocates power of the same size for each stream.

상기 다수의 OFDM 변조기들(214-1 내지 214-N)은 상기 프리코더(212)로부터 제공되는 각 스트림별 신호들을 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 OFDM 심벌로 변환한다. 상기 다수의 DAC들(216-1 내지 216-N)은 대응되는 OFDM 변조기로부터 제공되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 다수의 RF 송신기들(218-1 내지 218-N)은 대응되는 DAC로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF대역 신호로 변환하여 해당 안테나를 통해 송신한다.The plurality of OFDM modulators 214-1 to 212 -N converts the signals for each stream provided from the precoder 212 into OFDM symbols through an inverse fast fourier transform (IFFT) operation. The plurality of DACs 216-1 through 216 -N converts a digital signal provided from a corresponding OFDM modulator into an analog signal. The plurality of RF transmitters 218-1 to 218 -N converts a baseband signal provided from a corresponding DAC into an RF band signal and transmits the same through an antenna.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 통신 절차를 도시하고 있다.3 illustrates a communication procedure of a receiver in a multiple input / output wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 3을 참조하면, 상기 수신단은 301단계에서 송신단으로부터 수신되는 신호를 이용하여 상기 송신단과의 서브 밴드별 채널을 추정한다.Referring to FIG. 3, the receiving end estimates a channel for each subband from the transmitting end using a signal received from the transmitting end in step 301.

상기 채널을 추정한 후, 상기 수신단은 303단계로 진행하여 상기 추정된 채널 정보를 이용하여 공간 상관 행렬을 산출한다. 예를 들어, 상기 공간 상관 행렬은 상기 <수학식 11>과 같이 산출된다.After estimating the channel, the receiver proceeds to step 303 and calculates a spatial correlation matrix using the estimated channel information. For example, the spatial correlation matrix is calculated as in Equation 11 above.

상기 공간 상관 행렬을 산출한 후, 상기 수신단은 305단계로 진행하여 미리 정해진 코드북 내에서 평균 전송률이 최대가 되는 단위 프리코딩 행렬을 선택한다. 여기서, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택은 상기 <수학식 12>에 따라 수행된다.After calculating the spatial correlation matrix, the receiver proceeds to step 305 and selects a unit precoding matrix having a maximum average rate in a predetermined codebook. Here, the unit precoding matrix selection is performed according to Equation 12.

이어, 상기 수신단은 307단계로 진행하여 상기 선택된 단위 프리코딩 행렬이 이전과 변화하였는지 확인한다. 만일, 상기 선택된 단위 프리코딩 행렬이 이전과 동일하면, 상기 수신단은 311단계로 진행한다.In operation 307, the receiver determines whether the selected unit precoding matrix has changed from the previous stage. If the selected unit precoding matrix is the same as before, the receiver proceeds to step 311.

반면, 상기 선택된 단위 프리코딩 행렬이 이전과 다르면, 상기 수신단은 309단계로 진행하여 각 서브밴드별로 전송률이 최대가 되는 열 벡터 조합을 선택한다. 상기 수신단은 상기 열 벡터를 선택하기 위해 가능한 모든 열 벡터 조합에 대한 전송률을 계산한 후, 비교한다.On the other hand, if the selected unit precoding matrix is different from before, the receiver proceeds to step 309 and selects a column vector combination having a maximum data rate for each subband. The receiver computes and compares the rates for all possible column vector combinations to select the column vectors.

