KR20080114518A - 다중안테나 시스템에서의 데이터 전송 방법 - Google Patents

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KR20080114518A
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Abstract

무선통신 시스템에서 데이터 전송방법은 PMI(precoding matrix indicator)를 포함하는 귀환데이터를 상향링크 데이터 채널을 통하여 수신하되, 상기 PMI 값은 코드북(codebook) 인덱스에 대응하는 단계, 하향링크 데이터를 위한 프리코딩 방식을 하향링크 제어채널을 통하여 전송하되, 상기 프리코딩 방식은 상기 수신된 PMI에 상관없는 적어도 2개의 전송 다이버시티(transmit diversity), 상기 수신된 PMI에 따른 프리코딩을 지시하는 승인(acknowledgement) 및 전송되는 하향링크 데이터의 프리코딩에 사용되는 새로운 PMI 중 어느 하나로 결정되는 단계 및 상기 결정된 프리코딩 방식에 따라 프리코딩을 적용한 후 하향링크 데이터 채널을 통하여 상기 하향링크 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.

Description

다중안테나 시스템에서의 데이터 전송 방법{Method for transmitting data in multiple antenna system}
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중안테나 시스템에서의 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
무선통신 시스템은 다양한 종류의 통신을 제공하기 위해 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 음성 및/또는 데이터가 무선통신 시스템에 의해 제공되고 있다. 일반적인 무선통신 시스템은 다중 사용자에게 하나 또는 그 이상의 공유 자원을 제공한다. 예를 들어 무선통신 시스템은 CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access) 및 FDMA(Frequency Division Multiple Access)와 같은 다양한 다중 접속 기법을 사용할 수 있다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 다수의 직교 부반송파(subcarrier)를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)와 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교성 특성을 이용한다. 전송기에서 데이터 는 IFFT를 수행하여 전송한다. 수신기에서 수신신호에 대해 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 전송기는 다중 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하고, 다중 부반송파들을 분리하기 위해 수신기는 대응하는 FFT를 사용한다. OFDM에 의하면, 광대역 채널의 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading) 환경에서 수신기의 복잡도를 낮추고, 부반송파 간의 상이한 채널 특성을 활용하여 주파수 영역에서의 선택적 스케줄링 등을 통해 주파수 효율(spectral efficiency)을 높일 수 있다. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)는 OFDM을 기반으로 한 다중 접속 방식이다. OFDMA에 의하면 다중 사용자에게 상이한 부반송파를 할당함으로써 무선자원의 효율성을 높일 수 있다.
한편, 최근에는 무선통신 시스템의 성능과 통신용량을 극대화하기 위하여 다중입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 시스템이 주목받고 있다. MIMO 기술은 지금까지 하나의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 채택해 송수신 데이터 전송 효율을 향상시킬 수 있는 방법이다. MIMO 시스템을 다중안테나(Multiple antenna) 시스템이라고도 한다. MIMO 기술은 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 그 결과, 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다.
이하에서 하향링크(downlink)는 기지국에서 단말로의 전송을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말에서 기지국으로의 전송을 의미한다.
무선통신 시스템에서 일반적으로 기지국은 상향링크 및 하향링크의 무선자원을 스케줄링한다. 상향링크 및 하향링크의 무선자원에는 사용자 데이터 또는 제어신호가 실린다. 사용자 데이터가 실리는 채널을 데이터 채널이라 하고, 제어신호가 실리는 채널을 제어채널이라 한다. 제어신호에는 기지국과 단말 간의 통신에 필요한 다양한 종류의 제어신호들이 있다. 예를 들어, 다중안테나 시스템에서 무선자원의 스케줄링에 필요한 제어신호로 채널품질정보(Channel Quality Indicator; CQI), 랭크 정보(Rank Indicator; RI), 프리코딩 행렬 정보(Precoding Matrix Indicator; PMI) 등이 있다. 단말이 CQI, RI, PMI 등의 상향링크 제어신호를 기지국으로 전송하고, 기지국은 다수의 단말로부터 수신되는 제어신호를 바탕으로 상향링크 및 하향링크 무선자원을 스케줄링한다. 기지국은 스케줄링한 무선자원에 대한 RI, PMI, 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme; MCS) 등을 하향링크 제어신호로 알려준다.
단말로부터 기지국으로 전송되는 상향링크 제어신호는 전송 과정에서 에러가 발생할 수 있다. 상향링크 제어신호에 에러가 발생되면 무선자원 스케줄링에 어려움이 생길 수 있다. 그러나, 기지국의 무선자원 스케줄링에 필요한 상향링크 제어신호의 에러가 발생한 경우, 이를 어떻게 보완할 것인지 명확히 제시되고 있지 않다.
상향링크 제어신호의 에러에 대하여 대비할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선자원 스케줄링에 필요한 상향링크 제어신호의 에러에 대비할 수 있는 스케줄링 및 데이터 전송방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 무선통신 시스템에서 데이터 전송방법은 PMI(precoding matrix indicator)를 포함하는 귀환데이터를 상향링크 데이터 채널을 통하여 수신하되, 상기 PMI 값은 코드북(codebook) 인덱스에 대응하는 단계, 하향링크 데이터를 위한 프리코딩 방식을 하향링크 제어채널을 통하여 전송하되, 상기 프리코딩 방식은 상기 수신된 PMI에 상관없는 적어도 2개의 전송 다이버시티(transmit diversity), 상기 수신된 PMI에 따른 프리코딩을 지시하는 승인(acknowledgement) 및 전송되는 하향링크 데이터의 프리코딩에 사용되는 새로운 PMI 중 어느 하나로 결정되는 단계 및 상기 결정된 프리코딩 방식에 따라 프리코딩을 적용한 후 하향링크 데이터 채널을 통하여 상기 하향링크 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 무선통신 시스템에서 데이터 처리방법은 적어도 하나의 PMI를 포함하는 귀환데이터를 구성하되, 상기 PMI의 값은 코드북 인덱스에 대응하는 단계, 상기 귀환데이터를 상향링크 데이터 채널을 통하여 보고하는 단계, 하향링크 데이터를 위한 프리코딩 방식을 하향링크 제어채널을 통하여 수신하되, 상기 프리코딩 방식은 상기 보고된 PMI와 상관없는 전송 다이버시티 또는 하향링크 데이터의 프리코딩에 사용되는 프리코딩 행렬로 결정되는 단계 및 하향링크 데이터 채널을 통하여 하향링크 데이터를 수신하는 단계를 포함한다.
상향링크 제어신호에 에러가 발생하더라도 무선자원을 효율적으로 스케줄링하여 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다.
무선통신 시스템에 적용되는 다중 접속 기법에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access) 및 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)와 같은 다양한 다중 접속 기법을 사용할 수 있다. 설명을 명확히 하기 위해, 이하에서는 OFDMA 기반의 무선통신 시스템에 대하여 설명한다.
