KR101027650B1

KR101027650B1 - 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법

Info

Publication number: KR101027650B1
Application number: KR1020100013852A
Authority: KR
Inventors: 김영주; 박노윤
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-04-12

Abstract

본 발명은 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에 관한 것으로, 특히 코드북을 이용한 선부호화방식에서 프레임을 구성하고 있는 심벌들에 매핑된 코드북 인덱스에 대해 동일한 인덱스가 매핑되는 심벌 주기가 변동되는 변동주기를 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정할 수 있도록 한 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 폐 루프 방식을 지원하며, 복수의 송신 안테나를 가지는 송신장치와 복수의 수신 안테나를 가지는 수신장치가 소정의 코드 북을 기반으로 통신하는 다중 안테나 시스템의 선부호화 전송방법에 있어서, 인접한 심벌간에 매핑된 코드북 인덱스의 변동여부를 확인하여 인접하여 동일한 코드북 인덱스를 갖는 심벌수를 계산하고, 상기 계산된 심벌수에 따른 동일한 코드북 인덱스를 갖는 평균 심벌수를 계산하는 제1 단계; 및 상기 평균 심벌수를 고려하여 동일한 코드북 인덱스를 갖는 심벌 구간에서의 최대 도플러 주파수를 계산하고, 상기 계산된 최대 도플러 주파수에 따른 평균 최대 도플러 주파수를 계산하는 제2 단계를 포함하는 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법을 제공한다.

Description

코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법{METHOD FOR ESTIMATING FREQUENCY OF MAXIMUM DOPPLER FOR CODEBOOK-BASED BEAMFORMING SCHEME}

본 발명은 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에 관한 것으로, 특히 코드북을 이용한 선부호화방식에서 프레임을 구성하고 있는 심벌들에 매핑된 코드북 인덱스에 대해 동일한 인덱스가 매핑되는 심벌 주기가 변동되는 변동주기를 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정할 수 있도록 한 방법에 관한 것이다.

최근 이동 통신 시스템의 발전 속도는 사용자의 끊임없는 요구와 이를 충족시켜주는 동시에 새로운 시장을 확보하려는 시스템 개발자들의 노력에 의해 점점 가속화되고 있다. 그 대표적인 예로 과거 2G(second-generation) 이동 통신 기술이었던 CDMA(code division multiple access)에서 현재 널리 사용하고 있는 3G(third-generation) 이동 통신 기술인 WCDMA(wideband CDMA)에 이르고 있다.

뿐만 아니라 앞으로 다가올 LTE(Long Term Evolution), WiMAX(world interoperability for microwave access)와 같은 4G(fourth-generation) 이동 통신 기술은 현재 사용자와 시스템 개발자들의 이목이 집중되면서 표준화 및 상용화 단계에 이르고 있다.

이러한 차세대 이동 통신 기술은 대역폭(bandwidth)의 효율적 이용과 빠른 데이터 전송률(bit rate), 그리고 낮은 오류율(error rate) 등을 반드시 충족시켜야 한다.

하지만 무선 채널 환경은 유선 채널과 달리 다중경로 간섭, 쉐도윙(Shadowing), 전파 감쇄, 시변 잡음, 간섭 등으로 인한 낮은 신뢰도를 나타낸다. 이것은 이동 통신 시스템에서 데이터의 전송 속도를 높이지 못하는 대표적인 원인이 된다.

따라서 이를 극복하기 위한 많은 기술들이 제안되었다. 그 대표적인 예가 에러 컨트롤 코딩 기법과 다이버시티 기법이다. 상기 에러 컨트롤 코딩 기법은 신호의 왜곡과 잡음에 의한 영향을 억제한다. 상기 다이버시티 기법은 독립적인 페이딩 현상을 겪은 여러 개의 신호들을 수신함으로써, 페이딩 현상에 대처한다.

