KR101329854B1

KR101329854B1 - 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법

Info

Publication number: KR101329854B1
Application number: KR1020070058709A
Authority: KR
Inventors: 천진영; 임빈철; 이욱봉; 이문일; 고현수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2027-06-15
Also published as: KR20080107230A; US20100067616A1; US8599947B2; WO2008150114A1

Abstract

다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법을 개시한다. 다수의 계층을 가지는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법은 제1 계층의 채널품질정보를 구하는 단계, 상기 제1 계층 이외의 나머지 계층의 채널품질정보와 상기 제1 계층의 채널품질정보와의 차이값을 구하는 단계, 상기 제1 계층의 채널품질정보를 전송하는 단계 및 상기 차이값을 전송하는 단계를 포함한다. 제한된 제어채널을 통하여 다중안테나 시스템에서의 비트맵 정보, 계층별 CQI, PMI 등의 제어정보를 효율적으로 전송할 수 있다.

Description

다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법{Method for transmitting control information in multi antenna system}

도 1은 무선 통신시스템을 도시한 예시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 프레임을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어정보 전송방법을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어정보 전송방법을 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어정보 전송방법을 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어정보 전송방법을 도시한 것이다.

** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **

10 : 기지국

20 : 단말

본 발명은 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 다수 계층의 채널품질정보 및 프리코딩 행렬 정보를 효율적으로 전송할 수 있는 제어정보 전송방법에 관한 것이다.

다중 입력 다중 출력(Multiple-Input Multiple-Output; 이하 MIMO) 시스템은 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율을 향상시키는 다중안테나 시스템을 말한다. MIMO 기술은 공간 다이버시티(spatial diversity) 및 공간 다중화(spatial multiplexing)를 포함한다. 공간 다이버시티는 다중 송신 안테나에서 동일한 데이터를 전송하여 전송 신뢰도를 높이는 기술이다. 공간 다중화는 다중 송신 안테나에서 서로 다른 데이터를 동시에 전송하여 시스템의 대역폭을 증가시키지 않고 고속의 데이터를 전송할 수 있는 기술이다.

무선 통신시스템에서 일반적으로 하나의 기지국은 다수의 단말에게 서비스를 제공한다. 기지국은 다수의 단말에 대하여 효율적으로 데이터 서비스를 제공하기 위하여 사용자 데이터를 채널상태에 따라 스케줄링하여 전송한다. 이를 위해, 단말은 기지국으로 채널품질정보(Channel Quality Information; CQI)를 서브 프레임을 통하여 전송한다. 서브 프레임은 사용자 데이터 및 제어정보를 실어서 한 번에 전송할 수 있는 전송단위이다. 서브 프레임에서 사용자 데이터가 실리는 채널을 데이터채널이라 하고, 제어정보가 실리는 채널을 제어채널이라 한다.

서브 프레임의 크기는 시스템 환경에 따라 고정된 크기를 가지게 되고, 데이터채널 및 제어채널은 서브 프레임 내에서 서로에게 제한을 받는다. 제어정보 전송 을 위해 제어채널을 크게 할당하면 데이터 채널이 줄어들어 사용자 데이터의 전송률이 낮아지게 된다. 따라서 제어채널은 사용자 데이터의 전송률을 높이기 위해 제한된 크기를 가지게 된다.

다중안테나 시스템은 다수의 송신 안테나에서 서로 다른 데이터를 전송할 수 있고, 이에 따라 다수의 공간 계층(spatial layer)을 가질 수 있다. 다수의 계층마다 채널품질정보가 필요하게 되고, 단말이 기지국으로 전송하여야 하는 제어정보의 양도 그 만큼 많아지게 된다. 뿐만 아니라, 단말은 다수의 계층에 대한 프리코딩 행렬 정보(Precoding Matrix Information; PMI)와 랭크 정보(Rank Information; RI)도 기지국으로 전송하여야 한다.

따라서, 제한된 제어채널을 통하여 다중안테나 시스템의 제어정보를 효율적으로 전송할 수 있는 방법이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중안테나 시스템에서 제어정보를 효율적으로 전송할 수 있는 제어정보 전송방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 다수의 계층을 가지는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법은 제1 계층의 채널품질정보를 구하는 단계, 상기 제1 계층 이외의 나머지 계층의 채널품질정보와 상기 제1 계층의 채널품질정보와의 차이값을 구 하는 단계, 상기 제1 계층의 채널품질정보를 전송하는 단계 및 상기 차이값을 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 다수의 랭크를 가지는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법은 제1 전송주기에서 제1 랭크의 채널품질정보 및 나머지 랭크의 채널품질정보를 전송하는 단계, 제2 전송주기에서의 제1 랭크의 채널품질정보와 상기 제1 전송주기에 전송한 제1 랭크의 채널품질정보와의 차이값을 전송하는 단계 및 제3 전송주기에서의 나머지 랭크의 채널품질정보와 상기 제1 전송주기에 전송한 나머지 랭크의 채널품질정보와의 차이값을 전송하는 단계를 포함한다.

이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템, WCDMA(Wideband CDMA) 시스템, FDMA(Frequency Division Multiple Access) 시스템, TDMA(Time Division Multiple Access) 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), 자원블록(resource block), 빈(bin) 등으로 참조될 수 있다. 각 서브밴브는 데이터가 변조되는 각각의 부반송파와 연관된다(associate).

