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KR100968118B1 - 무선 통신 시스템에서 채널 사운딩 신호 전송 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 채널 사운딩 신호 전송 장치 및 방법 Download PDF

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KR100968118B1
KR100968118B1 KR1020070078907A KR20070078907A KR100968118B1 KR 100968118 B1 KR100968118 B1 KR 100968118B1 KR 1020070078907 A KR1020070078907 A KR 1020070078907A KR 20070078907 A KR20070078907 A KR 20070078907A KR 100968118 B1 KR100968118 B1 KR 100968118B1
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이성호
윤순영
이인규
박석환
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삼성전자주식회사
고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 다중 안테나 시스템에서 채널 사운딩 신호를 전송하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 단말에서 채널 사운딩(Channel sounding) 신호 전송 방법은, 다수 개의 수신 안테나들 각각에 대한 채널을 추정하는 과정과, 상기 추정을 통해 획득된 채널정보를 이용하여 각각의 수신 안테나에 대한 수신 신호 전력을 계산하는 과정과, 상기 계산된 수신 신호 전력이 가장 큰 수신 안테나를 선택하는 과정과, 상기 선택된 수신 안테나를 통해 기지국으로 채널 사운딩 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
채널 사운딩, 안테나 선택, 빔 형성, 선 부호화, 스케줄링

Description

무선 통신 시스템에서 채널 사운딩 신호 전송 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING CHANNEL SOUNDING SIGNAL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 채널 사운딩 신호를 전송하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 시분할 복신(Time Division Duplex) 기반의 다중안테나 시스템에서 채널 사운딩 신호를 전송하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 이동통신 시장의 급성장으로 인하여 무선 환경에서 다양한 멀티미디어 서비스가 요구된다. 따라서 최근에는 상기 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되면서 한정된 주파수를 효율적으로 사용할 수 있는 다중 안테나 시스템(예 : MIMO(Multiple Input Multiple Output))의 연구가 진행되고 있다.
상기 다중 안테나 시스템의 MIMO 기술은 송신 단에서의 채널 정보 인식 여부에 따라 개방 루프(open loop) 방식과 폐쇄 루프(closed loop) 방식으로 구분할 수 있다. 먼저, 상기 개방 루프 방식은 송신 단에서 채널에 대한 정보를 모르는 상태로 데이터를 전송하는 방식을 나타낸다. 예를 들어, 상기 개방 루프 방식으로 시공간 부호화(Space-Time Coding), V-BLAST(Vertical-Bell Labs lAyered Space Time) 등이 존재한다. 다음으로, 상기 폐쇄 루프 방식은 송신 단에서 채널에 대한 정보를 획득하고 상기 획득된 채널 정보를 이용하여 데이터를 전송하는 방식을 나타낸다. 예를 들어, 상기 폐쇄 루프 방식으로 특이값 분해(Singular Value Decomposition : SVD), 공간 분할 다중 접속(Spatial Division Multiple Access : 이하 'SDMA'라 칭함)등이 존재한다.
상기 다중 안테나 시스템에서 폐쇄 루프 방식을 사용하는 경우, 송신 단의 채널 정보 획득 방법은 상기 다중 안테나 시스템의 듀플렉싱(Duplexing)방식에 따라 달라진다. 예를 들어, 상기 다중 안테나 시스템에서 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex : 이하 ‘FDD’라 칭함) 방식을 사용하는 경우, 수신 단은 송신 단으로부터 수신된 신호를 통해 채널을 측정하여 상기 송신 단으로 피드백하고, 이로써, 상기 송신 단은 채널 정보를 획득할 수 있다. 반면, 상기 다중 안테나 시스템에서 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex : 이하 ‘TDD’라 칭함) 방식을 사용하는 경우, 각 수신 단은 서로를 구별할 수 있는 채널 사운딩(channel sounding) 신호를 전송하고, 송신 단은 이를 이용하여 상향링크 채널을 측정하며, 이를 하향링크 채널에 대한 정보로서 사용한다. 이는 상/하향링크의 채널이 동일하다는 채널 가역성(channel reciprocity) 성질에 기인한다.
