KR101031723B1

KR101031723B1 - 다중 안테나 시스템에서 채널 정보 보고 방법

Info

Publication number: KR101031723B1
Application number: KR1020097003195A
Authority: KR
Inventors: 이욱봉; 임빈철; 이문일; 고현수; 천진영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2011-04-29
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: US20090067531A1; EP2076981A4; KR20090045248A; WO2008051038A1; EP2076981A1; TW200832959A

Abstract

다중 안테나 시스템에서 기지국에게 하향링크 채널 정보를 보고하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 서브밴드를 포함하는 전체 서브밴드에 대한 하나의 랭크를 보고하는 단계, 및 상기 하나의 랭크에 대한 적어도 하나의 서브밴드의 CQI(Channel Quality Indication)를 보고하는 단계를 포함한다. 채널 정보의 보고에 필요한 무선자원이 줄어들고, 시그널링 오버헤드가 최소화될 수 있다.

Description

다중 안테나 시스템에서 채널 정보 보고 방법{METHOD FOR REPORTING CHANNEL INFORMATION IN MULTIPLE ANTENNA SYSTEM}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 다중 안테나 시스템에서 채널 정보 보고 방법에 관한 것이다.

정보 통신 서비스의 보편화와 다양한 멀티미디어 서비스들의 등장, 고품질 서비스의 출현 등 통신 서비스에 대한 요구가 급속히 증대되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 다양한 무선 통신 기술들이 여러 분야에서 연구되고 있다.

높은 주파수 효율(spectral efficiency)을 얻기 위해 다중 공간 스트림(multiple spatial stream)을 동시에 전송할 수 있는 MIMO(multiple input multiple output) 기술을 사용하는 것이 요구되고 있다. MIMO 기술은 다중 송신 안테나와 적어도 하나의 수신 안테나를 채용한다.

다중 안테나에 의해 제공되는 MIMO 채널은 독립 채널로 분해될(decompose) 수 있다. 송신 안테나의 수를 Nt, 수신 안테나의 수를 Nr이라 할 때, 독립 채널의 수 Ni는 Ni ≤ min{Nt, Nr}이 된다. 각각의 독립 채널은 공간 계층(spatial layer)이라고 할 수 있다.

랭크(rank)는 MIMO 채널 행렬의 영이 아닌 고유값(non-zero eigenvalue)의 수로, 다중화될 수 있는 공간 스트림의 수로 정의될 수 있다. 랭크와 독립 채널의 수는 같다. 랭크가 1인 경우 하나의 공간 계층 상에서 하나의 스트림이 송신될 수 있고, 랭크가 2인 경우 2개의 공간 계층 상에서 독립적인 2개의 스트림이 동시에 송신될 수 있다. 랭크가 K인 경우, 서로 다른 송신률을 갖는 K개의 독립적인 스트림이 각 공간 계층 상에서 송신될 수 있다.

시스템이 4×4 MIMO에서, 최대 4 랭크 (4 MIMO 계층) 송신이 가능하다. 하지만, 최대 랭크를 이용한 송신이 항상 바람직한 것은 아니다. MIMO 채널은 송신에 사용되는 최대 랭크를 제한할 수 있다. 송신률 관점에서 높은 랭크 전송이 낮은 랭크 전송보다 우위에 있지만, 나쁜 채널 상태에서는 낮은 랭크 전송이 바람직하다.

다중 안테나의 이득을 얻기 위해서는 하향링크 전송 방식을 조절하도록(tune) 단말의 채널 종속적인 귀환을 활용하는 MIMO 시스템을 설계하는 것이 필요하다. 이를 위해 단말은 채널 정보를 귀환시키는 것이 필요하다.

단말이 각각의 자원 블록(resource block)에 대해 채널 정보를 보고한다면 가장 높은 유연성을 얻을 수 있다. 그러나 모든 자원 블록에 대한 채널 정보가 보고된다면, 높은 시그널링 오버헤드(overhead)를 유발할 수 있다.

MIMO 시스템에 있어서 채널 정보로 인한 시그널링 오버헤드를 줄일 수 있은 방법이 요구된다.

기술적 과제

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 안테나 시스템에서 시그널링 오버헤드를 줄이는 채널 정보 보고 방법을 제공하는 데 있다.

기술적 해결방법

일 양태에 있어서, 다중 안테나 시스템에서 기지국에게 하향링크 채널 정보를 보고하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 서브밴드를 포함하는 전체 서브밴드에 대한 하나의 랭크를 보고하는 단계, 및 상기 하나의 랭크에 대한 적어도 하나의 서브밴드의 CQI(Channel Quality Indication)를 보고하는 단계를 포함한다.

다른 양태에 있어서, 다중 안테나 시스템에서 기지국에게 하향링크 채널 정보를 보고하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 서브밴드를 포함하는 전체 서브밴드에 대한 하나의 랭크를 선택하는 단계, 상기 하나의 랭크를 보고하는 단계, 및 상기 하나의 랭크에 대한 적어도 하나의 서브밴드의 CQI(Channel Quality Indication)를 보고하는 단계를 포함한다.

