WO2017039414A1 - 무선 통신 시스템에서 빔포밍 된 csi rs 자원을 기반으로 하는 pucch 피드백을 수행하는 방법 및 장치 - Google Patents

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  • 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 by 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
  • the PMI described herein does not have to consist of only one index.
  • a linear MIMO precoder may be represented by a matrix U having a size of Nt * Ns.
  • Ns is a rank, that is, the number of transport layers. Therefore, the transmission signal vector x may be modeled as in Equation 2.
  • the entire precoding matrix may be expressed by Equation 11 by a Hadamard product (or element-by-element product) of the extended connection matrix and the NPP matrix V t .
  • the UE when the UE selects a preferred beam according to the number of beamformed beam directions and feeds information on the PTI through the PTI, the length of the PTI is log2 (number of beams).
  • the terminal may inform the base station of information on a beam preferred by the terminal through the PTI, from among the beams included in the beam candidate set previously informed to the base station.

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Abstract

무선 통신 시스템에서 CSI(channel state information)을 전송하는 방법 및 장치가 제공된다. 단말은 적어도 하나의 빔포밍 된 CSI RS(reference signal) 자원을 기반으로 측정을 수행하고. 상기 측정 결과를 기반으로 선호하는 빔에 관한 정보 및 상기 CSI를 기지국으로 전송한다. 이때 상기 CSI는 PTI(precoding type indicator)를 포함하며, 상기 PTI는 상기 측정이 프리코딩 되지 않는 CSI RS 자원을 기반으로 하는지 또는 상기 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 하는지를 지시한다.

Description

무선 통신 시스템에서 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 하는 PUCCH 피드백을 수행하는 방법 및 장치
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 빔포밍 된 CSI RS(channel state information reference signal) 자원을 기반으로 하는 PUCCH(physical uplink control channel) 피드백을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long-term evolution)는 고속 패킷 통신을 가능하게 하는 기술이다. 사용자 및 공급자의 비용 감소, 서비스 품질 향상 및 커버리지와 시스템 용량의 확장 및 향상을 포함하는 LTE의 목적을 위하여 많은 방식들이 제안되어 왔다. 3GPP LTE는 상위 계층의 요구 사항으로써, 비트 당 감소된 비용, 증가한 서비스 유용성, 유연한 주파수 사용, 단순한 구조, 오픈 인터페이스 및 단말의 적절한 파워 소비를 요구한다.
한정된 자원에 대한 효율성을 높이는 방법으로, 송수신기에 다수의 안테나를 장착하여 자원 활용을 위한 공간적인 영역을 추가로 확보함으로써 다이버시티 이득을 취하거나 각각의 안테나를 통해 데이터를 병렬로 전송함으로써 전송 용량을 높이는, 이른바 다중 안테나 기술이 활발하게 개발되고 있다. 다중 안테나 기술에서 SNR(signal-to-noise ratio)를 높이기 위한 방법으로 빔포밍 및/또는 프리코딩이 사용될 수 있다. 빔포밍 및/또는 프리코딩은 송신단에서 피드백 정보를 이용할 수 있는 폐-루프 시스템에서 해당 피드백 정보를 통해 SNR를 최대화하기 위해 사용될 수 있다. 빔포밍은 크게 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍으로 분류될 수 있다.
기존의 셀룰러 시스템에서 기지국은 수동 안테나 시스템(PAS; passive antennas system)을 운용하면서, 안테나 기울임(antenna tilting) 기법 중 기계적 기울임(mechanical tilting) 또는 전기적 기울임(electrical tilting)을 이용하여 셀 간 간섭을 줄이고 SINR(signal to interference and noise ratio)를 향상시켰다. 그러나 기계적 기울임은 초기에 안테나를 설치할 때 빔 방향이 고정되어, 빔포밍을 적응적으로 운용할 수 없는 단점이 있다. 전기적 기울임은 내부 위상 천이 모듈을 이용하여 기울임 각을 변경할 수 있으나, 실질적으로는 안테나 기울임이 셀 고정적으로 설정되어 매우 제한적인 수직 빔포밍만이 가능한 단점이 있다.
이에 따라 빔포밍의 성능을 개선하기 위하여, 수동 안테나 시스템보다 발전된 개념인 능동 안테나 시스템(AAS; active antenna system)의 도입이 논의되고 있다. 기존의 수동 안테나 시스템과는 달리, 능동 안테나 시스템은 각 안테나 모듈 각각이 전력 증폭기를 비롯한 RF(radio frequency) 모듈, 즉 능동 소자를 포함하고 있어, 안테나 모듈 각각에 대한 전력 및 위상 조절이 가능한 시스템이다.
또한, 능동 안테나 시스템을 기반으로 3D MIMO(multiple-input multiple-output) 및/또는 3D 빔포밍이 구현될 수 있다. 기지국은 단말로부터 CSI(channel state information)를 피드백 받아, 효과적으로 3D MIMO 및/또는 3D 빔포밍을 구현할 수 있다. 보다 향상된 성능의 3D MIMO 및/또는 3D 빔포밍을 구현하기 위하여, 단말이 CSI를 기지국으로 피드백 하는 방법이 향상될 여지가 있다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 빔포밍 된 CSI RS(channel state information reference signal) 자원을 기반으로 하는 PUCCH(physical uplink control channel) 피드백을 수행하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 3D MIMO(multiple-input multiple-output)를 위하여 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 CSI를 PUCCH를 통해 보고하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 2차원 안테나 어레이(array) 환경에서 빔포밍 된 CSI RS를 활용하여 3D CSI 정보를 구성하는 방법 및 이를 PUCCH를 통해 보고하는 방법 및 장치를 제공한다.
일 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 단말에 의한 CSI(channel state information)을 전송하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 적어도 하나의 빔포밍 된 CSI RS(reference signal) 자원을 기반으로 측정을 수행하고, 및 상기 측정 결과를 기반으로 선호하는 빔에 관한 정보 및 상기 CSI를 기지국으로 전송하는 것을 포함한다. 상기 CSI는 PTI(precoding type indicator)를 포함하며, 상기 PTI는 상기 측정이 프리코딩 되지 않는 CSI RS 자원을 기반으로 하는지 또는 상기 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 하는지를 지시한다.
다른 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 단말이 제공된다. 상기 단말은 메모리, 송수신부, 및 상기 메모리 및 송수신부와 연결되는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는 적어도 하나의 빔포밍 된 CSI RS(channel state information reference signal) 자원을 기반으로 측정을 수행하고, 상기 측정 결과를 기반으로 선호하는 빔에 관한 정보 및 상기 CSI를 기지국으로 전송하도록 상기 송수신부를 제어하도록 구성된다. 상기 CSI는 PTI(precoding type indicator)를 포함하며, 상기 PTI는 상기 측정이 프리코딩 되지 않는 CSI RS 자원을 기반으로 하는지 또는 상기 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 하는지를 지시한다.
기지국이 효과적으로 3D MIMO 또는 3D 빔포밍을 구현할 수 있다.
도 1은 셀룰러 시스템을 나타낸다.
도 2는 3GPP LTE의 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다.
도 3은 AAS 기반의 3D 빔포밍에 따른 단말 특정 빔 전송의 일 예를 나타낸다.
도 4는 AAS 기반의 3D 빔포밍에 따른 수직 빔 전송의 일 예를 나타낸다.
도 5는 PUCCH CSI 리포팅 모드 2-1에 따른 CSI 피드백의 일 예를 나타낸다.
도 6은 PUCCH CSI 리포팅 모드 2-1에 따른 CSI 피드백의 또 다른 예를 나타낸다.
도 7은 ULA에서 정렬된 분할의 일 예를 나타낸다.
도 8은 2차원 어레이에서 열 기반으로 정렬된 분할의 일 예를 나타낸다.
