KR100754660B1

KR100754660B1 - 통신 시스템에서 적응 변조/부호 부 채널 할당 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100754660B1
Application number: KR1020040045892A
Authority: KR
Inventors: 노원일; 전재호; 맹승주; 장지호; 오정태; 고균병; 주판유
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-06-19
Filing date: 2004-06-19
Publication date: 2007-09-03
Anticipated expiration: 2024-06-19
Also published as: US20050281221A1; KR20050120520A

Abstract

본 발명은 적어도 하나 이상의 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 통신 시스템에서 적응형 변조/부호화(AMC: Adaptive Modulation and Coding) 부 채널 할당 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에서 수신 장치는 송신 장치로부터 수신되는 채널을 검사하고, 상기 결과에 상응하는 안테나 전송 방식을 선택하고, 상기 선택된 방식에 상응하는 최적의 주파수 대역을 선택한 후, 상기 선택 정보들을 포함하는 피드백 정보를 상기 송신 장치로 전송하며, 상기 송신 장치는 상기 전송되는 피드백 정보를 수신하고, 상기 수신한 피드백 정보에 상응하여 상기 수신 장치로 주파수 대열을 할당한다.

Adaptive Modulation and Coding (AMC), AMC Band Allocation, OFDMA, 다중 안테나 (MIMO, MISO, SIMO), Channel Quality Indicator (CQI), Channel Capacity, Frequency Selective Channel, Spatial Multiplexing, Transmit Diversity, Transmit Antenna Array (TxAA), Antenna Selection Diversity, CQI Feedback.

Description

통신 시스템에서 적응 변조/부호 부 채널 할당 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ALLOCATING ADAPTIVE MODULATION AND CODING SUB-CHANNEL IN COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 본 발명에 따른 다중 입력 단일 출력 방식의 시스템 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 다중 입력 단일 출력 방식 시스템에서의 동작을 설명하기 위한 일 실시예를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 다중 입력 단일 출력 방식의 시스템 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 다중 입력 다중 출력 방식 시스템서의 동작을 설명하기 위한 다른 실시예를 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 피드백 정보를 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 AMC 부채널을 할당 정보를 도시한 도면.

도 7은 본 발명 매크로 다이버시티 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 8은 본 발명에 따른 매크로 다이버시티 환경에서의 동작을 설명하기 위한 또 다른 실시예를 도시한 도면.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭하기로 한다) 방식의 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 적어도 하나 이상의 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 통신 시스템에서 적응형 변조/부호화(AMC: Adaptive Modulation and Coding, 이하 'AMC'라칭하기로 한다) 부 채널 할당 시스템 및 방법에 관한 것이다.

차세대 통신 시스템인 4세대(4th Generation: 이하 '4G'라 칭하기로 한다)통신 시스템에서는 고속의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(Quality of Service: 이하 'QoS'라 칭하기로 한다)를 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 차세대 통신 시스템은 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하고 전송할 수 있는 고속 통신 시스템이 요구된다. 그래서 상기 4G 통신 시스템에서는 유무선 채널에서 고속 데이터 전송에 유용한 방식으로 상기 OFDMA 방식의 통신 시스템을 활발하게 연구하고 있다.
한편, 4G 통신 시스템에 존재하는 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과는 달리 다중 경로 간섭(Multipath Interference)과, 쉐도잉(Shadowing)과, 전파 감쇠와, 시변 잡음과, 간섭 및 페이딩(Fading) 등과 같은 여러 요인들로 인해 데이터 전송시 오류가 발생하여 정보의 손실이 발생한다. 이러한 정보 손실을 감소시키기 위해 채널의 성격에 따라 다양한 에러 제어 기법(Error-Control Technique)을 이용한다. 또한, 상기 페이딩 현상으로 인한 통신의 불안정성을 제거하기 위해 다이버시티(Diversity) 방식을 사용하며, 상기 다이버시티 방식은, 크게 시간 다이버시티(Time Diversity) 방식과, 주파수 다이버시티(Frequency Diversity) 방식 및 안테나 다이버시티(Antenna Diversity) 방식으로 나눌 수 있다. 여기서, 상기 안테나 다이버시티 방식은 공간 다이버시티(Space Diversity) 방식으로서 다중 안테나를 사용하는 방식이다. 이에 따라, 상기 안테나 다이버시티 방식은, 수신 안테나를 다수개로 구비하거나 또는 송신 안테나를 다수개로 구비하여 적용한 단일 입력 다중 출력(SIMO: Single-Input Multi-Output, 이하 'SIMO'라 칭하기로 한다) 또는 다중 입력 단일 출력(MISO: Multi-Input Single-Output, 이하 'MISO'라 칭하기로 한다) 방식과, 다수개의 수신 안테나와 다수개의 송신 안테나를 구비하여 적용한 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 방식으로 분류된다.

특히, 상기 OFDMA 통신 시스템에 MISO 또는 MIIMO 방식이 도입되면, 상기 송신 안테나 다이버시티(Transmit Antenna Diversity) 방식 또는 공간 다중 다이버시티(Spatial Multiplexing Diversity) 방식 등으로 인해 높은 송신 이득을 얻을 수가 있다. 상기 송신 안테나 다이버시티 방식과 공간 다중 다이버시티 방식 등은, 실제로 적용되는 채널의 상태에 따라 상기 송신 이득이 각각 다르며, 또한, 기지국이 신호를 다수의 송신 안테나들을 통해 전송할 때에 송신 안테나의 가중치를 전송하는 경로가 개방-루프(open-loop)인지 폐-루프(closed-loop)인지에 따라 상기 송신 이득은 각각 다르다. 이러한 MIMO 또는 MISO 기술들은 상기 OFDMA 통신 시스템의 순방향 뿐 아니라 역방향 링크에서도 적용 가능하지만, 이하에서는 순방향 링크에 대해서 설명하기로 한다.

한편, AMC 방법은, 주파수 대역의 변동 특성을 이용하여 실시간으로 특정 단말에게 최적의 밴드를 할당하고, 상기 할당된 해당 밴드의 채널 상태에 따라 최적의 송신율로 송신하는 방법이다. 상기 AMC 방법은, 무선 광대역 인터넷 서비스를 제공하기 위한 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16d 통신 시스템에 적용되었다.

상기 IEEE 802.16d 통신 시스템은, 기존의 음성 서비스를 위한 무선 통신 시스템에 비교하여, 데이터의 전송 대역폭이 넓으므로 짧은 시간에 많은 데이터를 전송할 수 있으며, 모든 사용자가 공통의 채널을 공유하므로 효율적으로 채널을 사용할 수 있다. 즉, 상기 IEEE 802.16d 통신 시스템은, 기지국에 연결된 모든 사용자가 공통 채널을 공유하여 사용하며, 각 사용자가 채널을 사용하는 구간은 매 상향 및 하향 프레임마다 기지국에 의하여 할당된다. 그에 따라, 상기 기지국은 매 프레임마다 각 사용자가 채널을 나누어 사용할 수 있도록 상향 및 하향 접속 정보를 알려주어야 한다. 이러한 접속 정보는 상향 접속 정보 및 하향 접속 정보로 나뉘고, 상기 상향 접속 정보와 하향 접속 정보인 맵(MAP) 메시지는 매 프레임의 앞부분에 포함시켜 모든 사용자들에게 전송한다.