삭제
한편, 상기 다중 안테나 시스템에서 기지국과 단말은 다수 개의 안테나를 구비한다. 이와 같이, 단말이 다수 개의 안테나를 구비하는 경우, 상기 단말은 다수 개의 안테나를 통해 신호를 수신함으로써 다이버시티(diversity) 이득을 얻을 수 있다. 또한, 기지국의 경우, 다수 개의 안테나를 구비함으로써 하나의 단말로 다수 개의 스트림(stream)을 전송할 수 있으므로 해당 단말의 전송률을 증가시킬 수 있다. 하지만, 상기 단말의 경우, 송신 시에는 배터리 수명 등의 제한으로 기지국의 송신 전력에 비해 훨씬 낮은 전력으로 송신해야 하므로 하나의 송신 안테나만을 사용하는 것이 일반적이다. 즉, 수신을 위해서는 상기 다수 개의 안테나를 모두 사용하지만, 송신을 위해서는 그 중 하나의 안테나만을 사용한다. 따라서, 상기 다중 안테나 시스템이 폐쇄 루프 방식을 사용하는 경우, 단말은 하나의 송신 안테나만을 사용하여 채널 사운딩 신호를 기지국으로 전송하게 되고, 이로써 기지국은 상기 단말과의 하향링크 채널 전체에 대한 정보를 획득할 수 없게 되며, 이로 인해 단말의 데이터 수신율이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 안테나 시스템에서 채널 사운딩 신호를 전송하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 안테나 시스템의 단말에서 각각의 안테나를 통해 수신된 신호의 전력을 이용하여, 채널 사운딩 신호를 전송하기 위한 안테나를 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 안테나 시스템의 기지국에서 단말들로부터 제공받은 채널 사운딩 신호를 이용하여 스케줄링을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 안테나 시스템의 단말에서 채널 사운딩(Channel sounding) 신호 전송 방법은, 다수 개의 수신 안테나들 각각에 대한 채널을 추정하는 과정과, 상기 추정을 통해 획득된 채널정보를 이용하여 각각의 수신 안테나에 대한 수신 신호 전력을 계산하는 과정과, 상기 계산된 수신 신호 전력이 가장 큰 수신 안테나를 선택하는 과정과, 상기 선택된 수신 안테나를 통해 기지국으로 채널 사운딩 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 안테나 시스템의 단말에서 채널 사운딩(Channel sounding) 신호 전송 장치는, 다수 개의 수신 안테나들 각각에 대한 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 추정을 통해 획득된 채널정보를 이용하여 각각의 수신 안테나에 대한 수신 신호 전력을 계산하는 수신 신호 전력 계산부와, 상기 계산된 수신 신호 전력이 가장 큰 수신 안테나를 선택하는 안테나 선택부와, 상기 선택된 수신 안테나를 통해 기지국으로 채널 사운딩 신호를 전송하는 송수신 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법은, 단말들로부터, 다수 개의 단말 수신 안테나들 중 수신 신호 전력이 가장 큰 수신 안테나를 통해 각 단말에 의해 전송된 채널 사운딩 신호를 수신하는 과정과, 상기 수신된 각 단말별 채널 사운딩 신호를 이용하여 해당 단말의 수신 안테나와 기지국의 안테나들 간의 채널을 추정하는 과정과, 상기 추정을 통해 획득된 각 단말별 채널 정보를 이용하여 각각의 단말들에 대한 빔 형성 가중치(beamforming weight)를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 기지국의 데이터 전송 장치는, 단말들로부터, 다수 개의 단말 수신 안테나들 중 수신 신호 전력이 가장 큰 수신 안테나를 통해 각 단말에 의해 전송된 채널 사운딩 신호를 수신하는 송수신 변환기와, 상기 수신된 각 단말별 채널 사운딩 신호를 이용하여 해당 단말의 수신 안테나와 기지국의 안테나들 간의 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 추정을 통해 획득된 각 단말별 채널 정보를 이용하여 각각의 단말들에 대한 빔 형성 가중치(beamforming weight)를 계산하는 빔 형성 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 TDD 방식의 다중 안테나 시스템에서 단말이 각 안테나들을 통해 수신되는 신호의 전력을 비교하여 수신 전력이 가장 큰 안테나를 통해 채널 사운딩 신호를 전송함으로써, 적은 복잡도의 안테나 선택 방법을 통해 단말의 신호 수신 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한 다. 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 발명은 다중 안테나 시스템에서 채널 사운딩 신호를 전송하기 위한 기술에 대해 설명한다.
