WO2012036481A2 - 다중 안테나와 빔 포밍을 이용한 데이터 전송장치 및 방법 - Google Patents

다중 안테나와 빔 포밍을 이용한 데이터 전송장치 및 방법 Download PDF

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WO2012036481A2
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly, to an apparatus and method for data transmission using multiple antennas and beamforming.
  • each cell does not consider other cells, and when a communication is performed between a base station and a terminal while maintaining a frequency reuse factor of '1' at the same time and frequency band, The closer the terminal is to the boundary, the poorer the performance due to signal distortion and interference from other cells due to power reduction of the received signal.
  • the cooperative transmission / reception method may be called a coordinated multiple point (CoMP) transmission / reception scheme in the Long Term Evolution-Advanced (LTE-A) standard.
  • the cooperative multipoint transmission / reception scheme widely refers to a method in which different base stations or multiple transmitters cooperate to perform communication with the same terminal. That is, a method in which a plurality of base stations cooperates to perform downlink transmission or uplink reception, and includes a plurality of base stations cooperatively performing downlink or uplink scheduling.
  • This method can improve the transmission power gain and signal sensitivity for terminals with weak signal strength compared to terminals in the cell center region or in the region with poor signal reception sensitivity in the cell boundary region or poor signal reception sensitivity. As a result, the transmission rate of the entire system can be improved by effectively removing the influence of interference.
  • Multi-antenna technology is a technique for increasing capacity or improving performance by using multiple antennas in a transmitter or receiver of a wireless communication system.
  • the multi-antenna technique increases the number of transmitting antennas and receiving antennas simultaneously by completing the pieces of fragmented data received from the multiple antennas without relying on a single antenna path to receive one entire message. Since the theoretical channel transmission capacity increases in proportion to, the frequency efficiency can be improved.
  • the strength of a received signal of a terminal located at a cell boundary or a terminal located in a region having poor reception sensitivity can be increased.
  • such a method may interfere with a terminal in another cell, and if the number of transmitting antennas is increased to eliminate such interference, there is a problem in that power loss occurs due to a narrow beam width.
  • An object of the present invention is to provide a data transmission apparatus using multiple antennas and beamforming.
  • Another object of the present invention is to provide a data receiving apparatus using multiple antennas and beamforming.
  • Another technical problem of the present invention is to provide a data transmission method using multiple antennas and beamforming.
  • Another technical problem of the present invention is to provide a data receiving method using multiple antennas and beamforming.
  • Another technical problem of the present invention is to provide a beam forming method for maintaining a constant beam width.
  • a transmitter in a multiple antenna system includes a modulator configured to generate a modulation symbol by constellation mapping of input bits, and a precoded symbol by multiplying the modulation symbol by a precoding matrix. And a plurality of transmit antennas for transmitting the precoded symbols.
  • the plurality of transmit antennas are divided into two antenna groups, and the transmit antennas of the first antenna group are arranged one by one at a first distance along a first direction. Transmit antennas of the second antenna group are arranged one by one for each of the first distances along the second direction.
  • the first direction and the second direction are parallel to each other and located on the same plane.
  • a terminal in a multiple antenna system includes a receiving antenna for receiving a precoded symbol based on a precoding matrix from a base station, a deprecoding unit for generating a modulation symbol by multiplying the precoded symbol by a precoding inverse matrix, and an output bit by demodulating the modulation symbol. It includes a demodulator to generate.
  • the elements of the precoding matrix are determined such that the terminal receives signals of the same phase on the same plane.
  • the transmission method may include generating modulation symbols by constellation mapping of input bits, generating a precoded symbol by multiplying the modulation symbols by a precoding matrix, and using the plurality of transmit antennas to terminal the precoded symbols. Transmitting to.
  • the plurality of transmit antennas are divided into two antenna groups, and each antenna group forms a linear linear array with respect to a direction in which a signal is to be transmitted.
  • each antenna group should be arranged in the same plane as the direction in which the signal is to be transmitted.
  • each antenna group should be arranged at a distance so that a signal propagation path may be different when transmitting a signal to the same terminal.
  • the plurality of transmit antennas are divided into two antenna groups, and the transmit antennas of the first antenna group are arranged at a first distance along the first direction.
  • Transmit antennas of the second antenna group are arranged one by one for each of the first distances along the second direction.
  • the first direction and the second direction are parallel to each other and located on the same plane.
  • a method of receiving a signal in a multi-antenna system includes receiving a precoded symbol based on a precoding matrix from a base station, generating a modulation symbol by multiplying the precoded symbol by a precoding inverse matrix, and demodulating the modulation symbol to generate an output bit. It includes a step.
  • the elements of the precoding matrix are determined such that the terminal receives signals of the same phase on the same plane.
  • a modulation unit for generating a modulation symbol by constellation mapping the input bits, a precoding unit for generating a precoded symbol by multiplying the modulation symbol by a precoding matrix, and the precoded symbol
  • a transmission apparatus including a plurality of transmitting antennas for transmitting.
  • the plurality of transmit antennas are divided into two antenna groups, the transmit antennas of the first antenna group are arranged in a straight line at a first distance, and the transmit antennas of the second antenna group are in parallel with the transmit antennas of the first antenna group. It may be arranged at the first distance.
  • a method of generating a modulation symbol by constellation mapping an input bit, multiplying the modulation symbol by a precoding matrix, and generating a precoded symbol, and using the plurality of transmit antennas comprising transmitting a coded symbol to a terminal.
  • the plurality of transmit antennas are divided into two antenna groups, the transmit antennas of the first antenna group are arranged in a straight line at a first distance, and the transmit antennas of the second antenna group are in parallel with the transmit antennas of the first antenna group. It may be arranged at the first distance.
  • a method of receiving a signal in a multi-antenna system includes receiving a precoded symbol based on a precoding matrix from a base station, generating a modulation symbol by multiplying the precoded symbol by a precoding inverse matrix, and demodulating the modulation symbol to generate an output bit. It includes a step.
  • the precoding matrix comprises a plurality of elements, the values of which can be determined such that the terminal receives a signal of the same phase on the same plane.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless communication system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a wireless communication system in a multi-cell environment.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an example of a beam forming method using multiple antennas.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating another example of a beamforming method using multiple antennas.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an antenna array for implementing beamforming and a distance difference between propagation paths between signals emitted from each antenna when signals are emitted at a radiation angle ⁇ .
  • 6 is a simulation result showing a propagation pattern of an actual signal when beamforming using four linearly arranged transmit antennas.
  • FIG. 7 is a simulation result showing a propagation pattern of an actual signal when beamforming using eight linear arrayed antennas.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a transmitter having multiple antennas according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an arrangement of transmitting antennas according to two antenna groups according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows a method of configuring each element of a precoding matrix according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a receiving apparatus according to an example of the present invention.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a signal transmission method of a base station using a plurality of transmit antennas according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating an example of a beamforming method using multiple antennas according to the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an arrangement of transmit antennas according to two antenna groups according to another example of the present invention.
  • 15 is an example of a simulation result for comparing beamforming by various transmission antenna arrays.
  • 16 is another example of a simulation result comparing beamforming by various transmission antenna arrays.
  • 17 is another example of a simulation result comparing beamforming by various transmission antenna arrays.
  • 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
  • CDMA may be implemented with a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA may be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • OFDMA may be implemented in a wireless technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA).
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • 3rd Generation Partnership Project (3GPP) long term evolution (LTE) is part of an Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA, and employs OFDMA in downlink and SC-FDMA in uplink.
  • LTE-A Advanced is the evolution of 3GPP LTE.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless communication system.
  • This may be a network structure of an Evolved-Universal Mobile Telecommunications System (E-UMTS).
  • E-UMTS Evolved-Universal Mobile Telecommunications System
  • LTE Long Term Evolution
  • Wireless communication systems are widely deployed to provide various communication services such as voice, packet data, and the like.
  • an Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network includes a base station (BS) 20 that provides a control plane and a user plane.
  • BS base station
  • the UE 10 may be fixed or mobile and may be called by other terms such as a mobile station (MS), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), a wireless device, and the like.
  • the base station 20 generally refers to a station communicating with the terminal 10, and may be referred to as other terms such as an evolved-NodeB (eNB), a base transceiver system (BTS), and an access point.
  • eNB evolved-NodeB
  • BTS base transceiver system
  • One base station 20 may provide a service for at least one cell.
  • An interface for transmitting user traffic or control traffic may be used between the base stations 20.
  • downlink means communication from the base station 20 to the terminal 10
  • uplink means communication from the terminal 10 to the base station 20.
  • the downlink is also called a forward link, and the uplink is also called a reverse link.
  • the transmitter may be part of the base station 20 and the receiver may be part of the terminal 10.
  • uplink the transmitter may be part of the terminal 10
  • the base stations 20 may be connected to each other through an X2 interface.
  • the base station 20 is connected to an Evolved Packet Core (EPC), more specifically, a Mobility Management Entity (MME) / Serving Gateway (S-GW) 30 through an S1 interface.
  • EPC Evolved Packet Core
  • MME Mobility Management Entity
  • S-GW Serving Gateway
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • FDMA Frequency Division Multiple Access
  • SC-FDMA Single-Carrier FDMA
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • the layers of the radio interface protocol between the terminal and the network are based on the lower three layers of the Open System Interconnection (OSI) model, which are well known in communication systems. It may be divided into a second layer L2 and a third layer L3. Among them, the physical layer belonging to the first layer provides an information transfer service using a physical channel, and is a radio resource control (RRC) layer located in the third layer. The role of controlling the radio resources between the terminal and the network. To this end, the RRC layer exchanges RRC messages between the UE and the network.
  • OSI Open System Interconnection
  • the physical downlink control channel informs the UE about resource allocation of the PCH and downlink-shared channel (DL-SCH) and hybrid automatic repeat request (HARQ) information related to the DL-SCH.
  • the PDCCH may carry a downlink grant including control information related to downlink transmission to an MS and an uplink grant including control information related to uplink transmission.
  • the control information for downlink transmission includes information on resource allocation, information on modulation and coding, information on HARQ process, new data indicator, information on redundancy version, power Contains information about the control.
  • the control information about downlink transmission further includes information related to precoding.
  • Scheduling control information for uplink transmission includes resource allocation information, hopping information, modulation and coding information, HARQ process information, new data indicator, power control information, and reference signal resources for demodulation.
  • Information on the CQI (channel quality information) transmission request information When multiple antennas are supported in uplink transmission, precoding related information such as downlink control information may be transmitted.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a wireless communication system in a multi-cell environment.
  • one UE communicates with a plurality of cells according to a cooperative transmission scheme between cells.
  • the cooperative transmission method widely refers to a method in which different multiple cells cooperate to perform communication with one terminal.
  • a plurality of cooperating cells are called cooperative cells, and a plurality of cooperating base stations are called cooperative eNBs.
  • the cooperative transmission method is also called a coordinated multiple point (COM) transmission method in LTE-A.
  • One base station may manage a plurality of cells, but for convenience of description, it is assumed that one base station manages one cell.
  • Cooperative base stations are largely composed of primary and secondary base stations.
  • the primary base station may be called a serving BS, and the secondary base station may be called a neighboring BS or another BS.
  • the primary base station may transmit downlink scheduling information for the terminal in the secondary base station as well as downlink scheduling information for the terminal in the primary base station.
  • the secondary base station may or may not transmit downlink scheduling information for the terminal.
  • each cell does not consider other cells, and when a communication is performed between a base station and a terminal while maintaining a frequency reuse factor of '1' at the same time and frequency band, The closer the terminal is to the boundary, the poorer the performance due to interference from other cells.
  • the wireless communication system includes a plurality of base stations 200-1, 200-2,..., And terminals 210-1, 210-2, and 210-3.
