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KR101833829B1 - 다중 셀 협력 무선 통신 시스템에서 채널 상태 정보를 보고하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

다중 셀 협력 무선 통신 시스템에서 채널 상태 정보를 보고하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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KR101833829B1
KR101833829B1 KR1020137011783A KR20137011783A KR101833829B1 KR 101833829 B1 KR101833829 B1 KR 101833829B1 KR 1020137011783 A KR1020137011783 A KR 1020137011783A KR 20137011783 A KR20137011783 A KR 20137011783A KR 101833829 B1 KR101833829 B1 KR 101833829B1
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Abstract

본 출원에서는 다중 셀 협력 무선 통신 시스템에서 단말이 채널 상태 정보를 전송하는 방법이 개시된다. 구체적으로, 서빙 셀 및 하나 이상의 인접 셀 중 적어도 하나로부터 참조 신호를 수신하는 단계, 상기 참조 신호에 기반하여, 다중 셀 협력 통신을 위한 채널 상태 정보를 생성하는 단계, 상기 다중 셀 협력 통신을 위한 채널 상태 정보를, 기 설정된 피드백 설정 모드에 따라 구분하여, 복수의 서브프레임 상에 할당하는 단계, 및 상기 복수의 서브프레임을 이용하여, 상기 서빙 셀로 상기 다중 셀 협력 통신을 위한 채널 상태 정보를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 셀 협력 무선 통신 시스템에서 채널 상태 정보를 보고하는 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR REPORTING CHANNEL STATUS INFORMATION IN A MULTI-CELL COOPERATIVE WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM, AND DEVICE FOR SAME}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다중 셀 협력 무선 통신 시스템에서 채널 상태 정보를 보고하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 일례로서 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution; 이하 "LTE"라 함) 통신 시스템에 대해 개략적으로 설명한다.
도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면이다. E-UMTS(Evolved Universal Mobile Telecommunications System) 시스템은 기존 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)에서 진화한 시스템으로서, 현재 3GPP에서 기초적인 표준화 작업을 진행하고 있다. 일반적으로 E-UMTS는 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 할 수도 있다. UMTS 및 E-UMTS의 기술 규격(technical specification)의 상세한 내용은 각각 "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network"의 Release 7과 Release 8을 참조할 수 있다.
도 1을 참조하면, E-UMTS는 단말(User Equipment; UE)과 기지국(eNode B; eNB, 네트워크(E-UTRAN)의 종단에 위치하여 외부 네트워크와 연결되는 접속 게이트웨이(Access Gateway; AG)를 포함한다. 기지국은 브로드캐스트 서비스, 멀티캐스트 서비스 및/또는 유니캐스트 서비스를 위해 다중 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있다.
한 기지국에는 하나 이상의 셀이 존재한다. 셀은 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정돼 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다. 기지국은 다수의 단말에 대한 데이터 송수신을 제어한다. 하향 링크(Downlink; DL) 데이터에 대해 기지국은 하향 링크 스케줄링 정보를 전송하여 해당 단말에게 데이터가 전송될 시간/주파수 영역, 부호화, 데이터 크기, HARQ(Hybrid Automatic Repeat and reQuest) 관련 정보 등을 알려준다. 또한, 상향 링크(Uplink; UL) 데이터에 대해 기지국은 상향 링크 스케줄링 정보를 해당 단말에게 전송하여 해당 단말이 사용할 수 있는 시간/주파수 영역, 부호화, 데이터 크기, HARQ 관련 정보 등을 알려준다. 기지국간에는 사용자 트래픽 또는 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수 있다. 핵심망(Core Network; CN)은 AG와 단말의 사용자 등록 등을 위한 네트워크 노드 등으로 구성될 수 있다. AG는 복수의 셀들로 구성되는 TA(Tracking Area) 단위로 단말의 이동성을 관리한다.
무선 통신 기술은 WCDMA를 기반으로 LTE까지 개발되어 왔지만, 사용자와 사업자의 요구와 기대는 지속적으로 증가하고 있다. 또한, 다른 무선 접속 기술이 계속 개발되고 있으므로 향후 경쟁력을 가지기 위해서는 새로운 기술 진화가 요구된다. 비트당 비용 감소, 서비스 가용성 증대, 융통성 있는 주파수 밴드의 사용, 단순구조와 개방형 인터페이스, 단말의 적절한 파워 소모 등이 요구된다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로 이하에서는 다중 셀 협력 무선 통신 시스템에서 채널 상태 정보를 보고하는 방법 및 이를 위한 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 일 양상인 다중 셀 협력 무선 통신 시스템에서 단말이 채널 상태 정보를 전송하는 방법은, 서빙 셀 및 하나 이상의 인접 셀 중 적어도 하나로부터 참조 신호를 수신하는 단계; 상기 참조 신호에 기반하여, 다중 셀 협력 통신을 위한 채널 상태 정보를 생성하는 단계; 상기 다중 셀 협력 통신을 위한 채널 상태 정보를, 기 설정된 피드백 설정 모드에 따라 구분하여, 복수의 서브프레임 상에 할당하는 단계; 및 상기 복수의 서브프레임을 이용하여, 상기 서빙 셀로 상기 다중 셀 협력 통신을 위한 채널 상태 정보를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 양상인 다중 셀 협력 무선 통신 시스템에서의 단말 장치는, 서빙 셀 및 하나 이상의 인접 셀 중 적어도 하나로부터 참조 신호를 수신하기 위한 수신 모듈; 상기 참조 신호에 기반하여 다중 셀 협력 통신을 위한 채널 상태 정보를 생성하고, 상기 다중 셀 협력 통신을 위한 채널 상태 정보를 기 설정된 피드백 설정 모드에 따라 구분하여 복수의 서브프레임 상에 할당하기 위한 프로세서; 및 상기 복수의 서브프레임을 이용하여, 상기 서빙 셀로 상기 다중 셀 협력 통신을 위한 채널 상태 정보를 송신하기 위한 송신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 다중 셀 협력 통신을 위한 채널 상태 정보는 상기 서빙 셀에 대응하는 채널 상태 정보와 상기 하나 이상의 인접 셀에 대응하는 채널 상태 정보를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 서빙 셀과 상기 하나 이상의 인접 셀 모두로부터 동시에 신호를 수신하기 위한 채널 상태 정보를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 기 설정된 피드백 설정 모드는 다중 셀 협력 통신의 종류에 따라 구분되고, 보다 넓게는 상기 단말 장치에 적용된 다중 셀 협력 통신의 종류가 상기 단말 장치로 지정되었는지 여부에 따라 구분될 수도 있다. 이 경우, 상기 단말 또는 단말 장치는 상기 서빙 셀로부터 상기 특정 다중 셀 협력 통신 기법에 관한 정보를 수신하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 다중 셀 협력 통신을 위한 채널 상태 정보는 상기 복수의 서브프레임 각각의 상향링크 물리 제어 채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH)을 통하여 상기 서빙 셀로 송신되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 다중 셀 협력 무선 통신 시스템에서 채널 상태 정보를 보다 효과적으로 전송할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자평면(User Plane) 구조를 나타내는 도면.
도 3은 3GPP 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 LTE 시스템에서 사용되는 무선 프레임의 구조를 예시하는 도면.
도 5는 LTE 시스템에서 사용되는 하향 링크 무선 프레임의 구조를 예시하는 도면.
도 6은 LTE 시스템에서 사용되는 상향 링크 서브프레임의 구조를 도시하는 도면.
도 7은 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도.
도 8은 일반적인 CSI 피드백 방법을 도시하는 도면.
도 9는 LTE-A 무선 통신 시스템에서 기지국의 송신 안테나가 8개인 경우 일반적인 CSI 피드백 방법을 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적 특징들이 3GPP 시스템에 적용된 예들이다.
본 명세서는 LTE 시스템 및 LTE-A 시스템을 사용하여 본 발명의 실시예를 설명하지만, 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 상기 정의에 해당되는 어떤 통신 시스템에도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서는 FDD 방식을 기준으로 본 발명의 실시예에 대해 설명하지만, 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 H-FDD 방식 또는 TDD 방식에도 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.
도 2는 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자평면(User Plane) 구조를 나타내는 도면이다. 제어평면은 단말(User Equipment; UE)과 네트워크가 호를 관리하기 위해서 이용하는 제어 메시지들이 전송되는 통로를 의미한다. 사용자평면은 애플리케이션 계층에서 생성된 데이터, 예를 들어, 음성 데이터 또는 인터넷 패킷 데이터 등이 전송되는 통로를 의미한다.
제1계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있다. 상기 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이에 데이터가 이동한다. 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리채널은 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다. 구체적으로, 물리채널은 하향 링크에서 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식으로 변조되고, 상향 링크에서 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식으로 변조된다.
제2계층의 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층은 논리채널(Logical Channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control; RLC) 계층에 서비스를 제공한다. 제2계층의 RLC 계층은 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원한다. RLC 계층의 기능은 MAC 내부의 기능 블록으로 구현될 수도 있다.제2계층의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층은 대역폭이 좁은 무선 인터페이스에서 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷을 효율적으로 전송하기 위해 불필요한 제어정보를 줄여주는 헤더 압축(Header Compression) 기능을 수행한다.
제3계층의 최하부에 위치한 무선 자원제어(Radio Resource Control; RRC) 계층은 제어평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선베어러(Radio Bearer; RB)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 네트워크 간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 이를 위해, 단말과 네트워크의 RRC 계층은 서로 RRC 메시지를 교환한다. 단말과 네트워크의 RRC 계층 사이에 RRC 연결(RRC Connected)이 있을 경우, 단말은 RRC 연결 상태(Connected Mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 휴지 상태(Idle Mode)에 있게 된다. RRC 계층의 상위에 있는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 세션 관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.
기지국(eNB)을 구성하는 하나의 셀은 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정되어 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다.
네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향 전송채널은 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH(Paging Channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 하향 SCH(Shared Channel) 등이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어 메시지의 경우 하향 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향 전송채널로는 초기 제어 메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 상향 SCH(Shared Channel)가 있다. 전송채널의 상위에 있으며, 전송채널에 매핑되는 논리채널(Logical Channel)로는 BCCH(Broadcast Control Channel), PCCH(Paging Control Channel), CCCH(Common Control Channel), MCCH(Multicast Control Channel), MTCH(Multicast Traffic Channel) 등이 있다.
도 3은 3GPP 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
단말은 전원이 켜지거나 새로이 셀에 진입한 경우 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(Initial cell search) 작업을 수행한다(S301). 이를 위해, 단말은 기지국으로부터 주 동기 채널(Primary Synchronization Channel; P-SCH) 및 부 동기 채널(Secondary Synchronization Channel; S-SCH)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID 등의 정보를 획득할 수 있다. 그 후, 단말은 기지국으로부터 물리 방송 채널(Physical Broadcast Channel)를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향 링크 참조 신호(Downlink Reference Signal; DL RS)를 수신하여 하향 링크 채널 상태를 확인할 수 있다.