한편, 단말에서는 순방향의 채널 수신 상태를 역방향의 특정 채널을 통해 기지국으로 송신함으로써, 기지국이 보다 효과적으로 순방향 송신을 할 수 있도록 한다. 이렇게 순방향의 채널 수신 상태를 송신하기 위해 사용되는 역방향 채널을 채널 상태 표시자(CQI: Channel Quality Indicator, 이하 'CQI'라 칭하기로 한다)라고 부르며 IEEE 802.16 통신 시스템을 포함해 많은 통신 시스템에서 적용되고 있다.

그런데, 하나 이상의 안테나를 가진 기지국이 AMC 부 채널을 할당할 경우, 단일 안테나에서의 AMC 부 채널 할당 방법과는 다르므로, 단말에서의 AMC 밴드의 선택 방법과, 안테나 전송 방식의 선택 방법 등이 정의되어야 한다.

즉, 기존의 단일 입력 단일 출력(SISO: Single-Input Single-Output, 이하 'SISO'라 칭하기로 한다)환경에서 적용된 AMC 밴드의 선택 방법을 MISO 또는 MIMO 안테나 시스템에서 동일하게 적용하는 것은 효율적이지 못하다. 또한, 단말이 상기 선택된 AMC 밴드를 적용하기 위해 안테나 전송 방식을 선택할 경우, 예컨대 MISO 혹은 MIMO 방식을 선택할 경우, 상기 선택을 위한 선택 기준이 필요하다.

삭제

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 적어도 하나 이상의 안테나를 가지는 안테나 시스템에서의 순방향 또는 역방향 링크의 채널 추정을 통해 각 단말로 AMC 부 채널을 할당하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 적어도 하나 이상의 안테나를 가지는 안테나 시스템에서 AMC 밴드에 적용될 수 있는 안테나 전송 방식을 선택하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 적어도 하나 이상의 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 송신 장치 및 수신 장치들을 포함하는 통신 시스템에서 각 수신 장치로 주파수 대역을 할당하는 방법에 있어서, 상기 수신 장치는 상기 송신 장치로부터 수신되는 채널을 검사하고, 상기 결과에 상응하는 안테나 전송 방식을 선택하고, 상기 선택된 방식에 상응하는 최적의 주파수 대역을 선택한 후, 상기 선택 정보들을 포함하는 피드백 정보를 상기 송신 장치로 전송하는 과정과, 상기 송신 장치는 상기 전송되는 피드백 정보를 수신하고, 상기 수신한 피드백 정보에 상응하여 상기 수신 장치로 주파수 대열을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은; 적어도 하나 이상의 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 송신 장치 및 수신 장치들을 포함하는 통신 시스템에서 각 수신 장치로 주파수 대역을 할당하는 시스템에 있어서, 상기 송신 장치로부터 수신되는 채널을 검사하고, 상기 결과에 상응하는 안테나 전송 방식을 선택하고, 상기 선택된 방식에 상응하는 최적의 주파수 대역을 선택한 후, 상기 선택 정보들을 포함하는 피드백 정보를 상기 송신 장치로 전송하는 상기 수신 장치와, 상기 수신 장치로부터 전송되는 피드백 정보를 수신하고, 상기 수신한 피드백 정보에 상응하여 상기 수신 장치로 주파수 대열을 할당하는 상기 송신 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세 동작 및 구조에 대하여 상세히 설명한다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명은 적어도 하나 이상의 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 통신 시스템에서 순방향 또는 역방향 링크의 채널 추정을 통해 각 수신 장치로 적응형 변조/부호화(AMC: Adaptive Modulation and Coding, 이하 ‘AMC’라 칭하기로 한다) 방식으로 부 채널을 할당하는 기술을 제안한다. 이에 따라, 본 발명의 적어도 하나 이상의 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 상기 통신 시스템에서, 수신 장치는, 안테나를 통해 수신되는 데이터의 채널을 검사하고, 상기 검사 결과에 따라 안테나 전송 방식을 선택한다. 그리고, 상기 선택된 방식에서 최적의 AMC 밴드를, 즉 주파수 대역을 선택하여, 상기 선택된 안테나 전송 방식의 인덱스 및 AMC 밴드의 인덱스를 포함하는 피드백 정보를 송신 장치로 전송한다. 또한, 송신 장치는, 상기 수신 장치로부터의 피드백 정보에 따라 상기 수신 장치로 주파수 대역, AMC 부 채널을 할당하고, 상기 할당된 AMC 부 채널을 이용하여 데이터를 상기 수신 장치로 전송한다. 이와 같이 본 발명은, 단말이, 안테나 전송 방식의 선택과, 상기 선택된 안테나 방식에서 최적의 AMC 밴드를 선택하며, 상기 선택된 안테나 인덱스와 AMC 밴드의 인덱스를 피드백 정보에 포함시켜 기지국으로 전송함으로써, AMC 부 채널을 할당하여 데이터를 전송한다.

삭제

이하에서는, 설명의 편의를 위해 상기 송신 장치를 기지국으로, 수신 장치를 단말로, 가정하여 설명하며, 이는 본 발명의 일실시예일 뿐 본 발명의 권리 범위를 한정하는 것은 아님을 밝혀둔다. 또한, 하술되는 본 발명의 설명에서는 수신 장치, 즉 단말이 AMC 밴드와 안테나 전송 방식을 선택하는 것에 관해 설명하지만, 송신 장치, 즉 기비국이 상기 AMC 밴드와 안테나 전송 방식을 선택할 수도 있다. 아울러, 본 발명은, 송수신 장치 간의 데이터 전송을 순방향의 경우에 국한하여 설명하지만, 역방향의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

그러면, 본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 이하 본 발명의 설명에서 언급될 변수에 대해 우선 아래와 같이 정의하기로 한다.

M: 기지국에서의 송신 안테나 개수

N: 단말에서의 수신 안테나 개수

P: 하나의 기지국이 지원하는 전체 단말의 수

K: 전체 주파수 대역에 분할되는 AMC 밴드의 수

H: 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 방식의 시스템에서 N x M 차원을 가진 채널 행렬로서 이를 특이값 분해(SVD: Singular Value Decomposition, 이하 'SVD'라 칭하기로 한다)하면

가 된다.

: 순방향 링크에서 특정 시간에, 임의의 p번째 단말이 k번째 주파수에서 보는 m번째 송신 안테나와 n번째 수신안테나 사이의 채널을 표시한다. 이를 안테나 공간상으로 묶어 이차원 행렬을 만들면

이 되고, 행렬의 차원은 (행, 열) = (수신 안테나 수 N, 송신 안테나 수 M)가 된다. 상기 채널 행렬

는 특정 주파수에서 보는 채널 행렬이며, 이는 단말의 이동에 따라 실시간으로 변동하게 된다.