  • Each base station belongs to one cell.
  • Each base station includes one or a plurality of transmit antennas.
  • the terminal 210-1 belongs to the first cell Cell1. Accordingly, the first cell Cell1 is a main cell or serving cell, and the base station 200-1 is a main base station or serving base station. Meanwhile, the terminal 210-1 is located at the boundary between the first cell Cell1, the second cell Cell2, and the third cell Cell3. Therefore, not only the base station 200-1, which is the main base station, but also the base stations 200-2 and base station 200-3, which are auxiliary base stations, may have a great influence on the terminal 210-1. Accordingly, the base station 200-1, the base station 200-2, and the base station 200-3 are cooperative base stations, and cooperatively transmit data to the terminal 210-1. Therefore, the reception performance of the terminal 210-1 can be improved by minimizing the interference signal.
  • the cooperative base station may be appropriately determined in consideration of the distance between the terminal and the neighboring base station, SINR, transmission efficiency (Spectral Efficiency), and the like.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an example of a beam forming method using multiple antennas.
  • the base station 300 includes multiple antennas 305-1, 305-2,..., 305 -N, and beams to the terminals 320-1 and 320-2 in the cell 310.
  • beamforming is an antenna implementation in which energy radiated from an antenna is intensively radiated along a specific direction.
  • the purpose of beamforming is to receive a signal from a desired direction or to transmit a signal in a desired direction.
  • beamforming by controlling the phase information for each antenna, the interference of the surroundings is removed by adjusting the strength of the signal according to the position angles of the base station 300 and the terminals 320-1 and 320-2. It can improve performance.
  • Smart antennas may be implemented using multiple antennas 305-1, 305-2, ... 305-N to increase efficiency. Although only two terminals 320-1 and 320-2 are illustrated in FIG. 3, this is only an example, and the number of terminals less than or equal to that in the cell 310 may communicate with the base station 300. 3 shows that the shape of the beam changes according to the radiation angle of the radio wave. Details thereof will be described together with the simulation results of FIGS. 6 and 7.
  • the beam width (beam width) can be spread widely or narrowly narrowed according to the radiation angle.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating another example of a beamforming method using multiple antennas.
  • the cell 410 is divided into a plurality of sectors 410-1, 410-2, and 410-3, and an antenna of each sector transmits a signal based on beamforming.
  • the first terminal 420-1 is located in the first sector 410-1
  • the second terminal 420-2 is located in the second sector 410-2. Since the first terminal 420-1 and the second terminal 420-2 are located in different sectors, communication is performed based on different system information, frequency bands, or transmission parameters.
  • the linear array antennas in charge of each sector 410-1, 410-2, and 410-3 do not transmit signals to terminals existing in other sectors, but when performing cooperative transmission and reception between cells, beams are transmitted to terminals existing in other sectors.
  • the signal is transmitted through forming or precoding.
  • the linear array antenna transmits a signal with a very large radiation angle, and thus, when transmitting a signal to a terminal existing in a corresponding sector, a signal having a larger width is transmitted.
  • the power received by the terminal during cooperative transmission and reception between cells is reduced, and interference occurs over a wide area.
  • the width of the beam formed by the antenna of the second sector 410-2 is relatively wider than that when the radiation angle is 0 ° so that the second terminal (located in the second sector 410-2) 420-2).
  • the second terminal 420-2 may escape from the interference of the signal.
  • finer beam width is the same concept as increasing resolution.
  • a method of narrowing the beam width there is a method of increasing the number of antennas. For example, increasing the conventional antenna from four antennas for beamforming to eight antennas can increase the beam width. In this case, however, the beam width becomes less than the inherent angular spread of the beam, and power loss may occur.
  • the strength of the signal transmitted to the terminal may be weakened.
  • a cooperative transmission scheme is called an intra-cell cooperative transmission scheme or an intra-cell CoMP.
  • a plurality of base stations performing wireless communication with a terminal through a cooperative transmission method is called an inter-cell cooperative transmission method or an inter-cell CoMP.
  • the inter-cell cooperative transmission method since channel information and / or control information about a plurality of base stations must be shared, communication is performed through a very complicated step. In addition, there is a risk of transmission delay, there is a limit in efficiency.
  • the inter-cell cooperative transmission method since one base station performs all control and series of communication processes, communication can be performed in a relatively simple manner without additional transmission delay.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an antenna array for implementing beamforming and a distance difference between propagation paths between signals emitted from each antenna when signals are emitted at a radiation angle ⁇ .
  • each of the signals x 1 , x 2 , x 3 , x 4 transmitted by the four antennas 510-1, 510-2, 510-3, and 510-4 reaches one terminal 520, These are signals that the terminal observes relatively.
  • the angle of departure (AOD) through which the signals are propagated may be equal to ⁇ .
  • the radiation angle is an angle at which the path of the signal radiated toward the terminal forms the antenna.
  • the signals x 1 , x 2 , x 3 , x 4 have the following characteristics.
  • Signal x 2 is leading in phase by dsin ⁇ relative to signal x 1 .
  • signal x 3 is again out of phase with signal d 2 compared to signal x 2 .
  • the phase lags of signals x 1 , x 2 , and x 3 are 3dsin ⁇ , 2dsin ⁇ , and dsin ⁇ , respectively. That is, a constant phase difference occurs between the signals x 1 , x 2 , x 3 , and x 4 received by the terminal 520.
  • the new beamforming considering the distance d between the four antennas 510-1, 510-2, 510-3, and 510-4 and the radiation angle ⁇ so that the terminal 520 can receive signals of the same phase.
  • a method of multiplying a beam forming matrix by a transmit symbol in advance may be considered. For example, by lagging the signal of each antenna by a certain phase, it is possible to eliminate the phase leading phenomenon that occurs when the terminal 520 is reached.
  • the beamforming matrix V is as shown in Equation 1 below.
  • an element of 1 in the beamforming matrix V is an element for transmitting the signal as it is, and an element of e -jdsin ⁇ is an element for delaying the phase of the signal by dsing ⁇ .
  • phase leading or phase lagging may be phase leading or phase lagging depending on which signal is referenced.
  • the lagging phase signal may be added by a certain phase, and the beamforming matrix V may have a different shape.
  • AoD means radiation angle
  • 6 is a simulation result showing a propagation pattern of an actual signal when beamforming using four linearly arranged transmit antennas.
  • the x-axis is the beam width and the y-axis is the signal strength (dB).
  • the beam width of the signal becomes larger when the radiation angle is 0 °, 45 °, and 60 °. This means that depending on the radiation angle, there is a difference in beam width.
  • the beam width is wide for each radiation angle, and the beam width is not constant for each radiation angle. The large and non-uniform beam width indicates a high probability of interference.
  • FIG. 7 is a simulation result showing a propagation pattern of an actual signal when beamforming using eight linear arrayed antennas.
  • the x axis is the beam width and the y axis is the signal strength.
  • the beam width of the signal when the radiation angles are 0 °, 45 °, and 60 ° is generally fine.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a transmitter having multiple antennas according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the transmitter 800 includes a modulator 805, a precoding unit 810, a transmission processor 815, and a plurality of transmit antennas 820-1, 820-2. ..., 820-N, 820- (N + 1), ..., 820-2N) and a precoding matrix construct 825.
  • the modulator 805 generates constellation mapping by constellation mapping the input bits.
  • the input bit may include control information related to transmission of information of the user plane or radio resource allocation.
  • Constellation mapping means mapping at least one input bit to one constellation point on a complex plane. For example, one bit is mapped to 1 or -1 in binary phase shift keying (BPSK) modulation, and 2 bits are mapped to 1, j, -1, -j in quadrature phase shift keying (QPSK) modulation.
  • BPSK binary phase shift keying
  • QPSK quadrature phase shift keying
  • Modulation includes 8PSK, Quadrature Amplitude Modulation (QAM), etc. in addition to the BPSK and QPSK.
  • the precoding unit 810 generates a precoded symbol by multiplying the precoding matrix formed by the precoding matrix configuration unit 825 by the modulation symbol.
  • the precoding matrix may be called a beamforming vector.
  • the precoded symbol may be generated in the following manner.
  • V is a 2N ⁇ 1 precoding matrix
  • S is a precoded symbol.
  • the precoding matrix V consists of 2N elements. Further, each element of the precoding matrix V is arranged in an array of a plurality of transmit antennas 820-1, 820-2, ..., 820-N, 820- (N + 1), ..., 820-2N. According to the phase of a particular pattern.
  • the transmission processor 815 generates a transmission symbol for the precoded symbol by using an OFDM modulation scheme or an SC-FDMA modulation scheme.
  • the transmission symbol may be an OFDM symbol or an SC-FDMA symbol.
  • the transmission processor 815 performs an FFT (Fast Fourier Transform) in the frequency domain on the precoded symbol, and performs an Inverse FFT (IFFT) in the time domain on the precoded symbol to generate an OFDM symbol.
  • the transmission processor 815 performs a DFT (Descrete Fourier Transform) in the frequency domain on the precoded symbol, and performs an IFFT in the time domain on the precoded symbol to generate an SC-FDMA symbol.
  • a plurality of transmitting antennas 820-1, 820-2, ..., 820-N, 820- (N + 1), ..., 820-2N transmit the transmission symbols to the receiving apparatus.
  • the plurality of transmit antennas 820-1, 820-2, ..., 820-N, 820- (N + 1), ..., 820-2N may have several array patterns according to an array pattern. It can be divided into antenna groups.
  • the plurality of transmit antennas 820-1, 820-2, ..., 820-N, 820- (N + 1), ..., 820-2N are divided into two antenna groups. This will be described in more detail with reference to FIG. 9.
  • a first antenna group consists of transmit antennas 915-1, 915-2, 915-3, and 915-4, and a second antenna group includes transmit antennas 915-5, 915-. 6, 915-7, 915-8).
  • Such an array of transmit antennas is referred to as a 2x4 linear array or a two-dimensional (2D) array or a planar array.
  • Transmit antennas 915-1, 915-2, 915-3, and 915-4 of the first antenna group are arranged one by one at a first distance d 1 along the first direction, and transmit the second antenna group.
  • Antennas 915-5, 915-6, 915-7, and 915-8 are arranged one by one each of the first distance d 1 along the second direction. In this case, the first direction and the second direction are parallel to each other and located on the same plane.
  • the distance d 2 is constant.
  • the radiation angle of the beam formed by each antenna group is theoretically -90 ° to 0 ° to 90 ° on the same plane.
  • N 4 and only two antenna groups have been described as examples, but the technical concept of the present invention may be applied to two or more antenna groups as well as the case where N> 4.
  • the precoding matrix constructing unit 825 configures a precoding matrix to be used for precoding the modulation symbol by referring to the arrangement of the plurality of transmit antennas.
  • the configuration of the precoding matrix means a process of determining each element of the precoding matrix. More specifically, the configuration of the precoding matrix means a process of adjusting the phase component of each element.
  • Precoding matrix configuration unit 825 is the first antenna group (820-1, 820-2, ..., 820-N) and the second antenna group (820- (N + 1), ..., Each element of the precoding matrix V may be determined such that 820-2N) transmits a signal having the same phase on the same plane for a specific terminal.
  • FIG. 10 shows how the precoding matrix constructing unit 825 configures each element of the precoding matrix V when signals are transmitted in the arrangement of the antenna groups as shown in FIG. 8.
  • the phase of the signal x observed by the terminal depends on which transmit antenna the signal x is transmitted through.
  • the signal that is changed by the phase p k and reaches the terminal is referred to as x k .
  • the signals transmitted by each transmit antenna of the first antenna group are x 1 , x 2 , x 3 , and x 4 .
  • the phases of x 1 , x 2 , and x 3 are lagging by 3d 1 sin ⁇ , 2d 1 sin ⁇ , and d 1 sin ⁇ , respectively.
