KR20100005650A - 다중 셀 환경에서 사운딩 채널을 이용한 협력적 ｍｉｍｏ 기법 - Google Patents

다중 셀 환경에서 사운딩 채널을 이용한 협력적 ｍｉｍｏ 기법 Download PDF

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Abstract

다중 셀 환경에서 사운딩 채널을 이용한 협력적 MIMO 기법이 공개된다. 제1 셀을 위해 서비스하는 제1 기지국에서 제1 기지국과 이동국 사이의 제1 다운링크 채널의 제1 채널 상태 정보를 획득하는 단계, 제1 기지국에서 제2 셀을 위해 서비스하는 제2 기지국으로 하여금 제2 기지국과 이동국 사이의 제2 다운링크 채널의 제2 채널 상태 정보를 획득하라고 요청하는 정보를 포함하는 신호를 제2 기지국에게 전송하는 단계, 및 제2 기지국에서 제2 채널 상태 정보를 획득하는 단계를 통해 협력적 MIMO에 사용되는 채널 상태 정보를 획득한다. 이때, 위의 이동국은 제1 기지국에 의해 서비스된다.
협력적 MIMO, 채널 상태 정보, 사운딩 채널

Description

다중 셀 환경에서 사운딩 채널을 이용한 협력적 ＭＩＭＯ 기법{A COLLABORATIVE MIMO USING A SOUNDING CHANNEL IN A MULTI-CELL ENVIRONMENT}
본 문서는 이동 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 이동 통신 시스템에서 협력적 MIMO(multiple input multiple output) 수행 방법 및 이의 수행에 필요한 채널 상태 정보를 획득하는 방법에 관한 것이다.
최근 광대역 무선이동통신 기술로서 MIMO 시스템이 각광받고 있다. 특히 MIMO 시스템은 기존의 단일 입출력(SISO: Single Input Single Output) 방식의 통신기술에서 실현이 어려웠던 스펙트럼 효율을 안테나 수에 비례하여 높일 수 있는 기술이다.
MIMO 기술은 다수의 안테나를 사용하여 고속의 통신을 이루려는 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 방법이다. 즉, 송신측에서는 각 전송 안테나를 통해 서로 다른 데이터를 전송하고, 수신측에서는 적절한 간섭제거 및 신호처리를 통 하여 송신 데이터를 구분함으로써, 전송률을 송신 안테나 수만큼 향상시키는 기법이다.
공간 다이버시티(Spatial Diversity) 기법은 같은 데이터를 다중의 송신 안테나를 통해 전송하여 송신 다이버시티를 얻는 방법이다. 즉, 공간 다이버시티 기법은 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.
또한, MIMO 기술은 수신측에서 송신측으로의 채널 정보의 귀환 여부에 따라 개루프 방식(예를 들어, BLAST, STTC 방식 등) 및 폐루프 방식(예를 들어, TxAA 등)으로 구분할 수 있다.
또한, 사용자의 수에 따라 단일 사용자 MIMO(Single-user MIMO) 및 복수 사용자 MIMO(Multi-user MIMO)로 구분될 수 있다. 단일 사용자 MIMO는 2개 이상의 안테나를 가진 한 개의 단말과 2개 이상의 안테나를 가진 기지국 사이에서 수행되는 다중 안테나 방식이다. 반면, 다중 사용자 MIMO는, 1개의 안테나를 가진 2개 이상의 단말과 다수 개의 안테나를 가진 1개의 기지국 사이에서 수행되는 다중 안테나 방식이다. 이 방법의 장점으로는, 첫째, 단말 입장에서는 한 개의 송신 경로만 있으면 되므로 1개의 파워앰프만 있으면 된다. 또한 비록 현재 다른 단말과 함께 MIMO로 동작하고 있더라도, 한 단말은 하나의 안테나로 송신을 하므로 단말의 출력을 안테나 별로 나누지 않아도 되어 일반적인 MIMO에서의 3dB 손실을 겪지 않아도 된다. 둘째, 두 단말을 적절히 선택하면 한 단말 내에 2개의 안테나를 설치한 경우보다 훨씬 우수한 채널 행렬을 얻을 수 있다. 이 방식에 의하면, 여러 명의 사용자들을 하나 번에 고려를 하기 때문에, 사용자들의 안테나 사이에서는 보다 더 낮은 상관도가 예상되므로 더 우수한 형태의 채널 특성 행렬을 얻을 수 있다.
종래의 기술에서는 단일 셀에 MIMO를 적용하여 다이버시티, 단일 사용자 MIMO(Single-user MIMO), 복수 사용자 MIMO(Multi-user MIMO)를 구현하였던 것과는 달리, 협력적 MIMO(collaborative MIMO)는 도 1과 같이 다중 셀 환경에서 복수개의 기지국을 이용하여 셀 가장자리에 있는 사용자의 수신성능을 높이는 방법이다. 단말은 동일 셀의 기지국 다중안테나를 통해 단일 사용자 MIMO 또는 복수 사용자 MIMO에 의해 수신성능을 높일 수 있으며, 도 1의 단말처럼 인접 셀로부터 간섭을 받기 쉬운 셀 가장자리에 있는 사용자는 인접 기지국들로부터 동일 채널에 대한 신호를 수신함으로써 다이버시티 또는 SM 등의 협력적 MIMO를 구현할 수 있다.