이하 설명에서 다중 안테나 시스템은 Mt개의 안테나를 구비하는 기지국과 Mr개의 안테나를 구비하는 단말로 구성된다. 상기 단말은 상기 Mr개의 안테나들을 사용하여 신호를 수신하고, 상기 Mr보다 작은 N개의 안테나들을 사용하여 신호를 전송한다. 이하 설명에서 상기 단말은 2개의 안테나를 구비하고 1개의 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 것으로 가정하여 설명하지만, 상기 단말의 안테나가 다수 개이고 상기 안테나의 수보다 작은 수의 안테나를 송신 안테나로 사용하는 모든 경우 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 이하 설명에서 상기 다중 안테나 시스템은 빔 형성(Beamforming) 기법을 사용하는 것으로 가정하지만, 다른 선 부호화(Precoding) 기법을 사용하는 시스템에 동일하게 적용할 수 있다. 더욱이 폐쇄 루프 방식에 제한되지도 않는다. 또한, 이하 설명에서는 TDD 방식의 다중 안테나 시스템을 예로 들어 설명하지만 여기에 국한되지 않고 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 및 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : OFDMA) 시스템에도 적용 가능하다.
삭제
도 1은 본 발명에 따른 빔 형성(Beamforming)을 사용하는 다중 안테나 시스템의 구성을 도시하고 있다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 다중 안테나 시스템은 다수 개의 안테나를 구비하는 기지국과 단말로 구성된다. 여기서, 상기 단말은 송수신 변환기(101), 채널 추정기(103), 수신 신호 전력 계산부(105) 및 안테나 선택부(107)를 포함하여 구성되고, 상기 기지국은 송수신 변환기(111), 채널 추정기(113), 빔 형성 제어부(115), 스케줄러(117), 부호기(119), 변조기(121) 및 빔 형성기(123)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 단말의 구성에 대해 살펴보면, 상기 송수신 변환기(101)는 TDD 방식에 따라, 하향링크 구간 동안 상기 다수 개의 안테나들을 통해 상기 기지국으로부터 신호를 수신하고, 상향링크 구간 동안 상기 다수 개의 안테나들 중 고정된 일부 안테나를 통해 상기 기지국으로 신호를 전송한다. 또한, 상기 송수신 변환기(101)는 상기 기지국으로부터 기 할당받은 사운딩 채널을 통해, 상기 상향링크 구간 동안 상기 안테나 선택부(107)에 의해 선택된 안테나를 이용하여 상기 기지국으로 채널 사운딩 신호를 전송한다.
삭제
상기 채널 추정기(103)는 상기 송수신 변환기(101)로부터 제공받은 하향링크 신호를 이용하여 각각의 안테나에 대한 채널을 추정한다. 예를 들어, 상기 채널 추정기(103)는 상기 하향링크 신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 각각의 안테나에 대한 채널을 추정한다.
상기 수신 신호 전력 계산부(105)는 상기 채널 추정기(103)로부터 제공받은, 상기 추정을 통해 획득된 채널 정보를 이용하여 각각의 안테나에 대한 수신 신호 전력을 계산한다.
상기 안테나 선택부(107)는 상기 수신 신호 전력 계산부(105)로부터 제공받은, 각각의 안테나에 대한 수신 신호 전력을 비교하여 수신 신호의 전력이 가장 큰 안테나를 선택한다. 즉, 상기 안테나 선택부(107)는 하향링크 채널상태가 가장 좋은 안테나를 통해 상향링크 신호를 전송하기 위해 수신 신호 대 잡음 비(Signal to Noise Ratio : SNR)가 가장 좋은 안테나를 선택한다.
다음으로 상기 기지국의 구성에 대해 살펴보면, 상기 송수신 변환기(111)는 TDD 방식에 따라, 하향링크 구간 동안 상기 빔 형성기(123)로부터 제공받은 신호들을 다수 개의 안테나를 통해 서비스 영역에 포함되는 단말들로 전송하고, 상향링크 구간 동안 상기 다수 개의 안테나들을 통해 상기 단말들로부터 신호를 수신한다. 특히, 상기 송수신 변환기(109)는 상기 단말들로 기 할당한 사운딩 채널을 통해, 상기 상향링크 구간 동안 상기 단말들로부터 채널 사운딩 신호를 수신한다. 여기서, 상기 단말들은 채널 사운딩 신호의 전송을 위해 최적의 안테나를 선택하고, 상기 선택된 안테나를 통해 채널 사운딩 신호를 상기 기지국으로 전송한다.