무선통신 시스템은 다중안테나(multiple antenna) 시스템일 수 있다. 다중안테나 시스템은 다중입출력(multiple-input multiple-output; MIMO) 시스템일 수 있다. 또는 다중안테나 시스템은 다중 입력 싱글 출력(multiple-input single-output; MISO) 시스템 또는 싱글 입력 싱글 출력(single-input single-output; SISO) 시스템 또는 싱글 입력 다중 출력(single-input multiple-output; SIMO) 시스템일 수도 있다. MIMO 시스템은 다수의 전송 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다. MISO 시스템은 다수의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SISO 시스템은 하나의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SIMO 시스템은 하나의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다.
도 2는 다중안테나를 가지는 송신기를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 송신기(100)는 스케줄러(110), 채널인코더(120-1, ..., 120-K), 맵퍼(130-1, ..., 130-K), 전처리기(140-1, ..., 140-K) 및 다중화기(150)를 포함한다. 송신기(100)는 Nt(Nt>1)개의 송신 안테나(190-1, ..., 190-Nt)를 포 함한다. 송신기(100)는 하향링크에서 기지국의 일부분일 수 있다. 송신기(100)는 상향링크에서 단말의 일부분일 수 있다.
스케줄러(110)는 N명의 사용자들로부터 데이터를 입력받아, 한 번에 전송될 K개의스트림을 출력한다. 스케줄러(110)는 각 사용자의 채널정보를 이용하여 가용할 수 있는 무선자원에 전송할 사용자와 전송률을 결정한다. 스케줄러(110)는 귀환 데이터로부터 채널 정보를 추출하여 코드율(code rate), 변조 및 코딩 방식(modulation and coding scheme; MCS) 등을 선택한다.
채널 정보에는 채널상태 정보(Channel state information; CSI), 채널품질 정보(Channel quality information; CQI) 또는 사용자 우선순위 정보(User priority information) 등이 포함될 수 있다. 채널 상태 정보에는 송수신기 사이의 채널행렬(channel matrix), 채널의 상관행렬(channel correlation matrix), 양자화된(quantized) 채널행렬 또는 양자화된 채널상관 행렬 등이 있다. 채널 품질 정보에는 송수신기 사이에 신호대잡음비(signal to noise ratio; SNR), 신호대간섭과잡음비(signal to interference and noise ratio; SINR) 등이 있다. 사용자 우선순위 정보는 각 사용자의 레벨 등에 따른 사용자에 대한 우선순위를 가지는 정보이다.
스케줄러가 할당하는 가용 무선자원은 무선통신 시스템에서 데이터 전송시에 사용되는 무선자원을 의미한다. 예를 들어, TDMA(Time division multiple access) 시스템에서는 각 시간 슬롯(time slot)이 자원이고, CDMA(Code division multiple access) 시스템에서는 각 코드와 시간 슬롯이 자원이며, OFDMA(Orthogonal frequency division multiple access) 시스템에서는 각 부반송파와 시간슬롯이 자 원이다. 동일한 셀(Cell) 또는 섹터(Sector)내에서 다른 사용자에게 간섭을 일으키지 않기 위하여 각 자원은 시간, 코드 또는 주파수 영역에서 직교하게 정의될 수 있다.
채널인코더(120-1,...,120-K)는 입력되는 스트림을 정해진 코딩방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded data)를 형성한다. 맵퍼(130-1,...,130-K)는 부호화된 데이터를 신호 성상(signal constellation) 상의 위치를 표현하는 심벌로 맵핑한다. 이를 정보심벌이라 한다. 변조 방식(modulation scheme)에는 제한이 없으며, m-PSK(m-Phase Shift Keying) 또는 m-QAM(m-Quadrature Amplitude Modulation)일 수 있다. 예를 들어, m-PSK는 BPSK, QPSK 또는 8-PSK 일 수 있다. m-QAM은 16-QAM, 64-QAM 또는 256-QAM 일 수 있다.
전처리기(140-1,...,140-K)는 입력되는 정보심벌(u1,...,uK)에 대해 프리코딩(Precoding)을 수행하여 입력심벌(x1,...,xK)을 생성한다. 프리코딩은 전송할 정보 심벌에 전처리를 수행하는 기법이며, 이러한 프리코딩 기법 중에서는 정보심벌에 가중치 벡터 또는 프리코딩 행렬 등을 적용하여 입력심벌을 생성하는 RBF(random beamforming), ZFBF(zero forcing beamforming) 등이 있다.
다중화기(150)는 입력심벌(x1,...,xK)을 적절한 부반송파에 할당하고, 사용자에 따라 다중화한다. 다중화된 심벌은 변조되어 송신안테나(190-1,...,190-Nt)를 통해 송신된다.
도 3은 다중 안테나를 가지는 수신기를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 수신기(200)는 복조기(210), 채널추정기(220), 후처리기(230), 디맵퍼(240), 채널 디코더(250) 및 제어기(260)를 포함한다. 수신기(200)는 Nr(Nr>1)개의 수신 안테나(290-1,...,290-Nr)를 포함한다. 수신기(200)는 하향링크에서 단말의 일부분일 수 있다. 수신기(200)는 상향링크에서 기지국의 일부분일 수 있다.
수신 안테나(290-1,...,290-Nr)로부터 수신된 신호는 복조기(210)에 의해 복조된다. 채널 추정기(220)는 채널을 추정하고, 후처리기(230)는 전처리기(140-1,...,140-K)에 대응하는 후처리를 수행한다. 디맵퍼(240)는 입력심벌을 부호화된 데이터로 디맵핑하고, 채널 디코더(250)는 부호화된 데이터를 디코딩하여 원래 데이터를 복원한다. 제어기(260)는 채널상태정보(CSI) 또는 채널품질정보(CQI) 또는 사용자 우선순위 정보 등을 포함하는 귀환데이터를 송신기로 귀환시킨다.
이하에서는 상기 무선통신 시스템에서의 무선자원 할당에 대하여 제어신호가 적용되는 규모(granularity)에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선자원 할당에 대한 제어신호의 규모(granularity)를 도시한 예시도이다.
도 4를 참조하면, 사용자 데이터 및 제어신호는 복수의 자원블록(Resource Block)을 포함하는 프레임에 실려서 전송된다. 프레임은 시간 축에서 복수의 OFDMA 심벌과 주파수 축에서 복수의 자원블록을 포함할 수 있다. 자원블록은 무선자원 할당의 기본 단위로서 인접하는 복수의 부반송파(subcarrier)를 포함한다. 이때, 부반송파는 사용자 데이터 또는 제어신호가 실리는 데이터 부반송파와 파일럿 신호가 실리는 파일럿 부반송파가 될 수 있다. 파일럿 부반송파에는 다중안테나 시스템에서 각 안테나에 대한 파일럿 신호가 실릴 수 있다. 자원블록에서 데이터 부반송파와 파일럿 부반송파의 배열은 다양한 구성으로 배열될 수 있다. TTI(Transmission Time Interval)는 하나의 프레임을 전송하는데 필요한 시간이다.
프레임은 주파수 축으로 전체밴드(WholeBand; WB), PMI 밴드(PMI Band; PB), 서브밴드(SubBand; SB) 등 다양한 규모(granularity)로 구분될 수 있다. 서브밴드(SB)는 적어도 하나의 사용자 데이터 또는 제어신호가 실릴 수 있는 주파수 대역을 나타낸다. 서브밴드(SB)는 적어도 하나의 자원블록을 포함할 수 있다. PMI 밴드(PB)는 인접하는 적어도 하나의 서브밴드를 포함한다. PMI 밴드(PB)는 서브밴드의 정수 배의 크기를 가질 수 있다. 전체밴드(WB)는 전체 주파수 대역을 나타내다. 이들의 크기를 서로 비교하면, SB ≤ PB ≤ WB 가 될 수 있다.
