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KR102641746B1 - 대규모 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템에서 프리코딩을 수행하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

대규모 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템에서 프리코딩을 수행하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR102641746B1
KR102641746B1 KR1020160135353A KR20160135353A KR102641746B1 KR 102641746 B1 KR102641746 B1 KR 102641746B1 KR 1020160135353 A KR1020160135353 A KR 1020160135353A KR 20160135353 A KR20160135353 A KR 20160135353A KR 102641746 B1 KR102641746 B1 KR 102641746B1
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South Korea
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전영현
맹승주
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 개시는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시는 대규모(massive) 안테나를 이용하는 프리코딩/빔포밍에 관한 것으로, 기지국의 동작 방법은, 단말들 간 간섭 관계에 기초하여 생성된 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 송신하는 과정과, 상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들을 이용하여 결정된 긴-주기(long-term) 채널 정보를 수신하는 과정과, 상기 긴-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 제1 빔포머(beamformer)에 의해 빔포밍된 그룹-특정(group-specific) 기준 신호들을 송신하는 과정과, 상기 그룹-특정 기준 신호들을 이용하여 결정된 짧은-주기(short-term) 채널 정보를 수신하는 과정과, 상기 짧은-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 제2 빔포머에 의해 빔포밍된 데이터 신호를 송신하는 과정을 포함한다.

Description

대규모 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템에서 프리코딩을 수행하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PRECODING IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM USING MASSIVE ANTENNA}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 대규모 안테나(massive antenna)를 이용하는 무선 통신 시스템에서 프리코딩을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
여러 사용자들을 동시에 고려하는 다중 사용자 대규모(massive) MIMO 시스템의 경우, 대규모 MIMO에서 공간 효율성(spectral efficiency)을 확보하기 위해 송신단에서 채널 상태 정보(channel state information at transmitter, CSIT)가 정확히 확보되어야 한다, 그러나, 이를 위해, 많은 갯수의 기준 신호(reference signal)들 및 많은 양의 채널 상태 정보 피드백(예: PMI(precoding matrix indicator), RI(rank indicator), CQI(channel quality information))을 위한 무선 자원이 요구된다. 또한, 대규모 송신 안테나로 동시에 수용 가능한 사용자의 수가 크게 증가함으로 인해, 프리코딩 계산 복잡도가 종전에 비해 매우 커지는 현실적인 문제도 존재한다. 따라서, 간섭을 효과적으로 제어하고, 송신 전력을 강화시킬 수 있는 빔포머(beamformer)의 설계가 요구된다. 또한, 다중 셀 (multi-cell)에서의 대규모(massive) MIMO 시스템에서 효과적인 빔포머의 설계는, 협력 통신(cooperative communication) 및 CoMP(Coordinated Multi-Points)와 연계하여 결합적으로(jointly) 설계했을 때 간섭 제어 측면에서 효과적이기 때문에, 빔포머 설계는 협력 통신/CoMP와 연계한 설계 방식(Joint Design)이 요구된다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 대규모(massive) 안테나를 이용한 빔포밍을 효과적으로 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 대규모 안테나를 이용한 2-단계(2-stage) 빔포밍을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 다중 셀(multi-cell)에서의 협력 통신 시 2-단계 빔포밍을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 FDD 기반의 FD(full dimension)-MIMO(multiple input multiple output)를 위한 2-단계 빔포밍을 다중 셀에서 지원하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 협력 통신에 적합한 사용자 그룹핑 및 그룹 간 간섭 제어를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은, 단말들 간 간섭 관계에 기초하여 생성된 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 송신하는 과정과, 상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들을 이용하여 결정된 긴-주기(long-term) 채널 정보를 수신하는 과정과, 상기 긴-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 제1 빔포머(beamformer)에 의해 빔포밍된 그룹-특정(group-specific) 기준 신호들을 송신하는 과정과, 상기 그룹-특정 기준 신호들을 이용하여 결정된 짧은-주기(short-term) 채널 정보를 수신하는 과정과, 상기 짧은-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 제2 빔포머에 의해 빔포밍된 데이터 신호를 송신하는 과정을 포함한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법은, 기지국으로부터 단말들 간 간섭 관계에 기초하여 생성된 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 수신하는 과정과, 상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들을 이용하여 결정된 긴-주기 채널 정보를 송신하는 과정과, 상기 긴-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 제1 빔포머에 의해 빔포밍된 그룹-특정 기준 신호들을 수신하는 과정과, 상기 그룹-특정 기준 신호들을 이용하여 결정된 짧은-주기 채널 정보를 송신하는 과정과, 상기 짧은-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 제2 빔포머에 의해 빔포밍된 데이터 신호를 수신하는 과정을 포함한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국 장치에 있어서, 신호를 송신하는 무선 통신부와, 상기 무선 통신부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 단말들 간 간섭 관계에 기초하여 생성된 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 송신하고, 상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들을 이용하여 결정된 긴-주기 채널 정보를 수신하고, 상기 긴-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 제1 빔포머에 의해 빔포밍된 그룹-특정 기준 신호들을 송신하고, 상기 그룹-특정 기준 신호들을 이용하여 결정된 짧은-주기 채널 정보를 수신하고, 상기 짧은-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 제2 빔포머에 의해 빔포밍된 데이터 신호를 송신하도록 제어한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말 장치에 있어서, 신호를 송신하는 무선 통신부와, 상기 무선 통신부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 기지국으로부터 단말들 간 간섭 관계에 기초하여 생성된 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 수신하고, 상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들을 이용하여 결정된 긴-주기 채널 정보를 송신하고, 상기 긴-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 제1 빔포머에 의해 빔포밍된 그룹-특정 기준 신호들을 수신하고, 상기 그룹-특정 기준 신호들을 이용하여 결정된 짧은-주기 채널 정보를 송신하고, 상기 짧은-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 제2 빔포머에 의해 빔포밍된 데이터 신호를 수신하도록 제어한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, FDD 기반의 FD(full dimension)-MIMO(multiple input multiple output) 시스템에서 2-단계(2-stage) 빔포밍을 다중 셀에서 구현 가능하도록 하향링크 긴-주기(long-term) 채널 정보를 안정적으로 신뢰할 수 있는 형태로 제공한다. 그리고, 다양한 실시 예들은 협력 통신에 적합한 사용자 그룹핑 및 그룹 간 간섭 제어를 프리-빔포밍을 협력 빔포밍(coordinated beamforming) 및 결합 처리(joint processing)까지 확장함으로써, 주파수 효율성을 향상시킨다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 구성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 구성을 도시한다.
도 4a 내지 4c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통신부의 구성을 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 및 단말들의 상호 작용을 위한 기능적 구성을 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 및 단말의 동작 방법을 도시한다.
도 7a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말들의 기준 신호(reference signal) 송신을 도시한다.
도 7b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 협력 통신을 고려한 기지국 및 단말의 동작 방법을 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 수평 기준 신호 및 수직 기준 신호를 예시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 긴 주기(long term)-채널 정보를 획득하기 위한 동작 방법을 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 긴 주기-채널 정보를 공유하기 위한 동작 방법을 도시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기준 신호를 위한 자원 할당의 예를 도시한다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말들의 그룹핑의 예를 도시한다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통계적 채널의 변화를 고려한 2-단계(2-stage) 빔포밍을 위한 동작 방법을 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 프리코딩을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 대규모 안테나(massive antenna)를 이용하는 무선 통신 시스템에서 주파수 효율을 증대시키는 기술로서, 대규모(massive) MIMO(multiple input multiple output) 시스템에 관한 것이다.
이하 설명에서 사용되는 신호 처리 수단(예: 프리코더)를 지칭하는 용어, 제어 정보(예: 피드백 정보, 코드북 인덱스(codebook index))를 지칭하는 용어, 채널을 지칭하는 용어, 망 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
예를 들어, 이하 사용되는 용어 '프리코더'는 신호들을 처리하기 위한 벡터 또는 행렬을 의미하는 것으로, '프리코딩 행렬', '빔포머(beamformer)' 또는 '빔포밍(beamforming) 행렬'로 대체될 수 있다. 또한, 경우에 따라, 용어 '프리코더'는 벡터 또는 행렬을 이용하여 신호를 처리하는 프로세서, 모듈 또는 기능 블록을 의미하는 것으로, '빔포밍부(beamforming unit/module)', '프리코딩부(precoding unit/module)' 등으로 대체될 수 있다.
또한, 본 개시는, 일부 통신 규격(예: LTE(long term evolution) 시스템과 LTE-A(LTE-advanced))에서 사용되는 용어들을 이용하여 다양한 실시 예들을 설명하지만, 이는 설명을 위한 예시일 뿐이다. 본 개시의 다양한 실시 예들은, 다른 통신 시스템에서도, 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.
일반적으로, 대규모 안테나 시스템은 TDD(time division duplex) 방식에서 주로 논의된다. FDD(frequency division duplex) 방식의 경우, 송신단에서 채널 상태 정보를 획득하기 위해서 사실상 불가능할 정도로 많은 기준 신호(reference signal, RS)(예: LTE에서의 CRS(common RS), CSI(channel state information)-RS) 및 채널 상태 정보 피드백(PMI(precoding matrix indicator), RI(rank indicator), CQI(channel quality information))을 위한 무선 자원을 필요로 하는 문제가 있기 때문이다. 즉, FDD 방식의 시스템에서, 대규모 MIMO의 구현 관점에서 대규모 송신 안테나들에 대한 풀(full) CSI 기반의 채널 파일럿(channel pilot)/훈련(training) 및 채널 피드백(feedback)의 크기(size)가 매우 크다. 따라서, 송신단에서 채널 상태 정보(channel state information at transmitter, CSIT)를 확보하기가 구현 불가능하고, MU(multiple user)-MIMO 기법을 이용한 공간 다중화 이득(spatial multiplexing gain)을 얻기가 불가능하다고 여겨져 왔다.
이에 따라, 이하 본 개시는 FDD 방식에도 적용 및 구현 가능한 채널 추정, 피드백 및 프리코딩 기술에 대하여 설명한다. 즉, 다양한 실시 예들은 대규모 안테나 시스템에서 MIMO 통신 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게, 다양한 실시 예들은 대규모 안테나 MIMO 시스템의 상관된(correlated) 채널 환경에서, 채널의 낮은 랭크 차원 감소(low rank Dimensionality reduction) 성질을 이용하여 2-단계(two-stage) 빔포밍(beamforming)을 수행하고, 적은 양의 채널 상태 정보 피드백을 요구 하면서, 상향/하향링크 주파수 효율을 증대시키는 대규모 MIMO 통신 기술에 대하여 설명한다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1은 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국 110, 단말들 120 내지 131을 예시한다. 도 1은 하나의 기지국만을 도시하나, 기지국 110과 동일 또는 유사한 다른 기지국이 더 포함될 수 있다.
ASN(access service network) 100는 단말들 120 내지 131에게 무선 접속을 제공하기 위한 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. ASN 100은 다수의 객체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, ASN 100은 게이트웨이, MME(mobility management entity) 등을 포함할 수 있다.
기지국 110은 단말들 120 내지 131의 무선 자원 사용 및 무선 접속을 제어하는 네트워크 인프라스트럭쳐이다. 기지국 110은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국 110은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)' 등으로 지칭될 수 있다. 기지국 110은 적어도 하나의 안테나 어레이 112를 통해 무선 신호를 송신 및 수신한다. 적어도 하나의 안테나 어레이 112는 대규모 안테나 또는 큰-스케일 안테나일 수 있다. 기지국 110 및 적어도 하나의 안테나 어레이 112는 지리적으로 근접하거나, 또는 멀리 떨어져 설치될 수 있다.
단말들 120 내지 131 각각은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국 110과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말들 120 내지 131 중 적어도 하나는 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말들 120 내지 131 중 적어도 하나는 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말들 120 내지 131은 다수의 그룹들 161 내지 164로 분류될 수 있다. 다수의 그룹들 161 내지 164는 후술되는 프리-빔포밍(pre-beamforming)의 대상이며, 각 그룹 내에서 포스트-빔포밍(post-beamforming)이 수행된다. 단말들 120 내지 131 각각은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', 또는 '사용자 장치(user device)' 등으로 지칭될 수 있다.
기지국 110, 단말들 120 내지 131은 밀리미터 파(mmWave) 대역(예: 28GHz, 30GHz, 38GHz, 60GHz)에서 무선 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 이때, 채널 이득의 향상을 위해, 기지국 110, 단말들 120 내지 131은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 여기서, 빔포밍은 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍을 포함한다. 즉, 기지국 110, 단말들 120 내지 131은 송신 신호 또는 수신 신호에 방향성(directivity)을 부여할 수 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 구성을 도시한다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2를 참고하면, 기지국 110은 무선통신부 210, 백홀통신부 220, 저장부 230, 제어부 240를 포함한다.
무선통신부 210은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 무선통신부 210은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 무선통신부 210은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 무선통신부 210은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 무선통신부 210은 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다.
이를 위해, 무선통신부 210은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 또한, 무선통신부 210은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 무선통신부 210은 다수의 안테나 요소들(antenna elements)로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 하드웨어의 측면에서, 무선통신부(210)는 디지털 유닛(digital unit) 및 아날로그 유닛(analog unit)으로 구성될 수 있으며, 아날로그 유닛은 동작 전력, 동작 주파수 등에 따라 다수의 서브 유닛(sub-unit)들로 구성될 수 있다.
무선통신부 210은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 무선통신부 210은 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서, 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 무선통신부 210에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
백홀통신부 220은 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 백홀통신부 220은 기지국 110에서 다른 노드, 예를 들어, 다른 접속 노드, 다른 기지국, 상위 노드, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.
저장부 230은 기지국 110의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 230은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 230은 제어부 240의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
제어부 240은 기지국의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 240은 무선통신부 210를 통해 또는 백홀통신부 220을 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부 240은 저장부 230에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 제어부 240은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 제어부 240은 단말 120로부터 수신되는 피드백 정보를 이용하여 프리코딩을 수행한다. 예를 들어, 제어부 240은 기지국 110이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 구성을 도시한다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 3을 참고하면, 단말 120은 통신부 310, 저장부 320, 제어부 330를 포함한다.
통신부 310은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 통신부 310은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 통신부 310은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부 310은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 통신부 310은 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 통신부 310은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다.
또한, 통신부 310은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 310은 다수의 안테나 요소들로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 하드웨어의 측면에서, 무선통신부(210)는 디지털 회로 및 아날로그 회로(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))로 구성될 수 있다. 여기서, 디지털 회로 및 아날로그 회로는 하나의 패키지로 구현될 수 있다. 또한, 통신부 310은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 310은 빔포밍을 수행할 수 있다.
통신부 310은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부 310은 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부 310에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
저장부 320은 단말 120의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 320은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 320은 제어부 330의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
제어부 330은 단말 120의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 330은 통신부 310를 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부 330은 저장부 320에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 제어부 330은 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 통신부 310의 일부 및 제어부 330은 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다. 특히, 다양한 실시 예들에 따라, 제어부 330은 단말이 기지국의 프리코딩을 위한 측정 및 보고를 수행하도록 제어한다. 예를 들어, 제어부 330은 단말이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 4a 내지 4c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통신부의 구성을 도시한다. 도 4a 내지 4c는 도 2의 통신부 210 또는 도 3의 통신부 210의 상세한 구성에 대한 예를 도시한다. 구체적으로, 도 4a 내지 4c는 도 2의 통신부 210 또는 도 3의 통신부 210의 일부로서, 빔포밍을 수행하기 위한 구성요소들을 예시한다.
도 4a를 참고하면, 통신부 210 또는 310는 부호화 및 변조부 410, 디지털 빔포밍부 420, 다수의 송신 경로들 430-1 내지 430-N, 아날로그 빔포밍부 440를 포함한다.
부호화 및 변조부 410는 채널 인코딩을 수행한다. 채널 인코딩을 위해, LDPC(low density parity check) 코드, 컨볼루션(convoluation) 코드, 폴라(polar) 코드 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 부호화 및 변조부 410는 성상도 맵핑(contellation mpping)을 수행함으로써 변조 심벌들을 생성한다.
디지털 빔포밍부 420은 디지털 신호(예: 변조 심벌들)에 대한 빔포밍을 수행한다. 이를 위해, 디지털 빔포밍부 420은 변조 심벌들에 빔포밍 가중치들을 곱한다. 여기서, 빔포밍 가중치들은 신호의 크기 및 위상을 변경하기 위해 사용되며, '프리코딩 행렬(precoding matrix)', '프리코더(precoder)' 등으로 지칭될 수 있다. 디지털 빔포밍부 420는 다수의 송신 경로들 430-1 내지 430-N로 디지털 빔포밍된 변조 심벌들을 출력한다. 이때, MIMO(multiple input multiple output) 전송 기법에 따라, 변조 심벌들은 다중화되거나, 다수의 송신 경로들 430-1 내지 430-N로 동일한 변조 심벌들이 제공될 수 있다.
