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KR102112608B1 - 거대 다중 안테나 시스템의 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

거대 다중 안테나 시스템의 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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KR102112608B1
KR102112608B1 KR1020130037571A KR20130037571A KR102112608B1 KR 102112608 B1 KR102112608 B1 KR 102112608B1 KR 1020130037571 A KR1020130037571 A KR 1020130037571A KR 20130037571 A KR20130037571 A KR 20130037571A KR 102112608 B1 KR102112608 B1 KR 102112608B1
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Abstract

본 발명은 주파수 분할 복식(FDD: Frequency-Division Duplex) 환경에서 거대 다중 안테나(massive MIMO: massive Multi-Input Multi-Output) 기술을 사용하여 다중 사용자(multi-user)를 지원하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 송수신 안테나 시스템에서 단말의 통신 방법은, 채널을 추정하는 단계; 상기 추정된 채널과 최소 상관관계(correlation)을 갖는 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 계산하는 단계; 상기 계산된 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 기지국에게 송신하는 단계;를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 거대 다중 안테나 시스템은 단말이 자신의 채널과 가까운 프리코더가 아닌, 채널의 널 스페이스(null space)에 가까운 프리코더를 기지국에게 피드백 해주어 주파수 분할 복식 거대 다중 안테나(FDD massive MIMO) 환경에서도 사용자 간 간섭을 감소시킬 수 있다.

Description

거대 다중 안테나 시스템의 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING OF MASSIVE MIMO SYSTEM}
본발명은 주파수 분할 복식(FDD: Frequency-Division Duplex) 환경에서 거대 다중 안테나(massive MIMO: massive Multi-Input Multi-Output) 기술을 사용하여 다중 사용자(multi-user)를 지원할 때 사용자 간 간섭(IUI: inter-user interference)을 감소시키기 위한 프리코딩 매트릭스 인디케이션(PMI: precoding matrix indication)을 사용자 단말(UE: user equipment)이 기지국(BS: base station)에게 피드백(feedback)하는 방법에 관한 것이다.
거대 다중 안테나 시스템(Massive MIMO system: Massive Multi-Input Multi-Output System)은 기지국(BS: base station)에 다수의 안테나를 설치하여 단순한 선형(linear) 프리코더(precoder)만으로도 차세대 통신 시스템에서 요구하는 높은 데이터 효율(data rate)를 만족시킬 수 있다. 이론적으로 무한한 개수의 안테나를 사용할 경우 고속 페이딩(fast fading)뿐만 아니라 사용자 간 간섭(IUI: inter-user interference)와 같이 시스템 성능을 제한하는 다양한 문제들을 완벽하게 제거할 수 있다. Massive MIMO 시스템의 이러한 장점은 기지국에서 정확한 채널 정보를 알고 있어야 가능하기 때문에 기존 massive MIMO 연구들은 채널 호혜(channel reciprocity)로 인해 massive MIMO 채널을 적은 비용으로 추정할 수 있는 시분할 복식(TDD: Time-Division Duplex) 시스템에서 진행되었다.
그러나 TDD 시스템은 송수신단 간 거리가 멀거나 상향 링크(UL: uplink) 와 하향 링크(DL: downlink) 간 데이터 전송량이 비슷할 경우 송신-수신 모드 전환으로 인하여 주파수 분할 복식(FDD: Frequency-Division Duplex) 시스템 대비 주파수 효율이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 이유 때문에 UMTS, WCDMA, CDMA2000 등 다수의 기존 통신 시스템에서는 FDD 모드(mode)를 지원하고 있다. 따라서 하위 호환성(backward compatibility) 확보를 위해서는 FDD 환경에서 massive MIMO 기술을 구현하는 것이 필수적이다.
Massive MIMO 채널(channel)은 제한된 피드백(limited feedback) 환경에서 양자화 오차(quantization error)가 심각하여 종래 기술처럼 UE의 채널과 가장 가까운 프리코더(precoder)만을 피드백받아 사용할 경우 IUI를 효과적으로 감소시킬 수 없게 된다. 본 발명은 이러한 현상을 개선하고자 제안되었다.