  • ⁇ is the radiation angle at which the signal transmitted from the transmitting antenna to the terminal is formed with the transmitting antenna.
  • the signal transmitted by each transmit antenna of the second antenna group is x 5 , x 6 , x 7 , x 8 .
  • the phase of the x 8 is d 2 cos ⁇ , d 2 cos ⁇ - d 1 sin ⁇ , d 2 cos ⁇ -2d 1 sin ⁇ , d 2 cos ⁇ -3d 1 sin ⁇ as behind each .
  • a phase difference d 2 cos ⁇ is additionally generated in the signal of the second antenna group.
  • the phase difference between transmit antennas in the same antenna group is dominant in the sin component, but the phase difference between different antenna groups can be seen that the cos component additionally works.
  • the terminal should receive the signal x.
  • the signal received by the terminal is x 1 , x 2 , x 3 , x 4 , x 5 , x 6 , x 7 , x 8 , which are signals of different phases. If the phase difference between the signals becomes 180 degrees, they cancel each other out and become zero. In this case, even if the base station transmits a signal, the terminal cannot detect the signal. Therefore, in order to prevent such a problem, the phase difference must be properly compensated. That is, the signal phase difference between transmitting antennas in the same group and the signal phase difference between transmitting antennas between different groups should be compensated. This can be solved by adding a phase component to each element of the precoding matrix V as shown in Equation (3).
  • the phase component of each element of the precoding matrix is a function of the radiation angle ⁇ , the value d 1 of the distance between transmitting antennas in the same antenna group and the value d 2 of the distance between different antenna groups. Accordingly, the precoding matrix configuration unit 825 must know or receive input about the information on the distance and the radiation angle of the transmitting antenna in advance.
  • the precoding matrix V is assumed that the radiation angle of the beam formed by each antenna group is defined as a horizontal component on the same plane, the range is -60 ° ⁇ 0 ° ⁇ + 60 °. If the vertical component of the radiation angle of the beam is considered, the precoding matrix V should be configured in consideration of the angle ⁇ of the vertical component, which will be described later.
  • Each element of the precoding matrix V corresponds to one transmit antenna each. Since the element in the first row is 1, this means that the signal x 1 transmitted through the first transmit antenna is not subjected to a separate phase correction.
  • the element of row 2 is e -jd1sin ⁇ . That is, the precoding matrix constructing unit 825 applies phase correction by -d 1 sin ⁇ to the original x 2 . Thus, the phase when the signal x 2 which has undergone precoding reaches the terminal becomes equal to x 1 .
  • the element of row 6 is e d2cos ⁇ -jd1sin ⁇ . That is, the precoding matrix constructing unit 825 applies phase correction by d 2 cos ⁇ jd 1 sin ⁇ to x 6 .
  • each signal x 1 , x 2 , x 3 , x 4 , x 5 , x 6 , x 7 , x 8 may be regarded as a signal having the same phase from the terminal's point of view.
  • Equation 3 since the phases of the remaining signals are earlier than the signal x 1 , the precoding matrix is configured in such a manner that the phases of the remaining signals are out of phase. However, when referring to other signals (e.g., signal x 4 ), the precoding matrix must be constructed in such a way as to advance the phase of the remaining signals. In this way, each element of the precoding matrix may be a phase leading or a phase lagging depending on which signal is determined based on a signal.
  • the beam widths formed in the plurality of transmitting antennas are adjusted to the total radiation angle. It can be kept constant over time. For example, if the transmit antennas are arranged such that d 1 and d 2 are smaller than a predetermined threshold a, the beam width can be kept at a level smaller than a certain angle. Accordingly, a beam formed for a specific terminal can reduce power loss without causing interference of signals from other cells or sectors.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a receiving apparatus according to an example of the present invention.
  • the reception apparatus 1100 includes a plurality of reception antennas 1105-1,..., 1105 -M, a reception processor 1110, a de-precoding unit 1115, and a demodulator. (demodulator, 1120).
  • the plurality of receiving antennas 1105-1, ..., 1105-M receive a radio signal from the transmitter.
  • the radio signal includes a transmission symbol, and the transmission symbol may be an OFDM symbol or an SC-FDMA symbol.
  • the radio signal is composed of a plurality of signals, and the plurality of signals each have the same phase in terms of the receiver 1100 by phase adjustment. .
  • the reception processor 1110 extracts a precoded symbol by performing OFDM demodulation or SC-FDMA demodulation on the transmission symbol.
  • OFDM demodulation is obtained by performing IFFT and FFT on the transmission symbol.
  • SC-FDMA demodulation is obtained by performing IFFT and DFT on the transmission symbol.
  • the deprecoding unit 1115 multiplies the precoded inverse by the precoding inverse matrix and extracts a modulation symbol.
  • the demodulator 1120 demodulates the modulation symbol to extract an output bit.
  • the receiver 1100 may receive signals of the same phase from a plurality of transmit antennas.
  • the 2D array of the transmit antenna and the precoding matrix taking into account the 2D array structure according to the present invention can have a greater effect, especially in a cooperative multipoint transmission / reception system.
  • a terminal located at a cell boundary receives a beam at both cells.
  • another terminal that does not need to receive the beam is subjected to interference by the beam.
  • the beams transmitted by the plurality of transmitting antennas have almost no difference in the widths of the beams when the radiation angle is 60 ° and when the radiation angle is 0 °.
  • the width of the beam does not vary significantly depending on the size of the radiation angle is that the phase component of each element of the precoding matrix V is composed of a sin component and a cos component.
  • the change in sin component is relatively weak and the change in cos component is prominent.
  • the change of cos component is relatively weak and the change of sin component is remarkable.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a signal transmission method of a base station using a plurality of transmit antennas according to an embodiment of the present invention.
  • the base station modulates an input bit to generate a modulation symbol (S1200).
  • the base station configures a precoding matrix to be used for precoding the modulation symbol (S1205).
  • the size of the precoding matrix is determined depending on the number of transmit antennas. For example, if the number of transmit antennas is N, the size of the precoding matrix is N ⁇ M. Here, M may be the number of layers or the number of ranks input to the precoding matrix.
  • Each element constituting the precoding matrix includes a phase component for adjusting the phase of each signal radiated from the plurality of transmit antennas to the terminal from the viewpoint of the terminal. The phase component is determined based on the arrangement of the plurality of transmit antennas provided in the base station. Therefore, if the precoding matrix is N ⁇ 1, N precoded symbols having different phase components are generated.
  • the base station multiplies the modulation symbol by the configured precoding matrix to generate a precoded symbol (S1210).
  • the base station generates a transmission symbol by performing OFDM modulation or SC-FDMA modulation on the precoded symbols (S1215).
  • the transmission symbol may be an OFDM symbol or an SC-FDMA symbol. If the precoded symbols are N, N transmission symbols are also generated, which are each transmitted through N transmit antennas.
  • the base station transmits the transmission symbol to the terminal through a plurality of transmission antennas (S1220).
  • the plurality of transmit antennas are divided into two antenna groups.
  • the transmit antennas of the first antenna group are arranged one by one for each first distance along the first direction
  • the transmit antennas of the second antenna group are arranged one by one for the first distance along the second direction.
  • the first direction and the second direction are parallel to each other and located on the same plane.
  • An angle formed by the signals radiated from the plurality of transmission antennas with the terminal is called a radiation angle
  • the phase component is determined according to the radiation angle
  • the phase component again determines an element of the precoding matrix. Accordingly, the precoding matrix corrects the phase of the transmission symbol.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating an example of a beamforming method using multiple antennas according to the present invention. This is a beamforming method according to the intracellular cooperative transmission method.
  • a cell 1300 is divided into a first sector, a second sector, and a third sector.
  • the terminal 1305 is located near the boundary of the first sector and receives a signal from the first sector and the third sector according to the intra-cell cooperative transmission scheme. Both the first beam bean 1 formed from the transmission antenna of the first sector and the second beam 2 formed from the transmission antenna of the third sector face the terminal 1305.
  • the first beam and the second beam form a radiation angle of 60 ° or more with the transmission antenna of each sector. Nevertheless, the width of the beam does not widen and remains constant so that no power loss occurs, and most of the transmission power is transmitted to the terminal as it is. In addition, the problem that a shadowed area due to interference occurs near a boundary of a sector is also solved.
  • the radiation angle is formed on the same plane as the first antenna group and the second antenna group of each sector.
  • the transmitting antenna is generally located at a higher altitude than the terminal. Therefore, in reality, the radiation angle of the beam formed from the transmitting antenna includes not only the horizontal component ⁇ , which is the angle on the same plane, but also the vertical component ⁇ .
  • the terminal since the vertical component ⁇ will be nearly 0 °, the terminal may be considered to be located on the same plane, and the precoding matrix described above may be vertical. It is assumed that component? In the case of considering the vertical component of the radiation angle for finer phase adjustment, the beam of the transmitting antenna is formed as shown in FIG. 14.
  • N 4.
  • the phase component of the precoding matrix is determined by the vertical component ⁇ of the radiation angle formed by the terminal 1420 and the transmission antennas 1415-1, 1415-2,. May be defined as Equation 4 below.
  • the vertical component ⁇ is an offset parameter for correcting a phase difference between signals transmitted from each of the 2D arrayed transmission antennas 1415-1, 1415-2, ..., 1415-8, and is different for each terminal 1420. Is set.
  • the x-axis is the beam width and the y-axis is the signal's maximum magnitude, fixed at 1, to plot the relative gain.
  • the beam width is the narrowest and the resolution is high.
  • the beam widths of the four linearly arranged transmit antennas and the 2D arranged transmit antenna are almost the same.
  • the x-axis is the beam width and the y-axis is the signal's maximum magnitude, fixed at 1, to plot the relative gain.
  • the beam width is still the narrowest and the resolution is high.
  • the beam width of the 2D arranged transmit antenna is larger than when using 8 linearly arranged transmit antennas and smaller than when using 4 linearly arranged transmit antennas.
  • the four linearly arranged transmit antennas exhibit beam spread in the direction of increasing AoD, the 2D arrayed transmit antenna maintains a stable beam shape.
  • the x-axis is the beam width, and the y-axis is the relative strength, with the signal strength fixed at 1 as the maximum magnitude.
  • the beam width of the 2D arrayed transmit antenna is almost similar to the case of using eight linearly arranged transmit antennas.
  • the beam widths of the 2D arrayed transmission antennas are substantially constant in the range of ⁇ 20 ° to + 20 ° according to the change of the radiation angle. This is because, as described above, the phase component included in each element of the precoding matrix is composed of a cos component and a sin component. As the radiation angle changes, the cos component and sin component alternately dominate, maintaining the beam width.
  • a processor such as a microprocessor, a controller, a microcontroller, an application specific integrated circuit (ASIC), or the like according to software or program code coded to perform the function.
  • ASIC application specific integrated circuit

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Abstract

다중 안테나와 빔 포밍을 이용한 데이터 전송장치 및 방법을 제공한다. 이러한 본 발명은 입력비트를 성상맵핑하여 변조심벌을 생성하는 변조부, 상기 변조심벌에 프리코딩 행렬을 곱하여 프리코딩된 심벌을 생성하는 프리코딩부, 및 상기 프리코딩된 심벌을 전송하는 복수의 송신 안테나를 개시한다. 방사각에 관계없이 일정한 빔 폭을 지원하여 각도퍼짐에 의한 전력손실을 막고, 큰 방사각에서의 음영지역 발생을 해결할 수 있다.

