KR101537591B1 - Ｍｉｍｏ 시스템에서 모드 적응 방법 - Google Patents

Abstract

MIMO 시스템에서 모드 적응 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 모드 적응 방법은 기지국에서 선호 모드에 대한 피드백 정보를 수신하고, 상기 피드백 정보를 이용하여 평균 성능 지수를 연산하고, 평균 성능 지수가 모드 전환 임계치 초과인지 판단하며, 상기 판단 결과, 모드 전환 임계치 초과이면, 상기 선호 모드로 MIMO 모드를 변경하고 상기 단말에 통지하는 과정을 포함한다. 본 발명의 실시 예들에 의하면, 시스템의 성능을 최대화하면서 피드백의 양은 효과적으로 줄일 수 있다.

MU-MIMO, Link Aadaptation, Rank Aadaptation, Feedback, IEEE 802.16m

Description

ＭＩＭＯ 시스템에서 모드 적응 방법{Method for mode adaptation in MIMO system}

본 발명은 MIMO 시스템에서 모드 적응(Mode Adaptation) 방법에 관한 것으로, 특히, 상향링크 피드백 양을 줄이는 것에 관한 것이다.

다중 안테나(Multiple antenna)를 쓰는 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템 중 사용자의 채널 상태에 따라 적응적으로 동작하는 폐루프(Closed-Loop) MIMO 시스템은 전체 시스템의 성능을 크게 높여준다.

폐루프 MIMO 시스템은 크게 프리코딩 행렬 인덱스(Precoding Matrix Index; PMI)를 피드백하는 코드북 기반 프리코딩(Codebook based precoding) 방식과 채널을 피드백하는 아날로그 피드백 기반 프리코딩(Analog feedback based precoding) 방식으로 나눌 수 있으며, 각각 다음과 같은 장단점이 있다.

코드북 기반 프리코딩에서는 적은 양의 피드백 정보가 필요하고, CQI 미스매치(Mismatch)가 적으며, 코드워드 제한(codeword restriction)에 따라 플래시라이트 효과(Flashlight Effect)를 줄일 수 있다. 여기서, CQI는 프리코더 및 간섭기(Precoder and Interferer)에 대한 완벽한 파악을 바탕으로 미드엠블(Midamble) 또는 공용 파일럿(Common Pilots)에서 측정될 수 있다.

코드북 기반 프리코딩의 단점으로는 양자화 오류(Quantization Error)가 많다는 점과 빔포밍 이득이 작다는 점 등이 있다. 코드북 기반 프리코딩을 위해서는 적절한 코드북 설계가 필요하다.

아날로그 피드백 기반 프리코딩에서는 양자화 오류를 줄이고 큰 빔포밍 이득을 얻을 수 있다. 반면에 아날로그 피드백 기반 프리코딩에서는 피드백 정보 또는 피드백 에러가 과다하고, CQI 미스매치가 많으며, 플래시라이트 효과가 발생한다. 특히, 다중 사용자 MIMO인 경우에 CQI는 전용 파일럿에서만 측정될 수 있다. 또한, 간섭하는 프리코더에 대해 파악하지 않고서는 단말측에서 CQI를 측정할 수 없다. 아날로그 피드백 기반 프리코딩을 위해서는 사운딩(sounding) 채널이 필요하다.

따라서, 코드북 기반 프리코딩은 위와 같은 장점 때문에 3GPP LTE 시스템, WiMAX 시스템, 2GPP2 UMB 시스템 등에서 널리 사용되고 있다.

또한 MIMO 시스템은 공간 자원이 하나 더 늘어났기 때문에 그 공간 자원을 어떻게 할당하느냐에 따라서 단일 사용자 MIMO(Single User MIMO; SU-MIMO)와 다중 사용자(Multi User MIMO; MU-MIMO)로 나뉜다.

도 1 및 2는 두 개 이상의 공간 다중화율로 전송될 때의 송신 구조를 도시한 것이다.

도 1은 수직 인코딩(Vertical Encoding) 및 단일 코드워드(Single Codeword; SCW)의 경우이고, 도 2는 수평 인코딩(Horizontal Encoding) 및 다중 코드워드(Multi Codeword; MCW)의 경우이다.

