KR102142953B1

KR102142953B1 - 하이브리드 빔포밍을 이용하는 통신 시스템을 위한 다중 사용자 및 단일 사용자 mimo

Info

Publication number: KR102142953B1
Application number: KR1020157005858A
Authority: KR
Inventors: 리차드 스털링-갈라처; 카우시크 모라파캄 조시암; 스리드하르 라자고팔; 남영한
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2020-09-14
Also published as: EP2885883B1; WO2014027835A1; KR20150043368A; EP2885883A1; EP2885883A4; US9008222B2; US20140050280A1

Abstract

무선 통신 시스템에서 스테이션은 적어도 제1 다수의 데이터 스트림 및 제2 다수의 데이터 스트림을 형성하도록 구성된 처리 회로 및 제1 다수의 데이터 스트림 및 제2 다수의 데이터 스트림을 수신하도록 구성된 디지털 프리코더를 포함한다. 무선 스테이션은 디지털 프리코더에 연결되고 적어도 하나의 RF 포락선을 형성하도록 구성된 다수의 무선 주파수(RF) 빔포밍 체인 및 RF 빔포밍 체인에 작동가능하게 연결된 다수의 안테나를 더 포함할 수 있고, 디지털 프리코더는 적어도 하나의 RF 포락선 내에서 다수의 디지털 빔을 조정하도록 구성되며, 디지털 빔은 제1 다수의 데이터 스트림을 위해 공간적으로 구별되는 다수의 경로들 및 제2 다수의 데이터 스트림을 위해 공간적으로 구별되는 다수의 경로들을 형성한다.

Description

하이브리드 빔포밍을 이용하는 통신 시스템을 위한 다중 사용자 및 단일 사용자 MIMO{MULTI-USER AND SINGLE USER MIMO FOR COMMUNICATION SYSTEMS USING HYBRID BEAM FORMING}

본 발명은 일반적으로 무선 네트워크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 사용자 - 다중 입력 다중 출력(Multi-User Multiple Input Multiple Output, MU-MIMO) 및 단일 사용자 - 다중 입력 다중 출력(Single-User Multiple Input Multiple Output, SU-MIMO) 무선 네트워크에 관한 것이다.

MIMO(Multiple Input Multiple Output) 전송(또는 공간적 다중화) 기술은 동일한 시간 및 주파수에서 다중 스트림을 보낼 수 있도록 하여 통신 링크의 스펙트럼 효율을 증대시키기 위한 기술이다. MIMO 전송은 2개의 서로 다른 기술로 범주화될 수 있다. 이는 단일 사용자(Single User) MIMO(SU-MIMO) 및 다중 사용자(Multi-User) (MU-MIMO)와 같다. SU-MIMO는 오로지 1명의 사용자만을 지원하고, 한번에 오로지 하나의 통신 링크만을 유지할 수 있다. 그러나 MU-MIMO는 복수 사용자들을 지원할 수 있어서, 동시에 수 개의 링크들을 지원할 수 있다.

하나의 통신 엔티티가 하나 이상의 다른 통신 엔티티와 동시에 통신하는 임의의 시스템에서는 MU-MIMO를 위한 잠재적 용량 이득이 존재한다. 그러한 시스템의 예시로 셀룰러 이동 통신 및 실내(indoor) WLAN(무선 로컬 영역 네트워크) 시스템이 포함된다. 현재 MU-MIMO는 디지털 빔포밍과 함께 다수의 상이한 통신 시스템들에 사용된다. 그러한 시스템의 예는 IEEE 802.11ac 및 LTE 표준이다(이의 확장 지원은 release 10부터 계속 제공된다).

본 발명의 일 실시 예는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자 - 다중 입력 다중 출력(MU-MIMO) 및 단일 사용자 - 다중 입력 다중 출력(SU-MIMO)에 기반한 무선 네트워크를 제공한다.

본 발명의 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 이용하는 다중 사용자 - 다중 입력 다중 출력 및 단일 사용자 - 다중 입력 다중 출력에 기반한 무선 네트워크를 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 RF 빔포밍과 디지털 빔포밍을 조합한 하이브리드 빔포밍을 이용하는 다중 사용자 - 다중 입력 다중 출력 및 단일 사용자 - 다중 입력 다중 출력에 기반한 무선 네트워크를 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 코드북 방법을 이용한 하이브리드 빔포밍 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 비-코드북 방법을 이용한 하이브리드 빔포밍 장치 및 방법을 제공한다.

일부 실시 예에서, 무선 통신 시스템에서의 스테이션(station)은 적어도 제1 다수의 데이터 스트림(data stream) 및 제2 다수의 데이터 스트림을 형성하도록 구성된 처리 회로(processor circuitry), 및 제1 다수의 데이터 스트림 및 제2 다수의 데이터 스트림을 수신하도록 구성된 디지털 프리코더(digital precoder)를 포함할 수 있다. 무선 스테이션은 디지털 프리코더에 연결되어 적어도 하나의 RF 포락선(radio frequency envelope)을 형성하도록 구성된 다수의 무선 주파수(RF) 빔포밍 체인들, 및 RF 빔포밍 체인들에 작동가능하게 연결된 다수의 안테나들을 더 포함할 수 있고, 디지털 프리코더는 적어도 하나의 RF 빔 포락선 내에서 다수의 디지털 빔들을 조정(steer)하도록 구성되고, 디지털 빔들은 다수의 제1 데이터 스트림을 위해 공간적으로 구별되는 다수의 경로들 및 다수의 제2 데이터 스트림을 위해 공간적으로 구별되는 다수의 경로들을 형성한다.

무선 네트워크에서의 사용을 위한 방법은, 제1 스테이션으로부터 다수의 무선 주파수(RF) 프리코더 각각을 위한 다수의 기저대역 프리코더를 통하여 다중 사용자-다중 입력 다중 출력(multiple input multiple output, MIMO) 다중화 장치로부터의 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS)를 송신하는 단계, 제2 스테이션으로부터 각각의 기저대역 프리코더 및 각각의 RF 프리코더를 위한 채널 상태 정보(CSI)를 수신하는 단계, 제2 스테이션을 위한 최적의 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합을 계산하는 단계, 최적의 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합의 지시를 제2 스테이션으로 송신하는 단계, 및 선택된 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합을 이용하여 제2 스테이션으로 MIMO 데이터 스트림을 송신하는 단계를 포함한다.

무선 네트워크에서의 사용을 위한 방법은 제1 스테이션으로부터 다수의 무선 주파수(RF) 프리코더를 위한 다중 사용자 - 다중 입력 다중 출력(MIMO) 다중화 장치로부터의 채널 상태 정보 기준 신호(CSI-RS)를 송신하는 단계, 제2 스테이션으로부터 최상의 프리코딩 행렬 지시자의 지시를 포함하는 피드백을 수신하는 단계, 선택된 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합의 지시를 제2 스테이션으로 송신하는 단계, 및 선택된 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합을 이용하여 제2 스테이션으로 MIMO 데이터 스트림을 송신하는 단계를 포함한다.

실시 예들에서, 피드백은 랭크 지시(rank indication, RI) 및 채널 품질 지시(channel quality indication, CQI)를 더 포함한다.

실시 예들에서, CQI 및 RI는 주기적 타이밍과 비주기적 타이밍 중 하나 및 광대역 기반 또는 부대역 기반 중 하나에서 수행된다.

실시 예들에서, 무선 네트워크에서의 사용을 위한 방법은 지시를 송신하는 단계 전에, 각각의 RF 프리코더를 위한 채널 상태 지시자(CSI)를 포함하는 피드백을 제2 스테이션으로부터 수신하는 단계; 및 CSI 및 기저 대역 코드북에 기반하여 제2 스테이션을 위한 최적의 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합을 선택하는 단계를 더 포함한다.

실시 예들에서, 무선 네트워크에서의 사용을 위한 방법은 지시를 송신하는 단계 전에, 각각의 RF 프리코더를 위한 채널 상태 지시자(CSI)를 포함하는 피드백을 제2 스테이션으로부터 수신하는 단계; CSI 피드백에 기반하여 감소된 RF 프리코더 집합을 계산하는 단계; 감소된 RF 프리코더 집합의 지시를 제2 스테이션으로 송신하는 단계; 제1 스테이션으로부터 감소된 무선 주파수(RF) 프리코더 집합을 위한 다중 입력 다중 출력(MIMO) 다중화 장치로부터의 채널 상태 정보 기준 신호(CSI-RS)를 송신하는 단계; 및 CSI 및 기저대역 코드북에 기반하여 제2 스테이션을 위한 최적의 기저대역 프리코더 및 RF프리코더 조합을 선택하는 단계를 더 포함한다.

이하 상세한 설명으로 들어가기 전에, 본 특허 문서 전체에 사용된 특정 용어 및 구문의 정의를 설명하는 것이 유리할 수 있다: "구비하다" 및 "포함하다"라는 용어는 이의 파생어와 마찬가지로, 한정없는 포함을 의미한다; "또는"이란 용어는 포괄적이고 '및/또는'의 의미를 가진다; "~와 연관된" 및 "그에 연관된"이란 구문은 이의 파생어와 마찬가지로, 구비하다, 그 내부에 구비된다, ~와 상호연결된다, 함유하다, 그 내부에 함유된다, ~에 또는 ~와 연결하다, ~에 또는 ~와 결합하다, ~와 통신 가능하다, ~와 협력하다, 사이에 끼이다, 개재하다, ~에 근접하다, ~에 또는 ~와 붙다, 가지다, ~의 속성을 가지다 등을 의미할 수 있다; 그리고 "콘트롤러"라는 용어는 적어도 하나의 동작을 제어하는 임의의 장치, 시스템 또는 그 일부를 의미하며, 그러한 장치는 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어에서 구현될 수 있거나 또는 이들중 적어도 2개의 일부 조합에서 구현될 수 있다. 임의의 특정한 콘트롤러와 연관된 기능은 로컬이든 원격이든 집중되거나 분산될 수 있음을 유의해야 한다. 본 특허 문서 전체에 제공된 특정 용어 및 구문에 대한 정의에 대하여, 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 가장 많은 경우는 아니더라도 다수의 경우에 그러한 정의가 그러한 정의된 단어와 구문의 이전 사용뿐만 아니라 향후 사용에 해당된다는 점에 대하여 이해해야 할 것이다.

본 발명의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 RF 빔포밍과 디지털 빔포밍을 조합한 하이브리드 빔포밍을 이용함으로써, 빔포밍의 복잡성을 낮출 수 있으며, 동시에 전력 소모 및 비용을 감소시킬 수 있다.