또 다른 양태에 있어서, 다중 안테나 시스템에서 하향링크 데이터를 송신하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 전체 서브밴드에 대한 하나의 랭크를 수신하는 단계, 상기 하나의 랭크에 대한 CQI를 수신하는 단계, 하향링크 제어 채널을 통해 상기 하나의 랭크를 이용하여 결정되는 랭크를 송신하는 단계, 상기 랭크 및 CQI를 이용하여 적어도 하나의 서브밴드를 할당하는 단계, 및 상기 할당된 서브밴드를 통해 상기 하향링크 데이터를 송신하는 단계를 포함한다.

유리한 효과

단말은 특정 기준을 기초로 전체 밴드에 대해 하나의 랭크를 선택하고, 하나의 랭크를 보고한다. 채널 정보의 보고에 필요한 무선자원이 줄어들고, 시그널링 오버헤드가 최소화될 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기를 나타낸 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기를 나타낸 블록도이다.

도 3은 OFDMA에 기반한 시스템의 자원 구성을 나타낸다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 정보 보고 방법을 나타낸 순서도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 정보 보고 방법을 나타낸 예시도이다.

발명의 실시를 위한 형태

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access) 시스템, WCDMA(wideband CDMA) 시스템, FDMA(frequemcy division access system) 시스템, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반 시스템, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템 등 다양한 통신 시스템에 사용될 수 있다. OFDM은 전체 시스템 대역폭(system bandwidth)을 다수의 직교 서브밴브(subband)로 효율적으로 분할하는 다중 반송파 변조 기술이다. 상기 서브밴브는 톤(tone), 부반송파(subcarrier), 서브채널 등으로 참조될 수 있다.

상기 통신 시스템은 다중 입력 다중 출력(multiple-input multiple-output; MIMO) 시스템 또는 다중 입력 싱글 출력(multiple-input single-output; MISO) 시스템일 수 있다. MIMO 시스템은 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다. MISO 시스템은 다수의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다.

기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(node-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 단말은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

하향링크는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국의 일부일 수 있고 수신기는 단말의 일부일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말의 일부일 수 있고 수신기는 기지국의 일부일 수 있다.

도 1을 참조하면, 송신기(100)는 스케줄러(110), 채널인코더(120-1,...,120-K), 맵퍼(130-1,...,130-K), MIMO 처리기(140-1,...,140-K) 및 다중화기(150)를 포함한다. 송신기(100)는 Nt(Nt>1)개의 송신 안테나(190-1,..,190-Nt)를 포함한다.

스케줄러(110)는 N명의 사용자들로부터 데이터를 입력받아, 한번에 송신될 K개의 스트림을 출력한다. 스케줄러(110)는 귀환 정보로부터 코드률(code rate), 변조 방식과 같은 변조 및 코딩 방식(modulation and coding scmeme, MCS)을 선택하여, 채널인코더(120-1,...,120-K), 맵퍼(130-1,...,130-K) 및 MIMO 처리기(140-1,...,140-K)로 보낸다. 스케줄러(110)는 MIMO 방식을 선택하여, 선택된 MIMO 방식을 MIMO 처리기(140-1,...,140-K)로 보낸다.

채널인코더(120-1,...,120-K)는 입력되는 스트림을 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded data)를 형성한다. 맵퍼(130-1,...,130-K)는 부호화된 데이터를 신호 성상(signal constellation) 상의 데이터 심벌로 맵핑한다. 변조 방식(modulation scheme)에는 제한이 없으며, m-PSK(m-Phase Shift Keying) 또는 m-QAM(m-Quadrature Amplitude Modulation)일 수 있다. 예를 들어, m-PSK는 BPSK, QPSK 또는 8-PSK 일 수 있다. m-QAM은 16-QAM, 64-QAM 또는 256-QAM 일 수 있다.

MIMO 처리기(140-1,...,140-K)는 데이터 심벌을 다중 송신 안테나(190-1,..,190-Nt)에 따른 MIMO 방식으로 처리한다. 예를 들어, MIMO 처리기(140-1,...,140-K)는 코드북(codebook) 기반의 프리코딩을 프리코딩을 수행할 수 있다.

다중화기(150)는 입력 심벌을 적절한 부반송파에 할당하고, 사용자에 따라 다중화한다. OFDM 변조기(160)는 입력 심벌을 OFDM 변조하여 OFDM 심벌을 출력한다. OFDM 변조기(160)는 입력 심벌에 대해 IFFT(inverse fast Fourier transform)를 수행할 수 있으며, IFFT를 수행한 후 CP(cyclic prefix)를 더 삽입할 수 있다. OFDM 심벌은 각 송신 안테나(190-1,..,190-Nt)를 통해 송신된다.

