KR20080095732A - 다중 입출력 안테나 시스템에서, 코드북 구성방법 및 신호전송 방법 - Google Patents

다중 입출력 안테나 시스템에서, 코드북 구성방법 및 신호전송 방법 Download PDF

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KR20080095732A
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Abstract

본 발명은 다중 입출력 안테나를 이용하는 시스템에 관한 것으로서, 주파수 사용효율을 높일 수 있는 코드북 구성 방법에 관한 것이다. 본 발명은 다중 입출력 안테나 시스템에서 코드북을 구성하는 방법에 있어서, 하나 이상의 프리코딩 벡터를 포함하는 제 1 코드북을 구성하는 단계와 하나 이상의 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택벡터를 생성하는 단계와 상기 제 1 코드북에 포함된 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터 중 일부를 상기 안테나 선택벡터로 대체하여 제 2 코드북을 구성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예는 일반적인 기술을 사용하는 경우보다 주파수 사용효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
MIMO, 코드북, 프리코딩 벡터, 안테나 선택 벡터

Description

다중 입출력 안테나 시스템에서, 코드북 구성방법 및 신호 전송 방법{Method of configuring codebook and signal transmitting in Multi-Input and Multi-Output system}
본 발명은 다중 입출력 안테나를 이용하는 시스템에 관한 것으로서, 주파수 사용 효율을 높일 수 있는 코드북 구성 방법에 관한 것이다.
본 발명은 무선접속통신 시스템에 관한 것으로서, 다중 입출력 안테나(MIMO: Multi-Input Multi-Output) 시스템에 관한 것이다.
이하, MIMO 기술에 대하여 간략히 설명한다.
MIMO 기술은 다수의 안테나를 사용하여 고속의 통신을 위한 다중 안테나 기술을 말한다. MIMO 기술은 동일 데이터 전송 여부에 따라 공간 다중화 기법과 공간 다이버시티 기법으로 나눌 수 있다.
공간 다중화(Spatial Multiplexing) 기법은 서로 다른 데이터를 여러 송수신 안테나를 통해 동시에 전송하는 방법으로서, 송신측에서는 각 전송 안테나를 통해 서로 다른 데이터를 전송하고, 수신측에서는 적절한 간섭제거 및 신호처리를 통해 송신 데이터를 구분하여, 전송률을 송신 안테나 수만큼 향상시키는 기법이다.
공간 다이버시티(Spatial Diversity) 기법은 같은 데이터를 다중의 송신 안테나를 통해 전송하여 송신 다이버시티를 얻는 방법으로서, 공간-시간 채널 코딩(Space Time Channel Coding) 기법의 일종이다. 공간 다이버시티 기법은 다중의 송신 안테나에서 같은 데이터를 전송함으로써 송신 다이버시티 이득(성능이득)을 극대화시킬 수 있다. 다만, 공간 다이버시티 기법은 전송률을 향상시키는 방법은 아니며 다이버시티 이득에 의한 전송의 신뢰도를 높이는 기술이다. MIMO 시스템은 수신측에서 송신측으로의 채널 정보의 귀환 여부에 따라 개루프 방식(예를 들어, BLAST, STTC 방식 등) 및 폐루프 방식(예를 들어, TxAA 등)이 있다.
즉, MIMO 기술은 한정된 주파수 등의 무선 자원을 효율적으로 사용하기 위한 것이다. 주파수 사용 효율은 일반적으로 허가된 주파수 폭에 대해 실제 사용된 주파수 폭의 백분율을 말하나, 기술적인 측면에서 보면, 주어진 대역폭 내에서 최대로 가능한 데이터 전송율을 말한다. 주파수 사용 효율이 높다는 것은, 주어진 대역폭에서 최소의 비트에러율로 최대의 데이터율을 달성할 수 있다는 것이다. 즉, 평균적으로는 최소의 신호전력을 소비하면서도 최대의 대역폭 효율을 달성하자는 것이다.
도 1은 다중 안테나 시스템에서 각 안테나의 배치 형태를 나타내는 도면이다.
다중 안테나 기술에서 실제 4개의 안테나가 이용되는 경우, 최적의 상태를 위해서는 4개의 안테나 각각이 서로 독립적인 채널 환경을 구성해야 한다. 이를 위해 일반적으로 각 안테나는 물리적으로 떨어뜨려 위치시키게 된다.
하지만, 실제 안테나의 사용에 있어서는 여러 가지 원인으로 인하여 다음과 같이 그룹화되어 각 그룹 내의 안테나 간에는 연관을 가지는 경우가 있을 수 있다.
도 1(a) 내지 도 1(d)는 다중 안테나를 다양한 방식으로 그룹화하는 방법을 도시한 도면이다.