본 발명 및 그 이점을 더욱 완전하게 이해하기 위해, 이제, 첨부한 도면과 함께 이하의 설명으로부터 참조가 제공되며, 도면에서 참조 번호는 유사 부품을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 빔포밍을 이용하는 송신기를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 MIMO 데이터 스트림들이 상이한 RF 포락선들에 매핑되는 무선 스테이션을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대안적 MIMO 매핑 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 또 다른 대안적 MIMO 매핑 구성을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 출발각을 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MIMO 다중화 장치의 코드북 이용 방법(code book method)을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MIMO 다중화 장치의 대안적 코드북 방법을 나타낸 호름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MIMO 장치의 구성 요소를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MIMO 다중화 장치의 비-코드북 이용 방법(non-code book method)을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MIMO 다중화 장치의 대안적 비-코드북 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MU-MIMO 다중화 장치에서 하이브리드 빔 패턴을 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MIMO 다중화 장치의 대안적 비-코드북 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 다른 MIMO 다중화 장치의 대안적 비-코드북 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비-코드북 MIMO를 위한 하이브리드 빔포밍을 위한 채널 사운딩을 지원하기 위한 방법을 도시한다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비-코드북 MIMO을 위한 하이브리드 빔포밍을 위한 채널 사운딩을 지원하기 위한 대안적 방법을 도시한다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비-코드북 MIMO을 위한 하이브리드 빔포밍을 위한 채널 사운딩을 지원하기 위한 대안적 방법을 도시한다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크를 도시한다.
도 18a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 송신 경로의 고수준 다이어그램을 도시한다.
도 18b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 수신 경로의 고수준 다이어그램을 도시한다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가입자국을 도시한다.

이하에 논의되는 도 1 내지 도 19에서, 그리고 본 특허 문서에서 본 발명의 원칙을 설명하기 위해 사용되는 다양한 실시 예들은 오로지 예시의 용도이며 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석될 수 없다. 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 원칙이 임의의 적합하게 배열된 무선 스테이션(station)에서 구현될 수 있음을 이해할 것이다.

무선 통신 시스템에서, 디지털 빔포밍(beamforming)은 유연성과 관련한 이점을 제공할 수 있다. RF(radio frequency) 빔포밍은 저비용 및 저전력 소모라는 이점을 제공할 수 있다. 하이브리드 빔포밍은 디지털 빔포밍을 RF 빔포밍과 조합한다. 고이득 안테나를 필요로 하는 일부의 통신 시스템에 있어서 하이브리드 빔포밍은 유리할 수 있다. 그러한 일 예로 밀리미터파 주파수에서 동작하는 통신 시스템이 있다.

하이브리드 빔포밍은 또한 다수의 통신 시스템에서 사용되는 것을 매우 어렵게 하는 제약요소를 가진다. 그러나, 이러한 제약 요소는 하이브리드 빔포밍으로 MU-MIMO(Multi-User Multiple Input Multiple Output)/SU-MIMO(Single User Multiple Input Multiple Output) 송신의 사용을 가능하게 함으로써 극복될 수 있다. 하이브리드 빔포밍과 함께 SU-MIMO/MU-MIMO 송신을 용이하게 하기 위해 시그널링 과정이 창안될 수 있다. 더욱이, 사용자 특정 기준 신호들은 각각의 사용자가 각각의 관련된 MIMO 시스템에서 채널 추정을 수행할 수 있도록 하기 위해 사용될 수 있다.

빔포밍은 상이한 통신 시스템들에 사용되어, 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR) 및/또는 신호 대 간섭 잡음비(signal to interference noise ratio, SINR)를 개선하거나 주어진 통신 링크를 개선할 수 있다. 빔포밍을 구현하기 위해 다수의 상이한 방식이 있을 수 있으나, 크게 3개의 상이한 유형으로 특징지어질 수 있다. RF(Radio Frequency) (또는 아날로그) 빔포밍, 디지털 빔포밍, 및 빔을 형성하기 위해 RF 빔포밍 및 디지털 빔포밍을 모두 사용하는 하이브리드 빔포밍이 그것이다.

RF(또는 아날로그) 빔포밍은 안테나 어레이의 수신 안테나 소자로부터(또는 송신 안테나 소자로) 수신된(또는 송신된) 신호들을 위상 천이하기 위해 RF(또는 아날로그) 위상 천이기(phase shifter)를 사용한다. 수신기 빔포밍에 있어서, 상이한 위상 천이기들의 출력은 조합될 수 있고 수신기에 제공될 수 있다. 송신기 빔포밍에 있어서, 송신기의 출력은 안테나에 제공되기 전에 위상 천이기들을 지날 수 있다. 안테나 어레이를 위한 특정한 각도 응답(angular response) (또는 방사 패턴)은 위상 천이기를 설정함으로써 설정될 수 있고, 위상 천이기를 변경함으로써 각도 응답(또는 방사 패턴)은 이후 조정될 수 있다.

RF 빔포밍의 핵심적 이점 중 하나는, 빔이 RF 주파수에서 형성되므로, 오로지 하나의 수신기 또는(송신기 체인)가 빔포밍을 수행하기 위해 요구된다는 점이다. 그러나 RF 위상 천이기는 종래에 한정된 대역폭을 가지고, 단일 수신기(또는 송신기)를 위한 모든 신호들은 선택된 RF 빔을 사용하도록 제한된다.

RF 빔포밍과 반대로, 디지털 빔포밍은 기저 대역에서 수행되므로, 일반적으로 다중 수신기 체인(chain)들이 디지털 수신기 빔포밍을 위해 요구된다. 종래에 하나의 수신기 체인은 각각의 안테나 소자를 위해 사용되므로 예컨대 8 소자 어레이를 위해, 8 개의 수신기 체인들이 요구될 것이다.

디지털 빔포밍은 RF 빔포밍보다 유리하다. 증대된 유연성: 빔포밍은 기저대역에서 수행되므로, 수신된(또는 송신된 신호)의 상이한 주파수 구성 요소들은 상이한 위상 천이에 할당될 수 있다. 이는 특히 다중 반송파(즉, OFDM) 시스템을 위해 유용하며, 이러한 시스템에서 상이한 반송파들은 빔이 상이한 방향들로 지향되는 것을 필요로 할 수 있다. 증대된 속도: 디지털 위상 가중치를 변경하는 것은 통상적으로 아날로그 또는 RF 위상 천이기의 위상을 변경하는 것보다 더 빠르다.

그러나, 디지털 빔포밍은 RF 빔포밍보다 다수의 단점을 가지고 있다. 신호 대역폭은 수신기에서 아날로그-디지털 컨버터(Analog to Digital converter, ADC)에 의해 제한된다. 그러므로 매우 넓은 대역의 신호를 갖는 디지털 빔포밍을 이용하는 것은 매우 고속의 ADC를 필요로 하고, 이러한 ADC는 고가이며 많은 전력을 소비한다. 디지털 빔포밍을 위해 다수의 트랜시버 체인들이 필요하므로, 디지털 빔포밍의 복잡성, 비용 및 전력 소모는 RF 빔포밍보다 훨씬 더 크다.

매우 높은 주파수 적용(즉 60 GHz이상)에서, 광대역 통신 시스템은 디지털 빔포밍 대신 RF 빔포밍을 사용할 수 있는데, RF 위상 천이에 있어서 대역폭의 제한은 비 대역폭(fractional bandwidth)(=대역폭/중심 주파수)이고, 디지털 빔포밍에 있어서 대역폭의 제한은 실제 대역폭이기 때문이다. 통상적인 60 GHz 통신 시스템은 1 GHz보다 큰 대역폭을 가질 수 있으나, 비 대역폭은 1.6%에 불과하다. 높은 샘플링 레이트(sampling rate)의 ADC(1GHz 초과의 경우에)는 매우 고가이며 전력 소모가 높다.

통신 대역폭이 너무 크지 않으면, RF 빔포밍 및 디지털 빔포밍은 조합될 수 있고, 이는 종종 하이브리드 빔포밍으로 지칭된다. 하이브리드 빔포밍의 상이한 유형이 존재한다.

도 1은 하이브리드 빔포밍을 이용하는 송신기의 일 예시를 도시한다. 처리 회로는 데이터 스트림(data stream, 110)을 디지털 프리코더(digital precoder, 120)에 전달한다. 디지털 프리코더(120)는 신호들(110)을 디지털식으로 위상 천이(및 선택적으로 디지털식으로 진폭 가중)하고 이러한 신호들은 상이한 RF 체인들로 전달되며, RF 체인들은 RF 위상 천이기들로 이루어진 서로 다른 뱅크들을 포함한다. 뱅크 당 2개의 위상 천이기가 도시되어 있긴 하나, 임의의 유한 개수(n)의 위상 천이기(n)가 뱅크 당 채택될 수 있다. RF 포락선(radio frequency envelope) 회로(130)는 RF 체인(134), RF 프리코더(140), 및 안테나들(144)을 포함할 수 있다. RF 포락선 회로(132)는 RF 체인(136), RF 프리코더(142), 및 안테나들(146)을 포함할 수 있다. RF 포락선 회로(130)는 RF 위상 천이 포락선(150)을 생성하고, RF 포락선 회로(132)는 RF 위상 천이 포락선(156)을 생성한다. RF 위상 천이 포락선들(150, 156)은 디지털 프리코더(110)의 더 좁히는 영향이 없을 때 발생할 수 있는 RF 방사 패턴들이다. RF 빔 패턴 및 RF 빔 포락선이란 용어는 본원에서 교환 가능하게 사용될 수 있다.

이러한 방식으로, 상이한 RF 위상 천이기 집합에 의해 형성된 RF 빔 패턴들(150, 156)은 디지털 프리코더(120)에 따라 서로 위상 조합된다.(일반적으로, 이는 디지털 프리코딩 벡터로서 디지털 섹션의 위상 천이(및 진폭 가중치)의 벡터 및 RF 프리코딩 벡터로서 RF 위상 천이의 벡터를 지칭할 수 있다.) RF 빔들의 디지털 위상 조합은 새로운 복합 방사 패턴들(152, 154)을 야기한다. 디지털 프리코딩 및 RF 프리코딩의 임의 조합은 임의의 방사 패턴을 만드는데 사용될 수 있다.

그러나, RF 프리코더들(140, 142)에 의해 형성된 별도의 RF 빔 패턴들(150, 156)은 동일한 방향에 있을 때, 디지털 프리코더는 RF 빔 내에서 조정될 수 있는 더 정교한 빔(152, 154)을 생성하는데 사용될 수 있다.