상기 열 벡터 조합을 선택한 후, 상기 수신단은 311단계로 진행하여 상기 열 벡터 조합 선택 정보 및 선택된 열 벡터 조합으로 인한 신호대 간섭 및 잡음비 정보를 송신한다. 이때, 상기 송신되는 정보들은 CQI 피드백 채널을 통해 송신될 수 있으며, 송신 주기는 수 프레임 정도이다.After selecting the column vector combination, the receiver proceeds to step 311 to transmit signal-to-interference and noise ratio information due to the column vector combination selection information and the selected column vector combination. In this case, the transmitted information may be transmitted through a CQI feedback channel, and the transmission period is about several frames.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 통신 절차를 도시하고 있다.4 illustrates a communication procedure of a transmitter in a multiple input / output wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 4를 참조하면, 상기 송신단은 401단계에서 수신단으로부터 단위 프리코딩 행렬 선택 정보 및 열 벡터 조합 선택 정보가 수신되는지 확인한다. 여기서, 상기 열 벡터 조합 선택 정보는 일정 주기로 수신되지만, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보는 주기적으로 수신되지 않을 수 있다. 그리고, 상기 열 벡터 조합 선택 정보는 짧은 주기 피드백을 통해 수신되고, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보는 긴 주기 피드백을 통해 수신된다. 여기서, 상기 열 벡터 조합 선택 정보의 수신 주기는 수 프레임 정도이다.Referring to FIG. 4, in step 401, the transmitter determines whether unit precoding matrix selection information and column vector combination selection information are received from the receiver. Here, the column vector combination selection information is received at a predetermined period, but the unit precoding matrix selection information may not be periodically received. The column vector combination selection information is received through short period feedback, and the unit precoding matrix selection information is received through long period feedback. Here, the reception period of the column vector combination selection information is about several frames.

상기 정보들이 피드백되면, 상기 송신단은 403단계로 진행하여 상기 피드백 정보에 따라 상기 수신단으로 송신되는 신호들을 프리코딩한다. 이때, 상기 신호 송신에 사용되는 스트림 수는 상기 열 벡터 조합 선택 정보에 따라 달라진다.If the information is fed back, the transmitter proceeds to step 403 to precode signals transmitted to the receiver according to the feedback information. In this case, the number of streams used for the signal transmission depends on the column vector combination selection information.

이어, 상기 송신단은 405단계로 진행하여 각 스트림에 균일하게 전력할당하여 프리코딩된 신호를 송신한다.Subsequently, the transmitter proceeds to step 405 to uniformly allocate power to each stream and transmit a precoded signal.

도 5는 본 발명에 따른 프리코딩 방식의 성능을 도시하고 있다. 상기 도 5는 본 발명에 따른 프리코딩을 적용하여 모의 실험한 결과 그래프이다. 상기 모의 실험은 송신 안테나 및 수신 안테나 수를 4개, 대역폭을 10MHz, 서브밴드 수를 12개, 기지국간 간격을 1km, 하나의 셀의 섹터 수는 3개, 피드백 에러율을 4%, 피드백 시간 지연을 15ms로 가정하였다.5 shows the performance of the precoding scheme according to the invention. 5 is a graph showing a simulation result by applying the precoding according to the present invention. In the simulation, the number of transmit and receive antennas is 4, the bandwidth is 10 MHz, the number of subbands is 12, the distance between base stations is 1km, the number of sectors in one cell is 3, the feedback error rate is 4%, and the feedback time delay is Is assumed to be 15 ms.

상기 도 5의 (a)는 송신 안테나 간격이 0.64λ인 경우의 결과 그래프이고, 상기 도 5의 (b)는 송신 안테나 간격이 4λ인 경우의 결과 그래프이다. 상기 도 5의 (a) 및 (b)에서, 가로축은 섹터 당 단말 수를 나타내고, 세로축은 섹터 당 시스템 전송률을 나타낸다. 또한, 상기 도 5의 (a) 및 (b)에서 비교하고 있는 기술들은 하기 <표 1>과 같다.5A is a result graph when the transmission antenna spacing is 0.64λ, and FIG. 5B is a result graph when the transmission antenna spacing is 4λ. 5A and 5B, the horizontal axis represents the number of terminals per sector, and the vertical axis represents the system data rate per sector. In addition, techniques compared in FIGS. 5A and 5B are shown in Table 1 below.