삭제
상기 채널 추정기(113)는 상기 송수신 변환기(111)로부터 제공받은 각 단말들의 채널 사운딩 신호를 이용하여, 각 단말들의 채널 사운딩 신호 전송 안테나와 상기 기지국의 안테나들 간의 채널을 추정한다.
상기 빔 형성 제어부(115)는 상기 채널 추정기(113)로부터 제공받은 각 단말별 채널 정보를 이용하여 해당 단말의 빔 형성 가중치(beamforming weight)를 계산한다.
상기 스케줄러(117)는 상기 채널 추정기(113)로부터 제공받은 상기 단말들의 채널 정보를 이용하여, 서비스 영역에 포함되는 단말들 중 이번 프레임에 서비스를 제공할 단말들을 선택한다. 예를 들어, 서비스 영역에 포함되는 전체 N개의 단말들 중 k개의 단말들로 서비스를 제공하는 경우, 상기 스케줄러(117)는 N개의 단말들 중 k개의 단말들을 포함하는 모든 가능한 조합의 단말 집합들을 구성하고, 상기 채널 추정기(113)로부터 제공받은 상기 단말들의 채널 정보를 이용하여 상기 단말 집합들 중 이번 프레임에 서비스를 제공할 단말 집합을 선택함으로써 서비스를 제공할 단말들을 선택한다. 이때, 상기 스케줄러(117)는 하기 <수학식 1>을 이용하여 단말 집합을 선택한다.
Figure 112008034569290-pat00022
여기서, 상기
Figure 112008034569290-pat00023
는 선택된 단말 집합을 나타내고, 상기 P는 서비스 영역에 포함되는 전체 N개의 단말들 중 k개의 단말들을 포함하는 모든 가능한 조합의 단말 집합을 나타낸다. 또한, 상기 Hp는 상기 단말 집합에 포함되는 단말들의 채널 정보로 구성되는 행렬을 나타낸다. 상기 tr()은 () 안의 행렬의 모든 대각선 성분들의 합을 구하는 트레이스(trace) 함수를 나타낸다.
상기 부호기(119)는 상기 스케줄러(117)에 의해 선택된 단말들로 전송할 신호를 해당 변조 수준(예 : MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨)에 따라 부호화하여 출력한다.
상기 변조기(121)는 상기 부호기(119)로부터 제공받은 부호화된 신호를 해당 변조 수준에 따라 변조하여 출력한다.
상기 빔 형성기(123)는 상기 변조기(121)로부터 제공받은 변조된 신호를 다 수 개의 안테나들에 대응하도록 복사한다. 이후, 상기 빔 형성기(123)는 상기 다수 개의 신호들과 상기 빔 형성 제어부(115)로부터 제공받은 빔 형성 가중치를 곱하여 상기 송수신 변환기(111)로 출력한다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 송수신 변환기에 대한 상세 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 단말의 송수신 변환기는 안테나 스위칭부(203), 제 1 스위칭부(205) 및 제 2 스위칭부(207), 제 1 안테나(209) 및 제 2 안테나(211)를 포함하여 구성된다. 이하 설명에서, 상기 제 1 안테나(209)는 데이터 신호의 송신과 수신 모두에 이용되는 안테나이고, 상기 제 2 안테나(211)는 데이터 신호의 수신에만 이용되는 안테나라고 가정한다. 여기서, 기저대역 모뎀(201)은 상기 도 1의 채널 추정기(103), 수신 신호 전력 계산부(105), 안테나 선택부(107)를 포함하는 동작을 수행한다. 즉, 상기 기저대역 모뎀(201)은 채널 사운딩 신호를 전송하기 위한 최적의 안테나를 선택하고, 안테나 선택 신호를 상기 안테나 스위칭부(203)로 제공한다. 또한, 상기 기저대역 모뎀(201)은 상향링크 구간 동안 기지국으로 전송할 데이터 신호 및 채널 사운딩 신호를 상기 안테나 스위칭부(203)로 출력하고, 하향링크 구간 동안 상기 제 1 스위칭부(205) 및 제 2 스위칭부(207)를 통해 기지국으로부터의 데이터 신호를 수신한다.
