KR20200028731A - 대규모 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대규모 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법으로서, 복수의 안테나를 통해 수신된 신호들로부터 채널 상태를 추정하는 단계, 상기 추정된 채널 상태에 기초하여 미리 저장된 코드북 정보로부터 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑한 그룹 패턴 및 코드워드를 선택하는 단계, 및 상기 선택된 그룹 패턴 및 코드워드의 인덱스를 포함하는 채널 정보를 수신 단말로 전송하는 단계를 포함하는 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 대규모 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 각각 서로 다른 채널 상태를 나타내는 코드워드들로 구성된 코드북을 이용하여 채널 상태 정보를 전송하는 대규모 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.
진화된 이동통신 시스템은 전송 효율을 개선하기 위해 다중 송수신 안테나(multiple input multiple output: MIMO)를 적용하고 빔포밍(beam-forming), 적응적 변조 및 부호화(adaptive modulation and coding: AMC), 채널 감응 스케줄링(channel sensitive scheduling)과 같은 다양한 기술들을 이용할 수 있다. 상기의 여러 가지 기술들은 채널 품질 등에 따라 여러 안테나로부터 송신하는 전송 전력을 집중시키거나, 전송하는 데이터 양을 조절하고, 채널 품질이 좋은 사용자에게 선택적으로 데이터를 전송하는 등의 방식들을 통해 전송 효율을 개선하여 시스템 용량 성능을 개선시킨다.
무선 통신 시스템에서 데이터 전송 효율을 높이기 위한 방법의 하나로 상기 MIMO 기법을 들 수 있다. MIMO 기법은 여러 사용자에게 각각의 데이터를 전송할 때 동일 자원을 사용하여 데이터 전송이 가능한지 여부에 따라 단일 사용자(Single-User) MIMO(SU-MIMO) 기법과 다중 사용자(Multi User) MIMO(MU-MIMO) 기법으로 구분할 수 있다.
아울러, MU-MIMO 시스템은 송신단이 채널 상황을 모르는 상태로 통신하는 개루프 방식과, 송신단이 수신단으로부터 피드백된 채널 정보를 참조하여 통신하는 폐루프 방식으로 구분할 수 있다. 각 송신 안테나별로 채널 상태에 따라 독립적인 변조 및 코딩 기법을 적용하여 이론적 전송 용량에 근접할 수 있는 폐루프 방식이 주로 이용된다.
폐루프 방식 MU-MIMO 시스템에서, 채널 정보는 전체 시스템 성능을 향상시키는 데 사용되며, 송신단에서 채널 정보를 획득하기 위하여, 채널 상태 정보(Channel State Information; CSI)는 수신단으로부터 송신단으로 피드백되어야 한다.
일반적으로, 수신단에서 송신단으로 채널 상태 정보를 전송하는 데 코드북이 이용된다. 코드북을 구성하는 각각의 코드워드는 송신단과 수신단 사이에 형성된 채널에 대한 각각의 서로 다른 채널 상태를 나타낸다. 특히, 주파수 분할 이중(Frequency Division Duplex; FDD) 시스템에서는 채널 상태 정보를 정확히 피드백하는 것이 요구된다.
제한된 피드백 정보를 사용하는 시스템에서, 수신단은 자신의 채널 상태 정보를 추정하고, 기 정의된 거리 측정 방식에 의해 추정된 채널 정보 상태와 가까운 코드워드를 찾아낸다. 아울러, 찾아낸 코드워드의 인덱스는 송신단으로 피드백된다.
일반적인 다중 안테나 시스템의 입출력 모델은 하기 <수학식 1>과 같다.
상기 <수학식 1>에서, y는 수신 신호, H는 N×M 채널, x는 송신 신호, n은 N×1 노이즈 신호를 의미한다. 또한, N은 수신 안테나의 개수, M은 송신 안테나의 개수를 나타낸다.
상기 <수학식 1>에서 송신 신호 x는 하기 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다.
상기 <수학식 2>에서, P는 송신 전력, V는 M×N 프리코딩 행렬(precoding matrix), s는 N×1 송신 데이터를 나타낸다.
