KR20170035845A - 무선 통신 시스템에서 단말 이동성 기반 프리코더 순환 기법을 이용한 신호 송신 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 출원에서는 무선 통신 시스템에서 송신단이 수신단으로 신호를 송신하는 방법이 개시된다. 구체적으로, 상기 방법은, 하나 이상의 프리코더를 포함하는 프리코더 세트를 구성하는 단계; 하나 이상의 프리코더를 특정 자원 단위로 순환하여 적용하여 상기 신호를 프리코딩하는 단계; 및 상기 프리코딩된 신호를 상시 수신단으로 송신하는 단계를 포함하고, 상기 프리코더 세트의 크기 및 상기 하나 이상의 프리코더 중 적어도 하나는 상기 수신단의 이동성(mobility)에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 통신 시스템에서 단말 이동성 기반 프리코더 순환 기법을 이용한 신호 송신 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR TRANSMITTING SIGNAL USING TERMINAL MOBILITY-BASED PRECODER CYCLE TECHNIQUE, AND APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 통신 시스템에서 단말 이동성 기반 프리코더 순환 기법을 이용한 신호 송신 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 일례로서 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution; 이하 "LTE"라 함) 통신 시스템에 대해 개략적으로 설명한다.

도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면이다. E-UMTS(Evolved Universal Mobile Telecommunications System) 시스템은 기존 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)에서 진화한 시스템으로서, 현재 3GPP에서 기초적인 표준화 작업을 진행하고 있다. 일반적으로 E-UMTS는 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 할 수도 있다. UMTS 및 E-UMTS의 기술 규격(technical specification)의 상세한 내용은 각각 "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network"의 Release 7과 Release 8을 참조할 수 있다.

도 1을 참조하면, E-UMTS는 단말(User Equipment; UE)과 기지국(eNode B; eNB, 네트워크(E-UTRAN)의 종단에 위치하여 외부 네트워크와 연결되는 접속 게이트웨이(Access Gateway; AG)를 포함한다. 기지국은 브로드캐스트 서비스, 멀티캐스트 서비스 및/또는 유니캐스트 서비스를 위해 다중 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있다.

한 기지국에는 하나 이상의 셀이 존재한다. 셀은 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정돼 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다. 기지국은 다수의 단말에 대한 데이터 송수신을 제어한다. 하향링크(Downlink; DL) 데이터에 대해 기지국은 하향링크 스케줄링 정보를 전송하여 해당 단말에게 데이터가 전송될 시간/주파수 영역, 부호화, 데이터 크기, HARQ(Hybrid Automatic Repeat and reQuest) 관련 정보 등을 알려준다. 또한, 상향링크(Uplink; UL) 데이터에 대해 기지국은 상향링크 스케줄링 정보를 해당 단말에게 전송하여 해당 단말이 사용할 수 있는 시간/주파수 영역, 부호화, 데이터 크기, HARQ 관련 정보 등을 알려준다. 기지국간에는 사용자 트래픽 또는 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수 있다. 핵심망(Core Network; CN)은 AG와 단말의 사용자 등록 등을 위한 네트워크 노드 등으로 구성될 수 있다. AG는 복수의 셀들로 구성되는 TA(Tracking Area) 단위로 단말의 이동성을 관리한다.

무선 통신 기술은 WCDMA를 기반으로 LTE까지 개발되어 왔지만, 사용자와 사업자의 요구와 기대는 지속적으로 증가하고 있다. 또한, 다른 무선 접속 기술이 계속 개발되고 있으므로 향후 경쟁력을 가지기 위해서는 새로운 기술 진화가 요구된다. 비트당 비용 감소, 서비스 가용성 증대, 융통성 있는 주파수 밴드의 사용, 단순구조와 개방형 인터페이스, 단말의 적절한 파워 소모 등이 요구된다.

상술한 바와 같은 논의를 바탕으로 이하에서는 무선 통신 시스템에서 단말 이동성 기반 프리코더 순환 기법을 이용한 신호 송신 방법 및 이를 위한 장치를 제안하고자 한다.

본 발명의 일 양상인 무선 통신 시스템에서 송신단이 수신단으로 신호를 송신하는 방법은, 하나 이상의 프리코더를 포함하는 프리코더 세트를 구성하는 단계; 하나 이상의 프리코더를 특정 자원 단위로 순환하여 적용하여 상기 신호를 프리코딩하는 단계; 및 상기 프리코딩된 신호를 상시 수신단으로 송신하는 단계를 포함하고, 상기 프리코더 세트의 크기 및 상기 하나 이상의 프리코더 중 적어도 하나는 상기 수신단의 이동성(mobility)에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수신단의 이동성이 높은 경우의 상기 프리코딩된 신호의 빔 폭은 상기 수신단의 이동성이 낮은 경우의 상기 프리코딩된 신호의 빔 폭보다 넓은 것이 바람직하다.

추가적으로, 상기 프리코더 세트를 구성하는 단계는, 상기 수신단으로부터 적어도 하나의 선호 프리코더에 관한 정보를 수신하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 선호 프리코더를 기반으로, 하나 이상의 프리코더를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 또는, 상기 프리코더 세트를 구성하는 단계는, 상기 수신단의 이동성에 기반하여 적어도 하나의 특정 프리코더를 선택하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 특정 프리코더를 기반으로 하나 이상의 프리코더를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

또는, 상기 프리코더 세트를 구성하는 단계는, 상기 수신단으로부터 적어도 하나의 선호 프리코더에 관한 정보를 수신하는 단계; 상기 적어도 하나의 선호 프리코더를 중심으로 소정의 빔포밍 각도 범위 내에서 레퍼런스 프리코더 세트를 설정하는 단계; 및 상기 수신단의 이동성에 기반하여 상기 레퍼런스 프리코더 세트로부터 상기 프리코더 세트를 구성하는 단계를 포함할 수도 있다.

보다 바람직하게는, 상기 방법이 상기 수신단으로 상기 프리코더 세트에 관한 정보를 송신하는 단계를 더 포함하고, 상기 프리코더 세트에 관한 정보는, 상기 프리코더 세트에 포함된 상기 하나 이상의 프리코더의 정렬 (sorting) 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 양상인, 무선 통신 시스템에서의 송신 장치는, 하나 이상의 프리코더를 포함하는 프리코더 세트를 구성하고, 하나 이상의 프리코더를 특정 자원 단위로 순환하여 적용하여 상기 신호를 프리코딩하는 프로세서, 및 상기 프리코딩된 신호를 수신 장치로 송신하는 무선 통신 모듈을 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 프리코더 세트의 크기 및 상기 하나 이상의 프리코더 중 적어도 하나를 상기 수신 장치의 이동성(mobility)에 기반하여 결정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 수신 장치의 이동성이 높은 경우의 상기 프리코딩된 신호의 빔 폭은 상기 수신 장치의 이동성이 낮은 경우의 상기 프리코딩된 신호의 빔 폭보다 넓은 것을 특징으로 한다.

추가적으로, 상기 프로세서는 상기 수신 장치로부터 수신한 적어도 하나의 선호 프리코더를 기반으로, 하나 이상의 프리코더를 선택할 수 있다. 또는, 상기 프로세서는 상기 수신 장치의 이동성에 기반하여 선택한 적어도 하나의 특정 프리코더를 기반으로 하나 이상의 프리코더를 선택할 수 있다.

혹은, 상기 프로세서는 상기 수신 장치로부터 수신한 적어도 하나의 선호 프리코더를 중심으로 소정의 빔포밍 각도 범위 내에서 레퍼런스 프리코더 세트를 설정하고, 상기 수신 장치의 이동성에 기반하여 상기 레퍼런스 프리코더 세트로부터 상기 프리코더 세트를 구성할 수도 있다.

보다 바람직하게는, 상기 프리코더 세트에 관한 정보는 상기 수신 장치로 제공되고, 상기 프리코더 세트에 관한 정보는 상기 프리코더 세트에 포함된 상기 하나 이상의 프리코더의 정렬 (sorting) 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면 무선 통신 시스템에서 기지국은 단말 이동성에 적응적으로 보다 효율적으로 빔포밍을 수행할 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.

