KR101501714B1

KR101501714B1 - 미모 무선 통신 시스템에서 오버헤드를 줄이기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101501714B1
Application number: KR1020090048491A
Authority: KR
Inventors: 칸 파루크
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2015-03-11
Also published as: US8774310B2; US20100091905A1; KR20100041662A

Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 데이터 전송에 대한 것으로, 특히 다중 안테나 시스템에서 발생할 수 있는 기준 신호의 오버 헤드와 피드백 오버헤드를 줄여 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, MIMO 전송 스킴에 따르는 다수의 안테나를 이용하여 단말기로 데이터를 전송하는 기지국을 포함하되, 상기 기지국은 모든 또는 부분의 프리코더들이 선택될때까지 프리코더들의 사이클링으로 이용하여 전송 데이터를 프리코딩하고, 상기 단말기로부터 서브밴드별로 CQI값을 수신하여 상기 단말기들을 스케줄하는 것을 특징으로 한다.

프리코딩, 프리코더, 오버헤드, 다중 안테나 시스템

Description

미모 무선 통신 시스템에서 오버헤드를 줄이기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REDUCING THE OVER-HEAD IN A MIMO WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 통신 시스템에서 데이터 전송에 대한 것으로, 특히 다중 안테나 시스템에서 발생할 수 있는 기준 신호의 오버 헤드와 피드백 오버헤드를 줄여 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 프리코딩 정보와 Lank 정보는 송신기로 피드백한다.

도 1은 일반적인 OFDM 시스템의 구성을 도시한 블록도로, 상기 OFDM 시스템은 변조기(QAM Mod.), 직렬-병렬 변환기(S/P), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform), 병렬-직렬 변환부(P/S), CP 삽입기(Add CP)를 포함하는 송신기와 CP 제거기(Remove CP), 직렬-병렬 변환부(S/P), FFT, 병렬-직렬 변환부(P/S), 복조기(QAM Demod.)를 포함하는 수신기를 포함하여 구성할 수 있다.

먼저 상기 송신기의 변조기(QAM Mod.)는 부호화된 비트열을 소정의 변조 방 식으로 변조한 변조 심벌을 생성하여 상기 직력-병렬 변환부(S/P)로 제공하고, 상기 직렬-병렬 변환부(S/P)는 상기 변조기(QAM Mod.)로부터 입력되는 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하여 IFFT로 제공한다.

상기 IFFT는 각 데이터 스트림에 IFFT 연산을 수행하고, 연산 결과를 병렬/직렬 변환부(P/S)로 전달하여 상기 병렬/직렬 변환부(P/S)로 하여금 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하도록 처리한다.

상기 CP 삽입기(Add CP)는 각 병렬 데이터 스트림을 하나의 데이터 신호로 결합하고, 심볼 간 간섭(Inter-Symbol Interference : 이하 'ISI'라 칭함) 및 블록 간 간섭(Inter-Block Interference : 이하 'IBI'라 칭함) 을 제거하는데 도움이 되도록 상기 결합된 데이터 신호에 CP를 추가한다.

상기 수신기는 안테나를 통해 수신하는 신호를 CP 제거기(Remove CP)로 전달하하여 상기 CP 제거기(Remove CP)로 하여금 상기 신호로부터 CP를 제거하여 직렬/병렬 변환부(S/P)로 전달하도록 처리한다. 상기 직렬/병렬 변환부(S/P)는 데이터 신호를 병렬 데이터 스트림으로 분리한 후, FFT로 에 전달한다. 상기 FFT는 각 데이터 스트림에 FFT 연산을 수행하고, 연산 결과를 병렬/직렬 변환부(P/S)로 전달한다. 상기 병렬/직렬 변환부(P/S)는 상기 데이터 스트림을 직렬 데이터 신호로 변환한 후 복조기(QAM Demod.)로 전달하여 원래의 신호를 검출하도록 처리한다.

상기 OFDM 시스템에서 총 대역폭은 부반송파(Subcarrier)로 불리는 좁은 대역 주파수 단위로 나눠진다. 여기에서, 상기 부반송파의 갯수는 상기 시스템에서 사용하는 FFT/IFFT 사이즈(N)와 동일하게 되지만 일반적으로 상기 부반송파의 갯수 는 주파수 스펙트럼의 가장 자리에 있는 부반송파들은 가드 부 반송파(guard subcarrier)로 예약되기 때문에 FFT/IFFT 사이즈(N) 보다 적게 사용한다. 일반적으로 가드 부 반송파를 통해서는 정보가 전송되지 않는다.

MIMO 스킴은 무선 통신 채널의 신뢰도와 용량을 향상시키기 위하여 다중 안테나를 사용한다. MIMO 시스템은 전송(M) 및 수신(N) 안테나의 수에 대한 최소 값(예를 들어, K = min(M,N).)을 나타내는 K에 따라 성능이 선형적으로 증가한다.

도 2는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 송수신기 구성을 도시한 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 4개의 서로 다른 데이터 스트림은 4개의 전송 안테나를 통해 개별적으로 분리되어 전송된다. 상기와 같이 각각의 안테나를 통해 전송된 데이터는 4개의 수신 안테나를 통하여 수신된다.

원래의 4개의 데이터 스트림을 얻기위해서 공간 신호 처리의 몇가지 방식이 수신된 신호에 대해 수행된다. 공간 신호 처리의 예는 V-BLAST(Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time)이다. 이는 전송된 데이터 신호를 얻기 위해 연속적인 간섭 제거 원칙을 사용한다.

MIMO 스킴에 대한 다른 방식은 전송 안테나에 걸쳐서 공간-시간 코딩을 하는 방식을 사용하는 것이다(e.g.,D-BLAST(diagonal Bell Laboratories Layered Space-Time (D-BLAST) 및 SDMA(Spatial Division multiple Access)와 같은 빔 포밍 스킴).

