KR20150035545A - 무선 통신 시스템에서 채널 상태 정보 보고 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 보다 상세하게는 채널 상태 정보를 보고하는 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 단말에서 채널상태정보(CSI)를 보고하는 방법은, 기지국으로부터 제공된 채널상태정보-참조신호(CSI-RS) 설정 정보에 기초하여 상기 기지국으로부터 CSI-RS를 수신하는 단계; 및 상기 CSI-RS를 이용하여 생성된 상기 CSI를 상기 기지국으로 보고하는 단계를 포함하고, 상기 CSI-RS 설정 정보는 상기 기지국의 2 차원 안테나 구조의 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정을 포함할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 채널 상태 정보 보고 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REPORTING CHANNEL STATE INFORMATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

이하의 설명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 보다 상세하게는 채널 상태 정보를 보고하는 방법 및 장치에 대한 것이다.

다중 입출력(Multi-Input Multi-Output; MIMO) 기술은 한 개의 송신 안테나와 한 개의 수신 안테나를 사용했던 것에서 탈피하여 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율을 향상시키는 기술이다. 단일 안테나를 사용하면 수신단은 데이터를 단일 안테나 경로(path)를 통해 수신하지만, 다중 안테나를 사용하면 수신단은 여러 경로를 통해 데이터를 수신한다. 따라서, 데이터 전송 속도와 전송량을 향상시킬 수 있고, 커버리지(coverage)를 증대시킬 수 있다.

MIMO 동작의 다중화 이득을 높이기 위해서 MIMO 수신단으로부터 채널상태정보(Channel Status Information; CSI)를 피드백 받아 MIMO 송신단에서 이용할 수 있다. 수신단에서는 송신단으로부터의 소정의 참조신호(Reference Signal; RS)를 이용하여 채널 측정을 수행함으로써 CSI를 결정할 수 있다.

본 발명에서는 2 차원 안테나 구조를 올바르고 효율적으로 지원하기 위한 참조신호 설정 정보 구성 방안, 참조신호 전송 방안, CSI 생성 및 보고 방안 등을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 단말에서 채널상태정보(CSI)를 보고하는 방법은, 기지국으로부터 제공된 채널상태정보-참조신호(CSI-RS) 설정 정보에 기초하여 상기 기지국으로부터 CSI-RS를 수신하는 단계; 및 상기 CSI-RS를 이용하여 생성된 상기 CSI를 상기 기지국으로 보고하는 단계를 포함하고, 상기 CSI-RS 설정 정보는 상기 기지국의 2 차원 안테나 구조의 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정을 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 상태정보(CSI)를 보고하는 단말 장치는, 수신기; 송신기; 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 기지국으로부터 제공된 채널상태정보-참조신호(CSI-RS) 설정 정보에 기초하여 상기 수신기를 이용하여 상기 기지국으로부터 CSI-RS를 수신하고; 상기 CSI-RS를 이용하여 생성된 상기 CSI를 상기 송신기를 이용하여 상기 기지국으로 보고하도록 설정되며, 상기 CSI-RS 설정 정보는 상기 기지국의 2 차원 안테나 구조의 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정을 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 기지국에서 채널상태정보(CSI)를 수신하는 방법은, 단말에게 채널상태정보-참조신호(CSI-RS) 설정 정보를 제공하고, 상기 CSI-RS 설정 정보에 기초하여 CSI-RS를 상기 단말에게 전송하는 단계; 및 상기 CSI-RS를 이용하여 상기 단말에서 생성된 상기 CSI를 상기 단말로부터 수신하는 단계를 포함하고, 상기 CSI-RS 설정 정보는 상기 기지국의 2 차원 안테나 구조의 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정을 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 상태정보(CSI)를 수신하는 기지국 장치에 있어서, 수신기; 송신기; 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 단말에게 채널상태정보-참조신호(CSI-RS) 설정 정보를 제공하고, 상기 CSI-RS 설정 정보에 기초하여 CSI-RS를 상기 송신기를 이용하여 상기 단말에게 전송하고; 상기 CSI-RS를 이용하여 상기 단말에서 생성된 상기 CSI를 상기 수신기를 이용하여 상기 단말로부터 수신하도록 설정되고, 상기 CSI-RS 설정 정보는 상기 기지국의 2 차원 안테나 구조의 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정을 포함할 수 있다.

상기 본 발명에 따른 실시예들에 있어서 이하의 사항이 공통으로 적용될 수 있다.

상기 CSI는 상기 복수개의 CSI-RS 설정 중에서 선택된 하나에 기초하여 결정될 수 있다.

상기 CSI는 상기 단말에 의해서 선호되는 하나의 프리코딩 벡터를 포함하고, 상기 하나의 프리코딩 벡터는, 상기 복수개의 CSI-RS 설정에 기초하여 결정된 복수개의 프리코딩 벡터 중에서 선택될 수 있다.

상기 2 차원 안테나 구조의 제 2 도메인 안테나 구조에 대한 프리코딩 벡터는 미리 정해질 수 있다.

상기 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정은, 상기 제 2 도메인 안테나 구조에 대한 미리 정해진 상기 프리코딩 벡터에 기초하여 결정될 수 있다.

상기 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정은, 상기 제 2 도메인 안테나 구조에 대한 미리 정해진 동일한 하나의 상기 프리코딩 벡터에 기초하여 결정될 수 있다.

상기 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정은, 상기 제 2 도메인 안테나 구조에 대한 미리 정해진 상기 프리코딩 벡터에 기초하여 상기 제 2 도메인에서의 빔포밍이 적용되는 것을 가정하여 결정될 수 있다.

상기 CSI를 고려하여 결정되는 상기 제 1 도메인에서의 빔포밍과, 상기 제 2 도메인 안테나 구조에 대한 미리 정해진 상기 프리코딩 벡터에 따라 결정되는 상기 제 2 도메인에서의 빔포밍의 조합에 의해, 상기 2 차원 안테나 구조에 대한 3 차원 빔포밍이 결정될 수 있다.

상기 제 1 도메인은 수평(horizontal) 도메인이고, 상기 제 2 도메인은 수직(vertical) 도메인일 수 있다.

상기 제 1 도메인은 수직(vertical) 도메인이고, 상기 제 2 도메인은 수평(horizontal) 도메인일 수 있다.

본 발명에 대하여 전술한 일반적인 설명과 후술하는 상세한 설명은 예시적인 것이며, 청구항 기재 발명에 대한 추가적인 설명을 위한 것이다.

본 발명에 따르면 새로운 참조신호 설정 정보 구성 방안, 참조신호 전송 방안, CSI 생성 및 보고 방안을 제공함으로써, 2 차원 안테나 구조를 기법을 올바르고 효율적으로 지원할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 도면은 본 발명에 대한 이해를 제공하기 위한 것으로서 본 발명의 다양한 실시형태들을 나타내고 명세서의 기재와 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 1은 무선 프레임의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 하향링크 슬롯에서의 자원 그리드(resource grid)를 나타내는 도면이다.
도 3은 하향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다.
도 6은 하나의 자원블록 쌍 상에서의 CRS 및 DRS의 예시적인 패턴을 나타내는 도면이다.
도 7은 LTE-A 시스템에서 정의되는 DMRS 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 LTE-A 시스템에서 정의되는 CSI-RS 패턴의 예시들을 나타내는 도면이다.
도 9는 CSI-RS가 주기적으로 전송되는 방식의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 코드북 기반 프리코딩의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 8 전송안테나를 구성하는 예시들을 나타낸 것이다.
도 12는 ULA 및 URA를 나타내는 도면이다.
도 13은 2 차원 안테나 구성에 따른 빔포밍의 예시들을 나타내는 도면이다.
도 14 및 15는 2 차원 안테나 구조에서 안테나 포트 번호를 할당하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 2 차원 안테나 배치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 2 차원 안테나 구조를 위한 CSI-RS 관련 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 18은 본 발명에 따른 기지국 장치 및 단말 장치의 바람직한 실시예의 구성을 도시한 도면이다.

이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 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 명세서에서 본 발명의 실시예들을 기지국과 단말 간의 데이터 송신 및 수신의 관계를 중심으로 설명한다. 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(BS: Base Station)'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 액세스 포인트(AP: Access Point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 중계기는 Relay Node(RN), Relay Station(RS) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말(Terminal)'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다. WiMAX는 IEEE 802.16e 규격(WirelessMAN-OFDMA Reference System) 및 발전된 IEEE 802.16m 규격(WirelessMAN-OFDMA Advanced system)에 의하여 설명될 수 있다. 명확성을 위하여 이하에서는 3GPP LTE 및 3GPP LTE-A 시스템을 위주로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 무선 프레임의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

셀룰라 OFDM 무선 패킷 통신 시스템에서, 상/하향링크 데이터 패킷 전송은 서브프레임 (subframe) 단위로 이루어지며, 한 서브프레임은 다수의 OFDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된다. 3GPP LTE 표준에서는 FDD(Frequency Division Duplex)에 적용 가능한 타입 1 무선 프레임(radio frame) 구조와 TDD(Time Division Duplex)에 적용 가능한 타입 2의 무선 프레임 구조를 지원한다.

도 1(a)는 타입 1 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다. 하향링크 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 시간 영역(time domain)에서 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)이라 하고, 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 자원블록(Resource Block; RB)을 포함한다. 3GPP LTE 시스템에서는 하향링크에서 OFDMA를 사용하므로, OFDM 심볼이 하나의 심볼 구간을 나타낸다. OFDM 심볼은 또한 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간으로 칭하여질 수도 있다. 자원 블록(Resource Block; RB)은 자원 할당 단위이고, 하나의 슬롯에서 복수개의 연속적인 부반송파(subcarrier)를 포함할 수 있다.

하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 CP(Cyclic Prefix)의 구성(configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP에는 확장된 CP(extended CP)와 일반 CP(normal CP)가 있다. 예를 들어, OFDM 심볼이 일반 CP에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 7개일 수 있다. OFDM 심볼이 확장된 CP에 의해 구성된 경우에는 하나의 OFDM 심볼의 길이가 늘어나므로, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 일반 CP인 경우보다 적다. 확장된 CP의 경우에, 예를 들어, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 6개일 수 있다. 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심볼간 간섭을 더욱 줄이기 위해 확장된 CP가 사용될 수 있다.

일반 CP가 사용되는 경우 하나의 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 포함하므로, 하나의 서브프레임은 14개의 OFDM 심볼을 포함한다. 이때, 각 서브프레임의 처음 2개 또는 3개의 OFDM 심볼은 PDCCH(physical downlink control channel)에 할당되고, 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH(physical downlink shared channel)에 할당될 수 있다.

도 1(b)는 타입 2 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다. 타입 2 무선 프레임은 2개의 하프 프레임 (half frame)으로 구성되며, 각 하프 프레임은 5개의 서브프레임과 DwPTS (Downlink Pilot Time Slot), 보호구간(Guard Period; GP), UpPTS (Uplink Pilot Time Slot)로 구성되며, 이 중 1개의 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다. DwPTS는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. UpPTS는 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 보호구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다. 한편, 무선 프레임의 타입에 관계 없이 1개의 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다.

무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 2는 하향링크 슬롯에서의 자원 그리드(resource grid)를 나타내는 도면이다.

하나의 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 7 개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원블록(RB)은 주파수 영역에서 12 개의 부반송파를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 일반 CP(Cyclic Prefix)의 경우에는 하나의 슬롯이 7 OFDM 심볼을 포함하지만, 확장된 CP(extended-CP)의 경우에는 하나의 슬롯이 6 OFDM 심볼을 포함할 수 있다. 자원 그리드 상의 각각의 요소는 자원 요소(resource element)라 한다. 하나의 자원블록은 12×7 자원 요소를 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원블록들의 N^DL의 개수는 하향링크 전송 대역폭에 따른다. 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.

도 3은 하향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.

하나의 서브프레임 내에서 첫 번째 슬롯의 앞 부분의 최대 3 개의 OFDM 심볼은 제어 채널이 할당되는 제어 영역에 해당한다. 나머지 OFDM 심볼들은 물리하향링크공유채널(Physical Downlink Shared Chancel; PDSCH)이 할당되는 데이터 영역에 해당한다.

3GPP LTE 시스템에서 사용되는 하향링크 제어 채널들에는, 예를 들어, 물리제어포맷지시자채널(Physical Control Format Indicator Channel; PCFICH), 물리하향링크제어채널(Physical Downlink Control Channel; PDCCH), 물리HARQ지시자채널(Physical Hybrid automatic repeat request Indicator Channel; PHICH) 등이 있다. PCFICH는 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되고 서브프레임 내의 제어 채널 전송에 사용되는 OFDM 심볼의 개수에 대한 정보를 포함한다. PHICH는 상향링크 전송의 응답으로서 HARQ ACK/NACK 신호를 포함한다. PDCCH를 통하여 전송되는 제어 정보를 하향링크제어정보(Downlink Control Information; DCI)라 한다. DCI는 상향링크 또는 하향링크 스케줄링 정보를 포함하거나 임의의 단말 그룹에 대한 상향링크 전송 전력 제어 명령을 포함한다. PDCCH는 하향링크공유채널(DL-SCH)의 자원 할당 및 전송 포맷, 상향링크공유채널(UL-SCH)의 자원 할당 정보, 페이징채널(PCH)의 페이징 정보, DL-SCH 상의 시스템 정보, PDSCH 상으로 전송되는 임의접속응답(Random Access Response)과 같은 상위계층 제어 메시지의 자원 할당, 임의의 단말 그룹 내의 개별 단말에 대한 전송 전력 제어 명령의 세트, 전송 전력 제어 정보, VoIP(Voice over IP)의 활성화 등을 포함할 수 있다. 복수의 PDCCH가 제어 영역 내에서 전송될 수 있고, 단말은 복수의 PDCCH를 모니터링할 수 있다.

PDCCH는 하나 이상의 연속하는 제어채널요소(Control Channel Element; CCE)의 조합(aggregation)으로 전송된다. CCE는 무선 채널의 상태에 기초한 코딩 레이트로 PDCCH를 제공하기 위해 사용되는 논리 할당 단위이다. CCE는 복수개의 자원 요소 그룹에 대응한다. PDCCH의 포맷과 이용가능한 비트 수는 CCE의 개수와 CCE에 의해 제공되는 코딩 레이트 간의 상관관계에 따라서 결정된다.

기지국은 단말에게 전송되는 DCI에 따라서 PDCCH 포맷을 결정하고, 제어 정보에 순환잉여검사(Cyclic Redundancy Check; CRC)를 부가한다. CRC는 PDCCH의 소유자 또는 용도에 따라 무선 네트워크 임시 식별자(Radio Network Temporary Identifier; RNTI)라 하는 식별자로 마스킹된다. PDCCH가 특정 단말에 대한 것이면, 단말의 cell-RNTI(C-RNTI) 식별자가 CRC에 마스킹될 수 있다. 또는, PDCCH가 페이징 메시지에 대한 것이면, 페이징 지시자 식별자(Paging Indicator Identifier; P-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. PDCCH가 시스템 정보(보다 구체적으로, 시스템 정보 블록(SIB))에 대한 것이면, 시스템 정보 식별자 및 시스템 정보 RNTI(SI-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. 단말의 임의 접속 프리앰블의 전송에 대한 응답인 임의접속응답을 나타내기 위해, 임의접속-RNTI(RA-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다.

도 4는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.