협력적 MIMO 시스템을 이용하면, 단말은 다중 기지국(Multi-cell base-station)으로부터 공동으로 데이터를 지원받을 수 있다. 또한, 각각의 기지국은 시스템의 성능을 향상시키기 위하여 동일한 주파수 자원(Same Radio Frequency Resource)을 이용하여 하나 이상의 단말(MS1, MS2, ..., MSK)을 동시에 지원할 수 있다. 또한, 기지국은 기지국과 단말 간의 채널에 대한 상태정보를 기초로 하여 공간 분할 다중접속(SDMA: Space Division Multiple Access) 방법을 수행할 수 있 다.
협력적 MIMO에서 서빙 기지국 및 하나 이상의 협력 기지국들은 백본망(Backbone network)을 통해 스케줄러(Scheduler)에 연결된다. 스케줄러는 백본망을 통하여 각 기지국(BS1, BS2, ...,BSM)이 측정한 각각의 단말(MS1, MS2, ...,MSK) 및 협력 기지국 간의 채널 상태에 관한 채널 정보를 피드백 받아 동작할 수 있다. 예를 들어, 스케줄러는 서빙 기지국 및 하나 이상의 협력 기지국에 대하여 협력적 MIMO 동작을 위한 정보를 스케줄링한다. 즉, 스케줄러에서 각 기지국으로 협력적 MIMO 동작에 대한 지시를 직접 하게 된다.
일반적인 기술에서, 협력적 MIMO를 이용하는 각 단말은 협력적 MIMO 동작에 필요한 정보를 각각의 서빙 기지국에만 보고하며 협력 기지국에는 보고하지 않는다. 서빙 기지국은 백본망을 통해 피드백 정보를 모두 스케줄러에 전송하고, 스케줄러는 백본망을 통해 협력적 MIMO를 위한 정보를 협력적 기지국들에 제공한다. 이때, 셀 가장자리에 있는 단말은, 협력적 MIMO를 위해 요구되는, 서빙 기지국에 대한 정보 및 협력 기지국에 대한 정보를 서빙 기지국에 함께 전송해야 하는데, 이로 인한 피드백 오버헤드가 증가할 수 있다.
본 발명은, 협력적 MIMO 수행 방법 및 이를 수행하기 위한 CSI를 효율적으로 획득하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양상에 따른 특정 단말의 다중 셀 환경에서 협력적 다중 입출력(Co-MIMO) 방식으로 신호를 수신하는 방법은, 서빙 기지국 및 상기 서빙 기지국과 함께 상기 협력적 다중 입출력 방식을 수행하기 위한 하나 이상의 인접 기지국을 포함하는 협력 기지국들에 상향링크 사운딩(Uplink Sounding) 신호를 전송하는 단계, 및 상기 협력 기지국들이 상기 상향링크 사운딩 신호를 이용하여 상기 협력 기지국에 의해 서비스 받는 전체 단말에 대해 산정한 다중 사용자 프리코딩 행렬(multiuser precoding matrix)을 이용하여 상기 특정 단말에 전송한 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 다중 사용자 프리코딩 행렬은, 상기 협력 기지국들 각각이 상기 특정 단말로부터 수신한 상기 상향링크 사운딩 신호를 이용하여 채널 상태 정보(channel state information: CSI)를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 채널 상태 정보를 이용하여 상기 다중 사용자 프리코딩 행렬을 산정하는 단계에 의해 획득될 수 있다.
또한, 상기 채널 상태 정보는 상기 협력적 다중 입출력 방식으로 상기 특정 단말이 신호를 수신하기 위한 하향링크 채널에 대한 채널 상태 정보일 수 있다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 양상에 따른 특정 기 지국이 하나 이상의 인접 기지국과 협력적 다중 입출력 (Co-MIMO) 방식으로 신호를 전송하는 방법은, 특정 단말로부터 상향링크 사운딩(Uplink Sounding) 신호를 수신하는 단계; 상기 상향링크 사운딩 신호를 이용하여 상기 협력 기지국에 의해 서비스 받는 전체 단말에 대한 채널 상태 정보(channel state information: CSI)를 추정하는 단계; 상기 추정된 채널 상태 정보를 이용하여 상기 전체 단말에 대한 다중 사용자 프리코딩 행렬(multiuser precoding matrix)을 산정하는 단계; 및 상기 산정된 다중 사용자 프리코딩 행렬을 이용하여 협력적 다중 입출력 방식으로 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
상술한 양상들에서 상기 상향링크 사운딩 신호를 이용한 채널 상태 정보(channel state information: CSI)의 추정은 시분할다중화(TDD) 시스템에서 지원되는 것이 적합할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따른 광대역 무선 이동 통신 시스템에서 이동국과 두 개 이상의 기지국 사이의 다운링크 채널 상태 정보(CSI, channel status information)를 획득하는 방법은, 제1 셀을 위해 서비스하는 제1 기지국에서, 위의 제1 기지국과 위의 이동국 사이의 제1 다운링크 채널의 제1 채널 상태 정보를 획득하는 단계, 위의 제1 기지국에서, 제2 셀을 위해 서비스하는 제2 기지국으로 하여금 위의 제2 기지국과 위의 이동국 사이의 제2 다운링크 채널의 제2 채널 상태 정보를 획득하라고 요청하는 정보를 포함하는 신호를 위의 제2 기지국에게 전송하는 단계, 및 위의 제2 기지국에서, 위의 제2 채널 상태 정보를 획득하는 단계를 포함한다.