다수의 송신 경로들 430-1 내지 430-N은 디지털 빔포밍된 디지털 신호들을 아날로그 신호로 변환한다. 이를 위해, 다수의 송신 경로들 430-1 내지 430-N 각각은 IFFT(inverse fast fourier transform) 연산부, CP(cyclic prefix) 삽입부, DAC, 상향 변환부를 포함할 수 있다. CP 삽입부는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식을 위한 것으로, 다른 물리 계층 방식(예:FBMC(filter bank multi-carrier))이 적용되는 경우 제외될 수 있다. 즉, 다수의 송신 경로들 430-1 내지 430-N은 디지털 빔포밍을 통해 생성된 다수의 스트림(stream)들에 대하여 독립된 신호처리 프로세스를 제공한다. 단, 구현 방식에 따라, 다수의 송신 경로들 430-1 내지 430-N의 구성요소들 중 일부는 공용으로 사용될 수 있다.
아날로그 빔포밍부 440는 아날로그 신호에 대한 빔포밍을 수행한다. 이를 위해, 디지털 빔포밍부 420은 아날로그 신호들에 빔포밍 가중치들을 곱한다. 여기서, 빔포밍 가중치들은 신호의 크기 및 위상을 변경하기 위해 사용된다. 구체적으로, 다수의 송신 경로들 430-1 내지 430-N 및 안테나들 간 연결 구조에 따라, 아날로그 빔포밍부 440는 도 4b 또는 도 4c와 같이 구성될 수 있다.
도 4b를 참고하면, 아날로그 빔포밍부 440로 입력된 신호들은 위상/크기 변환, 증폭의 연산을 거쳐, 안테나들을 통해 송신된다. 이때, 각 경로의 신호는 서로 다른 안테나 집합들 즉, 안테나 어레이들을 통해 송신된다. 첫번째 경로를 통해 입력된 신호의 처리를 살펴보면, 신호는 위상/크기 변환부들 442-1-1 내지 442-1-M에 의해 서로 다른 또는 동일한 위상/크기를 가지는 신호열로 변환되고, 증폭기들 444-1-1 내지 444-1-M에 의해 증폭된 후, 안테나들을 통해 송신된다.
도 4c를 참고하면, 아날로그 빔포밍부 440로 입력된 신호들은 위상/크기 변환, 증폭의 연산을 거쳐, 안테나들을 통해 송신된다. 이때, 각 경로의 신호는 동일한 안테나 집합, 즉, 안테나 어레이를 통해 송신된다. 첫번째 경로를 통해 입력된 신호의 처리를 살펴보면, 신호는 위상/크기 변환부들 442-1-1 내지 442-1-M에 의해 서로 다른 또는 동일한 위상/크기를 가지는 신호열로 변환되고, 증폭기들 444-1-1 내지 444-1-M에 의해 증폭된다. 그리고, 하나의 안테나 어레이를 통해 송신되도록, 증폭된 신호들은 안테나 요소를 기준으로 합산부들 446-1-1 내지 446-1-M에 의해 합산된 후, 안테나들을 통해 송신된다.
도 4b는 송신 경로 별 독립적 안테나 어레이가 사용되는 예를, 도 4c 송신 경로들이 하나의 안테나 어레이를 공유하는 예를 나타낸다. 그러나, 다른 실시 예에 따라, 일부 송신 경로들은 독립적 안테나 어레이를 사용하고, 나머지 송신 경로들은 하나의 안테나 어레이를 공유할 수 있다. 나아가, 또 다른 실시 예에 따라, 송신 경로들 및 안테나 어레이들 간 스위치 가능한(switchable) 구조를 적용함으로써, 상황에 따라 적응적으로 변화할 수 있는 구조가 사용될 수 있다.
후술되는 다양한 빔포밍/프리코딩의 동작은 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참고하여 설명한 구조에 따라 수행될 수 있다. 이때, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 예시된 모든 구성요소가 사용될 수 있음은 물론, 일부 구성요소만이 빔포밍/프리코딩 동작을 위해 사용될 수 있다. 즉, 다양한 실시 예들에 따라, 후술되는 빔포밍/프리코딩의 동작은 디지털 빔포밍/프리코딩으로 실시되거나, 아날로그 빔포밍/프리코딩으로 실시될 수 있다.
본 개시는 일반적인 셀룰라 기반의 무선 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 등과 같은 다중 반송파(multi-carrier)를 이용하는 다중 접속 방식(multiple access scheme)을 적용한 무선 이동 통신 시스템에서 단말이 무선 채널 상태(channel state)를 측정하고, 측정 결과를 기지국에 통보하기 위한 채널 상태 정보의 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 다양한 실시 예들은 FDD(frequency division duplex) 모드로 동작하는 2차원 배열(array)의 평면(planar) 송신 안테나 기반의 FD(full-dimension)-MIMO(multiple-input multiple-out) 하향링크 시스템에서, 간섭 제어 및 협력 통신을 고려한 CS(Coordinated Scheduling)/CB(Coordinated Beamforming)를 고려하여 적용하고자 할 때, 기지국은 수직/수평(vertical/horizontal)의 독립된 CSI-RS(channel state information reference signal)를 효과적으로 전송하고, 다중 셀의 하향링크 채널 정보를 효과적으로 획득함으로써, 큰-스케일(large-scale)의 공간 다중화(spatial multiplexing)을 가능하게 하는 다중 사용자(multi-user) MIMO 및 CS/CB 기술을 제안한다.
보다 상세하게는, 대규모 안테나 MIMO 시스템의 상관된(correlated) 채널 환경에서, 상관된 채널의 낮은 랭크 차원 축소(low rank dimensionality reduction) 성질 또는 통계적 채널 정보를 이용하여 합(sum)-MSE(mean square error) 기반의 그룹 별 협력된(coordinated) 프리-빔포밍(pre-beamforming)을 수행하고, 가중치 합(weighted sum)-MSE 기반의 다중 사용자 프리코딩(precoding), 즉, 포스트-빔포밍(post-beamformer)를 수행하는 2-단계(two-stage beamforming)을 운용함으로써, 적은 양의 채널 상태 정보 피드백을 요구하면서도 다중 셀에서 주파수 효율을 극대화하는 대규모 MIMO 통신 방법에 관한 것이다.
후술되는 다양한 실시 예들에 따른 2-단계 빔포밍은 긴-주기의 통계적 채널 정보를 FD-MIMO(Full Dimensional MIMO)의 하향링크 기준 신호를 수평 및 수직으로 분할 전송함으로써, 신뢰성 가능하게 복원 가능하게 한다. 즉, 다양한 실시 예들에 따른 2-단계 빔포밍은, 1차원 안테나 어레이에서 나아가, 2차원 안테나 어레이에서 구현이 가능한 기술이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 및 단말들의 상호 작용을 위한 기능적 구성을 도시한다. 도 5는 기지국 110의 구성 및 단말들의 그룹들 160-1 내지 160-G의 피드백 정보를 예시한다.
도 5를 참고하면, 단말들은 다수의 G개의 그룹들 160-1 내지 160-G로 분류될 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹 160-1은 K개의 단말들 120-11 내지 120-1K를 포함하고, 제G 그룹 160-G는 K개의 단말들 120-G1 내지 120-GK를 포함한다.
기지국 110는 채널 추정부 510 및 프리코더 520를 포함한다. 채널 추정부 510은 단말들로부터 수신되는 채널 피드백을 이용하여 긴-주기(long-term) 채널 추정 512 및 짧은-주기(short-term) 채널 추정 514를 획득한다. 그리고, 프리코더 520는 긴-주기 채널 추정 512에 기초하여 그룹 프리코더 522를 이용한 프리코딩/빔포밍을 수행하고, 긴-주기 채널 추정 512 및 짧은-주기 채널 추정 514에 기초하여 다중 사용자 프리코더 524를 이용한 프리코딩/빔포밍을 수행한다. 여기서, 그룹 프리코더 522는 프리-빔포밍 또는 프리-프리코더로 지칭되고, 다중 사용자 프리코더 524는 포스트-빔포밍 또는 포스트-프리코더로 지칭될 수 있다.
LTE와 같은 4세대 이동통신 시스템은 다중-반송파 다중 접속(multi-carrier multiple access) 방식을 기반으로 동작하며, 전송 효율을 개선하기 위해 MIMO를 적용하고, 적응 변조 및 부호화(adaptive modulation and coding, AMC) 와 같은 채널 감응 스케줄링(channel sensitive scheduling) 등의 다양한 기술을 이용한다. 시스템은 상술한 다양한 기술들은 채널 품질(channel quality) 등에 따라 여러 안테나들로부터 전송되는 데이터 양을 조절하고, 채널 품질이 좋은 사용자에게 선택적으로 데이터를 전송하는 등의 사용자 스케줄링을 통해 전송 효율을 개선하여 시스템 용량 성능을 개선시킬 수 있다. 이러한 기술들은 대부분이 기지국과 단말 사이의 채널 상태 정보를 바탕으로 제어되기 때문에, 기지국 또는 단말은 기지국과 단말 사이의 채널 상태를 측정할 필요가 있다, 이때, CSI-RS가 이용될 수 있다.
LTE-A와 같은 4세대 이동통신 시스템은 데이터 전송율 및 시스템 용량의 확대를 위하여 다수의 송수신 안테나들을 이용하여 전송하는 MIMO 기술을 활용한다. MIMO 기술은 다수의 송수신 안테나들을 활용함으로써, 공간적으로 분리된 다수개의 정보 스트림(information stream)들을 전송한다. 이와 같이, 다수개의 정보 스트림들을 공간적으로 분리하는 것은 공간 다중화(spatial multiplexing)라 불린다. 일반적으로 몇 개의 정보 스트림에 대하여 공간 다중화(spatial multiplexing)를 적용할 수 있는지는 송신기와 수신기의 안테나 수에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, 공간 다중화에 의해 동시에 전송 가능한 정보 스트림의 갯수는 해당 전송의 랭크(rank)라 지칭된다. LTE/LTE-A 릴리즈(release) 11까지의 표준에서 지원하는 MIMO 기술의 경우, 송수신 안테나가 각각 8개 있는 경우에 대한 공간 다중화가 지원되며, 이 경우, 랭크가 최대 8까지 지원된다.
반면, 다양한 실시 예들에 따른 FD-MIMO 시스템은 기존 LTE/LTE-A 시스템이 허가받은 유사한 중심 주파수 대역(예: 800Mhz 이상, 6Ghz 이하)에서, 기존 LTE/LTE-A MIMO 기술에서 지원하는 8개 보다 많은 32개 또는 그 이상(예: 64개, 256개)의 송신 안테나들이 이용되는 환경에 적용될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 FD-MIMO 시스템은 수십 개 또는 그 이상의 송신 안테나들를 활용하여 데이터를 송신하는 것을 지원한다. 많은 수(예: 수백 개)의 2차원 배열의 송신 안테나들을 사용하는 기지국에서 다중 사용자 MIMO 기술을 이용하여 다수의 이동국들에 데이터를 전송하는 대규모 MIMO 또는 FD-MIMO 기술이 차세대 무선통신 시스템에서 핵심적인 통신 기술로서 연구가 진행되고 있다.
본 개시는 FDD(frequency division duplex) 시스템에서 2차원 배열의 평면 어레이(planar array)를 기지국의 송신안테나로 가지는 FD-MIMO 기술을 구현하기 위한 CSI-RS 전송 기술 및 단말에서 CSI-RS 수신 후에 효율적인 단말 CSI 피드백(feedback) 기술을 제안한다. 기존의 FDD 시스템 기반의 LTE-A의 경우, 매 하향링크 슬롯(slot)마다 각 송신 안테나 포트 별로 직교하는 CSI-RS를 송신하기 위해, CSI-RS 심볼들은 서로 다른 주파수의 반송파와 서로 다른 OFDM 심볼 시간에 위치하는 자원 요소(resource element, RE)에 할당되거나, 서로 다른 직교 코드을 통해 전송된다. 이러한 방식을 대규모 MIMO 시스템에 그대로 적용할 경우, 송신 안테나 수만큼의 CSI-RS가 필요하기 때문에, CSI-RS 전송을 위해 수백 개의 RE들이 CSI-RS 전송을 위해 할당되어야 한다. 이로 인해, 실제 데이터 전송을 위해 할당되어야 하는 RE들의 수는 감소하게 되며, 그 결과 하향링크 전송 용량이 감소하게 된다. 또한, 송신 안테나 별로 저전력으로 CSI-RS를 송신하므로, CSI-RS 수신 성능이 매우 낮아지게 된다.
따라서, 많은 안테나를 활용하여 데이터를 송수신 하는 FD-MIMO 시스템에서는 단말이 기지국과 단말 사이의 채널을 적은 오버헤드(overhead)를 이용하여 효율적으로 측정하고, 측정된 무선 채널을 기반으로 생성된 채널 상태 보고에 대한 결과를 효과적으로 기지국에 피드백하는 방법에 대한 연구가 필요하다. 결론적으로, FDD 모드로 동작하는 많은 갯수(large number)의 송신 안테나들을 이용하는 대규모 MIMO 시스템 또는 FD-MIMO 시스템에서, 송신 안테나 갯수에 비례하지 않는 작은 갯수의 RE를 사용하여 모든 송신 안테나 포트들에 대해 효율적으로 채널 정보를 전송하고, 단말이 측정한 채널 정보를 기지국이 효율적으로 획득할 수 있는 기술이 필요하다.
채널 추정과 실질적 빔포머 설계의 복잡도를 줄이는 것이 대규모 MIMO에서는 매우 중요하다. 이러한 두 가지 요건들을 동시에 해결하는 방안 중 하나로서, 각 사용자의 채널 공분산(covariance) 행렬을 이용하여 프리-빔포머(pre-beamformer)를 설계하고, 프리-빔포머와 실제 채널의 곱을 유효(effective) 채널로 간주하고, 유효 채널의 채널 상태 정보(effective CSI)를 피드백받고, 다중 사용자 프리코더, 즉, 포스트-빔포머를 설계하는 2-단계 빔포밍 방식이 채택될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 빔포밍 기술은 채널 차원을 축소하는 이점을 가진다. 여기서, 채널 차원의 축소는 프리-빔포머를 채널의 통계정보, 즉, 채널 공분산 행렬
Figure 112016101129779-pat00001
에 기반해서 설계함으로 인해 야기된다. 구체적으로, 채널 공분산 행렬
Figure 112016101129779-pat00002
는 고유-분해(Eigen-decomposition) 또는 KLT(Karhunen-Loeve Transoform)에 해당하는 분해(decomposition)을 이용하여 결정되는 채널 상관(correlation) 정보 또는 통계적 채널 정보
Figure 112016101129779-pat00003
이다. 통계적 채널 정보로부터 g번째 그룹을 제외한 다른 그룹의 고유-공간(eigen-space) 정보
Figure 112016101129779-pat00004
의 널-공간(Null-space)를 취함으로써 그룹(group) 간 간섭이 널링(nulling)되고, 축소된 차원(reduced dimension)을 가지는 그룹 별 빔포밍이 수행된다. 이후, 그룹 빔포밍 행렬이 곱해진 형태로 그룹-특정(group-specific) CSI-RS가 전송되고, 유효(effective) 짧은-주기(short-term) CSI를 기반으로 한 감소된 오버헤드(reduced overhead)를 가진 채널 피드백 정보(예: RI(rank indicator), PMI(precoding matrix indicator), 코드북(codebook))를 기반으로 한 다중 사용자 프리코딩이 수행되며, 이를 기반으로 사용자 스케줄링을 수행된다.
대규모 MIMO 또는 FD-MIMO 시스템에서 지나치게 많은 기준 신호들이 요구되는 문제점을 해결하기 위하여, 2차원 배열의 송신 안테나를 수직(vertical) 축 및 수평(horizontal) 축으로 나누고, 각 축의 안테나 수에 매핑(mapping)되는 두 개의 기준 신호들이 전송될 수 있다. 현재의 LTE 시스템 또는 LTE-A 시스템과 다르게, 다양한 실시 예들에 따른 수직 CSI-RS는 빔포밍된(Beamformed) CSI-RS 형태로 전송되며, 단말은 수직/수평에 대해 가장 잘 매칭(matching)되는 CDI(channel direction information) 또는 코드북 인덱스(index)를 결정 및 피드백하고, 기지국은 수직/수평의 채널 피드백 정보를 크로네커 곱(Kronecker product) 연산함으로써 FD-MIMO 시스템의 채널 정보를 획득한다.
Figure 112016101129779-pat00005
<수학식 1>에서,
Figure 112016101129779-pat00006
는 전체 채널,
Figure 112016101129779-pat00007
는 추정된 전체 채널,
Figure 112016101129779-pat00008
는 수평 채널,
Figure 112016101129779-pat00009
는 수직 채널을 의미한다.
