KR101661685B1 - 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 협동 무선통신 네트워크에서 하향 링크 데이터 전송을 위한 기지국들간 협동 공간분할 다중접속 기술의 데이터 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 collaborative 무선통신 네트워크에서, 제한된 양의 피드백 정보를 이용하여, collaborative base transceiver station (C-BTS)들에서 다수의 collaborative access terminal (C-AT)들로 동시에 전송되는 데이터의 전송 용량을 최대로 하는 C-BTS들간 협동 공간분할 다중접속(joint space division multiple access, joint SDMA) 기술을 제공한다. 제안하는 joint SDMA 기술에서 각 C-AT들은 C-BTS들로부터 collaborative 하향 링크 채널행렬의 최대 singular 벡터 정보를 제한된 양의 피드백 정보를 이용하여 C-BTS들로 전송한다. 이를 위해 각 C-AT는 각 C-BTS로부터의 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터를 가장 잘 모사하는 가중치 벡터를 기존의 단일 셀 용 space division multiple access (SDMA) codebook에서 선택된 벡터의 인덱스 정보로 피드백 하고, 각 C-BTS별로 선택된 단일 셀 가중치 벡터들에 곱해져 최적 결합하는 복소 변수들을 양자화 된 크기와 위상 정보로 피드백 하거나 또는 juncture codebook에서 선택된 juncture 벡터의 인덱스 정보로 피드백 한다. 선택되는 양자화 된 크기와 위상 값들 또는 juncture 벡터는 C-BTS 수만큼의 단일 셀 가중치 벡터들을 최적 결합하여 collaborative 하향링크 채널 행렬의 최대 singular 벡터를 가장 잘 모사하도록 선택된다. 또한, 각 C-AT는 수신 가능한 signal-to-interference and noise ratio (SINR) 를 channel quality information (CQI) 정보로 같이 피드백 한다. 각 C-BTS들은 C-AT들로부터 전달된 피드백 정보를 유선 backhaul 통신망을 통해 joint SDMA precoder에 전달하고, joint SDMA precoder는 해당 cluster에 속한 모든 C-AT들 중에서 동시에 데이터를 전송할 다수의 C-AT들과 해당 C-AT들이 사용할 joint SDMA precoding 행렬을 결정한다. Joint SDMA precoder는 선택된 C-AT들이 전송할 데이터 심볼에 해당 C-AT에 사용될 joint precoding 가중치를 곱하고, 이들을 해당 C-BTS로 전송하고, 각 C-BTS는 해당 심볼들을 다중 안테나를 통해 전송한다. 제안하는 joint SDMA 기술은 제한적인 양의 피드백 정보만을 사용하여, 타 셀간 간섭을 효과적으로 억제하고 collaborative 무선통신 네트워크의 데이터 전송 용량을 증가 시킬 수 있다.

Description

다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 협동 무선통신 네트워크에서 하향 링크 데이터 전송을 위한 기지국들간 협동 공간분할 다중접속 기술의 데이터 송수신 장치 및 방법{METHOD AND APPRATUS FOR DATA TRANSMISSION OF JOINT SPACE DIVISION MULTIPLE ACCESS AMONG COLLABORATIVE BASE TRANSCEIVER STATIONS IN DOWNLINK MULTIPLE-INPUT MUTIPLE-OUTPUT WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS}

본 발명은 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 collaborative 무선통신 네트워크에서, 제한된 양의 피드백 정보를 이용하여, collaborative base transceiver station (C-BTS)들에서 다수의 collaborative access terminal (C-AT)들로 동시에 전송되는 데이터의 전송 용량을 최대로 하는 C-BTS들간 협동 공간분할 다중접속(collaborative space division multiple access, collaborative SDMA) 기술의 데이터 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

무선통신에서 고속, 고품질의 데이터 서비스를 제공하기 위해 송신기와 수신기에 다수의 안테나를 사용하는 다중 입/출력 안테나 시스템(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)이 제안되고 있다. MIMO 기술들은 송신기와 수신기에서 공간 신호 처리(spatial processing)가 요구되며, 이를 위해서는 송신기와 수신기 사이의 MIMO 채널 상태 정보 (channel state information, CSI)를 송신기와 수신기가 가지고 있어야 한다. 특히, 하향 링크에서는 BTS 의 n_T개의 송신 안테나로부터 AT (access terminal)의 n_R개의 수신 안테나로의 하향 링크 MIMO 채널 정보를 BTS에서 가지고 있어야 한다. 주파수 분할 다중화 (frequency division multiplexing, FDD) 시스템은 하향 링크와 상향 링크가 서로 다른 주파수 대역을 사용하기 때문에, BTS에서 하향 링크 CSI를 가지기 위해서는, AT에서 하향 링크 채널을 추정하고 추정된 하향 링크 CSI를 BTS로 피드백 해야 한다. 완전한 채널 정보 (full CSI)를 BTS로 피드백 하기 위해서는 많은 역방향 링크 정보 전송이 요구 되기 때문에, 최소한의 피드백 정보만을 이용하여 효과적으로 운용되는 codebook 기반의 MIMO 기술들이 제안되었다. 송신기와 수신기가 일정한 수의 하향 링크 송신 가중치 벡터들로 구성된 codebook을 미리 약속하고, 수신기는 하향 링크 채널 추정 후 전송 성능을 최대로 하는 가중치 벡터를 codebook 내에서 선택하고, 수신기가 선택된 가중치 벡터의 index만을 송신기로 피드백 하는 기술이다.

기존의 다중 안테나 기술들은 동일 셀 내에서 동시에 전송되는 데이터 스트림들 간의 간섭인 동일 셀 간섭을 공간적으로 제거하거나 억제하는데 초점을 맞춘 기술들이다. 특히, 기존의 single cell용 space division multiple access (SDMA) 기술은 각 BTS 별로 송신 안테나 수만큼의 빔들을 성형하고, 각 빔을 통해 서로 다른 AT들에 데이터를 전송하였다. 그러나, 각 BTS의 독립적인 SDMA에 의해 데이터를 전송 받는 AT들이 인접 BTS들의 서비스 영역들이 서로 중복되는 지역에 위치할 경우, 타 셀간 간섭이 상당히 증가하여 전송 데이터 용량이 상당이 감소된다. 이러한 단점을 개선하기 위해, 최근에는 동일 셀 간섭뿐 아니라 인접한 타 셀간에 발생하는 간섭 (inter cell interference, ICI)을 억제하기 위한 network SDMA 기술에 대한 연구 필요성이 제기되고 있다. 최근에 network SDMA 기술로써 제안된 collision avoidance SDMA (CA-SDMA) 기술은, 인접 BTS들이 고속의 통신망으로 서로 연결되어 있는 collaborative 무선 통신 시스템에서, 각 C-AT들은 각 C-BTS들이 사용할 precoding 행렬 조합을 single cell 용 SDMA codebook에서 선택하고, 이를 channel quality information (CQI)와 함께 피드백한다. C-BTS들은 C-BTS들간의 협동 스케줄링(joint scheduling)을 통해 C-BTS 시스템 전송 용량을 최대화 하는 C-BTS들이 사용할 precoding 행렬 조합과 데이터를 전송할 C-AT들을 선택한다. 결국 CA-SDMA 기술은 기존의 single cell SDMA용 codebook 및 전송 기술을 그대로 사용하면서, 단지 C-BTS들이 사용하는 precoding 행렬들간의 충돌을 방지하여 간섭 C-BTS들로부터의 ICI를 억제하는 collaborative 스케줄링 기술이다.

본 발명에서는, 제한된 양의 피드백 정보를 이용하여, C-BTS들에서 다수의 C-AT들로 동시에 전송되는 데이터의 전송 용량을 최대로 하는 C-BTS들간 협동 공간분할 다중접속 (joint SDMA) 기술을 제안한다. 제안하는 joint SDMA 기술은, 모든 C-BTS들에서 동시에 데이터를 전송하는 각 C-AT들로의 데이터 전송률의 합 (sum rate)을 최대로 하도록, 모든 C-BTS들의 송신 precoding 행렬을 공동으로 조절한다. 따라서, ICI가 매우 큰 환경에서도 C-BTS들의 가장 자리에 위치한 AT들에 안정적인 데이터 전송을 가능케 한다. [도면 1]은 제안하는 joint SDMA 기술의 개념을 설명한다. Joint SDMA 시스템에서는 인접한 C-BTS들이 고속의 유선 backhaul 통신망을 통해 joint SDMA precoder에 연결되고, 각 C-AT들은 C-BTS들로부터 collaborative 하향링크 채널행렬의 최대 singular 벡터 정보를 제한된 양의 피드백 정보를 C-BTS들로 전송한다. 이를 위해 각 C-AT는 각 C-BTS로부터의 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터를 가장 잘 모사하는 다시 말해, 상기 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터와 최소 오차를 가지는(이하 동일하다) 가중치 벡터를 기존의 단일 셀 용 SDMA codebook에서 선택된 벡터의 인덱스 정보로 피드백 하고, 각 C-BTS별로 선택된 단일 셀 가중치 벡터들에 곱해져 최적 결합하는 다시 말해, 상기 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터와 최소 오차를 가지도록 하는(이하 동일하다) 복소 변수들을 양자화 된 크기와 위상 정보로 피드백 하거나 또는 juncture codebook에서 선택된 juncture 벡터의 인덱스 정보로 피드백 한다. 선택되는 양자화 된 크기와 위상 값들 또는 juncture 벡터는 C-BTS 수만큼의 단일 셀 가중치 벡터들을 최적 결합하여 collaborative 하향링크 채널 행렬의 최대 singular 벡터를 가장 잘 모사하도록 선택된다. 또한, 각 C-AT는 수신 가능한 signal-to-interference and noise ratio (SINR) 를 CQI 정보로 같이 피드백한다. 각 C-BTS들은 C-AT들로부터 전달된 피드백 정보를 유선 backhaul 통신망을 통해 joint SDMA precoder에 전달하고, joint SDMA precoder는 해당 cluster에 속한 모든 C-AT들 중에서 동시에 데이터를 전송할 다수의 C-AT들과 해당 C-AT들이 사용할 joint SDMA precoding 행렬을 결정한다. Joint SDMA precoder는 선택된 C-AT들이 전송할 데이터 심볼에 해당 C-AT에 사용될 joint precoding 가중치를 곱하고, 이들을 해당 C-BTS로 전송하고, 각 C-BTS는 해당 심볼들을 다중 안테나를 통해 전송한다.