SU-MIMO는 공간 자원 모두를 하나의 단말에 할당해 주는 것이다. CL-MIMO에서 SU-MIMO는 다음과 같이 동작한다. 각 단말은 선호하는 랭크 즉, 공간 다중화율을 선택하고, 그에 맞는 PMI와 채널 품질 정보(Channel Quality Information; CQI)를 피드백한다. 기지국은 이러한 정보를 가지고 하나의 단말을 하나의 자원(시간과 주파수)에 할당한다. 이때 공간 자원은 해당 단말이 모두 사용한다. 이때 송신 구조는 SCW 또는 MCW가 사용되거나, 둘 다 사용될 수 있다.

MU-MIMO는 공간 자원을 몇 개의 단말들에 할당해 주는 것이다. CL-MIMO에서 MU-MIMO는 다음과 같이 동작한다. 각 단말은 CQI와 PMI를 MU-MIMO 조건에 맞추어 전송한다. 여기서 MU-MIMO 조건은 전송 다중화율, 프리코딩 행렬 셋(Precoding Matrix Set), MU-MIMO 타입(PU2RC, ZF-BF, …) 등이다. 기지국은 이러한 정보를 가지고 특정 조건을 만족하는 단말들을 선택하고, 해당 단말들을 하나의 자원(시간과 주파수)에 할당한다. 이때 공간 자원은 단말들이 나누어 사용하게 된다. 이때 송신 구조는 MCW가 사용된다.

일반적으로 사용자의 수가 적을 때는 SU-MIMO의 성능이 좋고, 사용자의 수가 많을 때는 MU-MIMO의 성능이 좋다. 이것은 MU-MIMO에서 여러 단말들을 패어링(Pairing)할 때 직교하는 쌍을 찾으면 성능이 좋아지는데 사용자의 수가 많을수록 직교하는 쌍이 나올 확률이 증가하기 때문이다.

도 3은 SU-MIMO와 MU-MIMO의 성능을 비교한 그래프이다.

도 3에서, 셀에 약 5명 이상의 사용자가 있을 때, MU-MIMO가 SU-MIMO의 성능을 앞서는 것을 볼 수 있다. 이것을 SU-MU 스위칭 포인트(Switching Point)라고 부 른다. 이 스위칭 포인트는 채널의 상태, 사용자의 상태 등에 따라 다른 위치에서 생길 수 있다.

즉, 최적의 시스템의 성능은 SU-MIMO의 성능과 MU-MIMO의 성능의 외곽선(Envelop)을 따라가야 하는데, 이를 위해서 단말은 SU-MIMO에 맞는 피드백과 MU-MIMO에 맞는 피드백을 모두 수행해야 한다. 이는 결과적으로 피드백 오버헤드를 증가시킨다.

또한, 일반적으로 코드북 구성은 미리 결정된다. 특히 MU-MIMO 모드에서는 사용자의 수가 아주 많은 경우가 아니면, 코드북의 크기가 작아야 패어링 이득(Pairing Gain)이 생긴다. 따라서, MU-MIMO 모드의 코드북 크기는 일반적으로 SU-MIMO 모드보다 작게 설계된다. 이는 빔포밍 이득을 감소시킨다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시스템의 성능을 최대화하면서 피드백의 양은 효과적으로 줄일 수 있는 모드 적응 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모드 적응 방법은 기지국에서 선호 모드에 대한 피드백 정보를 수신하고, 상기 피드백 정보를 이용하여 평균 성능 지수를 연산하고, 평균 성능 지수가 모드 전환 임계치 초과인지 판단하며, 상기 판단 결과, 모드 전환 임계치 초과이면, 상기 선호 모드로 MIMO 모드를 변경하고 상기 단말에 통지하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 상기 피드백 정보는 상기 단말에서 현재 모드의 성능 지수에 대한 선호 모드의 성능 지수의 비가 임계치 초과으로 판단된 경우의, 상기 선호 모드에 대한 정보일 수 있다.

바람직하게는, 상기 피드백 정보를 수신하는 과정에서, 현재 모드의 CQI 또는 PMI 중 적어도 하나를 수신하는 피드백 채널을 시간 분할하여 주기적으로 상기 피드백 정보를 수신할 수 있다.

바람직하게는, 상기 피드백 정보를 수신하는 과정에서, 상기 피드백 정보 전용의 추가 채널을 통해 상기 피드백 정보를 수신할 수 있다.