도 1(a)의 경우 4개의 안테나가 그룹화 없이 서로 독립적인 채널을 구성하는 이상적인 경우를 도시한 것이다. 도 1(a)에서 각 안테나는 순서에 따라 제 1 안테나 내지 제 4 안테나를 나타낸 것으로, 일반적으로 ULA(Uniform Linear Array) 라고 한다. 그러나, 이와 같이 4개의 안테나를 서로 공간적으로 떨어뜨려 배치함으로써 서로 독립적인 채널을 구성하기에는 송신측 및/또는 수신측의 공간이 부족할 수 있으며, 특히 이동 단말에 적용하기 곤란할 수 있다.
따라서, 도 1(b)는 2개의 안테나를 서로 그룹화하여 각 그룹 내의 안테나 사이에는 연관된 채널을 가지고, 서로 다른 그룹의 안테나 간에는 독립적인 채널을 가지는 방식이 많이 이용되고 있다
또한, 도 1(c)에 도시된 바와 같이 CPD(Cross Polarized Diversity) 방식을 적용하여 2개의 안테나씩 그룹화하여 한 그룹의 안테나는 수평방향으로 편극(horizontally polarized)되고, 다른 한 그룹의 안테나는 수직방향으로 편극(vertically polarized)되는 방식이 이용되기도 한다.
또한, 도 1(d)는 X-pol(Cross Dual Polarization) 안테나 시스템에서의 안테나 배치를 나타내는 도면이다. 도 1(d)를 참조하면 제 1 안테나 및 제 3 안테나가 하나의 그룹을 이루고, 제 2 안테나 및 제 4 안테나가 하나의 그룹을 구성할 수 있 다.
또 다른 안테나 그룹화의 예로서 총 4개의 안테나가 있는 경우 2개의 안테나는 채널 상태가 안정적으로 측정되는 반면, 2개의 안테나는 채널 상태가 불안정하여 오류가 빈번하게 발생하는 경우, 이들 각각의 안테나를 채널 상태가 안정적인 안테나와 불안정한 안테나로 그룹화하거나, 각 상태에 따라 2개의 안테나씩 그룹화하는 것이 가능하다.
도 2는 다중 안테나 시스템의 일례를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 특히, 송신측의 구조를 나타내는 블록도로서, 송신측은 기지국 또는 단말기일 수 있다. 사용자 선택 모듈(201)에 사용자 데이터들이 입력되면, 상기 사용자 선택 모듈은 사용자를 결정한다. 사용자가 결정되면 송신측(예를 들어, 기지국)에서 수신측으로 전송될 사용자 데이터는 단일 데이터 스트림(stream) 또는 다중 데이터 스트림의 형태로 채널 부호화기(202)로 입력된다. 상기 채널 부호화기(202)는 사용자 데이터에 대하여 채널 부호화를 수행한다. 또한, 변조기(203)는 성상 매핑(Constellation Mapping)을 수행하여 사용자 데이터를 심볼화 시키며, 이들 심볼화된 데이터들은 프리코딩 모듈(Pre-coding module, 205)에 입력된다. 프리코딩 모듈에서 심볼화된 데이터들에 프리코딩 벡터들이 곱해진 후, 상기 데이터들은 각 안테나(206)를 통해 수신측으로 전송된다.
한편, 수신측으로부터는 프리코딩 벡터 정보가 피드백된다. 상기 프리코딩 벡터는 피드백 정보에 의해 선택되는 것이 바람직하며, 제어기(204)는 수신측으로부터 피드백되는 피드백 정보를 이용하여 사용자 또는 프리코딩 벡터들에 대한 선 택을 수행한다. 일반적으로, 프리코딩을 수행하기 위해서는 각 랭크에 대한 각각의 코드북이 필요하다. 이때, 시스템의 복잡도를 줄일 수 있는 코드북이 요구된다.
일반적인 다중 안테나 시스템의 동작을 설명하기 위해, 최대 랭크(rank)가 4이고 랭크 적응(rank adaptation)을 고려한 시스템의 동작을 예로 들어 설명한다.
다중 안테나 시스템에서, 송신측 및 수신측은 안테나가 4개인 경우를 가정한다. 송신측에서 4개의 안테나를 사용하여 데이터를 전송하기 위해서 수신측에서 시공간에 대한 채널행렬을 측정하고, 임의의 기준에 의해 랭크를 결정한다. 즉, 랭크 4인 시스템의 경우 랭크 1, 랭크 2, 랭크 3 및 랭크 4 각각에 대하여 가장 좋은 랭크 시스템을 결정한 후에 이와 관련된 제 1 랭크용 코드북부터 제 4 랭크용 코드북까지 생성한다. 상기 랭크를 결정하는 기준은 시스템 환경에 따라 다르게 정할 수 있다. 특히, 데이터 스트림의 수에 따라 달라질 수 있다.