상기 다이버시티 기법은 시간, 주파수, 다중 경로, 그리고 공간 다이버시티 등이 있다. 상기 시간 다이버시티는 채널 부호화와 인터리빙을 결합하여 시간적으로 다이버시티 효과를 얻는다. 상기 주파수 다이버시티는 서로 다른 주파수로 송신된 신호들이 각기 다른 다중 경로를 통해 수신되도록 함으로써 다이버시티 효과를 얻도록 한다. 그리고 상기 다중 경로 다이버시티는 서로 다른 페이딩 정보를 이용하여 다중 경로 신호를 분리함으로써, 다이버시티 효과를 얻도록 한다. 상기 공간 다이버시티는 송신기나 수신기, 또는 양쪽 모두에 여러 개의 안테나들을 사용하여 서로 독립적인 페이딩 신호에 의해 다이버시티 효과를 얻도록 한다. 통상적으로 상기 공간 다이버시티 방식은 안테나 어레이를 이용한다.

상기 안테나 어레이를 이용하는 시스템 (이하 "다중 안테나 시스템"이라 칭함)은 송/수신기에 다중의 안테나들이 구비된 시스템으로, 주파수 효율을 높이기 위해 공간 영역을 이용하는 시스템이다. 상기 다중 안테나 시스템은 공간 영역을 활용함으로써, 시간 영역과 주파수 영역이 제한되어 있는 환경에서 좀 더 높은 전송 속도를 얻기에 용이하다.

상기 다중 안테나 시스템은 각 안테나 별로 독립적인 정보를 전송하므로, 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi Input Multi Output) 시스템에 해당한다. 상기 MIMO 시스템에서는 고품질뿐 아니라 높은 전송률에 의한 데이터 서비스에 효율적인 신호 처리 알고리즘이 요구된다.

상기 신호 처리 알고리즘의 일 예로 자원 할당 알고리즘이 존재한다. 상기 자원 할당 알고리즘은 최소의 자원을 소비하면서 목표하는 에러 율을 얻을 수 있도록 안테나 별로 자원, 즉 데이터 전송률을 할당하는 것을 목표로 한다. 상기 자원 할당 알고리즘은 송신측에서의 신호 처리 알고리즘과 수신측에서의 신호 처리 알고리즘으로 구분할 수 있다. 이때 송신측에서는 안테나 별로의 데이터 전송률이 주어졌을 때, 가장 작은 에너지를 소비하면서 목표 에러 율 (Error Rate)에 도달할 수 있도록 자원을 할당한다.

기존의 자원 할당 알고리즘은 단일 할당 (Uniform allocation) 방식, 고정 할당 (Fixed allocation) 방식, 풀-서치 할당 (Full-search allocation) 방식으로 구분한다.

상기 단일 할당 (Uniform allocation) 방식은 각 안테나 별로 동일한 데이터 전송률을 할당한다. 이는 피드백 정보의 전송이 필요 없는 가장 간단한 자원 할당 방법이다. 하지만 선형 검출 (Linear detection) 기법은 말할 것도 없고, 연속 간섭 제거 (SIC: Successive Interference Cancellation) 기법을 사용하더라도 에러 율이 높아 성능이 좋지 않다는 단점이 있다.

상기 고정 할당 (Fixed allocation) 방식은 최적의 할당을 정하고, 상기 정하여진 하나의 할당을 모든 채널에 사용한다. 상기 최적의 할당은 채널의 통계 (Statistics)에 따라 결정한다. 이는 채널의 통계가 맞으면 단일 할당 방식보다 좋은 성능을 보인다. 하지만 할당을 고정한다는 제약에 의해 에러 율 성능이 제한될 뿐만 아니라 고정된 할당을 사용하기에 채널 변화에 안정적으로 동작하지 않는다.

마지막으로 상기 풀-서치 할당 (Full-search allocation) 방식은 사용 가능한 모든 조합을 데이터 전송률 할당의 후보로 사용하며, 그 중 가장 작은 전력을 필요로 하는 후보를 현재 채널에 대한 할당으로 사용한다. 이는 모든 경우를 고려하기 때문에 가장 좋은 성능을 보여준다. 하지만 복잡도 및 피드백 정보가 증가하는 단점을 가진다. 상기 풀-서치 할당 (Full-search allocation) 방식에서는 복잡 도를 줄이기 위해 반복 알고리즘 (Iterative Algorithm)이 제안되었다.