도 9는 2차원 어레이에서 행 기반으로 정렬된 분할의 일 예를 나타낸다.
도 10은 기지국이 전송하는 CSI RS와 분할 및 연결 계수와의 관계의 일 예를 나타낸다.
도 11은 편파(polarization)가 적용된 2차원 어레이에서 기지국이 전송하는 CSI RS와 분할 및 연결 계수와의 관계의 일 예를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 CSI 피드백 전송의 일 예를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 CSI 피드백 전송의 또 다른 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 CSI 피드백 전송의 또 다른 예를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에 의한 CSI를 전송하는 방법을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.
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(institute of electrical and electronics engineers) 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)을 제공한다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunications system)의 일부이다. 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA(evolved-UMTS terrestrial radio access)를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.
설명을 명확하게 하기 위해, LTE-A를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 셀룰러 시스템을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 셀룰러 시스템(10)은 적어도 하나의 기지국(11; BS; base station)을 포함한다. BS(11)는 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다. 단말(12; UE; user equipment)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), MT(mobile terminal), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. BS(11)는 일반적으로 UE(12)와 통신하는 고정된 지점을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
UE는 통상적으로 하나의 셀에 속하는데, UE가 속한 셀을 서빙 셀(serving cell)이라 한다. 서빙 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 BS를 서빙 BS라 한다. 셀룰러 시스템은 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 포함한다. 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 인접 셀(neighbor cell)이라 한다. 인접 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 BS를 인접 BS라 한다. 서빙 셀 및 인접 셀은 UE를 기준으로 상대적으로 결정된다.
이 기술은 하향링크(DL; downlink) 또는 상향링크(UL; uplink)에 사용될 수 있다. 일반적으로 DL은 BS(11)에서 UE(12)로의 통신을 의미하며, UL은 UE(12)에서 BS(11)으로의 통신을 의미한다. DL에서 송신기는 BS(11)의 일부분이고, 수신기는 UE(12)의 일부분일 수 있다. UL에서 송신기는 UE(12)의 일부분이고, 수신기는 BS(11)의 일부분일 수 있다.
도 2는 3GPP LTE의 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 무선 프레임은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 무선 프레임 내 슬롯은 #0부터 #19까지 슬롯 번호가 매겨진다. TTI(transmission time interval)는 데이터 전송을 위한 기본 스케줄링 단위이다. 3GPP LTE에서 하나의 TTI는 하나의 서브프레임이 전송되는 데에 걸리는 시간과 같을 수 있다. 하나의 무선 프레임의 길이는 10ms이고, 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms일 수 있다.
하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다. OFDM 심벌은 3GPP LTE가 하향링크에서 OFDMA를 사용하므로 하나의 심벌 구간을 표현하기 위한 것으로, 다중 접속 방식에 따라 다른 명칭으로 불릴 수 있다. 예를 들어, 상향링크 다중 접속 방식으로 SC-FDMA가 사용될 경우 SC-FDMA 심벌이라고 할 수 있다. 자원 블록(RB; resource block)는 자원 할당 단위로 하나의 슬롯에서 복수의 연속하는 부반송파를 포함한다. 상기 무선 프레임의 구조는 일 예에 불과한 것이다. 따라서 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 개수나 서브프레임에 포함되는 슬롯의 개수, 또는 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 3GPP LTE는 노멀(normal) CP(cyclic prefix)에서 하나의 슬롯은 7개의 OFDM 심벌을 포함하고, 확장(extended) CP에서 하나의 슬롯은 6개의 OFDM 심벌을 포함하는 것으로 정의하고 있다.
3D 빔포밍에 대해서 설명한다. 기존의 MIMO 안테나 배치 구조는 ULA(uniform linear array)와 같이 선형적인, 즉 1차원 안테나 배치 구조이다. 1차원 안테나 배치 구조에서 빔포밍으로 생성 가능한 빔을 모으면 2차원의 평면이 만들어진다. 이는 기지국이 수평 안테나 및 수직 안테나를 가지는(즉, 2차원 안테나 배치 구조) 수동 안테나 시스템(PAS; passive antenna system) 기반의 MIMO 안테나 구조에서도 마찬가지이다. PAS 기반의 MIMO 안테나 구조에서 수직 안테나는 하나의 RF(radio frequency) 모듈에 묶여 있으므로, 기계적 기울임 정도만이 가능하고 완전한 수직 방향의 빔포밍은 불가능하다. 그러나, 기지국의 안테나 구조가 능동 안테나 시스템(AAS; active antenna system)으로 진화하면서 기지국의 각 수직 안테나가 독립적인 RF 모듈을 가질 수 있고, 이에 따라 수평 방향뿐만 아니라 수직 방향의 빔포밍이 가능해질 수 있다. 수직 방향의 빔포밍을 고도(elevation) 빔포밍이라고도 한다. 결과적으로, AAS 기반의 MIMO 안테나 구조에서 빔포밍으로 생성 가능한 빔을 모으면 수직 및 수평 방향으로 3차원의 공간이 만들어지며, 이를 3D 빔포밍이라 한다. 즉, 3D 빔포밍은 1차원 안테나 배치 구조가 평면 형태의 2차원 안테나 배치 구조로 진화하면서 가능해 진 것이다. 안테나 배치 구조가 꼭 2차원의 평면 형태이어야 하는 것은 아니며, 등각의(conformal) 원형 형태의 3차원 안테나 배치 구조도 가능하다. 즉, 3D 빔포밍은 기존의 1차원 안테나 배치 구조가 아닌 2차원 또는 3차원의 다양한 형태의 안테나 배치 구조로 인해 MIMO 처리가 3차원 공간 상에서 이루어지는 것으로 볼 수 있다.
도 3은 AAS 기반의 3D 빔포밍에 따른 단말 특정 빔 전송의 일 예를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 3D 빔포밍으로 인해 단말이 기지국 좌우로 움직일 경우뿐만 아니라 앞뒤로 움직이는 경우에도 빔포밍이 가능해지므로, 단말 특정 빔 전송이 보다 자유로워질 수 있다.
도 4는 AAS 기반의 3D 빔포밍에 따른 수직 빔 전송의 일 예를 나타낸다. AAS 기반의 2차원 안테나 배치 구조를 이용한 전송 환경으로 실외에 위치한 기지국에서 실외에 위치한 단말로 전송하는 환경뿐만 아니라, 실외에 위치한 기지국이 실내에 위치한 단말로 전송하는 환경(O2I; outdoor to indoor) 및 실내에 위치한 기지국(indoor hotspot)이 실내에 위치한 단말로 전송하는 환경 등이 고려될 수 있다. 도 4를 참조하면, 셀 내에 다양한 종류의 건물들이 다수 존재할 때, 기지국은 수평 빔 조향뿐만 아니라, 건물 높이에 따라 달라지는 단말의 높이를 고려한 수직 빔 조향까지 고려해야 할 필요가 있다. 이와 같은 셀 환경에서는 기존 무선 채널 환경과는 많이 다른 채널 특성(예를 들어, 높이 차이에 따른 음영/경로 손실 변화, LoS(line-of-signt)/NLoS(non-line-of-sight), DoA(direction-of-arrival) 등을 포함한 페이딩 특성 변화 등)을 반영할 필요가 있다.