이러한 방식으로 매우 정교한 빔들(152, 154)이 RF 위상 천이기들(130, 132)(프리코더) 및 디지털 위상 천이기들(프리코더) 둘 다의 도움을 받아 생성될 수 있고, 디지털식으로 조정될 수 있다. 따라서 직선의 RF 빔포밍에 비하여, 신호의 상이한 주파수 구성 요소들이 상이한 방향들로 조정될 수 있는 이유로 유연성이 개선될 수 있다. 부가적으로, 디지털 빔포밍에 비하여 비용이 절감될 수 있는데, 전체의 안테나 이득을 제공하기 위해 RF 빔포밍 및 디지털 빔포밍이 모두 함께 작용하므로, 주어진 안테나 이득을 지원하기 위해서는 다수의 병렬 수신기 또는 송신 체인들이 필요해지는 것이 아닌만큼 그러하다.

그러나 하이브리드 빔포밍의 실질적인 제약은, 복합 빔이 오로지 형성된 RF 빔의 제약내에서만 형성될 수 있다는 것이다. 이러한 제약 이슈는 하이브리드 빔포밍을 포함한 MU-MIMO 또는 SU-MIMO를 이용할 때 복잡해진다.

하이브리드 빔포밍이 갖는 제한으로 인하여, SU-MIMO 또는 MU-MIMO를 위해 요구되는 상이한 스트림들이 해당하는 RF 체인들에 정확하게 매핑되는 것 그리고 디지털 프리코더가 하나의 링크(SU-MIMO용) 또는 공동 편성된 다수의 링크들(MU-MIMO)을 지원하기 위한 송신기 장치에 정확하게 셋업되는 것이 중요하다. 이러한 장치는 '송신 MIMO 장치'로 불릴 수 있다. 이러한 장치는 통상적으로 기지국 또는 액세스 포인트일 것이나, 또한 사용자 단말 또는 모바일 장치일 수 있다. 이는 또한 일반적으로 "스테이션"으로 지칭될 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 다중화 MIMO 장치에서 하드웨어 자원들에 MU-MIMO를 위해 필요한 스트림들을 매핑하기 위해 대안적인 접근법들이 채택될 수 있다.

RF 체인들에 MU-MIMO 스트림들(또는 다중 SU-MIMO 스트림들)을 상이하게 매핑하는 것에 대한 일부 상이한 예시는 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다. 다중 SU-MIMO 스트림들은 동시간대에 편성된 다중 링크들로서 정의될 수 있으나 상이한 주파수들(또는 부반송파들)로 할당된다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 또한, 2개의 경로가 사용자에게 매핑되는 것으로서 도시되어 있긴 하나, 이는 간략한 설명을 위한 것으로 본 발명이 한정되지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요하다. MIMO 시스템에서 단일 사용자를 위해 2개보다 많은 수의 경로가 사용될 수 있는 것으로 고려된다.

RF 체인들에 MU-MIMO 스트림들을 상이하게 매핑하는 것에 대한 실시 예는 도 3 내지 도 5에 도시되어 있다. 이 예시는 OFDM 시스템에 대한 것이나(이러한 이유로 IFFT가 송신 경로에 도시되어 있음), 임의의 변조 방식이 사용될 수 있다. 모든 도면에 있어서, 상이한 MIMO 스트림들을 위해 요구된 방향들은 도면의 좌측 상단에 도시되어 있고, 상이한 RF 섹션들 옆의 큰 타원 형상은 바로 RF 빔포밍으로 인하여 형성된 빔 형상의 예시를 나타낸다. 다시 말하여, 이는 RF 패턴 또는 RF 포락선으로 불릴 수 있다. 타원형상 내에는 RF 및 디지털 빔포밍 둘 다로부터 형성되는 빔 형상들의 예시가 있다.

도 2는 사용자 1을 위한 MIMO 스트림들(210, 211) 및 사용자 2를 위한 MIMO 스트림들(212, 213)이 상이한 RF 체인들(216, 218)에 매핑되고, 각각의 RF 체인은 각각의 사용자를 위해 1개씩, 2개의 스트림들을 전송하는 무선 스테이션을 도시한다. 그러므로, 사용자 1 MIMO 스트림(210)은 RF 포락선(222)에 매핑되고, 사용자 1 MIMO 스트림(211)은 RF 포락선(224)에 매핑된다. 사용자 2 MIMO 스트림(112)은 RF 포락선(222)에 매핑되고, 사용자 2 MIMO 스트림(213)은 RF 포락선(224)에 매핑된다.

도 2는 사용자 1을 위한 스트림들(210) 및 사용자 2를 위한 스트림들(212)을 전송하는 RF 체인들(216)로 이루어진 상부 집합, 그리고 사용자 1을 위한 스트림들(211) 및 사용자 2를 위한 스트림들(213)을 전송하는 RF 체인들로 이루어진 하부 집합을 도시한다. 처리 회로(214)는 다른 송신 및 수신 기능에 대해 부가적으로 다수의 하향링크 데이터 스트림들을 형성할 수 있다.

도 2는 디지털 프리코더(220)와 각각의 RF 체인(216, 218) 사이에 연결되는 IFFT(226) 및 DAC(228)를 포함하는 OFDM 시스템을 도시한다. 2K 체인들이 도시되어 있긴 하나, 회로 그룹들이 반복되는 사이에 위치한 점선이 암시하는 바와 같이, 임의 개수의 RF 체인들이 제공될 수 있다.

도 3은 상이한 MU-MIMO 스트림들이 각도적으로 충분히 근접하여 이들이 하나의 RF 체인에 매핑될 수 있는 경우를 도시한다. 여기서, 사용자 1 MIMO 스트림(310)은 RF 빔 폼(320)에 매핑되고, 사용자 1 MIMO 스트림(312)은 또한 RF 빔 폼(320)에 매핑된다. 사용자 2 MIMO 스트림(314)은 RF 빔 폼(322)에 매핑되고, 사용자 1 MIMO 스트림(316)은 RF 빔 폼(326)에 매핑된다.

도 4는 MU-MIMO 다중화 장치에서 RF 빔포밍 체인들에 데이터 스트림들이 매핑되는 것을 도시하며, 각각의 사용자의 MIMO 스트림들은 하나의 RF 빔 내에서 송신된다. 여기서, 사용자 1 MIMO 스트림(410, 411)은 RF 빔 폼(420)에 매핑되고, 사용자 2 MIMO 스트림(412, 413)도 또한 RF 빔 폼(420)에 매핑된다.

다양한 실시 예들에서, 하이브리드 빔포밍을 위한 해결 방법은 RF 빔포밍이 코드북(codebook) 기반이고(이는 방향들을 조정하는 유한 집합이 존재한다는 것을 의미함), 디지털 빔포밍과 조합될 때 찾아질 수 있다.

일부 실시 예들에서, 디지털 빔포밍은 코드북 기반이다. 이는, 상이한 RF 안테나 어레이들(도 2 참조)을 제공하는 (디지털 프리코더(220)로부터의) 디지털 빔포밍이 유한 개수의 조정 방향들을 가진다는 것을 의미한다. 이는 코드북 기반 (RF 및 디지털) SU-MIMO 또는 코드북 기반 (RF 및 디지털) 기반 MU-MIMO를 위한 RF 빔포밍과 함께 사용될 것이다. 본 발명은 RF 빔들 및 디지털 빔들을 이들의 각 코드북들로부터 어떻게 선택할 것인가를 다룬다.

일부 실시 예들에서, 디지털 빔포밍은 비-코드북 기반일 수 있다. 이는 상이한 RF 안테나 어레이들(216, 218)(도 2 참조)을 제공하는 (디지털 프리코더(220)로부터의) 디지털 빔포밍이 유한 개수의 조정 방향들을 가지지 않는다는 것을 의미한다. MU-MIMO에 있어서 디지털 빔포밍을 위한 가중치는 MU-MIMO 프리코딩 알고리즘을 이용하여 계산될 것이다. 이러한 경우는 코드북 기반 RF 및 비-코드북 MU-MIMO를 위한 RF 빔포밍과 함께 사용될 것이다. 이 경우에, 개시된 실시 예들은 RF 코드북으로부터 RF 빔들을 어떻게 선택하는가를 나타낸다.

MU-MIMO 또는 SU-MIMO를 위해 요구되는 스트림들은 다양한 대안적 실시 예들에서 MIMO 송신기 장치상의 하드웨어 자원들에 매핑될 수 있다.

일부 실시 예들에서, 출발각(angle of departure, AoD) 및/또는 도달각(angle of arrival, AoA)의 이용 가능한 추정치가 사용될 수 있다. 일부 시스템에서 송신 MIMO 장치로부터 다른 통신 장치로, 그리고 다른 통신 장치로부터의 요구되는 상이한 링크들을 위한 완전 채널 추정치는, 이미 이용 가능한 알고리즘들 또는 채널 추정 과정들로 인하여 이용 가능할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 이러한 이용 가능한 알고리즘들 또는 과정들은 MU-MIMO 다중화 장치로부터 다른 통신 장치들로(순방향) MIMO 송신을 수행하기 위해 필요한 송신 경로들 각각을 위한 전력 및 출발각(AoD)의 추정치 및/또는 통신 장치들로부터 MIMO 다중화 장치로(역방향) 수신 경로들 각각을 위한 신호 전력 및 도달각(AoA)의 추정치를 형성할 수 있다.

이러한 접근법을 설명하기 위해, K 사용자들을 포함하는 시스템이 고려될 수 있고, 이때 M_i 유의미한 AoD들이 MIMO 다중화 장치로부터 사용자 i로 식별되었으며(이때 1 ≤ i ≤ K) 이는

으로 표시된다.(유의미한 기준은 각각의 AoD를 위한 추정된 신호 전력에 기반한다는 점에 유의하는 것이 중요하다.) 부가적으로, N_i 유의미한 AoA들은 사용자 i로부터 MU-MIMO 다중화 장치로 식별되었을 수 있고, 이는

으로 표시된다.

M_i 스트림들이 MIMO 다중화 장치로부터 송신되고 i^th MS에서 수신될 수 있도록 하기 위해, 관련 스트림들은 (코드북으로부터) 가장 적합한 조정 방향을 사용하는 RF 체인을 통과하는 것이 필요하다. 최상의 적합한 RF 체인은, 그 내부에서 수신되거나 송신된 각도 스트림이 최고 이득을 가지는 체인일 것이다.