제한된 양의 피드백 정보를 사용하여, 모든 C-BTS들에서 다수의 C-AT들을 대상으로 joint SDMA을 수행하기 위해서는, joint SDMA의 채널 환경에 적합한 precoding 행렬로 구성된 codebook이 필요하다. 지금까지 single cell용 SDMA codebook 디자인 방식으로는 random vector quantization (RVQ) 방식과 maximum angular distance (MAD) 방식이 제안되었으며, 각 방식의 성능은 운용되는 채널 환경에 따라 상이하다. Uncorrelated 환경에서는 RVQ codebook의 성능이 우수하지만, correlated 환경에서는 MAD codebook의 성능이 우수하다. 한편, joint SDMA 기술이 운용되는 채널 환경은, 동일 C-BTS의 송신 안테나들로부터의 채널들간은 correlated 되어있지만 다른 C-BTS들의 송신 안테나들로부터의 채널들간은 uncorrelated된 채널 특성, 즉 correlated 채널 환경과 uncorrelated 채널 환경이 혼재된 채널 특성을 가진다. 따라서, 기존의 RVQ나 MAD 디자인 방식은 joint SDMA을 위한 precoding 행렬 codebook 디자인에 적합하지 않으므로, joint SDMA의 채널 환경에 적합한 새로운 precoding 행렬 codebook 디자인 기법과 이를 위한 송수신기 구조, 피드백 채널, 그리고 송수신 동작에 대한 연구가 필요하다.

또한, collaborative 무선 통신 네트웍에는 C-BTS들의 서비스 영역들이 서로 중복되는 지역에 위치하여 collaborative SDMA 기술을 적용할 수 있는 C-AT들과 단일 BTS의 서비스 영역에 속하여 collaborative SDMA 기술을 적용하지 못하고 기존의 single cell 용 SDMA 기술을 적용해야 하는 non-collaborative AT (NC-AT)들이 혼재하게 된다. 따라서, NC-AT가 사용하는 기존 single cell 용 SDMA 기술과 동시 운용이 가능한 collaborative SDMA 기술과 그에 따른 collaborative 스케줄링 기술이 요구된다.

또한, joint SDMA 시스템은, 데이터 전송을 요구하는 C-AT들의 수에 따라, 최적의 precoding 기술이 달라진다. Unitary precoding 송신 기술은 각 C-AT들로부터 피드백 된 정확한 CQI를 이용하여 스케줄링을 수행함으로써, C-AT의 수가 증가할수록 다중 사용자 다이버시티 (multiuser diversity) 이득에 의해 시스템 전송 용량을 최대화 할 수 있다. 이에 반해, 데이터 전송을 원하는 C-AT들의 수가 작을 경우, 즉 스케줄링에 의한 다중 사용자 다이버시티 이득이 크지 않을 경우, AT들간의 간섭을 최소화 하는 non-unitary precoding 기술이 unitary precoding 기술보다 높은 용량을 제공한다. 따라서, joint SDMA 시스템은, 데이터 전송을 요구하는 C-AT들의 수에 따라, non-unitary precoding 송신 기술과 unitary precoding 송신 기술을 선택적으로 사용해야 한다. 이를 위해, 제한된 피드백 정보량을 이용하여, 각 C-AT의 collaborative 채널 행렬의 최대 singular 벡터를 정확하게 송신기로 피드백 하기 위한 codebook 디자인 방식과 송수신기 구조 및 동작 기술이, non-unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA와 unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA를 위해 각각 필요하다.

결론적으로, 제한된 양의 피드백 정보를 이용하여, joint SDMA의 채널 환경에 적합하고, non-unitary precoding 기술과 unitary precoding 기술을 위한 새로운 codebook 디자인 기법과 이를 위한 송수신기 구조, 피드백 채널, 그리고 송수신 동작에 대한 연구가 필요하다.

상기한 바와 같은 요구에 만족하기 위한 본 발명의 목적은 인접 BTS들이 고속의 backhaul 통신망으로 연결된 collaborative 무선 통신 시스템에서, C-BTS들에서 다수의 AT들에게 동시에 전송되는 데이터들의 전송량 합을 최대로 하는 C-BTS들간 협동 공간분할 다중접속 (joint SDMA)을 위한 새로운 데이터 송/수신 장치 및 방법들을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제안하는 joint SDMA 기술은, 모든 C-BTS들에서 다수의 AT들로의 하향 링크 방송 채널(broadcasting channel)에서 전송률 합(sum rate)을 최대로 하도록, 모든 C-BTS들의 송신 배열 안테나에 가해지는 송신 precoding 행렬들을 공동으로 동시에 조절한다. 이를 위해, C-BTS들이 고속의 유선 통신망을 통해 joint SDMA precoder에 연결되고, AT들은 C-BTS들로부터 collaborative 채널 행렬의 최대 singular 벡터에 대한 정보를 단일 셀 벡터 codebook과 juncture codebook을 이용하여, CQI 정보와 함께 피드백 한다. 각 C-BTS들은 각 AT들로부터 전달된 피드백 정보를 유선 통신망을 통해 joint SDMA precoder에 전달하고, joint SDMA precoder는 해당 cluster에 속한 모든 AT들 중에서 동시에 데이터를 전송할 다수의 AT들과 해당 AT들이 사용할 joint SDMA precoding 행렬을 결정한다. Joint SDMA precoder는 선택된 AT들이 전송할 데이터 심볼에 해당 AT가 선택한 joint precoding 행렬의 가중치를 곱하고, 이들을 해당 C-BTS로 전송하고, 각 C-BTS는 해당 심볼들을 다중 안테나를 통해 전송한다.

본 발명의 다른 목적은, C-BTS들과 AT들간의 하향 링크 채널의 특성, 즉 동일 C-BTS의 송신 안테나들로부터의 채널들간은 correlated 되어있지만 다른 C-BTS들의 송신 안테나들로부터의 채널들간은 uncorrelated된 채널 특성에 적합한 joint SDMA용 precoding 행렬 codebook 생성을 위한 새로운 방법들과 장치들을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제안하는 joint SDMA 용 codebook 디자인 기술은, correlated된 개별 C-BTS 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터들을 모사하도록 디자인 된 단일 셀 SDMA codebook과 uncorrelated된 다른 C-BTS들 간 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터들을 모사하는 juncture codebook을 각각 디자인하고, 단일 셀 SDMA codebook과 juncture codebook에 속하는 행렬 또는 벡터들이 효과적으로 결합하여, collaborative 채널 행렬의 최대 singular 벡터를 정확히 모사하도록 한다.

본 발명의 다른 목적은, 역방향 링크의 제한된 피드백 채널을 통해 AT들로부터 전달된 부분적인 제한된 양의 피드백 정보만을 이용하여, 제안하는 joint SDMA 기술이 최적의 성능을 가지도록, 각 AT가 피드백 하는 정보의 내용 및 형태를 최적화 하는 새로운 방법들과 장치들을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제안하는 joint SDMA 기술은, 각 C-AT에서 각 C-BTS로부터의 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터를 가장 잘 모사하는 가중치 벡터를 기존의 단일 셀 용 SDMA codebook에서 선택된 벡터의 인덱스 정보로 피드백 하고, 각 C-BTS별로 선택된 단일 셀 가중치 벡터들에 곱해져 최적 결합하는 복소 변수들을 양자화 된 크기와 위상 정보로 피드백 하거나 또는 juncture codebook에서 선택된 juncture 벡터의 인덱스 정보로 피드백 한다. 또한, 수신 가능한 SINR 정보를 CQI를 이용하여 같이 피드백 한다. Joint SDMA precoder는 각 C-AT로 부터 피드백 된 정보를 이용하여, collaborative 무선통신 네트워크의 데이터 전송 용량을 최대화 하도록, 동시에 데이터를 전송할 C-AT들과 해당 C-AT들이 사용할 joint SDMA precoding 행렬을 결정한다.

본 발명의 다른 목적은, 데이터 전송을 요구하는 C-AT들의 수에 따라, joint SDMA 시스템이,non-unitary precoding 송신 기술과 unitary precoding 송신 기술을 선택적으로 사용할 수 있는 새로운 방법들과 장치들을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제안하는 joint SDMA 기술은, 각 AT의 collaborative 채널 행렬의 최대 singular 벡터를 정확하게 송신기로 피드백 하면서, 피드백 되는 벡터들이 unitary한 송신 precoding 행렬로 구성될 수 있는 unitary 행렬 codebook을, 단일 셀 용 unitary 행렬 codebook과 셀 간 채널 모사를 위한 unitary juncture codebook의 각 unitary 행렬들을 최적 결합하여 구성한다.