도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자평면(User Plane) 구조를 나타내는 도면.
도 3은 3GPP 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 LTE 시스템에서 사용되는 무선 프레임의 구조를 예시하는 도면.
도 5는 LTE 시스템에서 사용되는 하향링크 무선 프레임의 구조를 예시하는 도면.
도 6은 LTE 시스템에서 사용되는 상향링크 서브프레임의 구조를 도시하는 도면.
도 7은 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도.
도 8은 안테나 틸팅 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 기존 안테나 시스템과 능동 안테나 시스템을 비교하는 도면이다.
도 10은 능동 안테나 시스템에 기반하여, 단말 특정 빔을 형성한 예를 도시한다.
도 11는 능동 안테나 시스템 기반의 3 차원 빔 전송 시나리오를 도시한다.
도 12는 기존 MIMO 전송 방식과 BA 빔포밍 방식의 빔 커버리지 비교하는 도면이다.
도 13은 DA 빔포밍 기법의 개념을 도시하는 도면이다.
도 14는 DA 빔포밍 기법의 특징을 예시하는 도면이다.
도 15는 DBA 빔포밍 기법의 개념을 도시하는 도면이다.
도 16과 도 17은 본 발명의 제 1 실시예와 제 2 실시예의 적용 차이점을 예시한다.
도 18은 본 발명에 따른, 단일 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 개념을 예시한다.
도 19는 본 발명에 따른 단일 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 예를 도시한다.
도 20은 본 발명에 따른 단일 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 다른 예를 도시한다.
도 21은 본 발명에 따른, 다중 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 개념을 예시한다.
도 22는 본 발명에 따른 다중 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 예를 도시한다.
도 23은 본 발명에 따른 다중 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 다른 예를 도시한다.
도 24는 PMI에 따른 채널 품질 변화량 트랙킹의 예를 도시한다.
도 25는 본 발명에 따른 다중 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 또 다른 예를 도시한다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적 특징들이 3GPP 시스템에 적용된 예들이다.

본 명세서는 LTE 시스템 및 LTE-A 시스템을 사용하여 본 발명의 실시예를 설명하지만, 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 상기 정의에 해당되는 어떤 통신 시스템에도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서는 FDD 방식을 기준으로 본 발명의 실시예에 대해 설명하지만, 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 H-FDD 방식 또는 TDD 방식에도 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.

또한, 본 명세서는 기지국의 명칭은 RRH(remote radio head), eNB, TP(transmission point), RP(reception point), 중계기(relay) 등을 포함하는 포괄적인 용어로 사용될 수 있다.

도 2는 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자평면(User Plane) 구조를 나타내는 도면이다. 제어평면은 단말(User Equipment; UE)과 네트워크가 호를 관리하기 위해서 이용하는 제어 메시지들이 전송되는 통로를 의미한다. 사용자평면은 애플리케이션 계층에서 생성된 데이터, 예를 들어, 음성 데이터 또는 인터넷 패킷 데이터 등이 전송되는 통로를 의미한다.

제1계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있다. 상기 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이에 데이터가 이동한다. 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리채널은 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다. 구체적으로, 물리채널은 하향링크에서 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식으로 변조되고, 상향링크에서 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식으로 변조된다.

제2계층의 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층은 논리채널(Logical Channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control; RLC) 계층에 서비스를 제공한다. 제2계층의 RLC 계층은 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원한다. RLC 계층의 기능은 MAC 내부의 기능 블록으로 구현될 수도 있다.제2계층의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층은 대역폭이 좁은 무선 인터페이스에서 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷을 효율적으로 전송하기 위해 불필요한 제어정보를 줄여주는 헤더 압축(Header Compression) 기능을 수행한다.

제3계층의 최하부에 위치한 무선 자원제어(Radio Resource Control; RRC) 계층은 제어평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선베어러(Radio Bearer; RB)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 네트워크 간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 이를 위해, 단말과 네트워크의 RRC 계층은 서로 RRC 메시지를 교환한다. 단말과 네트워크의 RRC 계층 사이에 RRC 연결(RRC Connected)이 있을 경우, 단말은 RRC 연결 상태(Connected Mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 휴지 상태(Idle Mode)에 있게 된다. RRC 계층의 상위에 있는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 세션 관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.

네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향 전송채널은 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH(Paging Channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 하향 SCH(Shared Channel) 등이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어 메시지의 경우 하향 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향 전송채널로는 초기 제어 메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 상향 SCH(Shared Channel)가 있다. 전송채널의 상위에 있으며, 전송채널에 매핑되는 논리채널(Logical Channel)로는 BCCH(Broadcast Control Channel), PCCH(Paging Control Channel), CCCH(Common Control Channel), MCCH(Multicast Control Channel), MTCH(Multicast Traffic Channel) 등이 있다.

도 3은 3GPP 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.

단말은 전원이 켜지거나 새로이 셀에 진입한 경우 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(Initial cell search) 작업을 수행한다(S301). 이를 위해, 단말은 기지국으로부터 주 동기 채널(Primary Synchronization Channel; P-SCH) 및 부 동기 채널(Secondary Synchronization Channel; S-SCH)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID 등의 정보를 획득할 수 있다. 그 후, 단말은 기지국으로부터 물리 방송 채널(Physical Broadcast Channel)를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호(Downlink Reference Signal; DL RS)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.

초기 셀 탐색을 마친 단말은 물리 하향링크 제어 채널(Physical Downlink Control Channel; PDCCH) 및 상기 PDCCH에 실린 정보에 따라 물리 하향링크 공유 채널(Physical Downlink Control Channel; PDSCH)을 수신함으로써 좀더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다(S302).

한편, 기지국에 최초로 접속하거나 신호 전송을 위한 무선 자원이 없는 경우 단말은 기지국에 대해 임의 접속 과정(Random Access Procedure; RACH)을 수행할 수 있다(단계 S303 내지 단계 S306). 이를 위해, 단말은 물리 임의 접속 채널(Physical Random Access Channel; PRACH)을 통해 특정 시퀀스를 프리앰블로 전송하고(S303 및 S305), PDCCH 및 대응하는 PDSCH를 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다(S304 및 S306). 경쟁 기반 RACH의 경우, 추가적으로 충돌 해결 절차(Contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.

상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상/하향링크 신호 전송 절차로서 PDCCH/PDSCH 수신(S307) 및 물리 상향링크 공유 채널(Physical Uplink Shared Channel; PUSCH)/물리 상향링크 제어 채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH) 전송(S308)을 수행할 수 있다. 특히 단말은 PDCCH를 통하여 하향링크 제어 정보(Downlink Control Information; DCI)를 수신한다. 여기서 DCI는 단말에 대한 자원 할당 정보와 같은 제어 정보를 포함하며, 그 사용 목적에 따라 포맷이 서로 다르다.

한편, 단말이 상향링크를 통해 기지국에 전송하는 또는 단말이 기지국으로부터 수신하는 제어 정보는 하향링크/상향링크 ACK/NACK 신호, CQI(Channel Quality Indicator), PMI(Precoding Matrix Index), RI(Rank Indicator) 등을 포함한다. 3GPP LTE 시스템의 경우, 단말은 상술한 CQI/PMI/RI 등의 제어 정보를 PUSCH 및/또는 PUCCH를 통해 전송할 수 있다.

도 4는 LTE 시스템에서 사용되는 무선 프레임의 구조를 예시하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 무선 프레임(radio frame)은 10ms(327200×T_s)의 길이를 가지며 10개의 균등한 크기의 서브프레임(subframe)으로 구성되어 있다. 각각의 서브프레임은 1ms의 길이를 가지며 2개의 슬롯(slot)으로 구성되어 있다. 각각의 슬롯은 0.5ms(15360×T_s)의 길이를 가진다. 여기에서, T_s 는 샘플링 시간을 나타내고, Ts=1/(15kHz×2048)=3.2552×10^-8(약 33ns)로 표시된다. 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 자원블록(Resource Block; RB)을 포함한다. LTE 시스템에서 하나의 자원블록은 12개의 부반송파×7(6)개의 OFDM 심볼을 포함한다. 데이터가 전송되는 단위 시간인 TTI(Transmission Time Interval)는 하나 이상의 서브프레임 단위로 정해질 수 있다. 상술한 무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 5는 하향링크 무선 프레임에서 하나의 서브프레임의 제어 영역에 포함되는 제어 채널을 예시하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 서브프레임은 14개의 OFDM 심볼로 구성되어 있다. 서브프레임 설정에 따라 처음 1 내지 3개의 OFDM 심볼은 제어 영역으로 사용되고 나머지 13~11개의 OFDM 심볼은 데이터 영역으로 사용된다. 도면에서 R1 내지 R4는 안테나 0 내지 3에 대한 참조 신호(Reference Signal(RS) 또는 Pilot Signal)를 나타낸다. RS는 제어 영역 및 데이터 영역과 상관없이 서브프레임 내에 일정한 패턴으로 고정된다. 제어 채널은 제어 영역 중에서 RS가 할당되지 않은 자원에 할당되고, 트래픽 채널도 데이터 영역 중에서 RS가 할당되지 않은 자원에 할당된다. 제어 영역에 할당되는 제어 채널로는 PCFICH(Physical Control Format Indicator CHannel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator CHannel), PDCCH(Physical Downlink Control CHannel) 등이 있다.