이때, 바람직하게는, 위의 제1 기지국에서, 위의 이동국으로 하여금 위의 제1 기지국과 위의 이동국 사이의 제1 사운딩 채널(sounding channel)을 통해 제1 사운딩 신호를 전송하고, 위의 제2 기지국과 위의 이동국 사이의 제2 사운딩 채널을 통해 제2 사운딩 신호를 전송하도록 지시하는 정보를 포함하는 지시 신호(instruction signal)를 위의 이동국에게 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다르게는, 위의 이동국은, 위의 제1 기지국과 위의 이동국 사이의 제1 사운딩 채널을 통해 제1 사운딩 신호를 전송하고, 위의 제2 기지국과 위의 이동국 사이의 제2 사운딩 채널을 통해 제2 사운딩 신호를 전송하며, 위의 제1 기지국은 위의 이동국으로부터 전송되는 제1 사운딩 신호를 기초로 위의 제1 채널 상태 정보를 획득하고, 위의 제2 기지국은 위의 이동국으로부터 전송되는 제2 사운딩 신호를 기초로 위의 제2 채널 상태 정보를 획득할 수 있다. 이때, 바람직하게는, 위의 제1 사운딩 채널에 할당되는 2차원 시간-주파수 자원은 위의 제2 사운딩 채널에 할당되는 2차원 시간-주파수 자원과 동일할 수 있으며, 더 구체적으로 상기 제 1 사운딩 채널과 상기 제 2 사운딩 채널은 협력적 MIMO(multiple input multiple output)를 수행하기 위한 동일한 채널일 수 있다.
다르게는, 위의 제1 기지국은, 위의 제1 기지국과 위의 이동국 사이의 제1 업링크 채널을 측정(calibrate)함으로써 위의 제1 채널 상태 정보를 획득하고, 위의 제2 기지국은, 위의 제2 기지국과 위의 이동국 사이의 제2 업링크 채널을 측정함으로써 위의 제2 채널 상태 정보를 획득할 수 있다.
바람직하게는, 상술한 방법들에 있어서, 위의 제1 채널 상태 정보 및 위의 제2 채널 상태 정보는 협력적 MIMO(multiple input multiple output)를 수행하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른, 복수의 셀 환경을 갖는 광대역 무선 이동 통신 시스템에서 협력적 MIMO(collaborative MIMO)를 수행하는 방법은, 제1 셀을 위해 서비스하는 제1 기지국에서, 위의 제1 기지국과 위의 제1 기지국에 의해 서비스를 받는 이동국 사이의 제1 다운링크 채널의 제1 채널 상태 정보를 획득하는 단계, 위의 제1 기지국에서, 제2 셀을 위해 서비스하는 제2 기지국으로 하여금 위의 제2 기지국과 위의 이동국 사이의 제2 다운링크 채널의 제2 채널 상태 정보를 획득하도록 요청하는 정보를 포함하는 신호를 위의 제2 기지국에게 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른, 복수의 셀 환경을 갖는 광대역 무선 이동 통신 시스템에서 협력적 MIMO(collaborative MIMO)를 수행하는 방법은, 제1 셀을 위해 서비스하는 제1 기지국에서, 위의 제1 기지국으로 하여금 제2 셀을 위해 서비스하는 제2 기지국에 의해 서비스를 받는 이동국과 위의 제1 기지국 사이의 다운링크 채널의 채널 상태 정보를 획득하도록 요청하는 정보를 포함하는 신호를, 위의 제2 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 위의 제1 기지국에서, 위의 채널 상태 정보를 획득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른, 복수의 셀 환경을 갖는 광대역 무선 이동 통신 시스템에서 협력적 MIMO(collaborative MIMO)를 수행하는 방법은, 제1 셀을 위해 서비스하는 제1 기지국에 의해 서비스를 받는 이동국에서, 위의 이동국으로 하여금 위의 제1 기지국과 위의 이동국 사이의 제1 사운딩 채널을 통해 제1 사운딩 신호를 전송하도록 지시하며, 위의 이동국으로 하여금 제2 셀을 위해 서비스하는 제2 기지국과 위의 이동국 사이의 제2 사운딩 채널을 통해 제2 사운딩 신호를 전송하도록 지시하는 정보를 포함하는 신호를, 위의 제1 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 위의 이동국에서, 위의 제1 사운딩 신호 및 위의 제2 사운딩 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 협력적 MIMO를 수행하기 위한 CSI를 효율적으로 획득할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시되는 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해 구체적인 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 이하의 설명에서 일정 용어를 중심으로 설명하나, 이들 용어에 한정될 필요는 없으며 임의의 용어로서 지칭되는 경우에도 동일한 의미를 나타낼 수 있다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및/또는 장치는 생략될 수 있고, 각 구조 및/또는 장치의 핵심기능을 중심으로 도 시한 블록도 및/또는 흐름도 형식으로 나타낼 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
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 문서에서 본 발명의 실시예들은 기지국과 단말 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다. 즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.