초기 셀 탐색을 마친 단말은 물리 하향 링크 제어 채널(Physical Downlink Control Channel; PDCCH) 및 상기 PDCCH에 실린 정보에 따라 물리 하향 링크 공유 채널(Physical Downlink Control Channel; PDSCH)을 수신함으로써 좀더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다(S302).
한편, 기지국에 최초로 접속하거나 신호 전송을 위한 무선 자원이 없는 경우 단말은 기지국에 대해 임의 접속 과정(Random Access Procedure; RACH)을 수행할 수 있다(단계 S303 내지 단계 S306). 이를 위해, 단말은 물리 임의 접속 채널(Physical Random Access Channel; PRACH)을 통해 특정 시퀀스를 프리앰블로 전송하고(S303 및 S305), PDCCH 및 대응하는 PDSCH를 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다(S304 및 S306). 경쟁 기반 RACH의 경우, 추가적으로 충돌 해결 절차(Contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상/하향 링크 신호 전송 절차로서 PDCCH/PDSCH 수신(S307) 및 물리 상향 링크 공유 채널(Physical Uplink Shared Channel; PUSCH)/물리 상향 링크 제어 채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH) 전송(S308)을 수행할 수 있다. 특히 단말은 PDCCH를 통하여 하향링크 제어 정보(Downlink Control Information; DCI)를 수신한다. 여기서 DCI는 단말에 대한 자원 할당 정보와 같은 제어 정보를 포함하며, 그 사용 목적에 따라 포맷이 서로 다르다.
한편, 단말이 상향 링크를 통해 기지국에 전송하는 또는 단말이 기지국으로부터 수신하는 제어 정보는 하향 링크/상향 링크 ACK/NACK 신호, CQI(Channel Quality Indicator), PMI(Precoding Matrix Index), RI(Rank Indicator) 등을 포함한다. 3GPP LTE 시스템의 경우, 단말은 상술한 CQI/PMI/RI 등의 제어 정보를 PUSCH 및/또는 PUCCH를 통해 전송할 수 있다.
도 4는 LTE 시스템에서 사용되는 무선 프레임의 구조를 예시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 무선 프레임(radio frame)은 10ms(327200×Ts)의 길이를 가지며 10개의 균등한 크기의 서브프레임(subframe)으로 구성되어 있다. 각각의 서브프레임은 1ms의 길이를 가지며 2개의 슬롯(slot)으로 구성되어 있다. 각각의 슬롯은 0.5ms(15360×Ts)의 길이를 가진다. 여기에서, Ts 는 샘플링 시간을 나타내고, Ts=1/(15kHz×2048)=3.2552×10-8(약 33ns)로 표시된다. 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 자원블록(Resource Block; RB)을 포함한다. LTE 시스템에서 하나의 자원블록은 12개의 부반송파×7(6)개의 OFDM 심볼을 포함한다. 데이터가 전송되는 단위시간인 TTI(Transmission Time Interval)는 하나 이상의 서브프레임 단위로 정해질 수 있다. 상술한 무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 5는 하향 링크 무선 프레임에서 하나의 서브프레임의 제어 영역에 포함되는 제어 채널을 예시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 서브프레임은 14개의 OFDM 심볼로 구성되어 있다. 서브프레임 설정에 따라 처음 1 내지 3개의 OFDM 심볼은 제어 영역으로 사용되고 나머지 13∼11개의 OFDM 심볼은 데이터 영역으로 사용된다. 도면에서 R1 내지 R4는 안테나 0 내지 3에 대한 기준 신호(Reference Signal(RS) 또는 Pilot Signal)를 나타낸다. RS는 제어 영역 및 데이터 영역과 상관없이 서브프레임 내에 일정한 패턴으로 고정된다. 제어 채널은 제어 영역 중에서 RS가 할당되지 않은 자원에 할당되고, 트래픽 채널도 데이터 영역 중에서 RS가 할당되지 않은 자원에 할당된다. 제어 영역에 할당되는 제어 채널로는 PCFICH(Physical Control Format Indicator CHannel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator CHannel), PDCCH(Physical Downlink Control CHannel) 등이 있다.
PCFICH는 물리 제어 포맷 지시자 채널로서 매 서브프레임 마다 PDCCH에 사용되는 OFDM 심볼의 개수를 단말에게 알려준다. PCFICH는 첫 번째 OFDM 심볼에 위치하며 PHICH 및 PDCCH에 우선하여 설정된다. PCFICH는 4개의 REG(Resource Element Group)로 구성되고, 각각의 REG는 셀 ID(Cell IDentity)에 기초하여 제어 영역 내에 분산된다. 하나의 REG는 4개의 RE(Resource Element)로 구성된다. RE는 하나의 부반송파×하나의 OFDM 심볼로 정의되는 최소 물리 자원을 나타낸다. PCFICH 값은 대역폭에 따라 1 내지 3 또는 2 내지 4의 값을 지시하며 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 변조된다.
PHICH는 물리 HARQ(Hybrid - Automatic Repeat and request) 지시자 채널로서 상향 링크 전송에 대한 HARQ ACK/NACK을 나르는데 사용된다. 즉, PHICH는 UL HARQ를 위한 DL ACK/NACK 정보가 전송되는 채널을 나타낸다. PHICH는 1개의 REG로 구성되고, 셀 특정(cell-specific)하게 스크램블(scrambling) 된다. ACK/NACK은 1 비트로 지시되며, BPSK(Binary phase shift keying)로 변조된다. 변조된 ACK/NACK은 확산인자(Spreading Factor; SF) = 2 또는 4로 확산된다. 동일한 자원에 매핑되는 복수의 PHICH는 PHICH 그룹을 구성한다. PHICH 그룹에 다중화되는 PHICH의 개수는 확산 코드의 개수에 따라 결정된다. PHICH (그룹)은 주파수 영역 및/또는 시간 영역에서 다이버시티 이득을 얻기 위해 3번 반복(repetition)된다.
PDCCH는 물리 하향 링크 제어 채널로서 서브프레임의 처음 n개의 OFDM 심볼에 할당된다. 여기에서, n은 1 이상의 정수로서 PCFICH에 의해 지시된다. PDCCH는 하나 이상의 CCE로 구성된다. PDCCH는 전송 채널인 PCH(Paging channel) 및 DL-SCH(Downlink-shared channel)의 자원할당과 관련된 정보, 상향 링크 스케줄링 그랜트(Uplink Scheduling Grant), HARQ 정보 등을 각 단말 또는 단말 그룹에게 알려준다. PCH(Paging channel) 및 DL-SCH(Downlink-shared channel)는 PDSCH를 통해 전송된다. 따라서, 기지국과 단말은 일반적으로 특정한 제어 정보 또는 특정한 서비스 데이터를 제외하고는 PDSCH를 통해서 데이터를 각각 전송 및 수신한다.
PDSCH의 데이터가 어떤 단말(하나 또는 복수의 단말)에게 전송되는 것이며, 상기 단말들이 어떻게 PDSCH 데이터를 수신하고 디코딩(decoding)을 해야 하는 지에 대한 정보 등은 PDCCH에 포함되어 전송된다. 예를 들어, 특정 PDCCH가 "A"라는 RNTI(Radio Network Temporary Identity)로 CRC 마스킹(masking)되어 있고, "B"라는 무선자원(예, 주파수 위치) 및 "C"라는 DCI 포맷 즉, 전송형식정보(예, 전송 블록 사이즈, 변조 방식, 코딩 정보 등)를 이용해 전송되는 데이터에 관한 정보가 특정 서브프레임을 통해 전송된다고 가정한다. 이 경우, 셀 내의 단말은 자신이 가지고 있는 RNTI 정보를 이용하여 PDCCH를 모니터링하고, "A" RNTI를 가지고 있는 하나 이상의 단말이 있다면, 상기 단말들은 PDCCH를 수신하고, 수신한 PDCCH의 정보를 통해 "B"와 "C"에 의해 지시되는 PDSCH를 수신한다.
도 6은 LTE 시스템에서 사용되는 상향 링크 서브프레임의 구조를 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 상향 링크 서브프레임은 제어정보를 나르는 PUCCH(Physical Uplink Control CHannel)가 할당되는 영역과 사용자 데이터를 나르는 PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel)가 할당되는 영역으로 나눌 수 있다. 서브프레임의 중간 부분이 PUSCH에 할당되고, 주파수 영역에서 데이터 영역의 양측 부분이 PUCCH에 할당된다. PUCCH 상에 전송되는 제어정보는 HARQ에 사용되는 ACK/NACK, 하향 링크 채널 상태를 나타내는 CQI(Channel Quality Indicator), MIMO를 위한 RI(Rank Indicator), 상향 링크 자원 할당 요청인 SR(Scheduling Request) 등이 있다. 한 단말에 대한 PUCCH는 서브프레임 내의 각 슬롯에서 서로 다른 주파수를 차지하는 하나의 자원블록을 사용한다. 즉, PUCCH에 할당되는 2개의 자원블록은 슬롯 경계에서 주파수 호핑(frequency hopping)된다. 특히 도 6은 m=0인 PUCCH, m=1인 PUCCH, m=2인 PUCCH, m=3인 PUCCH가 서브프레임에 할당되는 것을 예시한다.
이하 MIMO 시스템에 대하여 설명한다. MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)는 복수개의 송신안테나와 복수개의 수신안테나를 사용하는 방법으로서, 이 방법에 의해 데이터의 송수신 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 무선 통신 시스템의 송신단 혹은 수신단에서 복수개의 안테나를 사용함으로써 용량을 증대시키고 성능을 향상 시킬 수 있다. 이하 본 문헌에서 MIMO를 '다중 안테나'라 지칭할 수 있다.
다중 안테나 기술에서는, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않는다. 그 대신 다중 안테나 기술에서는 여러 안테나에서 수신된 데이터 조각(fragment)을 한데 모아 병합함으로써 데이터를 완성한다. 다중 안테나 기술을 사용하면, 특정된 크기의 셀 영역 내에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나, 또는 특정 데이터 전송 속도를 보장하면서 시스템 커버리지(coverage)를 증가시킬 수 있다. 또한, 이 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있다. 다중 안테나 기술에 의하면, 단일 안테나를 사용하던 종래 기술에 의한 이동 통신에서의 전송량 한계를 극복할 수 있다.