PCFICH는 물리 제어 포맷 지시자 채널로서 매 서브프레임 마다 PDCCH에 사용되는 OFDM 심볼의 개수를 단말에게 알려준다. PCFICH는 첫 번째 OFDM 심볼에 위치하며 PHICH 및 PDCCH에 우선하여 설정된다. PCFICH는 4개의 REG(Resource Element Group)로 구성되고, 각각의 REG는 셀 ID(Cell IDentity)에 기초하여 제어 영역 내에 분산된다. 하나의 REG는 4개의 RE(Resource Element)로 구성된다. RE는 하나의 부반송파×하나의 OFDM 심볼로 정의되는 최소 물리 자원을 나타낸다. PCFICH 값은 대역폭에 따라 1 내지 3 또는 2 내지 4의 값을 지시하며 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 변조된다.

PHICH는 물리 HARQ(Hybrid - Automatic Repeat and request) 지시자 채널로서 상향링크 전송에 대한 HARQ ACK/NACK을 나르는데 사용된다. 즉, PHICH는 UL HARQ를 위한 DL ACK/NACK 정보가 전송되는 채널을 나타낸다. PHICH는 1개의 REG로 구성되고, 셀 특정(cell-specific)하게 스크램블(scrambling) 된다. ACK/NACK은 1 비트로 지시되며, BPSK(Binary phase shift keying)로 변조된다. 변조된 ACK/NACK은 확산인자(Spreading Factor; SF) = 2 또는 4로 확산된다. 동일한 자원에 매핑되는 복수의 PHICH는 PHICH 그룹을 구성한다. PHICH 그룹에 다중화되는 PHICH의 개수는 확산 코드의 개수에 따라 결정된다. PHICH (그룹)은 주파수 영역 및/또는 시간 영역에서 다이버시티 이득을 얻기 위해 3번 반복(repetition)된다.

PDCCH는 물리 하향링크 제어 채널로서 서브프레임의 처음 n개의 OFDM 심볼에 할당된다. 여기에서, n은 1 이상의 정수로서 PCFICH에 의해 지시된다. PDCCH는 하나 이상의 CCE로 구성된다. PDCCH는 전송 채널인 PCH(Paging channel) 및 DL-SCH(Downlink-shared channel)의 자원할당과 관련된 정보, 상향링크 스케줄링 그랜트(Uplink Scheduling Grant), HARQ 정보 등을 각 단말 또는 단말 그룹에게 알려준다. PCH(Paging channel) 및 DL-SCH(Downlink-shared channel)는 PDSCH를 통해 전송된다. 따라서, 기지국과 단말은 일반적으로 특정한 제어 정보 또는 특정한 서비스 데이터를 제외하고는 PDSCH를 통해서 데이터를 각각 전송 및 수신한다.

PDSCH의 데이터가 어떤 단말(하나 또는 복수의 단말)에게 전송되는 것이며, 상기 단말들이 어떻게 PDSCH 데이터를 수신하고 디코딩(decoding)을 해야 하는지에 대한 정보 등은 PDCCH에 포함되어 전송된다. 예를 들어, 특정 PDCCH가 "A"라는 RNTI(Radio Network Temporary Identity)로 CRC 마스킹(masking)되어 있고, "B"라는 무선자원(예, 주파수 위치) 및 "C"라는 DCI 포맷 즉, 전송 형식 정보(예, 전송 블록 사이즈, 변조 방식, 코딩 정보 등)를 이용해 전송되는 데이터에 관한 정보가 특정 서브프레임을 통해 전송된다고 가정한다. 이 경우, 셀 내의 단말은 자신이 가지고 있는 RNTI 정보를 이용하여 검색 영역에서 PDCCH를 모니터링, 즉 블라인드 디코딩하고, "A" RNTI를 가지고 있는 하나 이상의 단말이 있다면, 상기 단말들은 PDCCH를 수신하고, 수신한 PDCCH의 정보를 통해 "B"와 "C"에 의해 지시되는 PDSCH를 수신한다.

도 6은 LTE 시스템에서 사용되는 상향링크 서브프레임의 구조를 도시하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 상향링크 서브프레임은 제어정보를 나르는 PUCCH(Physical Uplink Control CHannel)가 할당되는 영역과 사용자 데이터를 나르는 PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel)가 할당되는 영역으로 나눌 수 있다. 서브프레임의 중간 부분이 PUSCH에 할당되고, 주파수 영역에서 데이터 영역의 양측 부분이 PUCCH에 할당된다. PUCCH 상에 전송되는 제어정보는 HARQ에 사용되는 ACK/NACK, 하향링크 채널 상태를 나타내는 CQI(Channel Quality Indicator), MIMO를 위한 RI(Rank Indicator), 상향링크 자원 할당 요청인 SR(Scheduling Request) 등이 있다. 한 단말에 대한 PUCCH는 서브프레임 내의 각 슬롯에서 서로 다른 주파수를 차지하는 하나의 자원블록을 사용한다. 즉, PUCCH에 할당되는 2개의 자원블록은 슬롯 경계에서 주파수 호핑(frequency hopping)된다. 특히 도 6은 m=0인 PUCCH, m=1인 PUCCH, m=2인 PUCCH, m=3인 PUCCH가 서브프레임에 할당되는 것을 예시한다.

이하 MIMO 시스템에 대하여 설명한다. MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)는 복수개의 송신안테나와 복수개의 수신안테나를 사용하는 방법으로서, 이 방법에 의해 데이터의 송수신 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 무선 통신 시스템의 송신단 혹은 수신단에서 복수개의 안테나를 사용함으로써 용량을 증대시키고 성능을 향상 시킬 수 있다. 이하 본 문헌에서 MIMO를 '다중 안테나'라 지칭할 수 있다.

다중 안테나 기술에서는, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않는다. 그 대신 다중 안테나 기술에서는 여러 안테나에서 수신된 데이터 조각(fragment)을 한데 모아 병합함으로써 데이터를 완성한다. 다중 안테나 기술을 사용하면, 특정된 크기의 셀 영역 내에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나, 또는 특정 데이터 전송 속도를 보장하면서 시스템 커버리지(coverage)를 증가시킬 수 있다. 또한, 이 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있다. 다중 안테나 기술에 의하면, 단일 안테나를 사용하던 종래 기술에 의한 이동 통신에서의 전송량 한계를 극복할 수 있다.

일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도가 도 7에 도시되어 있다. 송신단에는 송신 안테나가 N _T 개 설치되어 있고, 수신단에서는 수신 안테나가 N _R 개가 설치되어 있다. 이렇게 송신단 및 수신단에서 모두 복수개의 안테나를 사용하는 경우에는, 송신단 또는 수신단 중 어느 하나에만 복수개의 안테나를 사용하는 경우보다 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 채널 전송 용량의 증가는 안테나의 수에 비례한다. 따라서, 전송 레이트가 향상되고, 주파수 효율이 향상된다 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송 레이트를 R _O 라고 한다면, 다중 안테나를 사용할 때의 전송 레이트는, 이론적으로, 아래 수학식 1과 같이 최대 전송 레이트 R _O 에 레이트 증가율 R _i 를 곱한 만큼 증가할 수 있다. 여기서 R _i 는 N _T 와 N _R 중 작은 값이다.

예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는, 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 이와 같은 다중 안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후, 실질적으로 데이터 전송률을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며, 이들 중 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, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가 진행되고 있다.

다중 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링 하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 N _T 개의 송신 안테나와 N _R 개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다. 먼저, 송신 신호에 대해 살펴보면, N _T 개의 송신 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 N _T 개이므로, 전송 정보를 하기의 수학식 2와 같은 벡터로 나타낼 수 있다.

한편, 각각의 전송 정보

에 있어 전송 전력을 다르게 할 수 있으며, 이때 각각의 전송 전력을

라 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보를 벡터로 나타내면 하기의 수학식 3과 같다.

또한,

를 전송 전력의 대각행렬 P 를 이용하여 나타내면 하기의 수학식 4와 같다.

한편, 전송전력이 조정된 정보 벡터

에 가중치 행렬 W 가 적용되어 실제 전송되는 N _T 개의 송신신호(transmitted signal)

가 구성되는 경우를 고려해 보자. 여기서, 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송신호

는 벡터 X 를 이용하여 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 W _ij 는 i 번째 송신안테나와 j 번째 정보 간의 가중치를 의미한다. W 는 가중치 행렬(Weight Matrix) 또는 프리코딩 행렬(Precoding Matrix)이라고 불린다.