본 발명의 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 협력 무선통신 네트워크에서, 단말의 채널 상태 정보 피드백 방법은 인접한 기지국들에 대해 협력 통신이 가능한 기지국들을 그룹화 하는 단계, 동일한 그룹에 속하는 기지국들로부터의 하향 링크 채널을 추정하고 최대 고유(singular) 벡터를 획득하는 단계 및 상기 최대 고유 벡터를 최대 모사하는 가중치 벡터, 및 상기 가중치 벡터와 결합하여 상기 최대 고유 벡터를 최대 모사하는 복소 변수를 선택하여 피드백하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 협력 무선통신 네트워크에서, 채널 상태 정보를 피드백하는 장치는 인접한 기지국들에 대한 채널을 추정하여 협력 통신이 가능한 기지국들을 그룹화하고, 동일한 그룹에 속하는 기지국들에 대한 최대 고유(singular) 벡터를 획득하는 하향 링크 채널 추정기, 상기 최대 고유 벡터를 최대 모사하는 가중치 벡터, 및 상기 가중치 벡터와 결합하여 상기 최대 고유 벡터를 최대 모사하는 복소 변수를 선택하여 피드백하는 벡터 선택기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이 본 발명은, 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 collaborative 무선통신 네트워크에서, 제한된 양의 피드백 정보를 이용하여, C-BTS들에서 다수의 C-AT들로 동시에 전송되는 데이터의 전송 용량을 최대로 하는 C-BTS들간 joint SDMA 기술을 제안한다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 제안하는 joint SDMA 기술은 모든 C-BTS들에서 한 AT로의 하향 링크 채널에서 전송 이득을 최대로 하면서 타 셀 간섭을 억제하도록, 모든 C-BTS들에서 동시에 전송되는 데이터 열에 곱해지는 송신 가중치들을 공동으로 동시에 조절함으로써, ICI가 매우 큰 환경에서 C-BTS들에 의해 동시에 전송되는 데이터 용량을 상당히 증가 시킨다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 제안하는 joint SDMA 기술은 C-BTS들과 각 AT간 하향 링크 채널의 block correlated 채널 특성에 최적화하도록, correlated된 개별 C-BTS 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터들을 모사하도록 디자인 된 단일 셀 SDMA codebook과 uncorrelated된 다른 C-BTS들 간 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터들을 모사하는 juncture codebook을 각각 디자인하고, 단일 셀 SDMA codebook과 juncture codebook에 속하는 행렬 또는 벡터들을 효과적으로 결합하여 사용함으로써, 혼재된 공간 상관 특성을 갖는 collaborative 통신 채널 환경에서 우수한 성능을 제공한다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 제안하는 joint SDMA 기술은 역방향 링크의 제한된 피드백 채널을 통해 C-AT들로부터 전달된 부분적인 채널 정보만을 이용하여, 제안하는 joint SDMA 기술이 상당한 용량 이득을 제공한다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 제안하는 joint SDMA 기술은 각 AT의 collaborative 채널 행렬의 최대 singular 벡터를 정확하게 송신기로 피드백 할 수 있으면서, 피드백 되는 벡터들이 unitary한 송신 precoding 행렬로 구성될 수 있기 때문에, 데이터 전송을 요구하는 AT의 수가 작은 경우에는 non-unitary precoding 기술로 동작하고 AT의 수가 증가할 경우 unitary precoding 기술로 동작함으로써 시스템 용량을 증가시킬 수 있다.

도 1은 제안하는 joint SDMA 시스템 구조의 일례를 도시하는 도면.
도 2는 제안하는 non-unitary precoding을 위한 벡터 codebook을 사용하는 joint SDMA을 위한 수신기 구조의 일례를 도시하는 도면.
도 3은 제안하는 non-unitary precoding을 위한 벡터 codebook을 사용하는 joint SDMA 기술의 수신기 동작 흐름을 도시하는 도면.
도 4는 제안하는 non-unitary precoding을 위한 벡터 codebook을 사용하는 joint SDMA을 위한 송신기 구조의 일례를 도시하는 도면.
도 5는 제안하는 non-unitary precoding을 위한 벡터 codebook을 사용하는 joint SDMA 기술의 송신기 동작 흐름을 도시하는 도면.
도 6은 제안하는 unitary precoding 행렬 codebook을 사용하는 joint SDMA을 위한 수신기 구조의 일례를 도시하는 도면.
도 7은 제안하는 unitary precoding 행렬 codebook을 사용하는 joint SDMA 기술의 수신기 동작 흐름을 도시하는 도면.
도 8은 제안하는 unitary precoding 행렬 codebook을 사용하는 joint SDMA을 위한 송신기 구조의 일례를 도시하는 도면.
도 9는 제안하는 unitary precoding 행렬 codebook을 사용하는 joint SDMA 기술의 송신기 동작 흐름을 도시하는 도면.
도 10은 제안하는 non-unitary precoding 송신 기법을 사용하는 joint SDMA와 unitary precoding 송신 기법을 사용하는 joint SDMA의 성능을 비교 분석한 도면.

본 발명에서는 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 collaborative 무선통신 네트워크에서, 제한된 양의 피드백 정보를 이용하여 C-BTS들이 다수의 AT들로 동시에 전송하는 전송률 합을 최대로 하는 C-BTS들간 협동 공간분할 다중접속 기술을 제안한다.

후술될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 한 개의 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

A. Joint SDMA의 collaborative 하향 링크 채널 특성

M 개의 C-BTS들로 이루어진 cluster에 K 개의 AT들이 분포하고 있는 순방향 링크 시스템을 고려한다. 각 C-BTS는 n_T개의 송신 안테나를 사용하고, 모든 AT는 n_R개의 수신 안테나를 사용하는 것을 가정한다. Collaboration이 가능한 C-BTS들의 수인 M 값은, 각 AT와 collaboration이 가능한 BTS들과의 순시적인 채널 변화에 의해, 순시적으로 변할 수 있다. 본 발명에서는 설명을 위해 M=3, 즉 세 개의 C-BTS로 이루어진 cluster를 고려하지만, 제안하는 발명은 임의의 개수의 C-BTS를 포함하는 cluster로 확장이 가능하다.

x를 M 개의 C-BTS들의 총 Mn_T개의 송신 안테나를 통해 동시에 최대 Mn_T개의 AT들에게 전송되는 Mn_T x 1 데이터 심볼 벡터, y_k는 k번째 AT의 n_R x 1 수신 신호 vector 라고 하고, 주파수 비선택적 페이딩을 가정하면 수신 신호는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 1]

여기서,

는 m번째 C-BTS로부터 k번째 AT로의 평균 signal-to-noise ratio (SNR) 이며, k번째 AT를 위한 joint SDMA는 k번째 AT로의 비슷한 평균 SNR을 갖는 C-BTS들을 대상으로 수행되어야 하므로, C-BTS들로부터의 k번째 AT로의 평균 SNR이 모두 비슷하다고 다음과 같이

로 가정한다.

는 m번째 C-BTS로부터 k번째 AT로의

복소 채널 행렬을 나타내며,

는 M개의 C-BTS들로부터 k번째 AT로의

collaborative 채널 행렬로서

이며, n_k는 n_R x 1 AWGN vector를 나타낸다. 또한, F_k는 x를 joint precoding하기 위한 Mn_T x Mn_T 송신 precoding 행렬이다.

Joint SDMA 기술이 운용되는 채널 환경은, 동일 C-BTS의 송신 안테나들로부터의 한 AT로의 채널은 correlated 되어있지만, 다른 C-BTS들의 송신 안테나들로부터의 한 AT로의 채널들간은 uncorrelated된 채널 특성, 즉 correlated 채널 환경과 uncorrelated 채널 환경이 혼재된 채널 특성을 가진다. 특히, 각 C-BTS들로부터 k번째 AT로의 하향 링크 채널,

이 높은 공간 상관도를 갖는 경우, 즉 highly correlated 되어 있을 경우,

의 최대 singular 벡터,

는 다음 [수학식 2]와 같이 근사화 할 수 있다.

[수학식 2]

여기서,

크기의

은 m번째 C-BTS부터 k번째 AT로의 하향 링크 채널,

의 가중치 벡터를 나타내고,

은 복소 가우시안 랜덤 변수 (complex Gaussian random variable)로서

이다.

[수학식 2]를 분석하면, collaborative 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터

는 복소 가우시안 랜덤 변수들이 각각 곱해진 M개의

들이 세로로 쌓아 올려진 형태를 가짐을 알 수 있다. 즉, Mn_T x 1의 크기의

는 M개의 n_T x 1 크기의

과 그에 각각 곱해지는 복소 가우시안 랜덤 변수

들로 나누어 나타낼 수 있다. 여기서, 복소 가우시안 랜덤 변수

을 원소로 하는 벡터

는 uncorrelated된 C-BTS들간의 하향 링크 채널의 singular vector를 나타낸다.

B. Joint SDMA를 위한 unitary precoding 송신 기술과 non-unitary precoding 송신 기술

Joint SDMA를 위한 송신 기술에는, zero-forcing (ZF)이나 minimum mean square error (MMSE) 송신 가중치를 사용하여 동시에 전송되는 데이터 스트림 간의 간섭을 억제하는 non-unitary precoding 기법과, unitary precoding 행렬의 송신 가중치 벡터들을 이용하여 동시에 전송되는 스트림들간 간섭을 최소화하면서 다중 사용자 다이버시티 이득을 최대화 하도록 AT들을 선택하는 unitary precoding 기법이 있다. 구체적으로 [수학식 1]에서 데이터 벡터

를 precoding하기 위한

송신 precoding 행렬

가 다음 [수학식 3]과 같이 unitary 행렬 조건을 만족하면 unitary precoding 송신 기술로 분류된다.

[수학식 3]

여기서,

는 Mn_T x Mn_T 크기의 단위 행렬을 나타낸다. 즉, 송신 precoding 행렬 F_k를 구성하는 Mn_T개의 벡터들이 서로 orthonormal 하면 unitary precoding 기법이 된다. 동시에 전송되는 AT들은 송신 precoding 행렬 F_k에서 하나의 컬럼 벡터를 각각 선택하여 사용하기 때문에, 각 AT는 동시에 전송되는 AT들에 의해 전송되는 스트림들 간 간섭을 정확히 계산하고 이를 스케줄러로 피드백 할 수 있게 된다. 따라서, 스케줄러는 각 AT로부터 피드백 된 정확한 CQI를 이용하여 스케줄링을 수행함으로써, AT의 수가 증가할수록 다중 사용자 다이버시티 (multiuser diversity) 이득에 의해 시스템 전송 용량을 최대화 할 수 있다.