3GPP LTE에서의 CSI(channel state information) 피드백에 대해서 설명한다. 3GPP LTE를 포함하는 대부분의 셀룰러 시스템에서, 단말은 채널 추정을 위한 참조 신호(RS; reference signal)를 기지국으로부터 수신하고, 이를 기반으로 CSI를 계산하고, 계산된 CSI를 기지국으로 보고한다. 기지국은 단말로부터 피드백 받은 CSI를 기반으로 데이터를 전송한다. 단말이 피드백 하는 CSI는 CQI(channel quality information), PMI(precoding matrix index), RI(rank indicator) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. CSI는 전체 시스템 주파수 영역에서 계산될 수도 있고, 또는 일부 주파수 영역에서 계산될 수도 있다. 특히, OFDMA를 사용하는 시스템에서는 단말 별로 선호하는 일부 주파수 영역(예를 들어, 서브밴드)에서 CSI를 계산해서 피드백 하는 것이 유용할 수 있다.
CQI는 기지국이 데이터를 전송할 때 어떤 MCS(modulation & coding scheme)을 적용할지 결정하는 데에 사용되는(즉, 링크 적응(link adaptation) 용도) 무선 채널 품질 정보이다. 기지국과 단말 간의 무선 채널 품질이 좋으면 단말은 기지국으로 높은 CQI를 피드백하고, 기지국은 상대적으로 높은 변조 차수(modulation order)와 낮은 채널 코딩률(coding rate)을 적용하여 단말로 데이터를 전송할 수 있다. 반대로, 기지국과 단말 간의 무선 품질 채널이 나쁘면 단말은 낮은 CQI를 피드백 하고, 기지국은 상대적으로 낮은 변조 차수와 높은 채널 코딩률을 적용하여 단말로 데이터를 전송할 수 있다.
PMI는 기지국이 복수의 안테나를 가질 때 어떤 MIMO 프리코딩 행렬을 적용할지 결정하는 데에 사용되는 선호 프리코딩 행렬 정보이다. 단말은 참조 신호를 기반으로 기지국과 단말 간의 DL MIMO 채널을 추정하고, 이를 기반으로 단말이 선호하는 MIMO 프리코딩 행렬을 기지국에 추천한다. 3GPP LTE에서는 행렬 형태로 표현 가능한 선형 MIMO 프리코딩만 고려한다. 기지국과 단말은 복수의 MIMO 프리코딩 행렬들로 구성된 코드북을 미리 알고 있고, 코드북에 포함된 각 MIMO 프리코딩 행렬은 고유의 인덱스를 가진다. 따라서, 단말은 코드북 내에서 가장 선호하는 MIMO 프리코딩 행렬에 해당하는 인덱스를 PMI로서 기지국으로 피드백 함으로써, 단말의 피드백 정보량을 최소화한다.
RI는 기지국과 단말이 복수의 안테나를 가지며 공간 다중화(spatial multiplexing)을 통한 복수 레이어 전송이 가능한 경우, 단말이 선호하는 전송 레이어의 개수를 지시하는 정보이다. 전송 레이어의 개수에 따라 기지국이 각 전송 레이어에 어떠한 MIMO 프리코딩 행렬을 적용해야 하는지 알 수 있어야 하기 때문에, RI는 PMI와 밀접한 관계를 가진다. 3GPP LTE에서는 각 전송 레이어의 개수에 따른 PMI 코드북이 정의된다. 즉, R개의 전송 레이어의 개수에 대하여, Nt*R의 크기의 행렬 N개가 코드북 내에 정의된다. 이때 Nt는 전송 안테나 포트의 개수, N은 코드북의 크기이다. 즉, 전송 레이어의 개수에 관계 없이 PMI 코드북의 크기가 정의된다. 전송 레이어의 개수 R은 MIMO 프리코딩 행렬의 랭크와 일치한다.
한편, 이하의 본 명세서에서 기술되는 PMI/RI는 3GPP LTE에 정의된 바와 같이 Nt*R의 크기의 행렬로 표현되는 MIMO 프리코딩 행렬의 인덱스와 MIMO 프리코딩 행렬의 랭크를 의미하는 것으로 제한되지 않는다. 이하의 본 명세서에서 기술되는 PMI는 전송단에서 적용 가능한 MIMO 프리코더 중 수신단에서 선호하는 MIMO 프리코더에 대한 정보를 나타낼 수 있으며, MIMO 프리코더의 형태는 행렬로 표현 가능한 선형 MIMO 프리코더에 제한되지 않는다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 RI는 전송 레이어의 개수를 나타내는 정보를 모두 포함할 수 있다.
또한, 이하의 본 명세서에서 기술되는 PMI는 하나의 인덱스만으로 구성되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 이중 구조의 PMI가 구성될 수 있다. 즉, 장기(long-term) 및/또는 광대역(wideband) PMI를 지시하는 W1 및/또는 단기(short-term) 및 서브밴드(subband) PMI를 지시하는 W2가 구성되고, 최종 PMI인 W는 W=W1*W2로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전송 안테나 포트의 개수가 8개이거나, 전송 안테나 포트의 개수가 4개이면서 RRC 시그널링에 의해 alternativeCodeBookEnabledFor4TX-r12=TRUE로 구성된 경우, 광대역 PMI 및 서브밴드 PMI의 인덱스로 구성되는 이중 구조의 PMI가 구성될 수 있다.
CSI 피드백은 UL 채널을 통해 단말로부터 기지국으로 전송된다. 일반적으로 비주기적 CSI 피드백은 UL 데이터가 전송되는 채널인 PUSCH(physical uplink shared channel)을 통해 전송되고, 주기적 CSI 피드백은 UCI(UL control information)이 전송되는 채널인 PUCCH(physical uplink control channel)을 통해 전송된다.
비주기적 CSI 피드백은 기지국이 CSI 피드백을 원할 때에만 일시적으로 피드백 된다. 기지국은 PDCCH(physical downlink control channel)/EPDCCH(enhanced PDCCH)와 같은 DL 제어 채널을 통해 CSI 피드백을 트리거 할 수 있다. 기지국이 CSI 피드백을 트리거 했을 때, 단말이 PUSCH CSI 리포팅 모드에 따라 그에 대응하는 CSI를 기지국으로 피드백 할 수 있다. PUSCH CSI 리포팅 모드는 기지국이 상위 계층을 통해 단말에 미리 알려줄 수 있다. 표 1은 PUSCH CSI 리포팅 모드의 일 예를 나타낸다.
<표 1>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000001
주기적 CSI 피드백은 주기적으로 단말로부터 기지국으로 피드백 된다. 다양한 UCI를 PUCCH 상으로 전송하기 위하여 다양한 PUCCH 포맷이 정의되며, 주기적 CSI 피드백은 PUCCH 포맷 2/2a/2b/3 중 어느 하나를 통해 전송될 수 있다. 또한, 단말은 PUCCH CSI 리포팅 모드에 따라 그에 대응하는 CSI를 기지국으로 피드백 할 수 있다. 표 2는 PUCCH CSI 리포팅 모드의 일 예를 나타낸다.
<표 2>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000002
또한, PUCCH CSI 리포팅 모드 외에, PUCCH 리포팅 타입이 정의될 수 있다. 표 3은 PUCCH 리포팅 타입의 일 예를 나타낸다.
<표 3>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000003
Figure PCTKR2016009895-appb-I000004
표 3을 참조하면, PUCCH CSI 리포팅 모드와 모드 상태에 따른 각 PUCCH 리포팅 타입에서 전송될 CSI 피드백의 크기가 결정된다. L≥0이며, 단말에 의해 선택된 best-1 CQI 서브밴드 지시자가 L비트에 해당한다. 또한, PUCCH CSI 리포팅 모드는 어떤 CSI가 보고될 것인지를 결정하며, 특정 PUCCH CSI 리포팅 모드에서 PUCCH 리포팅 타입 및 전송될 CSI 피드백의 크기에 따라 특정 시점(또는 서브프레임)에 전송되는 CSI에 포함될 정보가 결정될 수 있다. 따라서 각 PUCCH CSI 리포팅 모드에 따라 CQI 및 PMI를 전송하는 시점과 RI를 전송하는 시점이 달라질 수 있다.