일반적으로, 채널 행렬의 랭크의 물리적인 의미는, 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다. 따라서 채널 행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행(row) 또는 열(column)의 개수 중에서 최소 개수로 정의되므로, 행렬의 랭크는 행(row) 또는 열(column)의 개수보다 클 수 없게 된다. 수식적으로 예를 들면, 채널 행렬 H의 랭크(rank(H))는 수학식 6과 같이 제한된다.

또한, 다중 안테나 기술을 사용해서 보내는 서로 다른 정보 각각을 '전송 스트림(Stream)' 또는 간단하게 '스트림' 으로 정의하기로 하자. 이와 같은 '스트림' 은 '레이어 (Layer)' 로 지칭될 수 있다. 그러면 전송 스트림의 개수는 당연히 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수인 채널의 랭크 보다는 클 수 없게 된다. 따라서, 채널 행렬이 H는 아래 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 "# of streams"는 스트림의 수를 나타낸다. 한편, 여기서 한 개의 스트림은 한 개 이상의 안테나를 통해서 전송될 수 있음에 주의해야 한다.

한 개 이상의 스트림을 여러 개의 안테나에 대응시키는 여러 가지 방법이 존재할 수 있다. 이 방법을 다중 안테나 기술의 종류에 따라 다음과 같이 설명할 수 있다. 한 개의 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 다이버시티 방식으로 볼 수 있고, 여러 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 멀티플렉싱 방식으로 볼 수 있다. 물론 그 중간인 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 혼합(Hybrid)된 형태도 가능하다.

이하에서는, 채널 상태 정보 (channel state information; CSI) 보고에 관하여 설명한다. 현재 LTE 표준에서는 채널 정보 없이 운용되는 개루프(open-loop) MIMO와 채널 정보에 기반하여 운용되는 폐루프(closed-loop) MIMO 두 가지 송신 방식이 존재한다. 특히, 폐루프 MIMO 에서는 MIMO 안테나의 다중화 이득(multiplexing gain)을 얻기 위해 기지국 및 단말 각각은 채널 상태 정보를 바탕으로 빔포밍을 수행할 수 있다. 기지국은 채널 상태 정보를 단말로부터 얻기 위해, 단말에게 참조 신호를 전송하고, 이에 기반하여 측정한 채널 상태 정보를 PUCCH(Physical Uplink Control CHannel) 또는 PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel)를 통하여 피드백 하도록 명령한다.

CSI는 RI(Rank Indicator), PMI(Precoding Matrix Index), CQI(Channel Quality Indication) 세가지 정보로 크게 분류된다. 우선, RI는 상술한 바와 같이 채널의 랭크 정보를 나타내며, 단말이 동일 주파수-시간 자원을 통해 수신할 수 있는 스트림의 개수를 의미한다. 또한, RI는 채널의 롱텀 페이딩(long term fading)에 의해 결정되므로 PMI, CQI 값 보다 통상 더 긴 주기로 기지국으로 피드백 된다.

두 번째로, PMI는 채널의 공간 특성을 반영한 값으로 SINR 등의 메트릭(metric)을 기준으로 단말이 선호하는 기지국의 프리코딩 행렬 인덱스를 나타낸다. 마지막으로, CQI는 채널의 세기를 나타내는 값으로 통상 기지국이 PMI를 이용했을 때 얻을 수 있는 수신 SINR을 의미한다.

LTE-A 표준과 같은 보다 진보된 통신 시스템에서는 MU-MIMO (multi-user MIMO)를 이용한 추가적인 다중 사용자 다이버시티(multi-user diversity)를 얻는 것이 추가되었다. MU-MIMO에서는 안테나 도메인에서 다중화되는 단말들 간의 간섭이 존재하기 때문에, CSI의 정확성 여부는 CSI를 보고한 단말뿐만 아니라, 다중화되는 다른 단말의 간섭에도 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서, MU-MIMO에서는 SU-MIMO에 비하여 보다 정확한 CSI 보고가 요구된다.

이에, LTE-A표준에서는 최종 PMI를 롱텀(long term) 및/또는 광대역(wideband) PMI인 W1와 숏텀(short term) 및/또는 서브밴드(sub-band) PMI인 W2 둘로 나누어 설계하는 것으로 결정되었다.

상기 W1 및 W2 정보로부터 하나의 최종 PMI를 구성하는 구조적 코드북 변환(hierarchical codebook transformation) 방식의 예시로 아래 수학식 8과 같이 채널의 롱텀 공분산 행렬(long-term covariance matrix)를 이용할 수 있다.

위 수학식 1에서 W2는 숏텀 PMI로서, 숏텀 채널 정보를 반영하기 위해 구성된 코드북의 코드워드이고, W은 최종 코드북의 코드워드이며, norm(A) 은 행렬 A 의 각 열의 노름(norm)이 1로 정규화(normalization)된 행렬을 의미한다.

기존 W1과 W2의 구체적인 구조는 다음 수학식 9와 같다.

수학식 9에서 코드워드의 구조는 교차 편파 안테나(cross polarized antenna)를 사용하고 안테나 간 간격이 조밀한 경우, 예를 들어, 통상 인접 안테나 간 거리가 신호 파장의 반 이하인 경우, 발생하는 채널의 상관관계(correlation) 특성을 반영하여 설계한 구조이다. 교차 편파 안테나의 경우 안테나를 수평 안테나 그룹(horizontal antenna group)과 수직 안테나 그룹(vertical antenna group)으로 구분 할 수 있는데, 각 안테나 그룹은 ULA(uniform linear array) 안테나의 특성을 가지며, 두 안테나 그룹은 공존(co-located)한다.

따라서 각 그룹의 안테나 간 상관관계 은 동일한 선형 위상 증가(linear phase increment) 특성을 가지며, 안테나 그룹 간 상관관계는 위상 회전(phase rotation)된 특성을 갖는다. 결국, 코드북은 채널을 양자화(quantization)한 값이기 때문에 채널의 특성을 그대로 반영하여 코드북을 설계하는 것이 필요하다. 설명의 편의를 위해 상기 상술한 구조로 만든 랭크 1 코드워드를 아래 수학식 10과 같이 예시할 수 있다.

위 수학식 10에서 코드워드는 송신 안테나의 개수 N _T×1 의 벡터로 표현되고, 상위 벡터 X_i(k) 와 하위 벡터 α _jX_i(k) 로 구조화 되어있으며, 각각은 수평 안테나 그룹과 수직 안테나 그룹의 상관관계 특성을 보여준다. X_i(k) 는 각 안테나 그룹의 안테나 간 상관관계 특성을 반영하여 선형 위상 증가 특성을 갖는 벡터로 표현하는 것이 유리하며, 대표적인 예로 DFT 행렬을 이용할 수 있다.

이하, 능동 안테나 시스템 (Active Antenna System; AAS) 및 3 차원 빔포밍에 관하여 설명한다.

기존 셀룰러 시스템에서 기지국은 기계적 틸팅(mechanical tilting) 혹은 전기적 틸팅(electrical tilting)을 이용하여 셀 간 간섭을 줄이고, 셀 내 단말들의 쓰루풋, 예를 들어 SINR (Signal to Interference plus Noise ratio)의 향상시키는 방안을 사용해 왔다. 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 8은 안테나 틸팅 방식을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 8의 (a)는 안테나 틸팅이 적용되지 않은 안테나 구조를 도시하고, 도 8의 (b)는 기계적 틸팅이 적용된 안테나 구조를 도시하며, 도 8의 (c)는 기계적 틸팅과 전기적 틸팅 모두 적용된 안테나 구조를 도시한다.

도 8의 (a)와 도 8의 (b)를 비교하면, 기계적 틸팅의 경우 도 8의 (b)와 같이 초기 설치 시 빔 방향이 고정되어 버리는 단점이 있다. 나아가, 전기적 틸팅의 경우 도 8의 (c)와 같이 내부 위상 천이(phase shift) 모듈을 이용하여 틸팅 각(tilting angle)을 변경할 수 있지만, 사실상 셀 고정적 틸팅으로 인하여 매우 제약적인 수직 빔포밍(수직 빔포밍)만 가능한 단점이 있다.

도 9는 기존 안테나 시스템과 능동 안테나 시스템(Active Antenna System; AAS)을 비교하는 도면이다. 특히, 도 9의 (a)는 기존 안테나 시스템을 도시하고, 도 9의 (b)는 능동 안테나 시스템을 도시한다.

도 9를 참조하면, 능동 안테나 시스템은 기존 안테나 시스템과 달리 복수의 안테나 모듈 각각이 전력 증폭기를 비롯한 RF모듈, 즉 능동(active) 소자를 포함하고 있어, 안테나 모듈 각각에 대한 전력 및 위상 조절이 가능한 특징이 있는 시스템이다.