MIMO 채널 추정은 각각의 전송 안테나로부터 각각의 수신 안테나로의 링크에 관한 채널 이득과 위상 정보에 대한 추정으로 구성된다. 따라서, 채널 MxN MIMO 시스템에 대한 채널은 NxM 행렬로 구성된다.

여기서, hij 는 전송 안테나 j에서 수신 안테나 i로의 채널 이득을 나타낸다. MIMO 채널 행렬 요소의 추정을 가능하게 하기 위해서 별조의 파일롯들이 각각의 전송 안테나들로부터 전송된다. 싱글 코드 워드 MIMO 스킴은 예는 도 3에 나타나있다.

도 3은 싱글 코드워드 MIMO 전송 스킴에 대한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 싱글 코드 워드 MIMO 전송의 경우에 있어서, CRC(cyclic redundancy check)가 싱글 정보 블록에 추가되고 이후, 코딩 및 변조가 수행된다.

상기와 같이 코딩 및 변조된 심볼들은 다중 안테나 상에서 전송을 위해서 디멀티플렉싱된다. 선택적인 프리코딩은 K 개의 레이어를 M개의 안테나에 매핑하도록 한다.

도 4는 다중 코드워드 MIMO 전송 스킴에 대한 도면이다.

상기 도 4를 참조하면, 정보 블록은 더 작은 정보블록으로 디멀티플렉싱된다. 각각의 CRC들은 상기 더 작은 정보 블록에 추가되고, 이후, CRC가 추가된 더 작은 정보 블록에 대해 개별적인 코딩 및 변조가 수행된다. 변조 과정 후에는, 더 작은 정보 블록들은 각각 좀 더 작은 정보 블록들로 디멀티플렉싱되고, 해당 안테나를 통해 전송된다.

상기 다중 코드워드 MIMO 전송에 있어서, 서로 다른 변조 방식과 코딩 방식이 개별 스트림 각각에 대해 사용될 수 있다. 따라서, PARC(Per Antenna Rate Control)라 불리우는 스킴이 사용된다.

또한, 다중 코드 워드 전송은 더 효율이 높은 post-decoding 간섭 제거를 할 수 있다. 왜냐하면, 코드워드가 전체 신호로부터 제거되기(cancel) 전에, CRC 검사가 각각의 코드워드에 대해 수행되기 때문이다. 이러한 방식으로, 올바르게 수신된 코드 워드만이 제거된다. 그리고, 제거 과정에서 어떠한 간섭도 피할 수 있다.

3GPP LTE 시스템에서 두개의 code word 의 최고값은 도 5내지 도 7에 도시한 바와 같이 2 ~ 4개의 레이어를 이용하여 전송한다.

도 5를 참조하면, rank-2 또는 2개의 레이어 전송을 수행하기 위하여 코드워드 1(CW1)은 레이어 0(layer-0)으로부터 전송되고, 반면에 코드워드 2(CW2)는 레이 어 1(layer-1)로부터 전송된다.

도 6을 참조하면, rank-3 또는 3개의 레이어 전송을 수행하기 위해서 코드워드 1(CW1)은 레이어 0(layer-0)과 레이어 1(layer-1)로부터 전송되고, 반면에 코드워드 2(CW2)는 레이어 2(layer-2)로부터 전송된다.

도 7을 참조하면, 4개의 레이어 전송을 위하여 코드워드 1(CW1)은 레이어 0(layer-0)과 레이어 1(layer-1)로부터 전송되고, 코드워드 2(CW2)는 레이어 2(layer-2)과 레이어 3(layer-3)로부터 전송된다.

도 8은 단일사용자 MIMO 시스템을 도시한 도면으로 도시한 바와 같이 단일 사용자 MIMO 시스템의 경우에는 모든 MIMO 레이어는 단일 사용자에게로 전송된다.

도 9는 다중 사용자 MIMO 시스템을 도시한 도면으로 도시한 바와 같이 다중 사용자 MIMO 시스템의 경우에는 상기 단일 사용자 MIMO 시스템의 경우와 다르게 모든 MIMO 레이어는 다중 사용자에게 할당한다.

폐루프 MIMO 프리코딩 시스템(closed-loop MIMO precoding system)은 각각의 전송 안테나 사이즈를 프리코딩 행렬을 설정고, 상기 설정한 프리코딩 행렬은 NODE-b 와 UE로 알려진다.

상기 프리코딩 행렬은 P={P1,…,PL}로 정의한 코드북을 의미한다. 여기에서, L=2^q는 코드북의 크기를 나타내고, q는 코드북 인덱싱에 필요한 비트수를 나타낸다.

상기 코드북이 MIMO 시스템에서 정의 되어질 때 수신기는 채널을 인식하는 순간에 사용되어지기 가장 적합한 프리코딩 행렬을 선택하고, 코드워드의 인덱스를 송신기로 피드백한다.

상기와 같은 프리코딩 MIMO 시스템의 기본 아이디어는 도 10에 설명되어 있다.

선택적 프리코딩은 도 11에 도시한 바와 같이 물리적 안테나로 데이터 스트림이 매핑되기 전에 단일 프리코딩으로 사용된다.

이것은 가상 안테나의 셋 또는 프리코딩 이전의 MIMO 레이어들을 새롭게 생성한다. 이경우 각각의 코드워드는 잠재적으로 모든 물리 전송 안테나로부터 전송이 된다. 예를 들어, 두 개의 전송 안테나의 경우 단일 프리코딩 행렬의 두가지 예 P1 과 P2는 아래와 같이 될수있다.

변조 심볼 S1 과 S2는 스트림 1과 스트림 2 에서 주어진 시간에 반복적으로 전송이 된다고 가정하면, 행렬 P1, P2을 이용한 프리코딩 이후의 변조 심벌은 하기 수학식 3과 같이 정리할 수 있다.