본 발명은 주파수 분할 복식 거대 다중 안테나(FDD massive MIMO) 환경에서 기지국(BS)이 단말(UE)로부터 종래의 PMI를 피드백받아 프리코딩을 할 경우, 높은 양자화 오차(quantization error)로 인하여 사용자 간 간섭(IUI)을 감소시키기 힘든 현상을 해결하는 것을 목적으로 한다. 단말이 자신의 채널과 가까운 프리코더가 아닌, 채널의 널 스페이스(null space)에 가까운 프리코더를 기지국에게 피드백해주어 FDD massive MMO 환경에서도 IUI를 감소시키는 방법을 제안한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 송수신 안테나 시스템에서 단말의 통신 방법은, 채널을 추정하는 단계; 상기 추정된 채널과 최소 상관관계(correlation)을 갖는 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 계산하는 단계; 상기 계산된 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 기지국에게 송신하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 계산된 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 기지국에게 송신하는 단계는, 단말의 수신 신호 대 잡음 비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)를 계산하는 단계; 상기 계산된 수신 신호 대 잡음 비가 미리 설정된 임계값을 넘는지 판단하는 단계; 및 상기 계산된 수신 신호 대 잡음 비가 미리 설정된 임계값을 넘는 경우, 상기 계산된 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 기지국에게 송신하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 추정된 채널과 최대 상관관계를 갖는 제2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 수신 신호 대 잡음 비가 상기 미리 설정된 임계값보다 작은 경우, 상기 자기 채널과 최대 상관관계를 갖는 제2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 상기 기지국에게 송신하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 계산된 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 기지국에게 송신하는 단계는, 상기 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 송신되는지 여부를 지시하는 지시자를 포함하여 송신할 수 있다.
또한, 상기 계산된 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 기지국에게 송신하는 단계는, 상기 추정된 채널과 최대 상관관계를 갖는 제2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 계산하는 단계; 상기 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 미리 설정된 제1 주기로 기지국에게 송신하는 단계; 및 상기 제2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 미리 설정된 제2 주기로 기지국에게 송신하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 송수신 안테나 시스템에서 기지국의 통신 방법은, 제1 단말로부터 제1 단말의 자기 채널과 최소 상관관계(correlation)을 갖는 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 수신하는 단계; 및 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 이용하여 제2 단말의 통신에 사용할 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 수신하는 단계는, 상기 제1 단말로부터 수신된 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 제1 단말의 채널과 최소 상관관계를 갖는 상기 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션인지 여부를 지시하는 지시자를 수신하는 단계; 및 상기 지시자를 통해 수신된 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 상기 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션인지 여부를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 송수신 안테나 시스템의 단말은, 기지국과 통신하는 통신부; 및 채널을 추정하고, 상기 추정된 채널과 최소 상관관계(correlation)을 갖는 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 계산하고, 상기 계산된 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 기지국에게 송신하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 송수신 안테나 시스템의 기지국은, 단말과 통신하는 통신부; 및 제1 단말로부터 제1 단말의 자기 채널과 최소 상관관계(correlation)을 갖는 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 수신하고, 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 이용하여 제2 단말의 통신에 사용할 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거대 다중 안테나 시스템은 단말이 자신의 채널과 가까운 프리코더가 아닌, 채널의 널 스페이스(null space)에 가까운 프리코더를 기지국에게 피드백 해주어 주파수 분할 복식 거대 다중 안테나(FDD massive MIMO) 환경에서도 사용자 간 간섭을 감소시킬 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 단말의 PMI 및 CQI 피드백을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 표준 채널과 코드북 사이의 상관관계 확률 밀도 함수를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PMI/NPMI 피드백 영역을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 SNR의 크기에 따른 피드백 비트 구조를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 두 개의 NPMI 단말을 선택하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PMI/NPMI의 스위칭 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파트너 단말을 선택하는 방법의 흐름도이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 단말의 PMI 및 CQI 피드백을 도시한 도면이다.
두 표준 벡터(normalized vector) a와 b 사이의 거리는 코달 디스턴스(chordal distance)
Figure 112013029929098-pat00001
로 측정할 수 있으며, 거리가 가깝다는 것은 상관관계(correlation)
Figure 112013029929098-pat00002
이 높다는 것을 의미한다. Correlation은 0부터 1사이의 값을 가지며, 0일 때는 두 벡터가 완전히 직교하고, 1일 때는 두 벡터가 완전히 일치한다.