한편, FDD 시스템에서는 상기 프리코딩 행렬 V를 구하기 위해 수신단이 측정한 채널 정보를 송신단으로 피드백한다. 이때, 상기 피드백하는 채널 정보로서 오프라인에서 정의되고 송수신단이 동시에 알고 있는 코드북에 있는 코드워드 중에 최적의 코드워드 인덱스를 송신단에 피드백한다.
상기 코드북은 송수신단의 메모리(또는 저장부)에 공통으로 저장되며, 상기 코드북은 하기 <수학식 3>과 같이 정의될 수 있다.
상기 <수학식 3>에서, C는 코드북이고 ci 또는 Φi는 i번째 코드워드를 나타낸다. 즉, 상기 <수학식 3>에서 코드북은 총 2B개의 코드워드를 가지며, i는 코드워드를 식별하는 인덱스(index)를 나타낸다.
한편, 최적의 코드워드는 수신 신호로부터 추정된 채널 정보 H와 각 코드워드 Φi 간의 거리(d) 중 최소 거리를 가지는 코드워드 V로 정의할 수 있으며, 이는 하기 <수학식 4>에 의해 산출될 수 있다.
종래의 독립 동일 분포(independent identically distributed; I.i.d.)를 가정한 채널에서는 위와 같은 방법으로 최적의 코드워드를 산출하지만, 대규모 다중안테나 시스템은 한정된 공간에 많은 안테나를 배치하기 때문에 안테나 간에 상관관계가 클 가능성이 높다.
따라서, 안테나 그룹핑을 통해 상관 관계가 높은 안테나들을 하나의 그룹으로 묶고 이에 대한 코드북도 새로 생성할 필요성이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, FDD에서의 대규모 다중 안테나 시스템에서 안테나 그룹핑을 이용한 채널 피드백 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 안테나 그룹핑을 통해 상관 관계가 큰 안테나들을 하나의 그룹으로 그룹핑하고, 상기 그룹핑에 기반하여 기존 코드북을 조합함으로써 새로운 코드북을 생성하는, 대규모 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법 및 장치를 제공한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 대규모 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법은, 복수의 안테나를 통해 수신된 신호들로부터 채널 상태를 추정하는 단계; 상기 추정된 채널 상태에 기초하여 미리 저장된 코드북 정보로부터 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑한 그룹 패턴 및 코드워드를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 그룹 패턴 및 코드워드의 인덱스를 포함하는 채널 정보를 수신 단말로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은, 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑하고, 각 그룹 패턴에 대한 복수의 코드워드들이 설정된 코드북 정보를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑하는 방법은, 상기 각 안테나들 간의 상관 관계를 고려하여 상대적으로 상관 관계가 큰 안테나들이 동일 그룹을 형성하도록 그룹핑할 수 있다.
또한, 상기 코드북 정보를 저장하는 단계는, 상기 복수의 안테나들을 임의의 패턴으로 그룹핑하는 단계; 기설정된 코드워드들 중에서 상기 그룹핑된 안테나의 수에 대응하여 최적화된 코드워드를 선택하는 단계; 지정된 조건을 만족하도록 코드워드를 재배열하는 단계; 및 상기 그룹핑한 그룹 패턴 및 상기 재배열된 코드워드에 기반하여 코드북 정보를 생성하고, 상기 생성된 코드북 정보를 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지정된 조건을 만족하도록 코드워드를 재배열하는 단계는, 독립 동일 분포(independent identically distributed) 채널 특성이 유지되도록 코드워드를 재배열할 수 있다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 대규모 다중 안테나 시스템에서 동작하는 채널 상태 정보 전송 장치는, 복수의 안테나를 통해 수신된 신호들로부터 채널 상태를 추정하는 채널 추정부; 및 상기 추정된 채널 상태에 기초하여 미리 저장된 코드북 정보로부터 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑한 그룹 패턴 및 코드워드를 선택하고, 상기 선택된 그룹 패턴 및 코드워드의 인덱스를 포함하는 채널 정보를 생성하는 채널 정보 생성부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 장치는, 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑하고, 각 그룹 패턴에 대한 복수의 코드워드들이 설정된 코드북 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑하는 방법은, 상기 각 안테나들 간의 상관 관계를 고려하여 상대적으로 상관 관계가 큰 안테나들이 동일 그룹을 형성하도록 그룹핑할 수 있다.