다중 셀 환경에서 셀 가장자리에 있는 사용자는 셀 간 간섭에 취약한 수신성능 특성을 보인다. 이하에서는 다양한 실시예들을 통해 셀 가장자리에 있는 사용자에게 셀 간 간섭의 영향으로부터 보다 양질의 서비스를 제공하기 위한 방법으로 협력적 MIMO를 적용하기 위한 구체적인 방법을 제시한다.
도 2는 복수의 기지국 및 코드북 기반의 프리코딩을 이용한 협력적 MIMO의 한 예를 나타낸 것이다.
기지국 BS1, BS2, ...,BSM등은, 각 단말로부터 형성되는 채널 H 1, H 2, ...,H M을 추정한 후 각각 독립적으로 안테나 가중치 W 1, W 2, ...,W M을 생성하여 프리코더에 곱하여 전송한다. 따라서, 여러 단말 또는 특정단말에 대해 다수의 독립적인 스트림을 보내므로, 다중 사용자 MIMO, 단일 사용자 MIMO, SDMA 등을 구현할 수 있다.
도 3은 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 협력적 MIMO 기법을 적용할 수 있는 다중 셀 환경의 통신 시스템은, 단말 MS(10)과, 단말 MS(10)이 전송하는 상향링크 데이터를 수신하는 서빙 기지국 BS_1(11)과 인접 셀에 상응하는 인접 기지국 BS_2(12)을 포함하는 다수의 기지국을 포함한다. 그리고, 다수의 기지국에서 협력적으로 MIMO를 수행하고자 할 때 각 기지국으로 전달 데이터를 스케줄링하는 스케줄러(13)를 포함할 수 있다.
동일 셀 기지국의 다중 안테나를 통해 단일 사용자 MIMO 또는 다중 사용자 MIMO에 의해 수신성능을 높인 것과 유사한 방법으로, 인접한 다수의 셀에 위치하는 기지국들로부터 동일 채널에 대한 신호를 수신하여 다이버시티, 단일 사용자 MIMO 또는 다중 사용자 MIMO를 구현할 수 있다. 특히, 인접 셀로부터 간섭을 받기 쉬운 셀 가장자리에 위치하는 단말은 이러한 상황을 역으로 이용하여, 인접 기지국들로부터 동일 채널에 대한 신호를 수신하여, 다이버시티, 단일 사용자 MIMO 또는 다중 사용자 MIMO를 구현할 수 있을 것이다.
스케줄러(13)는 이러한 인접한 다수의 셀에 위치하는 기지국들이 협력적으로 단말 특히, 셀 가장자리에 위치하는 단말로 신호를 송신하되, 보다 효과적으로 송신할 수 있도록 다양한 MIMO 기법을 적용하여 해당 단말에 대한 데이터를 구성하여 각 기지국으로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 이와 같이 다수의 기지국들이 협력하여 단말로 신호를 송신할 수 있도록 하는 코딩 기법을 이하 협력적 MIMO 코딩이라고 칭한다. 이러한 협력적 MIMO 코딩에는 기존에 알려진 다양한 MIMO 기법들이 동일하거나 유사한 방법으로 적용될 수 있을 것이다.
한편, 스케줄러(13)는 각 기지국에서 단말로부터 수신된 신호를 통해 획득한 채널 정보를 수신하고, 이를 이용하여 해당 단말로 전송하는 데이터를 각 기지국에 대한 채널 상황에 적합하게 구성할 수 있다. 예를 들어, 채널 정보에는 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information) 및 랭크 정보(Rank information) 등을 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 채널 정보를 통해 스케줄러(13)에서는 해당 단말의 채널 상태에 최적의 코딩 및 변조 기법을 선택하고 이를 적용하여 데이터를 구성할 수 있을 것이다.
협력적 MIMO 기법을 적용하면, 도 3에 도시된 바와 같이 단말(10)에게 신호를 제공하기 위하여, 정보 비트는 스케줄러(13)에서 MIMO 기법에 따라 협력적 MIMO 코딩이 수행된다. 그리고 이렇게 코딩 된 정보 비트는 각 기지국(11, 12)에 분리되어 전달된다. 각 기지국(11, 12)에서는 협력적 MIMO 코딩이 수행된 후 전달된 신호를 변조하여 단말(10)로 전송함으로써 협력적 MIMO를 제공할 수 있다.