상기 안테나 스위칭부(203)는 TDD 방식에 따라, 상향링크 구간 동안 상기 기저대역 모뎀(201)으로부터 입력되는 데이터 신호를 상기 제 1 스위칭부(205)로 출력한다. 또한, 상기 안테나 스위칭부(203)는 상기 기저대역 모뎀(201)으로부터 제공되는 안테나 선택 신호에 따라, 해당 안테나에 연결되어 있는 스위칭부(205, 207)로, 상기 기저대역 모뎀(201)으로부터 입력되는 채널 사운딩 신호를 출력한다. 다른 실시 예로, 상기 안테나 스위칭부(203)는 데이터 신호를 전송하는 경우에도, 상기 기저대역 모뎀(201)으로부터 제공되는 안테나 선택 신호에 따라 해당 안테나에 연결되어 있는 스위칭부(205, 207)로 상기 기저대역 모뎀(201)으로부터 입력되는 데이터 신호를 출력할 수도 있다.
삭제
상기 제 1 스위칭부(205)는 상기 안테나 스위칭부(203)로부터의 신호를 상기 제 1 안테나(209)로 출력하고, 상기 제 1 안테나(209)로부터의 신호를 상기 기저대역 모뎀(201)으로 출력한다.
상기 제 2 스위칭부(207)는 상기 안테나 스위칭부(203)로부터의 신호를 상기 제 2 안테나(211)로 출력하고, 상기 제 2 안테나(211)로부터의 신호를 상기 기저대역 모뎀(201)으로 출력한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 기지국에서 채널 사운딩 신호에 따라 빔 형성을 수행하기 위한 절차를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 먼저 상기 기지국은 301단계에서 데이터 전송 방식을 결정한다. 예를 들어, 상기 기지국은 폐쇄 루프 방식을 사용할 것인지 개방 루프 방식을 사용할 것인지 결정한다. 여기서, 상기 데이터 전송 방식은 단말이 결정하여 기지국에 요청할 수도 있고, 단말이 피드백하는 정보를 이용하여 상기 기지국이 결정할 수도 있다.
이후, 상기 기지국은 303단계로 진행하여 상기 데이터 전송 방식으로 폐쇄 루프 MIMO 방식이 선택되었는지 확인한다. 상기 데이터 전송 방식으로 폐쇄 루프 MIMO 방식이 선택되지 않은 경우, 상기 기지국은 해당 데이터 전송 방식에 따라 데이터를 전송한다. 반면, 상기 데이터 전송 방식으로 폐쇄 루프 MIMO 방식이 선택된 경우, 상기 기지국은 305단계에서 서비스 영역에 포함되는 단말들에게 사운딩 채널을 할당한다.
삭제
삭제
이후, 상기 기지국은 307단계에서 상기 사운딩 채널을 통해 상기 단말들로부터 채널 사운딩 신호가 수신되는지 확인한다. 이때, 상기 단말들은 상기 단말들이 구비하는 다수 개의 안테나들 중 수신 신호 전력이 가장 좋은 안테나를 이용하여 상기 채널 사운딩 신호를 전송한다.
상기 채널 사운딩 신호가 수신되는 경우, 상기 기지국은 309단계에서 상기 수신된 각 단말별 채널 사운딩 신호를 이용하여 해당 단말의 채널 사운딩 신호 전송 안테나와 기지국의 안테나들 간의 채널을 추정한다. 이후, 상기 기지국은 상기 추정을 통해 획득된 각 단말별 채널 정보를 이용하여 각각의 단말들에 대한 빔 형성 가중치(beamforming weight)를 계산한다. 여기서, 상기 기지국은 각 단말별로 하기 <수학식 2>를 이용하여 빔 형성 가중치 wi를 계산한다.
Figure 112007057172227-pat00003
여기서, 상기 hi는 상기 추정을 통해 획득된, 단말의 i번째 안테나의 채널 정보를 나타내고, 상기 *는 공액 복소수 전치(complex conjugate transpose)를 의미한다. 여기서, 상기 <수학식 2>와 같이 상기
Figure 112008034569290-pat00004
를
Figure 112008034569290-pat00005
로 나누어 주는 것은, 상기 빔 형성 가중치 wi를 단위-놈(unit-norm)으로 만들어 빔 형성에 의한 파워(power)의 증가를 없애기 위함이다.