Description

다중 안테나와 빔 포밍을 이용한 데이터 전송장치 및 방법
본 발명은 무선통신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중 안테나와 빔 포밍을 이용한 데이터 전송장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 다중 셀룰러 통신 시스템에서 각 셀이 다른 셀들을 고려하지 않고, 동일한 시간 및 주파수 대역에서 주파수 재사용도 (frequency reuse factor) ‘1’을 유지한 상태에서 기지국과 단말간의 통신이 이루어지게 될 경우 셀 경계에 가깝게 위치한 단말일수록 수신 신호의 전력 감소로 인한 신호의 왜곡(distortion) 및 다른 셀들로부터의 간섭으로 인하여 성능이 매우 열악해진다.
이러한 전력 감소 및 간섭에 의한 성능 악화 현상을 극복하기 위하여 지금까지 여러 기법들이 연구되었으며, 그 중 한 기법으로서 다중 셀간 또는 다중 전송단 간 협조적 송수신 방법(Coorperative Transmission and Reception Scheme)이 논의되고 있다. 협조적 송수신 방법은 LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 표준에서는 협력형 다중점(Coordinated Multiple Point; CoMP) 송수신 방식이라 불리기도 한다. 협력형 다중점 송수신 방식은 서로 다른 기지국 또는 다중 전송단이 협력하여 동일 단말과 통신을 수행하는 방법을 널리 지칭한다. 즉, 복수의 기지국이 협력하여 하향링크 전송 또는 상향링크 수신을 수행하는 방식으로서, 여기에는 복수의 기지국이 협력하여 하향링크 또는 상향링크 스케줄링을 수행하는 것이 포함된다. 이 방식은 셀간 경계지역 또는 신호 수신 감도가 열악한 지역에 있어 셀의 중심지역 또는 신호 수신 감도가 좋은 지역에 있는 단말에 비해 신호의 세기가 약한 단말들에게 송신 전력 이득과 신호 감도를 향상시켜줄 수 있고, 간섭의 영향을 효과적으로 제거하여 전체 시스템의 전송률을 향상시킬 수 있다.
다중 안테나 기술은 무선통신 시스템의 송신기 또는 수신기에서 다중 안테나를 사용하여 용량증대 혹은 성능개선을 꾀하는 기술이다. 다중 안테나 기술은 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고 다중 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술송신 안테나의 수와 수신 안테나의 수를 동시에 늘리게 되면, 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가하므로, 주파수 효율을 향상시킬 수 있다.
다중 안테나 기술과 협조적 송수신 방법을 접목하면, 셀 경계의 단말 또는 수신 감도가 열악한 지역에 위치한 단말의 수신신호의 세기를 증대시킬 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 다른 셀에 있는 단말에 간섭을 줄 수 있으며, 이러한 간섭을 제거하기 위해 송신 안테나의 수를 증가시키면 빔의 폭(beam width)이 좁아져서 전력손실이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는 다중 안테나와 빔 포밍을 이용한 데이터 전송장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 다중 안테나와 빔 포밍을 이용한 데이터 수신장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 다중 안테나와 빔 포밍을 이용한 데이터 전송방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 다중 안테나와 빔 포밍을 이용한 데이터 수신방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 빔 폭을 일정하게 유지하는 빔 포밍방법을 을 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 전송장치를 제공한다. 상기 전송장치는 입력비트(input bit)를 성상맵핑(constellation mapping)하여 변조심벌(modulation symbol)을 생성하는 변조부, 상기 변조심벌에 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 곱하여 프리코딩된 심벌(precoded symbol)을 생성하는 프리코딩부, 및 상기 프리코딩된 심벌을 전송하는 복수의 송신 안테나를 포함한다.
상기 복수의 송신 안테나는 2개의 안테나 그룹으로 나뉘고, 제1 안테나 그룹의 송신 안테나들은 제1 방향을 따라 제1 거리마다 하나씩 배열된다. 제2 안테나 그룹의 송신 안테나들은 제2 방향을 따라 상기 제1 거리마다 하나씩 배열된다. 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 평행하고 동일 평면상에 위치한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 다중 안테나 시스템에서의 단말을 제공한다. 상기 단말은 기지국으로부터 프리코딩 행렬을 기초로 프리코딩된 심벌을 수신하는 수신 안테나, 상기 프리코딩된 심벌에 프리코딩 역행렬을 곱하여 변조심벌을 생성하는 디프리코딩부, 및 상기 변조심벌을 복조하여 출력비트를 생성하는 복조부를 포함한다.
상기 프리코딩 행렬은 상기 단말이 동일 평면상의 동일한 위상의 신호를 수신하도록, 각 요소가 결정된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 전송방법을 제공한다. 상기 전송방법은 입력 비트를 성상맵핑하여 변조심벌을 생성하는 단계, 상기 변조심벌에 프리코딩 행렬을 곱하여 프리코딩된 심벌을 생성하는 단계, 및 복수의 송신 안테나를 이용하여 상기 프리코딩된 심벌을 단말로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 송신 안테나는 2개의 안테나 그룹으로 나뉘고, 각 안테나 그룹은 신호를 전송하고자 하는 방향에 대하여 1차 선형 배열을 형성한다. 각 안테나 그룹은 신호를 전송하고자 하는 방향과 동일 평면상에 존재하도록 배치하는 것을 원칙으로 하며, 또한 각 안테나 그룹은 동일 단말에 신호 전송 시 신호의 전파 경로가 다를 수 있도록 거리를 두고 배치한다.
또는, 상기 복수의 송신 안테나는 2개의 안테나 그룹으로 나뉘고, 제1 안테나 그룹의 송신 안테나들은 제1 방향을 따라 제1 거리마다 하나씩 배열된다. 제2 안테나 그룹의 송신 안테나들은 제2 방향을 따라 상기 제1 거리마다 하나씩 배열된다. 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 평행하고 동일 평면상에 위치한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 다중 안테나 시스템에서의 신호의 수신방법을 제공한다. 상기 수신방법은 기지국으로부터 프리코딩 행렬을 기초로 프리코딩된 심벌을 수신하는 단계, 상기 프리코딩된 심벌에 프리코딩 역행렬을 곱하여 변조심벌을 생성하는 단계, 및 상기 변조심벌을 복조하여 출력비트를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 프리코딩 행렬은 상기 단말이 동일 평면상의 동일한 위상의 신호를 수신하도록, 각 요소가 결정된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 입력 비트를 성상맵핑하여 변조심벌을 생성하는 변조부, 상기 변조심벌에 프리코딩 행렬을 곱하여 프리코딩된 심벌을 생성하는 프리코딩부, 및 상기 프리코딩된 심벌을 전송하는 복수의 송신 안테나들을 포함하는 전송장치를 개시한다. 복수의 송신 안테나들은 2개의 안테나 그룹들로 나뉘고, 제1 안테나 그룹의 송신 안테나들은 일직선상에서 제1 거리로 배열되고, 제2 안테나 그룹의 송신 안테나들은 상기 제1 안테나 그룹의 송신 안테나들과 평행선 상에서 상기 제1 거리로 배열될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 입력 비트를 성상맵핑하여 변조심벌을 생성하는 단계, 상기 변조심벌에 프리코딩 행렬을 곱하여 프리코딩된 심벌을 생성하는 단계, 및 복수의 송신 안테나를 이용하여 상기 프리코딩된 심벌을 단말로 전송하는 단계를 포함하는 전송방법을 개시한다. 복수의 송신 안테나들은 2개의 안테나 그룹들로 나뉘고, 제1 안테나 그룹의 송신 안테나들은 일직선상에서 제1 거리로 배열되고, 제2 안테나 그룹의 송신 안테나들은 상기 제1 안테나 그룹의 송신 안테나들과 평행선 상에서 상기 제1 거리로 배열될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 다중 안테나 시스템에서의 신호의 수신방법을 제공한다. 상기 수신방법은 기지국으로부터 프리코딩 행렬을 기초로 프리코딩된 심벌을 수신하는 단계, 상기 프리코딩된 심벌에 프리코딩 역행렬을 곱하여 변조심벌을 생성하는 단계, 및 상기 변조심벌을 복조하여 출력비트를 생성하는 단계를 포함한다. 프리코딩 행렬은 복수의 요소들을 포함하고, 상기 복수의 요소들은 상기 단말이 동일 평면상의 동일한 위상의 신호를 수신하도록, 그 값들이 결정될 수 있다.
방사각에 관계없이 일정한 빔 폭을 지원하여 각도퍼짐에 의한 전력손실을 막고, 큰 방사각에서의 음영지역 발생을 해결할 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 다중 셀 환경의 무선 통신시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 다중 안테나를 이용한 빔 포밍(beam forming) 방법의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 4는 다중 안테나를 이용한 빔 포밍 방법의 다른 예를 나타내는 개념도이다.
도 5는 빔 포밍을 구현하기 위한 안테나 배열(antenna array) 및 방사각 θ로 신호가 방사될 시 각 안테나에서 방사된 신호 간 전파 경로의 거리차에 대한 도면이다.
도 6은 선형배열된 4개의 송신 안테나를 이용한 빔 포밍시 실제 신호의 전파 패턴을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 7은 8개의 선형배열된 안테나를 이용한 빔 포밍시 실제 신호의 전파 패턴을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 다중 안테나를 구비한 송신장치를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 예에 따른 2개의 안테나 그룹에 따른 송신 안테나의 배열을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 프리코딩 행렬의 각 요소를 구성하는 방법을 보여준다.
도 11은 본 발명의 일 예에 따른 수신장치를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 예에 따른 복수의 송신 안테나를 이용한 기지국의 신호 전송방법을 설명하는 순서도이다.
도 13은 본 발명에 따른 다중 안테나를 이용한 빔 포밍 방법의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 14는 본 발명의 다른 예에 따른 2개의 안테나 그룹에 따른 송신 안테나의 배열을 나타내는 도면이다.
도 15는 여러가지 송신 안테나 배열에 의한 빔 형성을 비교하는 시뮬레이션 결과의 일 예이다.
도 16은 여러가지 송신 안테나 배열에 의한 빔 형성을 비교하는 시뮬레이션 결과의 다른 예이다.
도 17은 여러가지 송신 안테나 배열에 의한 빔 형성을 비교하는 시뮬레이션 결과의 또 다른 예이다.
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 통신 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.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 이는 E-UMTS(Evolved- Universal Mobile Telecommunications System)의 망 구조일 수 있다. E-UMTS 시스템은 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 할 수도 있다. 무선 통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, E-UTRAN(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network)은 제어 평면(control plane)과 사용자 평면(user plane)을 제공하는 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다.
단말(10; User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(Wireless Device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 지점(station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)은 적어도 하나의 셀에 대해 서비스를 제공할 수 있다. 기지국(20) 간에는 사용자 트래픽 혹은 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수도 있다. 이하에서 하향링크(downlink)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링크는 순방향 링크(forward link)라고도 하며, 상향링크는 역방향 링크(reverse link)라고도 한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(20)의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말(10)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(10)의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국(20)의 일부분일 수 있다.
기지국(20)들은 X2 인터페이스를 통하여 서로 연결될 수 있다. 기지국(20)은 S1 인터페이스를 통해 EPC(Evolved Packet Core), 보다 상세하게는 MME(Mobility Management Entity)/S-GW(Serving Gateway, 30)와 연결된다. S1 인터페이스는 기지국(20)과 MME/S-GW(30) 간에 다수-대-다수 관계(many-to-many-relation)를 지원한다.
무선통신 시스템에 적용되는 다중 접속 방식에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single-Carrier FDMA), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 또는 공지된 다른 변조 기술들과 같은 다중 접속 기법들에 기초할 수 있다. 이들 변조 기법들은 통신 시스템의 다중 사용자들로부터 수신된 신호들을 복조하여 통신 시스템의 용량을 증가시킨다.