상향링크 서브프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 분할될 수 있다. 제어 영역에는 상향링크 제어 정보를 포함하는 물리상향링크제어채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH)이 할당된다. 데이터 영역에는 사용자 데이터를 포함하는 물리상향링크공유채널(Physical uplink shared channel; PUSCH)이 할당된다. 단일 반송파 특성을 유지하기 위해서, 하나의 단말은 PUCCH와 PUSCH를 동시에 전송하지 않는다. 하나의 단말에 대한 PUCCH는 서브프레임에서 자원블록 쌍(RB pair)에 할당된다. 자원블록 쌍에 속하는 자원블록들은 2 슬롯에 대하여 상이한 부반송파를 차지한다. 이를 PUCCH에 할당되는 자원블록 쌍이 슬롯 경계에서 주파수-호핑(frequency-hopped)된다고 한다.

다중안테나( MIMO ) 시스템의 모델링

도 5는 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다.

도 5(a)에 도시된 바와 같이 송신 안테나의 수를 N _T 개로, 수신 안테나의 수를 N _R 개로 늘리면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 따라서, 전송 레이트를 향상시키고 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 채널 전송 용량이 증가함에 따라, 전송 레이트는 이론적으로 단일 안테나 이용시의 최대 전송 레이트(R _o)에 레이트 증가율(R _i)이 곱해진 만큼 증가할 수 있다.

[수학식 1]

예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 다중안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후 이를 실질적인 데이터 전송률 향상으로 이끌어 내기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있다. 또한, 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.

현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발히 연구가 진행되고 있다.

다중안테나 시스템에서의 통신 방법을 수학적 모델링을 이용하여 보다 구체적으로 설명한다. 상기 시스템에는 N _T개의 송신 안테나와 N _R개의 수신 안테나가 존재한다고 가정한다.

송신 신호를 살펴보면, N _T개의 송신 안테나가 있는 경우 전송 가능한 최대 정보는 N _T개이다. 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 2]

각각의 전송 정보

는 전송 전력이 다를 수 있다. 각각의 전송 전력을

라고 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 3]

또한,

는 전송 전력의 대각행렬 P 를 이용해 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 4]

전송전력이 조정된 정보 벡터

에 가중치 행렬 W 가 적용되어 실제 전송되는 N _T개의 송신신호

가 구성되는 경우를 고려해 보자. 가중치 행렬 W 는 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 한다.

는 벡터 X 를 이용하여 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 5]

여기에서, w _ij는 i번째 송신 안테나와 j번째 정보간의 가중치를 의미한다. W는 프리코딩 행렬이라고도 불린다.

수신신호는 N _R 개의 수신 안테나가 있는 경우 각 안테나의 수신신호

은 벡터로 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 6]

다중안테나 무선 통신 시스템에서 채널을 모델링하는 경우, 채널은 송수신 안테나 인덱스에 따라 구분될 수 있다. 송신 안테나 j로부터 수신 안테나 i를 거치는 채널을 h _ij 로 표시하기로 한다. h _ij 에서, 인덱스의 순서가 수신 안테나 인덱스가 먼저, 송신 안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.

한편, 도 5(b)은 N _T 개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시한 도면이다. 상기 채널을 묶어서 벡터 및 행렬 형태로 표시할 수 있다. 도 5(b)에서, 총 N _T 개의 송신 안테나로부터 수신 안테나 i로 도착하는 채널은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 7]

따라서, N _T 개의 송신 안테나로부터 N _R 개의 수신 안테나로 도착하는 모든 채널은 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 8]

실제 채널에는 채널 행렬 H 를 거친 후에 백색잡음(AWGN; Additive White Gaussian Noise)이 더해진다. N _R 개의 수신 안테나 각각에 더해지는 백색잡음

은 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 9]

상술한 수식 모델링을 통해 수신신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 10]

한편, 채널 상태를 나타내는 채널 행렬 H 의 행과 열의 수는 송수신 안테나의 수에 의해 결정된다. 채널 행렬 H 에서 행의 수는 수신 안테나의 수 N _R과 같고, 열의 수는 송신 안테나의 수 N _T와 같다. 즉, 채널 행렬 H는 행렬이 N _R×N _T된다.

행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행 또는 열의 개수 중에서 최소 개수로 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 행 또는 열의 개수 보다 클 수 없다. 채널 행렬 H의 랭크(rank(H))는 다음과 같이 제한된다.

[수학식 11]

랭크의 다른 정의는 행렬을 고유치 분해(Eigen value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 고유치들의 개수로 정의할 수 있다. 유사하게, 랭크의 또 다른 정의는 특이치 분해(singular value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 특이치들의 개수로 정의할 수 있다. 따라서, 채널 행렬에서 랭크. 의 물리적인 의미는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다.

본 문서의 설명에 있어서, MIMO 전송에 대한 '랭크(Rank)' 는 특정 시점 및 특정 주파수 자원에서 독립적으로 신호를 전송할 수 있는 경로의 수를 나타내며, '레이어(layer)의 개수' 는 각 경로를 통해 전송되는 신호 스트림의 개수를 나타낸다. 일반적으로 송신단은 신호 전송에 이용되는 랭크 수에 대응하는 개수의 레이어를 전송하기 때문에 특별한 언급이 없는 한 랭크는 레이어 개수와 동일한 의미를 가진다.

참조 신호 ( Reference Signal ; RS )

무선 통신 시스템에서 패킷을 전송할 때, 전송되는 패킷은 무선 채널을 통해서 전송되기 때문에 전송과정에서 신호의 왜곡이 발생할 수 있다. 왜곡된 신호를 수신측에서 올바로 수신하기 위해서는 채널 정보를 이용하여 수신 신호에서 왜곡을 보정하여야 한다. 채널 정보를 알아내기 위해서, 송신측과 수신측에서 모두 알고 있는 신호를 전송하여, 상기 신호가 채널을 통해 수신될 때의 왜곡 정도를 가지고 채널 정보를 알아내는 방법을 주로 사용한다. 상기 신호를 파일럿 신호 (Pilot Signal) 또는 참조 신호 (Reference Signal)라고 한다.

다중안테나를 사용하여 데이터를 송수신하는 경우에는 각 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 채널 상황을 알아야 올바른 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 각 송신 안테나 별로 별도의 참조 신호가 존재하여야 한다.

이동 통신 시스템에서 참조신호(RS)는 그 목적에 따라 크게 두 가지로 구분될 수 있다. 하나는 채널 정보 획득을 위해 사용되는 RS이고, 다른 하나는 데이터 복조를 위해 사용되는 RS이다. 전자는 단말이 하향 링크 채널 정보를 획득하도록 하기 위한 RS이므로 광대역으로 전송되어야 하고, 특정 서브프레임에서 하향링크 데이터를 수신하지 않는 단말이라도 해당 RS를 수신하고 측정할 수 있어야 한다. 이러한 RS는 핸드 오버 등을 위한 측정 등을 위해서도 사용된다. 후자는 기지국이 하향링크를 보낼 때 해당 자원에 함께 보내는 RS로서, 단말은 해당 RS를 수신함으로써 채널 추정을 할 수 있고, 따라서 데이터를 복조할 수 있게 된다. 이러한 RS는 데이터가 전송되는 영역에 전송되어야 한다.

기존의 3GPP LTE(예를 들어, 3GPP LTE 릴리즈-8) 시스템에서는 유니캐스트(unicast) 서비스를 위해서 2 가지 종류의 하향링크 RS 를 정의한다. 그 중 하나는 공용 참조신호(Common RS; CRS)이고, 다른 하나는 전용 참조신호(Dedicated RS; DRS) 이다. CRS 는 채널 상태에 대한 정보 획득 및 핸드오버 등을 위한 측정 등을 위해서 사용되고, 셀-특정(cell-specific) RS 라고 칭할 수도 있다. DRS 는 데이터 복조를 위해 사용되고, 단말-특정(UE-specific) RS 라고 칭할 수도 있다. 기존의 3GPP LTE 시스템에서 DRS 는 데이터 복조용으로만 사용되며 CRS는 채널 정보 획득 및 데이터 복조의 두 가지 목적으로 다 사용될 수 있다.

CRS는 셀-특정으로 전송되는 RS 이며, 광대역(wideband)에 대해서 매 서브프레임마다 전송된다. CRS는 기지국의 전송 안테나 개수에 따라서 최대 4개의 안테나 포트에 대해서 전송될 수 있다. 예를 들어 기지국의 송신 안테나의 개수가 두 개일 경우, 0번과 1번 안테나 포트에 대한 CRS가 전송되고, 네 개인 경우 0~3번 안테나 포트에 대한 CRS가 각각 전송된다.

도 6은 하나의 자원블록 쌍 상에서의 CRS 및 DRS의 예시적인 패턴을 나타내는 도면이다.

도 6의 참조신호 패턴의 예시에서는, 기지국이 4 개의 전송 안테나를 지원하는 시스템에서 하나의 자원블록 쌍(일반 CP 의 경우, 시간 상으로 14 개의 OFDM 심볼 × 주파수 상으로 12 부반송파) 상에서 CRS 및 DRS의 패턴을 나타낸다. 도 6에서 'R0', 'R1', 'R2' 및 'R3' 로 표시된 자원 요소(RE)는, 각각 안테나 포트 인덱스 0, 1, 2 및 3에 대한 CRS의 위치를 나타낸다. 한편, 도 6에서 'D'로 표시된 자원 요소는 LTE 시스템에서 정의되는 DRS의 위치를 나타낸다.

LTE 시스템의 진화 발전된 형태의 LTE-A 시스템에서는, 하향링크에서 최대 8개의 송신 안테나를 지원할 수 있다. 따라서, 최대 8개 송신 안테나에 대한 RS 역시 지원되어야 한다. LTE 시스템에서의 하향링크 RS는 최대 4개의 안테나 포트에 대해서만 정의되어 있으므로, LTE-A 시스템에서 기지국이 4개 이상 최대 8개의 하향 링크 송신 안테나를 가질 경우 이들 안테나 포트들에 대한 RS가 추가적으로 정의되어야 한다. 최대 8개의 송신 안테나 포트에 대한 RS로서, 채널 측정을 위한 RS와 데이터 복조를 위한 RS 두 가지가 모두 고려되어야 한다.

LTE-A 시스템을 설계함에 있어서 중요한 고려 사항 중 하나는 역방향 호환성(backward compatibility)이다. 역방향 호환성이란, 기존의 LTE 단말이 LTE-A 시스템에서도 올바르게 동작하도록 지원하는 것을 의미한다. RS 전송 관점에서 보았을 때, LTE 표준에서 정의되어 있는 CRS가 전 대역으로 매 서브프레임마다 전송되는 시간-주파수 영역에 최대 8개의 송신 안테나 포트에 대한 RS를 추가하는 경우, RS 오버헤드가 지나치게 커지게 된다. 따라서, 최대 8 안테나 포트에 대한 RS를 새롭게 설계함에 있어서 RS 오버헤드를 줄이는 것이 고려되어야 한다.

LTE-A 시스템에서 새롭게 도입되는 RS는 크게 2 가지로 분류할 수 있다. 그 중 하나는 전송 랭크, 변조및코딩기법(Modulation and Coding Scheme; MCS), 프리코딩행렬인덱스(Precoding Matrix Index; PMI) 등의 선택을 위한 채널 측정 목적의 RS인 채널상태정보-참조신호(Channel State Information RS; CSI-RS)이고, 다른 하나는 최대 8 개의 전송 안테나를 통해 전송되는 데이터를 복조하기 위한 목적의 RS 인 복조-참조신호(DeModulation RS; DMRS)이다.

채널 측정 목적의 CSI-RS는, 기존의 LTE 시스템에서의 CRS가 채널 측정, 핸드오버 등의 측정 등의 목적과 동시에 데이터 복조를 위해 사용되는 것과 달리, 채널 측정 위주의 목적을 위해서 설계되는 특징이 있다. 물론 CSI-RS 역시 핸드오버 등의 측정 등의 목적으로도 사용될 수도 있다. CSI-RS가 채널 상태에 대한 정보를 얻는 목적으로만 전송되므로, 기존의 LTE 시스템에서의 CRS와 달리, 매 서브프레임마다 전송되지 않아도 된다. 따라서, CSI-RS의 오버헤드를 줄이기 위하여 CSI-RS는 시간 축 상에서 간헐적으로(예를 들어, 주기적으로) 전송되도록 설계될 수 있다.

만약 어떤 하향링크 서브프레임 상에서 데이터가 전송되는 경우에는, 데이터 전송이 스케줄링된 단말에게 전용으로(dedicated) DMRS가 전송된다. 즉, DMRS는 단말-특정(UE-specific) RS라고 칭할 수도 있다. 특정 단말 전용의 DMRS는, 해당 단말이 스케줄링된 자원영역, 즉 해당 단말에 대한 데이터가 전송되는 시간-주파수 영역에서만 전송되도록 설계될 수 있다.

도 7은 LTE-A 시스템에서 정의되는 DMRS 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.

도 7에서는 하향링크 데이터가 전송되는 하나의 자원블록 쌍(일반 CP 의 경우, 시간 상으로 14 개의 OFDM 심볼 × 주파수 상으로 12 부반송파) 상에서 DMRS가 전송되는 자원요소의 위치를 나타낸다. DMRS는 LTE-A 시스템에서 추가적으로 정의되는 4 개의 안테나 포트(안테나 포트 인덱스 7, 8, 9 및 10)에 대하여 전송될 수 있다. 서로 다른 안테나 포트에 대한 DMRS는 상이한 주파수 자원(부반송파) 및/또는 상이한 시간 자원(OFDM 심볼)에 위치하는 것으로 구분될 수 있다(즉, FDM 및/또는 TDM 방식으로 다중화될 수 있다). 또한, 동일한 시간-주파수 자원 상에 위치하는 서로 다른 안테나 포트에 대한 DMRS들은 서로 직교 코드(orthogonal code)에 의해서 구분될 수 있다(즉, CDM 방식으로 다중화될 수 있다). 도 7 의 예시에서 DMRS CDM 그룹 1 로 표시된 자원요소(RE) 들에는 안테나 포트 7 및 8 에 대한 DMRS들이 위치할 수 있고, 이들은 직교 코드에 의해 다중화될 수 있다. 마찬가지로, 도 7 의 예시에서 DMRS 그룹 2 로 표시된 자원요소들에는 안테나 포트 9 및 10 에 대한 DMRS들이 위치할 수 있고, 이들은 직교 코드에 의해 다중화될 수 있다.

기지국에서 DMRS를 전송함에 있어서, 데이터에 대해서 적용되는 프리코딩과 동일한 프리코딩이 DMRS에 적용된다. 따라서, 단말에서 DMRS(또는 단말-특정 RS)를 이용하여 추정되는 채널 정보는 프리코딩된 채널 정보이다. 단말은 DMRS를 통하여 추정한 프리코딩된 채널 정보를 이용하여, 데이터 복조를 용이하게 수행할 수 있다. 그러나, 단말은 DMRS에 적용된 프리코딩 정보를 알 수 없으므로, DMRS로부터는 프리코딩되지 않은 채널 정보를 획득할 수 없다. 단말은, DMRS 이외의 별도의 참조신호, 즉, 전술한 CSI-RS를 이용하여 프리코딩되지 않은 채널 정보를 획득할 수 있다.

도 8은 LTE-A 시스템에서 정의되는 CSI-RS 패턴의 예시들을 나타내는 도면이다.