이에 반해, 동시에 데이터를 전송 받을 AT들간에 간섭을 최소화 하도록 ZF 이나 MMSE 송신 precoding 행렬을 사용하는 시스템에서는, 송신 precoding 행렬 F_k가 [수학식 3]과 같은 unitary 행렬 조건을 만족하지 못하기 때문에 non-unitary precoding 송신 기술로 분류된다. 이러한 non-unitary precoding 송신 기술은 각 AT로부터 피드백 된 하향 링크 채널의 최대 singular vector 정보를 이용하여, 동시에 데이터를 전송 받을 AT들간에 간섭을 최소화 하도록 ZF 이나 MMSE 송신 precoding 행렬을 결정한다. 따라서, 각 AT에서는 송신기에서 실제 데이터 전송에 사용할 precoding 행렬을 알지 못하는 상황에서 수신 가능한 SINR을 대략적으로 추정하여 스케줄러로 피드백한다. 스케줄러는 AT들로부터 피드백 된 정확하지 않은 CQI를 바탕으로 데이터를 전송할 AT들을 선택하기 때문에, AT 수가 증가하더라도, (순시적으로 좋은 CQI를 가지는 AT들만을 선택하여 데이터를 전송함으로써 시스템 용량을 증가시키는) 다중 사용자 다이버시티 이득에 의한 시스템 용량 증가를 최대화 할 수 없다. 다만, 데이터 전송을 원하는 AT들의 수가 작을 경우, 즉 스케줄링에 의한 다중 사용자 다이버시티 이득이 크지 않을 경우, AT들간의 간섭을 최소화 하는 non-unitary precoding 기술이 unitary precoding 기술보다 높은 용량을 제공한다.

따라서, joint SDMA 시스템은, 데이터 전송을 요구하는 AT들의 수에 따라, non-unitary precoding 송신 기술과 unitary precoding 송신 기술을 선택적으로 사용해야 한다. 이를 위해, 제한된 피드백 정보량을 이용하여, 각 AT의 collaborative 채널 행렬

의 최대 singular 벡터

를 정확하게 송신기로 피드백 하기 위한, 벡터 codebook 디자인 방식과 송수신기 구조 및 동작 기술이 non-unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA를 위해 필요하다. 또한, unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA를 위해, 각 AT의 collaborative 채널 행렬

의 최대 singular 벡터

를 정확하게 송신기로 피드백 하면서, 피드백 되는 벡터들이 unitary한 송신 precoding 행렬로 구성될 수 있는 행렬 codebook 디자인 방식과 송수신기 구조 및 동작 기술이 필요하다.

C 절에서는 non-unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA를 위한 벡터 codebook 디자인 방식과 송수신기 구조 및 동작 기술이 제안되고, D 절에서는 unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA를 위한 벡터 codebook 디자인 방식과 송수신기 구조 및 동작 기술이 제안된다.

이하에서는 상기한 unitary precoding 기법과 non-unitary precoding 기법에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 우선, 본 발명의 unitary precoding 기법에서 사용하는 코드북은 송신기가 데이터를 전송하는데 실제로 사용하는 unitary 행렬로 구성된 코드북이다. 송신기와 수신기가 다수의 unitary 행렬로 구성된 코드북을 약속하고, 수신기는 코드북내의 unitary 행렬 중에서 성능을 가장 좋게 하는 행렬을 선택하고 이를 송신기로 피드백한다. 송신기는 스케쥴링을 통해 데이터를 전송할 때 사용할 precoding 행렬과 해당 precoding 행렬을 통해 데이터를 전송할 수신기들을 결정한다. 이때, 데이터를 수신하기로 결정된 수신기들은 수신기 자신이 선택한 unitary 행렬을 통해 데이터를 전송받는다.

반면, 본 발명의 non-unitary precoding 기법에서 사용하는 코드북은 송신기와 수신기 사이 채널의 최대 singular 벡터를 나타내기 위한 벡터 코드북이다. 또한, 상기 벡터 코드북 내의 벡터들은 실제 데이터를 송신하는데 사용되지 않고, 송신기에서 ZF 또는 MMSE 송신 가중치를 결정하기 위해서 필요한 채널 정보를 나타낸다. 이에 따라 수신기는 non-unitary precoding 벡터 코드북에서 각 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터와 가장 가까운 벡터를 하나 선택해서 송신기로 피드백하고, 송신기는 다수의 수신기들로부터 피드백된 근사화된 각 링크의 singular 벡터 정보들을 이용하여, 각 수신기에 의해 벡터 코드북에서 선택된 벡터들과는 다른 새로운 형태의 송신 precoding 행렬을 결정한다.

C. Non-unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA 시스템

Joint SDMA 시스템에서 non-unitary precoding 송신 기술을 사용할 경우, 각 AT들의 하향 링크 최대 singular 벡터들을 정확히 송신기로 피드백 해주어야 한다. 따라서, 제한된 피드백 정보량을 이용하여, 각 AT의 collaborative 채널 행렬 의 최대 singular 벡터

를 정확하게 송신기로 피드백 하기 위한, non-unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA를 위한 벡터 codebook 디자인 방식과 송수신기 구조 및 동작 기술이 요구된다.

C.1 Non-unitary precoding 기술을 사용하는 joint SDMA을 위한 벡터 codebook 디자인

제한된 양의 피드백 정보를 사용해야 하는 FDD 무선 통신 시스템에서 순시적으로 변하는 하향 링크 채널 행렬 정보 자체를 송신기로 피드백하는 것이 불가능하기 때문에, 송신기와 수신기가 다수의 가중치 벡터들로 구성된 codebook을 미리 약속하고, 수신기가 최적의 가중치 벡터를 codebook내에서 선택하고 그의 index를 송신기로 피드백 하는 방식이 바람직하다. 따라서, joint SDMA 기술의 성능 최적화를 위해서는, 사용하는 codebook을 구성하는 가중치 벡터들이 collaborative 채널 행렬

의 최대 singular 벡터

를 되도록 정확하게 모사하도록 디자인 되어야 한다. 특히, joint SDMA 기술이 운용되는 채널 특성, 즉 동일 C-BTS의 하향 링크 채널은 매우 correlated되고 다른 C-BTS들간의 하향 링크 채널은 uncorrelated되는 특성에 적합하도록 codebook을 디자인해야 한다.

[수학식 2]에서 collaborative 하향 링크 채널의 최대 singular 벡터

는, 복소 가우시안 랜덤 변수들이 각각 곱해진 M개의

들을 서브 벡터 (subvector)로 하는 Mn_T x 1의 크기의 벡터임을 알 수 있다. 따라서, 각 C-BTS 하향 링크 채널 별로 각 singular vector를 가장 정확히 모사하는 가중치 벡터를 단일 셀 벡터 codebook

에서 선택하여 해당 벡터의 index를 피드백하고, 선택된 M개의 단일 셀 가중치 벡터들에 각각 곱해질 M개의 복소 변수

들을 양자화 하여 피드백 함으로써, collaborative 하향 링크 채널 행렬의 최대 singular 벡터

를 제한된 양의 피드백 정보를 이용하여 송신기로 피드백 할 수 있다.

단일 셀 벡터 codebook

는 correlated된 개별 C-BTS 하향 링크 채널의 singular vector들을 정확히 모사하도록 디자인 되어야 하며, 다수의 n_T x 1크기의 벡터들로 구성된다. 이를 위해 기존에 제안된 knockdown precoder codebook이나 현재 3GPP LTE에 채택되어 있는 단일 셀 SDMA용 codebook을 사용할 수 있다. 3GPP LTE의 단일 셀 codebook과 피드백 채널을 이용할 경우, 각 AT는 각 C-BTS의 파일롯 채널 추정을 통해 각 C-BTS의 최대 singular 벡터

를 계산하고,

를 가장 정확히 모사하는 벡터를

에서 선택하여, 이를 m번째 C-BTS에 대한 precoding matrix indicator (PMIm)와 rank indicator (RIm)를 이용하여 해당 C-BTS로 피드백한다. 각 m번째 C-BTS에 대한 PMIm와 RIm이

에서 가리키는 벡터를

라고 표현한다.

한편, 선택된 M개 가중치 벡터들,

에 각각 곱해질 M개의 복소 가우시안 랜덤 변수

로 이루어진 벡터

들은, uncorrelated된 C-BTS들간의 하향 링크 채널의 singular vector들을 정확히 모사하도록 디자인 되어야 하며,

이다. 본 발명에서는 이들을 양자화 하여 송신기로 피드백 하는 방식으로 jucnture codebook을 이용하는 방식과 양자화된 크기와 위상 정보 피드백의 두 가지 방식을 제안한다.

① Juncture codebook을 이용한 피드백

Uncorrelated된 C-BTS들간의 하향 링크 채널의 singular vector

을 모사하는 M x 1 크기의 벡터들로 구성된 결합 벡터 codebook (juncture codebook)

을 디자인하고, [수학식 2]와 같이 각 C-BTS별로

에서 선택된 M개의 가중치,

와 결합되어 collaborative 채널 행렬의 최대 singular 벡터

를 가장 정확히 모사하는, 결합 벡터를

에서 선택하고, 이의 index를 피드백 한다.