한편, 제어신호의 전송 방식에 따라 프레임은 주파수 축으로 베스트 밴드(Best Band; BB)와 나머지 밴드(Residual Band; RB)로 구분될 수 있다. 베스트 밴드는 복수의 서브밴드 중에서 선택되는 특정 서브밴드를 나타낸다. 나머지 밴드(RB)는 전체밴드(WB)에서 베스트 밴드(BB)를 제외한 나머지 서브밴드를 나타낸다. 예를 들어, CQI를 Best-M 방식으로 전송하는 경우(M=2)를 가정할 때, CQI는 서브밴드별로 구해지며, 서브밴드별 CQI 중 CQI 값이 가장 큰 서브밴드를 2개 선택한다. 선택된 2개의 서브밴드가 베스트 밴드(BB)가 되고, 그 외의 밴드가 나머지 밴드(RB)가 된다. 2개의 베스트 밴드(BB)의 CQI는 그대로 전송하고, 나머지 밴드(RB)의 CQI는 나머지 밴드(RB)에 속하는 모든 서브밴드의 CQI를 평균하여 하나의 평균 값으로 전송할 수 있다. 또는 2개의 베스트 밴드(BB)의 CQI는 평균되어 베스트 밴드의 평균 CQI로 전송되고, 나머지 밴드(RB)의 CQI도 평균되어 나머지 밴드의 평균 CQI로 전송될 수 있다. 또는 베스트 밴드(BB)의 CQI는 베스트 밴드 각각의 CQI 또는 평균 CQI로 전송될 때, 전체밴드(WB)에 대한 평균 CQI가 전송될 수도 있다.
이와 같이, 전체 주파수 대역을 다양한 규모로 나누는 것은 기지국과 단말 간의 통신에서 원활한 통신이 이루어지도록 제어신호로 인한 오버헤드를 줄이고 제어신호를 효율적으로 전송하기 위해서이다. 예를 들어, CQI는 복수의 단말에게 보다 좋은 서비스 품질(Quality of Service; QoS)의 서비스를 제공하기 위하여 서브밴드 별로 구하여 전송하는 것이 효과적이다. 그러나 모든 서브밴드의 CQI를 전송하는 경우에는 오버헤드가 커지게 되므로, CQI가 좋은 몇 개의 서브밴드를 베스트 밴드(BB)로 지정하여 각 서브밴드의 CQI가 전송되고, 나머지 밴드(RB)의 CQI는 평균값만이 전송하게 된다.
PMI는 사용자 데이터의 전처리와 후처리에 필요한 제어정보로서, CQI에 비하여 무선통신 시스템의 서비스 품질에 미치는 영향이 작으므로 서브밴드보다 규모가 큰 PMI 밴드(PB) 단위로 PMI를 구하여 전송하는 것이 효과적이다. PMI 밴드(PB)의 크기는 서브밴드(SB)와 동일한 크기로 사용하거나 더 큰 크기의 밴드를 사용할 수 있다. PMI는 서브밴드 별로 구해질 수 있고, 서브밴드별 PMI 중에서 베스트 밴드(BB)의 PMI가 전송될 수 있다. 그리고 PMI는 전체밴드(WB)에 대해 하나의 PMI로 구해져서 전송될 수도 있다. 전체밴드(WB) 중 선택된 특정 밴드에 대한 PMI를 주파수 선택적 PMI(Frequency Selective PMI)라 한다. 전체밴드(WB)에 대한 PMI를 주파 수 균일 PMI(Frequency Flat PMI)라 한다. 주파수 균일 PMI는 제어채널 또는 데이터 채널을 통하여 전송될 수 있다. 주파수 선택적 PMI는 데이터 채널을 통하여 전송될 수 있다. 왜냐하면, 주파수 선택적 PMI는 주파수 균일 PMI와 함께 보내는 것이 일반적이므로 다중 PMI를 형성한다. 따라서, 정보비트의 크기가 작은 제어채널로 다중 PMI를 보내기는 어렵기 때문이다.
RI는 다중안테나에 의하여 다중화될 수 있는 각각의 독립 채널을 나타내는 것으로, 전체밴드(WB) 단위로 구하여 전송하는 것으로 충분하다.
상술한 프레임의 구성 및 이에 포함되는 다양한 규모의 밴드들은 예시에 불과하며, 각 밴드들의 크기 및 수는 다양하게 변형되어 적용될 수 있다.
이하에서는 상기의 무선통신 시스템에서의 제어신호 전송 방법에 대하여 설명한다. 상향링크 또는 하향링크로 PMI를 전송하는 것으로 가정하여 설명한다. 그러나 이는 한정이 아니며, PMI 이외의 다른 제어신호의 전송에도 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 기지국은 단말로 채널상태 보고 요청을 전송한다(S110). 채널상태 보고 요청은 채널상태 보고 요청 메시지를 통하여 전송될 수 있다. 채널상태 보고 요청 메시지에는 채널상태 보고를 위한 상향링크 무선자원 할당 정보, 프레임 오프셋(frame offset), 각종 제어신호의 보고 유형 및 전송주기 등에 관한 정보가 포함될 수 있다.
단말은 귀환데이터를 구성한다(S115). 단말은 하향링크 신호로부터 채널정보를 추출한다. 채널정보에는 채널 상태 정보(CSI), 채널 품질 정보(CQI) 또는 사용 자 우선 순위 정보 등이 포함될 수 있다. 단말은 채널정보를 바탕으로 기지국과의 채널환경에 적합한 RI, PMI, CQI 등을 선택한다. 단말은 선택한 RI, PMI, CQI 등을 기지국으로 전송할 귀환데이터에 포함시킬 수 있다. 이때, 단말은 기지국이 지정하거나 사전에 약속된 제어신호의 보고 유형에 맞추어 상향링크 제어신호를 생성할 수 있다.
다음 표 1은 귀환데이터에 포함되는 상향링크 제어신호의 보고 유형에 대한 일 예를 나타낸다.
보고 유형 비트맵 RI Best-M CQI 평균 CQI PMI
A comprised WB SB SB PB
B comprised WB SB WB PB
C comprised WB SB OL PB
D comprised WB WB WB PB
E comprised WB WB OL PB
F comprised WB OL OL -
'비트맵'은 다수의 서브밴드(SB) 중 선택한 서브밴드(SB)를 지정하는 지시자(indicator)이다. 즉, 비트맵으로 제어신호가 나타내는 서브밴드(SB) 또는 PMI 밴드(PB)를 지정할 수 있다. 예를 들어, 6개의 서브밴드를 6비트의 비트맵으로 나타내는 경우, 첫 번째 서브밴드와 세 번째 서브밴드를 '101000'로 지정할 수 있다.
'RI'는 전체밴드(WB)에 대한 값으로 귀환 데이터에 포함될 수 있다.