[016] 그러므로 심볼

과

는 행렬 P1을 이용하여 프리코딩된 후, 반복적으로 안테나 1과 2을 통해 전송될 것이다.

유사하게 심볼

과

는 행렬 P2를 이용하여 프리코딩이 완료된 후, 반복적으로 안테나 1과2에서 전송이 될 것이다.

확실히 알아야할 것은 도 11에서 도시한 바와 같이 상기 프리코딩은 IFFT 연산전에 OFDM 부반송파 수준에서 완료되어야 한다.

상기 프리코딩의 예는 DFT(Discrete Fourier Transform) 기반 또는 퓨리에 프리코딩이 된다.

퓨리에 행렬은 하기 수학식 4와 같은 항목을 포함하는 N x N 정사각 행렬이다.

상기 퓨리에 행렬은 하기 수학식 5와 같은 2 X 2 행렬로 표현할 수 있으며 유사하게 하기 수학식 6과 같은 4 X 4 행렬로 표현할 수 있다.

다른 프리코딩의 형식은 Householder 공식을 사용하여 만들어진 행렬을 포함한다. 4 x 4 Householder 행렬은 예는 하기 수학식 7과 같다.

여기에서,

이다.

3GPP LTE 시스템에서 사용된 HH 4-Tx 안테나 MIMO 프리코딩의 예는 하기 표 1과 같다.

MIMO 전송에서 사용되는 프리코딩은 단말(UE ; User Equipment)에 의한 Node-B로의 피드백이 필요하다. 상기 단말에 의한 Node-B로 피드백되는 피드백정보는 프리코딩 행렬 또는 열 식별자(column identity)로 구성된다.

더욱이 OFDM 시스템에서 도 12에서 도시한 바와 같이 주파수 선택 페이딩로 인하여 각각 다른 서브밴드(subband)에서의 최적의 프리코딩이 달라질수가 있다.

그러므로 프리코딩 정보는 서브밴드을 기초로하여 전송될 수 있다.

도 13의 예에서 300인 부반송파(subcarrier)들은 각각 60인의 부반송파들로 구성된 이루어진 5개의 서브밴드으로 나누어진다.

상기 서브밴드에서 Rank-1 전송이 일어난다고 가정하면 프리코더들은

인 서브밴드 1, 2, 3, 4, 5 을 rank1 전송에서 각각 사용한다.

시스템이 4x4 MIMO를 지원할 수 있을 때 rank-4(4 MIMO 레이어) 전송은 항상 원할하지 않다는 것은 잘 알려져있다. 단말기들에 의해 경험된 MIMO 채널은 일반적으로 전송을 위해 사용되어질 수 있는 최대의 rank 를 제한한다.

일반적으로 시스템에서 채널이 좋지 않은 사용자들은 데이터 전송 효율을 위하여 높은 rank 전송보다 낮은 rank 전송을 더 선호한다.

더욱이 주파수 선택 페이딩 때문에 최적 rank는 서로 다른 서브밴드에 따라서 달라진다.

그러므로 최적의 성능을 위해서 단말기는 하기 도 13과 같이 서브밴드을 기반으로 한 랭크 정보를 피드백하는 것이 필요하다.

상기 도 13을 참조하면, 일 예로 서브밴드 1, 2, 3, 4, 5의 전송은 rank-1, 2, 2, 1, 3을 각각 사용한다.

PMI(Precoding Matrix Indication)와 서브밴드에 기초한 rank 피드백은 심각한 피드백 오버헤드를 발생시킬수 있다. 예를 들어, 상기 PMI를 전송하기 위하여 서브밴드당 4bit의 정보와 rank를 전송하기 위하여 서브밴드당 2bit의 정보를 가정한다고 하면 총 5개의 서브밴드의 피드백에 따른 오버헤드는 30bit가 된다.

더 큰 대역폭(bandwidth)의 시스템은 더 많은 수의 서브밴드의 지원이 요구되기 때문에 더 큰 오버헤드가 발생한다.

또한, 더 정교한 형태의 PMI/rank 피드백은 오버헤드를 증가시킴으로써, 오버헤드를 줄이는 PMI와 rank 피드백 메커니즘을 개선할 필요가 있다.

도 14는 3GPP LTE 시스템에서 4-Tx 안테나 포트에 맵핑하는 하향링크 기준 신호(downlink reference signal)를 도시한 도면이다.

상기 도 14를 참조하면, 표시 R_p는 안테나 포트P에서 기준 신호 전송을 위하여 사용한 성분을 나타내는 것이며, 안테나포트 2와 3의 강도는 안테나 0 과 1의 반이 되는 것을 알 수 있다.

안테나별 기준 신호의 오버헤드는 안테나포트 2,3 이 2.38% 일때 안테나 0,1 은 4.76% 이다.

총 4개의 포트에서 기준 신호의 오버헤드는 14.28% 이며 이것은 시스템에서 심각한 오버헤드를 보여준다.

안테나포트가 4개 이상으로 증가를 하게 된다면 기준 신호 오버헤드 역시 거기에 대응해서 올라간다. 더욱이 수신기는 서브밴드를 기반으로 PMI의 피드백을 송신기로 제공함으로써 심각한 시그널 오버헤드가 발생한다.