를 구성하는 M x 1 크기의 벡터들은 M-dimensional complex vector space에서 isotropic 분포를 갖도록 디자인 되어야 하며, 이를 위해 기존의 random vector quantization (RVQ) 방식에 디자인된 codebook이나 IEEE802.16e에 채택된 Grassmannian codebook을 사용할 수 있다. 또한, AT와 C-BTS들간의 순시적인 채널 이득 변화에 따라 collaboration하는 BTS의 수, 즉 M 값이 다양한 값을 가질 수 있다. 따라서, juncture 벡터 codebook

는 M 값에 따라 M=2인 경우에는 2 x 1 크기의 결합 벡터들로 구성된

, 그리고 M=3인 경우에는 3 x 1 크기의 결합 벡터들로 구성된

로 설계되어야 한다.

예를 들어, M=2인 경우에는 Grassmannian codebook을 디자인하는 Grassmannian subspace packing 방식이나 RVQ 방식에 의해 다음 [수학식 4]와 같이 8개의 2 x 1 결합 벡터들로 이루어진 벡터 codebook

를 디자인 할 수 있다. Grassmannian subspace packing 방식이나 RVQ 방식은 다수의 2 x 1 크기의 i.i.d. 복소 가우시안 랜덤 백터들을 발생시키고 벡터들간의 chordal distance가 가장 uniform한 8개의 벡터들을 선택하여 벡터 codebook을 생성한다. 이 과정은 많은 컴퓨터 연산량과 시간을 필요로 한다.

[수학식 4]

여기서,

에 포함된 8개의 컬럼 벡터들은 각 C-BTS별로

에서 선택된 M개의 단일 셀 가중치 벡터들,

에 각각 곱해질 M개의 복소 가우시안 랜덤 변수

로 이루어진 벡터,

를 모사한다. 따라서,

와 결합되어 collaborative 채널 행렬의 최대 singular 벡터

를 가장 정확히 모사하는 하나의 벡터를

에서 선택하고, 이를 juncture codebook indication(JCI)와 JCI가 가리키는 codebook에서 선택된 벡터의 index를 나타내는 juncture vector index(JVI) 를 이용하여 송신기로 피드백 한다. 여기서, JCI는 M-1 개의 juncture 벡터 codebook

중에서 사용하는 하나의 codebook

를 지정하기 위한 index이다. 위의 JCI와 JVI가

에서 가리키는 벡터를

의 두 번째 벡터로 가정할 때, k번째 AT가 피드백 정보

에 의해 나타내는 벡터는 다음 [수학식 5]와 같다.

[수학식 5]

[수학식5]는 각 C-BTS별로 선택된 가중치 벡터

와

에 곱해지는 복소 계수들은 크기와 위상 값을 갖기 때문에, 이는 단일 셀 별로 선택된 가중치 벡터들의 크기와 위상을 조절하여 결합함으로써, collaborative 채널의 최대 singular 벡터

를 정확히 모사함을 알 수 있다.

② 양자화된 크기와 위상 정보 피드백

각 C-BTS별로 선택된 M개의 가중치

와 [수학식 2]와 같이 결합되어 collaborative 채널 행렬의 최대 singular 벡터

를 가장 정확히 모사하는, M개의 복소 변수

들의 크기 값과 위상 값에 가장 가까운 값을, 양자화된 크기 값과 양자화된 위상 값들로 각각 구성된 크기 집합 A와 위상 집합 P 에서 각각 선택하고, 이들의 index를 피드백 한다. 이를 위해 A와 P를 구성하는 양자화된 크기 값들과 위상 값들은, 평균이 0이고 분산이 1인 independent and identically-distributed (i.i.d.) 복소 가우시안 랜덤 변수의 크기 분포와 위상 분포에 적합하도록 구한다.

예를 들어, 양자화된 크기와 위상 집합을 각각 8개의 원소들로 이루어진

와

로 약속하고, 각 AT는 각 C-BTS별로 선택된 M개의 가중치,

와 [수학식 2]와 같이 결합되어

를 가장 정확히 모사하는, 양자화된 크기 값과 된 위상 값을 각각 A와 P에서 선택하고, 이들의 index를 quantized amplitude index (QAIm)과 quantized phase index (QPIm)을 이용하여 피드백 한다. M=3 일 경우, 각 C-BTS별로

에서 선택된 가중치,

에 곱해질 g_k,m을 피드백 하기 위해 3bits QAIm과 3bits QPIm이 필요하므로,

을 피드백 하기 위해 총 (3+3)X3=18 비트의 피드백 정보량이 각 AT별로 필요하다. 또한, M=2 일 경우에는, 동일한 A와 P를 사용하여, 총 (3+3)X2=12 비트의 피드백 정보량을 이용하여

을 피드백 할 수 있다.

AT와 C-BTS들간의 순시적인 채널 이득 변화에 따라 collaboration하는 BTS의 수, 즉 M 값이 다양한 값을 가지는 경우에, 제안하는 양자화된 위상과 크기값 피드백 방식은 모든 M 값의 경우에 동일한 A와 P 집합을 사용할 수 있다. 반면에, 제안된 jucnture codebook을 이용한 피드백 방법은 M 값에 따라 서로 다른 juncture 벡터 codebook을 디자인하고, M 개의 juncture 벡터 codebook들 중에서 선택된 하나의 벡터 codebook에 대한 index를 따로 피드백해 주어야 한다.

또한, 표현할 수 있는 복소수들의 개수가 양자화된 위상과 크기 값 피드백 방식의 경우, A와 P 집합에 속한 원소들의 모든 조합들로 구성되는 총 8×8=64개의 복소수 표현이 가능하다. 이에 반해 juncture codebook을 이용한 피드백 방법은 [수학식 4]와 같이 (8+8)=16개의 복소수 표현만이 가능하다. 따라서, 양자화된 위상과 크기 값 피드백 방식은 juncture codebook을 이용한 피드백 방식보다 훨씬 정확하게

를 모사할 수 있다.

C.2 Non-unitary precoding을 위한 벡터 codebook을 사용하는 Joint SDMA를 위한 수신기 구조 및 동작

본 절에서는 제안하는 non-unitary precoding을 위한 벡터 codebook을 사용하는 joint SDMA 기술의 수행을 위한 AT의 구조 및 동작을 제안한다. [도 2]는 제안하는 non-unitary precoding을 위한 벡터 codebook을 사용하는 joint SDMA 기술을 위한 AT의 수신기의 구조의 일례를 보여준다. [도 3]은 제안하는 벡터 codebook을 사용하는 joint SDMA의 수신 동작의 흐름을 설명한다.

[도 2]의 하향 링크 채널 추정기(12)에서는 [도 3]의 (21) 과정과 (22) 과정이 수행된다. 먼저 [도 3]의 (21) 과정에서는, 인접한 BTS들로부터 수신되는 파일롯 채널을 추정하여, collaboration 가능한 BTS들로 구성된 C-BTS set C_BTS을 결정한다. 인접한 M⁺개의 BTS들 중에서 collaboration 가능한 M개의 BTS들로 구성된 C-BTS set C_BTS을 결정하는 과정은 다음과 같다. 각 AT는 인접한 M⁺개의 각 BTS들로부터 수신되는 파일롯 채널을 이용하여, M⁺개의 BTS들로부터 수신되는 평균 수신 SNR

과 순시적인 채널 이득

의 곱,

을 계산하고, 이를 이용하여 해당 BTS가 collaboration이 가능한가를 다음 [수학식 6]과 같이 결정한다.

[수학식 6]

여기서,

은 인접한

개의 BTS들의

중에서 최대 값을 나타내며

과 같다. 또한,

개의 인접 BTS들로부터 수신되는 순시적인 채널 이득

은 각 BTS로부터 AT로의 하향 링크 채널 행렬의 최대 singular value로 구해진다. 따라서, m번째 BTS로 부터의

이

의

배 미만일 경우 해당 m번째 BTS는 collaboration이 불가능한 non-collaborative BTS가 되고,

에 포함되지 않는다. 만약,

이라고 하면,

이

보다 3dB 미만으로 낮은 BTS들만이

에 포함될 수 있다.

[도 3]의 (22) 과정에서는, (21) 과정에서 결정된

에 속하는 M개의 C-BTS들로부터 K 번째 AT로의 하향 링크 채널

를 추정하고, collaborative 채널 행렬

의 최대 singular 벡터

를 구한다. 또한, k 번째 AT는 각 C-BTS들로부터의 하향 링크 채널

을 추정하고, 각 행렬의 최대 singular 벡터

들을 각각 구한다.

[도 2]의 최적 벡터 선택기(13)에서는 [도 3]의 (23) 과정과 (24-1) 과정 또는 (24-2) 과정이 수행된다. 먼저 [도 3]의 (23) 과정에서는, (22) 과정에서 추정된 m번째 C-BTS에서의 하향 링크 채널 행렬의 최대 singular 벡터

를 가장 정확히 모사하는 벡터를, 미리 약속된 single cell 벡터 codebook

에서 선택하고, 이를 m번째 C-BTS에 대한 precoding matrix indicator PMIm와 rank indicator RIm를 이용하여 m번째 C-BTS로 피드백 한다. 이 과정을

에 속하는 m개의 C-BTS들에 대해서 수행한다.

[도 3]의 (24-1) 과정에서는, (23) 과정에서 m개의 각 C-BTS별로 선택된 PMIm와 RIm가

에서 가리키는 M개의 벡터들과 [수학식 2]와 같이 최적 결합되어

를 가장 정확히 모사할 수 있는, M개의 복소 변수

의 크기 값

에 가장 근접하는 값을 미리 약속된 크기 집합

에서 선택하고, 이의 index인 quantized amplitude index (QAIm)를 피드백한다. 또한, M개의 복소 가우시안 랜덤 변수

의 위상 값

에 가장 근접하는 값을 미리 약속된 위상 집합

에서 선택하고, 이의 index인 quantized phase index (QPIm)를 피드백한다. 구체적으로 미리 약속된 크기 집합

와 위상 집합

를 가정할 경우, 각

에 대해 크기 값

과 위상 값

에 근접하는 값을 각각

와

에서 선택하고, 이를 QAIm와 QPIm를 이용하여, 각 m번째 C-BTS로 피드백한다.