송신기(100)는 두가지 모드로 동작할 수 있다. 하나는 싱글 코드워드(single codeword) 모드이고, 다른 하나는 다중 코드워드(multiple codeword) 모드이다. 싱글 코드워드 모드에서는 MIMO 채널을 통해 송신되는 송신 신호가 동일한 송신률(data rate)를 갖는다. 다중 코드워드 모드에서는 MIMO 채널을 통해 송신되는 데이터가 독립적으로 인코딩되어, 송신 신호가 서로 다른 송신률을 가질 수 있다.

도 2를 참조하면, 수신기(200)는 OFDM 복조기(220), 디맵퍼(230), 채널디코더(240) 및 제어기(260)를 포함한다.

수신 안테나(290-1, ..., 290-Nr)로부터 수신된 신호는 OFDM 복조기(210)에 의해 FFT(fast Fourier transform)가 수행된다. 채널 추정기(220)는 채널을 추정하고, MIMO 후처리기(230)는 MIMO 처리기(140-1,...,140-K)에 대응하는 후처리를 수행한다. 디맵퍼(240)는 입력 심벌을 부호화된 데이터로 디맵핑하고, 채널 디코더(250)는 부호화된 데이터를 디코딩하여 원래 데이터를 복원한다. 제어기(260)는 추정된 채널 등을 통해 적절한 귀환 정보를 생성하여, 이를 송신기(100)로 귀환시킨다.

도 3은 OFDMA에 기반한 시스템의 자원 구성을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 전체 시스템의 대역폭은 다수의 서브밴드(subband)로 나뉜다. 서브밴드는 각 단말에게 할당되는 주파수 자원의 단위이다. 서브밴드는 자원 블록 또는 서브패널이라고 불리울 수 있다. 각 단말은 적어도 하나의 서브밴드를 할당받을 수 있다.

전체 시스템의 대역폭을 512개로 분할하는, 즉 FFT 크기가 512인 OFDMA 시스템이라고 가정한다. 서브밴드는 12개의 부반송파를 포함하고, 그 갯수는 모두 25(L=25)개라 한다. 시스템 대역폭의 양단에는 보호밴드(guard band)가 설정된다.

기지국은 N 단말들로부터 K (K<N) 단말들을 선택하기 위해서 하향링크 채널 정보를 알아야 한다. 기지국은 단말로부터 보고되는 채널 정보를 이용하여 적어도 하나의 서브밴드를 사용자에게 할당한다. 하향링크 채널 정보는 CQI(channel quality indication), 랭크, PMI(precoding matrix indication)을 포함할 수 있다. 채널 정보를 기반으로, 기지국은 각 단말에게 특정 기준에 따라 무선 자원을 할당한다.

각 단말에게 할당되는 최소 송신 단위가 서브밴드이므로, 채널 정보 모두가 서브밴드에 맞추어서 계산되고 송신되는 것이 필요하다. 만약 섹터 또는 셀 내에 단말의 수가 적다면, 각 단말은 복수의 서브밴드를 할당받을 수 있다.

하나의 단말이 M개의 서브밴드를 할당받는다면, 기지국은 단말에게 자원 할당 정보와 선택된 MCS 및 MIMO 방식을 하향링크 채널을 통해 알려주어야 한다. 만약 L개의 서브밴드가 단말에게 선택된다면, 기지국은 단말에게 하향링크 제어채널사으로 L개의 선택된 서브밴드에 대한 정보를 보내주어야 한다. 이는 하향링크 제어 신호에 큰 트래픽 부하를 가져올 수 있다.

각 서브밴드 별로 적절한 MCS 및 랭크가 다를 수 있다. MCS만 다르고 단말이 M개의 서브밴드를 할당받았을 때, M 서브밴드의 평균 CQI는 다음 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.

여기서, CQI_i는 i번째 서브밴드의 CQI이다.

하지만 각 서브밴드의 랭크가 다른 경우 수학식 1과 같은 방법으로 평균 CQI를 계산할 수 없다. 이 경우 각 랭크마다 그에 따른 CQI를 보내서 기지국이 각 랭크마다 평균 CQI를 계산한 후 제일 좋은 랭크로 데이터를 송신할 수 있지만 귀환 정보의 양이 늘어난다.

도 4를 참조하면, 랭크별로 서브밴드의 SINR(signal-to-interference plus noise ratio)를 계산한다(S220).

특정 기준(criterion)에 따라 모든 서브밴드에 대해 동일한 하나의 랭크를 결정한다(S230).

단말은 특정 기준에 따라 모든 서브밴드에 대해 동일 랭크를 결정하도록 하여, 하나의 랭크만을 선택하고, 하나의 랭크 및 하나의 랭크에 따른 CQI를 보고한다(S230). 만약 코드북 기반의 프리코딩을 사용하는 경우, 단말은 하나의 랭크, CQI와 더불어, PMI를 보고할 수 있다.

단말은 전체 서브밴드에서 선택되는 하나의 랭크만을 기지국으로 보고하여 귀환 오버헤드를 줄일 수 있다. 그리고, 기지국은 단말에게 하향링크 데이터를 위해 적어도 하나의 서브밴드를 할당한다.