바람직하게는, 상기 피드백 정보를 수신하는 과정에서, 기지국이 상기 단말에 상기 선호 모드에 대한 피드백 요청을 전송할 수 있다. 여기서, 상기 피드백 요 청은 현재 모드에 대한 CQI 또는 PMI 중 적어도 하나를 수신하는 피드백 채널을 통해 상기 선호 모드에 대한 피드백 정보를 기지국이 수신할 횟수에 대한 정보를 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모드 적응 방법은 단말에서 현재 모드의 성능 지수에 대한 선호 모드의 성능 지수의 비가 임계치 초과인지 판단하고, 상기 판단 결과 임계치 초과이면, 상기 선호 모드에 대한 정보를 기지국에 피드백하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 상기 피드백하는 과정에서, 현재 모드의 CQI 또는 PMI 중 적어도 하나를 전송하는 피드백 채널을 시간 분할하여 상기 피드백 정보를 주기적으로 전송할 수 있다.

바람직하게는, 상기 피드백하는 과정에서, 상기 피드백 정보 전용의 추가 채널을 통해 상기 피드백 정보를 전송할 수 있다.

바람직하게는, 상기 피드백하는 과정에서, 상기 기지국으로부터 상기 선호 모드에 대한 피드백 요청이 수신되면, 상기 선호 모드에 대한 정보를 피드백할 수 있다. 여기서, 상기 피드백 요청은 현재 모드에 대한 CQI 또는 PMI 중 적어도 하나를 전송하는 피드백 채널을 통해 단말이 상기 피드백 정보를 전송할 횟수에 대한 정보를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 피드백하는 과정에서, 상기 단말에서 선호하는 랭크에 대한 정보를 피드백할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모드 적응 방법은 기지국에서 단일 사용자 MIMO 모드에 대한 피드백 정보를 수신하고, 상기 피드백 정보에 따라 단일 사용자 MIMO 코드북에서 소정 개수의 구성요소를 추출하여 다중 사용자 MIMO 코드북을 구성하며, 상기 구성된 다중 사용자 MIMO 코드북을 브로드캐스트하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모드 적응 방법은 상기 기지국이 다중 사용자 MIMO 모드로 스위칭되면, 상기 구성된 다중 사용자 MIMO 코드북을 적용하는 과정을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 의하면, 시스템의 성능을 최대화하면서 피드백의 양은 효과적으로 줄일 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모드 적응 방법에서 피드백 양을 줄이기 위한 절차를 도시한 것이다.

여기서 l, M은 각각 모드 l과 모드 M에서 한번에 전송되는 단말의 수라고 가정한다. 모드 M은 현재 셀에서 동작하고 있는 모드이다.

모드는 기지국에서 브로드캐스트해 주거나 할당 정보 등을 알려주는 하향링크 제어 채널(Downlink Control Channel), 예를 들어, IEEE 802.16e의 MAP, 서브맵 등을 통해 현재 단말이 전송받고 있는 모드 M이 될 수 있다.

γ_l은 단말에서 계산하는 값으로 l번째 모드에 대한 지수(Metric)로 용량(Capacity)이나 성능(Throughput) 등이 될 수 있고, 여기서, l* γ_l 및 M * γ_M은 성능 지수로 칭하기로 한다. C_l은 단말의 피드백으로부터 기지국이 계산하는 지수로 평균 용량(Sum Average Capacity)이나 평균 성능(Sum Average Throughput) 등이 될 수 있다.

α는 피드백에 대한 임계치로 단말은

이면 l번째 모드에 대한 피드백을 한다. α는 기지국이 브로드캐스트하는 값, 미리 약속된(predetermined) 값이거나, 각 단말이 임의로 정한 값일 수 있다.

도 4에서, 먼저, 단말이 현재 모드(M)의 성능 지수에 대한 스위칭할 모드(l)의 성능 지수의 비가 임계치 초과인지 판단한다(410). 여기서, 판단 결과 임계치 초과이면, 단말은 스위칭할 모드(l)에 대한 정보를 기지국에 피드백한다.

다음, 피드백을 수신한 기지국은 피드백 정보를 이용하여 스위칭할 모드(l)의 평균 성능 지수를 연산하고, 연산된 평균 성능 지수가 모드 전환 임계치 초과인지 판단한다(430). 도 4에서는 모드 전환 임계치로서 현재 모드(M)의 평균 성능 지수가 예시되어 있다.