이후, 어떤 랭크에 대한 코드북을 사용하였을 경우 가장 좋은 주파수 효율을 갖는지 결정하고, 결정된 코드북 중에서 최적의 프리코딩 벡터를 선택한다. 수신측은 프리코딩 벡터를 선택한 후에 상기 선택한 프리코딩 벡터의 인덱스를 송신측으로 피드백한다. 이때, 송신측에서는 피드백 받은 코드북의 종류와 프리코딩 벡터의 인덱스를 참조하여 프리코딩 벡터를 송신 신호에 곱한 후에 전송한다.
다중 입출력 안테나 시스템에서 여러 개의 안테나를 사용하는 경우, 안테나간 간섭이 빈번하게 발생하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 일반적인 다중 안테나 시스템에서는, 코드북 구성시에 단위 행렬(identity matrix)과 하우스 홀더(House-Holder) 방정식을 이용하는 방식과 DFT(Discrete Furrier Transform) 행 렬을 이용하는 방식이 있다. 그러나 상기 코드북만을 사용할 경우, 다양한 채널에 대하여 항상 높은 이득을 얻기가 힘들다. 특히, X-POL 안테나 구조를 사용하는 채널환경에서는 만족할 만한 이득을 얻을 수가 없다. 즉, 사용자가 원하는 주파수 사용 효율을 얻을 수 없다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다중 입출력 안테나를 이용하여 데이터를 전송하는 시스템에서 주파수 사용효율을 높일 수 있는 프리코딩 벡터를 포함하는 코드북을 제공하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 다중 입출력 안테나를 이용하는 시스템에 관한 것으로서, 주파수 사용효율을 높일 수 있는 코드북 구성 방법 및 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태로서, 다중 입출력 안테나 시스템에서 코드북을 구성하는 방법에 있어서, 본 발명은 하나 이상의 프리코딩 벡터를 포함하는 제 1 코드북을 구성하는 단계와 하나 이상의 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택벡터를 생성하는 단계와 상기 제 1 코드북에 포함된 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터 중 일부를 상기 안테나 선택벡터로 대체하여 제 2 코드북을 구성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 코드북을 구성하는 단계는, 상기 제 1 코드북에 포함된 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터에 대한 인덱스 선택빈도를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 코드북은 상기 인덱스 선택빈도를 고려하여, 상기 제 1 코드북에 포함된 상기 하나 이상의 프리코딩 벡터 중 일부를 상기 안테나 선택벡터로 대체 하여 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시예에서, 상기 안테나 선택벡터는, 네 개 이상의 안테나를 포함하는 다중 입출력 안테나 시스템에서 두 개의 안테나를 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 양태로서, 다중 입출력 안테나 시스템에서 코드북을 구성하는 방법에 있어서, 본 발명은 제 1 랭크용 프리코딩 벡터를 구성하는 단계와 상기 제 1 랭크용 프리코딩 벡터를 이용하여 제 2 랭크용, 제 3 랭크용 및 제 4 랭크용 프리코딩 벡터 중 하나 이상을 포함하는 제 1 코드북을 구성하는 단계와 상기 제 1 코드북에 포함된 상기 프리코딩 벡터에 대한 인덱스 선택빈도를 계산하는 단계와 네 개의 안테나 중에서 두 개의 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택벡터를 생성하는 단계와 상기 제 1 코드북에 포함된 상기 프리코딩 벡터 중 일부를 상기 안테나 선택벡터로 대체하여 제 2 코드북을 구성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태로서, 다중 입출력 안테나 시스템에서 하나 이상의 제 1 프리코딩 벡터를 포함하는 코드북을 이용하여 신호를 전송하는 방법에 있어서, 상기 코드북은, 상기 하나 이상의 제 1 프리코딩 벡터 중 일부를 인덱스 선택빈도를 고려하여 네 개의 안테나 중 두 개의 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택벡터로 대체하여 구성되며, 상기 신호를 상기 코드북을 이용한 프리코딩을 수행하 여 송신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태로서, 다중 입출력 안테나 시스템에서 하나 이상의 프리코딩 벡터를 이용하여 신호를 전송하는 방법에 있어서, 본 발명은 데이터를 입력받는 단계와 상기 데이터를 부호화하는 단계와 부호화한 상기 데이터를 변조하여 심볼을 생성하는 단계와 상기 심볼에 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터를 곱하여 전송하는 단계를 포함하고, 상기 프리코딩 벡터는, 하나 이상의 프리코딩 벡터를 포함하는 제 1 코드북을 구성하고, 상기 제 1 코드북에 포함된 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터에 대한 인덱스 선택빈도를 계산하고, 하나 이상의 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택벡터를 생성하고, 상기 제 1 코드북에 포함된 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터 중 일부를 상기 안테나 선택벡터로 대체하여 구성된 제 2 코드북에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에서 설명하고 있는 실시예는, 일반적인 기술을 사용하는 경우보다 주파수 사용효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 하나 이상의 안테나를 사용하는 다중입출력 시스템에서 2개의 안테나를 선택하는 경우에 안테나간 간섭을 감소시켜 주파수 사용효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 특히, 안테나 사용환경이 X-pol 안테나 구조일 때 2개의 안테나를 선택하는 경우에 더욱 효과적이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 다중 입출력 안테나를 이용하여 데이터를 전송하는 시스템에서 주파수 사용효율을 높일 수 있는 프리코딩 벡터를 포함하는 코드북을 제공하는 것이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 하기 설명에서는 구체적인 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다 할 것이다.