PUCCH 리포팅 타입은 RI를 포함하는 CSI 피드백과 RI를 포함하지 않는 CSI 피드백으로 구분될 수 있다. 즉, PUCCH 리포팅 타입 1, 1a, 2, 2a, 2b, 2c, 4는 RI를 포함하지 않는 CSI 피드백이고, 나머지 PUCCH 리포팅 타입은 RI를 포함하지 않는 CSI 피드백이다. RI를 포함하지 않는 CSI 피드백은 이전에 보고된 RI 또는 PTI(precoding type indicator)에 따라 그 값이 결정된 CQI 및/또는 PMI를 포함할 수 있다.
또한, PUCCH 리포팅 타입은 광대역 CQI만을 전송하는 CSI 피드백과 광대역 CQI와 서브밴드 CQI를 모두 전송하는 CSI 피드백으로 구분될 수 있다. 광대역 CQI만을 전송하는 PUCCH 리포팅 타입에서, 매 CQI 전송 주기에 해당하는 서브프레임에서 전체 대역에 대한 CQI가 전송되며, PMI 피드백 타입에 따라 PMI도 전송해야 하는 경우에는 PMI가 CQI와 함께 전송될 수 있다.
광대역 CQI와 서브밴드 CQI를 모두 전송하는 PUCCH 리포팅 타입에서, 광대역 CQI와 서브밴드 CQI는 번갈아 전송될 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 CQI 전송 서브프레임에서 광대역 CQI가 전송되고, 다음 CQI 전송 서브프레임에서 첫 번째 대역폭 부분(BP; bandwidth part)에 속한 서브밴드 중에서 채널 상태가 좋은 서브밴드의 CQI와 해당 서브밴드의 인덱스가 전송될 수 있다. 그 다음 CQI 전송 서브프레임에서는 두 번째 BP에 속한 서브밴드 중에서 채널 상태가 좋은 서브밴드의 CQI와 해당 서브밴드의 인덱스가 전송될 수 있다. 각 서브밴드 CQI가 몇 번 몇 번 순차적으로 전송될 것인지에 관한 정보는 상위 계층(예, RRC 계층)을 통해 시그널링 될 수 있다. 또한, RI 피드백 주기 및 오프셋과 CQI/PMI 피드백 주기 및 오프셋 역시 상위 계층을 통해 전송되는 메시지를 통해 단말에게 설정될 수 있다.
도 5는 PUCCH CSI 리포팅 모드 2-1에 따른 CSI 피드백의 일 예를 나타낸다. 도 5를 참조하면, PUCCH CSI 리포팅 모드 2-1에 따른 CSI 피드백은 세 가지 종류의 CSI 정보를 포함한다. 첫 번째 서브프레임(서브프레임 0)에서 RI가 전송된다. 두 번째 서브프레임(서브프레임 1)에서 광대역 PMI 및 광대역 CQI가 전송된다. 이때 광대역 PMI는 단일 구조의 PMI이다. 네 번째 서브프레임(서브프레임 3)에서 서브밴드 CQI 및 L비트의 best-1 CQI 서브밴드 지시자가 전송된다.
도 6은 PUCCH CSI 리포팅 모드 2-1에 따른 CSI 피드백의 또 다른 예를 나타낸다. 상술한 바와 같이 전송 안테나 포트의 개수가 8개이거나, 전송 안테나 포트의 개수가 4개이면서 RRC 시그널링에 의해 alternativeCodeBookEnabledFor4TX-r12=TRUE로 구성된 경우, 광대역 PMI 및 서브밴드 PMI의 인덱스로 구성되는 이중 구조의 PMI가 구성될 수 있다. 도 6을 참조하면, 첫 번째 서브프레임에서 RI 외에 추가적으로 1비트의 PTI가 전송된다. PTI의 값에 따라 2가지의 모드로 주기적 CSI 피드백이 전송될 수 있다. 예를 들어, PTI=0일 때 광대역 CQI/PMI만이 전송되고, PTI=1일 때 서브밴드 CQI/PMI가 함께 전송될 수 있다. 도 6에서 W1/W2는 상술한 이중 구조의 PMI의 구성 요소를 나타낸다. 광대역 및 서브밴드에 대하여 W1/W2가 모두 구성되어야 이를 기반으로 최종 PMI인 W가 구성될 수 있다. 즉, 광대역 및 서브밴드에 대하여 W1/W2가 모두 피드백 된 이후에야 기지국은 광대역 및 서브밴드의 최종 W를 알 수 있으며, 이를 기반으로 광대역 및 서브밴드의 CQI를 결정할 수 있다.
도 5 및 도 6에서 기술된 바와 같이, RI는 주로 채널의 장기 페이딩에 의하여 결정되므로, 일반적으로 CQI/PMI에 비하여 더 긴 주기로(즉, 덜 빈번하게) 피드백 될 수 있다. 한편, 이전에 전송된 RI 및/또는 PTI의 값이 잘못되는 경우, 이후 전송되는 CSI 피드백의 크기에 대해 기지국과 단말 간의 불일치가 발생하고, 따라서 CSI의 디코딩 오류가 발생할 수 있다. 따라서 CSI를 전송하는 서브프레임 중 첫 번째 서브프레임은 오직 RI 및/또는 PTI만을 포함하여, RI 및/또는 PTI의 유효 코드율(effective code rate)을 증가시킬 수 있다.
또한, RI가 2보다 큰 경우, 각 서브밴드의 CQI는 차분(differential) 형태로 표현될 수 있다. 즉, 서브밴드 CQI는 (서브밴드 CQI 인덱스 - 광대역 CQI 인덱스)로 표현될 수 있다. 또한 CSI 피드백의 비트 수가 PUCCH가 나를 수 있는 페이로드의 크기(예를 들어, 11비트)보다 큰 경우, 코드북 서브샘플링(codebook subsampling) 등의 기법을 사용하여 CSI 피드백의 최대 비트 수는 PUCCH가 나를 수 있는 페이로드의 크기로 제한될 수 있다.
선형 프리코딩을 기반으로 하는 MIMO 시스템 모델을 설명한다. 광대역 시스템 또는 협대역 시스템에서 주파수 측으로 플랫 페이딩(flat fading)을 겪는다고 가정할 수 있는 주파수 단위(예를 들어, 부반송파)에서 DL MIMO 시스템은 아래의 수학식 1과 같이 모델링 할 수 있다.
<수학식 1>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000005
수학식 1에서, y는 Nr개의 단말의 수신 안테나에서 받는 Nr*1 크기의 수신 신호 벡터, H는 Nr*Nt 크기의 MIMO 채널 행렬, x는 Nt개의 기지국의 송신 안테나에서 전송되는 Nt*1 크기의 송신 신호 벡터, z는 Nr*1 크기의 수신 잡음 및 간섭 벡터이다. 수학식 1의 DL MIMO 시스템 모델은 SU-MIMO(single user MIMO) 뿐만 아니라 MU-MIMO(multi-user MIMO)에도 적용될 수 있다. SU-MIMO의 경우 Nr은 단일 단말의 수신 안테나의 개수이며, MU-MIMO의 경우 Nr은 다중 단말의 총 수신 안테나의 개수일 수 있다. 또한, 수학식 1의 DL MIMO 시스템 모델은 UL MIMO 시스템에도 적용될 수 있다. 이때 Nt은 단말의 송신 안테나의 개수, Nr은 기지국의 수신 안테나의 개수일 수 있다.
일반적으로 선형 MIMO 프리코더는 Nt*Ns 크기의 행렬 U로 표현될 수 있다. 이때 Ns는 랭크, 즉 전송 레이어의 개수이다. 따라서, 송신 신호 벡터 x는 수학식 2와 같이 모델링 될 수 있다.