또한, 상기 저장부에 저장된 상기 코드북 정보는, 상기 복수의 안테나들을 임의의 패턴으로 그룹핑하고, 상기 그룹핑된 안테나의 수에 대응하여 최적화된 코드워드를 선택하고, 지정된 조건을 만족하도록 코드워드를 재배열하여 생성될 수 있다.
또한, 상기 지정된 조건을 만족하도록 코드워드를 재배열하는 방법은, 독립 동일 분포(independent identically distributed) 채널 특성이 유지되도록 코드워드를 재배열할 수 있다.
대규모 다중 안테나 시스템은 한정된 공간에 많은 안테나를 설치함으로써 안테나 간에 큰 상관 관계를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 대규모 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법 및 장치는 이러한 상황에서 전체 안테나 개수보다 작은 차원의 기존에 존재하는 여러개의 코드북을 조합하여 새로운 코드북으로 생성하고, 새롭게 생성된 코드북에 기반하여 채널 정보를 전송함으로써 전체적인 시스템의 성능을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서의 수신 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서의 송신 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 코드북 생성 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수신 장치에서의 채널 정보 전송 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 송신 장치에서의 데이터 전송 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명에 따른 송신 장치와 수신 장치 간의 처리 절차를 나타낸 신호 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템이 적용된 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서의 수신 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서의 송신 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 코드북 생성 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수신 장치에서의 채널 정보 전송 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 송신 장치에서의 데이터 전송 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명에 따른 송신 장치와 수신 장치 간의 처리 절차를 나타낸 신호 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템이 적용된 일 예를 나타낸 도면이다.
본 명세서의 실시 예를 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명은 생략될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다," "포함할 수 있다." 등의 표현은 개시된 해당 기능, 동작, 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작, 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 명세서에서, "포함하다." 또는 "가지다." 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
무선 통신의 전송 용량을 높이기 위하여 송신단과 수신단이 다수의 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템은 크게 개루프(Open Loop) MIMO와 폐루프(Closed Loop) MIMO로 구분될 수 있는데, 개루프 MIMO(OL-MIMO)는 송신단이 채널 상황을 모르는 상태로 통신하는 방식이고, 폐루프 MIMO(CL-MIMO)는 송신단이 수신단으로부터 피드백된 채널 정보를 참조하여 통신하는 방식이다. 개루프 MIMO의 경우 이론적 전송용량에 이르기 위해서는 시간영역과 공간영역에서 동시에 적용된 복잡한 코딩 기법을 이용해야 하고 이는 또한 안테나의 수가 증가할수록 검출의 복잡도가 크게 증가하는 단점이 있다. 이에 따라, 실제 시스템에서는 각 송신 안테나별로 채널 상태에 따라 독립적인 변조 및 코딩 기법을 적용함으로써 개루프 방식의 이론적 용량에 근접하는 폐루프 MIMO가 선호된다.
폐루프 MIMO 시스템에서 수신단이 송신단으로 채널 정보를 전송하는 피드백 방식으로는 코드북(code book)을 이용하는 방식과 사운딩 신호(sounding signal)를 이용하는 방식 등이 있다. 그 중 본 발명은 코드북 기반 피드백 방식과 관련되며, 참고로 IEEE 802.16m에서는 MU-MIMO의 경우 코드북 기반 유니터리 프리코딩(unitary precoding)을 기준(baseline)으로 채택하고 있다.
코드북(codebook) 기반 피드백 방식은, 수신단이 파일럿 등을 이용하여 채널을 추정하고 적절한 메트릭(metric)을 통해 송신단과 수신단이 미리 알고 있는 코드북 내의 코드워드(codeword)의 인덱스(index)를 피드백하는 방식이다. 여기서, 코드북을 구성하는 각각의 코드워드는 송신단과 수신단 사이에 형성된 채널에 대한 각각의 서로 다른 채널 상태를 나타내며, 수신단은 파일럿 등을 이용하여 채널을 추정한 후 추정된 채널에 상응하는 코드워드를 선택하고 이에 대한 인덱스(즉, 코드워드의 인덱스)를 피드백함으로써 송신단에게 채널 상태를 알릴 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 대규모 다중 안테나 시스템에서 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑하고, 각 그룹 패턴에 대한 복수의 코드워드들이 설정된 코드북 정보를 이용하여 채널 상태 정보를 전송할 수 있는 방법 및 장치를 개시한다.