: 각 채널

의 상태를 나타내며 기본적으로 그 채널의 신호 대 잡음 비(SNR)를 의미하고, 이는 하기 수학식 1과 같이 정의된다.

즉, 상기

은 순방향 링크에서 특정 시간에, 임의의 p번째 단말이 k번째 주파수에서 보는 m번째 송신 안테나와 n번째 수신 안테나 간 채널의 신호 대 잡음 비를 의미한다. 예를 들어, 기지국이 m번째 안테나를 p번째 단말에게 데이터를 송신할 경우, k번째 주파수에서 상기 단말의 n번째 안테나와 상기 m번째 안테나 간 채널의 신호 대 잡음 비를 의미한다.

여기서, 서로 가까이 인접한 주파수 부반송파(subcarrier)에서는 보통 같은

을 갖게 되며, AMC 방법에서는 상기

값에 의해 최적화된 변조 부호화를 해당 AMC 밴드에 적용한다.

<AMC 밴드 선택 과정>

이하, 도 1 내지 도4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단말의 동작 중 AMC 밴드 선택 과정을 설명하기로 한다. 여기서, AMC 밴드 선택 과정은 안테나 전송 방식 선택 과정 이후에 수행되나, 본 발명을 설명함에 있어 이해를 돕기 위해 안테나 전송 방식으로 다중 입력 단일 출력(MISO: Multi-Input Single-Output, 이하 'MISO'라 칭하기로 한다) 방식이나, MIM0 방식일 경우에서 AMC 밴드 선택 과정을 설명하기로 한다.

1. MISO 방식의 안테나 시스템 구조에서 단말의 AMC 밴드 선택

도 1은 MISO 방식의 안테나 시스템 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 두 개의 안테나들(101,102)을 가진 기지국(BS: Base Station, 이하 'BS'라 칭하기로 한다)(100)은 하나의 안테나(111)를 가진 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다)(110)로 순방향 데이터를 전송하고 있다. 여기서, 상기 BS(100)는 시공간 처리(STP: Space-Time Processing, 이하 'STP'라 칭하기로 한다)기술을 적용해서 데이터를 부호화하여 두 개의 안테나들(101,102)을 통해 송신한다. 또한, 상기 BS(100)는 적응 안테나(adaptive antenna) 방식을 이용하여 데이터를 송신한다. 상기 적응 안테나 방식을 이용하여 데이터를 송신할 경우, 각 안테나들(101,102)을 통해 상기 MS(110)로 전송되는 경로인 두 개의 채널 h1과 h2는 서로 상관관계, 즉 상관도가 적은 채널로서, 각각은 전체 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭하기로 한다) 대역에서 서로 다른 주파수 선택도(frequency selectivity)를 가진다.

도 2는 도 1에서 설명한 바와 같이, 상기 두 개의 채널 h1과 h2가 서로 다른 주파수 선택도(frequency selectivity)를 가짐을 도시한 도면이다. 여기서, 상기 도 2의 x축은 주파수(f)를 나타내고, y축은 BS(100)에서 임의의 p번째 MS(110)로 전송되는 채널 h1과 h2 중에서 k번째 주파수에 상응하는 전력의 크기를 나타내며, 상기 전력의 크기는 앞선 정의한

로 표시된다. 또한, 이하 도 2의 설명에서는 설명의 편의를 위해, 도 1에서 BS(100)의 두 개의 안테나들(101,102) 중 101안테나를 제1안테나로, 102안테나를 제2안테나로 가정하여 설명한다.

도 2를 참조하면, 제1그래프(201)는 BS(100)의 제1안테나(101)로부터 MS(110)의 안테나(111)가 수신하는 채널 h1의 전력 크기

를 나타내고, 제2그래프(203)는 BS(100)의 제2안테나(102)로부터 MS(110)의 안테나(111)가 수신하는 채널 h2의 전력 크기

를 나타낸다. 여기서, 상기 두 채널 h1과 h2의 채널 특성은 상관도가 낮으며, MS(110)는 MISO 방식에 따라 하기의 두 가지 방법으로 AMC 밴드를 선택한다. 하지만, 본 발명은 두 채널의 상관도에 관계없이 적용될 수 있음을 밝혀둔다.

삭제

1-1. 상기 AMC 밴드를 선택하는 첫 번째 방법(이하 '1-1 방법'이라 칭하기로 한다)으로 MS(110)는, 두 개 이상의 송신 안테나들로부터 수신되는 모든 채널들의 채널 전력 중에서 크기가 가장 큰 값을 가지는 밴드(B₁)를 선택하고, 상기 선택되는 밴드(B₁)는 하기 수학식 2와 같이 정의된다.

상기 수학식 2에 의해 MS(110)는, m개의 송신 안테나들에서 수신되는 채널들의 각 밴드들 중 k번째 주파수에서 전력 크기가 가장 큰 값을 가지는 B₁ 밴드를 선택한다.

따라서 상기 도 2를 참조하면, MS(110)는, 제1안테나(101)와 제2안테나(102)에서 수신되는 h1채널과 h2채널들의 각 밴드들 중 k번째 주파수에서 전력의 크기

와

가 가장 큰, 즉 제1그래프(201)와 제2그래프(203)가 각각 피크가 되는 B_1-1 밴드를 선택한다. 이렇게 상기 수학식 2에 의해 B_1-1 밴드를 선택한 MS(110)는, 상기 선택된 B_1-1 밴드의 인덱스와, 선택된 B_1-1 밴드에서 최대 전력 크기를 갖는 채널을 전송하는 BS(100)의 안테나 인덱스를 피드백 정보에 포함시켜 BS(100)로 전송한다.

1-2. 상기 AMC 밴드를 선택하는 두 번째 방법(이하 '1-2 방법'이라 칭하기로 한다)으로 단말(110)은, 두 개 이상의 수신 채널들로부터의 수신 전력 크기의 합이 최대가 되는 밴드(B₂)를 선택하고, 상기 선택되는 밴드(B₂)는 하기 수학식 3과 같이 정의된다.

상기 수학식 3에 의해 MS(110)는, m개의 송신 안테나들에서 수신되는 채널들의 각 밴드들 중 k번째 주파수에서 m개의 채널들의 전력 크기의 합을 구하고, 그 합이 가장 큰 밴드(B₂)를 선택한다.

따라서 상기 도 2를 참조하면, MS(110)는 제1그래프(201)와 제2그래프(203)에 전력의 크기

와

의 합이 최대가 되는 B_1-2 밴드를 선택한다. 이렇게 상기 수학식 3에 의해 B_1-2 밴드를 선택한 MS(110)는, 상기 선택된 B_1-2 밴드의 인덱스를 피드백 정보에 포함시켜 BS(100)로 전송한다.