위의 (24-1) 과정에서 수행되는 QAIm와 QPIm에 의한

에 대한 양자화 및 피드백 과정과 동일한 과정을, 다양한 X 값에 대해 디자인된 juncture 벡터 codebook

을 이용하여, 다음 (24-2) 과정과 같이 수행할 수 있다. (24-2) 과정에서는, 최소 2에서 최대

범위 내의 다양한 X 값에 대해 디자인된 juncture 벡터 codebook

중에서, (21) 과정에서 결정된

에 속하는 C-BTS들의 수 M 값에 해당하는 juncture codebook,

을 선택하고, 선택된

내에서 각 C-BTS별로 PMIm와 RIm가

에서 가리키는 M개의 벡터들과 [수학식 2]와 같이 최적 결합되어

를 가장 정확히 모사할 수 있는 juncture vector를 선택하고, 이들을 각각 나타내는 juncture codebook indication(JCI) 와 juncture vector index(JVI)를 이용하여 피드백한다.

[도 2]의 CQI 추정기(14)에서는, [도 3]의 (25) 과정이 수행된다. [도 3]의 (25) 과정에서는, 각 k번째 AT는 [도 3]의 (23) 과정과 (24-1) 과정에서 선택된

,

,

, 그리고

에 의해 [수학식 2]와 같이 구성되는

크기의 송신 가중치 벡터를 이용하여 M개의 C-BTS들이 송신할 경우, 수신 가능한 signal-to-interference and noise ratio (SINR)을 추정하고, 이를 channel quality information (CQI) 정보로 변환하여 C-BTS들로 피드백한다. 또는 각 k번째 AT는 [도 3]의 (23) 과정과 (24-2) 과정에서 선택된

,

,

, 그리고

에 의해 [수학식 2]와 같이 구성되는

크기의 송신 가중치 벡터를 이용하여 M개의 C-BTS들이 송신할 경우, 수신 가능한 SINR을 추정하고, 이를 CQI 정보로 변환하여 C-BTS들로 피드백 한다.

(26) 과정에서, joint SDMA precoder에 의해 스케줄링 된 AT는 [도 2]의 복조기(15)에서, M개의 C-BTS들로부터 수신되는 트래픽 채널의 MnT개의 심볼을 수신 신호 처리하여 하나의 수신 데이터 추정한다.

C.3 Non-unitary precoding을 위한 벡터 codebook을 사용하는 Joint SDMA를 위한 송신기 구조 및 동작

본 절에서는 제안하는 non-unitary precoding을 위한 벡터 codebook을 사용하는 joint SDMA 기술의 수행을 위한 송신기의 구조 및 동작을 제안한다. [도 4]는 제안하는 non-unitary precoding을 위한 벡터 codebook을 사용하는 joint SDMA 기술을 위한 AT의 송신기의 구조의 일례를 보여준다. [도 5]은 제안하는 벡터 codebook을 사용하는 joint SDMA의 송신 동작의 흐름을 설명한다. [도 5]의 (41) 과정에서는, [도 4]의 C-BTS들의 피드백 수신기(33, 34)에서 수신된

,

,

, 그리고

피드백 정보 또는

,

,

, 그리고

피드백 정보를 [도 4]의 스케줄러(35)로 전송한다.

(42) 과정에서는, (41)과정에서 전달된 각 AT들의 최대 singular vector에 대한 피드백 정보와 그에 따른 CQI 피드백 정보를 이용하여, [도 4]의 스케줄러(35)에서 동시에 데이터를 전송할 최대 M*nT 개의 AT과 데이터 전송에 사용할 ZF (MMSE) 송신 precoding 행렬을 결정한다.

(43) 과정에서는, [도 4]의 하향 링크 전송 심볼 발생기(36)에서 (42)과정에서 선택된 AT들에게 전송할 데이터 심볼을 발생한다.

(44) 과정에서는, [도 4]의 ZF (MMSE) precoder(37)에서 (42)과정을 통해 결정된 ZF (MMSE) precoding 행렬을 (43)과정에서 발생된 전송 심볼에 곱해서 빔 성형된 전송 심볼을 발생한다.

(45) 과정에서는, (44) 과정에서 생성된

개의 전송 심볼들을 순서에 맞게 M개의 C-BTS에 각각

개의 전송 심볼들을 전송한다.

(46) 과정에서는, 각 C-BTS는 joint SDMA precoder로부터 전달된

개의 전송 심볼들을

개의 송신 안테나들을 통해 전송한다.

D. Unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA 시스템

동시에 다수의 AT에 데이터를 전송하는 SDMA를 위한 송신 기술에는, unitary precoding 행렬의 송신 가중치 벡터들을 이용하여 동시에 전송되는 스트림들간 간섭이 최소화 하면서, 다중 사용자 다이버시티 이득을 최대화 하도록 동시에 전송되는 AT들을 스케줄링하는 unitary precoding 송신 기법이 있다. 각 C-BTS에서 이러한 unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA의 성능을 증가시키기 위해서는, 각 AT들의 하향 링크 최대 singular 벡터들을 정확히 송신기로 피드백 해주어야 하며, 동시에 데이터 전송을 위해 사용되는

개의 송신 가중치들이 서로 orthonormal 해야 한다. 따라서, unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA를 위해서는, 서로 orthonormal한

크기의 unitary 행렬들로 구성된 unitary 행렬 codebook이 필요하다. 더구나, joint SDMA를 위한 unitary 행렬 codebook은 joint SDMA 기술이 운용되는 채널 특성, 즉 동일 C-BTS의 하향 링크 채널은 매우 correlated되고 다른 C-BTS들간의 하향 링크 채널은 uncorrelated되는 특성에 적합하도록 디자인되어야 한다.

본 절에서는 제한된 피드백 정보량을 이용하고 unitary precoding 송신 기술을 사용하는 joint SDMA를 위한 unitary 행렬 codebook 디자인 방식과 송수신기 구조 및 동작을 설명한다.

D.1 Joint SDMA을 위한 unitary 행렬 codebook 디자인

Unitary precoding을 사용하는 joint SDMA를 위해서는 [수학식 7]과 같이 G개의

크기의 unitary 행렬들,

로 구성된 행렬 codebook

이 요구된다.

[수학식 7]

여기서,

를 구성하는 G개의 행렬들은

와 같은 unitary 특성을 갖는다. 동시에,

를 구성하는 각 unitary 행렬의

개의 컬럼 벡터들은 collaborative 하향 링크 채널

의 최대 singular 벡터

을 되도록 정확히 모사해야 한다. 즉, [수학식 2]와 같이 correlated된 각 BTS별 채널 행렬의 최대 singular 벡터,

에

개의 uncorrelated된 복소 가우시안 랜덤 변수들이 각각 곱해지고 쌓아져서

의 크기의 컬럼 벡터 형태가 되도록, 각 unitary 행렬의 컬럼 벡터들이 디자인 되어야 한다.

본 발명에서는, 위와 같은 두 가지 조건을 동시에 만족시키는 행렬의 형태를 다음 [수학식 8]과 같이 제안한다.

=3이고

경우를 예로서 설명한다.

[수학식 8]

여기서,

과

는 각각

번째 C-BTS로부터 각 C-AT들로의 하향 링크 채널의 최대 singular vector를 모사하도록 선택된 orthonormal 한

개 (현재 예에서는 두 개)의 벡터들이다. 각 C-AT는 각 C-BTS의 파일롯 채널 추정을 통해 각 C-BTS의 최대 singular 벡터

를 계산하고,

를 가장 정확히 모사하는 벡터를

크기의 unitary 행렬로 구성된 single cell codebook

에서 선택하여, 이를

번째 C-BTS에 대한 precoding matrix indicator (PMI_m)와 rank indicator (RI_m)를 이용하여 해당 C-BTS로 피드백 한다. 이 과정은 C 절의 non-unitary precoding 기술을 사용하는 joint SDMA의 경우와 동일하지만, non-unitary precoding 기술의 경우

를 가장 정확히 모사하는 벡터를

크기의 벡터들로 구성된 벡터 codebook에서 선택하지만, unitary precoding 기술을 사용하는 joint SDMA의 경우에는

크기의 unitary 행렬들로 구성된 single cell 용 unitary 행렬 codebook

에서

를 가장 정확히 모사하는 벡터를 선택한다는 점에서 차이가 있다. 결국, unitary precoding 기술의 경우, 단일 셀에서 선택된

개의 C-AT들에게 데이터를 전송하기 위해 사용되는 송신 precoding 행렬

이 unitary 행렬이 되도록 함으로써,

개의 C-BTS를 위한 joint SDMA 송신 precoding 행렬

가 unitary 행렬이 되도록 하는 두 개의 조건들 중에서 첫번째 조건을 충족시킨다.

Single cell 용 unitary 행렬 codebook

은

개의

크기의 unitary 행렬들로 구성되며, 각 행렬에 속하는

크기의 벡터들은 correlated된 개별 C-BTS 하향 링크 채널의 singular vector들을 모사하면서 서로 orthonormal 하도록, 즉 unitary 행렬 특성을 만족하도록, 다음 [수학식 9]와 같이 디자인 된다.

[수학식 9]

단일 셀 unitary 행렬 codebook

는 correlated된 단일 셀 하향 링크 채널에서 SDMA 성능의 최대화 하도록 디자인 되어야 한다. 이를 위해 단일 셀 용으로 기존에 제안된 knockdown precoder codebook이나 현재 3GPP LTE에 채택되어 있는 단일 셀 SDMA용 codebook을 사용할 수 있다.

[수학식 8]에서 unitary precoding 행렬

을 구성하는 M x n_T 개의 컬럼 벡터들은,

크기의 juncture unitary 행렬

과

의 컬럼 벡터들과,

개의 셀에서 선택된 송신 precoding 벡터들이 쌓여진

크기 벡터

들이

벡터 연산된 것이다. 여기서,

벡터 연산은 다음과 같이 정의된다.