하지만, 이 경우에 단말은 각 축에 대한 완벽하지 않은 채널 정보(imperfect CSI)를 양자화하고, 코드북 인덱스 또는 PMI의 형태로 전송하기 때문에, 각 축에 매핑되는 채널 정보에 대한 유실(loss)이 발생할 수 있다. 따라서, 단순히 크로네커 곱을 이용하여 2차원 배열의 송신 안테나들에 대한 채널 정보)를 재구성(reconstruction)하기 때문에, 채널 정보의 유실로 인한 CSI 오류(error)가 커지게 되고, 결과적으로 다중 사용자 MIMO의 공간 다중화 이득(gain)이 감소할 수 있다. 이와 반대로, 단일 셀에서 2-단계 빔포밍 기술은, 긴-주기의 통계적 채널 정보(예: CSI)가 획득된 경우, 그룹 갯수가 작은 경우에 한하여 공간 다중화 이득을 극대화할 수 있는 장점을 가진다.
하지만, 현재까지의 2-단계 빔포밍 기술은 멀티-셀(multi-cell) 환경을 고려하지 아니한다. 즉, 현재까지의 2-단계 빔포밍 기술은 주로 단일 셀(single cell) 환경을 전제로 논의되었다. 따라서, 다중 셀에서 셀 간 통계적 채널 정보가 유사한 그룹이 인접할 경우, 셀들 간 간섭 채널에 대한 통계적 채널 정보를 획득이 용이하지 않고, 그룹들 간 간섭제어가 용이하지 않음으로 인해, 큰 성능 열화가 예상된다. 뿐만 아니라, FDD 시스템에서 SRS(sounding reference signal)기반으로 통계적 채널 정보
Figure 112016101129779-pat00010
을 수집하면, 다중 셀에서 파일럿 오염(pilot contamination)으로 인한 간섭 신호로 부정확해질 뿐만 아니라, FDD 상/하향 중심 주파수가 다름에 의한 차이를 보정하는 동작이 요구된다. 이러한 문제들로 인해 통계적 채널의 고유-공간
Figure 112016101129779-pat00011
의 오류가 발생할 수 있다. 잘못된 정보에 기초하여 사용자 그룹핑이 수행되고, 그룹 빔포밍을 수행해야 하는 2-단계 빔포밍이 운용되면, 프리-빔포밍 단계에서부터 심각한 채널 추정 오류 및 사용자 그룹간 간섭이 발생할 수 있다.
또한, 실제 FDD 시스템에서 2-단계 빔포밍을 위해 필요한 채널 공분산 정보에 대한 완벽한 채널 추정(perfect channel estimation)은 매우 어렵다. 또한, 채널 공분산, 즉, 통계적 채널 정보는 채널 추정 오류(channel estimation error)를 가질 수 있다.. 채널 추정 오류가 존재하는 통계적 채널 정보에 기반하면, BD(block diagonalization) 기법 기반의 프리-빔포머는, ZF(zero-forcing) 기반의 널링(nulling)기법과 마찬가지로 전송 용량(transmission rate) 측면에서 성능 열화가 발생할 수 있다.
또한, ZF 기반의 널링 기법과 유사하게, 종래의 기술에 해당하는 BD 기반의 프리-빔포머는 통계적인 잡음 전력(noise power)나 셀 간 간섭을 고려하지 않기 때문에, 높은 SNR(signal to noise ratio) 환경에서만 좋은 성능을 보이고, 낮거나 중간(low-to-medium) SNR 환경에서 잡음 강화(noise enhancement) 효과에 의한 성능 열화를 보인다. 이러한 성능 열화는 서로 다른 채널 공분산을 가지는 그룹의 숫자가 많아지거나 그룹당 평균적인 단말수가 증가할 때 더욱 뚜렷하게 발생할 수 밖에 없어서, 그 기술적인 한계가 두드러진다.
또한, 다중 셀에서 서로 다른 서빙 셀들로부터 데이터를 수신하는 그룹의 채널 유사도가 비슷한 경우, 통계적 채널 정보의 고유-공간을 이용하여 셀 간/그룹 간 간섭을 제어하는 동작이 요구된다. 간섭을 제어해야 셀 용량 및 주파수 효율이 증대시키는 경우가 발생하기 때문이다.
또한, 서로 다른 서빙 셀로부터 데이터를 수신하는 그룹의 채널 유사도가 거의 같을 경우, 통계적 채널 정보의 고유-공간을 이용한 그룹의 프리-빔포밍보다, 적은 로드(load)를 가진 기지국으로 그룹 단위 핸드오버를 수행함으로써, 협력된(coordinated) 빔포밍의 부담을 경감시키는 것이 더 유리한 경우가 있다.
따라서, 본 개시는 보다 다중 셀(multi-cell)에서 협력 통신 상황에 적합한 개선된 2-단계 빔포밍 기술을 제안한다. 또한, 현재 3GPP 표준에서 대규모 MIMO 기술로서 SI(study item) 또는 WI(work item)으로 논의되고 있는 FD-MIMO 시스템을 FDD 모드로 동작시키고자 할 때 2-단계 빔포밍의 이득을 얻기 위해서, 본 발명은 아래와 같이 2가지 모드들로 구성되는 다중 모드들의 운용 방안을 제안한다. 기지국은, 특정 단말은 긴-주기의 통계적 채널 정보를 획득하지 못한 경우, 단말을 제1 모드로 분류하고, 제1 모드에 해당하는 단말들만 모아서 주파수 축에서 제1 모드에 해당하는 표준에서 논의되는 일반적인 FD-MIMO 규격에 부합하는 서브밴드/RB를 할당할 수 있다. 반면에, 기지국이 특정 단말의 통계적 채널정보를 확보하면, 해당 단말을 제2 모드로 분류하고, 2-단계 빔포밍에 적합한 서브밴드/RB를 별도로 할당하여 운용할 수 있다.
제1 모드는 다음과 같다. 제1 모드는 단말이 최초 접속한 경우, 또는 이동으로 인해 그룹이 변경되어 아직 긴-주기 채널 정보를 확보하지 못한 경우를 위해 정의된다. 제1 모드에 따르는 경우, 단일-단계(one-stage) 빔포밍이 수행된다. 즉, 각 단말에 대한 긴-주기 채널 공분산을 획득하기 전, 또는 다시 확보하기 전, 기지국은 짧은-주기 채널 정보를 획득하고, 긴-주기 채널 정보의 도움 없이, SU-MIMO 또는 MU-MIMO 동작을 수행한다. 단말은 각 서브밴드(Sub-band) 또는 RB(resource block)별로 할당된 수직/수평 안테나 포트 별로 할당된 CSI-RS를 위한 RE자원으로부터 짧은-주기 채널 정보(예: PMI)뿐만 아니라 평균화된 긴-주기 채널 정보를 측정하고, 기지국에게 PMI 형태로 피드백할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 긴-주기 채널 정보는 기지국에서 생성할 수도 있다. 짧은-주기 채널 정보는 일반(normal) MIMO 모드를 위해 제공된다. 긴-주기 채널 정보가 확보되면 단말은 2-단계 빔포밍을 위한 제2 모드로 전환될 수 있고, 그룹 별 프리-빔포밍이 적용된 그룹-특정 CSI-RS가 할당될 수 있다.
제2 모드는 다음과 같다. 긴-주기 채널 정보가 확보된 경우, 단말은 2-단계 빔포밍에 따라 동작한다. 나아가, 단말은 긴-주기 채널 정보에 근거하여 MU-MIMO 또는 협력 통신(예: 협력 빔포밍(coordinated beamforming, CB), 결합 처리(joint processing, JP) 또는 결합 전송(joint transmission, JT))을 수행할 수 있다. 긴-주기 채널 정보가 확보되었으므로, 기지국이 긴-주기 채널 정보 기반의 프리-빔포머를 생성하고, 채널 상관의 축소된 차원(reduced dimensionality)이 반영된 그룹-특정 CSI-RS를 송신한다. 여기서, 그룹-특정 CSI-RS는 수직/수평 안테나 별로 구분되지 아니할 수 있다. 단말은 그룹-특정 CSI-RS를 이용하여 짧은-주기 채널 정보를 측정하고, 짧은-주기 채널 정보를 기지국에게 PMI 형태로 피드백한다. 기지국은 짧은-주기 채널 정보를 평균화함으로써 긴-주기 채널 정보를 저장하고, 모니터링(monitoring)할 수 있다.
단말은 그룹-특정 CSI-RS를 평균화하여 추출한 CQI(SINR)정보를 기지국에게 피드백함으로써 기지국이 협력 통신에 필요한 롱텀(Long-term)의 스케쥴링 및 숏텀(short-term)의 리스케쥴링(Re-scheduling)에 필요한 정보를 제공할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 기지국의 스케줄링 과정에서, 기지국은 단말들이 그룹 특정 CSI-RS정보를 평균화하여 제공하는 CQI(예: SINR) 정보를 토대로 각 서브밴드별로 협력통신에 적합한 MIMO 전송 방식을 결정할 수 있다. 대상 기지국은 단말들의 SINR의 범위를 세 영역으로 나누어 SINR이 높은 영역부터 차례로 각각 단일 셀 MIMO 전송(예: SU-MIMO, MU-MIMO), CB 및 JP/JT의 MIMO 전송 방식을 배정할 수 있다. 그리고 대상 기지국은 각 단말별 SINR에 따라 해당되는 영역의 MIMO 전송 방식을 해당 단말의 MIMO 전송 방식으로 결정할 수 있다. 즉, SINR이 높은 경우, 단말은 이웃 기지국으로부터 간섭을 적게 받기 때문에 대상 기지국은 셀간 협력 없이 단일 셀 MIMO 전송을 수행함이 타당하다. 그리고 중간 영역의 SINR의 경우, 전송 신호와 간섭의 세기가 비슷하기 때문에 대상 기지국은 이웃 기지국과 CB를 수행함이 타당하다. 그리고 SINR이 낮은 경우, 이웃 기지국으로부터의 간섭이 크기 때문에 대상 기지국은 이웃 기지국과 데이터를 공유하여 JP를 수행함이 타당하다.
또한, 프리-빔포밍이 적용된 그룹 특정 CSI-RS를 측정하여 평균화한 채널 정보는 프리-빔포밍이 적용된 그룹-특정 CSI-RS로부터 긴-주기 채널 정보, 제1 모드를 통해 얻은 긴-주기 채널 정보를 비교함으로써, 통계적 채널 정보의 변화 유무 또는 제2 모드의 유지 여부가 판단될 수 있다. 제2 모드로 동작 중, 단말의 이동으로 인해, 긴-주기 채널 정보가 변화하여 채널 유사성이 훼손될 수 있다. 이 경우, 기지국은 단말을 제1 모드로 전환하고, 긴-주기 채널 정보를 확보하기 위한 절차를 반복하도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 단말은 긴-주기 채널 정보의 획득 여부에 따라 제1 모드 또는 제2 모드로 동작할 수 있다. 이때, 다양한 실시 예들에 따라, 제1 모드로 동작하는 단말 및 제2 모드로 동작하는 단말은 서로 다른 주파수 서브밴드(subband) 또는 서로 다른 RB 자원을 사용할 수 있다. 이를 위해, 기지국은 단말의 동작 모드를 확인하고, 동작 모드에 대응하는 서브밴드 또는 RB 자원을 할당할 수 있다.
제2 모드로 동작하는 경우, 다양한 실시 예들에 따른 2-단계 빔포밍을 위한 기지국 및 단말의 동작 방법은 도 6과 같다. 도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 및 단말의 동작 방법을 도시한다. 도 6은 기지국 110 및 단말 120의 동작을 예시한다. 그러나, 다른 실시 예에 따라, 도 6에 도시된 동작 방법은 기지국 110 및 다수의 단말들 간의 절차에도 유사하게 적용될 수 있다.
도 6을 참고하면, 601 단계에서, 단말 120은 기지국 110으로 상향링크 기준 신호를 송신한다. 여기서, 상향링크 기준 신호는 SRS일 수 있다. 이때, 단말 120은 기지국 110으로부터 할당받은 시퀀스를 이용하여 생성된 기준 신호를 송신할 수 있다. 이에 따라, 기지국 110은 상향링크 기준 신호를 이용하여 단말 120 및 다른 단말 간의 간섭 관계를 확인할 수 있다. 즉, 기지국 110은 단말들 간 간섭 관계를 판단하기 위해, 단말 120 및 적어도 하나의 다른 단말로부터 상향링크 기준 신호를 수신한다.
603 단계에서, 기지국 110은 단말 120로 빔포밍된 수직/수평 기준 신호들을 송신한다. 이를 위해, 기지국 110은 상향링크 기준 신호에 대한 측정 결과에 기초하여 수직/수평 기준 신호들에 적용할 빔포머를 결정한다. 즉, 기지국 110은 단말들 간 간섭 관계에 기초하여 생성된 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 송신한다. 여기서, 빔포머는 DFT(discrete fourier transform)에 기반한 빔포밍 행렬로 구성될 수 있다. 여기서, 기준 신호는 'CSI-RS'를 포함할 수 있다.
605 단계에서, 단말 120은 기지국 110으로 긴-주기 채널 정보를 송신한다. 즉, 단말 120은 빔포밍된 수직/수평 기준 신호들을 이용하여 긴-주기 채널 정보를 생성하고, 긴-주기 채널 정보를 피드백한다. 이에 따라, 기지국 110은 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 이용하여 결정된 긴-주기 채널 정보를 수신한다. 여기서, 긴-주기 채널 정보는 채널에 대한 공분산을 포함한다. 이때, 긴-주기 채널 정보는 안테나의 수평 영역 및 수직 영역 별로 구분되도록 구성되거나, 또는 구분 없이 구성될 수 있다. 이에 따라, 기지국 110은 단말 120에 대한 긴-주기 채널 정보를 획득하며, 단말 120은 제2 모드로 동작할 수 있다.
607 단계에서, 기지국 110은 단말 120을 포함하는 다수의 단말들을 그룹핑하고, 각 그룹을 위한 프리-빔포머를 결정한다. 이때, 그룹핑은 각 단말의 긴-주기 채널 정보에 기초하여 수행된다. 예를 들어, 동일 또는 유사한 긴-주기 채널 정보를 가지는 단말들이 하나의 그룹으로 분류될 수 있다. 또는 동일 또는 유사한 중심 각도(center angle) 및 확산 각도(angular spread)를 가지는 단말들이 하나의 그룹으로 분류될 수 있다. 나아가, 협력 통신을 위해, 그룹핑은 적어도 하나의 인접 셀의 경계에 위치한 적어도 하나의 단말을 고려하여 수행될 수 있다. 또한, 프리-빔포머는 그룹에 특정한 빔포밍 행렬을 포함하며, 다양한 목적에 따라 결정될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 프리-빔포머는 합(sum)-MSE(mean square error)를 최소화하는 목적에 따라 결정될 수 있다. 나아가, 프리-빔포머는 인접한 셀들 간 간섭을 더 고려하여 결정될 수 있다. 프리-빔포머는 채널의 고유 공간들 중 고려할 고유 공간의 갯수를 줄여주는 기능을 수행한다. 즉, 프리-빔포머에 의해, 임계치 이상의 고유값을 가지는 고유 공간들 또는 상위 N개의 고유값들에 대응하는 고유 공간들로 채널의 차수가 감소될 수 있다.
609 단계에서, 기지국 110은 그룹-특정 기준 신호를 송신한다. 다시 말해, 기지국 110은 긴-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 빔포머에 의해 빔포밍된 그룹-특정 기준 신호들을 송신한다. 이에 따라, 단말 120은 그룹-특정 기준 신호를 이용하여 짧은-주기 채널 정보를 결정할 수 있다. 이때, 그룹-특정 기준 신호는 단말 120이 속한 그룹의 프리-빔포머로 빔포밍된 후 송신된다.
611 단계에서, 단말 120은 기지국 110으로 짧은-주기 채널 정보를 송신한다. 이에 따라, 기지국 110은 그룹-특정 기준 신호들을 이용하여 결정된 짧은-주기 채널 정보를 수신한다. 짧은-주기 채널 정보는 채널 상태 정보, 또는 양자화된 채널 정보를 포함할 수 있다. 이때, 채널 정보의 양자화를 위해, 단말 120은 주요한(dominant) 고유값을 가지는 채널들을 고려한, 그룹에 대응하는 코드북을 생성하고, 코드북을 이용하여 양자화된 채널 정보를 생성할 수 있다.
613 단계에서, 기지국 110은 포스트-빔포머를 결정한다. 포스트-빔포머는 단말에 특정한 빔포밍 행렬을 포함한다. 포스트-빔포머는 다양한 목적에 따라 결정될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 포스트-빔포머는 가중치된(weighted) MMSE(minimum mean square error)를 최소화하는 목적에 따라 결정될 수 있다. 이를 위해, 기지국 110은 동일 그룹 내 간섭, 다른 그룹과의 간섭, 잡음 전력 등에 기초하여 단말 120을 위한 포스트-빔포머를 결정할 수 있다.