도 8에서는 하향링크 데이터가 전송되는 하나의 자원블록 쌍(일반 CP 의 경우, 시간 상으로 14 개의 OFDM 심볼 × 주파수 상으로 12 부반송파) 상에서 CSI-RS 가 전송되는 자원요소의 위치를 나타낸다. 어떤 하향링크 서브프레임에서 도 8(a) 내지 8(e) 중 하나의 CSI-RS 패턴이 이용될 수 있다. CSI-RS 는 LTE-A 시스템에서 추가적으로 정의되는 8 개의 안테나 포트(안테나 포트 인덱스 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22) 에 대하여 전송될 수 있다. 서로 다른 안테나 포트에 대한 CSI-RS 는 상이한 주파수 자원(부반송파) 및/또는 상이한 시간 자원(OFDM 심볼)에 위치하는 것으로 구분될 수 있다(즉, FDM 및/또는 TDM 방식으로 다중화될 수 있다). 또한, 동일한 시간-주파수 자원 상에 위치하는 서로 다른 안테나 포트에 대한 CSI-RS 들은 서로 직교 코드(orthogonal code)에 의해서 구분될 수 있다(즉, CDM 방식으로 다중화될 수 있다). 도 8(a) 의 예시에서 CSI-RS CDM 그룹 1 로 표시된 자원요소(RE) 들에는 안테나 포트 15 및 16 에 대한 CSI-RS 들이 위치할 수 있고, 이들은 직교 코드에 의해 다중화될 수 있다. 도 8(a) 의 예시에서 CSI-RS CDM 그룹 2 로 표시된 자원요소들에는 안테나 포트 17 및 18 에 대한 CSI-RS 들이 위치할 수 있고, 이들은 직교 코드에 의해 다중화될 수 있다. 도 8(a) 의 예시에서 CSI-RS CDM 그룹 3 으로 표시된 자원요소들에는 안테나 포트 19 및 20 에 대한 CSI-RS 들이 위치할 수 있고, 이들은 직교 코드에 의해 다중화될 수 있다. 도 8(a) 의 예시에서 CSI-RS CDM 그룹 4 로 표시된 자원요소들에는 안테나 포트 21 및 22 에 대한 CSI-RS 들이 위치할 수 있고, 이들은 직교 코드에 의해 다중화될 수 있다. 도 8(a)를 기준으로 설명한 동일한 원리가 도 8(b) 내지 8(e)에 적용될 수 있다.

도 6 내지 8 의 RS 패턴들은 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 다양한 실시예들을 적용함에 있어서 특정 RS 패턴에 한정되는 것이 아니다. 즉, 도 6 내지 8 과 다른 RS 패턴이 정의 및 사용되는 경우에도 본 발명의 다양한 실시예들은 동일하게 적용될 수 있다.

CSI - RS 설정( configuration )

전술한 바와 같이, 하향링크에서 최대 8 개의 전송 안테나를 지원하는 LTE-A 시스템에서 기지국은 모든 안테나 포트에 대한 CSI-RS를 전송해야 한다. 최대 8개의 송신 안테나 포트에 대한 CSI-RS를 매 서브프레임마다 전송하는 것은 오버헤드가 너무 큰 단점이 있으므로, CSI-RS는 매 서브프레임마다 전송되지 않고 시간 축에서 간헐적으로 전송되어야 그 오버헤드를 줄일 수 있다. 이에 따라, CSI-RS는 한 서브프레임의 정수 배의 주기를 가지고 주기적으로 전송되거나, 특정 전송 패턴으로 전송될 수 있다.

이 때 CSI-RS가 전송되는 주기나 패턴은 네트워크(예를 들어, 기지국)가 설정(configure) 할 수 있다. CSI-RS에 기초한 측정을 수행하기 위해서 단말은 반드시 자신이 속한 셀(또는 송신 포인트(TP))의 각각의 CSI-RS 안테나 포트에 대한 CSI-RS 설정(configuration)을 알고 있어야 한다. CSI-RS 설정에는, CSI-RS가 전송되는 하향링크 서브프레임 인덱스, 전송 서브프레임 내에서 CSI-RS 자원요소(RE)의 시간-주파수 위치(예를 들어, 도 8(a) 내지 8(e)와 같은 CSI-RS 패턴), 그리고 CSI-RS 시퀀스(CSI-RS 용도로 사용되는 시퀀스로서, 슬롯 번호, 셀 ID, CP 길이 등에 기초하여 소정의 규칙에 따라 유사-랜덤(pseudo-random)하게 생성됨) 등이 포함될 수 있다. 즉, 임의의(given) 기지국에서 복수개의 CSI-RS 설정(configuration)이 사용될 수 있고, 기지국은 복수개의 CSI-RS 설정 중에서 셀 내의 단말(들)에 대해 사용될 CSI-RS 설정을 알려줄 수 있다.

복수개의 CSI-RS 설정들은, 단말이 CSI-RS의 전송 전력이 0이 아닌(non-zero) 것으로 가정하는 CSI-RS 설정을 하나를 포함하거나 포함하지 않을 수 있고, 또한, 단말이 0의 전송 전력으로 가정하는 CSI-RS 설정을 하나 이상을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.

또한, 상위 계층에 의해서 0의 전송전력의 CSI-RS 설정에 대한 파라미터(예를 들어, 16-비트 비트맵 ZeroPowerCSI - RS 파라미터)의 각각의 비트는 CSI-RS 설정(또는 CSI-RS 설정에 따라 CSI-RS가 할당될 수 있는 RE들)에 대응할 수 있고, 단말은 해당 파라미터에서 1로 설정되는 비트에 대응하는 CSI-RS 설정의 CSI-RS RE들에서의 전송 전력이 0인 것으로 가정할 수 있다.

또한, 각각의 안테나 포트에 대한 CSI-RS 는 구별될 필요가 있으므로, 각각의 안테나 포트에 대한 CSI-RS 가 전송되는 자원은 서로 직교(orthogonal)해야 한다. 도 8 과 관련하여 설명한 바와 같이, 각각의 안테나 포트에 대한 CSI-RS 들은 직교하는 주파수 자원, 직교하는 시간 자원 및/또는 직교하는 코드 자원을 이용하여 FDM, TDM 및/또는 CDM 방식으로 다중화될 수 있다.

CSI-RS에 관한 정보(CSI-RS 설정(configuration))를 기지국이 셀 내의 단말들에게 알려줄 때, 먼저 각 안테나 포트에 대한 CSI-RS가 매핑되는 시간-주파수에 대한 정보를 알려줘야 한다. 구체적으로, 시간에 대한 정보에는, CSI-RS가 전송되는 서브프레임 번호들, CSI-RS 가 전송되는 주기, CSI-RS가 전송되는 서브프레임 오프셋, 특정 안테나의 CSI-RS 자원요소(RE)가 전송되는 OFDM 심볼 번호 등이 포함될 수 있다. 주파수에 대한 정보에는 특정 안테나의 CSI-RS 자원요소(RE)가 전송되는 주파수 간격(spacing), 주파수 축에서의 RE의 오프셋 또는 시프트 값 등이 포함될 수 있다.

도 9는 CSI-RS가 주기적으로 전송되는 방식의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

CSI-RS는 한 서브프레임의 정수 배의 주기(예를 들어, 5 서브프레임 주기, 10 서브프레임 주기, 20 서브프레임 주기, 40 서브프레임 주기 또는 80 서브프레임 주기)를 가지고 주기적으로 전송될 수 있다.

도 9에서는 하나의 무선 프레임이 10 개의 서브프레임(서브프레임 번호 0 내지 9)로 구성되는 것을 도시한다. 도 9 에서는, 예를 들어, 기지국의 CSI-RS의 전송 주기가 10ms (즉, 10 서브프레임) 이고, CSI-RS 전송 오프셋(Offset)은 3 인 경우를 도시한다. 여러 셀들의 CSI-RS가 시간 상에서 고르게 분포할 수 있도록 상기 오프셋 값은 기지국마다 각각 다른 값을 가질 수 있다. 10ms의 주기로 CSI-RS가 전송되는 경우, 오프셋 값은 0 내지 9 중 하나를 가질 수 있다. 이와 유사하게, 예를 들어 5ms의 주기로 CSI-RS가 전송되는 경우 오프셋 값은 0~4 중 하나의 값을 가질 수 있고, 20ms의 주기로 CSI-RS 가 전송되는 경우 오프셋 값은 0~19 중 하나의 값을 가질 수 있고, 40ms의 주기로 CSI-RS 가 전송되는 경우 오프셋 값은 0~39 중 하나의 값을 가질 수 있으며, 80ms의 주기로 CSI-RS 가 전송되는 경우 오프셋 값은 0~79 중 하나의 값을 가질 수 있다. 이 오프셋 값은, 소정의 주기로 CSI-RS 를 전송하는 기지국이 CSI-RS 전송을 시작하는 서브프레임의 값을 나타낸다. 기지국이 CSI-RS의 전송 주기와 오프셋 값을 알려주면, 단말은 그 값을 이용하여 해당 서브프레임 위치에서 기지국의 CSI-RS를 수신할 수 있다. 단말은 수신한 CSI-RS를 통해 채널을 측정하고 그 결과로서 CQI, PMI 및/또는 RI(Rank Indicator) 와 같은 정보를 기지국에게 보고할 수 있다. 본 문서에서 CQI, PMI 및 RI 를 구별하여 설명하는 경우를 제외하고, 이들을 통칭하여 CQI (또는 CSI) 라 칭할 수 있다. 또한, CSI-RS 에 관련된 상기 정보들은 셀-특정 정보로서, 셀 내의 단말들에게 공통으로 적용될 수 있다. 또한, CSI-RS 전송 주기 및 오프셋은 CSI-RS 설정(configuration) 별로 별도로 지정될 수 있다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이 0의 전송 전력으로 전송되는 CSI-RS 를 나타내는 CSI-RS 설정(configuration) 및 0이 아닌(non-zero) 전송 전력으로 전송되는 CSI-RS 를 나타내는 CSI-RS 설정(configuration) 에 대해서 별도의 CSI-RS 전송 주기 및 오프셋이 설정될 수 있다.

PDSCH가 전송될 수 있는 모든 서브프레임에서 전송되는 CRS와 달리, CSI-RS는 일부 서브프레임에서만 전송되는 것으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상위 계층에 의해서 CSI 서브프레임 세트 C_{CSI ,0} 및 C_{CSI ,1} 이 설정될 수 있다. CSI 레퍼런스 자원(즉, CSI 계산의 기준이 되는 소정의 자원 영역)은 C_{CSI ,0} 또는 C_{CSI ,1} 중 하나에 속할 수 있고, C_{CSI ,0} 및 C_{CSI , 1} 의 모두에 동시에 속하지는 않을 수 있다. 이에 따라, CSI 서브프레임 세트 C_{CSI ,0} 및 C_{CSI ,1} 이 상위 계층에 의해서 설정되는 경우에, 단말은 CSI 서브프레임 세트 중 어디에도 속하지 않는 서브프레임에 존재하는 CSI 레퍼런스 자원에 대한 트리거(또는 CSI 계산에 대한 지시)를 받을 것으로 기대하지 않을 수 있다.

또한, CSI 레퍼런스 자원은 유효한 하향링크 서브프레임 상에서 설정될 수 있다. 유효한 하향링크 서브프레임은 다양한 요건을 만족하는 서브프레임으로서 설정될 수 있다. 그 요건들 중 하나는, 주기적 CSI 보고의 경우에, 단말에 대해서 CSI 서브프레임 세트가 설정된다면 주기적 CSI 보고에 연결(link)되는 CSI 서브프레임 세트에 속하는 서브프레임일 것이다.

또한, CSI 레퍼런스 자원에서, 단말은 다음과 같은 가정들을 고려하여 CQI 인덱스를 도출할 수 있다 (자세한 사항은 3GPP TS 36.213을 참조한다):

- 한 서브프레임의 처음 3 개의 OFDM 심볼들은 제어 시그널링에 의해 점유됨

- 주 동기신호(primary synchronization signal), 부(secondary) 동기 신호 또는 물리방송채널(PBCH)에 의해 사용되는 자원요소는 없음

- 비-MBSFN 서브프레임의 CP 길이

- 리던던시 버전(Redundancy Version)은 0 임

- 채널 측정을 위해 CSI-RS가 사용되는 경우, PDSCH EPRE(Energy Per Resource Element) 대 CSI-RS EPRE의 비(ratio)는 소정의 규칙에 따름

- 전송모드 9(즉, 최대 8 레이어 전송을 지원하는 모드)에서의 CSI 보고의 경우에, 단말에 대해 PMI/RI 보고가 설정되면, DMRS 오버헤드는 가장 최근에 보고된 랭크에 일치하는 것으로 가정함(예를 들어, DMRS 오버헤드는 도 7에서 설명한 바와 같이 2개 이상의 안테나 포트(즉, 랭크 2 이하)의 경우에는 하나의 자원블록 쌍 상에서의 DMRS 오버헤드가 12 RE이지만, 3개 이상의 안테나 포트(즉, 랭크 3 이상)의 경우에는 24 RE이므로, 가장 최근에 보고된 랭크 값에 대응하는 DMRS 오버헤드를 가정하여 CQI 인덱스를 계산할 수 있다.)

- CSI-RS 및 0-전력 CSI-RS에 대해서 RE가 할당되지 않음

- PRS(Positioning RS)에 대해서는 RE가 할당되지 않음

- PDSCH 전송 기법은 단말에 대해 현재 설정된 전송 모드(디폴트 모드일 수 있음)에 따름

- PDSCH EPRE 대 셀-특정 참조신호 EPRE의 비(ratio)는 소정의 규칙에 따름

이러한 CSI-RS 설정은, 예를 들어, RRC(Radio Resource Control) 시그널링을 이용하여 기지국이 단말에게 알려줄 수 있다. 즉, 전용(dedicated) RRC 시그널링을 사용하여 CSI-RS 설정에 대한 정보가 셀 내의 단말들 각각에게 제공될 수 있다. 예를 들어, 단말이 초기 액세스 또는 핸드오버를 통해서 기지국과 연결(connection)을 확립(establish)하는 과정에서, 기지국이 해당 단말에게 RRC 시그널링을 통해 CSI-RS 설정(configuration)을 알려 주도록 할 수 있다. 또는 기지국이 단말에게 CSI-RS 측정에 기반한 채널 상태 피드백을 요구하는 RRC 시그널링 메시지를 전송할 때에, 해당 RRC 시그널링 메시지를 통해 CSI-RS 설정(configuration)을 해당 단말에게 알려 주도록 할 수도 있다.

한편, CSI-RS가 존재하는 시간 위치, 즉, 셀-특정 서브프레임 설정 주기 및 셀-특정 서브프레임 오프셋은, 예를 들어, 다음의 표 1과 같이 정리할 수 있다.

[표 1]

전술한 바와 같이, 파라미터 I _{CSI - RS} 는 단말이 0이 아닌 전송 전력으로 가정하는 CSI-RS와 0의 전송 전력으로 가정하는 CSI-RS에 대해서 별도로(separately) 설정될 수 있다. CSI-RS를 포함하는 서브프레임은 다음의 수학식 12와 같이 표현할 수 있다 (수학식 12에서 n _f는 시스템 프레임 번호이고, n _s는 슬롯 번호임).

[수학식 12]

아래의 표 2와 같이 정의되는 CSI-RS-Config 정보요소(IE)는 CSI-RS 설정을 특정하기 위해서 사용될 수 있다.

[표 2]

상기 표 2에서 안테나포트카운트(antennaPortsCount) 파라미터는 CSI-RS의 전송을 위해서 사용되는 안테나 포트(즉, CSI-RS 포트)의 개수를 나타내며, an1은 1개에 해당하고, an2는 2개에 해당한다.