삭제
이후, 상기 기지국은 313단계로 진행하여 송신 데이터 신호에 상기 계산된 빔 형성 가중치를 곱하여 다수 개의 안테나들을 통해 상기 단말들로 전송한다.
이후, 상기 기지국은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
상술한 실시 예는 다중 안테나 시스템에서 선 부호화 기법으로 빔형성 기법을 사용하기 위해, 상기 단말에 대한 채널 정보를 이용하여 빔 형성 가중치를 생성한다. 하지만, 상기 다중 안테나 시스템에서 다른 선 부호화 기법을 사용하는 경우, 기지국은 단말에 대한 채널 정보를 이용하여 선 부호화 행렬을 계산하고, 이를 이용하여 송신 신호에 대한 선 부호화를 수행할 수 있다.
또한, 상기 기지국은, 서비스 영역에 포함되는 단말들이 다수 개인 경우, 상기 단말들이 전송한 채널 사운딩 신호를 이용하여 채널을 추정한 후, 상기 추정을 통해 획득한 채널 정보를 스케줄링에 이용하여, 서비스를 제공할 단말들을 선택할 수 있다. 여기서, 상기 기지국은 상기 <수학식 1>을 이용하여 스케줄링을 수행한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 단말에서 채널 사운딩 신호를 전송하기 위한 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 먼저 단말은 401단계에서 기지국으로부터 사운딩 채널을 할당받는다. 이후, 상기 단말은 403단계에서 각각의 안테나들을 통해 상기 기지국으로부터 수신되는 하향링크 신호를 이용하여 채널을 추정한다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 하향링크 신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정한다.
이후, 상기 단말은 405단계에서 상기 추정을 통해 획득된 채널 정보를 이용하여 각각의 안테나에 대한 수신 신호 전력을 계산하고, 407단계로 진행하여 상기 단말이 구비하는 안테나들 중 수신 신호 전력이 가장 큰, 즉 수신 신호 대 잡음 비(Signal-to-Noise Ratio : SNR)가 가장 큰 안테나를 선택한다. 여기서, 상기 단말은 하기 <수학식 3>을 이용하여 안테나를 선택한다.
삭제
삭제
Figure 112007057172227-pat00006
여기서, 상기 단말은 하향링크(Downlink)의 Mr× Mt 채널 행렬 H를 이용하여 단말의 i번째 안테나에 해당하는 1× Nt 채널 행벡터 hi에 대한 정보를 획득할 수 있으며, 상기 i번째 안테나의 채널 정보 hi를 이용하여 상기 i번째 안테나의 빔 형성 가중치 wi를 상기 <수학식 2>와 같이 계산할 수 있다. 이때, 상기 단말은 상기 계산된 i번째 안테나의 빔 형성 가중치 wi와 상기 채널 행렬 H를 이용하여 상기 i번째 안테나에 대한 수신 신호 전력
Figure 112008034569290-pat00007
을 계산할 수 있으며, 이로써 모든 단말 안테나의 수신 신호 전력을 비교하여 상기 수신 신호 전력이 가장 큰 단말 안테나를 선택할 수 있다.
이후, 상기 단말은 409단계에서 상기 선택된 안테나를 통해 상기 기지국으로 채널 사운딩 신호를 전송한다. 이때, 상기 채널 사운딩 신호는 상기 기지국로부터 할당받은 사운딩 채널을 통해 상기 기지국으로 전송한다.
이후, 상기 단말은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 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 본 발명에 따른 빔 형성(Beamforming)을 사용하는 다중 안테나 시스템의 구성을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 단말의 송수신 변환기에 대한 상세 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 기지국에서 채널 사운딩 신호에 따라 빔 형성을 수행하기 위한 절차를 도시하는 도면, 및
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 채널 사운딩 신호를 전송하기 위한 절차를 도시하는 도면.