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명하기로 한다.

도 1은 무선 통신시스템을 도시한 예시도이다.

도 1을 참조하면, 무선 통신시스템은 기지국(10, base station; BS)과 적어도 하나 이상의 단말(20, user equipment; UE)을 포함한다. 하나의 기지국(10)에는 적어도 하나 이상의 셀(cell)이 배치된다. 이동통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.

기지국(10)은 일반적으로 단말(20)과 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. 단말(20)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

기지국(10)과 단말(20)은 송신기(transmitter)와 수신기(receiver)를 포함한다.

이하에서 하향링크(downlink)는 기지국(10)에서 단말(20)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(20)에서 기지국(10)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(10)의 일부분일 수 있고 수신기는 단말(20)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(20)의 일부분일 수 있고 수신기는 기지국(10)의 일부분일 수 있다. 기지국(10)은 다수의 수신기와 다수의 송신기를 포함할 수 있고, 단말기(20)는 다수의 수신기와 다수의 송신기를 포함할 수 있다.

통신시스템은 다중안테나 시스템일 수 있다. 다중안테나 시스템은 다중 입력 다중 출력(multiple-input multiple-output; MIMO) 시스템, 다중 입력 싱글 출 력(multiple-input single-output; MISO) 시스템, 싱글 입력 싱글 출력(single-input single-output; SISO) 시스템 또는 싱글 입력 다중 출력(single-input multiple-output; SIMO) 시스템일 수 있다. MIMO 시스템은 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다. MISO 시스템은 다수의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SISO 시스템은 하나의 전송 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SIMO 시스템은 하나의 전송 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다.

다중안테나 시스템은 안테나를 2개 이상으로 늘려 데이터를 여러 경로로 전송하고 수신기에서 각각의 경로로 수신된 신호를 검출할 수 있는 통신시스템이다. 다중안테나 시스템은 공간 다이버시티(spatial diversity), 빔 형성(beamforming), 공간 다중화(spatial multiplexing) 등의 특성을 가진다.

공간 다이버시티는 여러 개의 안테나로 송신 신호를 분산하여 전송하는 기법으로, 단말로부터의 채널품질정보(channel quality information; CQI)의 귀환이 페이딩의 영향으로 인해 신뢰도가 낮은 경우에 안정적인 동작을 할 수 있다. 공간 다이버시티 중 하나로 송신 다이버시티(transmit diversity)가 있다. 송신 다이버시티는 개방루프(open loop) 송신 다이버시티와 폐루프(closed loop) 송신 다이버시티 기술이 있다. 개방루프 송신 다이버시티에는 TSTD(time switched transmit diversity), OTS(orthogonal transmit diversity), FSTD(frequency switched transmit diversity), STTD(space time transmit diversity)가 있다. TSTD, OTD 및 FSTD는 전송하고자 하는 데이터 비트를 짝수 번째 데이터 열과 홀수 번째 데이터 열로 나누어 각각을 서로 다른 안테나로 전송한다. 서로 다른 안테나로 전송되는 신호 구분을 시간으로 수행하는 것이 TSTD이고, 코드로 수행하는 것이 OTD이며, 주파수로 수행하는 것이 FSTD이다. STTD는 송신 신호를 공간과 시간적으로 섞어 전송함으로써 다이버시티 이득을 얻는 방식이다. 폐루프 송신 다이버시티에서는 각각의 안테나에 곱해지는 가중치를 이동 단말기가 결정하여 귀환정보(feedback information)로 기지국으로 전송한다.

빔 형성은 다중 안테나에서 채널 상태에 따른 가중치를 가하여 신호의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 증가시키는 기법이다. 이때, 가중치는 가중치 행렬(weight matrix)로 표시할 수 있고, 이를 프리코딩 행렬(precoding matrix)라 한다. 기지국과 사용자 간에 프리코딩 행렬 정보(Precoding Matrix Information; PMI)가 전송될 수 있다.

공간 다중화는 안테나 별로 서로 다른 데이터를 전송하여 채널의 용량을 증가시키는 기법으로, 단일 사용자에 대한 공간 다중화와 다중 사용자에 대한 공간 다중화가 있다. 단일 사용자에 대한 공간 다중화는 SU-MIMO(Single User MIMO)라고도 하며, 다중 사용자에 대한 공간 다중화는 SDMA(Spatial Division Multiple Access) 혹은 MU-MIMO(Multi User MIMO)로 불린다. 송신 안테나의 수를 Nt, 수신 안테나의 수를 Nr 이라 할 때, 독립 채널의 수 Ni 는 Ni ≤ min{Nt, Nr}이 된다. 각각의 독립 채널은 공간 계층(spatial layer)이라 할 수 있다. 랭크(rank)는 MIMO 채널 행렬의 영이 아닌 고유값(non-zero eigenvalue)의 수로, 다중화될 수 있는 공간 스트림(spatial stream)의 수로 정의될 수 있다.