단말과 네트워크 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol)의 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호접속 (Open System Interconnection; OSI) 모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 제1 계층(L1), 제2 계층(L2), 제3 계층(L3)으로 구분될 수 있다. 이 중에서 제1 계층에 속하는 물리계층은 물리채널(physical channel)을 이용한 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공하며, 제3 계층에 위치하는 무선 자원 제어(radio resource control; 이하 RRC라 함) 계층은 단말과 네트워크 간에 무선 자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC 계층은 단말과 네트워크 간에 RRC 메시지를 서로 교환한다.
물리계층에서 사용되는 몇몇 하향링크 물리 제어채널들이 있다. PDCCH(physical downlink control channel)는 단말에게 PCH와 DL-SCH(downlink-shared channel)의 자원 할당 및 DL-SCH와 관련된 HARQ(hybrid automatic repeat request) 정보에 대해 알려준다. PDCCH는 단말에게 하향링크 전송에 관련된 제어정보를 포함하는 하향링크 그랜트(downlink grant) 및 상향링크 전송에 관련된 제어정보를 포함하는 상향링크 그랜트(uplink grant)를 나를 수 있다. 하향링크 전송에 관한 제어정보는 자원 할당에 대한 정보, 변조 및 코딩에 관한 정보, HARQ 프로세스(process)에 관한 정보, 신규 데이터 지시자(new data indicator), 반복 버젼(redundancy version)에 대한 정보, 전력제어에 대한 정보를 포함한다. 다중 안테나 시스템에서, 하향링크 전송에 관한 제어정보는 프리코딩(precoding)에 관련된 정보를 더 포함한다.
상향링크 전송에 관한 스케줄링 제어정보는 자원 할당에 대한 정보, 호핑 정보(hopping information), 변조 및 코딩에 대한 정보, HARQ 프로세스에 대한 정보, 신규 데이터 지시자, 전력제어 정보, 복조를 위한 기준신호의 자원에 관한 정보, CQI(channel quality information) 전송 요청 정보를 포함한다. 상향링크 전송에서 다중 안테나가 지원되는 경우 하향링크 제어정보와 같이 프리코딩 관련 정보가 전송될 수 있다.
도 2는 다중 셀 환경의 무선 통신시스템을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바에 따르면 하나의 단말은 셀간 협조적 전송 방법(cooperative transmission scheme)에 따라 복수의 셀들과 통신을 수행한다. 협조적 전송 방법은 서로 다른 다중 셀이 협력하여 하나의 단말과 통신을 수행하는 방법을 널리 지칭한다. 협조하는 복수의 셀들을 협조적 셀들(cooperative cells)이라 하고, 협조하는 복수의 기지국을 협조적 기지국들(cooperative eNBs)라 한다. 협조적 전송 방법은 LTE-A에서는 COMP(coordinated multiple points) 전송 방식이라 불리기도 한다. 하나의 기지국은 복수의 셀을 관할할 수 있으나, 이하에서 설명의 편의를 위해 하나의 기지국은 하나의 셀을 관할하는 것으로 가정한다.
협조적 기지국들은 크게 주요 기지국과 보조 기지국으로 구성된다. 주요 기지국은 서빙 기지국(serving BS)이라 불리기도 하고, 보조 기지국은 인접 기지국(neighboring BS) 또는 타 기지국(other BS)이라 불리기도 한다. 주요 기지국에서는 상기 주요 기지국에서의 상기 단말을 위한 하향링크 스케줄링 정보뿐만 아니라, 보조 기지국에서의 상기 단말을 위한 하향링크 스케줄링 정보도 전송될 수 있다. 보조 기지국에서는 상기 단말을 위한 하향링크 스케줄링 정보가 전송될 수도 있고, 전송되지 않을 수도 있다.
일반적으로 다중 셀룰러 통신 시스템에서 각 셀이 다른 셀들을 고려하지 않고, 동일한 시간 및 주파수 대역에서 주파수 재사용도 (frequency reuse factor) ‘1’을 유지한 상태에서 기지국과 단말간의 통신이 이루어지게 될 경우 셀 경계에 가깝게 위치한 단말일수록 다른 셀들로부터의 간섭으로 인하여 성능이 매우 열악해진다.
이러한 간섭에 의한 성능 악화 현상을 극복하기 위하여 지금까지 여러 기법들이 연구되었으며, 그 중 한 기법으로서 다중 셀간 협조적 전송 방법을 이용할 경우 간섭의 영향을 효과적으로 제거하여 전체 시스템의 전송률을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 무선 통신 시스템은 복수의 기지국(200-1, 200-2, …) 및 단말(210-1. 210-2, 210-3)을 포함한다. 각 기지국은 하나의 셀에 속한다. 각 기지국은 하나 또는 복수의 송신 안테나를 포함한다.
단말(210-1)은 제1 셀(Cell1)에 속해 있다. 따라서, 제1 셀(Cell1)은 주요셀 또는 서빙셀이고, 기지국(200-1)은 주요 기지국 또는 서빙 기지국이다. 한편, 단말(210-1)은 제1 셀(Cell1), 제2 셀(Cell2) 및 제3 셀(Cell3)의 경계에 위치한다. 따라서, 주요 기지국인 기지국(200-1)뿐만 아니라, 보조 기지국들인 기지국(200-2) 및 기지국(200-3)도 단말(210-1)에게 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 기지국(200-1), 기지국(200-2) 및 기지국(200-3)은 협조적 기지국으로서, 단말(210-1)에게 협조적으로 데이터를 전송한다. 따라서, 간섭 신호를 최소화하여 단말(210-1)의 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
협조적 기지국이 단말(210-1)에게 협조적으로 데이터 신호를 전송하는 경우, 제4, 제5, …, 제K 기지국이 전송하는 신호는 단말(210-1)에게 간섭 신호가 된다. 주요 기지국 및 보조 기지국의 인덱스 집합은 S ={1, 2, 3}으로, 간섭 신호를 전송하는 인접 기지국의 인덱스 집합은 I = {4, 5, …, K}로 표현할 수 있다.
다만, 이는 셀 경계에 위치한 단말에게 주요 기지국 및 보조 기지국이 협조적 전송을 하는 경우의 일 예일 뿐, 협조적 전송을 하는 기지국 및 셀의 위치, 개수 등을 제한하는 것이 아니다. 협조적 기지국은 단말과 인접 기지국 사이의 거리, SINR, 전송 효율(Spectral Efficiency) 등을 고려하여 적절하게 정해질 수 있다.
도 3은 다중 안테나를 이용한 빔 포밍(beam forming) 방법의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 3을 참조하면, 기지국(300)은 다중 안테나(305-1, 305-2,...305-N)를 구비하고, 셀(310)내의 단말(320-1, 320-2)에 빔 포밍 기반으로 신호를 전송한다. 무선통신에서 빔 포밍은 안테나에서 방사된 에너지가 특정한 방향을 따라서 집중적으로 방사되는 안테나 구현 방식이다. 빔 포밍의 목적은 원하는 방향으로부터 신호를 수신하거나 원하는 방향으로 신호를 전달하는 것이다. 다중 안테나 시스템에서 빔 포밍을 이용하면, 각 안테나별로 위상정보를 컨트롤하여 기지국(300)과 단말(320-1, 320-2)의 위치각도에 따라 신호의 세기를 조절함으로써 주변의 간섭을 제거하여 성능을 높일 수 있다. 스마트 안테나는 효율성을 높이기 위해 다중 안테나(305-1, 305-2,...305-N)를 이용해 구현될 수 있다. 도 3에서 2개의 단말(320-1, 320-2)만을 도시하였으나, 이는 예시일 뿐 셀(310)내에는 그 이상 그 이하 수의 단말이 기지국(300)과 통신을 수행할 수 있다. 도 3은 전파의 방사각에 따라 빔의 형태가 변함을 나타낸다. 이에 대한 자세한 내용은 도 6 및 도 7의 시뮬레이션 결과와 함께 설명하도록 한다.
단말의 위치에 따라 형성되는 각각의 빔은, 그 빔 폭(beam width)이 방사각에 따라 넓게 퍼지거나, 좁게 편중될 수 있다.
도 4는 다중 안테나를 이용한 빔 포밍 방법의 다른 예를 나타내는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 셀(410)은 복수의 섹터(sector, 410-1, 410-2, 410-3)로 구별되고, 각 섹터의 안테나는 빔 포밍 기반으로 신호를 전송한다. 제1 단말(420-1)은 제1 섹터(410-1)에 위치하고, 제2 단말(420-2)은 제2 섹터(410-2)에 위치한다. 제1 단말(420-1)과 제2 단말(420-2)은 서로 다른 섹터에 위치하므로, 서로 다른 시스템 정보, 주파수 대역, 또는 전송 파라미터를 기초로 통신을 수행한다. 각 섹터(410-1, 410-2, 410-3)를 담당하는 선형배열 안테나는 다른 섹터에 존재하는 단말에 신호를 전송하지 않으나, 셀간 협조적 송수신을 수행하는 경우 다른 섹터에 존재하는 단말에 빔 포밍 또는 프리코딩을 통해 신호를 전송하게 된다.
이 때 선형배열 안테나는 대단히 큰 방사각으로 신호를 전송하게 되며, 따라서 담당하는 섹터내에 존재하는 단말에 신호를 전송하는 경우 보다 넓이가 큰 빔을 사용하여 신호를 전송하게 된다. 그 결과 셀간 협조적 송수신시 단말이 수신하는 전력이 감소하며 또한 넓은 영역에 걸쳐 간섭이 발생하게 된다.
예를 들어, 제2 섹터(410-2)가 제1 섹터(410-1)에 위치하는 제1 단말(420-1)에 대해 신호를 전송한다고 가정하자. 이 때, 제2 섹터(410-2)의 안테나에서 형성되는 빔의 폭은, 방사각이 0°인 때와 비교하여 상대적으로 넓어져서 제2 섹터(410-2)에 위치하는 제2 단말(420-2)에 간섭으로 작용한다.
이러한 간섭을 제거하기 위해, 제2 섹터(410-2)의 신호의 빔 폭(beam width)을 세밀하게 조정하면, 제2 단말(420-2)이 상기 신호의 간섭으로부터 벗어날 수 있다. 여기서, 빔 폭을 세밀하게 함은 레솔루션(resolution)을 증가시키는 것과 동일한 개념이다. 빔 폭을 세밀하게 하는 방법으로서, 안테나의 개수를 증가시키는 방법이 있다. 예를 들어, 기존에 빔 포밍을 위해 4개의 안테나를 사용하던 것을 8개의 안테나로 증가시키면, 빔 폭이 세밀해질 수 있다. 다만, 이 경우, 빔 폭이 빔의 고유한 각도퍼짐(angular spread) 미만으로 되어, 전력손실이 발생할 수 있다.
섹터 경계에 위치한 단말은 음영지역에 속하므로, 상기 단말로 전송되는 신호의 강도가 약해질 수 있다. 상기 단말에 대해 협조적 전송방식을 적용하면, 단말의 수신신호강도를 높일 수 있다. 이러한 협조적 전송방식을 셀내 협조적 전송방식(intra-cell cooperative transmission scheme) 또는 셀내 CoMP라 한다. 이에 반해 복수의 기지국이 협조적 전송방식에 의해 단말과 무선 통신을 수행하는 것을 셀간(inter-cell) 협조적 전송방식 또는 셀간 CoMP라 한다. 셀간 협조적 전송방식의 경우, 다수의 기지국에 관한 채널정보 및/또는 제어정보들을 공유하여야 하므로, 매우 복잡한 단계를 거쳐 통신이 수행된다. 또한 전송 지연 등이 발생할 우려가 있어 효율성에 한계가 있다. 반면, 셀내 협조적 전송방식은 하나의 기지국이 모든 제어 및 일련의 통신 과정을 수행하므로 비교적 간단한 방식으로 추가적인 전송 지연 없이 통신을 수행할 수 있다.