615 단계에서, 기지국 110은 단말 120로 빔포밍된 기준 신호 및 데이터 신호를 송신한다. 다시 말해, 기지국 110은 짧은-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 빔포머에 의해 빔포밍된 데이터 신호를 송신한다. 이때, 데이터 신호는 긴-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 빔포머에 의해서도 빔포밍될 수 있다. 기준 신호 및 데이터 신호는 동일한 빔포밍 행렬에 의해 빔포밍된다. 여기서, 빔포밍 행렬은 프리-빔포머 및 포스트-빔포머가 결합된 빔포머이다. 기준 신호는 DM-RS(demodulation reference signal)를 포함할 수 있다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예에서, 단말 120은 기지국 110으로부터 그룹-특정 기준 신호를 수신한다. 이때, 단말 120은 합-MSE에 기반한 프리-빔포밍이 적용된 그룹 별 CSI-RS를 평균적으로 측정하고, 측정 결과를 지시하는 CQI 정보를 기지국 110에게 제공할 수 있다. 이에 따라, 기지국 110은 네트워크 유틸리티(network utility), 다중 셀 합 유틸리티(sum utility) 또는 네트워크 합-PF 최대화(network sum-PF maximizaition)를 달성하기 위해 CQI 정보를 활용할 수 있다. 즉, 네트워크 유틸리티 결정, 다중 셀 합 유틸리티 결정 또는 네트워크 합-PF 최대화를 위해, 단말 120은 긴 주기 CQI 정보를 제공할 수 있다. 다시 말해, 기지국 110은 그룹-특정 기준 신호를 이용하여 생성된 긴-주기 채널 정보를 이후의 스케줄링을 위해 이용할 수 있다.
도 6의 실시 예에서, 프리-빔포머는 그룹을 위한 빔포머로서, '그룹 간 간섭 억제(inter-group interference mitigation) 빔포머/프리코더/빔포밍 행렬', '그룹 레벨 프리코더', '제1(first) 빔포머/프리코더/빔포밍 행렬', '1차(primary) 빔포머/프리코더/빔포밍 행렬' 등으로 지칭될 수 있다. 또한, 포스트-빔포머는 단말을 위한 빔포머로서, '사용자 간 간섭 억제(inter-user interference mitigation) 빔포머/프리코더/빔포밍 행렬', '사용자 레벨 프리코더', '제2(second) 빔포머/프리코더/빔포밍 행렬', '2차(secondary) 빔포머/프리코더/빔포밍 행렬' 등으로 지칭될 수 있다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 단말 120은 제1 모드에서 긴-주기 채널 정보를 획득함으로써 2-단계 빔포밍을 지원하는 제2 모드로 천이할 수 있다. 긴-주기 채널 정보를 획득하기 위한 동작들 중 하나로서, 상향링크 기준 신호, 예를 들어, SRS를 송신하는 동작이 수행된다. 제1 모드에서 하향링크 긴-주기 채널 정보를 효율적으로 얻기 위한 준비 동작으로서, SRS 송신에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상술한 바와 같이, 하향링크의 긴-주기 채널 정보를 생성하는 데 있어 SRS만을 이용하는 것은 효과적이지 아니하다. 하지만, SRS는 SRS의 평균 세기 정보나, SRS 평균 채널의 주요한 각도(dominant angle) 정보를 획득하여, 2-단계 빔포밍 모드, 즉, 제2 모드로 단말을 운용하기 위해 필요한 하향링크의 긴-주기 채널 정보를 측정하거나, 협력 통신(예: CoMP(coordinated multi-points))을 수행함에 필요한 간섭 관계를 결정하는 동작에 중요한 도움을 준다. 뿐만 아니라 긴-주기로 측정된 정보는 단말의 위치 정보에 기초하여 수직/수평 안테나 별로 하향링크의 빔포밍된 기준 신호를 파악하는 데 있어 신뢰성 있는 통계정 채널 정보 효과적으로 제공하도록 도움을 줄 수 있다. 따라서, 도 7a과 같이, 단말들이 SRS를 송신하는 동작이 활용된다.
도 7a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말들의 기준 신호 송신을 도시한다. 도 7a을 참고하면, 단말 120 및 단말 720은 SRS를 송신하고, 서빙 셀인 기지국 110 및 간섭 셀인 기지국 720은 SRS를 수신한다. 기지국 110 및 기지국 720은 SRS를 이용하여 단말 120 및 단말 720의 상향링크 채널을 추정할 수 있다. 이때, 기지국 110 및 기지국 720은 단말 120 및 단말 720의 간섭 관계를 판단할 수 있다. 그리고, 기지국 110 및 기지국 720은 중앙국(central station) 780으로 간섭 관계에 관련된 정보를 제공한다.
도 7a를 참고하여 설명한 바와 같이, 기지국들 110 및 710은 CRS 기반의 RSRP(RS received power)를 이용하여 셀 경계(edge) 영역에 위치한 단말들(예: 단말 120, 단말 720)의 인접 기지국 목록(neighbor cell list)을 미리 파악할 수 있고, 중앙국 780은 기지국들 110 및 710로부터 셀 경계 영역에 위치한 특정 단말들을 미리 인지하고, SRS를 위해 할당된 상향링크 RB의 RE위치와 SRS에 할당된 코드 시퀀스(code sequence)를 미리 인지할 수 있다. 중앙국 780은 기지국들 110 및 710로부터 수집된 정보에 기초하여 셀 경계 영역에 위치한 단말들에게 인접 셀 간섭을 최소화 하도록 상향링크 자원을 스케줄링하거나, 셀 경계 영역에 위치한 단말들의 SRS 간섭이 최소화 되도록 직교 시퀀스(orthogonal sequence)를 할당할 것을 요청할 수 있다. 이러한 절차의 목적은 긴-주기 채널 정보를 획득하는 절차를 최소화하고, 효과적으로 긴-주기 채널 정보를 얻기 위함이다. 또한, 이러한 절차의 목적은FDD 시스템에서 기지국이 효율적인 협력 통신방식을 구현하기 위하여, SRS의 평균 세기 및 수평/수직 안테나별 주요한 각도(dominant angle) 정보를 미리 획득하고, 제1 모드로 동작하는 단말들에게 수평/수직으로 DFT 빔포밍된 하향링크 CSI-RS를 효율적으로 전송하기 위함이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 다양한 실시 예들에 따른 시스템은 중앙국 780을 포함할 수 있고, 기지국 710을 포함할 수 있다. 이때, 기지국 110은 기지국 710과 협력 통신을 수행할 수 있으며, 이 경우, 도 6에 예시된 절차는 이하 도 7b와 같이 변형될 수 있다.
도 7b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 협력 통신을 고려한 기지국 및 단말의 동작 방법을 도시한다. 도 7은 기지국 110 및 단말 120의 동작을 예시한다. 그러나, 다른 실시 예에 따라, 도 7에 도시된 동작 방법은 기지국 110 및 다수의 단말들 간의 절차에도 유사하게 적용될 수 있다.
도 7b를 참고하면, 701 단계에서, 단말 120은 기지국 110으로 상향링크 기준 신호를 송신한다. 여기서, 상향링크 기준 신호는 SRS일 수 있다. 이때, 단말 120은 기지국 110으로부터 할당받은 시퀀스를 이용하여 생성된 기준 신호를 송신할 수 있다. 이에 따라, 기지국 110은 상향링크 기준 신호를 이용하여 단말 120 및 다른 단말 간의 간섭 관계를 확인할 수 있다. 즉, 기지국 110은 단말들 간 간섭 관계를 판단하기 위해, 단말 120 및 적어도 하나의 다른 단말로부터 상향링크 기준 신호를 수신한다.
703 단계에서, 기지국 110은 단말 120로 빔포밍된 수직/수평 기준 신호들을 송신한다. 이를 위해, 기지국 110은 상향링크 기준 신호에 대한 측정 결과에 기초하여 수직/수평 기준 신호들에 적용할 빔포머를 결정한다. 즉, 기지국 110은 단말들 간 간섭 관계에 기초하여 생성된 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 송신한다. 여기서, 빔포머는 DFT에 기반한 빔포밍 행렬로 구성될 수 있다. 여기서, 기준 신호는 'CSI-RS'를 포함할 수 있다. 이때, 도시되지 아니하였으나, 단말 120은 기지국 710의 수직/수평 기준 신호들을 수신할 수 있다.
705 단계에서, 단말 120은 기지국 110으로 긴-주기 채널 정보를 송신한다. 즉, 단말 120은 빔포밍된 수직/수평 기준 신호들을 이용하여 긴-주기 채널 정보를 생성하고, 긴-주기 채널 정보를 피드백한다. 이에 따라, 기지국 110은 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 이용하여 결정된 긴-주기 채널 정보를 수신한다. 여기서, 긴-주기 채널 정보는 채널에 대한 공분산을 포함한다. 이때, 긴-주기 채널 정보는 안테나의 수평 영역 및 수직 영역 별로 구분되도록 구성되거나, 또는 구분 없이 구성될 수 있다. 이에 따라, 기지국 110은 단말 120에 대한 긴-주기 채널 정보를 획득하며, 단말 120은 제2 모드로 동작할 수 있다. 이때, 도시되지 아니하였으나, 단말 120은 기지국 710의 수직/수평 기준 신호들에 대한 측정 결과, 즉, 기지국 710에 대한 긴-주기 채널 정보를 더 송신할 수 있다. 즉, 단말 120은 간섭 셀의 수식/수평 기준 신호를 긴-주기로 측정하고, 기지국 110으로 피드백함으로써, 협력 통신을 가능케 할 수 있다. 나아가, 기지국 710에 대한 긴-주기 채널 정보는 이후에도 주기적 또는 이벤트 기반으로 더 피드백될 수 있다.
707 단계에서, 기지국 110은 기지국 710으로부터 다른 단말(예: 단말 720)의 긴-주기 채널 정보를 수신한다. 즉, 기지국 110은 기지국 710의 적어도 하나의 서빙 단말의 긴-주기 채널 정보를 수신한다. 다른 단말의 긴-주기 채널 정보는 협력 통신을 고려한 단말 그룹핑을 위해 사용된다.
709 단계에서, 기지국 110은 단말 120을 포함하는 다수의 단말들에 대하여, 협력 통신을 고려한 그룹핑을 수행하고, 협력 통신을 고려한 프리-빔포머를 결정한다. 즉, 협력 통신을 위해, 그룹핑은 적어도 하나의 인접 셀의 경계에 위치한 적어도 하나의 단말을 고려하여 수행될 수 있다. 또한, 프리-빔포머는 그룹에 특정한 빔포밍 행렬을 포함하며, 합-MSE를 최소화하는 목적에 따라 결정될 수 있다. 나아가, 프리-빔포머는 인접한 셀들 간 간섭을 더 고려하여 결정될 수 있다. 프리-빔포머는 채널의 고유 공간들 중 고려할 고유 공간의 갯수를 줄여주는 기능을 수행한다. 즉, 프리-빔포머에 의해, 임계치 이상의 고유값을 가지는 고유 공간들 또는 상위 N개의 고유값들에 대응하는 고유 공간들로 채널의 차수가 감소될 수 있다.
711 단계에서, 기지국 110은 그룹-특정 기준 신호를 송신한다. 다시 말해, 기지국 110은 긴-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 빔포머에 의해 빔포밍된 그룹-특정 기준 신호들을 송신한다. 이에 따라, 단말 120은 그룹-특정 기준 신호를 이용하여 짧은-주기 채널 정보를 결정할 수 있다. 이때, 그룹-특정 기준 신호는 단말 120이 속한 그룹의 프리-빔포머로 빔포밍된 후 송신된다.
713 단계에서, 단말 120은 기지국 110으로 짧은-주기 채널 정보를 송신한다. 이에 따라, 기지국 110은 그룹-특정 기준 신호들을 이용하여 결정된 짧은-주기 채널 정보를 수신한다. 짧은-주기 채널 정보는 채널 상태 정보, 또는 양자화된 채널 정보를 포함할 수 있다. 이때, 채널 정보의 양자화를 위해, 단말 120은 주요한(dominant) 고유값을 가지는 채널들을 고려한, 그룹에 대응하는 코드북을 생성하고, 코드북을 이용하여 양자화된 채널 정보를 생성할 수 있다.
715 단계에서, 기지국 110은 포스트-빔포머를 결정한다. 포스트-빔포머는 단말에 특정한 빔포밍 행렬을 포함한다. 포스트-빔포머는 다양한 목적에 따라 결정될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 포스트-빔포머는 가중치된(weighted) MMSE(minimum mean square error)를 최소화하는 목적에 따라 결정될 수 있다. 이를 위해, 기지국 110은 동일 그룹 내 간섭, 다른 그룹과의 간섭, 잡음 전력 등에 기초하여 단말 120을 위한 포스트-빔포머를 결정할 수 있다.
717 단계에서, 기지국 110은 단말 120로 빔포밍된 기준 신호 및 데이터 신호를 송신한다. 이때, 데이터 신호는 협력 통신을 고려한 신호이다. 따라서, 일 예로서, 도시되지 아니하였으나, 단말 120은 기지국 110 및 기지국 710 양자로부터 데이터 신호를 수신할 수 있다. 다시 말해, 기지국 110은 짧은-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 빔포머에 의해 빔포밍된 데이터 신호를 송신한다. 이때, 데이터 신호는 긴-주기 채널 정보에 기초하여 생성된 빔포머에 의해서도 빔포밍될 수 있다. 기준 신호 및 데이터 신호는 동일한 빔포밍 행렬에 의해 빔포밍된다. 여기서, 빔포밍 행렬은 프리-빔포머 및 포스트-빔포머가 결합된 빔포머이다. 기준 신호는 DM-RS를 포함할 수 있다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 단말 120은 제1 모드에서 긴-주기 채널 정보를 획득함으로써 2-단계 빔포밍을 지원하는 제2 모드로 천이할 수 있다. 긴-주기 채널 정보를 획득하기 위한 동작들 중 하나로서, 빔포밍된 수직/수평 기준 신호, 예를 들어, 빔포밍된 CSI-RS를 송신하는 동작이 수행된다. 제1 모드에서 하향링크 긴-주기 채널 정보를 효율적으로 얻기 위한 준비 동작으로서, 빔포밍된 수직/수평 CSI-RS의 송신에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
빔포밍된 CSI-RS는 종래의 CSI-RS와 마찬가지로 넌-프리코딩(non-precoded) 기반으로 전송 및 측정될 수 있다. 하지만, 보다 효율적으로 하향링크의 통계적 채널 정보를 획득하기 위하여, 단말의 상향링크 SRS의 평균 채널의 세기 및 수평/수직 안테나 방향별 주요한 각도(dominant angle) 정보에 기반하여 수평/수직 방향에 제각기 적합한 DFT 기반 빔포밍을 전송할 수 있고, 수직/수평 안테나 별로 하향링크의 정확한 통계적 채널 정보를 측정하여 피드백 정보를 생성할 수 있다. DFT 빔포밍된 CSI-RS는 수직/수평 안테나 별로 부여할 수 있다. 따라서, DFT 빔포밍된 CSI-RS는, 통계적 채널 정보에 따라 그룹을 구분하지는 못하고 대략적인 수평/수직 안테나별 주요한 각도(dominant angle) 정보에만 기반하여 수평/수직 CSI-RS에 기반한 3D 빔포밍을 구현할 수 있다. 또한, 상향링크 SRS로부터 서빙 셀의 경계 단말 및 간섭 셀의 경계 단말을 구분할 수 있으면, 하향링크에서 수평/수직 CSI-RS를 전송하여 통계적 채널 정보를 보다 효과적으로 획득할 수 있다.
즉, FDD에서 8×8(=64)개의 송신 안테나들에 모두에 대해서 CSI-RS를 할당하면, 데이터에 할당할 RE가 부족하다. 따라서, 도 8과 같이, 기지국은 수평 CSI-RS(horizontal CSI-RS, H-CSI-RS)와 수직 CSI-RS (vertical CSI-RS, V-CSI-RS)를 이용한다. 도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 수평 기준 신호 및 수직 기준 신호를 예시한다. 도 8을 참고하면, H-CSI-RS들 802는 안테나 어레이 112의 열들에 대응하는 기준 신호들로서, 하나의 열에 대하여 하나의 H-CSI-RS가 송신된다. 또한, V-CSI-RS들 804는 안테나 어레이 112의 행들에 대응하는 기준 신호들로서, 하나의 행에 대하여 하나의 H-CSI-RS가 송신된다. H-CSI-RS들 802 및 V-CSI-RS들 804 각각을 위해 8개 RE들을 할당하면, CSI-RS에 대한 RE 할당량이 감소할 뿐만 아니라, 단말은 64×64에 대한 긴-주기 PMI를 전송하는 대신에 H-CSI-RS에 대한 8×8 긴-주기 PMI와 V-CSI-RS에 대한 8x8 긴-주기 PMI를 전송할 수 있다.