일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도가 도 7에 도시되어 있다. 송신단에는 송신 안테나가 NT개 설치되어 있고, 수신단에서는 수신 안테나가 NR개가 설치되어 있다. 이렇게 송신단 및 수신단에서 모두 복수개의 안테나를 사용하는 경우에는, 송신단 또는 수신단 중 어느 하나에만 복수개의 안테나를 사용하는 경우보다 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 채널 전송 용량의 증가는 안테나의 수에 비례한다. 따라서, 전송 레이트가 향상되고, 주파수 효율이 향상된다 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송 레이트를 Ro라고 한다면, 다중 안테나를 사용할 때의 전송 레이트는, 이론적으로, 아래 수학식 1과 같이 최대 전송 레이트 Ro에 레이트 증가율 Ri를 곱한 만큼 증가할 수 있다. 여기서 Ri는 NT와 NR 중 작은 값이다.
Figure 112013040074463-pct00001
예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는, 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 이와 같은 다중 안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후, 실질적으로 데이터 전송률을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며, 이들 중 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
다중 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링 하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 NT개의 송신 안테나와 NR개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다. 먼저, 송신 신호에 대해 살펴보면, NT개의 송신 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 NT개이므로, 전송 정보를 하기의 수학식 2와 같은 벡터로 나타낼 수 있다.
Figure 112013040074463-pct00002
한편, 각각의 전송 정보
Figure 112013040074463-pct00003
에 있어 전송 전력을 다르게 할 수 있으며, 이때 각각의 전송 전력을
Figure 112013040074463-pct00004
라 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보를 벡터로 나타내면 하기의 수학식 3과 같다.
Figure 112013040074463-pct00005
또한,
Figure 112013040074463-pct00006
를 전송 전력의 대각행렬 P 를 이용하여 나타내면 하기의 수학식 4와 같다.
Figure 112013040074463-pct00007
한편, 전송전력이 조정된 정보 벡터
Figure 112013040074463-pct00008
에 가중치 행렬 W 가 적용되어 실제 전송되는 NT 개의 송신신호(transmitted signal)
Figure 112013040074463-pct00009
가 구성되는 경우를 고려해 보자. 여기서, 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송신호
Figure 112013040074463-pct00010
는 벡터 X 를 이용하여 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 W ij 는 i 번째 송신안테나와 j 번째 정보 간의 가중치를 의미한다. W 는 가중치 행렬(Weight Matrix) 또는 프리코딩 행렬(Precoding Matrix)이라고 불린다.
Figure 112013040074463-pct00011
일반적으로, 채널 행렬의 랭크의 물리적인 의미는, 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다. 따라서 채널 행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행(row) 또는 열(column)의 개수 중에서 최소 개수로 정의되므로, 행렬의 랭크는 행(row) 또는 열(column)의 개수보다 클 수 없게 된다. 수식적으로 예를 들면, 채널 행렬 H의 랭크(rank(H))는 수학식 6과 같이 제한된다.
Figure 112013040074463-pct00012
또한, 다중 안테나 기술을 사용해서 보내는 서로 다른 정보 각각을 '전송 스트림(Stream)' 또는 간단하게 '스트림' 으로 정의하기로 하자. 이와 같은 '스트림' 은 '레이어 (Layer)' 로 지칭될 수 있다. 그러면 전송 스트림의 개수는 당연히 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수인 채널의 랭크 보다는 클 수 없게 된다. 따라서, 채널 행렬이 H는 아래 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013040074463-pct00013
여기서 "＃ of streams"는 스트림의 수를 나타낸다. 한편, 여기서 한 개의 스트림은 한 개 이상의 안테나를 통해서 전송될 수 있음에 주의해야 한다.
한 개 이상의 스트림을 여러 개의 안테나에 대응시키는 여러 가지 방법이 존재할 수 있다. 이 방법을 다중 안테나 기술의 종류에 따라 다음과 같이 설명할 수 있다. 한 개의 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 다이버시티 방식으로 볼 수 있고, 여러 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 멀티플렉싱 방식으로 볼 수 있다. 물론 그 중간인 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 혼합(Hybrid)된 형태도 가능하다.
한편, 차세대 이동통신 시스템의 표준인 LTE-A 시스템에서는 데이터 전송률 향상을 위해 기존 표준에서는 지원되지 않았던 CoMP(Coordinated Multi Point) 전송 방식을 지원할 것으로 예상된다. 여기서, CoMP 전송 방식은 음영 지역에 있는 단말 및 기지국(셀 또는 섹터) 간의 통신성능을 향상시키기 위해 2 개 이상의 기지국 혹은 셀이 서로 협력하여 단말과 통신하기 위한 전송 방식을 말한다.
CoMP 전송 방식은 데이터 공유를 통한 협력적 MIMO 형태의 조인트 프로세싱(CoMP-Joint Processing, CoMP-JP) 및 협력 스케줄링/빔포밍(CoMP-Coordinated Scheduling/beamforming, CoMP-CS/CB) 방식으로 구분할 수 있다.
하향링크의 경우 조인트 프로세싱(CoMP-JP) 방식에서, 단말은 CoMP 전송 방식을 수행하는 각 기지국으로부터 데이터를 순간적으로 동시에 수신할 수 있으며, 각 기지국으로부터의 수신한 신호를 결합하여 수신 성능을 향상시킬 수 있다(Joint Transmission; JT). 또한, CoMP 전송 방식을 수행하는 기지국들 중 하나가 특정 시점에 상기 단말로 데이터를 전송하는 방법도 고려할 수 있다 (DPS; Dynamic Point Selection). 이와 달리, 협력 스케줄링/빔포밍 방식(CoMP-CS/CB)에서, 단말은 빔포밍을 통해 데이터를 순간적으로 하나의 기지국, 즉 서빙 기지국을 통해서 수신할 수 있다.
상향링크의 경우 조인트 프로세싱(CoMP-JP) 방식에서, 각 기지국은 단말로부터 PUSCH 신호를 동시에 수신할 수 있다 (Joint Reception; JR). 이와 달리, 협력 스케줄링/빔포밍 방식(CoMP-CS/CB)에서, 하나의 기지국만이 PUSCH 를 수신하는데 이때 협력 스케줄링/빔포밍 방식을 사용하기로 하는 결정은 협력 셀(혹은 기지국)들에 의해 결정된다.
이하에서는, 채널 상태 정보 (channel state information; CSI) 보고에 관하여 설명한다. 현재 LTE 표준에서는 채널 정보 없이 운용되는 개루프(open-loop) MIMO 와 채널 정보에 기반하여 운용되는 폐루프(closed-loop) MIMO 두 가지 송신 방식이 존재한다. 특히, 폐루프 MIMO 에서는 MIMO 안테나의 다중화 이득(multiplexing gain)을 얻기 위해 기지국 및 단말 각각은 채널 상태 정보를 바탕으로 빔포밍을 수행할 수 있다. 기지국은 채널 상태 정보를 단말로부터 얻기 위해, 단말에게 참조 신호를 전송하고, 이에 기반하여 측정한 채널 상태 정보를 PUCCH(Physical Uplink Control CHannel) 또는 PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel)를 통하여 피드백 하도록 명령한다.
CSI 는 RI(Rank Indicator), PMI(Precoding Matrix Index), CQI(Channel Quality Indication) 세가지 정보로 크게 분류된다. 우선, RI 는 상술한 바와 같이 채널의 랭크 정보를 나타내며, 단말이 동일 주파수-시간 자원을 통해 수신할 수 있는 스트림의 개수를 의미한다. 또한, RI 는 채널의 롱텀 페이딩(long term fading)에 의해 결정되므로 PMI, CQI 값 보다 통상 더 긴 주기로 기지국으로 피드백 된다.
두 번째로, PMI 는 채널의 공간 특성을 반영한 값으로 SINR 등의 메트릭(metric)을 기준으로 단말이 선호하는 기지국의 프리코딩 행렬 인덱스를 나타낸다. 마지막으로, CQI 는 채널의 세기를 나타내는 값으로 통상 기지국이 PMI 를 이용했을 때 얻을 수 있는 수신 SINR 을 의미한다.
LTE-A 표준과 같은 보다 진보된 통신 시스템에서는 MU-MIMO (multi-user MIMO)를 이용한 추가적인 다중 사용자 다이버시티(multi-user diversity)를 얻는 것이 추가되었다. MU-MIMO 에서는 안테나 도메인에서 다중화되는 단말들 간의 간섭이 존재하기 때문에, CSI 의 정확성 여부는 CSI 를 보고한 단말뿐만 아니라, 다중화되는 다른 단말의 간섭에도 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서, MU-MIMO 에서는 SU-MIMO 에 비하여 보다 정확한 CSI 보고가 요구된다.
이에, LTE-A 표준에서는 최종 PMI 를 롱텀(long term) 및/또는 광대역(wideband) PMI 인 W1 와 숏텀(short term) 및/또는 서브밴드(sub-band) PMI 인 W2 둘로 나누어 설계하는 것으로 결정되었다.
상기 W1 및 W2 정보로부터 하나의 최종 PMI 를 구성하는 구조적 코드북 변환(hierarchical codebook transformation) 방식의 예시로 아래 수학식 8 과 같이 채널의 롱텀 공분산 행렬(long-term covariance matrix)를 이용할 수 있다.
Figure 112013040074463-pct00014
위 수학식 1에서 W2는 숏텀 PMI로서, 숏텀 채널 정보를 반영하기 위해 구성된 코드북의 코드워드이고, W은 최종 코드북의 코드워드이며, norm(A) 은 행렬 A 의 각 열의 노름(norm)이 1로 정규화(normalization)된 행렬을 의미한다.
기존 W1과 W2의 구체적인 구조는 다음 수학식 9와 같다.
Figure 112013040074463-pct00015
수학식 9에서 코드워드의 구조는 교차 편파 안테나(cross polarized antenna)를 사용하고 안테나 간 간격이 조밀한 경우, 예를 들어, 통상 인접 안테나 간 거리가 신호 파장의 반 이하인 경우, 발생하는 채널의 상관관계(correlation) 특성을 반영하여 설계한 구조이다. 교차 편파 안테나의 경우 안테나를 수평 안테나 그룹(horizontal antenna group)과 수직 안테나 그룹(vertical antenna group)으로 구분 할 수 있는데, 각 안테나 그룹은 ULA(uniform linear array) 안테나의 특성을 가지며, 두 안테나 그룹은 공존(co-located)한다.
따라서 각 그룹의 안테나 간 상관관계 은 동일한 선형 위상 증가(linear phase increment) 특성을 가지며, 안테나 그룹 간 상관관계는 위상 회전(phase rotation)된 특성을 갖는다. 결국, 코드북은 채널을 양자화(quantization)한 값이기 때문에 채널의 특성을 그대로 반영하여 코드북을 설계하는 것이 필요하다. 설명의 편의를 위해 상기 상술한 구조로 만든 랭크 1 코드워드를 아래 수학식 10과 같이 예시할 수 있다.