일반적으로 고려하던 MIMO 안테나 구조는 ULA(uniform linear array)와 같이 선형적인, 즉 1 차원 어레이의 안테나를 고려하였다. 이러한 1 차원 어레이 구조에서는 빔포밍으로 생성 가능한 빔이 2 차원 평면 내에 존재하게 된다. 이는 기존 기지국의 수동 안테나 시스템(Passive Antenna System; PAS) 기반 MIMO구조에도 적용된다. PAS 기반 기지국에도 수직 안테나들 및 수평 안테나들이 존재하지만, 수직 안테나들은 하나의 RF모듈에 묶여있어 수직방향으로 빔포밍이 불가능하며, 상술한 기계적 틸팅 만이 적용 가능하다.

그러나, 기지국의 안테나 구조가 능동 안테나 시스템으로 진화하면서 수직 방향의 안테나들에도 독립적인 RF모듈이 구현되었으며, 이에 따라 수평 방향뿐만 아니라 수직 방향으로도 빔포밍이 가능하게 되었다. 이를 수직 빔포밍 또는 엘리베이션 빔포밍(elevation beamforming)이라고 지칭한다.

수직 빔포밍에 따르면, 생성 가능한 빔들은 수직 및 수평방향으로 3차원 공간에 표현될 수 있으므로, 이를 3 차원 빔포밍이라 지칭할 수도 있다. 즉, 3 차원 빔포밍은 1 차원 어레이의 안테나 구조에서 평면형태의 2 차원 어레이의 안테나 구조로 진화하며 가능해 진 것이다. 여기서, 3 차원 빔포밍은 안테나 어레이가 꼭 평면(planar) 형상인 경우에만 가능한 것은 아니고, 링(ring) 형태의 3차원 형태의 어레이 구조에서도 3 차원 빔포밍이 가능하다. 3 차원 빔포밍의 특징은 기존 1 차원 어레이의 안테나 구조가 아닌 다양한 형태의 안테나 배치로 인해 MIMO 프로세스가 3 차원 공간 상에서 이루어 진다는 것이다.

도 10은 능동 안테나 시스템에 기반하여, 단말 특정 빔을 형성한 예를 도시한다. 도 10을 참조하면, 3 차원 빔포밍으로 인하여 단말이 기지국 좌우로 움직일 경우뿐만 아니라 전후로 움직이는 경우까지 빔포밍이 가능하므로, 단말 특정 빔 형성에 보다 높은 자유도가 제공됨을 알 수 있다.

나아가, 능동 안테나 기반의 2 차원 어레이의 안테나 구조를 이용한 전송 환경으로는 실외 기지국에서 실외 단말에게 전송하는 환경뿐만 아니라, 실외 기지국이 실내 단말에 대하여 전송하는 환경 (O2I, Outdoor to Indoor) 및 실내 기지국이 실내 단말에 전송하는 환경 (Indoor hotspot) 등을 고려할 수 있다.

도 11은 능동 안테나 시스템 기반의 3 차원 빔 전송 시나리오를 도시한다.

도 11을 참조하면, 셀 내 다양한 다수의 건물들이 존재하는 실제 셀 환경을 가정하게 될 경우, 기지국은 단말 특정 수평 빔 조향 뿐만 아니라 건물 높이에 따른 다양한 단말 높이를 고려한 수직 빔 조향 능력까지 고려해야 할 필요가 있다. 이와 같은 셀 환경을 고려할 경우, 기존 무선 채널 환경과는 많이 다른 채널 특성, 예를 들어 높이 차이에 따른 음영/경로 손실 변화, 페이딩 특성 변화 등을 반영할 필요가 있다.

다시 말해, 3 차원 빔포밍은, 기존에 선형적인 1 차원 어레이의 안테나 구조에 기반하여 수평 방향으로만 이루어지던 수평 빔포밍이 진화된 것으로, 평면 배열(planar array) 등의 다차원 어레이의 안테나 구조 또는 메시브 안테나(massive antenna) 어레이를 기반으로 엘리베이션 빔포밍 혹은 수직 빔포밍까지 확장 및 결합된 형태로 이루어 지는 MIMO 프로세싱 기법을 지칭한다.

상기 메시브 안테나 어레이는 다음 특성들 중 하나 이상을 가질 수 있다. 즉, i) 2차원 평면 또는 3차원 공간에 위치하고, ii) 논리적 또는 물리적 안테나가 8개 이상이며 (여기서 논리적 안테나는 안테나 포트로 표현될 수 있다), iii) 각각의 안테나가 AAS로 구성될 수 있다. 다만, 상기 메시브 안테나 어레이의 정의는 이에 제한되는 것은 아니다. 이하, 메시브 안테나 어레이를 이용한 각종 빔포밍 기법에 관하여 설명한다.

a) 3D 빔포밍 환경에서 적용한 부분적 안테나 어레이 기반 빔포밍을 빔-폭 조절 (Beam-width adaptation; BA) 빔포밍이라 지칭하며, 이는 다음과 같은 특징을 나타낸다.

BA 빔포밍 기법은 단말의 이동 속도에 따라 데이터 전송에 참여하는 안테나의 수를 조절하여 전송 빔 폭을 조절하는 기술이다. 도 12는 기존 MIMO 전송 방식과 BA 빔포밍 방식의 빔 커버리지 비교하는 도면이다. 특히, 도 12의 좌측 도면은 기존 MIMO 전송 방식을 도시하며, 우측 도면은 BA 빔포밍 방식을 도시한다.

도 12의 좌측 도면을 참조하면, 4x4 안테나 어레이에서 단말이 중속으로 움직이는 경우 4x4 안테나 어레이가 전송하는 빔 폭은 채널 정밀도를 확보하기에 지나치게 좁고, 개루프 방식은 전체 셀 커버리지를 커버하므로 지나치게 넓을 수 있다. 만약 도 12의 우측 도면과 같이, 중앙의 2x2 안테나 어레이만 전송에 참여하면, 상대적으로 넓은 빔 폭을 가지나 빔이득은 얻을 수 있는 형태로 빔을 생성할 수 있다. 즉, 단말의 이동 속도에 따라 해당 단말에게 전송에 참여하는 안테나 수를 줄여 빔 폭을 확대하여 폐루프 빔포밍 보다는 작지만, 개루프 빔포밍 보다는 높은 수준의 빔 이득을 획득할 수 있다.

b) BA 빔포밍이 단말의 이동성에 따라 빔 폭을 조절하는 기술이라면 단말의 이동 방향에 따라 수직 또는 수평 방향으로만 빔포밍을 수행하고 다른 방향으로는 개루프 프리코딩(open loop precoding)을 수행하는 방법도 고려할 수 있다. 이 기술은 3D 빔포밍 환경에서 2D빔포밍을 수행할 수 있도록 하므로 차원 조절(Dimension Adaptation; DA) 빔포밍 기법이라 지칭한다.

DA 빔포밍 기법은 기지국이 단말의 수직 방향 및 수평 방향 중, 움직임이 심한 방향, 즉 도플러 (Doppler)가 심한 방향에 대해서는 개루프 방식을 적용하고, 그렇지 않은 방향에 대해서는 폐루프 방식을 적용하여 전송하는 빔포밍 기법이다. 도 13은 DA 빔포밍 기법의 개념을 도시하는 도면이다. 특히, 도 13의 좌측 도면은 단말이 수평 방향으로 움직이는 경우를 도시하고, 우측 도면은 단말이 수직 방향으로 움직이는 경우를 도시한다.

도 14는 DA 빔포밍 기법의 특징을 예시하는 도면이다.

DA 빔포밍 기법을 사용하면, 도플러가 적은 방향으로는 빔 이득을 얻을 수 있고, 도플러가 큰 방향으로는 빔 이득을 얻을 수 없다. 따라서, 생성되는 빔의 영역은 도 14와 같이 수평 방향 및 수직 방향 중 한 방향으로만 협폭의 빔이 형성된다. 따라서, 특정 방향으로 움직이는 단말에게 일정 수준의 빔 이득을 부여하는 것이 가능하다.

c) 또한, BA 빔포밍과 DA 빔포밍을 결합한 차원 및 빔-폭 조절 (Dimension and Beam-width Adaptation; DBA) 빔포밍 기법도 고려할 수 있다. 도 15는 DBA 빔포밍 기법의 개념을 도시하는 도면이다.

DBA 빔포밍 기법은 DA 빔포밍 기법과 BA 빔포밍 기법을 결합한 기술이다. 도 15를 참조하면, DBA 빔포밍 적용 시, 단말이 수직 혹은 수평 방향으로 움직일 경우, 도플러가 적은 방향, 즉 단말이 움직임에 직교하는 방향으로는 폐루프 빔포밍을 수행하고, 도플러가 일정 수준 존재하는 방향으로는 단말의 속도에 따라 전송에 참여하는 안테나 수를 조절하여 빔 폭을 조절한다.