2. MIMO 방식의 안테나 시스템 구조에서 단말의 AMC 밴드 선택

도 3은 MIMO 방식의 안테나 시스템의 구조를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 두 개의 안테나들(301,302)을 가진 BS(300)는 두 개의 안테나들(311,312)을 가진 임의의 p번째 MS(Pth MS)(310)로 순방향 데이터를 전송하고 있다. 여기서, BS(300)는 STP 방식을 이용하여 데이터를 부호화한 후 두 개의 안테나들(301,302)을 통해 송신한다. 또한, 상기 BS(300)는 적응 안테나 방식을 이용하여 데이터를 송신한다. MS(310)는 두 개의 안테나들(311,312)을 통해 수신되는 STP 신호를 복호한다. 여기서, 설명의 편의를 위해 BS(300)의 301 안테나를 제1안테나로, 302 안테나를 제2안테나로 가정하고, MS(310)의 311안테나를 제1안테나로, 312안테나를 제2안테나로 가정하여 설명한다.

이때, 상기 BS(300)의 두 개의 안테나들(301,302)을 통해 상기 MS(310)의 두 개 안테나들(311,312)로 전송되는 채널들은 4가지가 있고, 상기 채널들은 하기 수학식 4와 같이 2x2의 채널 행렬

로 표시된다.

상기 수학식 4에서,

는, BS(300)의 제1안테나(301)에서 MS(310)의 제1안테나(311) 사이의 채널을 나타내고,

는, 기지국(300)의 제1안테나(301)에서 단말(310)의 제2안테나(312) 사이의 채널을 나타내고,

는, BS(300)의 제2안테나(302)에서 MS(310)의 제1안테나(311) 사이의 채널을 나타내고,

는, BS(300)의 제2안테나(302)에서 MS(310)의 제2안테나(312) 사이의 채널을 나타낸다.

상기 BS(300)가 적응 안테나 방식을 이용하여 데이터를 송신할 경우, 각 채널들

,

각각은 서로 다른 상관 관계, 즉 상관도가 적은 채널로서, 각각은 OFDMA 전체 대역에서 서로 다른 주파수 선택도를 가진다.

도 4는 도 3에서 설명한 바와 같이, 상기 4개의 채널들이 서로 다른 주파수 선택도를 가짐을 도시한 도면이다. 여기서, 전술한 도 2와 같이 도 4의 x축은 주파수(f)를 나타내고, y축은 BS(300)에서 임의의 p번째 MS(310)로 전송되는 채널들 중에서 k번째 주파수에 상응하는 전력의 크기를 나타내며, 상기 전력의 크기는 앞선 정의한

로 표시된다.

도 4를 참조하면, 제1그래프(401)는 BS(300)의 제1안테나(301)로부터 MS(310)의 제1안테나(311)가 수신하는 채널

의 전력 크기

를 나타내고, 제2그래프(403)는 BS(300)의 제1안테나(301)로부터 MS(310)의 제2안테나(312)가 수신하는 채널

의 전력 크기

를 나타낸다. 또한, 제3그래프(405)는 BS(300)의 제2안테나(302)로부터 MS(310)의 제1안테나(311)가 수신하는 채널

의 전력 크기

를 나타내고, 제4그래프(407)는 BS(300)의 제2안테나(302)로부터 MS(310)의 제2안테나(312)가 수신하는 채널

의 전력 크기

를 나타낸다.

여기서, 상기 네 채널들의 채널 특성은 상관도가 낮으며, MS(310)는 MIMO 방식에 따라 하기의 네 가지 방법으로 AMC 밴드를 선택한다. 하지만, 본 발명은 상기 채널들의 상관도에 관계없이 적용될 수 있음을 밝혀둔다.

2-1. 상기 AMC 밴드를 선택하는 첫 번째 방법(이하 '2-1 방법'이라 칭하기로 한다)은 상기 1-1 방법과 유사한 것으로, MS(310)는, 수신 안테나가 다수 개이므로 각각의 송신 안테나로부터 상기 다수 개의 수신 안테나가 수신하는 채널 전력의 합을 비교하여 밴드(B₁)을 선택하고, 상기 선택된 밴드(B₁)는 하기 수학식 5와 같이 정의된다.

상기 수학식 5에 의해 MS(310)는, k번째 주파수에서 BS(300)의 각 송신 안테나별로, 하나의 송신 안테나로부터 상기 MS(310)의 다수의 수신 안테나들로 송신되는 채널들의 전력 크기의 합을 구한 후, 상기 합 중에서 가장 큰 값을 가지는 밴드(B₁)를 선택한다.

따라서 상기 도 4를 참조하면, MS(310)은, k번째 주파수에서 BS(300)의 제1안테나(301)로부터 상기 MS(310)의 제1안테나(311)와 제2안테나(312)가 수신하는 채널

와

의 전력 크기

와

의 합과, BS(300)의 제2안테나(302)로부터 상기 MS(310)의 제1안테나(311)와 제2안테나(312)가 수신하는 채널

와

의 전력 크기

와

의 합을 구하고, 상기 합 중에서 가장 큰 값을 가지는 B_2-1밴드를 선택한다.

이렇게 상기 수학식 5에 의해 B_2-1 밴드를 선택한 MS(310)는, 상기 선택된 B_1-1 밴드의 인덱스와, 선택된 B_2-1 밴드에서 전력 크기의 합이 최대인 채널을 전송하는 BS(300)의 안테나 인덱스를 피드백 정보에 포함시켜 BS(300)로 전송한다.

2-2. 상기 AMC 밴드를 선택하는 두 번째 방법(이하 '2-2 방법'이라 칭하기로 한다)은 상기 1-2의 방법과 유사하게 MS(310)가 밴드(B₂)를 선택하며, 상기 선택된 밴드(B₂)는 하기 수학식 6과 같이 정의된다.

상기 수학식 6에 의해 MS(310)는, 각 밴드 k번째 주파수에서 m x n개의 채널들의 전력 크기의 합을 구하고, 그 합이 가장 큰 밴드(B₂)를 선택한다.

따라서 상기 도 4를 참조하면, MS(310)는 제1그래프(401)와 제2그래프(403)와 제3그래프(405)와 제4그래프(407)의 합이 최대가 되는 B_2-2 밴드를 선택한다. 이렇게 상기 수학식 6에 의해 B_2-2 밴드를 선택한 MS(310)는 상기 선택된 B_2-2밴드의 인덱스를 피드백 정보에 포함시켜 BS(300)로 전송한다.

2-3. 상기 AMC 밴드를 선택하는 세 번째 방법(이하 '2-3 방법'이라 칭하기로 한다)은 상기 MISO 방식의 안테나 시스템 구조에서는 없는 방법으로, MS(310)는, 주어진 NxM 차원의 채널 행렬

를 SVD를 통해 산출된 특이값(singula value)들 중 가장 큰 값을 가지는 밴드(B₃)를 선택하고, 상기 선택된 밴드(B₃)는 하기 수학식 7과 같이 정의된다.

상기 수학식 7을 통해 B₃ 밴드를 선택한 MS(310)는, 선택된 밴드 B₃의 인덱스를 피드백 정보에 포함시켜 BS(300)로 전송한다.

2-4. 상기 AMC 밴드를 선택하는 네 번째 방법(이하 '2-4 방법'이라 칭하기로 한다)은 상기 MISO 방식의 안테나 시스템 구조에서는 없는 방법으로, MS(310)는, 주어진 N x M 차원의 채널 행렬

로 전송할 수 있는 이론적인 폐-루프(close-loop) 구조의 채널 중에서 최대의 용량값을 가지는 밴드(B₄)를 선택하고, 상기 선택된 밴드(B₄)는 하기 수학식 8과 같이 정의된다.