상기 수신측에서의 신호 처리 알고리즘은 각 전송 채널에 대한 채널 상태를 탐색하고, 상기 탐색 결과를 송신측으로 피드백 하는 방안을 마련한다. 그리고 상기 송신측에서의 신호 처리 알고리즘은 수신측으로부터 피드백 되는 탐색 결과에 의해 각 송신 안테나 별로 자원을 할당하는 방안을 마련한다.

이를 위해 송신단에서 이용하는 선부호화(precoding) 기반의 다중 안테나 전송 기법이 존재한다.

상기 다중 안테나 전송기법은 단말기의 이동 속도가 낮을 경우에만 개루프(open-loop) MIMO전송기법보다 성능이 우수하다. 따라서 단말기 이동속도를 추정하여 선부호화 기법의 적용 여부를 판단할 수 있다면 시스템의 링크 레벨 성능을 향상시킬 수 있다. 최대 도플러 주파수를 추정한다면 단말기의 이동 속도 또한 추정할 수 있기 때문에 기존에는 레벨 교차율(level crossing rate)이나 영점 교차율(zero crossing rate)에 기반을 둔 방법들을 통해 최대 도플러 주파수를 추정하고 있다. 상기 방법들을 구현하기 위해서는 시스템 구현과정에서 복잡한 과정을 거치게 되는 문제점이 발생한다.

이에, 전술한 바와 같이 MIMO 시스템의 성능 향상을 위해서는 간단한 방법으로 단말기 이동속도를 추정할 수 있다면 레벨 교차율이나 영점교차율과 같은 복잡한 시스템 구현의 필요없이 단말기 이동 속도를 추정하여 선부호화 기법의 적용 여부를 판단할 수 있는 기법이 절실하게 요구된다.

따라서 전술한 바를 해결하기 위해 본 발명은 코드북을 이용한 선부호화방식에서 프레임을 구성하고 있는 심벌들에 매핑된 코드북 인덱스에 대해 동일한 인덱스가 매핑되는 심벌 주기가 변동되는 변동주기를 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정할 수 있도록 한 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법은 폐 루프 방식을 지원하며, 복수의 송신 안테나를 가지는 송신장치와 복수의 수신 안테나를 가지는 수신장치가 소정의 코드 북을 기반으로 통신하는 다중 안테나 시스템의 선부호화 전송방법에 있어서, 인접한 심벌간에 매핑된 코드북 인덱스의 변동여부를 확인하여 인접하여 동일한 코드북 인덱스를 갖는 심벌수를 계산하고, 상기 계산된 심벌수에 따른 동일한 코드북 인덱스를 갖는 평균 심벌수를 계산하는 제1 단계; 및 상기 평균 심벌수를 고려하여 동일한 코드북 인덱스를 갖는 심벌 구간에서의 최대 도플러 주파수를 계산하고, 상기 계산된 최대 도플러 주파수에 따른 평균 최대 도플러 주파수를 계산하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제1 단계는, 인접한 심벌간에 매핑된 코드북 인덱스의 변동여부를 확인하는 단계; 상기 확인결과 변동이 발생하면, 인접하여 동일한 코드북 인덱스를 갖는 심벌수를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 심벌수를 이용하여 현재 코드북 인덱스값과 인접하여 동일한 코드북 인덱스값을 갖는 심벌들의 평균 심벌수를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 평균 심벌수는, 아래의 수학식 1을 통해서 계산되는 것을 특징으로 한다.

(수학식 1)

여기서, 0.1와 0.9는 각 심벌 구간에 있어 평균 인덱스 변화에 대한 가중치를 나타내며, n_mean은 현재 심벌 구간에 대해 인접한 심벌수, n_old는 현재 심벌 구간 이전까지의 심벌 구간에서의 심벌수를 의미한다.

바람직하게, 상기 제2 단계는, 슬라이딩 윈도우 기법을 적용하여 다수의 동일한 코드북 인덱스를 갖는 심벌 구간에서 평균적인 최대 도플러 주파수를 계산하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 최대 도플러 주파수는, 아래의 수학식 2를 통해서 계산되는 것을 특징으로 한다.