도 4는 협력적 MIMO 시스템에서 데이터 정보를 피드백하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4에서, MS1은 BS1의 셀 영역에 속한 단말을 나타내고, MS2는 BS2의 셀 영역에 포함된 단말을 나타내며, MS3은 BS3의 셀 영역에 속한 단말을 나타낸다. '서빙 기지국'은 각 셀 영역에서 단말에 서비스를 제공하는 주 기지국을 나타내며, '협력 기지국'은 각 셀 영역의 인근 셀 영역에서 서비스를 제공하는 기지국을 나타낸다. 또한, 특정 단말에 대하여 서비스를 제공하는 서빙 기지국은 다른 기지국에 의해 서비스를 제공받는 단말에 대해서는 협력적 MIMO 서비스를 제공하는 협력 기지국일 수 있다.
각 단말들은 수신된 정보를 바탕으로 하여 협력적 MIMO 동작을 하기 위해 필요한 피드백 정보들을 각 서빙 기지국에 보고한다. 이렇게 각각의 서빙 기지국에 보고된 피드백 정보들은 백본망을 통하여 스케줄러에 보고된다. 스케줄러는 수신한 피드백 정보들을 기반으로 협력적 MIMO 동작 수행을 각 서빙 기지국에 대한 협력 기지국에 지시한다.
예를 들어, 도 4를 참조하면 다수의 협력 기지국들이 백본망을 통해 스케줄러에 연결되어 있다. 스케줄러는 백본망을 통해 서빙 기지국들이 측정한 각각의 단말(MS1, MS2 및 MS3)에 대한 정보 및 각 기지국 간의 채널정보를 피드백 받아 동작할 수 있다. 이때, 스케줄러는 협력적 MIMO를 위한 피드백 정보를 각 서빙 기지국 및 협력 기지국으로 전송할 수 있다. 이와 유사한 방법으로 각 단말들(MS2 및 MS3)은 협력적 MIMO를 수행할 수 있다.
도 5는 협력적 MIMO의 피드백 정보의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 각각의 단말들(MS1, MS2, ..., MSN)은 각각의 서빙 기지국(BS1, BS2, ..., BSN)으로 피드백 정보 등을 전송한다. 또한, 각각의 서빙 기지국들은 백본망을 통해 스케줄러로 피드백 정보를 전송할 수 있다.
전송되는 피드백 정보들은 다음과 같다. 피드백 정보들은 채널 상태 정보(CSI: Channel State Information), 채널 품질 지시자(CQI: Channel Quality Indicator), 프리코딩 매트릭스 인덱스(PMI: Precoding Metrix Index) 및 수신 신호 강도 지시자(RSSI: Received Signal Strength Indicator) 등이 있다.
스케줄러는 백본망을 통해 수신한 피드백 정보 정보를 이용하여, 각 기지국들과 각 단말들 간의 연관성을 파악할 수 있다. 따라서, 스케줄러는 각각의 협력적 기지국(BS1, BS2, ..., BSN)에 백본망을 통하여 스케줄링 결정(scheduling decision) 메시지를 전달할 수 있다. 백본망을 통하여 각 기지국에 전달된 스케줄 링 결정 메시지에 의해서 각각의 협력 기지국(BSi)은 서비스하고 있는 단말들의 채널 정보를 피드백할 수 있다. 즉, 각 기지국은 피드백된 채널 정보를 바탕으로 독자적인 프리코딩 매트릭스(Wi)를 추정해냄으로써, 공간 분할 다중접속(SDMA)을 수행할 수 있다.
도 6은 종래 기술에 의한 CSI 전송방식을 간단히 나타낸 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이 협력적 MIMO를 구현하기 위해서, 서빙 기지국에 대한 CSI (Channel Status Information) (CSI(H1))뿐만 아니라 협력 기지국에 대한 CSI (CSI(H2))를 단말이 측정하여 서빙 기지국으로 전송해야 한다. 서빙 기지국은 협력 기지국에 대한 CSI (CSI(H2))를 백본 네트워크를 통해 전송함으로써, 폐루프 협력적 MIMO를 수행할 수 있게 된다.
이때, 협력 기지국 및 서빙 기지국에 대한 CSI를 함께 전송해야 하는데 이로 인한 피드백 오버헤드가 증가하는 문제가 발생한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들에 따라, 협력적 MIMO를 위한 상술한 피드백 오버헤드는 업링크 채널 사운딩을 이용하는 방법을 통해 감소될 수 있다.
업링크 채널 사운딩(uplink channel sounding)은 TDD(Time Division Duplexing) 시스템에서 기지국에게 채널 응답 정보를 제공하는 수단 중 하나이다. 업링크 채널 사운딩은, 적응적 빔포밍(adaptive beamforming), 다운링크 SDMA, 및 폐루프 MIMO와 같은 폐루프 형 전송 안테나 어레이 기술을 가능하게 한다. 이 방법은 IEEE 802.16e 표준에 사용되고 있다.