단말은 하나의 랭크를 결정하기 위해 각 랭크에 대한 메트릭(metric)을 계산할 수 있다. 메트릭은 각 서브밴드 및 각 랭크에 대해 계산되는 SINR을 사용하여 계산될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 하나의 랭크를 결정하기 위한 메트릭로 각 랭크별 수율(throughput) 또는 용량(capacity)이 계산될 수 있다. 가장 큰 값을 갖는 랭크가 상기 하나의 랭크로 선택된다.

싱글 코드워드 모드인 경우, 하나의 랭크는 다음과 같이 결정될 수 있다.

여기서, b는 서브밴드의 인덱스이고, r은 랭크의 인덱스이고, SINR_r _,b는 r번째 랭크, b번째 서브밴드의 SINR이다. f()는 용량 또는 수율을 나타내는 SINR의 함수이고, 이 값이 메트릭이 된다.

매 랭크별로 메트릭의 값을 비교하여, 가장 큰 메트릭을 가지는 값을 갖는 랭크를 하나의 랭크로 선택한다.

예를 들어, 총 8개의 서브밴드와 랭크 1, 랭크 2의 2개의 랭크가 존재하는 시스템을 가정하고 각 서브밴드, 랭크에서의 메트릭이 표 1과 같다고 한다.

	랭크 1	랭크 2
서브밴드 1	1.0	1.8
서브밴드 2	1.2	2.4
서브밴드 3	0.4	1.3
서브밴드 4	1.1	0.8
서브밴드 5	2.5	1.4
서브밴드 6	1.8	1.3
서브밴드 7	0.9	0.7
서브밴드 8	0.6	1.0

랭크 1의 메트릭의 가장 큰 값은 서브밴드 5에서 2.5이고, 랭크 2의 메트릭의 가장 큰 값은 서브밴드 2에서 2.4이다. 따라서, 하나의 랭크는 랭크 1로 결정하고 이에 따른 CQI, 코드북 인덱스 또는 PMI가 귀환된다.

다중 코드워드 모드인 경우 다음과 같이 하나의 랭크를 결정할 수 있다.

여기서, Cr는 랭크 r에 대한 코드워드의 수, SINR_r _,b,i는 r번째 랭크, b번째 서브밴드, i번째 코드워드의 SINR이다. 매 랭크에 대해 Cr개의 메트릭의 합을 비교하여, 가장 큰 합을 갖는 랭크를 하나의 랭크로 선택한다.

예를 들어, 총 8개의 서브밴드와 랭크 1, 랭크 2의 2개의 랭크가 존재하는 시스템을 가정하고 각 서브밴드, 랭크에서의 메트릭이 표 2와 같다고 한다.

	랭크 1	랭크 2
서브밴드 1	1.0	0.8	1.0
서브밴드 2	1.2	1.0	1.4
서브밴드 3	0.4	0.8	0.5
서브밴드 4	1.1	0.6	0.2
서브밴드 5	2.5	0.7	0.7
서브밴드 6	1.8	0.6	0.7
서브밴드 7	0.9	0.4	0.3
서브밴드 8	0.6	0.5	0.5

랭크 1의 C₁은 1이고, 랭크 2의 C₂는 2이다. 랭크 1의 메트릭의 가장 큰 합은 서브밴드 5에서 2.5이고, 랭크 2의 메트릭의 가장 큰 합은 서브밴드 2에서 2.4이다. 따라서, 하나의 랭크는 랭크 1로 결정하고 이에 따른 CQI, 코드북 인덱스 또는 PMI를 귀환시킨다.

다른 실시예에 있어서, 랭크를 결정하기 위한 기준으로 J개의 가장 좋은 수율(또는 용량)을 갖는 서브밴드들의 수율 합(또는 용량 합)이 각 랭크마다 계산된다. 가장 큰 수율 합(또는 용량 합)을 갖는 큰 랭크를 하나의 랭크로 선택할 수 있다. J는 서브밴드의 개수, 귀환 방식 또는 MIMO 방식 등에 따라 결정되는 파라미터이다. J는 기지국과 단말간에 미리 알고 있는 값일 수 있고, 기지국이 단말에게 송신할 수도 있다.

싱글 코드워드 모드인 경우 다음과 같이 하나의 랭크를 결정할 수 있다.

여기서, order()는 내부 값을 내림차순으로 정렬하는 함수이다.

랭크 별로 메트릭을 구하고, 각 랭크별 내림차순으로 정렬한 후에 가장 좋은 J개의 메트릭의 합을 구한다. 매 랭크에 대한 메트릭 합을 비교하여, 가장 큰 메크릭 합을 가지는 랭크를 하나의 랭크로 선택한다.

예를 들어, 총 8개의 서브밴드와 랭크 1, 랭크 2의 2개의 랭크가 존재하는 시스템을 가정하고 각 서브밴드, 랭크에서의 메트릭이 표 3과 같다고 한다.