기지국(BS)의 송신 안테나의 수는 M개이고, 각 단말(UE)의 수신 안테나는 한 개라 가정할 때, UE k의 하향 링크(DL) 채널과 프리코더(precoder)는 각각 M*1의 크기를 갖는 벡터 hk와 wpk로 표현된다. UE k는 크기가 N인 코드북(codebook) W = {w1,…,wN}에서 자신의 채널 hk과 가장 가까운 프리코더 wpk를 찾아내 그 지시자(indicator)인 pk를 자신의 프리코딩 매트릭스 인디케이션(PMI: precoding matrix indication)으로 지정한다. 이 과정은 다음의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013029929098-pat00003
이후 채널 품질 인디케이션(CQI: channel quality indicatoion)은 다음 [수학식 2]와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013029929098-pat00004
여기서 ρ은 하향링크(DL)의 신호 대 잡음비(SNR: signal-to-noise ratio)를 의미한다.
도 1을 참고하면, 상기 계산된 CQI(190)와 PMI(170)는 기지국으로 피드백될 수 있다. 피드백된 CQI(190)는 부호화율(code rate)와 변조 방식(modulation order)을 결정하는데(130, 135) 사용되고, PMI(170)는 프리코딩(150)에 사용된다.
도 2 및 도 3은 표준 채널과 코드북 사이의 상관관계 확률 밀도 함수를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3에는 표준 채널(normalized channel)
Figure 112013029929098-pat00005
와 코드북 사이의 상관관계(correlation) 중 최대값과 최소값의 확률 밀도 함수(PDF: probability density function)가 도시되어 있다. 도 2는 안테나의 수(M)가 4개인 경우의 확률 밀도 함수를, 도 3은 안테나의 수(M)가 64개인 경우의 확률 밀도 함수를 나타낸 것이다. 코드북은 그래스매니안 기준(Grassmannian criterion)에 의해 안테나의 수 M과 코드북의 크기 N이 같을 때 최적인(optimal) 이산 푸리에 변환(DFT: discrete Fourier transform) 코드북을 사용할 수 있다. 최대(maximum) correlation의 PDF는 단말이 크기가 N인 코드북에서 자신의 채널과 가장 가까운 프리코더를 찾아내서 그 지시자를 PMI로 기지국에게 피드백 하는 경우에, 단말의 채널을 기지국에게 얼마나 정확히 피드백 해 줄 수 있는지를 나타낸다. PDF의 평균이 1에 가까울수록 프리코더가 채널에 일치하고, 0에 가까울수록 프리코더가 채널의 널 스페이스(null space)에 가까운, 즉 채널과 직교하는 것을 의미한다.
도 2의 최대 correlation으로 도시된 바와 같이, M=4인 기존 다중 안테나(MIMO) 시스템에서는 단말이 자신의 채널과 가장 가까운 프리코더를 찾아내서 PMI로 기지국에게 피드백 하는 경우에도 전체적인 correlation의 값이 비교적 높은 것을 알 수 있다. 그러나, 도 3의 최대(maximum) correlation으로 도시된 바와 같이, M=64인 거대 다중 안테나(massive MIMO) 시스템에서는 양자화 오차(quantization error)때문에 PMI를 기지국으로 피드백 하는 경우, 전체적인 correlation의 값이 매우 낮음을 알 수 있다. 그 이유는 같은 quantization error를 얻기 위해서는 코드북의 크기 N이 안테나의 수 M에 지수적(exponential)으로 증가해야 하기 때문이다. 이러한 이유로, 제한된 피드백(limited feedback) 환경에서 종래 PMI를 기지국에게 피드백하는 경우 단말이 massive MIMO 채널을 기지국에게 정확히 알려주기 어렵다. 부정확한 채널로는 사용자 간 간섭(IUI: inter-user interference)을 제거하기 힘들기 때문에, 다중 사용자(multi-user)의 지원이 어려울 수 있다.