또한, 이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 여러 가지 안테나 구조를 사용하는 채널 환경에서 기존의 코드북 행렬에 2 개의 안테나를 선택하는 행렬을 추가로 포함시켜 주파수 효율을 높일 수 있는 코드북 설계에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 도 2를 참조하는 경우에, 프리코딩 모듈(205)에서 사 용되는 것으로서, 특히 4개의 안테나를 포함하는 시스템에서 2개의 안테나를 선택하는 방법에 관하여 설명한다. 이때, 하나 이상의 안테나를 사용하는 시스템의 경우 안테나 간에 간섭이 발생할 수 있으므로, 하나 이상의 안테나를 어떻게 선택하여 데이터를 전송할 것인지를 결정함으로써 주파수 사용 효율을 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다중 입출력 안테나를 이용하는 시스템에서 코드북을 구성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
다중 입출력 안테나 시스템에서 데이터를 전송하는 경우에, 송신측은 사용자에 의해 전송될 데이터가 입력되면 데이터 전송을 위한 전처리 과정을 수행한다. 즉, 데이터가 단독 또는 다중 데이터 스트림의 형태로 송신측의 채널 부호화기에 입력되고, 채널 부호화의 과정을 거쳐 변조기에 입력된다. 상기 변조기에서는 입력된 데이터 스트림을 심볼화하고, 심볼화된 데이터 스트림에 프리코딩 벡터를 곱하여 각 안테나를 통해 전송하게 된다.
이때, 심볼화된 데이터 스트림에 프리코딩 벡터를 곱하기 위해 상기 프리코딩 벡터가 포함된 코드북을 구성하여야 한다. 또한, 송신측 및 수신측은 상기 코드북을 미리 공유하고 있어야 한다. 따라서, 송신측 및 수신측은 상기 코드북에 포함된 프리코딩 벡터를 이용하여 데이터를 송신 및 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 상기 코드북을 구성하는 방법을 제시한다.
도 3을 참조하면, 송신측은 제 1 코드북을 구성한다(S301). 제 1 코드북을 구성하기 위해 제 1 랭크용 프리코딩 벡터를 생성한다. 상기 제 1 링크용 프리코딩 벡터를 이용하여 제 2, 제 3 및 제 4 랭크용 프리코딩 벡터를 생성할 수 있다. 상 기 제 1 코드북은 상기 생성된 제 2, 제 3 및 제 4 랭크용 프리코딩 벡터를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 코드북을 구성하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 기존의 하우스 홀더(House-Holder) 방정식을 이용하여 생성한 코드북에서, 씨드(Seed)가 되는 제 1 랭크용 프리코딩 벡터를 생성한다. 상기 제 1 랭크용 프리코딩 벡터를 이용하여 제 2 랭크, 제 3 랭크 및 제 4 랭크에 대하여 하우스 홀더 방정식을 이용하여 모든 코드북 행렬을 생성한다. 예를 들어, 하우스 홀더 코드북을 생성하기 위해 {
Figure 112007067607951-PAT00001
} 값을 사용하여 제 1 랭크용 코드북을 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, {
Figure 112007067607951-PAT00002
} 값으로부터 구성한 제 1 랭크용 하우스홀더 코드북의 구성을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 벡터 인덱스를 1에서부터 16까지 설정하고, 제 1 랭크의 각 요소에 따라 하우스홀더 코드북을 생성한다. 도 4를 통해 결정된 임의의 벡터를 'm'이라 한다. 즉, 벡터 인덱스의 가로축이 각 벡터(m)의 요소가 된다. 상기 제 1 랭크용 프리코딩 벡터를 이용하여 상기 제 2 랭크용, 제 3 랭크용 및 제 4 랭크용 프리코딩 벡터를 생성하기 위한 일례로서, 다음 수학식 1과 같은 하우스홀더 방정식을 사용한다.