J = 4 라고 가정하자. 표 3에서, 랭크 1의 가장 좋은 4개(서브밴드 2, 4, 5, 6)의 메트릭의 합은 6.6이고, 랭크 2의 가장 좋은 4개(서브밴드 1, 2, 3, 5)의 메트릭의 합은 6.9이다. 따라서, 하나의 랭크는 랭크 2로 결정하고 이에 따른 CQI, 코드북 인덱스 또는 PMI을 귀환시킨다.

다중 코드워드 모드인 경우 다음 식과 같이 하나의 랭크를 결정할 수 있다.

여기서, Cr는 랭크 r에 대한 코드워드의 갯수이다.

각 랭크의 모든 서브밴드에 대해 Cr개의 메트릭의 합을 구하고, 각 서브밴드별로 내림차순으로 정렬한다. 각 랭크의 가장 좋은 J개의 메트릭의 합을 구한다. 매 랭크의 메트릭 합을 비교하여, 가장 큰 메트릭 합을 갖는 랭크를 하나의 랭크로 선택한다.

예를 들어, 총 8개의 서브밴드와 랭크 1, 랭크 2의 2개의 랭크가 존재하는 시스템을 가정하고 각 서브밴드, 랭크에서의 메트릭이 표 4와 같다고 한다.

랭크 1의 C₁은 1이고, 랭크 2의 C₂는 2이다. J = 4으로 가정하자. 표 4에서, 랭크 1의 가장 큰 4개(서브밴드 2, 4, 5, 6) 메트릭의 합은 6.6이고, 랭크 2의 가장 큰 4개(서브밴드 1, 2, 3, 5)의 메트릭의 합은 6.9이다. 따라서, 하나의 랭크는 랭크 2로 결정된다.

모든 서브밴드에 대한 모든 CQI를 귀환시키는 경우, 일부 서브밴드의 CQI를 시키는 경우 경우, DCT(discrete cosine transform)를 이용해서 CQI를 귀환시키는 경우 등에 있어서도 싱글 코드워드 모드는 수학식 2 또는 수학식 4를 통해서, 다중 코드워드 모드는 수학식 3 또는 수학식 5를 통해서 모든 서브밴드에 대한 하나의 랭크를 결정할 수 있다. 단말은 하나의 랭크에 대한 각 서브밴드의 CQI를 획득하고, 기지국으로 하나의 랭크와 CQI를 보고한다. 단말은 모든 서브밴드의 CQI 또는 일부 서브밴드의 CQI를 보고할 수 있다. 모든 서브밴드의 수가 12일 때, 단말은 12개의 서브밴드 각각에 대한 CQI를 획득하고, 12개의 CQI를 보고할 수 있다. 또는, 단말은 12개의 서브밴드 중에서 가장 좋은 CQI를 갖는 3개의 서브밴드를 선택하고, 3개의 CQI를 보고할 수 있다. 나머지 9개의 서브밴드에 대해서는 9개의 서브밴드에 대한 평균 CQI가 보고될 수 있다.

이하에서, L 개의 서브밴드 중 가장 좋은 M (M<L)개의 서브밴드의 CQI가 보고되고, 나머지 서브밴드의 평균 CQI가 보고될 때 하나의 랭크를 결정하는 방법을 개시한다. M 값은 기지국과 단말간에 미리 알고 있는 값일 수 있고, 기지국이 단말에게 송신할 수도 있다.

하나의 랭크를 결정하기 위한 기준으로 각 랭크별 수율(또는 용량)을 계산하여, 가장 큰 값을 갖는 랭크를 하나의 랭크로 선택할 때, 싱글 코드워드 모드에서 수학식 2를 이용하여 결정할 수 있고, 다중 코드워드 모드에서 수학식 3을 이용하여 결정할 수 있다.

하나의 랭크를 결정하기 위한 기준으로 각 랭크별로 J개의 수율 합(또는 용량 합)을 취하는 경우에는, M이 J보다 크다면 싱글 코드워드 모드에서 수학식 4를 이용하여 하나의 랭크를 결정할 수 있고, 다중 코드워드 모드에서 수학식 5를 이용하여 하나의 랭크를 결정할 수 있다.

M이 J보다 작으면 싱글 코드워드 모드에서 다음과 같이 하나의 랭크를 결정할 수 있다.

예를 들어, 총 8개의 서브밴드와 랭크 1, 랭크 2의 2개의 랭크가 존재하는 시스템을 가정하고 각 서브밴드, 랭크에서의 메트릭이 표 5와 같다고 하자.

J = 4, M = 2라고 가정하자. M이 J보다 작으므로, 하나의 랭크는 M개의 메트릭의 합으로 결정한다. 즉, 랭크 1의 가장 좋은 2개(서브밴드 5, 6)의 메트릭의 합은 4.3이고, 랭크 2의 가장 좋은 2개의 메트릭(서브밴드 1, 2)의 합은 4.2이다. 따라서, 하나의 랭크는 랭크 1로 결정된다.