이 경우, 단말은 자신의 채널과 가장 correlation이 낮은 프리코더의 지시자를 기지국으로 피드백 할 수 있다. 이러한 단말 자신의 채널과 가장 correlation이 낮은 프리코더의 지시자를 NPMI(Negative PMI)로 본 발명의 명세서에서 사용하기로 한다. NPMI는 기존 PMI에 반대되는 개념으로, 단말 k의 NPMI는 아래 [수학식 3]과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112013029929098-pat00006
NPMI는 기지국으로 피드백 되어 피드백 해준 단말 k가 아닌 그 단말 k에게 IUI를 끼치는 다른 단말 j의 PMI로 사용될 수 있다. 즉, 단말 k가 자신에게 가장 IUI를 적게 주는 프리코더 wnk를 기지국에게 알려주어 다른 단말 j가 그 프리코더를 사용할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 최소(minimum) correlation의 PDF의 평균은 안테나의 수 M이 많아질수록 0에 가까워진다. 이는 massive MIMO 환경에서 채널 자체를 정확히 피드백 하기는 어려워도 그 null space는 정확히 피드백 할 수 있음을 의미한다. NPMI는 이러한 massive MIMO 채널의 특징을 반영한 PMI정보로, FDD massive MIMO환경에서 IUI를 감소시키는 프리코딩을 가능케 할 수 있다. CQI는 종래 기술과 마찬가지로 [수학식 2]에 의해 계산되나, 이 경우에는 단말 자신의 수신 성능이 아닌 감소된 IUI의 척도로 사용될 수 있다.
실시예에 따라, 단말은 수신 SNR에 따라 NPMI 또는 PMI를 기지국에게 피드백 할 수 있다. 예를 들면, 두 개의 단말 k, j가 지원을 받는 상황을 가정할 때, 단말 k의 수신 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR: signal-to-interference-plus-noise ratio)는 다음 [수학식 4]와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112013029929098-pat00007
수신 신호 대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)(
Figure 112013029929098-pat00008
)가 낮을 때는 SINR의 분모에 있는 SNR의 역수부분(
Figure 112013029929098-pat00009
)이 IUI(
Figure 112013029929098-pat00010
)보다 상대적으로 크기 때문에 분자를 최대화시키는 종래 PMI를 피드백 하는 기술이 이득을 볼 수 있다. 그러나 수신 SNR이 높을 때는 IUI가 상대적으로 크기 때문에 IUI 감소 기법 없이는 multi-user를 지원하기가 힘들 수 있다.
이때, 단말 k는 단말 j의 NPMI를 이용해 지원하고, 단말 j는 단말 k의 NPMI를 이용해 지원하면 IUI를 감소시켜 multi-user를 원활이 지원할 수 있다. 즉,
Figure 112013029929098-pat00011
가 될 수 있다.
실시예에 따라, 각 단말은 SNR의 미리 설정된 임계값(threshold)에 따라 NPMI를 피드백 할 수 있다. 예를 들면, 각 단말은 수신 SNR을 계산 후 계산된 SNR 값이 임계값을 넘는다면 IUI 감소가 중요하다 판단하여 NPMI를 피드백 하고, 그렇지 않다면 종래의 PMI를 피드백 할 수 있다. 여기서 임계값은 단말에게 미리 평균값으로 저장되어있으나, DL SNR의 ρ가 바뀜에 따라 때때로 기지국이 지정해줄 수도 있다. 이 경우 상기 임계값은 RRC, PDCCH 등 통신 방식으로 전송될 수 있다.
일 실시예에 따라 셀 영역에 따라 단말이 PMI 또는 NPMI를 피드백 하도록 설정될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PMI/NPMI 피드백 영역을 예시한 도면이다.
도 4를 참고하면, PMI 피드백 영역과 NPMI 피드백 영역이 미리 설정되어 있을 수 있다. 기지국(510)에서 소정 거리 이내의 영역은 NPMI 피드백 영역(530)으로 설정되고, 그 이상의 거리에 있는 경우 PMI 피드백 영역(540)으로 설정될 수 있다. NPMI 피드백 영역(530) 내에 있는 단말(521, 523)은 기지국으로 NPMI를 피드백 하고, PMI 피드백 영역(540) 내에 있는 단말(525)은 기지국으로 PMI를 피드백 하도록 설정될 수 있다. 단말이 NPMI 피드백 영역(530) 내에 존재하는지 여부는 기지국(510)이 단말에 통지하여줄 수 있다. 상기 NPMI 피드백 영역(530)의 범위는 미리 평균값으로 설정될 수 있고, 또는 수신 SNR의 크기에 따라 변할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 SNR의 크기에 따른 피드백 비트 구조를 예시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 실시예에 따라, 피드백 하는 PMI가 종래의 PMI인지 NPMI인지를 구분하기 위해 1 비트(bit) 피드백이 추가될 수 있다. 높은 quantization error 때문에 종래 기술은 1 bit 피드백의 추가로 큰 이득을 얻을 수 없는 반면, 본 실시예에 따라 NPMI를 높은 수신 SNR 영역에서 피드백 하는 경우 확실한 이득을 얻을 수 있다. 이 1 bit는 프리코더가 스위칭(switching) 되었는지를 알려주는 지표이기에 프리코더 스위칭 지시자(PSI: Precoder Switching Indicator)라 할 수 있다. 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 수신 SNR이 임계값보다 낮은 경우, PMI가 피드백 됨을 지시하기 위하여 PSI에는 0이 설정되어 전송될 수 있다. 반면 수신 SNR이 임계값보다 큰 경우, NPMI가 피드백 되므로 프리코더가 스위칭 되었음을 알려주기 위하여 PSI에 1이 설정되어 전송될 수 있다.