Figure 112007067607951-PAT00003
예를 들어, m 벡터의 첫 번째 벡터는 m1으로 표시할 수 있으며 이는 도 4에서 첫 번째 벡터 인덱스를 참조하여 알 수 있다. 이러한 방식으로 제 1 랭크의 코드북에서 m1 내지 m16까지의 모든 벡터를 알 수 있다.
각 랭크에 대한 프리코딩 벡터들은 수학식 1을 이용하여 생성될 수 있다. 이때, I는 n차의 단위 행렬을 나타내며, 본 발명의 일 실시예에서는 바람직하게는 4차의 단위 행렬을 나타낸다. m은 4×1의 벡터이며, mH는 m의 에르미트 행렬로서 1×4의 벡터를 나타낸다. 따라서 m*mH는 4×4의 벡터 행렬로 표현된다. 따라서, 수학식 1을 이용하여 제 2 랭크 내지 제 4 랭크에 대한 프리코딩 벡터들을 모두 구할 수 있다. 이때, 임의의 방정식 T(m)의 첫 번째 열 벡터가 T(m)= m이 되도록 발생시킨다.
다시 도 3을 참조하면, 송신측은 상기 제 1 랭크용 프리코딩 벡터 내지 상기 제 4 랭크용 프리코딩 벡터의 인덱스 선택빈도를 계산한다(S302).
S302 단계에서 각 프리코딩 벡터에 대한 인텍스 선택빈도를 구하는 방법에는 다양한 프로그램들이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 각 프리코딩 벡터에 대한 인덱스 선택빈도를 직접 실험을 통해 구한 것이다.
도 5는 제 1 랭크 및 제 2 랭크용 프리코딩 벡터에 대한 인덱스 선택빈도를 나타내는 도면이다.
도 6은 제 3 랭크 및 제 4 랭크용 프리코딩 벡터에 대한 인덱스 선택빈도를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 가로축은 벡터 인덱스를 나타내고 세로축은 선택빈도를 백분율로서 나타낸 것이다. 도 5 및 도 6에 나타난 도표를 기반으로 기존에 생성된 프리코딩 벡터를 포함하는 코드북을 그대로 사용할 것인지, 아니면 선택 빈도가 낮은 인덱스에 해당하는 안테나 대신에 다른 안테나를 사용하기 위한 방법을 적용할 것인지를 결정한다. 만약, 인덱스 선택빈도가 저조하여 안테나의 사용이 거의 없는 경우에는, 해당 안테나 대신에 다른 안테나를 선택할 필요가 발생한다.
즉, 인덱스 선택빈도를 계산하여 소정의 선택빈도 이상의 안테나를 선택할 것인지를 판단할 수 있다. 상기 소정의 선택빈도는 시스템 요구 사항에 따라 달라질 수 있으며, 상대적인 값으로 고려될 수 있다.
따라서, 다시 도 3을 참조하면, 송신측은 도 5의 인덱스 선택 벡터를 고려하여 인덱스 선택빈도가 소정 선택빈도 수 이상인 다른 안테나를 선택하거나, 데이터 전송에 적합한 안테나를 선택하기 위해 안테나 선택 벡터를 생성할 수 있다(S303).
S303 단계에서, 본 발명의 일 실시예에 따라 안테나 선택 벡터를 생성하는 경우는, 4개의 안테나를 사용하는 시스템에서 2개의 안테나를 선택하는 안테나 선택 벡터를 생성하는 경우이다. 안테나 선택 벡터는 다음 수학식 2를 이용하여 생성한다.
Figure 112007067607951-PAT00004
단,
Figure 112007067607951-PAT00005
이때, α 및 β의 값은 안테나의 송신 파워와 위상정보를 모두 포함할 수 있다. 만약, 위상이 '0'이고 파워가 같다면, α=β=1의 값을 갖는다. S303 단계에서 사용되는 안테나 선택 벡터는 일반적인 다중 안테나 시스템에서 사용할 수 있다. 즉, 채널환경에 따라 안테나를 선택할 수 있다. 특히, 상기 안테나 선택 벡터는 X-pol 안테나(Cross Dual Polarization antenna) 구조를 사용하는 채널환경에서 사용될 수 있다.