M이 J보다 작으면 다중 코드워드 모드에서 다음과 같이 하나의 랭크를 결정할 수 있다.

예를 들어, 총 8개의 서브밴드와 랭크 1, 랭크 2의 2개의 랭크가 존재하는 시스템을 가정하고 각 서브밴드, 랭크에서의 메트릭이 표 6와 같다고 하자.

J = 4, M = 2라고 가정하자. M이 J보다 작으므로 M개의 메트릭의 합으로 하나의 랭크를 결정한다. 즉, 랭크 1의 가장 큰 2개의 메트릭의 합은 4.3이고, 랭크 2의 가장 큰 2개의 메트릭의 합은 4.2이다. 따라서, 하나의 랭크는 랭크 2로 결정된다.

이하에서는 제안된 방법의 장점을 보여주는 구체적인 예를 기술한다.

다중 코드워드 모드를 가정하고, 랭크 1의 C₁=1, 랭크 2의 C₂=2라 한다. MIMO 방식으로 랭크 1에 대해 순환 지연 다이버시티(cyclic delay diversity; CDD)를 사용하고, 랭크 2에 대해 일반화된 CDD(generalized CDD)를 사용한다. 수신기는 랭크 2의 수신 기법으로 SIC(successive interference cancellation)를 사용한다. FFT 크기는 512이고, 1 서브밴드는 36개의 부반송파와 10개의 OFDM 심벌로 구성되어 있고, 총 8개의 서브밴드가 있다고 한다. 섹터당 10명의 단말이 존재하고, 일반적인 비례 공평 알고리즘(proportional fair algorithm)으로 스케줄링된다고 한다.

서브밴드 당 하나의 랭크에 대한 CQI를 귀환한다고 한다. 각 서브밴드 당 랭크는 다를 수 있다.

< 제 1 예제 >

하나의 단말이 하나의 서브밴드를 할당받고, 단말은 각 서브밴드 당 랭크와 그에 따른 CQI를 귀환시킨다. 기지국은 각 서브밴드 당 자원 할당 정보 (MCS, MIMO 방식 등)을 단말에게 알려준다.

단말이 랭크별로 측정한 CQI는 다음 표 7 (단위: 데시벨)과 같다.

	랭크 1	랭크 2
서브밴드 1	2.35	0.88	2.35
서브밴드 2	3.66	2.35	4.85
서브밴드 3	-3.08	0.88	-1.88
서브밴드 4	3.02	-0.85	-6.55
서브밴드 5	10.49	0.06	0.06
서브밴드 6	7.03	-0.85	0.06
서브밴드 7	1.64	-3.08	-4.56
서브밴드 8	-0.85	-1.88	-1.88

기준으로는 용량 f(SINR) = log(1+CQI)을 사용한다고 할 때, 측정된 CQI를 이용하여 구한 메트릭은 다음 표 8과 같다.

	랭크 1	랭크 2
서브밴드 1	1.4	1.1	1.4
서브밴드 2	1.7	1.5	2.0
서브밴드 3	0.9	1.1	0.7
서브밴드 4	1.6	0.8	0.3
서브밴드 5	3.6	1.0	1.0
서브밴드 6	2.6	0.8	1.0
서브밴드 7	1.3	0.6	0.4
서브밴드 8	0.8	0.7	0.7

서브밴드 1, 2, 3, 8은 랭크 1의 메트릭보다 랭크 2의 메트릭 합이 더 크므로, 랭크 2를 선택한다. 서브밴드 4, 5, 6, 7은 랭크 1의 메트릭보다 랭크 2의 메트릭 합이 더 작으므로, 랭크 1을 선택한다. 귀환 정보는 서브밴드별 랭크 정보과 그 CQI이므로, 각 사용자는 다음 표 9와 같이 귀환시킨다.

	랭크 정보	CQI
서브밴드 1	2	0.88	2.35
서브밴드 2	2	2.35	4.85
서브밴드 3	2	0.88	-1.88
서브밴드 4	1	3.02
서브밴드 5	1	10.49
서브밴드 6	1	7.03
서브밴드 7	1	1.64
서브밴드 8	2	-1.88	-1.88

< 제 2 예제 >

하나의 단말이 다수의 서브밴드를 할당받고, 단말은 각 서브밴드 당 랭크와 그에 따른 CQI를 귀환시킨다. 기지국은 각 서브밴드 당 자원 할당 정보 (MCS, MIMO 방식 등)을 단말에게 알려준다.

설명을 간단히 하기 위해, 도 7 및 8의 CQI와 메트릭을 사용한다. 사용자는 각각 다음 표 10과 같은 귀환 정보를 귀환시킨다.

이 예제는 단말이 각 서브밴드마다 채널 정보 모두를 보고하는 점에서 제1 예제와 같다. 하지만, 제1 예제는 단말이 하나의 서브밴드만 할당받지만, 이 예제는 단말이 다수의 서브밴드를 할당받을 수 있다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 제1 예제에 비해 하항링크 제어 정보가 줄어든다.