이를 수학적으로 정의하기 위한 단순한 방법은 이하와 같다. MIMO 송신 장치는 Q개의 RF 체인들(또는 Q개의 RF 코드북 방향들)을 가지는 것으로 정의될 수 있고, 이때 주어진 체인(j)(또는 코드북 엔트리)은 주어진 각도(γ)에 대한 전력 이득 응답(P_j(γ)) 및 HPBW_j의 대응되는 반(half) 전력 빔 폭을 가지고, 단순 규칙은 이하와 같이 추론될 수 있다:

사용자 i의 송신된 스트림 1을 위해 선택된 RF 체인(또는 RF 코드북 빔) =

(1)

사용자 i의 수신된 스트림 1을 위해 선택된 RF 체인(또는 RF 코드북 빔) =

(2)

도 5는 어떻게 RF 빔이 AoD 추정치 기반 코드북으로부터 선택될 것인가를 예시한다.

가장 적합한 RF 빔들을 선택하는 것에 대해 부가적으로, AoD들(또는 AoA들)이 충분하게 정확하다면, AoD 추정치는 또한 디지털 코드북으로부터 RF 빔 내에서 디지털 빔들을 선택하기 위해 사용될 수 있다.

그러한 고 정확도 AoD 방식에 있어서, RF 및 디지털 빔 둘 다 코드북 기반 (RF 및 디지털) SU-MIMO 또는 코드북 기반 (RF 및 디지털) MU-MIMO의 경우를 위해 선택될 수 있다.

코드북 기반 RF 빔포밍 및 비-코드북 기반 디지털 빔포밍을 포함한 MU-MIMO의 경우에 있어서, AoD 추정치는 RF 빔들을 선택할 수 있으나, 디지털 빔들은 MU-MIMO 프리코딩 알고리즘을 이용하여 선택되어야 할 것이다. 그러나 이러한 배열에 있어서, AoD 인식은 편성될 수 있는 상이한 가능 사용자들의 추정된 AoD들에 기반하여 다중 사용자 편성 결정을 하기 위해 MIMO 송신기 장치를 보조하기 위해 사용될 수 있다.

또 다른 실시 예에서, 감소된 집합 채널 사운딩은 RF 빔들에서만 수행될 수 있다.

AoA 및/또는 AoD의 추정치가 이용 가능하지 않으면, 어떤 접근법은 일부 이미 존재하는 과정으로 인하여 각각의 사용자를 위해 수 개(F)의 양호한 RF 빔들이 식별되었을 때 사용될 수 있다. 송신 및/또는 수신을 위해 식별할 수 있는 기존 과정의 예시는 MIMO 제공 장치(즉 기지국)에서 성공적인 RACH 수신 또는 상향링크/하향링크 동기화 채널 획득을 위해 사용되었던 RF 빔들을 포함한다.

통신을 위한 일군의 양호한 RF 빔들을 식별하는 추가적인 가능성은, 시간상 이전 주기에 발생하였을 수 있는 완전 빔포밍 스윕(full beam forming sweep)(접근법 4에서 차후 설명되는 바와 같음)을 먼저 수행하는 것일 수 있다.

도 6은 실시 예들에 따른 코드북 기반 시그널링 과정을 도시한다. 이러한 실시 예들에서, 디지털 코드북들은 RF 코드북에서의 각각의 RF 빔을 위해 수신기에서 저장되는 것으로 가정될 수 있다. 최상의 RF 빔 및 최상의 디지털 빔의 선택을 달성하기 위해, CSI-RS(channel state information reference signal) 정보(610)는 식별된 F개의 RF 빔 각각에서 각각의 사용자 i(612)에게 보내질 수 있다. 이러한 과정은 각각의 사용자를 위해 수행되는 것이 필요하다. 몇 가지 피드백 가능성이 존재하며, 도 6은 한 가지 가능성을 도시한다. 도 6에 도시된 피드백 접근법에 있어서, 수신기는 송신기에서 사용되는 식별된 RF 빔들 각각 및 수신기의 RF 빔들 각각을 위해 채널 추정을 수행한다. 수신기는 또한 송신기 및 수신기 둘 다에서 RF 빔들(616) 각각을 위한 디지털 코드북을 알고 있으므로, 수신기는 이후 618에서 상이한 가능한 랭크들을 위해 디지털 및 RF 프리코더의 최상 조합을 계산하고, 이후에 620에서는 송신기에서의 선호 RF 프리-코더(preferred RF precoder, PMI_RF라고 함), 송신기에서 선호 디지털 프리코더(preferred baseband precoder, PMI_BB라고 함), 선택된 랭크(RI라고 함), 및 각각의 채널 품질 정보(CQI라고 함)를 송신기에 피드백한다.

PMI_BB, CQI, RI의 값은 광대역 값으로서(모든 부반송파를 위한 하나) 또는 부대역 기반으로(반송파들의 그룹을 위한 하나의 값) 피드백될 수 있다. PMI_BB, PMI_RF, CQI, RI를 위한 이러한 피드백 프로세스는 또한 주기적이거나 비주기적일 수 있다.

도 6은 오로지 하나의 피드백 가능성만을 도시하는 것에 유의하는 것이 중요하다. 대안적인 피드백 방식은 또한 사용될 수 있다.

620에서 선호 RF 디지털 프리코더(PMI_RF), PMI_RF를 위한 채널 상태 정보(CSI), PMI_RF 기반 랭크 정보(RI)의 피드백. 이후 MIMO 제공 장치는 622에서 PMI_RF를 위한 피드백 CSI에 기반하여 PMI_BB를 선택한다.

도 7은 실시 예들에 따른 대안적 피드백 구성을 도시한다. 714에서 F개의 RF 프리코더들 각각을 위한 채널 상태 정보(CSI)의 피드백. MIMO 제공 장치(송신기 장치)는 이후 716에서 PMI_RF, PMI_BB, 랭크를 선택한다. (이러한 방식에서 수신 장치가 송신기에서 사용된 디지털 코드북을 알고 있을 필요는 없다.) 다른 피드백 방법들도 또한 가능할 수 있다.

수신기가 PMI_RF, PMI_BB, CQI, RI를 계산하기 위해, 하이브리드 빔포밍된 시스템에 있어서 수신된 신호를 위한 방정식을 이해하는 것이 중요하다. 예시를 위해 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 하이브리드 방식 참조. 배열의 구성요소는 도 8에 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 수학적인 체계를 구축하기 위해, 수신기는 RF 및 디지털 빔포밍 모두를 사용하는 하이브리드 빔 유형 시스템을 또한 사용하는 것으로 가정될 수 있다. 송신 장치(810)(또는 기지국(BS))는

RF 체인들(812)을 가지고, 각각의 RF 체인은

위상 천이기들(814)(각각 하나의 안테나 소자(816)에 연결됨)을 포함한다. 수신기 또는 (또는 이동국(MS))는

RF 체인들을 가지고, 각각의 체인은

RF 위상 천이기들을 가지는 것으로 가정될 수 있다. n^th 수신기에서 (수신기 조합 또는 디지털 빔포밍 전에) 신호는 따라서 이하와 같이 주어진다:

(3)

여기서 V_n은 수신기(또는 이동국(MS))에서 방향(δ_i)을 가리키는 모든 N_MS 수신기 RF 체인 프리코딩 벡터(υ(δ_i))를 포함하는 전체 RF 프리코더 행렬이고,

H_n은 사용자(n)를 위해 모든 송신 안테나들로부터 모든 수신 안테나들로의 전체

채널 행렬이며, n은 가산 백색 복소 가우시안 잡음 벡터이고, T는 전체

송신 장치 안테나들에서 보내지는 전체 송신기 행렬이다. 송신기 행렬은 전환되고, T는 이하와 같이 정의된다.

T = WPs (5)

여기서 W는 송신기에서 방향(θ_i)을 가리키는 모든 N_BS 프리코더 벡터 w(θ_i)를 포함하는 전체 RF 프리코더 행렬이고

P(818)는 송신기에서 전체 디지털 프리코더이고, s는 모든 송신된 스트림 데이터 스트림의 벡터이다.

각각의 수신 장치(612)(도 6에서)가 각각의 CQI, RI를 포함한 기지국에서 최상의 RF 프리코더(PMI_RF) 및 최상의 디지털 프리코더(PMI_BB)를 계산하기 위해, 기지국은 도 6에서 사용된 송신된 RF 프리 코더 각각으로부터 각각의 수신된 신호를 위해, 상이한 디지털 프리코더들이 알려진 디지털 코드북으로부터 사용될 때 최상의 효과적인 채널을 평가할 필요가 있다. 이러한 평가 각각에 있어서, 수신기는 또한 수신기에서 최상의 RF 및 디지털 프리코더를 찾을 필요가 있다.

사용된 피드백 방법과 무관하게 MIMO 송신 장치(또는 BS)는 최종 선택된 디지털 및 RF 프리코더를 위해 최종 결정을 할 것이다. 이는 수신 장치에 의해 요청된 결정과 다를 수 있다.

MIMO 다중화 장치에 의해 결정이 이루어지면, MIMO 다중화 장치는 718(또는 622)에서 하향링크 제어 채널을 통하여(즉 DPCCH를 통하여) 각각의 사용자에게 최종 송신을 위해 사용될 선택된 RF 및 기저대역 프리코더 및 랭크를 시그널링한다. 720에서, MIMO 다중화 장치는 선택된 기저대역 및 RF 프리코딩을 이용하여 MIMO 송신을 시작한다.

선택된 RF 및 디지털 코드북을 수신기에 시그널링하는 것에 대한 대안은 사용자 특정 채널 사운딩 파일럿(또는 사용자 특정 기준 신호(UE-RS))을 사용하는 것으로, 이러한 파일럿은 또한 데이터 전송을 위해 사용된 것과 동일한 선택된 RF 및 기저대역 프리코더를 이용하여 전송될 것이다. 이러한 방식으로, 수신 장치는 송신을 위해 선택되는 선택 RF 및 디지털 프리코더 각각을 위해 채널 추정치를 획득할 수 있다.

도 9는 RF 및 디지털 빔을 위한 감소된 집합 채널 사운딩을 시그널링하는 것을 도시한다. 앞의 실시 예에서 설명된 것과 동일한 방식으로, F 양호한 슬라이스들(또는 F개의 RF 빔들)은 송신기로부터 식별될 수 있다.