안테나 선택벡터를 생성하는 다양한 방법 중 바람직한 일례는 다음과 같다. 상기 a1, a2, a3 및 a4 중 하나 이상을 선택하여 조합하면 안테나 선택벡터를 생성할 수 있다. 즉, a1은 α 및 β의 값을 이용하여 제 1 안테나 및 제 2 안테나를 선택하는 경우를 나타내며, a3은 α 및 β의 값을 이용하여 제 3 안테나 및 제 4 안테나를 선택하는 벡터를 나타낸다. a2 및 a4는 각각 상기 a1 및 a3과 위상 및 크기가 변경된 벡터를 나타낸다. 따라서, 사용자는 상기 a1, a2, a3 및 a4 중 하나 이상을 조합하여 안테나 선택 벡터를 구성할 수 있고, 안테나 선택 벡터의 각 요소에 해당하는 위상 및 파워를 조절할 수 있으며, 상기 안테나 선택벡터를 이용하여 소정의 안테나를 선택할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, S302 단계에서 인덱스 선택빈도를 계산하였다. 사용자는 상기 인덱스 선택빈도를 바탕으로 각 랭크마다 어느 안테나의 사용빈도가 높은지를 판단할 수 있다. 따라서, 인덱스 선택빈도가 낮은 경우에는 S303 단계에서 생성한 안테나 선택 벡터를 사용하여 코드북을 구성할 수 있다. 즉, 수학식 1을 사용하여 생성된 프리코딩 벡터 T(m)과 수학식 2의 안테나 선택 벡터 Asel를 조합할 수 있다(S304).
송신측에서는, S304 단계에서 프리코딩 벡터 T(m) 및 안테나 선택 벡터 Asel을 조합하여 제 2 코드북을 구성할 수 있다(S305).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 프리코딩 벡터 T(m) 및 안테나 선택 벡터 Asel을 조합하여 구성되는 제 2 코드북의 일례를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 가로축은 제 1 랭크 내지 제 4 랭크를 나타내며, 세로축은 코드북 인덱스를 나타낸다. 코드북 인덱스는 도 4 및 도 5의 인덱스와 대응된다.
도 7에서 데이터 스트림이 하나인 제 1 랭크의 경우를 설명한다.
T(m0, 1)은 랭크가 1인 경우에, 인덱스가 0인 프리코딩 벡터에서 제 1 안테나를 선택하는 경우를 나타낸다. 또한, T(m6, 1)은 랭크가 1인 경우에, 인덱스가 6 인 프리코딩 벡터에서 제 1 안테나를 선택하는 경우를 나타낸다. 이러한 방법으로 4비트의 사이즈를 고려하면, 인덱스가 0에서 15까지 총 16개의 프리코딩 벡터를 나타낼 수 있다.
도 7에서 데이터 스트림이 두 개인 제 2 랭크의 경우를 간략히 설명한다. T(m1, [12])는 랭크가 2인 경우에, 인덱스 번호가 1인 프리코딩 벡터에서 제 1 안테나 및 제 2 안테나를 선택하는 프리코딩 벡터를 나타낸다. 이러한 방법으로 4비트의 사이즈를 고려하여 인덱스가 0에서 15까지 총 16개의 프리코딩 벡터를 구성할 수 있다.
다만, 도 5에서 인덱스 선택빈도가 소정의 인덱스 선택빈도보다 낮은 경우가 발생할 수 있다. 선택빈도가 높은지 낮은지에 대한 판단은 시스템의 요구 사항에 따라 달라질 수 있으며, 이는 상대적인 값이다.
예를 들어, 도 5에서 인덱스가 4인 경우를 인덱스 선택빈도의 기준으로 삼는 경우에는, 인덱스가 12, 13 및 15의 경우에는 인덱스 선택빈도가 매우 낮은 경우에 해당한다. 따라서, 인덱스가 12, 13 및 15인 경우 해당 프리코딩 벡터를 사용하면 안테나 사용 효율이 매우 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
이때는, 수학식 2를 이용하여 생성한 안테나 선택 벡터를 사용하여 프리코딩 벡터를 조합할 수 있다. 따라서, 도 5의 인덱스 12, 13 및 15에 대응하는 코드북 인덱스 11, 12 및 14를 사용하지 않고, 수학식 2를 이용하여 생성된 안테나 선택 벡터를 이용하여 새로운 프리코딩 벡터를 조합할 수 있다.
예를 들어, 도 5에서 인덱스가 12인 경우에 해당하는 T(m11, [13]) 대신에 새로운 안테나 선택 벡터를 생성할 필요가 있다. 이때, 수학식 2를 이용하여 새로운 프리코딩 벡터를 조합할 수 있다. Asel(a1, a3) 조합은 a1 벡터 및 a3 벡터를 사용하여 각 데이터 스트림을 전송하는 경우에 4개의 안테나에서 2개씩만을 선택하여 데이터를 전송할 수 있는 것을 나타낸다. 즉, a1의 경우에는 도 1에서 나타낸 X-pol 안테나에서 제 1 안테나 및 제 2 안테나를 선택하는 것이고, a3의 경우에는 제 3안테나 및 제 4 안테나를 선택하는 경우이다. 이와 같은 방법으로 T(m11, [13]), T(m12, [14]) 및 T(m14, [24]) 대신에 Asel(a1, a3), Asel(a1, a4) 및 Asel(a2, a4)를 이용하여 새로운 제 2 코드북을 구성할 수 있다.