업링크 채널 사운딩은, 필요에 따라, 기지국에게 채널 응답 정보를 제공하는 수단 중 하나이다. 이 방법은 TDD 시스템에서는 업링크 및 다운링크가 대칭성을 보이기 때문에 가능하다.
기지국은 다운링크 메시지를 통해 "사운딩 존(sounding zone)"을 사용할 수 있다는 사실과 사운딩 존의 특성을 단말에게 알려줄 수 있다. 연속적인 사운딩이 요구되는 경우에는, 단말로 하여금 사운딩 신호를 주기적으로 전송하도록 지시함으로써, 사운딩 지시에 사용되는 메시지의 오버헤드를 줄일 수 있다.
사운딩 신호가 전송되면, 기지국은 통상의 채널 측정 방법으로 채널 응답을 측정할 수 있다. 이 방법은 다른 피드백 방법에 비해 TDD 시스템에서의 채널 측정 레이턴시(latency)를 줄일 수 있다. 또한, 이 방법에서는, 단말에 비해 기지국의 복잡도가 증가하므로, 단말을 복잡도를 줄일 수 있다
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 서빙 기지국 및 협력 기지국이 이동국에 대한 CSI를 획득하는 방법을 나타낸 도면이다.
각 기지국이 이동국에 대한 CSI를 획득하는 방법은 다음의 단계를 따를 수 있다. 우선, 서빙 기지국은 이동국(MS)에게, 이동국 고유의 사운딩 채널(sounding channel)을 이용하여 사운딩 신호(sounding signal)를 서빙 기지국 및 협력 기지국에게 전송하도록 스케쥴링할 수 있다. 또한, 서빙 기지국은, 협력 기지국으로 하여금 이동국(MS)이 전송하는 사운딩 신호를 이용하여 협력 기지국과 이동국(MS) 사이의 하향 링크 채널 상태를 측정하라는 요청을 협력 기지국에게 전송할 수 있다.
그 다음, 이동국(MS)은 고유의 사운딩 채널(Sounding channel)을 이용하여 사운딩 신호(sounding signal)를 서빙 기지국 및 협력 기지국에 전송할 수 있다. 그러면, 서빙 기지국은 수신된 사운딩 신호를 이용하여 서빙 기지국과 이동국(MS) 사이의 하향 링크 채널(H1)의 채널 상태 정보(CSI(H1))를 획득할 수 있고, 협력 기지국은 수신된 사운딩 신호를 이용하여 협력 기지국과 이동국(MS) 사이의 하향 링크 채널(H2)의 채널 상태 정보(CSI(H2))를 획득할 수 있다. 이렇게 획득된 채널 상태 정보들은 협력적 MIMO를 위하여 사용될 수 있다.
도 7에 관한 상술한 설명은 TDD 모드가 사용되는 경우에 관한 것이다. 만일 FDD 모드가 사용되는 경우에는, 다음과 같은 단계를 따를 수 있다. 서빙 기지국은, 협력 기지국으로 하여금 이동국(MS)과 협력 기지국 사이의 하향 링크 채널의 채널 상태 정보를 상향 링크 상에서 얻어진 채널을 기초로 측정하도록 요청할 수 있다. 그러면, 서빙 기지국은, 서빙 기지국과 단말 사이의 상향 링크 채널을 기초로 서빙 기지국과 단말 사이의 하향 링크 채널(H1)의 채널 상태 정보를 계산할 수 있고, 협력 기지국은, 협력 기지국과 단말 사이의 상향 링크 채널을 기초로 협력 기지국과 단말 사이의 하향 링크 채널(H2)의 채널 상태 정보를 계산할 수 있다. 이렇게 계산되어 획득한 채널 상태 정보들은 협력적 MIMO를 위해 사용될 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예를 나타내는 순서도이다.
단계 S801에서 서빙 기지국(S_BS)은, 협력 기지국(T_BS)에게 협력적 MIMO의 수행을 위해 사용될 다운링크 CSI를 획득하도록 요청한다. 여기서 CSI는 협력 기 지국(T_BS)과 이동국(MS) 사이의 다운링크 채널의 CSI이고, 이동국(MS)은 서빙 기지국(S_BS)에 의해 서비스를 받는다. 단계 S802에서, 서빙 기지국(S_BS)은, 서빙 기지국(S_BS)에 속한 이동국(MS)에게 사운딩 신호의 전송을 요청 또는 지시하는 스케쥴링 신호를 전송한다. 단계 S803 및 단계 S803'에서, 이동국(MS)은 각각 서빙 기지국(S_BS) 및 협력 기지국(T_BS)에게 사운딩 신호를 전송한다. 단계 S804에서, 서빙 기지국(S_BS)은 수신된 사운딩 신호를 기초로 하여, 서빙 기지국(S_BS)과 이동국(MS) 사이의 하향 링크 채널(H1)의 채널 상태 정보(CSI(H1))를 결정한다. 단계 S804'에서 협력 기지국(T_BS)은 수신된 사운딩 신호를 기초로 하여, 협력 기지국(T_BS)과 이동국(MS) 사이의 하향 링크 채널(H2)의 채널 상태 정보(CSI(H2))를 결정한다. 여기서, 서빙 기지국(S_BS)과 협력 기지국(T_BS)이 수신하는 사운딩 신호는 동일한 사운딩 신호를 의미한다.