< 제 3 예제 >

하나의 단말이 다수의 서브밴드를 할당받고, 단말은 가장 큰 메트릭 값을 자는 랭크를 하나의 랭크로 선택한다.

설명을 간단히 하기 위해, 도 7 및 8의 CQI와 메트릭을 사용한다. 서브밴드 1부터 서브밴드 8까지 랭크 1의 메트릭과 랭크 2의 메트릭의 합을 비교할 때, 서브밴드 5의 3.6이 가장 크다(수학식 3 참조). 따라서, 하나의 랭크는 1로 선택된다. 각 서브밴드에 대응하는 CQI가 귀환된다. 표 11은 채널 정보를 나타낸다.

랭크 정보 = 랭크 1

	CQI
서브밴드 1	2.35
서브밴드 2	3.66
서브밴드 3	-3.08
서브밴드 4	3.02
서브밴드 5	10.49
서브밴드 6	7.03
서브밴드 7	1.64
서브밴드 8	-0.85

여기서, CQI는 그 값을 그대로 보낼 수 있고, 이전값과의 차분값을 귀환시킬 수도 있다.

단말은 하나의 랭크 및 하나의 랭크에 대한 서브밴드의 CQI를 보고한다. 제1 예제 및 제2 예제와 비교하여, 채널 정보의 송신에 따른 무선 자원의 양이 줄어든다.

< 제 4 예제 >

하나의 단말이 다수의 서브밴드를 할당받고, 단말은 J개의 가장 좋은 서브밴드의 합을 기반으로 하나의 랭크를 선택한다.

설명을 간단히 하기 위해, 도 7 및 8의 CQI와 메트릭을 사용한다. J=4 라 가정한다. 랭크 1에 대해 가장 좋은 서브밴드는 5, 6, 2, 4의 순이고, 이들의 메트릭의 합은 9.5 이다. 랭크 2에 대해 가장 좋은 서브밴드는 2, 1, 5, 3의 순이고, 이들의 메트릭의 합의 합은 9.8이다. 따라서, 랭크 2로 선택하고(수학식 5 참조), 이에 따른 각 서브밴드의 CQI를 귀환시킨다. 표 12는 귀환 정보를 나타낸다.

랭크 정보 = 랭크 2

	CQI
서브밴드 1	0.88	2.35
서브밴드 2	2.35	4.85
서브밴드 3	0.88	-1.88
서브밴드 4	-0.85	-6.55
서브밴드 5	0.06	0.06
서브밴드 6	-0.85	0.06
서브밴드 7	-3.08	-4.56
서브밴드 8	-1.88	-1.88

단말은 사용자는 J개의 제일 좋은 서브밴드의 합으로 하나의 랭크를 선택하고, 하나의 랭크의 CQI를 보고한다. 각 사용자는 다수의 서브밴드를 할당받는다. 제1 예제 및 제2 예제와 비교하여, 채널 정보의 송신에 따른 무선 자원의 양이 줄어든다.

표 13은 상기 예제들에 대한 주파수 효율(spectral efficiency)를 나타낸다.

	제1 예제	제 2 예제	제3 예제	제4 예제
Spectral efficiency (bps/Hz/sector)	1.78	2.03	1.91	1.93

제2 예제에 비하여 제3 및 4 예제는 약 6% 정도의 성능 차이가 있지만, 제3 및 4 예제는 귀환되는 채널 정보의 양이 작다. 기지국이 단말에게 알려주는 자원 할당 정보의 양도도 작다. 보고되는 채널 정보의 양은 제1 및 2 예제는 약 (서브밴드의 수)×log₂(# of 가능 랭크) 비트가 되고, 제3 및 4 예제는 약 1×log₂(# of 가능 랭크) 비트가 된다.

따라서, 비록 단말은 하나의 랭크 및 하나의 랭크에 대한 CQI를 보고하지만, 성능 저하는 그리 크지 않다. 시그널링 오버헤드는 줄어들 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 정보 보고 방법을 나타내는 예시도이다.

도 5를 참조하면, 시스템 대역폭을 다수의 주 대역(primary band)으로 나눈다. 주 대역은 시스템 대역폭보다 작은 대역폭을 가지며, 하나 또는 그 이상의 서브밴드를 포함할 수 있다. 시스템 대역폭에 동일한 하나의 랭크를 결정하는 경우, 시스템 대역폭이 커지면 효율이 떨어질 수 있다. 예를 들어, 5MHz 또는 그 이하의 대역폭을 갖는 시스템에서는 하나의 랭크만을 선택할 수 있다. 10MHz, 15MHz, 20MHz 등 5MHz 이상의 대역폭을 갖는 시스템에서는 시스템 대역폭을 다수의 주 대역으로 나누고, 각 주 대역별로 하나의 랭크를 결정할 수 있다.