<수학식 2>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000006
수학식 2에서, PT는 송신 신호의 에너지, s는 Ns개의 전송 레이어에서 전송되는 신호를 표현하는 Ns*1 크기의 전송 신호 벡터이다. 즉, E{sHUHUs}=Ns이다. Ns개의 각 전송 레이어에 해당하는 Nt*1 크기의 프리코딩 벡터를 각각 U1,...,UNs라 하면, 수학식 2는 수학식 3으로 표현될 수 있다.
<수학식 3>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000007
수학식 3에서 si는 벡터 s의 i번째 요소이다. 일반적으로 서로 다른 전송 레이어에서 전송되는 신호는 서로 연관되지 않고(uncorrelated), 각 송신 신호의 평균적인 크기는 동일하다고 가정할 수 있다. 편의상 각 송신 신호의 평균 에너지를 1이라 하면, 각 전송 레이어에 대한 프리코딩 벡터의 에너지의 합은 수학식 4와 같이 Ns이다.
<수학식 4>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000008
수학식 4에서, 각 전송 레이어를 동일한 전력으로 전송한다면, E{ui Hui}=1이 성립함을 알 수 있다.
분할된 프리코딩(partitioned precoding)을 설명한다. 향후 다중 안테나 시스템이 진화함에 따라, 안테나 개수가 점점 증가할 가능성이 높다. 예를 들어, 3GPP LTE에서 3D MIMO 환경을 고려하여 기지국의 전송 안테나의 개수를 64개까지 늘리는 제안이 논의 중에 있다. 이와 같이 안테나의 개수가 수십 개에서 수백 개 이상으로 많아지는 MIMO 환경을 거대 MIMO(massive MIMO) 또는 큰 스케일(large scale MIMO)라 한다. 그러나, 안테나의 개수가 많아질수록 RS 및 피드백 오버헤드가 커지고, 디코딩의 복잡도가 증가하는 등의 문제점이 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 기지국의 전송 안테나의 개수가 많아질수록 MIMO 채널 행렬 H의 크기가 커지므로, 단말이 MIMO 채널을 정확하게 추정할 수 있도록 기지국이 전송하는 RS의 개수가 증가해야 할 필요가 있다. 또한, 채널 행렬 H의 크기가 커짐에 따라 단말이 측정한 MIMO 채널에 대한 피드백의 크기가 커질 수 밖에 없다. 특히 3GPP LTE처럼 코드북 기반의 PMI의 피드백 전송을 수행하는 경우, PMI 코드북의 크기가 안테나의 개수가 증가함에 따라 기하급수적으로 증가하여 기지국과 단말의 계산 복잡도를 증가시킬 수 있다.
따라서, 많은 개수의 전체 송신 안테나를 분할(partitioning)하여 서브-어레이(sub-array) 단위로 RS를 전송하거나 피드백을 수행하면, 시스템 복잡도 및 오버헤드를 감소시킬 수 있다. 송신 안테나를 분할할 경우, 최대 8개의 전송 안테나를 지원하는 기존 3GPP LTE의 RS 전송, MIMO 프리코딩 방식 및/또는 피드백 방법을 재사용하여 거대 MIMO를 지원할 수 있는 장점이 있다.
상술한 MIMO 시스템 모델에서 각 전송 레이어의 프리코딩 벡터를 임의의 M개의 서브 프리코딩 벡터로 분할하면, i번째 전송 레이어의 프리코딩 벡터에 해당하는 서브 프리코딩 벡터는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
<수학식 5>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000009
각 서브 프리코딩 벡터는 Nr*Nt 크기의 MIMO 채널 H를 행 방향으로 각 분할에 포함되는 전송 안테나의 개수만큼 분리한 각 서브 행렬을 유효 채널로 겪는다.
만약 단말이 선호하는 각 서브 프리코딩 벡터를 PMI 코드북 기반으로 결정한다고 할 때, 각 서브 프리코딩 벡터를 정규화하는 과정이 필요하다. 여기서 정규화 과정은 프리코딩 벡터 또는 프리코딩 벡터의 특정 원소의 값, 크기 및/또는 위상을 해당 PMI 코드북에서 선택하기 적합하도록 수행하는 모든 과정을 통칭한다. 이에 따라 동일한 크기의 서브 프리코딩 벡터는 동일한 전송 안테나 개수에 대한 PMI 코드북에서 프리코더를 선택할 수 있다. 예를 들어, PMI 코드북의 첫 번째 원소가 0 또는 1로 이루어져 있다면 각 서브 프리코딩 벡터의 위상 및 크기를 그에 맞게 정규화 할 수 있다. 이하에서 m번째 분할에 해당하는 서브 프리코딩 벡터 ui,m을 αi,m으로 정규화하였다고 가정하고, 정규화된 분할된 프리코더(NPP; normalized partitioned precoder)를 vi,m = ui,m/αi,m라 하자. 따라서 코드북 기반의 프리코딩을 고려할 때, 분할된 프리코딩은 아래의 수학식 6과 같이 모델링 할 수 있다.
<수학식 6>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000010
수학식 6을 참조하면, 전체 프리코더 관점에서 각 αi,m은 각 NPP를 연결하는 값으로 볼 수 있다. 이에 따라, 이하에서 αi,m을 연결 계수라 한다. 결국, 분할된 전송 안테나에 대한 NPP와 각각의 NPP를 연결하는 연결 계수들을 결정하면, 전체 전송 안테나에 대한 프리코딩 방식이 결정될 수 있다.
i번째 전송 레이어에 대한 M개의 연결 계수들을 벡터 형태로 표현하면 수학식 7과 같다.
<수학식 7>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000011
이하에서, ai를 연결 벡터라 한다. 연결 벡터는 수학식 7과 같이 M개의 요소로 표현될 수 있으나, 연결 벡터의 첫 번째 원소를 정규화하고 나머지 M-1개의 요소로 표현되는 bi를 연결 벡터로 볼 수도 있다. 즉, 첫 번째 NPP를 기준으로 하여 나머지 M-1개의 NPP들의 상대적인 차이값을 연결 벡터로 정의할 수 있다. 이는 전체 프리코딩 벡터 ui의 관점에서 첫 번째 원소는 이미 정규화 되어 있다고 가정하는 경우가 많기 때문이다. 연결 벡터 bi는 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
<수학식 8>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000012
또한, 각 전송 레이어가 동일한 분할을 수행한다면, 수학식 9와 같이 연결 행렬 및 각 분할에 대한 행렬 형태의 NPP 또한 정의될 수 있다.
<수학식 9>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000013
M*1 크기의 연결 벡터의 각 요소를 각 분할의 크기만큼 반복한 벡터를 확장된 연결 벡터 ai ^라 하자. 예를 들어, i번째 전송 레이어에 대하여 분할의 개수 M=2이고 첫 번째 분할의 크기는 3, 두 번째 분할의 크기는 4일 때, ai ^ = [αi,1 αi,1 αi,1 αi,2 αi,2 αi,2 αi,2]T이다. 확장된 연결 벡터들을 쌓아서 수학식 10과 같이 확장된 연결 행렬이 정의될 수 있다.
<수학식 10>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000014
전체 프리코딩 행렬은 확장된 연결 행렬과 NPP 행렬(Vt)의 하다마드 곱(Hadamard product) (또는, 요소별 곱)에 의하여 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.
<수학식 11>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000015
(확장된) 연결 벡터와 (확장된) 연결 행렬은 전체 송신 안테나의 프리코딩을 결정하는 구성 요소가 되므로, 이를 통칭하여 연결 프리코더라 할 수 있다. 연결 프리코더는 상술한 바와 같이 하나의 수식으로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 연결 벡터 ai에 대해 임의의 분할이 추가로 수행되어 여러 개의 서브 연결 벡터가 구성될 수 있고, 그에 따라 서브 연결 프리코더가 추가로 정의될 수 있다. 이하의 설명에서는 편의상 하나의 수식으로 구성되는 단일 연결 프리코더를 가정한다.