다양한 실시예에 따라, 본 발명에서는 안테나 그룹핑을 통해 상관 관계가 큰 안테나들을 하나의 그룹으로 그룹핑하고, 상기 그룹핑에 기반하여 기존 코드북을 조합함으로써 새로운 코드북을 생성할 수 있다. 이하, 후술하는 설명에서는 발명의 이해를 돕기 위해 상기 기존 코드북이 조합된 새로운 코드북을 슈퍼 코드북(super codebook)으로 지칭하고, 슈퍼 코드북 내의 각 코드워드를 슈퍼 코드워드(super codeword)로 지칭하나 본 발명이 상기 용어에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템(1)은 단말(10), 기지국(20), 및 통신 네트워크(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
단말(10)은 이동국(MS), 사용자 장비(User Equipment; UE), 사용자 터미널(User Terminal; UT), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(Subscriber Station; SS), 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit; WTRU), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서. 단말(10)은 셀룰러 전화기, 스마트 폰, 개인 휴대용 단말기(PDA), 태블릿, 컴퓨터 등과 같은 휴대형 유닛들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 단말(10)은 도 8에 도시된 것과 같이 고속으로 이동 가능한 이동 수단, 예를 들어 열차에 마련되는 것으로, 이동 장치의 운행을 제어하기 위한 동작들을 수행하는 단말기일 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 단말(10)은 고속으로 이동 가능한 다양한 이동 수단 내에 마련되거나 고속으로 이동하는 사용자가 소지할 수 있는 임의의 단말기일 수 있다.
기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정되거나 이동하는 장치를 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point), 릴레이(relay) 및 펨토셀(femto-cell) 등으로 지칭될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서. 도 8에 도시된 바와 같이 단말(10)이 열차 내에 마련되어 열차 운행 제어를 수행하는 경우, 기지국(20)은 열차가 이동하는 선로 주변에 설치되어 단말(10) 및/또는 열차 운행을 관제하는 관제 센터와 무선 통신을 수행할 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 기지국(20)은 고속으로 이동하는 단말(10)과 무선 통신을 수행하거나, 고속으로 이동하는 단말(10)과 다른 장치 간의 무선 통신을 중계하기 위하여 지상에 고정되거나 이동 가능하도록 설치되는 것일 수 있다.
단말(10)과 기지국(20)은 통신 네트워크(30)를 통해 서로 데이터를 송수신할 수 있으며, 상기 통신 네트워크(30)는 예컨대 3GPP(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution), IEEE 계열의 WLAN 등 무선통신 표준 스펙에 따라 무선 통신 데이터(패킷, 프레임, 신호)의 송수신을 수행할 수 있다. 일 실시 예에서, 단말(10)로부터 기지국(20)으로의 전송을 상향링크(uplink, UL), 기지국(20)으로부터 단말(10)로의 전송을 하향링크(downlink, DL)라고 지칭할 수 있으나, 이와 동등한 다른 용어들로 지칭될 수도 있다. 상향링크에 관련된 실시 예들에서, 단말(10)은 송신측으로, 기지국(20)은 수신측으로 동작한다. 한편, 하향링크에 관련된 실시 예들에서, 단말(10)은 수신측으로, 기지국(20)은 송신측으로 동작한다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 무선 통신 시스템(1)은 단말(10)과 기지국(20)이 대규모 다중 안테나를 이용하여 데이터 송수신을 수행하는 대규모 다중 안테나 시스템으로 구성된다.