그러나, 도 9에 도시된 것과 같은 실시 예들에서, 디지털 코드북은 식별된 F개의 RF 빔들 각각을 위해 수신 장치(916)에서 저장되지 않는 것으로 가정될 수 있다. 최상의 디지털 프리코더(918) 및 RF 프리코더(914)의 선택을 달성하기 위해, MIMO 다중화 장치(910)는 디지털 코드북의 엔트리들을 이용하여 RF 빔들(914) 각각 내의 디지털 빔들 각각으로 CSI-RS 파일럿들(912)을 송신한다. (이러한 과정은 각각의 사용자 i를 위해 수행되는 것이 필요하다). 이러한 방식으로, 최상의 디지털 프리코더(918) 및 RF 프리코더(914)는 지원되어야 할 사용자들 각각을 위해 요구된 스트림들 각각을 위해 찾아질 수 있다.

도 9에 도시된 피드백 접근법에 있어서, 수신기(916)는 송신기(910)에서 사용된 RF 및 디지털 빔들의 각 조합 및 RF 빔들의 수신기들 각각을 위해 920에서 채널 추정을 수행한다. 이후 수신기(916)는 920에서 상이한 가능 랭크들을 위한 디지털 및 RF 프리 코더들의 최상 조합을 계산하고, 이후 922에서 송신기에서 선호되는 RF 프리코더(PMI_RF라고 함), 송신기에서 선호되는 디지털 프리코더(PMI_BB라고 함), 선택된 랭크(RI라고 함), 및 각각의 채널 품질 정보(CQI라고 함)를 송신기에 피드백한다.

도 9는 하나의 피드백 가능성을 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 대안적 피드백 방식은 RF(1014) 및 디지털 프리코더 조합 각각을 위해 1016에서 채널 상태 정보를 피드백하는 것일 수 있다. 다른 피드백 방식도 또한 가능할 수 있다.

피드백 방식과 무관하게, MIMO 송신 장치는 최종 선택된 디지털 및 RF 프리코더를 위한 최종 결정을 할 것이다. 이는 수신 장치에 의해 요청된 결정과 상이할 수 있다.

MIMO 다중화 장치에 의해 결정이 이루어지면, MIMO 다중화 장치는 1020(또는 922)에서 각각의 사용자에게 하향링크 제어 채널을 통해(즉, DPCCH를 통해) 선택된 RF 및 기저대역 프리코더, 및 랭크를 시그널링하고, 이는 최종 전송(1022)을 위해 사용될 것이다.

수신기에 선택된 RF 및 디지털 코드북을 시그널링하는 것에 대한 대안은 사용자 특정 사운딩 파일럿(또는 사용자 특정 기준 신호(UE-RS))을 사용하는 것으로, 이러한 파일럿은 또한 데이터 전송을 위해 사용되는 동일한 선택된 RF 및 기저대역 프리코더를 사용하여 전송될 것이다. 이러한 방식으로, 수신 장치는 송신을 위해 선택되는 선택 RF 및 디지털 프리코더 각각을 위한 채널 추정치를 획득할 수 있다. 이러한 방식으로 채널 사운딩 시간은 다수의 사용자를 위해 급격하게 감소한다.

도 9 및 도 10에 도시된 과정이 사용되고, 상이한 디지털 프리코더들이 연속적으로 사운딩되면(또는 시간상 스태거링되면), 사운딩 과정은 과도하게 시간 소모적일 수 있다. 그러므로, 도 7에 도시된 상이한 디지털 프리코더들은 상이한 직교 확산(orthogonal spreading) 코드들을(시간/주파수상 또는 둘다) 사용할 수 있어서, 상이한 디지털 프리코더들은 서로 간의 간섭없이 동시에 사용될 수 있고, 사운딩을 위해 필요한 시간은 감소될 수 있다. 도 11은 선택된 RF 빔(1112) 내에서 상이한 스프레딩 시퀀스들을 이용하는 상이한 디지털 프리코더들 (시간 또는 주파수상 상이한 시퀀스들을 이용하는 상이한 디지털(또는 기저대역) 프리코더들(1110)을 도시한다. 수신기에서 수행될 채널 추정을 위해, 수신기는 사용될 수 있는 직교 확산 코드들로 이루어진 완전 집합을 알아야 할 필요가 있을 것이다.

도 6 내지 도 10에 도시된 전체 과정은 모든 사용자를 위해 한번에 하나씩 반복되어야 하므로, 채널 사운딩 과정은 매우 시간 소모적일 것이다. 그러므로 기지국(또는 MIMO 다중화 장치)은 식별된 RF 빔들로 이루어진 공통 집합을 가지는 다수의 사용자들에게 동시에 시그널링하는 것을 수행할 수 있다.

일 예를 들자면, 시스템이 2명의 사용자를 포함하고, 제1 사용자는 식별된 K1 양호 RF 빔들을 가지고, 제2 사용자는 식별된 K2 양호 RF 빔들을 가지며 공통의 R 빔들이 있을 시에, MIMO 다중화 장치는 공통의 R RF 빔들로 1차 사운딩을 할 것이고, 이후 사용자 1을 위한 RF 빔들(R-K₁) 및 사용자 2를 위한 RF 빔들(R-K₂)로 이루어진 잔여 집합으로 차례로 사운딩할 것이다.

상이한 디지털 프리코더들로 사운딩하는 것의 다른 변형 예는, 상이한 디지털 프리코더가 부반송파들로 이루어진 상이한 집합을 동시에 사운딩하는 것으로, 이로써 송신은 시간상 스태거링되는 것과 반대로 주파수상 스태거링된다.

다른 실시 예들에서, MIMO 다중화 장치는 이용 가능한 초기 채널 지식이 없을 때 완전 채널 사운딩을 사용할 수 있다.

(RF 빔 레벨에서든 또는 더 정교한 AoA/AoD 레벨에서든) 이용 가능한 채널 지식이 없으면, 사용자들의 스트림들 각각을 위해 RF 및 기저 대역 둘 다를 위해 어떤 프리코더들이 필요한지를 알아내기 위해 대안적 과정이 사용될 수 있다.

이러한 과정은 송신기-수신기 링크를 위해 최상의 RF 빔들을 1차로 알아내기 위해 기능하고 이후 각각의 식별된 RF 빔들 내에서 각각의 디지털 빔들을 통해 스윕한다.(동일한 과정은 반대 방향으로 작동하는 통신 링크를 위해 사용될 수 있다.) 이러한 방식으로, 최상의 디지털 및 RF 프리 코더는 지원되어야 할 사용자들 각각에게 요구되는 스트림들 각각을 위해 발견될 수 있다.

각각의 사용자를 위해 가능한 시그널링 과정은 도 12에 도시되어 있다. 제1 단계에서, 채널 상태 정보 기준 심볼(CSI-RS)(1212)은 MIMO 다중화 장치(1210)로부터 사용자 i(1214)에게 연속적으로 보내진다. 사용자 i(1214)는 이후 채널 품질 정보(CQI)를 (또는 선택적으로 채널 상태 정보를) RF 프리코더 각각을 위해 MIMO 다중화 장치(1210)에 피드백한다(1216). MIMO 다중화 장치는 이후 1218에서 어떤 것이 최상의 Q개의 RF 프리코더인가에 관한 결정을 내린다.

CSI-RS 정보는 이후 제2 단계에서(1220) 식별된 Q개의 RF 프리코더들 각각을 위해 상이한 기저대역 프리코더들을 통한 사이클링에 의해 사용자 i에게 보내진다. 따라서 사용자 i는 제2 단계에서 얼마나 많은 CSI-RS 심볼들이 예상되는가를 알고, Q개의 RF 프리코더의 수는 사이클링을 시작하기 전에 사용자 i에게 1차로 시그널링된다. 송신된 각각의 CSI-RS 심볼을 위해, 수신기는 1222에서 송신기에서 사용된 RF 및 디지털 빔들의 각 조합 및 수신기의 RF 빔들 각각을 위해 채널 추정을 수행한다. 이후, 수신기는 상이한 가능 랭크들을 위해 디지털 및 RF 프리코더의 최상의 조합을 계산하고, 이후 1224에서 송신기에서 선호 RF 프리코더(PMI_RF라고 함), 송신기에서 선호 디지털 프리코더(PMI_BB라고 함), 선택된 랭크(RI라고 함), 및 각각의 채널 품질 정보(CQI라고 함)를 송신기에 피드백한다.

대안 예는 도 13에 도시되어 있는데, 이 대안 예에서 모든 CSI-RS 심볼들이 보내지면(1314, 1318), 사용자 i는 (1312) 이후에 1316, 1320에서 채널 품질 정보, 채널 상태 정보를 MIMO 다중화 장치에 피드백하되, Q개의 RF 프리코더들 각각에 속하는 기저대역 프리코더들 각각을 위해 그러하다. 이후 MIMO 다중화 장치(1310)는 1322에서 어떤 기저대역/RF 프리코더 조합이 사용되는 것이 최상인가에 대하여 결정을 내린다.

이러한 과정의 다른 변형 예도 또한 가능하다. 특히 수신기가 RF 빔들 각각을 위한 디지털 코드북을 알고 있으면, 모든 디지털 프리코더를 위해 매번 CSI-RS가 보내질 필요는 없다. 이러한 과정의 제2 단계를 위해 도 6에 도시된 바와 같은 방식은 수용될 수 있다.

피드백 방식과 무관하게, MIMO 송신 장치는 최종 선택된 디지털 및 RF 프리코더를 위한 최종 결정을 내릴 것이다. 이는 수신 장치에 의해 요청된 결정과는 상이할 수 있다.

MIMO 다중화 장치에 의해 결정이 이루어지면, MIMO 다중화 장치는 1324에서 각 사용자에게 하향링크 제어 채널을 통해(즉, DPCCH를 통해) 최종 송신을 위해 사용될 선택된 RF 및 기저대역 프리코더 및 랭크를 시그널링한다.

선택된 RF 및 디지털 코드북을 수신기에 시그널링하는 것에 대한 대안 예는 사용자 특정 채널 사운딩 파일럿들(또는 사용자 특정 기준 신호들(US-RS))을 사용하는 것인데, 이러한 파일럿들은 데이터 전송을 위해 사용되는 동일한 선택된 RF 및 기저대역 프리코더를 이용하여 또한 전송될 것이다. 이러한 방식으로, 수신 장치는 송신을 위해 선택되는 선택 RF 및 디지털 프리코더 각각을 위해 채널 추정치를 획득할 수 있다.

다른 실시 예들에서, 사용자 특정 기준 신호들(UE-RS)은 하이브리드 빔포밍을 이용하는 MU-MIMO를 위해 사용될 수 있다. 각 사용자를 위한 공간 스트림들이 가장 적합한 RF 체인에 매핑되고, 가장 적합한 디지털 및 RF 프리코더들이 (앞의 기술들 중 하나를 이용하거나 대안적 기술을 이용하여) 발견되면, 각 사용자에 의해 사용되는 각각의 MIMO 스트림을 위해 규칙적 간격으로 채널 품질이 측정되는 것이 필수적이다.