M개의 베스트 밴드에 대한 CQI인 'Best-M CQI'와 '평균 CQI'는 각 보고 유형에 따라 서브밴드(SB)에 대한 값 또는 전체밴드(WB)에 대한 값으로 귀환 데이터에 포함될 수 있다. 서브밴드(SB)에 대한 CQI를 주파수 선택적 CQI(Frequency Selective CQI)라 하고, 전체밴드(WB)에 대한 CQI를 주파수 균일 CQI(Frequency Flat CQI)라 한다.
귀환데이터에 포함되는 제어신호의 보고 유형 'A'에서, 'Best-M CQI'는 CQI 값이 높은 순서의 M개의 서브밴드의 CQI 또는 M개의 서브밴드의 평균 CQI이고, '평균 CQI'는 나머지 밴드(RB)의 CQI의 평균값이 된다.
보고 유형 'B'에서, 'Best-M CQI'는 CQI 값이 높은 순서의 M개의 서브밴드의 CQI 또는 M개의 서브밴드의 평균 CQI이고, '평균 CQI'는 전체밴드(WB)의 CQI의 평균값이 된다.
보고 유형 'C'에서, 'Best-M CQI'는 CQI 값이 높은 순서의 M개의 서브밴드의 CQI이거나 M개의 서브밴드의 평균 CQI이고, '평균 CQI'는 개방 루프(Open Loop; OL)가 적용되는 것으로, 평균 CQI를 전송하지 않거나 보다 긴 주기로 평균 CQI를 전송하는 것을 의미한다. 개방 루프는 기지국과 단말 간의 CSI를 이용하지 않고 데이터를 전송하는 방식이다.
보고 유형 'D'에서, 'Best-M CQI'와 '평균 CQI'는 전체밴드(WB)에 대한 CQI의 평균값이 된다. 보고 유형 'E'에서, 'Best-M CQI'는 전체밴드(WB)에 대한 CQI의 평균값이 되고, '평균 CQI'는 전송되지 않거나 보다 긴 주기로 전송한다. 보고 유형 'F'에서, 'Best-M CQI'와 '평균 CQI'는 전송되지 않는다.
'PMI'는 PMI 밴드(PB)에 대한 값 또는 전체밴드(WB)에 대한 값으로 귀환데이터에 포함될 수 있다. PMI 밴드(PB)는 서브밴드(SB)와 같은 범위를 가지거나, 서브밴드(SB)보다 크고 전체밴드(WB)보다 작은 범위를 가질 수 있다. PMI 밴드(PB)의 범위는 가변적일 수 있다. 전체밴드(WB) 중 선택된 특정 밴드에 대한 PMI를 주파수 선택적 PMI라 하고, 전체밴드(WB)에 대한 PMI를 주파수 균일 PMI라 한다. 전체밴드 중에서 복수의 서브밴드가 선택될 수 있고, 복수의 주파수 선택적 PMI는 상향링크 데이터 채널을 통하여 전송될 수 있다. 주파수 선택적 PMI는 각 서브밴드(SB)에 대한 코드북 인덱스에 대응되고, 각 서브밴드에 대한 코드북으로부터 선택되는 복수의 PMI(multiple PMIs)를 주파수 선택적 PMI라 한다. 하나의 주파수 균일 PMI는 상향링크 제어채널을 통하여 전송될 수 있다.
귀환데이터에 포함되는 제어신호의 유형은 예시에 불과하며 제한이 아니다. 예를 들어, 'PMI'는 서브밴드(SB) 또는 전체밴드(WB)에 대한 값으로 주어질 수 있고, 이에 따라 귀환데이터에 포함되는 제어신호의 유형은 다양하게 변형될 수 있다. 귀환데이터는 PMI 및 CQI의 다양한 유형의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 귀환데이터는 복수의 서브밴드 각각에 대한 복수의 PMI 및 복수의 서브밴드에 대한 하나의 전체밴드 CQI로 구성될 수 있다. 또는 귀환데이터는 복수의 서브밴드에 대한 하나의 PMI, 전체밴드에 대한 하나의 CQI 및 복수의 서브밴드 중에서 선택된 베스트 밴드에 대한 하나의 CQI로 구성될 수 있다. 또는 귀환데이터는 복수의 서브밴드에 대한 하나의 PMI, 베스트 밴드에 대한 하나의 PMI, 전체밴드에 대한 CQI 및 베스트 밴드에 대한 CQI로 구성될 수 있다.
단말은 기지국으로 귀환데이터를 전송한다(S120). 귀환데이터는 채널상태 보고 요청 메시지에 대한 응답 메시지가 된다. 귀환데이터는 기지국이 지정하거나 사전에 약속된 상향링크 제어신호의 전송주기에 따라 주기적으로 전송될 수 있다.
귀환데이터를 통하여 CQI만 전송되거나 PMI 및 CQI가 전송되는 경우에 있어서, 주파수 균일 CQI 및/또는 주파수 균일 PMI는 상대적으로 적은 무선자원으로 전송될 수 있다. 적은 무선자원을 사용하는 제어채널, 즉 무선자원 할당에 제약이 있는 제어채널을 통하여 CQI 및/또는 PMI가 전송되는 경우에는 CRC(Cyclic redundancy check) 없이 전송될 수 있다.
무선자원 할당에 제약이 있는 제어채널을 통해서는 주파수 선택적 PMI를 전송하는 것은 무리가 있을 수 있다. 제어채널을 통하여 주파수 선택적 PMI를 전송하는 경우에는 선택된 복수의 서브밴드에 대한 지시자를 부여하여야 한다. 이는 제어채널에 큰 오버헤드가 될 수 있다. 예를 들어, 10 내지 20 비트의 한정된 메시지만을 전송할 수 있는 무선자원을 가진 채널의 경우에는 CQI만을 전송하는 것도 한계가 있으며, CQI, PMI 및 RI를 함께 보내는 경우 CRC와 같은 별도의 에러 검출 비트를 포함시키는 것조차 부담이 된다. 따라서 제어채널을 통해서는 주파수 균일 PMI를 전송하고, 데이터 채널을 통하여 주파수 선택적 PMI를 전송하는 것이 바람직하다.
기지국은 단말로부터 수신한 귀환데이터의 에러를 검출한다(S125). 에러 검출 채널(Error Detection Channel)을 통하여 PMI가 전송되는 경우, 기지국은 PMI에 대한 에러 여부를 확인할 수 있다. 에러 검출 채널은 전송 데이터에 CRC를 부여하여 데이터의 에러 여부를 검출할 수 있는 채널을 의미한다. 에러 검출 채널은 충분한 무선자원을 이용할 수 있는 데이터 채널을 의미한다. PMI 정보에 에러가 있는 경우, 기지국은 단말이 전송한 PMI를 사용할지 여부를 결정한다. 귀환데이터의 비트맵, PMI 등의 에러여부에 따라 이후 전송할 승인 메시지의 유형이 달라질 수 있다. 귀환데이터의 에러 검출 및 승인 메시지의 유형에 대하여는 후술한다.