도 5는 빔 포밍을 구현하기 위한 안테나 배열(antenna array) 및 방사각 θ로 신호가 방사될 시 각 안테나에서 방사된 신호 간 전파 경로의 거리차에 대한 도면이다.
도 5를 참조하면, 기지국(500)에 4개의 안테나(510-1, 510-2, 510-3, 510-4)가 동일선상에서 일정한 거리 d마다 하나씩 배열된다. 이러한 배열을 1×4 선형 배열(linear array)라 한다. 4개의 안테나(510-1, 510-2, 510-3, 510-4)는 송신기의 안테나로서, 상기 송신기는 단말의 일부일 수도 있고, 기지국의 일부일 수도 있다. 여기서는 설명의 편의를 위해 기지국(500)의 일부라 가정한다. 4개의 안테나(510-1, 510-2, 510-3, 510-4)가 송출하는 각각의 신호 x1, x2, x3, x4는 모두 하나의 단말(520)에 도달하는 때에, 단말이 상대적으로 관찰하는 신호들이다. LoS(Line of Sight)의 상태에서 단말(520)이 기지국과 충분히 먼 거리에 있다고 가정할 때, 상기 신호들이 전파되는 방사각(angle of departure; AOD)은 모두 θ로 동일하다고 할 수 있다. 여기서, 방사각은 단말을 향해 방사되는 신호의 경로가 안테나와 이루는 각도이다.
단말의 입장에서 볼 때, 신호 x1, x2, x3, x4는 다음과 같은 특성을 가진다. 신호 x2는 신호 x1에 비하여 dsinθ만큼 위상이 앞선다(leading). 마찬가지로, 신호 x3은 신호 x2에 비하여 다시 dsinθ만큼 위상이 앞선다. 다시, 신호 x4를 기준으로 볼 때, 신호 x1, x2, x3의 위상 뒤짐은 각각 3dsinθ, 2dsinθ, dsinθ이다. 즉, 단말(520)이 수신하는 신호 x1, x2, x3, x4간에는 일정한 위상차가 발생한다.
따라서, 단말(520)이 동일한 위상의 신호들을 수신할 수 있도록, 4개의 안테나(510-1, 510-2, 510-3, 510-4)간의 거리 d와, 방사각 θ를 고려한 새로운 빔 포밍 행렬(beam forming matrix)을 미리 전송심벌(transmit symbol)에 곱하여 전송하는 방법이 고려될 수 있다. 예를 들어, 각 안테나의 신호를 일정한 위상만큼 뒤쳐지게함(lagging)으로써, 단말(520)에 도달할 때 발생하는 위상 앞섬 현상을 제거할 수 있다. 이 경우, 빔 포밍 행렬 V는 다음의 수학식 1과 같다.
수학식 1
Figure PCTKR2011006809-appb-M000001
수학식 1을 참조하면, 빔 포밍 행렬 V내에서 1인 요소(element)는 해당 신호를 그대로 전송하는 요소이고, e-jdsinθ인 요소는 해당 신호의 위상을 dsingθ만큼 늦추는 요소이다. 상기 빔 포밍 행렬 V를 이용하면, 각 안테나의 신호간에 발생하는 위상차를 제거할 수 있다.
물론, 이는 어느 신호를 기준으로 하느냐에 따라 위상 앞섬이 될 수도 있고, 위상 뒤짐(phase lagging)이 될 수도 있다. 신호의 위상이 상대적으로 뒤지는 경우, 뒤지는 위상의 신호를 일정 위상만큼 더할 수 있으며, 이때 상기 빔 포밍 행렬 V는 다른 형태를 띄게 된다.
이와 같이, 섹터 간 협조적 송수신(intra-cell CoMP) 방식에 대하여, 수학식 1에 따른 빔 포밍 행렬을 이용하는 경우, 안테나의 개수가 상대적으로 적으므로, 섹터의 경계 부근에서의 빔 폭이 상대적으로 넓게 퍼진다. 이는 섹터단위로 구분된 셀에서, 섹터간의 간섭을 증가시키고 전력손실을 일으키는 문제가 있다. 따라서, 빔 폭을 세밀하게 하기 위해, 전술된 바와 같이 안테나의 개수를 증가시킬 수 있으나, 이는 또 다른 문제점이 있다. 이는 도 6과 도 7의 시뮬레이션 결과에서 설명된다. 이하에서 AoD란 방사각을 의미한다.
도 6은 선형배열된 4개의 송신 안테나를 이용한 빔 포밍시 실제 신호의 전파 패턴을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 6을 참조하면, x축은 빔 폭(beam width)이고, y축은 신호의 세기(dB)이다. 이 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이, 방사각이 0°, 45°, 60°인 경우의 신호의 빔 폭은 점점 커진다. 이는 방사각에 따라서, 빔 폭에 차이가 있음을 의미한다. 대체적으로 각 방사각에 따른 빔 폭은 넓은 편이며, 방사각마다 빔 폭의 크기도 일정치 않다. 빔 폭의 크기가 넓고, 일정치 않다는 것은 그 만큼 간섭의 확률이 높음을 나타낸다.
도 7은 8개의 선형배열된 안테나를 이용한 빔 포밍시 실제 신호의 전파 패턴을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 7을 참조하면, x축은 빔 폭이고, y축은 신호의 세기이다. 이 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이, 도 6과 비교하여, 방사각이 0°, 45°, 60°인 경우의 신호의 빔 폭은 대체로 세밀한 편이다.
0°부근의 작은 방사각을 요구하는 단말에 신호를 전송시 신호는 대단히 높은 레솔루션을 가지고 전파된다. 무선통신에서 신호는 언제나 각도퍼짐(angular spread)을 가지고 전파되는데, 프리코딩(precoding)에 의한 빔 폭이 각도퍼짐에 비하여 좁을 경우 전송 전력의 일부를 단말에 전달할 수 없어 전력 손실이 발생한다. 즉, 선형배열에서 안테나의 수가 많으면 많을수록 간섭이 제거되는 대신, 각도퍼짐 환경에서 전력 손실이 발생하게 된다.
따라서, 방사각에 관계없이 일정한 빔 폭을 지원하여 각도퍼짐에 의한 전력손실을 막고, 큰 방사각에서의 음영지역 발생을 해결하는 안테나 배열 및 빔 포밍 행렬이 필요하다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 다중 안테나를 구비한 송신장치를 나타내는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 송신장치(800)는 변조부(modulator, 805), 프리코딩부(precoding unit, 810), 전송처리부(815), 복수의 송신 안테나(820-1, 820-2,..., 820-N, 820-(N+1),..., 820-2N) 및 프리코딩 행렬 구성부(825)를 포함한다.
변조부(805)는 입력 비트(input bit)를 성상맵핑(constellation mapping)하여, 변조심벌(modulation symbol)을 생성한다. 여기서, 입력 비트는 사용자 평면의 정보의 전송 또는 무선자원 할당과 관련된 제어정보를 포함할 수 있다. 성상맵핑이란, 적어도 하나의 입력 비트를 복소평면상의 하나의 성상점에 맵핑하는 것을 의미한다. 예를 들어, BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조에서는 1비트가 1 또는 -1에 맵핑되고, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조에서는 2비트가 1, j, -1, -j에 맵핑된다. 변조는 상기 BPSK, QPSK외에도, 8PSK, 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)등이 있다.
프리코딩부(810)는 프리코딩 행렬 구성부(825)에 의해 구성되는 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 상기 변조심벌에 곱하여 프리코딩된 심벌(precoded symbol)을 생성한다. 프리코딩 행렬은 빔포밍 벡터(beamforming vector)라 불릴 수도 있다. 프리코딩된 심벌은 다음의 수학식 2와 같은 방식으로 생성될 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2011006809-appb-M000002
여기서, x는 변조심벌이고, V는 2N×1의 프리코딩 행렬이며, S는 프리코딩된 심벌이다. 프리코딩 행렬 V는 2N개의 요소(element)로 구성된다. 또한, 프리코딩 행렬 V의 각 요소는 복수의 송신 안테나(820-1, 820-2,..., 820-N, 820-(N+1),..., 820-2N)의 배열에 따라 특정한 패턴의 위상을 가진다.
전송처리부(815)는 프리코딩된 심벌에 대해 OFDM 변조 방식 또는 SC-FDMA 변조 방식을 이용하여 전송심벌(transmission symbom)을 생성한다. 전송심벌은 OFDM 심벌 또는 SC-FDMA 심벌일 수 있다. 전송처리부(815)는 상기 프리코딩된 심벌에 대해 주파수 영역에서의 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하고, 다시 이에 대해 시간영역에서의 IFFT(Inverse FFT)를 수행하여, OFDM 심벌을 생성한다. 또는, 전송처리부(815)는 상기 프리코딩된 심벌에 대해 주파수 영역에서의 DFT(Descrete Fourier Transform)를 수행하고, 다시 이에 대해 시간영역에서의 IFFT를 수행하여, SC-FDMA 심벌을 생성한다.
복수의 송신 안테나(820-1, 820-2,..., 820-N, 820-(N+1),..., 820-2N)는 상기 전송심벌을 수신장치로 전송한다. 여기서, 복수의 송신 안테나(820-1, 820-2,..., 820-N, 820-(N+1),..., 820-2N)는 배열패턴(array pattern)에 따라 몇 개의 안테나 그룹(group)으로 나뉠 수 있다. 예를 들어, 복수의 송신 안테나(820-1, 820-2,..., 820-N, 820-(N+1),..., 820-2N)는 2개의 안테나 그룹으로 나뉜다. 이와 관하여는 도 9에서 보다 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 예에 따른 2개의 안테나 그룹에 따른 송신 안테나의 배열을 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해, 각 안테나 그룹당 송신 안테나의 개수 N=4라고 가정한다.
도 9를 참조하면, 제1 안테나 그룹은 송신 안테나들(915-1, 915-2, 915-3, 915-4)로 구성되고, 제2 안테나 그룹은 송신 안테나들(915-5, 915-6, 915-7, 915-8)로 구성된다. 이러한 송신 안테나의 배열을 2×4 선형배열 또는 2차원(2D)배열 또는 평면배열이라 한다.
제1 안테나 그룹의 송신 안테나들(915-1, 915-2, 915-3, 915-4)은 제1 방향(direction)을 따라 제1 거리 d1마다 하나씩 배열되고, 제2 안테나 그룹의 송신 안테나들(915-5, 915-6, 915-7, 915-8)은 제2 방향을 따라 상기 제1 거리 d1마다 하나씩 배열된다. 이 때, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 평행하고 동일 평면상에 위치한다. 또한, 상기 제1 안테나 그룹의 송신 안테나들(915-1, 915-2, 915-3, 915-4)과, 상기 제2 안테나 그룹의 송신 안테나들(915-5, 915-6, 915-7, 915-8)간의 거리 d2는 일정하다. 각 안테나 그룹이 형성하는 빔의 방사각은 동일 평면상에서 이론상 -90°~ 0°~ 90°이다.
도 9에서는 N=4이고, 2개의 안테나 그룹만을 예시로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 N>4인 경우뿐만 아니라, 2개 이상의 안테나 그룹에도 적용될 수 있음은 물론이다.
다시 도 8을 참조하면, 프리코딩 행렬 구성부(825)는 복수의 송신 안테나의 배열을 참조하여, 상기 변조심벌에 대한 프리코딩에 사용할 프리코딩 행렬을 구성한다. 프리코딩 행렬의 구성이란 프리코딩 행렬의 각 요소(element)를 결정하는 과정을 의미한다. 보다 상세하게는, 프리코딩 행렬의 구성이란, 상기 각 요소의 위상성분을 조정하는 과정을 의미한다. 프리코딩 행렬 구성부(825)는 상기 제1 안테나 그룹(820-1, 820-2,..., 820-N)과 상기 제2 안테나 그룹(820-(N+1),..., 820-2N)이 특정 단말에 대해 동일 평면상에서 동일한 위상의 신호를 전송하도록 프리코딩 행렬 V의 각 요소를 결정할 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 10에서는 도 8에서와 같은 안테나 그룹의 배열에서 신호가 전송되는 경우, 프리코딩 행렬 구성부(825)가 프리코딩 행렬 V의 각 요소를 구성하는 방법을 보여준다.