이하에서는 본 발명이 대규모 다중 안테나 시스템에서, 단말(10)이 송신측으로, 기지국(20)이 수신측으로 동작하는 예를 설명하나, 반대로 동작하는 경우에도 적용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 따라, 기지국(20)에서는 단말(10)로부터 송신된 신호를 복수의 안테나를 통해 수신하고, 상기 수신된 신호들로부터 채널 상태를 추정할 수 있다. 그런 다음, 상기 기지국(20)에서는 상기 추정된 채널 상태에 기초하여 미리 저장된 코드북 정보로부터 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑한 그룹 패턴 및 코드워드를 선택하고, 상기 선택된 그룹 패턴 및 코드워드의 인덱스를 포함하는 채널 정보를 수신측인 단말(10)로 피드백하여 전송할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 대규모 다중 안테나 시스템에서의 채널 정보 전송 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서의 수신 장치를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수신 장치(20)(예컨대, 상기 도 1에서 기지국)는 복수의 안테나들(210), 복조부(220), 채널 추정부(230), 채널 정보 생성부(240), 및 저장부(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
채널 추정부(230)는 복수의 안테나들(210)를 통해 수신된 신호들로부터 채널을 추정한다. 예를 들어, 송신 장치(10)로부터 수신한 파일럿 신호를 이용하여 각자의 채널을 추정할 수 있다.
채널 정보 생성부(240)는 채널 추정부(230)에서 추정한 채널 정보에 기초하여 그룹 패턴 및 프리코딩 행렬을 선택하고, 이에 해당하는 인덱스를 송신 장치(10)로 피드백한다. 이를 위해, 채널 정보 생성부(240)는 추정된 채널 정보를 기초로 하여, 저장부(250)에 기 저장되어 있는 코드북(251)에 포함된 각 그룹 패턴에 대한 모든 프리코딩 행렬에 대해 가장 큰 데이터 전송율을 갖는 프리코딩 행렬을 선택, 이에 대응하는 인덱스(예컨대, 그룹 패턴 인덱스 및 코드워드 인덱스)를 송신 장치(10)로 피드백할 수 있다.
본 발명에서, 수신 장치(20)의 저장부(250)는 송신 장치(10)와 동일한 코드북을 공유하고 있으며, 이 코드북은 복수의 안테나들(송신 안테나들 및/또는 수신 안테나들)을 복수의 패턴들로 그룹핑하고, 각 그룹 패턴에 대한 복수의 코드워드들이 설정된 코드북 정보를 포함할 수 있다.
복조부(220)는 채널 추정부(230)에서 추정된 채널 정보 및 채널 정보 생성부(240)에서 선택한 그룹 패턴 및 프리코딩 행렬을 이용하여 복수의 안테나(210)를 통해 수신한 데이터를 검출 및 복조한다.
대규모 다중안테나 시스템은 한정된 공간에 많은 안테나를 배치하기 때문에 안테나 간에 상관관계가 클 가능성이 높다. 따라서, 본 발명에서는 안테나 그룹핑을 통해 상관 관계가 높은 안테나들을 하나의 그룹으로 묶고 이에 대한 코드북을 새롭게 생성하게 된다. 예컨대, 본 발명에서는 안테나 그룹핑을 통해 상관 관계가 큰 안테나들을 하나의 그룹으로 그룹핑하고, 상기 그룹핑에 기반하여 기존 코드북을 조합함으로써 새로운 코드북을 생성할 수 있다. 이에 대한 상세한 방법의 예시는 도 4의 설명에서 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서의 송신 단말을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 송신 단말(10)은 스케쥴러(310), 변조부(320), 프리코딩부(330) 및 저장부(340)를 포함할 수 있다.
스케쥴러(310)는 수신 단말(20)로부터 수신한 피드백 정보(예컨대, 그룹 패턴 정보 및 코드워드 인덱스)에 기초하여 프리코딩 매트릭스를 선택하고, 수신 단말(20)로 전송하고자 하는 데이터를 스케쥴링한다. 이를 위해, 스케쥴러(310)는 저장부(340)에 미리 저장된 코드북 정보(341)를 확인할 수 있다. 상기 저장부(340)에 저장된 코드북 정보(341)는 전술한 바와 같이 수신 장치(20)의 저장부(250)에 저장된 코드북 정보(251)와 동일한 코드북을 공유하고 있으며, 이 코드북은 복수의 안테나들(송신 안테나들 및/또는 수신 안테나들)을 복수의 패턴들로 그룹핑하고, 각 그룹 패턴에 대한 복수의 코드워드들이 설정된 코드북 정보를 포함할 수 있다.