[수학식 10]

Juncture unitary precoding 행렬

과

은 juncture unitary 행렬 codebook

에서 선택되며, 다음과 같은 특성을 갖도록 디자인 되어야 한다.

과

은

개의

크기 컬럼 벡터

과

는, uncorrelated된

개의 C-BTS들 간의 하향 링크 채널의 singular vector들을 모사하면서 서로 orthonormal 해야 한다. 따라서, 이와 같은 특성을 가지는

개의 unitary 행렬로 구성된 juncture 행렬 codebook

를 다음과 같이 디자인 한다.

[수학식 11]

또한,

를 구성하는 각 unitary 행렬에 속하는

크기의 벡터들은

-dimensional complex unit sphere에서 isotropic 분포를 갖도록 디자인 되어야 하며, 이를 위해 기존의 random vector quantization (RVQ) 방식에 의해 디자인된 unitary 행렬 codebook이나 IEEE802.16e에 채택된 Grassmannian codebook을 사용할 수 있다. Grassmannian subspace packing 방식이나 RVQ 방식은 다수의

크기의 i.i.d. 복소 가우시안 랜덤 행렬들을 발생시키고, 이 행렬들로부터 구해진 right singular 행렬들간의 chordal distance가 가장 uniform한 Q개의 행렬들을 선택하여, juncture 행렬 codebook

을 생성한다. 또한, joint SDMA 시스템의 다양한 MIMO 동작을 지원하기 위해서,

에 다음과 같은 행렬들이 추가될 수 있다.

[수학식 12]

크기의 unitary precoding 행렬

을 구성하기 위해서는,

에서

개 (현재 예에서는 두 개)의 juncture unitary precoding 행렬이 선택되어야 한다. Juncture unitary precoding 행렬로

가 선택될 경우 C-BTS들간의 joint transmission을 하지 않는 단일 셀 MIMO 동작을 하게 되고, 한 개의 juncture unitary precoding 행렬을

으로 선택할 경우 동시 전송되는 스트림 수가

개에서

개로 감소하게 되어 전송 랭크를 조절할 수 있다.

위와 같이,

크기의 unitary 행렬들로 구성된 single cell 용 unitary 행렬 codebook

와

크기의 unitary 행렬들로 구성된 juncture 행렬 codebook

를 결합하여 만들어지는,

크기의 unitary 행렬들로 구성된 unitary precoding 기술을 사용하는 joint SDMA를 위한 codebook

는 다음의 특성을 갖는다. 먼저,

를 구성하는

크기의 unitary 행렬의 각 컬럼 벡터들은 collaborative 하향 링크 채널

의 최대 singular 벡터

을, C절에서 제안된 non-unitary precoding을 위한 codebook 디자인 방식과 동일한 성능으로 모사할 수 있다. 또한, 동시에 전송되는 최대

개의 데이터 스트림들에 곱해지는

개의 가중치 벡터들은 서로 orthonormal 하기 때문에, 각 C-AT는 동시에 데이터를 전송하는 타 C-AT들이 동일한 precoding 행렬을 사용한다는 가정하에 정확한 CQI를 측정하여 피드백함으로써 multiuser diversity 이득을 극대화 할 수 있다.

제안하는 joint SDMA를 위한 unitary 행렬 codebook은, C절에서 제안된 non-unitary 행렬 codebook과 같이 각 AT의 collaborative 채널 행렬의 최대 singular 벡터를 정확하게 송신기로 피드백 할 수 있으면서, 피드백 되는 벡터들이 unitary한 송신 precoding 행렬로 구성될 수 있기 때문에, 데이터 전송을 요구하는 AT의 수가 작은 경우에는 non-unitary precoding 기술로 동작하고 AT의 수가 증가할 경우 unitary precoding 기술로 동작할 수 있다.

D.2 Unitary precoding을 사용하는 joint SDMA를 위한 수신기 구조 및 동작

본 절에서는 제안하는 unitary precoding 행렬codebook을 사용하는 joint SDMA 기술의 수행을 위한 AT의 구조 및 동작을 제안한다. [도 6]는 제안하는 unitary precoding 행렬 codebook을 사용하는 joint SDMA 기술을 위한 AT의 수신기의 구조의 일례를 보여준다. [도 7]은 제안하는 행렬 codebook을 사용하는 joint SDMA의 수신 동작의 흐름을 설명한다.

[도 6]의 하향 링크 채널 추정기(52)에서는 [도 7]의 (61) 과정과 (62) 과정이 수행된다. 먼저 [도 7]의 (61) 과정에서는, 인접한 BTS들로부터 수신되는 파일롯 채널을 추정하여, collaboration 가능한 BTS들로 구성된 C-BTS set

을 결정한다. 구체적인 과정은 [도 3]의 (21) 과정과 동일하다.

[도 7]의 (62) 과정에서는, (61) 과정에서 결정된

에 속하는

개의 C-BTS들로부터

번째 AT로의 하향 링크 채널

를 추정하고, collaborative 채널 행렬

의 최대 singular 벡터

를 구한다. 또한,

번째 AT는 각 C-BTS들로부터의 하향 링크 채널

을 추정하고, 각 행렬의 최대 singular 벡터

들을 각각 구한다.

[도 6]의 최적 벡터 선택기(53)에서는 collaborative 채널 행렬

의 최대 singular 벡터

에 가장 근접한 벡터를 unitary precoding 행렬 codebook에서 선택하고 이를 피드백하는 과정을 수행한다. 각 AT별로 [도 7]의 (63) 과정과 (64) 과정이 수행된다. 먼저 [도 7]의 (63) 과정에서는, (62) 과정에서 추정된

번째 C-BTS에서의 하향 링크 채널 행렬의 최대 singular 벡터

를 가장 정확히 모사하는 벡터를, 미리 약속된 single cell 벡터 codebook

에서 선택하고, 이를

번째 C-BTS에 대한 precoding matrix indicator PMI_m와 rank indicator RI_m를 이용하여

번째 C-BTS로 피드백 한다. 이 과정을

에 속하는

개의 C-BTS들에 대해서 수행한다. [도 7]의 (64) 과정에서는, (63) 과정에서

개의 각 C-BTS별로 선택된 PMI_m와 RI_m가

에서 가리키는

개의 벡터들과 [수학식 2]와 같이 최적 결합되어

를 가장 정확히 모사하는

개의 juncture 벡터를

에서 선택하고, 선택된 벡터가 속한 unitary precoding 행렬의 index를 juncture matrix index (JMI_n)로 피드백하고, JMI가 가리키는 행렬에서 선택된 벡터의 index를 juncture vector index (JVI_n)를 이용하여 피드백 한다.

[도 6]의 CQI 추정기(54)에서는, [도 7]의 (65) 과정이 수행된다. [도 7]의 (65) 과정에서는, 각

번째 AT는 [도 7]의 (63) 과정과 (64) 과정에서 선택된

그리고

에 의해 [수학식 2]와 같이 구성되는

크기의 송신 가중치 벡터를 이용하여

개의 C-BTS들이 송신할 경우, 수신 가능한 SINR을 추정하고, 이를 CQI 정보로 변환하여 C-BTS들로 피드백한다.

[도 7]의 (66) 과정에서, joint SDMA precoder에 의해 스케줄링 된 AT는 [도 6]의 복조기(55)에서,

개의 C-BTS들로부터 수신되는 트래픽 채널의

개의 심볼을 수신 신호 처리하여 하나의 수신 데이터 추정한다.

D.3 Unitary precoding 행렬 codebook을 사용하는 Joint SDMA를 위한 송신기 구조 및 동작

본 절에서는 제안하는 unitary precoding 행렬 codebook을 사용하는 joint SDMA 기술의 수행을 위한 송신기의 구조 및 동작을 제안한다. [도 8]은 제안하는 unitary precoding 행렬 codebook을 사용하는 joint SDMA 기술을 위한 AT의 송신기의 구조의 일례를 보여준다. [도 9]는 제안하는 행렬 codebook을 사용하는 joint SDMA의 송신 동작의 흐름을 설명한다. [도 9]의 (81) 과정에서는, [도 8]의 C-BTS들의 피드백 수신기(73, 74)에서 수신된

,

, 그리고

피드백 정보를 [도 8]의 스케줄러(75)로 전송한다.

(82) 과정에서는, (81)과정에서 전달된 각 AT들의 최대 singular vector에 대한 피드백 정보와 그에 따른 CQI 피드백 정보를 이용하여, [도 8]의 스케줄러(75)에서 동시에 데이터를 전송할 최대 M*nT 개의 AT들과 데이터 전송에 사용할 unitary precoding 행렬을 결정한다.

(83) 과정에서는, [도 8]의 하향 링크 전송 심볼 발생기(76)에서 (82)과정에서 선택된 AT들에게 전송할 데이터 심볼을 발생한다.

(84) 과정에서는, [도 8]의 unitary precoder(77)에서 (82)과정을 통해 결정된 데이터 전송에 사용할 unitary precoding 행렬을 (83)과정에서 발생된 전송 심볼에 곱해서 빔 성형된 전송 심볼을 발생한다.

(85) 과정에서는, (84) 과정에서 생성된 최대

개의 전송 심볼들을 순서에 맞게

개의 C-BTS에 각각

개의 전송 심볼들을 전송한다.

(86) 과정에서는, 각 C-BTS는 joint SDMA precoder로부터 전달된 n_T개의 전송 심볼들을 n_T개의 송신 안테나들을 통해 전송한다.