도 10을 참조하면, 제1 안테나 그룹과 제2 안테나 그룹에 속하는 모든 송신 안테나가 동일한 신호 x를 전송한다고 가정한다. 단말이 관찰하는 신호 x의 위상은, 신호 x가 어느 송신 안테나를 통해 전송되는지에 따라 달라진다. 이하에서, 동일한 신호 x가 제k 송신 안테나로 전송될 때 위상 pk만큼 변경되어 단말에 도달하는 신호를 xk이라 한다.
제1 안테나 그룹의 각 송신 안테나가 전송하는 신호는 x1, x2, x3, x4이다. x4를 기준으로 x1, x2, x3의 위상은 각각 3d1sinθ, 2d1sinθ, d1sinθ만큼 뒤쳐진다(lagging). 여기서, θ는 송신 안테나에서 단말로 전송되는 신호가 상기 송신 안테나와 이루는 각도인 방사각이다.
한편, 제2 안테나 그룹의 각 송신 안테나가 전송하는 신호는 x5, x6, x7, x8이다. x4를 기준으로 x5, x6, x7, x8의 위상은 각각 d2cosθ, d2cosθ-d1sinθ, d2cosθ-2d1sinθ, d2cosθ-3d1sinθ만큼 뒤쳐진다.
즉, 제2 안테나 그룹이 제1 안테나 그룹으로부터 일정한 거리 d만큼 떨어짐으로 인하여, 제2 안테나 그룹의 신호에는 위상차 d2cosθ가 추가적으로 발생한다. 동일한 안테나 그룹내의 송신 안테나간의 위상차는 sin 성분이 지배적(dominant)이나, 서로 다른 안테나 그룹간의 위상차는 cos 성분이 추가적으로 작용함을 알 수 있다.
단말은 신호 x를 수신하여야 하는데, 실제로 단말이 수신하는 신호는 서로 다른 위상의 신호들인 x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8이다. 만약, 신호간의 위상차가 180°가 되면, 서로 상쇄되어 0이 된다. 이 경우 기지국이 신호를 전송하여도 단말은 신호를 검출할 수 없다. 따라서, 이러한 문제를 방지하기 위하여 위상차를 적절히 보상해 주어야 한다. 즉, 동일한 그룹내에서의 송신 안테나간의 신호 위상차, 그리고 서로 다른 그룹간의 송신 안테나간의 신호 위상차가 보상되어야 한다. 이는 수학식 3과 같이 프리코딩 행렬 V의 각 요소에 위상성분(phase component)을 추가함으로서 해결될 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2011006809-appb-M000003
수학식 3을 참조하면, 상기 프리코딩 행렬의 각 요소의 위상성분은 방사각 θ, 동일 안테나 그룹내의 송신 안테나간의 거리의 값 d1 및 서로 다른 안테나 그룹간의 거리의 값 d2의 함수이다. 따라서, 프리코딩 행렬 구성부(825)는 송신 안테나의 거리에 관한 정보 및 방사각에 관한 정보를 미리 알고 있거나, 입력을 받아야 한다. 한편, 상기 프리코딩 행렬 V는 각 안테나 그룹이 형성하는 빔의 방사각은 동일 평면상에서 수평성분으로 정의되고, 그 범위는 -60°~ 0°~ +60°인 것으로 가정한다. 만약, 빔의 방사각의 수직성분까지 고려하면, 프리코딩 행렬 V는 수직성분의 각도 τ까지 고려하여 구성되어야 하며, 이에 관하여는 후술된다.
프리코딩 행렬 V의 각 요소는 각각 하나의 송신 안테나에 대응한다. 1행의 요소는 1이므로, 이는 제1 송신 안테나를 통해 전송되는 신호 x1에는 별도의 위상보정을 하지 않음을 의미한다. 한편, 2행의 요소는 e-jd1sinθ이다. 즉, 프리코딩 행렬 구성부(825)는 원래 x2에 -d1sinθ만큼의 위상보정을 적용한다. 이로써, 프리코딩을 거친 신호 x2가 단말에 도달할 때의 위상은 x1과 동일해진다. 또한, 6행의 요소는 ed2cosθ-jd1sinθ 이다. 즉, 프리코딩 행렬 구성부(825)는 원래 x6에 d2cosθ-jd1sinθ만큼의 위상보정을 적용한다. 이로써, 프리코딩을 거친 신호 x6이 단말에 도달할 때의 위상은 x1과 동일해진다. 이와 같은 방식에 의해, 각 신호 x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8는 단말의 입장에서 동일한 위상을 가진 신호로 여겨질 수 있다.
상기 수학식 3에서는 신호 x1보다 나머지 신호들의 위상이 앞서므로, 나머지 신호들의 위상을 위상 뒤쳐지게 하는 방식으로 프리코딩 행렬을 구성하였다. 그러나, 다른 신호(예를 들어, 신호 x4)를 기준으로 할 때에는, 나머지 신호들의 위상을 앞서게 하는 방식으로 프리코딩 행렬을 구성하여야 한다. 이와 같이 어느 신호를 기준으로 위상을 결정하느냐에 따라 프리코딩 행렬의 각 요소가 위상 앞섬이 될 수도 있고, 위상 뒤짐(phase lagging)이 될 수도 있다.
이와 같이 복수의 송신 안테나의 배열상태와, 각 송신 안테나의 위상을 보정하는 수학식 3의 프리코딩 행렬 V를 이용하면, 상기 복수의 송신 안테나에서 형성되는 빔 폭(beam width)을 전체 방사각에 걸쳐서 일정하게 유지할 수 있다. 예를 들어, d1과 d2를 일정 임계값 a보다 작도록 송신 안테나를 배열하면, 빔 폭은 일정 각도보다 작은 수준으로 유지할 수 있다. 이에 따라, 특정 단말에 대해 형성되는 빔은 다른 셀 또는 섹터로부터의 신호의 간섭을 일으키지 않고, 전력의 손실도 줄일 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 예에 따른 수신장치를 나타내는 블록도이다.
도 11을 참조하면, 수신장치(1100)는 복수의 수신 안테나(1105-1,..., 1105-M), 수신처리부(1110), 디프리코딩부(de-precoding unit, 1115) 및 복조부(demodulator, 1120)를 포함한다.
복수의 수신 안테나(1105-1,..., 1105-M)는 송신장치로부터 무선신호를 수신한다. 상기 무선신호는 전송심벌을 포함하고, 상기 전송심벌은 OFDM 심벌 또는 SC-FDMA 심벌일 수 있다. 복수의 송신 안테나가 빔포밍에 의해 상기 무선신호를 전송하는 경우, 상기 무선신호는 복수의 신호로 구성되고, 상기 복수의 신호는 각각 위상조정에 의해 수신장치(1100)의 관점에서 동일한 위상을 가진다.
수신처리부(1110)는 상기 전송심벌에 대해 OFDM 복조 또는 SC-FDMA 복조를 수행하여, 프리코딩된 심벌을 추출한다. OFDM 복조는, 상기 전송심벌에 대해 IFFT 및 FFT를 수행하여 얻어진다. SC-FDMA 복조는, 상기 전송심벌에 대해 IFFT 및 DFT를 수행하여 얻어진다.
디프리코딩부(1115)는 상기 프리코딩된 심벌에 대해, 프리코딩 역행렬을 곱하여, 변조심벌을 추출한다.
복조부(1120)는 상기 변조심벌에 대해 복조를 수행하여, 출력비트를 추출한다.
상기의 일련의 과정에 의해, 수신장치(1100)는 복수의 송신 안테나로부터 동일한 위상의 신호를 수신할 수 있다.
본 발명에 따른 송신 안테나의 2D 배열과, 상기 2D 배열 구조를 고려하는 프리코딩 행렬은 특히 협력형 다중점 송수신 시스템에서 더 큰 효과를 발휘할 수 있다. 협력형 다중점 송수신 시스템에서, 셀 경계에 위치한 단말은 양 셀에서 빔을 수신한다. 이 때 상기 빔의 폭이 불필요하게 넓을 경우, 상기 빔을 수신할 필요가 없는 다른 단말은 상기 빔에 의한 간섭을 받는다. 이는 하나의 셀이 섹터로 구분되고, 섹터 경계에 있는 단말에 대해 양 섹터에서 빔을 전송하는 경우에도 동일하게 적용된다. 그런데, 본 발명에 따를 때, 복수의 송신 안테나가 송신하는 빔은, 방사각이 60°인 경우와 방사각이 0°인 경우에 있어서 빔의 폭이 거의 차이가 없다.
이와 같이 빔의 폭이 방사각의 크기에 따라 큰 차이가 없는 이유는, 프리코딩 행렬 V에 속하는 각 요소의 위상성분이 sin성분과 cos성분으로 이루어져 있기 때문이다. 방사각 θ가 커지면 sin성분의 변화는 상대적으로 미약하고, cos성분의 변화가 두드러진다. 반면, 방사각 θ가 작아지면 cos성분의 변화는 상대적으로 미약하고, sin성분의 변화가 두드러진다. 이러한 원리에 의해 빔의 폭이 방사각에 관계없이 일정하게 유지될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 예에 따른 복수의 송신 안테나를 이용한 기지국의 신호 전송방법을 설명하는 순서도이다.
도 12를 참조하면, 기지국은 입력 비트를 변조하여 변조심벌을 생성한다(S1200). 기지국은 상기 변조심벌에 대한 프리코딩에 사용할 프리코딩 행렬을 구성한다(S1205). 상기 프리코딩 행렬의 크기는 송신 안테나의 개수에 의존적으로 결정된다. 예를 들어, 송신 안테나의 개수가 N이면, 상기 프리코딩 행렬의 크기는 N×M이다. 여기서, M은 프리코딩 행렬에 입력되는 계층(layer)의 개수 또는 랭크(rank)의 개수일 수 있다. 프리코딩 행렬을 구성하는 각 요소는 복수의 송신 안테나에서 단말로 방사되는 각 신호의 위상이 상기 단말의 관점에서 동일하도록 조정하는 위상성분(phase component)을 포함한다. 상기 위상성분은 기지국에 구비된 복수의 송신 안테나의 배열에 기초하여 결정된다. 따라서, 상기 프리코딩 행렬이 N×1이면, 서로 다른 위상성분을 가지는 N개의 프리코딩된 심벌이 생성된다.
기지국은 상기 변조심벌에 상기 구성된 프리코딩 행렬을 곱하여 프리코딩된 심벌을 생성한다(S1210).
기지국은 상기 프리코딩된 심벌을 OFDM 변조 또는 SC-FDMA 변조 처리하여 전송심벌을 생성한다(S1215). 상기 전송심벌은 OFDM 심벌 또는 SC-FDMA 심벌일 수 있다. 상기 프리코딩된 심벌이 N개이면, 상기 전송심벌도 N개가 생성되며, 이들은 각각 N개의 송신 안테나를 통해 전송된다.