그러한 채널 사운딩(이는 사용자 특정 기준 신호로 지칭될 수 있음)을 지원하기 위해, 비-코드북 MU-MIMO가 하이브리드 빔포밍과 함께 사용되면, 특정 사용자의 스트림들이 모두 동일한 RF 체인들을 사용할 수 있거나 상이한 RF 체인들을 사용할 수 있기 때문에, 다수의 가능성들이 존재한다(도 2 내지 도 4 참조).

MU-MIMO를 위해 오로지 디지털 빔포밍을 이용하는 표준 시스템(즉, LTE-A [2])에서 현재 채택되는 기술은 각각의 공동-편성된 MIMO 프리코딩된 신호 스트림을 위해 (시간 도메인에서) 상이한 직교 시퀀스들을 사용하는 것이다. 이러한 방식으로, 송신기는 각 스트림을 위해 비-코드북 기반 MU-MIMO 프리코더를 사용할 수 있고, 수신기는 각 MIMO 스트림을 위해 채널 추정치를 획득할 수 있다.

LTE의 경우에 (시간 방향으로) 이러한 직교 시퀀스들은 전용 부반송파 위치를 사용한다. 오로지 특정한 조건하에서만(즉 요구되는 전체 전송 랭크들이 특정 한계를 초과하고 코드 집합이 고갈되면) 다른 시퀀스 집합을 반송하기 위해 추가적인 부반송파가 할당된다.

도 14 내지 도 16은 비-코드북 MU-MIMO에 있어서 하이브리드 빔포밍을 위해 채널 사운딩을 지원하기 위한 방법을 도시한다.

도 14에서, 상이한 사용자들의 스트림들이 하나의 RF 빔으로 다중화된 경우에(도 4 참조), MIMO 채널은 분산이 덜 하고 인접한 반송파 채널 응답은 더욱 상관도가 있다. 그러므로, 하이브리드 빔포밍의 방법은 주파수 방향으로 직교 시퀀스들을 사용할 수 있다(1410). 주파수 방향으로 직교 시퀀스들을 사용하는 것의 이점은 직교 시퀀스들로부터의 채널 추정이 수신기가 움직일 때 도플러 효과에 대해 덜 민감하다는 것이다.

따라서 수신기가 UE-RS가 시간 도메인이 아니라 주파수 방향으로 직교 시퀀스를 이용한다는 것을 알면, 주파수 도메인 시퀀스의 사용은 제어 채널(즉, DPCCH)을 사용하여 시그널링될 수 있다.

도 15에서, 직교 시퀀스들로 이루어진 별도 집합들(1510)은 각각의 공동-편성된 사용자 스트림들(1520)을 위해 사용되며(어떤 RF 체인이 사용되는가와 무관), 이러한 별도 시퀀스 집합들은 상이한 부반송파에 배치된다.

그러나, 사용되는 시퀀스 위치는 얼마나 많은 사용자가 공동-편성되는가에 따라 좌우되므로, 각 사용자는 그 사용자 스트림에 속하는 부반송파 위치에 대해 알고 있을 필요가 있다. 이러한 값은 제1 반송파로부터의 오프셋 값으로서 지시될 수 있고, 제어 채널(즉, DPCCH)을 이용하여 시그널링될 것이다.

도 16에서, 직교 시퀀스들로 이루어진 별도 집합들(1610)은 상이한 RF 빔들(1620)을 위해 사용될 수 있고, 이러한 별도 시퀀스 집합은 상이한 부반송파들에 배치된다. RF 빔이 무엇을 의미하는가를 더 설명하기 위해, 도 2 및 도 3은 2개의 RF 빔들이 상이한 MIMO 스트림들을 반송하는 경우를 도시하고, 도 4는 MIMO 스트림들이 하나의 RF 빔에 의해 반송되는 경우를 도시한다.

이러한 상이한 배열이 개별적으로 설명되긴 하였으나, 이들은 또한 조합될 수 있고, 예컨대 대안 예 B)는 또한 대안 예 A)와 함께 사용될 수 있어서, 시퀀스들은 주파수 방향으로 배치되고, 도 15에 도시된 바와 같이 시간 방향으로 배치되지 않는다. 다른 조합도 또한 가능하다.

직교 시퀀스들로 이루어진 이러한 배열은 시퀀스들을 이용하는 종래 방법에 비하여 더 많은 오버헤드를 가지나, 사용자마다 상이한 랭크는 더 많은 유연성이 사용될 수 있다는 이점이 있는데, 이는 이용 가능한 시퀀스의 수는 오로지 각 사용자를 위한 랭크에 좌우될 뿐, 공동-편성된 랭크의 수와 각각의 랭크들의 곱에 좌우되지 않기 때문이다.

도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크(1700)를 도시한다. 도 17에 도시된 무선 네트워크(1700)의 실시 예는 오로지 예시적 목적이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 무선 네트워크(1700)의 다른 실시 예들이 사용될 수 있다.

무선 네트워크(1700)는 기지국 eNodeB (eNB)(1701), eNB(1702), eNB(1703)를 포함한다. eNB(1701)는 eNB(1702), eNB(1703)과 통신한다. eNB(1701)는 또한 인터넷, 등록 IP 네트워크 또는 다른 데이터 네트워크와 같은 인터넷 프로토콜(IP) 네트워크(1730)와 통신한다.

네트워크 유형에 따라, 다른 주지의 용어가 "eNodeB" 대신 "기지국"(BS), "액세스 포인트"(AP)와 같이 사용될 수 있다. 편의성을 위해, 본원에서 "eNodeB"란 용어는 원격 단말로의 무선 액세스를 제공하는 네트워크 인프라구조 구성 요소를 지칭하기 위해 사용될 것이다. 부가적으로, "사용자 장치" 또는 "UE"이란 용어는 본원에서, UE가 이동 장치(예컨대 셀 폰)이든 또는 일반적으로 고정 장치(예컨대 데스크톱 개인 컴퓨터, 자동판매기 등)로 간주되든 무선으로 eNB에 액세스하고 무선 통신 네트워크를 통해 서비스에 액세스하기 위해 소비자에 의해 사용될 수 있는 임의의 원격 무선 장치를 표시하기 위해 사용된다. 원격 단말을 위한 다른 주지의 용어는 "이동국"(MS), "가입자국"(SS), "원격 단말" (RT), "무선 단말" (WT) 등을 포함한다.

eNB(1702)는 eNB(1702)의 커버리지 영역(1720) 내에서 제1의 다수의 사용자 장치들(UEs)로의 네트워크(1730)에 무선 광대역 액세스를 제공한다. 다수의 제1 UE들은 소형 사업에 위치될 수 있는 UE(1711); 엔터프라이즈에 위치될 수 있는 UE(1712); 와이파이 핫스폿에 위치될 수 있는 UE(1713); 제1 거주지에 위치될 수 있는 UE(1714); 제2 거주지에 위치될 수 있는 UE(1715); 셀 폰, 무선 랩톱, 무선 PDA 등과 같은 이동 장치일 수 있는 UE(1716)을 포함한다. UE들(1711-1716)은 이동 전화, 이동 PDA, 임의의 이동국(MS)과 같은 임의의 무선 통신 장치일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

eNB(1703)는 eNB(1703)의 커버리지 영역(1725) 내에서 다수의 제2 UE들에 무선 광대역 액세스를 제공한다. 다수의 제2 UE들은 UE(1715) 및 UE(1716)을 포함한다. 일부 실시 예들에서, eNB들(1701-1703) 중 하나 이상은 서로 통신할 수 있고, 본 발명의 실시 예들에 설명된 바와 같이 하이브리드 빔포밍을 이용하는 통신 시스템을 위한 다중 사용자 및 단일 사용자 MIMO 기술을 포함하여 5G, LTE, LTE-A 또는 WiMAX 기술을 이용하여 UE들(1711-1716)과 통신할 수 있다.

점선은 커버리지 영역들(1720, 1725)의 대략적 범위를 나타내며, 이는 오로지 예시 및 설명 목적으로 대략적으로 원형으로 도시되어 있다. 예컨대 커버리지 영역들(1720, 1725)과 같이 기지국과 연관된 커버리지 영역들은 자연 및 인공 장애물과 연관된 무선 환경에서의 변화 및 기지국의 구성에 따라 불규칙적 형상을 포함하여 다른 형상을 가질 수 있다.

도 17은 무선 네트워크(1700)의 일 예시를 도시하나, 다양한 변경이 도 17에 이루어질 수 있다. 예컨대, 유선 네트워크와 같은 다른 유형의 데이터 네트워크는 무선 네트워크(1700)에 대해 치환될 수 있다. 유선 네트워크에서, 네트워크 단말은 eNB들(1702-1703) 및 UE들(1711-1716)을 대체할 수 있다. 유선 연결은 도 17에 도시된 무선 연결을 대체할 수 있다.

도 18a는 무선 송신 경로의 고수준 다이어그램(high level diagram)이다. 도 18b는 무선 수신 경로의 고수준 다이어그램이다. 도 18a, 18b에서, 송신 경로(1800)는 예컨대 eNB(1702)에서 구현될 수 있고, 수신 경로(1850)는 예컨대 도 17의 UE(1716)과 같은 UE에서 구현될 수 있다. 그러나 수신 경로(1850)가 eNB(예컨대 도 17의 eNB(1702))에서 구현될 수 있고 송신 경로(1800)가 UE에서 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 특정한 실시 예들에서, 송신 경로(1800) 및 수신 경로(1850)는 본 발명의 실시 예에 설명된 바와 같은 하이브리드 빔포밍을 이용하는 통신 시스템에서 다중 사용자 및 단일 사용자 MIMO를 수행하도록 구성된다.

송신 경로(1800)는 채널 부호화 및 변조 블록(1805), 직렬-병렬(S-to-P) 블록(1810), 크가 N 역 고속푸리에변환(IFFT) 블록(1815), 병렬-직렬(P-to-S) 블록(1820), 순환 프리픽스 추가 블록(1825), 및 상향 컨버터(UC)(1830)를 포함한다. 수신 경로(1850)는 하향 컨버터(DC)(1855), 순환 프리픽스 제거 블록(1860), 직렬-병렬(S-to-P) 블록(1865), 크기 N 고속 푸리에변환(FFT) 블록(1870), 병렬-직렬(P-to-S) 블록(1875), 및 채널 복호화 및 복조 블록(1880)을 포함한다.