(수학식 2)

여기서 bps는 현재 시스템의 데이터 전송률, n_new는 동일한 코드북 인덱스를 갖는 평균 심벌수, α는 상수로서 최대 도플러 주파수 결정 상수 (maximum doppler frequency decision papameter) 를 의미한다.

바람직하게, 상기 평균 최대 도플러 주파수는, 아래의 수학식 3을 통해서 계산되는 것을 특징으로 한다.

(수학식 3)

여기서 N_sw는 슬라이딩 윈도우 기법을 적용할 심벌 수, f_est는 최대 도플러 주파수를 의미하고, 심벌 구간 t(a≤t≤b)에서 a는 슬라이딩 윈도우 시작 시간, b는 종료 시간을 의미한다.

전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 코드북을 이용한 선부호화 방식에서 프레임을 구성하고 있는 심벌들에 매핑된 코드북 인덱스에 대해 동일한 인덱스가 매핑되는 심벌 주기가 변동되는 것을 감지하여 이러한 변동 주기를 이용하여 간단하게 최대 도플러 주파수를 추정함으로써, 기존의 레벨 교차율 또는 영점 교차율과 달리 어려운 연산과정 없이 매우 간단한 방법으로 최대 도플러 주파수를 추정할 수 있는 이점이 있으며, 이와 함께 추정된 최대 도플러 주파수로부터 단말기 이동 속도를 추정하여 링크 레벨 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 빠른 인덱스 탐색을 수행하는 폐 루프 방식의 이동 통신 시스템의 구성을 보이고 있는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 피드백 정보에 따른 송신장치에서의 프레임당 각 심벌에 매핑이 이루어진 코드북 인덱스를 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정기법을 보인 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법을 적용하였을 경우 성능을 보인 파형도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 제조하고 사용하기 위한 장치 및 방법을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 구체적으로 기재한다. 그리고 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어는 상세한 설명의 전반적인 기재에 의해 정의되어야 함에 유념하여야 할 것이다.

하기의 설명에서 본 발명의 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

후술 될 본 발명의 실시 예를 위한 구체적인 내용에서는 폐루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템에서 피드백 정보에 따른 송신장치에서의 코드북 인덱스를 매핑하는 일반적인 과정에 관해 살펴볼 것이다. 그리고 매핑된 코드북 인덱스로부터 동일한 코드북 인덱스가 매핑이 되는 평균 변동 주기, 즉 동일한 인덱스값을 갖는 심벌들의 평균적인 수를 계산하는 과정에 대해서 살펴보도록 한다. 그리고 계산이 이루어진 평균적인 심벌 수를 이용하여 상기 동일 심벌 구간에서의 최대 도플러 주파수 값을 계산하는 과정 및 이와 같은 여러 개의 동일 심벌 구간에서 평균적인 최대 도플러 주파수 값을 계산하는 과정에 관해 살펴볼 것이다.

먼저 폐 루프 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템에서 수신장치가 피드백 정보를 송신장치에게 전달하는 일반적인 방안에 관해 설명한다.

원천 정보 신호 S가 l번째 (

) 송신 안테나의 가중치

과의 곱을 통해 전송될 때,

번째 (

) 수신 안테나에서의 출력 y_m은 하기 <수학식 1>로 표현할 수 있다.

여기서

은 무기억성 페이딩 채널로서

의 분포를 가진다. 이때,

은 복소 정규 분포를 의미하며,

은

번째 수신 안테나에서의

의 분포를 가지는 잡음이다. 만약

,

일 때,

은 h_j,i에 독립이며, n_m 또한 n_j와 독립이다.

상기의 채널은 몇몇 심벌 전송에 있어 채널 특성이 일정하다고 가정한다. 수신장치는

번째 수신 안테나에 의해 수신된 신호

에 수신측 가중치 값인

(

은 복소수 값으로 *은 공액(conjugation)을 의미)을 곱한다. 이러한 과정을 모든 수신 안테나

에 적용하고, 각 수신 안테나

의 적용에 의해 출력되는 수신신호들을 결합하면 복조된 신호

을 생성할 수 있다. 이러한 시스템 모델을 매트릭스 형태로 나타내면 하기 <수학식 2>와 같다.