E. 본 발명 제안 기술의 성능 비교 분석

본 발명에서는 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 collaborative 무선통신 네트워크에서, 제한된 양의 피드백 정보를 이용하여, C-BTS들에서 다수의 C-AT들로 동시에 전송되는 데이터의 전송 용량을 최대로 하는 C-BTS들간 non-unitary precoding 기반 joint SDMA 기술과 unitary precoding 기반 joint SDMA 기술을 제공한다. 제안하는 non-unitary precoding과 unitary precoding 기반 joint SDMA 기술의 성능을 분석하기 위해, 단일 셀 별로 SDMA를 수행하는 no coordination 기술과 C-BTS들간의 joint 스케줄링만을 수행하는 coordinated scheduling의 성능을 C-BTS들의 총 전송 용량을 중심으로 비교 분석한다. 고려하는 joint SDMA 시스템은 두 개의 C-BTS들로 구성되어 있으며 (즉,

=2), 각 C-BTS의 송신 안테나 수

은 2이고 안테나 간격이

이며, 수신 안테나 수

은 2이고 수신 안테나간 공간 상관도는 없다고 가정한다.

사용된 codebook은 단일 셀 SDMA 동작을 위해 두 개의 DFT 행렬로 구성된

을 사용하고,

와 같이

행렬을 포함하는 IEEE 802.16e 3bits Grassmannian codebook을 juncture codebook으로 사용한다. 또한, 제안하는 unitary precoding 기술을 사용하는 joint SDMA 기술의 경우, 두 개의 C-BTS들이 총 256개 또는 128개의 CQI를 사용한다고 가정한다.

[도 10]은 제안하는 non-unitary precoding과 unitary precoding 기반 joint SDMA 기술의 전송 용량을 비교 분석한 도면이다. 실제 시스템의 C-AT 수 범위 (K<15) 에서, 제안하는 unitary precoding을 사용하는 joint SDMA 기술과 non-unitary precoding을 사용하는 joint SDMA 기술 모두 coordinated scheduling 기술과 no coordination 기술들 보다 높은 용량을 제공함을 알 수 있다. 또한, C-AT 수가 5 이하인 경우에는, 제안하는 non-unitary precoding 기술이 제안하는 unitary precoding 기술보다 높은 용량을 보이다가, C-AT 수가 5이상으로 증가함에 따라 unitary precoding 기술의 용량이 non-unitary precoding 기술을 추월함을 확인할 수 있다. 이를 통해 제안하는 unitary precoding을 사용하는 joint SDMA 기술과 non-unitary precoding을 사용하는 joint SDMA 기술들이, 제한된 피드백 정보를 이용하여, C-BTS들에서 다수의 C-AT들로 동시에 전송되는 데이터의 전송 용량을 증가 시킴을 확인할 수 있다.

11-1 : 안테나 1(단말) 11-2 안테나 2(단말) 11-n_R : 안테나 n_R(단말)
12 : 하향링크 채널 추정기(단말) 13 : 최적 벡터 선택기(단말)
14 : CQI 추정기(단말) 15 : 복조기(단말)
31-1 : 안테나 1(협동 기지국 1) 31-2 안테나 2(협동 기지국 1)
31-n_T : 안테나 n_T(협동 기지국 1)
32-1 : 안테나 1(협동 기지국 2) 32-2 안테나 2(협동 기지국 2)
32-n_T : 안테나 n_T(협동 기지국 2)
34 : 피드백 수신기(협동 SDMA 프리코더)
35 : 스케쥴러(협동 SDMA 프리코더)
36 : 하향링크 전송 심볼 발생기(협동 SDMA 프리코더)
37 : ZF 프리코더(협동 SDMA 프리코더)
51-1 : 안테나 1(단말) 51-2 안테나 2(단말) 51-n_R : 안테나 n_R(단말)
52 : 하향링크 채널 추정기(단말) 53 : 최적 벡터 선택기(단말)
54 : CQI 추정기(단말) 55 : 복조기(단말)
71-1 : 안테나 1(협동 기지국 1) 71-2 안테나 2(협동 기지국 1)
71-n_T : 안테나 n_T(협동 기지국 1)
72-1 : 안테나 1(협동 기지국 2) 72-2 안테나 2(협동 기지국 2)
72-n_T : 안테나 n_T(협동 기지국 2)
74 : 피드백 수신기(협동 SDMA 프리코더)
75 : 스케쥴러(협동 SDMA 프리코더)
76 : 하향링크 전송 심볼 발생기(협동 SDMA 프리코더)
77 : Unitary 프리코더(협동 SDMA 프리코더)

Claims (19)

1. 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 협력 무선통신 네트워크에서, 단말의 채널 상태 정보 피드백 방법에 있어서,
   인접한 기지국들에 대해 협력 통신이 가능한 기지국들을 그룹화 하는 단계;
   동일한 그룹에 속하는 기지국들로부터의 하향 링크 채널을 추정하고 최대 고유(singular) 벡터를 획득하는 단계;
   상기 최대 고유 벡터를 최대 모사하는 가중치 벡터를 선택하고, 상기 가중치 벡터와 연산되어 상기 최대 고유 벡터를 최대 모사하는 복소 변수를 선택하는 단계; 및
   상기 가중치 벡터와 상기 복소 변수를 피드백하는 단계를 포함하고,
   상기 가중치 벡터는 상관된(correlated) 기지국들에 대한 하향 링크 채널의 고유 벡터를 모사하도록 디자인되는 단일 셀 행렬 코드북에서 선택되며, 상기 복소 변수는 비상관(uncorrelated) 기지국들에 대한 하향 링크 채널의 고유 벡터를 모사하도록 디자인되는 결합(juncture) 행렬 코드북에서 선택되고,
   상기 결합 행렬 코드북은 단위 행렬(I)과 영 행렬(0)을 포함하며, 상기 단위 행렬 또는 영 행렬의 선택에 따라 전송 랭크가 조절되는 것을 특징으로 하는 단말의 채널 상태 정보 피드백 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가중치 벡터는 상관된(correlated) 기지국들에 대한 하향 링크 채널의 고유 벡터를 모사하도록 디자인되는 단일 셀 벡터 코드북에서 선택되는 것을 특징으로 하는 단말의 채널 상태 정보 피드백 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 단일 셀 벡터 코드북은 단일 셀 SDMA(Space Division Multiple Access) 코드북인 것을 특징으로 하는 단말의 채널 상태 정보 피드백 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복소 변수는 비상관(uncorrelated) 기지국들에 대한 하향 링크 채널의 고유 벡터를 모사하도록 디자인되는 결합(juncture) 벡터 코드북에서 선택되는 것을 특징으로 하는 단말의 채널 상태 정보 피드백 방법.
5. 제3항에 있어서,
   상기 복소 변수는 양자화된 크기와 위상을 포함하는 것을 특징으로 하는 단말의 채널 상태 정보 피드백 방법.
6. 제1항에 있어서,
   수신 가능한 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio, SINR)를 추정하고, 상기 추정된 SINR에 대응하는 채널 품질 인식자를 피드백하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말의 채널 상태 정보 피드백 방법.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   기지국으로부터, 상기 피드백된 정보에 의해 결정된 송신 프리코딩 행렬과 결합한 전송 심볼을 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말의 채널 상태 정보 피드백 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 단일 셀 행렬 코드북은 직교정규(orthonormal)인 것을 특징으로 하는 단말의 채널 상태 정보 피드백 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 결합 행렬 코드북은 직교정규(orthonormal)인 것을 특징으로 하는 단말의 채널 상태 정보 피드백 방법.
10. 삭제
11. 다중 입출력 안테나 시스템을 사용하는 협력 무선통신 네트워크에서, 채널 상태 정보를 피드백하는 장치에 있어서,
    인접한 기지국들에 대한 채널을 추정하여 협력 통신이 가능한 기지국들을 그룹화하고, 동일한 그룹에 속하는 기지국들에 대한 최대 고유(singular) 벡터를 획득하는 하향 링크 채널 추정기;
    상기 최대 고유 벡터를 최대 모사하는 가중치 벡터를 선택하고, 상기 가중치 벡터와 연산되어 상기 최대 고유 벡터를 최대 모사하는 복소 변수를 선택하고, 상기 가중치 벡터와 상기 복소 변수를 피드백하는 벡터 선택기를 포함하고,
    상기 벡터 선택기는 상관된(correlated) 기지국들에 대한 하향 링크 채널의 고유 벡터를 모사하도록 디자인되는 단일 셀 행렬 코드북에서 상기 가중치 벡터를 선택하며, 비상관(uncorrelated) 기지국들에 대한 하향 링크 채널의 고유 벡터를 모사하도록 디자인되는 결합(juncture) 행렬 코드북에서 상기 복소 변수를 선택하고,
    상기 상기 결합 행렬 코드북은 단위 행렬(I)과 영 행렬(0)을 포함하며, 상기 단위 행렬 또는 영 행렬의 선택에 따라 전송 랭크가 조절되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 벡터 선택기는,
    상관된(correlated) 기지국들에 대한 하향 링크 채널의 고유 벡터를 모사하도록 디자인되는 단일 셀 벡터 코드북에서 상기 가중치 벡터를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 단일 셀 벡터 코드북은 단일 셀 SDMA(Space Division Multiple Access) 코드북인 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 벡터 선택기는,
    비상관(uncorrelated) 기지국들에 대한 하향 링크 채널의 고유 벡터를 모사하도록 디자인되는 결합(juncture) 벡터 코드북에서 상기 복소 변수를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 벡터 선택기는,
    양자화된 크기와 위상을 포함하는 상기 복소 변수를 피드백 하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제11항에 있어서,
    수신 가능한 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio, SINR)를 추정하고, 상기 추정된 SINR에 대응하는 채널 품질 인식자(Channel Quality indicator, CQI)를 추정하여 피드백하는 CQI 추정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제11항에 있어서,
    상기 단일 셀 행렬 코드북은 직교정규(orthonomral)인 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 결합 행렬 코드북은 직교정규(orthonomral)인 것을 특징으로 하는 장치.
19. 삭제

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