도 7에서 랭크가 3인 경우에, T(m2, [123])는 인덱스 번호가 2인 프리코딩 벡터에서 제 1 안테나, 제 2 안테나 및 제 3 안테나 중 2개를 선택하는 프리코딩 벡터를 나타낸다. 이러한 방법으로 4비트의 사이즈를 고려하여 16개의 프리코딩 벡터를 구성할 수 있다.
예를 들어, 도 6에서 인덱스가 10인 경우를 기준으로 인덱스 선택빈도를 판단하면, 인덱스가 1, 2, 6 및 11의 경우에는 인덱스 선택빈도가 매우 낮아 해당 프리코딩 벡터를 사용하면 주파수 사용 효율이 매우 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
이때는, 수학식 2를 이용하여 생성한 안테나 선택 벡터를 이용하여 새로운 프리코딩 벡터를 조합할 수 있다. 따라서, 도 6의 인덱스 1, 2, 6 및 11에 대응하는 코드북 인덱스 0, 1, 5 및 10을 사용하지 않고, 수학식 2를 이용하여 생성된 안테나 선택 벡터를 이용하여 새로운 프리코딩 벡터를 조합할 수 있다. 새로운 프리코딩 벡터를 조합하는 방법은 상술한 제 2 랭크의 경우를 적용할 수 있다. 즉, 안테나 선택 벡터를 조합하여 4개의 안테나 중에서 2개의 안테나를 선택함으로써 주파수 사용 효율을 높일 수 있다.
따라서, T(m0, [123]), T(m1, [124]), T(m5, [234]) 및 T(m10, [134]) 대신에 Asel(a1, a2, a3), Asel(a1, a2, a4), Asel(a2, a3, a4) 및 Asel(a1, a3, a4)를 이용하여 새로운 제 2 코드북을 구성할 수 있다.
데이터 스트림이 네 개인 제 4 랭크의 경우도 상술한 제 1 랭크 내지 제 3 랭크의 경우와 유사하다. 즉, 도 6에서 인덱스가 2의 경우에는 인덱스 선택빈도가 매우 낮아 해당 프리코딩 벡터를 사용하면 안테나 사용 효율이 매우 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
이때는, 수학식 2를 이용하여 생성한 안테나 선택 벡터를 사용하여 새로운 프리코딩 벡터를 조합할 수 있다. 즉, 상술한 방법에 따라, 인덱스 선택빈도가 상대적으로 낮은 T(m1, [1234]) 대신에 Asel(a1, a2, a3, a4)를 이용하여 새로운 제 2 코드북을 구성할 수 있다.
따라서, 송신측에서는 제 1 코드북을 구성하고, 상기 제 1 코드북의 인덱스 선택빈도를 계산하고, 인덱스 선택빈도가 매우 낮은 경우에는 안테나 선택 벡터를 생성하여, 제 1 코드북에 포함된 프리코딩 벡터와 상기 안테나 선택 벡터를 조합하여 제 2 코드북을 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제 2 코드북은 데이터 신호를 송수신하는 방법에 사용될 수 있다. 즉, 다중 입출력 안테나 시스템에서 하나 이상의 프리코딩 벡터를 포함하는 상기 제 2 코드북을 이용하여 데이터 신호를 전송할 수 있다. 상기 제 2 코드북을 이용하여 데이터 신호를 전송하는 경우에 송신측은 사용자로부터 데이터를 입력받는다. 송신측은 상기 데이터를 부호화하며, 부호화한 상기 데이터를 변조하여 심볼을 생성하고, 상기 심볼에 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터를 곱하여 전송할 수 있다. 이때, 상기 제 2 코드북에 포함된 상기 프리코딩 벡터는, 소정 선택빈도 이상의 인덱스 선택빈도를 갖는 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택벡터를 조합하여 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다중 입출력 안테나 시스템에서 본 발명의 실시예는, 채널 상관도에 상관없이 안테나를 선택하여 사용할 수 있다. 또한, X-pol 안테나 시스템에서는 일반적으로 사용되는 방법보다 높은 주파수 사용 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
도 1은 다중 안테나 시스템에서 각 안테나의 배치 형태를 나타내는 도면이다.
도 2는 다중 안테나 시스템의 일례를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다중 입출력 안테나를 이용하는 시스템에서 코드북을 구성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, {
Figure 112007067607951-PAT00006
} 값으로부터 구성한 제 1 랭크용 하우스홀더 코드북의 구성을 나타낸다.