이렇게 결정된 채널 상태 정보들은 단계 S805에서 협력적 MIMO를 위해 사용될 수 있다. 구체적으로 서빙 기지국(S_BS) 및 협력 기지국(T_BS)을 포함하여 협력적 MIMO 전송 조정(Cordination)에 관여하는 특정 기지국은 상술한 바와 같이 결정된 채널 상태 정보를 이용하여, 협력적 MIMO 전송 조정에 관여된 전체 단말에 대한 다중 사용자 프리코딩 행렬(multiuser precoding matrix)을 산정할 수 있다. 이러한 다중 사용자 프리코딩 행렬을 이용하여 기지국은 협력적 다중 입출력 방식으로 동일한 신호 또는 독립적인 신호를 단말에 전송할 수 있다.
도 8에 관한 상술한 내용은, TDD 모드로 작동되는 이동 통신 시스템을 가정한 것이다. FDD 모드로 작동될 때에는, S802 및 S803의 단계가 생략될 수 있다. 그리고, S804 및 S804'에서 각각의 기지국은, 사운딩 신호를 기초로 채널 상태 정보를 생성하는 것이 아니라, 각 기지국과 이동국(MS) 사이의 업링크 채널을 기초로 하여, 각각의 다운링크 채널의 채널 상태 정보를 추정할 수 있다.
상술한 실시예들에 의해 얻을 수 있는 CSI 정보는 협력적 MIMO 뿐만 아니라 빔포밍을 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 협력적 MIMO를 수행하기 위한 CSI를 효율적으로 획득할 수 있으며, 특히 종래와 같이 CSI를 단말로부터 기지국에게 전송하는데 소요되는 전송 오버헤드를 줄일 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 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. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있다.
본 발명은 협력적 MIMO를 사용하는 무선 이동 통신 시스템에 적용될 수 있다.
도 1은, 다중 셀 환경에서 복수개의 기지국을 이용하여 셀 가장자리에 있는 사용자의 수신성능을 높이는 종래의 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 복수의 기지국 및 코드북 기반의 프리코딩을 이용한 협력적 MIMO의 한 예를 나타낸 것이다.
도 3은 협력적 MIMO 기법을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 협력적 MIMO 시스템에서 데이터 정보를 피드백하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 협력적 MIMO의 피드백 정보의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은 종래 기술에 의한 CSI 전송방식을 간단히 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 서빙 기지국 및 협력 기지국이 이동국에 대한 CSI를 획득하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예를 나타내는 순서도이다.

Claims (15)

  1. 특정 단말이 다중 셀 환경에서 협력적 다중 입출력(Co-MIMO) 방식으로 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    서빙 기지국 및 상기 서빙 기지국과 함께 상기 협력적 다중 입출력 방식을 수행하기 위한 하나 이상의 인접 기지국을 포함하는 협력 기지국들에 상향링크 사운딩(Uplink Sounding) 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 협력 기지국들이 상기 상향링크 사운딩 신호를 이용하여 상기 협력 기지국에 의해 서비스 받는 전체 단말에 대해 산정한 다중 사용자 프리코딩 행렬(multiuser precoding matrix)을 이용하여 상기 특정 단말에 전송한 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 협력적 다중 입출력 방식 신호 수신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다중 사용자 프리코딩 행렬은,
    상기 협력 기지국들 각각이 상기 특정 단말로부터 수신한 상기 상향링크 사운딩 신호를 이용하여 채널 상태 정보(channel state information: CSI)를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 채널 상태 정보를 이용하여 상기 다중 사용자 프리코딩 행렬을산정하는 단계에 의해 획득되는, 협력적 다중 입출력 방식 신호 수신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상향링크 사운딩 신호를 이용한 채널 상태 정보(channel state information: CSI)의 추정은 시분할다중화(TDD) 시스템에서 지원되는, 협력적 다중 입출력 방식 신호 수신 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 채널 상태 정보는 상기 협력적 다중 입출력 방식으로 상기 특정 단말이 신호를 수신하기 위한 하향링크 채널에 대한 채널 상태 정보인, 협력적 다중 입출력 방식 신호 수신 방법.