이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 단말은 H-CSI-RS들 802를 이용하여 채널의 수평 방향 변화를, V-CSI-RS들 804를 이용하여 채널의 수직 방향 변화를 추정할 수 있다. 이로 인해, 단말은 상당한 양의 피드백 오버헤드를 줄일 수 있고, 같은 양의 비트들로 더 정확하게 채널 정보를 제공할 수 있다.
짧은-주기 채널에서 크로네커 곱을 이용하여 짧은-주기 채널 정보를 추정하면, 제한된 비트들을 이용 시 CSI 추정 오류가 심하며, 사용자 간 간섭을 효과적으로 제어할 수 없고, 결과적으로 공간 효율성(spectral efficiency)이 감소된다. 이때, H-CSI-RS와 V-CSI-RS를 이용하여 수직/수평 방향으로 측정되는 채널 공분산은 이하 <수학식 2> 및 <수학식 3>과 같이 표현된다.
Figure 112016101129779-pat00012
<수학식 2>에서,
Figure 112016101129779-pat00013
는 수직 방향 채널의 채널 공분산,
Figure 112016101129779-pat00014
는 수직 방향 채널의 고유 공간을 나타내는 행렬,
Figure 112016101129779-pat00015
는 수직 방향 채널의 고유값(eigen value)들을 대각 성분으로 포함하는 대각 행렬을 의미한다.
Figure 112016101129779-pat00016
<수학식 3>에서,
Figure 112016101129779-pat00017
는 수평 방향 채널의 채널 공분산,
Figure 112016101129779-pat00018
는 수평 방향 채널의 고유 공간을 나타내는 행렬,
Figure 112016101129779-pat00019
는 수평 방향 채널의 고유값들을 대각 성분으로 포함하는 대각 행렬을 의미한다.
전체 채널 공분산은 기지국에서 크로네커 곱을 수행하여 획득이 가능하다. 구체적으로, 전체 채널 공분산은 이하 <수학식 4>와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016101129779-pat00020
<수학식 4>에서,
Figure 112016101129779-pat00021
는 전체 채널의 채널 공분산,
Figure 112016101129779-pat00022
는 gk번째 단말의 채널,
Figure 112016101129779-pat00023
는 수평 방향 채널의 채널 공분산,
Figure 112016101129779-pat00024
는 수직 방향 채널의 채널 공분산,
Figure 112016101129779-pat00025
는 수평 방향 채널의 고유 공간을 나타내는 행렬,
Figure 112016101129779-pat00026
는 수직 방향 채널의 고유 공간을 나타내는 행렬,
Figure 112016101129779-pat00027
는 수평 방향 채널의 고유값들을 대각 성분으로 포함하는 대각 행렬,
Figure 112016101129779-pat00028
는 수직 방향 채널의 고유값들을 대각 성분으로 포함하는 대각 행렬을 의미한다.
상술한 바와 같이, 수직/수평 안테나 포트 별로 채널 공분산에 대한 긴-주기 PMI를 추정하면, 짧은-주기와 달리 긴-주기 채널 정보는 추정 오류가 거의 없을 뿐만 아니라, 8×8의 크기의 크게 감소한 오버헤드로 제공될 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 동작들은 다중 셀(multi-cell)에서 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말에게 간섭 셀의 하향링크 통계적 채널 정보를 수직/수평 안테나별로 획득하여 적은 오버헤드로 효과적으로 피드백할 수 있다.
상술한 바와 같이 긴-주기 채널 정보가 획득될 수 있다. 긴-주기 채널 정보를 획득하는 기지국 및 단말의 동작 방법은 도 9와 같다. 도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 긴 주기-채널 정보를 획득하기 위한 동작 방법을 도시한다. 도 9는 기지국 110 및 단말 120 및 단말 720의 동작 방법을 예시한다.
도 9를 참고하면, 901 단계 및 903 단계에서, 단말 120 및 단말 720은 SRS를 송신한다. 이때, 단말 120 및 단말 720은 미리 할당된 시퀀스를 이용하여 SRS를 송신할 수 있다.
905 단계에서, 기지국 110은 간섭 관계를 판단한다. 구체적으로, 기지국 110은 중앙국으로부터 이웃 셀의 경계 영역에 위치한 단말의 SRS 시퀀스에 대한 정보를 획득하고, SRS 시퀀스에 대한 정보를 이용하여 간섭 관계를 인지할 수 있다. 다시말해, 기지국 110은 SRS 시퀀스에 대한 정보에 기반하여 평균 세기를 측정함으로써, 간섭 관계를 미리 인지할 수 있다.
907 단계에서, 기지국 110은 수직/수평 안테나 별 공분산 정보를 획득한다. 즉, 기지국 110은 상향링크 SRS를 기반으로 수직/수평 안테나 별 공분산 정보 또는 주요한 각도(dominant angle) 정보를 획득한다. 다시 말해, 기지국 110은 SRS에 대한 측정 결과에 기초하여 서빙 단말(예: 단말 120) 및 인접 셀 단말(예: 단말 720)의 SRS로부터 채널 공분산 정보 또는 주요한 각도(dominant angle) 정보를 획득한다. 이때, 상향링크 정보는 대략적인 것으로, 수직 안테나 및 수평 안테나에 대하여 별도로 결정된다. 또한, 상술한 바와 같이, 간섭 셀의 경계 영역에 위치한 단말의 상량링크 평균 세기 정보 및 수평/수직 안테나 별 주요한 각도(dominant angle)정보도 획득될 수 있다.
909 단계에서, 기지국 110은 수평/수직 안테나 별 DFT 빔포밍된 CSI-RS를 할당한다. 구체적으로, 기지국 110은 각 단말의 SRS에 가장 잘 매칭(matching)되는 수평/수직 안테나 별 DFT 빔포머를 결정하고, 결정된 수평/수직 안테나 별 DFT 빔포머를 각 단말에 할당한다. 이때, 수평/수직 안테나 별 DFT 빔포머는 V-CSI-RS를 위한 빔포머 및 H-CSI-RS를 위한 빔포머를 포함한다.
911 단계 및 913 단계에서, 기지국 110은 DFT 빔포밍된 CSI-RS들을 송신한다. 단말 120으로 송신되는 CSI-RS 및 단말 720을 송신되는 CSI-RS에 적용되는 DFT 빔포머는 서로 다를 수 있다. 이때, DFT 빔포밍된 CSI-RS는 V-CSI-RS 및 H-CSI-RS로 구분된다.
915 단계에서, 단말 120 및 단말 720은 수직/수평 영역 별로 긴-주기 채널 공분산을 측정한다. 즉, 단말 120 및 단말 720은 DFT 빔포밍된 CSI-RS를 이용하여 수직 방향 채널 공분산 및 수평 방향 채널 공분산을 결정한다. 다시 말해, 단말 120 및 단말 720은 채널의 통계적(statistical) 채널 정보 또는 송신 상관 행렬을 측정한다. 이때, 통계적 채널 정보 또는 송신 상관 행렬은, 수평 CSI-RS와 수직 CSI-RS를 이용하여 측정될 수 있고, 긴-주기로 주파수 축에서 RB 별, 또는 서브밴드 별로, 광대역(wideband) 단위로 긴-주기로 이동 평균(moving average) 방식에 따라 측정될 수 있다. 나아가, 단말 120 및 단말 720은 수직 방향 채널 공분산 및 수평 방향 채널 공분산을 결합, 예를 들어, 크로네터 곱 연산을 수행함으로써, 전체 채널의 공분산을 결정할 수 있다. 단, 다른 실시 예에 따라, 수직 방향 채널 공분산 및 수평 방향 채널 공분산을 결합은 기지국 110에 의해 수행될 수 있다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 단말 120은 제1 모드에서 긴-주기 채널 정보를 획득한다. 이때, 다중 셀 환경에서의 셀들 간 협력 통신을 위해, 긴-주기 채널 정보를 공유하는 동작이 수행될 수 있다.
수직/수평으로 분할된 H-CSI-RS 및 V-CSI-RS를 이용하여 측정된 PMI 정보를 피드백하는 경우, 셀 중앙(inner layer)에 위치한 단말들은 서빙 셀에 대한 정보를 보고하며, 셀 외곽/경계 영역에 위치한 단말들은 간섭 셀에 대한 PMI 피드백 정보를 중앙국 또는 간섭 기지국에게 제공한다. 다시 말해, 기지국은 서빙(serving) 셀에 속한 모든 단말들의 긴-주기 채널 정보를 획득한다. 이에 더하여, 기지국은 셀 경계 영역에 위치한 단말들의 긴-주기 채널 정보를 협력 통신에 참여할 수 있는 이웃 셀의 기지국에게 수직/수평 PMI 형태로 제공할 수 있다. 이때, 피드백 정보는 감소된 오버헤드(reduced overhead) 형태로 제공되며, 이는 FDD 시스템에서 FD-MIMO에서 2-단계 빔포밍에 기반한 협력 통신을 가능하게 한다. 교환된 긴-주기의 통계적 채널 정보에 기초하여 협력 통신에 필요한 그룹 별 프리-빔포밍 및 협력 통신에 적합한 사용자 그룹핑이 용이해진다. 예를 들어, 도 10과 같은 동작들이 수행될 수 있다. 도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 긴 주기-채널 정보를 공유하기 위한 동작 방법을 도시한다.
도 10을 참고하면, 1001 단계에서, 단말 120 및 단말 720은 수직/수평 영역 별로 긴-주기 채널 공분산을 측정한다. 즉, 단말 120 및 단말 720은 DFT 빔포밍된 CSI-RS를 이용하여 수직 방향 채널 공분산 및 수평 방향 채널 공분산을 결정하고, 수직 방향 채널 공분산 및 수평 방향 채널 공분산을 결합, 예를 들어, 크로네터 곱 연산을 수행함으로써, 전체 채널의 공분산을 결정할 수 있다.
1003 단계에서, 단말 120은 서빙 셀인 기지국 110으로 서빙 셀의 긴-주기 채널 정보, 즉, H-PMI 및 V-PMI 정보를 송신한다. 그리고, 단말 120은 서빙 셀인 기지국 110으로 간섭 셀의 긴-주기 채널 정보, 즉, H-PMI 및 V-PMI 정보를 송신한다. 다시 말해, 단말 120은 서빙 셀의 긴-주기 채널 정보 및 간섭 셀의 긴-주기 채널 정보를 모두 서빙 셀인 기지국 110으로 송신한다.
1005 단계에서, 단말 120은 서빙 셀인 기지국 710으로 서빙 셀의 긴-주기 채널 정보, 즉, H-PMI 및 V-PMI 정보를 송신한다. 그리고, 단말 120은 서빙 셀인 기지국 710으로 간섭 셀의 긴-주기 채널 정보, 즉, H-PMI 및 V-PMI 정보를 송신한다. 다시 말해, 단말 120은 서빙 셀의 긴-주기 채널 정보 및 간섭 셀의 긴-주기 채널 정보를 모두 서빙 셀인 기지국 710으로 송신한다.
1007 단계에서, 기지국 110은 서빙 셀의 긴-주기 채널 공분산을 복원한다. 즉, 기지국 110은 수직 방향 채널 공분산인 V-PMI 및 수평 방향 채널 공분산인 H-MPI를 결합, 예를 들어, 크로네터 곱 연산을 수행함으로써, 전체 채널의 공분산을 복원한다. 이때, 도시되지 아니하였으나, 기지국 720도 유사한 동작을 수행할 수 있다.
1009 단계에서, 기지국 110은 경계 단말인 단말 120의 간섭 셀로부터의 긴-주기 채널 정보를 기지국 720으로 송신한다. 긴-주기 채널 정보는 H-PMI 및 V-PMI를 포함할 수 있다. 이때, 다른 실시 예에 따라, 긴-주기 채널 정보는 H-PMI 및 V-PMI의 결합에 의해 생성된 전체 채널의 공분산을 포함할 수 있다.
1011 단계에서, 기지국 710은 경계 단말인 단말 720의 간섭 셀로부터의 긴-주기 채널 정보를 기지국 120으로 송신한다. 긴-주기 채널 정보는 H-PMI 및 V-PMI를 포함할 수 있다. 이때, 다른 실시 예에 따라, 긴-주기 채널 정보는 H-PMI 및 V-PMI의 결합에 의해 생성된 전체 채널의 공분산을 포함할 수 있다.
1013 단계에서, 기지국 110은 간섭 셀의 긴-주기 채널 공분산을 복원한다. 즉, 기지국 110은 수직 방향 채널 공분산인 V-PMI 및 수평 방향 채널 공분산인 H-MPI를 결합, 예를 들어, 크로네터 곱 연산을 수행함으로써, 전체 간섭 채널의 공분산을 복원한다. 이때, 도시되지 아니하였으나, 기지국 720도 유사한 동작을 수행할 수 있다.
도 10에 도시된 절차와 같이, 기지국들 간 간섭에 대한 긴-주기 채널 정보가 공유될 수 있다. 나아가, 기지국은 긴-주기 채널 정보를 중앙국에게 제공할 수 있다. 중앙국에게 긴-주기 채널 정보를 제공하는 이유는 스케줄링에 필요한 CQI 또는 긴-주기 SINR(signal to interference and noise ratio)를 제공하는데 필요하기 때문이다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 단말 120은 긴-주기 채널 정보를 기지국 110으로 피드백하고, 기지국 110은 긴-주기 채널 정보를 이용하여 그룹을 위한 프리-빔포머를 결정한다. 이때, 도 6에 도시되지 아니하였으나, 프리-빔포머에 대한 정보가 단말 120로 제공될 수 있다. 프리-빔포머에 대한 정보를 제공하는 동작에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
기지국은 그룹 별 프리-빔포머
Figure 112016101129779-pat00029
를 제어 채널(예: ePDCCH(enhanced physical downlink control channel))이나 데이터 채널(예: PDSCH(physical downlink shared channel))을 통해 간헐적으로 알려줄 수 있다. 단말은 CSI-RS에 대한 측정을 수행하고, 기지국에게 보고한
Figure 112016101129779-pat00030
와 기지국으로부터 통지된
Figure 112016101129779-pat00031
를 기반으로 순시 채널 정보이면서, 프로젝트된(projected) 채널인
Figure 112016101129779-pat00032
의 2차 통계(second-order statistic) 채널 공분산과 비교함으로써, 2차 통계의 변화량을 비교할 수 있다. 또는, 기지국은 이미 단말로부터 제1 모드 상태에서 미리 보고된
Figure 112016101129779-pat00033
와 기지국에서 제2 모드 상태에서 결정된
Figure 112016101129779-pat00034
를 바탕으로 감소된 행렬 크기(matrix size), 즉, 피드백 크기를 가지는
Figure 112016101129779-pat00035
정보를 명시적으로 단말에 알려주거나, 기지국이 해당 정보를 저장하여 비교할 수 있다. 변화량이 이하 <수학식 5>와 같이 일정 임계치보다 큰 경우, 단말은 기지국에게 다시 2차 통계적 채널 정보를 측정하는 절차를 수행할 것을 요청할 수 있다.
Figure 112016101129779-pat00036
<수학식 5>에서,
Figure 112016101129779-pat00037
는 g번째 그룹을 위한 프리-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00038
는 gk번째 단말의 채널 공분산의 추정,
Figure 112016101129779-pat00039
는 gk번째 단말의 채널을 의미한다. 이때, 변화량이 임계치(threshold)를 초과하는 경우, 제2 모드의 단말은 제1 모드로 전환되고, 일반적인 FD-MIMO 단말로 분류되고, 제1 모드에 대응하는 RB 자원을 할당받을 수 있다.
상술한 바와 같이, 이동성을 지닌 단말이거나 또는 서로 다른 원-링 스케터링(one-ring scattering)을 겪는 단말의 경우, 단말의 이동성이 발생하여 2차 통계적 채널 정보가 변화하더라도, 기지국은 CSI-RS에 최소한의 자원량을 할당하고, 2-단계 빔포밍을 지원할 수 있다.
통계적 채널 정보의 변화를 고려한 2-단계 빔포밍 절차는 도 11과 같이 수행될 수 있다. 도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통계적 채널의 변화를 고려한 2-단계 빔포밍을 위한 동작 방법을 도시한다.