그러므로 MIMO 시스템에서 기준 신호와 피드백 오버헤드를 줄이기 위한 장치 및 방법이 요구된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다중 안테나 시스템의 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다

본 발명의 다른 목적은 다중 안테나 시스템에서 발생할 수 있는 기준 신호와 피드백에 따른 오버헤드를 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선 네트워크에서 단말기와 통신을 가능하게 하는 장치는 MIMO 전송 스킴에 따르는 다수의 안테나를 이용하여 단말기로 데이터를 전송하며 모든 또는 부분의 프리코더들이 선택될때까지 프리코더들의 사이클링으로 이용하여 전송 데이터를 프리코딩하는 기지국과, 기준 신호의 검출에 따라 레이어에 따른 CQI를 측정하여 상기 기지국으로 전송하는 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선 네트워크에서 단말기와 통신을 가능하게 하는 방법은 MIMO 전송 스킴에 따르는 다수의 안테나를 이용하여 단말기로 데이터를 전송하며 모든 또는 부분의 프리코더들이 선택될때까지 프리코더들의 사이클링으로 이용하여 전송 데이터를 프리코딩하는 과정과, 기준 신호의 검출에 따라 레이어에 따른 CQI를 측정하여 기지국으로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 다중 안테나 시스템에서 발생할 수 있는 기준 신호의 오버 헤드와 피드백 오버헤드를 줄여 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 모든 또는 부분의 프리코더들이 선택될때까지 프리코더들의 사이클링으로 이용하여 전송 데이터를 프리코딩하고, 상기 단말기로부터 서브밴드별로 CQI값을 수신하여 상기 단말기들을 스케줄하는 기지국을 포함함으로써, 기존의 다중 안테나 시스템에서 발생하는 기준 신호 및 피드백에 따른 오버헤드를 줄일 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명에서는 다중 안테나 시스템에서 발생할 수 있는 기준 신호의 오버 헤드와 피드백 오버헤드를 줄여 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관하여 설명할 것이다.

본 발명에 따라 데이터 전송에 사용된 프리코딩은 전부 또는 부분의 프리코 더를 통해 초기화 되고 리셋된다.

도 15는 본 발명에 따라 프리코딩의 초기화 및 리셋을 위한 프리코딩 벡터 사이클링을 도시한 도면이다.

상기 도 15에 도시한 바와 같이 송신기는 앞서 설명한 <표 1>의 모든 rank-1 프리코더들을 통해 순환한다.

그 순환은 모든 또는 부분의 프리코더들이 모두 또는 부분의 서브밴드에서 사용될 때까지 지속되며 기준 신호 역시 프리코드된다.

그러므로 4개의 송신 안테나를 통한 전송에서도 하나의 프리코드된 기준 신호는 rank-1 전송을 위해 전송된다. 상기 수신기는 다른 서브밴드에서 CQI 측정값을 생성하여 송신기로 피드백한다.

상기 송신기는 도 16에 도시한 바와 같이 상기 수신기로부터 제공받은 CQI 측정값을 바탕으로 해서 상기 수신기에 대한 스케줄링 과정을 수행한다.

이때, CQI 피드백 타이밍은 송신기가 수신한 CQI를 프리코더로 링크하는 것과 같이 사용된다.

예를 들어, 송신기는 서브밴드#1(subband#1)과 서브프레임#5(SF#5)에서 보고된 CQI 측정값을 바탕으로여 subframe(k+1)의 subband#1에서의 수신기를 스케줄한다.

상기 수신기로부터 보고받은 CQI를 바탕으로 subband#1과 SF#5에서

프리코더를 사용한 송신기는 이후, Subframe(k+1)의 SB#1에서 이 수신기로의 전송을 위해서 동일한 프리코더

을 사용한다.

여기에서, 상기 CQI는 CQI를 측정하는데 사용되어진 프리코더에만 유효하다.

동일한 원칙으로 송신기는 다른 서브대역에서 다른 수신기로의 전송을 위한 스케줄링 과정을 수행한다.

하나의 수신기는 서로 다른 프리코더를 이용하여 하나 이상의 서브밴드를 할당할 수 있다.

서브프레임의 서브밴드에서 어떠한 전송이 없을 경우, 상기 송신기는 현재 서브프레임에서 사용하지 않은 프리코더를 이용하여 기준 신호를 전송하도록 한다.

이것은 도 16에서 보여진 것과 같이 다른 서브밴드에서 측정을 하는 수신기를 위해 더 많은 프리코더를 선택하는 것을 제공한다

예를들어 SB#3과 Subframe#(k+1)에서 어떠한 데이터 전송도 없지만 상기 송신기는 subframe #(k+1)에서 수신기로의 어떠한 전송에 사용되지 않은 기준 신호를 위하여 프리코더

을 사용한다.

유사하게 Subframe#(k+2)에서 수신기로의 전송에 전혀 사용되지 않은 프리코더

은 subframe#(k+2)의 SB#2의 기준 신호를 위하여 사용된다.

Subframe#(k+3)에서는 두개의 서브밴드 즉 SB#3과 SB#4가 기준 신호 전송에 사용되어진다.

도 16을 참조하면, subframe#(k+2)의 SB#2에서 프리코더

을 사용하여 첫번째 수신기로의 데이터 전송이 수행되었다.

두번째 수신기는 Subframe#(k+2) 의 SB#2에 대한 CQI를 측정하여 상기 송신기로 피드백한다.

상기 송신기는 CQI 추정한 수신기와 동일한 프리코더

을 이용하여 Subframe#(k+6)의 SB#2에 대한 수신기의 스케줄링 과정을 수행한다.

두번째 수신기는 CQI 측량을 만들 때 subframe#(k+2)에 있는 SB#2에서 이용된 정확한 프리코더들을 인식하고 있지 않을지도 모른다. 하지만 송신기는 다른 서브프레임의 다른 서브밴드에서 사용된 프리코더들에 대한 사용 흔적을 유지한다.

CQI 가 수신기에 의해서 보고되었을 때 송신기는 주어진 서브프레임, 서브밴드에서 사용된 프리코더로 CQI를 링크시킨다.

세번째 수신기가 subframe#(k+1)에서 SB#3 CQI를 측정하고 측정한 CQI값을 송신기로 보고하고, 상기 송신기는 프리코더

을 사용하여 subframe#(k+1)의 SB#3에서만 기준 신호를 전송한다.