도 5는 제 1 랭크 및 제 2 랭크용 프리코딩 벡터에 대한 인덱스 선택빈도를 나타내는 도면이다.
도 6은 제 3 랭크 및 제 4 랭크용 프리코딩 벡터에 대한 인덱스 선택빈도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 프리코딩 벡터 T(m) 및 안테나 선택 벡터 Asel을 조합하여 구성되는 제 2 코드북의 일례를 나타낸다.

Claims (10)

  1. 다중 입출력 안테나 시스템에서 코드북을 구성하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 프리코딩 벡터를 포함하는 제 1 코드북을 구성하는 단계;
    하나 이상의 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택벡터를 생성하는 단계; 및
    상기 제 1 코드북에 포함된 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터 중 일부를 상기 안테나 선택벡터로 대체하여 제 2 코드북을 구성하는 단계를 포함하는, 코드북 구성방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 코드북을 구성하는 단계는,
    상기 제 1 코드북에 포함된 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터에 대한 인덱스 선택빈도를 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 2 코드북은 상기 인덱스 선택빈도를 고려하여, 상기 제 1 코드북에 포함된 상기 하나 이상의 프리코딩 벡터 중 일부를 상기 안테나 선택벡터로 대체 하여 생성되는 것을 특징으로 하는, 코드북 구성방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 안테나 선택벡터는,
    네 개 이상의 안테나를 포함하는 다중 입출력 안테나 시스템에서 두 개의 안 테나를 선택하는 것을 특징으로 하는, 코드북 구성방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 코드북을 구성하는 단계는,
    상기 하나 이상의 프리코딩 벡터를 포함하는 제 1 랭크용 코드북을 구성하는 단계; 및
    상기 제 1 랭크용 코드북을 이용하여 제 2 랭크, 제 3 랭크 및 제 4 랭크용 코드북 중 하나 이상을 구성하는 단계를 포함하는, 코드북 구성방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 네 개의 안테나는 X-POL 안테나 시스템인 것을 특징으로 하고,
    상기 안테나 선택벡터는 2개의 안테나를 선택하는 것을 특징으로 하는, 코드북 구성방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 안테나 선택벡터는,
    송신 전력 정보 및 위상정보 중 하나 이상을 포함하는, 코드북 구성방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 코드북은,
    제 1 랭크용 코드북, 제 2 랭크용 코드북, 제 3 랭크용 코드북 및 제 4 랭크용 코드북 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 코드북 구성방법.
  8. 다중 입출력 안테나 시스템에서 코드북을 구성하는 방법에 있어서,
    제 1 랭크용 프리코딩 벡터를 구성하는 단계;
    상기 제 1 랭크용 프리코딩 벡터를 이용하여 제 2 랭크용, 제 3 랭크용 및 제 4 랭크용 프리코딩 벡터 중 하나 이상을 포함하는 제 1 코드북을 구성하는 단계;
    상기 제 1 코드북에 포함된 상기 프리코딩 벡터에 대한 인덱스 선택빈도를 계산하는 단계;
    네 개의 안테나 중에서 두 개의 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택벡터를 생성하는 단계; 및
    상기 제 1 코드북에 포함된 상기 프리코딩 벡터 중 일부를 상기 안테나 선택벡터로 대체하여 제 2 코드북을 구성하는 단계를 포함하는, 코드북 구성방법.
  9. 다중 입출력 안테나 시스템에서 하나 이상의 제 1 프리코딩 벡터를 포함하는 코드북을 이용하여 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    상기 코드북은,
    상기 하나 이상의 제 1 프리코딩 벡터 중 일부를 인덱스 선택빈도를 고려하여 네 개의 안테나 중 두 개의 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택벡터로 대체하 여 구성되며,
    상기 신호를 상기 코드북을 이용한 프리코딩을 수행하여 송신하는 것을 특징으로 하는, 신호 송신방법.
  10. 다중 입출력 안테나 시스템에서 하나 이상의 프리코딩 벡터를 이용하여 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    데이터를 입력받는 단계;
    상기 데이터를 부호화하는 단계;
    부호화한 상기 데이터를 변조하여 심볼을 생성하는 단계; 및
    상기 심볼에 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터를 곱하여 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 프리코딩 벡터는, 하나 이상의 프리코딩 벡터를 포함하는 제 1 코드북을 구성하고, 상기 제 1 코드북에 포함된 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터에 대한 인덱스 선택빈도를 계산하고, 하나 이상의 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택벡터를 생성하고, 상기 제 1 코드북에 포함된 하나 이상의 상기 프리코딩 벡터 중 일부를 상기 안테나 선택벡터로 대체하여 구성된 제 2 코드북에 포함되는 것을 특징으로 하는, 신호 전송방법.
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