Claims (25)

  1. 다중 안테나 시스템의 단말에서 채널 사운딩(Channel sounding) 신호 전송 방법에 있어서,
    다수 개의 수신 안테나들 각각에 대한 채널을 추정하는 과정과,
    상기 추정을 통해 획득된 채널정보를 이용하여 각각의 수신 안테나에 대한 수신 신호 전력을 계산하는 과정과,
    상기 계산된 수신 신호 전력이 가장 큰 수신 안테나를 선택하는 과정과,
    상기 선택된 수신 안테나를 통해 기지국으로 채널 사운딩 신호를 전송하는 과정을 포함하며,
    여기서, 상기 수신 신호 전력이 가장 큰 수신 안테나는, 하기 <수학식 4>를 이용하여 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112010016821878-pat00035
    여기서, 상기 Mr은 상기 단말의 전체 수신 안테나 수를 나타내고, 상기 wi는 i번째 수신 안테나의 빔 형성 가중치를 나타내며, 상기 H는 채널 행렬을 나타낸다. 상기
    Figure 112010016821878-pat00036
    는 i번째 수신 안테나에 대한 수신 신호 전력으로, 상기 i번째 수신 안테나의 빔 형성 가중치 wi와 상기 채널 행렬 H를 이용하여 계산됨.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 채널 사운딩 신호 전송을 위한 사운딩 채널을 할당받는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 형성 가중치는 하기 <수학식 5>를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112010016821878-pat00010
    상기 hi는 상기 추정을 통해 획득된, 상기 i번째 수신 안테나의 채널 정보를 나타내고, 상기 *는 공액 복소수 전치(complex conjugate transpose)를 나타냄.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널은, 하향링크 신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 다중 안테나 시스템의 단말에서 채널 사운딩(Channel sounding) 신호 전송 장치에 있어서,
    다수 개의 수신 안테나들 각각에 대한 채널을 추정하는 채널 추정기와,
    상기 추정을 통해 획득된 채널정보를 이용하여 각각의 수신 안테나에 대한 수신 신호 전력을 계산하는 수신 신호 전력 계산부와,
    상기 계산된 수신 신호 전력이 가장 큰 수신 안테나를 선택하는 안테나 선택부와,
    상기 선택된 수신 안테나를 통해 기지국으로 채널 사운딩 신호를 전송하는 송수신 변환기를 포함하며,
    여기서, 상기 안테나 선택부는, 하기 <수학식 6>을 이용하여 수신 안테나를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112010016821878-pat00037
    여기서, 상기 Mr은 상기 단말의 전체 수신 안테나 수를 나타내고, 상기 wi는 i번째 수신 안테나의 빔 형성 가중치를 나타내며, 상기 H는 채널 행렬을 나타낸다. 상기
    Figure 112010016821878-pat00038
    는 i번째 수신 안테나에 대한 수신 신호 전력으로, 상기 i번째 수신 안테나의 빔 형성 가중치 wi와 상기 채널 행렬 H를 이용하여 계산됨.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 송수신 변환기는,
    상기 기지국으로부터 기 할당받은 사운딩 채널을 통해 상기 채널 사운딩 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 송수신 변환기는,
    기저대역 모뎀으로부터 입력되는 데이터 신호를 데이터 신호 송수신을 위한 안테나에 연결되어 있는 스위칭부로 출력하고, 상기 기저대역 모뎀으로부터 입력되는 채널 사운딩 신호를 상기 선택된 수신 안테나에 연결되어 있는 스위칭부로 출력하는 안테나 스위칭부와,
    상기 안테나 스위칭부로부터의 신호를 연결되어 있는 안테나로 출력하고, 상기 연결되어 있는 안테나로부터의 신호를 상기 기저대역 모뎀으로 출력하는 상기 다수 개의 안테나별 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 삭제
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 빔 형성 가중치는 하기 <수학식 7>을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112010016821878-pat00015
    상기 hi는 상기 추정을 통해 획득된, 상기 i번째 수신 안테나의 채널 정보를 나타내고, 상기 *는 공액 복소수 전치(complex conjugate transpose)를 나타냄.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 채널 추정기는,
    하향링크 신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 상기 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 다중 안테나 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법에 있어서,
    단말들로부터, 다수 개의 단말 수신 안테나들 중 수신 신호 전력이 가장 큰 수신 안테나를 통해 각 단말에 의해 전송된 채널 사운딩 신호를 수신하는 과정과,
    상기 수신된 각 단말별 채널 사운딩 신호를 이용하여 해당 단말의 수신 안테나와 기지국의 안테나들 간의 채널을 추정하는 과정과,
    상기 추정을 통해 획득된 각 단말별 채널 정보를 이용하여 각각의 단말들에 대한 빔 형성 가중치(beamforming weight)를 계산하는 과정을 포함하며,
    여기서, 상기 빔 형성 가중치는 하기 <수학식 8>을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112010016821878-pat00039
    상기 hi는 상기 추정을 통해 획득된, 해당 단말의 i번째 수신 안테나의 채널 정보를 나타내고, 상기 *는 공액 복소수 전치(complex conjugate transpose)를 나타냄.