도 2를 참조하면, 서브 프레임은 제어채널과 데이터채널로 나눌 수 있다. 제어채널에는 제어정보가 실리고, 데이터채널은 사용자 데이터가 실린다. 제어채널과 데이터채널은 하나의 서브 프레임으로 구성될 수 있다. 제어정보는 사용자 데이터가 아닌 비트맵(bitmap) 정보, CQI(Channel Quality Information), PMI(Precoding Matrix Information), RI(Rank Information) 등 여러 가지 종류가 있을 수 있다.

제어채널에는 제어정보만이 실릴 수 있다. 데이터채널에는 사용자 데이터와 제어정보가 함께 실릴 수 있다. 즉, 단말이 제어정보만을 전송하는 경우에는 제어채널을 통해 제어정보를 전송할 수 있고, 단말이 사용자 데이터와 제어정보를 전송하는 경우에는 제어정보를 제어채널을 통해 전송하거나 사용자 데이터와 제어정보를 다중화하여 데이터채널을 통해 전송할 수 있다.

10개의 서브프레임이 하나의 무선 프레임(radio frame)을 구성한다. 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)을 포함한다. 하나의 서브프레임을 전송하는 데 걸리는 시간을 TTI(Transmission Time Interval)라 한다. 예를 들어, TTI를 1ms라 할 때 하나의 무선 프레임을 전송하는 데 필요한 시간은 10ms가 된다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심벌과 주파수 영역에서 적어도 하나의 부반송파(subcarrier)를 포함할 수 있다. 슬롯은 시간 영역과 주파수 영역에서 무선 자원을 할당하기 위한 단위라 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 슬롯은 7 또는 6 OFDM 심벌을 포함할 수 있다. 서브프레임은 다수의 자원블록(Resource Block; RB)을 포함할 수 있다. 자원블록은 단말에게 할당하는 무선자원의 기본단위이다. 자원블록은 다수의 부반송파를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연속된 12개의 부반송파를 하나의 자원블록으로 할 수 있다.

여기서는, 서브프레임은 주파수 대역을 3부분으로 나누어, 양측의 2부분을 제어채널로 하고, 중간 부분을 데이터채널로 한다. 제어채널과 데이터채널이 서로 다른 주파수 대역을 사용하므로, FDM(Frequency Division Multiplexing) 되어 있다. 이는 예시에 불과하고, 서브프레임 상에서 제어채널과 데이터채널의 배치는 제한이 아니다. 또한, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

각 단말에 할당되는 슬롯은 서브프레임 상에서 주파수 도약(frequency hopping)될 수 있다. 즉, 하나의 단말에 할당되는 2개의 슬롯 중 하나는 일측의 주파수 밴드에서 할당되고, 나머지는 다른 측의 주파수 밴드에서 서로 엇갈리게 할당될 수 있다. 하나의 단말에 대한 제어채널을 서로 다른 주파수 밴드에 할당되는 슬롯을 통해 전송함으로써 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

이하, 제어정보의 전송을 위해 필요한 비트수에 대하여 설명한다. 이하에서는 다중안테나 시스템에서의 상향링크 제어정보를 가정하여 설명한다. 그러나, 제어정보는 하향링크 제어정보에도 그대로 적용될 수 있다.

제어정보의 종류에는 비트맵(bitmap) 정보, CQI, PMI, RI 등이 있다. 하나의 제어정보에는 다수의 자원블록이 할당될 수 있고, 하나의 제어정보를 전송하는 다수의 자원블록을 묶어서 자원블록 그룹(resource block group; RBG)이라 한다.

다음 표 1은 각 제어정보의 전송에 필요한 비트수를 나타낸다. 다수의 자원블록 그룹 중에서 M 개를 선택하는 최고-M(best-M) 방식을 가정한다.

제어정보의 비트수
비트맵 정보		CQI(1st 계층)	CQI(나머지 계층)	PMI
순서가 없는 경우	c c-1
순서가 있는 경우	c+1

여기서, c는 RBG의 개수, M은 선택되는 RBG의 개수, B는 CQI의 비트수, B_d는 CQI의 차이값(differencial)의 비트수, P는 PMI의 비트수를 나타낸다.

은 c 개 중에서 M 개를 고를 확률 조합(combination)이고,

은 c 개 중에서 M 개를 고를 확률 순열(permutation)이다. 이하에서 [log ]는 [ ]내의 값을 나타내는 비트 수를 의미한다.

비트맵 정보는 다수의 RBG 중에서 선택되는 RBG의 개수 및/또는 순서를 나타내는 인덱스로서, RBG의 개수 c와 동일한 비트수(c)를 가질 수 있다. 즉, 비트맵 정보의 하나의 비트가 하나의 RBG과 대응되도록 할 수 있다. 예를 들어, RBG의 수가 5개 일 때, 비트맵 정보는 5 비트로 할당하여, 비트맵 정보 5 비트 중에서 선택된 RBG에 대응하는 비트를 '1'로 하고 나머지 비트는 '0'으로 하여 선택된 RBG를 지시할 수 있다. 선택된 RBG이 5개의 RBG 중 2, 4 번째라면, '01010' 이 비트맵 정보가 될 수 있다.