이때,

,

그리고

는

크기를 갖는 페이딩 채널로써

은

의

번째 요소이다.

또한 W와 Z는 각각 송신 및 수신 다이버시티에서의 가중치 벡터를 나타내는데, 최적의 성능을 위해 수신 신호 대 잡음비를 최대화하는 채널의 함수로써 정의된다.

이하 본 발명에서 제안하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 사용자를 지원하는 폐 루프 방식의 다중 안테나 시스템을 보이고 있다. 도 1에서는 하나의 송신장치(110)와 복수의 수신장치(120-1, 120-N)로 구성된다. 상기 송신장치(110)는 기지국이라 가정할 수 있으며, 상기 복수의 수신장치(120-1, 120-N)는 이동 단말이라 가정할 수 있다. 하기의 설명에서는 하나의 수신장치(120-1)를 기준으로 한다. 하기의 설명은 나머지 수신장치에 대해서도 동일하게 적용되는 것으로 간주한다.

도 1을 참조하면, 수신장치(120-1)는 수신신호를 입력으로 하여 채널 추정을 수행한다. 상기 채널 추정에 의해 각 데이터 스트림에 대응한 채널 품질 정보 (Channel Quality Information; CQI) 를 획득한다. 상기 CQI 정보는 CQI 값 (value)으로 표현될 수 있다. 이하 설명에서는 편의를 위해 CQI 정보로 통칭하여 사용한다. 그리고 상기 데이터 스트림은 송신측에서의 프리 코더 사용 여부에 따라 달리 정의될 수 있다.

그리고 상기 수신장치(120-1)는 각 데이터 스트림에 대응한 채널 품질 정보를 기초로 하여 피드백 정보를 생성한다. 상기 피드백 정보의 생성 방법은 신호 검출 기법, 송신측에서의 프리 코더 사용 여부 등을 고려하여 결정할 수 있다. 상기 수신장치(120-1)는 상기 생성한 피드백 정보를 전송한다.

송신장치(110)는 모든 수신장치(120-1, 120-N)로부터 피드백 정보를 수신한다. 상기 송신장치(110)는 상기 피드백 정보에 의해 적어도 하나의 사용자 (즉 수신장치)를 선택한다. 여기서 선택되는 사용자의 수는 동작 모드에 의해 결정될 수 있다. 상기 동작 모드는 단일 사용자 모드 (single-user mode)와 다중 사용자 모드 (multi-user mode)로 구성된다. 상기 단일 사용자 모드에서는 하나의 사용자가 선택되며, 상기 다중 사용자 모드에서는 복수의 사용자들이 선택된다. 상기 동작 모드는 상기 피드백 정보를 기반으로 하여 결정한다.

그리고 상기 송신장치(110)는 상기 피드백 정보에 의해 변조 및 부호화 선택 레벨 (Modulation & Coding Selection Level; MCS 레벨)을 결정한다. 상기 MCS 레벨을 결정할 시, 수신측의 신호 검출 기법, 동작 모드 및 선택된 사용자를 지원하는 데이터 스트림의 수 등을 추가로 고려할 수 있다.

상기 송신장치(110)는 결정된 MCS 레벨에 의해 부호화 및 변조 방식을 지정하고, 상기 지정된 부호화 및 변조 방식을 사용하여 선택된 적어도 하나의 사용자에 대응한 데이터 스트림을 전송한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 하면, 송신장치(110)는 각 수신장치(120-1, 120-N)로부터 제공되는 피드백 정보에 의해 동작 모드를 결정한다. 즉 상기 송신장치(110)는 단일 사용자 모드와 다중 사용자 모드를 선택적으로 사용할 수 있다.

이를 위해 수신장치(120-1)는 적어도 하나의 수신 안테나 (Ant_rx #1, Ant_rx #2,ㆍㆍㆍ, Ant_rx #N_r), 채널 추정부(122-1) 및 피드백 정보 생성부(124-1)로 구성된다. 그리고 송신장치(110)는 복수의 송신 안테나 (Ant_tx #1, Ant_tx #2,ㆍㆍㆍ, Ant_tx #N_r), 피드백 정보 처리부(114) 및 신호 송신부(112)로 구성된다.