또한, 상기 설명에서 동일한 분할 내의 서로 다른 전송 레이어에 서로 다른 연결 계수가 적용되는 것으로 표현하였으나, 전송 레이어 별로 동일한 분할을 수행한다면 연결 계수는 전송 레이어에 대하여 독립적으로 설정될 수 있다. 즉, 모든 전송 레이어에 대해 동일한 연결 계수를 설정할 수 있다. 이때, 연결 프리코더는 M개 또는 M-1개의 연결 계수만으로 표현될 수 있다.
분할된 안테나 어레이가 유사한 유효 채널 특성을 갖는 경우, 해당 NPP에 동일한 프리코딩을 적용할 수 있다.
도 7은 ULA에서 정렬된 분할의 일 예를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 8개의 안테나로 구성된 ULA에서 제1 분할은 1,3,5,7번째 안테나로 구성되고, 제2 분할은 2,4,6,8번째 안테나로 구성된다. 만약 각 안테나 간의 간격이 좁고 주변에 산란체(scatterer)가 많지 않은 경우, 제1 분할과 제2 분할은 분할 간의 위상차를 제외하면(연결 프리코더 성분에 해당) 유사한 MIMO 채널을 겪을 확률이 높다. 따라서, 제1 분할과 제2 분할에 동일한 프리코딩이 적용될 수 있다.
도 8은 2차원 어레이에서 열 기반으로 정렬된 분할의 일 예를 나타낸다. 도 8을 참조하면, Nt_v개의 행과 Nt_h개의 열로 구성된 총 Nt(=Nt_h*Nt_v)개의 안테나를 포함하는 2차원 어레이에서, 각 열이 하나의 분할로 구성된다. 각 열 간의 거리가 가깝고 Nt_h가 크지 않으면, 모든 분할에 동일한 프리코딩이 적용될 수 있다. 다만, 연결 벡터는 분할 프리코더와 독립적으로 설정될 수 있다.
도 9는 2차원 어레이에서 행 기반으로 정렬된 분할의 일 예를 나타낸다. 도 9를 참조하면, Nt_v개의 행과 Nt_h개의 열로 구성된 총 Nt(=Nt_h*Nt_v)개의 안테나를 포함하는 2차원 어레이에서, 각 행이 하나의 분할로 구성된다. 각 행 간의 거리가 가깝고 Nt_v가 크지 않으면, 모든 분할에 동일한 프리코딩이 적용될 수 있다. 다만, 연결 벡터는 분할 프리코더와 독립적으로 설정될 수 있다.
상술한 실시예에서 모든 분할의 크기가 동일하고, 모든 분할에 동일한 프리코더를 적용하면, i번째 전송 레이어에 대한 프리코더는 아래의 수학식 12와 같이 연결 프리코더와 분할 프리코더의 크로네커 곱(Kronecker product)으로 표현될 수 있다.
<수학식 12>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000016
또한, 모든 전송 레이어에 동일한 분할을 수행한다고 하면, 전체 전송 레이어에 대한 MIMO 프리코더는 아래의 수학식 13과 같이 M*Ns 크기의 연결 행렬 A와 (Nt/M)*Ns 크기의 분할 프리코딩 행렬 V = [V1...VNs]의 카트리-라오 곱(Khatri-Rao product)으로 표현될 수 있다.
<수학식 13>
Figure PCTKR2016009895-appb-I000017
도 8에서 설명된 바와 같이 2차원 어레이에서 각 열을 하나의 분할로 구성한 경우, 분할 프리코딩 행렬 V는 수직 방향의 프리코딩, 즉, 수직 빔포밍을 수행하고, 연결 행렬 A는 수평 방향의 프리코딩, 즉, 수평 빔포밍을 수행한다. 반대로, 도 9에서 설명된 바와 같이 2차원 어레이에서 각 행을 하나의 분할로 구성한 경우, 분할 프리코딩 행렬 V는 수평 빔포밍을 수행하고, 연결 행렬 A는 수직 빔포밍을 수행한다. 즉, 2차원 어레이에서 행 또는 열 방향으로 완벽하게 정렬된(perfectly aligned) 분할 프리코딩을 수행하는 경우, 3D 빔포밍을 수행하는 프리코더는 하나의 분할 프리코더와 하나의 연결 프리코더로 표현될 수 있고, 둘 중 하나는 수평 빔포밍을, 나머지 하나는 수직 빔포밍을 수행한다.
3D 빔포밍을 위한 CSI 피드백을 설명한다. 폐루프 MIMO 프리코딩을 위하여 단말은 RS를 전송하거나 CSI 피드백을 기지국으로 전송해야 한다. 일반적으로 FDD(frequency division duplexing) 시스템에서는 UL과 DL의 주파수 대역이 다르므로, 단말이 RS를 전송하고 UL과 DL 간의 채널 상호성(channel reciprocity)을 이용하여 기지국이 DL 채널을 추정하는 방법은 적합하지 않다. 따라서 FDD 시스템에서는 단말이 CSI 피드백을 구성하여 전송하는 것이 바람직하다. CSI 피드백은 명시적 정보와 암시적 정보로 구분될 수 있고, 피드백 오버헤드를 고려하면 PPI(preferred precoder index) 형태의 암시적 정보가 주로 사용될 수 있다. 암시적 정보로 폐루프 분할 프리코딩을 지원하기 위해서, 각 분할 프리코더에 대한 PPI 정보와 선호 연결 프리코더에 PPI 정보가 CSI 피드백으로 구성될 수 있다. 모든 분할 프리코더가 동일하게 설정된 완벽하게 정렬된 분할 프리코딩의 경우, 기지국은 모든 안테나 분할에 공통적으로 적용될 공통 분할 프리코더와 각 안테나 분할을 연결하는 연결 프리코더를 결정해야 한다. 따라서 단말은 기지국이 정렬된 분할 프리코더와 연결 프리코더를 효과적으로 설계할 수 있도록 CSI 피드백을 구성해야 한다. 단말이 CSI 피드백을 구성하는 방법은 기지국이 RS를 전송하는 방법과도 밀접한 연관성이 있다.
도 10은 기지국이 전송하는 CSI RS와 분할 및 연결 계수와의 관계의 일 예를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 하나의 안테나 분할에서 제1 CSI RS 자원을 이용한 제1 CSI RS 패턴이 전송된다. 또한, 모든 분할들의 첫 번째 또는 임의의 고정된 순서의 안테나에서 제2 CSI RS 자원을 이용한 제2 CSI RS 패턴이 전송된다. 단말은 기지국이 전송하는 제1 CSI RS 패턴 및 제2 CSI RS 패턴에 따라, 각각 수직 방향 및 수평 방향으로 채널 측정을 수행할 수 있다. 단말은 제1 CSI RS 패턴 및 제2 CSI RS 패턴으로부터 각각 분할 프리코더와 연결 프리코더를 독립적으로 계산할 수 있다. 예를 들어, 단말이 전송하는 CSI 피드백은 다음과 같은 형태로 구성될 수 있다.
1) 제1 CSI 패턴에 적용될 PPI
2) 제2 CSI 패턴에 적용될 PPI
3) RI
4) 1), 2), 3)을 적용한 경우의 CQI
2차원 어레이에서 제1 CSI RS 패턴 및 제2 CSI RS 패턴이 행 또는 열 방향으로 전송되므로, 위의 1)과 2)는 각각 수직 빔포밍을 위한 PPI와 수평 빔포밍을 위한 PPI(또는 그 반대)일 수 있다.