Figure 112013040074463-pct00016
위 수학식 10에서 코드워드는 송신 안테나의 개수 N T×1 의 벡터로 표현되고, 상위 벡터 X i(k) 와 하위 벡터 α j X i(k) 로 구조화 되어있으며, 각각은 수평 안테나 그룹과 수직 안테나 그룹의 상관관계 특성을 보여준다. X i(k) 는 각 안테나 그룹의 안테나 간 상관관계 특성을 반영하여 선형 위상 증가 특성을 갖는 벡터로 표현하는 것이 유리하며, 대표적인 예로 DFT 행렬을 이용할 수 있다.
LTE-A 표준과 같은 보다 진보된 통신 시스템에서는 MU-MIMO (multi-user MIMO)를 이용한 추가적인 다중 사용자 다이버시티(multi-user diversity)를 얻는 것이 추가되었다. MU-MIMO 에서는 안테나 도메인에서 다중화되는 단말들 간의 간섭이 존재하기 때문에, CSI 의 정확성 여부는 CSI 를 보고한 단말뿐만 아니라, 다중화되는 다른 단말의 간섭에도 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서, MU-MIMO 에서는 SU-MIMO 에 비하여 보다 정확한 CSI 보고가 요구된다.
또한, CoMP JT 의 경우 여러 기지국이 특정 단말에게 동일한 데이터를 협력 전송하므로 이론적으로 안테나가 지리적으로 분산되어 있는 MIMO 시스템으로 간주할 수 있다. 즉, JT 에서 MU-MIMO 를 하는 경우도 단일 셀-MU-MIMO 와 마찬가지로 협력 스케줄링되는 단말들 간 간섭을 피하기 위해 높은 정확성의 채널 상태 정보가 요구 된다. CoMP CB 의 경우에도 역시 인접 셀이 서빙 셀에게 주는 간섭을 회피하기 위해서 정교한 채널 상태 정보가 요구된다. 일반적으로 채널 상태 정보 피드백의 정확도를 높이기 위해서는 단말의 추가적인 채널 상태 정보 피드백 보고가 필요하고 이는 PUCCH 또는 PUSCH 를 통해 기지국으로 전송된다.
한편, LTE-A 표준과 같은 차세대 통신 표준에서는, 높은 전송률을 달성하기 위해 다중 사용자 MIMO(MU-MIMO) 및 상술한 CoMP 전송 등의 송신 기법이 제안되었다. 이러한 향상된 송신 기법을 구현하기 위해서 단말은 보다 복잡하고 다양한 CSI 를 기지국으로 피드백 해야 할 필요가 있다.
한가지 예로 MU-MIMO 에서는 단말(UE-A)이 PMI 를 선택할 때, 자신의 최적 PMI (desired PMI)뿐만이 아니라 자신과 함께 스케줄링 받을 단말(co-scheduled UE)의 PMI, 즉, BCPMI(Best Companion PMI)도 함께 피드백하는 CSI 피드백 방식이 고려되고 있다. 즉, 프리코딩 행렬 코드북 내에서 자신과 함께 스케줄링 받을 단말이 프리코더(precoder)로 사용했을 때 단말(UE-A)에게 간섭을 덜 주는 BCPMI 를 계산하여 추가적으로 기지국으로 피드백 한다. 기지국은 이러한 정보를 이용하여, 단말(UE-A) 및 상기 단말(UE-A)과 함께 스케줄링 받을 단말(co-scheduled UE)를 MU-MIMO 기법을 적용하여 스케줄링 한다.
상기 BCPMI 피드백 방식은 피드백 페이로드의 유무에 따라 크게 명시적(explicit) 피드백과 묵시적(implicit) 피드백 두 가지로 분류된다.
첫 번째로 피드백 페이로드 포함되는 명시적 피드백 방식에 관하여 설명한다. 명시적 피드백은 UE-A 가 프리코딩 행렬 코드북 내에서 BCPMI 를 결정한 뒤, 제어 채널을 통하여 기지국으로 BCPMI 를 피드백하는 방식을 의미한다. 예를 들어, UE-A 는 서빙 셀로부터의 유효 채널에 대한 추정 SINR 이 최대가 되게 하는 간섭 신호 프리코딩 행렬을 코드북 내에서 선택하고 이를 BCPMI 값으로 피드백 한다.
상기 명시적 피드백 방식의 장점은 간섭 제거에 보다 효과적인 BCPMI 를 선택하여 보낼 수 있다는 것이다. 단말은 코드북 내의 모든 코드워드 각각을 간섭 빔(beam)으로 가정하고 SINR 등의 메트릭(metric)을 비교하여 간섭 제거에 가장 효과적인 값을 BCPMI 로 결정하기 때문이다. 하지만 코드북 사이즈가 커질수록 BCPMI 의 후보 역시 늘어나기 때문에, 더 큰 피드백 페이로드 사이즈가 요구된다는 단점이 있다.
두 번째로 피드백 페이로드 포함되지 않는 묵시적 피드백 방식에 관하여 설명한다. 묵시적 피드백은 자신의 최적 PMI (desired PMI)가 결정되면 그에 상응하는 BCPMI 가 정적으로(static) 결정하는 방식이다. 이때 BCPMI 는 결정된 최적 PMI 에 직교하는 벡터들로 구성되는 것이 바람직하다. 이는, 최적 PMI 는 수신 SINR 을 최대화 하기 위해서 채널 H 의 채널 이득을 최대화 할 수 있는 방향으로 설정되었기 때문에, 간섭신호는 최적 PMI 의 방향을 회피하여 선택하는 것이 간섭 완화에 효과적이기 때문이다.
구체적으로, 채널 H 를 고유값 분해(Singular Value Decomposition; SVD)을 통해 복수개의 독립적 채널(independent channel)로 분석하면, 이러한 BCPMI 결정방식은 더욱 정당화된다. 4 X 4 채널 H 는 아래 수학식 11 과 같이 SVD 를 통해 분해할 수 있다.
Figure 112013040074463-pct00017
위 수학식 11에서 U,V 는 유니터리(unitary) 행렬이며, u i, v i 및 λ i 는 각각 채널 H의 4 X 1 크기의 좌 고유 벡터(left singular vector), 4 X 1 크기의 우 고유 벡터(right singular vector) 및 고유값(singular value)를 나타내며, λ i＞λ i+1 로 내림차순으로 정렬되어 있다.
송신단에서 송신 빔포밍 행렬(beamforming matrix) V 와 수신단에서 수신 빔포밍 행렬 U H 를 사용할 경우 이론적으로 얻을 수 있는 모든 채널 이득을 손실 없이 얻을 수 있다.
구체적으로, 랭크가 1인 경우, 송신 빔포밍 벡터 v 1 과 수신 빔포밍 벡터 u 1 을 사용하는 것이 채널 이득 ｜λ 1｜2 을 얻어 SNR 관점에서 최적의 성능을 얻을 수 있다. 예를 들어 UE-A는 랭크가 1인 경우, v 1 과 가장 유사한 프리코딩 행렬을 선택하는 것이 유리하다. 이상적으로 최적 PMI가 v 1 과 완전히 일치하는 경우, 수신 빔을 u 1 으로 설정하고 간섭 신호의 송신 빔은 최적 PMI에 직교되는 방향으로 설정하여 신호 손실 없이 간섭 신호를 완벽히 제거할 수 있다.
현실적으로 양자화 오류로 인해 최적 PMI가 v 1 과 약간의 차이가 있는 경우, 최적 PMI에 직교되는 방향으로 설정된 간섭 신호의 송신 빔은, v 1 에 직교되는 빔과 동일하지 않기 때문에, 간섭 신호를 완벽히 제거 할 수 없지만, 양자화 오차가 작은 경우 간섭 신호 제어에 도움을 줄 수 있다.
묵시적 피드백 방식의 한 예로 아래 표 1의 코드북을 사용하는 경우, BCPMI는 상기 표 1의 PMI에 직교되는 벡터 인덱스로 표현할 수 있으며, 이를 표 4에 나타내었다. 즉, 송신 안테나가 4개 이고 PMI를 피드백 한 단말의 수신 랭크를 1로 가정한 경우, 최적 PMI에 대해 직교하는 3개의 벡터는 아래 표 2와 같이 3개의 BCPMI로 표현된다.
예를 들어 PMI=3인 경우, BCPMI=0,1,2로 결정된다. PMI와 BCPMI는 코드북 내에 있는 4 X 1 크기의 벡터 코드워드의 인덱스를 나타낸다. 기지국은 상기 BCPMI 세트(즉, BCPMI=0,1,2)을 간섭 제거에 유효한 프리코더로 간주하여 일부 또는 전부를 함께 스케줄링되는 단말의 프리코더로 사용한다.
묵시적 피드백 방식의 장점은 최적 PMI와 BCPMI 세트가 아래 표 1 및 표 2와 같이 일 대 일로 대응되어 있으므로, 추가적인 피드백 오버헤드가 없다는 것이다. 그러나, 최적 PMI의 양자화 오차로 인해 그에 종속된 BCPMI 역시 간섭 제거를 위한 최적의 빔 방향과 오차가 있을 수 있다.
예를 들어, 표 2의 예에서 양자화 오차가 없다면 3개의 BCPMI는 모두 간섭을 완벽히 제거하는 간섭 빔을 나타내지만, 오차가 있을 경우 이상적인 간섭 빔과 차이가 발생한다. 또한 각 BCPMI 과 이상적인 간섭 빔과의 오차는 평균적으로 일정할 수 있지만, 특정 순간에는 큰 폭으로 변화할 수 있다. 즉, 최적 PMI=3일 경우, BCPMI 0,1,2의 순서로 간섭 신호 제거에 효과적일 수 있으며, BCPMI 0,1,2의 상대적인 오차를 모르는 기지국은 이상적인 간섭 빔과 오차가 가장 큰 BCPMI=2를 간섭 빔으로 설정할 수 있다.
[표 1]
Figure 112013040074463-pct00018
[표 2]
Figure 112013040074463-pct00019
MU-MIMO 및 CoMP를 위한 추가적인 채널 피드백으로 고려되는 또 다른 정보는 WCPMI(worst companion PMI)이다. WCPMI는 BCPMI와 반대되는 개념으로서 간섭 신호의 프리코딩 행렬로서 적용되었을 경우, UE에게 가장 큰 간섭을 주는 프리코딩 행렬에 대한 인덱스를 의미한다.