상기 수신장치(120-1)를 살펴보면, 적어도 하나의 수신 안테나 (Ant #1, Ant #2,ㆍㆍㆍ, Ant #N_r)로부터 수신된 신호는 채널 추정부(122-1)로 입력된다. 상기 채널 추정부(122-1)는 미리 설정된 신호 검출 기법에 의해 수신신호로부터 데이터 스트림 각각에 대응한 채널 특성을 추정한다. 상기 신호 검출 기법으로는 선형 검출 기법과 비선형 검출 기법이 존재한다. 상기 선형 검출 기법의 대표적인 예로 LMMSE 기법이 있으며, 상기 비선형 검출 기법의 대표적인 예로 SIC 기법이 있다. 상기 채널 추정부(122-1)에서의 신호 검출 기법은 사전이 지정된다. 하지만 듀얼 모드를 지원하는 경우라면, 상기 채널 추정부(122-1)에서 채널 상황 등을 고려하여 최적의 신호 검출 기법을 선택적으로 사용할 수 있다.

상기 채널 추정부(122-1)에 의해 추정된 수신신호의 채널 특성 행렬은 피드백 정보 생성부(124-1)로 제공된다.

상기 피드백 정보 생성부(124-1)는 상기 채널 추정부(122-1)로부터 제공된 채널 특성 행렬에 의해 피드백 정보를 생성한다. 상기 피드백 정보 생성부(124-1)는 상기 피드백 정보를 생성할 시, 상기 채널 추정부(122-1)에서 사용된 신호 검출 기법을 고려한다.

한편 상기 피드백 정보 생성부(124-1)는 송신장치(110)에서 사용자로 제공되는 데이터 스트림의 수와 프리 코더 (코드 북)의 사용 여부 등을 추가로 고려하여 피드백 정보를 생성할 수 있다. 만약 송신장치(110)에서 프리 코더를 사용한다면, 상기 피드백 정보에 프리 코더 인덱스 (Precoder_index)가 추가된다. 상기 프리 코더 인덱스 (Precoder_index)는 코드 북 (codebook) 내에서 최대 단일 사용자 성능을 얻을 수 있는 프리 코딩 행렬을 지정하는 인덱스이다.

상기 수신장치(120-1)는 상기 피드백 정보 생성부(124-1)에 의해 생성된 피드백 정보를 상기 송신장치(110)로 전송한다. 상기 수신장치(120-1)에 의해 피드백 정보의 전송은 바람직하게 주기적으로 전송된다. 하지만 전송 시점을 결정하는 요소들이 상기 송신장치(110)와 상기 수신장치(120-1) 간에 사전에 약속된다면, 피드백 정보를 비주기적으로 전송하는 것이 가능하다.

상기 송신장치(110)를 살펴보면, 모든 수신장치들(120-1, 120-N)로부터 수신되는 피드백 정보는 피드백 정보 처리부(114)로 제공된다. 상기 피드백 정보 처리부(114)는 각 수신장치로부터 수신된 피드백 정보를 기반으로 하여 적어도 하나의 사용자를 선택하다. 그리고 상기 선택된 적어도 하나의 사용자의 데이터 스트림을 전송하기 위한 부호화 기법과 MCS 레벨을 결정한다.

상기 피드백 정보 처리부(114)는 적어도 하나의 사용자를 선택하기 위해서는 송신장치의 동작 모드가 고려한다. 따라서 상기 피드백 정보 처리부(110)는 사용자를 선택하기에 앞서 동작 모드를 결정한다. 앞에서도 밝힌 바와 같이 상기 동작 모드는 단일 사용자 모드와 다중 사용자 모드로 구분된다. 상기 피드백 정보 처리부(114)는 최적의 코드북 인덱스를 선택하기 위해서 하기 <수학식 3>을 이용한다.

여기서

는 코드북의 인덱스이며,

을 의미한다.