변조부(320)는 수신 장치(20)로 전송할 데이터를 변조하며, 프리코딩부(330)는 변조된 데이터를 프리코딩하여, 복수의 안테나를 통해 통신 네트워크(30)로 전송한다. 일 예로, 수신 장치(20)로 전송할 데이터는 병렬화되어 제공될 수 있으며, 프리코딩부(330)는 병렬 변환된 데이터에 프리코딩 행렬을 적용하는 방식으로 프리코딩을 수행할 수 있다. 여기에서, 프리코딩 행렬은 수신 장치(20)로부터 피드백된 채널 상태 정보 즉, 그룹 패턴 정보 및 코드워드 인덱스를 통해 획득할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 코드북 생성 방법을 나타낸 순서도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따라 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑할 수 있다.
상기 복수의 패턴들로 그룹핑한 각 그룹 패턴에 대해 복수의 코드워드들을 설정함으로써 코드북을 생성할 수 있다.
이때, 상기 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑하는 방법은, 상기 각 안테나들 간의 상관 관계를 고려하여 상대적으로 상관 관계가 큰 안테나들이 동일 그룹을 형성하도록 그룹핑할 수 있다.
보다 구체적으로, 코드북을 생성하기 위해 상기 복수의 안테나들을 임의의 패턴으로 그룹핑(401)하고, 기설정된 코드워드들 중에서 상기 그룹핑된 안테나의 수에 대응하여 최적화된 코드워드를 선택(403)할 수 있다.
그런 다음, 지정된 조건을 만족하도록 코드워드를 재배열하고, 상기 그룹핑한 그룹 패턴 및 상기 재배열된 코드워드(예컨대, 슈퍼 코드워드)에 기반하여 코드북(예컨대, 슈퍼 코드북)을 생성(405)할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 상기 지정된 조건은 상기 코드워드를 독립 동일 분포(independent identically distributed; i.i.d.) 채널 특성이 유지되도록 재배열하는 것을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따라, 슈퍼 코드북, 슈퍼 코드워드, 및 패턴 행렬을 생성하는 구체적인 예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 코드북의 차원 축소를 위해 안테나를 개의 패턴으로 그룹핑한다. 예를 들어 송신 안테나의 개수 M=8이고 B1=1인 경우에, 8개의 송신 안테나를 2가지 패턴으로 그룹핑함으로써 2개의 그룹 패턴을 생성할 수 있다. 예컨대, 상기 8개의 송신 안테나들을 ((1,2,3,4), (5,6,7,8)), 및 ((1,3,5), (2,4,6,7,8)) 같이 2가지의 패턴으로 그룹핑할 수 있다.
상기 B1에 따라 그룹 패턴을 미리 결정하면 새로운 패턴 행렬 Ψ를 생성한다. 수신 안테나 N=2인 경우, 8×2의 패턴 행렬을 생성한다. 이 패턴 행렬 안에 작은 사이즈를 가진 코드워드를 패턴에 맞게 배열한다.
예를 들어, 상기 2가지의 그룹 패턴들 중 그룹 패턴이 ((1,2,3,4),(5,6,7,8))인 경우에, 하기 <수학식 5>와 같이 4×2의 코드워드 2개를 이용하여 하기 <수학식 6>과 같은 8×2의 패턴 행렬 Ψ를 생성할 수 있다.
또한, 상기 2가지의 그룹 패턴들 중 그룹 패턴이 ((1,3,5),(2,4,6,7,8))인 경우에, 하기 <수학식 7>와 같이 3×2 및 5×2의 코드워드 2개를 이용하여 하기 <수학식 8>과 같은 8×2의 패턴 행렬 Ψ를 생성할 수 있다.
즉, 각 코드워드의 구성 요소(element)들이 각 그룹 패턴에 대응하도록 배치된다. 상기에서는 설명의 편의를 위해 파워 조절은 생략하였다.
여기서 기존의 코드북을 형성하는 각 코드워드 Φi,j가 Mi×N의 크기를 가진다고 가정하면 Di,k는 M×Mi의 크기를 가진다. 그리고, k번째의 그룹 패턴을 라고 가정하고 Di,k의 (m,n) 구성 요소(element)를 dm,n,i,k이라고 정의하면, dm,n,i,k는 하기 <수학식 10>과 같이 설정된다.
이와 같이, 그룹 패턴 및 코드워드를 이용하여 k번째 패턴과 j번째 슈퍼 코드워드에 해당하는 패턴 행렬을 생성할 수 있다.