단말이 2개인 경우, 단말 k의 SINR는 다음 [수학식 5]와 같이 추정될 수 있다.
Figure 112013029929098-pat00012
만약 단말이 2개 이상이고, PMI와 NPMI가 복합적으로 피드백 되었다면, 다음과 같은 스케줄링(scheduling) 방법이 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 두 개의 NPMI 단말을 선택하는 방법의 흐름도이다.
두 개의 NPMI 단말 선택(selection)은 프리코더 스위칭 기준(precoder switching criterion)으로 인해 NPMI 단말이 PMI 단말보다 수신 SNR이 좋기 때문에 2개의 NPMI 단말만을 선택하여 지원하는 방식이다.
단계 610에서 NPMI 단말이 2개 이상 존재하는지 여부를 판단한다. 이때, 만약 지원 가능한 NPMI 단말이 2개보다 적다면, 단계 620에서 PMI 단말만을 대상으로 종래의 스케줄링이 적용된다.
지원 가능한 NPMI 단말이 2개 이상 존재하는 경우, 단계 630에서 가장 IUI(CQI)가 낮은 두 NPMI 단말을 선택한다. 상기 선택된 두 개의 단말은 두 단말이 서로의 신호를 nulling 시켜서는 안되므로, 단계 640에서 선택된 두 개의 단말의 NPMI가 일치하는지 여부를 판단한다.
상기 단계 640에서의 판단 결과, 두 개의 선택된 단말의 NPMI가 일치하는 경우에는 단계 650에서 두 개의 단말 중 IUI가 높은 단말을 제외하고, 상기 단계 610 내지 단계 640을 반복하게 된다. 단계 640의 판단 결과, 두 개의 선택된 단말의 NPMI가 다른 경우, 선택된 두 단말에 대하여 스케줄링을 하게 된다.
이상에서는 수신 SNR의 크기에 따른 PMI/NPMI 피드백에 대하여 살펴보았다.
이하에서는 피드백 시간에 따른 PMI/NPMI 피드백에 대하여 살펴보도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PMI/NPMI의 스위칭 과정을 도시한 도면이다.
실시예에 따라, 시간 상호관련 채널(Time correlated channel)에서는 PMI가 전송되는지 NPMI가 전송되는지 여부를 지시하는 별도의 1 bit PSI 없이도 PMI와 NPMI를 모두 이용해 단말을 지원 가능할 수 있다.
도 7을 참고하면, 피드백 타임(feedback time)마다 PMI 또는 NPMI를 피드백 하면 한 feedback time을 기준으로 당시의 PMI/NPMI 외에도 이전 feedback time의 PMI/NPMI의 정보를 추가적으로 이용 가능하다. PMI 대 NPMI 비율(PNR: PMI-to-NPMI ratio)은 PMI 피드백 횟수 대 NPMI 피드백 횟수의 비율로, RT로 표현될 수 있다. 예를 들면 RT = 1 이면 매번 PMI와 NPMI를 토글(toggle)하며 피드백 하는 경우를 의미하고, RT = 2 면 2번의 PMI를 피드백 한 후 1번의 NPMI를 피드백 하는 경우를 의미할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 단말은 RT = 1 인 경우에 feedback time t=1인 때에는 PMI를 피드백 하고, t=2인 때에는 NPMI를 피드백하고, t=3인 경우 다시 PMI를 피드백 하는 것을 반복할 수 있다. 이러한 PMI/NPMI의 피드백 비율 PNR는 단말에 평균값으로 미리 저장되어 있을 수 있다. 또는 실시예에 따라, 상관 시간(coherence time)의 변화가 있을 때 기지국이 단말에게 통보를 해주어 그 값을 바꿀 수도 있다. 이 값은 RRC, PDCCH 기타 통신 방식으로 전송될 수 있다.