다음 표 2는 상향링크 제어신호의 보고 유형에 따른 무선자원 할당의 일 예를 나타낸다. 비트맵 또는 PMI에서 에러가 발생되는 경우를 가정하여 단말에게 할당할 무선자원에 어느 PMI를 적용할 것인지를 나타낸다.
무선자원 할당 유형 보고 유형 귀환데이터 베스트 밴드 임의 밴드 (Arbitrary Band)
1 A - SB SB
2 B No Error SB WB
3 Bitmap Error WB WB
4 PMI Error Bitmap and PMI Error OL OL
5 C - SB OL
6 D No Error Bitmap Error WB WB
7 PMI Error Bitmap and PMI Error OL OL
8 E - WB OL
9 F No Error Bitmap Error OL OL
'임의 밴드(Arbitrary Band)'는 전체밴드(WB)에서 선택된 베스트 밴드(BB) 이외의 밴드를 의미한다. 즉, 베스트 밴드(BB)는 사용자에게 무선자원이 할당되는 밴드이고 임의 밴드는 그 이외의 밴드를 의미한다. 귀환데이터에 에러가 없는 경우(No Error)에는 기지국은 단말이 지정한 베스트 밴드와 같은 유형으로 PMI를 적용하여 무선자원을 할당된다. 귀환데이터에서 비트맵에 에러가 있는 경우(Bitmap Error)에는 기지국은 단말이 지정한 서브밴드를 알 수 없으므로 전체밴드(WB)에 대한 PMI를 적용하여 무선자원을 할당하거나 개방 루프(Open loop; OL) MIMO 방식을 적용하여 무선자원을 할당한다. 이하, 개방 루프 MIMO 방식을 보조 MIMO 송신 방식(Secondary MIMO transmit scheme)이라 한다. 귀환데이터에서 에러가 검출되지 않는 경우 기지국은 주요 MIMO 송신 방식(Primary MIMO transmit scheme)을 적용하고, PMI에 에러가 있는 경우(PMI Error)에 기지국은 보조 MIMO 송신 방식을 적용하여 무선자원을 할당한다.
여기서, 주요 MIMO 송신 방식은 귀환데이터에 포함된 정보를 이용하는 방식으로, 예를 들어 귀환데이터에 포함된 랭크나 PMI를 적용하여 다중 안테나를 이용하여 송신 신호를 공간적, 시간적 또는 주파수적으로 섞어 전송하는 방식이다. 보조 MIMO 송신 방식은 에러가 검출된 귀환 데이터에 포함된 PMI를 이용하지 않고, 미리 지정된 MIMO 방식을 통해 다중안테나로 송신 신호를 공간적, 시간적 또는 주파수적으로 섞어 전송하는 방식이다. 보조 MIMO 송신 방식은 지정된 시간 동안 한시적으로 사용될 수 있다. 이후 귀환 데이터에 에러가 검출되지 않으면 주요 MIMO 송신 방식이 사용될 수 있다.
귀환 데이터에 에러가 검출된 경우 이전 귀환 데이터에 포함된 정보를 이용할 수도 있다. 즉, 현재 채널 상태와 이전 채널 상태가 급격하게 변화하지 않는 경우 이전에 수신된 귀환 데이터에 포함된 정보를 이용하여 MIMO 송신 방식을 결정할 수도 있다. 예를 들어, 보고유형 'A', 'B' 또는 'C'로 CQI/PMI가 전송될 때, 귀환 데이터에서 에러가 검출되면 기지국은 이전에 보고 받은 귀환 데이터 중 에러가 없는 가장 최근의 귀환 데이터를 사용할 수 있다. 사용되는 가장 최근의 귀환 데이터의 전송 주기는 지시자로 알려 줄 수 있다.
이하에서, 주요 MIMO 송신 방식은 현재 귀환 데이터에 포함된 정보를 이용한 송신 방식을 의미하고, 보조 MIMO 송신 방식은 현재 귀환 데이터에 포함된 PMI를 이용하지 않는 송신 방식을 의미한다.
보조 MIMO 송신 방식 기법으로 랭크 1에서 SFBC(Space Frequency Block Code), STBC(Space Time Block Code)와 같은 STC(Space-Time Coding), CDD(Cyclic Delay Diversity), FSTD(frequency switched transmit diversity), TSTD(time switched transmit diversity) 등을 사용할 수 있다. 보조 MIMO 송신 방식 기법으로 랭크 2 이상에서 공간 다중화(Spatial Multiplexing), GCDD(Generalized Cyclic Delay Diversity), S-VAP(Selective Virtual Antenna Permutation) 등을 사용할 수 있다. SFBC는 공간 영역과 주파수 영역에서의 선택성을 효율적으로 적용하여 해당 차원에서의 다이버시티 이득과 다중 사용자 스케줄링 이득까지 모두 확보할 수 있는 기법이다. STBC는 공간 영역과 시간 영역에서 선택성을 적용하는 기법이다. FSTD는 다중안테나로 전송되는 신호를 주파수로 구분하는 기법이고, TSTD는 다중안테나로 전송되는 신호를 시간으로 구분하는 기법이다. 공간 다중화는 안테나별로 서로 다른 데이터를 전송하여 전송률을 높이는 기법이다. GCDD는 시간 영역과 주파수 영역에서의 선택성을 적용하는 기법이다. S-VAP는 단일 프리코딩 행렬을 사용하는 기법으로, 공간 다이버시티 또는 공간 다중화에서 다중 코드워드를 안테나 간에 섞어주는 MCW(Multi Codeword) S-VAP와 단일 코드워드를 사용하는 SCW(Single Codeword) S-VAP가 있다. 보조 MIMO 송신 방식은 복수의 코드북(Codebook) 중에서 어느 하나의 코드북만을 정하여 사용할 수도 있다.
STC(Space-time coding)의 일 예로는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 표준 802.16-2004 'Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems'8.4.8절을 참조할 수 있다. CDD의 일 예는 3GPP TS 36.211 V1.1.0 (2007-05) 'Physical Channel and Modulation' 5.3.4.1 절을 참조할 수 있다. GCDD의 일 예는 본 출원인에 의한 대한민국 특허출원 제10-2007-0069770호 (2007년 7월 11일)을 참조할 수 있다.
기지국은 단말에게 MIMO 방식(MIMO scheme)를 알려준다(S130). MIMO 방식은 승인 메시지를 통하여 전송된다. 승인 메시지는 주요 MIMO 송신 방식 및 보조 MIMO 송신 방식 중 어느 것을 적용할 것인지 여부를 지시한다. 즉, MIMO 방식은 귀환데이터에 포함된 PMI를 그대로 사용하는지 여부 및 귀환데이터에 포함된 PMI와 상관없이 전송 다이버시티를 사용하는지 여부를 지시한다. 여러 제어신호 중에서 일부 또는 전부를 단말이 기지국으로 전송한 내용 그대로 사용하는 경우에는 기지국은 단말에게 그 내용을 다시 알려줄 필요 없이 확인(Acknowledgement) 메시지만을 보낸다. 특히, PMI는 단말이 전송한 제어신호에 에러가 발생하거나 스케줄링의 이유로 기지국이 다른 PMI를 사용하도록 지정하는 경우를 제외하고는 단말이 전송한 PMI가 그대로 사용된다. 단말은 기지국과 단말 간의 채널 정보, 채널상태 정보(CSI) 등을 이용하여 최적의 PMI를 선택하는데, 일반적으로 채널상태 정보는 데이터량이 많아서 기지국으로 전송되지 않는다. 또한 단말이 전송한 CQI는 PMI에 맞추어 계산되어 양자화(quantization)된 것으로, PMI가 바뀌는 경우 CQI는 다시 계산되어 바뀌어야 한다. 그러나 단말로부터 전송되는 PMI가 없는 경우에 기지국은 PMI를 다시 계산할 수 없으며, 임의의 PMI를 사용하게 되면 서비스 품질(QoS)을 더욱 악화시킬 수 있다.