따라서, 수신 단말(20)은 상기 생성된 코드북에서 현재 측정된 채널에 대응하는 그룹 패턴 및 코드워드를 선택하여 그 인덱스를 채널 정보로 포함하여 송신 단말(10)로 피드백할 수 있다. 이때, 상기 피드백되는 정보의 비트수는 B = B1 + B2 개로서, B1은 복수의 그룹 패턴들 중 해당 그룹 패턴에 대응하는 인덱스에 대한 비트 수이며, B2는 복수의 코드워드들 중 해당 코드워드에 대응하는 인덱스에 대한 비트 수를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 수신 단말에서의 채널 정보 전송 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5를 참조하면, 전술한 바와 같이 수신 단말(20)에서는 송신 단말(10)로부터 전송된 데이터 스트림을 수신하여 채널을 추정(501)할 수 있다.
그런 다음, 상기 추정된 채널에 기초하여 기저장된 코드북(예컨대, 슈퍼 코드북)으로부터 최적의 그룹 패턴 및 코드워드(예컨대, 슈퍼 코드워드)를 선택(503)할 수 있다.
다음으로, 수신 단말(20)은 상기 선택된 정보(예컨대, 그룹 패턴에 대한 인덱스 및 코드워드 인덱스)를 포함하여 채널 정보를 생성(505)할 수 있다.
마지막으로, 상기 수신 단말(20)은 상기 생성된 채널 정보를 송신 단말(10)로 전송(507)할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 송신 단말에서의 데이터 전송 방법을 나타낸 순서도이다. 도 6을 참조하면, 송신 단말(10)은 수신 단말(20)로부터 전송된 채널 정보를 수신하고, 상기 수신된 채널 정보에 기초하여 전송할 데이터 스트림에 대한 스케쥴링(601)을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 상기 송신 단말(10)은 상기 수신된 채널 정보에 포함된 그룹 패턴 정보 및 코드워드 인덱스에 기초하여 코드북(예컨대, 슈퍼 코드북)으로부터 프리코딩 행렬을 선택(603)할 수 있다.
다음으로, 송신 단말(10)은 상기 스케쥴링된 데이터 스트림에 대해 상기 선택된 프리코딩 행렬에 의해 프리코딩 처리(605)를 할 수 있다. 이때, 상기 프리코딩 처리는 전술한 <수학식 2>에 의해 처리될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
마지막으로, 상기 송신 단말(10)은 상기 프리코딩된 데이터 스트림을 수신 단말(20)로 전송(607)한다.
도 7은 본 발명에 따른 송신 단말과 수신 단말 간의 처리 절차를 나타낸 신호 흐름도이다. 도 7은 수신 장치(20)인 기지국이 송신 장치(10)인 단말로부터 무선 신호를 수신하는 경우를 예로 들어 도시하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 기지국이 송신 장치로 동작하고 단말이 수신 장치로 동작하는 경우에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 송신 장치 및 수신 장치가 반드시 어느 한 쪽이 기지국이고 다른 한 쪽이 단말인 경우로 한정하지 않으며, 기지국 간의 통신 또는 단말 간의 통신에도 본 발명이 적용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 단말은 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 스마트 모바일 장치, UMPC (Ultra Mobile PC), 워크스테이션, 넷북(net-book), PDA (Personal Digital Assistants), 포터블(portable) 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablet), 모바일 폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), PMP(portable multimedia player), 등 다양한 전자 장치일 수 있다. 특히. 본 발명의 다양한 실시 예에서, 단말은 도 8에 도시된 바와 같이 고속으로 이동 가능한 이동 수단, 예를 들어 열차에 마련되는 것으로, 이동 장치의 운행을 제어하기 위한 동작들을 수행하는 단말기일 수 있다.
도 7을 참조하면, 먼저 수신 장치(20)에서는 채널을 측정(701)하고 측정된 채널에 의해 하기 <수학식 11>과 같이 최적의 그룹 패턴 k*, 및 코드워드 j*를 선택(703)한다.
상기 선택된 최적의 그룹 패턴 및 코드워드에 대한 인덱스 k* 및 j* 는 비트 값으로 채널 정보에 포함하여 송신 장치(10)로 전송(705)된다.