또는 비트맵 정보는 RBG의 개수보다 1 비트 적은 비트수(c-1)를 가질 수 있다. 예를 들어, 5개의 RBG 중에서 4개의 RBG이 4 비트의 비트맵 정보의 각 비트에 대응되도록 하여, 5개의 RBG 중에서 2개의 RBG를 선택할 때 비트맵 정보에 '1'이 2개이면 나머지 RBG은 선택되지 않은 것이고, 비트맵 정보에 '1'이 1개이면 나머지 RBG은 선택된 것이다. 이로써 RBG의 개수와 동일한 비트수를 할당하는 경우보다 1비트의 오버헤드를 줄일 수 있다.

또는 비트맵 정보의 비트수는 c 개의 RBG 중에서 M 개의 RBG를 선택하는 경우

이 될 수 있다. 이는 RBG의 수가 증가할수록 앞선 두 가지 방법보다 더 적은 비트수로 비트맵 정보를 나타낼 수 있다.

또한, 비트맵 정보가 선택되는 RBG의 순서까지 표현하고자 하는 경우에는 비트맵 정보의 비트수는 순서를 나타내는 1 비트를 추가하여 c+1 비트로 표현할 수 있다. 예를 들어, 순서를 나타내는 비트가 '1' 인 경우에는 선택되는 RBG의 순서가 내림차순이고, 순서를 나타내는 비트가 '0' 인 경우에는 선택되는 RBG의 순서가 오름차순인 것을 나타낼 수 있다. 물론, 이와 반대로 순서를 나타내는 비트가 '1' 인 경우에 오름차순, '0' 인 경우에 내림차순으로 정할 수도 있다.

또는 c 개의 RBG 중에서 순서까지 포함하여 M 개의 RBG를 선택하는 비트맵 정보의 비트수는

이 될 수 있다.

CQI는 기지국과 단말 간의 채널 상태를 알려주는 정보를 말로서, SINR(Signal-to-Interference plus Noise Ratio), MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨, 송신률 정보(data rate indicator), 수신 신호 강도 정보(received signal strength indicator) 등의 다양한 형태가 될 수 있다. CQI는 양자화(quantization) 정도에 따라 다양한 비트수를 가질 수 있다. 일반적으로 CQI의 비트수(B)는 4 내지 6비트가 된다. 기지국 또는 단말에서 CQI를 생성하여 전송하며, 다중안테나 시스템인 경우에는 각 랭크별 CQI가 생성될 수 있다.

CQI 전송에 필요한 전체 비트수는

이 될 수 있다. 최고-M 방식에 따라, c 개의 RBG 중에서 M 개의 RBG를 선택하여 M 개의 RBG의 CQI는 B 비트로 그대로 전송하고, 나머지 RBG의 CQI는 평균하여 B 비트의 평균 CQI로 전송한다. 이때, 평균 CQI는 일반적으로 CQI를 정보량(capacity)으로 변환하고, 정보량을 합하고 평균한 후 다시 CQI로 변환하여 구할 수 있다.

CQI 전송에 필요한 전체 비트수는

이 될 수 있다. 선택한 M 개의 RBG의 CQI 중 하나의 CQI만을 B 비트로 그대로 전송하고, M-1 개의 CQI는 그 차이값인 B_d 비트로 전송한다. 하나의 CQI는 최대 CQI가 될 수 있다. 그리고 선택하지 않는 나머지 RBG의 평균 CQI를 차이값인 B_d 비트로 전송한다.

이하, 계층(layer)은 제어정보를 전송할 수 있는 독립 채널로서, 다중화될 수 있는 스트림(stream)의 수를 나타내는 랭크(rank)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 제1 계층은 하나의 스트림을 가지는 랭크 1에 대응되고, 제2 계층은 두 개의 스트림을 가질 수 있는 랭크 2에 대응될 수 있다. 나머지 계층은 다수의 계층 중에서 제1 계층을 제외한 계층들을 의미한다.

다중안테나 시스템에서 다수의 계층이 있는 경우, 제1 계층의 CQI를

또는

의 비트수로 전송하고, 나머지 계층의 CQI를 평균 CQI로 전송할 수 있다. 나머지 계층의 평균 CQI에 대하여 최고-M 방식을 적용하며, 제1 계층의 CQI와의 차이값을 이용하여 나머지 계층의 CQI를

의 비트수로 전송할 수 있다.

PMI 전송에 필요한 비트수는

이 될 수 있다. 일반적으로 하나의 PMI는 2 내지 6비트로 표현할 수 있다. 다수의 RBG 중에서 M 개의 RBG를 선택하여 M 개의 RBG의 PMI는 P 비트로 그대로 전송하고, 나머지 RBG의 PMI는 평균하여 P 비트의 평균 PMI로 전송한다. 이때, 평균 PMI는 나머지 RBG의 코드북(codebook)을 적용하여 최적의 SNR(signal to noise rate)이 나타나는 PMI이다. 이는 복잡한 계산을 수행하여야 하는 부담이 있을 수 있으며, 간단한 방법으로 다수의 RBG를 M+1 개의 RBG으로 다시 분할하여 M+1 개의 PMI를 생성하여 전송할 수 있다. 예를 들어, 5개의 RBG 중에서 2개의 RBG를 선택하는 경우, 적용되는 PMI가 유사한 RBG를 묶거나 전체 RBG를 재분할하여 3개의 RBG로 만들어 있으며, 3개의 RBG에 대한 PMI를 전송할 수 있다.