정리하면, 아래 표 1과 같이, DA 빔포밍이 기지국 기준으로 특정 방향으로 고속 이동할 때 유효한 기술이고, BA 빔포밍이 단말이 저속~중속으로 이동하는 환경에서 유효한 기술이며, DBA 빔포밍은 단말이 특정 방향으로 저속~중속으로 이동할 때 유효한 기술이다.

BA 빔포밍 혹은 DBA 빔포밍은 채널 변화 특성, 특히 단말의 움직임, 구체적으로 단말의 이동 속도에 따라 빔 폭을 제어하는 특징을 갖는다. 빔 폭을 제어하기 위한 수단으로 안테나 ON/OFF, 안테나 별 전송 전력과 위상 제어 기술을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 빔 폭을 제어하기 위한 다른 수단으로서, 제한된 빔포밍 범위를 갖는 프리코더 순환 (precoder cycling) 기법을 제안한다. 본 발명의 프리코더 순환 기법은 단말의 이동 속도가 낮을수록 프리코더 순환에 의한 빔 커버리지를 좁히고, 단말의 이동 속도가 높을수록 빔 커버리지 가 늘어나는 특징을 갖는다. 여기서, 빔 커버리지는 순환하는 프리코더의 빔포밍 각도의 범위를 의미할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에서는 단말의 선호 프리코더 관련 피드백 정보 및 해당 단말의 시간적 채널 변화 특성에 따라, 기지국은 단말 특정 프리코더 세트를 구성하고, 특정 시간/주파수 단위로 해당 프리코더 세트내의 프리코더들을 번갈아 적용하는 것을 제안한다.

상기 단말의 선호 프리코더 관련 피드백 정보의 예로 PMI피드백 정보를 고려할 수 있다.

상기 단말의 시간적 채널 변화 특성은 기지국이 상향링크 신호의 특성을 측정하여 파악할 수도 있고, 단말의 위치 혹은 채널 관련 정보 (예를 들어, PMI, CQI 등)의 시간적 변화량을 측정하여 파악할 수 있다. 또는, 단말이 시간적 채널 변화 특성 관련 정보 (예를 들어, 도플러 주파수, 단말의 속도, 코히런스 시간 등)를 피드백 함으로 파악할 수 있다. 또한, 상기 특정 시간/주파수 단위는 시간 측으로 심볼, 서브프레임, 프레임 등을 예시할 수 있고, 주파수 측으로 부반송파(subcarrier), 자원 블록, 자원 블록 그룹 등을 예시할 수 있다.

추가적으로, 본 발명에서 제안하는 프리코더 세트에 포함된 프리코더들 중 일부는 정밀한 유효 빔 폭 제어를 위해 PMI 코드북에 포함되지 않을 수 있다. 즉, PMI 코드북에 정의되지 않은 프리코더가 상기 프리코더 세트에서는 적용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명에서 제안하는 단말 특정 프리코더 세트를 구성하는 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위하여, 단말 특정 프리코더 세트를{X₁,…X_N}로 표현한다.

＜제 1 실시예＞

우선, 본 발명의 제 1 실시예에서는, 프리코더 세트 내에 포함된 프리코더들을 단말 채널 변화 특성에 따라 결정하는 것을 제안한다. 구체적으로, 제 1 실시예는 단일 PMI 기반 프리코더 결정 방식과 다중 PMI 기반 프리코더 결정 방식으로 구분할 수 있다.

(1) 단일 PMI 기반 프리코더 결정 방식에 따르면, 프리코딩 행렬 X _i 는 아래 수학식 11과 같이 표현할 수 있다.

상기 수학식 11에서 행렬 P 는 선택된 PMI에 해당하는 프리코딩 행렬로서, N _t×N _s 의 크기를 갖는다. 여기서, N _t 는 송신 안테나 수이고, N _s 는 레이어의 개수이다. 또한, f _i() 는 i 번째 프리코딩 행렬에 해당하는 전환 함수를 의미하며, 단말의 채널 변화특성에 따라 결정된다.

예를 들어, 프리코딩 행렬 X _i 는 아래 수학식 12와 같이 구성될 수 있다.

상기 수학식 12에서 R _i 는 위상 변동 행렬로서, N×1 크기의 벡터를 N×N 크기의 대각 행렬로 전환하는 diag() 함수로 정의될 수 있다.

또한, α _i,n 는 n 번째 안테나에 대한 위상 변화량을 나타낸다. ULA(Uniform linear array)의 경우 α _i,n = 2πd(n-1)θ _i 로 설정하여 선형적인 위상 변화를 부여할 수 있다. 여기서, d 는 파장 단위의 안테나 간 간격을 나타내며, θ _i 는 단말 속도에 기반하여 결정되는 인자인 X 를 이용하여, -X≤θ _i≤X 와 같은 범위를 가질 수 있다.

(2) 다음으로, 다중 PMI 기반 프리코더 결정 방식에 따르면, 프리코딩 행렬 X _i 는 아래 수학식 13과 같이 표현할 수 있다.

수학식 13에서 행렬 P_i, i = 1,…,M 는 PMI 코드북에 포함된 M 개 (M≤N)의 선택된 프리코딩 행렬들을 지칭한다. M 개의 PMI는 단말이 피드백한 M ₁ 개의 PMI 및 단말 채널 변동성을 고려하여 기지국이 선택한 M-M ₁ 개의 PMI로 구성할 수 있다. 물론, M ₁ 이 1인 경우도 가능하다. 또한, f _i() 는 i 번째 프리코딩 행렬에 해당하는 합성 및 전환 함수를 의미한다. 여기서, 단말이 선택하는 PMI의 개수 M 및/또는 f _i() 는 단말의 채널 변화특성에 따라 결정된다.

예를 들어, M 이 2 인 경우, X_i = α _iP₁+(1-α _i)P₂ (단, α _i 는 0~1 사이의 수)로 표현될 수 있다. 다른 예로, M 이 2 인 경우 X_i = R_iP₁

G_iP₂ 로 표현될 수도 있다. 여기서,

는 element-wise product를 지시하고, R_i 와 G_i 는 위상 변동 행렬을 나타낸다.

또 다른 예로, N 이 4인 경우, M 값, 즉 단말의 이동성에 따라 아래 표 2와 같이 X _i 이 구성될 수도 있다.

위 방식 대신 단말의 시간적 채널 변화 특성과 무관하게 설정된 레퍼런스 프리코더 세트를 기준으로 프리코더 세트의 크기 N 을 단말의 시간적 채널 변화 특성에 따라 적응적으로 변화 시키는 방식을 적용할 수도 있다.

＜제 2 실시예＞

본 발명의 제 2 실시예에서는, 프리코더 세트의 크기를 단말 채널 변화 특성에 따라 결정하는 것을 제안한다. 구체적으로, 제 2 실시예에서는 다음과 같이 프리코더 세트를 결정할 수 있다.

제 1 단계 : 송신측은 수신단, 즉 단말이 선호하는 PMI를 중심으로 -X도에서 +X도 범위로 정해진 개수 (예를 들어, 100개)의 단말 특정적 레퍼런스 프리코더 세트를 미리 구성한다. 여기서, X는 미리 규정된 값일 수 있다.

제 2 단계 : 채널 상황 변동에 따라 해당 레퍼런스 프리코더 세트 중 일부를 프리코더 세트로 결정한다. 예를 들어, -Y도~Y도에 포함되는 빔들만 선택한다. 여기서, Y는 X보다 작은 값이며, 단말 이동 속도에 연동되어 결정될 수 있다.

상기 제 1 단계에서는 단말 특정적인 레퍼런스 프리코더 세트를 생성하는 예를 들었으나, 레퍼런스 프리코더 세트는 시스템 혹은 네트워크에서 미리 규정된 프리코더 세트를 사용하는 방식도 가능하다. 이 경우 제 2 단계에서 단말의 선호 PMI 및 채널 변동에 따라 해당 레퍼런스 프리코더 세트에서 서브셋을 구성하여, 해당 단말에 대한 데이터 전송에 적용할 프리코더 세트를 결정한다.

도 16과 도 17은 본 발명의 제 1 실시예와 제 2 실시예의 적용 차이점을 예시한다.

도 16은 제 1 실시예에 의한 빔포밍 방식으로서, 프리코더 세트에 포함된 프리코더의 개수 N 이 5개인 것으로 가정한다. 이와 같은 경우, 도 16에 따르면 단말이 낮은 속도로 이동 중인 경우의 5개의 프리코더에 따른 빔 폭은 단말이 높은 속도로 이동 중인 경우의 5개의 프리코더에 따른 빔 폭보다 작은 것을 알 수 있다.