상기 표 2에서 p_C 파라미터는, UE가 CSI 피드백을 유도(derive)할 때에 가정하는 PDSCH EPRE(Energy Per Resource Element)와 CSI-RS EPRE의 비율을 나타낸다.

상기 표 2에서 자원설정(resourceConfig) 파라미터는, 예를 들어, 상기 도 8에서와 같은 RB 쌍 상에서 CSI-RS가 매핑되는 자원요소의 위치를 결정하는 값을 가진다.

상기 표 2에서 서브프레임설정(subframeConfig) 파라미터는, 상기 표 1에서의 I _{CSI - RS} 에 해당한다.

상기 표 2에서 zeroTxPowerResourceConfigList 및 zeroTxPowerSubframeConfig는 각각 0의 전송전력의 CSI-RS에 대한 resourceConfig 및 subframeConfig에 해당한다.

상기 표 2의 CSI-RS 설정 IE에 대한 보다 구체적인 사항은 표준문서 TS 36.331을 참조할 수 있다.

채널상태정보( CSI )

MIMO 방식은 개-루프(open-loop) 방식과 폐-루프(closed-loop) 방식으로 구분될 수 있다. 개-루프 MIMO 방식은 MIMO 수신단으로부터의 채널상태정보의 피드백이 없이 송신단에서 MIMO 전송을 수행하는 것을 의미한다. 폐-루프 MIMO 방식은 MIMO 수신단으로부터의 채널상태정보를 피드백 받아 송신단에서 MIMO 전송을 수행하는 것을 의미한다. 폐-루프 MIMO 방식에서는 MIMO 송신 안테나의 다중화 이득(multiplexing gain)을 얻기 위해서 송신단과 수신단의 각각이 채널 상태정보를 바탕으로 빔포밍을 수행할 수 있다. 수신단(예를 들어, 단말)이 채널상태정보를 피드백할 수 있도록 송신단(예를 들어, 기지국)은 수신단(예를 들어, 단말)에게 상향링크 제어 채널 또는 상향링크 공유 채널을 할당할 수 있다.

단말은 CRS 및/또는 CSI-RS를 이용하여 하향링크 채널에 대한 추정 및/또는 측정을 수행할 수 있다. 단말에 의해서 기지국으로 피드백되는 채널상태정보(CSI)는 랭크 지시자(RI), 프리코딩 행렬 인덱스(PMI) 및 채널품질지시자(CQI)를 포함할 수 있다.

RI는 채널 랭크에 대한 정보이다. 채널의 랭크는 동일한 시간-주파수 자원을 통해서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 레이어(또는 스트림)의 최대 개수를 의미한다. 랭크 값은 채널의 장기간(long term) 페이딩에 의해서 주로 결정되므로, PMI 및 CQI 에 비하여 일반적으로 더 긴 주기에 따라(즉, 덜 빈번하게) 피드백될 수 있다.

PMI는 송신단으로부터의 전송에 이용되는 프리코딩 행렬에 대한 정보이며, 채널의 공간 특성을 반영하는 값이다. 프리코딩이란 전송 레이어를 송신 안테나에 매핑시키는 것을 의미하며, 프리코딩 행렬에 의해 레이어-안테나 매핑 관계가 결정될 수 있다. PMI 는 신호대잡음및간섭비(Signal-to-Iuterference plus Noise Ratio; SINR) 등의 측정값(metric)을 기준으로 단말이 선호하는(preferred) 기지국의 프리코딩 행렬 인덱스에 해당한다. 프리코딩 정보의 피드백 오버헤드를 줄이기 위해서, 송신단과 수신단이 여러 가지 프리코딩 행렬을 포함하는 코드북을 미리 공유하고 있고, 해당 코드북에서 특정 프리코딩 행렬을 지시하는 인덱스만을 피드백하는 방식이 사용될 수 있다. 예를 들어, PMI는 가장 최근에 보고된 RI에 기초하여 결정될 수 있다.

CQI는 채널 품질 또는 채널 세기를 나타내는 정보이다. CQI는 미리 결정된 MCS 조합으로서 표현될 수 있다. 즉, 피드백되는 CQI 인덱스는 해당하는 변조기법(modulation scheme) 및 코드 레이트(code rate)를 나타낸다. CQI는 특정 자원 영역(예를 들어, 유효한 서브프레임 및/또는 물리자원블록에 의해 특정되는 영역)을 CQI 레퍼런스 자원으로 설정하고, 해당 CQI 레퍼런스 자원에서 PDSCH 전송이 존재하는 것으로 가정하여, 소정의 에러확률(예를 들어, 0.1)을 넘지 않고 PDSCH가 수신될 수 있는 경우를 가정하여 계산될 수 있다. 일반적으로, CQI 는 기지국이 PMI 를 이용하여 공간 채널을 구성하는 경우에 얻을 수 있는 수신 SINR 을 반영하는 값이 된다. 예를 들어, CQI는 가장 최근에 보고된 RI 및/또는 PMI에 기초하여 계산될 수 있다.

확장된 안테나 구성을 지원하는 시스템(예를 들어, LTE-A 시스템)에서는 다중사용자-MIMO (MU-MIMO) 방식을 이용하여 추가적인 다중사용자 다이버시티를 획득하는 것을 고려하고 있다. MU-MIMO 방식에서는 안테나 영역(domain)에서 다중화되는 단말들 간의 간섭 채널이 존재하므로, 다중사용자 중 하나의 단말이 피드백하는 채널상태정보를 기지국에서 이용하여 하향링크 전송을 수행하는 경우에 다른 단말에 대해서 간섭이 발생하지 않도록 하는 것이 필요하다. 따라서, MU-MIMO 동작이 올바르게 수행되기 위해서는 단일사용자-MIMO (SU-MIMO) 방식에 비하여 보다 높은 정확도의 채널상태정보가 피드백되어야 한다.

이와 같이 보다 정확한 채널상태정보를 측정 및 보고할 수 있도록, 기존의 RI, PMI 및 CQI 로 구성되는 CSI 를 개선한 새로운 CSI 피드백 방안이 적용될 수 있다. 예를 들어, 수신단이 피드백하는 프리코딩 정보가 2 개의 PMI(예를 들어, i1 및 i2)의 조합에 의해서 지시될 수 있다. 이에 따라 보다 정교한 PMI가 피드백될 수 있으며, 이러한 정교한 PMI에 기초하여 보다 정교한 CQI가 계산 및 보고될 수 있다.

한편, CSI는 주기적으로 PUCCH를 통하여 전송되거나, 비주기적으로 PUSCH를 통하여 전송될 수 있다. 또한, RI, 제 1 PMI(예를 들어, W1), 제 2 PMI(예를 들어, W2), CQI 중에서 어느 것이 피드백되는지와, 피드백되는 PMI 및/또는 CQI가 광대역(WB)에 대한 것인지 또는 서브대역(SB)에 대한 것인지에 따라, 다양한 보고 모드가 정의될 수 있다.

CQI 계산

이하에서는 하향링크 수신단이 단말인 경우를 가정하여 CQI 계산에 대하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명에서 설명하는 내용은 하향링크 수신 주체로서의 중계기에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

단말이 CSI를 보고할 때 CQI를 계산하는 기준이 되는 자원(이하에서는, 레퍼런스 자원(reference resource)라 칭함)을 설정/정의하는 방안에 대하여 설명한다. 먼저, CQI의 정의에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

단말이 보고하는 CQI는 특정 인덱스 값에 해당한다. CQI 인덱스는 채널 상태에 해당하는 변조기법, 코드 레이트, 등을 나타내는 값이다. 예를 들어, CQI 인덱스들 및 그 해석은 다음의 표 3과 같이 주어질 수 있다.

[표 3]

시간 및 주파수에서 제한되지 않는 관찰에 기초하여, 단말은 상향링크 서브프레임 n에서 보고되는 각각의 CQI 값에 대해서 상기 표 3의 CQI 인덱스 1 내지 15 중에서 소정의 요건을 만족하는 가장 높은 CQI 인덱스를 결정할 수 있다. 소정의 요건은, 해당 CQI 인덱스에 해당하는 변조 기법(예를 들어, MCS) 및 전송 블록 크기(TBS)의 조합을 가지고, CQI 레퍼런스 자원이라고 칭하여지는 하향링크 물리 자원 블록들의 그룹을 차지하는 단일 PDSCH 전송 블록이 0.1(즉, 10%)을 넘지 않는 전송 블록 에러 확률로 수신될 수 있는 것으로 정해질 수 있다. 만약 CQI 인덱스 1도 상기 요건을 만족하지 않는 경우에는 단말은 CQI 인덱스 0으로 결정할 수 있다.

전송 모드 9(최대 8 레이어 전송에 해당함) 및 피드백 보고 모드의 경우에, 단말은 CSI-RS에만 기초해서 상향링크 서브프레임 n에서 보고되는 CQI 값을 계산하기 위한 채널 측정을 수행할 수 있다. 다른 전송 모드 및 해당하는 보고 모드들의 경우에, 단말은 CRS에 기초하여 CQI 계산을 위한 채널 측정을 수행할 수 있다.

아래의 요건이 모두 만족하는 경우에, 변조 기법 및 전송 블록 크기의 조합은 하나의 CQI 인덱스에 해당할 수 있다. 관련된 전송 블록 크기 테이블에 따라서 CQI 레퍼런스 자원에서의 PDSCH 상에서의 전송에 대해서 상기 조합이 시그널링될 수 있고, 변조 기법이 해당 CQI 인덱스에 의해서 지시되고, 그리고, 전송 블록 크기 및 변조 기법의 조합이 상기 레퍼런스 자원에 적용되는 경우에, 해당 CQI 인덱스에 의해 지시되는 코드 레이트에 최대한 가까운 유효 채널 코드 레이트를 가지는 것이 위 요건에 해당한다. 만약 전송 블록 크기 및 변조 기법의 조합의 2 개 이상이 해당 CQI 인덱스에 의해 지시되는 코드 레이트에 동일한 정도로 가까운 경우에는, 전송 블록 크기가 최소인 조합으로 결정될 수 있다.

CQI 레퍼런스 자원은 다음과 같이 정의된다.

주파수 영역에서 CQI 레퍼런스 자원은, 도출된 CQI 값이 관련된 대역에 해당하는 하향링크 물리 자원 블록들의 그룹으로 정의된다.

시간 영역에서 CQI 레퍼런스 자원은, 단일 하향링크 서브프레임 n-nCQI_ref 로 정의된다. 여기서, 주기적 CQI 보고의 경우에는, nCQI_ref 는 4 이상의 값 중에서 가장 작은 값이면서, 하향링크 서브프레임 n-nCQI_ref 가 유효한 하향링크 서브프레임에 해당하는 값으로 결정된다. 비주기적 CQI 보고의 경우에는, nCQI_ref 는 상향링크 DCI 포맷(즉, 상향링크 스케줄링 제어 정보를 단말에게 제공하기 위한 PDCCH DCI 포맷)에서의 CQI 요청에 해당하는(또는 CQI 요청이 수신된) 유효한 하향링크 서브프레임과 동일한 하향링크 서브프레임이 CQI 레퍼런스 자원으로 결정된다. 또한, 비주기적 CQI 보고의 경우에, nCQI_ref 는 4이고 하향링크 서브프레임 n-nCQI_ref 는 유효한 하향링크 서브프레임에 해당하며, 여기서 하향링크 서브프레임 n-nCQI_ref 는 임의접속응답그랜트(random access response grant)에서의 CQI 요청에 해당하는 (또는 CQI 요청이 수신된) 서브프레임 이후에 수신될 수 있다. 여기서, 유효한 하향링크 서브프레임이란, 해당 UE에 대해서 하향링크 서브프레임으로 설정되고, 전송 모드 9를 제외하고는 MBSFN 서브프레임이 아니고, DwPTS의 길이가 7680*Ts (Ts=1/(15000×2048)초)이하인 경우에 DwPTS 필드를 포함하지 않으며, 그리고, 해당 UE에 대해서 설정된 측정 갭에 속하지 않는 하향링크 서브프레임을 의미한다. 만약 CQI 레퍼런스 자원을 위한 유효한 하향링크 서브프레임이 없는 경우에는, 상향링크 서브프레임 n에서 CQI 보고는 생략될 수 있다.

레이어 영역에서 CQI 레퍼런스 자원은, CQI가 전제로 하는 임의의 RI 및 PMI로 정의된다.

CQI 레퍼런스 자원에서 단말이 CQI 인덱스를 유도하기 위해서 다음의 사항들을 가정할 수 있다: (1) 하향링크 서브프레임의 처음 3 OFDM 심볼은 제어 시그널링의 용도로 사용된다. (2) 주동기신호, 부동기신호 또는 물리방송채널에 의해서 사용되는 자원 요소는 없다. (3) 비-MBSFN 서브프레임의 CP 길이를 가진다. (4) 리던던시 버전은 0이다. (5) 채널 측정을 위해서 CSI-RS가 사용되는 경우, PDSCH EPRE(Energy Per Resource Element) 대 CSI-RS EPRE의 비율은 상위 계층에 의해 시그널링되는 소정의 값을 가진다. (6) 전송 모드 별로 정의된 PDSCH 전송 기법(단일 안테나 포트 전송, 전송 다이버시티, 공간 다중화, MU-MIMO 등)이 해당 UE에 대해서 현재 설정되어 있다 (디폴트 모드일 수 있음). (7) 채널 측정을 위해서 CRS가 사용되는 경우에, PDSCH EPRE 대 CRS EPRE는 소정의 요건에 따라서 결정될 수 있다. CQI 정의에 관련된 보다 구체적인 사항은 3GPP TS36.213을 참조할 수 있다.

요컨대, 하향링크 수신단(예를 들어, 단말)은 현재 CQI 계산을 수행하는 시점을 기준으로 과거의 특정한 단일 서브프레임을 CQI 레퍼런스 자원으로 설정하고, 해당 CQI 레퍼런스 자원에서 기지국으로부터 PDSCH가 전송되었을 때 그 에러 확률이 10%를 넘지 않을 조건을 만족하도록 CQI 값을 계산할 수 있다.

코드북 기반 프리코딩 기법

다중 안테나 전송을 지원하기 위하여 전송 정보를 각각의 안테나에 채널 상황 등에 따라 적절하게 분배해주는 프리코딩(precoding)을 적용할 수 있다. 코드북(Codebook) 기반의 프리코딩 기법은, 송신단과 수신단에서 프리코딩 행렬의 집합을 미리 정하여 두고, 수신단이 송신단으로부터의 채널정보를 측정하여 가장 알맞은 프리코딩 행렬이 무엇인지(즉, 프리코딩 행렬 인덱스(Precoding Matrix Index; PMI)를 송신단에게 피드백하여 주고, 송신단은 PMI에 기초하여 적절한 프리코딩을 신호 전송에 적용하는 기법을 말한다. 미리 정해둔 프리코딩 행렬 집합 중에서 적절한 프리코딩 행렬을 선택하는 방식이므로, 항상 최적의 프리코딩이 적용되는 것은 아니지만, 실제 채널 정보에 최적의 프리코딩 정보를 명시적으로(explicitly) 피드백하는 것에 비하여 피드백 오버헤드를 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 10은 코드북 기반 프리코딩의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.