RI는 다중화될 수 있는 공간 스트림(spatial stream)의 수로 정의될 수 있는데, 일반적으로 1 내지 3비트로 나타낼 수 있다.

다음 표 2는 비트맵 정보, CQI 및 PMI를 포함하는 전체 제어정보(full control information)의 전송에 필요한 비트수를 나타낸다.

전체 제어정보(Full control information)의 비트수
순서가 없는 경우
순서가 있는 경우

비트맵 정보, CQI 및 PMI는 상술한 바와 같이 다양한 비트수로 표현될 수 있으며, 전체 제어정보의 비트수도 이들을 어떻게 표현하는냐에 따라 다양한 값을 가질 수 있다. 표 2는 전체 제어정보의 비트수를 표현하는 예시에 불과하며 제한이 아니다. 예를 들어, 전체 제어정보에 RI가 더 포함될 수 있으며, 1 계층 SISO에서와 같이 채널품질정보로 제1 계층의 CQI만이 포함될 수 있다.

예를 들어, c=5, M=2, B=5, B_d=3, P=3 인 경우에 있어서, 순서가 없는 경우 전체 제어정보는 최소 37 비트가 된다. 이때, 비트맵 정보는 4 비트, 제1 계층의 CQI는 15 비트, 나머지 계층의 CQI는 9 비트, PMI는 9 비트가 된다. 순서가 있는 경우 전체 제어정보는 최소 34 비트가 된다. 이때, 비트맵 정보는 5 비트, 제1 계층의 CQI는 11 비트, 나머지 계층의 CQI는 9 비트, PMI는 9 비트가 된다.

그리고, c=10, M=2, B=5, B_d=3, P=3 인 경우에 있어서, 순서가 없는 경우 전체 제어정보는 최소 39 비트가 된다. 이때, 비트맵 정보는 6 비트, 제1 계층의 CQI는 15 비트, 나머지 계층의 CQI는 9 비트, PMI는 9 비트가 된다. 순서가 있는 경우 전체 제어정보는 최소 36 비트가 된다. 이때, 비트맵 정보는 7 비트, 제1 계층의 CQI는 11 비트, 나머지 계층의 CQI는 9 비트, PMI는 9 비트가 된다.

전체 제어정보는 다수의 서브프레임에 나뉘어 전송될 수 있고, CQI, PMI, RI 등의 각 제어정보는 제어채널을 통하여 전송될 수 있다. 또는 전체 제어정보를 데이터 채널을 통하여 전송할 수도 있다. 전체 제어정보를 데이터 채널을 통하여 전송하는 경우에는 사용자 데이터가 실리는 영역은 줄어들지만, 하나의 서브프레임에 전체 제어정보를 모두 실어서 전송할 수 있다.

하나의 서브프레임에 하나의 사용자가 제어채널을 통하여 보낼 수 있는 제어정보는 사용자의 전력제한으로 인하여 한계가 있다. 즉, 서브프레임의 제어채널은 제한이 있으며, 전체 제어정보를 모두 실어서 전송하기에는 무리가 있다.

이하, 상술한 제어정보를 전송하는 방법에 대하여 설명한다.

도 3을 참조하면, 전체 제어정보(full control information)의 전송주기를 길게 하여 전송하고, 전체 제어정보의 전송주기보다 짧은 주기로 차등 제어정보(differential control information)를 전송할 수 있다.

전체 제어정보는 비트맵 정보, 제1 계층의 CQI, 나머지 계층의 CQI, PMI, RI 등이 포함된다. 전체 제어정보는 제어채널을 통하여 전송하기 위해 다수의 서브프레임에 나뉘어 전송되거나, 데이터 채널을 통하여 전송될 수 있다. 차등 제어정보는 앞선 시간에 전송한 CQI 또는 PMI와의 차이값으로, 제어채널을 통하여 전송될 수 있다. 전체 제어정보의 전송주기 사이에서는 비트맵은 거의 변하지 않으므로, 차등 제어정보를 전송할 때 비트맵 정보를 전송하지 않을 수 있다.

다음 표 3은 다양한 구성으로 전송되는 차등 제어정보의 예를 나타낸다. CQI 차이값(ΔCQI), PMI, RI를 시간에 따라 전송하는 방법이다. 여기서, CQI 차이값은 전체 제어정보에 포함된 CQI와의 차이 또는 바로 앞 시간에서의 CQI와의 차이가 될 수 있다. PMI 및 RI는 해당 시간에서 측정되는 값이다.

t1	t2	t3	t4
full 제어정보	ΔCQI	PMI	ΔCQI
	ΔCQI(제1 계층)	ΔCQI(나머지 계층)	PMI
	ΔCQI	ΔCQI / PMI	ΔCQI
	ΔCQI (제1 /나머지 계층)	PMI / RI	ΔCQI (제1 /나머지 계층)

전체 제어정보를 전송한 후 CQI 차이값과 PMI 차이값을 번갈아 전송할 수 있다. 예를 들어, t1에서 전체 제어정보를 전송한 후 t2에서 CQI 차이값을 전송하고, t3에서 PMI 차이값을 전송하고, t4에서 CQI 차이값을 전송한다. t2에서 CQI 차이값은 t1에서 전송한 전체 제어정보에 포함된 CQI와 t2에서 측정한 CQI와의 차이이다. t4에서 CQI 차이값은 t1에서 전송한 전체 제어정보에 포함된 CQI와 t4에서 측정한 CQI와의 차이, 또는 t2에서의 CQI와 t4에서의 CQI와의 차이가 될 수 있다. PMI는 코드북에서 선택하는 값이기 때문에 차이값으로 표현하기에 무리가 있다. 따라서 PMI는 PMI 차이값 대신 PMI를 그대로 전송할 수 있다.