판단 결과, 스위칭할 모드(l)의 평균 성능 지수가 모드 전환 임계치 초과이면, 모드 l로 MIMO 모드를 변경하고, 이를 단말에 통지한다(440). 이때, 임계치 α 가 변경되면, 임계치에 대한 정보도 단말에 통지한다

한편, 스위칭할 모드(l)의 평균 성능 지수가 모드 전환 임계치 이하이면, 임계치 α에 대한 정보만 단말에 통지한다(450).

각 단말은 선호하는 모드에 대한 정보, 모드 인덱스, CQI 및/또는 PMI 등을 다양한 방식으로 기지국에 피드백할 수 있다.

도 5는 피드백 채널을 통해 특정 주기마다 현재 모드에 대한 CQI, PMI를 보내는 대신 선호하는 모드에 대한 정보를 보내는 방법을 도시한 것이다.

특히 선호하는 모드에 대한 정보가 현재 피드백 채널의 용량보다 많은 경우 몇 번의 피드백 채널에 걸쳐서 나누어 보낼 수 있다. 몇 가지 예로 다음과 같은 경우들을 들 수 있다.

주기 4마다 모드 통지(Indication)를 보낸다고 가정하면 피드백 채널 시간 인덱스 0, 1, 2에서는 단말이 현재 모드인 모드 M에 대한 피드백 (CQI 및/또는 PMI)을 보낸다. 만약에 피드백 채널 시간 인덱스 3에서 다른 모드가

를 만족하지 못한다면 선호모드로 모드 M이라고 피드백하고 이후 현재 모드인 모드 M에 대한 피드백 (CQI 및/또는 PMI)를 보낸다. 만약에 모드 피드백 주기인 피드백 채널 시간 인덱스 7에서 모드 l이

을 만족한다면 피드백 채널 시간 인덱스 8에서 모드 l에 대한 피드백 (CQI 및/또는 PMI)를 보낸다. 이후에는 현재 모드인 모드 M에 대한 피드백 (CQI 및/또는 PMI)를 보낸다. 만약에 피드백 채널 시간 인덱스 10에서 현재 모드가 M에서 l로 바뀌었다면 이후 단말은 모드 l에 대한 피드백 (CQI 및/또는 PMI)을 보낸다.

도 6은 추가적인 피드백 채널을 통해 주기적으로 선호하는 모드에 대한 정보를 보내는 방법을 도시한 것이다.

피드백 채널1은 현재 모드에 대한 CQI 및/또는 PMI를 피드백하고 피드백 채널2는 타 모드에 대한 피드백 정보를 전송한다. 예를 들어, 피드백 채널2 시간 인덱스 0에서 다른 모드가

를 만족하지 못하여 현재 모드가 최적의 모드라면, 선호 모드로서 모드 M을 보고한다. 피드백 채널2 시간 인덱스 1에서 모드 l이

를 만족한다면 모드 l이 좋다고 보고하고, 이 후 피드백 채널2 시간 인덱스 2에서 모드 l에 대한 CQI 및/또는 PMI를 피드백한다. 이때 피드백 채널2 시간 인덱스 2에서 모드 l에 대한 CQI 및/또는 PMI를 피드백하지 않고 선호하는 모드를 보고 하는 한편, 다른 채널을 통해 모드 l에 대한 CQI 및/또는 PMI를 전송할 수 있다.

이벤트 트리거(Event trigger) 방식으로 다른 모드가

를 만족한다면 다음과 같은 방법이 있을 수 있다.

첫째는 기지국에 추가적인 피드백 채널을 요청한 후, 기지국에 의해 할당된 피드백 채널을 통해 모드 l에 대한 CQI 및/또는 PMI를 전송하는 방법이고, 둘째는 단말에서 상향링크로 전송할 데이터가 있다면 그 데이터 채널에 모드 l에 대한 CQI 및/또는 PMI를 붙여 보내는 방법이다.

도 7은 선호하는 모드에 대한 정보를 보내는 대신 랭크 정보를 전송하는 경우를 도시한 것이다.

모드가 SU-MIMO인 경우 모드 M (SU-MIMO)에 대한 CQI 및/또는 PMI를 보내는 대신 랭크 정보를 보낼 수도 있다.

SU-MIMO 랭크 적응(Rank Aadaptation) 즉, 단말이 선호하는 랭크를 선택하는 주기가 4인 경우, 매 4 피드백 채널1 시간 인덱스마다 단말이 선호하는 랭크를 보낸다. 이때 선호하는 랭크가 바뀌게 되는 경우, 단말은 바뀐 랭크에 맞는 CQI 및/또는 PMI를 보내게 된다. 이 경우에도 랭크 정보를 위한 추가적인 피드백 채널을 기지국이 할당해 줄 수 있다.