도 11을 참고하면, 1101 단계에서, 기지국은 개별 단말에 대한 통계적 채널 정보를 획득한다. 이어, 1103 단계에서, 기지국 또는 중앙국은 통계적 채널 정보에 기초하여 단말들을 그룹핑한다. 이후, 1105 단계에서, 기지국 또는 중앙국은 각 그룹의 통계적 채널 정보 및 채널 품질(예: SNR)에 기반하여 합-MSE 기반의 그룹 빔포밍 행렬을 결정한다. 이어, 1107 단계에서, 기지국은 그룹 빔포밍에 대한 정보를 전송하고, 순시 채널에 대한 정보를 획득한다. 그리고, 기지국 또는 단말은 순시 채널에 대한 통계 정보를 생성한다. 이후, 기지국 또는 단말은 통계적 채널이 변화하였는지 확인한다. 만일, 통계적 채널이 변화하였으면, 1101 단계가 다시 수행된다. 반면, 통계적 채널이 변화하지 아니하였으면, 1111 단계에서, 기지국 또는 중앙국은 순시 채널 정보 및 그룹 간 통계적 채널 정보에 기초한 다중 사용자 프리코더를 결정하고, 스케줄링을 수행한다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 기지국 110은 긴-주기 채널 정보의 측정을 위해, H-CSI-RS 및 V-CSI-RS를 송신한다. 이때, CSI-RS를 송신하는 위한 자원들이 기지국들 간 간섭을 고려하여 할당될 수 있다. CSI-RS를 송신하는 위한 자원들의 할당에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
중앙국은 서빙 셀뿐만 아니라 인접한 간섭 셀의 H-CSI와 V-CSI를 측정 가능하도록 별도의 CSI-RS 자원을 할당할 수 있다. 이에 따라, 중앙국으로부터 해당 RE를 지정 받은 서빙 셀은 인접 셀에게 할당된 RE를 뮤팅(muting)함으로써 단말이 간섭 없이 측정하도록 제어할 수 있다. 나아가, 서빙 기지국와 통신을 수행하는 단말들의 협력 셀을 제외한 INR(interference and noise ratio)에 해당하는 긴-주기 채널 공분산을 파악하기 위하여 IMR(interference measurement resource)이 더 활용될 수 있다.
기존 FD-MIMO의 동작 대비 본 개시의 다양한 실시 예들의 특징들 중 하나는 광대역(wideband)에 대하여 긴-주기로 평균화한 정보를 단말이 피드백하는 점이다. 따라서, 인접한 간섭 셀의 긴-주기 H-PMI 및 긴-주기 V-PMI 정보뿐 아니라, 개별 단말들의 INR에 해당하는 정보도 협력 통신을 위하여 긴-주기 H-PMI와 긴-주기 V-PMI 정보의 형태로 전송될 수 있다.
FDD MIMO 시스템에서 협력 통신을 위하여 중앙국에서 집중화된 스케줄링(centralized scheduling), 즉, 협력 스케줄링, 또는 기지국 별로 분산된 스케줄링(distributed scheduling)을 수행하기 위하여, 중앙국을 통하여 정보가 모두 수집되거나, 기지국 간에 분산적으로 정보가 교환될 수 있다. 이에 따라, 스케줄링을 위하여, 긴-주기 채널 정보에 기초하여 긴-주기의 CQI(예: SINR)나 RI 형태의 값들이 중앙국이나 기지국들 간 교환될 수 있다. 예를 들어, 스케줄링을 위한 피드백 할당을 위한 제어 정보의 예시는 하기 <표 1>과 같다. 하기 <표 1>과 같은 제어 정보는 RRC(radio resource control) 계층의 메시지를 통해 전달될 수 있다.
긴-주기 H-CSI-RS 긴-주기 V-CSI-RS
서빙 셀 CSI-RS information 1
Reporting mode
Feedback timing
PMI codebook information
Etc		 CSI-RS information 2
Reporting mode
Feedback timing
PMI codebook information
Etc
인접한 간섭 셀 CSI-RS information 3
Reporting mode
Feedback timing
PMI codebook information
Etc		 CSI-RS information 4
Reporting mode
Feedback timing
PMI codebook information
Etc
INR 측정용 CSI-RS information 5
Reporting mode
Feedback timing
PMI codebook information
Etc		 CSI-RS information 6
Reporting mode
Feedback timing
PMI codebook information
Etc
<표 1>에서, 'CSI-RS information N'은 CSI-RS를 위해 할당된 자원의 위치를 지시하고, 'Reporting mode'는 CSI-RS를 통해 측정하고자 하는 대상(예: 서빙 셀, 간섭 셀, INR)을 지시하며, 'Feedback timing'은 측정 결과를 송신할 시점을 지시하고, 'PMI codebook information'는 측정 결과를 알리는 피드백 정보의 생성 시 사용되는 코드북을 지시한다.
<표 1>에 나타난 정보 항목들은 서로 독립적으로 할당되고, PMI 코드북 정보는 해당 피드백을 위해 사용할 수 있는 가능한 프리코딩 행렬들의 집합에 대한 정보를 포함한다. 만약 PMI 코드북 정보가 피드백을 위한 제어 정보에 포함되지 아니하면, 단말은 각 피드백에서 미리 표준으로 정의된 가능한 모든 프리코딩 행렬들이 피드백을 위해 사용될 수 있다고 판단할 수 있다.
또한, CSI-RS를 위한 RE의 할당의 예시는 도 12 및 이하 <표 2>와 같다.
긴-주기 H-CSI-RS 긴-주기 V-CSI-RS
서빙 셀 RE자원 A 영역에 할당 RE자원 B 영역에 할당
인접한 간섭 셀 RE자원 B 영역에 할당 RE자원 D 영역에 할당
INR 측정용 RE자원 C 영역에 할당 RE자원 F 영역에 할당
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기준 신호를 위한 자원 할당의 예를 도시한다. 도 12 및 <표 2>를 참고하면, 1개 서브프레임의 1개 RB 구간에서, 제어 영역을 제외한 데이터 영역 중 일부 RE들이 CSI-RS를 위해 할당된다.
하나의 RB에 포함되는 RE의 갯수는 제한되어 있으므로 서빙 셀/인접한 간섭 셀/INR 측정이 하나의 RB를 이용하여 동시에 수행되지 아니할 수 있다. 따라서, 주파수/시간 블록(block) 단위로, 중요도에 기초한 우선순위에 따라, 각 측정은 시간 구간(time period)이나 빈도 수를 달리하여 수행될 수 있다. 일반적으로, 중요도의 우선순위는 “서빙 셀>인접한 간섭 셀>INR”의 순서로 정의된다, H-CSI-RS 및 V-CSI-RS는 독립적으로 중앙국에서 설정한 제어 정보에 기초하여 측정되므로, 그 타이밍(timing)과 빈도수 또한 다르게 정의될 수 있다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 기지국 110은 긴-주기 채널 정보에 기초하여 단말들을 그룹핑한다. 단말들의 그룹핑에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 구체적으로, 2-단계 빔포밍 기반의 협력 통신을 위한 협력된/협력적인(coordinated/cooperative) 사용자 그룹핑(user grouping)은 다음과 같이 수행될 수 있다.
긴-주기 H-PMI와 V-PMI 정보를 이용해서, 각 기지국은 각 경계 단말들의 주요한(dominant) 간섭 셀로부터의 긴-주기 간섭 채널 공분산 정보를 파악할 수 있다. 그리고, 각 기지국은 간섭 채널 공분산 정보를 더 고려하여 협력 통신에 적합한 단말 그룹핑을 수행할 수 있다. 또는, 각 기지국은 인접한 간섭 셀을 제외하고 INR에 해당하는 간섭 채널 공분산 정보를 파악할 수 있다. 그리고, 각 기지국은 간섭 채널 공분산 정보 또는 평균 간섭 세기 정보를 이용하여 그룹핑을 수행할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 그룹핑은 기지국이 아닌 중앙국에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 중앙국은 각 기지국으로부터의 정보를 취합하고, 협력 통신을 위한 협력된 사용자 그룹핑을 수행한다, 그리고, 중앙국은 그룹핑 결과를 각 기지국에게 알려 줄 수 있다. 나아가, 중앙국은 각 기지국에서 사용될 협력된 그룹 프리-빔포밍을 결정하고, 각 기지국에게 알려줄 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 협력 통신을 위한 2-단계 빔포밍의 경우, 중앙국은 서빙 셀의 기존 그룹의 단말은 물론 간섭 셀에 위치한 경계 그룹에 대한 정보도 고려한다. 예를 들어, 유사한 긴-주기 채널 정보를 기반으로, 그룹 별 프리-빔포밍에 협력된 빔포밍을 이용하여 간섭 셀의 경계 단말로의 간섭 제어를 수행하고자 한다면, 협력된 그룹핑은 아래와 같이 변경될 수 있다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말들의 그룹핑의 예를 도시한다. 도 13을 참고하면, 기지국 110은, 셀 1에 속한 그룹 1360-A1, 그룹 1360-A2, 그룹 1360-A3 그룹 외에도, 기지국 710의 셀 2의 경계 영역에 속하는 그룹 1360-B2 및 그룹 1360-B3까지 고려한다. 예를 들여, 셀 2에서의 긴-주기 채널 정보와는 달리 간섭 셀 1로부터의 긴-주기 채널 정보는 독립적이며 완전히 다른 정보이므로, 그룹 1360-B2 및 그룹 1360-B3은 더 분할되거나 병합될 수 있고, 개별 단말들의 이합 집산이 다시 이루어 질 수 있다.
또한, 셀 1 및 셀 2의 인접 영역에 매우 가깝게 위치한 그룹 1360-A3 및 그룹 1360-B3의 단말들의 서빙 셀들은 서로 다르지만, 긴-주기 채널 정보의 채널 유사도가 존재하여 협력된 그룹 별 프리-빔포밍을 이용한 간섭 제어가 효과가 없을 수 있다. 왜냐하면, 인접 셀 영역의 간섭 단말들이 동일한 고유 공간(eigen-space)을 가지면, 협력된 프리-빔포밍으로 널링(nulling)하는 것이 불가능하기 때문이다. 이 경우, 중앙국 780은 셀 1 및 셀 2에게 결합 처리(joint processing, JP)에 기반한 협력적 빔포밍을 요청할 수 있다. 이에 따라, 그룹 1360-A3 및 그룹 1360-B3은 하나의 그룹으로 병합되거나, 별도의 그룹으로 분할하거나, 도는 그룹들을 결합하고, JP 또 JT 기반의 MIMO 프리-빔포밍을 이용하여 그룹들 간 간섭을 현저히 낮춤으로써, 셀 별 공간 효율이 향상될 수 있다.
여기서, 주목할 만한 사실은 협력된 그룹핑 뿐만 아니라
Figure 112016101129779-pat00040
의 크기가 결합 처리를 통해 협력 전송하는 셀들의 갯수에 따라 바뀌게 된다. 기존의 단일 셀에 대한 2-단계 빔포밍 또는 협력된 빔포밍 기반의 기술에서 각 셀에 대한
Figure 112016101129779-pat00041
가 64×64였다면, 협력 전송의 적용에 의해 셀 1 및 셀 2가 통합하여 결합 처리를 할 때 새로 할당된 그룹 g에 대한
Figure 112016101129779-pat00042
는 128×128이고, 주요한 랭크(rank)와 고유-공간에 해당하는
Figure 112016101129779-pat00043
의 크기도 달라질 수 있다. 이러한 영향은
Figure 112016101129779-pat00044
의 크기 뿐 아니라,
Figure 112016101129779-pat00045
에 기초하여 할당되는 그룹-특정 CSI-RS의 크기에도 영향을 미칠 수 있다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 기지국 110은 긴-주기 채널 정보를 이용하여 프리-빔포머를 결정하고, 그룹-특정 CSI-RS에 프리-빔포머를 적용한다. 즉, 상술한 바와 같이, H-PMI 및 V-PMI에 기초하여 사용자 그룹핑이 수행된 후, 독립적인 셀 단위로 개별 단말로부터의 INR 값까지 고려되면, 합-MSE 최소화 방식에 따라 그룹 별 프리-빔포밍이 수행될 수 있다. 프리-빔포머의 결정에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
그룹 별 프리-빔포머는 합-MSE를 고려하여여 결정된다. 다양한 실시 예에 따른 합-MSE 기반의 2-단계 빔포밍 기술은, ZF 또는 BD 기반 기술 대비, 낮거나 중간(low-to-medium) SNR에 위치한 셀 경계 영역에 위치한 그룹에 보다 더 유용하다.
다양한 실시 예들은 그룹핑에 기초한 합-MSE 기반의 2-단계 빔포밍/프리코딩에 관한 것이다. 구체적으로, 제1 단계에 해당하는 프리-빔포머는 안테나 상관도 채널 정보(예: 채널 공분산)와 평균 잡음 전력과 같은 2차 통계 정보(second-order statistic)에 기초하여 산출된다. 프리-빔포머는 통계적 채널 정보에 기초하여 구성되며, 유사한 통계적 채널 정보를 가진 그룹에게 동일한 프리-빔포머가 제공될 수 있다. 프리-빔포머는 잡음 및 INR 값을 고려하여 합-MSE 또는 긴-주기 SINR을 향상시켜 BD/ZF 비교하여 셀 경계 단말들의 간섭 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
먼저, 합-MSE 기반의 단일 셀 프리-빔포머
Figure 112016101129779-pat00046
는 다음과 같이 설계될 수 있다. 다양한 실시 예에 따른
Figure 112016101129779-pat00047
는 2차 통계 채널 상태 정보인 {
Figure 112016101129779-pat00048
의 집합(set)}과 잡음 전력 인자에 의해 합-MSE를 최소화하는 문제에 대해서 결정되는 제한된 채널 역전 프리코더(regularized channel inversion precoder) 또는 MMSE 송신 필터 형태의 프리-빔포머이다.
Figure 112016101129779-pat00049
에 대한 제약 조건은 이하 <수학식 6>과 같다.
Figure 112016101129779-pat00050
<수학식 6>에서,
Figure 112016101129779-pat00051
는 g'번째 그룹을 위한 프리-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00052
는 스케일링 파라미터(scailing parameter),
Figure 112016101129779-pat00053
는 그룹의 인덱스,
Figure 112016101129779-pat00054
는 그룹들의 갯수,
Figure 112016101129779-pat00055
는 g'번째 그룹의 채널,
Figure 112016101129779-pat00056
는 타겟 채널 행렬(target channel matrix)에 대응하는 프리-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00057
는 g'번째 그룹에 속한 단말들을 위한 포스트-빔포머들의 집합,
Figure 112016101129779-pat00058
는 g'번째 그룹의 의도된 신호(desired signal), 즉, 송신 신호,
Figure 112016101129779-pat00059
는 g'번째 그룹의 수신 신호,
Figure 112016101129779-pat00060
는 전체 송신 전력,
Figure 112016101129779-pat00061
는 항등 행렬을 의미한다. 여기서,
Figure 112016101129779-pat00062
는 타겟 채널 행렬로
Figure 112016101129779-pat00063
를 기반으로 한 톨 유니터리 고유 빔포머(tall Unitary Eigen-beamformer)
Figure 112016101129779-pat00064
나 BD 기반의 프리-빔포머를 사용할 수 있다.
<수학식 6>은 최적화(optimization) 관점 상, 톨 유니터리 조건(tall unitary condition)인
Figure 112016101129779-pat00065
와 결합되므로 풀이가 쉽지 아니하다. 톨 유니터리 조건은 프리-빔포머가 그룹g에 대해서 직교(orthogonal)하면서, 프로젝트된 채널(projected channel)의 계층(layer) 별 통계적 특성이 동일하도록 도와주는 제약사항(constraint)이다. 이 경우, 톨 유니터리 조건
Figure 112016101129779-pat00066
을 완화한(relax) 문제는 하기 <수학식 7>과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112016101129779-pat00067
<수학식 7>에서,
Figure 112016101129779-pat00068
는 g'번째 그룹을 위한 프리-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00069
는 스케일링 파라미터,
Figure 112016101129779-pat00070
는 그룹의 인덱스,
Figure 112016101129779-pat00071
는 그룹들의 갯수,
Figure 112016101129779-pat00072
는 g'번째 그룹의 채널,
Figure 112016101129779-pat00073
는 타겟 채널 행렬에 대응하는 프리-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00074
는 g'번째 그룹에 속한 단말들을 위한 포스트-빔포머들의 집합,
Figure 112016101129779-pat00075
는 g'번째 그룹의 의도된 신호(desired signal), 즉, 송신 신호,
Figure 112016101129779-pat00076
는 g'번째 그룹의 수신 신호,
Figure 112016101129779-pat00077
는 전체 송신 전력,
Figure 112016101129779-pat00078
는 항등 행렬을 의미한다.
위 문제에 대하여, 라그랑지 승수법(Lagrange multiplier)를 이용하여 이중(dual) 최적화 문제나 제약없는(unconstrained) 최적화 문제로 변형하고, 행렬 곱 부등식(matrix product Inequality), 대형 시스템 분석(large system analysis)나 랜덤 행렬 이론(random matrix theory)의 트레이스 정리(trace lemma) 및 프리-빔포머
Figure 112016101129779-pat00079
에 대해 그룹 별 합-MSE 분해(decomposition)를 순서대로 간단히 적용하는 것 만으로, 하기 <수학식 8>과 같은 제한된 프리-빔포머가 적용될 수 있다. 긴-주기 채널 정보값 뿐만 아니라 잡음 및 INR 값까지 고려하여 폐쇄 형태(closed-form)의 프리-빔포머를 설계하는 것은 기술적 난이도를 가지며, 종래의 어느 기법보다 우수한 성능을 보임이 실험적으로 확인될 수 있다.