도 18a, 18b에서 구성요소들 중 적어도 일부는 소프트웨어에서 구현될 수 있는 반면, 다른 구성요소들은 구성 가능한 하드웨어(예컨대 프로세서)에 의해 구현될 수 있거나 소프트웨어와 구성 가능한 하드웨어의 혼합에 의해 구현될 수 있다. 특히, 본 발명 문헌에 설명된 FFT 블록 및 IFFT 블록은 구성 가능한 소프트웨어 알고리즘으로서 구현될 수 있고, 이때 크기 N의 값은 구현 예에 따라 변경될 수 있음을 유의해야 한다.

또한, 본 발명은 고속푸리에변환 및 역 고속푸리에변환을 구현하는 실시 예에 맞춰져 있으나, 이는 오로지 예시적인 목적만을 가지며 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석될 수 없다. 본 발명의 대안적 실시 예에서, 고속푸리에변환 함수 및 역 고속푸리에변환 함수는 이산 푸리에변환(DFT) 함수 및 역 이산푸리에변환(IDFT) 함수로 각각 용이하게 대체될 수 있음을 이해할 것이다. DFT 및 IDFT 함수에 대해, N 변수의 값은 임의의 정수(즉 1, 2, 3, 4, 등)일 수 있는 반면, FFT, IFFT 함수에 대해 N 변수의 값은 2의 제곱수인 임의의 정수(즉, 1, 2, 4, 8, 16 등)일 수 있음을 이해할 것이다.

송신 경로(1800)에서, 채널 부호화 및 변조 블록(1805)은 일 군의 정보 비트를 수신하고, 입력 비트에 부호화(예컨대 LDPC 부호화)를 적용하고 변조하여(예컨대 직교위상천이변조(QPSK) 또는 직교진폭변조(QAM)) 일련의 주파수-도메인 변조 심볼들을 생성한다. 직렬-병렬 블록(1810)은 직렬 변조된 심볼들을 병렬 데이터로 변환하여(즉 역다중화하여) N 병렬 심볼 스트림들을 생성하고, 이때 N은 eNB(1702) 및 UE(1716)에 사용된 IFFT/FFT 크기이다. 크기 N IFFT 블록(1815)은 이후 N 병렬 심볼 스트림들에 IFFT 동작을 수행하여 시간-도메인 출력 신호들을 생성한다. 병렬-직렬 블록(1820)은 크기 N IFFT 블록(1815)으로부터의 병렬 시간-도메인 출력 심볼들을 변환하여(즉 다중화하여) 직렬 시간-도메인 신호를 생성한다. 이후 순환 프리픽스 추가 블록(1825)은 시간-도메인 신호에 순환 프리픽스를 삽입한다. 최종적으로 상향 컨버터(1830)는 순환 프리픽스 추가 블록(1825)의 출력을 무선 채널을 통한 송신을 위한 RF 주파수로 변조한다(즉 상향변환한다). 신호는 또한 RF 주파수로의 변환 전에 기저대역에서 필터링될 수 있다.

송신된 RF 신호는 무선 채널을 통과한 후에 UE(1716)에 도착하고 eNB(1702)에서의 동작과 역의 동작이 수행된다. 하향 컨버터(1855)는 수신된 신호를 기저대역 주파수로 하향변환하고, 순환프리픽스 제거 블록(1860)은 순환프리픽스를 제거하여 직렬 시간-도메인 기저대역 신호를 생성한다. 직렬-병렬 블록(1865)은 시간-도메인 기저대역 신호를 병렬 시간 도메인 신호들로 변환한다. 이후 크기 N FFT 블록(1870)은 FFT 알고리즘을 수행하여 N 병렬 주파수-도메인 신호들을 생성한다. 병렬-직렬 블록(1875)은 병렬 주파수-도메인 신호들을 일련의 변조된 데이터 심볼들로 변환한다. 채널 복호화 및 복조 블록(1880)은 변조된 심볼들을 복조한 후에 복호화하여 원래의 입력 데이터 스트림을 복구한다.

eNB들(1701-1703) 각각은 하향링크에서 UE들(1711-1716)로 송신하는 것과 유사한 송신 경로를 구현할 수 있고, 상향링크에서 UE들(1711-1716)로부터 수신하는 것과 유사한 수신 경로를 구현할 수 있다. 유사하게, UE들(1711-1716) 중 각각 하나는 상향링크에서 eNB들(1701-1703)로 송신을 위한 아키텍쳐에 대응하는 송신 경로를 구현할 수 있고, 하향링크에서 eNB들(1701-1703)로부터 수신을 위한 아키텍쳐에 대응하는 수신 경로를 구현할 수 있다.

도 19는 본 발명의 실시 예들에 따른 가입자국을 도시한다. 도 19에 도시된, UE(1716)와 같은 가입자국의 실시 예는 오로지 예시적 목적을 가진다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 무선 가입자국의 다른 실시 예들이 사용될 수 있다.

UE(1716)는 안테나(1905), 무선 주파수(RF) 트랜시버(1910), 송신(TX) 처리 회로(1915), 마이크로폰(1920), 수신(RX) 처리 회로(1925)를 포함한다. 단일 안테나로 도시되었으나, 안테나(1905)는 MIMO 구성을 위한 복수 안테나들을 포함할 수 있다. UE(1716)은 또한 스피커(1930), 메인 프로세서(1940), 입/출력(I/O) 인터페이스(IF)(1945), 키패드(1950), 디스플레이(1955) 및 메모리(1960)를 포함할 수 있다. 메모리(1960)는 기본 운영 체제(OS) 프로그램(1961) 및 다수의 애플리케이션(1962)을 더 포함한다. 다수의 애플리케이션은 하나 이상의 자원 매핑표를 포함할 수 있다(예컨대 본원 앞에서 더 상세히 설명된 도 14-16에서).

무선 주파수(RF) 트랜시버(1910)는 안테나(1905)로부터, 무선 네트워크(1700)의 기지국에 의해 송신된 착신 RF 신호를 수신한다. 무선 주파수(RF) 트랜시버(1910)는 착신 RF 신호를 하향 변환하여 중간 주파수(IF) 또는 기저대역 신호를 생성한다. IF 또는 기저대역 신호는 수신기(RX) 처리 회로(1925)에 보내지고, 이는 기저대역 또는 IF 신호를 필터링, 복호화 및/또는 디지털화에 의해 처리된 기저대역 신호를 생성한다. 수신기(RX) 처리 회로(1925)는 처리된 기저대역 신호를 스피커(1930)로 송신하거나(즉 음성 데이터) 또는 이후의 처리를 위해 메인 프로세서(1940)로 송신한다(예컨대 웹 브라우징).

송신기(TX) 처리 회로(1915)는 마이크로폰(1920)으로부터 아날로그 또는 디지털 음성 데이터를 수신하거나 메인 프로세서(1940)로부터 다른 발신 기저대역 데이터(예컨대 웹 데이터, 전자메일, 양방향 비디오 게임 데이터)를 수신한다. 송신기(TX) 처리 회로(1915)는 발신 기저대역 데이터를 인코딩, 다중화 및/또는 디지털화하여 처리된 기저대역 또는 IF 신호를 생성한다. 무선 주파수(RF) 트랜시버(1910)는 발신되는 처리된 기저대역 또는 IF 신호를 송신기(TX) 처리 회로(1915)로부터 수신한다. 무선 주파수(RF) 트랜시버(1910)는 기저대역 또는 IF 신호를 무선 주파수(RF) 신호로 상향변환하고, 이는 안테나(1905)를 통해 송신된다. Rx 처리 회로(1925), Tx 처리 회로(1915), RF 트랜시버(1910) 및 안테나(1905)를 포함하는 이러한 간략화한 도식은 예컨대 도 1 내지 도 4에 도시된 구성들 중 임의의 구성에 의해 실시될 수 있다.

특정한 실시 예들에서, 메인 프로세서(1940)는 마이크로프로세서 또는 마이크로콘트롤러이다. 메모리(1960)는 메인 프로세서(1940)에 결합된다. 본 발명의 일부 실시 예들에 따르면, 메모리(1960)의 일부는 랜덤액세스메모리(RAM)를 포함하고, 메모리(1960)의 다른 일부는 읽기만 가능한 메모리(ROM)로서 기능하는 플래시메모리를 포함한다.

메인 프로세서(1940)는 무선 가입자국(1716)의 전체 동작을 제어하기 위해 메모리(1960)에 저장된 기본 운영 체제(OS) 프로그램(1961)을 실행한다. 그러한 일 동작 시, 메인 프로세서(1940)는 주지의 원칙에 따라 무선 주파수(RF) 트랜시버(1910), 수신기(RX) 처리 회로(1925) 및 송신기(TX) 처리 회로(1915)에 의한 순방향 채널 신호들의 수신 및 역방향 채널 신호들의 송신을 제어한다.

메인 프로세서(1940)는 본 발명의 실시 예들에 설명된 바와 같은 하이브리드 빔포밍을 이용하는 통신 시스템을 위해 다중 사용자 및 단일 사용자 MIMO를 위한 동작과 같이 메모리(1960)에 위치한 다른 프로세스들 및 프로그램들을 실행할 수 있다. 메인 프로세서(1940)는 프로세스 실행에 의해 요구되는 바에 따라 메모리(1960)로 데이터를 이동시키거나 메모리로부터 데이터를 이동시킬 수 있다. 일부 실시 예들에서, 메인 프로세서(1940)는 CoMP 통신 및 MU-MIMO 통신을 위한 애플리케이션과 같은 다수의 애플리케이션(1962)을 실행하도록 구성된다. 메인 프로세서(1940)는 OS 프로그램(1961)에 기반하거나 BS(1702)로부터 수신된 신호에 대응하여 다수의 애플리케이션(1962)을 작동시킬 수 있다. 메인 프로세서(1940)는 또한 I/O 인터페이스(1945)에 결합된다. I/O 인터페이스(1945)는 랩톱 컴퓨터 및 핸드헬드 컴퓨터와 같은 다른 장치에 연결될 수 있는 가입자국(1716)을 제공한다. I/O 인터페이스(1945)는 이러한 부속장치와 메인 콘트롤러(1940) 사이의 통신 경로이다.