MU-MIMO를 수행하는 경우, WCPMI는 피드백 받은 기지국은 WCPMI와 상관도(correlation)가 작은 빔으로, 상기 UE와 함께 스케줄링되는 UE(co-scheduled UE)의 프리코딩 행렬을 결정하여 간섭을 완화 시 킬 수 있다.
CoMP CB 기법의 경우, WCPMI를 피드백 받은 인접 기지국은 WCPMI와 상관도(correlation)가 작은 빔으로 UE의 프리코딩 행렬을 결정하여 간섭을 완화시킬 수 있다. 또한, CoMP JT 기법의 경우 WCPMI를 피드백 받은 인접 셀 기지국은 WCPMI와 상관도(correlation)가 큰 빔으로 UE의 프리코딩 행렬을 결정한다.
이외 추가적인 피드백 정보로서 유효 채널(Effective channel) 정보가 있다. 유효 채널은 측정된 채널에 수신 빔포밍 행렬을 적용한 채널 정보로서, UE의 수신 빔포밍 행렬이 U 이고 측정된 채널이 H 일 경우 U·H 로 표현된다. 유효 채널 정보를 획득하기 위하여, UE는 서빙 기지국과의 채널로부터 높은 수신 품질을 획득할 수 있는 수신 빔을 결정한다. 상기 수신 빔은 이론적으로 서빙 셀로부터의 채널의 좌 고유 벡터(left singular vector)의 공액 복소 전치 행렬로서 결정된다.
CoMP 기법을 수행하는 경우, UE는 서빙 셀에 대한 유효 채널인 U·H 과 인접 셀에 대한 유효 채널인 U·H C 를, 양자화하여 상기 서빙 셀로 전송하기 된다. 이를 수신한 서빙 셀은 유효 채널인 U·H 와 상관도가 높은 빔을 설정한다. 또한, CoMP CB 기법을 수행하는 인접 셀은 U·H C 와 상관도가 작은 빔으로 UE의 프리코딩 행렬를 결정하여 간섭을 완화시킬 수 있다. 만약 인접 셀이 CoMP JT 기법을 수행하는 경우, 인접 셀은 U·H C 와 상관도가 큰 빔으로 UE의 프리코딩 행렬를 결정한다.
따라서, CoMP 기법을 수행하기 위해서 UE는 서빙 셀에 대한 CSI 정보뿐만 아니라 인접 셀에 대한 CSI 정보를 제어 채널을 통해 피드백 하여야 한다. 상기 인접 셀에 대한 CSI 정보는 구체적인 CoMP 기법에 따라 달라 질 수 있으며, 서빙 셀이 UE에게 구체적인 CoMP 기법을 설정한 후, UE는 해당 CoMP 기법을 위한 CSI 정보를 피드백하는 것이 바람직하다. 그러나, UE가 적용된 CoMP 기법의 종류를 모르는 경우, UE는 임의의 CoMP 기법에 필요한 모든 CSI 정보를 피드백하는 것이 바람직하다.
〈 제 1 실시예 〉
상기 CoMP 기법이 적용된 경우 본 발명의 CSI 정보를 피드백하는 방법을 설명하기에 앞서, 기존 비(非) CoMP 시스템의 피드백 방식에 대하여 설명한다.
도 8은 일반적인 CSI 피드백 방법을 도시하는 도면이다. 특히, 도 8에서 RI, PMI 및 CQI와 같은 모든 CSI 정보는 모두 서빙 셀에 대한 정보인 것으로 가정한다. 도 8을 참조하면, RI의 주기는 16 msec, PMI와 CQI의 주기는 각각 2msec인 것을 알 수 있다. 본 발명에서는 상기 도 8을 참조하여, CoMP CSI 피드백 방식을 제안한다.
우선 상대적으로 긴 주기로 전송되는 RI는 CoMP 시스템에서 특별한 변경이 불필요하다. CoMP JT 기법의 경우 CoMP에 참여하는 인접 셀들이 CoMP UE에게 모두 동일한 랭크로 동일한 데이터를 전송하게 되므로 공통된 RI를 필요로 하게 된다. 또한 CoMP CB/CS 기법의 경우 인접 셀들은 CoMP UE에게 데이터를 전송하는 것이 아니라 각각의 셀에 속한 UE들에게 데이터를 전송하므로 CoMP UE가 인접 셀의 랭크 정보를 전송할 필요가 없다.
DPS(Dynamic Point Selection)의 경우 각 셀마다 서로 다른 최적 랭크가 설정될 수 있으므로 인접 셀에 대한 RI가 필요할 수 있으나, 피드백 오버헤드를 고려하여 각 셀이 모두 같은 랭크를 사용하도록 제한할 수 있다. 따라서 CoMP CSI 중 RI는 기존 非 CoMP 시스템과 같이 복수개의 값이 아닌 한 값이 피드백 될 수 있다. 이때 RI는 CoMP 기법이 적용되는 것으로 가정하고 계산한 값이거나, CoMP 기법이 적용되기 이전 서빙 기지국/전송단의 채널로부터 계산된 값이거나, CoMP에 참여하는 모든 협력 기지국/전송단의 채널로부터 각각 계산된 RI값의 최소값 혹은 최대값이 될 수 있다. 혹은, CoMP 피드백을 간단히 하기 위해 RI를 채널과 무관하게 특정 값으로 고정시켜 운용할 수 있으며 이 경우 RI는 피드백 되지 않고 해당 시점에 PMI, CQI, Phase corrector (PC)등 다른 CSI정보가 피드백 될 수 있다.
RI의 주기 내에서 비교적 짧은 주기로 여러 번 전송되는 PMI 및 CQI 피드백은 非 CoMP 용 CSI 정보 또는 CoMP 용 CSI 정보를 전송하는 것으로 수정될 수 있다. 도 8을 기반으로 본 발명의 CoMP 용 CSI 피드백 방식을 표 3에 나타낸다.
[표 3]
Figure 112013040074463-pct00020
상기 표 3은 임의의 CoMP 기법이 두 셀에 적용되고, 적용되는 CoMP 기법이 단말에게 지정되지 않은 경우를 가정한다. 표 3에서 Srv PMI, Srv CQI는 서빙 셀의 PMI, CQI 정보를 의미한다. CoMP를 수행하지 않는 경우, 서빙 셀은 Srv PMI 및 Srv CQI을 이용하여 프리코딩 행렬과 데이터 전송률을 결정한다.
또한, 표 3에서 Nbr PMI는 CoMP UE에게 가장 간섭을 많이 주는 인접 셀의 프리코딩 행렬 또는 CoMP UE에게 가장 간섭을 적게 주는 인접 셀의 프리코딩 행렬이 될 수 있다. 이 Nbr PMI은 CoMP CB/CS 기법 또는 CoMP JT 기법에서 인접 셀의 프리코딩 행렬를 설정하는 데 사용된다. CoMP CB 기법의 경우 Nbr PMI를 이용해 프리코딩 행렬이 설정되는 반면, CoMP JT 기법의 경우 Nbr PMI 또는 Srv PMI를 기준으로 프리코딩 행렬을 설정할 수 있다. 예를 들어 상기 표 3에서 설정 번호(Configuration number) 1은 Nbr PMI를 기준으로 CoMP JT 기법 용 프리코딩 행렬을 설정하고, 설정 번호 2는 Srv PMI를 기준으로 CoMP JT 기법 용 프리코딩 행렬을 설정한다.
또한, 표 3에서 Nbr CQI는 DPS 방식의 CoMP 기법을 가정하여 인접 협력 셀로부터 데이터를 수신하고, 나머지 셀들은 간섭 신호를 전송 또는 뮤팅(muting)하였을 때 달성 가능한 CQI이다. CB CQI는 CoMP CB/CS 기법이 성공적으로 수행되어졌을 때 UE가 추정한 CQI 값으로서, CoMP CB/CS 기법이 수행되는 경우 이 값을 이용하여 CoMP UE로의 데이터 전송률을 결정한다.
또한, 표 3에서 PC(phase/amplitude corrector)는 CoMP JT 기법이 수행되는 경우 각 셀에서 전송되는 신호가 효과적으로 더해져 수신 될 수 있도록 인접 셀의 프리코더를 조율하는 데 사용된다.
설정 번호 1, 3, 5에서 JT CQI는 서브프레임 4에서 피드백한 Nbr PMI를 기준으로 인접 셀이 CoMP JT 기법을 수행하였을 때 UE가 추정한 CQI값으로서, CoMP JT 기법이 수행되는 경우 이 JT CQI 값을 이용하여 CoMP UE로의 데이터 전송률을 결정한다.
또한, 설정 번호 2 및 4에서의 JT CQI는 서브프레임 2에서 피드백한 Srv PMI를 기준으로 인접 셀이 CoMP JT 기법을 수행하였을 때 UE가 추정한 CQI값으로서, CoMP JT 기법이 수행되는 경우 이 JT CQI 값을 이용하여 CoMP UE로의 데이터 전송률을 결정한다.
표 3의 모든 설정 번호에 나타난 CSI 정보들은, 이후의 서브프레임들에서도 반복적으로 적용될 수 있다. 이하의 표 4 내지 표 11의 모든 설정 번호에 나타난 CSI 정보들은, 이후의 서브프레임들에서도 반복적으로 적용될 수 있다.
또한 coherent JT를 지원하지 않는 통신 환경에서는 표 3 내지 표 11의 모든 설정 번호에 나타난 PC값들은 전송되지 않는다.
한편, 표 3에서 서브프레임 4와 서브프레임 6의 CSI 값을 서로 바꾸어 새로운 피드백 설정을 구성할 수 있다. 예를 들어 CoMP JT 기법이 CoMP CB/CS 기법보다 스케줄링 우선순위가 높은 경우, CoMP JT 기법에 필요한 CSI 정보를 CoMP CB 기법에 필요한 CSI 정보 보다 우선하여 피드백할 수 있다. 따라서, 설정 번호 2를 수정하여 서브프레임 4에서 PC와 JT CQI 정보를 송신하고, 서브프레임 6에서 Nbr PMI 정보와 CB CQI 정보를 송신함으로서, 기지국은 CoMP CB 기법를 위한 CSI 정보를 수신하기 전에 서브프레임 4에서 송신되는 CSI를 통해 우선적으로 CoMP JT 기법으로 스케줄링을 수행할 수 있다. 마찬가지로, 표 4 내지 표 11에서도 피드백 순서를 바꾸어 새로운 피드백 설정을 구성할 수 있다.