이러한 경우에는 단말의 신호를 강화하면서도 IUI도 감소시키는 발전된 프리코딩이 가능할 수 있다. 예를 들면, 현재 feedback time에서 PMI를 피드백 한 경우 현재 피드백 된 PMI를 이용하여 단말의 신호를 강화하고, 이전 feedback time에서 피드백 된 NPMI로 단말 간 간섭을 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 두 종류의 CQI를 이용하므로 추정한 SINR과 실제 SINR의 미스 매치(miss-match) 또한 최소화시킬 수 있다. 아래는 스케줄링의 예시이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파트너 단말을 선택하는 방법의 흐름도이다.
도 8을 참고하면, 단계 810에서 단말이 2 이상 존재하는지 여부를 판단한다. 이때, 만약 지원 가능한 단말이 2개보다 적다면, 단계 820에서 PMI만을 사용하여 스케줄링을 적용한다.
단말이 2개 이상 존재하는 경우, 기지국은 단계 830에서 가장 높은 SINR을 갖는 단말을 선택한다. 이때, 기지국은 다음 [수학식 6]에 따라 SINR을 추정하고, 추정 결과 가장 높은 SINR을 갖는 단말을 처음으로 선택할 수 있다.
Figure 112013029929098-pat00013
상기 830 단계에서 선택된 단말을 제1 단말이라고 하는 경우, 이후 단계 840에서 상기 선택된 제1 단말의 NPMI를 PMI로 갖고 있는 단말들 중 상기 선택한 제1 단말의 PMI를 NPMI로 갖고 있는 단말이 존재하는지 여부를 판단한다.
상기 840 단계에서 판단 결과 상기 선택된 제1 단말의 NPMI를 PMI로 갖고 있는 단말들 중 상기 선택한 제1 단말의 PMI를 NPMI로 갖고 있는 단말이 존재하는 경우, 단계 860에서 그러한 단말이 하나인지 둘 이상인지 여부를 판단한다.
상기 860 단계에서 그러한 단말이 하나만 존재하는 것으로 판단되는 경우, 상기 선택된 제1 단말의 NPMI를 PMI로 갖고 있는 단말들 중 상기 선택한 제1 단말의 PMI를 NPMI로 갖고 있는 단말을 파트너 단말로 선택한다.
또한, 단계 860에서 그러한 단말이 둘 이상 존재하는 것으로 판단된 경우, 단계 870에서 상기 선택된 제1 단말의 NPMI를 PMI로 갖고 있는 단말들 중 상기 선택한 제1 단말의 PMI를 NPMI로 갖고 있는 단말들 중에서 가장 높은 SINR을 갖는 단말을 파트너 단말로 선택한다.
만일 상기 840 단계에서 판단 결과 상기 선택된 제1 단말의 NPMI를 PMI로 갖고 있는 단말들 중 상기 선택한 제1 단말의 PMI를 NPMI로 갖고 있는 단말이 존재하지 않는 경우, 단계 850에서 상기 830 단계에서 선택된 제1 단말을 제외할 수 있다. 그 후 기지국은 단계 810 내지 단계 830에서 상기 제1 단말 다음으로 높은 SINR을 갖는 제2 단말을 선택할 수 있다. 그 후 단계 840 내지 단계 870 단계를 수행하여 상기 제2 단말의 파트너 단말을 선택할 수 있다.
또한, 상기 830 단계에서 선택된 단말의 NPMI를 PMI로 갖고 있는 단말들 중 상기 830 단계에서 선택된 단말의 PMI를 NPMI로 갖고 있는 단말이 존재하지 않아, 상기 850 단계에서 상기 830 단계에서 선택된 단말의 선택을 제외한 후, 단말이 1개만 남게 된 경우 단계 820에서 기준 PMI만을 사용하여 스케줄링을 할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 블록 구성도이다.