여기서, 상기

는, 상기 임의의 p번째 MS(310)가 k번째 주파수에서 겪는 채널 행렬

의 이론적인 채널 용량(theoretical channel capacity)값으로 단위는 b/s/Hz이다. 이에 따라, 상기 채널 행렬

에 대한 채널 용량값

는, 상기 수학식 9와 같이 정의된다.

상기 수학식 9에 의해 정의된 채널 용량값

은, 해당 주파수에서 이상적인 부호화 과정를 거쳐 안테나 전송 방식으로 송신된 신호가 수신 단에서 오류없이 복호될 수 있는 이론적인 최대의 주파수 효율 또는 데이터 전송률을 의미한다.

2-5. 상기 AMC 밴드를 선택하는 다섯 번째 방법(이하 '2-5 방법'이라 칭하기로 한다)은 상기 MISO 방식의 안테나 시스템 구조에서는 없는 방법으로, MS(310)는, 주어진 NxM 차원의 채널 행렬

로 전송할 수 있는 이론적인 개방-루프(open-loop) 구조의 채널 중에서 최대의 용량값을 가지는 밴드(B₅)를 선택하고, 상기 선택된 밴드(B₅)는 하기 수학식 10과 같이 정의된다.

상기

의 이론적인 개방-루프 구조의 채널 용량(open-loop channel capacity)값으로 단위는 b/s/Hz이다. 이에 따라, 상기 채널 행렬

에 대한 채널 용량값

는, 하기 수학식 11과 같이 정의된다.

상기 수학식 11에 의해 정의된 채널 용량값

은 해당 주파수에서 이상적인 부호화 과정를 거쳐 안테나 전송 방식으로 송신된 신호가 수신 단에서 오류없이 복호될 수 있는 이론적인 최대의 주파수 효율 또는 데이터 전송률을 의미한다.

이하, 전술한 바와 같이 본 발명에 따라 선택된 AMC 밴드에 적용될 수 있는 안테나 전송 방식을 선택하는 과정을 설명하기로 한다. 여기서, OFDMA 통신 시스템의 수신 장치, 즉 MS의 안테나 전송 방식 선택은 아래와 같은 매개 변수들에 의해 결정된다.

(1) 주어진 채널 행렬

(2) 상기 채널 행렬

을 지원할 수 있는 MS의 기본 가능 특성(Subscriber Basic Capability: SBC)

(3) 피드백 채널의 용량

(4) 단말에서 요청하는 트래픽의 신뢰도 특성

데이터 전송이 순방향일 경우,위의 네 가지 매개 변수들에 의해 MS는, 추후에 이어지는 순방향 링크의 안테나 전송 방식을 선택하여 기지국에 요청한다. 이하의 본 발명에서는 추정된 채널 행렬

에 따라 상기 안테나 전송 방식을 선택하는 방법을 위주로 설명한다.

물론, 이를 위해서는 상기 MS에서 해당 방식을 지원해야 하며, 이러한 지원은 단말이 네트웍에 접속하는 초기 단계에서의 SBC 요청/응답(SBC_REQ/RSP: SBC_Request/Response) 메시지를 통해 이미 신호 변경(handshake)되어진다. 또한, MS가 선택한 특정 전송 방식을 뒷받침할 피드백 채널의 할당은 단말에게 이루어진다는 가정도 이루어져야 한다. 아울러, MS에서 요청하는 트래픽의 특성에 맞추어 전송 방식의 선택이 이루어진다는 가정도 포함한다. 예를 들어, 해당 MS가 낮은 전송율(transmission rate)을 요청하지만 높은 수준의 수신 신호를 요구할 경우, 전송 방식의 선택에 있어서 공간 다중 다이버시티(Space Multiplexing Diversity) 방식보다는 송신 안테나 다이버시티(Transmit Antenna Diversity) 방식을 선택한다는 가정을 하는 것이다.

상술한 바와 같이 가정한 이후에 이루어지는 안테나 전송 방식을 선택하는 방법은 MISO, SIMO 또는 MIMO 방식에 따라 다음과 같이 상이하다.

1. SIMO 방식일 경우

우선, 상기 SIMO 방식, 즉 BS는 한 개의 안테나에서 데이터를 송신하고 MS는 다수개의 안테나를 통해 데이터를 수신하는 방식에서의 선택 방법은, 다중 채널의 추정이 가능할 때에 간섭이 없는 환경에서 최대율 결합(MRC: Maximal Ratio Combining, 이하 'MRC'라 칭하기로 한다) 방식이 최적의 안테나 전송 방식이 된다. 이때, MS는 AMC 밴드를 전술한 1-2 방법을 통해 선택한다. 또한, MS가 BS에게 전송해야 하는 피드백 정보는 선택된 밴드의 번호와 그 밴드에서의 채널 성능 값, 그리고 그 성능 값에 맞는 AMC 레벨이다. 이를 위해서 필요한 피드백 정보의 양(RBFB: Required Bits for Feedback, 이하 'RBFB'라고 칭하기로 한다)은 하기 수학식 12와 같이 정의된다.

상기

는, AMC 밴드의 개수 K를 로그 연산한 값보다 큰 정수들 중에서 가장 작은 정수를 산출하는 것을 의미한다. 또한, 상기 L은 단일 입력 단일 출력(SISO: Single-Input Single-Output, 이하 ' SISO'라 칭하기로 한다) 방식을 기준으로 각 MS에 할당되는 채널 상태 표시자(CQI: Channel Quality Indicator, 이하 'CQI'라 칭하기로 한다) 전송을 위한 전용 피드백 채널 하나의 비트 수로서, IEEE 802.16 통신 시스템에서는 4 또는 5 비트가 할당되어 있다.

2. MISO 방식일 경우

다음으로, 상기 MISO 방식, 즉 기지국은 다수개의 안테나에서 데이터를 송신하고 단말은 하나의 안테나를 통해 데이터를 수신하는 방식에서의 선택 방법은, 다음의 세가지 시공간 방법이 가능하다.

첫 번째 방법은, 안테나 선택 다이버시티 방식으로서 다중 전송 안테나에서 순방향으로 수신된 채널을 전 대역에서 추정하여 채널 성능이 가장 좋은 안테나 하나에서만 가장 좋은 밴드를 통해 순방향 링크가 이루어지도록 하는 방법이다. 이때, MS는 AMC 밴드를 전술한 1-1 방법을 통해 선택한다. 상기 RBFB는 하기 수학식 13과 같이 정의된다.

두 번째 방법은, 송신 안테나 다이버시티 방식으로 두 개의 송신 안테나에서 시공간 부호화를 한 신호가 동시에 같은 밴드에서 송신되어 하나의 수신 안테나에서 복호된다. 이때, 각각의 송신 신호는 SISO와 비교하여 전력이 반으로 감소되어 전송된다. 자세한 부호 및 복호화 과정은 본 발명의 요지와는 관계가 없으므로 생략한다. 이렇게 상기 송신 안테나 다이버시티 방식을 이용할 경우, MS는 AMC 밴드를 전술한 1-2 방법을 통해 선택한다. 또한, RBFB는 상기 SIMO 방식에서와 같이 상기 수학식 12와 같이 정의된다.