표 3에서 설정 번호 3 및 4는 각각 설정 번호 1 및 2의 PC와 CB CQI의 피드백 위치를 바꾼 피드백 설정이다. 만약 인접 셀 채널 정보의 정확도가 중요하여 CB PMI의 큰 사이즈의 코드북을 사용하는 경우라면, 그리고 PC의 코드북 사이즈가 CB CQI 페이로드 사이즈보다 작다면 설정 번호 3 및 4를 이용함으로써 보다 정확한 인접 셀에 대한 PMI 정보를 피드백 할 수 있다.
또한, 표 3과 같은 피드백 설정은 상위 계층 시그널링으로 단말에게 지정될 수 있으며, 또는 하향링크 제어 정보를 통하여도 지정 가능하다.
상술한 바와 같이, 표 3은 기지국이 UE에게 특정 CoMP 기법을 지정하지 않은 경우 기지국이 임의의 CoMP 기법을 적용할 수행할 수 있도록 다양한 CoMP CSI 정보를 피드백 하는 동작을 기술한 것이다. 반면 기지국이 UE에게 구체적인 특정 CoMP 기법을 지정해 준 경우, UE는 해당 CoMP 기법을 위한 CSI 정보만을 보다 간략히 피드백 할 수 있다.
표 4는 기지국이 UE에게 특정 CoMP 기법을 지정한 경우 UE의 CSI 피드백 설정을 나타낸다. 특히, 표 4는 설명의 편의를 위하여 도 8을 기준으로 서브프레임 2 및 서브프레임 4에 대해 전송되는 CSI 정보를 나타내었다.
[표 4]
Figure 112013040074463-pct00021
이하에서는, 표 4의 각각의 설정 번호에 대응하는 피드백 설정에 관하여 설명한다.
1) 설정 번호 1: CoMP CB/CS 기법으로 지정된 경우 CoMP UE는, 서브프레임 2에서 서빙 셀이 사용할 PMI와 CoMP CB/CS 기법이 수행되었을 경우의 CQI 값(CB CQI)을 피드백한다. 또한, 서브프레임 4에서 인접 셀이 CoMP CB/CS 기법 적용을 위해 사용할 Nbr PMI를 피드백 한다. 이때 Nbr PMI는 단독 전송되므로 높은 그래뉴랠러티(granularity)를 갖는 코드북을 사용하여 양자화 오차가 적은 Nbr PMI값을 전송 할 수 있다. 추가적으로 서브프레임 4에 Srv PMI의 양자화 오차를 줄이기 위한 보상 값이 Nbr PMI와 함께 전송될 수 있다.
2) 설정 번호 2: CoMP JT 기법으로 정해진 경우 CoMP UE는, 서브프레임 2에서 서빙 셀이 사용할 PMI와 CoMP JT 기법을 수행되었을 경우의 CQI 값(JT CQI)을 피드백한다. 또한, 서브프레임 4에서 인접 셀이 CoMP JT 기법 적용을 위해 사용할 Nbr PMI, PC를 피드백 한다. 추가적으로 서브프레임 4에 Srv PMI의 양자화 오차를 줄이기 위한 보상 값이 Nbr PMI와 함께 전송될 수 있다.
3) 설정 번호 3: CoMP 기법이 DPS로 정해진 경우 CoMP UE는, 서브프레임 2에서 DPS로 서빙 셀이 선택된 경우 서빙 셀이 사용할 PMI와 서빙 셀의 CQI 값을 피드백하고, 서브프레임 4에서 DPS로 인접 셀이 선택된 경우 인접 셀이 사용할 PMI와 인접 셀의 CQI 값을 피드백한다.
4) 설정 번호 4: 설정 번호 4 역시 설정 번호 2와 같이 CoMP JT 기법으로 정해진 경우로서, CoMP UE는 서브프레임 2에서 서빙 셀과 인접 셀이 동일하게 사용할 PMI를 피드백하고, 서브프레임 4에서 인접 셀이 CoMP JT 기법 적용을 위해 사용할 JT CQI, PC를 피드백 한다.
이외에 추가적으로 표 3의 서브프레임 2에 전송되는 CSI 정보와 서브프레임 4에 전송되는 CSI 정보의 조합, 또는 표 3의 서브프레임 2에 전송되는 CSI 정보와 서브프레임 6에 전송되는 CSI 정보의 조합을 이용하여 특정 CoMP 기법이 UE에게 지정된 경우에 대한 새로운 피드백 설정을 구성할 수 있다.
마찬가지로 표 4의 서로 다른 피드백 설정을 여러 서브프레임에 걸쳐 번갈아 반복적으로 사용함으로써, 특정 CoMP 기법이 UE에게 지정되지 않은 경우에 대한 새로운 피드백 설정을 구성할 수 있다. 예를 들어 서브프레임 2 및 서브프레임 4에서는 표 4의 설정 번호 1의 피드백 설정을 적용하고, 서브프레임 6 및 서브프레임 8에서는 표 4의 설정 번호 2의 피드백 설정을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 CoMP 기법을 위한 피드백 설정에 대하여, CoMP UE는 복수개의 CoMP 피드백 설정을 병행 적용하여 CSI 피드백을 수행할 수 있다. 예를 들어 반송파 집성 기법이 적용된 통신 시스템에서 두 개의 반송파를 통해 스케줄링 가능한 경우, CoMP UE는 각 반송파 별로 CoMP 기법을 개별적으로 적용할 수 있다. 이 경우, CoMP UE는 첫 번째 반송파와 두 번째 반송파에 대한 CSI 정보를 동시에 피드백할 수 있다.
상기 표 3 및 표 4에서 CB CQI와 JT CQI는 각각 Srv CQI를 기준으로 계산된 상대적인 델타(delta) CQI로 설정되어 피드백 오버헤드를 줄일 수 있다. 예를 들어 CB CQI 값이 델타 CQI 로서 '+1' 로 설정된 경우 CoMP CB/CS 기법용 CQI는 'Srv CQI + 1' 로 설정 될 수 있다.
또한 복수의 코드워드(또는 전송 블록)이 전송되는 경우, 모든 코드워드(또는 전송 블록)에 대해 동일한 CB CQI와 동일한 JT CQI를 설정하여 피드백 오버헤드를 줄일 수 있다. 예를 들어 CoMP UE가 코드워드 1과 코드워드 2를 기지국으로부터 수신 받고자 하는 경우, 두 코드워드 각각에 대한 CB CQI와 JT CQI를 피드백 하는 것이 아닌, 두 코드워드 에 동일하게 적용되는 CB CQI와 JT CQI 값만을 피드백 한다. 이와 같은 CQI을 공통(common) CQI로 지칭한다.
또한, 상기 공통 CQI와 델타 CQI는 동시에 적용 가능하다. 예를 들어, 복수개의 코드워드에 대해 한 개의 델타 CQI를 적용하는 것도 가능하다. 이를 델타 공통 CQI로 지칭한다.
이상에서 설명한, 델타 CQI, 공통 CQI, 및 델타 공통 CQI를 사용하는 경우 상기 표 3은 아래 표 5과 같이 수정 될 수 있다. 표 3의 설정 번호6, 7에 대해서도 마찬가지 방식으로 델타 CQI, 공통 CQI, 및 델타 공통 CQI를 사용할 수 있겠다.
[표 5]
Figure 112013040074463-pct00022
Figure 112013040074463-pct00023
한편, 상기 본 발명의 피드백 설정을 적용함에 따라, 피드백 페이로드는 감소할 수 있으며, 이와 같이 줄어든 페이로드는 보다 정확한 CSI 정보 전송을 위해 다양한 용도로 사용될 수 있다.
첫 번째로, 보다 높은 그래뉴랠러티(granularity)를 갖는 코드북을 이용해 Nbr PMI와 PC를 결정하여 채널 정확도를 높일 수 있다. 만약 사이즈가 큰 코드북 내에서 샘플링을 통해 Nbr PMI와 PC를 위한 코드북을 구성하는 경우, 샘플링 사이즈를 증가시켜 코드북 그래뉴랠러티를 높일 수 있다.
두 번째로 Nbr PMI를 벡터 단위로 조밀하게 양자화 하여 채널 정확도를 높일 수 있다. 예를 들어 Nbr PMI가 유효 채널에 대응하고 RI가 2인 경우, 유효 채널을 구성하는 두 개의 열 벡터를 벡터 단위로 양자화하여 피드백할 수 있다.
〈 제 2 실시예 〉
상기 예에서는 설명의 편의를 위해 서빙 셀과 하나의 인접 셀이 CoMP 기법을 수행하는 것을 가정하였으나, 두 개 이상의 인접 셀이 CoMP에 참여하는 경우도 본 발명을 확장 적용할 수 있다.
우선, JT CQI와 CB CQI는 두 개의 인접 셀이 CoMP 기법을 적용하였을 경우에 얻을 수 있는 CQI 값으로 수정하고, 하나의 Nbr PMI 대신 제 1 인접 셀 및 제 2 인접 셀 각각에 해당하는 Nbr PMI 1과 Nbr PMI2를 피드백 한다. 그리고 하나의 PC 대신 제 1 인접 셀 및 제 2 인접 셀 각각에 해당하는 PC 1과 PC 2를 피드백 한다. 또는 PC 1과 PC 2의 값을 동일한 값으로 제한하여 한 값만을 전송하도록 운용될 수 있겠다.
다음으로, 제어 채널을 통해 전송될 수 있는 페이로드의 사이즈가 한정되어 있는 경우, 상기 상술한 델타 CQI 또는 공통 CQI 등을 사용하여 CQI 페이로드 사이즈를 감소시킬 수 있으며, 이로 인하여 추가 피드백에 필요한 페이로드 사이즈를 확보할 수 있다.
물론, 다음 서브프레임에서 추가된 인접 셀(예를 들어, 제 2 인접 셀)에 대한 CSI 정보를 피드백 할 수 있다. 즉, 표 3의 예에서 서브프레임 4 및 서브프레임 6은 제 1 인접 셀을 기준으로 측정하고, 이후 서브프레임 8 및 서브프레임 10은 각각 서브프레임 4 및 서브프레임 6과 동일한 CSI 정보들을 제 2 인접 셀을 기준으로 측정한다.
추가적으로 표 6, 7, 8, 9에 기술된 피드백 방식이 고려될 수 있다.
특히, 표 9은 표 8의 피드백 설정에 있어 서브프레임 8에서 송신되는 CSI 정보가 추가된 것으로서, 서브프레임 8에서는 모든 셀이 CB 또는 JT에 참여 했을 때 추정된 CQI와 PMI 정확도를 높이기 위한 향상된(enhanced) PMI가 전송된다.