도 11은 편파(polarization)가 적용된 2차원 어레이에서 기지국이 전송하는 CSI RS와 분할 및 연결 계수와의 관계의 일 예를 나타낸다. 상술한 CSI 피드백 정보 구성의 예시는, 기지국 안테나의 편파 여부와 관계 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 2차원 어레이에서 안테나 행의 개수(이하 M)가 4, 안테나 열의 개수(이하 N)가 4, 편파 차원(이하 P)이 2인 경우를 가정한다. 이때 하나의 행에 특정 편파 안테나만으로 하나의 분할을 구성할 수 있다. 즉, (M,N,P)의 형상으로 구성된 2차원 어레이에서, 수평 안테나의 개수를 M*P, 수직 안테나의 개수를 N으로 간주하여 프리코더를 구성하거나, 수평 안테나의 개수를 M, 수직 안테나의 개수를 N*P로 간주하여 프리코더를 구성할 수 있다. 도 11-(a)를 참조하면, CSI 피드백 정보 중 수평 PMI(H-PMI)를 구성하는 송신 안테나의 개수가 M*P이며, 수직 PMI(V-PMI)를 구성하는 송신 안테나의 수가 N이다. 또한, 도 11-(b)를 참조하면, CSI 피드백 정보 중 H-PMI를 구성하는 송신 안테나의 개수가 M 이며, V-PMI를 구성하는 송신 안테나의 수가 N*P이다.
상술한 바와 같이, 3D 빔포밍을 위해서는 수평 방향 및 수직 방향 모두에 대한 CSI 피드백 정보인 H-PMI 및 V-PMI가 단말로부터 기지국으로 피드백 되어야 한다. 그러나 CSI 피드백을 지원하는 기존의 PUCCH 포맷인 PUCCH 포맷 2/2a/2b는 페이로드의 크기가 매우 제한적이다(예를 들어, 11비트). 따라서, 3D 빔포밍을 위하여 H-PMI 및 V-PMI를 PUCCH 포맷 2/2a/2b를 통해 효율적으로 주기적으로 전송하기 위한 방법이 요구된다.
한편, 단말은 프리코딩 되지 않은 CSI RS 자원을 이용하여 CSI 피드백을 수행할 수도 있고, 빔포밍 된 CSI RS 자원을 이용하여 CSI 피드백을 수행할 수도 있다. 즉, 최초에 기지국이 3D 빔포밍을 수행하지 않은 상태에서 CSI RS를 전송하면, 단말은 프리코딩 되지 않은 CSI RS 자원을 이용하여 CSI 피드백을 수행할 수 있다. 기지국은 단말로부터 CSI 피드백을 수신하고 이를 기반으로 3D 빔포밍을 수행할 수 있다. 이후에 전송되는 CSI RS는 3D 빔포밍에 따라 프리코딩 된 CSI RS이다. 따라서, 이후에 단말은 빔포밍 된 CSI RS 자원을 이용하여 CSI 피드백을 수행할 수 있다. 단말은 자신이 전송하는 CSI 피드백이 프리코딩 되지 않은 CSI RS 자원을 기반으로 하는 것인지, 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 하는 것인지를 알릴 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 CSI 피드백을 전송하기 위하여, 단말은 먼저 적어도 하나의 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 측정을 수행하고, 측정된 결과를 기반으로 자신이 선호하는 빔 방향을 결정하고, 빔 방향에 대한 정보 및 CSI 피드백을 기지국으로 전송한다. 단말이 전송하는 빔 방향에 대한 정보는 단말 선호 빔 인덱스(BI; beam index) 또는 단말 선호 CSI RS 자원의 인덱스 등의 형태로 표현될 수 있다. 상기 빔 방향에 대한 정보 및 CSI 피드백은 PUCCH 포맷 2/2a/2b를 통해 기지국으로 전송될 수 있다.
이때, CSI 피드백에 포함되는 PTI가 상기 CSI 피드백이 프리코딩 되지 않은 CSI RS 자원을 기반으로 한 것인지, 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 한 것인지를 구분하는 지시자 또는 플래그로 사용될 수 있다. 즉, 기존의 PTI가 CSI 피드백이 광대역에 대한 것인지, 서브밴드에 대한 것인지를 지시하는 반면, 새로운 PTI는 CSI 피드백이 프리코딩 되지 않은 CSI RS 자원을 기반으로 한 것인지 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 한 것인지를 지시한다. 이에 따라 단말은 자신이 전송하는 CSI 피드백이 프리코딩 되지 않은 CSI RS 자원을 기반으로 하는 것인지, 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 하는 것인지를 기지국으로 알릴 수 있다. 또는, CSI 피드백에 포함되는 PTI가 CSI RS 자원의 프리코딩 여부를 지시하는 새로운 지시자로 대체될 수 있다. 또한, PTI는 2비트 이상의 길이를 가지고, CSI 피드백이 프리코딩 되지 않은 CSI RS 자원을 기반으로 한 것인지 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 한 것인지를 구분할 뿐만 아니라, CSI 피드백이 수직 빔포밍에 관한 CSI 피드백인지 수평 빔포밍에 관한 피드백인지 여부도 지시할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 CSI 피드백 전송의 일 예를 나타낸다. 도 12-(a)를 참조하면, PTI=0으로 설정된 경우, 프리코딩 되지 않은 CSI RS 자원을 기반으로 측정이 수행되고 이에 따른 CSI 피드백이 전송될 수 있다. 이때 피드백 정보는 PMI 및/또는 RI 및/또는 CQI를 포함할 수 있다. 반면 도 12-(b)를 참조하면, PTI=1로 설정된 경우, 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 측정이 수행되고 이에 따른 CSI 피드백이 전송될 수 있다. 이때 피드백 정보는 단말이 선호하는 빔에 관한 정보 및/또는 PMI 및/또는 RI 및/또는 CQI를 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 CSI 피드백 전송의 또 다른 예를 나타낸다. 도 13의 실시예에서, PTI는 단말이 선호하는 빔에 관한 정보를 위하여 사용된다. 단말이 선호하는 빔에 관한 정보는 빔 인덱스일 수 있다. 선택 가능한 빔포밍 된 빔의 방향의 개수에 따라, PTI는 1비트일 수 있고 또는 2비트 이상의 길이를 가질 수도 있다. 도 13을 참조하면, PTI=3의 값을 가지고 이는 단말이 선호하는 빔에 관한 정보에 대응한다. 즉, 단말이 빔 인덱스가 3인 빔을 선호함을 기지국에 알릴 수 있다. 이때 PTI는 CSI 피드백이 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 함을 암묵적으로 지시할 수 있다.