이후, 상기 송신기는 동일한 프리코더

을 이용하여 Subframe#(k+6) 의 SB#3에 대한 수신기의 스케줄링 과정을 수행한다.

도 17은 rank-1 프리코더의 서브셋(부분집합)을 이용하여 프리코딩의 초기화와 리셋을 위한 프리코딩 벡터 사이클의 예를 도시한 도면이다.

상기 도 17을 참조하면, 주파수 선택적 채널(frequency selective channel)에서 최적의 프리코더는 다른 주파수의 서브밴드에서 달라질 수 있으며 상기 프리코딩 벡터 사이클은 도 17에 도시한 바와 같이 프리코더의 서브셋

의 4개의 프리코더가 모든 서브밴드에서부터 전송되는 것을 알 수 있다.

도 18은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 프리코딩의 초기화 및 리셋을 위한 프리코딩 벡터 사이클링을 도시한 도면으로, 프리코더는 주파수 축으로 순환한 후, 시간 축으로 순환한다.

도 19는 본 발명에 따라 rank-1 전송을 위한 하향링크 기준 신호의 맵핑을 도시한 도면으로, 하나의 기준 신호는 사용된 전송안테나의 갯수와는 관계 없다는 것을 확인해야한다.

도 20은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따라 프리코딩의 초기화 및 리 셋을 위한 프리코딩 벡터 사이클링을 도시한 도면으로 Rank-1 과 rank-2 프리코더로 이루어진 프리코더의 서브셋

은 전송을 위해 사용된다.

수신기는 사용한 프리코더로 CQI를 측정한 후, 상기 측정한 CQI를 송신기로 전달한다.

일반적으로 몇몇의 수신기에서 rank와 프리코더의 조합은 특정 서브밴드에서 좋게 변화될것이고 이러한 수신기는 서브밴드에서 더 높은 CQI 값을 보고할 것 이다. PF 스케줄러(Proportional Fair scheduler)인 경우 상기 수신기는 더 높은 CQI 값을 보고한 서브밴드에서 스케줄링 될 것입니다.

도 21은 본 발명에 따라 rank-2 전송을 위한 다운링크 기준 신호의 매핑 과정을 도시한 도면으로, 상기 도 20에 도시한 바와 같이 Subframe #1의 SB#1,3,5 에서의 전송같이 Rank-1 전송하고 상기 도 19에 도시한 바와 같이 Rank-1 의 기준 신호가 매핑에 사용되는 것을 확인할 수 있다.

도 22는 본 발명에 바람직한 일 실시 예에 따라 rank-1, rank-2, rank-3전송을 위한 MIMO 프리코딩의 예를 도시한 도면이다.

상기 도 22를 참조하면, Rank-1, rank-2 과 rank-3 프리코더로 이루어진 프 리코더의 서브셋

은 전송을 위해 사용된다.

수신기는 사용된 프리코더를 통해 CQI값을 측정하고, 상기 측정한 CQI 값을 송신기로 전달한다.

상기 수신기로부터 CQI값을 전달받은 송시기는 상기 수신한 CQI값을 바탕으로하여 스케줄링 과정을 처리한다.

여기서 상기 송신기는 각각의 서브밴드, 서브프레임에서 사용된 rank 와 프리코더를 저장함으로써 수신된 CQI 값과 사용된 rank 와 프리코더를 비교할 수 있다.

일반적으로 몇 개의 수신기에서 rank와 프리코더의 조합은 특정 서브밴드에서 좋게 변화될 것이고 이러한 수신기는 높은 이러한 서브밴드에서 더 높은 CQI 값을 보고할것이다.

PF 스케줄러(Proportional Fair scheduler)인 경우 이러한 수신기는 그들이 더 높은 CQI 값을 보고한 subband 에서 스케줄일 될 것입니다. 상기 도 22의 예 에서 상기 수신기는 subframe#(k+1)과 Subframe#(k+2)에서 CQI 측정값을 바탕으로 subframe#(k+n)에서 스케줄링 되는 것을 알 수 있다.

도 23은 본 발명에 따라 rank-3 전송을 위한 다운링크 기준 신호의 맵핑 과정을 도시한 도면으로 앞서 설명한 도 22에서 Subframe #(K+1)의 SB#2에서의 전송같이 Rank-1 전송하고 도 19에서 도시한 바와 같이 Rank-1 의 기준 신호가 매핑에 사용되는 것을 알 수 있다.

유사하게 상기 도 22에서의 도시한 바와 같이 subframe#(k+1)의 SB#5에서의 rank-2를 전송하기 위하여 rank-2의 기준 신호가 매핑에 사용되는 것을 알 수 있다.

도 24는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 rank-1, rank-2, rank-3, rank-4 전송을 위한 MIMO 프리코딩의 예를 도시한 도면이다.

상기 도 24를 참조하면, Rank-1, rank-2, rank-3 그리고 rank-4 프리코더로 이루어진 프리코더의 서브셋

이 전송을 위해 사용된다.

상기 송신기는 상기 수신기로부터 수신한 CQI 값을 바탕으로 스케줄링 과정을 수행한다.

여기에서, 상기 송신기는 각각의 서브밴드, 서브프레임에서 사용된 rank 와 프리코더를 저장함으로써 수신된 CQI 값과 사용된 rank와 프리코더를 비교할 수 있다.

상기 수신기는 실제 사용된 프리코더에 대해 인식할 필요가 없다. 왜냐하면 기준 신호가 CQI 값 측정 및 데이터 복조에 사용되며 프리코드된기 때문이다.

일반적으로 대개 몇 개의 수신기에서 rank와 프리코더의 조합은 특정 서브밴드에서 좋게 변화될 것이고 이러한 수신기는 높은 이러한 서브밴드에서 더 높은 CQI 값을 보고할것이다.