코드북 기반 프리코딩 방식에 따를 경우, 송신단과 수신단은 전송 랭크, 안테나 개수 등에 따라 미리 정해진 소정 개수의 프리코딩 행렬들을 포함하는 코드북 정보를 공유하게 된다. 즉, 피드백 정보가 유한한(finite) 경우에 프리코딩 기반 코드북 방식이 사용될 수 있다. 수신단은 수신 신호를 통해 채널 상태를 측정하여, 상술한 코드북 정보를 기반으로 유한한 개수의 선호하는 프리코딩 행렬 정보(즉, 해당 프리코딩 행렬의 인덱스)를 송신단에 피드백할 수 있다. 예를 들어, 수신단에서는 ML(Maximum Likelihood) 또는 MMSE(Minimum Mean Square Error) 방식으로 수신 신호를 측정하여 최적의 프리코딩 행렬을 선택할 수 있다. 도 10에서는 수신단이 송신단에 프리코딩 행렬 정보를 코드워드별로 전송하는 것을 도시하고 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.

수신단으로부터 피드백 정보를 수신한 송신단은 수신된 정보에 기반하여 코드북으로부터 특정 프리코딩 행렬을 선택할 수 있다. 프리코딩 행렬을 선택한 송신단은 전송 랭크에 대응하는 개수의 레이어 신호에 선택된 프리코딩 행렬을 곱하는 방식으로 프리코딩을 수행하며, 프리코딩이 수행된 전송 신호를 복수의 안테나를 통해 전송할 수 있다. 프리코딩 행렬에서 행(row)의 개수는 안테나의 개수와 동일하며, 열(column)의 개수는 랭크 값과 동일하다. 랭크 값은 레이어의 개수와 동일하므로, 열(column)의 개수는 레이어 개수와 동일하다. 예를 들어, 전송 안테나의 개수가 4 이고 전송 레이어의 개수가 2 인 경우에는 프리코딩 행렬이 4×2 행렬로 구성될 수 있다. 프리코딩 행렬을 통하여 각각의 레이어를 통해 전송되는 정보가 각각의 안테나에 매핑될 수 있다.

송신단에서 프리코딩되어 전송된 신호를 수신한 수신단은 송신단에서 이루어진 프리코딩의 역처리를 수행하여 수신 신호를 복원할 수 있다. 일반적으로 프리코딩 행렬은 U*U^H = I와 같은 유니터리 행렬(U) 조건을 만족하는바, 상술한 프리코딩의 역처리는 송신단의 프리코딩에 이용된 프리코딩 행렬(P)의 에르미트(Hermit) 행렬 (P^H)을 수신 신호에 곱하는 방식으로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 다음의 표 4는 3GPP LTE 릴리즈-8/9 에서 2 전송 안테나를 사용한 하향링크 전송에 사용되는 코드북을 나타내는 것이고, 표 5는 3GPP LTE 릴리즈-8/9 에서 4 전송 안테나를 사용한 하향링크 전송에 사용되는 코드북을 나타내는 것이다.

[표 4]

[표 5]

상기 표 5에서,

는

와 같이 표현되는 수학식으로부터 구성되는 세트 {s} 로 얻어진다. 이 때, I 는 4×4 단일행렬을 나타내고 u _n 는 표 5 에서 주어지는 값이다.

상기 표 4 에서 나타내는 바와 같이, 2 개의 송신안테나에 대한 코드북의 경우 총 7개의 프리코딩 벡터/행렬을 가지고 있으며 여기서, 단일 행렬은 개-루프(open-loop) 시스템을 위한 것이므로, 폐-루프(loop) 시스템의 프리코딩을 위한 프리코딩 벡터/행렬은 총 6개가 된다. 또한, 상기 표 5 와 같은 4개의 송신안테나에 대한 코드북의 경우 총 64개의 프리코딩 벡터/행렬을 가지고 있다.

추가적으로, 확장된 안테나 구성을 지원하는 시스템(예를 들어, 3GPP LTE 릴리즈-10 또는 후속 시스템)에서는, 예를 들어 8 개의 전송 안테나를 이용한 MIMO 전송이 수행될 수 있으며, 이를 지원하기 위한 코드북 설계가 요구된다.

8 개의 안테나 포트를 통하여 전송되는 채널에 대한 CSI 보고를 위해서, 아래의 표 6 내지 13과 같은 코드북을 사용하는 것을 고려할 수 있다. 8 개의 CSI-RS 안테나 포트는, 안테나 포트 인덱스 15 내지 22로 표현할 수 있다. 표 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 및 13의 각각은, 안테나 포트 15 내지 22 를 이용한 1-레이어, 2-레이어, 3-레이어, 4-레이어, 5-레이어, 6-레이어, 7-레이어 및 8-레이어 CSI 보고에 대한 코드북의 일례를 나타낸다.

표 6 내지 13에 있어서, φ _n 및 ν _m 은 수학식 13과 같이 주어질 수 있다.

[수학식 13]

[표 6]

[표 7]

[표 8]

[표 9]

[표 10]

[표 11]

[표 12]

[표 13]

다중 안테나 배치

도 11은 8 전송안테나를 구성하는 예시들을 나타낸 것이다.

도 11(a) 는 N 개의 안테나가 그룹화 없이 서로 독립적인 채널을 구성하는 경우를 도시한 것이며, 일반적으로 ULA(Uniform Linear Array)라고 칭한다.

도 11(b)에서는 2 개의 안테나가 쌍을 이루는 ULA 방식의 안테나 구성(Paired ULA)을 나타낸다. 이러한 경우 쌍을 이루는 2 개의 안테나 사이에는 연관된 채널을 가지고, 다른 쌍의 안테나와는 독립적인 채널을 가질 수 있다.

부족한 공간에 많은 개수의 송신안테나를 설치해야 하는 경우에는 도 11(a) 및 도 11(b) 와 같은 ULA 안테나 구성은 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 도 11(c) 와 같이 이중-극성(dual-pole) (또는 크로스-극성(cross-pole)) 안테나 구성을 적용하는 것을 고려할 수 있다. 이와 같이 전송 안테나를 구성하는 경우에는, 안테나간의 거리 d가 상대적으로 짧더라도 안테나 상관도를 낮춰 독립적인 채널을 구성할 수 있으므로, 높은 수율의 데이터 전송이 가능해진다.

도 11(c)의 예시에서는 총 N_T개의 송신 안테나를 배치함에 있어서, 인덱스 1, 2, ..., N_T/2 까지의 그룹 1과, 인덱스 N_T/2+1, N_T/2+2, ..., N_T 까지의 그룹 2는 서로 직교하는 극성을 가지도록 구성될 수 있다. 안테나 그룹 1의 안테나들은 동일한 극성(예를 들어 수직 극성(vertical polarization))을 가지고 안테나 그룹 2의 안테나들은 또 다른 동일한 극성(예를 들어 수평 극성(horizontal polarization))을 가질 수 있다. 또한, 두 안테나 그룹은 동일한 위치에 위치한다(co-located). 예를 들어, 안테나 1과 N_T/2+1, 안테나 2와 N_T/2+2, 안테나 3과 N_T/2+3, ..., 안테나 N_T/2와 N_T는 동일한 위치에 배치될 수 있다. 달리 표현하자면, 하나의 안테나 그룹 내의 안테나들은 ULA(Uniform Linear Array)와 같이 동일한 극성을 가지고, 하나의 안테나 그룹 내의 안테나 간의 상관(correlation)은 선형 위상 증가(linear phase increment) 특성을 가진다. 또한, 안테나 그룹 간의 상관은 위상 회전(phase rotation)된 특성을 갖는다.

1 차원 안테나 배치 및 CSI 피드백

1 차원 안테나 배치는 도 11과 같은 ULA 또는 크로스-극성 안테나 어레이 구성을 포함할 수 있다. 이러한 1차원 안테나 배치가 적용되는 경우, 전술한 바와 같은 참조신호 전송 및 CSI 피드백 방안이 적용된다. 즉, 하향링크 전송에 있어서의 송신단과 수신단(또는 기지국과 단말) 사이의 채널을 추정하기 위한 목적으로, 송신단은 참조신호(예를 들어, CRS 또는 CSI-RS)를 수신단으로 전송하고, 수신단은 참조신호로부터 채널 상태를 추정할 수 있다. 수신단은 참조신호를 통해 획득된 채널 정보를 바탕으로 하향링크 데이터 전송에 적절할 것으로 예상되는 랭크, 프리코딩 가중치, 및 이에 기초한 CQI를 산출할 수 있다.

프리코딩된 공간 다중화(Precoded Spatial Multiplexing)와 같은 MIMO 전송을 위해서는 프리코딩 정보가 요구되는데, 프리코딩 가중치는 코드북 형태로 구성될 수 있다.

예를 들어, 4 개의 전송 안테나(이하에서는, 4Tx로 표현함)를 이용하는 MIMO 시스템에서 CRS를 이용한 프리코딩된 공간 다중화(SM)를 위한 CSI 피드백은 다음과 같이 설명할 수 있다. 4 개의 송신 안테나를 갖는 기지국에서 CRS를 전송할 때, 각각의 RS에 매핑되는 안테나 포트(AP)의 인덱스를 AP0, 1, 2, 3이라고 하면, 단말은 CRS를 이용하여 AP0, 1, 2, 3으로부터의 채널을 추정할 수 있다.

이 경우, 단말에 의해서 추정된 채널을 표현하는 행렬(또는 벡터)를 H라고 하면, H = [H₁₁ H₁₂ H₁₃ H₁₄; H₂₁ H₂₂ H₂₃ H₂₄; ...; H_Nr1 H_Nr2 H_Nr3 H_Nr4] 라고 나타낼 수 있다. 즉, H는 Nr × Nt 크기의 행렬(또는 벡터)로 표현될 수 있다. 여기서, Nr은 수신 안테나의 개수이고, Nt는 송신 안테나의 개수이다.

또한, 단말은 기지국이 프리코딩 가중치 행렬(또는 벡터) W _m (k)를 사용하여 데이터를 전송한다고 가정할 수 있다. W _m (k)에서, m은 전송 랭크를 의미하고, k는 Rank-m을 위해 정의된 프리코딩 가중치 행렬(또는 벡터)의 인덱스를 의미한다. W _m (k) = [W₁₁ W₁₂ W₁₃ ... W_1m; W₂₁ W₂₂ W₂₃ ... W_2m; W₃₁ W₃₂ W₃₃ ... W_3m; ...; W₄₁ W₄₂ W₄₃ ... W_4m] 으로 나타낼 수 있다. 즉, W _m (k)는 Nt × m 크기의 행렬 (또는 벡터)로 표현될 수 있다.

또한, 단말은 등가채널 H _eq을 산출할 수 있다. 등가채널 H _eq는, 추정된 채널 H와 프리코딩 가중치 W _m (k)의 합성(즉, H _eq = HW _m (k))에 의해서 계산되거나, 추정된 채널의 공분산 행렬(Covariance Matrix) R과 프리코딩 가중치 W _m (k)의 합성(즉, H _eq = RW _m (k))에 의해서 계산될 수 있다. 등가채널 H _eq에 기초하여 단말은 하향링크 전송에 적합한 랭크 및 프리코딩 가중치를 선택할 수 있다. 또한, 단말은 선택된 랭크 및 프리코딩 가중치를 적용하였을 때의 예상되는 CQI를 계산할 수 있다.

다른 예시로서, 8 개의 전송 안테나(이하에서는, 8Tx로 표현함)를 이용하는 MIMO 시스템에서 CSI-RS를 이용한 프리코딩된 공간 다중화(SM)를 위한 CSI 피드백은 다음과 같이 설명할 수 있다. 8 개의 송신 안테나를 갖는 기지국에서 CSI-RS를 전송할 때, 각각의 RS에 매핑되는 안테나 포트(AP)의 인덱스를 AP15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22라고 하면, 단말은 CSI-RS를 이용하여 AP15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22으로부터의 채널을 추정할 수 있다.

이 경우, 단말에 의해서 추정된 채널을 표현하는 행렬(또는 벡터)를 H라고 하면, H = [H₁₁ H₁₂ H₁₃ H₁₄ H₁₅ H₁₆ H₁₇ H₁₈; H₂₁ H₂₂ H₂₃ H₂₄ H₂₅ H₂₆ H₂₇ H₂₈; ...; H_Nr1 H_Nr2 H_Nr3 H_Nr4 H_Nr5 H_Nr6 H_Nr7 H_Nr8] (여기서, Nr은 수신 안테나의 개수) 라고 나타낼 수 있다.

또한, 단말은 기지국이 프리코딩 가중치 행렬(또는 벡터) W _m (k)를 사용하여 데이터를 전송한다고 가정할 수 있으며, W _m (k) = [W₁₁ W₁₂ W₁₃ ... W_1m; W₂₁ W₂₂ W₂₃ ... W_2m; W₃₁ W₃₂ W₃₃ ... W_3m; ...; W₈₁ W₈₂ W₈₃ ... W_8m] 으로 나타낼 수 있다.

또한, 등가채널 H _eq (여기서, H _eq = HW _m (k) 또는 H _eq = RW _m (k) 에 의해서 계산됨)에 기초하여 단말은 하향링크 전송에 적합한 랭크 및 프리코딩 가중치를 선택하고, 선택된 랭크 및 프리코딩 가중치를 적용하였을 때의 예상되는 CQI를 계산할 수 있다.

이에 따라, Nt개의 전송 안테나를 지원하는 MIMO 시스템에서, 단말은 위와 같이 CRS 또는 CSI-RS를 이용하여 선택/계산된 CSI(예를 들어, RI, PMI, CQI)를 기지국으로 피드백할 수 있다. 기지국은 단말이 보고하는 CSI를 고려하여 하향링크 전송에 적합한 랭크, 프리코딩 가중치, 변조및코딩기법 등을 결정할 수 있다.

2 차원 안테나 배치 및 CSI 피드백

도 12(a)는 1 차원 안테나 구성의 일례인 ULA를 나타내고, 도 12(b)는 2 차원 안테나 구성의 일례인 URA(Uniform Rectangular Array)를 나타낸다.

도 12(a)의 ULA의 예시에서는 N 개의 안테나가 d_r의 간격을 가지고 배치된다. ULA에 대한 파(wave)는 벡터 k _p로 표현할 수 있다. Ψ_p는 벡터 k _p의 방향을 나타내며, x-y 평면에서의 방위각(azimuth angle)에 해당한다.

스티어링 벡터(steering vector)는 안테나 어레이에 속한 안테나들에 의해 결정되는, 파가 겪는 위상 지연(phase delay)의 세트를 나타낸다. 스티어링 벡터를 a _r이라고 하면, 다음의 수학식과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 14]

상기 수학식 14에서 λ는 파장(wavelength)을 나타낸다. 스티어링 벡터 a _r는 N×1 크기의 복소 벡터로 정의되고, a _r의 N개의 요소들의 각각은 ULA의 안테나 각각에서의 상대적인 위상을 나타낸다.

도 12(b)의 URA의 예시에서는 x-z 평면(plane) 상에서 안테나들이 2차원으로 배치된다. URA는 UPA(Uniform Planar Array)라고도 할 수 있다. 이러한 2 차원 안테나 구조는 매우 많은 개수의 안테나를 배치하기 위한 방안으로서 제안되고 있으며, 기존의 MIMO 기술의 이점을 최대화하기 위한 대규모(massive) MIMO를 위해서 적용될 수 있다.