주 대역의 수는 시스템 대역폭의 크기에 따라 달라질 수 있다. 주 대역은 시스템 대역폭을 균일하게 나눌 수 있으나, 주 대역별로 대역폭이 다를 수 있다.

단말은 각 주 대역별로 하나의 랭크를 선택하여, 이에 따른 CQI를 귀환시킨다. 기지국은 단말에게 자원 할당 정보를 보내준다. 기지국은 하나의 L1/L2 제어 시그널을 통해 자원 할당 정보를 보낼 수 있다.

또한, 기지국은 같은 하나의 랭크를 갖는 서브대역들을 단말에게 할당할 수 있다. 예를 들어, 주 대역 #1은 랭크 1로 결정되고, 주 대역 #2에 랭크 1로 결정되고, 주 대역 #3은 랭크 2로 결정된다고 하자. 기지국은 동일한 랭크를 갖는 주 대역 #1 및 #2를 단말에게 할당시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송신 방법을 나타낸 순서도이다.

도 6을 참조하면, 단말은 전체 서브밴드에 대해 하나의 랭크를 결정하고, 하나의 랭크 및 하나의 랭크의 각 서브밴드의 CQI를 보고한다(S310). CQI는 각 서브밴드별로 보고되고, 전체 서브밴드에 걸쳐 단지 하나의 랭크만이 보고된다. 그러므로, 채널 정보 보고로 인한 시그널링 오버헤드가 줄어들 수 있다.

기지국은 단말에게 할당된 무선자원 정보를 송신한다(S320). 무선자원 정보는 L1/L2 제어채널, 전용 제어 채널 등과 같은 하향링크 제어 채널을 통해 송신될 수 있다. 무선자원 정보는 하나의 랭크로부터 결정된 랭크, 할당된 서브밴드에 관한 정보를 포함한다. 기지국은 하나의 랭크를 이용하여 하향링크 데이터 송신을 위한 랭크를 결정하고, 단말에게 하향링크 제어 채널을 통해 결정된 랭크를 알려준다.

기지국은 할당된 서브밴드를 통해 단말에게 하향링크 데이터를 송신한다(S330).

상술한 실시예와 관련된 방법은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예를 포함한다고 할 것이다.

Claims

다중 안테나 시스템에서 기지국에게 하향링크 채널 정보를 보고하는 방법에 있어서,

복수의 서브밴드를 포함하는 전체 서브밴드들에 대하여, 동일한 하나의 랭크값을 보고하는 단계; 및

상기 하나의 랭크값을 전제로 하여, 상기 복수의 서브밴드 중 적어도 하나의 서브밴드에 대한 CQI(Channel Quality Indication)를 보고하는 단계를 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 서브밴드 중에 적어도 하나의 서브밴드를 선택한 후에, 선택된 서브밴드의 CQI를 보고하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 선택된 서브밴드를 제외한 나머지 서브밴드의 평균 CQI를 보고하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 기지국으로부터 하향링크 제어 채널을 통해 상기 하나의 랭크값을 이용하여 결정되는 랭크값을 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
다중 안테나 시스템에서 기지국에게 하향링크 채널 정보를 보고하는 방법에 있어서,

복수의 서브밴드를 포함하는 전체 서브밴드들에 대한 동일한 하나의 랭크값을 선택하는 단계;

상기 하나의 랭크값을 보고하는 단계; 및

상기 하나의 랭크값을 전제로 하여, 상기 복수의 서브밴드 중 적어도 하나의 서브밴드의 CQI(Channel Quality Indication)를 보고하는 단계를 포함하되, 상기 하나의 랭크값은 상기 기지국과의 하향링크 채널에서 수율(throughput) 또는 용량(capacity)을 가장 크게하는 랭크값인 것을 특징으로 하는 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 하나의 랭크값을 선택하는 단계는

상기 복수의 서브밴드에 포함되는 각 서브밴드에 대한 SINR(signal-to-interference plus noise ratio)을 계산하는 단계;

상기 각 서브밴드에서, 상기 SINR을 이용하여 모든 랭크값에 대한 상기 하향링크 채널에 대한 수율 또는 용량을 계산하는 단계; 및

가장 큰 수율 또는 용량을 갖는 서브밴드에 대한 랭크값을 상기 하나의 랭크값으로 선택하는 단계를 포함하는 방법.
다중 안테나 시스템에서 하향링크 데이터를 송신하는 방법에 있어서,

전체 서브밴드들에 대하여 동일한 하나의 랭크값을 수신하는 단계;

상기 하나의 랭크값을 전제로 하는 CQI를 수신하는 단계;

하향링크 제어 채널을 통해 상기 하나의 랭크값을 이용하여 결정되는 랭크값를 송신하는 단계;

상기 하나의 랭크값 및 상기 CQI를 이용하여 적어도 하나의 서브밴드를 할당하는 단계; 및

상기 할당된 서브밴드를 통해 하향링크 데이터를 송신하는 단계를 포함하는 방법.
제 7 항에 있어서,

서브밴드는 12개의 부반송파를 포함하는 방법.
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