특히, 아래 표 6 내지 표 9에서 CB1 CQI은 제 1 인접 셀만이 Nbr PMI1을 사용하여 CoMP CB 기법을 수행했을 때 추정된 CQI를 의미하고, CB2 CQI은 제 2 인접 셀만이 Nbr PMI2을 사용하여 CoMP CB 기법을 수행했을 때 추정된 CQI를 의미한다. 또한, CB12 CQI은 제 1 인접 셀 및 제 2 인접 셀 각각이 Nbr PMI1과 Nbr PMI2을 사용하여 CoMP CB 기법을 수행했을 때 추정된 CQI를 의미한다.
나아가, JT1 CQI은 제 1 인접 셀만이 CoMP JT 기법을 수행했을 때 추정된 CQI이며, JT2 CQI은 제 2 인접 셀만이 CoMP JT 기법을 수행했을 때 추정된 CQI,이다. 마찬가지로, JT12 CQI는 제 1 인접 셀 및 제 2 인접 셀 모두가 CoMP JT 기법을 수행했을 때 추정된 CQI를 의미한다.
[표 6]
Figure 112013040074463-pct00024
상기 표 6은 서빙 셀, 제 1 인접 셀 및 제 2 인접 셀에 CoMP 기법이 적용되고, 적용되는 CoMP 기법이 UE에게 지정된 경우 본 발명에서 제안하는 CoMP CSI 피드백 설정을 나타낸다.
[표 7]
Figure 112013040074463-pct00025
[표 8]
Figure 112013040074463-pct00041
Figure 112013040074463-pct00042
[표 9]
Figure 112013040074463-pct00043
Figure 112013040074463-pct00044
Figure 112013040074463-pct00045
〈 제 3 실시예 〉
한편, LTE-A 표준에서는 송신 안테나 개수에 따라 CSI 피드백 설정이 다르게 지정될 수 있다. LTE-A 표준에서 새롭게 지원하는 8 Tx 안테나 설정에 대해, 이전 LTE 표준의 2 Tx 안테나 또는 4 Tx 안테나와 다른 형태의 피드백 모드가 지원된다. 그 대표적인 예가 도 9에 도시 되어있다.
도 9는 LTE-A 무선 통신 시스템에서 기지국의 송신 안테나가 8개인 경우 일반적인 CSI 피드백 방법을 도시하는 도면이다.
도 9에서 PMI1과 PMI2은 8Tx 코드북에 대한 PMI로서 PMI1과 PMI2의 조합으로 최종 PMI가 결정된다. 즉, 상술한 수학식 8을 참조하면, PMI1은 W1에 대응하고, PMI2은 W2에 대응한다.
도 9를 참조하여, 일반적인 CSI 피드백 설정을 CoMP CSI 피드백 설정으로 확장하면, Srv PMI1은 RI와 함께 전송되므로, 앞서 설명한 실시예들에서 Srv PMI는 Srv PMI2로 수정되어야 한다. 또한 기지국의 송신 안테나가 8개인 경우 Nbr PMI도 Nbr PMI1과 Nbr PMI2로 수정되어야 한다.
한편, 본 발명은 CoMP 기법에 참여하는 기지국 각각의 안테나 개수가 다른 경우에도 적용할 수 있다. 예를 들어 서빙 기지국의 안테나가 N1개 이고, 인접 기지국의 안테나가 N2개인 경우 Srv PMI과 Nbr PMI는 각각 N1 Tx 안테나용 코드북과 N2 Tx 안테나용 코드북에서 선택할 수 있다. 단, 표 3의 설정 번호 2과 같이 CoMP JT 기법이 적용되어 인접 셀과 서빙 셀이 동일한 PMI를 사용하는 경우에는 적용될 수 없다는 것을 주의해야 한다.
또한, 본 발명에서는, CoMP 기법이 적용되는 셀 들의 기지국 안테나 개수가 다른 경우, 가장 큰 안테나 개수에 맞추어 CSI 피드백 모드를 결정하고 CoMP CSI 정보를 피드백 하는 것도 고려할 수 있다. 다시 말해, CoMP CSI 피드백을 위하여 기지국으로부터 단말로 전송되는 참조 신호(예를 들어, CSI-RS) 중 안테나 포트가 가장 많은 M개의 경우에 맞추어, 기본 CSI 피드백 모드를 설정한다. 이후 M개의 안테나 포트에 대한 CSI 피드백이 전송되는 시점에서는 상기 결정된 CSI 피드백 모드에 상응하는 CSI 정보가 전송된다. 만약 M보다 작은 N개의 안테나 포트에 대한 CSI 피드백이 전송되는 시점에서는 M개의 CSI 모드에 상응하는 정보가 아닌 N개의 안테나 포트에 대한 CSI 정보를 전송하게 된다. 예를 들어 8 Tx 안테나용 CSI 피드백 모드가 설정되어 short-term/sub-band PMI인 PMI2 가 전송되어야 하지만 현재 피드백 CSI가 4 Tx 안테나에 해당하는 CSI 일 경우 4Tx 안테나용 codebook에서 PMI를 선정하여 피드백 하게 된다.
예를 들어 8 포트 CSI-RS와 4 포트 CSI-RS가 존재하는 경우, 8 Tx에 대응하는 CSI 피드백 모드를 설정하는 것이다. 따라서, 도 9와 같은 8 Tx에 대응하는 CSI 피드백 모드를 기반으로 CoMP CSI 정보를 피드백할 수 있다.
또한, 8개의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 셀은 RI와 함께 피드백되는 PMI1과 이후 피드백 되는 자신의 PMI2를 이용하여 프리코딩을 수행하고, 4개의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 셀은 PMI1은 무시하고 RI 값만을 검출한 이후 자신의 4 Tx 용 PMI를 사용하여 프리코딩을 수행 한다.
서빙 셀이 8개의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 경우, Srv PMI는 Srv PMI2 로 대체되며, Nbr PMI는 4 Tx 코드북을 이용해 그대로 전송된다. 또한, 인접 셀이 8개의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 경우, Nbr PMI는 Nbr PMI2 로 대체되며, Srv PMI는 4 Tx 안테나 코드북을 이용해 그대로 전송된다. 또한 이 경우 Nbr PMI2가 종속되어 있는 Nbr PMI1는 RI와 함께 먼저 전송되었으므로 상술한 표 3 내지 표 9의 서브프레임 2와 서브프레임 4의 CSI 정보를 서로 맞바꾸어 피드백 순서를 조절할 수 있다.
또는 CoMP 기법이 적용되는 셀들을 구성할 때 처음부터 안테나 개수가 같은 셀로만 제한하는 것도 고려할 수 있다. 또한, 물리적인 안테나 개수가 다르더라도, 논리적 안테나 개수를 동일하게 설정하는 경우라면 CoMP 기법이 적용되는 셀로 구성될 수 있다.
아래 표 10은 CoMP 기법이 적용되는 3개의 셀들이 동일한 계층구조 PMI를 사용하는 경우의 CSI 피드백 설정을 나타내며, 표 11은 CoMP 기법이 적용되는 3개의 셀들이 다른 구조의 PMI를 사용하는 경우의 CSI 피드백 설정을 나타낸다.
[표 10]
Figure 112013040074463-pct00029
[표 11]
Figure 112013040074463-pct00030
특히, 표 10에서는 각각의 셀들이 PMI1 및 PMI2로 구분되는 2 레벨 계층구조 PMI를 사용하는 경우를 가정하며, 표 11에서는 서빙 셀과 제 1 인접 셀만이 2 레벨 계층구조 PMI를 사용하는 경우를 가정한다. 또한, 표 10 및 표 11에 있어 SF는 서브프레임을 의미한다. 또한, 표 10 및 표 11에서 음영 표시된 피드백 정보는 RI, PMI1, Nbr2 PMI 등으로 롱텀(long term)/wide-band CSI 정보들이며, 음영 표시가 안된 피드백 정보는 PC, PMI2, CQI 등으로 숏텀(short term)/wide-band CSI 정보들이다.
표 10 및 표 11의 피드백 설정에 정의된 서브프레임 이후 존재하는 서브프레임에서는 새로운 RI를 피드백하기 전까지, 앞서 전송한 CSI 정보의 일부를 반복적으로 전송하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어 표 1의 설정 번호 1에서 서브프레임 12는 서브프레임 6의 CSI 정보를 시작으로 숏텀(short term)/sub-band CSI 정보들을 다시 반복하여 전송할 수 있다.
또한, 표 10 및 표 11에서 "compCQI" 는 CoMP 기법이 적용된 경우의 CQI를 기지국이 측정할 수 있도록 전송하는 값으로서, 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들어 제 1 인접 셀 및 제 2 인접 셀 중 하나에 DPS, CB/CS, JT 등 CoMP 기법이 적용된 경우의 CQI로 정의될 수 있고, 또는 제 1 인접 셀 및 제 2 인접 셀 모두가 CoMP 기법이 적용된 경우의 CQI가 될 수 있다. 또한 피드백 페이로드 사이즈를 줄이기 위하여 상술한 델타 CQI, 공통 CQI, 델타 공통 CQI 등을 적용할 수도 있다.
또한, 표 11에서 "Temp" 는 제 2 인접 셀이 2 레벨 계층구조 PMI가 아닌 일반적인 PMI를 사용함으로서 잔여하는 피드백 페이로드로서, 이 역시 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들어 Nbr2 PMI에 대한 향상된(enhanced) PMI, Nbr1 PMI2 전송을 위한 추가 페이로드 등으로 활용할 수도 있다. Nbr2 PMI에 대한 향상된(enhanced) PMI는, Nbr2 PMI와 가장 최근에 추정된 인접 셀에 대한 채널의 차등 벡터(difference vector) 또는 차등 행렬(difference matrix)로서, Nbr2 PMI와 향상된(enhanced) PMI를 더하여 제 2 인접 셀에 대한 PMI 정확도를 높일 수 있다. 또는, "Temp" 를 인접 셀의 PMI 중 추정된 인접 셀에 대한 채널에 대해 두 번째로 큰 매트릭(metric)을 갖는 제 2 최적(best) PMI로 정의하고, 이를 이용하여 Nbr2 PMI와 인터폴레이션(interpolation)을 통해 PMI 정확도를 높일 수 있다. "Temp" 가 Nbr1 PMI2 전송을 위한 추가 페이로드로 사용되었을 경우, Nbr1 PMI2 의 일부 페이로드를 이전에 정의된 Nbr1 PMI2의 서브프레임을 통해 전송하고, 나머지 일부를 "Temp" 를 이용해 전송할 수 있다.
한편, 표 10 및 표 11에서 RI가 Srv PMI1와 서로 다른 서브프레임에서 피드백될 수도 있다. 예를 들어 RI는 서브프레임 1에서 피드백하고 Srv PMI1을 서브프레임 2에서 피드백한다. 기존에 서브프레임 2부터 피드백되는 것으로 정의된 나머지 CSI 정보들은, 다음 피드백 서브 프레임부터 한 피드백 주기씩 미루어 피드백 한다.