한편, 송신 장치(10)에서는 상기 수신 단말(20)로부터 피드백된 정보를 확인하고, 코드북에 저장된 정보를 이용하여 프리코딩 행렬로서 패턴 행렬 를 구성(707)하여 빔포밍 행렬로 사용한다. 즉, 상기 선택된 프리코딩 행렬을 이용하여 전송하고자 하는 데이터를 프리코딩하여 수신 단말(20)로 전송(711)하게 된다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 단말 20 : 기지국
30 : 통신 네트워크 210 : 다중 안테나
220 : 복조부 230 : 채널 추정부
240 : 채널 정보 생성부 250 : 저장부
251 : 코드북 정보 310 : 스케쥴러
320 : 변조부 330 : 프리 코딩부
340 : 저장부 341 : 코드북 정보
30 : 통신 네트워크 210 : 다중 안테나
220 : 복조부 230 : 채널 추정부
240 : 채널 정보 생성부 250 : 저장부
251 : 코드북 정보 310 : 스케쥴러
320 : 변조부 330 : 프리 코딩부
340 : 저장부 341 : 코드북 정보
Claims (10)
- 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법으로서,
복수의 안테나를 통해 수신된 신호들로부터 채널 상태를 추정하는 단계;
상기 추정된 채널 상태에 기초하여 미리 저장된 코드북 정보로부터 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑한 그룹 패턴 및 코드워드를 선택하는 단계; 및
상기 선택된 그룹 패턴 및 코드워드의 인덱스를 포함하는 채널 정보를 수신 단말로 전송하는 단계를 포함하는, 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방법은,
복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑하고, 각 그룹 패턴에 대한 복수의 코드워드들이 설정된 코드북 정보를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑하는 방법은,
상기 각 안테나들 간의 상관 관계를 고려하여 상대적으로 상관 관계가 큰 안테나들이 동일 그룹을 형성하도록 그룹핑하는 것을 특징으로 하는, 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 코드북 정보를 저장하는 단계는,
상기 복수의 안테나들을 임의의 패턴으로 그룹핑하는 단계;
기설정된 코드워드들 중에서 상기 그룹핑된 안테나의 수에 대응하여 최적화된 코드워드를 선택하는 단계;
지정된 조건을 만족하도록 코드워드를 재배열하는 단계; 및
상기 그룹핑한 그룹 패턴 및 상기 재배열된 코드워드에 기반하여 코드북 정보를 생성하고, 상기 생성된 코드북 정보를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 지정된 조건을 만족하도록 코드워드를 재배열하는 단계는,
독립 동일 분포(independent identically distributed) 채널 특성이 유지되도록 코드워드를 재배열하는 것을 특징으로 하는, 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 방법.
- 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 장치에 있어서,
복수의 안테나를 통해 수신된 신호들로부터 채널 상태를 추정하는 채널 추정부; 및
상기 추정된 채널 상태에 기초하여 미리 저장된 코드북 정보로부터 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑한 그룹 패턴 및 코드워드를 선택하고, 상기 선택된 그룹 패턴 및 코드워드의 인덱스를 포함하는 채널 정보를 생성하는 채널 정보 생성부를 포함하는, 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 장치는,
복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑하고, 각 그룹 패턴에 대한 복수의 코드워드들이 설정된 코드북 정보를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 복수의 안테나들을 복수의 패턴들로 그룹핑하는 방법은,
상기 각 안테나들 간의 상관 관계를 고려하여 상대적으로 상관 관계가 큰 안테나들이 동일 그룹을 형성하도록 그룹핑하는 것을 특징으로 하는, 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 저장부에 저장된 상기 코드북 정보는,
상기 복수의 안테나들을 임의의 패턴으로 그룹핑하고, 상기 그룹핑된 안테나의 수에 대응하여 최적화된 코드워드를 선택하고, 지정된 조건을 만족하도록 코드워드를 재배열하여 생성되는 것을 특징으로 하는, 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 지정된 조건을 만족하도록 코드워드를 재배열하는 방법은,
독립 동일 분포(independent identically distributed) 채널 특성이 유지되도록 코드워드를 재배열하는 것을 특징으로 하는, 다중 안테나 시스템에서의 채널 상태 정보 전송 장치.
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