제1 계층의 CQI 차이값, 나머지 계층의 CQI 차이값 및 PMI를 번갈아 전송할 수 있다. 예를 들어, t2에서 제1 계층의 CQI 차이값을 전송하고, t3에서 나머지 계층의 CQI 차이값을 전송하고, t4에서 PMI를 전송할 수 있다. 여기서, c=5, M=2, B=5, B_d=3, P=3 이고, 서브프레임의 제어채널이 최대 10 비트를 전송할 수 있는 것으로 가정하면, t1에서 전체 제어정보는 34 비트로 4개의 서브프레임의 제어채널을 통하여 전송되거나, 데이터 채널을 통하여 전송된다. 제1 계층의 CQI 차이값, 제2 계층의 CQI 차이값 및 PMI는 9 비트가 되어 각각 하나의 서브프레임을 통하여 전송될 수 있다.

전체 제어정보를 전송한 후 CQI 차이값만을 전송하고, 다음에는 CQI 차이값과 PMI를 함께 전송하도록 반복할 수 있다. 즉, PMI 보다는 CQI를 자주 전송하기 위하여 CQI 차이값은 매번 전송하고, PMI는 CQI 차이값에 추가하여 전송할 수 있다. 예를 들어, t2에서 CQI 차이값만을 전송하고, t3에서 CQI 차이값과 PMI를 함께 전송하고, t4에서 CQI 차이값만을 전송할 수 있다.

제1 계층의 CQI 차이값과 나머지 계층의 CQI 차이값을 함께 전송하고, 다음에는 PMI와 RI를 함께 전송하도록 반복할 수 있다. 예를 들어, t2에서 제1 계층의 CQI 차이값과 나머지 계층의 CQI 차이값을 함께 전송하고, t3에서 PMI와 RI를 함께 전송하고, t4에서 제1 계층의 CQI 차이값과 나머지 계층의 CQI 차이값을 함께 전송할 수 있다.

표 1은 전체 제어정보의 전송주기 사이에 차등 제어정보를 전송하는 방법의 일례에 불과하면 한정하는 것이 아니다. 예를 들어, 다수의 CQI 차이값을 전송한 후 하나의 PMI를 전송할 수도 있고, 제1 계층의 CQI 차이값을 나머지 계층의 CQI 차이값보다 더 많이 전송할 수도 있다. 또한, 1계층만을 사용하는 경우 또는 PMI가 필요하지 않는 경우에는 나머지 계층에 대한 CQI 및 PMI를 전송과정에서 생략할 수 있고, 생략되는 부분은 ACK(Acknowledgement)/NACK(Not-Acknowledgement) 신호 또는 파일럿 신호 등을 전송하기 위한 영역으로 활용할 수 있다.

이하, 전체 제어정보를 다수의 서브프레임에 분산하여 전송하는 방법에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어정보 전송방법을 도시한 것이다. 1계층 SISO 시스템과 같이 하나의 계층만을 사용하는 시스템에서 제어정보를 전송하는 경우에 적용될 수 있다.

도 4를 참조하면, 하나의 계층에 대한 제어정보가 포함된 전체 제어정보를 제어채널을 통하여 전송할 때, 다수의 서브프레임에 분산하여 CQI의 전송주기에 따라 전송할 수 있다.

예를 들어, 최고-M 방식을 적용하고, c=5, M=2, B=5, B_d=3 일 때 전체 제어정보가 비트맵 정보 및 CQI인 것으로 가정하면, 전체 제어정보의 비트수는 비트맵 정보의 비트수, 선택한 2개의 CQI의 비트수, 나머지 CQI의 평균값의 비트수의 합이 된다. 선택한 2개의 CQI는 최대 CQI와 두 번째 CQI가 될 수 있고, 두 번째 CQI는 최대 CQI와의 차이값을 나타낼 수 있다. 따라서, 전체 제어정보의 비트수는 5(비트맵) + 5(최대 CQI) + 3(2nd CQI) + 5(나머지 CQI) = 18 비트가 된다.

하나의 서브프레임의 제어채널이 10개의 데이터 영역과 4개의 파일럿 영역을 포함하는 경우, 즉 제어채널로 전송할 수 있는 비트수가 10 비트인 경우에는 18비트의 전체 제어정보는 2개의 서브프레임을 통하여 전송된다. 첫 번째 서브프레임에 9 비트를 싣고, 두 번째 서브프레임에 나머지 9 비트를 실어서 전체 제어정보를 전송할 수 있다.

CQI 전송주기는 일반적인 CQI 전송주기보다 긴 시간으로 설정할 수 있고, CQI 전송주기 동안 CQI 차이값을 전송할 수 있다. CQI 차이값은 전체 제어정보에 포함된 CQI와의 차이 또는 앞선 시간에 전송한 CQI와의 차이가 될 수 있다. CQI 차이값은 3 ㅧ 3 = 9 비트가 되어 하나의 서브프레임으로 전송될 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어정보 전송방법을 도시한 것이다. 다수의 계층을 사용하는 통신시스템에서 제어정보를 전송하는 경우에 적용될 수 있다.