  5. 특정 기지국이 하나 이상의 인접 기지국과 협력적 다중 입출력 (Co-MIMO) 방식으로 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    특정 단말로부터 상향링크 사운딩(Uplink Sounding) 신호를 수신하는 단계;
    상기 상향링크 사운딩 신호를 이용하여 상기 협력 기지국에 의해 서비스 받는 전체 단말에 대한 채널 상태 정보(channel state information: CSI)를 추정하는 단계;
    상기 추정된 채널 상태 정보를 이용하여 상기 전체 단말에 대한 다중 사용자 프리코딩 행렬(multiuser precoding matrix)을 산정하는 단계; 및
    상기 산정된 다중 사용자 프리코딩 행렬을 이용하여 협력적 다중 입출력 방식으로 신호를 전송하는 단계를 포함하는, 협력적 다중 입출력 방식 신호 전송 방 법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상향링크 사운딩 신호를 이용한 채널 상태 정보(channel state information: CSI)의 추정은 시분할다중화(TDD) 시스템에서 지원되는, 협력적 다중 입출력 방식 신호 전송 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 채널 상태 정보는 상기 협력적 다중 입출력 방식으로 상기 특정 단말에 신호를 전송하기 위한 하향링크 채널에 대한 채널 상태 정보인, 협력적 다중 입출력 방식 신호 전송 방법.
  8. 광대역 무선 이동 통신 시스템에서 이동국과 두 개 이상의 기지국 사이의 다운링크 채널 상태 정보(CSI; channel status information)를 획득하는 방법으로서,
    제1 셀을 위해 서비스하는 제1 기지국에서, 상기 제1 기지국과 상기 이동국 사이의 제1 다운링크 채널의 제1 채널 상태 정보를 획득하는 단계;
    상기 제1 기지국에서, 제2 셀을 위해 서비스하는 제2 기지국으로 하여금 상기 제2 기지국과 상기 이동국 사이의 제2 다운링크 채널의 제2 채널 상태 정보를 획득하라고 요청하는 정보를 포함하는 신호를 상기 제2 기지국에게 전송하는 단계; 및
    상기 제2 기지국에서, 상기 제2 채널 상태 정보를 획득하는 단계
    를 포함하며,
    상기 이동국은 상기 제1 기지국에 의해 서비스되는,
    채널 상태 정보 획득 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 기지국에서, 상기 이동국으로 하여금 상기 제1 기지국과 상기 이동국 사이의 제1 사운딩 채널(sounding channel)을 통해 제1 사운딩 신호를 전송하고, 상기 제2 기지국과 상기 이동국 사이의 제2 사운딩 채널을 통해 제2 사운딩 신호를 전송하도록 지시하는 정보를 포함하는 지시 신호(instruction signal)를 상기 이동국에게 전송하는 단계를 더 포함하는, 채널 상태 정보 획득 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 이동국은, 상기 제1 기지국과 상기 이동국 사이의 제1 사운딩 채널을 통해 제1 사운딩 신호를 전송하고, 상기 제2 기지국과 상기 이동국 사이의 제2 사운딩 채널을 통해 제2 사운딩 신호를 전송하며,
    상기 제1 기지국은 상기 이동국으로부터 전송되는 제1 사운딩 신호를 기초로 상기 제1 채널 상태 정보를 획득하고,
    상기 제2 기지국은 상기 이동국으로부터 전송되는 제2 사운딩 신호를 기초로 상기 제2 채널 상태 정보를 획득하는,
    채널 상태 정보 획득 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 사운딩 채널에 할당되는 2차원 시간-주파수 자원은 상기 제2 사운딩 채널에 할당되는 2차원 시간-주파수 자원과 동일한, 채널 상태 정보 획득 방법.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 사운딩 채널과 상기 제 2 사운딩 채널은 동일한 채널인, 채널 상태 정보 획득 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 기지국은, 상기 제1 기지국과 상기 이동국 사이의 제1 업링크 채널을 측정(calibrate)함으로써 상기 제1 채널 상태 정보를 획득하고,
    상기 제2 기지국은, 상기 제2 기지국과 상기 이동국 사이의 제2 업링크 채널을 측정함으로써 상기 제2 채널 상태 정보를 획득하는,
    채널 상태 정보 획득 방법.
  14. 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 채널 상태 정보 및 상기 제2 채널 상태 정보는 협력적 MIMO(multiple input multiple output)를 수행하기 위해 사용되는, 채널 상태 정보 획득 방법.
  15. 복수의 셀 환경을 갖는 광대역 무선 이동 통신 시스템에서 협력적 MIMO(collaborative MIMO)를 수행하는 방법으로서,
    제1 셀을 위해 서비스하는 제1 기지국에 의해 서비스를 받는 이동국에서, 상기 이동국으로 하여금 상기 제1 기지국과 상기 이동국 사이의 제1 사운딩 채널을 통해 제1 사운딩 신호를 전송하도록 지시하며, 상기 이동국으로 하여금 제2 셀을 위해 서비스하는 제2 기지국과 상기 이동국 사이의 제2 사운딩 채널을 통해 제2 사운딩 신호를 전송하도록 지시하는 정보를 포함하는 신호를, 상기 제1 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
    상기 이동국에서, 상기 제1 사운딩 신호 및 상기 제2 사운딩 신호를 전송하는 단계
    를 포함하는,
    협력적 MIMO 수행 방법.
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