한편, 승인 메시지는 새로운 PMI를 지시할 수 있다. 승인 메시지는 데이터 채널을 통하여 단말이 최근에 전송한 PMI을 지시하는 메시지일 수 있다. 또는 승인 메시지는 미리 지정된 PMI를 지시할 수 있다. 승인 메시지는 에러 검출 채널을 통해 전송된 주파수 선택적 PMI에 대한 메시지이다.
기지국은 귀환데이터에 에러가 있다고 판단될 때 미리 지정된 보조 MIMO 송신 방식을 사용할 수 있다. 즉, 기지국은 단말이 전송한 PMI를 사용하지 않고 보조 MIMO 송신 방식을 선택할 수 있다. 이때, 기지국은 승인 메시지에 보조 MIMO 송신 방식을 나타내는 지시자를 포함시켜 전송할 수 있다. 예를 들어, RI, Bitmap, PMI, CQI 등 모든 귀환 정보를 포함한 귀환데이터에서 에러가 검출되는 경우, 이때의 CQI도 신뢰하기 어렵다. 이러한 경우에도 하향링크 데이터 전송을 해야 한다면, 미리 지정된 보조 MIMO 송신 방식을 이용할 수 있다. 보조 MIMO 송신 방식으로 제어 채널을 통하여 제어정보가 전송되는 경우는 제어정보의 전송을 위해 보고된 채널 상태 정보를 이용할 수 있기 때문에 CQI의 불일치로 인한 불필요한 재전송을 줄일 수 있다.
귀환 데이터에 에러가 있다고 판단되었으나 미리 지정된 보조 MIMO 송신 방식이 없는 경우, 전체밴드에 대한 PMI을 기지국이 선택하여 단말에게 알려준다. 예를 들어, PMI 및 CQI의 전송을 위한 상향링크 데이터 채널을 통하여 베스트 밴드에 대한 주파수 선택적 PMI 및 주파수 선택적 CQI가 전송될 때 귀환데이터에 에러가 생길 수 있고, 이때 기지국이 에러가 있는 귀환데이터 대신에 전체밴드에 대한 PMI를 지정하여 사용할 수 있다. 기지국은 전체밴드에 대한 PMI를 지시자를 통하여 단말에게 알려주어 데이터 전송의 신뢰성을 높일 수 있다.
승인 메시지는 단순히 상향링크 제어신호의 적용여부를 나타내는 1비트의 ACK(Acknowledgment)/NACK(Non-Acknowledgment) 신호가 될 수 있다. 예를 들어, 단말이 전송한 PMI에 대하여 ACK은 이 PMI를 그대로 사용한다는 의미이고, NACK은 단말이 전송한 PMI를 그대로 사용하지 않는다는 의미가 된다. 기지국이 단말이 전송한 PMI를 그대로 사용하지 않는 것으로 결정한 경우에는 어떤 PMI를 적용할 것인지에 대한 정보를 더 알려줄 수 있다. 또는 승인 메시지는 이전에 보낸 PMI를 사용하도록 2비트로 표현될 수 있다. 예를 들어, 승인 메시지가 '00'이면 가장 최근에 전송한 PMI를 그대로 사용하고, '01'이면 두 번째 전송주기 이전에 단말이 전송한 PMI를 그대로 사용하며, '10'이면 세 번째 전송주기 이전에 단말이 전송한 PMI를 그대로 사용한다는 의미가 될 수 있다. 승인 메시지가 '11'이면 단말이 전송한 PMI를 그대로 사용하지 않는다는 의미가 될 수 있다. 승인 메시지의 의미는 예시에 불과하며 당업자로서 자명한 형태로 변형하여 적용할 수 있다.
기지국은 하향링크 데이터 채널을 통하여 하향링크 데이터를 전송한다(S140). 기지국은 단말이 전송한 PMI를 그대로 사용하지 않는 것으로 결정하여 NACK 신호를 포함한 승인 메시지를 전송하였다고 하자. 단말이 전송한 PMI를 그대로 사용하지 않는 경우에는 보조 MIMO 송신 방식이 기지국과 단말 간의 통신에 적용된다. 예를 들어, 랭크가 1이고, 보조 MIMO 송신 방식이 SFBC라면, 기지국으로부터 NACK 신호의 승인 메시지를 수신한 단말은 SFBC를 적용하여 데이터를 수신한다.
한편, 기지국은 단말이 전송하는 상향링크 제어신호의 보고 유형 및 에러 여부에 따라 할당된 무선자원의 할당 유형에 대한 다양한 형태의 승인 메시지를 단말에게 보낼 수 있다.
다음 표 3은 승인 메시지의 일 예를 나타낸다. 여기서 상향링크 제어신호의 보고 유형은 표 1에서 'B'인 것으로 가정한다. 승인 메시지는 승인여부, RI, PMI 등을 지시하는 지시 비트의 조합으로 이루어질 수 있다.
승인 메시지 유형 비트수 (지시 비트) 에러가 검출되지 않는 경우 에러가 검출되는 경우 RI
a 1bit (0~1: 승인 여부) confirm (RI, SB, WB) <1> OL(보조 MIMO) (reported RI) <1>
b 3bit (0~1: 승인 여부) (00~11: RI 지시) confirm (RI, SB, WB) <1> OL(보조 MIMO) <1> RI error OL RI <4>
c 2bit (0~1: 승인 여부) (0~1: PMI 지시) Used PMI (RI, SB+WB) (RI, WB) <2> OL(보조 MIMO) (reported RI) <1> Bitmap error
d 4bit (0~1: 승인 여부) (00~11: RI 지시) (0~1: PMI 지시) Used PMI (RI, SB+WB) (RI, WB) <2> OL(보조 MIMO) <1> OL RI RI error Bitmap error <4>
e 7bit (0~1: 승인 여부) (00~11: RI and WB PMI 지시) (0000~1111: PMI 지시) confirm (RI, SB+WB) <1> OL (보조 MIMO) <1> OL RI and WB PMI <4>
WB PMI (reported WB PMI) (overriding) <16>
승인 메시지 유형 'a'에서, 에러가 검출되지 않은 경우는 단말이 전송한 RI, SB, WB가 그대로 적용되고, 에러가 검출되는 경우는 단말이 전송한 RI를 바탕으로 보조 MIMO 송신 방식이 적용된다.
승인 메시지 유형 'b'에서, RI의 에러 또는 보조 MIMO 송신 방식의 RI를 기지국이 단말에게 알려주기 위해서 4가지 경우가 추가될 수 있다. 승인 메시지는 승인 여부를 지시하는 1 비트 및 RI를 지시하는 2비트로 이루어져 전체 3비트가 될 수 있다.