도 5를 참조하면, 다수 계층에 대한 제어정보가 포함된 전체 제어정보를 제어채널을 통하여 전송할 때, 다수의 서브프레임에 분산하여 전송할 수 있다. 이때, 제1 계층의 CQI는 CQI 전송주기에 따라 매번 전송하고, 나머지 계층의 CQI와 PMI는 CQI의 전송주기보다 더욱 긴 시간 간격으로 전송한다.

예를 들어, 최고-M 방식을 적용하고, c=5, M=2, B=5, B_d=3, P=3 일 때 전체 제어정보가 비트맵 정보, CQI 및 PMI인 것으로 가정하면, 전체 제어정보의 비트수는 비트맵 정보의 비트수, 제1 계층의 CQI의 비트수, 나머지 계층의 CQI의 비트수, PMI의 비트수의 합이 된다. 비트맵 정보의 비트수는 5비트이다. 제1 계층의 CQI의 비트수는 선택한 2개의 CQI의 비트수(5+3 비트), 나머지 CQI의 평균값의 비트수(5 비트)의 합으로 13 비트이다. 나머지 계층의 CQI의 비트수는 제1 계층의 최대 CQI와의 차이값(3 비트), 제1 계층의 두 번째 CQI와의 차이값(3 비트), 제1 계층의 나머지 CQI의 평균값과의 차이값(3 비트)의 합으로 9 비트가 된다. PMI의 비트수는 3개의 RGB에 대하여 3 × 3 = 9 비트 또는 4 × 3 = 12 비트가 될 수 있다. PMI의 비트수가 9일 때, 전체 제어정보의 비트수는 5(비트맵) + 13(제1 계층의 CQI) + 9(나머지 계층의 CQI) + 9(PMI) = 36 비트가 된다.

하나의 서브프레임의 제어채널이 10개의 데이터 영역과 4개의 파일럿 영역을 포함하는 경우, 즉 제어채널로 전송할 수 있는 비트수가 10 비트인 경우에는 전체 제어정보는 4개의 서브프레임을 통하여 전송될 수 있다.

다중안테나 시스템의 랭크가 '1' 인 경우, 즉 제1 계층만을 사용하는 경우에는 나머지 계층의 CQI를 전송할 필요가 없다. 따라서, 전체 제어정보의 비트수는 27 비트가 된다. CQI는 CQI 전송주기마다 전송하고, PMI는 CQI의 전송주기보다 더 긴 주기로 전송할 수 있다. 예를 들어, 비트맵 정보와 CQI를 2개의 서브프레임에 각각 9 비트씩 나누어 전송하고, 다음의 CQI 전송주기에서는 비트맵 정보, CQI, PMI를 3개의 서브프레임에 각각 9 비트씩 나누어 전송할 수 있다. 즉, PMI가 포함된 제어정보와 PMI가 포함되지 않은 제어정보를 CQI의 전송주기에 따라 번갈아 전송할 수 있다.

랭크가 '2' 인 경우, 즉 제1 계층과 제2 계층을 사용하는 경우에는 36 비트의 전체 제어정보를 4개의 서브프레임으로 한 번에 보내지 않고 3개의 서브프레임으로 CQI 전송주기에 따라 나누어 전송할 수 있다. 먼저 전체 제어정보 중 비트맵 정보, 제1 계층의 CQI, 나머지 계층의 CQI를 3개의 서브프레임에 각각 9 비트씩 나누어 전송한다. 다음의 CQI 전송주기에서 비트맵 정보, 제1 계층의 CQI, PMI를 3개의 서브프레임에 각각 9 비트씩 나누어 전송한다. 제1 계층의 CQI는 CQI 전송주기에 따라 매번 전송되는 반면, 나머지 계층의 CQI와 PMI는 CQI 전송주기에서 번갈아 전송된다.

만일, PMI의 비트수가 12 비트인 경우에는 PMI를 하나의 서브프레임에 10비트로 싣고, 같은 CQI 전송주기에 전송하는 다른 2개의 서브프레임에 각각 PMI의 비트를 하나씩 추가하여 10비트로 전송할 수 있다. 이는 랭크가 '1'일 때와 랭크가 '2'일 때에 모두 적용될 수 있다.

10비트의 제어정보를 실을 수 있는 제어채널에 9비트의 제어정보를 싣는 경우에는 (9, 20) 코딩방식을 사용하거나, (10, 20) 코딩방식을 사용하여 하나의 비트를 비워둘 수 있다. 비어있는 비트에는 항상 '1'을 실어서 파일럿용으로 사용할 수 있다. 또는 1비트의 ACK/NACK 신호 또는 RI를 비어있는 비트에 실어서 전송할 수 있다.