또한, 도 17은, 제 2 실시예에 의한 빔포밍 방식으로서, 단말이 낮은 속도로 이동 중인 경우의 프리코더 세트에 포함되는 프리코더의 개수는 3개로서, 단말이 높은 속도로 이동 중인 경우의 프리코더 세트에 포함되는 프리코더의 개수 5개보다 작은 것을 알 수 있다.

한편, 제 1 실시예와 제 2 실시예 모두에서 단일 PMI 기반 프리코더 결정 방식 및 다중 PMI 기반 프리코더 결정 방식이 사용될 수 있다.

도 18은 본 발명에 따른, 단일 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 개념을 예시한다.

도 18을 참조하면, (기 정의된 코드북에서) 단말 또는 기지국에 의하여 선택된 PMI를 기준으로 프리코더 세트를 생성하여 이에 포함된 프리코더들을 자원 별로 번갈아 사용하여 도플러 환경 및 사용자 채널이 변하는 환경에서도 일정 이상의 빔이 득을 부여한다. 여기서 PMI 선택의 방식은 크게 1) 단말이 선택 및 보고한 PMI를 사용하는 방법, 2) 상향링크 측정 채널을 통해 기지국이 결정하는 방식 및 3) 위 두 방식 중 하나를 통해 얻은 PMI를 단말 이동성 정보를 활용해 보정한 PMI를 선택하는 방법을 고려할 수 있다.

도 19는 본 발명에 따른 단일 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 예를 도시한다. 특히, 도 19는 위 3)의 방법을 적용한 것으로 가정한다.

도 19를 참조하면, 기지국은 단말이 선택 및 보고한 PMI를 이동성 정보를 활용해 보정하여 PMI를 선택하고, 선택된 PMI를 중심으로 프리코더 세트를 생성하는 것을 알 수 있다. 다만, 이를 위하여는 단말의 채널 변화를 예측하는 기술이 추가로 필요할 수 있다.

도 20은 본 발명에 따른 단일 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 다른 예를 도시한다. 특히, 도 20은 위 1)의 방법을 적용한 것으로 가정한다.

도 20을 참조하면, 기지국은 단말이 선택 및 보고한 PMI를 기준으로, 단말의 이동 방향과 속도를 고려하여 프리코더 세트를 생성하는 것을 알 수 있다. 위 2)의 방법 역시 기지국이 선택한 PMI를 기준으로 한다는 것 이외에는 동일하게 적용될 수 있다.

도 21은 본 발명에 따른, 다중 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 개념을 예시한다.

도 21을 참조하면, (기 정의된 코드북에서) 단말 또는 기지국에 의하여 선택된 다수의 PMI들을 선택하고, 선택된 PMI들의 임의의 결합을 통하여 프리코더 세트를 생성한다. 선택된 다수의 PMI들 중 일부 혹은 전부는 단말이 선택한 PMI 혹은 상향링크를 통해 기지국이 측정한 채널을 통해 계산된 PMI일 수 있다. 또한 다수의 PMI 중 일부는 단말의 이동성에 따라 기지국이 선택한 PMI일 수 있다.

도 22는 본 발명에 따른 다중 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 예를 도시한다. 특히, 도 22는 단말이 단일 PMI 보고를 하는 경우를 예시한다.

도 22를 참조하면, 단일 PMI 보고를 하는 경우, 단말의 이동성 정보, 즉 이동 방향, 속도를 활용하여 기지국이 추가적인 PMI를 선택한 후, 두 PMI의 결합으로 프리코더 세트를 생성한다.

도 23은 본 발명에 따른 다중 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 다른 예를 도시한다. 특히, 도 23은 단말이 다중 PMI 보고를 하는 경우를 예시한다.

도 23을 참조하면, 단말이 다중 PMI 보고를 하는 경우, 단말은 선호하는 PMI의 변화량 및/또는 해당 PMI의 채널 품질 변화량을 추정해가며 다수의 PMI를 선택하여 보고할 수 있다. 단말이 보고하는 PMI의 개수는 기지국이 제어하는 방법을 적용하거나, 단말이 판단하여 결정하는 방법 모두 가능하다.

한편, 단말이 다수의 PMI를 결정하기 위해서는 채널 측정 시점에서의 채널 품질만을 기준으로 다수의 PMI를 결정할 수 있으나, 이상적으로는 데이터 전송이 수행될 시점에서 최대 품질을 갖는 PMI 세트를 보고하여야 한다. 이를 위해서는 앞서 언급한 PMI 및 해당 PMI의 품질 변화량 트랙킹(tracking)을 통해 PMI 세트를 선택하여야 한다.

도 24는 PMI에 따른 채널 품질 변화량 트랙킹의 예를 도시한다. 특히, 도 24에서는 T0와 T1에서의 PMI에 대한 채널 품질 변화량을 예시한다. 도 24를 참조하면, 채널 품질 기준으로는 PMI2와 PMI3가 선택되어야 하지만, 데이터가 전송될 미래 시점(T2)에서의 채널을 예측한다면 PMI3와 PMI4를 선택하여 보고해야 하는 것을 알 수 있다.

한편, 결정된 프리코더 세트에 반드시 기 선택된 PMI 세트가 포함되어야만 하는 것은 아니다. 예를 들어 PMI 코드북의 오버해드를 낮게 유지하려는 목적으로 PMI 에는 낮은 그래뉴얼리티(low granularity) PMI 세트를 포함할 수 있다.

도 25는 본 발명에 따른 다중 PMI 기반 프리코더 결정 방식의 또 다른 예를 도시한다. 도 25를 참조하면, 단말은 PMI1과 PMI2를 보고하고 기지국은 이를 선택하였으며, PMI1과 PMI2를 기준으로 프리코더 세트를 구성한 것을 알 수 있다. 그러나, 상기 프리코더 세트는 선택된 프리코더인 PMI1과 PMI2가 제외된 것을 알 수 있다.

본 발명의 채널 적응적 프리코더 순환을 적용하기 위해 단말은 기지국에게 다음 정보 중 일부 혹은 전부를 전달할 수 있다.

(A) 선호하는 하나 이상의 PMI

(B) 보고하는 PMI의 선호 개수 (M ₁)

(C) 프리코더 세트의 선호 크기 (N)

(D) 프리코더 세트를 생성하기 위한 파라미터들의 선호 값 (예를 들어, 최대 빔포밍 각도 오프셋(maximum angle offset), 지향 각도 오프셋 (directivity of angle offsets), 결합 인자(composition coefficient) 등)

또한, 기지국은 단말에게 프리코딩 방식에 대한 정보를 알려주기 위해, 혹은 채널 적응적 프리코더 순환 방식 적용을 위한 정보를 획득하기 위해 다음 정보 중 일부 혹은 전부를 제공할 수 있다.

(a) 보고해야 하는 PMI의 개수 (M ₁)

(b) 프리코더 세트의 크기 (N)

(c) PMI 코드북의 크기 (M)

(d) 기지국이 선택한 M-M ₁ 개의 PMI

(e) 프리코더 세트를 생성하기 위한 파라미터들의 선호 값 (예를 들어, 최대 빔포밍 각도 오프셋(maximum angle offset), 지향 각도 오프셋 (directivity of angle offsets), 결합 인자(composition coefficient) 등)

(f) PMI 정렬 정보 (sorting information)

기존 PMI 코드북의 경우, PMI가 빔 전송 각도 순으로 정렬되어 있지 않아 프리코더 세트 생성 함수를 일반화하여 적용하기 어려울 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 PMI를 프리코더 세트 생성 함수에 적합하게 재정렬할 필요가 있을 수 있으며, 이러한 경우 상기 정보 중 PMI 정렬 정보(sorting information)를 단말에게 제공할 수 있다. 상기 PMI 정렬 정보는 단말에게 전용(dedicated) 제어 정보로 전달될 수 있으나, 시스템 정보와 같이 방송 정보로 전달될 수 있다. 또는, 시스템에서 채널 적응적 프리코더 순환 적용 전송 모드일 경우의 PMI 정렬 정보를 미리 규정하여 별도의 시그널링 없이 적용할 수도 있다.

본 제안 기술은 3D MIMO 환경에서 수직 방향 그리고/또는 수평 방향으로 적용될 MIMO 프리코더에 적용될 수 있다. 이 경우, 안테나 ON/OFF를 통한 빔폭 적응적 (Beamwidth adaptation) 빔포밍 방식이 아닌 다른 형태의 BA 빔포밍 방식으로 적용 가능하며, 수직 방향 또는 수평 방향 중 하나에만 적용될 경우 DBA 빔포밍 방식으로 활용 가능하다.