기지국은 상기 전송심벌을 복수의 송신 안테나를 통해 상기 단말로 전송한다(S1220). 상기 복수의 송신 안테나는 2개의 안테나 그룹으로 나뉜다. 제1 안테나 그룹의 송신 안테나들은 제1 방향을 따라 제1 거리마다 하나씩 배열되고, 제2 안테나 그룹의 송신 안테나들은 제2 방향을 따라 상기 제1 거리마다 하나씩 배열된다. 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 평행하고 동일 평면상에 위치한다. 상기 복수의 송신 안테나에서 방사되는 신호가 상기 단말과 이루는 각도를 방사각이라 하며, 상기 방사각에 따라 상기 위상성분이 결정되고, 상기 위상성분은 다시 상기 프리코딩 행렬의 요소를 결정한다. 이에 따라, 상기 프리코딩 행렬은 상기 전송심벌의 위상을 보정한다.
도 13은 본 발명에 따른 다중 안테나를 이용한 빔 포밍 방법의 일 예를 나타내는 개념도이다. 이는 셀내 협조적 전송방식에 따른 빔 포밍 방법이다.
도 13을 참조하면, 셀(1300)은 제1 섹터(sector 1), 제2 섹터(sector 2), 제3 섹터(sector 3)으로 구분된다. 단말(1305)은 제1 섹터의 경계 부근에 위치하고, 제1 섹터와 제3 섹터로부터 셀내 협조적 전송방식에 따라 신호를 수신한다. 제1 섹터의 송신 안테나로부터 형성되는 제1 빔(bean 1)과 제3 섹터의 송신 안테나로부터 형성되는 제2 빔(beam 2)은 모두 단말(1305)을 향한다.
여기서, 제1 빔과 제2 빔은 각 섹터의 송신 안테나와 60°이상에 이르는 방사각을 형성한다. 그럼에도 불구하고, 빔의 폭이 넓어지지 않고 일정하게 유지되어 전력손실이 발생하지 않고, 송신전력의 대부분이 그대로 단말에 전달된다. 또한, 섹터의 경계부근에서 간섭에 의한 음영지역이 발생하는 문제도 해결된다.
여기서, 방사각은 각 섹터의 제1 안테나 그룹과 제2 안테나 그룹과 동일 평면상에서 형성된다. 그러나, 송신 안테나는 단말에 비해 높은 고도에 위치하는 것이 일반적이다. 따라서 실제로는 송신 안테나로부터 형성되는 빔의 방사각은 상기 동일 평면상에서의 각도인 수평성분 θ뿐만 아니라, 수직성분 τ도 포함한다. 다만, 단말은 송신 안테나로부터 멀리 떨어져 있다고 가정할 때, 상기 수직성분 τ는 거의 0°에 가까울 것이므로, 단말은 상기 동일 평면상에 위치하는 것으로 볼 수 있으며, 상기에서 설명된 프리코딩 행렬은 상기 수직성분 τ≒0으로 가정한 경우이다. 보다 세밀한 위상조정을 위해 방사각의 수직성분을 고려하는 경우, 송신 안테나의 빔은 도 14와 같이 형성된다.
도 14는 본 발명의 다른 예에 따른 2개의 안테나 그룹에 따른 송신 안테나의 배열을 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해, N=4라고 가정한다.
도 14를 참조하면, 단말(1420)과 2D 배열된 송신 안테나(1415-1, 1415-2,..., 1415-8)가 이루는 방사각의 수직성분 τ에 의해, 프리코딩 행렬의 위상성분은 아래와 같은 수학식 4와 같이 정의될 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2011006809-appb-M000004
수직성분 τ는 2D 배열된 송신 안테나(1415-1, 1415-2,..., 1415-8) 각각으로부터 전송되는 신호간의 위상차를 보정하기 위한 오프셋(offset) 파라미터이며, 단말(1420)별로 달리 설정된다.
그러나, 전술된 바와 같이, 단말(1420)과 2D 배열된 송신 안테나(1415-1, 1415-2,..., 1415-8)간의 거리가 매우 큰 경우에는 수직성분 τ는 무시할 정도로 작다. 따라서, 대부분의 경우 수직성분 τ≒0이므로, 결국 프리코딩 행렬은 수학식 3과 같이 주어질 가능성이 크다.
도 15는 여러가지 송신 안테나 배열에 의한 빔 형성을 비교하는 시뮬레이션 결과의 일 예이다. 이는 방사각의 수평성분만을 고려한 경우로서, θ=0°인 경우이다. x축은 빔 폭(beam width)이고, y축은 신호의 최대 크기를 1이라 고정하고 상대적인 이득을 도식한 것이다.
도 15를 참조하면, 8개의 선형배열된 송신 안테나를 사용하는 경우, 빔 폭이 가장 좁아 레솔루션이 높다. 반면, 4개의 선형배열된 송신안테나와 2D 배열된 송신 안테나의 빔 폭은 거의 동일하다.
도 16은 여러가지 송신 안테나 배열에 의한 빔 형성을 비교하는 시뮬레이션 결과의 다른 예이다. 이는 방사각의 수평성분만을 고려한 경우로서, θ=45°인 경우이다. x축은 빔 폭이고, y축은 신호의 최대 크기를 1이라 고정하고 상대적인 이득을 도식한 것이다.
도 16을 참조하면, 8개의 선형배열된 송신 안테나를 사용하는 경우, 여전히 빔 폭이 가장 좁아 레솔루션이 높다. 2D 배열된 송신 안테나의 빔 폭은 8개의 선형배열된 송신 안테나를 사용하는 경우보다는 크고, 4개의 선형배열된 송신안테나를 사용하는 경우보다는 작다. 또한 4개의 선형배열된 송신 안테나가 AoD 증가 방향으로 빔 퍼짐 현상을 보이는 데 비하여 2D 배열된 송신 안테나는 안정적인 빔 형태를 유지한다.
도 17은 여러가지 송신 안테나 배열에 의한 빔 형성을 비교하는 시뮬레이션 결과의 또 다른 예이다. 이는 방사각의 수평성분만을 고려한 경우로서, θ=60°인 경우이다. x축은 빔 폭이고, y축은 신호의 세기를 최대 크기를 1이라 고정하고 상대적인 이득을 도식한 것이다.
도 17을 참조하면, 4개의 선형배열된 송신안테나를 사용하는 경우 빔의 폭은 매우 크다. 한편, 2D 배열된 송신 안테나의 빔 폭은 8개의 선형배열된 송신 안테나를 사용하는 경우와 거의 유사하다.
도 15 내지 도 17의 시뮬레이션 결과를 분석하면, 방사각의 변화에 따라 2D 배열된 송신 안테나의 빔 폭은 대체로 -20°~ +20°범위로 거의 일정하다. 이는 전술된 바와 같이 프리코딩 행렬의 각 요소에 포함된 위상성분이 cos성분과 sin성분으로 구성되어 있기 때문이다. 방사각의 변화에 따라 cos성분과 sin성분이 번갈아가며 지배적이 되어서, 빔 폭을 유지시켜준다.
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 입력비트(input bit)를 성상맵핑(constellation mapping)하여 변조심벌(modulation symbol)을 생성하는 변조부;
    상기 변조심벌에 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 곱하여 프리코딩된 심벌(precoded symbol)을 생성하는 프리코딩부; 및
    상기 프리코딩된 심벌을 전송하는 복수의 송신 안테나들을 포함하되,
    상기 복수의 송신 안테나들은 2개의 안테나 그룹들로 나뉘고, 제1 안테나 그룹의 각 송신 안테나들은 일직선상에서 제1 거리(distance)로 배열되고, 제2 안테나 그룹의 각 송신 안테나들은 상기 제1 안테나 그룹의 송신 안테나들과 평행선 상에서 상기 제1 거리로 배열됨을 특징으로 하는, 전송장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 그룹과 상기 제2 안테나 그룹은 제2 거리만큼 이격됨을 특징으로 하는, 전송장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    특정 단말이 동일 평면상의 동일한 위상의 신호를 상기 2개의 안테나 그룹들로부터 수신하도록, 상기 프리코딩 행렬의 요소들(elements)을 조정하는 프리코딩 행렬 구성부를 더 포함함을 특징으로 하는, 전송장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 요소들은 복수의 송신 안테나들에 맵핑되고, 상기 변조심벌의 위상을 결정하는 위상성분을 포함함을 특징으로 하는, 전송장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 위상성분은 상기 복수의 송신 안테나로부터 상기 특정 단말로 전송되는 신호의 경로가 상기 복수의 송신 안테나들과 이루는 각도인 방사각의 함수임을 특징으로 하는, 전송장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 위상성분은 상기 제2 거리의 값을 변수로 하는 함수임을 특징으로 하는, 전송장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬 구성부는 상기 프리코딩 행렬을 아래의 수학식과 같이 구성함을 특징으로 하는, 전송장치.
    Figure PCTKR2011006809-appb-I000001
    여기서, 상기 제1 및 제2 안테나 그룹은 각각 4개의 송신 안테나들을 포함하고, d1은 상기 제1 거리이며, d2는 상기 제2 거리이고, θ는 상기 방사각이며, 상기 프리코딩 행렬의 제1 행(row) 내지 제4 행은 상기 제1 안테나 그룹에 맵핑되고, 상기 프리코딩 행렬의 제5 행 내지 제8 행은 상기 제2 안테나 그룹에 맵핑됨.
  8. 다중 안테나 시스템에서의 단말에 있어서,
    기지국으로부터 프리코딩 행렬을 기초로 프리코딩된 심벌을 수신하는 수신 안테나;
    상기 프리코딩된 심벌에 프리코딩 역행렬을 곱하여 변조심벌을 생성하는 디프리코딩부; 및
    상기 변조심벌을 복조하는 복조부를 포함하되,
    상기 프리코딩 행렬은 복수의 요소들을 포함하고, 상기 복수의 요소들은 상기 단말이 동일 평면상의 동일한 위상의 신호를 수신하도록, 그 값들이 결정되는 것임을 특징으로 하는, 단말.
  9. 입력비트를 성상맵핑하여 변조심벌을 생성하는 단계;
    상기 변조심벌에 프리코딩 행렬을 곱하여 프리코딩된 심벌을 생성하는 단계; 및
    복수의 송신 안테나를 이용하여 상기 프리코딩된 심벌을 단말로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 복수의 송신 안테나들은 2개의 안테나 그룹들로 나뉘고, 제1 안테나 그룹의 각 송신 안테나들은 일직선상에서 제1 거리로 배열되고, 제2 안테나 그룹의 각 송신 안테나들은 상기 제1 안테나 그룹의 송신 안테나들과 평행선 상에서 상기 제1 거리로 배열됨을 특징으로 하는, 전송방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프리코딩 행렬은 상기 복수의 송신 안테나들의 수와 동일한 수의 요소들을 포함하고, 상기 요소들은 상기 복수의 송신 안테나들에 1:1 맵핑되며, 상기 요소들은 상기 변조심벌의 위상을 결정하는 위상성분을 포함함을 특징으로 하는, 전송방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 위상성분은 상기 단말이 동일 평면상의 동일한 위상의 신호를 상기 2개의 안테나 그룹들로부터 수신하도록, 상기 변조심벌의 위상을 결정함을 특징으로 하는, 전송방법.
  12. 다중 안테나 시스템에서의 신호의 수신방법에 있어서,
    기지국으로부터 프리코딩 행렬을 기초로 프리코딩된 심벌을 수신하는 단계;
    상기 프리코딩된 심벌에 프리코딩 역행렬을 곱하여 변조심벌을 생성하는 단계; 및
    상기 변조심벌을 복조하는 단계를 포함하되,
    상기 프리코딩 행렬은 복수의 요소들을 포함하고, 상기 복수의 요소들은 상기 단말이 동일 평면상의 동일한 위상의 신호를 수신하도록, 그 값들이 결정되는 것임을 특징으로 하는, 수신방법.
PCT/KR2011/006809 2010-09-17 2011-09-15 다중 안테나와 빔 포밍을 이용한 데이터 전송장치 및 방법 WO2012036481A2 (ko)

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