상술한 실시예와 같이 선택 가능한 빔포밍 된 빔의 방향의 개수에 따라 단말이 선호하는 빔을 선택하여 그에 대한 정보를 PTI를 통해 피드백 하는 경우, PTI의 길이는 log2(빔의 개수)이다. 그러나 PTI의 길이를 줄이기 위하여, 먼저 단말은 자신이 선호하는 빔이 포함될 수 있는 빔 후보 집합(예를 들어, 빔 #0~#7 중에, 빔 후보 집합 S = {빔 #2, #3})을 데이터 채널 등을 통해 기지국으로 미리 알릴 수 있다. 이후에 단말은 기지국에 미리 알린 빔 후보 집합에 포함된 빔 중에서, 자신이 선호하는 빔에 관한 정보를 PTI를 통해 기지국에 알릴 수 있다. 이때 단말은 자신이 선호하는 빔의 인덱스를 그대로 알려주는 것이 아니라(예를 들어, 빔 #2에 대해서 PTI=010, 빔 #에 대해서 PTI=011), 자신이 기지국에 미리 알려준 빔 후보 집합 내에서 몇 번째 빔에 해당하는지를 기지국에 알릴 수 있다. 예를 들어, 단말이 빔 후보 집합 S = {빔 #2, #3}을 기지국에 미리 알려 주었다면, PTI=0은 빔 후보 집합 S의 첫 번째 구성 요소인 빔 #2를 지시할 수 있고, PTI=1은 빔 후보 집합 S의 두 번째 구성 요소인 빔 #3을 지시할 수 있다. 이에 따라, 단말이 자신이 선호하는 빔에 관한 정보에 대한 피드백 오버헤드를 줄일 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 CSI 피드백 전송의 또 다른 예를 나타낸다. 도 14의 실시예에서, PTI는 빔에 관한 정보에 대응한다. 즉, PTI는 빔 인덱스, CSI RS 자원 인덱스 등의 빔에 관한 정보에 대응한다. PTI에 뒤이어 해당 빔에 대한 CSI 피드백(즉, PMI/RI/CQI)가 기지국으로 전송된다. 이때, 상술한 도 12 및 도 13의 실시예와는 달리, 자신이 선호하는 하나의 빔에 관한 CSI 피드백만 전송되는 것이 아니고, 모든 빔포밍 된 빔에 관한 CSI 피드백이 전송된다. 도 14를 참조하면, 먼저 PTI=0 (및 RI)이 전송되고, 이에 따라 빔 인덱스=0에 대한 CSI 피드백이 뒤이어서 전송되는 것이 지시될 수 있다. 그리고 빔 인덱스=0에 대한 CSI 피드백(PMI/CQI)가 전송된다. 뒤이어 PTI=1 (및 RI)이 전송되고, 이에 따라 빔 인덱스=1에 대한 CSI 피드백이 뒤이어서 전송되는 것이 지시될 수 있다. 그리고 빔 인덱스=1에 대한 CSI 피드백(PMI/CQI)가 전송된다. 뒤이어 PTI=2 (및 RI)이 전송되고, 이에 따라 빔 인덱스=2에 대한 CSI 피드백이 뒤이어서 전송되는 것이 지시될 수 있다. 그리고 빔 인덱스=2에 대한 CSI 피드백(PMI/CQI)가 전송된다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에 의한 CSI를 전송하는 방법을 나타낸다. 상술한 본 발명이 도 15의 실시예에 적용될 수 있다.
단계 S100에서, 단말은 적어도 하나의 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 측정을 수행한다. 단계 S110에서, 단말은 상기 측정 결과를 기반으로 선호하는 빔에 관한 정보 및 상기 CSI를 기지국으로 전송한다. 이때 상기 CSI는 PTI를 포함하며, 상기 PTI는 상기 측정이 프리코딩 되지 않는 CSI RS 자원을 기반으로 하는지 또는 상기 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 하는지를 지시한다. 상기 PTI는 상기 측정이 상기 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 함을 지시할 수 있으며, 이때 상기 PTI의 값은 1일 수 있다. 또한, 상기 선호하는 빔에 관한 정보는 상기 단말이 선호하는 빔의 빔 인덱스 또는 상기 단말이 선호하는 CSI RS 자원의 인덱스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 CSI는 상기 선호하는 빔에 관한 CQI, PMI 또는 RI 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 선호하는 빔에 관한 정보 및 상기 CSI는 PUCCH 2/2a/2b를 통해 주기적으로 전송될 수 있다.
상기 PTI는 상기 선호하는 빔에 관한 정보를 더 지시할 수 있다. 이때 상기 PTI는 1비트 이상의 길이를 가질 수 있다. 상기 PTI는 상기 선호하는 빔이 포함될 수 있는 빔 후보 집합 내에서의 상기 선호하는 빔에 관한 정보를 지시할 수 있다. 이때 상기 빔 후보 집합에 대한 정보를 상기 기지국으로 미리 전송될 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.
기지국(800)은 프로세서(processor; 810), 메모리(memory; 820) 및 송수신부(transceiver; 830)를 포함할 수 있다. 프로세서(810)는 본 명세서에서 설명된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(810)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(820)는 프로세서(810)와 연결되어, 프로세서(810)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신부(830)는 프로세서(810)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.
단말(900)은 프로세서(910), 메모리(920) 및 송수신부(930)를 포함할 수 있다. 프로세서(910)는 본 명세서에서 설명된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(910)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(920)는 프로세서(910)와 연결되어, 프로세서(910)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신부(930)는 프로세서(910)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.
프로세서(810, 910)은 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(820, 920)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 송수신부(830, 930)는 무선 주파수 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(820, 920)에 저장되고, 프로세서(810, 910)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(820, 920)는 프로세서(810, 910) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(810, 910)와 연결될 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 상술된 본 발명의 특징에 따라 구현될 수 있는 방법들은 순서도를 기초로 설명되었다. 편의상 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로 설명되었으나, 청구된 본 발명의 특징은 단계들 또는 블록들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 다른 단계와 상술한 바와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말에 의한 CSI(channel state information)을 전송하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 빔포밍 된 CSI RS(reference signal) 자원을 기반으로 측정을 수행하고; 및
    상기 측정 결과를 기반으로 선호하는 빔에 관한 정보 및 상기 CSI를 기지국으로 전송하는 것을 포함하되,
    상기 CSI는 PTI(precoding type indicator)를 포함하며,
    상기 PTI는 상기 측정이 프리코딩 되지 않는 CSI RS 자원을 기반으로 하는지 또는 상기 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 하는지를 지시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 PTI는 상기 측정이 상기 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 함을 지시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 PTI의 값은 1인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 선호하는 빔에 관한 정보는 상기 단말이 선호하는 빔의 빔 인덱스(BI; beam index) 또는 상기 단말이 선호하는 CSI RS 자원의 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 CSI는 상기 선호하는 빔에 관한 CQI(channel quality indicator), PMI(precoding matrix indicator) 또는 RI(rank indicator) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 선호하는 빔에 관한 정보 및 상기 CSI는 PUCCH(physical uplink control channel) 2/2a/2b를 통해 주기적으로 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 PTI는 상기 선호하는 빔에 관한 정보를 더 지시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 PTI는 1비트 이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 PTI는 상기 선호하는 빔이 포함될 수 있는 빔 후보 집합 내에서의 상기 선호하는 빔에 관한 정보를 지시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 빔 후보 집합에 대한 정보를 상기 기지국으로 미리 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 무선 통신 시스템에서 단말에 있어서,
    메모리;
    송수신부; 및
    상기 메모리 및 송수신부와 연결되는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는,
    적어도 하나의 빔포밍 된 CSI RS(channel state information reference signal) 자원을 기반으로 측정을 수행하고,
    상기 측정 결과를 기반으로 선호하는 빔에 관한 정보 및 상기 CSI를 기지국으로 전송하도록 상기 송수신부를 제어하도록 구성되며,
    상기 CSI는 PTI(precoding type indicator)를 포함하며,
    상기 PTI는 상기 측정이 프리코딩 되지 않는 CSI RS 자원을 기반으로 하는지 또는 상기 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 하는지를 지시하는 것을 특징으로 하는 단말.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 PTI는 상기 측정이 상기 빔포밍 된 CSI RS 자원을 기반으로 함을 지시하는 것을 특징으로 하는 단말.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 선호하는 빔에 관한 정보는 상기 단말이 선호하는 빔의 빔 인덱스(BI; beam index) 또는 상기 단말이 선호하는 CSI RS 자원의 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 CSI는 상기 선호하는 빔에 관한 CQI(channel quality indicator), PMI(precoding matrix indicator) 또는 RI(rank indicator) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 선호하는 빔에 관한 정보 및 상기 CSI는 PUCCH(physical uplink control channel) 2/2a/2b를 통해 주기적으로 전송되는 것을 특징으로 하는 단말.
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