Figure 112016101129779-pat00080
<수학식 8>에서,
Figure 112016101129779-pat00081
는 합-MSE를 최소화하는 g번째 프리-빔포머를 결정하기 위한 중간 단계의 프리-빔포밍 행렬,
Figure 112016101129779-pat00082
는 g번째 그룹에 속한 단말들의 갯수,
Figure 112016101129779-pat00083
는 그룹들의 갯수,
Figure 112016101129779-pat00084
는 c번째 그룹의 채널 공분산,
Figure 112016101129779-pat00085
는 전체 단말들의 갯수,
Figure 112016101129779-pat00086
는 잡음 및 간섭 전력,
Figure 112016101129779-pat00087
는 전체 송신 전력,
Figure 112016101129779-pat00088
는 NT크기의 항등 행렬,
Figure 112016101129779-pat00089
는 타겟 채널 행렬에 대응하는 프리-빔포머를 의미한다. 여기서,
Figure 112016101129779-pat00090
는 타겟 채널 행렬로
Figure 112016101129779-pat00091
를 기반으로 한 톨 유니터리 고유 빔포머(tall unitary eigen-beamformer)
Figure 112016101129779-pat00092
나 BD 기반의 프리-빔포머를 사용할 수 있다. 또한,
Figure 112016101129779-pat00093
는 채널 공분산 및 프리-빔포머의 곱으로서, 직교성 요건(orthogonality constraint)을 만족시키기 위해
Figure 112016101129779-pat00094
에 대한 QR 분해(decomposition)를 수행함으로써 최종 프리-빔포머
Figure 112016101129779-pat00095
가 얻어질 수 있다.
<수학식 8>에서, Tall Unitary Eigen-beamformer 또는 BD 기반의 프리-빔포머가 사용될 수 있다. 이는 BD 기반의 프리-빔포머를 사용할 경우 높은 SNR 환경에서 BD의 장점을 가지며, 낮거나 중간의 SNR 환경에서 잡음 강화(noise enhancement)를 방지하는 MMSE 채널 역전(channel inversion)의 효과를 제공한다.
<수학식 8>과 같이, 단일 셀에 속한 항등 행렬(identity matrix)과 함께 그룹 별 긴-주기 채널 정보
Figure 112016101129779-pat00096
가 MMSE 기반의 선형 송신 필터의 특징을 제공한다. 이에 따라, 그룹 별 INR 또는 긴-주기 합-MSE 또는 긴-주기 SINR (예: CQI)이 최적화된다.
다음으로, 다중 셀 환경을 위한, 합-MSE기반의 인접한 간섭 셀의 간섭 그룹까지 고려한 협력된 프리-빔포밍에 대해 설명하면 다음과 같다.
다중 셀의 경우, 앞서 인접한 간섭 셀의 경계 그룹이 서빙 셀로부터 간섭 받는 긴-주기 채널 정보의 채널 유사도 또는 고유-공간
Figure 112016101129779-pat00097
를 고려하여, 프리 빔포머가 설계된다. 상술한 바와 같이, 협력된 빔포밍을 위해, 서빙 셀의 기지국은 인접한 간섭 셀의 간섭 경계 단말로부터 간섭 유출(leakage) 채널에 해당하는 긴-주기 H-PMI와 V-PMI 정보를 중앙국으로부터 수신한다. 그리고, 분산적으로 각 기지국에서 수행되거나, 또는 중앙국에서 집중화된 방식으로, 프리-빔포머들이 결정될 수 있다. 협력화된 그룹 프리-빔포밍에서, 인접한 간섭 셀들의 그룹 간 간섭 제어 또는 널링는 인접 셀의 간섭 그룹 채널의 주요한(dominant) 고유-공간의 널-공간(null-space)까지 고려하여 프로젝션(projection)함으로써 이루어진다.
또한, 널-공간을 고려한 간섭 제어는 합-MSE 관점에 따라 프리-빔포밍으로 확장될 수 있다. 예를 들어. <수학식 7>과 같은 셀의 그룹 합-MSE 대신에, 널-공간을 고려한 간섭 제어는 전체 셀들 간 그룹간 전체 합-MSE로 통합될 수 있고, 이는 <수학식 8>와 유사한 형태로 표현될 수 있다. 구체적으로, 다중 셀을 고려한 프리-빔포머는 행렬 역전(matrix inverse) 안에 인접한 간섭 셀의 경계 그룹들의 간섭 PMI
Figure 112016101129779-pat00098
가 포함되며, 제한된 채널 역전 프리코더(regularized channel inversion precoder) 또는 MMSE 송신 필터 형태로 유도된다. 단일 셀에서의 합-MSE 기반 프리-빔포밍 유도 방식과 마찬가지로, 랑그랑지 승수법(lagrange multiplier)을 이용하여, 송신 전력 제약 부분이 해당 다중 셀 합-MSE 문제를 제약없는(unconstrained) 최적화 문제로 변형하고, 행렬 곱 부등식(matrix product Inequality), 대형 시스템 분석(large system analysis)나 랜덤 행렬 이론(random matrix theory)의 트레이스 정리(trace lemma) 및 프리-빔포머
Figure 112016101129779-pat00099
에 대해 그룹 별 합-MSE 분해(decomposition)를 순서대로 간단히 적용하는 것만으로 얻어질 수 있다.
다음으로, 다중 셀 환경을 위한, 합-MSE기반의 인접한 간섭 셀의 간섭 그룹까지 고려한 결합 처리 기반의 프리-빔포밍은 다음과 같이 수행될 수 있다.
결합 처리는 셀1 및 셀2의 경계 그룹들에 대한 셀 그룹핑을 다시 수행하고, 하나의 수퍼-셀(super-cell)로 MU-MIMO를 수행하는 방식이기 때문에, 새로운 사용자 그룹핑 및
Figure 112016101129779-pat00100
의 크기가 결합 처리되는 협력 셀들의 갯수만큼 커진다. 따라서, 그룹핑 동작의 차이 및
Figure 112016101129779-pat00101
의 크기에 대한 차이 외 나머지 절차는, 전술한 단일 셀에서의 합-MSE 기반 프리-빔포밍을 생성하는 절차와 유사하다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 단말들이 그룹핑된 후, 기지국 110은 그룹-특정 CSI-RS를 송신하고, 짧은-주기 채널 정보를 수신한다. 그룹-특정 CSI-RS의 운용에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
기지국은 그룹 빔포머
Figure 112016101129779-pat00102
이 적용된 그룹-특정 CSI-RS 신호로부터 측정된 순시 채널 정보를 단말들로부터 수신한다. 순시 채널 정보, 즉, 짧은-주기 채널 정보이면서, 프로젝트된 채널인
Figure 112016101129779-pat00103
는 암시적(implicit) 피드백 방식 또는 명시적(explicit) 피드백 방식에 따라 기지국으로 제공될 수 잇다. 여기서, 순시 채널 정보는 송신 상관 행렬(예: 채널 공분산
Figure 112016101129779-pat00104
)의 변화 인지에 대한 정보, 적응형 코드북 인덱스, 고정형 코드북 인덱스, MU-CQI(multi-user CQI), 그룹 간섭 측정, RI (rank information) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 그룹-특정 CSI-RS는 그룹 빔포머
Figure 112016101129779-pat00105
로 빔포밍된 RS로서, 그룹간에 같은 자원을 공유하여 전송된다. 이로 인해, RS를 위한 자원 소모량이 감소될 수 있다. 또한, 기지국은 각 단말로부터 상기의 그룹-특정 CSI-RS 기반으로 평균적으로 예측되는 CQI, 즉, SINR을 피드백 받아서, 다중 셀(multi-cell) 네트워크 유틸리티(Utility)를 최대화할 수 있도록 네트워크 PF 메트릭 합 최대회(metric sum maximiation)을 만족시키는 긴-주기 스케줄링 및 짧은-주기 재스케줄링(short-term Re-scheduling) 정보를 다른 기지국과 제공 및 공유할 수 있다.
다양한 실시 에에 따라 합-MSE 기반의 프리-빔포밍이 적용된 그룹-특정 CSI-RS는 각 그룹에 특정한(specified) RS로서, LTE-A 시스템의 DM-RS 또는 LTE 시스템의 UE-특정 RS 빔포밍 행렬이 곱해진 RS이다. 이때, 그룹 빔포밍 벡터
Figure 112016101129779-pat00106
(
Figure 112016101129779-pat00107
의 i번째 열 벡터)가 각각 곱해지면, S`개의 그룹-특정 RS들이 생성된다. 이때, S`<B`인 경우, RS의 오버헤드를 줄이기 위해, 일부인 S`개의 RS들이 선택될 수 있다. 또한, DM-RS에서와 같이 의사랜덤 시퀀스를 추가적으로 적용하여 서로 간섭 없이 같은 자원이 사용될 수 있다.
LTE 시스템의 CSI-RS와 비교하면, 그룹-특정 RS는 LTE 시스템의 CSI-RS 기능을 다음과 같이 수행한다. 첫째, 그룹-특정 CSI-RS는 단말들이 순시 채널 정보를 피드백할 수 있는 환경을 제공하기 위해 사용된다. 다양한 실시 예들에서, 단말은 그룹-특정 RS를 통해
Figure 112016101129779-pat00108
또는
Figure 112016101129779-pat00109
를 추정할 수 있고, 이를 바탕으로 CQI, PMI, RI 등의 명시적 피드백 정보를 생성할 수 있다. 나아가, 단말은, 협력 통신을 위한 네트워크 비례 공평(proportional fair, PF) 합 최대화(sum maximization)에 적합한 긴-주기 CQI 정보를 제공할 수 있다. 둘째, 그룹-특정 CSI-RS가 수행하는 CSI-RS로서의 역할은 단말들이 순시 채널 정보를 2차 채널 공분산 형태로 평균화 또는 LPF(low-pass filtering)하여 기지국에서 암시적/명시적으로 알려준
Figure 112016101129779-pat00110
정보와 비교할 수 있는 데이터를 제공하는 것이다. 즉, 단말들은 순시 채널 정보로부터 통계적 채널 정보를 결정하고, 결정된 통계적 채널 정보를 기지국으로부터 제공된 통계적 제공 정보와 비교할 수 있다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 단말 120은 그룹-특정 CSI-RS를 이용하여 짧은-주기 채널 정보를 결정하고, 짧은-주기 채널 정보를 피드백한다. 단말의 채널 피드백 운용에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
단말의 피드백 정보는, 고정형 코드북 또는 적응형 코드북에 기반할 수 있다. 짧은-주기 채널 정보에 대한 고정형 코드북/적응형 코드북은 다음과 같이 설계될 수 있다. 명시적 채널 정보의 피드백으로서, PMI대신 짧은-주기 채널 정보에 대한 직접적인 정보가 피드백될 수 있다. 단말은
Figure 112016101129779-pat00111
을 양자화 (quantization)하고, 기지국으로 피드백한다. 예를 들어, 채널 정보는 CDI로 양자화될 수 있다.
FDD 시스템에서 기본적으로 채널 양자화를 통한 RVQ(random vector quantization) 코드북 기반 채널 추정이 가능하다. 단말은 그룹 빔포밍
Figure 112016101129779-pat00112
이 적용된 그룹-특정 CSI-RS로부터 송신 상관 행렬
Figure 112016101129779-pat00113
를
Figure 112016101129779-pat00114
와 같이 측정할 수 있다. 단말은 기지국으로부터 긴-주기 채널 정보로서
Figure 112016101129779-pat00115
를 수신하고, 채널 공간 상관도가 고려된 RVQ 코드북을 운용할 수 있다. 예를 들어, RVQ 코드북은 이하 <수학식 9>와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016101129779-pat00116
<수학식 9>에서,
Figure 112016101129779-pat00117
는 채널 공간 상관도가 고려된 코드북,
Figure 112016101129779-pat00118
는 송신 상관 행렬,
Figure 112016101129779-pat00119
는 RVQ(random vector quatization) 코드북,
Figure 112016101129779-pat00120
는 g번째 그룹을 위한 프리-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00121
는 gk번째 단말의 채널 공분산의 추정을 의미한다. 여기서,
Figure 112016101129779-pat00122
는
Figure 112016101129779-pat00123
와 같은 분포를 가지는 코드북이다.
단말은 알고 있는 채널에 가장 근접한 양자화 채널의 인덱스를 찾기 위해, 내적(inner product)를 사용하여 CDI를 결정한다. CDI의 결정은 이하 <수학식 10>과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016101129779-pat00124
<수학식 10>에서,
Figure 112016101129779-pat00125
는 gk번째 단말의 채널,
Figure 112016101129779-pat00126
는 g번째 그룹을 위한 프리-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00127
는 채널 공간 상관도가 고려된 RVQ 코드북의 j번째 엔티티(entity)를 의미한다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 기지국 110은 짧은-주기 채널 정보를 수신하고, 짧은-주기 채널 정보를 이용하여 포스트-빔포머, 즉, 단말 120을 위한 빔포밍 행렬을 결정한다. 포스트-빔포머의 결정에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
포스트-빔포머는 짧은-주기 채널 정보에 기초하여 결정된다. 나아가, 포스트-빔포머는 짧은-주기 채널 정보 및 긴-주기 채널 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 이때, 포스트-빔포머는 가중치된 MMSE에 기반하여 결정될 수 있다. 즉, 다양한 실시 예들에 따른 포스트-빔포머는 그룹 내 간섭은 물론, 그룹 간 간섭과 잡음을 더 고려하며, 단말의 수신 SINR을 향상시키고 합-전송률 최대화(sum-rate maximization) 요건을 만족시키는 목적에 따라 설계된다.
예를 들어, 단말의 포스트-빔포머는 <수학식 11>과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112016101129779-pat00128
<수학식 11>에서,
Figure 112016101129779-pat00129
는 gk번째 단말을 위한 포스트-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00130
는 전력 평준화(power normalization) 인자(factor),
Figure 112016101129779-pat00131
는 gk번째 단말을 위한 포스트-빔포머
Figure 112016101129779-pat00132
의 평준화된 버전(normalized version)에 해당하는 포스트-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00133
는 합-전송률의 최대화를 위한 가중치,
Figure 112016101129779-pat00134
는 gk번째 단말을 위한 수신 필터에 해당하는 스칼라(scalar) 값,
Figure 112016101129779-pat00135
는 g번째 그룹에 속한 단말들의 갯수,
Figure 112016101129779-pat00136
는 gj번째 단말을 위한 빔 가중치,
Figure 112016101129779-pat00137
는 g번째 그룹을 위한 프리-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00138
는 gj번째 단말의 채널,
Figure 112016101129779-pat00139
는 g번째 그룹의 공분산 행렬,
Figure 112016101129779-pat00140
는 빔포밍의 방향에 관여하는 인자,
Figure 112016101129779-pat00141
는 항등 행렬을 의미한다. 여기서,
Figure 112016101129779-pat00142
는
Figure 112016101129779-pat00143
로 주어지고,
Figure 112016101129779-pat00144
는
Figure 112016101129779-pat00145
로 주어진다.
<수학식 11>에서 주어지는 는 전력 평준화(power normalization)에 관여하는 값으로서, 빔포밍 전력(beamforming power)에 영향을 준다. 는 <수학식 12>과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112016101129779-pat00146
<수학식 12>에서,
Figure 112016101129779-pat00147
는 전력 평준화 인자,
Figure 112016101129779-pat00148
는 전체 송신 전력,
Figure 112016101129779-pat00149
는 그룹들의 갯수,
Figure 112016101129779-pat00150
는 g번째 그룹에 속한 단말들의 갯수,
Figure 112016101129779-pat00151
는 g번째 그룹의 프리-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00152
는 gk번째 단말을 위한 포스트-빔포머
Figure 112016101129779-pat00153
의 평준화된 버전에 해당하는 포스트-빔포머를 의미한다.
<수학식 11>에서
Figure 112016101129779-pat00154
는 빔포밍의 방향에 관여하며, 이하 <수학식 13>과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112016101129779-pat00155
<수학식 13>에서,
Figure 112016101129779-pat00156
는 빔포밍의 방향에 관여하는 인자,
Figure 112016101129779-pat00157
는 잡음 및 간섭 전력,
Figure 112016101129779-pat00158
는 전체 송신 전력,
Figure 112016101129779-pat00159
는 그룹들의 갯수,
Figure 112016101129779-pat00160
는 g번째 그룹에 속한 단말들의 갯수,
Figure 112016101129779-pat00161
는 합-전송률의 최대화를 위한 가중치,
Figure 112016101129779-pat00162
는 gk번째 단말을 위한 수신 필터에 해당하는 스칼라 값을 의미한다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 기지국 110은 데이터 신호를 DM-RS와 함께 송신한다. DM-RS는 프리-빔포머 및 포스트-빔포머에 의해 빔포밍된다. DM-RS 운용에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 다시 말해, 단말의 데이터 디코딩을 위한 프로젝트된 채널에 대한 사용자 특정(user-specific) DM-RS 운용에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기지국의 사용자-특정 DM-RS 할당은 다음가 같이 수행된다. 상술한 바와 같이, 그룹-특정 CSI-RS는 그룹 별 프리-빔포밍이 적용된 프로젝트된 채널
Figure 112016101129779-pat00163
의 짧은-주기 채널 정보를 측정하기 위해 사용된다. 확보된 프로젝트된 채널
Figure 112016101129779-pat00164
의 짧은-주기 채널 정보와 다른 그룹에 대한 통계적 채널 정보
Figure 112016101129779-pat00165
에 기초하여, 기지국은 포스트-빔포머/프리코더, 즉, PGP(per-group processing) 다중-사용자 프리코더서 가중치화된(weighted) MMSE 기반의 {
Figure 112016101129779-pat00166
}을 결정할 수 있다.