통상적으로 송/수신단에서는 생성 효율성 및 저장 메모리에 최적화 되어 있는 적절한 크기의 코드북을 선택함으로써 피드백이 이루어진다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 피드백 정보에 따른 송신장치에서의 프레임당 각 심벌에 매핑이 이루어진 코드북 인덱스를 보인 예시도이다. 도 2에서는 코드북 인덱스가 매핑된 심벌들에 있어 인접한 심벌에 매핑된 코드북 인덱스가 변동이 이루어질 경우 이전 변동 후 심벌에서부터 다음 변동 전 심벌까지의 구간(즉, 인접하여 동일한 코드북 인덱스 값을 갖는 심벌 구간; 도 2에서는 Change Point 지점에서 Change point 지점까지의 구간)에 있어 동일한 코드북 인덱스가 매핑이 되는데, 이러한 심벌 구간에 있어 동일한 인덱스 값을 갖는 심벌들의 평균적인 수를 계산함을 설명하도록 한다.

도 2를 참조하면, 심벌구간에 있어 동일한 코드북 인덱스값을 갖는 심벌들의 수를 count라고 하면, count가 결정된 심벌 구간의 코드북 인덱스와 상이한 코드북 인덱스가 동일하게 매핑된 이전 심벌 구간에서의 심벌들의 수를 n_old라 정의하고, 현재 심벌 구간에 대해 인접한 심벌들의 수를 n_mean이라 정의하면, n_old를 고려하여 count가 결정된 심벌구간까지 동일한 인덱스값을 갖는 심벌들의 평균적인 수(n_new)를 하기의 <수학식 4>를 이용하여 획득한다.

여기서, 0.1(10%), 0.9(90%) 는 각 심벌 구간에 있어 평균 인덱스 변화에 대한 가중치를 나타내며, 이는 시스템 성능에 따라 설계자가 달리 지정할 수 있다.

동일한 코드북 인덱스 값을 갖는 평균적인 심벌 수 n_new 가 결정되면, 상기 동일 심벌 구간에서의 최대 도플러 주파수 값 f_est는 하기 <수학식 5>를 통해 획득한다.

여기서 bps는 현재 시스템의 데이터 전송률, α는 상수로서 최대 도플러 주파수 결정 상수 (maximum doppler frequency decision papameter) 를 의미하며, α값은 송신 안테나 수에 따라 적절히 조정되어야 한다.

상기 <수학식 5>를 통해서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정기법의 정확도는 최대 도플러 주파수 결정 상수(α)에 의해 결정된다.

상기 결과를 이용하여 다수의 동일 심벌 구간에서 평균적인 최대 도플러 주파수 값 f_d는 하기 <수학식 6>을 통해 획득한다.

여기서 N_sw는 슬라이딩 윈도우 기법을 적용할 심벌 수를 의미하고, 심벌 구간 t(a≤t≤b)에서 a는 슬라이딩 윈도우 시작 시간, b는 종료 시간을 의미하며,N_SW는 시스템 성능에 따라 수정 가능하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정기법을 보인 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 우선, 프레임을 구성하고 있는 심벌들에 있어서 인접한 심벌에 매핑된 코드북 인덱스 변동 구간을 확인하다(S301).

확인결과, 인접한 심벌에 매핑된 코드북 인덱스에 변동 구간이 존재하면, 인접하여 동일한 코드북 인덱스 값을 갖는 심벌 수(count)를 계산한다(S303).

현재 동일 코드북 인덱스값을 갖는 심벌 구간과 상이한 동일 코드북 인덱스 값을 갖는 이전 심벌 구간을 고려한 평균 심벌 수(n_new)를 계산한다(S305). 이때 계산은 상기 <수학식 4>를 이용한다.

이후, 305단계의 계산에 의해 획득된 상기 평균 심벌 수(n_new)를 이용하여 동일 심벌 구간에서의 최대 도플러 주파수 (f_est)를 계산한다(S307). 여기서 최대 도플러 주파수 (f_est)에 대한 계산은 상기 <수학식 5>를 이용한다.

그러면, 슬라이딩 윈도우 기법을 적용하여 인접하여 동일한 코드북 인덱스 값을 갖는 심벌 구간에서 평균적인 최대 도플러 주파수 (f_d)를 계산한다(S309). 여기서 평균적인 최대 도플러 주파수 (f_d)에 대한 계산은 상기 <수학식 6>을 이용한다.