No unitary precoding matrix selection (G=1)  No unitary precoding matrix selection (G = 1) Unitary precoding matrix selection pre user and subband (G=2)  Unitary precoding matrix selection pre user and subband (G = 2) Unitary precoding matrix selction pre user(G=2) Unitary precoding matrix selction pre user (G = 2) 코드북이 1개의 단위 프리코딩 행렬만을 포함하는 경우. daerCQI 피드백을 통해 전송 랭크 조절.   If the codebook contains only one unit precoding matrix. Transmission rank adjustment via daerCQI feedback. 코드북이 2개의 단위 프리코딩 행렬을 포함하는 경우. CQI 피드백을 통해 전송 랭크 조절. 각 단말은 서브밴드별 단위 프리코딩 행렬을 선택하여 피드백(N×1×user×slot비트의 피드백 발생).   If the codebook contains two unit precoding matrices. Transmission rank adjustment via CQI feedback. Each terminal feeds back by selecting a unit precoding matrix for each subband (feedback of N × 1 × user × slot bits). 코드북이 2개의 단위 프리코딩 행렬을 포함하는 경우. CQI 피드백을 통해 전송 랭크 조절. 본 발명에 해당하는 기술로 각 단말은 모든 서브밴드에 공통으로 사용할 단위 프리코딩 행렬을 피드백(1×users비트의 피드백 발생).   If the codebook contains two unit precoding matrices. Transmission rank adjustment via CQI feedback. According to the present invention, each terminal feeds back a unit precoding matrix to be used for all subbands in common (1 × users bit feedback is generated).

상기 도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 기술인 'Unitary precoding matrix selction pre user'의 경우는 'No unitary precoding matrix selection'의 경우와 거의 유사한 양의 피드백이 발생하지만, 많은 용량 증가를 보이고 있다. 또한 본 발명에 따른 기술인 'Unitary precoding matrix selction pre user'의 경우는 'Unitary precoding matrix selection pre user and subband'의 경우에 비해 적은 양의 피드백이 발생하지만, 거의 유사한 성능을 보이고 있다.Referring to (a) and (b) of FIG. 5, in the case of 'Unitary precoding matrix selction pre user', which is a technique according to the present invention, the amount of feedback is substantially similar to that of 'No unitary precoding matrix selection'. There is a lot of capacity increase. In addition, the 'Unitary precoding matrix selction pre user' according to the present invention has a smaller amount of feedback than the 'Unitary precoding matrix selection pre user and subband', but shows almost similar performance.

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 아니 되며 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 determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

상술한 바와 같이, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 프리코딩(Precoding) 시 각 서브밴드(Subband)에 대해 동일한 단위(Unitary) 프리코딩 행렬의 열 벡터를 조합하여 사용함으로써, 시스템은 적은 양의 피드백으로 높은 채널 용량을 유지할 수 있다.As described above, by using a combination of column vectors of the same unitary precoding matrix for each subband during precoding in a multi-input / output wireless communication system, the system has a high amount of feedback. Channel capacity can be maintained.

Claims (32)