본 제안 기술은 단말의 이동 속도 및 방향에 따라 빔 폭을 제어하는 기술이나, 이동 속도 및 방향에 따라 결정되지 않는 다른 채널 파라미터에 적응적으로 빔 폭을 제어할 때도 활용 가능하다. 예를 들어, 무선 채널의 확산 각도(angular spread)라던지, 레이 클러스터(ray cluster)의 수 및 분포에 따라 빔포밍 이득이 달라질 수 있으므로 해당 파라미터들을 기준으로 빔 폭을 제어하기 위해 본 기술을 사용할 수 있다. 좀 더 구체적으로 기술한다면, 채널의 확산 각도가 크거나 레이 클러스터의 수가 많고 분산되어 있는 경우, 빔포밍에 의한 이득이 상대적으로 작을 뿐만 아니라 향 후 채널의 변동성이 클 확률이 높다고 판단할 수 있다. 이러한 경우 빔 폭을 키우는 형태로 기술을 적용할 수도 있다. 상기 예뿐만 아니라 빔 폭의 조정은 다양한 판단 기준에 따라 결정하여 적용할 수 있는데, 본 발명의 기술은 판단 기준이나 목적에 관계없이 빔 폭을 조정하는 수단으로서 활용 가능하다.

상기 PMI 피드백 정보는 편의상 전체 주파수 대역폭에 대해 하나의 값을 측정 및 보고함을 기준으로 설명하였으나, 이는 제한되는 것은 아니다. 광대역 시스템에서 특정 주파수 영역 (예를 들어, 서브밴드, 부반송파, 자원 블록, 반송파, 셀 등)으로 나누어 각 주파수 영역에 대해 별개의 피드백 정보를 피드백할 수 있다. 혹은 단말이 선택하거나 기지국이 지정한 특정 주파수 영역에 대해서만 피드백 정보가 전송될 수 있다. 상기 주파수 영역은 주파수 연속적인 하나 이상의 영역으로 구성되거나 주파수 불연속적인 영역으로 구성될 수 있다.

본 발명은 하향링크를 기준으로 설명하였으나 이는 제한되는 것은 아니다. 상향링크에서는 기지국이 단말로, 단말이 기지국으로 역할이 바뀌어 본 제안이 적용될 수 있다. 또한, 단말 간 통신에서도 단말1이 기지국, 단말2가 단말인 형태로 적용되어 본 제안이 적용될 수 있다.

도 26은 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.

도 26을 참조하면, 통신 장치(2600)는 프로세서(2610), 메모리(2620), RF 모듈(2630), 디스플레이 모듈(2640) 및 사용자 인터페이스 모듈(2650)을 포함한다.

통신 장치(2600)는 설명의 편의를 위해 도시된 것으로서 일부 모듈은 생략될 수 있다. 또한, 통신 장치(2600)는 필요한 모듈을 더 포함할 수 있다. 또한, 통신 장치(2600)에서 일부 모듈은 보다 세분화된 모듈로 구분될 수 있다. 프로세서(2610)는 도면을 참조하여 예시한 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 프로세서(2610)의 자세한 동작은 도 1 내지 도 25에 기재된 내용을 참조할 수 있다.

메모리(2620)는 프로세서(2610)에 연결되며 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 프로그램 코드, 데이터 등을 저장한다. RF 모듈(2630)은 프로세서(2610)에 연결되며 기저대역 신호를 무선 신호를 변환하거나 무선신호를 기저대역 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 이를 위해, RF 모듈(2630)은 아날로그 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향 변환 또는 이들의 역과정을 수행한다. 디스플레이 모듈(2640)은 프로세서(2610)에 연결되며 다양한 정보를 디스플레이한다. 디스플레이 모듈(2640)은 이로 제한되는 것은 아니지만 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode)와 같은 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스 모듈(2650)은 프로세서(2610)와 연결되며 키패드, 터치 스크린 등과 같은 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 구성될 수 있다.

이상에서 설명된 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. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 문서에서 기지국에 의해 수행된다고 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 그 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 기지국을 포함하는 복수의 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. 기지국은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 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, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 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.

본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

상술한 바와 같은 무선 통신 시스템에서 단말 이동성 기반 프리코더 순환 기법을 이용한 신호 송신 방법 및 이를 위한 장치는 3GPP LTE 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, 3GPP LTE 시스템 이외에도 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명은 메시브 안테나에 관한 것이지만, 다른 안테나 구조에도 적용 가능하다.

Claims (14)

1. 무선 통신 시스템에서 송신단이 수신단으로 신호를 송신하는 방법에 있어서,
   하나 이상의 프리코더를 포함하는 프리코더 세트를 구성하는 단계;
   하나 이상의 프리코더를 특정 자원 단위로 순환하여 적용하여 상기 신호를 프리코딩하는 단계; 및
   상기 프리코딩된 신호를 상시 수신단으로 송신하는 단계를 포함하고,
   상기 프리코더 세트의 크기 및 상기 하나 이상의 프리코더 중 적어도 하나는 상기 수신단의 이동성(mobility)에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
   신호 송신 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수신단의 이동성이 높은 경우의 상기 프리코딩된 신호의 빔 폭은 상기 수신단의 이동성이 낮은 경우의 상기 프리코딩된 신호의 빔 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는,
   신호 송신 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 프리코더 세트를 구성하는 단계는,
   상기 수신단으로부터 적어도 하나의 선호 프리코더에 관한 정보를 수신하는 단계; 및
   상기 적어도 하나의 선호 프리코더를 기반으로, 하나 이상의 프리코더를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   신호 송신 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 프리코더 세트를 구성하는 단계는,
   상기 수신단의 이동성에 기반하여 적어도 하나의 특정 프리코더를 선택하는 단계; 및
   상기 적어도 하나의 특정 프리코더를 기반으로 하나 이상의 프리코더를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   신호 송신 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 프리코더 세트를 구성하는 단계는,
   상기 수신단으로부터 적어도 하나의 선호 프리코더에 관한 정보를 수신하는 단계;
   상기 적어도 하나의 선호 프리코더를 중심으로 소정의 빔포밍 각도 범위 내에서 레퍼런스 프리코더 세트를 설정하는 단계; 및
   상기 수신단의 이동성에 기반하여 상기 레퍼런스 프리코더 세트로부터 상기 프리코더 세트를 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   신호 송신 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 수신단으로 상기 프리코더 세트에 관한 정보를 송신하는 단계를 더 포함하고,
   상기 프리코더 세트에 관한 정보는,
   상기 프리코더 세트에 포함된 상기 하나 이상의 프리코더의 정렬 (sorting) 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   신호 송신 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 특정 자원 단위는,
   주파수 자원 단위 또는 시간 자원 단위 중 하나인 것을 특징으로 하는,
   신호 송신 방법.
8. 무선 통신 시스템에서의 송신 장치로서,
   하나 이상의 프리코더를 포함하는 프리코더 세트를 구성하고, 하나 이상의 프리코더를 특정 자원 단위로 순환하여 적용하여 상기 신호를 프리코딩하는 프로세서, 및
   상기 프리코딩된 신호를 수신 장치로 송신하는 무선 통신 모듈을 포함하고,
   상기 프로세서는,
   상기 프리코더 세트의 크기 및 상기 하나 이상의 프리코더 중 적어도 하나를 상기 수신 장치의 이동성(mobility)에 기반하여 결정하는 것을 특징으로 하는,
   송신 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 수신 장치의 이동성이 높은 경우의 상기 프리코딩된 신호의 빔 폭은 상기 수신 장치의 이동성이 낮은 경우의 상기 프리코딩된 신호의 빔 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는,
   송신 장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 수신 장치로부터 수신한 적어도 하나의 선호 프리코더를 기반으로, 하나 이상의 프리코더를 선택하는 것을 특징으로 하는,
    송신 장치.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 수신 장치의 이동성에 기반하여 선택한 적어도 하나의 특정 프리코더를 기반으로 하나 이상의 프리코더를 선택하는 것을 특징으로 하는,
    송신 장치.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 수신 장치로부터 수신한 적어도 하나의 선호 프리코더를 중심으로 소정의 빔포밍 각도 범위 내에서 레퍼런스 프리코더 세트를 설정하고, 상기 수신 장치의 이동성에 기반하여 상기 레퍼런스 프리코더 세트로부터 상기 프리코더 세트를 구성하는 것을 특징으로 하는,
    송신 장치.
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 프리코더 세트에 관한 정보는 상기 수신 장치로 제공되고,
    상기 프리코더 세트에 관한 정보는,
    상기 프리코더 세트에 포함된 상기 하나 이상의 프리코더의 정렬 (sorting) 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    송신 장치.
14. 제 8 항에 있어서,
    상기 특정 자원 단위는,
    주파수 자원 단위 또는 시간 자원 단위 중 하나인 것을 특징으로 하는,
    송신 장치.

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