지금까지 전술한 본 발명에 따른 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법에 대한 성능을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법을 적용하였을 경우 성능을 보인 파형도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 최대 도플러 주파수 추정기법의 성능을 테스트 하기 위한 조건은 아래와 같다.

송신 장치의 안테나 수는 2, 슬라이딩 윈도우 기법을 적용할 심벌 수는 10, 데이터 전송율은 100,000 bits /s, 코드북 인덱스 크기는 8, 그리고 최대 도플러 주파수 결정 상수를 6으로 결정하였을 때, 실제 최대 도플러 주파수 값이 20, 40 그리고 60 Hz 일 경우의 본 발명을 통한 성능을 나타낸다.

초기 시간 구간에서는 슬라이딩 윈도우 사이즈를 가지는 moving average 블록의 영향으로 overshoot가 발생하지만, 0.5초 이후에는 거의 정확하게 추정이 되는 것을 확인할 수 있다.

한편 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어 져서는 안 될 것이다.

Claims

폐 루프 방식을 지원하며, 복수의 송신 안테나를 가지는 송신장치와 복수의 수신 안테나를 가지는 수신장치가 소정의 코드 북을 기반으로 통신하는 다중 안테나 시스템의 선부호화 전송방법에 있어서,
인접한 심벌간에 매핑된 코드북 인덱스의 변동여부를 확인하여 인접하여 동일한 코드북 인덱스를 갖는 심벌수를 계산하고, 상기 계산된 심벌수에 따른 동일한 코드북 인덱스를 갖는 평균 심벌수를 계산하는 제1 단계; 및
상기 평균 심벌수를 고려하여 동일한 코드북 인덱스를 갖는 심벌 구간에서의 최대 도플러 주파수를 계산하고, 상기 계산된 최대 도플러 주파수에 따른 평균 최대 도플러 주파수를 계산하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 단계는,
인접한 심벌간에 매핑된 코드북 인덱스의 변동여부를 확인하는 단계;
상기 확인결과 변동이 발생하면, 인접하여 동일한 코드북 인덱스를 갖는 심벌수를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 심벌수를 이용하여 현재 코드북 인덱스값과 인접하여 동일한 코드북 인덱스값을 갖는 심벌들의 평균 심벌수를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 평균 심벌수는,
아래의 수학식 1을 통해서 계산되는 것을 특징으로 하는 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법.
(수학식 1)

여기서, 0.1와 0.9는 각 심벌 구간에 있어 평균 인덱스 변화에 대한 가중치를 나타내며, n_mean은 현재 심벌 구간에 대해 인접한 심벌수, n_old는 현재 심벌 구간 이전까지의 심벌 구간에서의 심벌수를 의미함.
제1 항에 있어서, 상기 제2 단계는,
슬라이딩 윈도우 기법을 적용하여 다수의 동일한 코드북 인덱스를 갖는 심벌 구간에서 평균적인 최대 도플러 주파수를 계산하는 것을 특징으로 하는 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법.
제1 항에 있어서, 상기 최대 도플러 주파수는,
아래의 수학식 2를 통해서 계산되는 것을 특징으로 하는 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법.
(수학식 2)

여기서 bps는 현재 시스템의 데이터 전송률, n_new는 동일한 코드북 인덱스를 갖는 평균 심벌수, α는 상수로서 최대 도플러 주파수 결정 상수 (maximum doppler frequency decision papameter) 를 의미함.
제1 항에 있어서, 상기 평균 최대 도플러 주파수는,
아래의 수학식 3을 통해서 계산되는 것을 특징으로 하는 코드북을 이용한 빔포밍 시스템에서 최대 도플러 주파수 추정방법.
(수학식 3)

여기서 N_sw는 슬라이딩 윈도우 기법을 적용할 심벌 수, f_est는 최대 도플러 주파수를 의미하고, 심벌 구간 t(a≤t≤b)에서 a는 슬라이딩 윈도우 시작 시간, b는 종료 시간을 의미함.