전체 제어정보를 분산하여 싣는 서브프레임의 수는 예시에 불과하며 제한이 아니다. 전체 제어정보의 비트수는 포함되는 제어정보의 종류에 따라 다양하게 변경될 수 있고, 하나의 서브프레임의 제어채널이 실을 수 있는 제어정보의 비트수도 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 다중안테나 시스템에서 2개 이상의 송신안테나를 사용하여 랭크가 2보다 큰 값을 가질 수 있다. 랭크가 2보가 큰 값을 가지더라도 랭크 2에서와 동일한 방법으로 제어정보를 전송할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어정보 전송방법을 도시한 것이다. 개방루프(open loop; OL) 시스템과 폐루프(closed loop; CL) 시스템에서 제어정보 전송방법을 달리 적용될 수 있다.

도 6을 참조하면, 개방루프 시스템에서는 PMI가 필요 없으므로 제1 계층의 CQI와 나머지 계층의 CQI만을 전송한다. 이때, 개방루프 시스템은 시스템 주파수 대역에 대하여 하나의 CQI만을 전송할 수 있고, 폐루프 시스템보다 긴 CQI 전송주기를 가질 수 있다. 예를 들어, B=5 인 경우 개방루프 시스템은 하나의 서브프레임으로 전체 제어정보를 전송할 수 있다. 전체 제어정보에 RI가 포함되더라도 CQI와 하나의 서브프레임으로 전송할 수 있으며, RI를 CQI보다 더 긴 전송주기로 전송하거나 CQI와 따로 전송할 수 있다.

폐루프 시스템에서는 코드북을 사용하는 경우 PMI를 전송하여야 하므로, 제1 계층의 CQI, 나머지 계층의 CQI 및 PMI를 전송한다. 이때, CQI의 전송주기에 따라 한번은 제1 계층의 CQI와 나머지 계층의 CQI를 전송하고, 다음에는 제1 계층의 CQI와 PMI를 전송할 수 있다. 또한, 폐루프 시스템은 개방루프 시스템에서의 CQI의 전송주기보다 짧은 CQI 전송주기를 가진다. 폐루프 시스템에서는 하나의 RBG마다 CQI와 PMI가 필요하므로 전체 제어정보의 비트수는 개방루프 시스템에 비해 커지게 되고, 전체 제어정보를 다수의 서브프레임에 나누어 전송한다. 나머지 계층의 CQI를 제1 계층의 CQI와의 차이값으로 표현하거나, CQI의 전송주기를 늘이는 대신 CQI의 전송주기 사이에 CQI 차이값을 전송하여 오버헤드를 줄일 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

상기에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 제한된 제어채널을 통하여 다중안테나 시스템에서의 비트맵 정보, 계층별 CQI, PMI 등의 제어정보를 효율적으로 전송할 수 있다.

Claims

다수의 계층을 가지는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법에 있어서,

제1 계층의 채널품질정보를 구하는 단계;

상기 제1 계층 이외의 나머지 계층의 채널품질정보와 상기 제1 계층의 채널품질정보와의 차이값을 구하는 단계;

상기 제1 계층의 채널품질정보를 전송하는 단계; 및

상기 차이값을 전송하는 단계를 포함하되,

상기 제1 계층의 채널품질정보는 상기 제1 계층의 선택된 M개의 자원블록 그룹(resource block group)들에 대한 M개의 채널품질정보 및 상기 제1 계층의 나머지 자원블록 그룹들에 대한 채널품질정보의 평균값을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 나머지 계층의 채널품질정보는 상기 나머지 계층에 속하는 채널품질정보의 평균값인 것을 특징으로 하는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 나머지 계층의 채널품질정보는 상기 나머지 계층의 선택된 자원블록 그룹들에 대한 채널품질정보를 기반으로 하며,

상기 나머지 계층의 선택된 자원블록 그룹들은 상기 제1 계층의 선택된 M개의 자원블록 그룹들에 대응되는 것을 특징으로 하는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법.
4. 제1 항에 있어서, 상기 선택된 M개의 자원블록 그룹들은 상기 제1 계층의 모든 자원블록 그룹들 중에서 가장 좋은 M개의 채널품질정보를 가지는 것을 특징으로 하는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법.
5. 제1 항에 있어서, 상기 제1 계층은 복수의 계층들의 모든 자원블록 그룹들 중에서 가장 좋은 채널품질정보를 가지는 자원블록 그룹을 포함하는 계층인 것을 특징으로 하는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법.
제1 항에 있어서, 다수의 자원블록 그룹에 대한 프리코딩 행렬 정보precoding matrix information)를 전송하는 단계를 더 포함하되,

상기 프리코딩 행렬 정보에 해당하는 자원블록 그룹의 크기는 상기 제1 계층의 채널품질정보에 해당하는 자원블록 그룹의 크기보다 더 크며,

상기 다수의 자원블록 그룹에 대한 프리코딩 행렬 정보는 상기 다수의 자원블록 그룹 중 선택된 M개의 자원 블록 그룹들에 대한 M개의 프리코딩 행렬 정보 및 상기 다수의 자원 블록 그룹 중 나머지 자원 블록 그룹들에 대한 프리코딩 행렬 정보의 평균값을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 계층의 채널품질정보와 다음 전송 주기에서의 상기 제1 계층의 채널품질정보와의 차이값을 전송하는 단계를 더 포함하는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 계층은 랭크(rank) 1에 대응되는 계층인 것을 특징으로 하는 다중안테나 시스템에서의 제어정보 전송방법.