승인 메시지 유형 'c'에서, 비트맵에 에러가 있으면 PMI가 주파수 선택적 PMI 및 주파수 균일 PMI인지 또는 주파수 균일 PMI만인지에 대하여 단말에게 알려주어야 하므로, 승인 메시지는 승인 여부를 지시하는 1 비트 및 PMI를 지시하는 1비트로 이루어져 전체 2비트가 될 수 있다.
승인 메시지 유형 'd'에서, 비트맵 에러와 함께 RI 에러가 있거나 보조 MIMO 송신 방식의 RI를 기지국이 단말에게 알려주는 경우, 승인 메시지는 승인 여부를 지시하는 1 비트, RI를 지시하는 2비트 및 PMI를 지시하는 1비트로 이루어져 4비트가 될 수 있다. 비트맵 에러가 있는 승인 메시지 유형 'c', 'd'에서는 가장 최근에 사용된 PMI를 지시한다.
승인 메시지 유형 'e'에서, 승인 메시지는 단말이 전송한 RI 및 PMI를 그대로 사용하는 승인(confirm) 및 보조 MIMO 송신 방식의 적용 여부를 지시하는 승인 여부의 지시, 보조 MIMO 송신 방식의 RI 및 전체밴드 PMI 지시, 전체밴드 PMI의 지정(overriding) 등을 나타낼 수 있다. 보조 MIMO 송신 방식의 랭크에 따라 사용되는 전체밴드 PMI가 미리 정해질 수 있으며, 기지국이 미리 정해진 전체밴드 PMI 중 어느 하나를 지시할 수 있다. 기지국은 전체밴드 PMI를 직접 지정하여 4비트로 알려 줄 수도 있다.
상술한 승인 메시지는 예시에 불과하며, 승인 메시지의 비트수나 단말에게 알려줄 내용은 다양하게 변경될 수 있다. 그리고 승인 지시자, 보조 MIMO 송신 방식 지시자, 주파수 균일 PMI 지시자는 각각 독립된 비트로 구성될 수 있으며, 각 상태를 나타내는 비트 필드 형태로 구성될 수도 있다. 또한 랭크 정보는 승인 메시지, 또는 보조 MIMO 송신 방식이나 주파수 균일 PMI를 나타내는 지시자와 독립적인 비트로 표현하거나, 묵시적인 방법으로 나타낼 수 있다.
표 4는 승인 메시지의 다른 예를 나타낸다
승인 지시자 1 bit 0: 승인 1: 보조 MIMO 방식 (Rank 정보 및 PMI 정보 bit의 활성화)
MIMO Rank 2 bit 00: Rank 1 01: Rank 2 02: Rank 3 03: Rank 4
MIMO Precoding Matrix Indicator 4 bit 0000 ~ 1111
송신안테나 및 수신안테나에 따라 지원되는 랭크의 수가 결정되므로, 지원되는 랭크의 수에 따라 MIMO Rank의 비트수도 달라질 수 있다. 예를 들어, 2개의 송신안테나 및 2개의 수신안테나를 사용하는 시스템(2Tx-2Rx)은 최대 랭크 2가 지원되고, 4개의 송신안테나 및 2개의 수신안테나를 사용하는 시스템(4Tx-2Rx)은 최대 랭크 4가 지원된다.
표 5는 승인 메시지의 또 다른 예를 나타낸다. 랭크에 따른 코드북이 지시될수 있다.
승인 지시자 1 bit 0: 승인 1: 보조 MIMO 방식 (Rank 정보 및 PMI 정보 bit의 활성화)
MIMO Rank and Precoding Matrix Indicator 6 bit 000000 ~ 001111: Rank1 Codebook 010000 ~ 011111: Rank 2 Codebook 100000 ~ 101111: Rank 3 Codebook 110000 ~ 111111: Rank 4 Codebook
지원하는 코드북(Codebook)의 수에 따라 PMI의 비트수가 달라 질 수 있다. 예를 들어, 2개의 송신안테나를 위한 코드북으로 랭크 1에서 6개의 코드북을 사용하고 랭크 2에서 3개의 코드북을 사용할 수 있다. 그리고 4개의 송신안테나를 위한 코드북으로 모든 랭크에서 16개의 코드북을 사용할 수 있다. 4개의 송신안테나를 사용하는 시스템이 랭크 4까지 지원하는 경우, 랭크를 구분하는 2 비트 및 각 랭크에서의 코드북을 구분하는 4 비트가 할당되어 랭크 및 PMI를 지시할 수 있다. 랭크 2까지 지원하는 시스템의 경우에는 랭크 및 PMI를 5 비트로 지시할 수 있다.
표 6은 승인 메시지의 또 다른 예를 나타낸다. 승인 지시자, 랭크 및 PMI가 함께 표현될 수 있다.
승인 지시자 and MIMO Rank and Precoding Matrix Indicator 7 bit 1000000: 승인 1000001: 보조 MIMO 방식 0000000 ~ 0001111: Rank1 Codebook 0010000 ~ 0011111: Rank 2 Codebook 0100000 ~ 0101111: Rank 3 Codebook 0110000 ~ 0111111: Rank 4 Codebook
이상에서와 같이, 단말로부터 수신되는 다중안테나 관련 상향링크 제어신호의 유형 및 에러 여부에 따라 할당되는 무선자원의 처리 방식을 결정하고, 단말에게 모든 제어신호를 전송하지 않고 적용되는 내용에 대한 승인 메시지를 전송함으로써 제어신호 전송에 따른 오버헤드를 줄일 수 있다. 특히, 하향링크에서 주파수 선택적 PMI를 적용하여 데이터를 송수신하는 경우는 신호 대 잡음비(signal to noise ratio; SNR)을 개선할 수 있으나, 복수의 PMI를 전송하여야 하므로 하향링크 제어신호의 오버헤드를 증가시키게 된다. 단말이 전송한 주파수 선택적 PMI에 대하여 승인 메시지를 전송함으로써, 하향링크 오버헤드를 줄이고 하향링크 데이터 전송의 수율을 높일 수 있다.
이하에서 귀환데이터에서 에러를 검출하여 PMI의 적용 여부를 결정하는 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PMI의 적용 여부를 결정하는 방법을 도시한 흐름도이다. 단말이 서브밴드별 PMI를 기지국으로 전송한 것으로 가정한다.
도 6을 참조하면, 기지국은 단말로부터 귀환데이터를 수신한다(S210). 귀환데이터에는 단말의 채널 환경에 가장 적합한 주파수 선택적 PMI와 채널 상태가 좋은 서브밴드를 지정하는 비트맵이 포함된다. 귀환 데이터에는 전체밴드에 대한 주파수 균일 PMI가 포함될 수 있다. 주파수 균일 PMI는 제어채널을 통하여 전송되고, 주파수 선택적 PMI는 데이터 채널을 통하여 전송될 수 있다.