세 번째 방법은, 송신 안테나 배열(TxAA: Transmit Antenna Array) 방식으로서 이에 대한 자세한 설명은 본 발명의 요지와는 관계가 없으므로 생략한다. 상기한 방식을 이용할 경우, MS는 AMC 밴드를 전술한 1-2 방법을 통해 선택한다. 상기 송신 안테나 배열 방식은 송신 다이버시티 방식보다는 더 우수하며, 이때 추가되어야 할 피드백 정보는 송신 안테나의 계수에 관한 정보가 추가되어야 한다. 이렇게 상기 피드백 정보에 송신 안테나의 계수를 추가하기 위해서는 (M-1)F의 비트가 필요하다. 여기서, 상기 F 는 하나의 복소수 안테나 계수를 표현하기 위해 사용되는 비트 수를 나타낸다. 만약, F=L 이라고 가정하면 전체 RBFB는 하기 수학식 14와 같이 정의된다.

3. MIMO 방식일 경우

다음으로, 상기 MIMO 방식, 즉 BS와 MS에 각각 다수개의 안테나가 있는 방식에서의 선택 방법은, 다음의 네 가지 시공간 방법이 가능하다.

첫 번째 방법은, 안테나 선택 다이버시티 방식으로서, MS는 AMC 밴들를 전술한 2-1 방법을 통해 선택한다. 이때, RBFB는 상기 MISO 방식에서의 경우와 동일하다. 즉, 상기 RBFB는 상기 수학식 13과 같이 정의된다.

두 번째 방법은, 송신 안테나 다이버시티 방식으로서, MS는 AMC 밴드를 전술한 2-2 방법을 통해 선택한다. 이때, RBFB는 상기 SIMO 방식에서의 경우와 동일하고, 상기 수학식 12와 같이 정의된다.

세 번째 방법은, 송신 안테나 배열 방식이, 송신 단의 안테나 가중치 벡터 wt로 적용이 되고 수신 단의 안테나 가중치 벡터 wr로 적용되는 방식이다. 이때, MS는 AMC 밴드를 전술한 2-3 방법을 통해 최적화된 AMC 밴드를 선택한다. 이러한 방법은, 데이터를 송수신단에 있는 다중 안테나를 모두 하나의 밴드에 또는 스트림에 실어서 보내는 방법이다. 즉, 후술되는 공간 다중 방식은 MS가 채널 행렬

를 SVD를 하여 선택한 밴드 또는 스트림 전체를 이용한다면, 상기한 방법은, 그 중 가장 큰 특이값을 가진 스트림 하나에 데이터를 실어서 보낸다. 이때, 송신 단의 안테나 가중치 벡터 wt는, 채널 행렬

를 SVD 한 후에 나오는 우측 고유행렬(eigen matrix) V의 첫 번째 고유벡터(eigen vector) 이고, 수신 단의 안테나 가중치 벡터 wr는, 좌측 고유행렬 U 의 첫 번째 고유벡터로 이루어진다. 따라서, MS에 의해 선택되는 AMC 밴드는, 전체 밴드의 인덱스 K들 중에서 첫 번째 특이벡터(singular vector)가 가장 큰 밴드를 선택하면 된다. 이때, RBFB는 하나의 복소수 계수를 표현되며, 필요한 비트 수를 F=L이라고 할 경우, 상기 RBFB는 하기 수학식 15와 같이 정의된다.

네 번째 방법은, 공간 다중 방식으로서 MS가 상기 공간 다중 방식을 적용할 경우, 적용하기 위한 MS의 AMC 밴드 선택은, 상기 방식이 개방-루프 구조인가 또는 폐-루프 구 인가에 따라 결정된다. 만약, 상기 방식이 폐-루프 구조일 경우, MS에 의해 선택된 AMC 밴드는 전술한 2-4 방법을 통해 선택되고, 개방-루프 구조일 경우, MS에 의해 선택된 AMC 밴드는 전술한 2-5 방법을 통해 선택된다. 여기서, 상기 폐-루프 구조는, 이론적으로 개방-루프 구조 보다 더 높은 송신 이득을 얻을 수 있으나, BS가 필요로 하는 피드백 정보량과 MS에서의 계산양도 증가한다. 이에 따라, 상기 폐-루프 구조를 적용할 경우, BS가 필요로 하는 피드백 정보는, NxM 차원을 가진 채널 행렬

이며, 하나의 복소수 원소를 표현하는데 필요한 비트 수를 F=L이라고 할 경우, RBFB는 하기 수학식 16과 같이 정의된다.

한편, 개방-루프 구조를 적용할 경우, RBFB는 상기 수학식 12에 의해 정의된다.

여기서, 상기한 모든 RBFB는 선택된 하나의 AMC 밴드만을 단말이 전송할 때 필요한 비트 수이며, 또한 특정 안테나 전송 방식을 알려주는 전송 방식의 구분을 위한 비트는 생략됨을 알려둔다. 아울러, BS에서의 스케줄링 이득을 위해 각 MS는, 다수개의 안테나 전송 방식과 다수개의 AMC 밴드를 선택하여 상기 BS에 보낸다. 이러한 선택을 하기 위한 선택 기준은 상술한 바와 같이 매개 변수를 고려해서 선택한다.

<BS의 스케줄링>

이하에서는, 전술한 바와 같은 본 발명을 구현하기 위한 기지국에서의 스케줄링에 관해 설명하기로 한다. 본 발명에 따라 각 단말은 안테나 전송 방식과 AMC 밴드를 선택하고, 선택한 안테나 전송 방식과 AMC 밴드에 정보, 즉 안테나 인덱스와 AMC 밴드 인덱스를 피드백 정보에 포함시켜 기지국에 전달한다. 이렇게 각 단말로부터 선택된 안테나 전송 방식과 AMC 밴드에 관한 정보를 수신한 BS는, 다음 프레임의 순방향과 역방향에 할당할 자원을 분배한다.

이때, 순방향의 스케줄링 이득을 위해 각 MS는, 다수개의 안테나 전송 방식과 AMC 밴드들을 역방향 링크로 전송하며, 보다 자세하게는 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따라 각 MS가 상기 안테나 인덱스와 AMC 밴드의 인덱스를 포함한 피드백 정보를 도시한 도면이다. 여기서, 상기 각 MS는, 특정 시간 동안에 선택한 안테나 전송 방식과 AMC 밴드에 관한 정보를 BS로 송신한다. 여기서, 도 5의 x축은 각 MS들(MS1,MS2,MS3)가 가지는 안테나 개수를 나타내고, y축은 주파수를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 각 MS들(MS1,MS2,MS3)은 각각 두 개의 안테나들을 가지며, 안테나 전송 방식과 AMC 밴드에 관한 정보를 송신하며, 특히 안테나 전송 방식을 선택함에 있어 가장 큰 선택도에 관한 정보를 포함시켜 송신한다. 즉, 상기 도 5에서 501,503,505 영역은 각 MS들(MS1,MS2,MS3)이 상기 안테나 전송 방식을 선택할 경우 가장 많이 선택되는 영역이다.