도 9를 참고하면, 제어부(910)는 상술한 실시예들 중 어느 하나의 동작을 수행하도록 단말을 제어한다. 예를 들면, 상기 제어부(910)는 단말의 자기 채널을 추정하고, 상기 추정된 채널과 최소 상관관계(correlation)을 갖는 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 계산하고, 상기 계산된 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 기지국에게 송신하도록 제어할 수 있다. 또한 실시예에 따라 상기 제어부는 단말의 수신 신호 대 잡음 비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)를 계산하고, 상기 계산된 수신 신호 대 잡음 비가 미리 설정된 임계값을 넘는지 판단하고, 상기 계산된 수신 신호 대 잡음 비가 미리 설정된 임계값을 넘는 경우, 상기 계산된 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 기지국에게 송신하도록 제어할 수 있다.
통신부(920)는 상술한 실시예들 중 어느 하나의 동작에 따라 신호를 송수신한다. 예를 들면, 통신부(920)는 상기 계산된 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 기지국에게 송신할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 블록 구성도이다.
도 10을 참고하면, 제어부(1010)는 상술한 실시예들 중 어느 하나의 동작을 수행하도록 기지국을 제어한다. 예를 들면, 제어부(1010)는 제1 단말로부터 제1 단말의 자기 채널과 최소 상관관계(correlation)을 갖는 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 수신하고, 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 이용하여 제2 단말의 통신에 사용할 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하도록 제어할 수 있다. 또한 실시예에 따라, 상기 제1 단말로부터 수신된 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 제1 단말의 채널과 최소 상관관계를 갖는 상기 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션인지 여부를 지시하는 지시자를 수신하고, 상기 지시자를 통해 수신된 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 상기 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션인지 여부를 판단하도록 제어할 수 있다. 또한 상술한 도 6 및 도 8의 흐름도 및 이에 관한 설명에 기재된 내용에 따른 동작을 기지국이 수행하도록 제어할 수도 있다.
통신부(1020)는 상술한 실시예들 중 어느 하나의 동작에 따라 신호를 송수신한다. 예를 들면, 통신부(1020)는 단말로부터 제1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 수신할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시 된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
170: PMI 190: CQI
410: 기지국 421, 423, 425: 단말
910: 제어부 920: 통신부
1010: 제어부 1020: 통신부

Claims (18)

  1. 다중 송수신 안테나 시스템에서 제 1 단말의 통신 방법에 있어서,
    채널을 추정하는 단계;
    복수의 프리코딩 매트릭스 인디케이션 중에서, 상기 추정된 채널과 최소 상관관계(correlation)을 갖는 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하는 단계;
    상기 복수의 프리코딩 매트릭스 인디케이션 중 상기 추정된 채널과 최대 상관관계를 갖는 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하는 단계;
    상기 제 1 단말의 신호대 잡음 비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)에 기반하여, 상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션 및 상기 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션 중 기지국으로 송신하기 위한 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 프리코딩 매트릭스 인디케이션 및 상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 전송되는지 또는 상기 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 전송되는지를 나타내는 지시자를 기지국에게 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션은 제 1 단말에 대한 사용자간 간섭을 발생시키는 제 2 단말의 통신에 이용되는 것을 특징으로 하는 단말의 통신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국으로 송신하기 위한 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하는 단계는,
    제 1 단말의 수신 신호 대 잡음 비를 결정하는 단계;
    상기 결정된 수신 신호 대 잡음 비가 미리 설정된 임계값을 넘는지 판단하는 단계; 및
    상기 결정된 수신 신호 대 잡음 비가 미리 설정된 임계값을 넘는 경우, 상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 상기 기지국으로 송신하기 위한 프리코딩 매트릭스 인디케이션으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말의 통신 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    결정된 수신 신호 대 잡음 비가 상기 미리 설정된 임계값보다 작은경우, 상기 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 상기 기지국으로 송신하기 위한 프리코딩 매트릭스 인디케이션으로 결정하는 단계를 포한하는 것을 특징으로 하는 단말의 통신 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 임계값을 기지국으로부터 수신하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말의 통신 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 미리 설정된 제 1 주기로 기지국에게 송신하는 단계; 및
    상기 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 미리 설정된 제 2 주기로 기지국에게 송신하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말의 통신 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 제 1 전송 주기 및 상기 미리 설정된 제 2 전송 주기를 기지국으로부터 수신하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말의 통신 방법.