PF 스케줄러(Proportional Fair scheduler)인 경우 수신기는 그들이 더 높은 CQI 값을 보고한 서브밴드에서 스케줄일 될 것입니다.

상기 도 24의 예 에서 상기 수신기는 subframe#(k+1)과 Subframe#(k+2)에서 CQI 측정값을 바탕으로 subframe#(k+n)에서 스케줄링 되는 것을 알 수 있다.

도 25는 본 발명에 따라 rank-3 전송을 위한 다운링크 기준 신호의 매핑 과정을 도시한 도면으로, 앞서 설명한 도 24에서 Subframe #1의 SB#2에서의 전송같이 Rank-1을 전송하고, 도 19에서 도시한 바와 같이 Rank-1 의 기준 신호 매핑에 사용되는 것을 알 수 있다.

유사하게 상기 도 24에서 도시한 바와 같이 subframe#(k+2)의 SB#1에서의 rank-2를 전송하기 위하여 rank-2의 기준 신호가 매핑에 사용되는 것을 알 수 있다.

더욱이 상기 도 24에서 도시한 바와 같이 subframe#(k+1)의 SB#1 에서의 rank-3 전송은 도 23에 도시한 바와 같이 rank-3에 매핑 되는 기준 신호가 사용된다.

도 26은 본 발명에 따라 기준 신호와 rank부터 추측한 CQI의 계산값을 이용 하여 전송 rank를 검출하는 과정을 도시한 흐름도이다.

도 26을 참조하면, 상기 전송 rank는 상응하는 rank를 위한 기준 신호의 존재 유무에 따라 검출된다.

이것은 PN 시퀀스(Pseudo-Noise sequence)같은 기준 신호 전송을 위한 특정 시퀀스를 사용하는 것으로 수행할 수 있다.

또한 서로 다른 레이어에 전송된 기준 신호는 시간-주파수 상에서 직교한다.

이에 따라 수신기는 대응하는 위치에서의 미리 알려진 패턴을 감지하고 감지 결과를 임계값과 비교하는 과정을 시도할 수 있다.

또한 상기 수신기는 1보다 큰 rank를 검출할 경우, 각각의 레이어에 대한 CQI를 전송한다.

도 27은 본 발명에 따른 SDMA 또는 Multi-user MIMO의 예를 도시한 도면이다.

동시전송은 동일 시간 주파수(time-frequency) 자원을 사용하여 한 개 이상의 수신기로 전송된다.

신호의 직교성(Orthogonality)은 다중 사용자로 전송을 위한 다른 빔을 의미하는 것으로 다른 프리코더를 사용함에 따라 가능하다.

이러한 전송 방식은 SDMA 또는 multi-user MIMO 방식을 의미한다.

상기 도 27을 참조하면, 수신기-1이 프리코더

을 사용하는 동안 수 신기-2는 프리코더

을 사용한다.

상기 두개의 프리코더들이 두개의 수신기로 전송하기 위한 두개의 quasi-orthogonal beam 생성하는 것을 알 수 있다.

도 28은 본 발명에 따른 SDMA 또는 Multi-user MIMO 시스템의 프리코딩 전송의 예를 도시한 도면이다.

상기 도 28을 참조하면, 상기 SDMA 또는 Multi-user MIMO 시스템은 코드북의 서브셋

을 사용한다.

여기에서, 동일한 자원에 있는 두 개의 수신기로 두 개이상의 빔을 전송하거나 또는 동시 전송을 가정한다.

상기 SDMA 또는 multi-user MIMO 의 경우에 수신기 관점에서 전송 rank 는 단일 rank 수신을 말하는 1로 가정한다.

하지만 본 발명은 상기 SDMA 또는 multi-user MIMO 안의 각 수신기의 rank가 1보다 더 커질 수 있는 경우에 적용될 수 있다.

본 발명은 도 28에 도시한 바와 같이 subframe#(k+1)에서 CQI 측정을 바탕으로하여 subframe#(k+n)의 수신기의 스케줄링 과정을 나타낸다.

SDMA 또는 rank-1을 수신하는 multi-user MIMO의 경우에 beam-1 과beam-2 를 위한 기준 신호는 도 29 및 도 30에 도시한 바와 같이 rank-1 이 전송되는 것처럼 전송된다.

도 29는 SDMA 또는 rank-1을 수신하는 multi-user MIMO 시스템에서 beam-1을 위한 기준 신호를 전송하는 과정을 도시한 도면이다.

도 30은 SDMA 또는 rank-1을 수신하는 multi-user MIMO 시스템에서 beam-2를 위한 기준 신호를 전송하는 과정을 도시한 도면이다.

뿐만아니라 상기 수신기가 우선순위 빔을 결정하는 것을 돕기 위하여 기준 신호는 beam에 특화된 PN-Sequence에 의해 스크램블된다.

상기 수신기들은 그들이 beam에 특화된 PN-seqeunce에 의해 디스크램블링된 기준 신호을 통해 수신한 각각의 빔에 대한 CQI 측정값을 만들 수 있다.

이후, 상기 수신기는 한 개 또는 그 이상의 수신된 beam에서 CQI값을 송신기로 보고할 수 있다.

여기에서, PN-Sequnce는 본 발명에 일 실시 예로 사용한 것으로, Zadoff-Chu(ZC) sequence, Generalized Chirp Like(GCL) sequence 또는 컴퓨터에 의해 생성된 sequence 들은 다른 beam 들을 위한 기준 신호처럼 사용할 수 있다.

도 31은 우선 순위 빔(preferred beam)과 CQI 보고에 대한 인식을 처리하는 과정을 도시한 흐름도이다.