추가적으로 표 11의 설정 번호 1 및 설정 번호 2에서 Nbr2 PMI는 롱텀 CSI가 아닌, 숏텀 CSI로 재정의 될 수 있다. 숏텀 CSI로 재정의된 Nbr2 PMI는 서브프레임 4에서 그대로 전송 되거나 서브프레임 10에서 다른 CSI 정보들과 함께 전송 될 수 있다. 또는 서브프레임 6 또는 서브프레임 8의 CSI 정보를 서브프레임 4 및 서브프레임 6에서 피드백하고, 서브프레임 8에서는 Nbr2 PMI를 피드백 할 수 있다.
앞서 기술한 실시 예들에서는, UE가 하나의 CSI 피드백 설정을 이용하여 서빙 셀과 인접 셀 모두의 채널 정보를 피드백 하였다. (이하 단일 피드백 설정이라 지칭) 그러나, CoMP 기법이 적용되는 셀 각각에 대하여 피드백 설정을 개별적으로 이용하여, CoMP CSI 정보를 피드백 할 수 있다. (이하 다중 피드백 설정이라 지칭)
다중 피드백 설정에 대한 예로서, 서빙 셀의 경우 기존 非 CoMP 환경에서와 마찬가지로 도 9의 피드백 절차를 따르고, 인접 셀의 경우 도 9의 피드백 절차으로 하되, 변형된 피드백 정보를 전송한다. 예를 들어, RI 대신 PC 를 PMI1과 함께 피드백하고, CQI 대신 "compCQI" 를 피드백하는 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
도 10 을 참조하면, 통신 장치(1000)는 프로세서(1010), 메모리(1020), RF 모듈(1030), 디스플레이 모듈(1040) 및 사용자 인터페이스 모듈(1050)을 포함한다.
통신 장치(1000)는 설명의 편의를 위해 도시된 것으로서 일부 모듈은 생략될 수 있다. 또한, 통신 장치(1000)는 필요한 모듈을 더 포함할 수 있다. 또한, 통신 장치(1000)에서 일부 모듈은 보다 세분화된 모듈로 구분될 수 있다. 프로세서(1010)는 도면을 참조하여 예시한 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 프로세서(1010)의 자세한 동작은 도 1 내지 도 9 에 기재된 내용을 참조할 수 있다.
메모리(1020)는 프로세서(1010)에 연결되며 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 프로그램 코드, 데이터 등을 저장한다. RF 모듈(1030)은 프로세서(1010)에 연결되며 기저대역 신호를 무선 신호를 변환하거나 무선신호를 기저대역 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 이를 위해, RF 모듈(1030)은 아날로그 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향 변환 또는 이들의 역과정을 수행한다. 디스플레이 모듈(1040)은 프로세서(1010)에 연결되며 다양한 정보를 디스플레이한다. 디스플레이 모듈(1040)은 이로 제한되는 것은 아니지만 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode)와 같은 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스 모듈(1050)은 프로세서(1010)와 연결되며 키패드, 터치 스크린 등과 같은 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 구성될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 문서에서 기지국에 의해 수행된다고 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 그 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 기지국을 포함하는 복수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. 기지국은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
산업상 이용가능성
상술한 바와 같은 다중 셀 협력 무선 통신 시스템에서 채널 상태 정보를 보고하는 방법 및 이를 위한 장치는 3GPP LTE 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, 3GPP LTE 시스템 이외에도 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (14)

  1. 다중 셀 협력 (Coordinated Multi Point; CoMP) 무선 통신 시스템에서 단말이 채널 상태 정보를 전송하는 방법에 있어서,
    서빙 셀 및 하나 이상의 인접 셀로부터 참조 신호를 수신하는 단계;
    상기 참조 신호에 기초하여 제 1 채널 상태 정보, 제 2 채널 상태 정보 및 제 3채널 상태 정보를 생성하는 단계;
    채널 상태 정보들에 기초하여 피드백 설정 모드를 결정하는 단계;
    상기 제 1 채널 상태 정보, 상기 제 2 채널 상태 정보 및 상기 제 3 채널 상태 정보 각각을 상기 피드백 설정 모드의 매핑 관계 정보에 기초하여 복수의 서브프레임에 매핑하는 단계; 및
    상기 매핑 된 각각의 채널 상태 정보들을 상기 복수의 서브프레임을 이용하여 상기 서빙 셀로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 제 1 채널 상태 정보는 상기 서빙 셀의 PMI (Precoding Matrix Index) 및 CQI (Channel Quality Indication)를 포함하며, 상기 제 2 채널 상태 정보는 CB CQI를 포함하며, 상기 제 3 채널 상태 정보는 PC (Phase/amplitude Corrector)를 포함하고,
    상기 피드백 설정 모드는,
    상기 PC의 코드북 사이즈와 상기 CB CQI의 페이로드 사이즈를 비교한 결과에 따라 제 1 피드백 설정 모드 또는 제 2 피드백 설정 모드로 설정되고,
    상기 PC의 코드북 사이즈가 상기 CB CQI의 페이로드 사이즈보다 큰 경우 상기 피드백 설정 모드는 상기 제 1 피드백 설정 모드로 설정되며, 상기 제 1 채널 상태 정보는 상기 복수의 서브프레임 중 #n+2 서브프레임에 매핑되고, 상기 제 2 채널 상태 정보는 상기 복수의 서브프레임 중 #n+4 서브프레임에 매핑되고, 상기 제 3 채널 상태 정보는 상기 복수의 서브프레임 중 #n+6 서브프레임에 매핑되며,
    상기 PC의 코드북 사이즈가 상기 CB CQI의 페이로드 사이즈보다 작은 경우, 상기 피드백 설정 모드는 상기 제 2 피드백 설정 모드로 설정되며, 상기 제 1 채널 상태 정보는 상기 복수의 서브프레임 중 상기 #n+2 서브프레임에 매핑되고, 상기 제 2 채널 상태 정보는 상기 복수의 서브프레임 중 상기 #n+6 서브프레임에 매핑되고, 상기 제 3 채널 상태 정보는 상기 복수의 서브프레임 중 상기 #n+4 서브프레임에 매핑되는,
    채널 상태 정보 전송 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 채널 상태 정보는
    상기 서빙 셀과 상기 하나 이상의 인접 셀 모두로부터 동시에 신호를 수신하기 위한 채널 상태 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    채널 상태 정보 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    기 설정된 피드백 설정 모드는,
    다중 셀 협력 통신의 종류에 따라 구분되는 것을 특징으로 하는,
    채널 상태 정보 전송 방법.
  5. 삭제
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 채널 상태 정보는
    상기 하나 이상의 인접 셀들과 협력하는 상기 서빙 셀로부터만 신호를 수신하기 위한 채널 상태 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는
    채널 상태 정보 전송 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 매핑된 채널 상태 정보는,
    상기 복수의 서브프레임 각각의 상향링크 물리 제어 채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH)을 통하여 상기 서빙 셀로 송신되는 것을 특징으로 하는,
    채널 상태 정보 전송 방법.
  8. 다중 셀 협력 (Coordinated Multi Point; CoMP) 무선 통신 시스템에서의 단말 장치로서,
    서빙 셀 및 하나 이상의 인접 셀로부터 참조 신호를 수신하는 수신 모듈;
    상기 참조 신호에 기초하여 제 1 채널 상태 정보, 제 2 채널 상태 정보, 및 제 3채널 상태 정보를 생성하고, 채널 상태 정보에 기초하여 피드백 설정 모드를 결정하되, 상기 제 1 채널 상태 정보, 상기 제 2 채널 상태 정보 및 상기 제 3 채널 상태 정보 각각을 상기 피드백 설정 모드에 대해 정의된 매핑 관계에 기초하여, 복수의 서브프레임에 매핑하는 프로세서; 및
    상기 매핑 된 각각의 채널 상태 정보를 상기 복수의 서브프레임을 이용하여 상기 서빙 셀로 전송하기 위한 송신 모듈을 포함하되,
    상기 제 1 채널 상태 정보는 상기 서빙 셀의 PMI (Precoding Matrix Index) 및 CQI (Channel Quality Indication)를 포함하며, 상기 제 2 채널 상태 정보는 CB CQI를 포함하며, 상기 제 3 채널 상태 정보는 PC (Phase/amplitude Corrector)를 포함하고,
    상기 피드백 설정 모드는,
    상기 PC의 코드북 사이즈와 상기 CB CQI의 페이로드 사이즈를 비교한 결과에 따라 제 1 피드백 설정 모드 또는 제 2 피드백 설정 모드로 설정되고,
    상기 프로세서는,
    상기 PC의 코드북 사이즈가 상기 CB CQI의 페이로드 사이즈보다 큰 경우 상기 피드백 설정 모드는 상기 제 1 피드백 설정 모드로 설정되며, 상기 제 1 채널 상태 정보는 상기 복수의 서브프레임 중 #n+2 서브프레임에 매핑되고, 상기 제 2 채널 상태 정보는 상기 복수의 서브프레임 중 #n+4 서브프레임에 매핑되고, 상기 제 3 채널 상태 정보는 상기 복수의 서브프레임 중 #n+6 서브프레임에 매핑되며,
    상기 PC의 코드북 사이즈가 상기 CB CQI의 페이로드 사이즈보다 작은 경우, 상기 피드백 설정 모드 상기 제 2 피드백 설정 모드로 설정되며, 상기 제 1 채널 상태 정보가 상기 복수의 서브프레임 중 상기 #n+2 서브프레임에 매핑되고, 상기 제 2 채널 상태 정보가 상기 복수의 서브프레임 중 상기 #n+6 서브프레임에 매핑되고, 상기 제 3 채널 상태 정보가 상기 복수의 서브프레임 중 #n+4 서브프레임에 매핑하는 것을 특징으로 하는,
    단말 장치.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 채널 상태 정보는,
    상기 서빙 셀과 상기 하나 이상의 인접 셀 모두로부터 동시에 신호를 수신하기 위한 채널 상태 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    단말 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    기 설정된 피드백 설정 모드는,
    다중 셀 협력 통신의 종류에 따라 구분되는 것을 특징으로 하는,
    단말 장치.
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 채널 상태 정보는 상기 하나 이상의 인접 셀들과 협력하는 상기 서빙 셀로부터만 신호를 수신하기 위한 채널 상태 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는
    단말 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 매핑된 채널 상태 정보는,
    상기 복수의 서브프레임 각각의 상향링크 물리 제어 채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH)을 통하여 상기 서빙 셀로 송신되는 것을 특징으로 하는,
    단말 장치.
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