기지국은 단말이 기지국으로 전송한 귀환데이터의 비트맵의 에러 여부를 판별한다(S220). 비트맵에 에러가 없는 경우, 기지국은 귀환데이터에서 PMI의 에러 여부를 판별한다(S230). PMI에 에러가 없는 경우, 기지국은 단말이 전송한 PMI를 적용한 주요 MIMO 송신 방식을 무선자원 할당에 적용한다(S240). 즉, 단말로부터 수신한 PMI와 비트맵에 에러가 없는 경우에 단말이 전송한 PMI를 무선자원 할당에 적용한다. 여기서 PMI는 전체밴드 또는 서브밴드에 대한 PMI가 될 수 있으며, 비트맵 에러와 PMI 에러의 조건에 따라 전체밴드에 대한 PMI 또는 서브밴드에 대한 PMI를 적용할 수 있을 것이다.
비트맵에 에러가 있거나 PMI에 에러가 있는 경우, 기지국은 보조 MIMO 송신 방식을 무선자원 할당에 적용한다(S250). 기지국은 승인 메시지를 통하여 단말에게 보조 MIMO 송신 방식이 적용됨을 알려주고, 이를 사용하여 단말에게 데이터를 전송하고 단말로부터 데이터를 수신한다.
이와 같이, 상향링크 제어신호의 에러 여부에 따라 무선자원에 적용할 PMI를 적응적으로 선택할 수 있다. 이에 따라 하향링크 제어신호에 PMI 값을 전송하지 않고 결정된 PMI에 대한 정보를 승인 메시지를 통하여 알려줌으로써 하향링크 제어신호에 의한 오버헤드를 줄일 수 있게 된다.
도 7 내지 10은 귀환데이터의 에러에 따른 수율(throughput)을 나타낸 그래프의 예이다. 도 7은 단말의 이동 속도가 3km/h이고 귀환데이터의 에러율이 1%인 경우이고, 도 8은 단말의 이동 속도가 3km/h이고 귀환데이터의 에러율이 10%인 경우이고, 도 9는 단말의 이동 속도가 15km/h이고 귀환데이터의 에러율이 1%인 경우이고, 도 10은 단말의 이동 속도가 15km/h이고 귀환데이터의 에러율이 10%인 경우이며, 승인 메시지 여부에 따른 시스템 수율을 나타낸다.
도 7 내지 10을 참조하면, 귀환데이터에 에러가 없는 경우(perfect)가 가장 좋은 결과를 나타낸다. 선택 1(alternative 1)과 선택 2(alternative 2)는 승인 메시지를 전송하는 경우이고, 선택 3(alternative 3)은 승인 메시지를 전송하지 않는 경우이다. 귀환데이터에 에러가 있을 때, 선택 1은 SFBC를 적용하고 선택 2는 이전에 전송한 CQI 및 PMI를 사용하거나 SFBC를 적용하는 경우이다.
승인 메시지를 전송하는 않는 경우에 비하여 승인 메시지를 전송하고 보조 MIMO 송신 방식이나 이전에 전송한 CQI 및 PMI를 사용하는 경우가 더욱 좋은 결과를 나타내는 것을 볼 수 있다.
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 다중안테나를 가지는 송신기를 도시한 블록도이다.
도 3은 다중안테나를 가지는 수신기를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선자원 할당에 대한 제어신호의 규모(granularity)를 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PMI의 적용 여부를 결정하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 귀환데이터의 에러에 따른 수율(throughput)을 나타낸 그래프의 일 예이다.
도 8은 귀환데이터의 에러에 따른 수율(throughput)을 나타낸 그래프의 다른 예이다.
도 9는 귀환데이터의 에러에 따른 수율(throughput)을 나타낸 그래프의 또 다른 예이다.
도 10은 귀환데이터의 에러에 따른 수율(throughput)을 나타낸 그래프의 또 다른 예이다.

Claims (9)

  1. 무선통신 시스템에서 데이터 전송방법에 있어서,
    PMI(precoding matrix indicator)를 포함하는 귀환데이터를 상향링크 데이터 채널을 통하여 수신하되, 상기 PMI 값은 코드북(codebook) 인덱스에 대응하는 단계;
    하향링크 데이터를 위한 프리코딩 방식을 하향링크 제어채널을 통하여 전송하되, 상기 프리코딩 방식은 상기 수신된 PMI에 상관없는 적어도 2개의 전송 다이버시티(transmit diversity), 상기 수신된 PMI에 따른 프리코딩을 지시하는 승인(acknowledgement) 및 전송되는 하향링크 데이터의 프리코딩에 사용되는 새로운 PMI 중 어느 하나로 결정되는 단계; 및
    상기 결정된 프리코딩 방식에 따라 프리코딩을 적용한 후 하향링크 데이터 채널을 통하여 상기 하향링크 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 무선통신 시스템에서 데이터 전송방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 귀환데이터에 부가된 CRC(cyclic redundancy check)를 이용하여 상기 귀환데이터에서 에러가 검출될 때 상기 프리코딩 방식은 상기 전송 다이버시티로 결정되는 무선통신 시스템에서 데이터 전송방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 프리코딩 방식은 가장 최근에 수신한 PMI를 지시하는 상기 새로운 PMI로 결정되는 무선통신 시스템에서 데이터 전송방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 전송 다이버시티는 SFBC(space frequency block code) 및 CDD(cyclic delay diversity)를 포함하는 무선통신 시스템에서 데이터 전송방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 귀환데이터는 복수의 PMI를 포함하고, 상기 복수의 PMI 각각은 각 서브밴드를 위한 코드북으로부터 선택되는 무선통신 시스템에서 데이터 전송방법.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 귀환데이터는 복수의 서브밴드에 대한 주파수 균일 PMI 및 상기 복수의 서브밴드에서 선택되는 서브밴드에 대한 주파수 선택적 PMI를 포함하는 무선통신 시스템에서 데이터 전송방법.
  7. 무선통신 시스템에서 데이터 처리방법에 있어서,
    적어도 하나의 PMI를 포함하는 귀환데이터를 구성하되, 상기 PMI의 값은 코드북 인덱스에 대응하는 단계;
    상기 귀환데이터를 상향링크 데이터 채널을 통하여 보고하는 단계;
    하향링크 데이터를 위한 프리코딩 방식을 하향링크 제어채널을 통하여 수신하되, 상기 프리코딩 방식은 상기 보고된 PMI와 상관없는 전송 다이버시티 또는 하향링크 데이터의 프리코딩에 사용되는 프리코딩 행렬로 결정되는 단계; 및
    하향링크 데이터 채널을 통하여 하향링크 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 무선통신 시스템에서 데이터 처리방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 귀환데이터는 복수의 서브밴드에 대한 복수의 PMI 및복수의 서브밴드에 대한 전체밴드 CQI(channel quality indicator)를 포함하는 무선통신 시스템에서 데이터 처리방법.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 귀환데이터는 복수의 서브밴드에 대한 제1 PMI, 상기 복수의 서브밴드 중에서 선택되는 서브밴드에 대한 제2 PMI, 상기 복수의 서브밴드에 대한 전체밴드에 대한 CQI 및 상기 복수의 서브밴드 중에서 선택되는 상기 서브밴드에 대한 하나의 CQI를 포함하는 무선통신 시스템에서 데이터 처리방법.
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