도 8은 기지국이 특정 모드에 대한 피드백을 요청하고, 단말은 요청된 모드에 대한 피드백을 하는 방법을 도시한 것이다.

기지국이 모드 l에 대한 피드백을 단말에 요청할 수 있다. 즉, 현재 모드가 M이고 일부 단말이 모드 l에 대한 피드백을 하고 있는 상황에서, 기지국이 모드 l에 대한 정보가 더 필요한 경우 단말에 모드 l에 대한 피드백을 요청할 수 있다. 이때는 다음과 같은 방법으로 피드백이 수행될 수 있다. 즉, 단말은 1회 또는 기지국에서 요청한 횟수만큼만 해당 모드에 대해서 피드백을 하고 그 이후로는 현재 모드에 대한 피드백을 할 수 있다. 특히, 요청된 모드에 대한 정보가 현재 피드백 채널의 용량보다 많은 경우 몇 번의 피드백 채널에 걸쳐서 나누어 보낼 수도 있다. 한편, 기지국이 이벤트 트리거 방식으로 다른 모드에 대해 피드백을 요청한다면 다 음과 같은 방법이 있을 수 있다. 즉, 기지국에서 새로운 피드백 채널을 할당해서 이후 할당된 추가적인 피드백 채널을 통해 요청된 모드에 대한 CQI 및/또는 PMI를 전송하는 방법, 단말에서 상향링크로 전송할 데이터가 있다면 그 데이터 채널에 요청된 모드에 대한 CQI 및/또는 PMI를 붙여서 보내는 방법 등이 있을 수 있다.

이상에서 셀 경계 사용자의 경우 셀의 모드에 상관없이 SU-MIMO 또는 다른 MIMO 방식, 예를 들어, 상보적 MIMO(Collaborative MIMO)로 동작해야 할 경우가 있다. 이 경우에는 피드백도 그 방식에 맞출 수 있다. 특히 FFR(Fractional Frequency Reuse) 기법을 적용하는 경우, FFR은 특정 주파수 대역을 셀 경계에 할당하여 주는 방법, 해당 FFR 대역만 SU-MIMO 또는 상보적 MIMO에 맞추어서 피드백을 하고 나머지 대역에 대해서는 상술한 바와 마찬가지로 현재 셀에 적용되는 모드로 피드백할 수 있다.

한편, 코드북이 제한된 상황에서, SU-MIMO 코드북 셋에서 일부 코드북 요소를 추출하여 MU-MIMO 코드북을 구성할 수 있다.

MU-MIMO의 코드북과 관련하여 송신 안테나의 개수가 Nt라고 가정한다.

이때, 모드는 SU-MIMO 모드, 랭크2를 갖는 MU-MIMO 모드, 랭크3을 갖는 MU-MIMO 모드 … , 랭크Nt를 갖는 MU-MIMO 모드 등으로 구성될 수 있다. 각 모드에 대한 프리코딩 행렬 셋은 수학식 1과 같이 구성된다.

SU-MIMO

rank1 : S₁ = {{v_{1 ,1,1}}, {v_{1 ,2,1}}…, {v_{1 , K1 ,1}}}

rank2 : S₂ = {{v_{2 ,1,1}, v_{2 ,1,2}}, {v_{2 ,2,1}, v_{2 ,2,2}}…, {v_{2 , K2 ,1}, v_{2 , K2 ,2}}}

…

rank Nt : S_Nt = {{v_{Nt ,1,1}, …, v_{Nt ,1, Nt},}, {v_{Nt ,2,1}, …, v_{Nt ,2, Nt}}…, {v_Nt,K,1, …, v_{Nt , KNt , Nt}}}

MU-MIMO with rank2 : M₂ = {{p_{2 ,1,1}, p_{2 ,1,2}}, {p_{2 ,2,1}, p_{2 ,2,2}}…, {p_{2 , K2' ,1}, p_{2 , K2' ,2}}}

…

MU-MIMO with rankNt : M_Nt = {{p_{Nt ,1,1}, …, p_{Nt ,1, Nt},}, {p_{Nt ,2,1}, …, p_{Nt ,2, Nt}}…, {p_Nt,K,1, …, p_{Nt , KNt' , Nt}}}

여기서 K#는 SU-MIMO 랭크 #의 코드북 크기이고, K#'는 MU-MIMO에서 랭크가 #일 때의 코드북 크기이다. K#와 K#'는 다를 수 있다.