메인 프로세서(1940)는 또한 키패드(1950) 및 디스플레이 유닛(1955)에 결합된다. 가입자국(1716)의 운영자는 가입자국(1716)에 데이터를 입력하기 위해 키패드(1950)를 이용한다. 디스플레이(1955)는 웹사이트로부터 텍스트 및/또는 적어도 제한된 그래픽을 렌더링할 수 있는 액정 디스플레이일 수 있다. 대안적 실시 예들은 다른 유형의 디스플레이를 사용할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 BS 및 MS들이 모두 다중 안테나들에 대한 액세스를 가지는 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 이용하는 통신 시스템을 위한 다중 사용자 및 단일 사용자 MIMO를 위한 방법 및 장치를 제공한다. 예시 목적으로, 본 발명의 실시 예들은 송신 및 수신을 위해 형성될 수 있는 상이한 빔 종류의 공간적 시그니처를 구별하기 위해 빔 폼 및 RF 포락선이란 용어를 사용한다. 빔 폼 및 RF 포락선이란 용어는 예컨대 (아마도 상이한 크기의) 코드북들, 비코드북 방사 패턴들, 및 특정한 빔 패턴과 연관된 지향성 이득을 포함하는 다른 가능한 빔 패턴들에 대한 설명을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 실시 예로 설명되었으나, 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게 다양한 변형 및 수정이 제안될 수 있다. 본 발명은 그러한 변형 및 수정을 첨부한 청구항의 범위 내에 해당하는 것으로서 포괄하는 것으로 간주된다.

Claims

무선 통신 시스템에서 스테이션(station)에 있어서,
적어도 제1 다수의 데이터 스트림들(data stream) 및 제2 다수의 데이터 스트림들을 형성하도록 구성된 처리 회로(processor circuitry);
상기 제1 다수의 데이터 스트림들 및 상기 제2 다수의 데이터 스트림들을 수신하도록 구성된 디지털 프리코더(digital precoder);
상기 디지털 프리코더에 연결되며, 적어도 하나의 RF 빔 포락선(radio frequency beam envelope)을 형성하도록 구성된 다수의 RF(radio frequency) 빔포밍(beamforming) 체인(chain)들; 및
상기 다수의 RF 빔포밍 체인들에 작동 가능하게 연결된 다수의 안테나들을 포함하고,
상기 디지털 프리코더는 상기 적어도 하나의 RF 빔 포락선 내에서 다수의 디지털 빔들을 조정(steer)하도록 구성되며,
상기 RF 빔포밍 체인들은, 상기 제1 다수의 데이터 스트림들을 위한 상기 적어도 하나의 RF 빔 포락선 및 상기 제2 다수의 데이터 스트림들을 위한 적어도 하나의 제2 RF 빔 포락선을 형성하는 스테이션.
청구항 1에 있어서,
상기 디지털 프리코더와 상기 다수의 RF 빔포밍 체인들 사이에 연결되는 역 고속푸리에변환(inverse fast Fourier transform, IFFT) 회로를 더 포함하는 스테이션.
청구항 1에 있어서,
상기 디지털 프리코더는, 하나의 RF 빔 포락선 내의 경로에서 상기 다수의 디지털 빔들을 적어도 제2 스테이션으로 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테이션.
청구항 1에 있어서,
상기 디지털 프리코더는, 상기 적어도 하나의 RF 빔 포락선 중, 제1 RF 빔 포락선 내에서 제1 다수의 디지털 빔들을 제2 스테이션 및 제3 스테이션으로 조정하고, 제2 RF 빔 포락선 내에서 제2 다수의 디지털 빔들을 상기 제2 스테이션 및 상기 제3 스테이션으로 조정하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
청구항 1에 있어서,
상기 디지털 프리코더는, 상기 적어도 하나의 RF 빔 포락선들 중, 제1 RF 빔 포락선 내에서 제1 다수의 디지털 빔들을 제2 스테이션으로 조정하고, 제2 RF 빔 포락선 내에서 제2 다수의 디지털 빔들을 제3 스테이션으로 조정하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
청구항 5에 있어서,
상기 처리 회로는, 제2 스테이션으로 상기 제1 다수의 디지털 빔들의 제1 출발각(angle of departure, AoD) 및 제2 출발각의 추정치, 그리고 제3 스테이션으로 상기 제2 다수의 디지털 빔들의 제3 출발각 및 제4 출발각의 추정치를 이용하여, 상기 제1 다수의 데이터 스트림들 및 상기 제2 다수의 데이터 스트림들을 상기 디지털 프리코더 및 상기 RF 빔포밍 체인들에 매핑(mapping)하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
청구항 6에 있어서,
상기 처리 회로는, 상기 제2 스테이션으로의 상기 제1 다수의 디지털 빔들의 전력 추정치 및 상기 제3 스테이션으로의 상기 제2 다수의 디지털 빔들의 전력 추정치를 이용하여, 상기 제1 다수의 데이터 스트림들 및 상기 제2 다수의 데이터 스트림들을 상기 디지털 프리코더 및 상기 RF 빔포밍 체인들에 매핑하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
청구항 1에 있어서,
상기 RF 빔포밍 체인들은, 빔들의 코드북(codebook)에 따라 상기 적어도 하나의 RF 빔 포락선을 형성하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
청구항 1에 있어서,
제1 데이터 스트림 및 제3 데이터 스트림은 각각 공간적으로 구별되는 제1 및 제3 경로들 상에서 동일한 주파수 및 동일한 시간 슬롯을 이용하여 제2 스테이션으로 보내지고, 제2 데이터 스트림 및 제4 데이터 스트림은 각각 공간적으로 구별되는 제2 및 제4 경로들 상에서 동일한 주파수 및 동일한 시간 슬롯을 이용하여 제3 스테이션으로 보내지는 것을 특징으로 하는 스테이션.
청구항 9에 있어서,
상기 RF 빔포밍 체인에 연결되는 RF 프리코더를 더 포함하고,
상기 RF 프리코더는, 적어도 제5 데이터 스트림 및 제6 데이터 스트림을 위한 적어도 제3 RF 빔 포락선, 및 제7 데이터 스트림 및 적어도 제8 데이터 스트림을 위한 적어도 제2 RF 빔 포락선을 형성하고,
상기 제5 데이터 스트림 및 상기 제6 데이터 스트림은 공간적으로 구별되는 제5 및 제6 경로들 상에서 동일한 주파수 및 동일한 시간 슬롯을 이용하여 제4 스테이션으로 보내지고, 상기 제7 데이터 스트림 및 상기 제8 데이터 스트림은 공간적으로 구별되는 제7 및 제8 경로들 상에서 동일한 주파수 및 동일한 시간 슬롯을 이용하여 제5 스테이션으로 보내지는 것을 특징으로 하는 스테이션.
청구항 9에 있어서,
상기 스테이션은 기지국이고, 상기 제2 스테이션은 사용자 장치인 것을 특징으로 하는 스테이션.
청구항 9에 있어서,
상기 스테이션은 사용자 장치이고, 상기 제2 스테이션은 사용자 장치인 것을 특징으로 하는 스테이션.
무선 네트워크에서의 사용을 위한 방법에 있어서,
다수의 RF(radio frequency) 프리코더(precoder)들 각각을 위한 다수의 기저대역 프리코더들을 통해 다중 입력 다중 출력(multiple input multiple output, MIMO) 다중화 장치로부터 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS)를 제1 스테이션(station)으로부터 송신하는 단계;
선택된 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합의 지시를 제2 스테이션으로 송신하는 단계; 및
상기 선택된 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합을 이용하여 상기 제2 스테이션으로 다중 입력 다중 출력 데이터 스트림(data stream)을 송신하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 지시의 송신 단계 전에,
상기 제2 스테이션으로부터 상기 다수의 기저대역 프리코더들 각각 및 상기 다수의 RF 프리코더들 각각을 위한 채널 상태 정보(CSI)를 수신하는 단계;
상기 제2 스테이션을 위한 최적의 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 지시의 송신 단계 전에,
상기 제2 스테이션을 위한 선호 기저대역 프리코더(preferred baseband precoder, PMI_BB) 및 선호 RF 프리코더(preferred RF precoder, PMI-RF) 조합을 상기 제2 스테이션으로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 채널 상태 정보 기준 신호는, 다수의 다중 직교 확산 코드들(multiple orthogonal spreading codes)을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
무선 네트워크에서의 사용을 위한 방법에 있어서,
다수의 RF(Radio Frequency) 프리코더(precoder)들을 위해 다중 입력 다중 출력(multiple input multiple output, MIMO) 다중화 장치로부터 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS)를 제1 스테이션(station)으로부터 송신하는 단계;
선택된 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합의 지시를 제2 스테이션으로 송신하는 단계; 및
상기 선택된 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합을 이용하여 상기 제2 스테이션으로 다중 입력 다중 출력 데이터 스트림(data stream)을 송신하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 지시의 송신 단계 전에,
상기 제2 스테이션으로부터 선호 RF 프리코더(preferred RF precoder, PMI_RF)의 지시 및 선호 기저대역 프리코더(preferred baseband precoder, PMI_BB)의 지시를 포함하는 피드백을 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 선호 기저대역 프리코더의 피드백은, 주기적 타이밍 및 비주기적 타이밍 중 하나 그리고 광대역 또는 부대역 중 하나에서 수행되고, 상기 선호 RF 프리코더의 피드백은 주기적 기반 및 비주기적 기반 중 하나에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 피드백은, 랭크 지시(rank indication, RI) 및 채널 품질 지시(channel quality indication, CQI)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 20에 있어서,
상기 랭크 지시 및 채널 품질 지시를 위한 상기 피드백은 주기적 타이밍 및 비주기적 타이밍 중 하나 그리고 광대역 또는 부대역 중 하나에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 지시의 송신 단계 전에,
상기 제2 스테이션으로부터 각각의 RF 프리코더를 위한 채널 상태 정보(CSI)를 포함하는 피드백을 수신하는 단계;
상기 채널 상태 정보 및 기저대역 코드북(codebook)에 기초하여 상기 제2 스테이션을 위한 최적의 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 지시의 송신 단계 전에,
상기 제2 스테이션으로부터 각각의 RF 프리코더를 위한 채널 상태 정보(CSI)를 포함하는 피드백을 수신하는 단계;
상기 채널 상태 정보(CSI)를 포함하는 피드백에 기초하여 감소된 RF 프리코더들의 집합을 계산하는 단계;
상기 감소된 RF 프리코더들의 집합에 대한 지시를 상기 제2 스테이션으로 송신하는 단계;
상기 감소된 RF 프리코더들의 집합을 위한 상기 다중 입력 다중 출력(MIMO) 다중화 장치로부터의 상기 채널 상태 정보 기준 신호(CSI-RS)를 상기 제1 스테이션으로부터 상기 제2 스테이션으로 송신하는 단계; 및
상기 채널 상태 정보 및 기저대역 코드북에 기반하여 상기 제2 스테이션을 위한 최적의 기저대역 프리코더 및 RF 프리코더 조합을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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