각각의 다른 빔에서 사용되는 기준 신호는 다른 sequence를 사용하고 수신기 는 다른 beam이 수신된다는 것을 탐지한다 또 한 전송된 beam에서의 CQI 값을 계산가능하다.

도 31 에 따르면 수신기 역시 우선 순위 빔을 preferred beam을 탐지할 수 있다.

다른 빔을 위한 기준 신호는 서로 다른 시퀀스를 사용하기 때문에 수신기는 전송된 서로 다른 빔을 검출하고 전송된 빔에서 CQI를 계산할 수 있다.

따라서 도 31을 참조하면, 상기 수신기는 우선 순위 빔을 확인할 수 있으며 우선 순위 빔의 정보인 CQI 값에 대응하는 Beam의 ID값은 송신기로 피드백 될 수 있다.

본 발명은 MIMO를 적용한 시스템에서 기준 신호(pilot)와 PMI/RI 피드백 정보 오버헤드를 줄이기 위한 것으로 LTE-Advanced 와 IEEE 802.16m 표준에 모두 적합하도록 되어있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 일반적인 OFDM 시스템의 구성을 도시한 블록도,

도 2는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 송수신기 구성을 도시한 도면,

도 3은 싱글 코드워드 MIMO 전송 스킴에 대한 도면,

도 4는 다중 코드워드 MIMO 전송 스킴에 대한 도면,

도 5는 rank-2 또는 2개의 레이어 전송을 수행하는 시스템의 구성을 도시한 도면,

도 6은 rank-3 또는 3개의 레이어 전송을 수행하는 시스템의 구성을 도시한 도면,

도 7은 4개의 레이어 전송을 수행하는 시스템의 구성을 도시한 도면,

도 8은 단일사용자 MIMO 시스템을 도시한 도면,

도 9는 다중 사용자 MIMO 시스템을 도시한 도면,

도 10은 피드백 기반의 MIMO 프리코딩을 나타내는 도면,

도 11은 MIMO 시스템에서의 프리코딩을 나타내는 도면,

도 12는 다른 서브밴드에서의 MIMO 프리코딩을 나타내는 도면,

도 13은 다른 서브밴드을 기반으로 한 랭크 정보를 피드백하는 것을 나타내는 도면,

도 14는 3GPP LTE 시스템에서 4-Tx 안테나 포트에 맵핑하는 하향링크 기준 신호(downlink reference signal)를 도시한 도면,

도 15는 본 발명에 따라 프리코딩의 초기화 및 리셋을 위한 프리코딩 벡터 사이클링을 도시한 도면,

도 16은 본 발명에 따라 다른 서브밴드에서의 MIMO 프리코딩의 예를 도시한 도면,

도 17은 rank-1 프리코더의 서브셋(부분집합)을 이용하여 프리코딩의 초기화와 리셋을 위한 프리코딩 벡터 사이클의 예를 도시한 도면,

도 18은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 프리코딩의 초기화 및 리셋을 위한 프리코딩 벡터 사이클링을 도시한 도면,

도 19는 본 발명에 따라 rank-1 전송을 위한 하향링크 기준 신호(reference signal)의 맵핑을 도시한 도면,

도 20은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따라 프리코딩의 초기화 및 리셋을 위한 프리코딩 벡터 사이클링을 도시한 도면,

도 21은 본 발명에 따라 rank-2 전송을 위한 다운링크 기준 신호의 매핑 과정을 도시한 도면,

도 22는 본 발명에 바람직한 일 실시 예에 따라 rank-1, rank-2, rank-3전송을 위한 MIMO 프리코딩의 예를 도시한 도면,

도 23은 본 발명에 따라 rank-3 전송을 위한 다운링크 기준 신호의 맵핑 과정을 도시한 도면,

도 24는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 rank-1, rank-2, rank-3, rank-4 전송을 위한 MIMO 프리코딩의 예를 도시한 도면,

도 25는 본 발명에 따라 rank-3 전송을 위한 다운링크 기준 신호의 매핑 과정을 도시한 도면,

도 26은 본 발명에 따라 기준 신호와 rank부터 추측한 CQI의 계산값을 이용하여 전송 rank를 검출하는 과정을 도시한 흐름도,

도 27은 본 발명에 따른 SDMA 또는 Multi-user MIMO의 예를 도시한 도면,

도 28은 본 발명에 따른 SDMA 또는 Multi-user MIMO 시스템의 프리코딩 전송의 예를 도시한 도면,

도 29는 SDMA 또는 rank-1을 수신하는 multi-user MIMO 시스템에서 beam-1을 위한 기준 신호를 전송하는 과정을 도시한 도면,

도 30은 SDMA 또는 rank-1을 수신하는 multi-user MIMO 시스템에서 beam-2를 위한 기준 신호를 전송하는 과정을 도시한 도면,

도 31은 우선 순위 빔(preferred beam)과 CQI 보고에 대한 인식을 처리하는 과정을 도시한 흐름도.

Claims

네트워크 시스템(network system)에서 기지국의 동작 방법에 있어서,

복수(plurality)의 서브밴드(subband)들에서 복수의 프리코더(precoder)들을 이용하여 프리코딩된 신호(signal)들을 송신하는 과정과, 여기서, 상기 프리코더들 중 하나에 의해 프리코딩된 신호는 상기 서브밴드들 중 하나를 통해 송신되고,

상기 프리코더들의 각각에 대해, CQI(Channel Quality Indicator)들을 수신하기 위한 저장된 서브밴드 및 서브프레임(subframe) 정보(information)를 구성하기 위해, 상기 프리코더들 각각이 사용된 서브밴드 및 서브프레임을 저장하는 과정과,