한편, BS는 다수의 각 MS들로 데이터를 송신할 경우, 상기 데이터의 송신 효율을 극대화시키기 위해서 스케줄링을 한다. 이러한 BS의 스케줄링은 송신율(transmission rate), 즉 p번째 MS가 k번째 주파수에서 할당되었을 경우, 예상되는 송신율

의 합이 최대가 되도록 한다.

상기 각 MS가 서로 같은 대역의 주파수 자원을 요청했을 경우, 상기 송신율의 합이 최대가 되도록, 즉 셀 전체의 주파수 효율(spectral efficiency)이 극대화되도록 BS는 스케줄링을 한다. 물론 한 프레임 내에서 다수개의 OFDMA 심볼을 가지므로 이를 이용하여 주파수-시간 이차원으로 이루어진 영역에서의 효율 극대화가 이루어져야 한다.

도 6은 본 발명에 따라 각 단말이 AMC 밴드와 안테나 전송 방식을 선택하고, 선택한 AMC 밴드와 안테나 전송 방식에 관한 정보를 기지국에 전송하면, 상기 BS가 상기 각 MS에게 최적의 부 채널을 할당하는데, 이렇게 BS가 할당했을 경우 주파수와 시간축 상에서의 할당 정보를 도시한 도면이다. 여기서, y축인 주파수축의 단위는 AMC 밴드이며 x축인 시간축 상의 단위는 프레임이다. 여기서, 도 6의 601 영역과 603 영역 간은 서로 다른 MS임을 나타내고, 605 영역과 603 영역 간은 서로 다른 안테나 전송 방식임을 나타낸다.

삭제

이상에서는 본 발명의 실시예를 특정의 환경에 한정하여 설명하였지만, 본 발명은 하나의 BS가 다수개의 안테나를 이용하여 각각의 MS를 지원하는 마이크로 다이버시티(micro-diversity)만이 아니라, 하나 혹은 다수개의 안테나를 가진 다수개의 BS가 협조하여 각각의 MS를 지원하는 매크로 다이버시티(macro-diversity)환경에서도 적용될 수 있다.

도 7은 매크로 다이버시티 환경에서의 시스템 구조를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 각각 하나의 안테나(711,712)를 가진 두 개의 BS(BS#1,BS#2)(710,720)와 두 개의 안테나(731,733)를 가진 하나의 MS(MS)(730)간에 데이터를 송수신하고 있다. 상기 BS들(710,720)은 적응 안테나 방식을 통해 데이터를 송신하며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 710 BS를 제1BS(710)로, 720 BS를 제2BS(720)로 가정한다.
이렇게 데이터를 송신할 경우, 상기 제1BS(710)의 안테나(711)를 통해 상기 MS(730)의 두 안테나들(731,732)로의 전송되는 경로인 채널 h1과, 상기 제2BS(720)의 안테나를 통해 상기 MS(730)의 두 안테나들(731,733)로의 전송되는 경로인 채널 h2는 서로 상관 관계가 적은 채널이다. 그에 따라, 각 채널들 h1과 h2는 전체 OFDMA 대역에서 서로 다른 주파수 선택도를 가지며, 보다 자세한 설명은 도 1과 도 3의 시스템에서와 동일함으로 생략하기로 한다.

도 8은 도 7에 도시한 시스템 구조에서 MS(730)와 두 BS들(711,712) 간의 채널들 h1과 h2가 서로 다른 주파수 선택도를 가짐을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 우선, 제1그래프(801)는 제1BS(710)의 안테나(711)로부터 MS(730)의 안테나들(731,733)이 수신하는 채널 h1의 전력 크기를 나타내고, 제2그래프(803)는 제2BS(720)의 안테나(712)로부터 MS(730)의 안테나들(731,733)이 수신하는 채널 h2의 전력 크기를 나타낸다. 이에 따라, 상기 MS(730)는, k번째 주파수에서 전술한 1-1 방법을 통해 AMC 밴드(B_1-1)를 선택하고, 선택한 상기 B_1-1 밴드의 인덱스와 안테나 인덱스를 BS(710,720)로 전송한다. 또한, 상기 MS(730)는 전술한 1-2 방법을 통해 AMC 밴드(B_1-2)를 선택하고, 선택한 상기 B_1-2 밴드의 인덱스를 BS(710,720)로 전송한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 적어도 하나 이상의 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 통신 시스템에서 채널을 검사하여 안테나 전송 방식과 AMC 밴드를 선택하여 AMC 부 채널을 할당할 수 있다. 따라서, 본 발명은 AMC 밴드 운영의 장점과 다중 안테나 방식을 접목시킴으로써 통신 시스템에서 한정된 주파수 자원의 사용 효율을 증가시킬 수 있다.

Claims

적어도 하나 이상의 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 송신 장치 및 수신 장치들을 포함하는 통신 시스템에서 각 수신 장치로 주파수 대역을 할당하는 방법에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 송신 장치로부터 수신되는 채널을 검사하고, 상기 결과에 상응하는 안테나 전송 방식을 선택하고, 상기 선택된 방식에 상응하는 최적의 주파수 대역을 선택한 후, 상기 선택 정보들을 포함하는 피드백 정보를 상기 송신 장치로 전송하는 과정과,

상기 송신 장치는, 상기 전송되는 피드백 정보를 수신하고, 상기 수신한 피드백 정보에 상응하여 상기 수신 장치로 주파수 대열을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 송신 장치는, 상기 할당된 주파수 대역을 이용하여 상기 수신 장치로 데이터를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 피드백 정보는, 상기 안테나 전송 방식의 인덱스와 상기 주파수 대역의 인덱스를 포함하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제3항에 있어서,

상기 주파수 대역의 인덱스는, 상기 주파수 대역의 번호와 상기 주파수 대역에서 채널의 성능 정보와 상기 성능 정보에 상응하는 주파수 대역 레벨 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나 전송 방식을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 단일 입력 다중 출력(Single Input Multi Output)인 경우, 채널의 최대율 결합(Maximal Ratio Combining) 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제5항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나 전송 방식을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 단일 출력(Multi Input Single Output)인 경우, 안테나 선택 다이버시티 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제7항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력 중에서 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나 전송 방식을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 단일 출력(Multi Input Single Output)인 경우, 송신 안테나 다이버시티 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제9항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나 전송 방식을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 단일 출력(Multi Input Single Output)인 경우, 송신 안테나 배열 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제11항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제11항에 있어서,

상기 송신 안테나 배열 방식을 선택한 수신 장치는, 상기 피드백 정보에 송신 안테나의 계수에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나 전송 방식을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 안테나 선택 다이버시티 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제14항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 입력 채널별로 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나 전송 방식을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 송신 안테나 다이버시티 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제16항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 입력 채널별로 합하고, 상기 합한 입력 채널별 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나 전송 방식을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 송신 안테나 배열 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제18항에 있어서,