도 12(b)의 URA는 N × M 개의 안테나를 포함한다. N × M 개의 안테나는 x 축 상에서 d_r 간격을 가지고, z 축 상에서 d_c 간격을 가지고 배치된다. URA의 웨이브 벡터 k _p의 방향은, x-y 평면에서의 방위각 Ψ_p 및 y-z 평면에서의 앙각(elevation angle)

로 표현될 수 있다. 또한, URA에 대한 스티어링 행렬(steering matrix)은 다음의 수학식과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 15]

상기 수학식 15에서 A(θ _p,φ _p)는 스티어링 행렬을 나타낸다. 스티어링 행렬 A(θ _p,φ _p) 는 N×M 크기의 복소 행렬로 정의되고, N×M 개의 요소들의 각각은 URA의 안테나 각각에서의 상대적인 위상을 나타낸다.

기존의 ULA와 같은 1차원 안테나 구조에 의해서 형성되는 빔은 방위각(예를 들어, 수평 도메인)으로만 특정되고, 앙각(예를 들어, 수직 도메인)으로는 특정될 수 없으므로, 2차원 빔포밍만이 지원된다. 이러한 1 차원 안테나 구조(예를 들어, ULA 또는 크로스-극성 어레이 구성)는 방위각 방향의 적응적 빔포밍 또는 공간 다중화를 지원할 수 있고, 기존의 무선 통신 시스템(예를 들어, 3GPP LTE 릴리즈-8, 9, 10, 11에 따르는 시스템)에서는 이를 위한 MIMO 송수신 기법만이 설계되어 있다.

한편, 시스템 성능의 향상을 목적으로 하는 2 차원 안테나 구조(예를 들어, URA) 기반의 MIMO 송수신 기법을 지원하는 경우, 2 차원 안테나 구조에 의해서 형성되는 빔은 방위각 방향 및 앙각 방향으로의 방향 특정이 가능하므로, 3차원 빔포밍이 가능해진다.

도 13은 2 차원 안테나 구성에 따른 빔포밍의 예시들을 나타내는 도면이다.

도 13(a)에서는 방위각의 일정 범위와 앙각의 일정 범위를 제한함으로써 형성되는 섹터 특정 빔포밍의 예시들을 나타낸다. 도 13(b)에서는 동일한 방위각 상에서 앙각을 달리하여 형성되는, UE-특정 빔포밍의 예시들을 나타낸다.

이와 같이 방위각 및 앙각을 특정하여 빔을 형성하는 기능에 의하면, 섹터 특정 고저(elevation) 빔포밍(예를 들어, 수직 패턴 빔폭(beamwidth) 및/또는 다운틸트(downtilt)에 의한 적응적 제어), 수직 도메인에서의 개선된 섹터화, 사용자(또는 UE)-특정 고저 빔포밍 등의 새로운 빔포밍을 지원할 수 있게 된다.

수직 섹터화(Vertical Sectorization)는 수직 섹터 패턴의 이득을 통해 평균 시스템 성능을 높일 수 있으며, 일반적으로 추가적인 표준기술 지원이 요구되지 않는다.

UE-특정 고저 빔포밍은, UE 방향으로 수직 안테나 패턴을 지정함으로써, 해당 UE에 대한 SINR을 향상 시킬 수 있다. 반면, 수직 섹터화 또는 섹터-특정 수직 빔포밍과 달리, UE-특정 고저 빔포밍은 추가적인 표준기술 지원이 요구된다. 예를 들어, 2차원 포트 구조를 올바르게 지원하기 위해서는, UE-특정 고저 빔포밍을 위한 UE의 CSI 측정과 피드백 방법이 요구된다.

UE-특정 고저 빔포밍을 지원하기 위해서는 하향링크 MIMO 개선 방안이 요구된다. 하향링크 MIMO 개선 방안은, 예를 들어, UE의 CSI 피드백 방식의 개선(예를 들어, 새로운 코드북 설계, 코드북 선택/업데이트/변형을 지원하는 방안, CSI 페이로드 크기 증가의 최소화 등), UE-특정 고저 빔포밍을 위한 CSI-RS 설정의 변경, UE-특정 고저 빔포밍을 위한 추가적인 안테나 포트의 정의, UE-특정 고저 빔포밍을 지원하기 위한 하향링크 제어 동작의 개선(예를 들어, 안테나 포트의 개수가 증가하는 경우에 공통 채널 커버리지 및/또는 RRM(Radio Resource Management) 측정 신뢰도(reliability)를 확보하기 위한 방안 등) 등의 측면을 포함할 수 있다.

또한, 개선된 하향링크 MIMO 동작을 설계함에 있어서, 기지국(eNB) 안테나 교정(calibration) 에러 (위상 및 시간 상의 에러), 추정(estimation) 에러, 하향링크 오버헤드, 복잡도(complexity), 피드백 오버헤드, 역방향 호환성(backward compatibility), 실제 UE 구현, 기존의 피드백 프레임워크의 재사용, 서브대역 대 광대역 피드백 등의 다양한 요소를 고려할 수 있다.

2 차원 안테나 구조를 지원하기 위한 참조신호 전송 방안

본 발명에서는 2 차원 안테나 구조에 의해서 가능해지는 UE-특정 고저 빔포밍, 수직 섹터화 등의 기법을 올바르고 효율적으로 지원하기 위한 참조신호 전송 방안, CSI 피드백 방안에 대해서 제안한다.

기존의 시스템에서는 수직으로는 빔의 방향이 고정되고 (즉, 빔의 수직으로의 방향을 선택/조정할 수 없고), 수평으로의 빔포밍이 수행될 수 있다. 기지국은 가장 적절한 수평 빔포밍을 결정하기 위해서 UE로부터의 PMI 등을 포함하는 CSI를 보고 받기 위해서, UE에게 CSI-RS 설정(CSI-RS configuration)을 지시하고 CSI-RS 설정에 따른 CSI-RS를 전송할 수 있다. CSI-RS 설정을 지시한다는 것은, 상기 표 2의 CSI-RS-Config IE에 포함되는 정보(예를 들어, CSI-RS 포트, CSI-RS 전송 타이밍, CSI-RS 전송 RE 위치 등) 중에서 하나 이상을 제공한다는 의미이다.

3 차원 빔포밍을 위해서는 기존에 마련되어 있는 수평 빔포밍에 추가적으로 수직 빔포밍(또는, 수직 빔의 선택)이 필요하며, 이를 위한 구체적인 방안은 아직까지 정의되어 있지 않다.

본 발명의 기본적인 원리를 설명하기 위해서, 2 차원 URA(또는 UPA)를 제 1 도메인(예를 들어, 수평 도메인)의 ULA와 제 2 도메인(예를 들어, 수직 도메인)의 ULA가 조합된 형태로 가정할 수 있다. 예를 들어, 수직 도메인에서의 앙각을 결정한 후에 수평 도메인에서의 방위각을 결정하는 방식으로, 또는 수평 도메인에서의 방위각을 결정한 후에 수직 도메인에서의 앙각을 결정하는 방식으로 3 차원 빔이 형성될 수 있다. 이와 같이 2 차원 안테나 구조에서 제 1 및 제 2 도메인의 어느 하나에 대한 ULA를 선택하는 것을 영역 선택(regional selection) 또는 도메인 선택이라고 칭할 수 있다.

또한, 3 차원 빔포밍에 있어서 하나의 차원은 정적(static) 또는 장-기간(long-term)으로 결정하고, 나머지 2 차원 빔포밍을 동적(dynamic) 또는 단-기간(short-term)으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 수직 도메인에서 특정 방향의 빔을 결정하고, 해당 수직 빔에 대해서 기존의 빔포밍 기술에 따른 수평 도메인의 빔포밍을 수행함으로써 3 차원 빔이 형성될 수 있다.

예를 들어, K×L 개의 안테나를 포함하는 평면 어레이(planar array)에서, 수직으로 N 개의 빔포밍이 가능하고 수평으로 M개의 빔포밍이 가능하다고 가정한다. 여기서, 수직으로 N개의 빔 패턴 중에서 1 개의 지배 빔(dominant beam)을 결정하고, 수평으로 M 개의 빔 패턴 중에서 1 개의 빔을 선택하여 3 차원 빔이 형성될 수 있다. 이 때, 수평 도메인의 L 개의 안테나가 기존에 설계된 MIMO 시스템의 안테나의 개수와 같다면(예를 들어, L=2, 4, 8), 수평 방향의 빔포밍을 위한 CSI 피드백에 기존의 피드백 코드북이 사용될 수 있다.

이와 같이, 2 차원 안테나 구조에서는 수평 빔포밍(또는 방위각 방향 빔포밍)과 함께 수직 빔포밍(또는 앙각 방향 빔포밍)이 수행될 수 있다. 기존의 수평 빔포밍에 수직 빔포밍이 추가되는 경우에 이를 위한 참조신호 전송 방법 및 CSI 결정/계산(즉, 랭크 및 프리코딩 가중치(또는 프리코딩 행렬)의 결정, 및 CQI 계산)을 위한 새로운 방법이 필요하다.

또한, 2 차원 안테나 구조를 가지는 MIMO 시스템은 수직 섹터화를 수행하면서 이와 동시에 수평 빔포밍을 수행할 수 있는데, 이를 위한 참조신호 전송 방법 및 CSI 결정/계산을 위한 새로운 방법이 필요하다.

2 차원 안테나 구조를 가지는 MIMO 시스템에서 채널 상태 정보를 획득하기 위해서 사용되는 참조신호를 전송하는 방안에 대해서 설명하기 위해서, 수직 도메인으로 Ntv 개의 안테나가 배치되고, 수평 도메인으로 Nth개의 안테나가 배치되는 2 차원 안테나 구조를 가정한다. 이러한 2 차원 안테나 구조가 배치된 기지국은 총 Nt (Nt = Ntv × Nth) 개의 안테나를 가진다. 기지국의 Nt개의 안테나로부터 전송되는 채널을 UE가 추정하기 위해서는, 기지국은 Nt개의 안테나 포트의 각각에 대해서 참조신호를 할당 및 전송할 수 있다.

도 14 및 15는 2 차원 안테나 구조에서 안테나 포트 번호를 할당하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 14는 수평 방향으로 8개의 열과 수직 방향으로 2개의 행으로 구성된 총 16개의 안테나(즉, 2×8 안테나 구조)에 대한 예시이다.

도 14(a)는 수평 우선(horizontal first) 방식으로 안테나 포트 번호를 매기는 예시를 나타낸다. 도 14(a)의 예시에서 수평 방향으로 8개의 열과 수직 방향으로 2개의 행으로 구성된 총 16개의 안테나(즉, 2×8 안테나 구조)에 대해서, 첫 번째 행의 수평 방향으로 먼저 8개의 안테나에 대해서 순서대로 안테나 포트 번호(p, p+1, ..., p+7)를 할당하고, 수평 방향으로 번호를 할당할 안테나가 더 이상 없으면, 수직 방향으로 그 다음 두 번째 행의 8 개의 안테나에 대해서 순서대로 안테나 포트 번호(p+8, p+9, ..., p+15)를 할당한다.

도 14(b)는 수직 우선(vertical first) 방식으로 안테나 포트 번호를 매기는 예시를 나타낸다. 도 14(b)의 예시에서 먼저 첫 번째 열의 수직 방향으로 2 개의 안테나에 대해서 순서대로 안테나 포트 번호(p, p+1)를 할당하고, 수직 방향으로 번호를 할당할 안테나가 더 이상 없으면, 수평 방향으로 그 다음 두 번째 열의 2 개의 안테나에 대해서 순서대로 안테나 포트 번호(p+2, p+3)를 할당한다. 이러한 방식으로 총 16개의 안테나에 대해서 안테나 포트 번호가 수직 우선 방식으로 할당된다.

도 15는 수평 방향으로 4 개의 열과 수직 방향으로 4 개의 행으로 구성된 총 16 개의 안테나(즉, 4×4 안테나 구조)에 대한 예시이다. 도 15(a)는 수평 우선 방식으로 안테나 포트 번호를 매기는 예시이고, 도 15(b)는 수직 우선 방식으로 안테나 포트 번호를 매기는 예시이다.

전술한 바와 같은 2 차원 안테나 구조가 적용되는 MIMO 시스템에서, 수신단이 2 차원 안테나 구조로부터 형성되는 채널의 채널상태정보를 결정/계산하기 위해서는 2 차원 안테나 구조에 적합한 참조신호가 송신단으로부터 전송되어야 한다. 이하에서는 2 차원 안테나 구조에 적합한 참조신호 설정에 대한 본 발명의 예시들에 대해서 설명한다.

방안 1

본 발명에 따른 방안 1에 따르면, 2 차원 안테나 구조의 채널 추정을 위한 참조신호의 설정은, 3GPP LTE 릴리즈-10 또는 11에서 정의된 CSI-RS 설정을 재사용 또는 수정하여 정의될 수 있다.

상기 표 2는 3GPP LTE 릴리즈-10 또는 11에서 정의된 CSI-RS-Config IE의 구성을 나타낸다. 예를 들어, 릴리즈-10에 따르는 시스템에서는 1, 2, 4 또는 8Tx 안테나 포트를 지원하기 위한 CSI-RS 패턴이 정의되었다. 도 8에서 나타내는 바와 같이 하나의 자원블록 쌍 상에서, 2Tx 안테나 포트 CSI-RS를 위해서 32 개의 패턴 중의 하나가 이용될 수 있고, 4Tx 안테나 포트 CSI-RS를 위해서 16 개의 패턴 중의 하나가 이용될 수 있고, 8Tx 안테나 포트 CSI-RS를 위해서 8 개의 패턴 중의 하나가 이용될 수 있다.

또한, 표 1에서 나타내는 바와 같이 CSI-RS가 전송되는 서브프레임에 대한 설정은, CSI-RS가 전송되는 주기와 오프셋의 조합으로 155 개 중의 하나가 이용될 수 있다.

또한, CSI-RS는 p_C 파라미터 값에 따라서 전력 부스팅(power boosting)이 되는데, 각각의 안테나 포트에 대해서 동일한 전력 부스팅 값이 적용된다.

이와 같은 기존의 3GPP LTE 릴리즈-10/11의 CSI-RS 설정은 다음과 같은 방식으로 2 차원 안테나 구조를 위한 CSI-RS 설정으로 수정되어 이용될 수 있다.

방안 1-1

2 차원 안테나 구조가 최대 8 개의 Tx 안테나를 가지는 경우에, 3GPP LTE 릴리즈-10/11의 CSI-RS 설정을 변형하여 이용할 수 있다.

즉, 3GPP LTE 릴리즈-10/11의 CSI-RS 설정을 이용하여, 2 차원 안테나 구조를 위한 CSI-RS 자원을 할당할 수 있다. 다만, 3GPP LTE 릴리즈-10/11의 CSI-RS 설정은 1 차원 안테나 구조를 위하여 설계되었기 때문에, 2 차원 안테나 구조를 위한 CSI-RS에 1 차원 안테나 구조를 위한 피드백 코드북이 그대로 사용되는 경우 그 성능의 최대화를 기대할 수 없다. 따라서, 2 차원 안테나 구조를 위한 피드백 코드북이 새롭게 설계되어야 한다.

또한, 1 차원 안테나 구조를 위한 CSI-RS 설정과, 2 차원 안테나 구조를 위한 CSI-RS 설정이 동일한 IE 형태로 제공되는 경우에는, 이 둘을 구분할 필요가 있다. 예를 들어, 2 차원 안테나 구조 기반의 전송 모드(또는 3 차원 빔포밍 전송 모드)를 새로운 전송 모드(예를 들어, TM11)라고 정의하는 경우, TM11이 설정되는 경우에는 2 차원 안테나 구조를 위한 피드백 코드북(또는 3 차원 빔포밍을 위한 피드백 코드북)이 사용되어야 함이 명시적으로 또는 묵시적으로 지시될 수 있다.