  15. 제 14 항에 있어서,
    송신 데이터 신호에 상기 계산된 빔 형성 가중치를 곱하여 상기 단말들로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 삭제
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 추정을 통해 획득된 각 단말별 채널 정보를 이용하여 서비스 영역에 포함되는 단말들 중 이번 프레임에 서비스를 제공할 단말들을 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 서비스를 제공할 단말들은 하기 <수학식 9>를 이용하여 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112008034569290-pat00027
    여기서, 상기 P는 서비스 영역에 포함되는 전체 단말들 중 일정 개수의 단말들을 포함하는 모든 가능한 조합의 단말 집합을 나타낸다. 상기
    Figure 112008034569290-pat00028
    는 선택된 단말 집합을 나타내고, 이와 같이 하나의 단말 집합을 선택함으로써 상기 서비스를 제공할 단말들을 선택한다. 상기 Hp는 상기 단말 집합에 포함되는 단말들의 채널 정보로 구성되는 행렬을 나타낸다. 상기 tr()은 () 안의 행렬의 모든 대각선 성분들의 합을 구하는 트레이스(trace) 함수를 나타냄.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 단말들에게 상기 채널 사운딩 신호 전송을 위한 사운딩 채널을 할당하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 다중 안테나 시스템에서 기지국의 데이터 전송 장치에 있어서,
    단말들로부터, 다수 개의 단말 수신 안테나들 중 수신 신호 전력이 가장 큰 수신 안테나를 통해 각 단말에 의해 전송된 채널 사운딩 신호를 수신하는 송수신 변환기와,
    상기 수신된 각 단말별 채널 사운딩 신호를 이용하여 해당 단말의 수신 안테나와 기지국의 안테나들 간의 채널을 추정하는 채널 추정기와,
    상기 추정을 통해 획득된 각 단말별 채널 정보를 이용하여 각각의 단말들에 대한 빔 형성 가중치(beamforming weight)를 계산하는 빔 형성 제어부를 포함하며,
    여기서, 상기 빔 형성 제어부는, 하기 <수학식 10>을 이용하여 상기 빔 형성 가중치를 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112010016821878-pat00040
    상기 hi는 상기 추정을 통해 획득된, 해당 단말의 i번째 수신 안테나의 채널 정보를 나타내고, 상기 *는 공액 복소수 전치(complex conjugate transpose)를 나타냄.
  21. 제 20 항에 있어서,
    송신 데이터 신호에 상기 계산된 빔 형성 가중치를 곱하여 상기 송수신 변환기를 통해 상기 단말들로 전송하는 빔 형성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 삭제
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 추정을 통해 획득된 각 단말별 채널 정보를 이용하여 서비스 영역에 포함되는 단말들 중 이번 프레임에 서비스를 제공할 단말들을 선택하는 스케줄러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 스케줄러는,
    하기 <수학식 11>을 이용하여 상기 서비스를 제공할 단말들을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112008034569290-pat00030
    여기서, 상기 P는 서비스 영역에 포함되는 전체 단말들 중 일정 개수의 단말들을 포함하는 모든 가능한 조합의 단말 집합을 나타낸다. 상기
    Figure 112008034569290-pat00031
    는 선택된 단말 집합을 나타내고, 이와 같이 하나의 단말 집합을 선택함으로써 상기 서비스를 제공할 단말들을 선택한다. 상기 Hp는 상기 단말 집합에 포함되는 단말들의 채널 정보로 구성되는 행렬을 나타낸다. 상기 tr()은 () 안의 행렬의 모든 대각선 성분들의 합을 구하는 트레이스(trace) 함수를 나타냄.
  25. 제 20 항에 있어서, 상기 송수신 변환기는,
    상기 단말들에게 기 할당한 사운딩 채널을 통해 상기 채널 사운딩 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 장치.
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