상기 송신 안테나 배열 방식은, 상기 송신 장치의 안테나 가중치 벡터에 적용되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제19항에 있어서,

상기 송신 장치의 안테나 가중치 벡터는, 상기 검사한 채널을 소정의 행렬로 설정하고, 상기 행렬을 특이값 분해(singular value decomposition)를 통해 우측 고유행렬(eigen matrix)을 산출한 후, 산출된 우측 고유행렬의 첫 번째 고유벡터(eigen vector)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제18항에 있어서,

상기 송신 안테나 배열 방식은, 상기 수신 장치의 안테나 가중치 벡터에 적용되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제21항에 있어서,

상기 수신 장치의 안테나 가중치 벡터는, 상기 검사한 채널을 소정의 행렬로 설정하고, 상기 행렬을 특이값 분해(singular value decomposition)를 통해 좌측 고유행렬(eigen matrix)을 산출한 후, 산출된 좌측 고유행렬의 첫 번째 고유벡터(eigen vector)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제18항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널 소정의 행렬로 설정하고, 상기 설정된 행렬을 특이값 분해(SVD: singular value decomposition)를 통해 특이값(singular value)을 산출한 후, 상기 산출된 특이값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나 전송 방식을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 공간 다중 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제24항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널 중에서 페-루프(close-loop) 구조인 채널의 용량값을 산출하고, 상기 산출된 용량값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제24항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널 중에서 개방-루프(open-loop) 구조인 채널의 용량값을 산출하고, 상기 산출된 용량값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 단일 출력(Multi Input Single Output)인 경우, 상기 검사한 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력 중에서 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 단일 출력(Multi Input Single Output)인 경우, 상기 검사한 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구한 후, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 상기 검사한 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 입력 채널별로 합을 구한 후, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 상기 검사한 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 입력 채널별로 합한 후, 상기 합한 입력 채널별 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 상기 검사한 채널을 특이값 분해(singular value decomposition)를 통해 특이값(singular value)을 산출하고, 상기 산출된 특이값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 상기 검사한 채널 중에서 페-루프(close-loop) 구조인 채널의 용량값을 산출하고, 상기 산출된 용량값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 주파수 대역을 선택하는 과정은, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 상기 검사한 채널 중에서 개방-루프(open-loop) 구조인 채널의 용량값을 산출하고, 상기 산출된 용량값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 방법.
적어도 하나 이상의 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 송신 장치 및 수신 장치들을 포함하는 통신 시스템에서 각 수신 장치로 주파수 대역을 할당하는 시스템에 있어서,

상기 송신 장치로부터 수신되는 채널을 검사하고, 상기 결과에 상응하는 안테나 전송 방식을 선택하고, 상기 선택된 방식에 상응하는 최적의 주파수 대역을 선택한 후, 상기 선택 정보들을 포함하는 피드백 정보를 상기 송신 장치로 전송하는 상기 수신 장치와,

상기 수신 장치로부터 전송되는 피드백 정보를 수신하고, 상기 수신한 피드백 정보에 상응하여 상기 수신 장치로 주파수 대열을 할당하는 상기 송신 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 송신 장치는, 상기 할당된 주파수 대역을 이용하여 상기 수신 장치로 데이터를 송신하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 안테나 전송 방식의 인덱스와 상기 주파수 대역의 인덱스를 상기 피드백 정보에 포함시키는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제36항에 있어서,

상기 주파수 대역의 인덱스는, 상기 주파수 대역의 번호와 상기 주파수 대역에서 채널의 성능 정보와 상기 성능 정보에 상응하는 주파수 대역 레벨 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 단일 입력 다중 출력(Single Input Multi Output)인 경우, 채널의 최대율 결합(Maximal Ratio Combining) 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제38항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 단일 출력(Multi Input Single Output)인 경우, 안테나 선택 다이버시티 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제40항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력 중에서 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 단일 출력(Multi Input Single Output)인 경우, 송신 안테나 다이버시티 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제42항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 단일 출력(Multi Input Single Output)인 경우, 송신 안테나 배열 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제44항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제44항에 있어서,

상기 송신 안테나 배열 방식을 선택한 수신 장치는, 상기 피드백 정보에 송신 안테나의 계수에 관한 정보를 포함하여 송신 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 안테나 선택 다이버시티 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제47항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 입력 채널별로 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 송신 안테나 다이버시티 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제49항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 입력 채널별로 합하고, 상기 합한 입력 채널별 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 송신 안테나 배열 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제51항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 송신 안테나 배열 방식이 송신 장치의 안테나 가중치 벡터에 적용되도록 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제51항에 있어서,

상기 송신 장치의 안테나 가중치 벡터는, 상기 검사한 채널을 소정의 행렬로 설정하고, 상기 행렬을 특이값 분해(singular value decomposition)를 통해 우측 고유행렬(eigen matrix)을 산출한 후, 산출된 우측 고유행렬의 첫 번째 고유벡터(eigen vector)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제51항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 송신 안테나 배열 방식이 수신 장치의 안테나 가중치 벡터에 적용되도록 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제54항에 있어서,

상기 수신 장치의 안테나 가중치 벡터는, 상기 검사한 채널을 소정의 행렬로 설정하고, 상기 행렬을 특이값 분해(singular value decomposition)를 통해 좌측 고유행렬(eigen matrix)을 산출한 후, 산출된 좌측 고유행렬의 첫 번째 고유벡터(eigen vector)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제51항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 소정의 행렬로 설정하고, 상기 설정된 행렬을 특이값 분해(SVD: singular value decomposition)를 통해 특이값(singular value)을 산출한 후, 상기 산출된 특이값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 공간 다중 방식을 선택하여 최적의 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제57항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 중에서 페-루프(close-loop) 구조인 채널의 용량값을 산출하고, 상기 산출된 용량값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제57항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 중에서 개방-루프(open-loop) 구조인 채널의 용량값을 산출하고, 상기 산출된 용량값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 단일 출력(Multi Input Single Output)인 경우, 상기 검사한 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력 중에서 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 단일 출력(Multi Input Single Output)인 경우, 상기 검사한 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구한 후, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 상기 검사한 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 입력 채널별로 합을 구한 후, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 상기 검사한 채널을 각 주파수 대역에 상응하여 채널의 전력을 측정하고, 상기 측정된 전력을 입력 채널별로 합한 후, 상기 합한 입력 채널별 전력을 각 주파수 대역별로 전력의 합을 구하고, 상기 전력의 합이 최대값을 가지는 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 상기 검사한 채널을 특이값 분해(singular value decomposition)를 통해 특이값(singular value)을 산출하고, 상기 산출된 특이값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 상기 검사한 채널 중에서 페-루프(close-loop) 구조인 채널의 용량값을 산출하고, 상기 산출된 용량값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.
제34항에 있어서,

상기 수신 장치는, 상기 채널 검사 결과, 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output)인 경우, 상기 검사한 채널 중에서 개방-루프(open-loop) 구조인 채널의 용량값을 산출하고, 상기 산출된 용량값이 최대인 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 할당 시스템.