다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 수신단 장치에 있어서,Multiple Input Multiple Output (MIMO) In a receiving end device in a wireless communication system, 송신단과의 각 서브밴드(Subband)별 채널을 추정하는 추정부와,An estimator for estimating a channel for each subband with the transmitter; 상기 채널 정보를 이용하여 공간 상관 행렬을 산출하는 산출부와,A calculator which calculates a spatial correlation matrix using the channel information; 상기 공간 상관 행렬 및 상기 채널 정보를 이용하여 송신단의 프리코딩(Precoding)에 사용될 단위(Unitary) 프리코딩 행렬을 선택하는 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a selector for selecting a unitary precoding matrix to be used for precoding of a transmitter by using the spatial correlation matrix and the channel information. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 산출부는, 하기 수식과 같이 상기 공간 상관 행렬을 산출하는 것을 특징으로 하는 장치,The calculating unit is characterized in that for calculating the spatial correlation matrix as shown in the following equation,
Figure 112007020223167-PAT00030
Figure 112007020223167-PAT00030
 여기서, 상기 Rn은 n번째 서브밴드의 공간 상관 행렬, 상기 Hn은 n번째 서브밴드의 채널 행렬을 의미함.Where R n is a spatial correlation matrix of the nth subband, and H n is a channel matrix of the nth subband. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 산출부는, 소정 시간 동안 산출된 결과값들을 평균화하여 상기 공간 상관 행렬을 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.And the calculating unit calculates the spatial correlation matrix by averaging the result values calculated for a predetermined time. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 선택부는, 미리 정해진 코드북 내에 포함된 하기 수식과 같은 형태의 단위 프리코딩 행렬들 중 하나의 단위 프리코딩 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치,The selector, characterized in that for selecting one of the unit precoding matrix of the unit precoding matrix of the form of the following formula included in the predetermined codebook,
Figure 112007020223167-PAT00031
Figure 112007020223167-PAT00031
Figure 112007020223167-PAT00032
Figure 112007020223167-PAT00032
 여기서, 상기 Ug는 코드북에 포함된 g번째 단위 프리코딩 행렬, 상기 G는 코드북에 포함된 행렬 수, 상기 MT는 송신 안테나 수, 상기
Figure 112007020223167-PAT00033
는 0과 π사이에서 G개 로 균일하게 분포된 위상 값들 중 g번째 값을 의미함.Where U g is the g-th unit precoding matrix included in the codebook, G is the number of matrices included in the codebook, M T is the number of transmit antennas, and
Figure 112007020223167-PAT00033
Is the g-th of the G uniformly distributed phase values between 0 and π. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 선택부는, 하기 수식에 따라 상기 단위 프리코딩 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치,The selector, characterized in that for selecting the unit precoding matrix according to the following formula,
Figure 112007020223167-PAT00034
Figure 112007020223167-PAT00034
 여기서, 상기 Ug *는 선택된 단위 프리코딩 행렬, 상기 Ug는 g번째 프리코딩 행렬, 상기 G는 코드북에 포함된 프리코딩 행렬 개수, 상기 σ2 g, max는 (UH gRUg)-1의 대각 성분 중 최대값, 상기 σ2 g, min는 (UH gRUg)-1의 대각 성분 중 최소값, 상기 R은 상기 공간 상관 행렬을 의미함.Where U g * is the selected unit precoding matrix, U g is the g th precoding matrix, G is the number of precoding matrices included in the codebook, σ 2 g, max is (U H g RU g ) − The maximum value of the diagonal component of 1 , sigma 2 g, min is the minimum value of the diagonal component of (U H g RU g ) -1 , R is the spatial correlation matrix. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 선택부는,The selection unit, 상기 단위 프리코딩 행렬 내의 열 벡터를 조합함으로써, 각 서브밴드별 프리코딩 시 사용될 최적 프리코딩 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.And combining the column vectors in the unit precoding matrix to select an optimal precoding matrix to be used for precoding for each subband. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 선택부는, The selection unit, 상기 단위 프리코딩 행렬 내에서 가능한 모든 열 벡터 조합에 대한 전송률을 계산한 후, 상기 전송률이 최대가 되는 열 벡터 조합을 최적 프리코딩 행렬로 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.And calculating a transmission rate for all possible column vector combinations in the unit precoding matrix, and then selecting a column vector combination having the maximum transmission rate as an optimal precoding matrix. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보, 열 벡터 조합 선택 정보, 선택된 열 벡터 조합으로 인한 수신 신호 세기 정보를 상기 송신단으로 송신하는 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a transmitter configured to transmit the unit precoding matrix selection information, the column vector combination selection information, and the received signal strength information due to the selected column vector combination to the transmitter. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 송신부는, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보는 상기 열 벡터 조합 선택 정보에 비해 긴 주기로 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.And the transmitting unit transmits the unit precoding matrix selection information at a longer period than the column vector combination selection information. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 송신부는, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보가 변화하는 경우에 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.And the transmitter transmits the unit precoding matrix selection information when the unit precoding matrix selection information changes. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 송신부는, 상기 열 벡터 선택 정보를 CQI(Channel Quality Information) 피드백 채널을 통해 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.And the transmitter transmits the column vector selection information through a channel quality information (CQI) feedback channel. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 송신단 장치에 있어서,Multiple Input Multiple Output (MIMO) In a transmitting end device in a wireless communication system, 수신단으로부터 단위(Unitary) 프리코딩(Precoding) 행렬 선택 정보를 수신하는 수신부와,A receiver for receiving unitary precoding matrix selection information from a receiver; 상기 단위 프리코딩 행렬을 이용하여 송신 신호를 프리코딩하는 프리코더와,A precoder for precoding a transmission signal using the unit precoding matrix; 상기 프리코딩된 송신 신호를 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a transmitter for transmitting the precoded transmission signal. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 수신부는, 각 서브밴드(Subband)에 대한 프리코딩 시 사용할 상기 단위 프리코딩 행렬 내의 열 벡터 조합 선택 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 장치.And the receiving unit receives column vector combination selection information in the unit precoding matrix to be used when precoding each subband. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 수신부는, 상기 단위 프리코딩 행렬 수신 주기에 비해 짧은 주기로 상기 열 벡터 조합 선택 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 장치.And the receiving unit receives the column vector combination selection information in a shorter period than the unit precoding matrix receiving period. 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 수신부는, CQI(Channel Quality Information) 피드백 채널을 통해 상기 열 벡터 조합 선택 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 장치. And the receiving unit receives the column vector combination selection information through a channel quality information (CQI) feedback channel. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 프리코더는, 각 송신 스트림에 균일하게 전력을 할당하는 것을 특징으로 하는 장치.And the precoder allocates power uniformly to each transmission stream. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 수신단의 통신 방법에 있어서,Multiple Input Multiple Output (MIMO) In a communication method of a receiver in a wireless communication system, 송신단과의 각 서브밴드(Subband)별 채널을 추정하는 과정과,Estimating a channel for each subband with the transmitter; 상기 채널 정보를 이용하여 공간 상관 행렬을 산출하는 과정과,Calculating a spatial correlation matrix using the channel information; 상기 공간 상관 행렬 및 상기 채널 정보를 이용하여 송신단의 프리코딩(Precoding)에 사용될 단위(Unitary) 프리코딩 행렬을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And selecting a unitary precoding matrix to be used for precoding of a transmitter by using the spatial correlation matrix and the channel information. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 공간 상관 행렬은, 하기 수식과 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법,Wherein the spatial correlation matrix is calculated as in the following equation,
Figure 112007020223167-PAT00035
Figure 112007020223167-PAT00035
 여기서, 상기 Rn은 n번째 서브밴드의 공간 상관 행렬, 상기 Hn은 n번째 서브밴드의 채널 행렬을 의미함.Where R n is a spatial correlation matrix of the nth subband, and H n is a channel matrix of the nth subband. 제 18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 공간 상관 행렬은, 소정 시간 동안 산출된 결과값들을 평균화한 후 단위 프리코딩 행렬 선택에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.The spatial correlation matrix is used to select a unit precoding matrix after averaging the result values calculated for a predetermined time. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 단위 프리코딩 행렬은, 미리 정해진 코드북 내에 포함된 하기 수식과 같은 형태의 단위 프리코딩 행렬들 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법,Wherein the unit precoding matrix is one of unit precoding matrices of a form such as the following equation included in a predetermined codebook,
Figure 112007020223167-PAT00036
Figure 112007020223167-PAT00036
Figure 112007020223167-PAT00037
Figure 112007020223167-PAT00037
 여기서, 상기 Ug는 코드북에 포함된 g번째 단위 프리코딩 행렬, 상기 G는 코드북에 포함된 행렬 수, 상기 MT는 송신 안테나 수, 상기
Figure 112007020223167-PAT00038
는 0과 π사이에서 G개로 균일하게 분포된 위상 값들 중 g번째 값을 의미함.Where U g is the g-th unit precoding matrix included in the codebook, G is the number of matrices included in the codebook, M T is the number of transmit antennas, and