이때, 기지국은 개수 K#, K#'와 구성 개체를 알려 줄 수 있다. 기지국이 개수만을 단말에 알려주는 경우, 각 개수마다 미리 정해 놓은 코드북 셋을 사용할 수 있다.

MU-MIMO 전송하는 방법에 따라 크게 다음과 같은 두 가지 방법으로 피드백하는 MU-MIMO의 코드북을 구성할 수 있다.

첫째, 피드백하는 코드북과 기지국에서 전송하는 코드북이 다른 경우, 상향 링크로 피드백하기 위한 MU-MIMO의 코드북은 랭크1(rank 1) 코드북 요소(Codebook element)들로 구성이 될 수 있다. 기지국에서는 피드백된 정보를 이용하고 조합하여 다른 형태의 프리코더를 만들 수 있다. 이 때 상기 랭크1 코드북 요소는 SU-MIMO 랭크 1 코드북의 일부(Subset)일 수 있다.

둘째, 피드백하는 코드북과 기지국에서 전송하는 코드북이 같은 경우, 상향링크로 피드백하기 위한 MU-MIMO의 코드북은 다음과 같이 구성될 수 있다. 랭크2의 MU-MIMO(MU-MIMO with rank2)에서 코드북은 랭크2 코드북 요소로 구성되고, 랭크3의 MU-MIMO(MU-MIMO with rank3)에서 코드북은 랭크3 코드북 요소로 구성된다.

이때, 각 모드에 대한 프리코딩 행렬 셋은 수학식 2와 같이 구성될 수 있다.

SU-MIMO

rank1 : S₁ = {{v_{1 ,1,1}}, {v_{1 ,2,1}}…, {v_{1 , K1 ,1}}}

rank2 : S₂ = {{v_{2 ,1,1}, v_{2 ,1,2}}, {v_{2 ,2,1}, v_{2 ,2,2}}…, {v_{2 , K2 ,1}, v_{2 , K2 ,2}}}

…

rank Nt : S_Nt = {{v_{Nt ,1,1}, …, v_{Nt ,1, Nt}}, {v_{Nt ,2,1}, …, v_{Nt ,2, Nt}}…, {v_Nt,K,1, …, v_{Nt , KNt , Nt}}}

MU-MIMO with rank2 : M₂ = {{v_{2 , k1 ,1}, v_{2 , k1 ,2}}, {v_{2 , k2 ,1}, v_{2 , k2 ,2}}… }

…

MU-MIMO with rankNt : MNt = {{v_{Nt , k1 ,1}, …, v_{Nt , k1 , Nt}}, {v_{Nt , k2 ,1}, …, v_Nt,k2,Nt}…}

즉, MU-MIMO의 코드북은 같은 랭크의 SU-MIMO 코드북에서 일부 구성요소를 추출하여 구성할 수 있다.

기지국이 상황에 따라 MU-MIMO를 구성하는 코드북 요소의 개수와 구성 개체를 바꾸고 이를 단말에 알려 줄 수 있다. 예를 들어, 코드북 엔트리(Entry)는 기지국이 단말로부터의 SU-MIMO 피드백에 기초해서 추출하고, 구성된 코드북 셋을 단말에 브로드캐스트할 수 있다. 이때 고르는 개수 K#'는 각 랭크별로 미리 정해 놓거나 단말에 브로드캐스트해 줄 수 있다. 이렇게 구성된 코드북은 각 단말이 선호하는 코드북 인덱스 중의 일부로 구성되므로, MU-MIMO에서 작은 코드북 셋을 쓴다고 하더라도 더 큰 빔포밍 이득을 얻을 수 있다.

추가로 SU-MIMO의 코드북의 특정 구성요소는 타 셀로부터의 요청이 있거나 다른 이유에 기인하여 사용되지 않을 수 있다. 예를 들어, 타 셀 단말이 특정 코드북 요소 예를 들어, v_{1 ,k,1}이 간섭으로 큰 영향을 준다고 보고하면, 그 구성요소는 사용되지 않을 수 있다. 더 나아가서, 더 높은 랭크에 대한 코드북에 αㆍv_1,k,1 가 존재한다면 이 코드북 요소도 사용되지 않을 수 있다.