상기 저장된 서브밴드 및 서브프레임 정보에 기초하여, 상기 수신된 CQI들 각각에 대응하는, 상기 프리코더 집합(set)을 확인하는 과정과,

상기 프리코더 집합을 확인하는 과정은,

식별(identification) 정보를 구성하기 위해, 해당 프리코더가 사용된 상기 서브 밴드 및 상기 서브프레임에 기초하여, 상기 수신된 CQI들 중 하나의 CQI에 대응하는 상기 프리코더들 중 하나의 프리코더를 확인하는 과정을 포함하고,

상기 수신된 CQI들에 대응하는 상기 프리코더 집합, 상기 수신된 CQI들에 기초하여 통신을 위해 사용할 적어도 하나의 프리코더를 결정하는 과정과,

상기 식별 정보에 기초하여 상기 CQI를 송신한 단말 장치로의 데이터(data) 송신을 위한 상기 프리코더를 스케줄링(scheduling)하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 기지국은, 상기 프리코더들을 사용하여 프리코딩된 상기 신호들을 송신하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 프리코더들은, 코드북(codebook)으로부터 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,

상기 프리코더들 중 적어도 하나는, 안테나(antenna) 포트(port)들의 소정(particular) 개수에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 프리코더들 중 하나를 이용하여 프리코딩된 각각의 상기 신호들은, 서브프레임 집합 중 중 하나를 통해 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 네트워크는, 무선 통신 네트워크인 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,

상기 신호들은, 적어도 하나의 기준(reference) 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서,

상기 네트워크는, MIMO(Multiple In Multiple Out) 송신 스킴(scheme)을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
네트워크 시스템에서 기지국 장치에 있어서,

복수의 서브밴드들에서 복수의 프리코더들을 이용하여 프리코딩된 신호들을 송신하는 송신부와, 여기서, 상기 프리코더들 중 하나에 의해 프리코딩된 신호는 상기 서브밴드들 중 하나를 통해 송신되고,

상기 프리코더들의 각각에 대해, 저장된 서브밴드 및 서브프레임 정보를 구성하기 위해, 상기 프리코더들 각각이 사용된 서브밴드 및 서브프레임을 저장하는 저장부와,

CQI(Channel Quality Indicator)들을 수신하는 수신부와,

식별 정보를 구성하기 위해, 해당 프리코더가 사용된 상기 서브밴드 및 상기 서브프레임에 기초하여, 상기 수신된 CQI들 중 하나의 CQI에 대응하는 상기 프리코더들 중 하나의 프리코더를 확인함으로써, 상기 저장된 서브밴드 및 서브프레임 정보에 기초하여, 상기 수신된 CQI들 각각에 대응하는, 상기 프리코더 집합을 확인하고, 상기 수신된 CQI들에 대응하는 상기 프리코더 집합과 상기 수신된 CQI에 기초하여 통신을 위해 사용할 적어도 하나의 프리코더를 결정하고, 상기 식별 정보에 기초하여 상기 CQI를 송신한 단말 장치로의 데이터 송신을 위한 상기 프리코더를 스케줄링하는 프로세서(processor)부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서,

상기 기지국은, eNB(enhanced-Node-B)인 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서,

상기 신호들은, 적어도 하나의 기준 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서,

상기 기지국은, 복수의 단말 장치들로부터 복수의 CQI들을 수신하는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서,

상기 프리코더들은, 안테나 포트들의 소정 개수에 대응하는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서,

상기 송신부는, 모든 사용 가능한 서브밴드들을 통해 상기 프리코더들을 이용하여 프리코딩된 상기 신호들을 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.
네트워크 시스템에서 단말 장치(mobile equipment device)에 있어서,

프리코딩된 신호를 수신하는 수신부와, 여기서, 상기 프리코딩된 신호는, 프리코더를 이용하여 프리코딩되고 MIMO 스킴을 사용하여 송신되고,

상기 프리코딩된 신호를 해석하는 프로세서(processor)부와,

상기 프리코딩된 신호에 기초하여 CQI(Channel Quality Indicator)를 송신하는 송신부를 포함하고,

상기 수신부는, 상기 프리코딩된 신호를 프리코딩하기 위한 상기 프리코더와 관련된 피드백(feedback)을 제공하는 상기 송신부 없이, 상기 프리코더를 이용하여 프리코딩된 연속된(subsequent) 데이터 송신을 수신하고,

상기 수신한 프리코딩된 신호는, 다수의 프리코딩된 신호들 중 하나, 복수의 프리코더들 중 하나를 이용하여 프리코딩되고, 복수의 서브밴드들 중 하나를 통해 송신된 상기 복수의 프리코딩된 신호들 각각을 의미하고,

상기 프리코더는, 상기 송신된 CQI에 기초하여 상기 복수의 프리코더들로부터 상기 연속된 데이터 송신을 위해 선택되고, 상기 프리코더들 각각에 사용되는 상기 프리코더들과 서브밴드와 서브프레임 사이에서, 상기 프리코더들의 각각에 대하여, 저장된 상관관계(correlation)에 기초하여 상기 송신된 CQI에 대응됨으로써 확인되는 것을 특징으로 하는 장치.
제15항에 있어서,

상기 단말 장치는, 상기 MIMO 스킴에서 복수의 빔(beam)들 중 우선 순위(preferred) 빔을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제15항에 있어서,

상기 단말 장치는, 상기 프리코딩된 신호를 사용하는 기지국으로부터 전용(dedicated) 기준 신호 없이 송신 계층(layer)들의 개수를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제15항에 있어서,

상기 단말 장치는, 상기 MIMO 스킴과 함께 동시에 다중 계층들을 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
제16항에 있어서,

상기 단말 장치는, 상기 복수의 빔들로부터 CQI들의 비교에 기초하여 상기 우선 순위 빔을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제19항에 있어서,

상기 단말 장치는, 오직 상기 결정된 빔의 CQI 및 ID(IDentification)를 보고(report)하는 것을 특징으로 하는 장치.