Figure 112007020223167-PAT00038
Is the g th value among the G evenly distributed phase values between 0 and π. 제 20항에 있어서,The method of claim 20, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택은, 하기 수식에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 방법,Wherein the unit precoding matrix selection is performed according to the following equation,
Figure 112007020223167-PAT00039
Figure 112007020223167-PAT00039
 여기서, 상기 Ug *는 선택된 단위 프리코딩 행렬, 상기 Ug는 g번째 프리코딩 행렬, 상기 G는 코드북에 포함된 프리코딩 행렬 개수, 상기 σ2 g, max는 (UH gRUg)-1의 대각 성분 중 최대값, 상기 σ2 g, min는 (UH gRUg)-1의 대각 성분 중 최소값, 상기 R은 상기 공간 상관 행렬을 의미함.Where U g * is the selected unit precoding matrix, U g is the g th precoding matrix, G is the number of precoding matrices included in the codebook, σ 2 g, max is (U H g RU g ) − The maximum value of the diagonal component of 1 , sigma 2 g, min is the minimum value of the diagonal component of (U H g RU g ) -1 , R is the spatial correlation matrix. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 단위 프리코딩 행렬 내의 열 벡터를 조합함으로써, 각 서브밴드별 프리코딩 시 사용될 최적 프리코딩 행렬을 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And combining the column vectors in the unit precoding matrix to select an optimal precoding matrix to be used for each subband precoding. 제 22항에 있어서,The method of claim 22, 상기 최적 프리코딩 행렬을 선택하는 과정은,The process of selecting the optimal precoding matrix, 상기 단위 프리코딩 행렬 내에서 가능한 모든 열 벡터 조합에 대한 전송률을 계산하는 과정과,Calculating a bit rate for all possible column vector combinations in the unit precoding matrix; 상기 전송률이 최대가 되는 열 벡터 조합을 최적 프리코딩 행렬로 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. Selecting a column vector combination having the maximum transmission rate as an optimal precoding matrix. 제 22항에 있어서,The method of claim 22, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보, 열 벡터 조합 선택 정보, 선택된 열 벡터 조합으로 인한 수신 신호 세기 정보를 상기 송신단으로 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And transmitting the unit precoding matrix selection information, column vector combination selection information, and received signal strength information due to the selected column vector combination to the transmitter. 제 24항에 있어서,The method of claim 24, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보는 상기 열 벡터 조합 선택 정보에 비해 긴 주기로 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein the unit precoding matrix selection information is transmitted at a longer period than the column vector combination selection information. 제 25항에 있어서,The method of claim 25, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보는, 상기 단위 프리코딩 행렬 선택 정보가 변화하는 경우에 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.And wherein the unit precoding matrix selection information is transmitted when the unit precoding matrix selection information changes. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 열 벡터 선택 정보는, CQI(Channel Quality Information) 피드백 채널을 통해 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.The column vector selection information is transmitted through a Channel Quality Information (CQI) feedback channel. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 송신단의 통신 방법에 있어서,Multiple Input Multiple Output (MIMO) In a communication method of a transmitting end in a wireless communication system, 수신단으로부터 단위(Unitary) 프리코딩(Precoding) 행렬 선택 정보를 수신하는 과정과,Receiving unitary precoding matrix selection information from a receiver; 상기 단위 프리코딩 행렬을 이용하여 송신 신호를 프리코딩하는 과정과,Precoding a transmission signal using the unit precoding matrix; 상기 프리코딩된 송신 신호를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Transmitting the precoded transmission signal. 제 28항에 있어서,The method of claim 28, 각 서브밴드(Subband)에 대한 프리코딩 시 사용할 상기 단위 프리코딩 행렬 내의 열 벡터 조합 선택 정보를 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And receiving column vector combination selection information in the unit precoding matrix to be used in precoding for each subband. 제 29항에 있어서,The method of claim 29, 상기 열 벡터 조합 선택 정보는, 상기 단위 프리코딩 행렬 수신 주기에 비해 짧은 주기로 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.The column vector combination selection information is received in a short period compared to the unit precoding matrix reception period. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 열 벡터 조합 선택 정보는, CQI(Channel Quality Information) 피드백 채널을 통해 수신되는 것을 특징으로 하는 방법. The column vector combination selection information is received through a Channel Quality Information (CQI) feedback channel. 제 28항에 있어서,The method of claim 28, 각 송신 스트림에 균일하게 전력을 할당하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And evenly allocating power to each transmission stream.
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