이렇게 구성된 코드북으로 MU-MIMO에서의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, MU-MIMO의 코드북의 랭크가 전송되는 랭크와 같을 때, 즉, 랭크 2의 MU-MIMO의 코드북이 Nt X 2 행렬로 구성되어 있을 때, 단말에서는 각 코드북 요소 별로 구현된 수신 알고리즘에 따라 CQI를 계산하고 단말 자신이 선호하는 프리코딩 행렬 인덱스(PMI)와 스트림 인덱스(Stream Index), CQI 등을 피드백한다. 기지국에서는 피드백된 정보를 가지고 단말들을 패어링한 후, 해당 코드북을 적용한다.

다음으로, 상향링크로 피드백하는 MU-MIMO의 코드북의 랭크가 1인 경우, 즉, MU-MIMO의 코드북이 Nt X 1 벡터로 구성되어 있을 때는, 단말은 각 코드북 요소별로 단일 랭크 전송(rank1 transmission)을 가정하여 CQI를 계산하고 프리코딩 행렬/벡터 인덱스와 CQI를 피드백한다. 또는 각 코드북 요소별로 직교하거나 가장 직교에 가까운 코드북 요소가 패어링 되었다고 가정하고, MU-MIMO 모드에 따라 구현된 수신 알고리즘을 이용하여 CQI를 계산한다. 프리코딩 행렬/벡터 인덱스와 CQI를 피드백한다.

기지국은 이러한 정보를 가지고 패어링을 한 후, 필요에 따라서 CQI를 수정(Modify)하여 MCS 레벨을 선택한다. 그리고, 기지국은 선택된 MU-MIMO 알고리즘(ZF-BF, PU2RC, SDMA 등)에 맞게 프리코딩 행렬을 변형한 뒤 각 단말에 전송한다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모드 적응 방법(SU/MU-MIMO)의 성능 그래프이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 모드 적용 방법의 성능 그래프는 SU-MIMO와 MU-MIMO의 최적 성능을 나타내는 외곽선을 충실히 따라가고 있음을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변 형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

본 발명은 MIMO 시스템에서 모드 적응(Mode Adaptation) 방법에서 상향링크 피드백 양을 줄이는 것에 관한 것으로, IEEE 802.16m 등의 시스템에서 기지국, 단말 등에 적용될 수 있다.

도 1 및 2는 두 개 이상의 공간 다중화율로 전송될 때의 송신 구조를 도시한 것이다.

도 3은 SU-MIMO와 MU-MIMO의 성능을 비교한 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모드 적응 방법에서 피드백 양을 줄이기 위한 절차를 도시한 것이다.

도 5는 피드백 채널을 통해 특정 주기마다 현재 모드에 대한 CQI, PMI를 보내는 대신 선호하는 모드에 대한 정보를 보내는 방법을 도시한 것이다.

도 6은 추가적인 피드백 채널을 통해 주기적으로 선호하는 모드에 대한 정보를 보내는 방법을 도시한 것이다.

도 7은 선호하는 모드에 대한 정보를 보내는 대신 랭크 정보를 전송하는 경우를 도시한 것이다.

도 8은 기지국이 특정 모드에 대한 피드백을 요청하고, 단말은 요청된 모드에 대한 피드백을 하는 방법을 도시한 것이다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모드 적응 방법의 성능 그래프이다.

Claims (15)

1. 기지국이 단일 사용자 다중 입력 다중 출력(single user multiple input multiple output, SU-MIMO) 모드와 다중 사용자 MIMO(multiple user MIMO, MU-MIMO) 모드 사이를 스위칭하는 모드 적응 방법에 있어서,

   단말로부터 선호 MIMO 모드에 대한 정보를 수신;