2 차원 안테나 구조를 위한 피드백 코드북은 기존의 1 차원 안테나 구조의 8Tx 코드북(예를 들어, 상기 표 6 내지 13)과 유사한 형태로 구성될 수 있다. 다만, 2 차원 안테나 구조의 특성에 맞는 프리코딩 벡터/행렬들이 코드북에 포함되어야 하므로 기존의 코드북이 그대로 사용될 수는 없다.

먼저, 기존의 1 차원 안테나 구조의 8Tx 랭크-1 코드북(상기 표 6)을 구성하는 요소들은 아래의 수학식 16과 같은 프리코딩 벡터 W의 구성원리에 따르도록 정의되어 있다.

[수학식 16]

상기 수학식 16에서 벡터 W1을 구성하는 요소 W1은 다음의 수학식 17과 같이 정의된다.

[수학식 17]

상기 수학식 17에서 N_T는 전송 안테나의 개수이다. N은 빔의 개수를 의미하고, n은 0, 1, 2, ..., N-1의 값을 가지고, k는 0, 1, 2, ..., N_T/2-1의 값을 가진다. 예를 들어, 상기 수학식 16의 벡터 W1은 상기 수학식 13 및 상기 표 6의 (1/√8) × v_m에 대응하는 4×1 크기의 벡터일 수 있다. W에서 W1은 도 11(c) 1 차원 크로스 극성 안테나 구조에서 안테나 인덱스 1, 2, ..., N_T/2(즉, 도 11(c)에서 //// 극성의 안테나들)에 적용되고, aW1는 안테나 인덱스 N_T/2+1, N_T/2+2, ..., N_T (즉, 도 11(c)에서 ＼＼＼＼극성의 안테나들)에 적용되며, / 극성의 안테나와 ＼ 극성의 안테나 간의 위상 차이는 a ∈{1,-1,j,-j}로 보상한다.

도 16은 2 차원 안테나 배치의 일례를 나타내는 도면이다.

2 차원 안테나 배치를 위한 피드백 코드북의 설계에 있어서, 1 차원 안테나 구조의 8Tx 코드북 설계를 위해서 사용한 기본적인 수식인 상기 수학식 16을 변형한 아래의 수학식 18과 같이 정의되는 프리코딩 벡터 W가 이용될 수 있다.

[수학식 18]

1 차원 크로스 극성 안테나 배치의 경우에는 제 1 안테나 그룹 (안테나 인덱스 1, 2, ..., N_T/2)와 제 2 안테나 그룹 (안테나 인덱스 N_T/2+1, N_T/2+2, ... N_T)에 대해서 동일한 프리코딩 벡터 W1가 적용되는 반면, 2 차원 안테나 배치의 경우에는 제 1 안테나 그룹 (안테나 인덱스 1, 2, ..., N_T/2)에 대해서는 W1가 적용되지만, 제 2 안테나 그룹 (안테나 인덱스 N_T/2+1, N_T/2+2, ..., N_T)에 대해서는 W1과 상이한 W2가 적용되는 형태이다. 2 차원 안테나 배치에 있어서, 제 1 안테나 그룹에 적용되는 프리코딩 벡터는 제 2 안테나 그룹에 적용되는 프리코딩 벡터와 동일하지는 않지만 유사한 값이 사용될 수 있다. 구체적으로, 앙각 방향의 빔포밍으로 인해서 제 1 안테나 그룹과 제 2 안테나 그룹에 적용되는 벡터의 값이 변형될 수 있다. 예를 들어, W1 및 W2는 아래의 수학식 19와 같이 정의될 수 있다.

[수학식 19]

상기 수학식 19에서 나타내는 바와 같이, W1과 W2는 b 값을 반영하는지 여부에 있어서만 차이를 가진다. 또한, b 값은 결할 값(combining value)인 a에 기초하여 결정되는 값으로 정의된다. 예를 들어, 아래의 수학식 20과 같이 b 값이 정의될 수도 있다.

[수학식 20]

위와 같이 정의되는 프리코딩 벡터 W에 기초하여 2 차원 안테나 구조를 지원하기 위한 피드백 코드북에 포함될 요소(즉, 프리코딩 벡터/행렬)들이 구성될 수 있다. 2 차원 안테나 구조를 지원하는 전송 모드가 설정되면, UE는 CSI를 선택/계산할 때에 위와 같이 새롭게 정의되는 코드북 상의 프리코딩 벡터/행렬들을 이용할 수 있다.

방안 1-2

수평 안테나를 기준으로 CSI-RS 설정을 지시하면서, 수직 안테나를 위한 자원 설정(resourceConfig)을 명시적으로 지시할 수 있다.

구체적으로, CSI-RS-Config IE에서 지시하는 antennaPortsCount {an1,an2,an4,an8,…} 파라미터의 값은 2 차원 안테나 배치 중에서 수평 도메인에서의 안테나 개수(예를 들어, K×L 안테나 배치에서 L)를 지시하는 것으로 정의한다. 2 차원 안테나 배치의 경우에는 각 행에 존재하는 수평 도메인 안테나 개수는 동일하므로, antennaPortsCount 파라미터는 하나만 존재한다.

다음으로 CSI-RS-Config IE에서 지시하는 resourceConfig 파라미터는 antennaPortsCount의 값에 따라서 결정되는 범위(예를 들어, an2인 경우에는 0 내지 31) 중의 하나의 값을 가지도록 설정된다. 여기서, 2 차원 안테나 배치의 경우에는 resourceConfig 파라미터가 복수개 포함될 수 있다. 예를 들어, 수직 도메인으로 2 개의 안테나가 존재하는 경우에, 첫 번째 행의 antennaPortsCount 개의 안테나가 배치될 자원요소 위치(즉, CSI-RS 패턴)를 지시하는 인덱스는 resourceConfig A 파라미터에 의해서 지시되고, 두 번째 행의 antennaPortsCount 개의 안테나가 배치될 자원요소 위치를 지시하는 인덱스는 resourceConfig B 파라미터에 의해서 지시될 수 있다.

이와 같이 2 차원 안테나 배치를 위한 CSI-RS-Config IE는 다음의 표 14와 같이 구성될 수 있다. 아래의 표 14는 상기 표 2의 일부에 대응하며, 표 2와 동일한 부분은 생략하고, 표 2에서 변경/추가된 부분은 밑줄로 표시하였다.

[표 14]

만약 수직 도메인으로 4 개의 안테나가 존재하는 경우에는, 4 개 resourceConfig 파라미터가 CSI-RS-Config IE에 포함될 수 있다. 이와 같이, 수직 도메인에서 안테나의 개수에 해당하는 만큼의 resourceConfig 파라미터가 CSI-RS-Config IE에 포함될 수 있다. 예를 들어, 수직 도메인으로 Ntv 개의 안테나가 존재하는 경우에, Ntv 개의 resourceCoufig 파라미터가 CSI-RS-Config IE에 포함될 수 있다. 이에 따라, UE는 해당 CSI-RS 설정이 Ntv × antennaPortsCount 개의 안테나로 구성된 2 차원 안테나 구조에 대한 것임을 알 수 있다.

방안 1-3

수평 안테나를 기준으로 CSI-RS 설정을 지시하면서, 수직 안테나를 위한 파라미터를 추가적으로 지시할 수 있다.

CSI-RS-Config IE에서 지시하는 antennaPortsCount {an1,an2,an4,an8,…} 파라미터의 값은 2 차원 안테나 배치 중에서 수평 도메인에서의 안테나 개수(예를 들어, Ntv×Nth 안테나 배치에서 Ntv)를 지시하는 것으로 정의한다. 2 차원 안테나 배치의 경우에는 각 행에 존재하는 수평 도메인 안테나 개수는 동일하므로, antennaPortsCount 파라미터는 하나만 존재한다.

수직 도메인에서의 안테나 개수를 지시하기 위해서, VantennaPortsCount 라는 파라미터를 추가적으로 정의한다. VantennaPortsCount 파라미터에 의해서 수직 도메인에서의 안테나 개수가 지시되면, 수직 도메인에서의 안테나 개수만큼의 자원을 추가적으로 할당하여야 한다.

추가적으로 할당되는 자원은 CSI-RS-Config IE에서 지시하는 resourceConfig 파라미터에 의해서 묵시적으로(implicitly) 지시될 수 있다. 예를 들어, resourceConfig 파라미터에서 지시된 인덱스 값을 기준으로, VantennaPortsCount 파라미터의 값에 매핑된 소정의 오프셋을 더하여, 그 결과 값에 해당하는 자원이 추가적으로 할당되는 자원인 것으로 결정할 수 있다.

이와 같이 2 차원 안테나 배치를 위한 CSI-RS-Config IE는 다음의 표 15와 같이 구성될 수 있다. 아래의 표 15는 상기 표 2의 일부에 대응하며, 표 2와 동일한 부분은 생략하고, 표 2에서 변경/추가된 부분은 밑줄로 표시하였다.

[표 15]

상기 표 15의 예시에 따르면, 예를 들어, antennaPortsCount 파라미터가 an4를 지시하고, resourceConfig 파라미터가 0 값을 지시하는 경우, 4Tx를 위해 정의된 CSI-RS 자원 중에서 인덱스 0에 해당하는 자원요소 위치가 선택된다. 그리고, VantennaPortsCount 파라미터가 an2를 지시하면, 수직 도메인으로 2개의 안테나가 존재한다고(즉, 2×4 안테나 배치인 것으로) 결정할 수 있다. 여기서, VantennaPortsCount 파라미터가 an2인 경우에 매핑되는 오프셋 값이 Offset2 라고 가정하면, 인덱스 0에 해당하는 CSI-RS 자원요소 위치에 추가적으로 인덱스(0+Offset2) 에 해당하는 자원요소 위치(즉, CSI-RS 패턴)가 선택될 수 있다. 예를 들어, Offset2 = 1인 경우에는 인덱스 1에 해당하는 CSI-RS 자원요소 위치가 추가적으로 선택될 수 있다. 이에 따라, 수직 도메인에서 첫 번째 행의 4 개의 수평 도메인 안테나에 대한 CSI-RS의 전송을 위해서 인덱스 0 에 해당하는 자원요소 패턴이 결정되고, 수직 도메인에서 두 번째 행의 4 개의 수평 도메인 안테나에 대한 CSI-RS 전송을 위해서는 인덱스 1 에 해당하는 자원요소 패턴이 결정될 수 있다.

또한, antennaPortsCount가 an4를 지시하고, VantennaPortsCount가 an2라고 지시되는 경우에, UE는 기지국이 8Tx 안테나 전송을 하는 것으로 인식할 수 있고, 8Tx 안테나 전송을 위해 정의하는 전송 방법 및/또는 채널 측정 방법 등을 적용할 수 있다.

예를 들어, antennaPortsCount 파라미터가 an4를 지시하고, resourceConfig 파라미터가 0 값을 지시하는 경우, 4Tx를 위해 정의된 CSI-RS 자원 중에서 인덱스 0에 해당하는 자원요소 위치가 선택된다. 그리고, VantennaPortsCount 파라미터가 an4를 지시하면, 수직 도메인으로 4개의 안테나가 존재한다고(즉, 4×4 안테나 배치인 것으로) 결정할 수 있다. 여기서, VantennaPortsCount 파라미터가 an24 경우에 매핑되는 오프셋 값이 Offset4 라고 가정하면, 인덱스 0에 해당하는 CSI-RS 자원요소 위치에 추가적으로 인덱스(0+Offset4) 에 해당하는 자원요소 위치(즉, CSI-RS 패턴)가 선택될 수 있다. 예를 들어, Offset4의 값은 1, 2, 3이 될 수 있다. 이에 따라, 수직 도메인에서 첫 번째 행의 4 개의 수평 도메인 안테나에 대한 CSI-RS의 전송을 위해서 인덱스 0 에 해당하는 자원요소 패턴이 결정되고, 수직 도메인에서 두 번째 행의 4 개의 수평 도메인 안테나에 대한 CSI-RS 전송을 위해서는 인덱스 1 에 해당하는 자원요소 패턴이 결정되고, 수직 도메인에서 세 번째 행의 4 개의 수평 도메인 안테나에 대한 CSI-RS 전송을 위해서는 인덱스 2 에 해당하는 자원요소 패턴이 결정되고, 수직 도메인에서 네 번째 행의 4 개의 수평 도메인 안테나에 대한 CSI-RS 전송을 위해서는 인덱스 4 에 해당하는 자원요소 패턴이 결정될 수 있다.

또한, antennaPortsCount가 an4를 지시하고, VantennaPortsCount가 an4라고 지시되는 경우에, UE는 기지국이 16Tx 안테나 전송을 하는 것으로 인식할 수 있고, 16Tx 안테나 전송을 위해 정의하는 전송 방법 및/또는 채널 측정 방법 등을 적용할 수 있다.

방안 2

2 차원 안테나 구조에 대한 채널 추정을 위한 참조신호 전송을 위해서, 수평 도메인을 위한 CSI-RS 설정과, 수직 도메인을 위한 CSI-RS 설정이 지시될 수 있다. 즉, CSI-RS의 대상 또는 용도에 따라서 CSI-RS 설정이 구성될 수 있다.

아래의 표 16은 수직 도메인 안테나를 위한 CSI-RS에 대한 설정 정보를 구성하는 일례를 나타낸다.

[표 16]

기지국은 수직 도메인의 안테나에 대한 CSI-RS 설정을 상기 표 16과 같이 구성하고 이를 UE에게 알려줄 수 있다. 이에 따라, UE는 지시된 CSI-RS 설정에 기초하여 CSI-RS를 수신하고 이를 이용하여 채널 추정을 수행할 수 있다. UE가 추정한 채널은 수직 도메인의 안테나에 대한 채널이다. UE는 추정된 채널에 대해서 선호되는 프리코딩 벡터를 선택하여 기지국으로 보고할 수 있다. 기지국은 보고된 프리코딩 벡터를 고려하여, 해당 UE에 대한 수직 빔포밍을 수행할 수 있다.

또한, 수평 도메인 안테나를 위한 CSI-RS에 대한 설정 정보는 아래의 표 17과 같이 구성될 수 있다.

[표 17]

기지국은 수직 도메인의 안테나에 대한 CSI-RS 설정을 상기 표 17와 같이 구성하고 이를 UE에게 알려줄 수 있다. 이에 따라, UE는 지시된 CSI-RS 설정에 기초하여 CSI-RS를 수신하고 이를 이용하여 채널 추정을 수행할 수 있다. UE가 추정한 채널은 수평 도메인의 안테나에 대한 채널이다. UE는 추정된 채널에 대해서 선호되는 프리코딩 벡터를 선택하여 기지국으로 보고할 수 있다. 기지국은 보고된 프리코딩 벡터를 고려하여, 해당 UE에 대한 수평 빔포밍을 수행할 수 있다.

여기서, UE가 수직 도메인의 안테나를 위한 CSI-RS를 수신하고 수직 빔포밍 용도의 CSI를 기지국으로 보고하였고 기지국은 이에 기초하여 수직 빔포밍을 결정하였다면, 기지국은 이와 같이 결정된 수직 빔포밍이 적용된 상태를 가정하여 수평 도메인의 안테나를 위한 CSI-RS에 대한 설정을 UE에게 알려줄 수 있다. 동일한 의미를 달리 표현하자면, 기지국은 수직 빔포밍이 어느 방향인지에 무관하게 수평 빔포밍을 결정하는 것이 아니라, 수직 빔포밍이 적용되는 것을 전제로 한 상태에서 최적의 수평 빔포밍을 결정한다. 즉, 기지국은 UE에게 수직 빔포밍이 적용되는 상태에서의 수평 도메인에서의 CSI-RS 설정을 UE에게 알려주고, UE로부터의 CSI 피드백을 보고 받아 이를 고려하여 최종적으로 수평 빔포밍을 결정할 수 있다. 이에 따라, 기지국은 수직 빔포밍 및 수평 빔포밍을 모두 고려한 최종적인 3 차원 빔포밍을 결정할 수 있게 된다.