프리-빔포머
Figure 112016101129779-pat00167
와 포스트-빔포머
Figure 112016101129779-pat00168
가 결정되면,
Figure 112016101129779-pat00169
번째 단말에게 적합한 사용자-특정 DM-RS가 할당되고, 사용자-특정 DM-RS는 데이터 신호 복조를 위해 사용될 수 있다. 단말은 그룹-특정 CSI-RS에 대한 PMI를 보고하므로, 단말은 자신이 피드백한 PMI를 통해 송신 신호
Figure 112016101129779-pat00170
가 빔포밍됐다고 판단한다. 따라서, 기지국이 선택한 빔포빙 벡터를 알기 위한 추가적인 정보 없이, 단말은 DM-RS를 이용하여 디코딩을 수행할 수 있다.
예를 들어, 단말이 랭크 2로 2개의 CQI 및 PMI를 피드백한 경우, 기지국이 실제 몇 개 랭크 및 어떤 PMI를 적용하였는지 알기 위해, 단말은 블라인드(blind) 검출을 수행할 수 있다. 구체적으로. 단말은 3가지 경우, 즉, 랭크 2로서 제1 PMI, 제2 PMI2 모두 사용, 랭크 1로서 제1 PMI 사용, 랭크 1로서 제2 PMI 등 3가지 경우들에 대해 검출을 수행 후, 포스트(post)-SINR을 계산하여 올바른 랭크와 PMI를 판단할 수 있다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예에 더하여, DM-RS를 수신한 단말은 채널 정보를 피드백할 수 있다. 추가적인 채널 정보의 피드백에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
단말의 MU-CQI 및 RI 채널 피드백 보고는 다음과 같이 수행될 수 있다. DM-RS를 할당하면, 단말 는 DM-RS를 통해 자신이 속한 그룹의 빔포빙 벡터들과 채널간의 내적(inner product)인
Figure 112016101129779-pat00171
를 추정할 수 있다. 모든
Figure 112016101129779-pat00172
개의 빔포밍 벡터들이 동시에 전송된다는 가정 하에, 단말은 이하 <수학식 14>와 같이 SINR에 해당하는 MU-CQI를 측정하고, MU-CQI를 기지국으로 피드백한다.
Figure 112016101129779-pat00173
<수학식 14>에서,
Figure 112016101129779-pat00174
는 gk번째 단말의 다중 사용자 채널 품질 정보,
Figure 112016101129779-pat00175
는 gk번째 단말의 채널,
Figure 112016101129779-pat00176
는 g번째 그룹을 위한 프리-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00177
는 gk번째 단말을 위한 포스트-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00178
는 잡음 및 간섭 전력을 의미한다.
<수학식 14>에서, 는 배경잡음과 다른 셀 간섭을 나타낸다. 기지국은 특정 기준치를 넘는 MU-CQI를 측정한 단말만 채널 정보를 피드백하도록 제어할 수 있다.
그룹 간 간섭 측정은 다음과 같이 수행될 수 있다. 상술한 MU-CQI 계산은 다른 그룹의 간섭은 매우 미미하다는 것을 전제로 한다. 한편, 그룹의 프리-빔포밍 행렬
Figure 112016101129779-pat00179
와 단말
Figure 112016101129779-pat00180
의 고유 행렬
Figure 112016101129779-pat00181
간의 불일치가 심한 경우, 또는 다른 그룹에 다수의 단말들이 속하는 경우, 해당 단말은 다른 그룹으로부터 적지 않은 간섭을 받을 수 있다. 이러한 잠재된 문제점을 해결하기 위해, 다양한 실시 예들에 따라, 단말이 자기 그룹의 그룹-특정 RS 또는 DM-RS만 수신하지 아니하고, 다른 그룹의 그룹-특정 RS 또는 DM-RS를 이용할 수 있다. 구체적으로, 단말은 다른 그룹의 그룹-특정 RS 또는 DM-RS를 수신하고, 다른 그룹의 특정 빔이 큰 간섭을 일으키면, 해당
Figure 112016101129779-pat00182
를 추정할 수 있다. 이때, 단말은 수신 신호에서 자기 그룹의 빔
Figure 112016101129779-pat00183
을 제거하고,
Figure 112016101129779-pat00184
을 추정하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 기지국은 특정 그룹에 속한 단말에게 모든 그룹들의 그룹-특정 RS 또는 DM-RS를 수신할 수 있도록 제어 정보를 제공하거나, 셀 ID 뿐만 아니라 그룹 ID가 추가된 그룹-특정 RS 시퀀스 결정식을 이용할 수 있다. 이와 같이, 단말이 다른 그룹으로부터의 간섭을 고려하는 경우, MU-CQI는 이하 <수학식 15>와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112016101129779-pat00185
<수학식 15>에서,
Figure 112016101129779-pat00186
는 gk번째 단말의 다중 사용자 채널 품질 정보,
Figure 112016101129779-pat00187
는 gk번째 단말의 채널,
Figure 112016101129779-pat00188
는 g번째 그룹을 위한 프리-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00189
는 gk번째 단말을 위한 포스트-빔포머,
Figure 112016101129779-pat00190
는 잡음 및 간섭 전력을 의미한다.
<수학식 15>를 참고하면, 분모의 항들 중
Figure 112016101129779-pat00191
는 다른 그룹의 단말들로 인한 간섭 성분이다. 이때, 계산의 복잡도 감소 및 실질적 간섭 수준을 고려하여, 임계치보다 큰 간섭을 주는 그룹만이
Figure 112016101129779-pat00192
의 계산에 이용될 수 있다.
단말의 RI 보고는 다음과 같이 수행될 수 있다. 전송 안테나와 활성 단말의 수가 많은 환경에서, 다양한 실시 예들에 따라 MU-MIMO에 최적화된 적응형 빔이 활용된다. 따라서, 모든 MIMO 자원이 MU-MIMO로 스케줄링될 확률이 매우 높다. 이 경우, 기지국은 통상적으로 단말의 랭크를 1 또는 2로 제한함으로써, 시스템 용량을 증대할 수 있다. 기지국이 설정한 랭크가 2인 경우, 단말은 2개의 코드워드들에 해당하는 CSI들을 피드백하므로, 기지국은 각 그룹에 속한 단말들의 피드백을 확인하고, 스케줄링된 단말에게 실제 랭크 1로 전송할지 랭크 2로 전송할지 결정할 수 있다.
도 6을 참고하여 설명한 실시 예에 더하여, 중앙국은 단말들로부터 피드백된 채널 정보를 이용하여 스케줄링을 수행할 수 있다. 스케줄링 동작에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
중앙국의 집중된/협력된(centralized/coordinated) 스케줄링은 다음과 같이 수행될 수 있다. 중앙국은 각 기지국으로터 제공된 서빙 셀/간섭 셀의 모든 H-PMI/V-PMI로부터 긴-주기 채널 정보를 복원하고, 긴-주기 채널 정보를 이용하여 다중 셀에 대한 협력 스케줄링(coordinated scheduling)을 수행할 수 있다. 그리고, 중앙국은 프리-빔포밍이 적용된 그룹 CSI로부터 RI, CQI를 추정할 수 있다. 중앙국에서 수행되는 스케줄링은 각 단말의 공정성(fairness)을 나타내는 가중치(weight)가 MU-CQI에 곱해진 로그 유틸리티 함수(Log utility function)을 최대화 하는 형태로서, 개별 셀에 대하여 수행되는 것이 아니라 네트워크 유틸리티(network utility)가 최대화하는 형태로 수행될 수 있다. 따라서, 중앙국에 의한 스케줄링 이후, 개별 기지국에 의한 상세한 스케줄링이 더 수행될 수 있다.
본 개시에 의하면, FDD 시스템에서 대규모 MIMO 전송에 있어서, 통계적 채널 정보가 효율적으로 획득될 수 있다. 나아가, 다양한 실시 예들은 특정 단말의 이동 및 핸드오버에 따라 통계적 채널 정보의 변경 및 유저 그룹핑 구성을 보다 효율적으로 구성할 수 있으며, 채널 상태 정보의 피드백 양을 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 채널 상태 정보의 피드백 양이 감소함에도 불구하고, 상향링크 및 하향링크에서 주파수 효율의 저하가 최소화되며, 낮거나 중간의 SNR 환경에서도, 보다 우수한 성능이 제공된다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (30)

  1. 무선 통신 시스템에 있어서, 제1 기지국에 의해 수행되는 방법은,
    상기 제1 기지국의 셀과 관련된 복수의 단말들 간 간섭 관계에 기반하여 생성된 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 전송하는 단계;
    상기 복수의 단말들 중 제1 단말로부터, 상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들을 이용하여 결정된 제1 긴-주기(long-term) 채널 정보를 수신하는 단계;
    상기 제1 단말로부터, 상기 제1 기지국과 인접한 제2 기지국의 기준 신호들을 이용하여 결정된 제2 긴-주기 채널 정보를 수신하는 단계;
    상기 제1 긴-주기 채널 정보 및 상기 제2 긴-주기 채널 정보에 기반하여, 상기 제1 단말이 포함된 그룹을 식별하는 단계;
    상기 그룹이 포함하는 단말들에게, 상기 제1 긴-주기 채널 정보 및 상기 제2 긴-주기 채널 정보에 기반하여 결정된 제1 빔포머(beamformer)에 의해 빔포밍된 그룹 특정 기준 신호들을 전송하는 단계;
    상기 그룹 특정 기준 신호들을 이용하여 결정된 짧은-주기(short-term) 채널 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 짧은-주기 채널 정보에 기반하여 결정된 제2 빔포머에 의해 빔포밍된 데이터 신호를 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제2 기지국으로부터, 상기 제2 기지국의 셀과 관련된 제2 단말에 대한 제3 긴-주기 채널 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 제3 긴-주기 채널 정보를 더 고려하여 상기 제1 빔포머를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제3 긴-주기 채널 정보는 상기 제1 기지국의 상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들을 이용하여 결정되는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 방법은,
    상기 복수의 단말들로부터 적어도 하나의 상향링크 기준 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 상향링크 기준 신호에 기반하여 상기 복수의 단말들 간 간섭 관계를 식별하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제1 긴-주기 채널 정보 및 상기 제2 긴-주기 채널 정보에 기반하여, 합(sum)-MSE(mean square error) 기반의 상기 제1 빔포머를 결정하는 단계; 및
    상기 짧은-주기 채널 정보에 기반하여, 가중치된(weighted) MMSE(minimum mean square error) 기반의 상기 제2 빔포머를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들은, 상기 제2 기지국의 기준 신호들을 위한 자원과 다른 자원을 통해 전송되는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 단말은 상기 제1 기지국의 셀의 경계에 위치하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제2 기지국에게, 상기 제1 단말로부터 수신된 상기 제2 기지국의 기준 신호들에 대한 제4 긴-주기 채널 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 무선 통신 시스템에 있어서, 단말에 의해 수행되는 방법은,
    제1 기지국의 셀과 관련된 복수의 단말들 간 간섭 관계에 기반하여 생성된 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 수신하는 단계;
    상기 제1 기지국에게, 상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들을 이용하여 결정된 제1 긴-주기(long-term) 채널 정보를 전송하는 단계;
    상기 제1 기지국에게, 상기 제1 기지국과 인접한 제2 기지국의 기준 신호들을 이용하여 결정된 제2 긴-주기 채널 정보를 전송하는 단계;
    상기 제1 긴-주기 채널 정보 및 상기 제2 긴-주기 채널 정보에 기반하여 결정된 제1 빔포머(beamformer)에 의해 빔포밍된 그룹 특정 기준 신호들을 수신하는 단계, 상기 그룹 특정 기준 신호들은 상기 제1 긴-주기 채널 정보 및 상기 제2 긴-주기 채널 정보에 기반하여 식별된 그룹이 포함하는 단말들에게 공통적으로 전송되고;
    상기 그룹 특정 기준 신호들을 이용하여 결정된 짧은-주기(short-term) 채널 정보를 전송하는 단계; 및
    상기 짧은-주기 채널 정보에 기반하여 결정된 제2 빔포머에 의해 빔포밍된 데이터 신호를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제1 기지국에게, 상기 복수의 단말들 간 간섭 관계를 식별하기 위한 상향링크 기준 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 빔포머는, 상기 제1 긴-주기 채널 정보 및 상기 제2 긴-주기 채널 정보에 기반하여, 합(sum)-MSE(mean square error) 기반으로 결정되며,
    상기 제2 빔포머는, 상기 짧은-주기 채널 정보에 기반하여, 가중치된(weighted) MMSE(minimum mean square error) 기반으로 결정되고, 및
    상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들은, 상기 제1 기지국과 인접한 제2 기지국의 기준 신호들을 위한 자원과 다른 자원을 통해 수신되는 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 단말은 상기 제1 기지국의 셀의 경계에 위치하는 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 청구항 9에 있어서,
    네트워크 유틸리티(network utility) 결정, 다중 셀 합 유틸리티(sum utility) 결정 또는 네트워크 합-PF 최대화(network sum-PF maximizaition)를 위해, 상기 제1 기지국에게, 상기 빔포밍된 그룹 특정 기준 신호들에 기반하여 측정되는 제3 긴-주기 채널 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 무선 통신 시스템에 있어서, 제1 기지국은,
    송수신부; 및
    상기 송수신부와 결합된 컨트롤러를 포함하며,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 기지국의 셀과 관련된 복수의 단말들 간 간섭 관계에 기반하여 생성된 수직 기준 신호들 및 수평 기준 신호들을 전송하고,
    상기 복수의 단말들 중 제1 단말로부터, 상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들을 이용하여 결정된 제1 긴-주기(long-term) 채널 정보를 수신하고,
    상기 제1 단말로부터, 상기 제1 기지국과 인접한 제2 기지국의 기준 신호들을 이용하여 결정된 제2 긴-주기 채널 정보를 수신하고,
    상기 제1 긴-주기 채널 정보 및 상기 제2 긴-주기 채널 정보에 기반하여, 상기 제1 단말이 포함된 그룹을 식별하고,
    상기 그룹이 포함하는 단말들에게, 상기 제1 긴-주기 채널 정보 및 상기 제2 긴-주기 채널 정보에 기반하여 결정된 제1 빔포머(beamformer)에 의해 빔포밍된 그룹 특정 기준 신호들을 전송하고,
    상기 그룹 특정 기준 신호들을 이용하여 결정된 짧은-주기(short-term) 채널 정보를 수신하고, 및
    상기 짧은-주기 채널 정보에 기반하여 결정된 제2 빔포머에 의해 빔포밍된 데이터 신호를 전송하도록 구성되는 제1 기지국.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 제2 기지국으로부터, 상기 제2 기지국의 셀과 관련된 제2 단말에 대한 제3 긴-주기 채널 정보를 수신하고, 및
    상기 제3 긴-주기 채널 정보를 더 고려하여 상기 제1 빔포머를 결정하도록 더 구성되고,
    상기 제3 긴-주기 채널 정보는 상기 제1 기지국의 상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들을 이용하여 결정되는 제1 기지국.
  18. 청구항 16에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 단말들로부터 적어도 하나의 상향링크 기준 신호를 수신하고, 및
    상기 적어도 하나의 상향링크 기준 신호에 기반하여 상기 복수의 단말들 간 간섭 관계를 식별하도록 구성되는 제1 기지국.
  19. 청구항 16에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 제1 긴-주기 채널 정보 및 상기 제2 긴-주기 채널 정보에 기반하여, 합(sum)-MSE(mean square error) 기반의 상기 제1 빔포머를 결정하고, 및
    상기 짧은-주기 채널 정보에 기반하여, 가중치된(weighted) MMSE(minimum mean square error) 기반의 상기 제2 빔포머를 결정하도록 더 구성되고,
    상기 수직 기준 신호들 및 상기 수평 기준 신호들은, 상기 제2 기지국의 기준 신호들을 위한 자원과 다른 자원을 통해 전송되는 제1 기지국.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 단말은 상기 제1 기지국의 셀의 경계에 위치하는 제1 기지국.
  21. 청구항 16에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 제2 기지국에게, 상기 제1 단말로부터 수신된 상기 제2 기지국의 기준신호들에 대한 제4 긴-주기 채널 정보를 전송하도록 더 구성되는 제1 기지국.
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