   상기 선호 MIMO 모드에 대한 정보를 기초로 결정된 MIMO 모드를 나타내는 정보를 포함하는 피드백 모드 정보를 상기 단말에게 전송; 및

   상기 피드백 모드 정보에 따라 생성된 피드백 정보를 수신하는 것을 포함하며,

   상기 피드백 정보는, 상기 MIMO 모드를 나타내는 정보에 따라, SU-MIMO 코드북 또는 상기 SU-MIMO 코드북으로부터 추출된 코드북 요소로 이루어진 MU-MIMO 코드북을 이용하여 생성되는, 모드 적응 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 피드백 모드 정보는 한 번에 전송되는 단말의 개수를 나타내는 정보를 포함하는, 모드 적응 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 MU-MIMO 코드북을 이루는 상기 코드북 요소는 랭크 1 코드북 요소이고, 상기 랭크 1 코드북 요소는 상기 SU-MIMO 코드북 중 SU-MIMO 랭크 1 코드북의 일부인, 모드 적응 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 MIMO 모드는 상기 선호 MIMO 모드에 대한 정보를 이용하여 연산된 평균 성능 지수가 모드 전환 임계치 초과인지 여부를 기초로 결정되는, 모드 적응 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 피드백 정보를 수신하는 것은,

   적어도 현재 MIMO 모드의 채널 상태 지시자(channel quality indicator, CQI) 또는 프리코딩 행렬 인덱스(precoding matrix index, PMI) 중 적어도 하나를 수신하는 피드백 채널을 시간 분할하여, 상기 시간 분할된 피드백 채널을 통해 주기적으로 상기 피드백 정보를 수신하는 것을 포함하는, 모드 적응 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 피드백 정보는 상기 피드백 정보 전용의 추가 채널을 통해 수신되는, 모드 적응 방법.
7. 단말이 단일 사용자 다중 입력 다중 출력(single user multiple input multiple output, SU-MIMO) 모드와 다중 사용자 MIMO(multiple user MIMO, MU-MIMO) 모드 사이를 스위칭하는 모드 적응 방법에 있어서,

   선호 MIMO 모드에 대한 정보를 기지국에 피드백;

   상기 기지국으로부터 상기 선호 MIMO 모드를 기초로 결정된 MIMO 모드를 나타내는 정보를 포함하는 피드백 모드 정보를 수신;

   상기 피드백 모드 정보에 따라 피드백 정보를 전송하는 것을 포함하며,

   상기 피드백 정보는, 상기 MIMO 모드를 나타내는 정보에 따라, SU-MIMO 코드북 또는 상기 SU-MIMO 코드북으로부터 추출된 코드북 요소로 이루어진 MU-MIMO 코드북을 이용하여 생성되는, 모드 적응 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 피드백 모드 정보는 한 번에 전송되는 단말의 개수를 나타내는 정보를 포함하는, 모드 적응 방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 MU-MIMO 코드북을 이루는 상기 코드북 요소는 랭크 1 코드북 요소이고, 상기 랭크 1 코드북 요소는 상기 SU-MIMO 코드북 중 SU-MIMO 랭크 1 코드북의 일부인, 모드 적응 방법.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 선호 MIMO 모드는 현재 MIMO 모드의 성능지수(throughput metric)와 상기 선호 MIMO 모드의 성능지수의 비율이 임계치보다 높은지를 확인하여 결정되는, 모드 적응 방법.
11. 제 7 항에 있어서,

    상기 피드백 정보를 전송하는 것은,

    현재 MIMO 모드의 채널 상태 지시자(channel quality indicator, CQI) 또는 프리코딩 행렬 인덱스(precoding matrix index, PMI) 중 적어도 하나를 전송하는 피드백 채널을 시간 분할하고, 상기 시간 분할된 피드백 채널을 통해 상기 피드백 정보를 주기적으로 전송하는 것을 포함하는, 모드 적응 방법.
12. 제 7 항에 있어서,

    상기 피드백 정보는 상기 피드백 정보 전용의 추가 채널을 통해 전송되는, 모드 적응 방법.
13. 제 7 항에 있어서,

    상기 선호 MIMO 모드에 대한 정보를 전송하는 것은,

    상기 기지국으로부터 상기 선호 MIMO 모드에 대한 피드백 요청을 수신되면, 상기 선호 MIMO 모드에 대한 피드백 정보를 전송하는 것을 포함하는, 모드 적응 방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 피드백 요청은,

    현재 MIMO 모드에 대한 CQI 또는 PMI 중 적어도 하나를 전송하는 피드백 채널을 통해 상기 단말이 상기 선호 MIMO 모드에 대한 정보를 전송할 횟수에 대한 정보를 포함하는, 모드 적응 방법.
15. 제 7 항에 있어서,

    상기 선호 MIMO 모드에 대한 정보를 전송하는 것은,

    상기 단말이 선호하는 랭크에 대한 정보를 전송하는 것을 포함하는, 모드 적응 방법.

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