또한, 수직 빔포밍이 적용되는 것을 전제로 수평 빔포밍을 결정하는 방식은, 수직 도메인에서의 안테나를 위한 CSI-RS 설정 및/또는 전송은 정적으로 또는 장-기간으로 수행되고, 수평 도메인에서의 안테나를 위한 CSI-RS 설정 및/또는 전송은 동적으로 또는 단-기간으로 수행되는 경우에 유리하게 적용될 수 있다. 즉, 수직 도메인에서의 안테나를 위한 CSI-RS 설정은 수평 도메인에서의 안테나를 위한 CSI-RS 설정에 비하여 변경 또는 제공되는 빈도가 낮을 수 있다. 또한, 수직 도메인에서의 안테나에 대한 CSI-RS가 수평 도메인에서의 안테나에 대한 CSI-RS에 비하여 그 전송되는 빈도가 낮을 수 있다. 이 경우, 상기 표 16의 VsubframConfig 파라미터에 의해 결정되는 CSI-RS 서브프레임 주기의 값은, 상기 표 17의 HsubframConfig 파라미터에 의해 결정되는 CSI-RS 서브프레임 주기의 값보다 큰 값으로 설정될 수 있다.

방안 3

2 차원 안테나 구조에 대한 채널 추정을 위한 참조신호 전송을 위해서, 다중 CSI-RS 설정 정보를 구성할 수 있다.

다중 CSI-RS 설정이란, 수평 또는 수직 도메인 중의 어느 하나의 도메인의 빔포밍은 기지국에 의해서 미리 정해진 프리코딩 벡터에 의해서 결정되고 (즉, UE의 CSI 피드백에 기초하여 결정되는 것이 아님), 다른 하나의 도메인의 빔포밍은 기지국으로부터의 CSI-RS 설정 및 전송에 따라서 UE에서의 선택 및 보고된 프리코딩 벡터에 기초하여 결정하는 방식을 의미한다. 즉, 제 1 도메인의 빔포밍이 미리 결정된 상태에서, 제 2 도메인의 빔포밍을 결정하기 위한 다중 CSI-RS 설정이 구성될 수 있다.

예를 들어, 수직 도메인 섹터화의 경우에, 동일한 하나의 방위각에 대해서 다중 CSI-RS 설정이 구성될 수 있다. 이 경우, 기지국은 하나의 방위각을 결정한 후에(즉, 수평 도메인의 빔포밍은 미리 결정된 바에 따라 적용하여), 수직 빔포밍을 위해서 복수개의 CSI-RS 설정을 UE에게 알려줄 수 있다. UE는 복수개의 CSI-RS 설정의 각각에 따라서 CSI-RS 수신, 채널 추정, 프리코딩 벡터를 결정할 수 있다. 그 결과, 복수개의 CSI-RS 설정에 대응되는 복수개의 프리코딩 벡터가 결정되고, UE는 복수개의 프리코딩 벡터 중에서 선호되는 프리코딩 벡터를 하나 선택하여, 기지국으로 보고할 수 있다. 기지국은 복수개의 CSI-RS 설정에 대해서 UE가 보고한 프리코딩 벡터를 고려하여, 수직 빔포밍을 수행할 수 있다.

예를 들어, 동일한 하나의 방위각에 대한 다중 CSI-RS 설정에 대한 프리코딩 벡터는 다음의 표 18과 같은 8 개의 요소를 포함할 수 있다. 표 18에서 H는 8개의 안테나 포트들의 각각의 채널 값을 의미하고, h는 8개의 안테나 포트 중에서 2 개의 안테나 포트의 합성에 의해 만들어진 안테나 포트 세트(즉, 하나의 안테나 포트 세트는 4 개의 안테나 포트를 포함)에 대한 채널 값을 의미한다. 예를 들어, h11, h12, h13 및 h14는 4개의 안테나 포트로 구성된 제 1 안테나 포트 세트에 대한 채널 값을 나타낸다. 또한, h21, h22, h23 및 h24는 다른 4개의 안테나 포트로 구성된 제 2 안테나 포트 세트에 대한 채널 값을 나타낸다. 표 18이 예시에서와 같은 채널 특성은, 제 1 및 제 2 안테나 포트 세트에 서로 다른 수직방향 빔을 적용할 때 생성될 수 있다. UE는 8 개의 요소 중에서 선호되는 하나를 선택하여 기지국으로 보고할 수 있다.

[표 18]

또는, 동일한 하나의 앙각에 대해서 다중 CSI-RS 설정이 구성될 수 있다. 이 경우, 기지국은 하나의 앙각을 결정한 후에(즉, 수직 도메인의 빔포밍은 미리 결정된 바에 따라 적용하여), 수평 빔포밍을 위해서 복수개의 CSI-RS 설정을 UE에게 알려줄 수 있다. UE는 복수개의 CSI-RS 설정의 각각에 따라서 CSI-RS 수신, 채널 추정, CSI 선택/계산 및 CSI 보고를 수행할 수 있다. 이에 따라, 기지국은 복수개의 CSI-RS 설정에 대해서 UE가 보고한 복수개의 CSI(또는, 복수개의 프리코딩 벡터) 중에서 적절한 하나를 선택할 수 있고, 이를 이용하여 수평 빔포밍을 수행할 수 있다.

도 17은 본 발명에 따른 2 차원 안테나 구조를 위한 CSI-RS 관련 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

단계 S1710에서 기지국은 2 차원 안테나 구조에 대한 CSI-RS 설정 정보를 구성하여 단말에게 제공할 수 있다. 상기 CSI-RS 설정 정보는 본 발명의 다양한 예시들에서 설명한 사항들 중의 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구성될 수 있다.

단계 S1720에서 기지국은 2 차원 안테나 구조에 대한 CSI-RS를 단말에게 전송할 수 있다. 단말은 상기 단계 S1710에서 기지국으로부터 제공 받은 CSI-RS 설정 정보에 기초하여 2 차원 안테나 구조에 대한 CSI-RS의 수신을 수행할 수 있다.

단계 S1730에서 단말은 수신된 CSI-RS를 이용하여 채널을 추정하고, 기지국의 2 차원 안테나 구조에 의해서 형성된 채널에 대한 CSI를 생성할 수 있다. 단말이 기지국의 2 차원 안테나 구조에 대한 CSI를 생성하는 동작은, 본 발명의 다양한 예시들에서 설명한 사항들 중의 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구성될 수 있다.

단계 S1740에서 단말은 생성된 CSI를 기지국으로 보고할 수 있다.

도 18은 본 발명에 따른 단말 장치 및 기지국 장치의 바람직한 실시예의 구성을 도시한 도면이다.

도 18을 참조하여 본 발명에 따른 기지국 장치(10)는, 송신기(11), 수신기(12), 프로세서(13), 메모리(14) 및 복수개의 안테나(15)를 포함할 수 있다. 송신기(11)는 외부 장치(예를 들어, 단말)로의 각종 신호, 데이터 및 정보를 전송할 수 있다. 수신기(12)는 외부 장치(예를 들어, 단말)로부터의 각종 신호, 데이터 및 정보를 수신할 수 있다. 프로세서(13)는 기지국 장치(10) 전반의 동작을 제어할 수 있다. 복수개의 안테나(15)는 2 차원 안테나 구조에 따라서 구성될 수 있다.

본 발명의 일례에 따른 기지국 장치(10)의 프로세서(13)는, 본 발명에서 제안하는 예시들에 따라서 단말에게 제공할 CSI-RS 설정 정보를 구성하고, 이에 기초하여 CSI-RS를 전신하고, 단말에 의해서 생성된 CSI를 수신하도록 구성될 수 있다. 기지국 장치(10)의 프로세서(13)는 그 외에도 기지국 장치(10)가 수신한 정보, 외부로 전송할 정보 등을 연산 처리하는 기능을 수행하며, 메모리(14)는 연산 처리된 정보 등을 소정시간 동안 저장할 수 있으며, 버퍼(미도시) 등의 구성요소로 대체될 수 있다.

도 18을 참조하여 본 발명에 따른 단말 장치(20)는, 송신기(21), 수신기(22), 프로세서(23), 메모리(24) 및 복수개의 안테나(25)를 포함할 수 있다. 복수개의 안테나(25)는 MIMO 송수신을 지원하는 단말 장치를 의미한다. 송신기(21)는 외부 장치(예를 들어, 기지국)로의 각종 신호, 데이터 및 정보를 전송할 수 있다. 수신기(22)는 외부 장치(예를 들어, 기지국)로부터의 각종 신호, 데이터 및 정보를 수신할 수 있다. 프로세서(23)는 단말 장치(20) 전반의 동작을 제어할 수 있다.

본 발명의 일례에 따른 단말 장치(20)의 프로세서(23)는, 본 발명에서 제안하는 예시들에 따라서 기지국이 제공하는 CSI-RS 설정 정보에 기초하여 CSI-RS를 수신하고, 수신된 CSI-RS를 이용하여 기지국의 2 차원 안테나 구조에 대한 CSI를 생성 및 보고하도록 구성될 수 있다. 단말 장치(20)의 프로세서(23)는 그 외에도 단말 장치(20)가 수신한 정보, 외부로 전송할 정보 등을 연산 처리하는 기능을 수행하며, 메모리(24)는 연산 처리된 정보 등을 소정시간 동안 저장할 수 있으며, 버퍼(미도시) 등의 구성요소로 대체될 수 있다.

위와 같은 단말 장치(10)의 구체적인 구성은, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에서 설명한 사항들이 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시예가 동시에 적용되도록 구현될 수 있으며, 중복되는 내용은 명확성을 위하여 설명을 생략한다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예들을 설명함에 있어서, 하향링크 전송 주체(entity) 또는 상향링크 수신 주체는 주로 기지국을 예로 들어 설명하였고, 하향링크 수신 주체 또는 상향링크 전송 주체는 주로 단말을 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 기지국에 대한 설명은 셀, 안테나 포트, 안테나 포트 그룹, RRH, 전송 포인트, 수신 포인트, 액세스 포인트, 중계기 등이 단말로의 하향링크 전송 주체가 되거나 단말로부터의 상향링크 수신 주체가 되는 경우에 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 중계기가 단말로의 하향링크 전송 주체가 되거나 단말로부터의 상향링크 수신 주체가 되는 경우, 또는 중계기가 기지국으로의 상향링크 전송 주체가 되거나 기지국으로부터의 하향링크 수신 주체가 되는 경우에도 본 발명의 다양한 실시예를 통하여 설명한 본 발명의 원리가 동일하게 적용될 수도 있다.

상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 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. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태들은 다양한 이동통신 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (13)

1. 무선 통신 시스템의 단말에서 채널상태정보(CSI)를 보고하는 방법에 있어서,
   기지국으로부터 제공된 채널상태정보-참조신호(CSI-RS) 설정 정보에 기초하여 상기 기지국으로부터 CSI-RS를 수신하는 단계; 및
   상기 CSI-RS를 이용하여 생성된 상기 CSI를 상기 기지국으로 보고하는 단계를 포함하고,
   상기 CSI-RS 설정 정보는 상기 기지국의 2 차원 안테나 구조의 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정을 포함하는, CSI 보고 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 CSI는 상기 복수개의 CSI-RS 설정 중에서 선택된 하나에 기초하여 결정되는, CSI 보고 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 CSI는 상기 단말에 의해서 선호되는 하나의 프리코딩 벡터를 포함하고,
   상기 하나의 프리코딩 벡터는, 상기 복수개의 CSI-RS 설정에 기초하여 결정된 복수개의 프리코딩 벡터 중에서 선택되는, CSI 보고 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 2 차원 안테나 구조의 제 2 도메인 안테나 구조에 대한 프리코딩 벡터는 미리 정해진, CSI 보고 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정은, 상기 제 2 도메인 안테나 구조에 대한 미리 정해진 상기 프리코딩 벡터에 기초하여 결정되는, CSI 보고 방법.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정은, 상기 제 2 도메인 안테나 구조에 대한 미리 정해진 동일한 하나의 상기 프리코딩 벡터에 기초하여 결정되는, CSI 보고 방법.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정은, 상기 제 2 도메인 안테나 구조에 대한 미리 정해진 상기 프리코딩 벡터에 기초하여 상기 제 2 도메인에서의 빔포밍이 적용되는 것을 가정하여 결정되는, CSI 보고 방법.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 CSI를 고려하여 결정되는 상기 제 1 도메인에서의 빔포밍과, 상기 제 2 도메인 안테나 구조에 대한 미리 정해진 상기 프리코딩 벡터에 따라 결정되는 상기 제 2 도메인에서의 빔포밍의 조합에 의해, 상기 2 차원 안테나 구조에 대한 3 차원 빔포밍이 결정되는, CSI 보고 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 도메인은 수평(horizontal) 도메인이고,
   상기 제 2 도메인은 수직(vertical) 도메인인, CSI 보고 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도메인은 수직(vertical) 도메인이고,
    상기 제 2 도메인은 수평(horizontal) 도메인인, CSI 보고 방법.
11. 무선 통신 시스템에서 상태정보(CSI)를 보고하는 단말 장치에 있어서,
    수신기;
    송신기; 및
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는, 기지국으로부터 제공된 채널상태정보-참조신호(CSI-RS) 설정 정보에 기초하여 상기 수신기를 이용하여 상기 기지국으로부터 CSI-RS를 수신하고; 상기 CSI-RS를 이용하여 생성된 상기 CSI를 상기 송신기를 이용하여 상기 기지국으로 보고하도록 설정되며,
    상기 CSI-RS 설정 정보는 상기 기지국의 2 차원 안테나 구조의 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정을 포함하는, CSI 보고 단말 장치.
12. 무선 통신 시스템의 기지국에서 채널상태정보(CSI)를 수신하는 방법에 있어서,
    단말에게 채널상태정보-참조신호(CSI-RS) 설정 정보를 제공하고, 상기 CSI-RS 설정 정보에 기초하여 CSI-RS를 상기 단말에게 전송하는 단계; 및
    상기 CSI-RS를 이용하여 상기 단말에서 생성된 상기 CSI를 상기 단말로부터 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 CSI-RS 설정 정보는 상기 기지국의 2 차원 안테나 구조의 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정을 포함하는, CSI 수신 방법.
13. 무선 통신 시스템에서 상태정보(CSI)를 수신하는 기지국 장치에 있어서,
    수신기;
    송신기; 및
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는, 단말에게 채널상태정보-참조신호(CSI-RS) 설정 정보를 제공하고, 상기 CSI-RS 설정 정보에 기초하여 CSI-RS를 상기 송신기를 이용하여 상기 단말에게 전송하고; 상기 CSI-RS를 이용하여 상기 단말에서 생성된 상기 CSI를 상기 수신기를 이용하여 상기 단말로부터 수신하도록 설정되고,
    상기 CSI-RS 설정 정보는 상기 기지국의 2 차원 안테나 구조의 제 1 도메인 안테나 그룹에 대한 복수개의 CSI-RS 설정을 포함하는, CSI 수신 기지국 장치.

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