  8. 다중 송수신 안테나 시스템에서 기지국의 통신 방법에 있어서,
    제 1 단말로부터, 제 1 단말에 의해 결정된 지시자 및 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 수신하는 단계;
    상기 지시자에 기반하여, 상기 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 상기 제 1 단말에 의해 추정된 채널과 최소 상관관계(correlation)을 갖는 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션인지 또는 상기 추정된 채널과 최대 상관관계를 갖는 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션인지 확인하는 단계; 및
    상기 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션으로 확인되면, 상기 프리코딩 매트릭스 인디케이션에 기반하여 상기 제 1 단말에 사용자간 간섭을 발생시키는 제 2 단말로 스케줄링 하는 단계를 포함하며,
    상기 프리코딩 매트릭스 인디케이션은 상기 제 1 단말의 신호대 잡음비(SNR)에 기반하여 상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션 및 상기 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션 중에서 결정되는것을 특징으로 하는 기지국의 통신 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 미리 설정된 제 1 주기로 제 1 단말로 부터 수신하는 단계; 및
    제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 미리 설정된 제 2 주기로 제 1 단말로 부터 수신하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국의 통신 방법.

  10. 다중 송수신 안테나 시스템의 제 1 단말에 있어서,
    기지국과 통신하는 통신부; 및
    채널을 추정하고,
    복수의 프리코딩 매트릭스 인디케이션 중에서, 상기 추정된 채널과 최소 상관관계(correlation)을 갖는 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하고, 상기 복수의 프리코딩 매트릭스 인디케이션 중 상기 추정된 채널과 최대 상관관계를 갖는 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하고, 상기 제 1 단말의 신호대 잡음 비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)에 기반하여, 상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션 및 상기 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션 중 기지국으로 송신하기 위한 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하고, 상기 결정된 프리코딩 매트릭스 인디케이션 및 상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 전송되는지 또는 상기 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 전송되는지를 나타내는 지시자를 기지국에게 송신하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션은 제 1 단말에 대한 사용자간 간섭을 발생시키는 제 2 단말의 통신에 이용되는 것을 특징으로 하는 단말
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는,
    제 1 단말의 수신 신호 대 잡음 비를 결정하고, 상기 결정된 수신 신호 대 잡음 비가 미리 설정된 임계값을 넘는지 판단하고, 상기 결정된 수신 신호 대 잡음 비가 미리 설정된 임계값을 넘는 경우, 상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 상기 기지국으로 송신하기 위한 프리코딩 매트릭스 인디케이션으로 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 추정된 채널과 최대 상관관계를 갖는 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하고, 상기 결정된 수신 신호 대 잡음 비가 상기 미리 설정된 임계값보다 작은 경우, 상기 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 상기 기지국으로 송신하기 위한 프리코딩 매트릭스 인디케이션으로 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 통신부는,
    상기 미리 설정된 임계값을 기지국으로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 단말.
  14. 삭제
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 추정된 채널과 최대 상관관계를 갖는 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 결정하고, 상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 미리 설정된 제 1 주기로 기지국에게 송신하고, 상기 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 미리 설정된 제 2 주기로 기지국에게 송신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 통신부는,
    상기 미리 설정된 제 1 전송 주기 및 상기 미리 설정된 제 2 전송 주기를 기지국으로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 단말.
  17. 다중 송수신 안테나 시스템의 기지국에 있어서,
    단말과 통신하는 통신부; 및
    제 1 단말로부터, 제 1 단말에 의해 결정된 지시자 및 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 수신하고,
    상기 지시자에 기반하여, 상기 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 상기 제 1 단말에 의해 추정된 채널과 최소 상관관계(correlation)을 갖는 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션인지 또는 상기 추정된 채널과 최대 상관관계를 갖는 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션인지 확인하고,
    상기 프리코딩 매트릭스 인디케이션이 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션으로 확인되면, 상기 프리코딩 매트릭스 인디케이션에 기반하여 상기 제 1 단말에 사용자간 간섭을 발생시키는 제 2 단말로 스케줄링 하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 프리코딩 매트릭스 인디케이션은 상기 제 1 단말의 신호대 잡음비(SNR)에 기반하여 상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션 및 상기 제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션 중에서 결정되는것을 특징으로 하는 기지국
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제 1 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 미리 설정된 제 1 주기로 제 1 단말로 부터 수신하고,
    제 2 프리코딩 매트릭스 인디케이션을 미리 설정된 제 2 주기로 제 1 단말로 부터 수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국
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